JP6889837B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
請求項2に記載の発明は、前記コモンモードノイズ低減手段は、前記電流制御周期内の各PWM周期において、前記2系統のうちの一方の系統の1つの相である第1相の出力電圧に起因して浮遊容量に流れる電流が、他方の系統の2つの相である第2相または第3相の出力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、当該第2相および第3相に対するPWM周期のPWMカウントを変更するものであり、前記コモンモードノイズ低減手段は、前記電流制御周期内の各PWM周期に対する前記第2相のPWMカウントを、当該第2相のPWMカウントの当該電流制御周期内での合計値を変更することなく、当該電流制御周期内の所定の半数のPWM周期において、当該第2相の出力電圧波形が、前記第1相の出力電圧波形を反転させた波形となるように変更する第1のPWMカウント変更手段と、前記電流制御周期内の各PWM周期に対する前記第3相のPWMカウントを、当該第3相のPWMカウントの当該電流制御周期内での合計値を変更することなく、前記電流制御周期内の前記所定の半数のPWM周期以外の他の半数のPWM周期において、当該第3相の出力電圧波形が、前記第1相の出力電圧波形を反転させた波形となるように変更する第2のPWMカウント変更手段とを含む、請求項1に記載のモータ制御装置である。
請求項3に記載の発明は、前記電流制御周期内の各PWM周期において、前記2系統のうちの前記他方の系統の前記第2相および前記第3相以外の1つの相である第4相の出力電圧に起因して浮遊容量に流れる電流が、前記一方の系統の前記第1相以外の2つの相である第5相または第6相の出力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、当該第5相および第6相に対するPWM周期のPWMカウントを変更する、他のコモンモードノイズ低減手段をさらに含み、前記他のコモンモードノイズ低減手段は、前記電流制御周期内の各PWM周期に対する前記第5相のPWMカウントを、当該第5相のPWMカウントの当該電流制御周期内での合計値を変更することなく、当該電流制御周期内の所定の半数のPWM周期において、当該第5相の出力電圧波形が、前記第4相の出力電圧波形を反転させた波形となるように変更する第3のPWMカウント変更手段と、前記電流制御周期内の各PWM周期に対する前記第6相のPWMカウントを、当該第6相のPWMカウントの当該電流制御周期内での合計値を変更することなく、前記電流制御周期内の前記所定の半数のPWM周期以外の他の半数のPWM周期において、当該第6相の出力電圧波形が、前記第4相の出力電圧波形を反転させた波形となるように変更する第4のPWMカウント変更手段とを含む、請求項2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系統の駆動回路32A(図2、図3参照)によって駆動され、第2系統の三相モータコイル18Bは第2系統の駆動回路32B(図2、図3参照)によって駆動される。
ウォーム軸20は、電動モータ18によって回転駆動される。また、ウォームホイール21は、ステアリングシャフト6とは一体的に回転可能に連結されている。ウォームホイール21は、ウォーム軸20によって回転駆動される。
以下において、第1系統の三相モータコイル18Aを第1のモータコイル18Aといい、第2系統の三相モータコイル18Aを第2のモータコイル18Bということにする。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(図3参照)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(図3参照)を有している。第1のモータコイル18Aと第2のモータコイル18Bとの間の位相差は、0度、120度または240度であることが好ましい。
図3は、主として第1のモータ駆動回路32Aおよび第2のモータ駆動回路32Bの構成を示す電気回路図である。
マイクロコンピュータ31は、CPUおよびメモリ(ROM、RAM、不揮発性メモリなど。)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、系統および相別PWMカウント演算部41と、コモンモードノイズ低減部42と、第1のPWM出力部43Aと、第2のPWM出力部43Bとを含む。
系統および相別PWMカウント演算部41は、各系統の各相の電流制御周期毎のPWMカウントを演算するものである。系統および相別PWMカウント演算部41は、アシスト電流値設定部51と、電流指令値設定部52と、指令値分配部53と、第1系統用演算部70Aと、第2系統用演算部70Bと、回転角演算部59と、回転速度演算部60と、回転角推定部61とを含む。
回転角推定部61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(1)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61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、第1および第2の二相・三相変換部56A,56Bに与えられる。
アシスト電流値設定部51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6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。
第1のPI制御部55Aは、第1の電流偏差演算部54A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、第1のモータコイル18Aに印加すべき第1の二相電圧指令値V1dq *(第1のd軸電圧指令値V1d *および第1のq軸電圧指令値V1q *)を生成する。第1の二相電圧指令値V1dq *は、第1の二相・三相変換部56Aに与えられる。
第1のPWMデューティ演算部57Aは、次回の電流制御周期Taに対する第1の三相電圧指令値V1UVW *に基づいて、次回の電流制御周期Taに対する第1のU相PWMカウント(PWMデューティ)Cu1、第1のV相PWMカウントCv1および第1のW相PWMカウントCw1を生成して、コモンモードノイズ低減部42(図2参照)に与える。
=V1U *×(500/Vb) …(2)
前記式(2)においてVbは、第1の駆動回路32Aの電源電圧(電源100の出力電圧)である。
前記式(2)の右辺の第1のU相電圧指令値V1U *の代わりに第1のV相電圧指令値V1V *を用いると、第1のV相PWMカウントCv1を演算することができ、第1のU相電圧指令値V1U *の代わりに第1のW相電圧指令値V1W *を用いるとW相のPWMカウントCw1を演算できる。
第2のPI制御部55Bは、第2の電流偏差演算部54B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、第2のモータコイル18Bに印加すべき第2の二相電圧指令値V2dq *(第2のd軸電圧指令値V2d *および第2のq軸電圧指令値V2q *)を生成する。第2の二相電圧指令値V2dq *は、第2の二相・三相変換部56Bに与えられる。
第2のPWMデューティ演算部57Bは、次回の電流制御周期Taに対する第2の三相電圧指令値V2UVW *に基づいて、次回の電流制御周期Taに対する第2のU相PWMカウント(PWMデューティ)Cu2、第2のV相PWMカウントCv2および第2のW相PWMカウントCw2を生成して、コモンモードノイズ低減部42(図2参照)に与える。
=PWMカウントの最大値−{V2U *×(500/Vb)} …(3)
前記式(3)においてVbは、第2の駆動回路32Bの電源電圧(電源100の出力電圧)である。
前記式(3)の右辺の第2のU相電圧指令値V2U *の代わりに第2のV相電圧指令値V2V *を用いると、第2のV相PWMカウントCv2を演算することができ、第2のU相電圧指令値V2U *の代わりに第2のW相電圧指令値V2W *を用いると第2のW相PWMカウントCw2を演算できる。
第1の電流偏差演算部54Aおよび第1のPI制御部55Aは、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって第1のモータコイル18Aに流れるモータ電流が、指令値分配部53によって第1系統用演算部70Aに分配された第1の二相電流指令値I1dq *に近づくように制御される。
第2の電流偏差演算部54Bおよび第2のPI制御部55Bは、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって第2のモータコイル18Bに流れるモータ電流が、指令値分配部53によって第2系統用演算部70Bに分配された第2の二相電流指令値I2dq *に近づくように制御される。
第1系統のある相の出力電圧(以下、第1の相電圧という)の波形が図7(a)である場合には、第1の相電圧に起因して、第1のモータコイル18Aとフレームグランドとの間に存在する浮遊容量C1(図3参照)に流れる電流は、図7(c)に示すようになる。つまり、第1の相電圧の立下り時点t1で−方向の電流が浮遊容量C1に流れ、第1の相電圧の立上り時点t2で+方向の電流が浮遊容量C1に流れる。
コモンモードノイズ低減部42(図2参照)は、まず、第1のPWMデューティ演算部57A(図4参照)から与えられる次回の電流制御周期Taに対する第1のU相、V相およびW相のPWMカウントCu1、Cv1およびCw1を、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する第1のU相、V相およびW相のPWMカウントCu1、Cv1およびCw1として設定する(ステップS1)。
次に、コモンモードノイズ低減部42は、各系統の相毎に、デットタイムを考慮したスイッチングタイミングを設定する(ステップS3)。
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。
第2系統の上段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PWMカウントよりも大きいときに、第2系統の上段FET指令がオン指令となるように、第2系統の上段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PWMカウントと等しくなると(時点t2)、図10(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11Aおよび図11B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、コモンモードノイズ低減部42は、ステップS1およびS2で設定された各系統の各相のPWM周期TcのPWMカウント毎に、当該相の出力電圧(相電圧)のレベル変化タイミングに一致するPWMカウント(デットタイムを考慮したスイッチングタイミング)を演算する。
前記第1のU相、V相およびW相のPWMカウントCu1、Cv1およびCw1のうち、250未満のPWMカウントについては、コモンモードノイズ低減部42は、その値にデットタイムに相当するカウント値(この実施形態では“10”)を加算した値を、当該相の出力電圧(相電圧)のレベル変化タイミングに一致するPWMカウントとして設定する。
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PWMカウントが図12A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PWMカウントを図12Bに示す。図12Aと図12Bとを比較すると、第1系統のV相のPWMカウントCv1が200から210に変化し、第1系統のW相のPWMカウントCw1が100から110に変化していることがわかる。また、第2系統のU相のPWMカウントCu2が350から340に変化し、第2系統のV相のPWMカウントCv2が300から290に変化していることがわかる。
具体的には、コモンモードノイズ低減部42は、まず、各系統の各相のうち、ステップS3の処理によって設定されたPWMカウントのうち、PWMカウント最大値(この実施形態では“500”)または最小値(この実施形態では“0”)に最も近いPWMカウントを有する相を、第1の基準相として設定する。図12Bの例では、各系統の各相のPWMカウントのうち、第2系統のW相のPWMカウントCw2(Cw2=50)が500または0に最も近いので、第2系統のW相が第1の基準相として設定される。
あるカウント変更対象相に関して、電流制御周期Ta内のPWMカウント値の合計値が変更されないようにPWMカウント値を変更するには、当該カウント変更対象相のPWMカウント値に対して、例えば、図13Aに示されるA相用のふり幅パターンに応じたふり幅または図13Aに示されるB相用のふり幅パターンに応じたふり幅を加算すればよい。図13A内のxは、ふり幅の絶対値を規定するためのふり幅規定値である。
コモンモードノイズ低減部42は、第2統のU相のPWMカウントと、ノイズ電流を相殺すべき第1系統のU相のPWMカウントとの差の絶対値を、第2系統のU相に対するふり幅規定値xとして演算する。この例では、第2系統のU相に対するふり幅規定値xは、60(=400−340)となる。
コモンモードノイズ低減部42は、このようにして演算された各カウント変更対象相に対するふり幅規定値xと当該相に適用されるふり幅パターンとに基づいて、各カウント変更対象相に対する各PWM周期Tcのふり幅を設定する。
次に、コモンモードノイズ低減部42は、カウント変更対象相のPWMカウントを変更するためのPWMカウント変更処理を行う(ステップS6)。具体的には、コモンモードノイズ低減部42は、ステップS5で設定された各カウント変更対象相に対するふり幅にしたがって、ステップS1およびS2によって設定された次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するカウント変更対象相のPWMカウントを変更する。
次に、コモンモードノイズ低減部42は、ステップS6のPWMカウント変更処理後の各PWM周期に対する第1のU相、V相およびW相のPWMカウントCu1、Cv1およびCw1を、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する最終的な第1のU相、V相およびW相のPWMカウントCu1、Cv1およびCw1として、第1のPWM出力部43Aに与える(ステップS7)。
また、図13Cに示される最終的なPWMカウントに応じた各相の出力電圧に一致するスイッチングタイミング(デットタイムを考慮したスイッチングタイミング)は、図13Dに示すようになる。なお、図13Dにおけるカウント変更対象相に対するPWM周期単位のPWMカウントは、ステップS3によって設定されたカウント変更対象相のPWM周期単位のPWMカウントに、ステップS4で演算された対応するカウント変更対象相のふり幅を加算することによって得ることができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
Claims (3)
- 2系統の多相モータコイルを有する電動モータを制御するモータ制御装置であって、
複数のPWM周期を含む電流制御周期毎に、各系統の各相のPWMカウントを演算するPWMカウント演算手段と、
前記電流制御周期に対する各系統の各相のPWMカウントを、対応する系統および相における当該電流制御周期内の各PWM周期に対するPWMカウントとして設定するPWMカウント設定手段と、
前記電流制御周期内の少なくとも1つのPWM周期において、前記2系統のうちの一方の系統の1つの相の出力電圧に起因して浮遊容量に流れる電流が、他方の系統の少なくとも1つの相の出力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、当該他方の系統の少なくとも1つの相に対するPWM周期のPWMカウントを変更するコモンモードノイズ低減手段とを含み、
前記コモンモードノイズ低減手段は、各系統の各相における前記電流制御周期内の各PWM周期に対するPWM信号のうち、前記他方の系統の少なくとも1つの相のPWMカウントを、当該相のPWMカウントの当該電流制御周期内での合計値を変更することなく、少なくとも1つのPWM周期において、当該相の出力電圧波形が、前記一方の系統の1つの相の出力電圧波形を反転させた波形となるように変更するPWMカウント変更手段を含んでいる、モータ制御装置。 - 前記コモンモードノイズ低減手段は、前記電流制御周期内の各PWM周期において、前記2系統のうちの一方の系統の1つの相である第1相の出力電圧に起因して浮遊容量に流れる電流が、他方の系統の2つの相である第2相または第3相の出力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、当該第2相および第3相に対するPWM周期のPWMカウントを変更するものであり、
前記コモンモードノイズ低減手段は、
前記電流制御周期内の各PWM周期に対する前記第2相のPWMカウントを、当該第2相のPWMカウントの当該電流制御周期内での合計値を変更することなく、当該電流制御周期内の所定の半数のPWM周期において、当該第2相の出力電圧波形が、前記第1相の出力電圧波形を反転させた波形となるように変更する第1のPWMカウント変更手段と、
前記電流制御周期内の各PWM周期に対する前記第3相のPWMカウントを、当該第3相のPWMカウントの当該電流制御周期内での合計値を変更することなく、前記電流制御周期内の前記所定の半数のPWM周期以外の他の半数のPWM周期において、当該第3相の出力電圧波形が、前記第1相の出力電圧波形を反転させた波形となるように変更する第2のPWMカウント変更手段とを含む、請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記電流制御周期内の各PWM周期において、前記2系統のうちの前記他方の系統の前記第2相および前記第3相以外の1つの相である第4相の出力電圧に起因して浮遊容量に流れる電流が、前記一方の系統の前記第1相以外の2つの相である第5相または第6相の出力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、当該第5相および第6相に対するPWM周期のPWMカウントを変更する、他のコモンモードノイズ低減手段をさらに含み、
前記他のコモンモードノイズ低減手段は、
前記電流制御周期内の各PWM周期に対する前記第5相のPWMカウントを、当該第5相のPWMカウントの当該電流制御周期内での合計値を変更することなく、当該電流制御周期内の所定の半数のPWM周期において、当該第5相の出力電圧波形が、前記第4相の出力電圧波形を反転させた波形となるように変更する第3のPWMカウント変更手段と、
前記電流制御周期内の各PWM周期に対する前記第6相のPWMカウントを、当該第6相のPWMカウントの当該電流制御周期内での合計値を変更することなく、前記電流制御周期内の前記所定の半数のPWM周期以外の他の半数のPWM周期において、当該第6相の出力電圧波形が、前記第4相の出力電圧波形を反転させた波形となるように変更する第4のPWMカウント変更手段とを含む、請求項2に記載のモータ制御装置。
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