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JP7735938B2 - Motor control device, electric actuator, and electric power steering device - Google Patents
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JP7735938B2 - Motor control device, electric actuator, and electric power steering device - Google Patents

Motor control device, electric actuator, and electric power steering device

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JP7735938B2 JP2022085841A JP2022085841A JP7735938B2 JP 7735938 B2 JP7735938 B2 JP 7735938B2 JP 2022085841 A JP2022085841 A JP 2022085841A JP 2022085841 A JP2022085841 A JP 2022085841A JP 7735938 B2 JP7735938 B2 JP 7735938B2
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Description

本発明は、モータ制御装置、電動アクチュエータおよび電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a motor control device, an electric actuator, and an electric power steering device.

従来、モータ制御においては様々な外乱(ノイズ)に対する対策が求められている。
外乱としては、例えば、電圧ノイズ、電流検出ノイズ、角度検出ノイズ、トルク外乱などが知られている。トルク外乱については、モータ自身が持っているトルク外乱と、外部から伝達されるトルク外乱について対策が求められている。
モータ自身が持っているトルク外乱としては、例えばコギングトルクや、電気子反作用によるトルクリップルや、クーロン摩擦などが知られている。外部から伝達されるトルク外乱としては、例えばモータ軸に接続された装置・システムからの逆入力トルクや、機械共振や、セルフアライニングトルクなどが知られている。
例えば特許文献1には、トルク外乱のみを抑制する外乱オブザーバを備えたモータ制御装置が提案されている。
Conventionally, measures against various disturbances (noise) have been required in motor control.
Known examples of disturbances include voltage noise, current detection noise, angle detection noise, torque disturbance, etc. Regarding torque disturbances, measures are required to deal with torque disturbances that the motor itself has and torque disturbances that are transmitted from the outside.
Known torque disturbances inherent in the motor itself include cogging torque, torque ripple due to armature reaction, Coulomb friction, etc. Known torque disturbances transmitted from the outside include reverse input torque from devices and systems connected to the motor shaft, mechanical resonance, and self-aligning torque.
For example, Patent Document 1 proposes a motor control device equipped with a disturbance observer that suppresses only torque disturbances.

特開2016-163370号公報JP 2016-163370 A

しかしながら、各種の外乱それぞれに対応した各種の抑制機能をすべて搭載すると構成が複雑化し、抑制機能同士が互いに干渉する虞もある。
そこで、本発明は、構成の複雑化を避けながら各種外乱を精度よく抑制することを課題とする。
However, if various suppression functions corresponding to each of the various disturbances are provided, the configuration becomes complicated, and there is a risk that the suppression functions may interfere with each other.
Therefore, an object of the present invention is to accurately suppress various disturbances while avoiding a complicated configuration.

上記課題を解決するために、本発明に係るモータ制御装置の一態様は、電流指令値と実電流値との差分値に基づいて電圧指令値を算出する指令値算出部と、上記実電流値とモータの回転角度とに基づいて当該モータの回転数を推定する回転数推定部と、上記実電流値と上記モータの回転数推定値とに基づいてトルク外乱を推定するトルク外乱推定部と、推定された上記トルク外乱を抑制するための、上記電流指令値に加算される抑制値を算出するトルク外乱抑制部と、を備える。 To solve the above problem, one aspect of the motor control device according to the present invention includes a command value calculation unit that calculates a voltage command value based on the difference between a current command value and an actual current value; a rotation speed estimation unit that estimates the rotation speed of the motor based on the actual current value and the rotation angle of the motor; a torque disturbance estimation unit that estimates a torque disturbance based on the actual current value and the estimated rotation speed of the motor; and a torque disturbance suppression unit that calculates a suppression value to be added to the current command value to suppress the estimated torque disturbance.

このようなモータ制御装置によれば、回転数推定部で滑らかな推定信号の取得が可能であるため、精度の高いトルク外乱の推定および抑制が可能となる。また、回転数推定部、トルク外乱推定部およびトルク外乱抑制部を経るフィードバック型の制御により、上述した各種の外乱も同時に抑制されることが確認された。
上記のモータ制御装置において、上記電流指令値に加算される前の上記抑制値に作用するハイパスフィルタを更に備えることが好ましい。ハイパスフィルタによってトルク外乱の直流成分が除去されるため、特定周波数の外乱を抑制するノッチフィルタのような機能が実現される。
With this motor control device, the rotation speed estimator can obtain a smooth estimated signal, enabling highly accurate estimation and suppression of torque disturbances. It has also been confirmed that the various disturbances described above can be simultaneously suppressed by feedback control via the rotation speed estimator, torque disturbance estimator, and torque disturbance suppressor.
The motor control device preferably further comprises a high-pass filter that acts on the suppression value before it is added to the current command value. The high-pass filter removes DC components of torque disturbances, thereby realizing a function similar to a notch filter that suppresses disturbances of a specific frequency.

また、上記のモータ制御装置において、上記抑制値が加算される前の上記電流指令値に作用して制御帯域を設定する帯域設定部を更に備えることも好ましい。帯域設定部により、電流指令値に含まれるノイズが抑制されるとともに、電流追従性の向上が図られる。
また、上記のモータ制御装置において、上記指令値算出部は、上記差分値に基づいたPID制御で上記電圧指令値を算出するPID制御部を有することが好ましい。PID制御により、電流指令値通りの実電流をモータに流すための精度の高い電圧指令値が得られる。
Preferably, the motor control device further comprises a band setting unit that sets a control band by acting on the current command value before the suppression value is added. The band setting unit suppresses noise contained in the current command value and improves current tracking.
In the motor control device, the command value calculation unit preferably has a PID control unit that calculates the voltage command value by PID control based on the difference value, whereby a highly accurate voltage command value can be obtained for causing an actual current to flow through the motor in accordance with the current command value.

また、PID制御部を有する上記指令値算出部は、上記PID制御部の出力に作用するローパスフィルタと、上記電圧指令値を上記ローパスフィルタの出力側から入力側に遅延を伴って正帰還させる遅延要素と、を更に有することが好ましい。実電流値に含まれた電流検出ノイズがローパスフィルタによってカットされるので、ノイズ抑制の精度が更に向上する。
上記課題を解決するために、本発明に係る電動アクチュエータの一態様は、上記いずれかのモータ制御装置と、上記モータ制御装置によって制御された電圧が印加されるモータと、を備える。
Preferably, the command value calculation unit having a PID control unit further includes a low-pass filter that acts on the output of the PID control unit, and a delay element that positively feeds back the voltage command value from the output side of the low-pass filter to the input side with a delay. Since current detection noise contained in the actual current value is cut by the low-pass filter, the accuracy of noise suppression is further improved.
In order to solve the above problem, one aspect of the electric actuator according to the present invention includes any one of the motor control devices described above, and a motor to which a voltage controlled by the motor control device is applied.

このような電動アクチュエータによれば、モータ制御装置による制御で各種の外乱が抑制されるので電流指令値通りの実電流がモータに流れて所望の出力が得られる。
上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、上記いずれかのモータ制御装置と、上記モータ制御装置によって制御された電圧が印加されるモータと、上記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、を備える。
このような電動パワーステアリング装置によれば、電流指令値通りの実電流がモータに流れて所望の出力が得られるので、ステアリングに対するアシスト精度が高い。
With such an electric actuator, various disturbances are suppressed by the control of the motor control device, so that an actual current flows through the motor in accordance with the current command value, thereby obtaining a desired output.
In order to solve the above problem, one aspect of an electric power steering device according to the present invention includes any of the motor control devices described above, a motor to which a voltage controlled by the motor control device is applied, and a power steering mechanism driven by the motor.
According to such an electric power steering device, an actual current flows to the motor in accordance with the current command value, and a desired output is obtained, so that the steering assist accuracy is high.

本発明によれば、構成の複雑化を避けながら各種外乱を精度よく抑制することができる。 The present invention makes it possible to accurately suppress various disturbances while avoiding a complex configuration.

電動パワーステアリング装置の実施形態を模式的に示す構成図である。1 is a configuration diagram schematically illustrating an embodiment of an electric power steering device. コントロールユニットの機能構成の一例を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram illustrating an example of a functional configuration of a control unit. 電圧指令値演算部の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of a functional configuration of a voltage command value calculation unit. 回転数推定部の具体的な機能構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a specific functional configuration of a rotation speed estimation unit. 図3に示す制御系における伝達関数の近似式を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an approximation of a transfer function in the control system shown in FIG. 3 . カットオフ周波数ωHPFが0Hzである場合の1Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果を示すグラフである。10 is a graph showing simulation verification results for a torque disturbance of 1 Hz when the cutoff frequency ω HPF is 0 Hz. カットオフ周波数ωHPFが0Hzである場合の10Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果を示すグラフである。10 is a graph showing simulation verification results for a 10 Hz torque disturbance when the cutoff frequency ω HPF is 0 Hz. カットオフ周波数ωHPFが0Hzである場合の100Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果を示すグラフである。10 is a graph showing simulation verification results for a torque disturbance of 100 Hz when the cutoff frequency ω HPF is 0 Hz. カットオフ周波数ωHPFが0Hzである場合のトルク外乱の周波数と抑制効果との対応関係を示すグラフである。10 is a graph showing the correspondence relationship between the frequency of torque disturbance and the suppression effect when the cutoff frequency ω HPF is 0 Hz. カットオフ周波数ωHPFが5Hzである場合の1Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果を示すグラフである。10 is a graph showing simulation verification results for a torque disturbance of 1 Hz when the cutoff frequency ω HPF is 5 Hz. カットオフ周波数ωHPFが5Hzである場合の10Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果を示すグラフである。10 is a graph showing simulation verification results for a 10 Hz torque disturbance when the cutoff frequency ω HPF is 5 Hz. カットオフ周波数ωHPFが5Hzである場合の100Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果を示すグラフである。10 is a graph showing simulation verification results for a torque disturbance of 100 Hz when the cutoff frequency ω HPF is 5 Hz. カットオフ周波数ωHPFが5Hzである場合のトルク外乱の周波数と抑制効果との対応関係を示すグラフである。10 is a graph showing the correspondence relationship between the frequency of torque disturbance and the suppression effect when the cutoff frequency ω HPF is 5 Hz. 電圧ノイズに対する伝達特性を示すグラフである。10 is a graph showing transfer characteristics with respect to voltage noise. 電流検出ノイズに対する伝達特性を示すグラフである。10 is a graph showing transfer characteristics for current detection noise. 角度検出ノイズに対する伝達特性を示すグラフである。10 is a graph showing transfer characteristics for angle detection noise.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、先に説明した図に記載の要素については、後の図の説明において適宜に参照する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, to avoid unnecessary redundancy in the following description and to facilitate understanding by those skilled in the art, more detailed descriptions than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of matters that are already well known or duplicate descriptions of substantially identical configurations may be omitted. Furthermore, elements shown in earlier-described figures may be referenced as appropriate in the descriptions of later figures.

本明細書において、電源からの電力を、三相(A相、B相、C相)の巻線を有する三相モータに供給する電動アクチュエータを例にして、本開示の実施形態を説明する。ただし、電源からの電力を、四相または五相などのn相(nは4以上の整数)の巻線を有するn相モータに供給する電動アクチュエータも本開示の範疇である。 In this specification, embodiments of the present disclosure will be described using as an example an electric actuator that supplies power from a power source to a three-phase motor with three-phase (A, B, and C) windings. However, the scope of the present disclosure also includes electric actuators that supply power from a power source to an n-phase motor with n-phase (n is an integer equal to or greater than 4) windings, such as four or five phases.

図1は、電動パワーステアリング装置の実施形態を模式的に示す構成図である。
本実施形態の電動パワーステアリング装置100は、操向ハンドル1と、コラム軸2と、減速ギア3と、ユニバーサルジョイント4A、4Bと、ピニオンラック機構5と、操向車輪のタイロッド6とを有したステアリング機構を備えている。また、電動パワーステアリング装置100は、トルクセンサ10と、モータ20と、コントロールユニット30と、イグニションキー11と、車速センサ12と、バッテリ14を備えている。モータ20とコントロールユニット30とを併せたものが、本発明の電動アクチュエータの一実施形態に相当し、コントロールユニット30は、本発明のモータ制御装置の一実施形態に相当する。上記ステアリング機構はモータ20によって駆動される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an embodiment of an electric power steering device.
The electric power steering device 100 of this embodiment is equipped with a steering mechanism having a steering wheel 1, a column shaft 2, a reduction gear 3, universal joints 4A and 4B, a pinion-rack mechanism 5, and a tie rod 6 for the steered wheels. The electric power steering device 100 also includes a torque sensor 10, a motor 20, a control unit 30, an ignition key 11, a vehicle speed sensor 12, and a battery 14. The combination of the motor 20 and the control unit 30 corresponds to one embodiment of the electric actuator of the present invention, and the control unit 30 corresponds to one embodiment of the motor control device of the present invention. The steering mechanism is driven by the motor 20.

操向ハンドル1のコラム軸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を経て操向車輪のタイロッド6に連結されている。コラム軸2には、操向ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10が設けられており、操向ハンドル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。
トルクセンサ10は、操向ハンドル1から伝達された運転手のハンドル操作による操舵トルクThを検出する。
A column shaft 2 of the steering wheel 1 is connected to a tie rod 6 of the steered wheels via a reduction gear 3, universal joints 4A and 4B, and a pinion rack mechanism 5. A torque sensor 10 that detects the steering torque of the steering wheel 1 is provided on the column shaft 2, and a motor 20 that assists the steering force of the steering wheel 1 is connected to the column shaft 2 via the reduction gear 3.
The torque sensor 10 detects the steering torque Th transmitted from the steering wheel 1 due to the driver's steering operation.

パワーステアリング装置100を制御するコントロールユニット(ECU)30には、電源であるバッテリ14から電力が供給されると共に、イグニションキー11からイグニションキー信号が入力される。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Vhとに基づいて、アシストマップ等を用いて操舵の補助トルクを算出する。
そして、コントロールユニット30は、算出した補助トルクを発生するように、モータ20に供給する電流Iを制御する。モータ20には、コントロールユニット30によって制御された電圧が印加され、その制御された電圧によって電流Iが制御される。モータ20の駆動によって発生する補助トルクが運転手のハンドル操作の補助力(操舵補助力)として操舵系に付与され、運転手は軽い力でハンドル操作を行うことができる。
A control unit (ECU) 30 that controls the power steering device 100 is supplied with power from a battery 14, which is a power source, and also receives an ignition key signal from an ignition key 11. The control unit 30 calculates a steering assist torque using an assist map or the like based on the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vh detected by the vehicle speed sensor 12.
Then, the control unit 30 controls the current I supplied to the motor 20 so as to generate the calculated assist torque. A voltage controlled by the control unit 30 is applied to the motor 20, and the current I is controlled by the controlled voltage. The assist torque generated by driving the motor 20 is applied to the steering system as an assist force for the driver's steering operation (steering assist force), allowing the driver to operate the steering wheel with less force.

ハンドル操作によって出力された操舵トルクThと車速Vhからどの程度の補助トルクが生じるかによって、ハンドル操作におけるフィーリングの善し悪しが決まる。また、補助トルクを得るために必要な電流Iをモータ20に流す精度により、電動パワーステアリング装置の性能が大きく左右される。 The quality of the steering feel is determined by the amount of assist torque generated from the steering torque Th output by steering and the vehicle speed Vh. Furthermore, the performance of the electric power steering device is greatly affected by the accuracy with which the current I required to generate the assist torque is passed to the motor 20.

コントロールユニット30は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含む
コンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばCPU(Central Processing Unit)、やMPU(Micro-Processing Unit)であってよい。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置および光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリを含んでよい。
The control unit 30 may be, for example, a computer including a processor and peripheral components such as a storage device. The processor may be, for example, a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro-Processing Unit).
The storage device may include any of semiconductor storage devices, magnetic storage devices, and optical storage devices. The storage device may include memories such as registers, cache memories, and memory used as main storage devices, such as ROMs (Read Only Memory) and RAMs (Random Access Memory).

コントロールユニット30は、各情報処理を実行するための以下に説明する専用のハードウエアにより構成されてもよい。
例えば、コントロールユニット30は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントロールユニット30はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA:Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブル・ロジック・デバイス(PLD:Programmable Logic Device)等を有していてもよい。
The control unit 30 may be configured with dedicated hardware, which will be described below, for executing each information processing.
For example, the control unit 30 may include a functional logic circuit configured in a general-purpose semiconductor integrated circuit, or may include a programmable logic device (PLD) such as a field-programmable gate array (FPGA).

図2は、コントロールユニット30の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。
コントロールユニット30は、電流指令値演算部40と、電圧指令値演算部45と、2相/3相変換部46と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部47と、インバータ48と、3相/2相変換部49とを備え、モータ20をベクトル制御で駆動する。モータ20は一例として3相モータである。
電流指令値演算部40、電圧指令値演算部45、2相/3相変換部46、PWM制御部47および3相/2相変換部49の機能は、例えばコントロールユニット30のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of the control unit 30.
The control unit 30 includes a current command value calculation unit 40, a voltage command value calculation unit 45, a two-phase/three-phase conversion unit 46, a PWM (Pulse Width Modulation) control unit 47, an inverter 48, and a three-phase/two-phase conversion unit 49, and drives the motor 20 by vector control. The motor 20 is, for example, a three-phase motor.
The functions of the current command value calculation unit 40, the voltage command value calculation unit 45, the two-phase/three-phase conversion unit 46, the PWM control unit 47, and the three-phase/two-phase conversion unit 49 are realized, for example, by the processor of the control unit 30 executing a computer program stored in a storage device.

電流指令値演算部40は、操舵トルクThや車速Vhに基づいてモータ20に流すべきdq2軸の電流それぞれを示した電流指令値Iq0、Id0を算出する。
一方で、モータ20の各相に流れる電流ia、ib、icは、各層に備えられた電流センサ60、61、62で検出され、検出された電流ia、ib、icは3相/2相変換部49でdq2軸の実電流値id、iqに変換されてフィードバックされる。
The current command value calculation unit 40 calculates current command values Iq0 and Id0 that indicate the currents of the d and q axes that should be passed to the motor 20 based on the steering torque Th and the vehicle speed Vh.
On the other hand, the currents ia, ib, ic flowing in each phase of the motor 20 are detected by current sensors 60, 61, 62 provided in each layer, and the detected currents ia, ib, ic are converted into actual current values id, iq of the dq2 axes by the three-phase/two-phase conversion unit 49 and fed back.

電圧指令値演算部45には電流指令値Iq0、Id0が入力され、フィードバックされた実電流値id、iqも入力される。電圧指令値演算部45は、電流指令値Iq0、Id0と実電流値id、iqとの差分値が0となるような電圧指令値vq、vdを算出する。2相/3相変換部46は、電圧指令値vd、vqを3相の電圧指令値va、vb、vcに変換する。 The current command values Iq0, Id0 are input to the voltage command value calculation unit 45, and the fed-back actual current values id, iq are also input. The voltage command value calculation unit 45 calculates voltage command values vq, vd such that the difference between the current command values Iq0, Id0 and the actual current values id, iq is zero. The two-phase/three-phase conversion unit 46 converts the voltage command values vd, vq into three-phase voltage command values va, vb, vc.

PWM制御部47は、3相の電圧指令値va、vb、vcに基づいてPWM制御されたゲート信号を生成する。インバータ48は、PWM制御部47で生成されたゲート信号によって駆動され、3相の電圧指令値va、vb、vcが示す電圧をモータ20の各相に印加する。その結果、モータ20には、電流指令値Iq0、Id0の示す電流が供給される。 The PWM control unit 47 generates PWM-controlled gate signals based on the three-phase voltage command values va, vb, and vc. The inverter 48 is driven by the gate signals generated by the PWM control unit 47 and applies voltages indicated by the three-phase voltage command values va, vb, and vc to each phase of the motor 20. As a result, currents indicated by the current command values Iq0 and Id0 are supplied to the motor 20.

レゾルバ63は、モータ20のモータ角度(回転角)θを検出し、検出されたモータ角度θは電流指令値演算部40にフィードバックされてベクトル制御に使用される。レゾルバ63に替えてモータ回転角センサが用いられてもよい。なお、電流指令値演算部40には、モータ角度θの変化に基づいて算出されたモータ20の回転角速度ωが、モータ角度θと共に、あるいはモータ角度θに替えて、入力されてもよい。 The resolver 63 detects the motor angle (rotation angle) θ of the motor 20, and the detected motor angle θ is fed back to the current command value calculation unit 40 and used for vector control. A motor rotation angle sensor may be used instead of the resolver 63. Note that the rotation angular velocity ω of the motor 20 calculated based on changes in the motor angle θ may be input to the current command value calculation unit 40 together with the motor angle θ or instead of the motor angle θ.

図3は、電圧指令値演算部45の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図3には、モータ20のモデルも示されている。図3には、代表としてq軸の制御機能が示されているが、電圧指令値演算部45はd軸についても同様の制御機能を有している。
モータ20の機能は、電気特性21と、トルク定数Kと、機械特性23と、積分要素24と、EMF(逆起電圧)係数Kとを有するモデルで表される。
Fig. 3 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of the voltage command value calculation unit 45. Fig. 3 also shows a model of the motor 20. Fig. 3 shows the control function of the q axis as a representative, but the voltage command value calculation unit 45 also has a similar control function for the d axis.
The function of the motor 20 is represented by a model having electrical characteristics 21, a torque constant KT , mechanical characteristics 23, an integral element 24, and an EMF (back electromotive force) coefficient KE .

モータ20の電気特性21に対して電圧が入力されることで実電流が発生する。電気特性21に対して入力される電圧値には電圧ノイズが含まれる。電気特性21のゲインは、インダクタンスL[H]および抵抗R[Ω]により1/(Ls+R)と表される。実電流は電流センサ60、61、62で検出され、検出値には電流検出ノイズが含まれる。
実電流にトルク定数K[Nm/A]が作用することでモータトルクが発生する。
An actual current is generated when a voltage is input to the electrical characteristic 21 of the motor 20. The voltage value input to the electrical characteristic 21 includes voltage noise. The gain of the electrical characteristic 21 is expressed as 1/(Ls+R) where L is an inductance [H] and R is a resistance [Ω]. The actual current is detected by current sensors 60, 61, and 62, and the detected value includes current detection noise.
A torque constant K T [Nm/A] acts on the actual current to generate a motor torque.

モータトルクが機械特性23に入力されることでモータ20の角速度が発生する。機械特性23のゲインは、慣性J[kgm]および粘性D[Nm/(rad/s)]により1/(Js+D)と表される。
モータ20の角速度は積分要素24を経てモータ角度θとなる。モータ角度θはレゾルバ63(またはモータ回転角センサ)によって検出され、検出値には角度検出ノイズが含まれる。
The angular velocity of the motor 20 is generated by inputting the motor torque to the mechanical characteristic 23. The gain of the mechanical characteristic 23 is expressed as 1/(Js+D) where J is the inertia [kgm 2 ] and D is the viscosity [Nm/(rad/s)].
The angular velocity of the motor 20 passes through an integral element 24 to become a motor angle θ. The motor angle θ is detected by a resolver 63 (or a motor rotation angle sensor), and the detected value contains angle detection noise.

角速度にEMF係数K[V/(rad/s)]が作用することで逆起電圧が発生し、逆起電圧は電気特性21の入力に反映される。
電圧指令値演算部45は、制御帯域設定部70と、PID(Proportional Integral Differential)制御部71と、ローパスフィルタ72と、第1の遅延要素73と、第2の遅延要素75と、外乱抑制部76とを備えている。
The EMF coefficient K E [V/(rad/s)] acts on the angular velocity to generate a back electromotive force, which is reflected in the input of the electrical characteristic 21 .
The voltage command value calculation unit 45 includes a control band setting unit 70, a PID (Proportional Integral Differential) control unit 71, a low-pass filter 72, a first delay element 73, a second delay element 75, and a disturbance suppression unit 76.

制御帯域設定部70は、上記電流指令値Iq0が入力されて電流指令値にゲインGrefを作用させることで、コントロールユニット30によるモータ20の電流制御における制御帯域を設定する。制御帯域設定部70は、後述する抑制値が加算される前の電流指令値Iq0に作用する。制御帯域設定部70のゲインGrefは、
ref=ωref/(s+ωref
但し、
s:ラプラス演算子
ωref[rad/s]:電流制御帯域
と表される。
The control band setting unit 70 receives the current command value Iq0 and applies a gain Gref to the current command value, thereby setting a control band for current control of the motor 20 by the control unit 30. The control band setting unit 70 applies a gain Gref to the current command value Iq0 before a suppression value, which will be described later, is added. The gain Gref of the control band setting unit 70 is expressed as follows:
G refref /(s+ω ref )
however,
s: Laplace operator ω ref [rad/s]: current control band.

PID制御部71は、電流指令値Iq0とq軸実電流値iqとの差分値Δqが入力され、当該差分値Δqに基づいてPID制御によって電圧指令値vqを算出する。PID制御部71におけるゲインGPIDは、
PID={ωL+(R/2)}[1+{ω/(2s)}+{s/(2ω)}]
但し、
s:ラプラス演算子
ω[rad/s]:外乱抑制帯域
L[H]:前記モータのインダクタンス
R[Ω]:前記モータの抵抗
と表される。
The PID control unit 71 receives a difference value Δq between the current command value Iq0 and the q-axis actual current value iq, and calculates a voltage command value vq by PID control based on the difference value Δq. The gain G PID in the PID control unit 71 is expressed as follows:
G PID = {ω c L+(R/2)}[1+{ω c /(2s)}+{s/(2ω c )}]
however,
s: Laplace operator ω c [rad/s]: disturbance suppression band L [H]: inductance of the motor R [Ω]: resistance of the motor.

ローパスフィルタ72は、PID制御部71の出力である電圧指令値vqに作用して、q軸実電流値iqに含まれる電流検出ノイズをカットする。ローパスフィルタ72におけるゲインGLPFは、
LPF=ωLPF/(s+ωLPF
但し、
s:ラプラス演算子
ωLPF[rad/s]:カットオフ周波数
と表される。
The low-pass filter 72 acts on the voltage command value vq, which is the output of the PID control unit 71, to cut current detection noise contained in the q-axis actual current value iq. The gain G LPF of the low-pass filter 72 is expressed as follows:
G LPF = ω LPF / (s+ω LPF )
however,
s: Laplace operator ω LPF [rad/s]: Cutoff frequency.

第1の遅延要素73は、遅延を伴うフィードバックによって逆起電圧抑制器として機能する。第1の遅延要素73におけるゲインGdlyは、
dly=e-Tdly・s
但し、
Tdly[μs]:電流制御周期
と表される。
The first delay element 73 functions as a back electromotive force suppressor by feedback with a delay. The gain G dly in the first delay element 73 is expressed as follows:
G dly = e -Tdly・s
however,
Tdly [μs]: Expressed as the current control period.

第2の遅延要素75は、フィードバックループにおける遅延を意味する。第2の遅延要素75におけるゲインGDLYは、
DLY=e-TDLY・s
但し、
TDLY[μs]:電流センサ60、61、62による電流検出からインバータ48の出力におけるデューティー反映までの演算時間
と表される。
The second delay element 75 represents a delay in the feedback loop. The gain G DLY of the second delay element 75 is expressed as follows:
G DLY = e -TDLY・s
however,
TDLY [μs]: represents the calculation time from current detection by the current sensors 60, 61, 62 to reflection of the duty in the output of the inverter 48.

外乱抑制部76は、制御の外乱を抑制するための、電流指令値Iq0に対して加算される抑制値を、q軸実電流値iqとモータ角度θとに基づいて算出する。外乱抑制部76は、回転数推定部80と、トルク外乱推定部81と、トルク外乱抑制部82と、ハイパスフィルタ83とを備えている。
回転数推定部80は、q軸実電流値iqとモータ角度θからモータ20の回転数を推定する。回転数推定部80によって滑らかな回転数推定値が得られる。
The disturbance suppression unit 76 calculates a suppression value to be added to the current command value Iq0 to suppress control disturbances, based on the q-axis actual current value iq and the motor angle θ. The disturbance suppression unit 76 includes a rotation speed estimator 80, a torque disturbance estimator 81, a torque disturbance suppression unit 82, and a high-pass filter 83.
The rotation speed estimator 80 estimates the rotation speed of the motor 20 from the q-axis actual current value iq and the motor angle θ. The rotation speed estimator 80 provides a smooth estimated rotation speed value.

図4は、回転数推定部80の具体的な機能構成を示すブロック図である。
図4に示す機能ブロックは、下記式(1)、式(2)に相当している。
但し、
z=Ceλs
λ:特性根
j[kgm]:制御上のモータの慣性
d[Nm/(rad/s)]:制御上のモータの粘性
[Nm/A] :制御上のモータのトルク定数
k:制御上のモータの剛性
i:q軸実電流値
:モータ角度。
即ち、回転数推定部80にはq軸実電流値iとモータ角度xが入力され、回転数推定部80から回転数推定値x(^付)が出力される。回転数推定部80の第1ブロック51、第2ブロック52および第3ブロック53は、式(1)の第1項、第2項および第3項にそれぞれ対応する。回転数推定部80の第4ブロック54は、式(2)の第2項に対応する。第1ブロック51には回転数推定値x(^付)が入力され、第2ブロック52および第4ブロック54にはモータ角度xが入力され、第3ブロック53にはq軸実電流値iが入力される。第1ブロック51、第2ブロック52および第3ブロック53の出力は、互いに加算されて積分要素55に入力される。積分要素55および第4ブロック54の出力が互いに加算されて回転数推定値x(^付)となる。
FIG. 4 is a block diagram showing a specific functional configuration of the rotation speed estimation unit 80.
The functional blocks shown in FIG. 4 correspond to the following formulas (1) and (2).
however,
z = Ce λs
λ: characteristic root j [kgm 2 ]: inertia of motor under control d [Nm/(rad/s)]: viscosity of motor under control k T [Nm/A]: torque constant of motor under control k: stiffness of motor under control i: actual q-axis current value x 1 : motor angle.
That is, the q-axis actual current value i and the motor angle x1 are input to the rotation speed estimator 80, and the rotation speed estimator 80 outputs an estimated rotation speed value x2 (added with ^). The first block 51, the second block 52, and the third block 53 of the rotation speed estimator 80 correspond to the first term, the second term, and the third term of equation (1), respectively. The fourth block 54 of the rotation speed estimator 80 corresponds to the second term of equation (2). The rotation speed estimated value x2 (added with ^) is input to the first block 51, the motor angle x1 is input to the second block 52 and the fourth block 54, and the q-axis actual current value i is input to the third block 53. The outputs of the first block 51, the second block 52, and the third block 53 are added together and input to the integral element 55. The outputs of the integral element 55 and the fourth block 54 are added together to obtain the estimated rotation speed value x2 (added with ^).

図3に戻って説明を続ける。
回転数推定部80における伝達関数Gωは、下記式(3)中の行列Tで表される。
但し、
ωest[rad/s]:回転数推定値
ωobs[rad/s]:回転数推定におけるカットオフ角周波数
Returning to FIG. 3, the description will continue.
The transfer function Gω in the rotation speed estimation unit 80 is expressed by the matrix T in the following equation (3).
however,
ω est [rad/s]: Estimated rotation speed value ω obs [rad/s]: Cutoff angular frequency in rotation speed estimation

トルク外乱推定部81は、q軸実電流値iqと回転数推定値とに基づいてトルク外乱を推定する。トルク外乱推定部81における伝達関数GTRQは、下記式(4)中の行列Tで表される。
但し、Δτestはトルク外乱推定値である。
The torque disturbance estimator 81 estimates the torque disturbance based on the q-axis actual current value iq and the estimated rotation speed value. The transfer function G TRQ in the torque disturbance estimator 81 is expressed by the matrix T in the following equation (4).
where Δτ est is an estimated torque disturbance value.

トルク外乱抑制部82は、推定されたトルク外乱を抑制するための、電流指令値iqに加算される抑制値を算出する。トルク外乱抑制部82におけるゲインGcmpは、下記式(5)で表される。
但し、ωは外乱抑制帯域である。
The torque disturbance suppression unit 82 calculates a suppression value to be added to the current command value iq in order to suppress the estimated torque disturbance. The gain G cmp in the torque disturbance suppression unit 82 is expressed by the following equation (5).
where ω c is the disturbance suppression band.

ハイパスフィルタ83は、電流指令値Iq0に加算される前の抑制値に作用して、トルク外乱の直流成分を除去する。ハイパスフィルタ83の作用により、特定周波数の外乱を抑制するノッチフィルタのような機能が実現される。ハイパスフィルタ83のゲインGHPFは、カットオフ周波数ωHPFにより、GHPF=s/(s+ωHPF)と表される。
外乱抑制部76は、トルク外乱の推定によって精度よくトルク外乱を抑制するとともに、電圧ノイズ、電流検出ノイズおよび角度検出ノイズについても抑制することができる。
The high-pass filter 83 acts on the suppression value before it is added to the current command value Iq0 to remove the DC component of the torque disturbance. The high-pass filter 83 functions like a notch filter, suppressing disturbances of a specific frequency. The gain G HPF of the high-pass filter 83 is expressed as G HPF = s/(s + ω HPF ) using the cutoff frequency ω HPF .
The disturbance suppression unit 76 can accurately suppress torque disturbances by estimating the torque disturbances, and can also suppress voltage noise, current detection noise, and angle detection noise.

図5は、図3に示す制御系における伝達関数の近似式を示す図である。
制御系における伝達関数は、外乱抑制部76の特性補償の部分と、電流制御系の一巡伝達関数の部分と、感度関数の部分とに大別される。外乱抑制部76の特性補償の部分は、外乱抑制部76における機械系の特性補償を表しており、実機側の機械系に相当する部分と制御側の機械系に相当する部分とを含む。実機側の機械系とは、モータ20における実際の機械特性であり、制御側の機械系とは、制御のために制御側に設定された機械特性である。
FIG. 5 is a diagram showing an approximation of the transfer function in the control system shown in FIG.
The transfer function in the control system is roughly divided into a characteristic compensation portion of the disturbance suppression unit 76, a loop transfer function portion of the current control system, and a sensitivity function portion. The characteristic compensation portion of the disturbance suppression unit 76 represents characteristic compensation of the mechanical system in the disturbance suppression unit 76, and includes a portion corresponding to the mechanical system on the actual machine side and a portion corresponding to the mechanical system on the control side. The mechanical system on the actual machine side refers to the actual mechanical characteristics of the motor 20, and the mechanical system on the control side refers to the mechanical characteristics set on the control side for control.

電流制御系の一巡伝達関数の部分は、モータ20の実機部分と、PID制御部71から第2の遅延要素75に至る制御のメイン部分とを含む。
感度関数の部分は、電圧ノイズΔvについて近似的にゼロであり、電流検出ノイズΔiおよびトルク外乱Δτについては1次のハイパスフィルタ特性となっていて、角度検出ノイズΔθについては2次のハイパスフィルタ特性となっている。従って、図3に示す制御系では、外乱抑制部76によって各種のノイズのいずれについてもノイズ抑制が実現されることが分かる。
The open-loop transfer function portion of the current control system includes the actual portion of the motor 20 and the main control portion from the PID control unit 71 to the second delay element 75 .
The sensitivity function portion is approximately zero for the voltage noise Δv, has first-order high-pass filter characteristics for the current detection noise Δi and the torque disturbance Δτ, and has second-order high-pass filter characteristics for the angle detection noise Δθ. Therefore, it can be seen that the control system shown in Figure 3 can suppress all of the various types of noise by the disturbance suppression unit 76.

図6~図8は、カットオフ周波数ωHPFが0Hzである場合の外乱抑制部76のシミュレーション検証結果を示すグラフである。
図6には、1Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果が示され、図7には、10Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果が示され、図8には、100Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果が示されている。
図6~図8に示された各グラフの横軸はいずれも時間を示している。
6 to 8 are graphs showing simulation verification results of the disturbance suppression unit 76 when the cutoff frequency ω HPF is 0 Hz.
FIG. 6 shows the simulation verification results for a torque disturbance of 1 Hz, FIG. 7 shows the simulation verification results for a torque disturbance of 10 Hz, and FIG. 8 shows the simulation verification results for a torque disturbance of 100 Hz.
The horizontal axis of each of the graphs shown in FIGS. 6 to 8 indicates time.

図6に示すシミュレーション検証では、図6(A)に細い実線で示されているように、0[A]に固定されたq軸電流指令値が用いられ、トルク外乱として、図6(D)に細い実線で示されている1Hzのトルク外乱[Nm]が付与された。トルク外乱の振幅は±0.21[Nm]である。このトルク外乱により、図6(A)に太い実線で示された実電流[A]が生じるとともに、図6(B)に太い実線で示された回転数[rpm]が生じる。 In the simulation verification shown in Figure 6, a q-axis current command value fixed at 0 [A] was used, as shown by the thin solid line in Figure 6(A), and a 1 Hz torque disturbance [Nm], as shown by the thin solid line in Figure 6(D), was applied as a torque disturbance. The amplitude of the torque disturbance was ±0.21 [Nm]. This torque disturbance generates an actual current [A], as shown by the thick solid line in Figure 6(A), and also generates a rotation speed [rpm], as shown by the thick solid line in Figure 6(B).

外乱抑制部76の回転数推定部80では、図6(B)に細い実線で示されているように回転推定値[rpm]が算出され、太い実線で示された回転数に近い推定値が得られている。トルク外乱推定部81では、図6(E)に示されるようにトルク外乱推定値[Nm]が算出され、図6(D)に細い実線で示されているトルク外乱に近い推定値が得られている。トルク外乱抑制部82では、図6(C)に示されるようにトルク外乱の抑制値[A]が算出される。カットオフ周波数ωHPFが0Hzであるため、算出された抑制値[A]が、図6(F)に示されるようにそのまま外乱抑制部76から出力される。その結果、図6(D)に太い実線で示されように、抑制後のモータトルクは±0.01[Nm]となり、-27[dB]という大きな抑制効果が確認された。 The rotation speed estimator 80 of the disturbance suppression unit 76 calculates an estimated rotation value [rpm] as shown by the thin solid line in FIG. 6B, and the estimated value obtained is close to the rotation speed shown by the thick solid line. The torque disturbance estimator 81 calculates an estimated torque disturbance value [Nm] as shown by the thin solid line in FIG. 6D, and the estimated value obtained is close to the torque disturbance shown by the thin solid line in FIG. 6D. The torque disturbance suppression unit 82 calculates a torque disturbance suppression value [A] as shown by the thick solid line in FIG. 6C. Because the cutoff frequency ω HPF is 0 Hz, the calculated suppression value [A] is output directly from the disturbance suppression unit 76 as shown by the thick solid line in FIG. 6D. As a result, the motor torque after suppression was ±0.01 [Nm], confirming a significant suppression effect of -27 [dB].

図7に示すシミュレーション検証でも、図7(A)に細い実線で示されているように、0[A]に固定されたq軸電流指令値が用いられた。また、トルク外乱としては、図7(B)に細い実線で示されている10Hzのトルク外乱[Nm]が付与された。トルク外乱の振幅は±0.21[Nm]である。このトルク外乱により、図7(A)に太い実線で示された実電流[A]が生じる。図7に示すシミュレーション検証では、図7(B)に太い実線で示されように、抑制後のモータトルクは±0.075[Nm]となり、-8[dB]の抑制効果が確認された。 In the simulation verification shown in Figure 7, a q-axis current command value fixed at 0 [A] was used, as shown by the thin solid line in Figure 7(A). Furthermore, a 10 Hz torque disturbance [Nm] was applied as shown by the thin solid line in Figure 7(B). The torque disturbance had an amplitude of ±0.21 [Nm]. This torque disturbance generated an actual current [A] as shown by the thick solid line in Figure 7(A). In the simulation verification shown in Figure 7, the motor torque after suppression was ±0.075 [Nm] as shown by the thick solid line in Figure 7(B), confirming a suppression effect of -8 [dB].

図8に示すシミュレーション検証でも、図8(A)に細い実線で示されているように、0[A]に固定されたq軸電流指令値が用いられた。また、トルク外乱としては、図8(B)に細い実線で示されている100Hzのトルク外乱[Nm]が付与された。トルク外乱の振幅は±0.21[Nm]である。このトルク外乱により、図8(A)に太い実線で示された実電流[A]が生じる。図8に示すシミュレーション検証では、図8(B)に太い実線で示されように、抑制後のモータトルクは±0.25[Nm]となり、1.5[dB]の増大となった。 In the simulation verification shown in Figure 8, a q-axis current command value fixed at 0 [A] was used, as shown by the thin solid line in Figure 8(A). Furthermore, a 100 Hz torque disturbance [Nm] was applied as shown by the thin solid line in Figure 8(B). The torque disturbance had an amplitude of ±0.21 [Nm]. This torque disturbance generated an actual current [A] as shown by the thick solid line in Figure 8(A). In the simulation verification shown in Figure 8, the motor torque after suppression was ±0.25 [Nm] as shown by the thick solid line in Figure 8(B), an increase of 1.5 [dB].

図9は、カットオフ周波数ωHPFが0Hzである場合のトルク外乱の周波数と抑制効果との対応関係を示すグラフである。
図9の横軸はトルク外乱の周波数を示す対数軸であり、図9の縦軸は、上段のグラフでは抑制後のモータトルクの振幅を示し、下段のグラフでは位相を示している。グラフに示されている丸印の箇所は、図6~図8に示すシミュレーション検証結果に相応している。
図9の上段に示された振幅のグラフから、グラフカットオフ周波数ωHPFが0Hzである場合は、抑制後のモータトルクの振幅が約40Hz以下の帯域で0[dB]を下回るため、約40Hz以下の帯域でトルク外乱が抑制されることが確認された。
FIG. 9 is a graph showing the correspondence relationship between the frequency of torque disturbance and the suppression effect when the cutoff frequency ω HPF is 0 Hz.
The horizontal axis of Fig. 9 is a logarithmic axis showing the frequency of the torque disturbance, and the vertical axis of Fig. 9 shows the amplitude of the motor torque after suppression in the upper graph and the phase in the lower graph. The circled areas shown in the graphs correspond to the simulation verification results shown in Figs. 6 to 8.
From the amplitude graph shown in the upper part of FIG. 9 , it was confirmed that when the graph cutoff frequency ω HPF is 0 Hz, the amplitude of the motor torque after suppression falls below 0 [dB] in a band of approximately 40 Hz or less, and therefore torque disturbance is suppressed in a band of approximately 40 Hz or less.

図10~図12は、カットオフ周波数ωHPFが5Hzである場合の外乱抑制部76のシミュレーション検証結果を示すグラフである。
図10には、1Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果が示され、図11には、10Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果が示され、図12には、100Hzのトルク外乱におけるシミュレーション検証結果が示されている。
図10~図12に示された各グラフの横軸はいずれも時間を示している。
10 to 12 are graphs showing simulation verification results of the disturbance suppression unit 76 when the cutoff frequency ω HPF is 5 Hz.
FIG. 10 shows the simulation verification results for a torque disturbance of 1 Hz, FIG. 11 shows the simulation verification results for a torque disturbance of 10 Hz, and FIG. 12 shows the simulation verification results for a torque disturbance of 100 Hz.
The horizontal axis of each of the graphs shown in FIGS. 10 to 12 indicates time.

図10に示すシミュレーション検証では、図10(A)に細い実線で示されているように、0[A]に固定されたq軸電流指令値が用いられ、トルク外乱として、図10(B)に細い実線で示されている1Hzのトルク外乱[Nm]が付与された。トルク外乱の振幅は±0.21[Nm]である。このトルク外乱により、図10(A)に太い実線で示された実電流[A]が生じる。図10(B)に太い実線で示されように、抑制後のモータトルクは±0.21[Nm]となり、0[dB]で増減なしであった。 In the simulation verification shown in Figure 10, a q-axis current command value fixed at 0 [A] was used, as shown by the thin solid line in Figure 10(A), and a 1 Hz torque disturbance [Nm], as shown by the thin solid line in Figure 10(B), was applied as a torque disturbance. The amplitude of the torque disturbance was ±0.21 [Nm]. This torque disturbance generates an actual current [A], as shown by the thick solid line in Figure 10(A). As shown by the thick solid line in Figure 10(B), the motor torque after suppression was ±0.21 [Nm], with no increase or decrease at 0 [dB].

図11に示すシミュレーション検証でも、図11(A)に細い実線で示されているように、0[A]に固定されたq軸電流指令値が用いられた。また、トルク外乱としては、図11(B)に細い実線で示されている10Hzのトルク外乱[Nm]が付与された。トルク外乱の振幅は±0.21[Nm]である。このトルク外乱により、図11(A)に太い実線で示された実電流[A]が生じる。図11に示すシミュレーション検証では、図11(B)に太い実線で示されように、抑制後のモータトルクは±0.03[Nm]となり、-17[dB]の抑制効果が確認された。 In the simulation verification shown in Figure 11, a q-axis current command value fixed at 0 [A] was used, as shown by the thin solid line in Figure 11(A). Furthermore, a 10 Hz torque disturbance [Nm], as shown by the thin solid line in Figure 11(B), was applied as a torque disturbance. The torque disturbance had an amplitude of ±0.21 [Nm]. This torque disturbance generated an actual current [A], as shown by the thick solid line in Figure 11(A). In the simulation verification shown in Figure 11, the motor torque after suppression was ±0.03 [Nm], as shown by the thick solid line in Figure 11(B), confirming a suppression effect of -17 [dB].

図12に示すシミュレーション検証でも、図12(A)に細い実線で示されているように、0[A]に固定されたq軸電流指令値が用いられた。また、トルク外乱としては、図12(B)に細い実線で示されている100Hzのトルク外乱[Nm]が付与された。トルク外乱の振幅は±0.21[Nm]である。このトルク外乱により、図12(A)に太い実線で示された実電流[A]が生じる。図12に示すシミュレーション検証では、図12(B)に太い実線で示されように、抑制後のモータトルクは±0.25[Nm]となり、1.5[dB]の増大となった。 In the simulation verification shown in Figure 12, a q-axis current command value fixed at 0 [A] was used, as shown by the thin solid line in Figure 12(A). Furthermore, a 100 Hz torque disturbance [Nm], as shown by the thin solid line in Figure 12(B), was applied as a torque disturbance. The torque disturbance had an amplitude of ±0.21 [Nm]. This torque disturbance generated an actual current [A], as shown by the thick solid line in Figure 12(A). In the simulation verification shown in Figure 12, the motor torque after suppression was ±0.25 [Nm], an increase of 1.5 [dB], as shown by the thick solid line in Figure 12(B).

図13は、カットオフ周波数ωHPFが5Hzである場合のトルク外乱の周波数と抑制効果との対応関係を示すグラフである。
図13の横軸はトルク外乱の周波数を示す対数軸であり、図13の縦軸は、上段のグラフでは抑制後のモータトルクの振幅を示し、下段のグラフでは位相を示している。グラフに示されている丸印の箇所は、図10~図12に示すシミュレーション検証結果に相応している。
図13の上段に示された振幅のグラフから、グラフカットオフ周波数ωHPFが5Hzである場合は、抑制後のモータトルクの振幅が約50Hz以下の帯域で0[dB]を下回り、特に10Hzの近傍で振幅が最小値となる。即ち、10Hz前後の特定帯域でトルク外乱が抑制されることが確認された。
FIG. 13 is a graph showing the correspondence relationship between the frequency of torque disturbance and the suppression effect when the cutoff frequency ω HPF is 5 Hz.
The horizontal axis of Fig. 13 is a logarithmic axis showing the frequency of the torque disturbance, and the vertical axis of Fig. 13 shows the amplitude of the motor torque after suppression in the upper graph and the phase in the lower graph. The circled areas shown in the graphs correspond to the simulation verification results shown in Figs. 10 to 12.
13, when the graph cutoff frequency ω HPF is 5 Hz, the amplitude of the motor torque after suppression falls below 0 [dB] in a band of approximately 50 Hz or less, and the amplitude reaches a minimum value particularly in the vicinity of 10 Hz. In other words, it was confirmed that torque disturbance is suppressed in a specific band around 10 Hz.

図14は、電圧ノイズに対する伝達特性を示すグラフである。
図14の横軸は電圧ノイズの周波数を示す対数軸である。図14の縦軸は、上段のグラフでは電圧ノイズの振幅を示し、下段のグラフでは位相を示している。
図14のグラフには、外乱抑制部76を備えない場合の伝達特性が実線で示され、外乱抑制部76を備えた場合の伝達特性が点線で示されている。電圧ノイズに対する伝達関数は、電圧ノイズの周波数の全範囲で感度が低減されることが確認された。従って、電圧ノイズは外乱抑制部76によって周波数の全範囲で抑制される。
FIG. 14 is a graph showing the transfer characteristics with respect to voltage noise.
The horizontal axis in Fig. 14 is a logarithmic axis representing the frequency of the voltage noise, and the vertical axis in Fig. 14 represents the amplitude of the voltage noise in the upper graph and the phase in the lower graph.
In the graph of Figure 14, the transfer characteristics without the disturbance suppression unit 76 are shown by a solid line, and the transfer characteristics with the disturbance suppression unit 76 are shown by a dotted line. It was confirmed that the transfer function for voltage noise has reduced sensitivity over the entire frequency range of voltage noise. Therefore, voltage noise is suppressed by the disturbance suppression unit 76 over the entire frequency range.

図15は、電流検出ノイズに対する伝達特性を示すグラフである。
図15の横軸は電流検出ノイズの周波数を示す対数軸である。図15の縦軸は、上段のグラフでは電流検出ノイズの振幅を示し、下段のグラフでは位相を示している。
図15には、外乱抑制部76を備えない場合の伝達特性が細い実線で示されている。また、外乱抑制帯域ωが1[Hz]である場合の伝達特性が太い実線で示され、外乱抑制帯域ωが10[Hz]である場合の伝達特性が細い点線で示されている。また、外乱抑制帯域ωが100[Hz]である場合の伝達特性が太い点線で示され、外乱抑制帯域ωが1000[Hz]である場合の伝達特性が一点鎖線で示されている。
図15に示す検証結果から、電流検出ノイズに対する伝達特性は、外乱抑制帯域ω以下の領域について、ゲインがハイパスフィルタ特性のように低減していることが確認された。従って、電流検出ノイズは外乱抑制部76によってハイパスフィルタのように低減される。
FIG. 15 is a graph showing the transfer characteristics for current detection noise.
The horizontal axis in Fig. 15 is a logarithmic axis representing the frequency of the current detection noise, and the vertical axis in Fig. 15 represents the amplitude of the current detection noise in the upper graph and the phase in the lower graph.
15, the transfer characteristics when the disturbance suppression unit 76 is not provided are shown by thin solid lines. Furthermore, the transfer characteristics when the disturbance suppression band ωc is 1 [Hz] are shown by thick solid lines, and the transfer characteristics when the disturbance suppression band ωc is 10 [Hz] are shown by thin dotted lines. Furthermore, the transfer characteristics when the disturbance suppression band ωc is 100 [Hz] are shown by thick dotted lines, and the transfer characteristics when the disturbance suppression band ωc is 1000 [Hz] are shown by dashed-dotted lines.
15, it was confirmed that the transfer characteristics for the current detection noise are such that the gain is reduced like a high-pass filter characteristic in the region below the disturbance suppression band ωc . Therefore, the current detection noise is reduced by the disturbance suppression unit 76 like a high-pass filter.

図16は、角度検出ノイズに対する伝達特性を示すグラフである。
図16の横軸は角度検出ノイズの周波数を示す対数軸である。図16の縦軸は、上段のグラフでは角度検出ノイズの振幅を示し、下段のグラフでは位相を示している。
図16には、外乱抑制部76を備えない場合の伝達特性が細い実線で示されている。また、外乱抑制帯域ωが1[Hz]である場合の伝達特性が太い実線で示され、外乱抑制帯域ωが10[Hz]である場合の伝達特性が細い点線で示されている。また、外乱抑制帯域ωが100[Hz]である場合の伝達特性が太い点線で示され、外乱抑制帯域ωが1000[Hz]である場合の伝達特性が一点鎖線で示されている。
図16に示す検証結果から、角度検出ノイズに対する伝達特性も、外乱抑制帯域ω以下の領域について、ゲインがハイパスフィルタ特性のように低減していることが確認された。従って、角度検出ノイズも外乱抑制部76によってハイパスフィルタのように低減される。
FIG. 16 is a graph showing the transfer characteristics for angle detection noise.
The horizontal axis in Fig. 16 is a logarithmic axis representing the frequency of the angle detection noise, and the vertical axis in Fig. 16 represents the amplitude of the angle detection noise in the upper graph and the phase in the lower graph.
16, the transfer characteristics when the disturbance suppression unit 76 is not provided are shown by thin solid lines. Furthermore, the transfer characteristics when the disturbance suppression band ωc is 1 [Hz] are shown by thick solid lines, and the transfer characteristics when the disturbance suppression band ωc is 10 [Hz] are shown by thin dotted lines. Furthermore, the transfer characteristics when the disturbance suppression band ωc is 100 [Hz] are shown by thick dotted lines, and the transfer characteristics when the disturbance suppression band ωc is 1000 [Hz] are shown by dashed-dotted lines.
16, it was confirmed that the transfer characteristics for the angle detection noise also reduce the gain like a high-pass filter characteristic in the region below the disturbance suppression band ωc . Therefore, the angle detection noise is also reduced by the disturbance suppression unit 76 like a high-pass filter.

各種のノイズが精度よく抑制されることにより、モータ20とコントロールユニット30とを備えた電動アクチュエータでは、電流指令値通りの実電流がモータ20に流れて所望の出力が得られる。また、図1に示す電動パワーステアリング装置100では、モータ20で所望の出力が得られるため、ステアリングに対するアシスト精度が高い。 By precisely suppressing various types of noise, an electric actuator equipped with a motor 20 and a control unit 30 can obtain the desired output by allowing an actual current to flow through the motor 20 in accordance with the current command value. Furthermore, in the electric power steering device 100 shown in Figure 1, the motor 20 can obtain the desired output, resulting in high steering assist accuracy.

なお、上記説明では、パワーステアリング装置への応用例が示されているが、本発明の電動アクチュエータやモータ制御装置は、車両の駆動系やロボットなど幅広い分野への応用が可能である。即ち、本発明の実施形態や適用範囲は、パワーステアリング装置のみに限定されるものではない。 Note that while the above description shows an example of application to a power steering device, the electric actuator and motor control device of the present invention can be applied to a wide range of fields, including vehicle drive systems and robots. In other words, the embodiments and scope of application of the present invention are not limited to power steering devices.

100…電動パワーステアリング装置、1…操向ハンドル、2…コラム軸、
3…減速ギア、4A、4B…ユニバーサルジョイント、5…ピニオンラック機構、
6…操向車輪のタイロッド、10…トルクセンサ、11…イグニションキー、
12…車速センサ、14…バッテリ、20…モータ、30…コントロールユニット、
40…電流指令値演算部、45…電圧指令値演算部、46…2相/3相変換部、
47…PWM制御部、48…インバータ、49…3相/2相変換部、
60、61、62…電流センサ、63…レゾルバ、70…制御帯域設定部、
71…PID制御部、72…ローパスフィルタ、73…第1の遅延要素、
75…第2の遅延要素、76…外乱抑制部、80…回転数推定部、
81…トルク外乱推定部、82…トルク外乱抑制部、83…ハイパスフィルタ
100... electric power steering device, 1... steering handle, 2... column shaft,
3...reduction gear, 4A, 4B...universal joint, 5...pinion rack mechanism,
6...steered wheel tie rod, 10...torque sensor, 11...ignition key,
12... vehicle speed sensor, 14... battery, 20... motor, 30... control unit,
40...current command value calculation unit, 45...voltage command value calculation unit, 46...two-phase/three-phase conversion unit,
47... PWM control unit, 48... inverter, 49... three-phase/two-phase conversion unit,
60, 61, 62...current sensors, 63...resolver, 70...control band setting unit,
71... PID control unit, 72... low-pass filter, 73... first delay element,
75... second delay element, 76... disturbance suppression unit, 80... rotation speed estimation unit,
81...torque disturbance estimation unit, 82...torque disturbance suppression unit, 83...high-pass filter

Claims (7)

電流指令値と実電流値との差分値に基づいて電圧指令値を算出する指令値算出部と、
前記実電流値とモータの回転角度とに基づいて当該モータの回転数を推定する回転数推定部と、
前記実電流値と前記モータの回転数推定値とに基づいてトルク外乱を推定するトルク外乱推定部と、
推定された前記トルク外乱を抑制するための、前記電流指令値に加算される抑制値を算出するトルク外乱抑制部と、
を備えたモータ制御装置。
a command value calculation unit that calculates a voltage command value based on a difference between a current command value and an actual current value;
a rotation speed estimation unit that estimates the rotation speed of the motor based on the actual current value and the rotation angle of the motor;
a torque disturbance estimation unit that estimates a torque disturbance based on the actual current value and the estimated rotation speed of the motor;
a torque disturbance suppression unit that calculates a suppression value to be added to the current command value in order to suppress the estimated torque disturbance;
A motor control device comprising:
前記電流指令値に加算される前の前記抑制値に作用するハイパスフィルタを更に備える請求項1に記載のモータ制御装置。 The motor control device of claim 1, further comprising a high-pass filter that acts on the suppression value before it is added to the current command value. 前記抑制値が加算される前の前記電流指令値に作用して制御帯域を設定する帯域設定部を更に備える請求項1に記載のモータ制御装置。 The motor control device of claim 1 further comprising a band setting unit that sets a control band by acting on the current command value before the suppression value is added. 前記指令値算出部は、前記差分値に基づいたPID制御で前記電圧指令値を算出するPID制御部を有する請求項1に記載のモータ制御装置。 The motor control device described in claim 1, wherein the command value calculation unit includes a PID control unit that calculates the voltage command value using PID control based on the difference value. 前記指令値算出部は、前記PID制御部の出力に作用するローパスフィルタと、前記電圧指令値を前記ローパスフィルタの出力側から入力側に遅延を伴って正帰還させる遅延要素と、を更に有する請求項4に記載のモータ制御装置。 The motor control device described in claim 4, wherein the command value calculation unit further includes a low-pass filter that acts on the output of the PID control unit, and a delay element that positively feeds back the voltage command value from the output side to the input side of the low-pass filter with a delay. 請求項1から5のいずれか1項に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置によって制御された電圧が印加されるモータと、
を備えた電動アクチュエータ。
The motor control device according to any one of claims 1 to 5,
a motor to which a voltage controlled by the motor control device is applied;
An electric actuator equipped with
請求項1から5のいずれか1項に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置によって制御された電圧が印加されるモータと、
前記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、
を備えた電動パワーステアリング装置。
The motor control device according to any one of claims 1 to 5,
a motor to which a voltage controlled by the motor control device is applied;
a power steering mechanism driven by the motor;
An electric power steering device equipped with
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