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JP3668866B2 - Electric control device for AC motor - Google Patents

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JP3668866B2
JP3668866B2 JP18961699A JP18961699A JP3668866B2 JP 3668866 B2 JP3668866 B2 JP 3668866B2 JP 18961699 A JP18961699 A JP 18961699A JP 18961699 A JP18961699 A JP 18961699A JP 3668866 B2 JP3668866 B2 JP 3668866B2
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貴史 山本
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Toyota Motor Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流モータの電気制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平4−257770号公報に示されているように、回転子の回転角を検出する回転角検出手段を備え、同回転角検出手段による検出回転角を用いて回転子の回転を制御する交流モータの電気制御装置はよく知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような制御は、コンピュータなどによるディジタル処理を行うことを一般的としており、この場合、回転角検出手段による検出回転角の分解能及びサンプリング周期による誤差が問題となる。しかし、上記従来装置にあっては、前記分解能及びサンプリング周期による誤差が考慮されておらず、検出回転角の精度が悪く、ひいては交流モータの回転制御が精度よく行われないという問題がある。
【0004】
【発明の概略】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、検出回転角の分解能又はサンプリング周期による誤差を考慮して検出回転角を補正することにより、検出回転角の精度を向上させるようにした交流モータの電気制御装置を提供することにある。
【0005】
前記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、交流モータにおける回転子の回転角を検出する回転角検出手段を備え、同回転角検出手段による検出回転角を用いて回転子の回転を制御する交流モータの電気制御装置において、検出回転角を用いて回転子の角速度を計算する角速度計算手段と、検出回転角に回転子の回転方向に応じて回転角検出手段による検出回転角の分解能に依存した補正値を加減算することにより同検出回転角の誤差を補正する補正手段とを設け、補正手段は、前記計算した回転子の角速度が所定微小値以下のとき、前記補正値の加減算を行わないようにしたことにある。
これによれば、回転角検出手段によって検出された回転角に回転子の回転方向に応じて回転角検出手段による検出回転角の分解能に依存した補正値を加減算することにより、同検出回転角が補正される。したがって、回転角検出手段による検出回転角の分解能が多少大きくても、同分解能に依存した検出誤差が補正され、検出回転角の精度が向上する。その結果、前記検出回転角を用いた交流モータの回転制御の精度も向上する。また、補正手段は、回転子の角速度が所定微小値以下のとき、補正値の加減算を行わないので、角速度が「0」近傍で正負を繰返すことによる補正回転角のハンチングを避けることができ、分解能による誤差の影響が少なくて補正の必要性の少ない状況下における補正値の加減算による悪影響を避けることができる。
【0006】
また、本発明の他の特徴は、交流モータにおける回転子の回転角を検出する回転角検出手段を備え、同回転角検出手段による検出回転角を用いて回転子の回転を制御する交流モータの電気制御装置において、検出回転角を用いて回転子の角速度を計算する角速度計算手段と、検出回転角に回転子の回転方向に応じて検出回転角のサンプリング周期及び前記計算した回転子の角速度に依存した補正値を加減算することにより同検出回転角の誤差を補正する補正手段とを設け、補正手段は、前記計算した回転子の角速度が所定微小値以下のとき、前記補正値の加減算を行わないようにしたことにある。
これによれば、回転角検出手段によって検出された回転角に回転子の回転方向に応じて検出回転角のサンプリング周期及び回転子の角速度に依存した補正値を加減算することにより、同検出回転角が補正される。したがって、サンプリング周期が多少長くても、サンプリング周期に依存した検出誤差が補正され、検出回転角の精度が向上する。その結果、前記検出回転角を用いた交流モータの回転制御の精度も向上する。また、補正手段は、回転子の角速度が所定微小値以下のとき、補正値の加減算を行わないので、回転子の回転速度が低くてサンプリングに依存した各種演算に対する遅れ誤差に対する影響が小さいために補正の必要性が少ない場合には、角速度が「0」近傍で正負を繰返すことによってもたらされる外乱の影響を避けることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に用いて説明すると、図1は、本発明に係る交流モータの電気制御装置を車両の電動パワーステアリング装置に適用した例についてブロック図により示している。
【0008】
この電動パワーステアリング装置は、交流モータとして、三相同期式永久磁石モータで構成したブラシレスモータ11を備えている。ブラシレスモータ11は、操舵ハンドル12の回動操作による前輪の操舵に対してアシスト力を付与するもので、その回転に応じて前輪を外側端にて接続するタイロッド13を軸線方向に駆動する。操舵ハンドル12に上端にて接続されるとともにタイロッド13に下端にて接続された操舵軸14には操舵トルクセンサ15が組み付けられており、同センサ15は操舵軸14に作用する操舵トルクを検出して同トルクを表す検出信号を出力する。また、ブラシレスモータ11には、同モータ11の回転角を検出するためのエンコーダにより構成された回転角センサ16が組み付けられている。回転角センサ16は、ブラシレスモータ11の回転子の回転に応じてπ/2ずつ位相の異なる2相パルス列信号と基準回転位置を表す零相パルス列信号を出力する。
【0009】
ブラシレスモータ11の回転を制御するための電気制御装置は、指令トルクT*を計算するための基本アシスト力計算部21、戻し力計算部22及び演算部23を備えている。基本アシスト力計算部21は、操舵トルクセンサ15からの操舵トルク及び図示しない車速センサからの車速を入力し、操舵トルクの増加にしたがって増加するとともに車速の増加にしたがって減少するアシストトルクを計算する。戻し力計算部22は、前記車速と共に後述する回転子の補正電気角θ(回転角に相当)及び角速度ωを入力し、これらの入力値に基づいて操舵軸14の基本位置への復帰力及び同操舵軸14の回転に対する抵抗力に対応した戻しトルクを計算する。演算部23は、前記アシストトルクと戻しトルクを加算することにより指令トルクT*を計算し、指令電流決定部24に供給する。
【0010】
指令電流決定部24は、前記指令トルクT*に基づいて、2相指令電流Id*,Iq*を計算する。指令電流Id*,Iq*は、ブラシレスモータ11の回転子上の永久磁石が作り出す回転磁束と同期した回転座標系において、永久磁石と同一方向のd軸及びこれに直交したq軸にそれぞれ対応するもので、これらの指令電流Id*,Iq*をそれぞれd軸及びq軸指令電流という。また、この指令電流決定部24は、各種センサによる検出値をも入力して両指令電流Id*,Iq*を補正して出力する。例えば、バッテリ電圧値を入力して、バッテリ電圧値が低い場合などに弱め磁束制御のためにd軸及びq軸指令電流Id*,Iq*を補正する。
【0011】
前記補正されたd軸及びq軸指令電流Id*,Iq*は演算部25,26に供給され、演算部25,26は、d軸及びq軸指令電流Id*,Iq*からd軸及びq軸検出電流Id,Iqをそれぞれ減算することにより差分値ΔId,ΔIqを計算して、比例積分制御部(PI制御部)27,28に供給する。比例積分制御部27,28は、差分値ΔId,ΔIqに基づいて、d軸及びq軸検出電流Id,Iqがd軸及びq軸指令電流Id*,Iq*に追従するようにd軸及びq軸指令電圧Vd*,Vq*を計算する。
【0012】
これらのd軸及びq軸指令電圧Vd*,Vq*は、非干渉補正値計算部31及び演算部32,33により補正されてd軸及びq軸補正指令電圧Vd*',Vq*'として2相/3相座標変換部34に供給される。非干渉補正値計算部31は、d軸及びq軸検出電流Id,Iq及び回転子の角速度ωに基づいて、d軸及びq軸指令電圧Vd*,Vq*のための非干渉補正値ω・La・Iq,−ω・(φa+La・Id)を計算する。なお、前記インダクタンスLa及び磁束φaは、予め決められた定数である。演算部32,33は、d軸及びq軸指令電圧Vd*,Vq*から非干渉補正値ω・La・Iq,−ω・(φa+La・Id)をそれぞれ減算して、d軸及びq軸補正指令電圧Vd*'=Vd*−ω・La・Iq,Vq*'=Vq*+ω・(φa+La・Id)を算出する。
【0013】
2相/3相座標変換部34は、d軸及びq軸補正指令電圧Vd*',Vq*'を3相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*に変換して、同変換した3相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*をPWM電圧発生部35に供給する。PWM電圧発生部35は、3相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*に対応したPWM制御電圧信号UU,VU,WUをインバータ回路36に出力する。インバータ回路36は、前記PWM制御電圧信号UU,VU,WUに対応した3相の励磁電圧信号Vu,Vv,Vwを発生して、同励磁電圧信号Vu,Vv,Vwを3相の励磁電流路を介してブラシレスモータ11にそれぞれ供給する。3相の励磁電流路のうちの2つには電流センサ37,38が設けられ、各電流センサ37,38は、ブラシレスモータ11に対する3相の励磁電流Iu,Iv,Iwのうちの2つの励磁電流Iu,Iwを検出して3相/2相座標変換部41に出力する。この3相/2相座標変換部41には、演算部42にて前記検出電流Iu,Iwに基づいて計算された励磁電流Ivも供給されている。3相/2相座標変換部41は、これらの3相検出励磁電流Iu,Iv,Iwを2相検出励磁電流Id,Iqに変換する。
【0014】
また、回転角センサ16からの2相パルス列信号及び零相パルス列信号は、所定のサンプリング周期で電気角変換部43に連続的に供給されている。電気角変換部43は、前記各パルス列信号に基づいてブラシレスモータ11における回転子の固定子に対する電気角θoを計算して、電気角補正部44に供給する。電気角補正部44は、前記計算された電気角θoを補正して、同補正した電気角θを角速度変換部45に供給する。角速度変換部45は、前記補正電気角θを微分して回転子の固定子に対する角速度ωを計算する。なお、角速度ωは、正により回転子の正方向の回転を表し、負により回転子の負方向の回転を表しているものとする。
【0015】
電気角補正部44は、図2に示すように、補正演算部44a、第1係数決定部44b及び第2係数決定部44cを備えている。補正演算部44aは、電気角変換部43からの電気角θo及び角速度変換部45からの角速度ωを入力するとともに、第1及び第2係数決定部44b,44cからの第1及び第2係数a,bを入力して、回転子の回転方向が正ならば(ω≧0)、下記数1の演算の実行により補正電気角θを計算する。また、回転子の回転方向が負ならば(ω<0)、下記数2の演算の実行により補正電気角θを計算する。
【0016】
【数1】
θ=θo+a・δ+b・ω・Δ
【0017】
【数2】
θ=θo−a・δ+b・ω・Δ
【0018】
ただし、δは回転角センサ16の分解能を表す正の定数であり、Δは回転角センサ16からの信号を電気角変換部43に取込むサンプリング周期を表す正の定数である。なお、上記数1,2においては、第3項b・ω・Δの項も角速度ωの正負により回転子の回転方向に応じて正負の値をとる。
【0019】
第1係数決定部44bは、角速度ωに加え、バッテリ電圧などのブラシレスモータ11の回転状態(運転状態)、制御状態などからなる係数決定情報を入力し、次の▲1▼〜▲4▼などの条件にしたがって第1係数aを決定する。なお、この第1係数aは、「0.0」〜「1.0」の間にて変化するもので、「0.0」に近い値に設定されることは、電気角θを遅らせることになるため、強め磁束側の制御を行うことを意味する。また、この第1係数aが「1.0」に近い値に設定されることは、電気角θを進めることになるため、弱め磁束側の制御を行うことを意味する。
【0020】
▲1▼回転角センサ16の分解能による誤差は、0〜δの間でランダムな値をとるため、基本的には、第1係数aを平均的な値である「0.5」に設定する。これにより、ブラシレスモータ11の通常動作時には、トルクのばらつきを小さくできるとともに、平均効率を向上させることができる。
【0021】
▲2▼回転子の回転速度が低いとき(角速度ωの絶対値|ω|が所定微小値ε以下のとき)には、前記▲1▼にかかわらず第1係数aを「0.0」に設定する。これにより、角速度ωが「0.0」近傍で正負を繰返すことによる補正回転角θのハンチングを避けることができ、分解能による誤差の影響が小さくて補正の必要性の少ない状況下における前記▲1▼の補正の悪影響を避けることができる。
【0022】
▲3▼バッテリ電圧が通常時よりも低くて所定値よりも小さい場合には、前記▲1▼▲2▼にかかわらず第1係数aを「1.0」に設定する。これにより、ブラシレスモータ11は弱め磁束側に制御され、励磁電圧に制御の余裕をもたせることができる。
【0023】
また、前記▲2▼▲3▼の条件にかかわらず、▲4▼弱め磁束制御時(係数決定情報により表示)には、第1係数aを「0.5」に設定するようにしてもよい。これは、補正回転角θが誤差を含んで変動すると、d軸及びq軸指令電流Id*,Iq*が変動するために、前記条件▲1▼で記載の理由のように平均的な値を用いて補正回転角θの変動をなるべく小さく抑えるためである。
【0024】
第2係数決定部44cは、角速度ωに加え、バッテリ電圧などのブラシレスモータ11の回転状態(運転状態)、制御状態などからなる係数決定情報を入力し、次の▲5▼などの条件にしたがって第2係数bを決定する。
【0025】
▲5▼回転子の回転速度が小さいとき(角速度ωの絶対値|ω|が所定微小値ε以下のとき)には、第2係数bを「0.0」に設定する。それ以外のときには、第2係数bを「1.0」に設定する。なお、第2係数bが「1.0」であることはサンプリングによる遅れの影響を考慮したことを意味し、同係数bが「0.0」であることはサンプリングによる遅れの影響を無視したことを意味する。
【0026】
したがって、前記▲5▼の条件により、回転子が中高速で回転している場合には、補正値ωΔにより、サンプリング周期に依存した各種演算に対する遅れ誤差をなくすことができる。また、回転子の回転速度が低い場合には、すなわち補正値ωΔが微小であって前記誤差に対する影響が小さいために補正の必要性が少ない場合には、角速度ωが「0.0」近傍で正負を繰り返すことによってもたらされる外乱(補正電気角θが振動する原因)の影響を避けることができる。
【0027】
なお、前記第1及び第2係数決定部44b,44cにおいて、第1及び第2係数a,bを変更する場合、補正電気角θ及び角速度ωの急変はトルク振動を発生する恐れがあるので、前記条件▲1▼〜▲5▼にしたがって決定された補正係数a,bをローパスフィルタ処理したり、補正係数a,bの変化又は変化率を所定値以内に制限する変化規制処理などを実行した後に補正電気角θを出力するようにするとよい。
【0028】
上記構成の電気制御装置は、各種センサ14,16,37,38及びインバータ回路36を除いて電子回路ユニット内に収められており、同ユニット内の回路をディジタル処理を行うハード回路で構成してもよいが、本実施形態においてはマイクロコンピュータ装置により構成されている。そして、電子回路ユニット内の各部21〜28,31〜35、41〜45は、プログラム処理により各機能が実現されるようになっている。したがって、各種センサ14,16,37,38からの検出信号は、所定のサンプリングレート(サンプリング周期)でサンプリングされた検出値の形で前記電子回路ユニットの各部に入力されることになる。
【0029】
次に、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。運転者が操舵ハンドル12を回動操作すると、この回動操作はタイロッド13に伝達されて同ロッド13の軸線方向の移動により前輪が操舵される。これと同時に、操舵トルクセンサ15は操舵軸14に付与される操舵トルクを検出し、ブラシレスモータ11が電気制御装置によりサーボ制御されて前記操舵トルクに応じたアシストトルクでタイロッド13を駆動するので、前輪はブラシレスモータ11の駆動力によりアシストされながら操舵される。
【0030】
この電気制御装置によるサーボ制御においては、基本アシスト力計算部21、戻し力計算部22及び演算部23が、前記検出操舵トルク、車速、回転子の補正電気角θ及び角速度ωに基づいて指令トルクT*を計算するとともに、指令電流決定部24がこの指令トルクT*及びその他の各種センサ値に基づいてd軸及びq軸指令電流Id*,Iq*を決定する。そして、演算部25,26、比例積分制御部27,28、2相/3相座標変換部34、PWM電圧発生部35及びインバータ回路36が、電流センサ37,38、3相/2相座標変換部41及び演算部42によってフィードバックされたd軸及びq軸検出電流Id,Iqを用いて、ブラシレスモータ11を制御する。この場合、非干渉補正値計算部31及び演算部32,33は、d,q軸間で干渉し合う速度起電力を打ち消すために比例積分制御部27,28からのd軸及びq軸指令電圧Vd*,Vq*を補正する。
【0031】
このようなサーボ制御では、戻し力計算部22、非干渉補正値計算部31、2相/3相座標変換部34、3相/2相座標変換部34において、電気角補正部44にて補正された補正電気角θ又は角速度変換部45で変換された角速度ωが利用される。この場合、電気角補正部44は、上記数1,2の演算の実行により、電気角変換部43にて計算した検出電気角θoに回転子の回転方向に応じて所定の補正値(検出回転角の分解能に依存した補正値a・δ、並びに検出回転角のサンプリング周期Δ及び回転子の角速度ωに依存した補正値b・ω・Δ)を加減算して、検出電気角θoを補正する。これにより、回転角センサ16による検出回転角の分解能が多少大きくても、同センサ16から電気角変換部43に入力されるサンプリング周期Δが多少長くても、同分解能δ又はサンプリング周期Δに依存した検出誤差が補正され、補正電気角θ及び角速度ωの精度が向上し、ひいてはブラシレスモータ11及び電動パワーステアリング装置の制御精度が向上する。
【0032】
さらに、前記補正においては、補正値a・δ,b・ω・Δの各係数a,bを、上述した各条件▲1▼〜▲5▼のようなブラシレスモータ11の回転状態(運転状態)、制御状態などに応じて制御するようにしたので、前記補正が的確に行われ、補正電気角θ及び角速度ωの精度がより向上するとともに、ブラシレスモータ11及び電動パワーステアリング装置の制御精度もより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る交流モータの電気制御装置を適用した車両の電動パワーステアリング装置の全体概略図である。
【図2】 図1の電気角補正部の詳細ブロック図である。
【符号の説明】
11…ブラシレスモータ、12…操舵ハンドル、15…操舵トルクセンサ、16…回転角センサ、24…指令電流決定部、27,28…比例積分制御部(PI制御部)、31…非干渉補正値計算部、34…2相/3相座標変換部、35…PWM電圧発生部、36…インバータ回路、37,38…電流センサ、41…3相/2相座標変換部、43…電気角変換部、44…電気角補正部、45…角速度変換部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric control device for an AC motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-257770, a rotation angle detection unit that detects a rotation angle of the rotor has been provided, and the rotation of the rotor is performed using the rotation angle detected by the rotation angle detection unit. An electric control device for an AC motor for controlling the motor is well known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The above control is generally performed by digital processing by a computer or the like. In this case, the resolution of the detected rotation angle by the rotation angle detecting means and the error due to the sampling period become a problem. However, the conventional apparatus has a problem that the error due to the resolution and the sampling period is not taken into account, the accuracy of the detected rotation angle is poor, and the rotation control of the AC motor is not accurately performed.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention has been made to address the above problems, and its purpose is to improve the accuracy of the detected rotational angle by correcting the detected rotational angle in consideration of the resolution of the detected rotational angle or the error due to the sampling period. An object of the present invention is to provide an electric control device for an AC motor.
[0005]
In order to achieve the above object, a structural feature of the present invention is provided with a rotation angle detection means for detecting a rotation angle of a rotor in an AC motor, and using the rotation angle detected by the rotation angle detection means, In an electric control device for an AC motor that controls rotation, angular velocity calculation means for calculating the angular velocity of the rotor using the detected rotation angle , and detected rotation angle by the rotation angle detection means according to the rotation direction of the rotor. Correction means for correcting an error of the detected rotation angle by adding or subtracting a correction value depending on the resolution of the resolution, and when the calculated angular velocity of the rotor is equal to or less than a predetermined minute value, the correction means This is because addition / subtraction is not performed .
According to this, by adding or subtracting a correction value depending on the resolution of the rotation angle detected by the rotation angle detection means according to the rotation direction of the rotor to the rotation angle detected by the rotation angle detection means, the detected rotation angle is obtained. It is corrected. Therefore, even if the resolution of the detected rotation angle by the rotation angle detecting means is somewhat large, the detection error depending on the resolution is corrected and the accuracy of the detected rotation angle is improved. As a result, the accuracy of the rotation control of the AC motor using the detected rotation angle is also improved. Further, since the correction means does not perform addition / subtraction of the correction value when the angular velocity of the rotor is equal to or less than a predetermined minute value, it is possible to avoid hunting of the corrected rotation angle by repeating positive and negative in the vicinity of the angular velocity “0”, It is possible to avoid adverse effects due to addition and subtraction of correction values in a situation where there is little influence of errors due to resolution and there is little necessity for correction.
[0006]
Another feature of the present invention is that the AC motor includes rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the rotor in the AC motor, and controls the rotation of the rotor using the rotation angle detected by the rotation angle detection means. In the electric control device, the angular velocity calculation means for calculating the angular velocity of the rotor using the detected rotation angle, the detected rotation angle according to the rotation direction of the rotor, the detected rotation angle sampling period and the calculated rotor angular velocity Correction means for correcting an error of the detected rotation angle by adding and subtracting the dependent correction value, and the correction means performs addition and subtraction of the correction value when the calculated angular velocity of the rotor is equal to or less than a predetermined minute value. There is to be not.
According to this, by adding or subtracting a correction value depending on the sampling period of the detected rotation angle and the angular velocity of the rotor according to the rotation direction of the rotor to the rotation angle detected by the rotation angle detecting means, the detected rotation angle Is corrected. Therefore, even if the sampling period is somewhat long, the detection error depending on the sampling period is corrected, and the accuracy of the detection rotation angle is improved. As a result, the accuracy of the rotation control of the AC motor using the detected rotation angle is also improved. In addition, the correction means does not perform addition / subtraction of the correction value when the angular velocity of the rotor is equal to or less than a predetermined minute value. Therefore, the rotation speed of the rotor is low and the influence on the delay error for various calculations depending on sampling is small. When the necessity for correction is small, it is possible to avoid the influence of disturbance caused by repeating positive and negative in the vicinity of the angular velocity “0”.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an example in which an electric control device for an AC motor according to the present invention is applied to an electric power steering device for a vehicle.
[0008]
This electric power steering apparatus includes a brushless motor 11 formed of a three-phase synchronous permanent magnet motor as an AC motor. The brushless motor 11 gives an assist force to the steering of the front wheel by the turning operation of the steering handle 12, and drives the tie rod 13 connecting the front wheel at the outer end in the axial direction according to the rotation. A steering torque sensor 15 is assembled to the steering shaft 14 connected to the steering handle 12 at the upper end and connected to the tie rod 13 at the lower end. The sensor 15 detects the steering torque acting on the steering shaft 14. Output a detection signal representing the same torque. Further, the brushless motor 11 is assembled with a rotation angle sensor 16 composed of an encoder for detecting the rotation angle of the motor 11. The rotation angle sensor 16 outputs a two-phase pulse train signal having a phase different by π / 2 in accordance with the rotation of the rotor of the brushless motor 11 and a zero-phase pulse train signal representing the reference rotational position.
[0009]
The electric control device for controlling the rotation of the brushless motor 11 includes a basic assist force calculation unit 21, a return force calculation unit 22, and a calculation unit 23 for calculating a command torque T *. The basic assist force calculation unit 21 inputs the steering torque from the steering torque sensor 15 and the vehicle speed from a vehicle speed sensor (not shown), and calculates the assist torque that increases as the steering torque increases and decreases as the vehicle speed increases. The return force calculation unit 22 inputs a corrected electric angle θ (corresponding to a rotation angle) and an angular velocity ω of the rotor, which will be described later, together with the vehicle speed, and a return force to the basic position of the steering shaft 14 based on these input values and A return torque corresponding to the resistance force against the rotation of the steering shaft 14 is calculated. The calculation unit 23 calculates the command torque T * by adding the assist torque and the return torque, and supplies the command torque T * to the command current determination unit 24.
[0010]
The command current determination unit 24 calculates two-phase command currents Id * and Iq * based on the command torque T *. The command currents Id * and Iq * correspond to the d-axis in the same direction as the permanent magnet and the q-axis orthogonal thereto in the rotating coordinate system synchronized with the rotating magnetic flux created by the permanent magnet on the rotor of the brushless motor 11. These command currents Id * and Iq * are referred to as d-axis and q-axis command currents, respectively. The command current determination unit 24 also inputs detection values from various sensors, corrects and outputs both command currents Id * and Iq *. For example, when the battery voltage value is input, the d-axis and q-axis command currents Id * and Iq * are corrected for the magnetic flux control when the battery voltage value is low.
[0011]
The corrected d-axis and q-axis command currents Id * and Iq * are supplied to the calculation units 25 and 26. The calculation units 25 and 26 calculate the d-axis and q-axis from the d-axis and q-axis command currents Id * and Iq *. Difference values ΔId and ΔIq are calculated by subtracting shaft detection currents Id and Iq, respectively, and supplied to proportional-integral control units (PI control units) 27 and 28. Based on the difference values ΔId and ΔIq, the proportional-integral control units 27 and 28 adjust the d-axis and q-axis so that the d-axis and q-axis detection currents Id and Iq follow the d-axis and q-axis command currents Id * and Iq *. Axis command voltages Vd * and Vq * are calculated.
[0012]
These d-axis and q-axis command voltages Vd * and Vq * are corrected by the non-interference correction value calculation unit 31 and the calculation units 32 and 33 to be 2 as d-axis and q-axis correction command voltages Vd * ′ and Vq * ′. The phase / three-phase coordinate conversion unit 34 is supplied. The non-interference correction value calculation unit 31 determines the non-interference correction value ω · for the d-axis and q-axis command voltages Vd * and Vq * based on the d-axis and q-axis detection currents Id and Iq and the angular velocity ω of the rotor. La · Iq, −ω · (φa + La · Id) is calculated. The inductance La and the magnetic flux φa are predetermined constants. The calculation units 32 and 33 subtract the non-interference correction values ω · La · Iq and −ω · (φa + La · Id) from the d-axis and q-axis command voltages Vd * and Vq *, respectively, to correct the d-axis and q-axis. Command voltage Vd * ′ = Vd * −ω · La · Iq, Vq * ′ = Vq * + ω · (φa + La · Id) is calculated.
[0013]
The two-phase / three-phase coordinate conversion unit 34 converts the d-axis and q-axis correction command voltages Vd * ′ and Vq * ′ into the three-phase command voltages Vu *, Vv * and Vw *, and the converted three-phase command. The voltages Vu *, Vv *, and Vw * are supplied to the PWM voltage generator 35. The PWM voltage generator 35 outputs PWM control voltage signals UU, VU, WU corresponding to the three-phase command voltages Vu *, Vv *, Vw * to the inverter circuit 36. The inverter circuit 36 generates three-phase excitation voltage signals Vu, Vv, Vw corresponding to the PWM control voltage signals UU, VU, WU, and outputs the excitation voltage signals Vu, Vv, Vw to the three-phase excitation current path. Are supplied to the brushless motor 11 respectively. Current sensors 37 and 38 are provided in two of the three-phase excitation current paths, and each of the current sensors 37 and 38 is an excitation of two of the three-phase excitation currents Iu, Iv, and Iw for the brushless motor 11. The currents Iu and Iw are detected and output to the three-phase / two-phase coordinate conversion unit 41. The three-phase / two-phase coordinate conversion unit 41 is also supplied with the excitation current Iv calculated by the calculation unit 42 based on the detection currents Iu and Iw. The three-phase / two-phase coordinate converter 41 converts these three-phase detection excitation currents Iu, Iv, Iw into two-phase detection excitation currents Id, Iq.
[0014]
Further, the two-phase pulse train signal and the zero-phase pulse train signal from the rotation angle sensor 16 are continuously supplied to the electrical angle converter 43 at a predetermined sampling period. The electrical angle conversion unit 43 calculates the electrical angle θo of the rotor of the brushless motor 11 with respect to the stator based on each pulse train signal, and supplies it to the electrical angle correction unit 44. The electrical angle correction unit 44 corrects the calculated electrical angle θo and supplies the corrected electrical angle θ to the angular velocity conversion unit 45. The angular velocity conversion unit 45 calculates the angular velocity ω of the rotor relative to the stator by differentiating the corrected electrical angle θ. Note that the angular velocity ω represents positive rotation of the rotor in the positive direction and negative rotation of the rotor in the negative direction.
[0015]
As shown in FIG. 2, the electrical angle correction unit 44 includes a correction calculation unit 44a, a first coefficient determination unit 44b, and a second coefficient determination unit 44c. The correction calculation unit 44a inputs the electrical angle θo from the electrical angle conversion unit 43 and the angular velocity ω from the angular velocity conversion unit 45, and the first and second coefficients a from the first and second coefficient determination units 44b and 44c. , B are input, and if the rotation direction of the rotor is positive (ω ≧ 0), the corrected electrical angle θ is calculated by executing the calculation of Equation 1 below. If the rotation direction of the rotor is negative (ω <0), the corrected electrical angle θ is calculated by executing the calculation of the following formula 2.
[0016]
[Expression 1]
θ = θo + a · δ + b · ω · Δ
[0017]
[Expression 2]
θ = θo−a · δ + b · ω · Δ
[0018]
Here, δ is a positive constant representing the resolution of the rotation angle sensor 16, and Δ is a positive constant representing the sampling period for taking the signal from the rotation angle sensor 16 into the electrical angle conversion unit 43. In the above formulas 1 and 2, the third term b · ω · Δ also takes a positive or negative value depending on the rotational direction of the rotor, depending on whether the angular velocity ω is positive or negative.
[0019]
The first coefficient determination unit 44b inputs coefficient determination information including the rotation state (operating state) and control state of the brushless motor 11 such as battery voltage in addition to the angular velocity ω, and the following (1) to (4) The first coefficient a is determined according to the conditions of The first coefficient a varies between “0.0” and “1.0”, and setting the value close to “0.0” delays the electrical angle θ, so that the strong magnetic flux is increased. It means to perform the control of the side. In addition, setting the first coefficient a to a value close to “1.0” means that the electric angle θ is advanced, and therefore, the weak flux side control is performed.
[0020]
(1) Since the error due to the resolution of the rotation angle sensor 16 takes a random value between 0 and δ, the first coefficient a is basically set to an average value “0.5”. Thereby, during the normal operation of the brushless motor 11, the variation in torque can be reduced and the average efficiency can be improved.
[0021]
(2) When the rotational speed of the rotor is low (when the absolute value | ω | of the angular velocity ω is equal to or smaller than the predetermined minute value ε), the first coefficient a is set to “0.0” regardless of the above (1). . As a result, it is possible to avoid hunting of the correction rotation angle θ due to repeated positive and negative in the vicinity of the angular velocity ω of “0.0”, and the effect of the above (1) in the situation where the influence of the error due to the resolution is small and the necessity for correction is small. The adverse effects of correction can be avoided.
[0022]
(3) When the battery voltage is lower than a normal value and smaller than a predetermined value, the first coefficient a is set to “1.0” regardless of the above (1) and (2). Thereby, the brushless motor 11 is controlled to the magnetic flux weakening side, and it is possible to give a control margin to the excitation voltage.
[0023]
Regardless of the above conditions (2) and (3), the first coefficient a may be set to “0.5” during the magnetic flux weakening control (displayed by coefficient determination information). This is because the d-axis and q-axis command currents Id * and Iq * fluctuate when the correction rotation angle θ fluctuates including an error, so that an average value is obtained as described in the condition (1). This is to suppress the variation of the correction rotation angle θ as much as possible.
[0024]
The second coefficient determination unit 44c receives coefficient determination information including the rotation state (running state) and control state of the brushless motor 11 such as the battery voltage in addition to the angular velocity ω, and according to the following conditions (5) The second coefficient b is determined.
[0025]
(5) When the rotational speed of the rotor is low (when the absolute value | ω | of the angular velocity ω is equal to or smaller than the predetermined minute value ε), the second coefficient b is set to “0.0”. Otherwise, the second coefficient b is set to “1.0”. Note that the second coefficient b being “1.0” means that the influence of delay due to sampling is taken into account, and the coefficient b being “0.0” means that the influence of delay due to sampling is ignored. .
[0026]
Therefore, when the rotor is rotating at medium and high speeds under the condition (5), the correction value ωΔ can eliminate delay errors for various calculations depending on the sampling period. In addition, when the rotational speed of the rotor is low, that is, when the correction value ωΔ is very small and the influence on the error is small, and the necessity for correction is small, the angular speed ω is positive or negative in the vicinity of “0.0”. It is possible to avoid the influence of disturbance (cause of the oscillation of the corrected electrical angle θ) caused by repetition.
[0027]
When the first and second coefficients a and b are changed in the first and second coefficient determination units 44b and 44c, sudden changes in the corrected electrical angle θ and the angular velocity ω may cause torque vibration. The correction coefficients a and b determined according to the above conditions (1) to (5) are subjected to low-pass filter processing, change regulation processing for limiting the change or change rate of the correction coefficients a and b to a predetermined value, or the like. It is preferable to output the corrected electrical angle θ later.
[0028]
The electrical control device having the above configuration is housed in an electronic circuit unit except for the various sensors 14, 16, 37, and 38 and the inverter circuit 36, and the circuit in the unit is configured by a hardware circuit that performs digital processing. However, in this embodiment, it is constituted by a microcomputer device. And each part 21-28, 31-35, 41-45 in an electronic circuit unit implement | achieves each function by program processing. Therefore, detection signals from the various sensors 14, 16, 37, and 38 are input to each part of the electronic circuit unit in the form of detection values sampled at a predetermined sampling rate (sampling period).
[0029]
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described. When the driver turns the steering handle 12, the turning operation is transmitted to the tie rod 13, and the front wheel is steered by the movement of the rod 13 in the axial direction. At the same time, the steering torque sensor 15 detects the steering torque applied to the steering shaft 14, and the brushless motor 11 is servo-controlled by the electric control device to drive the tie rod 13 with the assist torque according to the steering torque. The front wheels are steered while being assisted by the driving force of the brushless motor 11.
[0030]
In the servo control by this electric control device, the basic assist force calculation unit 21, the return force calculation unit 22 and the calculation unit 23 perform a command torque based on the detected steering torque, the vehicle speed, the corrected electric angle θ of the rotor and the angular velocity ω. While calculating T *, the command current determination unit 24 determines the d-axis and q-axis command currents Id * and Iq * based on the command torque T * and other various sensor values. Then, the calculation units 25 and 26, the proportional integration control units 27 and 28, the two-phase / three-phase coordinate conversion unit 34, the PWM voltage generation unit 35, and the inverter circuit 36 are converted into current sensors 37 and 38, three-phase / 2-phase coordinate conversion. The brushless motor 11 is controlled using the d-axis and q-axis detection currents Id and Iq fed back by the unit 41 and the calculation unit 42. In this case, the non-interference correction value calculation unit 31 and the calculation units 32 and 33 are configured so that the d-axis and q-axis command voltages from the proportional-integral control units 27 and 28 are used to cancel out the speed electromotive force that interferes between the d and q axes. Correct Vd * and Vq *.
[0031]
In such servo control, in the return force calculation unit 22, the non-interference correction value calculation unit 31, the 2 phase / 3 phase coordinate conversion unit 34, and the 3 phase / 2 phase coordinate conversion unit 34, correction is performed by the electrical angle correction unit 44. The corrected electrical angle θ or the angular velocity ω converted by the angular velocity converter 45 is used. In this case, the electrical angle correction unit 44 performs a predetermined correction value (detection rotation) on the detected electrical angle θo calculated by the electrical angle conversion unit 43 according to the rotation direction of the rotor by performing the calculations of the above formulas 1 and 2. The detected electrical angle θo is corrected by adding or subtracting the correction value a · δ depending on the angular resolution and the sampling period Δ of the detected rotation angle and the correction value b · ω · Δ depending on the angular velocity ω of the rotor. As a result, even if the resolution of the rotation angle detected by the rotation angle sensor 16 is somewhat large or the sampling period Δ input from the sensor 16 to the electrical angle converter 43 is somewhat long, it depends on the resolution δ or the sampling period Δ. The detected error is corrected, the accuracy of the corrected electrical angle θ and the angular velocity ω is improved, and the control accuracy of the brushless motor 11 and the electric power steering device is improved.
[0032]
Furthermore, in the correction, the coefficients a and b of the correction values a, δ, b, ω, and Δ are used to determine the rotational state (operating state) of the brushless motor 11 as in the above-described conditions (1) to (5). Since the control is performed according to the control state, the correction is performed accurately, the accuracy of the correction electrical angle θ and the angular velocity ω is further improved, and the control accuracy of the brushless motor 11 and the electric power steering device is also improved. improves.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic diagram of an electric power steering device for a vehicle to which an electric control device for an AC motor according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a detailed block diagram of an electrical angle correction unit in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Brushless motor, 12 ... Steering handle, 15 ... Steering torque sensor, 16 ... Rotation angle sensor, 24 ... Command current determination part, 27, 28 ... Proportional integral control part (PI control part), 31 ... Non-interference correction value calculation 34, 2-phase / 3-phase coordinate conversion unit, 35 ... PWM voltage generation unit, 36 ... inverter circuit, 37, 38 ... current sensor, 41 ... 3-phase / 2-phase coordinate conversion unit, 43 ... electrical angle conversion unit, 44: electrical angle correction unit, 45: angular velocity conversion unit.

Claims (2)

交流モータにおける回転子の回転角を検出する回転角検出手段を備え、同回転角検出手段による検出回転角を用いて回転子の回転を制御する交流モータの電気制御装置において、
前記検出回転角を用いて回転子の角速度を計算する角速度計算手段と、
前記検出回転角に回転子の回転方向に応じて前記回転角検出手段による検出回転角の分解能に依存した補正値を加減算することにより同検出回転角の誤差を補正する補正手段とを設け、
前記補正手段は、前記計算した回転子の角速度が所定微小値以下のとき、前記補正値の加減算を行わないようにしたことを特徴とする交流モータの電気制御装置。
In an electric control device for an AC motor that includes rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the rotor in the AC motor, and controls the rotation of the rotor using the rotation angle detected by the rotation angle detection means.
Angular velocity calculation means for calculating the angular velocity of the rotor using the detected rotation angle;
Correction means for correcting an error of the detected rotation angle by adding or subtracting a correction value depending on the resolution of the detected rotation angle by the rotation angle detection means according to the rotation direction of the rotor according to the rotation direction of the rotor ;
The AC control apparatus for an AC motor, wherein the correction means does not perform addition / subtraction of the correction value when the calculated angular velocity of the rotor is a predetermined minute value or less .
交流モータにおける回転子の回転角を検出する回転角検出手段を備え、同回転角検出手段による検出回転角を用いて回転子の回転を制御する交流モータの電気制御装置において、
前記検出回転角を用いて回転子の角速度を計算する角速度計算手段と、
前記検出回転角に回転子の回転方向に応じて前記検出回転角のサンプリング周期及び前記計算した回転子の角速度に依存した補正値を加減算することにより同検出回転角の誤差を補正する補正手段とを設け、
前記補正手段は、前記計算した回転子の角速度が所定微小値以下のとき、前記補正値の加減算を行わないようにしたことを特徴とする交流モータの電気制御装置。
In an electric control device for an AC motor that includes rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the rotor in the AC motor, and controls the rotation of the rotor using the rotation angle detected by the rotation angle detection means.
Angular velocity calculation means for calculating the angular velocity of the rotor using the detected rotation angle;
Correction means for correcting an error of the detected rotation angle by adding or subtracting a correction value depending on a sampling period of the detected rotation angle and the calculated angular velocity of the rotor in accordance with a rotation direction of the rotor to the detected rotation angle; Provided,
The AC control apparatus for an AC motor, wherein the correction means does not perform addition / subtraction of the correction value when the calculated angular velocity of the rotor is a predetermined minute value or less .
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