JP6658041B2 - モータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータに対する電流指令値に基づいてモータを駆動制御するモータ制御装置に関し、特に高調波成分の特性を学習し、学習結果を用いて電流指令値を補償することにより高調波成分に起因する不具合に対応可能なモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。

モータ制御装置を搭載し、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力で減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、電源としてのバッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー（ＩＧ）信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧指令値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。なお、舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転角センサから得ることもできる。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

コントロールユニット３０は主としてＭＣＵ（ＣＰＵやＭＰＵ等を含む）で構成されるが、そのＭＣＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速Ｖｅｌは電流指令値演算部３１に入力され、電流指令値演算部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給するモータ電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆを演算する。演算された電流指令値Ｉｒｅｆは加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ（比例積分）制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ３７は駆動素子としてＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。モータ２０にはレゾルバ等の回転角センサ２１が連結されており、回転角θｅが検出されて出力される。

加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

このような電動パワーステアリング装置において、フィードバックされるモータ電流は、通常、基本波成分の他に高調波成分を含んでおり、この高調波成分に起因してトルクリップルが発生し、振動や騒音の要因の１つとなっている。高調波成分による影響は非線形であり、非線形性をモデル化するということにより、高調波成分による影響に限らず、モータの非線形性を制御する技術が提案されている。例えば、特許第５３５１３４５号公報（特許文献１）で開示されているモータ制御装置では、実モータを模擬する仮想モータを用いてモータの非線形性をモデル化している。仮想モータは非線形のビヘイビアモデル（内部構造をブラックボックス化して入出力の特性を記述するモデル）を採用し、電圧方程式、フレミング方程式及び運動方程式で表現される。そして、仮想モータが実モータと一緒に搭載され、一緒に作動させることにより、実モータが休止期間から運動期間に移行した当初から実モータを高精度で制御できるようにしている。また、モータを制御するために使用するモータ位置等のモータの作動状態を示すデータを、実モータからではなく、仮想モータから取得することも可能で、その場合、作動状態を検出するセンサを不要にすることができる。

特許第５３５１３４５号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、モータ全体を対象としてモデル化しているので、モデルである仮想モータを定義するためのデータ量が多くなり、量産のマイクロコンピュータを使用する場合、メモリ容量不足が懸念される。演算量も多くなる可能性があり、データ量及び演算量を削減しようとすると、モデルの精度が落ちる可能性がある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、必要なメモリ量を抑えつつ、モータの動作点変化に伴う非線形性に対応し、高調波成分に起因して発生する不具合に対応可能なモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、モータに対する電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御するモータ制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータで発生する磁界の磁束の少なくとも１つの高調波成分の特性を学習したモデルにより、前記モータのモータ角速度を用いて前記電流指令値から補償指令値を演算する高調波モデル部を備え、前記高調波モデル部は、前記電流指令値に対応する前記磁束の高調波成分の値を定めたモータ特徴量変換テーブルを使用して前記補償指令値を演算し、前記電流指令値及び前記補償指令値に基づいて前記モータを駆動制御することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記電流指令値に基づいて、前記モータに供給する電流を制御する電圧指令値を演算する電流制御部を更に備え、前記補償指令値により補償される前記電圧指令値に基づいて前記モータを駆動制御することにより、或いは前記補償指令値を加算することにより前記電圧指令値を補償することにより、或いは前記高調波モデル部は、前記電流指令値を極座標に変換する極座標変換部と、前記モータ特徴量変換テーブルによって、前記極座標に変換された電流指令値に対応する前記磁束の高調波成分を求める磁束演算部と、前記磁束の高調波成分及び前記モータ角速度を用いて前記補償指令値を演算する補償指令値演算部とを備えることにより、或いは前記高調波成分として少なくとも第５次高調波を含むことにより、或いは前記モータを駆動することにより操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に用いられることにより、より効果的に達成される。

更に、上記モータ制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置により上記目的は達成される。

本発明のモータ制御装置によれば、既存のセンサを活かしながら、モデル化する対象をモータの非線形性を特徴付ける磁束等のモータ特徴量に絞り、そのモータ特徴量の高調波成分の特性を学習して、電圧指令値を補償しているので、必要なメモリ量を抑えつつ、高調波成分に起因して発生するトルクリップルを低減し、それに起因して発生する振動や騒音を抑えることができる。

また、上記モータ制御装置を電動パワーステアリング装置に搭載することにより、振動や騒音が少ない電動パワーステアリング装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 電流指令値演算部で使用されるアシストマップの例を示す特性図である。 高調波モデル部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 高調波モデル部の動作例を示すフローチャートである。 本発明の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 本発明の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。 モータ特徴量変換テーブルを折れ線近似で表現した例を示す特性図であり、（Ａ）は電流振幅に対する磁束振幅の特性図であり、（Ｂ）は電流振幅に対する磁束位相の特性図である。

本発明では、モータで発生する磁束やインダクタンス等、モータの非線形性を特徴付ける物理量（モータ特徴量）の高調波成分をモデル化（以下、このモデルを「高調波モデル」とする）し、モータから検出される回転角等のデータ（モータ情報）及び高調波モデルを用いて電流指令値から補償指令値を演算し、補償指令値により電圧指令値を補償する。通常、電流指令値はモータ電流の基本波を前提として設定されるので、モータ電流が高調波を含む場合、設定される電流指令値との間で不整合が生じ、高調波を起因とするトルクリップルが発生する。しかし、本発明では、モータ電流の高調波成分と密接に関連するモータ特徴量の高調波成分をモデル化した高調波モデルを用いて電圧指令値を補償することにより、高調波成分を加味してモータを駆動制御するので、トルクリップルを低減することができる。また、モータ全体ではなく、モータ特徴量のみをモデル化するので、必要なメモリ量を抑えることができる。

高調波とは基本波の整数倍の周波数をもつ正弦波のことで、例えば、基本波の５倍の周波数をもつ高調波は第５次高調波と呼ばれる。基本波とは、１つの非正弦波（ひずみ波）を構成する種々の周波数の正弦波のうち、最も低い周波数の正弦波のことで、これよりも高い周波数をもつ高調波はトルクリップルを発生させ、振動や騒音の原因になる等の悪影響を及ぼす。高調波のうち、第５次及び第７次高調波が悪影響を強く及ぼすとされているが、高調波を発生させる原因によっては他の次数の高調波の悪影響が強くなる可能性があるので、本発明では、任意の次数の高調波に対応できるようになっている。

高調波モデルは、電流指令値とモータ特徴量の高周波成分との対応を定めたモータ特徴量変換テーブルを有している。例えば、モータ特徴量として磁束を使用する場合、ｄｑ回転座標系で設定される電流指令値を極座標に変換した電流指令値の振幅（以下、「電流振幅」とする）及び進角（以下、「電流進角」とする）に対応する磁束の高調波成分の振幅（以下、「磁束振幅」とする）及び位相（以下、「磁束位相」とする）が、モータ特徴量変換テーブルに定められている。そして、磁束の高調波成分を微分することにより、補償指令値を算出する。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図３は本発明の実施形態の構成例（第１実施形態）を図２に対応させて示しており、同一構成には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本実施形態ではモータ特徴量として磁束を使用し、対象とする高調波は第５次高調波である。駆動制御対象のモータは３相のブラシレスモータであり、モータ電流は３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の電流で、フィードバックされる際に２相（ｄ軸及びｑ軸）の電流に変換される。モータ情報としてモータ角速度を用いて、高調波モデルは、２相の電流指令値から２相の補償指令値を求める。そして、２相の電流指令値から演算される２相の電圧指令値と２相の補償指令値をそれぞれ３相に変換して、電圧指令値の補償を行う。なお、本実施形態は、図２に示される電流制限部３３及び補償信号生成部３４を備えていないが、備えるようにしても良い。また、ＰＩ制御部１１０、１２０、減算部２００及び２０１から電流制御部が構成される。

電流指令値演算部３１は、図２に示される構成と同様に、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップを用いて電流指令値Ｉｒｅｆを演算する。アシストマップとして、例えば図４に示されるような特性のものを使用する。即ち、操舵トルクＴｈが増加するに従って電流指令値Ｉｒｅｆも増加するが、操舵トルクＴｈが所定の値以上になると電流指令値Ｉｒｅｆは一定となる。また、車速Ｖｅｌが高速になるほど、電流指令値Ｉｒｅｆは小さくなる。

ｄｑ軸電流指令値演算部１００は、電流指令値Ｉｒｅｆ及びモータ角速度ωｅを用いて、ｄｑ回転座標系での電流指令値であるｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１を算出する。モータ角速度ωｅは、モータ２０に連結されている回転角センサ２１が検出する回転角（電気角）θｅからモータ角速度演算部１７０にて算出される。ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１は、例えば特許第５２８２３７６号公報に記載されているｄ−ｑ軸電流指令値算出部で実行されている方法等で算出される。同公報での操舵補助電流指令値が電流指令値に相当する。この際、モータの機械角に対するモータ角速度が必要な場合は、電気角に対するモータ角速度ωｅに基づいて算出する。

高調波モデル部１３０は、高調波モデルに相当し、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１から、補償指令値であるｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ５及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ５を演算する。この際、モータ情報としてモータ角速度演算部１７０にて算出されるモータ角速度ωｅを使用するが、高調波モデルは第５次高調波を対象としているので、モータ角速度ωｅを５倍にして使用する。

高調波モデル部１３０の構成例を図５に示す。高調波モデル部１３０は、極座標変換部１３１、磁束演算部１３２及び補償指令値演算部１３３を備える。

極座標変換部１３１は、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１を極座標に変換し、電流振幅Ｉａｐ及び電流進角βｉを算出する。具体的には、下記数１を用いて算出する。

ここで、arctan()は逆正接関数である。

磁束演算部１３２は、電流振幅Ｉａｐ及び電流進角βｉから、磁束の第５次高調波成分の振幅（磁束振幅）φ５及び位相（磁束位相）α５を求める。具体的には、電流振幅Ｉａｐ及び電流進角βｉに対応した磁束振幅φ５と電流振幅Ｉａｐ及び電流進角βｉに対応した磁束位相α５をそれぞれ予め有限要素法により学習して求め、それらを数値データ系列で表現したモータ特徴量変換テーブルとして保持しておく。そして、入力される電流振幅Ｉａｐ及び電流進角βｉに対応する磁束振幅φ５及び磁束位相α５をモータ特徴量変換テーブルより求め、磁束振幅φ５は補償指令値演算部１３３に、磁束位相α５は２相／３相変換部１５０にそれぞれ出力される。

補償指令値演算部１３３は、磁束振幅φ５及びモータ角速度ωｅを用いて、ｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ５及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ５を算出する。磁束振幅φ５を時間微分することにより電磁誘導の法則から誘導電圧が求められ、誘導電圧の最大値に相当するのがｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ５及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ５であることから、ｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ５及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ５は下記数２より算出される。

ここで、ｋ_ｄ及びｋ_ｑはそれぞれｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ５及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ５の振幅を決定する係数で、予め設定されている。

３相／２相変換部１６０は、回転角センサ２１で検出される回転角θｅを用いて、モータ電流検出器３８が検出するモータ２０の各相に流れるモータ電流（Ｕ相モータ電流Ｉｕｍ、Ｖ相モータ電流Ｉｖｍ及びＷ相モータ電流Ｉｗｍ）を２相の電流に変換する。具体的には、下記数３に従って、３相のモータ電流を２相の電流であるｄ軸モータ電流Ｉｄｍ及びｑ軸モータ電流Ｉｑｍに変換する。

Ｋは、絶対変換の場合は√（２／３）で、相対変換の場合は２/３であり、変換前後のベクトルの大きさを無視して良い場合は１でも良い。

ＰＩ制御部１１０は、図２に示されるＰＩ制御部３５と同様に、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１とｄ軸モータ電流Ｉｄｍとの偏差Ｉｄ１に基づいてｄ軸基本電圧指令値Ｖｄｒｅｆ１を求める。同様に、ＰＩ制御部１２０は、ｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１とｑ軸モータ電流Ｉｑｍとの偏差Ｉｑ１に基づいてｑ軸基本電圧指令値Ｖｑｒｅｆ１を求める。

２相／３相変換部１４０は、回転角θｅを用いて、ｄ軸基本電圧指令値Ｖｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電圧指令値Ｖｑｒｅｆ１からなる２相の電圧を３相の電圧に変換する。具体的には、下記数４に従って、２相の電圧を３相の電圧であるＵ相基本電圧指令値Ｖｕｒｅｆ１、Ｖ相基本電圧指令値Ｖｖｒｅｆ１及びＷ相基本電圧指令値Ｖｗｒｅｆ１に変換する。

２相／３相変換部１５０は、ｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ５及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ５からなる２相の電圧を３相の電圧に変換するが、回転角θｅに加えて磁束位相α５を使用し、さらに、第５次高調波を対象としているので、それらを５倍にして使用する。具体的には、下記数５に従って、２相の電圧を３相の電圧であるＵ相補償電圧指令値Ｖｕｒｅｆ５、Ｖ相補償電圧指令値Ｖｖｒｅｆ５及びＷ相補償電圧指令値Ｖｗｒｅｆ５に変換する。

Ｕ相基本電圧指令値Ｖｕｒｅｆ１、Ｖ相基本電圧指令値Ｖｖｒｅｆ１及びＷ相基本電圧指令値Ｖｗｒｅｆ１は、それぞれ加算部２１０、２１１及び２１２にて、Ｕ相補償電圧指令値Ｖｕｒｅｆ５、Ｖ相補償電圧指令値Ｖｖｒｅｆ５及びＷ相補償電圧指令値Ｖｗｒｅｆ５を加算されることにより補償され、Ｕ相電圧指令値Ｖｕｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖｒｅｆ及びＷ相電圧指令値Ｖｗｒｅｆとして出力される。

ＰＷＭ制御部３６及びインバータ３７は、図２に示される構成と同じものであり、Ｕ相電圧指令値Ｖｕｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖｒｅｆ及びＷ相電圧指令値Ｖｗｒｅｆに基づいてモータ２０をＰＷＭ駆動する。

このような構成において、その動作例を図６及び図７のフローチャートを参照して説明する。

動作がスタートすると、操舵トルクＴｈをトルクセンサ１０（図１参照）が検出し、車速Ｖｅｌを車速センサ１２（図１参照）が検出（又はＣＡＮ４０（図１参照）が出力）し、回転角θｅを回転角センサ２１が検出する（ステップＳ１０）。操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌは電流指令値演算部３１に入力され、回転角θｅは２相／３相変換部１４０、２相／３相変換部１５０、３相／２相変換部１６０及びモータ角速度演算部１７０に入力される。モータ電流検出器３８はモータ２０のＵ相に流れるＵ相モータ電流Ｉｕｍ、Ｖ相に流れるＶ相モータ電流Ｉｖｍ及びＷ相に流れるＷ相モータ電流Ｉｗｍを検出し（ステップＳ２０）、３相／２相変換部１６０に出力する。

電流指令値演算部３１は、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいて、図４に示されるような特性をもつアシストマップを用いて電流指令値Ｉｒｅｆを演算し（ステップＳ３０）、ｄｑ軸電流指令値演算部１００に出力する。

モータ角速度演算部１７０は、回転角θｅからモータ角速度ωｅを算出し（ステップＳ４０）、ｄｑ軸電流指令値演算部１００及び高調波モデル部１３０に出力する。なお、電流指令値演算部３１及びモータ角速度演算部１７０の動作は、順番が入れ替わっても、並行して実行されても良い。

ｄｑ軸電流指令値演算部１００は、電流指令値Ｉｒｅｆ及びモータ角速度ωｅを用いて、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１を算出する（ステップＳ５０）。ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１は高調波モデル部１３０に入力されると共に、それぞれ減算部２００及び２０１に加算入力される。

高調波モデル部１３０は、入力されたｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１、ｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１及びモータ角速度ωｅを用いて、補償指令値演算を行う（ステップＳ６０）。

補償指令値演算では、先ず高調波モデル部１３０の極座標変換部１３１がｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１を入力し、数１を用いた極座標変換により電流振幅Ｉａｐ及び電流進角βｉを算出し（ステップＳ６１０）、磁束演算部１３２に出力する。磁束演算部１３２は、電流振幅Ｉａｐ及び電流進角βｉに対応する磁束振幅φ５及び磁束位相α５を、予め保持しているモータ特徴量変換テーブルより求め（ステップＳ６２０）、磁束振幅φ５は補償指令値演算部１３３に、磁束位相α５は２相／３相変換部１５０にそれぞれ出力する。補償指令値演算部１３３は、磁束振幅φ５と共にモータ角速度ωｅを入力し、数２を用いてｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ５及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ５を算出し（ステップＳ６３０）、２相／３相変換部１５０に出力する。

２相／３相変換部１５０は、回転角θｅ及び磁束位相α５を入力し、数５を用いてｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ５及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ５を３相の電圧に変換し（ステップＳ７０）、Ｕ相補償電圧指令値Ｖｕｒｅｆ５、Ｖ相補償電圧指令値Ｖｖｒｅｆ５及びＷ相補償電圧指令値Ｖｗｒｅｆ５としてそれぞれ加算部２１０、２１１及び２１２に出力する。

モータ電流検出器３８で検出されたＵ相モータ電流Ｉｕｍ、Ｖ相モータ電流Ｉｖｍ及びＷ相モータ電流Ｉｗｍ並びに回転角センサ２１で検出された回転角θｅを入力した３相／２相変換部１６０は、数３を用いてｄ軸モータ電流Ｉｄｍ及びｑ軸モータ電流Ｉｑｍを算出し（ステップＳ８０）、ｄ軸モータ電流Ｉｄｍ及びｑ軸モータ電流Ｉｑｍはそれぞれ減算部２００及び２０１に減算入力される。

減算部２００は、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１とｄ軸モータ電流Ｉｄｍの偏差Ｉｄ１を算出し、ＰＩ制御部１１０に出力する。減算部２０１は、ｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１とｑ軸モータ電流Ｉｑｍの偏差Ｉｑ１を算出し、ＰＩ制御部１２０に出力する（ステップＳ９０）。

ＰＩ制御部１１０は偏差Ｉｄ１よりｄ軸基本電圧指令値Ｖｄｒｅｆ１を求め、ＰＩ制御部１２０は偏差Ｉｑ１よりｑ軸基本電圧指令値Ｖｑｒｅｆ１を求める（ステップＳ１００）。

ｄ軸基本電圧指令値Ｖｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電圧指令値Ｖｑｒｅｆ１は２相／３相変換部１４０に入力され、２相／３相変換部１４０は、入力された回転角θｅを用いて、数４によってＵ相基本電圧指令値Ｖｕｒｅｆ１、Ｖ相基本電圧指令値Ｖｖｒｅｆ１及びＷ相基本電圧指令値Ｖｗｒｅｆ１に変換し（ステップＳ１１０）、それぞれ加算部２１０、２１１及び２１２に出力する。

加算部２１０は、Ｕ相補償電圧指令値Ｖｕｒｅｆ５を加算することによりＵ相基本電圧指令値Ｖｕｒｅｆ１を補償し、Ｕ相電圧指令値Ｖｕｒｅｆとして出力する。同様に、加算部２１１は、Ｖ相補償電圧指令値Ｖｖｒｅｆ５を加算することによりＶ相基本電圧指令値Ｖｖｒｅｆ１を補償し、Ｖ相電圧指令値Ｖｖｒｅｆとして出力し、加算部２１２は、Ｗ相補償電圧指令値Ｖｗｒｅｆ５を加算することによりＷ相基本電圧指令値Ｖｗｒｅｆ１を補償し、Ｗ相電圧指令値Ｖｗｒｅｆとして出力する（ステップＳ１２０）。

Ｕ相電圧指令値Ｖｕｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖｒｅｆ及びＷ相電圧指令値ＶｗｒｅｆはＰＷＭ制御部３６に入力され、さらにインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される（ステップＳ１３０）。

なお、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１が出力されてから、Ｕ相補償電圧指令値Ｖｕｒｅｆ５、Ｖ相補償電圧指令値Ｖｖｒｅｆ５及びＷ相補償電圧指令値Ｖｗｒｅｆ５算出までの動作（ステップＳ６０、Ｓ７０）と、Ｕ相基本電圧指令値Ｖｕｒｅｆ１、Ｖ相基本電圧指令値Ｖｖｒｅｆ１及びＷ相基本電圧指令値Ｖｗｒｅｆ１算出までの動作（ステップＳ８０〜１１０）は、順番が入れ替わっても、並行して実行されても良い。

本発明の他の実施形態（第２実施形態）について説明する。

第１実施形態では対象とする高調波は第５次高調波のみであったが、本実施形態では第５次高調波に加えて第７次高調波も対象とする。複数の高調波を対象とすることにより、高調波モデルの精度が高くなり、より的確にトルクリップルを低減することができる。

本実施形態の構成例を図８に示す。図３に示される第１実施形態の構成例と比べると、第７次高調波も対象とするので、そのための高調波モデル部２２０及び２相／３相変換部２３０が追加されており、さらに加算部２１３、２１４及び２１５が追加されている。なお、図３の構成例と同一構成には同一符号を付し、説明は省略する。

高調波モデル部２２０は、高調波モデル部１３０と同様に、高調波モデルに基づいて、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１から、補償指令値であるｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ７及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ７を演算する。但し、高調波モデルは第７次高調波を対象としているので、演算にはモータ角速度ωｅを７倍にして使用する。高調波モデル部２２０は、図５に示される高調波モデル部１３０の構成例と同様に、極座標変換部、磁束演算部及び補償指令値演算部を備えている。このうち、磁束演算部は、電流振幅Ｉａｐ及び電流進角βｉに対応した磁束の第７次高調波成分の振幅（磁束振幅）φ７及び位相（磁束位相）α７を数値データ系列で表現したモータ特徴量変換テーブルを保持しており、そのモータ特徴量変換テーブルを使用して、入力される電流振幅Ｉａｐ及び電流進角βｉに対応する磁束振幅φ７及び磁束位相α７を求める。補償指令値演算部は、下記数６より、磁束振幅φ７及びモータ角速度ωｅを用いて、ｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ７及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ７を算出する。

２相／３相変換部２３０は、２相／３相変換部１５０と同様に、ｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ７及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ７からなる２相の電圧を３相の電圧に変換するが、第７次高調波を対象としているので、回転角θｅ及び磁束位相α７を７倍にして使用する。具体的には、下記数７に従って、２相の電圧を３相の電圧であるＵ相補償電圧指令値Ｖｕｒｅｆ７、Ｖ相補償電圧指令値Ｖｖｒｅｆ７及びＷ相補償電圧指令値Ｖｗｒｅｆ７に変換する。

第２実施形態での動作例を図９のフローチャートを参照して説明する。

図６に示される第１実施形態での動作例と比べると、第７次高調波を対象とするために追加された高調波モデル部２２０及び２相／３相変換部２３０での動作が、ステップＳ６０及びＳ７０の後に、それぞれステップＳ６１及びＳ７１として追加されている。また、基本電圧指令値を補償する動作が異なっている（ステップＳ１２１）。

ステップＳ６１では、高調波モデル部２２０が、入力されたｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１、ｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１及びモータ角速度ωｅを用いて補償指令値演算を行い、求められたｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ７及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ７を２相／３相変換部２３０に出力する。高調波モデル部２２０の動作は、数２の代わりに数６を使用し、モータ特徴量変換テーブルが第７次高調波に対するものであること以外は、図７で示される高調波モデル部１３０の動作と同じである。

ステップＳ７１では、２相／３相変換部２３０が、回転角θｅ及び磁束位相α７を入力し、数７を用いてｄ軸補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ７及びｑ軸補償電圧指令値Ｖｑｒｅｆ７を３相の電圧に変換し、Ｕ相補償電圧指令値Ｖｕｒｅｆ７、Ｖ相補償電圧指令値Ｖｖｒｅｆ７及びＷ相補償電圧指令値Ｖｗｒｅｆ７としてそれぞれ加算部２１３、２１４及び２１５に出力する。

ステップＳ１２１では、２相／３相変換部１４０から出力されたＵ相基本電圧指令値Ｖｕｒｅｆ１に加算部２１０でＵ相補償電圧指令値Ｖｕｒｅｆ５が加算され、更に加算部２１３でＵ相補償電圧指令値Ｖｕｒｅｆ７が加算され、Ｕ相電圧指令値Ｖｕｒｅｆとして出力される。同様に、Ｖ相基本電圧指令値Ｖｖｒｅｆ１に加算部２１１でＶ相補償電圧指令値Ｖｖｒｅｆ５が加算され、更に加算部２１４でＶ相補償電圧指令値Ｖｖｒｅｆ７が加算され、Ｖ相電圧指令値Ｖｖｒｅｆとして出力され、Ｗ相基本電圧指令値Ｖｗｒｅｆ１に加算部２１２でＷ相補償電圧指令値Ｖｗｒｅｆ５が加算され、更に加算部２１５でＷ相補償電圧指令値Ｖｗｒｅｆ７が加算され、Ｗ相電圧指令値Ｖｗｒｅｆとして出力される。

なお、第５高調波に関連する動作と第７高調波に関連する動作は、順番が入れ替わっても、並行して実行されても良い。

本発明の更に他の実施形態（第３実施形態）について説明する。

第１実施形態及び第２実施形態では、モータ特徴量変換テーブルは数値データ系列で表現されているが、本実施形態では、それよりも簡略化した形で表現されたモータ特徴量変換テーブルを使用する。例えば、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｒｅｆ１及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｒｅｆ１を極座標に変換して算出される電流振幅Ｉａｐ及び電流進角βｉのうち、電流振幅Ｉａｐのみを使用し、電流振幅Ｉａｐに対する磁束振幅及び磁束位相の変化を、図１０に示されるような折れ線で近似したものをモータ特徴量変換テーブルとする。図１０（Ａ）は電流振幅Ｉａｐに対する磁束振幅の変化を折れ線で近似したもので、電流振幅Ｉａｐの定義域を一定の間隔で分割し、各分割区間において、その分割区間での電流振幅Ｉａｐ及び磁束振幅の値から最小二乗法での直線近似等により近似直線を求め、各分割区間の近似直線を連結して求めたものである。同様にして求められた、電流振幅Ｉａｐに対する磁束位相の変化を折れ線で近似したものが図１０（Ｂ）である。なお、分割する間隔は一定でなくても良く、例えば変動が激しいと想定される区間は間隔を狭める等しても良い。また、直線ではなく、二次関数等の曲線で近似しても良い。

第３実施形態の構成及び動作は、基本的には第１実施形態及び第２実施形態と同様であり、高調波モデル部の磁束演算部が保持するモータ特徴量変換テーブルの形式が異なることと、磁束演算部は電流振幅Ｉａｐのみを入力してモータ特徴量変換テーブルより磁束振幅及び磁束位相を求めることが違うだけである。

このように、モータ特徴量変換テーブルを簡略化することにより、必要なメモリ量を更に抑えることができる。

上述の実施形態（第１実施形態〜第３実施形態）では、モータ特徴量として磁束を使用しているが、磁束の代わりにインダクタンスや抵抗等を使用しても良く、複数のモータ特徴量を使用しても良い。また、高調波として第５次及び第７次を対象しているが、他の次数の高調波を対象としても良い。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
２０ モータ
２１ 回転角センサ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３５、１１０、１２０ ＰＩ制御部
３６ ＰＷＭ制御部
３７ インバータ
３８ モータ電流検出器
１００ ｄｑ軸電流指令値演算部
１３０、２２０ 高調波モデル部
１３１ 極座標変換部
１３２ 磁束演算部
１３３ 補償指令値演算部
１４０、１５０、２３０ ２相／３相変換部
１６０ ３相／２相変換部
１７０ モータ角速度演算部

Claims (7)

1. モータに対する電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御するモータ制御装置において、
   前記モータで発生する磁界の磁束の少なくとも１つの高調波成分の特性を学習したモデルにより、前記モータのモータ角速度を用いて前記電流指令値から補償指令値を演算する高調波モデル部を備え、
   前記高調波モデル部は、前記電流指令値に対応する前記磁束の高調波成分の値を定めたモータ特徴量変換テーブルを使用して前記補償指令値を演算し、
   前記電流指令値及び前記補償指令値に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記電流指令値に基づいて、前記モータに供給する電流を制御する電圧指令値を演算する電流制御部を更に備え、
   前記補償指令値により補償される前記電圧指令値に基づいて前記モータを駆動制御する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記補償指令値を加算することにより前記電圧指令値を補償する請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記高調波モデル部は、
   前記電流指令値を極座標に変換する極座標変換部と、
   前記モータ特徴量変換テーブルによって、前記極座標に変換された電流指令値に対応する前記磁束の高調波成分を求める磁束演算部と、
   前記磁束の高調波成分及び前記モータ角速度を用いて前記補償指令値を演算する補償指令値演算部とを備える請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
5. 前記高調波成分として少なくとも第５次高調波を含む請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ制御装置。
6. 前記モータを駆動することにより操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に用いられる請求項１乃至５のいずれかに記載のモータ制御装置。
7. 請求項６に記載のモータ制御装置を搭載したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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