JP2010029028A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの大幅な増加を伴うことなく、回転角検出手段の故障時に正確に推定された回転角を用いてモータを適切に駆動することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】レゾルバ２に故障が生じていない通常時はレゾルバ２が検出する検出回転角θ_Sを用いてモータ１が制御される。レゾルバ２に故障が生じたときは、回転角推定部３１が演算する推定回転角θ_Eを用いてモータ１が制御される。レゾルバ２が正常なときに、検出回転角θ_Sから求めた回転角速度ωから検出誘起電圧Ｅ^S _αβが演算される。また、二相電圧指令値Ｖ_αβおよび二相検出電流Ｉ_αβに基づいて推定誘起電圧Ｅ^E _αβが演算される。これらの比較に基づき、推定誘起電圧Ｅ^E _αβを補正するための補正値Ｃ_αβが生成され、補正値記憶部３０に書き込まれる。回転角推定部３１は、推定誘起電圧Ｅ^E _αβを補正値Ｃ_αβで補正し、この補正後の推定誘起電圧を用いて推定回転角θ_Eを求める。
【選択図】図１

Description

この発明は、ブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置に関する。ブラシレスモータは、たとえば、電動パワーステアリング装置における操舵補助力の発生源として利用される。

ブラシレスモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転角を検出するための回転角センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。回転角センサとしては、たとえば、ロータ回転角（電気角）に対応した正弦波信号および余弦波信号を出力するレゾルバが用いられる。
回転角センサの故障（信号線の断線故障や短絡故障を含む）が生じると、ロータ回転角を特定することができなくなるから、ブラシレスモータの駆動制御を継続できなくなる。

この問題は、回転角センサを用いることなくブラシレスモータを駆動するセンサレス駆動方式の併用によって緩和される。センサレス駆動方式は、ロータの回転に伴う誘起電圧を推定することによって、磁極の位相（ロータの電気角）を推定する方式である。
特開２００３−１６４１８７号公報

誘起電圧の推定は、モータ電圧、モータ電流およびモータパラメータを用いて行うことができる。誘起電圧は、理想的には、ロータ回転角に対して正弦波状の変化を示すはずだが、実際には理想的な波形とはならない。その主たる原因は、モータ電流に起因するモータ温度の変化によってモータパラメータ（とくに抵抗値）が変化することである。したがって、推定誘起電圧が理想的な正弦波状変化を示すと仮定して回転角推定演算を行うと、推定された回転角には誤差が生じることになる。この誤差のために、センサレス駆動方式では、モータを効率良く駆動することができず、十分なトルク出力が得られないおそれがある。

モータの温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの出力に応じてモータパラメータを補正することが考えられる。しかし、温度センサを設けることによって、コストが高くなる問題がある。
また、推定回転角を時間微分することによって推定回転角速度を演算し、これを用いてモータの推定抵抗値を求めることが考えられるかもしれない。しかし、このような構成とすると、推定回転角と推定抵抗値とが相互に影響を与え合うので、結果的に、回転角推定精度が悪くなるおそれがある。

そこで、この発明の目的は、コストの大幅な増加を伴うことなく、回転角検出手段の故障時に正確に推定された回転角を用いてモータを適切に駆動することができるモータ制御装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ロータ（５０）と、このロータに対向するステータ（５５）とを備えたモータ（１）を制御するためのモータ制御装置（１０）であって、前記ロータの回転角を検出するための回転角検出手段（２，２２）と、前記回転角検出手段によって検出された検出回転角から求めたロータの回転角速度から前記モータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段（２６）と、モータ電圧およびモータ電流から前記モータの誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段（２７）と、前記誘起電圧検出手段によって検出された検出誘起電圧と前記誘起電圧推定手段によって推定された推定誘起電圧との対応関係（Ｃ_αβ）を記憶する記憶手段（３０）と、前記誘起電圧推定手段によって推定される推定誘起電圧と、前記記憶手段に記憶された対応関係とに基づいて、前記ロータの回転角を推定するための回転角推定手段（３１）と、前記回転角検出手段に故障が生じていない通常時には前記検出回転角に基づいて前記モータを制御し、前記回転角検出手段の故障時には前記回転角推定手段によって推定された推定回転角に基づいて前記モータを制御する制御手段（１５〜２１，３２）とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。

この構成によれば、回転角検出手段によってロータの回転角が検出され、この検出回転角から求めたロータの回転角速度に基づいて、モータの誘起電圧が検出される。その一方で、モータ電圧およびモータ電流に基づき、モータの誘起電圧が推定される。そして、検出誘起電圧と推定誘起電圧との対応関係が記憶手段に記憶される。回転角推定手段は、誘起電圧推定手段によって推定される推定誘起電圧と、前記記憶手段に記憶された対応関係とに基づき、ロータの回転角を推定する。回転角検出手段によって検出される検出回転角は充分な精度を有するので、前記記憶手段に記憶された対応関係は正確である。したがって、記憶手段に記憶された検出誘起電圧および推定誘起電圧の対応関係を用いると、推定誘起電圧を正確なロータ回転角に対応づけることができる。したがって、回転角推定手段によって推定される推定回転角は、推定誘起電圧のみを用いる場合に比較して精度の高い値を持つ。

この発明では、回転角検出手段に故障が生じていない通常時には、検出回転角に基づいてモータを制御する一方で、回転角検出手段の故障時には回転角推定手段によって推定された推定回転角に基づいてモータが制御される。前記のとおり、推定回転角は充分な精度を有することができるので、回転角検出手段の故障時においても、正確に推定された回転角を用いてモータを適切に駆動することができる。これによって、回転角検出手段の故障時においても、モータを効率良く駆動することができ、充分なトルク出力を得ることができる。

モータの抵抗値等のモータパラメータは、モータ電流によるモータ温度の変動によって変化するが、記憶手段に書き込まれる前記対応関係を随時更新することによって、モータパラメータの変動にも対応することができる。
このようにして、温度センサ等を追加することなく、回転角検出手段の故障時におけるロータ回転角の推定精度を高めることができる。

前記記憶手段は、検出誘起電圧と推定誘起電圧との対応関係をロータの回転角に応じて記憶するものであってもよい。たとえば、ロータの回転角の全範囲を所定角度（たとえば、３６０°を１６等分した２２．５°）の複数の区間に等分し、個々の角度区間毎に対応関係を求めて記憶手段に記憶するようにしてもよい。すなわち、ロータの回転角が属する角度区間を特定し、その角度区間に対応する前記対応関係を用いればよい。この構成により、記憶手段の記憶容量を抑制できる。

たとえば、所定の制御周期毎に推定回転角を求める場合に、前制御周期における推定回転角に相当する前記対応関係を記憶手段から読み出し、この対応関係と今制御周期に求められた推定誘起電圧とを用いて、今制御周期の推定回転角を求めるようにしてもよい。制御周期は、一般に、充分に短く（たとえば、２００μｓｅｃ）、前制御周期と今制御周期との間でのロータ回転角の変化は微小である。したがって、前制御周期の推定回転角に相当する前記対応関係を今制御周期の推定誘起電圧に適用することによって、今制御周期における推定回転角を充分な精度で求めることができる。

前記モータ制御装置は、前記回転角検出手段に故障が生じているか否かを判定する故障判定手段（２５）をさらに含むことが好ましい。この場合、前記制御手段は、故障判定手段による判定結果に応じて、検出回転角によるモータ制御を行うか、推定回転角によるモータ制御を行うかを選択すればよい。
前記制御手段は、モータ電圧指令値を生成するモータ電圧指令値生成手段（１９Ａ，１９Ｂ）を含むものであってもよい。また、前記モータ制御装置は、モータ電圧指令値に応じてモータを駆動する駆動手段（１３）と、モータ電流を検出する電流検出手段（１１）とをさらに含むことが好ましい。この場合、前記誘起電圧推定手段は、モータ電圧指令値生成手段が生成するモータ電圧指令値と、前記電流検出手段が検出するモータ電流とに基づいて推定誘起電圧を求めるものであってもよい。また、モータに印加される電圧を検出するモータ電圧検出手段を設け、このモータ電圧検出手段によって検出される電圧と、前記電流検出手段によって検出されるモータ電流とに基づいて、推定誘起電圧を求める構成としてもよい。

また、前記モータ制御装置は、回転角検出手段に故障が生じていない通常時に、検出誘起電圧と推定誘起電圧との対応関係をロータ回転角に応じて前記記憶手段に書き込む書込み手段（２９）をさらに含むことが好ましい。
請求項２記載の発明は、前記記憶手段に記憶される対応関係が、前記検出誘起電圧と前記推定誘起電圧との、ロータの回転角に応じた偏差である、請求項１記載のモータ制御装置である。この構成によれば、検出誘起電圧と推定誘起電圧との偏差がロータ回転角に応じて記憶手段に記憶される。したがって、この偏差を用いて推定誘起電圧を補正することにより、正確な誘起電圧が求まるので、この補正後の誘起電圧を用いることによって、正確な推定回転角を用いることができる。

請求項３記載の発明は、前記記憶手段に記憶される対応関係が、前記検出誘起電圧と前記推定誘起電圧との、ロータの回転角に応じた比率である、請求項１記載のモータ制御装置である。この構成によれば、検出誘起電圧と推定誘起電圧との比率がロータの回転角に応じて記憶手段に記憶される。したがって、推定誘起電圧に対して当該比率に応じた補正を施すことによって、正確な誘起電圧を推定できる。この補正後の推定誘起電圧を用いることで、正確なロータ回転角を推定することができる。

これらのほか、前記記憶手段に記憶される対応関係は、検出誘起電圧に対する推定誘起電圧のオフセットと、検出誘起電圧に対する推定誘起電圧のゲインとを含んでいてもよい。オフセットとは、検出誘起電圧の平均値と推定誘起電圧の平均値との偏差である。ゲインとは、推定誘起電圧の振幅に対する検出誘起電圧の比率である。したがって、推定誘起電圧に対してオフセットを減じるオフセット補正を行い、このオフセット補正された推定誘起電圧にゲインを乗じることによって、推定誘起電圧を妥当な値（検出誘起電圧に等しい値）に補正できる。オフセットおよびゲインは、ロータの全角度範囲の推定誘起電圧に対して共通に適用できるので、ロータの回転角に応じて記憶手段に記憶させる必要はない。

請求項４記載の発明は、ロータの回転角速度の大きさが所定値以上のときに前記対応関係を前記記憶手段に書き込む書込み手段（２９）をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置である。この構成によれば、ロータの回転角速度の大きさ（絶対値）が所定値以上であることを条件に、検出誘起電圧および推定誘起電圧の対応関係が記憶手段に書き込まれる。回転角速度の大きさが小さいときには、誘起電圧推定手段による誘起電圧の推定精度が低くなる。そこで、ロータの回転角速度の大きさが所定値以上のときに前記対応関係を求めることより、当該対応関係の精度を高めることができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両のステアリングホイールに加えられる操作トルクを検出するトルクセンサ７と、車両の速度を検出する車速センサ８と、車両の舵取り機構３に操舵補助力を与えるモータ１と、このモータ１を駆動制御するモータ制御装置１０とを備えている。モータ制御装置１０は、トルクセンサ７が検出する操作トルクおよび車速センサ８が検出する車速に応じてモータ１を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。モータ１は、たとえば、三相ブラシレスモータであり、図２(a)に図解的に示すように、界磁としてのロータ５０と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３を含むステータ５５とを備えている。モータ１は、ロータの外部にステータを配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを配置したアウターロータ型のものであってもよい。

モータ制御装置１０は、電流検出部１１、信号処理部としてのマイクロコンピュータ１２、および駆動回路１３を有する。このモータ制御装置１０に、モータ１内のロータの回転角を検出するレゾルバ２（回転角センサ）とともに、前述のトルクセンサ７および車速センサ８が接続されている。
電流検出部１１はモータ１のステータ巻線５１，５２，５３を流れる電流を検出する。より具体的には、電流検出部１１は、３相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）のステータ巻線５１，５２，５３における相電流をそれぞれ検出する電流検出器を有する。

マイクロコンピュータ１２は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭ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、基本目標電流値演算部１５と、ｄｑ軸目標電流値演算部１６と、ＰＩ（比例積分）制御部１９Ａと、電圧指令値生成部１９Ｂと、γδ／αβ座標変換部２０Ａと、αβ／ＵＶＷ座標変換部２０Ｂと、ＰＷＭ制御部２１と、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａと、αβ／γδ座標変換部１７Ｂと、偏差演算部１８と、回転角算出部２２と、回転角速度演算部２３と、センサ故障判定部２５と、誘起電圧検出部２６と、誘起電圧推定部２７と、補正値生成部２８と、書込み制御部２９と、補正値記憶部３０と、回転角推定部３１と、切換え部３２とを備えている。

基本目標電流値演算部１５は、トルクセンサ７により検出される操作トルクと、車速センサ８により検出される車速とに基づいて、モータ１の基本目標電流値Ｉ^*を演算する。基本目標電流値Ｉ^*は、たとえば、操作トルクの大きさが大きいほど大きく、車速が小さい程大きくなるように定められる。
ｄｑ軸目標電流値演算部１６は、基本目標電流値Ｉ^*に基づいて、モータ１のロータ磁極方向に沿うｄ軸電流成分の目標値（ｄ軸目標電流値Ｉ_d ^*）と、ｄ軸に直交するｑ軸電流成分の目標値（ｑ軸目標電流値Ｉ_q ^*）とを生成する。以下、これらをまとめていうときには、「目標電流値Ｉ_dq」という。

モータ１のＵ相、Ｖ相およびＷ相に与えるべき電流（正弦波電流）の振幅を表す基本目標電流値Ｉ^*を用いると、ｄ軸目標電流値Ｉ_d ^*およびｑ軸目標電流値Ｉ_q ^*は、次式(1)(2)のように表される。

したがって、ｄｑ軸目標電流値演算部１６は、ｄ軸目標電流値Ｉ_d ^*＝０を生成する一方で、トルクセンサ７によって検出される操作トルクに応じたｑ軸目標電流値Ｉ_q ^*を生成する。

電流検出部１１は、モータ１のＵ相電流Ｉ_u、Ｖ相電流Ｉ_vおよびＷ相電流Ｉ_wを検出する（以下、これらをまとめていうときには「三相検出電流Ｉ_uvw」という）。その検出値は、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａに与えられる。
ＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａは、三相検出電流Ｉ_uvwを、二相固定座標系（α−β）上での電流Ｉ_αおよびＩ_β（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉ_αβ」という。）に座標変換する。二相固定座標系（α−β）とは、ロータ５０の回転中心を原点として、ロータ５０の回転平面内にα軸およびこれに直交するβ軸を定めた固定座標系である（図２参照）。座標変換された二相検出電流Ｉ_αβは、αβ／γδ座標変換部１７Ｂに与えられる。

αβ／γδ座標変換部１７Ｂは、二相検出電流Ｉ_αβを、制御上のロータ回転角θ^（以下、「制御回転角θ^」という。）に従う二相回転座標系（γ−δ）上での電流Ｉ_γおよびＩ_δ（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉ_γδ」という。）に座標変換する。二相回転座標系（γ−δ）は、制御回転角θ^にロータ５０がある場合に、ロータ磁極方向に沿うγ軸と、このγ軸に直交するδ軸とによって規定される回転座標系である。制御回転角θ^に誤差がなく、実際のロータ回転角と一致しているとき、二相回転座標系（ｄ−ｑ）と二相回転座標系（γ−δ）とは一致する。制御回転角θ^は、回転角算出部２２または回転角推定部３１によって演算され、切換え部３２によって選択されたロータ回転角である。

二相検出電流Ｉ_γδは、偏差演算部１８に与えられるようになっている。この偏差演算部１８は、ｄ軸目標電流値Ｉ_d ^*に対するγ軸電流Ｉ_γの偏差、およびｑ軸目標電流値Ｉ_q ^*に対するδ軸電流Ｉ_δの偏差を演算する。これらの偏差がＰＩ制御部１９Ａに与えられてそれぞれＰＩ演算処理を受ける。そして、これらの演算結果に応じて、電圧指令値生成部１９Ｂによって、γ軸電圧指令値Ｖ_γ ^*およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^*（以下、これらをまとめていうときには「二相電圧指令値Ｖ_γδ」という。）が生成されて、γδ／αβ座標変換部２０Ａに与えられる。

γδ／αβ座標変換部２０Ａは、γ軸電圧指令値Ｖ_γ ^*およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^*を、二相固定座標系（α−β）の電圧指令値であるα軸電圧指令値Ｖ_α ^*およびβ軸電圧指令値Ｖ_β ^*（以下、これらをまとめていうときには「二相電圧指令値Ｖ_αβ」という。）に座標変換する。この二相電圧指令値Ｖ_αβは、αβ／ＵＶＷ座標変換部２０Ｂに与えられる。

αβ／ＵＶＷ座標変換部２０Ｂは、α軸電圧指令値Ｖ_α ^*およびβ軸電圧指令値Ｖ_β ^*を三相固定座標系の電圧指令値、すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*（以下、これらをまとめていうときには「三相電圧指令値Ｖ_uvw」という。）に変換する。
ＰＷＭ制御部２１は、三相の電圧指令値Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*に応じて制御されたデューティ比の駆動信号を生成して駆動回路１３に与える。これにより、モータ１の各相には、該当する相の電圧指令値Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*に応じたデューティ比で電圧が印加されることになる。

このような構成によって、舵取り機構３に結合された操作部材としてのステアリングホイール（図示せず）に操作トルクが加えられると、これがトルクセンサ７によって検出される。そして、その検出された操作トルクおよび車速に応じた目標電流値Ｉ_dqがｄｑ軸目標電流値演算部１６によって生成される。この目標電流値Ｉ_dqと二相検出電流Ｉ_γδとの偏差が偏差演算部１８によって求められ、この偏差をゼロに導くようにＰＩ制御部１９ＡによるＰＩ演算が行われる。この演算結果に対応した二相電圧指令値Ｖ_γδが電圧指令値生成部１９Ｂによって生成され、これが、座標変換部２０Ａ，２０Ｂを経て三相電圧指令値Ｖ_uvwに変換される。そして、ＰＷＭ制御部２１の働きによって、その三相電圧指令値Ｖ_uvwに応じたデューティ比で駆動回路１３が動作することによって、モータ１が駆動され、目標電流値Ｉ_dqに対応したアシストトルクが舵取り機構３に与えられることになる。こうして、操作トルクおよび車速に応じて操舵補助を行うことができる。電流検出部１１によって検出される三相検出電流Ｉ_uvwは、座標変換部１７Ａ，１７Ｂを経て、目標電流値Ｉ_dqに対応するように二相回転座標系（γ−δ）で表された二相検出電流Ｉ_γδに変換された後に、偏差演算部１８に与えられる。

回転座標系と固定座標系との間での座標変換のためには、ロータ５０の回転角（位相角、すなわち電気角）θが必要である。この回転角を表す制御回転角θ^が、レゾルバ２の出力を用いて回転角算出部２２で生成されるか、または回転角推定部３１での推定演算によって推定されるようになっている。そして、いずれかによって演算された制御回転角θ＾が、切換え部３２から、αβ／γδ座標変換部１７Ｂおよびγδ／αβ座標変換部２０Ａに与えられるようになっている。以下、回転角算出部２２で検出される回転角を「検出回転角θ_S」といい、回転角推定部３１で推定される回転角を「推定回転角θ_E」という。

回転角速度演算部２３は、回転角算出部２２から所定の制御周期（たとえば２００μｓｅｃ）毎に与えられる検出回転角θ_Sの差分Δθ_Sを制御周期で除算することにより、ロータ５０の回転角速度ωを演算する。
センサ故障判定部２５は、レゾルバ２の故障の有無を判定する。たとえば、センサ故障判定部２５は、レゾルバ２の信号線２ａに導出される信号を監視することによって、レゾルバ２の故障、信号線２ａの断線故障、信号線２ａの接地故障を検出することができる。より具体的には、レゾルバ２とモータ制御装置１０との間の信号線２ａをプルアップ抵抗を介して電源電位に接続したり、プルダウン抵抗を介して接地電位に接続したりする構成をとることができる。この場合、信号線２ａが断線すると、当該信号線２ａには、レゾルバ２からの信号（正弦信号または余弦信号）が導出されなくなり、代わりに、当該信号線２ａは、電源電位または接地電位に固定される。そこで、センサ故障判定部２５は、信号線２ａが電源電位または接地電位に固定されているかどうかを判定することで、レゾルバ２の故障（信号線の故障を含む）の有無を判定することができる。むろん、レゾルバ２の故障検出には、その他の公知の方法を適用してもよい。

誘起電圧検出部２６は、回転角速度演算部２３によって演算される回転角速度ωと、回転角算出部２２によって求められる検出回転角θ_Sとに基づいて、二相固定座標系（α−β）おけるモータ１の誘起電圧Ｅ^S _αβ（α軸誘起電圧Ｅ^S _αおよびβ軸誘起電圧Ｅ^S _β）を求める。具体的には、次式(3)の演算によって、α軸誘起電圧Ｅ^S _αおよびβ軸誘起電圧Ｅ^S _β（以下、まとめていうときには「検出誘起電圧Ｅ^S _αβ」という。）を求める。ただし、Ｋ_Eは誘起電圧定数であり、予め測定しておくことができる値である。

誘起電圧推定部２７は、二相電圧指令値Ｖ_αβと、二相検出電流Ｉ_αβとに基づいて、モータ１のα軸誘起電圧Ｅ^E _αおよびβ軸誘起電圧Ｅ^E _β（以下、まとめていうときには「推定誘起電圧Ｅ^E _αβ」という。）を演算する。この誘起電圧推定部２７の構成については後述する。

補正値生成部２８は、誘起電圧検出部２６によって求められる検出誘起電圧Ｅ^S _αβと、誘起電圧推定部２７によって推定される推定誘起電圧Ｅ^E _αβとを比較し、その比較結果に対応した補正値Ｃ_αβ（α軸補正値Ｃ_αおよびβ軸補正値Ｃ_β）を出力する。この補正値Ｃ_αβは、検出誘起電圧Ｅ^S _αβと推定誘起電圧Ｅ^E _αβとのロータ回転角θに応じた偏差（α軸誘起電圧偏差Ｅ^S _α−Ｅ^E _αおよびβ軸誘起電圧偏差Ｅ^S _β−Ｅ^E _β）であってもよい。また、前記補正値Ｃ_αβは、検出誘起電圧Ｅ^S _αβと推定誘起電圧Ｅ^E _αβとのロータ回転角θに応じた比率（α軸誘起電圧比率Ｅ^S _α／Ｅ^E _αおよびβ軸誘起電圧比率Ｅ^S _β／Ｅ^E _β）であってもよい。さらに、前記補正値Ｃ_αβは、検出誘起電圧Ｅ^S _αβの平均値と推定誘起電圧Ｅ^E _αβの平均値との偏差を表すオフセットＯＦ_αβ（α軸オフセットＯＦ_αおよびβ軸オフセットＯＦ_β）と、検出誘起電圧Ｅ^S _αβの振幅Ａ^S _αβ（α軸振幅Ａ^S _αおよびβ軸振幅Ａ^S _β）と推定誘起電圧Ｅ^E _αβの振幅Ａ^E _αβ（α軸振幅Ａ^E _αおよびβ軸振幅Ａ^E _β）との比率を表すゲインＧ_αβ（α軸ゲインＧ_α（＝Ａ^S _α／Ａ^E _α）およびβ軸ゲインＧ_β（＝Ａ^S _β／Ａ^E _β）との組であってもよい。このような補正値Ｃ_αβが、書込み制御部２９に与えられる。

書込み制御部２９は、センサ故障判定部２５がレゾルバ２の故障が生じていないと判定している通常時において、補正値生成部２８から与えられる補正値Ｃ_αβを補正値記憶部３０に書き込む。補正値Ｃ_αβが前記の偏差（α軸誘起電圧偏差Ｅ^S _α−Ｅ^E _αおよびβ軸誘起電圧偏差Ｅ^S _β−Ｅ^E _β）または前記の比率（α軸誘起電圧比率Ｅ^S _α／Ｅ^E _αおよびβ軸誘起電圧比率Ｅ^S _β／Ｅ^E _β）であるときには、この補正値Ｃ_αβは、そのときの検出回転角θ_Sと対応付けて書き込まれる。この場合には、補正値Ｃ_αβは、ロータ回転角に対応しており、そのロータ回転角における検出誘起電圧Ｅ^S _αβと推定誘起電圧Ｅ^E _αβとの対応関係を表すことになる。また、前記補正値Ｃ_αβが、前記オフセットＯＦ_αβおよびゲインＧ_αβの組であるときには、この補正値Ｃ_αβはロータ回転角の全範囲で検出誘起電圧Ｅ^S _αβと推定誘起電圧Ｅ^E _αβとの対応関係を表すので、検出回転角θ_Sと対応付けて補正値記憶部３０に書き込む必要はない。

ただし、回転角速度ωの大きさ（絶対値）が小さいときには、誘起電圧の推定精度が悪くなるので、書込み制御部２９は、回転角速度演算部２３によって演算される回転角速度の大きさ｜ω｜が所定値（たとえば、ロータの回転数で２００ｒｐｍに相当する値）以上であることを条件に、補正値Ｃ_αβを補正値記憶部３０に書き込むように動作する。
補正値記憶部３０は、前記補正値Ｃ_αβを記憶するものである。補正値Ｃ_αβが前記の偏差（α軸誘起電圧偏差Ｅ^S _α−Ｅ^E _αおよびβ軸誘起電圧偏差Ｅ^S _β−Ｅ^E _β）または前記の比率（α軸誘起電圧比率Ｅ^S _α／Ｅ^E _αおよびβ軸誘起電圧比率Ｅ^S _β／Ｅ^E _β）であるときには、この補正値Ｃ_αβは、ロータ回転角と対応付けて記憶される。より具体的には、ロータ回転角の全範囲を所定角度（たとえば、３６０°を１６等分した２２．５°）の複数の区間に等分し、個々の角度区間毎に補正値Ｃ_αβが記憶される。該当する角度区間に対応する従前の補正値Ｃ_αβがすでに補正値記憶部３０に記憶されている場合には、この従前の補正値Ｃ_αβに代えて新たに求められた補正値Ｃ_αβが補正値記憶部３０に格納される。すなわち、該当する角度区間の補正値Ｃ_αβが更新される。

前記補正値Ｃ_αβが、前記オフセットＯＦ_αβおよびゲインＧ_αβの組であるときには、ロータ回転角との対応付けをすることなく補正値記憶部３０に格納される。従前の補正値Ｃ_αβがすでに補正値記憶部３０に記憶されている場合には、この従前の補正値Ｃ_αβに代えて新たに求められた補正値Ｃ_αβが補正値記憶部３０に格納される。すなわち、補正値Ｃ_αβが更新される。

回転角推定部３１は、誘起電圧推定部２７から与えられる推定誘起電圧Ｅ^E _αβを補正値記憶部３０に記憶されている補正値Ｃ_αβで補正し、この補正後の推定誘起電圧Ｅ^E _αβ′を用いてロータ５０の回転角を推定する。この推定された回転角を、以下「推定回転角θ_E」という。
補正後の推定誘起電圧Ｅ^E _αβ′は、補正値Ｃ_αβが誘起電圧偏差である場合には、次式(4)(5)のとおりとなる。

Ｅ^E _α′＝Ｅ^E _α＋Ｃ_α …(4)
Ｅ^E _β′＝Ｅ^E _β＋Ｃ_β …(5)
また、補正値Ｃ_αβが誘起電圧比率である場合には、補正後の推定誘起電圧Ｅ^E _αβ′は、次式(6)(7)のとおりとなる。
Ｅ^E _α′＝Ｅ^E _α・Ｃ_α …(6)
Ｅ^E _β′＝Ｅ^E _β・Ｃ_β …(7)
これらの場合、補正値記憶部３０からは、ロータ回転角に応じた補正値Ｃ_αβを読み出す必要がある。そこで、たとえば、前制御周期における推定回転角θ_Eに相当する補正値Ｃ_αβを補正値記憶部３０から読み出し、この補正値Ｃ_αβを今制御周期に求められた推定誘起電圧Ｅ^E _αβの補正に用いればよい。制御周期は、充分に短いので（たとえば、２００μｓｅｃ）、前制御周期と今制御周期との間でのロータ回転角の変化は微小である。しかも、補正値Ｃ_αβは、一定幅の角度区間毎に補正値記憶部３０に記憶されている。したがって、前制御周期の推定回転角θ_Eに相当する補正値Ｃ_αβを今制御周期の推定誘起電圧Ｅ^E _αβに適用することによって、この推定誘起電圧Ｅ^E _αβを適正に補正して、補正後の推定誘起電圧Ｅ^E _αβ′を得ることができる。

前記補正値Ｃ_αβが、前記オフセットＯＦ_αβおよびゲインＧ_αβの組である場合には、補正後の推定誘起電圧Ｅ^E _αβ′は、次式(8)(9)のとおりとなる。
Ｅ^E _α′＝（Ｅ^E _α−ＯＦ_α）・Ｇ_α …(8)
Ｅ^E _β′＝（Ｅ^E _β−ＯＦ_β）・Ｇ_β …(9)
こうして求められる補正後の推定誘起電圧Ｅ^E _αβ′は、前記(3)式と同様に、推定回転角θ_Eとの間に次式(10)の関係がある。

この関係を利用して、回転角推定部３１は、次式(11)に従い、推定回転角θ_Eを求める。

図３は、誘起電圧推定部２７の構成例を説明するためのブロック図である。誘起電圧推定部２７は、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａが出力する二相検出電流Ｉ_αβと、γδ／αβ座標変換部２０Ａが生成する二相電圧指令値Ｖ_αβとに基づいて、ロータ５０の回転角を推定する。誘起電圧推定部２７は、信号処理部３５と、誘起電圧演算部３６とを備えている。

信号処理部３５は、二相電圧指令値Ｖ_αβの高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された電圧フィルタ３７と、二相検出電流Ｉ_αβの高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された電流フィルタ３８とを有している。
誘起電圧演算部３６には、信号処理部３５によって信号処理（フィルタリング）された後の二相電圧指令値Ｖ_αβおよび二相検出電流Ｉ_αβが与えられるようになっている。誘起電圧演算部３６は、モータ１の数学モデルであるモータモデルに基づき、モータ１の誘起電圧を外乱として推定する外乱オブザーバ３９と、この外乱オブザーバ３９が出力する推定誘起電圧から高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された推定値フィルタ４０とを有している。そして、信号処理部３５の電圧フィルタ３７によってフィルタリングされた二相電圧指令値Ｖ_αβと、電流フィルタ３８によってフィルタリングされた二相検出電流Ｉ_αβとが、外乱オブザーバ３９に入力されるようになっている。

図４は、誘起電圧演算部３６のより詳しい構成例を説明するためのブロック図である。モータ１の数学モデルであるモータモデルは、たとえば、（Ｒ＋ｐＬ）^-1と表すことができる。ただし、Ｒは電機子巻線抵抗（モータ抵抗）、Ｌはαβ軸インダクタンス、ｐは微分演算子である。モータ１には、二相電圧指令値Ｖ_αβと誘起電圧Ｅ_αβ（α軸誘起電圧Ｅ_αおよびβ軸誘起電圧Ｅ_β）とが印加されると考えることができる。

外乱オブザーバ３９は、二相検出電流Ｉ_αβを入力としてモータ電圧を推定する逆モータモデル（モータモデルの逆モデル）４１と、この逆モータモデル４１によって推定されるモータ電圧と二相電圧指令値Ｖ_αβとの偏差を求める電圧偏差演算部４２とで構成することができる。電圧偏差演算部４２は、二相電圧指令値Ｖ_αβに対する外乱を求めることになるが、図４から明らかなとおり、この外乱は誘起電圧Ｅ_αβに相当する推定値Ｅ^_αβ（α軸誘起電圧推定値Ｅ^_αおよびβ軸誘起電圧推定値Ｅ^_β（以下、まとめて「推定誘起電圧Ｅ^_αβ」という。）になる。逆モータモデル４１は、たとえば、Ｒ＋ｐＬで表される。

推定値フィルタ４０は、たとえば、ａ／（ｓ＋ａ）で表される低域通過フィルタで構成することができる。ａは、設計パラメータであり、この設計パラメータａにより、推定値フィルタ４０の遮断周波数ω_cが定まる。この推定値フィルタ４０の出力が、推定誘起電圧Ｅ^E _αβである。
図５は、補正値生成部２８によって生成される補正値Ｃ_αβを説明するための波形図である。検出誘起電圧Ｅ^S _αβのロータ回転角に対する変化は曲線Ｌ１で表されており、推定誘起電圧Ｅ^E _αβのロータ回転角に対する変化は曲線Ｌ２で表されている。推定誘起電圧Ｅ^E _αβは、検出誘起電圧Ｅ^S _αβに対してオフセットしているとともに、振幅も異なっている。

検出誘起電圧Ｅ^S _αβと推定誘起電圧Ｅ^E _αβとの偏差Ｅ^S _αβ−Ｅ^E _αβ、および検出誘起電圧Ｅ^S _αβと推定誘起電圧Ｅ^E _αβとの比率Ｅ^S _αβ／Ｅ^E _αβは、ロータ回転角θごとに異なっている。そこで、偏差Ｅ^S _αβ−Ｅ^E _αβまたは比率Ｅ^S _αβ／Ｅ^E _αβを補正値Ｃ_αβとするときには、ロータ回転角の全範囲を所定角度（たとえば、３６０°を１６等分した２２．５°）の複数の区間に等分し、個々の角度区間毎に補正値Ｃ_αβが記憶される
オフセットＯＦ_αβおよびゲインＧ_αβを補正値Ｃ_αβとするときには、これらが求められる。α軸オフセット量ＯＦ_αは、α軸検出誘起電圧Ｅ^S _αの平均値とα軸推定誘起電圧Ｅ^E _αの平均値との差をとることによって求めることができる。同様に、β軸オフセット量ＯＦ_βは、β軸検出誘起電圧Ｅ^S _βの平均値とβ軸推定誘起電圧Ｅ^E _βの平均値との差をとることによって求めることができる。また、α軸ゲインＧ_αは、α軸検出誘起電圧Ｅ^S _αの振幅Ａ^S _αおよびα軸推定誘起電圧Ｅ^E _αの振幅Ａ^E _αをそれぞれ求め、それらの比Ａ^S _α／Ａ^E _αを求めることによって得ることができる。同様に、β軸ゲインＧ_βは、β軸検出誘起電圧Ｅ^S _βの振幅Ａ^S _βおよびβ軸推定誘起電圧Ｅ^E _βの振幅Ａ^E _βをそれぞれ求め、それらの比Ａ^S _β／Ａ^E _βを求めることによって得ることができる。

推定誘起電圧Ｅ^E _αβの誤差は、外乱オブザーバ３９における誘起電圧の推定誤差に起因している。より具体的には、逆モータモデル４１を構成するモータパラメータ（とくに、巻線抵抗Ｒ）が、通電によるモータ温度の昇温に起因して変動することに起因している。この推定誤差が、検出誘起電圧Ｅ^S _αβと推定誘起電圧Ｅ^E _αβとの比較によって得られた補正値Ｃ_αβに基づいて補正される。これにより、モータ温度を検出する温度センサを備えることなく、モータパラメータの変動の影響を補償して、精度の高い推定回転角θ_Eを求めることができる。

図６は、マイクロコンピュータ１２が所定の制御周期毎に繰り返し実行する処理を説明するためのフローチャートである。マイクロコンピュータ１２は、トルクセンサ７、車速センサ８、レゾルバ２、および電流検出部１１の各出力信号を取り込む（ステップＳ１）。基本目標電流値演算部１５は、トルクセンサ７が検出した操作トルクおよび車速センサ８が検出した車速に基づいて、基本目標電流値Ｉ^*を演算する（ステップＳ２）。一方、センサ故障判定部２５は、信号線２ａに導出される信号に基づいて、レゾルバ２の故障の有無を判定する（ステップＳ３）。

レゾルバ２に故障がなければ（ステップＳ３：ＮＯ）、切換え部３２によって、回転角算出部２２が算出する検出回転角θ_S（レゾルバ出力による制御回転角）が制御回転角θ＾として選択されて（ステップＳ４）、レゾルバ２の出力信号を用いながら基本目標電流値Ｉ^*に基づいてモータ１を駆動する通常の制御が実行される（ステップＳ５）。より具体的には、ｄｑ軸目標電流値演算部１６によってｄ軸目標電流値Ｉ_d ^*およびｑ軸目標電流値Ｉ_q ^*が設定される。また、電流検出部１１が検出する三相検出電流Ｉ_uvwが、座標変換部１７Ａ，１７Ｂで座標変換され、γ軸電流Ｉ_γおよびδ軸電流Ｉ_δが求められる。偏差演算部１８は、ｄ軸電流偏差δＩ_d（＝Ｉ_d ^*−Ｉ_γ）およびｑ軸電流偏差δＩ_q（＝Ｉ_q ^*−Ｉ_δ）を求める。ＰＩ制御部１９Ａは、電流偏差δＩ_d，δＩ_qに対するＰＩ（比例積分）演算等を行い、このＰＩ演算に基づいて、電圧指令値生成部１９Ｂによって、ｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*が生成される。これらが座標変換部２０Ａ，２０Ｂにおいて座標変換されることによって、ＵＶＷ相の電圧指令値Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*が生成される。これらの電圧指令値Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*に対応するＰＷＭ制御信号がＰＷＭ制御部２１によって生成される。αβ／γδ座標変換部１７Ｂおよびγδ／αβ座標変換部２０Ａにおける座標変換演算には、レゾルバ２の出力信号に基づいて回転角算出部２２によって算出される検出回転角θ_Sが制御回転角θ＾として用いられる（ステップＳ４）。

この通常の制御が行われるときに、誘起電圧検出部２６において検出誘起電圧Ｅ^S _αβが求められ、誘起電圧推定部２７において推定誘起電圧Ｅ^E _αβが求められる（ステップＳ６）。そして、補正値生成部２８により、検出誘起電圧Ｅ^S _αβと推定誘起電圧Ｅ^E _αβとが比較され、その比較結果に応じた補正値Ｃ_αβが生成される（ステップＳ７）。
書込み制御部２９は、回転角速度演算部２３によって演算される回転角速度ωが所定値（たとえば、２００ｒｐｍ相当値）以上かどうかを判断する（ステップＳ８）。回転角速度ωが当該所定値未満のときには（ステップＳ８：ＮＯ）、誘起電圧推定部２７における推定精度が不充分であるおそれがあるので、補正値Ｃ_αβの書込みは行わない。一方、回転角速度ωが当該所定値以上のときには（ステップＳ８：ＹＥＳ）、誘起電圧推定部２７における推定精度が充分であるとみなして、補正値Ｃ_αβを補正値記憶部３０に書き込む（ステップＳ９）。

一方、センサ故障判定部２５によって、レゾルバ２に故障が生じていると判定されると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、切換え部３２によって、回転角推定部３１が演算する推定回転角θ_Eが制御回転角θ＾として選択される（ステップＳ１０）。
このとき、誘起電圧推定部２７によって推定誘起電圧Ｅ^E _αβが求められる（ステップＳ１１）。回転角推定部３１は、補正値記憶部３０から補正値Ｃ_αβを読み出し、この補正値Ｃ_αβによって推定誘起電圧Ｅ^E _αβを補正する。これにより、補正後の推定誘起電圧Ｅ^E _αβ′が求められる（ステップＳ１２）。補正値Ｃ_αβの読み出しにロータ回転角の情報が必要なときは、前制御周期に求めた推定回転角θ_Eを用いて、補正値Ｃ_αβを読み出すべき角度区間（図５参照）を特定すればよい。回転角推定部３１は、さらに、その補正後の推定誘起電圧Ｅ^E _αβ′に基づいて推定回転角θ_Eを求める（ステップＳ１３）。この推定回転角θ_Eを用いてモータ１の駆動制御が行われる（ステップＳ５）。

レゾルバ２が故障と判定されているとき（ステップＳ３：ＹＥＳ）、書込み制御部２９は、補正値生成部２８によって生成される補正値Ｃ_αβの書込みを行わない。この場合には、補正値生成部２８による比較演算も、誘起電圧検出部２６による誘起電圧算出処理も行われる必要はない。
このように、この実施形態では、レゾルバ２に故障が発生したときには、回転角推定部３１によって求められる推定回転角θ_Eを制御回転角θ＾として用いたセンサレス制御（レゾルバ２の出力信号を用いずに行うモータ制御）に切り換えられる。これにより、レゾルバ２が故障した後にも、モータ１の駆動を継続でき、操舵補助力を舵取り機構３に与えることができる。

また、レゾルバ２に故障が生じていない通常時には、センサレス制御が行われる場合に備えて、推定誘起電圧Ｅ^E _αβを補正するための補正値Ｃ_αβが求められて補正値記憶部３０に蓄積される。これにより、モータ１の温度上昇等に起因するモータパラメータの変動の影響を補償することができる。その結果、センサレス制御が行われる場合において、充分な精度の推定回転角θ_Eを算出することができる。それに応じて、モータ１を効率よく駆動することができるので、充分なトルクを発生させることができる。つまり、レゾルバ２の故障時にセンサレス制御へと移行した際に、温度センサを用いたり、推定回転角速度に基づく抵抗値の推定を行ったりすることなく、モータパラメータの変動に対してロバストな回転角推定を行うことができ、これにより、センサレス制御時においても、モータ１を効率よく駆動することができる。レゾルバ２の故障後にモータ温度が急上昇する状況は考えにくいから、レゾルバ２の故障前に求めた補正値Ｃ_αβを推定誘起電圧Ｅ^E _αβの補正に適用することで、モータパラメータの変化を補償できる。

さらに、モータパラメータだけでなく、モータ１の歪みやモータ１の巻線によって発生する磁界の歪みに起因する推定誘起電圧の誤差補正も併せて行える。
さらにまた、補正値記憶部３０への補正値Ｃ_αβの書込みは、推定誘起電圧Ｅ^E _αβの算出精度が充分な場合のみ、すなわち回転角速度ωが所定値以上であることを条件に行われる。これにより、推定誘起電圧Ｅ^E _αβを適正な補正値Ｃ_αβで補正することができるので、モータパラメータの影響等を効果的に補償できる。これにより、精度の高い推定回転角θ_Eを算出することが可能となる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置の駆動源としてのモータ１を制御するために本発明が適用され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の用途のモータ制御にも適用することができる。とくに、厳しい環境で使用されているモータの場合には、モータパラメータの変動が生じやすいので、この発明を適用した場合の効果が大きい。

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。

この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。 モータの構成および座標系を説明するための図である。 誘起電圧推定部の構成例を説明するためのブロック図である。 誘起電圧演算部のより詳しい構成例を説明するためのブロック図である。 補正値生成部によって生成される補正値を説明するための図である。 マイクロコンピュータが所定の制御周期毎に繰り返し実行する処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０…モータ制御装置、１１…電流検出部、１２…マイクロコンピュータ、５０…ロータ、５１〜５３…ステータ巻線、５５…ステータ

Claims (4)

1. ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータを制御するためのモータ制御装置であって、
   前記ロータの回転角を検出するための回転角検出手段と、
   前記回転角検出手段によって検出された検出回転角から求めたロータの回転角速度から前記モータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
   モータ電圧およびモータ電流から前記モータの誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、
   前記誘起電圧検出手段によって検出された検出誘起電圧と前記誘起電圧推定手段によって推定された推定誘起電圧との対応関係を記憶する記憶手段と、
   前記誘起電圧推定手段によって推定される推定誘起電圧と、前記記憶手段に記憶された対応関係とに基づいて、前記ロータの回転角を推定するための回転角推定手段と、
   前記回転角検出手段に故障が生じていない通常時には前記検出回転角に基づいて前記モータを制御し、前記回転角検出手段の故障時には前記回転角推定手段によって推定された推定回転角に基づいて前記モータを制御する制御手段とを含む、モータ制御装置。
2. 前記記憶手段に記憶される対応関係が、前記検出誘起電圧と前記推定誘起電圧との、ロータの回転角に応じた偏差である、請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記記憶手段に記憶される対応関係が、前記検出誘起電圧と前記推定誘起電圧との、ロータの回転角に応じた比率である、請求項１記載のモータ制御装置。
4. ロータの回転角速度の大きさが所定値以上のときに前記対応関係を前記記憶手段に書き込む書込み手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。

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