JP2019092345A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
請求項2に記載の発明は、前記第1系統の三相モータコイルと前記第2系統の三相モータコイルの位相差が180度であり、前記実電流値演算手段は、前記第1系統の三相モータコイルに流れるU相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるU相電流とに基づいて総U相電流を、前記第1系統の三相モータコイルに流れるV相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるV相電流とに基づいて総V相電流を、前記第1系統の三相モータコイルに流れるW相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるW相電流とに基づいて総W相電流をそれぞれ演算する三相電流演算手段(49)と、前記三相電流演算手段によって演算された総U相電流、総V相電流および総W相電流からなる三相電流を三相二相変換することによって、前記二相実電流値を演算する三相二相変換手段(50)とを含み、前記第2PWMカウント演算手段は、前記第1系統のU相、V相およびW相の前記第1PWMカウントを、それぞれ前記第2系統のU相、V相およびW相の前記第2PWMカウントとして演算するように構成されている、請求項1に記載のモータ制御装置である。
前記第1系統の各相の第2PWMカウントは、前記第2系統の対応する相の上下段スイッチング素子を制御するための制御用PWMカウントである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置である。
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置(EPS:electric power steering)1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。
トーションバー10の近傍には、トルクセンサ11が配置されている。トルクセンサ11は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルクTを検出する。この実施形態では、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクTは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。
操舵補助機構5は、操舵補助用の電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを転舵機構4に伝達するための減速機構19とを含む。電動モータ18は、第1系統の三相モータコイル18A(図2、図3参照)と第2系統の三相モータコイル18B(図2、図3参照)とを有する三相ブラシレスモータ(2系統モータ)である。第1系統の三相モータコイル18Aは、後述する第1系統のモータ駆動回路32A(図2、図3参照)によって駆動される。第2系統の三相モータコイル18Bは、後述する第2系統のモータ駆動回路32B(図2、図3参照)によって駆動される。
電動モータ18には、電動モータ18のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ23が配置されている。減速機構19は、ウォーム軸20と、このウォーム軸20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギヤ機構からなる。
電動モータ18によってウォーム軸20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォーム軸20を回転駆動することによって、電動モータ18による操舵補助が可能となっている。
ECU12は、マイクロコンピュータ31と、マイクロコンピュータ31によって制御され、電動モータ18の第1のモータコイル18Aに電力を供給する第1のモータ駆動回路32Aと、マイクロコンピュータ31によって制御され、電動モータ18の第2のモータコイル18Bに電力を供給する第2のモータ駆動回路32Bとを含んでいる。
第1のモータコイル18Aは、U相、V相およびW相のステータコイル18AU,18AV,18AWを有している。第2のモータコイル18Bは、U相、V相およびW相のステータコイル18BU,18BV,18BWを有している。この実施形態では、第1の三相モータコイル18Aに対して第2の三相モータコイル18Bは、180度の位相差を有している。
第1オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、上段FETオン状態→下段FETオン状態→上段FETオン状態へと変化するパターン。
第2オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、下段FETオン状態→上段FETオン状態→下段FETオン状態へと変化するパターン。
図2に戻り、三相電流演算部49は、総U相電流、総V相電流および総W相電流を演算する。具体的には、三相電流演算部49は、電流センサ33,34によって検出される第1系統の2つの相電流の検出値から第1系統のU相、V相およびW相の相電流Iu1,Iv1,Iw1を演算する。また、三相電流演算部49は、電流センサ35,36によって検出される第2系統の2つの相電流の検出値から第2系統のU相、V相およびW相の相電流Iu2,Iv2,Iw2を演算する。そして、三相電流演算部49は、第1系統のU相、V相およびW相の相電流Iu1,Iv1,Iw1および第2系統のU相、V相およびW相の相電流Iu2,Iv2,Iw2に基づいて、総U相電流Iu、総V相電流Ivおよび総W相電流Iwを演算する。この実施形態では、第1三相モータコイル18Aと第2三相モータコイル18Bとの位相差は180度であるので、三相電流演算部49は、次式(1)に基づいて、電流制御用の総U相電流Iu、総V相電流Ivおよび総W相電流Iwを演算する。
Iv=Iv1−Iv2
Iw=Iw1−Iw2 …(1)
回転角演算部51は、回転角センサ23の出力信号に基づいて、電動モータ18のロータの回転角θ(電気角)を電流制御周期Ta毎に演算する。この実施形態では、回転角演算部51は、第1系統の三相モータコイル18AのU相に対する電動モータ18のロータの回転角(電気角)をロータ回転角θとして演算する。回転角演算部51によって演算されるロータ回転角θは、三相・二相変換部50、回転速度演算部52および回転角推定部53に与えられる。この実施形態では、ロータ回転角θが取得(検出)されるタイミングは、電流制御周期Taの中央時点であるものとする。
回転角推定部53は、前回の電流制御周期Taで取得された前回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m−1)を用いて、次式(2)に基づいて、次回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m+1)を推定する。
回転角推定部53によって推定された次回の電流制御周期Taでのロータ回転角θ(m+1)は、二相・三相変換部45に与えられる。
アシスト電流値設定部41は、トルクセンサ11によって検出される検出操舵トルクTと、車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて、アシスト電流値Ia*を電流制御周期Ta毎に設定する。検出操舵トルクTに対するアシスト電流値Ia*の設定例は、図5に示されている。検出操舵トルクTは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、アシスト電流値Ia*は、電動モータ18から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ18から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシスト電流値Ia*は、検出操舵トルクTの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクTの負の値に対しては負をとる。
PI制御部44は、電流偏差演算部43によって演算された電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、電動モータ18に印加すべき二相電圧指令値Vdq *(d軸電圧指令値Vd *およびq軸電圧指令値Vq *)を生成する。この二相電圧指令値Vdq *は、二相・
三相変換部45に与えられる。
PWMデューティ演算部46は、次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *に基づいて、次回の電流制御周期Taに対する第1系統の各相のPWMカウントCu1A、Cv1A,Cw1Aを演算する。後述するように、次回の電流制御周期Taに対する第1系統の各相のPWMカウントCu1A、Cv1A,Cw1Aは、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期に対する第1系統の各相のPWMカウントCu1C、Cv1C,Cw1Cとして設定される。したがって、PWMデューティ演算部46によって演算される次回の電流制御周期Taに対する第1系統の各相のPWMカウントは、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期に対する第1系統の各相のPWMカウントであるということもできる。
=VU *×(1,000/Vb) …(3)
前記式(2)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
第1系統のV相PWMカウントCv1Aは、前記式(3)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、第1系統のW相PWMカウントCw1Aは、前記式(3)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
第2のPWM出力部48Bは、PWMカウント演算部47から与えられる電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する第2系統の各相の最終的なPWMカウントを、複数の電流制御周期分にわたって記憶している。第2のPWM出力部48Bは、前回の電流制御周期TaにおいてPWMカウント演算部47から与えられた今回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する第2系統の各相の最終的なPWMカウントに基づいて、今回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する第2系統の各相のPWM信号を生成して、第2のモータ駆動回路32Bに供給する。具体的には、第2のPWM出力部48Bは、今回の電流制御周期Ta内のPWM周期Tc毎に、当該電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する第2系統のU相の最終的なPWMカウント、V相の最終的なPWMカウントおよびW相の最終的なPWMカウントにそれぞれ対応するデューティのU相PWM信号、V相PWM信号およびW相PWM信号を生成して、第2のモータ駆動回路32Bに供給する。
以下、PWMカウント演算部47の動作について詳しく説明する。
図8は、PWMカウント演算部47の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
この実施形態では、前述したように、キャリア波形は三角波であり、PWMカウントの出力可能カウントは0〜500に設定されている。また、この実施形態では、デットタイムに相当するカウント値を10とする。
上下段FETが第2オンオフパターンとなるように制御される第2系統の各相の上段FET指令および下段FET指令について説明する。この実施形態では、キャリアカウントがFET制御用PWMカウントよりも大きいときに、第2系統の各相の上段FET指令がオン指令となるように、第2系統の各相の上段FETのスイッチングタイミングが設定されている。つまり、キャリアカウントのアップカウント中にキャリアカウントがFET制御用PWMカウントと等しくなると(時点t2)、図9(e)に示すように、上段FET指令は、オフ指令からオン指令に変化する。そして、キャリアカウントのダウンカウント中にキャリアカウントがFET制御用PWMカウントと等しくなると(時点t5)、上段FET指令は、オン指令からオフ指令に変化する。
デットタイム期間中のある相の出力電圧(相電圧)について、図10Aおよび図10Bを参照して説明する。ここでは、第1系統のU相を例にとって説明するが、第1系統の他の2つの相や、第2系統の各相においても同様である。
ステップS3では、PWMカウント演算部47は、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する第1系統の各相の相電圧対応PWMカウントCu1C、Cv1CおよびCw1Cのうち、250以上の相電圧対応PWMカウントについては、その値をそのまま、当該相の最終的なPWMカウント(FET制御用PWMカウント)Cu1、Cv1およびCw1として設定する。
ステップS1およびS2によって設定された各系統の各相のPWM周期単位の相電圧用PWMカウントが図11Aである場合、ステップS3によって設定される各系統の各相のPWM周期単位のFET制御用PWMカウントを図11Bに示す。図11Aと図11Bとを比較すると、第1系統のV相の相電圧対応PWMカウントCv1Cの200がFET制御用PWMカウントCv1の190に変換され、第1系統のW相の相電圧対応PWMカウントCw1Cの100がFET制御用PWMカウントCw1の90に変換されていることがわかる。また、第2系統のU相の相電圧対応PWMカウントCu2Cの400がFET制御用PWMカウントCu2の410に変換されていることがわかる。
Iu=Iu1−Iv2
Iv=Iv1−Iw2
Iw=Iw1−Iu2 …(4)
PWMカウント演算部47は、各PWM周期において、第1系統のU相、V相およびW相の相電圧に起因して浮遊容量に流れる電流が、それぞれ第2系統のV相、W相およびU相の相電圧に起因して浮遊容量に流れる電流によって相殺されるように、各系統の各相のFET制御用PWMカウントを設定する。具体的には、PWMカウント演算部47は、図8のステップS1においては、前述のステップS1と同様な処理を行う。つまり、PWMカウント演算部47は、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対する第1系統のU相、V相およびW相のPWMカウントCu1A、Cv1AおよびCw1Aを、それぞれ次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する第1系統のU相、V相およびW相のPWMカウント(この例では相電圧対応PWMカウント)Cu1C、Cv1CおよびCw1Cとして設定する。
すなわち、三相電流演算部49は、次式(5)に基づいて、電流制御用のU相、V相およびW相の相電流Iu,Iv,Iwを演算する。
Iv=Iv1−Iu2
Iw=Iw1−Iv2 …(5)
PWMカウント演算部47は、各PWM周期において、第1系統のU相、V相およびW相の相電圧に起因して浮遊容量に流れる電流が、それぞれ第2系統のW相、U相およびV相の相電圧に起因して浮遊容量に流れる電流によって相殺されるように、各系統の各相のFET制御用PWMカウントを設定する。具体的には、PWMカウント演算部47は、図8のステップS1においては、前述のステップS1と同様な処理を行う。つまり、PWMカウント演算部47は、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対する第1系統のU相、V相およびW相のPWMカウントCu1A、Cv1AおよびCw1Aを、それぞれ次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する第1系統のU相、V相およびW相のPWMカウント(この例では相電圧対応PWMカウント)Cu1C、Cv1CおよびCw1Cとして設定する。
前記実施形態では、この発明を電動パワーステアリング装置のモータ制御装置に適用した場合について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外に用いられるモータ制御装置にも適用することができる。
Claims (6)
- 位相差が60度、180度または300度である2系統の三相モータコイルを有する電動モータを、上段および下段スイッチング素子の組をそれぞれ三相分有し、前記2系統のうちの一方の第1系統の三相モータコイルを駆動する第1駆動回路および他方の第2系統の三相モータコイルを駆動する第2駆動回路を介して制御するモータ制御装置であって、
前記電動モータに流すべき電流目標値に対応した二相電流指令値を設定する設定手段と、
前記電動モータに流れる電流に応じた二相実電流値を演算する実電流値演算手段と、
前記二相電流指令値と前記二相電流検出値とに基づいて、PWM周期毎に、前記第1系統の三相各相に対する第1PWMカウントを演算する第1PWMカウント演算手段と、
前記第1系統に対する三相各相に対するPWMカウントに基づいて、PWM周期毎に、前記位相差に応じて、前記第2系統の三相各相の第2PWMカウントを演算する第2PWMカウント演算手段とを含み、
前記第1系統および前記第2系統のうちのいずれか一方の系統の各相に対しては、上下段スイッチング素子がPWM周期の開始時点から上段オン状態、下段オン状態および上段オン状態の順に変化する第1パターンとなるように制御され、他方の系統の各相に対しては、上下段スイッチング素子がPWM周期の開始時点から下段オン状態、上段オン状態および下段オン状態の順に変化する第2パターンとなるように制御される、モータ制御装置。 - 前記第1系統の三相モータコイルと前記第2系統の三相モータコイルの位相差が180度であり、
前記実電流値演算手段は、
前記第1系統の三相モータコイルに流れるU相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるU相電流とに基づいて総U相電流を、前記第1系統の三相モータコイルに流れるV相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるV相電流とに基づいて総V相電流を、前記第1系統の三相モータコイルに流れるW相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるW相電流とに基づいて総W相電流をそれぞれ演算する三相電流演算手段と、
前記三相電流演算手段によって演算された総U相電流、総V相電流および総W相電流からなる三相電流を三相二相変換することによって、前記二相実電流値を演算する三相二相変換手段とを含み、
前記第2PWMカウント演算手段は、前記第1系統のU相、V相およびW相の前記第1PWMカウントを、それぞれ前記第2系統のU相、V相およびW相の前記第2PWMカウントとして演算するように構成されている、請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記第1系統の三相モータコイルと前記第2系統の三相モータコイルの位相差が300度であり、
前記実電流値演算手段は、
前記第1系統の三相モータコイルに流れるU相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるV相電流とに基づいて総U相電流を、前記第1系統の三相モータコイルに流れるV相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるW相電流とに基づいて総V相電流を、前記第1系統の三相モータコイルに流れるW相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるU相電流とに基づいて総W相電流をそれぞれ演算する三相電流演算手段と、
前記三相電流演算手段によって演算された総U相電流、総V相電流および総W相電流からなる三相電流を三相二相変換することによって、前記二相実電流値を演算する三相二相変換手段とを含み、
前記第2PWMカウント演算手段は、前記第1系統のU相、V相およびW相の前記第1PWMカウントを、それぞれ前記第2系統のV相、W相およびU相の第2PWMカウントとして演算するように構成されている、請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記第1系統の三相モータコイルと前記第2系統の三相モータコイルの位相差が60度であり、
前記実電流値演算手段は、
前記第1系統の三相モータコイルに流れるU相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるW相電流とに基づいて総U相電流を、前記第1系統の三相モータコイルに流れるV相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるU相電流とに基づいて総V相電流を、前記第1系統の三相モータコイルに流れるW相電流と前記第2系統の三相モータコイルに流れるV相電流とに基づいて総W相電流をそれぞれ演算する三相電流演算手段と、
前記三相電流演算手段によって演算された総U相電流、総V相電流および総W相電流からなる三相電流を三相二相変換することによって、前記二相実電流値を演算する三相二相変換手段とを含み、
前記第2PWMカウント演算手段は、前記第1系統のU相、V相およびW相の前記第1PWMカウントを、それぞれ前記第2系統のW相、U相およびV相の前記第2PWMカウントとして演算するように構成されている、請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記第1系統の各相の第1PWMカウントは、前記第1系統の対応する相の上下段スイッチング素子を制御するための制御用PWMカウントであり、
前記第1系統の各相の第2PWMカウントは、前記第2系統の対応する相の上下段スイッチング素子を制御するための制御用PWMカウントである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 前記第1系統の各相の第1PWMカウントは、前記第1系統の対応する相の相電圧のレベル変化タイミングに対応したPWMカウントの目標値である相電圧対応PWMカウントであり、
前記第1系統の各相の第2PWMカウントは、前記第2系統の対応する相の相電圧のレベル変化タイミングに対応したPWMカウントの目標値である相電圧対応PWMカウントであり、
前記モータ制御装置は、前記第1系統の各相の相電圧のレベル変化タイミングがその相前記第1PWMカウントに応じたタイミングとなるように前記第1系統の各相のスイッチング素子制御用PWMカウントを演算するとともに、前記第2系統の各相の相電圧のレベル変化タイミングがその相の前記第2PWMカウントに応じたタイミングとなるように前記第2系統の各相のスイッチング素子制御用PWMカウントを演算する第3PWMカウント演算手段をさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
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