JP2011188633A - モータ制御方法、モータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デッドタイム補償制御での零クロス点近傍におけるトルクリップルを抑制し得るモータ制御方法およびモータ制御装置を提供する。
【解決手段】３相モータをインバータ駆動するモータ制御方法において、上下ＭＯＳが共にオフするデッドタイムによる出力電圧の損失を補償するデッドタイム補償が行われる。例えばＵ相のＰＭＷ指令値ＰＭＷｕ＊に対し、０°〜６０°および１２０°〜１８０°の範囲では基準値Ｖｓ、６０°〜１２０°の範囲では基準値の２倍値２Ｖｓのデッドタイム補償量が段階的に与えられ、補償後のＰＷＭ電圧ＰＷＭｕがインバータに出力される。これにより、０°〜１８０°の範囲で一定量のデッドタイム補償量が与えられる場合と比べて、零クロス点である０°と１８０°におけるステップ状の変化を相対的に小さくすることができる。よって、零クロス点近傍におけるトルクリップルが抑制される。
【選択図】図６

Description

本発明は、インバータ駆動されるモータのデッドタイム補償制御を行うモータ制御方法、モータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

従来より、３相モータの駆動装置として電圧形ＰＷＭインバータが用いられている。一般に、電圧形ＰＷＭインバータは、上アームと下アームとからなる逆変換回路を備える。具体的には、「上アーム」は、電源電圧側のスイッチング素子である上ＭＯＳから構成され、「下アーム」は、グランド側のスイッチング素子である下ＭＯＳから構成される。

各相の上ＭＯＳと下ＭＯＳとは、同時にオンするとショートするため、原則として、一方がオンのとき他方がオフとなるようスイッチングする。しかし、オン／オフの切換に微小時間の遅れが生ずるため、上下ＭＯＳが共にオフする時間を設けることで、瞬間的に同時にオンすることを防止している。この「上下アームの短絡を防止するための時間」を短絡防止時間またはデッドタイムという。
このデッドタイムの分だけ出力電圧が損失するため、インバータのＰＷＭ指令値と出力電圧との間に誤差が生じる。そこで、デッドタイムによって生じる出力電圧の損失を補償する「デッドタイム補償」が求められることとなる。

デッドタイム補償制御方法には、ＰＩ制御の電流ループの応答性を上げる方法、インバータに出力するＰＷＭ指令値にデッドタイム補償量を加減算する方法などがある。ＰＷＭ指令値にデッドタイム補償量を加減算する方法は、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００２−９５２６２号公報

「ＰＩ制御の電流ループの応答性を上げることでデッドタイム補償を行う方法」では、フィードバック制御でのループゲインを上げることにより増加するノイズ成分によって、ＰＩ制御されるモータが振動や異音を発生しやすくなる。そのため、例えば、車両の電動パワーステアリング装置のように、当該モータが比較的車室内の乗員に近いところに配置される場合などには、商品性のため振動や異音の発生を抑制することと、デッドタイム補償制御を充分に行こととが両立できなくなる。

「ＰＷＭ指令値にデッドタイム補償量を加減算する方法」では、一般に、インバータの出力電流の零クロス点で、ステップ状にデッドタイム補償量の極性を変更している。
例えば出力電流が電気角θｅに対して「Ｉｓｉｎθｅ」の正弦波形で表される場合、図１３（ａ）に示すように、出力電流の極性は、０°を超えて１８０°未満の範囲では正であり、１８０°を超えて３６０°未満の範囲では負である。そして、極性が変わる０°と１８０°のポイントが「零クロス点」となる。この場合、電気角θｅが０°から１８０°までの範囲ではデッドタイム補償量を正の値ＤＶとし、電気角θｅが１８０°から３６０°までの範囲では負の値−ＤＶとする。そして、デッドタイム補償量は、０°と１８０°の零クロス点でステップ状に変化する。

この方法では、充分なデッドタイム補償量を与えようとすると零クロス点近傍での出力電流のリップル（脈動）が増大し、逆に、出力電流のリップルを抑制しようとすると、充分なデッドタイム補償量を与えることができないという問題が生じる。
出力電流のリップルは、モータにおいてはトルクリップルとなる。また、モータが、自動車の操舵をアシストする電動パワーステアリング装置に適用された場合、トルクリップルは運転者のステアリングホイール操作の安定性に影響し、電動パワーステアリング装置の商品性を左右する重要な問題となり得る。

特許文献１には、図１３（ｂ）に示すように、出力電流が閾値Ｉｘ未満の小電流領域では、出力電流が閾値Ｉｘ以上のときのデッドタイム補償量に補償係数ｋ（０≦ｋ≦１）を乗じた値をデッドタイム補償量とすることにより、零クロス点近傍での出力電流のリップルを抑制する方法が提案されている。しかし、この方法では、小電流領域でのデッドタイム補償量が過少となるという問題がある。

本発明は上記事情に基づいて成されたものであり、その目的は、充分なデッドタイム補償を実現しながら、デッドタイム補償制御での零クロス点近傍におけるトルクリップルを抑制し得るモータ制御方法およびモータ制御装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、トルクリップルを抑制するとともに振動や異音の発生を抑制し得る電動パワーステアリング装置を提供することにある。

請求項１に記載のモータ制御方法は、３相交流モータを駆動する電圧形インバータのデッドタイムによって生じるＰＷＭ指令値と出力電圧との間の誤差電圧を補償するモータ制御方法であり、下記（１）〜（６）のステップを含む。
（１）ＰＷＭ電圧の生成に先立ってモータの電気角に基づいて演算され、０を中心とする同一の振幅を有し、電気角の位相に応じて位相が互いに１２０°異なる正弦波形で表される３相のパラメータを取得するステップ。

（２）当該相のパラメータが０を超え他の２相のパラメータがいずれも０未満であるという第１条件に該当するとき、所定の基準値の２倍のデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値に加算するステップ。
（３）当該相のパラメータが０未満で他の２相のパラメータがいずれも０を超えるという第２条件に該当するとき、所定の基準値の２倍のデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値から減算するステップ。
（４）当該相のパラメータが０を超えかつ前記第１条件に該当しないとき、所定の基準値に等しいデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値に加算するステップ。
（５）当該相のパラメータが０未満であってかつ前記第２条件に該当しないとき、所定の基準値に等しいデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値から減算するステップ。
（６）前記当該相のＰＷＭ指令値にデッドタイム補償量を加算または減算した補償後のＰＷＭ電圧をインバータに出力するステップ。
ここで、上記（２）〜（５）のステップについては、（２）と（３）のステップを順不同に実行した後、（４）と（５）のステップを順不同に実行する。

「位相が互いに１２０°異なる正弦波形で表される３相のパラメータ」は、６０°毎にいずれかのパラメータの極性が変わる。６０°毎の区分は、１周期すなわち３６０°につき６区分ある。そこで、現在の各パラメータの極性が正か負か、すなわち各パラメータが０を超えているか０未満かを判別することにより、現在がどの区分に該当するかを判別することができ、その区分に対して適当なデッドタイム補償量を与えることができる。

デッドタイム補償量の絶対値は、所定の基準値またはその２倍の値として与えられる。例えば、Ａを定数とすると、電気角θｅに対して「Ａｓｉｎθｅ」で表されるパラメータの場合、６０°を超えて１２０°未満の区分は第１条件に該当し、基準値の２倍のデッドタイム補償量が加算される。また、０°を超えて６０°未満の区分、及び、１２０°を超えて１８０°未満の区分は、「０を超えかつ第１条件に該当しない」ため、基準値に等しいデッドタイム補償量が加算される。
ここで、「Ａｓｉｎθｅ」で表されるパラメータに対応する相のＰＷＭ指令値は、Ｖｐを定数とすると、同位相の「Ｖｐｓｉｎθｅ」で表される。このＰＷＭ指令値の、０°から６０°まで、６０°から１２０°まで、及び、１２０°から１８０°までの各区分の積分値の比は「１：２：１」である。すなわち、「６０°から１２０°までの区分のデッドタイム補償量を他の区分のデッドタイム補償量の２倍とする」という意味は、各区分のＰＷＭ指令値の積分値に比例したデッドタイム補償量を与えるということである。

これにより、パラメータの極性が正の領域および負の領域のそれぞれにおいて、デッドタイム補償量は、零クロス点の近傍の区分では基準値、それ以外の区分では基準値の２倍というように段階的に加減算される。すなわち、零クロス点でのデッドタイム補償量のステップ状の変化を相対的に小さくすることができるため、零クロス点近傍におけるトルクリップルが抑制される。
また区分を切り換えるタイミング指令は、電気角の位相に応じた３相のパラメータに基づいて行われるため、制御が容易である。

請求項２では、請求項１におけるパラメータは、相電流検出値、ＰＷＭ指令値、相電流指令値、相電圧指令値のうちいずれかである。これにより、電気角の位相に応じて位相が互いに１２０°異なる正弦波形で表される各パラメータの中から、制御に適したパラメータを適宜選択することができる。

請求項３に記載のモータ制御方法は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相交流モータを駆動する電圧形インバータのデッドタイムによって生じるＰＷＭ指令値と出力電圧との間の誤差電圧を補償するモータ制御方法であり、下記（１’）〜（６’）のステップを含む。
（１’）Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電気角を取得するステップ。
ここで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流は０を中心とする同一の振幅を有し、Ｕ相の相電流の正弦波形が０から増加するときの電気角を０°とし、Ｖ相はＵ相に対して１２０°遅れるとし、Ｗ相はＵ相に対して１２０°進むとする。電気角について、０°を超えて６０°未満を第１区分、６０°を超えて１２０°未満を第２区分、１２０°を超えて１８０°未満を第３区分、１８０°を超えて２４０°未満を第４区分、２４０°を超えて３００°未満を第５区分、３００°を超えて３６０°未満を第６区分とする。

（２’）電気角が、Ｕ相については第２区分、Ｖ相については第４区分、Ｗ相については第６区分のとき、所定の基準値の２倍のデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値に加算するステップ。
（３’）電気角が、Ｕ相については第５区分、Ｖ相については第１区分、Ｗ相については第３区分のとき、所定の基準値の２倍のデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値から減算するステップ。
（４’）電気角が、Ｕ相については第１および第３区分、Ｖ相については第３および第５区分、Ｗ相については第５および第１区分のとき、所定の基準値に等しいデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値に加算するステップ。
（５’）電気角が、Ｕ相については第４および第６区分、Ｖ相については第６および第２区分、Ｗ相については第２および第４区分のとき、所定の基準値に等しいデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値から減算するステップ。
（６’）前記当該相のＰＷＭ指令値にデッドタイム補償量を加算または減算した補償後のＰＷＭ電圧をインバータに出力するステップ。
ここで、上記（２’）〜（５’）のステップは、順不同に実行する。

これにより、パラメータの極性が正の領域および負の領域のそれぞれにおいて、デッドタイム補償量は、零クロス点の近傍の区分では基準値、それ以外の区分では基準値の２倍というように段階的に加減算される。すなわち、零クロス点でのデッドタイム補償量のステップ状の変化を相対的に小さくすることができるため、零クロス点近傍におけるトルクリップルが抑制される。
また区分を切り換えるタイミング指令は、電気角に基づいて行われるため、制御が容易である。

請求項４では、請求項１〜３のモータ制御方法における「所定の基準値」の好ましい数値範囲が示される。所定の基準値は、デッドタイムをｔ、ＰＷＭスイッチング周波数をｆ、インバータ電圧をＶｂとすると、
Ｖｃ＝ｔ×ｆ×Ｖｂ・・・（式１）
で計算される理論デッドタイム補償量Ｖｃの５０％〜７５％の範囲の値であることが好ましい。

理論デッドタイム補償量Ｖｃは、デッドタイムによる損失、すなわち誤差電圧に相当する理論値である。１周期の１／２にあたる１８０°範囲においてデッドタイム補償量を一律に理論デッドタイム補償量Ｖｃとすれば、充分なデッドタイム補償が理論的に可能である。したがって、理論デッドタイム補償量Ｖｃに対する基準値Ｖｓの比（Ｖｓ／Ｖｃ比）の好ましい数値範囲の臨界的意義は次のように説明できる。
Ｖｓ／Ｖｃ比を０．７５とした場合、１８０°範囲でのデッドタイム補償量の積分値は理論デッドタイム補償量Ｖｃの積分値に等しく、充分なデッドタイム補償が可能であると判断できる。言い換えれば、Ｖｓ／Ｖｃ比が０．７５を超えると補償過剰となる。よって、Ｖｓ／Ｖｃ比の最大値は０．７５とするのが妥当である。

また、Ｖｓ／Ｖｃ比を０．５とした場合、基準値Ｖｓの２倍値のデッドタイム補償量が与えられる範囲において、デッドタイム補償量ＤＶｕは理論デッドタイム補償量Ｖｃに一致する。したがって、この範囲だけに着目しても、Ｖｓ／Ｖｃ比を０．５より小さくすると明らかに補償不足となる。よって、Ｖｓ／Ｖｃ比の最小値は０．５とするのが妥当である。
以上より、基準値Ｖｓは理論デッドタイム補償量Ｖｃの５０〜７５％の範囲に設定するのが好ましいといえる。これにより、デッドタイム補償量を適量にすることができる。

請求項５に記載のモータ制御装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御方法によって誤差電圧を補償するモータ制御装置である。
このモータ制御装置は、上記のモータ制御方法の効果を奏する装置である。

請求項６に記載の電動パワーステアリング装置は、請求項５に記載のモータ制御装置を用いたものである。
電動パワーステアリング装置は、自動車運転者の操舵をアシストする装置であり、比較的車室内の乗員に近いところにモータが配置される。本発明のモータ制御装置を用いることにより、ループゲインを上げることなくデッドタイム補償を行うことができるため、振動や異音の発生を抑制できる。よって、電動パワーステアリング装置の商品性を向上することができる。

本発明の一実施形態によるモータ制御装置のブロック図 本発明の一実施形態によるモータ制御装置が適用される電動パワーステアリング装置の構成図 本発明の一実施形態によるモータ制御装置の基本回路図 本発明の第１実施例によるモータ制御方法のフローチャート 本発明の第１実施例によるモータ制御方法によって得られるデッドタイム補償量の波形図 本発明の第１実施例によるモータ制御方法によって得られるＰＷＭ電圧の波形図 比較例のモータ制御方法によって得られるデッドタイム補償量の波形図 比較例のモータ制御方法によって得られるＰＷＭ電圧の波形図 デッドタイム補償量基準値の設定範囲を示す説明図 本発明の第２実施例によるモータ制御方法のフローチャート（Ｕ相） 本発明の第２実施例によるモータ制御方法のフローチャート（Ｖ相） 本発明の第２実施例によるモータ制御方法のフローチャート（Ｗ相） 従来技術のモータ制御方法を説明する（ａ）説明図および（ｂ）特性図

車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に本発明を適用した実施形態を、以下、図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図２は、電動パワーステアリング装置を備えたステアリングシステムの全体構成を示す図である。ステアリングシステム９０に備えられる電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２に操舵トルクを検出するためのトルクセンサ９４を設置している。ステアリングシャフト９２の先端にはピニオンギア９６が設けられており、ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪９８が操舵される。

電動パワーステアリング装置１は、操舵アシストトルクを発生するモータ８０、モータ８０の回転角を検出する回転角センサ８５、モータ８０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝える減速ギア８９、及び、ＥＣＵ５を備える。ＥＣＵ５は、モータの駆動を制御するモータ制御装置１０を含む。モータ８０は３相ブラシレスモータであり、減速ギア８９を正逆回転させる。
この構成により、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール９１の操舵を補助するための操舵アシストトルクを発生し、ステアリングシャフト９２に伝達する。

図３は、モータ制御装置１０の基本回路図である。電源リレー５５は、直流電源５０からインバータ６０への電力供給を導通または遮断する。インバータ６０は、直流電力から３相交流電力を生成する。モータ８０は、インバータ６０から３相交流電力を供給されて駆動される。

インバータ６０は電圧形ＰＷＭインバータであり、上アームと下アームとからなる逆変換回路を備える。上アームは、電源電圧側のスイッチング素子である３個の上ＭＯＳ６１、６２、６３から構成され、下アームは、グランド側のスイッチング素子である３個の下ＭＯＳ６４、６５、６６から構成される。上ＭＯＳ６１と下ＭＯＳ６４とがＵ相の電力を生成し、上ＭＯＳ６２と下ＭＯＳ６５とがＶ相の電力を生成し、上ＭＯＳ６３と下ＭＯＳ６６とがＷ相の電力を生成する。

上ＭＯＳ６１と下ＭＯＳ６４、上ＭＯＳ６２と下ＭＯＳ６５、上ＭＯＳ６３と下ＭＯＳ６６とは、それぞれ同時にオンするとショートするため、原則として、一方がオンのとき他方がオフとなるようスイッチングする。しかし、オン／オフの切換に微小時間の遅れが生ずるため、対応する上下ＭＯＳが共にオフする「デッドタイム（短絡防止時間）」が設けられ、瞬間的に同時にオンすることを防止している。

図１は、モータ制御装置１０の制御ブロック図である。
アシスト制御演算１５は、トルクセンサ９４による操舵トルク検出値、及び、図示しない車速センサによる車速検出値に基づき、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊およびｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を出力する。

ＰＩ制御演算２０は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊およびｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、ｄｑ軸電流変換演算２５からフィードバックされるｑ軸電流Ｉｑおよびｄ軸電流Ｉｄとの差に基づき、比例積分制御によってｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を演算し、出力する。ここでｄｑ軸電流変換演算２５は、電流センサ７５が検出した相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｑ軸電流Ｉｑおよびｄ軸電流ＩｄにＤＱ変換してフィードバックする。なお、ｑ軸電流はトルク電流、ｄ軸電流は励磁電流または界磁電流ともいう。

２相３相変換演算３０は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊の２相電圧指令値を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊の３相電圧指令値に変換する。また、電気角θｅは、２相３相変換演算３０にフィードバックされる。
ＰＷＭ変換演算４０は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊の３相電圧指令値を、デューティ指令値であるＵ相ＰＭＷ指令値ＰＭＷｕ＊、Ｖ相ＰＭＷ指令値ＰＭＷｖ＊、Ｗ相ＰＭＷ指令値ＰＭＷｗ＊に変換する。

デッドタイム補償演算４５は、後述するいずれかのタイミング指令Ｅ１〜Ｅ５を利用してデッドタイム補償量ＤＶｕ、ＤＶｖ、ＤＶｗを決定し、ＰＭＷ指令値ＰＭＷｕ＊、ＰＭＷｖ＊、ＰＭＷｗ＊に加減算する。
インバータ６０は、デッドタイム補償量が加減算された後のＰＭＷ電圧ＰＭＷｕ、ＰＭＷｖ、ＰＭＷｗによって３相交流電力を生成し、モータ８０に供給する。電流センサ７５は、各相の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。

回転角センサ８５は、モータ８０における回転体（ロータ）の１回転を１周期とする回転角θｍを検出する。モータ電気角演算７０は、回転角θｍと電気角θｅとを相互に変換する。電気角θｅは、電気信号の１周期を基準とするものである。例えばモータ極数が４極で、モータ極数に比例した周期の電気信号が出力されるとすると、モータ１回転に４周期の電気信号が出力されるため、電気角θｅは回転角θｍの４倍となる。

デッドタイム補償演算４５へのタイミング指令Ｅ１〜Ｅ５は次のようである。
タイミング指令Ｅ１は、相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づく指令である。
タイミング指令Ｅ２は、ＰＭＷ指令値ＰＭＷｕ＊、ＰＭＷｖ＊、ＰＭＷｗ＊に基づく指令である。
タイミング指令Ｅ３は、相電流指令値Ｉｕ＊、Ｉｖ＊、Ｉｗ＊に基づく指令である。この場合、２相３相変換演算３５は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊およびｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を相電流指令値Ｉｕ＊、Ｉｖ＊、Ｉｗ＊に変換する。
タイミング指令Ｅ４は、相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づく指令である。

タイミング指令Ｅ１〜Ｅ４における、相電流検出値、ＰＭＷ指令値、相電流指令値、相電圧指令値は、電気角θｅの関数としてのパラメータΨ（θｅ）である。
また、タイミング指令Ｅ５は、電気角θｅに基づく指令である。
以下、タイミング指令Ｅ１〜Ｅ４を利用するモータ制御方法を第１実施例、タイミング指令Ｅ５を利用するモータ制御方法を第２実施例として説明する。

（第１実施例）
図４は、第１実施例によるモータ制御方法において、Ｕ相のデッドタイム補償量を決定するフローチャートである。ここで、記号Ｓはステップを示す。また、「Ｖｓ」は、デッドタイム補償量の基準値を示し、「２Ｖｓ」は、Ｖｓの２倍値を示す。
パラメータ「Ψ（θｅ）ｕ」は、Ｕ相についての電気角θｅの関数であり、具体的には、相電流検出値Ｉｕ、ＰＷＭ指令値ＰＷＭｕ＊、相電流指令値Ｉｕ＊、相電圧指令値Ｖｕ＊などに相当する。

Ｓ１１ｕでは、「Ψ（θｅ）ｕが０以上で、他の２相のパラメータ、すなわちＶ相についてのΨ（θｅ）ｖ、及び、Ｗ相についてのΨ（θｅ）ｗがいずれも０未満」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ１２ｕにてデッドタイム補償量ＤＶｕを「２Ｖｓ」とする。ＮＯの場合、Ｓ１３ｕへ移行する。
Ｓ１３ｕでは、「Ψ（θｅ）ｕが０未満でΨ（θｅ）ｖおよびΨ（θｅ）ｗがいずれも０以上」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ１４ｕにてデッドタイム補償量ＤＶｕを「−２Ｖｓ」とする。ＮＯの場合、Ｓ１５ｕへ移行する。
Ｓ１５ｕでは、「Ψ（θｅ）ｕが０以上」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ１６ｕにてデッドタイム補償量ＤＶｕを「Ｖｓ」とする。
ＮＯの場合は、Ｓ１７ｕにてデッドタイム補償量ＤＶｕを「−Ｖｓ」とする。

Ｖ相、Ｗ相についても同様のフローチャートにより、デッドタイム補償量ＤＶｖ、ＤＶｗを決定する。
図５は、第１実施例によるモータ制御方法によって得られるデッドタイム補償量ＤＶｕ、ＤＶｖ、ＤＶｗの波形図である。各相のデッドタイム補償量は、６０°毎にステップ状に変化する。３相のデッドタイム補償量は、位相が互いに１２０°異なる。また、基準値Ｖｓは、理論デッドタイム補償量Ｖｃの約２／３である。この理由については後述する。

図６は、ＰＷＭ指令値、及び、ＰＷＭ指令値にデッドタイム補償量が与えられた後のＰＷＭ電圧の波形を示す。例えば、Ｕ相について、ＰＷＭ指令値ＰＷＭｕ＊を細い実線で示し、デッドタイム補償量が与えられた後のＰＷＭ電圧ＰＷＭｕを太い実線で示す。Ｖ相については二点鎖線、Ｗ相については破線で同様に示す。
また、代表として、Ｕ相Ｖ相間のモータ端子間電圧Ｖｕ−ｖを太い一点鎖線で示す。Ｕ相Ｖ相間のモータ端子間電圧Ｖｕ−ｖは、Ｕ相のＰＷＭ電圧ＰＷＭｕからＶ相のＰＷＭ電圧ＰＷＭｖを引いたものであり、０°、１２０°、１８０°、３００°のポイントでオフセットする。このオフセット量は「３Ｖｓ」である。

ここで、比較例のモータ制御方法について図７、図８に基づいて説明する。比較例のモータ制御方法は、各相についてパラメータΨ（θｅ）が正のときは、一定値の正のデッドタイム補償量ＤＶをＰＷＭ指令値ＰＷＭ＊に与え、パラメータΨ（θｅ）が負のときは、負のデッドタイム補償量−ＤＶをＰＷＭ指令値ＰＷＭ＊に与える。
パラメータΨ（θｅ）は、１周期につき２回、すなわち１８０°毎に極性が変わる。この極性が変わる点が「零クロス点」である。デッドタイム補償量ＤＶは零クロス点でステップ状に変化する。

そして、比較例のモータ制御方法では、デッドタイム補償量ＤＶを理論デッドタイム補償量Ｖｃとする。理論デッドタイム補償量Ｖｃは、デッドタイムをｔ、ＰＷＭスイッチング周波数をｆ、インバータ電圧をＶｂとすると、下式によって求められる。
Ｖｃ＝ｔ×ｆ×Ｖｂ・・・（式１）
例えば、デッドタイムｔが１μｓ、ＰＷＭスイッチング周波数ｆが２０ｋＨｚのとき、（ｔ×ｆ）は０．０２である。すなわち、インバータ電圧Ｖｂの２％がデッドタイムによって損失し、ＰＷＭ指令値と出力電圧との誤差を生じることとなる。その２％分の電圧が「理論デッドタイム補償量Ｖｃ」に相当する。

図７は、比較例のモータ制御方法によって得られるデッドタイム補償量の波形図であり、図５に対応する。また、図８は、ＰＷＭ指令値、ＰＷＭ指令値にデッドタイム補償量が与えられた後のＰＷＭ電圧の波形、及び、Ｕ相Ｖ相間のモータ端子間電圧Ｖｕ−ｖを示す図であり、図６に対応する。比較例におけるＵ相Ｖ相間のモータ端子間電圧Ｖｕ−ｖは、本発明の第１実施例と同様、０°、１２０°、１８０°、３００°のポイントでオフセットする。そのオフセット量は「２Ｖｃ」である。

比較例は、過不足なくデッドタイム補償量を与えるという点では理想的な方法であり、その結果として得られるのがモータ端子間電圧である。そこで、本発明の第１実施例のＵ相Ｖ相間のモータ端子間電圧Ｖｕ−ｖを比較例と比べると、第１実施例のオフセット量「３Ｖｓ」が比較例のオフセット量「２Ｖｃ」と等しければ両者は一致する。よって、
Ｖｓ＝２／３Ｖｃ ・・・（式２）
とすることで、第１実施例において比較例と同等の「理想的なデッドタイム補償」を実現することが可能となる。

このように、Ｖｓ／Ｖｃ比は理論上２／３が最適である。そこで、「２／３」すなわち約０．６７の値を含む、Ｖｓ／Ｖｃ比の好ましい数値範囲について検討する。図９（ａ）は、０°から１８０°までの区分でのＵ相パラメータΨ（θｅ）ｕを示し、図９（ｂ）は、比較例での理論デッドタイム補償量Ｖｃを示す。
図９（ｃ）は、本発明の第１実施例にて、基準値Ｖｓを理論デッドタイム補償量Ｖｃの０．７５倍とした場合を示す。この場合、０°から１８０°までの範囲でのデッドタイム補償量ＤＶｕの積分値は理論デッドタイム補償量Ｖｃの積分値に等しく、充分なデッドタイム補償が可能であると判断できる。言い換えれば、Ｖｓ／Ｖｃ比が０．７５を超えると補償過剰となる。よって、Ｖｓ／Ｖｃ比の最大値は０．７５とするのが妥当である。

図９（ｄ）は、本発明の第１実施例にて、基準値Ｖｓを理論デッドタイム補償量Ｖｃの０．５倍とした場合を示す。この場合、６０°から１２０°までの範囲においてデッドタイム補償量ＤＶｕは基準値Ｖｓの２倍値であり、理論デッドタイム補償量Ｖｃに一致する。したがって、この範囲だけに着目しても、Ｖｓ／Ｖｃ比を０．５より小さくすると明らかに補償不足となる。よって、Ｖｓ／Ｖｃ比の最小値は０．５とするのが妥当である。
以上より、基準値Ｖｓは理論デッドタイム補償量Ｖｃの５０〜７５％の範囲に設定するのが好ましく、特に約６７％が最適であるといえる。

（効果）
本発明の第１実施例による効果について説明する。
比較例では、零クロス点から次の零クロス点までの１８０°の範囲に対し、理論デッドタイム補償量Ｖｃを１とすると、６０°毎に「１：１：１」の一定量のデッドタイム補償量ＤＶが与えられた。それに対し、本発明の第１実施例では、Ｖｓ／Ｖｃ比を２／３とすると、６０°毎に「（２／３）：（４／３）：（２／３）」のデッドタイム補償量ＤＶが段階的に与えられる。これにより、充分なデッドタイム補償を実現しながら零クロス点でのデッドタイム補償量のステップ状の変化を相対的に小さくすることができるため、零クロス点近傍におけるトルクリップルを抑制することができる。
また、デッドタイム補償量ＤＶの切換タイミングは、相電流検出値等のパラメータΨ（θｅ）によって指令されるため制御が容易である。

電動パワーステアリング装置においては、零クロス点近傍の小電流領域は、ステアリングホイールを中立から操舵方向へ切り込んでいく動作を示す領域であり、通常走行においては最も使用頻度の多い領域でもある。そしてまた、デッドタイムの影響を受けやすい領域であることから、この領域で充分なデッドタイム補償を実現しながらトルクリップルを抑制することは、電動パワーステアリング装置において特に大きな効果を奏する。

さらに、このデッドタイム補償方法は、フィードバック制御でのループゲインを上げるものではないため、ノイズによるモータの振動や異音の発生を抑制できる。したがって、本発明のモータ制御方法を電動パワーステアリング装置に適用すれば、商品性を損なうことがない。

（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について説明する。第２実施例のモータ制御方法が実行されるモータ制御装置は第１実施例と実質的に同一である。第２実施例のモータ制御方法は、各相のパラメータからではなく、電気角θｅから直接的に現在の区分を判断する点で第１実施例と異なる。

図１０、１１、１２は、第２実施例によるモータ制御方法において、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のデッドタイム補償量ＤＶｕ、ＤＶｖ、ＤＶｗを決定するフローチャートである。図４と同様、記号Ｓはステップを示す。また、「Ｖｓ」は、デッドタイム補償量の基準値を示し、「２Ｖｓ」は、Ｖｓの２倍値を示す。
Ｕ相についてデッドタイム補償量ＤＶｕを決定するフローチャートを図１０に示す。Ｓ２１ｕでは、電気角θｅが「６０°≦θｅ＜１２０°」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ２２ｕにてデッドタイム補償量ＤＶｕを「２Ｖｓ」とする。ＮＯの場合、Ｓ２３ｕへ移行する。
Ｓ２３ｕでは、電気角θｅが「２４０°≦θｅ＜３００°」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ２４ｕにてデッドタイム補償量ＤＶｕを「−２Ｖｓ」とする。ＮＯの場合、Ｓ２５ｕへ移行する。
Ｓ２５ｕでは、電気角θｅが「０°≦θｅ＜６０°または１２０°≦θｅ＜１８０°」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ２６ｕにてデッドタイム補償量ＤＶｕを「Ｖｓ」とする。
ＮＯの場合は、Ｓ２７ｕにてデッドタイム補償量ＤＶｕを「−Ｖｓ」とする。

Ｖ相についてデッドタイム補償量ＤＶｖを決定するフローチャートを図１１に示す。Ｓ２１ｖでは、電気角θｅが「１８０°≦θｅ＜２４０°」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ２２ｖにてデッドタイム補償量ＤＶｖを「２Ｖｓ」とする。ＮＯの場合、Ｓ２３ｖへ移行する。
Ｓ２３ｖでは、電気角θｅが「０°≦θｅ＜６０°」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ２４ｖにてデッドタイム補償量ＤＶｖを「−２Ｖｓ」とする。ＮＯの場合、Ｓ２５ｖへ移行する。
Ｓ２５ｖでは、電気角θｅが「１２０°≦θｅ＜１８０°または２４０°≦θｅ＜３００°」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ２６ｖにてデッドタイム補償量ＤＶｖを「Ｖｓ」とする。
ＮＯの場合は、Ｓ２７ｖにてデッドタイム補償量ＤＶｖを「−Ｖｓ」とする。

Ｗ相についてデッドタイム補償量ＤＶｗを決定するフローチャートを図１２に示す。Ｓ２１ｗでは、電気角θｅが「３００°≦θｅ＜３６０°」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ２２ｗにてデッドタイム補償量ＤＶｗを「２Ｖｓ」とする。ＮＯの場合、Ｓ２３ｗへ移行する。
Ｓ２３ｗでは、電気角θｅが「１２０°≦θｅ＜１８０°」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ２４ｗにてデッドタイム補償量ＤＶｗを「−２Ｖｓ」とする。ＮＯの場合、Ｓ２５ｗへ移行する。
Ｓ２５ｗでは、電気角θｅが「２４０°≦θｅ＜３００°または０°≦θｅ＜３６０°」であるか否かを判断する。ＹＥＳの場合、Ｓ２６ｗにてデッドタイム補償量ＤＶｗを「Ｖｓ」とする。
ＮＯの場合は、Ｓ２７ｗにてデッドタイム補償量ＤＶｗを「−Ｖｓ」とする。

第２実施例によるモータ制御方法によって得られるデッドタイム補償量ＤＶｕ、ＤＶｖ、ＤＶｗは、第１実施例の場合と同一である。
また、第２実施例による効果は、第１実施例の効果と同様である。

（その他の実施例）
（ア）第１実施例のフローチャート（図４）にて、例えば、Ｓ１１ｕでは、「Ψ（θｅ）ｕが０以上で、他の２相のパラメータ、すなわちΨ（θｅ）ｖおよびΨ（θｅ）ｗがいずれも０未満」であるか否かを判断した。ここでは、「Ψ（θｅ）ｕ＝０」の点をすべて「０を超える」方に含めて扱っているが、逆にすべて「０未満」の方に含めて扱ってもよい。これは、フローチャート上で「Ψ（θｅ）ｕ＝０」を重複せずにいずれかの範囲に含める必要があるに過ぎないためであり、現実の作用としてはどちらでもよい。
（イ）Ｓ１１ｕとＳ１３ｕの実行順序は逆でもよい。また、Ｓ１５ｕに代えて、「Ψ（θｅ）ｕが０未満」であるか否かを判断し、ＹＥＳの場合、デッドタイム補償量ＤＶｕを「−Ｖｓ」とし、ＮＯの場合、デッドタイム補償量ＤＶｕを「Ｖｓ」としてもよい。

（ウ）第２実施例のフローチャート（図１０〜１２）にて、電気角θｅが「下限角度≦θｅ＜上限角度」であるか否かを判断した。この場合も（ア）と同様の考え方により、すべての判断条件を「下限角度＜θｅ≦上限角度」というように置き換えてもかまわない。
（エ）Ｕ相についてのフローチャートを例に取ると、Ｓ２１ｕ、Ｓ２３ｕ、Ｓ２５ｕ、及び、Ｓ２５ｕでのＮＯの場合に相当する「電気角θｅが１８０°≦θｅ＜２４０°または３００°≦θｅ＜３６０°であるか否かを判断するステップ」の実行順序はいずれでもかまわない。Ｖ相、Ｗ相についても同様である。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１：電動パワーステアリング装置、５：ＥＣＵ、１０：モータ制御装置、１５：アシスト制御演算、２０：ＰＩ制御演算、２５：ｄｑ軸電流変換演算、３０：２相３相変換演算、３５：２相３相変換演算、４０：ＰＷＭ変換演算、４５：デッドタイム補償演算、
５０：直流電源、５５：電源リレー、６０：インバータ、６１〜６３：上ＭＯＳ、６４〜６６：下ＭＯＳ、７０：モータ電気角演算、７５：電流センサ、８５：回転角センサ、
８０：モータ、９０：ステアリングシステム、９１：ステアリングホイール、
ＤＶ、ＤＶｕ、ＤＶｖ、ＤＶｗ：デッドタイム補償量、
Ｖｂ：インバータ電圧、Ｖｃ：理論デッドタイム補償量、Ｖｓ：基準値、
ｔ：デッドタイム、ｆ：ＰＷＭスイッチング周波数、Ｅ１〜Ｅ５：タイミング指令、
Ｉｑ：ｑ軸電流、Ｉｄ：ｄ軸電流、Ｉｑ＊：ｑ軸電流指令値、Ｉｄ＊：ｄ軸電流指令値、
Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ：相電流検出値、Ｉｕ＊、Ｉｖ＊、Ｉｗ＊：相電流指令値、
Ｖｑ＊：ｑ軸電圧指令値、Ｖｄ＊：ｄ軸電圧指令値、
Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊：相電圧指令値、Ｖｕ−ｖ：端子間電圧、
ＰＭＷｕ、ＰＭＷｖ、ＰＭＷｗ：ＰＭＷ電圧、
ＰＭＷ＊、ＰＭＷｕ＊、ＰＭＷｖ＊、ＰＭＷｗ＊：ＰＭＷ指令値、
θｍ：回転角、θｅ：電気角、Ψ（θｅ）：パラメータ

Claims (6)

1. ３相交流モータを駆動する電圧形インバータのデッドタイムによって生じるＰＷＭ指令値と出力電圧との間の誤差電圧を補償するモータ制御方法であって、
   （１）ＰＷＭ電圧の生成に先立ってモータの電気角に基づいて演算され、０を中心とする同一の振幅を有し、電気角の位相に応じて位相が互いに１２０°異なる正弦波形で表される３相のパラメータを取得するステップと、
   （２）当該相のパラメータが０を超え他の２相のパラメータがいずれも０未満であるという第１条件に該当するとき、所定の基準値の２倍のデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値に加算するステップと、
   （３）当該相のパラメータが０未満で他の２相のパラメータがいずれも０を超えるという第２条件に該当するとき、前記基準値の２倍のデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値から減算するステップと、
   （４）当該相のパラメータが０を超えかつ前記第１条件に該当しないとき、前記基準値に等しいデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値に加算するステップと、
   （５）当該相のパラメータが０未満であってかつ前記第２条件に該当しないとき、前記基準値に等しいデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値から減算するステップと、
   （６）前記当該相のＰＷＭ指令値にデッドタイム補償量を加算または減算した補償後のＰＷＭ電圧をインバータに出力するステップと、を含み、
   上記（２）と上記（３）のステップを実行した後、上記（４）と上記（５）のステップを実行することを特徴とするモータ制御方法。
2. 前記パラメータは、相電流検出値、ＰＷＭ指令値、相電流指令値、相電圧指令値のうちいずれかである請求項１に記載のモータ制御方法。
3. Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相交流モータを駆動する電圧形インバータのデッドタイムによって生じるＰＷＭ指令値と出力電圧との間の誤差電圧を補償するモータ制御方法であって、
   Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流は０を中心とする同一の振幅を有し、Ｕ相の相電流の正弦波形が０から増加するときの電気角を０°とし、Ｖ相はＵ相に対して１２０°遅れるとし、Ｗ相はＵ相に対して１２０°進むとし、電気角について、０°を超えて６０°未満を第１区分、６０°を超えて１２０°未満を第２区分、１２０°を超えて１８０°未満を第３区分、１８０°を超えて２４０°未満を第４区分、２４０°を超えて３００°未満を第５区分、３００°を超えて３６０°未満を第６区分とすると、
   （１’）Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電気角を取得するステップと、
   （２’）電気角が、Ｕ相については第２区分、Ｖ相については第４区分、Ｗ相については第６区分のとき、所定の基準値の２倍のデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値に加算するステップと、
   （３’）電気角が、Ｕ相については第５区分、Ｖ相については第１区分、Ｗ相については第３区分のとき、前記基準値の２倍のデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値から減算するステップと、
   （４’）電気角が、Ｕ相については第１および第３区分、Ｖ相については第３および第５区分、Ｗ相については第５および第１区分のとき、前記基準値に等しいデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値に加算するステップと、
   （５’）電気角が、Ｕ相については第４および第６区分、Ｖ相については第６および第２区分、Ｗ相については第２および第４区分のとき、前記基準値に等しいデッドタイム補償量を当該相のＰＷＭ指令値から減算するステップと、
   （６’）前記当該相のＰＷＭ指令値にデッドタイム補償量を加算または減算した補償後のＰＷＭ電圧をインバータに出力するステップと、
   を含むことを特徴とするモータ制御方法。
4. 前記基準値は、
   デッドタイムをｔ、ＰＷＭスイッチング周波数をｆ、インバータ電圧をＶｂとすると、
   Ｖｃ＝ｔ×ｆ×Ｖｂ
   で計算される理論デッドタイム補償量Ｖｃの５０％〜７５％の範囲の値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御方法。
5. 前記ＰＷＭ指令値を出力するＰＷＭ変換演算と、
   前記電気角を出力するモータ電気角演算と、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御方法を実行するデッドタイム補償演算と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項５に記載のモータ制御装置を用いた電動パワーステアリング装置。

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