專利名稱：電動機控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動電動機(特別是無刷電動機)的電動機控制裝置。無刷電動 機例如作為電動動力轉(zhuǎn)向裝置中的轉(zhuǎn)向助力的產(chǎn)生源被利用。
背景技術(shù)：
用于無刷電動機的電動機控制裝置具備電流檢測部、旋轉(zhuǎn)位置檢測部、dq軸目標 電流值運算部、dq軸電流運算部、d軸電壓指令值運算部和q軸電壓指令值運算部。電流 檢測部檢測流過電動機的電樞繞組的電流。旋轉(zhuǎn)位置檢測部檢測電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置。 dq軸目標電流值運算部運算d軸目標電流值以及q軸目標電流值。dq軸電流運算部根據(jù) 電樞繞組電流以及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置求出d軸電流以及q軸電流。d軸電壓指令值運算部根據(jù) d軸偏差的PI運算求出d軸電壓指令值，以便減少d軸目標電流值和d軸電流之間的d軸 偏差。q軸電壓指令值運算部根據(jù)q軸偏差的PI運算求出q軸電壓指令值，以便減少q軸 目標電流值和q軸電流之間的q軸偏差。根據(jù)由此求出的d軸電壓指令值、q軸電壓指令 值以及檢測出的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置，電動機控制裝置向電樞繞組施加電壓。由此，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的旋 轉(zhuǎn)力。另一方面，對PI運算值和解耦控制量進行加法運算的解耦控制被周知(參照US 2001/0005121A1)。解耦控制是指確定電壓指令值的控制，以便補償伴隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而在電 動機內(nèi)部產(chǎn)生的速度電動勢。通過進行解耦控制，期待能夠有效抑制基于速度電動勢的反 應(yīng)性和隨動性的降低。電動機內(nèi)部所產(chǎn)生的速度電動勢依賴于旋轉(zhuǎn)角速度以及電流。所以，用于對其進 行補償?shù)慕怦羁刂屏恳餐瑯右蕾囉谛D(zhuǎn)角速度以及電流。更具體而言，d軸解耦控制量依 賴于旋轉(zhuǎn)角速度以及q軸電流，q軸解耦控制量依賴于旋轉(zhuǎn)角速度以及d軸電流。但是，旋轉(zhuǎn)角速度根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置檢測部的輸出信號被計算，另外，電動機電流值根 據(jù)電流檢測部的檢測結(jié)果而得到，因此在它們之中含有高頻噪音。其結(jié)果導(dǎo)致解耦控制量 中也含有高頻噪音。該高頻噪音成為振動、雜音的原因，例如，存在對電動動力轉(zhuǎn)向裝置的 使用者造成不適感，使轉(zhuǎn)向感覺惡化這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制振動、雜音的產(chǎn)生的電動機控制裝置。本發(fā)明的電動機控制裝置包含設(shè)定應(yīng)該供給電動機(1)的目標電流值的目標電 流值設(shè)定單元(15、16)、根據(jù)該目標電流值設(shè)定單元設(shè)定的目標電流值運算用于驅(qū)動上述 電動機的基本電壓值的基本電壓值運算單元(511、521、51a、52a)，運算上述電動機的旋轉(zhuǎn) 角速度的旋轉(zhuǎn)角速度運算單元(23)，根據(jù)電動機電流值和上述旋轉(zhuǎn)角速度運算單元運算的 旋轉(zhuǎn)角速度運算用于校正上述基本電壓值的校正值的校正值運算單元(50、512、515、516、 522、525、526)、用上述校正值運算單元運算的校正值對上述基本電壓值運算單元運算的基 本電壓值進行校正從而求出電壓指令值的校正單元(513、523)和使用該校正單元求出的電壓指令值驅(qū)動上述電動機的驅(qū)動單元(13)，上述校正值運算單元包含用于求出平滑化的 校正值的校正值用平滑化單元(50、515、516、525、526)。另外，括號內(nèi)的英文和數(shù)字表示后 面說明的實施方式中的對應(yīng)構(gòu)成要素，但是當(dāng)然其不代表本發(fā)明限定于那些實施方式。下 面與此事項相同。根據(jù)該構(gòu)成，根據(jù)目標電流值設(shè)定用于驅(qū)動電動機的基本電壓值。由于目標電流 值與電動機應(yīng)該產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)，所以基本電壓值相當(dāng)于為了產(chǎn)生設(shè)為目標的轉(zhuǎn)矩而向 電動機施加的電壓值。另一方面，根據(jù)電動機電流值和旋轉(zhuǎn)角速度運算用于校正基本電壓 值的校正值。該校正值通過校正值用平滑化單元的工作而成為平滑化的值。通過該平滑化 的校正值對基本電壓值進行校正，由此求出電壓指令值。利用該電壓指令值驅(qū)動電動機。這 樣，由于通過抑制了高頻分量的校正值對基本電壓值進行校正，所以能夠抑制振動、雜音的 產(chǎn)生。校正值的運算所使用的電動機電流值可以是目標電流值，也可以是電流檢測單元 (11)檢測出的電測電流值。上述校正值運算單元可以運算用于上述電動機的解耦控制的校正值。根據(jù)該構(gòu) 成，在抑制振動、雜音的同時能夠通過解耦控制在不依賴于旋轉(zhuǎn)角速度和電動機電流值的 基礎(chǔ)上提高電動機的反應(yīng)性以及隨動性。具體而言，上述基本電壓值運算單元例如可以按照下面的式子Al、Bl來分別運算 d軸基本電壓值Vdbase以及q軸基本電壓值Vqbase。在這種情況下，優(yōu)選地，上述校正值運算單 元按照下面的式子A2來運算用于校正上述d軸基本電壓值Vdbase的d軸校正值Dd，按照下 面的式子B2來運算用于校正上述q軸基本電壓值Vqbase的q軸校正值Dq。在這種情況下， 電壓指令值Vd *、V/例如通過下面的式A、B得到。V/= Vdbase+Dd ......AV/= Vdbase+Dq ......B
_4]Vdbase= (R+PLd) · I/ ......AlVqbase= (R+PLq) · I/ ......BlDd = -CoL, I/ ......A2Dq = QLd · I/+ ω φ ......Β2其中，R表示電樞繞組電阻(Ω)、P表示微分算子、ω表示電動機的旋轉(zhuǎn)角速度 (rad/秒)、Ld表示d軸的自感(H)、Lq表示q軸的自感(H)、I/表示d軸目標電流值㈧、Iq *表示q軸目標電流值(A)、Φ表示U相、V相、W相電樞繞組互聯(lián)磁通量的最大值的V (3/2) 倍。在具備檢測電動機電流值的電流檢測單元的情況下，在基于上述式子Α2、Β2的d 軸校正值Dd以及q軸校正值Dq的運算中，可以使用檢測出的d軸電動機電流值Id以及q軸 電動機電流值Iq來取代目標電流值Id *和I/。優(yōu)選地，上述基本電壓值演算單元包含用于求出平滑化的基本電壓的基本電壓值 用平滑化單元(514、524、51a、52a)。根據(jù)該構(gòu)成，不只是校正值而且基本電壓值也成為平滑化的值。由此，能夠同時抑 制因目標電流值的變動而造成的振動、雜音的發(fā)生。所以，能夠更有效地減少振動以及雜
曰°
5
優(yōu)選地，上述基本電壓值用平滑化單元的截止頻率低于上述校正值用平滑化單元 的截止頻率。在該構(gòu)成中，由于與基本電壓值對應(yīng)的平滑化處理的截止頻率較低，所以能夠有 效減少因目標電流值的變動而造成的振動以及雜音。另一方面，由于與校正值對應(yīng)的平滑 化處理的截止頻率較高，所以該校正值在確保了對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角速度的變動的充分的反應(yīng)性的 狀態(tài)下成為除去了高頻噪音的值。由此，基本電壓值以及校正值分別成為被適當(dāng)平滑化的 值，因此能夠在減少振動以及雜音的同時確保反應(yīng)性。更具體而言，發(fā)動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩所需要的反應(yīng)特性和依賴于解耦控制等的旋轉(zhuǎn)角速 度的控制所需要的反應(yīng)特性存在區(qū)別。所以，為了得到電動機轉(zhuǎn)矩所要求的反應(yīng)特性，將與 基本電壓值對應(yīng)的平滑化處理的截止頻率設(shè)定得較低即可。另一方面，為了得到解耦控制 等所需要的反應(yīng)特性(能夠隨動于旋轉(zhuǎn)角速度的變動的反應(yīng)特性)，將與校正值(解耦控制 量等)對應(yīng)的平滑化處理的截止頻率設(shè)定得較高即可。由此，例如，不會犧牲解耦控制的效 果，即在不依賴于旋轉(zhuǎn)角速度和電動機電流值而確保了電動機的反應(yīng)性以及隨動性的狀態(tài) 下能夠抑制振動等。上述基本電壓值用平滑化單元可以包含使上述目標電流值設(shè)定單元設(shè)定的目標 電流值平滑化的目標電流值平滑化單元(514、524、51a、52a)。根據(jù)該構(gòu)成，通過使目標電流 值平滑化，其結(jié)果能夠得到平滑化的基本電壓值。當(dāng)然，也可以在使用沒有被平滑化的目標 電流值求出基本電壓值之后對該基本電壓值進行平滑化處理，也可以在求得基本電壓值的 過程中同時進行平滑化處理。上述校正值用平滑化單元可以包含使電動機電流值平滑化的電流值平滑化單元 (515,525)。根據(jù)該構(gòu)成，通過對電動機電流值進行平滑化，其結(jié)果能夠得到平滑化的校正 值。當(dāng)然，也可以在使用沒有被平滑化的電動機電流值求出校正值之后對該校正值進行平
滑化處理。上述校正值用平滑化單元可以包含使上述旋轉(zhuǎn)角速度運算單元運算的旋轉(zhuǎn)角速 度平滑化的旋轉(zhuǎn)角速度平滑化單元(50)。根據(jù)該構(gòu)成，通過對旋轉(zhuǎn)角速度進行平滑化，其結(jié) 果能夠得到平滑化的校正值。當(dāng)然，也可以在使用沒有被平滑化的旋轉(zhuǎn)角速度求出校正值 之后對該校正值進行平滑化處理。優(yōu)選地，上述基本電壓值運算單元和上述校正值運算單元構(gòu)成根據(jù)電動機的電路 方程式分別求出基本電壓值以及校正值的開環(huán)控制單元?；陔妱訖C的電路方程式(上述的式子A、B)的基本電壓值例如用上述的式子Al、 Bl表示。在這種情況下，基于電動機的電路方程式的校正值例如用上述的式子A2、B2表示。在開環(huán)控制的情況下，由于檢測電動機電流值的電流檢測單元不是必要的，所以 能夠?qū)崿F(xiàn)成本的降低。在開環(huán)控制中，特別是由于容易產(chǎn)生基于目標電流值的變動的影響 的振動、雜音，所以通過取得進行基本電壓值的平滑化等的上述的構(gòu)成能夠有效抑制振動、 雜首。當(dāng)然，也能夠取得反饋控制的構(gòu)成。更具體而言，也可采用通過設(shè)置檢測電動機 電流值從而生成檢測電流值的電流檢測單元，并對目標電流值和檢測電流值的偏差進行 PI(比例積分)控制來運算基本電壓值的構(gòu)成。在這種情況下，通過PI控制的積分元件能 夠得到使目標電流值平滑化的效果。
6
對于本發(fā)明中的上述的、或者其他的目的、特征以及效果，通過下面參照附圖對實 施方式進行的說明來明確。


圖1是用于說明應(yīng)用本發(fā)明的一實施方式涉及的電動機控制裝置的電動動力轉(zhuǎn) 向裝置的電結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是用于說明dq軸電壓指令值運算部的詳細構(gòu)成的框圖。圖3是用于說明基于電動機控制裝置的電動機的控制流程的流程圖。圖4是表示d軸電壓指令值以及q軸電壓指令值的運算流程的流程圖。圖5是表示本發(fā)明的第2實施方式涉及的電動機控制裝置中的dq軸電壓指令值 運算部的構(gòu)成的框圖。圖6是表示本發(fā)明的第3實施方式涉及的電動機控制裝置中的dq軸電壓指令值 運算部的構(gòu)成的框圖。圖7是表示本發(fā)明的第4實施方式涉及的電動機控制裝置中的dq軸電壓指令值 運算部的構(gòu)成的框圖。圖8是用于說明應(yīng)用本發(fā)明的第5實施方式涉及的電動機控制裝置的電動動力轉(zhuǎn) 向裝置的電結(jié)構(gòu)的框圖。圖9是用于說明上述第5實施方式中的dq軸電壓指令值運算部的詳細構(gòu)成的框 圖。圖10是表示dq軸電壓指令值運算部的其他構(gòu)成的框圖。圖11是表示dq軸電壓指令值運算部的其他的另外的構(gòu)成的框圖。圖12是表示dq軸電壓指令值運算部的其他的另外的構(gòu)成的框圖。圖中符號說明1...電動機；2...解析器；10、10A...電動機控制裝置；11...電流檢測
部；12...微型計算機；50...角速度用低通濾波器；51、51A...d軸電壓指令值運算 部；511... d軸基本電壓值運算部；512... d軸解耦控制量運算部；513... d軸加法部； 514...第Id軸低通濾波器；515...第2d軸低通濾波器；516...第3d軸低通濾波器； 51a. . . d軸PI運算部；52、52A. . . q軸電壓指令值運算部；521. . . q軸基本電壓值運算部； 522. · · q軸解耦控制量運算部；523. · · q軸加法部；524...第Iq軸低通濾波器；525. · ·第 2q軸低通濾波器；526...第3q軸低通濾波器；52a. . . q軸PI運算部
具體實施例方式圖1是用于說明應(yīng)用了本發(fā)明的一實施方式涉及的電動機控制裝置的電動動力 轉(zhuǎn)向裝置的電結(jié)構(gòu)的框圖。該電動動力轉(zhuǎn)向裝置具備檢測向車輛的方向盤施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩 的轉(zhuǎn)矩傳感器7、檢測車輛速度的車速傳感器8、向車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)3施加轉(zhuǎn)向助力的電動 機1和驅(qū)動控制該電動機1的電動機控制裝置10。電動機控制裝置10根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器7 檢測出的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩以及車速傳感器8檢測出的車速來驅(qū)動電動機1，由此實現(xiàn)對應(yīng)轉(zhuǎn)向狀 況的合適的轉(zhuǎn)向輔助。電動機1例如是三相無刷DC電動機。電動機控制裝置10具有作為信號處理部的微型計算機12以及驅(qū)動電路13。該電動機控制裝置10在連接有用于檢測電動機1內(nèi)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的解析器2 (旋轉(zhuǎn)位置傳 感器)，并且還連接有上述的轉(zhuǎn)矩傳感器7以及車速傳感器8。微型計算機12具備通過程序處理(軟件處理)實現(xiàn)的多個功能處理部。在這些 多個功能處理部中，包含基本目標電流值運算部15、dq軸目標電流值運算部16、dq軸電壓 指令值運算部19 (開環(huán)控制部)、電壓指令值值坐標變換部20、PWM (脈寬調(diào)制)控制部21、 角度計算部22以及旋轉(zhuǎn)角速度運算部23。驅(qū)動電路13由逆變器電路構(gòu)成，通過被PWM控制部21控制將來自車載電池等電 源的電力向電動機1的U相、V相以及W相電樞繞組供給。 角度計算部22根據(jù)解析器2檢測出的旋轉(zhuǎn)位置計算電動機1的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角(電 氣角)θ。旋轉(zhuǎn)角速度運算部23 (旋轉(zhuǎn)角速度運算單元)通過對由角度計算部22計算出的 旋轉(zhuǎn)角θ進行時間微分來計算轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度《(rad/秒)。基本目標電流值運算部15根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器7檢測到的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩和車速傳感器8 檢測出的車速，運算電動機1的基本目標電流值I *。對于基本目標電流值I *，例如，轉(zhuǎn)向 轉(zhuǎn)矩的大小越大則設(shè)定的越大，車速越小則設(shè)定的越大。由基本目標電流值運算部15運算的基本目標電流值I *被輸入dq軸目標電流值 運算部16。dq軸目標電流值運算部16運算用于生成d軸方向的磁場的d軸目標電流值Id *和用于生成q軸方向的磁場的q軸目標電流值I/。d軸是沿著電動機1的轉(zhuǎn)子所具有的 勵磁的磁通方向的軸，q軸是與d軸以及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸垂直的軸。dq軸目標電流值運算部16 中的運算可以使用公知的運算式來進行。上述基本目標電流值運算部15以及dq軸目標電 流值運算部16構(gòu)成了目標電流值設(shè)定單元。dq軸電壓指令值運算部19根據(jù)dq軸目標電流值運算部16求出的d軸目標電流 值I/、q軸目標電流值Iq *以及旋轉(zhuǎn)角速度運算部23求出的旋轉(zhuǎn)角速度ω求出d軸電壓 指令值值V/和q軸電壓指令值值V/。該dq軸電壓指令值運算部19構(gòu)成了根據(jù)電動機 1的電路方程式(后面記述的式⑶(6))設(shè)定d軸電壓指令值值V/以及q軸電壓指令值 值V/的開環(huán)控制單元。電壓指令值坐標變換部20根據(jù)角度計算部22計算出的旋轉(zhuǎn)角θ進行d軸電壓 指令值V/以及q軸電壓指令值\ *的坐標變換，并運算分別應(yīng)該向U相電樞繞組、V相電 樞繞組、W相電樞繞組施加的施加電壓指令值V/、V/和V/。電壓指令值坐標變換部20 中的運算使用公知的運算式即可。PWM控制部21生成具有與施加電壓指令值V/、V/和Vw *相對應(yīng)的占空比的脈沖 信號、即各相的PWM控制信號。由此，從驅(qū)動電路13向各相的電樞繞組施加與d軸電壓指 令值V/以及q軸電壓指令值\ *相對應(yīng)的電壓，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)力。圖2是用于說明dq軸電壓指令值運算部19的詳細構(gòu)成的框圖。dq軸電壓指令值運算部19具有d軸電壓指令值運算部51以及q軸電壓指令值運 算部52。d軸電壓指令值運算部51具有d軸基本電壓值運算部511 (基本電壓值運算單 元)、(！軸解耦控制量運算部512、d軸加法部513 (校正單元)、第Id軸低通濾波器514 (目 標電流值平滑化單元、基本電壓值平滑化單元)、以及第2d軸低通濾波器515 (電流值平滑 化單元、校正值用平滑化單元)。上述d軸解耦控制量運算部512以及第2d軸低通濾波器515構(gòu)成了求出被平滑化的校正值(d軸解耦控制量Dd)的校正值運算單元。第Id軸低通濾波器514除去d軸目標電流值I/的高頻分量(高頻噪音)。第Id 軸低通濾波器514例如可以由一階滯后元件(l/(TlS+l))構(gòu)成。T1是時間常數(shù)、s是拉普 拉斯算子。截止頻率= 1/1\。該截止頻率例如可以設(shè)為是小于轉(zhuǎn)矩傳感器7中內(nèi) 置的低通濾波器(未圖示)的截止頻率或者與其相同的頻率。更具體而言，例如截止頻率 ωε1事先定為與電動機1的電氣時間常數(shù)相同程度(例如50Hz左右)即可。第2d軸低通濾波器515除去q軸目標電流值I/的高頻分量(高頻噪音)。第 2d軸低通濾波器515例如可以由一階滯后元件(l/(T2s+l))構(gòu)成。T2是時間常數(shù)。截止頻 率ω。2 = 1/Τ2。該截止頻率ω。2比第Id軸低通濾波器514的截止頻率ω 大，例如定為 IOOHz左右。d軸基本電壓值運算部511根據(jù)由第Id軸低通濾波器514平滑化的d軸目標電 流值1廣，并按照下面的式(1)運算與電動機1應(yīng)該產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的d軸基本電壓值 vdbase。其中，R是電樞繞組電阻(Ω )、P是微分算子、Ld是d軸的自感，全部是已知的參數(shù)。 _3] Vdbase= (R+PLd) · I/ ......(1)d軸解耦控制量運算部512根據(jù)由第2d軸低通濾波器515平滑化的q軸目標電流 值I/和由旋轉(zhuǎn)角速度運算部23求出的旋轉(zhuǎn)角速度ω，按照下面的式(2)運算d軸解耦控 制量Dd (用于校正d軸基本電壓值Vdbase的校正值)。其中，Lq是q軸的自感。Dd = -oLq ‘ Iq* ......(2)d軸加法部513對d軸基本電壓值Vdbase和d軸解耦控制量Dd進行加算(即，用d 軸解耦控制量Dd對d軸基本電壓值Vdbase進行校正)，求出下面的式(3)的d軸電壓指令值 Vd*。Vd * = Vdbase+Dd = (R+PLd) · Id * _ ω Lq · I: ......(3)該d軸電壓指令值V/結(jié)果無非是根據(jù)電動機的電路方程式(式(3))求出的d軸 電壓指令值。q軸電壓指令值運算部52具有q軸基本電壓值運算部521 (基本電壓運算單元)、 q軸解耦控制量運算部522、q軸加法部523 (校正單元)、第Iq軸低通濾波器524 (目標電 流值平滑化單元、基本電壓值用平滑化單元)、以及第2q軸低通濾波器525 (電流值平滑化 單元、校正值用平滑化單元)。上述q軸解耦控制量運算部522以及第2q軸低通濾波器525 構(gòu)成了求出平滑化的校正值(q軸解耦控制量Dq)的校正值運算單元。第Iq軸低通濾波器524除去q軸目標電流值I/的高頻分量(高頻噪音)。第Iq 軸低通濾波器524與第Id軸低通濾波器514—樣，例如可以由一階滯后元件(l/(TlS+l)) 構(gòu)成。第2q軸低通濾波器525除去d軸目標電流值Id*的高頻分量(高頻噪音)。第2q 軸低通濾波器525與第2d軸低通濾波器515 —樣，例如可以由一階滯后元件(l/(T2s+l)) 構(gòu)成。q軸基本電壓值運算部521根據(jù)由第Iq軸低通濾波器524平滑化的q軸目標電 流值I/，并按照下面的式(4)運算與電動機1應(yīng)該產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的q軸基本電壓值 V_se。其中，U1是q軸的自感，是已知的參數(shù)。Vqbase= (R+pLq) · I/ ......(4)
9
q軸解耦控制量運算部522根據(jù)由第2q軸低通濾波器525平滑化的d軸目標電流 值I/和由旋轉(zhuǎn)角速度運算部23求出的旋轉(zhuǎn)角速度ω，按照下面的式(5)運算q軸解耦控 制量Dq(用于校正q軸基本電壓值Vqbase的校正值)。其中，Φ表示U相、V相、W相電樞繞 組互聯(lián)磁通量的最大值的V (3/2)倍，是已知的參數(shù)。Dq =-coLd · Id*+co φ ......(5)q軸加法部523對q軸基本電壓值Vqbase和q軸解耦控制量Dq進行加算(即，用q 軸解耦控制量Dq對q軸基本電壓值Vqbase進行校正)，求出下面的式(6)的q軸電壓指令值V/。Vq * = Vqbase+Dq = (R+pLq) · I/ + ω Ld · Id*+ ω φ ......(6)該q軸電壓指令值V/結(jié)果無非是根據(jù)電動機的電路方程式(式(6))求出的q軸 電壓指令值。圖3是用于說明基于電動機控制裝置10的電動機1的控制流程的流程圖。首先， 微型計算機12讀取轉(zhuǎn)矩傳感器7、車速傳感器8以及解析器2的檢測值(步驟Si)?；?目標電流值運算部15根據(jù)檢測出的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩以及車速運算目標電流值I* (步驟S2)。dq 軸目標電流值運算部16運算與該目標電流值I *相對應(yīng)的d軸目標電流值Id *和q軸目標 電流值1/(步驟S3)。角度計算部22根據(jù)解析器2的輸出計算轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角θ (步驟 S4)。另外，旋轉(zhuǎn)角速度運算部23根據(jù)由角度計算部22計算出的旋轉(zhuǎn)角θ運算旋轉(zhuǎn)角速 度ω (步驟S5)。接著，在dq軸電壓指令值運算部19中，運算d軸電壓指令值Vd *和q軸電壓指令 值V/ (可以是應(yīng)該向電動機1施加的電壓值，也可以是PWM占空比值)(步驟S6)。并且， 在電壓指令值坐標變換部20中，運算與d軸電壓指令值V/以及q軸電壓指令值V/相對應(yīng) 的向U相電樞繞組、V相電樞繞組、W相電樞繞組施加的施加電壓指令值V/、V/、V/ (步 驟S7)。PWM控制部21將與這些施加電壓指令值V/、Vv *、V/相對應(yīng)的PWM控制信號提供 給驅(qū)動電路13。由此，電動機1被驅(qū)動(步驟S8)。并且，例如通過點火開關(guān)的開和關(guān)來判 斷控制是否結(jié)束(步驟S9)、在沒有結(jié)束的情況下返回步驟Si。 圖4是表示d軸電壓指令值V/和q軸電壓指令值\ *的運算流程的流程圖。首 先，通過d軸基本電壓值運算部511求出d軸基本電壓值Vdbase，通過q軸基本電壓值運算部 521求出q軸基本電壓值Vqbase (步驟S101)。此時，d軸基本電壓值運算部511使用在第Id 軸低通濾波器514 (截止頻率ω?！分斜黄交膁軸目標電流值l/，q軸基本電壓值運算 部521使用在第Iq軸低通濾波器524中被平滑化的q軸目標電流值Iq * (截止頻率ω cl).另一方面，在d軸解耦控制量運算部512中求出d軸解耦控制量Dd，在q軸解耦控 制量運算部522中求出q軸解耦控制量Dq (步驟S102)。此時，d軸解耦控制量運算部512 使用在第2d軸低通濾波器515 (截止頻率ω。2> ωε1)中被平滑化的q軸目標電流值 /， q軸解耦控制量運算部522使用在第2q軸低通濾波器525 (截止頻率ω。2)中被平滑化的d 軸目標電流值1廣。并且，將d軸基本電壓值Vdbase和d軸解耦控制量Dd相加求出d軸電壓指令值Vd *， 將q軸基本電壓值Vqbase和(1軸解耦控制量Dq相加求出q軸電壓指令值V/ (步驟S103)。 輸出由此求出的d軸電壓指令值Vd *以及q軸電壓指令值\ *。如上所述，根據(jù)該實施方式，在與電動機1應(yīng)該產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的基本電壓值Vdbas^Vqbase的運算中使用在低通濾波器514、524中平滑化的目標電流值1廣、1/，在解耦控 制量DtnDq的運算中使用在低通濾波器515、525中平滑化的目標電流值1/、1廣。由此，能 夠抑制因高頻噪音導(dǎo)致的振動、雜音。另外，由于使在基本電壓值Vdb_、Vib_的運算中使用 的目標電流值1廣、I/平滑化的低通濾波器514、524的截止頻率ωε1被設(shè)定得比較低，所 以能夠充分地除去目標電流值1廣、I/中包含的高頻分量，從而能夠有效抑制不好的振動 以及雜音。另一方面，使在解耦控制量DtnDq的運算中使用的目標電流值1/、1廣平滑化的 低通濾波器515、525的截止頻率《。2被設(shè)定得較高。這是因為使解耦控制量DtnDq以充分 的反應(yīng)性來對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角速度ω的變動。由此，能夠達到使電動機1的反應(yīng)性能不受旋轉(zhuǎn)角 速度ω、電流值的影響而保持穩(wěn)定這樣的不會妨害解耦控制的效果。即，基本不會犧牲解耦 控制的反應(yīng)性而能夠除去高頻噪音，能夠抑制或者防止振動以及雜音的發(fā)生。圖5是用于說明本發(fā)明的第2實施方式涉及的電動機控制裝置的構(gòu)成的框圖，表 示了能夠在上述的圖1的構(gòu)成中作為dq軸電壓指令值運算部19使用的構(gòu)成。下面再次參 照圖1進行說明。另外，在圖5中，對于與圖2所示的各部相對應(yīng)的部分，使用相同的參照 符號來表示。在該實施方式中，在上述的圖2所示的構(gòu)成的基礎(chǔ)上，具備用于使由旋轉(zhuǎn)角速度 運算部23運算出的旋轉(zhuǎn)角速度ω平滑化的角速度用低通濾波器50。被該角速度用低通濾 波器50平滑化的旋轉(zhuǎn)角速度ω用于解耦控制量運算部512、522中的解耦控制量Dd、Dq的運算。角速度用低通濾波器50例如可以由一階滯后元件(l/(T3s+l))構(gòu)成。T3是時間 常數(shù)。截止頻率ω。3= 1/Τ3。優(yōu)選地，將該截止頻率ω。3設(shè)定為根據(jù)該電動動力轉(zhuǎn)向裝置 的機械特性(系統(tǒng)特性)確定的固有頻率以上的值。由此，能夠在確保針對旋轉(zhuǎn)角速度ω 的變動的反應(yīng)性的同時除去高頻噪音。例如，若用下面的式(7)表示電動動力轉(zhuǎn)向裝置的傳遞函數(shù)，則上述固有頻率成 為下面的式(8)所示。1/{Μ · η2 · s2+C · s+K} ......(7)V {K/ (Μ · η2)} ......(8)其中，M是電動機的轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)矩，η是減速比、C是摩擦系數(shù)、K是扭桿的彈性 系數(shù)。減速比η是電動機1和轉(zhuǎn)向機構(gòu)3之間的減速機(未圖示)的減速比。扭桿設(shè)置安 裝在轉(zhuǎn)向軸的中途，其根據(jù)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。由轉(zhuǎn)矩傳感器7檢測該扭桿的扭轉(zhuǎn)量。在該實施方式中，通過這樣根據(jù)系統(tǒng)特性(慣性、粘性以及彈性)確定截止頻率 。3來對旋轉(zhuǎn)角速度ω進行需要的最小限的平滑化處理。由此，能夠更有效地在通過抑制 振動以及雜音保持系統(tǒng)的穩(wěn)定的同時確保針對旋轉(zhuǎn)角速度ω的反應(yīng)性。圖6是用于說明本發(fā)明的第3實施方式涉及的電動機控制裝置的構(gòu)成的框圖，表 示了能夠在上述的圖1的構(gòu)成中作為dq軸電壓指令值運算部19使用的構(gòu)成。另外，在圖 6中，對于與圖5所示的各部相對應(yīng)的部分，使用相同的參照符號表示。在該實施方式中，從上述第2實施方式的構(gòu)成(圖5)中省略了用于在平滑化解耦 控制量運算部512、522中的運算中所使用的目標電流值1廣、I/的低通濾波器515、525。 即，只對解耦控制量DtnDq的運算使用的變量中的旋轉(zhuǎn)角速度ω實施平滑化處理。即使通過這樣的構(gòu)成，也能夠除去旋轉(zhuǎn)角速度ω中包含的高頻噪音，從而能夠抑制振動并確保解耦控制量Dd、Dq的反應(yīng)性。圖7是用于說明本發(fā)明的第4實施方式涉及的電動機控制裝置的構(gòu)成的框圖，表 示了能夠在上述的圖1的構(gòu)成中作為dq軸電壓指令值運算部19使用的構(gòu)成。另外，在圖 7中，對于與圖2所示的各部相對應(yīng)的部分，使用相同的參照符號表示。在該實施方式中，省略了用于在平滑化解耦控制量運算部512、522中的運算中所 使用的目標電流值1廣、1/的低通濾波器515、525，還省略了用于平滑化旋轉(zhuǎn)角速度ω的 低通濾波器50。取而代之的是，具備了用于平滑化解耦控制量DtnDq全體的第3d軸低通濾 波器516以及第3q軸低通濾波器526。并且，在d軸加法部513中將被第3d軸低通濾波 器526平滑化的d軸解耦控制量Dd和d軸基本電壓值Vdbase進行相加。同樣，在q軸加法部 523中將被第3q軸低通濾波器526平滑化的q軸解耦控制量Dq和q軸基本電壓值Vqbase進 行相加。低通濾波器516、526分別可以由一階滯后元件(l/(T4s+l))構(gòu)成。T4是時間常數(shù)。 截止頻率ω。4= 1/T4。將該截止頻率ω。4設(shè)定為與上述的第2d軸以及第2q軸低通濾波器 515,525的截止頻率《。2相同程度或者與角速度用低通濾波器50的截止頻率ω。3相同程 度即可。即使通過這樣的構(gòu)成，也能夠在使解耦控制量Dd、Dq追隨針對旋轉(zhuǎn)角速度ω的變 動的同時除去高頻噪音從而抑制振動以及雜音。圖8是用于說明應(yīng)用了本發(fā)明的第5實施方式涉及的電動機控制裝置的電動動力 轉(zhuǎn)向裝置的電結(jié)構(gòu)的框圖。在該圖8中，對于與上述的圖1所示的各部相對應(yīng)的部分賦予 相同的參照符號并省略關(guān)于它們的詳細說明。上述的第1 第4實施方式涉及的電動機控制裝置10根據(jù)電動機的電路方程式 進行設(shè)定d軸電壓指令值V/以及q軸電壓指令值\ *的開環(huán)控制，與此相對，該實施方式 的電動機控制裝置IOA構(gòu)成為檢測實際流過電動機1的電動機電流值，根據(jù)檢測出的電動 機電流值(檢測電流值)執(zhí)行反饋控制。更具體而言，在該實施方式中，電動機控制裝置IOA具有電流檢測部11、微型計算 機12以及驅(qū)動電路13。電流檢測部11檢測流過電動機1的電樞繞組的電流。更具體而言，電流檢測部11 具有分別檢測3相(U相、V相以及W相)的電樞繞組中的相電流的電流檢測器llu、llv、 llw。微型計算機12具有基本目標電流值運算部15、dq軸目標電流值運算部16、dq軸 電流運算部17、d軸偏差運算部18d、q軸偏差預(yù)算部18q、dq軸電壓指令值運算部19A (反 饋控制單元)、電壓指令值坐標變換部20、PWM控制部21、角度計算部22、以及旋轉(zhuǎn)角速度 運算部23。這些是通過微型計算機12執(zhí)行的軟件來實現(xiàn)的功能處理部。電流檢測器llu、llv、llw檢測在驅(qū)動電路13和電動機1的各相的電樞繞組之間 流過的相電流Iu、Iv、Iw。從電流檢測部11輸出的相電流Iu、Iv、Iw被輸入至dq軸電流運算部17。dq軸電 流運算部17根據(jù)由角度計算部22計算出的旋轉(zhuǎn)角θ對相電流Iu、Iv、Iw進行坐標變換， 由此運算d軸電流值Id以及q軸電流值Iq (作為電動機電流值的檢測電流值)。dq軸電流 運算部17中的運算可以使用公知的運算式進行。
12
d軸偏差運算部18d求出d軸目標電流值I/和d軸電流Id之間的d軸偏差Sld。 同樣，q軸偏差運算部18q求出q軸目標電流值Iq *和q軸電流Iq之間的q軸偏差δ Iq。dq軸電壓指令值運算部19A求出與d軸偏差δ Id相對應(yīng)的d軸電壓指令值V/ 和與q軸偏差δ Iq相對應(yīng)的q軸電壓指令值\ *。圖9是用于說明dq軸電壓指令值運算部19A的詳細構(gòu)成的框圖。在該圖9中，對 于與上述的圖2所示的各部相對應(yīng)的部分賦予相同的參照符號來表示。dq軸電壓指令值運算部19A具有d軸電壓指令值運算部5IA以及q軸電壓指令值 運算部52A。d軸電壓指令值運算部51A根據(jù)d軸偏差δ Id運算(以下稱為“d軸PI 運算”)等求出d軸電壓指令值V/，以便減少d軸偏差Sld。q軸電壓指令值運算部52A 根據(jù)q軸偏差SIqWPI運算(以下稱為“q軸PI運算”)等求出q軸電壓指令值V/，以 便減少q軸偏差Si,。d軸電壓指令值運算部5IA具有d軸PI運算部51a、d軸解耦控制量運算部512、 d軸加法部513、以及d軸低通濾波器515。即，與上述的第1實施方式中的d軸電壓指令值 運算部51的區(qū)別在于，不具備第Id軸低通濾波器514，另外具備d軸PI運算部51a來取代 d軸基本電壓值運算部511。但是，在該實施方式中，在d軸解耦控制量Dd的運算中使用了 由dq軸電流運算部17運算出的q軸電流值I,。即，d軸低通濾波器515對q軸電流值Iq 進行平滑化處理，該平滑化處理后的q軸電流值Iq被用于d軸解耦控制量運算部512中的 運算。所以，用Dd = - ω Lq · Iq來表示d軸解耦控制量Dd。d軸PI運算部51a通過d軸偏差δ Id的PI運算來運算d軸基本電壓值Vdbase，并 將該d軸基本電壓值Vdbase向d軸加法部513輸出。d軸加法部513對該d軸基本電壓值 Vdbase和d軸解耦控制量Dd進行加法運算求出d軸電壓指令值Vd *。q軸電壓指令值運算部52A具有q軸PI運算部52a、q軸解耦控制量運算部522、 q軸加法部523、以及q軸低通濾波器525。即，與上述的第1實施方式中的q軸電壓指令值 運算部52的區(qū)別在于，不具備第Iq軸低通濾波器524，另外具備q軸PI運算部52a來取代 q軸基本電壓值運算部521。但是，在該實施方式中，在q軸解耦控制量Dq的運算中使用了 由dq軸電流運算部17運算出的d軸電流值Id。即，q軸低通濾波器525對d軸電流值Id 進行平滑化處理，該平滑化處理后的d軸電流值Id被用于q軸解耦控制量運算部522中的 運算。所以，用Dq= ω Ld · Id+ω φ來表示q軸解耦控制量Dq。q軸PI運算部52a通過q軸偏差δ Iq的PI運算來運算q軸基本電壓值Vqbase，并 將該q軸基本電壓值Vqbase向q軸加法部523輸出。q軸加法部523對該q軸基本電壓值 Vqbase和q軸解耦控制量Dq進行加法運算求出q軸電壓指令值\ *。各PI運算部51a、52a包含比例元件以及積分元件。其中的積分元件使偏差δ Id、 SIq平滑化。由此，能夠除去目標電流值1廣、I/以及檢測電流值Id、Iq中包含的高頻噪 音。所以，對于基本電壓值vdb_、Vqbase的運算中使用的電流值I/、I/、Id、Iq,不需要進行 另外的平滑化處理。能夠通過比例增益以及積分增益的調(diào)整進行基于積分元件的平滑化處 理的截止頻率的調(diào)整。通過這樣的構(gòu)成，和上述第1實施方式的情況一樣確保了針對旋轉(zhuǎn)角速度ω的反 應(yīng)性，從而能夠不妨礙解耦控制的效果來抑制振動以及雜音。該第5實施方式能夠和第2、第3實施方式一樣進行變形。S卩，也可以如圖10所示那樣，在圖9所示的構(gòu)成的基礎(chǔ)上設(shè)置用于使旋轉(zhuǎn)角速度ω平滑化的角速度用低通濾波 器50。另外，也可以如圖11所示那樣，從圖10所示的構(gòu)成中省略用于使在解耦控制量Dd、 Dq的運算中使用的檢測電流值IdUtl平滑化的低通濾波器515、525。還可以如圖12所示那 樣，設(shè)置使解耦控制量DtnDq全體平滑化的低通濾波器516、526來取代低通濾波器515、525、 50。上面對本發(fā)明的幾種實施方式進行了說明，但是也能夠以其他的方式來實施本發(fā) 明。例如，在上述的第1 第4的實施方式中，對用于確定基本電壓值Vdb_、Vib_的目標電 流值1廣、I/進行了基于低通濾波器514、524的平滑化處理，但是也可以構(gòu)成為省略它們 而只進行與解耦控制量Dd、Dq有關(guān)的平滑化處理。另外，在上述的實施方式中，對在作為電動動力轉(zhuǎn)向裝置的驅(qū)動源的電動機中應(yīng) 用本發(fā)明的例子進行了說明，但是本發(fā)明也能夠應(yīng)用于電動動力轉(zhuǎn)向裝置以外的用途的電 動機的控制。特別是，對于利用伺服系統(tǒng)要求反應(yīng)性以及隨動性的用途上的電動機轉(zhuǎn)矩控 制的應(yīng)用具有效果。雖然對本發(fā)明的實施方式進行了詳細說明，但是這些只不過是為了明確本發(fā)明的 技術(shù)的內(nèi)容而使用的具體例而已，本發(fā)明并不是限定這些具體例進行說明，本發(fā)明的宗旨 以及范圍只由附上的權(quán)利要求的范圍來限定。本申請對應(yīng)于2008年3月31日向日本國專利局提交的特愿2008-92801號，通過 引用該申請的全部公開內(nèi)容組成本申請。
權(quán)利要求
一種電動機控制裝置，其特征在于，包括目標電流值設(shè)定單元，其設(shè)定應(yīng)該向電動機供給的目標電流值；基本電壓值運算單元，其根據(jù)該目標電流值設(shè)定單元設(shè)定的目標電流值，運算用于驅(qū)動所述電動機的基本電壓值；旋轉(zhuǎn)角速度運算單元，其運算所述電動機的旋轉(zhuǎn)角速度；校正值運算單元，其根據(jù)電動機電流值和由所述旋轉(zhuǎn)角速度運算單元運算的旋轉(zhuǎn)角速度，運算用于校正所述基本電壓值的校正值；校正單元，其利用由所述校正值運算單元運算的校正值對由所述基本電壓值運算單元運算的基本電壓值進行校正，并求出電壓指令值；驅(qū)動單元，其使用由該校正單元求出的電壓指令值驅(qū)動所述電動機；其中，所述校正值運算單元包含用于求出被平滑化的校正值的校正值用平滑化單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述校正值運算單元運算用于所述電動機的解耦控制的校正值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述基本電壓值運算單元運算d軸基本電壓值Vdbase以及q軸基本電壓值Vqbase ； 所述校正值運算單元按照下面的式子A2運算用于校正所述d軸基本電壓值Vdbase的d 軸校正值Dd，按照下面的式子B2運算用于校正所述q軸基本電壓值Vqbase的q軸校正值Dq ； 所述電壓指令值V/、Vq *用下面的式子A、B表示，Vd*= Vdbase+Dd ......AV/= Vdbase+Dq ......BDd = -"Lq.Iq* ......A2Dq = QLd · I/+ω φ ......Β2其中，R表示電樞繞組電阻、單位是Ω，Ρ表示微分算子，ω表示電動機的旋轉(zhuǎn)角速度、 單位是rad/秒，Ld表示d軸的自感、單位是H，Lq表示q軸的自感、單位是H，Id*表示d軸 目標電流值、單位是A，I/表示q軸目標電流值、單位是Α，Φ表示U相、V相、W相電樞繞組 互聯(lián)磁通量的最大值的V (3/2)倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述基本電壓值運算單元按照下面的式子Al、Bl分別運算d軸基本電壓值Vdbase以及 q軸基本電壓值Vqb■，Vdbase = (R+PLd) · I/ ......AlVqbase = (R+PLq) .1/ ......Bi。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中的任意一項所述的電動機控制裝置，其特征在于， 所述基本電壓值運算單元和所述校正值運算單元構(gòu)成根據(jù)電動機的電路方程式分別求出基本電壓值以及校正值的開環(huán)控制單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，還具備檢測電動機電流值并生成電動機電流檢測值的電流檢測單元； 所述基本電壓值運算單元運算d軸基本電壓值Vdbase以及q軸基本電壓值Vqbase ； 所述校正值運算單元按照下面的式子A3運算用于校正所述d軸基本電壓值Vdbase的d 軸校正值Dd，按照下面的式子B3運算用于校正所述q軸基本電壓值Vqbase的q軸校正值Dq ；所述電壓指令值V/、Vq *用下面的式子A、B表示。Vd*= Vdbase+Dd ......AV/= Vdbase+Dq ......BDd =-"Lq-Iq ......A3Dq = QLd · Id+ω φ ......Β3其中，R表示電樞繞組電阻、單位是Ω，Ρ表示微分算子，ω表示電動機的旋轉(zhuǎn)角速度、 單位是rad/秒，Ld表示d軸的自感、單位是H，Lq表示q軸的自感、單位是H，Id表示d軸電 動機電流檢測值、單位是A，Iq表示q軸電動機電流檢測值、單位是Α，Φ表示U相、V相、W 相電樞繞組互聯(lián)磁通量的最大值的V (3/2)倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中的任意一項所述的電動機控制裝置，其特征在于， 所述基本電壓值運算單元還包含用于求出被平滑化的基本電壓的基本電壓值用平滑化單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述基本電壓值用平滑化單元的截止頻率低于所述校正值用平滑化單元的截止頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或者權(quán)利要求8所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述基本電壓值用平滑化單元包含使由所述目標電流值設(shè)定單元設(shè)定的目標電流值 平滑化的目標電流值平滑化單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求9中的任意一項所述的電動機控制裝置，其特征在于， 所述校正值用平滑化單元包含使電動機電流值平滑化的電流值平滑化單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求10中的任意一項所述的電動機控制裝置，其特征在于， 所述校正值用平滑化單元包含使由所述旋轉(zhuǎn)角速度運算單元運算的旋轉(zhuǎn)角速度平滑化的旋轉(zhuǎn)角速度平滑化單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動機控制裝置。該電動機控制裝置包含設(shè)定應(yīng)該供給電動機(1)的目標電流值的目標電流值設(shè)定單元(15、16)、根據(jù)目標電流值運算用于驅(qū)動電動機的基本電壓值的基本電壓值運算單元(511、521、51a、52a)，運算電動機的旋轉(zhuǎn)角速度的旋轉(zhuǎn)角速度運算單元(23)，根據(jù)電動機電流值和電動機的旋轉(zhuǎn)角速度運算用于校正上述基本電壓值的校正值的校正值運算單元(50、512、515、516、522、525、526)、用上述校正值運算單元運算的校正值對基本電壓值進行校正從而求出電壓指令值的校正單元(513、523)和使用電壓指令值驅(qū)動上述電動機的驅(qū)動單元(13)。校正值運算單元包含用于求出平滑化的校正值的校正值用平滑化單元(50、515、516、525、526)。
文檔編號H02P27/04GK101981808SQ200980111168
公開日2011年2月23日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者上田武史, 狩集裕二, 長瀨茂樹, 須增寬 申請人:株式會社捷太格特