电动机控制装置的制作方法

专利名称：电动机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于驱动电动机(特别是无刷电动机)的电动机控制装置。无刷电动 机例如作为电动动力转向装置中的转向助力的产生源被利用。
背景技术：
用于无刷电动机的电动机控制装置具备电流检测部、旋转位置检测部、dq轴目标 电流值运算部、dq轴电流运算部、d轴电压指令值运算部和q轴电压指令值运算部。电流 检测部检测流过电动机的电枢绕组的电流。旋转位置检测部检测电动机的转子旋转位置。 dq轴目标电流值运算部运算d轴目标电流值以及q轴目标电流值。dq轴电流运算部根据 电枢绕组电流以及转子旋转位置求出d轴电流以及q轴电流。d轴电压指令值运算部根据 d轴偏差的PI运算求出d轴电压指令值，以便减少d轴目标电流值和d轴电流之间的d轴 偏差。q轴电压指令值运算部根据q轴偏差的PI运算求出q轴电压指令值，以便减少q轴 目标电流值和q轴电流之间的q轴偏差。根据由此求出的d轴电压指令值、q轴电压指令 值以及检测出的转子旋转位置，电动机控制装置向电枢绕组施加电压。由此，产生转子的旋 转力。另一方面，对PI运算值和解耦控制量进行加法运算的解耦控制被周知(参照US 2001/0005121A1)。解耦控制是指确定电压指令值的控制，以便补偿伴随转子的旋转而在电 动机内部产生的速度电动势。通过进行解耦控制，期待能够有效抑制基于速度电动势的反 应性和随动性的降低。电动机内部所产生的速度电动势依赖于旋转角速度以及电流。所以，用于对其进 行补偿的解耦控制量也同样依赖于旋转角速度以及电流。更具体而言，d轴解耦控制量依 赖于旋转角速度以及q轴电流，q轴解耦控制量依赖于旋转角速度以及d轴电流。但是，旋转角速度根据旋转位置检测部的输出信号被计算，另外，电动机电流值根 据电流检测部的检测结果而得到，因此在它们之中含有高频噪音。其结果导致解耦控制量 中也含有高频噪音。该高频噪音成为振动、杂音的原因，例如，存在对电动动力转向装置的 使用者造成不适感，使转向感觉恶化这样的问题。

发明内容
所以，本发明的目的在于提供一种能够抑制振动、杂音的产生的电动机控制装置。本发明的电动机控制装置包含设定应该供给电动机(1)的目标电流值的目标电 流值设定单元(15、16)、根据该目标电流值设定单元设定的目标电流值运算用于驱动上述 电动机的基本电压值的基本电压值运算单元(511、521、51a、52a)，运算上述电动机的旋转 角速度的旋转角速度运算单元(23)，根据电动机电流值和上述旋转角速度运算单元运算的 旋转角速度运算用于校正上述基本电压值的校正值的校正值运算单元(50、512、515、516、 522、525、526)、用上述校正值运算单元运算的校正值对上述基本电压值运算单元运算的基 本电压值进行校正从而求出电压指令值的校正单元(513、523)和使用该校正单元求出的电压指令值驱动上述电动机的驱动单元(13)，上述校正值运算单元包含用于求出平滑化的 校正值的校正值用平滑化单元(50、515、516、525、526)。另外，括号内的英文和数字表示后 面说明的实施方式中的对应构成要素，但是当然其不代表本发明限定于那些实施方式。下 面与此事项相同。根据该构成，根据目标电流值设定用于驱动电动机的基本电压值。由于目标电流 值与电动机应该产生的转矩相对应，所以基本电压值相当于为了产生设为目标的转矩而向 电动机施加的电压值。另一方面，根据电动机电流值和旋转角速度运算用于校正基本电压 值的校正值。该校正值通过校正值用平滑化单元的工作而成为平滑化的值。通过该平滑化 的校正值对基本电压值进行校正，由此求出电压指令值。利用该电压指令值驱动电动机。这 样，由于通过抑制了高频分量的校正值对基本电压值进行校正，所以能够抑制振动、杂音的 产生。校正值的运算所使用的电动机电流值可以是目标电流值，也可以是电流检测单元 (11)检测出的电测电流值。上述校正值运算单元可以运算用于上述电动机的解耦控制的校正值。根据该构 成，在抑制振动、杂音的同时能够通过解耦控制在不依赖于旋转角速度和电动机电流值的 基础上提高电动机的反应性以及随动性。具体而言，上述基本电压值运算单元例如可以按照下面的式子Al、Bl来分别运算 d轴基本电压值Vdbase以及q轴基本电压值Vqbase。在这种情况下，优选地，上述校正值运算单 元按照下面的式子A2来运算用于校正上述d轴基本电压值Vdbase的d轴校正值Dd，按照下 面的式子B2来运算用于校正上述q轴基本电压值Vqbase的q轴校正值Dq。在这种情况下， 电压指令值Vd *、V/例如通过下面的式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表示电枢绕组电阻(Ω)、P表示微分算子、ω表示电动机的旋转角速度 (rad/秒)、Ld表示d轴的自感(H)、Lq表示q轴的自感(H)、I/表示d轴目标电流值㈧、Iq *表示q轴目标电流值(A)、Φ表示U相、V相、W相电枢绕组互联磁通量的最大值的V (3/2) 倍。在具备检测电动机电流值的电流检测单元的情况下，在基于上述式子Α2、Β2的d 轴校正值Dd以及q轴校正值Dq的运算中，可以使用检测出的d轴电动机电流值Id以及q轴 电动机电流值Iq来取代目标电流值Id *和I/。优选地，上述基本电压值演算单元包含用于求出平滑化的基本电压的基本电压值 用平滑化单元(514、524、51a、52a)。根据该构成，不只是校正值而且基本电压值也成为平滑化的值。由此，能够同时抑 制因目标电流值的变动而造成的振动、杂音的发生。所以，能够更有效地减少振动以及杂
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优选地，上述基本电压值用平滑化单元的截止频率低于上述校正值用平滑化单元 的截止频率。在该构成中，由于与基本电压值对应的平滑化处理的截止频率较低，所以能够有 效减少因目标电流值的变动而造成的振动以及杂音。另一方面，由于与校正值对应的平滑 化处理的截止频率较高，所以该校正值在确保了对应旋转角速度的变动的充分的反应性的 状态下成为除去了高频噪音的值。由此，基本电压值以及校正值分别成为被适当平滑化的 值，因此能够在减少振动以及杂音的同时确保反应性。更具体而言，发动机产生转矩所需要的反应特性和依赖于解耦控制等的旋转角速 度的控制所需要的反应特性存在区别。所以，为了得到电动机转矩所要求的反应特性，将与 基本电压值对应的平滑化处理的截止频率设定得较低即可。另一方面，为了得到解耦控制 等所需要的反应特性(能够随动于旋转角速度的变动的反应特性)，将与校正值(解耦控制 量等)对应的平滑化处理的截止频率设定得较高即可。由此，例如，不会牺牲解耦控制的效 果，即在不依赖于旋转角速度和电动机电流值而确保了电动机的反应性以及随动性的状态 下能够抑制振动等。上述基本电压值用平滑化单元可以包含使上述目标电流值设定单元设定的目标 电流值平滑化的目标电流值平滑化单元(514、524、51a、52a)。根据该构成，通过使目标电流 值平滑化，其结果能够得到平滑化的基本电压值。当然，也可以在使用没有被平滑化的目标 电流值求出基本电压值之后对该基本电压值进行平滑化处理，也可以在求得基本电压值的 过程中同时进行平滑化处理。上述校正值用平滑化单元可以包含使电动机电流值平滑化的电流值平滑化单元 (515,525)。根据该构成，通过对电动机电流值进行平滑化，其结果能够得到平滑化的校正 值。当然，也可以在使用没有被平滑化的电动机电流值求出校正值之后对该校正值进行平
滑化处理。上述校正值用平滑化单元可以包含使上述旋转角速度运算单元运算的旋转角速 度平滑化的旋转角速度平滑化单元(50)。根据该构成，通过对旋转角速度进行平滑化，其结 果能够得到平滑化的校正值。当然，也可以在使用没有被平滑化的旋转角速度求出校正值 之后对该校正值进行平滑化处理。优选地，上述基本电压值运算单元和上述校正值运算单元构成根据电动机的电路 方程式分别求出基本电压值以及校正值的开环控制单元。基于电动机的电路方程式(上述的式子A、B)的基本电压值例如用上述的式子Al、 Bl表示。在这种情况下，基于电动机的电路方程式的校正值例如用上述的式子A2、B2表示。在开环控制的情况下，由于检测电动机电流值的电流检测单元不是必要的，所以 能够实现成本的降低。在开环控制中，特别是由于容易产生基于目标电流值的变动的影响 的振动、杂音，所以通过取得进行基本电压值的平滑化等的上述的构成能够有效抑制振动、 杂首。当然，也能够取得反馈控制的构成。更具体而言，也可采用通过设置检测电动机 电流值从而生成检测电流值的电流检测单元，并对目标电流值和检测电流值的偏差进行 PI(比例积分)控制来运算基本电压值的构成。在这种情况下，通过PI控制的积分元件能 够得到使目标电流值平滑化的效果。
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对于本发明中的上述的、或者其他的目的、特征以及效果，通过下面参照附图对实 施方式进行的说明来明确。


图1是用于说明应用本发明的一实施方式涉及的电动机控制装置的电动动力转 向装置的电结构的框图。图2是用于说明dq轴电压指令值运算部的详细构成的框图。图3是用于说明基于电动机控制装置的电动机的控制流程的流程图。图4是表示d轴电压指令值以及q轴电压指令值的运算流程的流程图。图5是表示本发明的第2实施方式涉及的电动机控制装置中的dq轴电压指令值 运算部的构成的框图。图6是表示本发明的第3实施方式涉及的电动机控制装置中的dq轴电压指令值 运算部的构成的框图。图7是表示本发明的第4实施方式涉及的电动机控制装置中的dq轴电压指令值 运算部的构成的框图。图8是用于说明应用本发明的第5实施方式涉及的电动机控制装置的电动动力转 向装置的电结构的框图。图9是用于说明上述第5实施方式中的dq轴电压指令值运算部的详细构成的框 图。图10是表示dq轴电压指令值运算部的其他构成的框图。图11是表示dq轴电压指令值运算部的其他的另外的构成的框图。图12是表示dq轴电压指令值运算部的其他的另外的构成的框图。图中符号说明1...电动机；2...解析器；10、10A...电动机控制装置；11...电流检测
部；12...微型计算机；50...角速度用低通滤波器；51、51A...d轴电压指令值运算 部；511... d轴基本电压值运算部；512... d轴解耦控制量运算部；513... d轴加法部； 514...第Id轴低通滤波器；515...第2d轴低通滤波器；516...第3d轴低通滤波器； 51a. . . d轴PI运算部；52、52A. . . q轴电压指令值运算部；521. . . q轴基本电压值运算部； 522. · · q轴解耦控制量运算部；523. · · q轴加法部；524...第Iq轴低通滤波器；525. · ·第 2q轴低通滤波器；526...第3q轴低通滤波器；52a. . . q轴PI运算部
具体实施例方式图1是用于说明应用了本发明的一实施方式涉及的电动机控制装置的电动动力 转向装置的电结构的框图。该电动动力转向装置具备检测向车辆的方向盘施加的转向转矩 的转矩传感器7、检测车辆速度的车速传感器8、向车辆的转向机构3施加转向助力的电动 机1和驱动控制该电动机1的电动机控制装置10。电动机控制装置10根据转矩传感器7 检测出的转向转矩以及车速传感器8检测出的车速来驱动电动机1，由此实现对应转向状 况的合适的转向辅助。电动机1例如是三相无刷DC电动机。电动机控制装置10具有作为信号处理部的微型计算机12以及驱动电路13。该电动机控制装置10在连接有用于检测电动机1内的转子的旋转位置的解析器2 (旋转位置传 感器)，并且还连接有上述的转矩传感器7以及车速传感器8。微型计算机12具备通过程序处理(软件处理)实现的多个功能处理部。在这些 多个功能处理部中，包含基本目标电流值运算部15、dq轴目标电流值运算部16、dq轴电压 指令值运算部19 (开环控制部)、电压指令值值坐标变换部20、PWM (脉宽调制)控制部21、 角度计算部22以及旋转角速度运算部23。驱动电路13由逆变器电路构成，通过被PWM控制部21控制将来自车载电池等电 源的电力向电动机1的U相、V相以及W相电枢绕组供给。 角度计算部22根据解析器2检测出的旋转位置计算电动机1的转子的旋转角(电 气角)θ。旋转角速度运算部23 (旋转角速度运算单元)通过对由角度计算部22计算出的 旋转角θ进行时间微分来计算转子的旋转角速度《(rad/秒)。基本目标电流值运算部15根据转矩传感器7检测到的转向转矩和车速传感器8 检测出的车速，运算电动机1的基本目标电流值I *。对于基本目标电流值I *，例如，转向 转矩的大小越大则设定的越大，车速越小则设定的越大。由基本目标电流值运算部15运算的基本目标电流值I *被输入dq轴目标电流值 运算部16。dq轴目标电流值运算部16运算用于生成d轴方向的磁场的d轴目标电流值Id *和用于生成q轴方向的磁场的q轴目标电流值I/。d轴是沿着电动机1的转子所具有的 励磁的磁通方向的轴，q轴是与d轴以及转子旋转轴垂直的轴。dq轴目标电流值运算部16 中的运算可以使用公知的运算式来进行。上述基本目标电流值运算部15以及dq轴目标电 流值运算部16构成了目标电流值设定单元。dq轴电压指令值运算部19根据dq轴目标电流值运算部16求出的d轴目标电流 值I/、q轴目标电流值Iq *以及旋转角速度运算部23求出的旋转角速度ω求出d轴电压 指令值值V/和q轴电压指令值值V/。该dq轴电压指令值运算部19构成了根据电动机 1的电路方程式(后面记述的式⑶(6))设定d轴电压指令值值V/以及q轴电压指令值 值V/的开环控制单元。电压指令值坐标变换部20根据角度计算部22计算出的旋转角θ进行d轴电压 指令值V/以及q轴电压指令值\ *的坐标变换，并运算分别应该向U相电枢绕组、V相电 枢绕组、W相电枢绕组施加的施加电压指令值V/、V/和V/。电压指令值坐标变换部20 中的运算使用公知的运算式即可。PWM控制部21生成具有与施加电压指令值V/、V/和Vw *相对应的占空比的脉冲 信号、即各相的PWM控制信号。由此，从驱动电路13向各相的电枢绕组施加与d轴电压指 令值V/以及q轴电压指令值\ *相对应的电压，产生转子的旋转力。图2是用于说明dq轴电压指令值运算部19的详细构成的框图。dq轴电压指令值运算部19具有d轴电压指令值运算部51以及q轴电压指令值运 算部52。d轴电压指令值运算部51具有d轴基本电压值运算部511 (基本电压值运算单 元)、(！轴解耦控制量运算部512、d轴加法部513 (校正单元)、第Id轴低通滤波器514 (目 标电流值平滑化单元、基本电压值平滑化单元)、以及第2d轴低通滤波器515 (电流值平滑 化单元、校正值用平滑化单元)。上述d轴解耦控制量运算部512以及第2d轴低通滤波器515构成了求出被平滑化的校正值(d轴解耦控制量Dd)的校正值运算单元。第Id轴低通滤波器514除去d轴目标电流值I/的高频分量(高频噪音)。第Id 轴低通滤波器514例如可以由一阶滞后元件(l/(TlS+l))构成。T1是时间常数、s是拉普 拉斯算子。截止频率= 1/1\。该截止频率例如可以设为是小于转矩传感器7中内 置的低通滤波器(未图示)的截止频率或者与其相同的频率。更具体而言，例如截止频率 ωε1事先定为与电动机1的电气时间常数相同程度(例如50Hz左右)即可。第2d轴低通滤波器515除去q轴目标电流值I/的高频分量(高频噪音)。第 2d轴低通滤波器515例如可以由一阶滞后元件(l/(T2s+l))构成。T2是时间常数。截止频 率ω。2 = 1/Τ2。该截止频率ω。2比第Id轴低通滤波器514的截止频率ω 大，例如定为 IOOHz左右。d轴基本电压值运算部511根据由第Id轴低通滤波器514平滑化的d轴目标电 流值1广，并按照下面的式(1)运算与电动机1应该产生的转矩相对应的d轴基本电压值 vdbase。其中，R是电枢绕组电阻(Ω )、P是微分算子、Ld是d轴的自感，全部是已知的参数。 _3] Vdbase= (R+PLd) · I/ ......(1)d轴解耦控制量运算部512根据由第2d轴低通滤波器515平滑化的q轴目标电流 值I/和由旋转角速度运算部23求出的旋转角速度ω，按照下面的式(2)运算d轴解耦控 制量Dd (用于校正d轴基本电压值Vdbase的校正值)。其中，Lq是q轴的自感。Dd = -oLq ‘ Iq* ......(2)d轴加法部513对d轴基本电压值Vdbase和d轴解耦控制量Dd进行加算(即，用d 轴解耦控制量Dd对d轴基本电压值Vdbase进行校正)，求出下面的式(3)的d轴电压指令值 Vd*。Vd * = Vdbase+Dd = (R+PLd) · Id * _ ω Lq · I: ......(3)该d轴电压指令值V/结果无非是根据电动机的电路方程式(式(3))求出的d轴 电压指令值。q轴电压指令值运算部52具有q轴基本电压值运算部521 (基本电压运算单元)、 q轴解耦控制量运算部522、q轴加法部523 (校正单元)、第Iq轴低通滤波器524 (目标电 流值平滑化单元、基本电压值用平滑化单元)、以及第2q轴低通滤波器525 (电流值平滑化 单元、校正值用平滑化单元)。上述q轴解耦控制量运算部522以及第2q轴低通滤波器525 构成了求出平滑化的校正值(q轴解耦控制量Dq)的校正值运算单元。第Iq轴低通滤波器524除去q轴目标电流值I/的高频分量(高频噪音)。第Iq 轴低通滤波器524与第Id轴低通滤波器514—样，例如可以由一阶滞后元件(l/(TlS+l)) 构成。第2q轴低通滤波器525除去d轴目标电流值Id*的高频分量(高频噪音)。第2q 轴低通滤波器525与第2d轴低通滤波器515 —样，例如可以由一阶滞后元件(l/(T2s+l)) 构成。q轴基本电压值运算部521根据由第Iq轴低通滤波器524平滑化的q轴目标电 流值I/，并按照下面的式(4)运算与电动机1应该产生的转矩相对应的q轴基本电压值 V_se。其中，U1是q轴的自感，是已知的参数。Vqbase= (R+pLq) · I/ ......(4)
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q轴解耦控制量运算部522根据由第2q轴低通滤波器525平滑化的d轴目标电流 值I/和由旋转角速度运算部23求出的旋转角速度ω，按照下面的式(5)运算q轴解耦控 制量Dq(用于校正q轴基本电压值Vqbase的校正值)。其中，Φ表示U相、V相、W相电枢绕 组互联磁通量的最大值的V (3/2)倍，是已知的参数。Dq =-coLd · Id*+co φ ......(5)q轴加法部523对q轴基本电压值Vqbase和q轴解耦控制量Dq进行加算(即，用q 轴解耦控制量Dq对q轴基本电压值Vqbase进行校正)，求出下面的式(6)的q轴电压指令值V/。Vq * = Vqbase+Dq = (R+pLq) · I/ + ω Ld · Id*+ ω φ ......(6)该q轴电压指令值V/结果无非是根据电动机的电路方程式(式(6))求出的q轴 电压指令值。图3是用于说明基于电动机控制装置10的电动机1的控制流程的流程图。首先， 微型计算机12读取转矩传感器7、车速传感器8以及解析器2的检测值(步骤Si)。基本 目标电流值运算部15根据检测出的转向转矩以及车速运算目标电流值I* (步骤S2)。dq 轴目标电流值运算部16运算与该目标电流值I *相对应的d轴目标电流值Id *和q轴目标 电流值1/(步骤S3)。角度计算部22根据解析器2的输出计算转子的旋转角θ (步骤 S4)。另外，旋转角速度运算部23根据由角度计算部22计算出的旋转角θ运算旋转角速 度ω (步骤S5)。接着，在dq轴电压指令值运算部19中，运算d轴电压指令值Vd *和q轴电压指令 值V/ (可以是应该向电动机1施加的电压值，也可以是PWM占空比值)(步骤S6)。并且， 在电压指令值坐标变换部20中，运算与d轴电压指令值V/以及q轴电压指令值V/相对应 的向U相电枢绕组、V相电枢绕组、W相电枢绕组施加的施加电压指令值V/、V/、V/ (步 骤S7)。PWM控制部21将与这些施加电压指令值V/、Vv *、V/相对应的PWM控制信号提供 给驱动电路13。由此，电动机1被驱动(步骤S8)。并且，例如通过点火开关的开和关来判 断控制是否结束(步骤S9)、在没有结束的情况下返回步骤Si。 图4是表示d轴电压指令值V/和q轴电压指令值\ *的运算流程的流程图。首 先，通过d轴基本电压值运算部511求出d轴基本电压值Vdbase，通过q轴基本电压值运算部 521求出q轴基本电压值Vqbase (步骤S101)。此时，d轴基本电压值运算部511使用在第Id 轴低通滤波器514 (截止频率ω。》中被平滑化的d轴目标电流值l/，q轴基本电压值运算 部521使用在第Iq轴低通滤波器524中被平滑化的q轴目标电流值Iq * (截止频率ω cl).另一方面，在d轴解耦控制量运算部512中求出d轴解耦控制量Dd，在q轴解耦控 制量运算部522中求出q轴解耦控制量Dq (步骤S102)。此时，d轴解耦控制量运算部512 使用在第2d轴低通滤波器515 (截止频率ω。2> ωε1)中被平滑化的q轴目标电流值 /， q轴解耦控制量运算部522使用在第2q轴低通滤波器525 (截止频率ω。2)中被平滑化的d 轴目标电流值1广。并且，将d轴基本电压值Vdbase和d轴解耦控制量Dd相加求出d轴电压指令值Vd *， 将q轴基本电压值Vqbase和(1轴解耦控制量Dq相加求出q轴电压指令值V/ (步骤S103)。 输出由此求出的d轴电压指令值Vd *以及q轴电压指令值\ *。如上所述，根据该实施方式，在与电动机1应该产生的转矩相对应的基本电压值Vdbas^Vqbase的运算中使用在低通滤波器514、524中平滑化的目标电流值1广、1/，在解耦控 制量DtnDq的运算中使用在低通滤波器515、525中平滑化的目标电流值1/、1广。由此，能 够抑制因高频噪音导致的振动、杂音。另外，由于使在基本电压值Vdb_、Vib_的运算中使用 的目标电流值1广、I/平滑化的低通滤波器514、524的截止频率ωε1被设定得比较低，所 以能够充分地除去目标电流值1广、I/中包含的高频分量，从而能够有效抑制不好的振动 以及杂音。另一方面，使在解耦控制量DtnDq的运算中使用的目标电流值1/、1广平滑化的 低通滤波器515、525的截止频率《。2被设定得较高。这是因为使解耦控制量DtnDq以充分 的反应性来对应旋转角速度ω的变动。由此，能够达到使电动机1的反应性能不受旋转角 速度ω、电流值的影响而保持稳定这样的不会妨害解耦控制的效果。即，基本不会牺牲解耦 控制的反应性而能够除去高频噪音，能够抑制或者防止振动以及杂音的发生。图5是用于说明本发明的第2实施方式涉及的电动机控制装置的构成的框图，表 示了能够在上述的图1的构成中作为dq轴电压指令值运算部19使用的构成。下面再次参 照图1进行说明。另外，在图5中，对于与图2所示的各部相对应的部分，使用相同的参照 符号来表示。在该实施方式中，在上述的图2所示的构成的基础上，具备用于使由旋转角速度 运算部23运算出的旋转角速度ω平滑化的角速度用低通滤波器50。被该角速度用低通滤 波器50平滑化的旋转角速度ω用于解耦控制量运算部512、522中的解耦控制量Dd、Dq的运算。角速度用低通滤波器50例如可以由一阶滞后元件(l/(T3s+l))构成。T3是时间 常数。截止频率ω。3= 1/Τ3。优选地，将该截止频率ω。3设定为根据该电动动力转向装置 的机械特性(系统特性)确定的固有频率以上的值。由此，能够在确保针对旋转角速度ω 的变动的反应性的同时除去高频噪音。例如，若用下面的式(7)表示电动动力转向装置的传递函数，则上述固有频率成 为下面的式(8)所示。1/{Μ · η2 · s2+C · s+K} ......(7)V {K/ (Μ · η2)} ......(8)其中，M是电动机的转子的惯性转矩，η是减速比、C是摩擦系数、K是扭杆的弹性 系数。减速比η是电动机1和转向机构3之间的减速机(未图示)的减速比。扭杆设置安 装在转向轴的中途，其根据转向转矩产生扭转。由转矩传感器7检测该扭杆的扭转量。在该实施方式中，通过这样根据系统特性(惯性、粘性以及弹性)确定截止频率 。3来对旋转角速度ω进行需要的最小限的平滑化处理。由此，能够更有效地在通过抑制 振动以及杂音保持系统的稳定的同时确保针对旋转角速度ω的反应性。图6是用于说明本发明的第3实施方式涉及的电动机控制装置的构成的框图，表 示了能够在上述的图1的构成中作为dq轴电压指令值运算部19使用的构成。另外，在图 6中，对于与图5所示的各部相对应的部分，使用相同的参照符号表示。在该实施方式中，从上述第2实施方式的构成(图5)中省略了用于在平滑化解耦 控制量运算部512、522中的运算中所使用的目标电流值1广、I/的低通滤波器515、525。 即，只对解耦控制量DtnDq的运算使用的变量中的旋转角速度ω实施平滑化处理。即使通过这样的构成，也能够除去旋转角速度ω中包含的高频噪音，从而能够抑制振动并确保解耦控制量Dd、Dq的反应性。图7是用于说明本发明的第4实施方式涉及的电动机控制装置的构成的框图，表 示了能够在上述的图1的构成中作为dq轴电压指令值运算部19使用的构成。另外，在图 7中，对于与图2所示的各部相对应的部分，使用相同的参照符号表示。在该实施方式中，省略了用于在平滑化解耦控制量运算部512、522中的运算中所 使用的目标电流值1广、1/的低通滤波器515、525，还省略了用于平滑化旋转角速度ω的 低通滤波器50。取而代之的是，具备了用于平滑化解耦控制量DtnDq全体的第3d轴低通滤 波器516以及第3q轴低通滤波器526。并且，在d轴加法部513中将被第3d轴低通滤波 器526平滑化的d轴解耦控制量Dd和d轴基本电压值Vdbase进行相加。同样，在q轴加法部 523中将被第3q轴低通滤波器526平滑化的q轴解耦控制量Dq和q轴基本电压值Vqbase进 行相加。低通滤波器516、526分别可以由一阶滞后元件(l/(T4s+l))构成。T4是时间常数。 截止频率ω。4= 1/T4。将该截止频率ω。4设定为与上述的第2d轴以及第2q轴低通滤波器 515,525的截止频率《。2相同程度或者与角速度用低通滤波器50的截止频率ω。3相同程 度即可。即使通过这样的构成，也能够在使解耦控制量Dd、Dq追随针对旋转角速度ω的变 动的同时除去高频噪音从而抑制振动以及杂音。图8是用于说明应用了本发明的第5实施方式涉及的电动机控制装置的电动动力 转向装置的电结构的框图。在该图8中，对于与上述的图1所示的各部相对应的部分赋予 相同的参照符号并省略关于它们的详细说明。上述的第1 第4实施方式涉及的电动机控制装置10根据电动机的电路方程式 进行设定d轴电压指令值V/以及q轴电压指令值\ *的开环控制，与此相对，该实施方式 的电动机控制装置IOA构成为检测实际流过电动机1的电动机电流值，根据检测出的电动 机电流值(检测电流值)执行反馈控制。更具体而言，在该实施方式中，电动机控制装置IOA具有电流检测部11、微型计算 机12以及驱动电路13。电流检测部11检测流过电动机1的电枢绕组的电流。更具体而言，电流检测部11 具有分别检测3相(U相、V相以及W相)的电枢绕组中的相电流的电流检测器llu、llv、 llw。微型计算机12具有基本目标电流值运算部15、dq轴目标电流值运算部16、dq轴 电流运算部17、d轴偏差运算部18d、q轴偏差预算部18q、dq轴电压指令值运算部19A (反 馈控制单元)、电压指令值坐标变换部20、PWM控制部21、角度计算部22、以及旋转角速度 运算部23。这些是通过微型计算机12执行的软件来实现的功能处理部。电流检测器llu、llv、llw检测在驱动电路13和电动机1的各相的电枢绕组之间 流过的相电流Iu、Iv、Iw。从电流检测部11输出的相电流Iu、Iv、Iw被输入至dq轴电流运算部17。dq轴电 流运算部17根据由角度计算部22计算出的旋转角θ对相电流Iu、Iv、Iw进行坐标变换， 由此运算d轴电流值Id以及q轴电流值Iq (作为电动机电流值的检测电流值)。dq轴电流 运算部17中的运算可以使用公知的运算式进行。
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d轴偏差运算部18d求出d轴目标电流值I/和d轴电流Id之间的d轴偏差Sld。 同样，q轴偏差运算部18q求出q轴目标电流值Iq *和q轴电流Iq之间的q轴偏差δ Iq。dq轴电压指令值运算部19A求出与d轴偏差δ Id相对应的d轴电压指令值V/ 和与q轴偏差δ Iq相对应的q轴电压指令值\ *。图9是用于说明dq轴电压指令值运算部19A的详细构成的框图。在该图9中，对 于与上述的图2所示的各部相对应的部分赋予相同的参照符号来表示。dq轴电压指令值运算部19A具有d轴电压指令值运算部5IA以及q轴电压指令值 运算部52A。d轴电压指令值运算部51A根据d轴偏差δ Id运算(以下称为“d轴PI 运算”)等求出d轴电压指令值V/，以便减少d轴偏差Sld。q轴电压指令值运算部52A 根据q轴偏差SIqWPI运算(以下称为“q轴PI运算”)等求出q轴电压指令值V/，以 便减少q轴偏差Si,。d轴电压指令值运算部5IA具有d轴PI运算部51a、d轴解耦控制量运算部512、 d轴加法部513、以及d轴低通滤波器515。即，与上述的第1实施方式中的d轴电压指令值 运算部51的区别在于，不具备第Id轴低通滤波器514，另外具备d轴PI运算部51a来取代 d轴基本电压值运算部511。但是，在该实施方式中，在d轴解耦控制量Dd的运算中使用了 由dq轴电流运算部17运算出的q轴电流值I,。即，d轴低通滤波器515对q轴电流值Iq 进行平滑化处理，该平滑化处理后的q轴电流值Iq被用于d轴解耦控制量运算部512中的 运算。所以，用Dd = - ω Lq · Iq来表示d轴解耦控制量Dd。d轴PI运算部51a通过d轴偏差δ Id的PI运算来运算d轴基本电压值Vdbase，并 将该d轴基本电压值Vdbase向d轴加法部513输出。d轴加法部513对该d轴基本电压值 Vdbase和d轴解耦控制量Dd进行加法运算求出d轴电压指令值Vd *。q轴电压指令值运算部52A具有q轴PI运算部52a、q轴解耦控制量运算部522、 q轴加法部523、以及q轴低通滤波器525。即，与上述的第1实施方式中的q轴电压指令值 运算部52的区别在于，不具备第Iq轴低通滤波器524，另外具备q轴PI运算部52a来取代 q轴基本电压值运算部521。但是，在该实施方式中，在q轴解耦控制量Dq的运算中使用了 由dq轴电流运算部17运算出的d轴电流值Id。即，q轴低通滤波器525对d轴电流值Id 进行平滑化处理，该平滑化处理后的d轴电流值Id被用于q轴解耦控制量运算部522中的 运算。所以，用Dq= ω Ld · Id+ω φ来表示q轴解耦控制量Dq。q轴PI运算部52a通过q轴偏差δ Iq的PI运算来运算q轴基本电压值Vqbase，并 将该q轴基本电压值Vqbase向q轴加法部523输出。q轴加法部523对该q轴基本电压值 Vqbase和q轴解耦控制量Dq进行加法运算求出q轴电压指令值\ *。各PI运算部51a、52a包含比例元件以及积分元件。其中的积分元件使偏差δ Id、 SIq平滑化。由此，能够除去目标电流值1广、I/以及检测电流值Id、Iq中包含的高频噪 音。所以，对于基本电压值vdb_、Vqbase的运算中使用的电流值I/、I/、Id、Iq,不需要进行 另外的平滑化处理。能够通过比例增益以及积分增益的调整进行基于积分元件的平滑化处 理的截止频率的调整。通过这样的构成，和上述第1实施方式的情况一样确保了针对旋转角速度ω的反 应性，从而能够不妨碍解耦控制的效果来抑制振动以及杂音。该第5实施方式能够和第2、第3实施方式一样进行变形。S卩，也可以如图10所示那样，在图9所示的构成的基础上设置用于使旋转角速度ω平滑化的角速度用低通滤波 器50。另外，也可以如图11所示那样，从图10所示的构成中省略用于使在解耦控制量Dd、 Dq的运算中使用的检测电流值IdUtl平滑化的低通滤波器515、525。还可以如图12所示那 样，设置使解耦控制量DtnDq全体平滑化的低通滤波器516、526来取代低通滤波器515、525、 50。上面对本发明的几种实施方式进行了说明，但是也能够以其他的方式来实施本发 明。例如，在上述的第1 第4的实施方式中，对用于确定基本电压值Vdb_、Vib_的目标电 流值1广、I/进行了基于低通滤波器514、524的平滑化处理，但是也可以构成为省略它们 而只进行与解耦控制量Dd、Dq有关的平滑化处理。另外，在上述的实施方式中，对在作为电动动力转向装置的驱动源的电动机中应 用本发明的例子进行了说明，但是本发明也能够应用于电动动力转向装置以外的用途的电 动机的控制。特别是，对于利用伺服系统要求反应性以及随动性的用途上的电动机转矩控 制的应用具有效果。虽然对本发明的实施方式进行了详细说明，但是这些只不过是为了明确本发明的 技术的内容而使用的具体例而已，本发明并不是限定这些具体例进行说明，本发明的宗旨 以及范围只由附上的权利要求的范围来限定。本申请对应于2008年3月31日向日本国专利局提交的特愿2008-92801号，通过 引用该申请的全部公开内容组成本申请。
权利要求
一种电动机控制装置，其特征在于，包括目标电流值设定单元，其设定应该向电动机供给的目标电流值；基本电压值运算单元，其根据该目标电流值设定单元设定的目标电流值，运算用于驱动所述电动机的基本电压值；旋转角速度运算单元，其运算所述电动机的旋转角速度；校正值运算单元，其根据电动机电流值和由所述旋转角速度运算单元运算的旋转角速度，运算用于校正所述基本电压值的校正值；校正单元，其利用由所述校正值运算单元运算的校正值对由所述基本电压值运算单元运算的基本电压值进行校正，并求出电压指令值；驱动单元，其使用由该校正单元求出的电压指令值驱动所述电动机；其中，所述校正值运算单元包含用于求出被平滑化的校正值的校正值用平滑化单元。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，所述校正值运算单元运算用于所述电动机的解耦控制的校正值。
3.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，所述基本电压值运算单元运算d轴基本电压值Vdbase以及q轴基本电压值Vqbase ； 所述校正值运算单元按照下面的式子A2运算用于校正所述d轴基本电压值Vdbase的d 轴校正值Dd，按照下面的式子B2运算用于校正所述q轴基本电压值Vqbase的q轴校正值Dq ； 所述电压指令值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表示电枢绕组电阻、单位是Ω，Ρ表示微分算子，ω表示电动机的旋转角速度、 单位是rad/秒，Ld表示d轴的自感、单位是H，Lq表示q轴的自感、单位是H，Id*表示d轴 目标电流值、单位是A，I/表示q轴目标电流值、单位是Α，Φ表示U相、V相、W相电枢绕组 互联磁通量的最大值的V (3/2)倍。
4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，所述基本电压值运算单元按照下面的式子Al、Bl分别运算d轴基本电压值Vdbase以及 q轴基本电压值Vqb■，Vdbase = (R+PLd) · I/ ......AlVqbase = (R+PLq) .1/ ......Bi。
5.根据权利要求1至权利要求4中的任意一项所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述基本电压值运算单元和所述校正值运算单元构成根据电动机的电路方程式分别求出基本电压值以及校正值的开环控制单元。
6.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，还具备检测电动机电流值并生成电动机电流检测值的电流检测单元； 所述基本电压值运算单元运算d轴基本电压值Vdbase以及q轴基本电压值Vqbase ； 所述校正值运算单元按照下面的式子A3运算用于校正所述d轴基本电压值Vdbase的d 轴校正值Dd，按照下面的式子B3运算用于校正所述q轴基本电压值Vqbase的q轴校正值Dq ；所述电压指令值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表示电枢绕组电阻、单位是Ω，Ρ表示微分算子，ω表示电动机的旋转角速度、 单位是rad/秒，Ld表示d轴的自感、单位是H，Lq表示q轴的自感、单位是H，Id表示d轴电 动机电流检测值、单位是A，Iq表示q轴电动机电流检测值、单位是Α，Φ表示U相、V相、W 相电枢绕组互联磁通量的最大值的V (3/2)倍。
7.根据权利要求1至权利要求6中的任意一项所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述基本电压值运算单元还包含用于求出被平滑化的基本电压的基本电压值用平滑化单元。
8.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于，所述基本电压值用平滑化单元的截止频率低于所述校正值用平滑化单元的截止频率。
9.根据权利要求7或者权利要求8所述的电动机控制装置，其特征在于，所述基本电压值用平滑化单元包含使由所述目标电流值设定单元设定的目标电流值 平滑化的目标电流值平滑化单元。
10.根据权利要求1至权利要求9中的任意一项所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述校正值用平滑化单元包含使电动机电流值平滑化的电流值平滑化单元。
11.根据权利要求1至权利要求10中的任意一项所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述校正值用平滑化单元包含使由所述旋转角速度运算单元运算的旋转角速度平滑化的旋转角速度平滑化单元。
全文摘要
本发明提供一种电动机控制装置。该电动机控制装置包含设定应该供给电动机(1)的目标电流值的目标电流值设定单元(15、16)、根据目标电流值运算用于驱动电动机的基本电压值的基本电压值运算单元(511、521、51a、52a)，运算电动机的旋转角速度的旋转角速度运算单元(23)，根据电动机电流值和电动机的旋转角速度运算用于校正上述基本电压值的校正值的校正值运算单元(50、512、515、516、522、525、526)、用上述校正值运算单元运算的校正值对基本电压值进行校正从而求出电压指令值的校正单元(513、523)和使用电压指令值驱动上述电动机的驱动单元(13)。校正值运算单元包含用于求出平滑化的校正值的校正值用平滑化单元(50、515、516、525、526)。
文档编号H02P27/04GK101981808SQ200980111168
公开日2011年2月23日 申请日期2009年2月18日 优先权日2008年3月31日
发明者上田武史, 狩集裕二, 长濑茂树, 须增宽 申请人:株式会社捷太格特