JP7768041B2 - Motor control device, electric actuator, and electric power steering device - Google Patents
Motor control device, electric actuator, and electric power steering deviceInfo
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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、モータ制御系に混入する外乱(ノイズ)を抑制する外乱抑制器を備えたモータ制御装置が知られている。
例えば特許文献1には、トルク外乱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。
2. Description of the Related Art Conventionally, motor control devices equipped with a disturbance suppressor that suppresses disturbances (noise) entering a motor control system are known.
For example, Patent Document 1 proposes a motor control device equipped with a disturbance observer that suppresses torque disturbances.
しかしながら、モータの高回転時にも外乱抑制器による外乱抑制の効果が得られるように、外乱抑制の帯域が高帯域に設定されると、外乱が抑制される一方で電流制御系の安定度(位相余裕度)が低下して、位相余裕周波数での振動が生じる。
そこで、本発明は、高帯域での外乱抑制時における振動を抑制することを課題とする。
However, if the disturbance suppression band is set to a high band so that the disturbance suppressor can suppress the disturbance even when the motor is rotating at high speed, while the disturbance is suppressed, the stability (phase margin) of the current control system decreases, and vibrations occur at the phase margin frequency.
Therefore, an object of the present invention is to suppress vibrations when suppressing disturbances in a high frequency band.
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、少なくとも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、上記実電流値とモータの回転角度とに基づいて算出する外乱抑制部と、フィードバック制御に反映される上記モータの電気特性を当該フィードバック制御上で変換するために上記電圧指令値に作用する特性変換部と、を備える。 To solve the above problem, one aspect of the motor control device according to the present invention comprises 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 disturbance suppression unit that calculates a suppression value to be added to the current command value based on the actual current value and the motor rotation angle in order to suppress at least torque disturbances; and a characteristic conversion unit that acts on the voltage command value to convert the electrical characteristics of the motor reflected in feedback control in the feedback control.
本件発明者による詳細な検討の結果、安定度への主な影響因子はモータの電気特性であることが分かった。上記モータ制御装置によれば、モータの電気特性を制御上で所望の電気特性に変更することができるので、高帯域を含んだ所望の帯域での外乱抑制時における振動を抑制することができる。 After detailed investigation by the inventors, it was found that the main factor affecting stability is the motor's electrical characteristics. The motor control device described above can change the motor's electrical characteristics to the desired electrical characteristics during control, thereby suppressing vibrations during disturbance suppression in the desired frequency range, including the high frequency range.
上記のモータ制御装置において、上記指令値算出部は、q軸の電圧指令値とd軸の電圧指令値とを算出し、上記特性変換部は、q軸の電圧指令値とd軸の電圧指令値とのそれぞれに作用することが好ましい。q軸とd軸とでは逆起電圧の影響が異なるため、それぞれの電圧指令値に応じた作用で所望の電気特性が実現される。 In the above motor control device, it is preferable that the command value calculation unit calculates a voltage command value for the q axis and a voltage command value for the d axis, and the characteristic conversion unit acts on each of the q axis and the d axis voltage command values. Because the influence of back electromotive force differs between the q axis and the d axis, the desired electrical characteristics are achieved by acting in accordance with the respective voltage command values.
上記のモータ制御装置において、上記特性変換部は、q軸の電圧指令値に作用するゲインGLRが、
GLR={(Ls+R)(Js+D)+KEKT}/{(L0s+R0)(Js+D)+KEKT}
但し、
s:ラプラス演算子
L[H]:上記モータのインダクタンス
R[Ω]:上記モータの抵抗
J[kgm2]:上記モータの慣性
D[Nm/(rad/s)]:上記モータの粘性
KE[V/(rad/s)] :上記モータのEMF定数
KT[Nm/A] :上記モータのトルク定数
L0[H]:所望のインダクタンス
R0[Ω]:所望の抵抗
で表されることが好ましい。
上記式で表されるゲインGLRにより、所望のインダクタンスL0と所望の抵抗R0をq軸の制御上で実現することができる。
In the motor control device, the characteristic conversion unit determines whether the gain G LR acting on the q-axis voltage command value is:
G LR ={(Ls+R)(Js+D)+K E K T }/{(L 0 s+R 0 )(Js+D)+K E K T }
however,
It is preferable to express it as follows: s: Laplace operator L[H]: inductance of the motor R[Ω]: resistance of the motor J[kgm 2 ]: inertia of the motor D[Nm/(rad/s)]: viscosity of the motor K E [V/(rad/s)]: EMF constant of the motor K T [Nm/A]: torque constant of the motor L 0 [H]: desired inductance R 0 [Ω]: desired resistance.
The gain G LR expressed by the above formula makes it possible to realize the desired inductance L 0 and the desired resistance R 0 in controlling the q axis.
上記のモータ制御装置において、上記特性変換部は、d軸の電圧指令値に作用するゲインGLRが、
GLR=(Ls+R)/(L0s+R0)
但し、
s:ラプラス演算子
L[H]:上記モータのインダクタンス
R[Ω]:上記モータの抵抗
L0[H]:所望のインダクタンス
R0[Ω]:所望の抵抗
で表されることが好ましい。
上記式で表されるゲインGLRにより、所望のインダクタンスL0と所望の抵抗R0をd軸の制御上で実現することができる。
In the motor control device, the characteristic conversion unit determines whether the gain G LR acting on the d-axis voltage command value is:
G LR =(Ls+R)/(L 0 s+R 0 )
however,
It is preferable to express it as follows: s: Laplace operator L[H]: inductance of the motor R[Ω]: resistance of the motor L 0 [H]: desired inductance R 0 [Ω]: desired resistance.
The gain G LR expressed by the above formula makes it possible to realize the desired inductance L 0 and the desired resistance R 0 in controlling the d axis.
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。
このような電動アクチュエータによれば、高帯域での外乱抑制時における振動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。
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.
With such an electric actuator, vibrations are suppressed when disturbances are suppressed in a high frequency range, so that an actual current flows through the motor in accordance with the current command value, thereby obtaining a desired output.
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。
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、高帯域での外乱抑制時における振動を抑制することができる。 This invention makes it possible to suppress vibrations during disturbance suppression in high frequency bands.
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KTと、機械特性23と、積分要素24と、EMF(逆起電圧)係数KE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KT[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[kgm2]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KE[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、LR変換部74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, an LR conversion unit 74, 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のゲインGrefは、
Gref=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 gain Gref of the control band setting unit 70 is expressed as follows:
G ref =ω ref /(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、
GPID={ωcL+(R/2)}[1+{ωc/(2s)}+{s/(2ωc)}]
但し、
s:ラプラス演算子
ωc[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、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、
GLPF=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 cuts out 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、
Gdly=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.
LR変換部74は、フィードバック制御に反映されるモータ20の電気特性を当該フィードバック制御上で所望の電気特性に変換するために、電圧指令値に作用する。LR変換部74におけるゲインGLRについては後述する。
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、
GDLY=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 LR conversion unit 74 acts on the voltage command value in order to convert the electrical characteristics of the motor 20 reflected in the feedback control into electrical characteristics desired for the feedback control. The gain GLR in the LR conversion unit 74 will be described later.
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[kgm2]:制御上のモータの慣性
d[Nm/(rad/s)]:制御上のモータの粘性
kT[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
x1: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x1が入力され、回転数推定部80から回転数推定値x2(^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x2(^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x1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x2(^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と回転数推定値から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 from 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、ωcは外乱抑制帯域である。
The torque disturbance suppression unit 82 calculates a suppression value for suppressing 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、トルク外乱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。外乱抑制帯域ωcが高帯域に設定されるとモータ20の高回転領域でも外乱抑制部76による外乱抑制が得られる。一方で、外乱抑制帯域ωcが高帯域に設定されると電圧指令値演算部45のフィードバック制御で振動が生じやすくなるため、電圧指令値演算部45には、制御の安定度を向上させる構成が組み込まれている。
The high-pass filter 83 acts on the torque disturbance suppression value to remove the DC component of the torque disturbance. The high-pass filter 83 functions like a notch filter to suppress 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 accurately suppresses torque disturbances by estimating the torque disturbances, and can also suppress voltage noise, current detection noise, and angle detection noise. When the disturbance suppression band ωc is set to a high band, disturbance suppression by the disturbance suppression unit 76 can be achieved even in the high rotation range of the motor 20. On the other hand, when the disturbance suppression band ωc is set to a high band, vibrations are more likely to occur in the feedback control of the voltage command value calculation unit 45, so a configuration that improves the stability of control is incorporated into the voltage command value calculation unit 45.
本発明の発明者による詳細な検討の結果、電圧指令値演算部45の安定度への主な影響因子はモータ20の電気特性21であることが分かった。しかし、モータ20の電気特性21は、モータ20に求められるスペックと不可分であり、モータ20のハードウエアを変更することは難しい。そこで、電圧指令値演算部45におけるフィードバック制御上で所望の電気特性を実現するためにLR変換部74が組み込まれている。電圧指令値演算部45は、q軸の電圧指令値vqとd軸の電圧指令値vdとを算出するので、LR変換部74は、q軸の電圧指令値vqとd軸の電圧指令値vdとのそれぞれに作用する。 After detailed investigation by the inventors of the present invention, it was found that the main factor affecting the stability of the voltage command value calculation unit 45 is the electrical characteristics 21 of the motor 20. However, the electrical characteristics 21 of the motor 20 are inseparable from the specifications required of the motor 20, making it difficult to change the hardware of the motor 20. Therefore, an LR conversion unit 74 is incorporated to achieve the desired electrical characteristics in the feedback control of the voltage command value calculation unit 45. The voltage command value calculation unit 45 calculates the q-axis voltage command value vq and the d-axis voltage command value vd, and the LR conversion unit 74 acts on both the q-axis voltage command value vq and the d-axis voltage command value vd.
図5は、LR変換部74とモータ20の電気・磁気・機械特性26とを含んだブロック図である。
モータ20は、電気・磁気・機械特性26として、図3にも示した各要素を有する。q軸制御においては、LR変換部74とモータ20の電気特性21との間に逆起電圧が加算されるため、当該逆起電圧も考慮したLR変換部74の設計が必要となる。電気特性21の入力側に加算される逆起電圧は、電気特性21、トルク定数KT、機械特性23およびEMF係数KEに依存するので、これらの要素全体がLR変換部74の設計に関連することになる。
FIG. 5 is a block diagram including the LR conversion unit 74 and the electric, magnetic and mechanical characteristics 26 of the motor 20.
The motor 20 has the elements shown in Fig. 3 as electrical, magnetic, and mechanical characteristics 26. In q-axis control, a back electromotive force is added between the LR converter 74 and the electrical characteristics 21 of the motor 20, so the LR converter 74 must be designed with this back electromotive force taken into consideration. The back electromotive force added to the input side of the electrical characteristics 21 depends on the electrical characteristics 21, the torque constant KT , the mechanical characteristics 23, and the EMF coefficient KE , so all of these elements are related to the design of the LR converter 74.
図6は、図5に示す電気・磁気・機械特性26が1ブロックに纏められたブロック図である。
図5に示す電気特性21、トルク定数KT、機械特性23およびEMF係数KEが纏められた電気・磁気・機械特性26のゲインは、kT/{(Ls+R)(Js+D)+kEkT}と表される。これに対するLR変換部74のゲインは{(Ls+R)(Js+D)+kEkT}
/{(L0s+R0)(Js+D)+kEkT}と求められる。
つまり、q軸の電圧指令値に作用するゲインGLRは、
GLR={(Ls+R)(Js+D)+KEKT}/{(L0s+R0)(Js+D)+KEKT}
但し、
s:ラプラス演算子
L[H]:上記モータのインダクタンス
R[Ω]:上記モータの抵抗
J[kgm2]:上記モータの慣性
D[Nm/(rad/s)]:上記モータの粘性
KE[V/(rad/s)] :上記モータのEMF定数
KT[Nm/A] :上記モータのトルク定数
L0[H]:所望のインダクタンス
R0[Ω]:所望の抵抗
と表される。
FIG. 6 is a block diagram in which the electrical, magnetic and mechanical characteristics 26 shown in FIG. 5 are collected into one block.
The gain of the electric/magnetic/mechanical characteristic 26, which is a compilation of the electric characteristic 21, the torque constant KT , the mechanical characteristic 23, and the EMF coefficient KE shown in Fig. 5, is expressed as kT /{(Ls+R)(Js+D)+ kEkT }. The corresponding gain of the LR conversion unit 74 is {(Ls+R)(Js+D)+ kEkT }
/{(L 0 s+R 0 )(Js+D)+k E k T }.
That is, the gain G LR acting on the q-axis voltage command value is
G LR ={(Ls+R)(Js+D)+K E K T }/{(L 0 s+R 0 )(Js+D)+K E K T }
however,
It is expressed as follows: s: Laplace operator L[H]: inductance of the motor R[Ω]: resistance of the motor J[kgm 2 ]: inertia of the motor D[Nm/(rad/s)]: viscosity of the motor K E [V/(rad/s)]: EMF constant of the motor K T [Nm/A]: torque constant of the motor L 0 [H]: desired inductance R 0 [Ω]: desired resistance.
図7は、LR変換部74と電気・磁気・機械特性26とを合わせた変換後特性を示す図である。
LR変換部74と電気・磁気・機械特性26とを合わせた変換後特性27のゲインは、kT/{(L0s+R0) (Js+D)+kEkT}となる。変換後特性27のゲインは、図6に示す電気・磁気・機械特性26におけるインダクタンスLと抵抗Rが、所望のインダクタンスL0と抵抗R0に変換された特性になっていることが確認される。つまり、図6に示すゲインを有するLR変換部74により、q軸の制御において所望のLR特性が実現される。
FIG. 7 is a diagram showing the converted characteristics obtained by combining the LR conversion unit 74 and the electric/magnetic/mechanical characteristics 26.
The gain of converted characteristic 27, which is a combination of LR conversion unit 74 and electric/magnetic/mechanical characteristic 26, is kT /{( L0s + R0 )(Js+D)+ kEkT } . It can be confirmed that the gain of converted characteristic 27 is a characteristic in which inductance L and resistance R in electric/magnetic/mechanical characteristic 26 shown in Figure 6 are converted into the desired inductance L0 and resistance R0 . In other words, the desired LR characteristic is realized in q-axis control by LR conversion unit 74 having the gain shown in Figure 6.
d軸におけるLR変換部74の場合には逆起電圧の考慮が不要となる。
図8は、d軸におけるLR変換部74の特性を示す図であり、図9は、d軸におけるLR変換部74とモータ20の電気特性21とを合わせた変換後特性を示す図である。
d軸の制御では、モータ20の電気特性21の入力に対する逆起電圧の加算が無いため、電気特性21のゲイン1/(Ls+R)に対してLR変換部74のゲインが(Ls+R)/(L0s+R0)と求められる。
つまり、d軸の電圧指令値に作用するゲインGLRが、
GLR=(Ls+R)/(L0s+R0)
但し、
s:ラプラス演算子
L[H]:上記モータのインダクタンス
R[Ω]:上記モータの抵抗
L0[H]:所望のインダクタンス
R0[Ω]:所望の抵抗
と表される。
図9に示すように、変換後特性27は、ゲインが、1/(L0s+R0)となるので、電気特性21におけるインダクタンスLと抵抗Rが、所望のインダクタンスL0と抵抗R0に変換された特性になっていることが確認される。つまり、図8に示すゲインを有するLR変換部74により、d軸の制御において所望のLR特性が実現される。
In the case of the LR conversion unit 74 on the d axis, it is not necessary to take the back electromotive force into consideration.
FIG. 8 is a diagram showing the characteristics of the LR converter 74 on the d axis, and FIG. 9 is a diagram showing the converted characteristics combining the LR converter 74 on the d axis and the electrical characteristics 21 of the motor 20.
In the control of the d-axis, since no back electromotive force is added to the input of the electrical characteristic 21 of the motor 20, the gain of the LR conversion unit 74 is calculated as (Ls+R)/(L 0 s+R 0 ) for the gain of the electrical characteristic 21, 1/(Ls+R).
That is, the gain G LR acting on the d-axis voltage command value is
G LR =(Ls+R)/(L 0 s+R 0 )
however,
s: Laplace operator L[H]: inductance of the motor R[Ω]: resistance of the motor L 0 [H]: desired inductance R 0 [Ω]: desired resistance.
As shown in Fig. 9, the converted characteristic 27 has a gain of 1/(L 0 s + R 0 ), which confirms that the inductance L and resistance R in the electrical characteristic 21 have been converted into the desired inductance L 0 and resistance R 0. In other words, the desired LR characteristic is realized in the control of the d-axis by the LR conversion unit 74 having the gain shown in Fig. 8.
図10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の機械特性23そのものであり、制御側の機械系とは、制御のために設定された機械特性である。
FIG. 10 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 is the mechanical characteristics 23 of the motor 20 itself, and the mechanical system on the control side is the mechanical characteristics set 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、LR変換部74の部分と、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。
LR変換部74の部分が電流制御系の一巡伝達関数に含まれていることにより、実機部分とLR変換部74の部分との合成が制御上の実機部分となる。
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、トルク外乱Δτおよび角度検出ノイズΔθそれぞれについてはHPF特性となっている。従って、図3に示す制御系では、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。以下説明するように、制御上のモータの特性が所望の特性に変換されることで制御系における安定度が向上し、高回転領域でもノイズ抑制が実現される。
The open-loop transfer function portion of the current control system includes the actual portion of the motor 20 , the portion of the LR conversion portion 74 , and the main control portion from the PID control portion 71 to the second delay element 75 .
Since the LR conversion unit 74 is included in the open-loop transfer function of the current control system, the combination of the actual device part and the LR conversion unit 74 part becomes the actual device part in terms of control.
The sensitivity function portion is approximately zero for voltage noise Δv, and exhibits HPF characteristics for current detection noise Δi, torque disturbance Δτ, and angle detection noise Δθ. Therefore, it can be seen that the control system shown in Figure 3 achieves noise suppression for all types of noise. As will be explained below, the stability of the control system is improved by converting the motor characteristics in terms of control to desired characteristics, and noise suppression is achieved even in the high rotation speed range.
図11は、インダクタンスの変換による制御系の安定度の変化を示すグラフである。
図11の横軸は周波数を示す対数軸であり、図11の縦軸は、上段のグラフでは振幅を示し、下段のグラフでは位相を示す。
グラフには、細い実線で変換前の特性が示され、インダクタンスが半減された場合の特性が太い実線で示され、インダクタンスが2倍化された場合の特性が点線で示されている。インダクタンスは主にハードウエアの共振周波数に感度を有し、インダクタンスが小さいと位相が進んで制御系の安定度(特に位相余裕度)が増すことが分かる。
FIG. 11 is a graph showing the change in stability of the control system due to the change in inductance.
The horizontal axis in FIG. 11 is a logarithmic axis indicating frequency, and the vertical axis in FIG. 11 indicates amplitude in the upper graph and phase in the lower graph.
In the graph, the thin solid line shows the characteristics before conversion, the thick solid line shows the characteristics when the inductance is halved, and the dotted line shows the characteristics when the inductance is doubled. It can be seen that inductance is mainly sensitive to the resonant frequency of the hardware, and when the inductance is small, the phase advances and the stability of the control system (especially the phase margin) increases.
図12は、抵抗の変換による制御系の安定度の変化を示すグラフである。
図12も、横軸は周波数を示す対枢軸で、縦軸は上段が振幅、下段が位相を示す。
グラフには、細い実線で変換前の特性が示され、抵抗が2倍化された場合の特性が太い実線で示され、インダクタンスが半減された場合の特性が点線で示されている。インダクタンスは主に減衰係数に感度を有し、抵抗が大きいと位相が進んで制御系の安定度が増すことが分かる。
FIG. 12 is a graph showing the change in stability of the control system due to the change in resistance.
In FIG. 12, the horizontal axis is a pair of axes showing frequency, and the upper vertical axis shows amplitude and the lower vertical axis shows phase.
In the graph, the thin solid line shows the characteristics before conversion, the thick solid line shows the characteristics when the resistance is doubled, and the dotted line shows the characteristics when the inductance is halved. It can be seen that the inductance is mainly sensitive to the damping coefficient, and that a large resistance leads to a phase advance, increasing the stability of the control system.
図13は、インダクタンスと抵抗の変換を組みあわせた場合における制御系の安定度の変化を示すグラフである。
図13も、横軸は周波数を示す対枢軸で、縦軸は上段が振幅、下段が位相を示す。
グラフには、細い実線で変換前の特性が示され、インダクタンスが半減されて、かつ、抵抗が2倍化された場合の特性が太い実線で示されている。インダクタンスと抵抗の変換が組みあわされることで位相が更に進んで制御系の安定度が一層増すことが分かる。
FIG. 13 is a graph showing the change in stability of the control system when inductance and resistance conversion are combined.
In FIG. 13 as well, the horizontal axis is a pair of axes showing frequency, and the upper vertical axis shows amplitude and the lower vertical axis shows phase.
In the graph, the thin solid line shows the characteristics before conversion, and the thick solid line shows the characteristics when the inductance is halved and the resistance is doubled. It can be seen that the combination of inductance and resistance conversion further advances the phase, further increasing the stability of the control system.
制御系の安定度(特に位相余裕度)が増すことにより、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、高速動作時にも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、高速動作時にもモータ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 increasing the stability of the control system (particularly the phase margin), an electric actuator equipped with a motor 20 and a control unit 30 can obtain the desired output by allowing the actual current to flow through the motor 20 in accordance with the current command value, even during high-speed operation. Furthermore, the electric power steering device 100 shown in Figure 1 can obtain the desired output from the motor 20 even during high-speed operation, 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、
74…LR変換部、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,
74... LR conversion unit, 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 (5)
少なくとも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、前記実電流値とモータの回転角度とに基づいて算出する外乱抑制部と、
フィードバック制御に反映される前記モータの電気特性を当該フィードバック制御上で変換するために前記電圧指令値に作用する特性変換部と、
を備え、
前記指令値算出部は、q軸の電圧指令値とd軸の電圧指令値とを算出し、
前記特性変換部は、q軸の電圧指令値とd軸の電圧指令値とのそれぞれに作用する、
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 disturbance suppression unit that calculates a suppression value to be added to the current command value based on the actual current value and a rotation angle of the motor in order to suppress at least torque disturbance;
a characteristic conversion unit that acts on the voltage command value to convert the electrical characteristics of the motor reflected in feedback control on the feedback control;
Equipped with
the command value calculation unit calculates a q-axis voltage command value and a d-axis voltage command value;
the characteristic conversion unit acts on each of the q-axis voltage command value and the d-axis voltage command value;
Motor control device.
GLR={(Ls+R)(Js+D)+KEKT}/{(L0s+R0)(Js+D)+KEKT}
但し、
s:ラプラス演算子
L[H]:上記モータのインダクタンス
R[Ω]:上記モータの抵抗
J[kgm2]:上記モータの慣性
D[Nm/(rad/s)]:上記モータの粘性
KE[V/(rad/s)] :上記モータのEMF定数
KT[Nm/A] :上記モータのトルク定数
L0[H]:所望のインダクタンス
R0[Ω]:所望の抵抗
と表される請求項1に記載のモータ制御装置。 The characteristic conversion unit determines whether a gain G LR acting on a q-axis voltage command value is:
G LR ={(Ls+R)(Js+D)+K E K T }/{(L 0 s+R 0 )(Js+D)+K E K T }
however,
2. The motor control device of claim 1, wherein s is expressed as Laplace operator L[H]: inductance of the motor R[Ω]: resistance of the motor J[kgm 2 ]: inertia of the motor D[Nm/(rad/s)]: viscosity of the motor K E [V/(rad/s)]: EMF constant of the motor K T [Nm/A]: torque constant of the motor L 0 [H]: desired inductance R 0 [Ω]: desired resistance.
GLR=(Ls+R)/(L0s+R0)
但し、
s:ラプラス演算子
L[H]:上記モータのインダクタンス
R[Ω]:上記モータの抵抗
L0[H]:所望のインダクタンス
R0[Ω]:所望の抵抗
と表される請求項1に記載のモータ制御装置。 The characteristic conversion unit determines whether a gain G LR acting on a d-axis voltage command value is:
G LR =(Ls+R)/(L 0 s+R 0 )
however,
2. The motor control device according to claim 1, wherein s is expressed as a Laplace operator, L[H] is the inductance of the motor, and R[Ω] is the resistance of the motor. L 0 [H] is the desired inductance, and R 0 [Ω] is the desired resistance.
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 3 ;
a motor to which a voltage controlled by the motor control device is applied;
An electric actuator equipped with
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 3 ;
a motor to which a voltage controlled by the motor control device is applied;
a steering mechanism driven by the motor;
An electric power steering device equipped with
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022085842A JP7768041B2 (en) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | Motor control device, electric actuator, and electric power steering device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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