CN1877981A - 控制电机的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种控制电机的装置和方法，其中速度测量单元测量电机实验旋转一周期间电机在各个位置处的旋转速度；速度变化检测单元基于所测量的旋转速度，检测由于变动力矩引起的在旋转电机的各个位置处的电机旋转速度的变化；速度存储单元将所测量的旋转电机的各个位置的旋转速度存储在与旋转电机的各个位置对应的地址中；和电机控制单元基于所存储的旋转速度，控制旋转电机的各个位置处的电机旋转速度。因此，能够精确地控制电机的速度和位置，并且可以避免由于旋转速度波动引起的成像装置中的打印质量恶化。

Description

控制电机的装置和方法
技术领域
本发明涉及控制一电机。更具体地，本发明涉及一种控制电机的装置和方法，当电机处于各个位置时，通过实验性地旋转电极，检测由于变动力矩(cogging torque)引起的电机旋转速度的变化，并且校正电机的旋转速度，从而控制电机。
背景技术
电机中的变动力矩是由电机的位置引起磁通量的变化而形成的。
图1是图解说明由传统电机控制装置和方法控制的电机的旋转速度相对于位置的图。传统电机控制装置和方法反馈电机的参考速度100和真正旋转速度150之间的差，以便控制电机以恒定速度旋转。
然而，在传统电机控制装置和方法可能会出现这样的问题，即，电机的真正旋转速度150由于变动力矩而未被维持恒定，并且在真正旋转速度150中产生波动，如图1所示。
传统电机控制装置和方法由于变动力矩而不能精确地控制电机的速度和位置。而且，由于成像装置中使用的电机以低速操作，因此打印质量由于波动而恶化。
因此，需要一种改进的电机控制装置和方法来控制电机的旋转速度和位置。
发明内容
本发明示例性实施例的一方面旨在至少解决上述问题和/或缺点和至少提供下述优点。因此，本发明的示例性实施例的一方面是提供一种控制电机的装置和方法，当旋转电机处于各个位置时，通过实验性地旋转电极，检测由于变动力矩引起的电机旋转速度的变化，并且校正电机的旋转速度，从而控制电机。
根据本发明示例性实施例的一方面，提供了一种控制电机的装置，其中速度测量单元测量电机实验旋转一周(revolution)期间电机在各个位置处的旋转速度；速度变化检测单元基于所测量的旋转速度，检测由于变动力矩引起的在旋转电机的各个位置处的电机旋转速度的变化；速度存储单元将所测量的旋转电机的各个位置的旋转速度存储在与旋转电机的各个位置对应的地址中；和电机控制单元基于所存储的旋转速度，控制旋转电机的各个位置处的电机旋转速度。
在示例性实现中，速度变化检测单元计算电机实验旋转一周期间所测量的旋转速度的平均值，并且计算平均值与所测量的旋转速度之间的差以检测旋转速度的变化。
在另一示例性实现中，速度变化检测单元计算用于控制电机的参考速度与所测量的旋转速度之间的差以检测旋转速度的变化。
在又一示例性实现中，电机控制单元包括：参考速度校正单元，用于基于所存储的在旋转电机的各个位置处的旋转速度，校正用于控制电机的参考速度；和旋转速度控制单元，用于基于所校正的参考速度，控制在旋转电机的各个位置处的旋转速度。
在又一示例性实现中，参考速度校正单元使用下列公式利用在旋转电机的各个位置处测量的旋转速度来校正参考速度：
Vnew＝Vref-A*Dif[n％N]
其中，Vnew表示校正后的新参考速度，Vref表示校正前的参考速度，A表示常数，n表示电机的当前位置，N表示旋转电机被划分的位置的数量，Dif[n％N]表示与旋转电机的当前位置对应的所测量的旋转速度。
在示例性实现中，速度测量单元可以通过编码器读取在电机的旋转轴周围安装的转轮上的多个被划分的部分，以测量电机的旋转速度。
在另一示例性实现中，当对电机施加电力时，速度测量单元测量在电机旋转一周期间旋转电机的各个位置处的旋转速度。
根据本发明示例性实施例的另一方面，提供了一种控制电机的方法，其中，测量在电机实验旋转一周期间旋转电机在各个位置处的旋转速度；利用所测量的旋转速度，检测由于变动力矩引起的在各个位置处的电机旋转速度的变化；将所测量的旋转电机的各个位置的旋转速度存储在与旋转电机的各个位置对应的地址中；和基于所存储的旋转速度，控制在旋转电机的各个位置处的电机旋转速度。
在示例性实现中，检测旋转速度的步骤包括：计算电机实验旋转一周期间所测量的旋转速度的平均值，并且计算平均值与所测量的旋转速度之间的差，以检测旋转速度的变化。
在另一示例性实现中，检测旋转速度的步骤包括：计算用于控制电机的参考速度与所测量的旋转速度之间的差，以检测旋转速度的变化。
在又一示例性实现中，控制旋转速度的步骤包括：基于所存储的在旋转电机的各个位置处的旋转速度，校正用于控制电机的参考速度；和基于所校正的参考速度，控制在旋转电机的各个位置处的旋转速度。
在再一示例性实现中，校正参考速度的步骤包括：使用下列公式利用旋转电机的各个位置处的旋转速度来校正参考速度：
Vnew＝Vref-A*Dif[n％N]
其中，Vnew表示校正后的新参考速度，Vnef表示校正前的参考速度，A表示常数，n表示电机的当前位置，N表示旋转电机被划分的位置的数量，Dif[n％N]表示所测量的与旋转电机的当前位置对应的旋转速度。
在示例性实现中，测量旋转速度的步骤包括：通过编码器读取在电机的旋转轴周围安装的转轮上的多个被划分的部分，以测量电机的旋转速度。
在另一示例性实现中，测量旋转速度的步骤包括：当对电机施加电力时，测量电机旋转一周期间在旋转电机的各个位置处的旋转速度。
根据本发明示例性实施例的又一发明，提供了一种其中包含用于控制电机的方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
根据结合附图公开的本发明的示例性实施例的下列详细描述中，本发明的其他目的、优点和突出特征对于本领域的普通技术人员将变得明显。
附图说明
从结合附图的下列描述中，本发明的某些示例性实施例的上面和其他目的、特征和优点将会更加明显，其中：
图1是图解说明由传统电机控制装置和方法控制的电机的旋转速度相对于位置的图；
图2是根据本发明示例性实施例的电机控制装置的方框图；
图3是图解说明根据本发明示例性实施例的电机控制方法的流程图；
图4A和4B是图2的电机控制装置的速度测量单元的图；
图5是图解说明由图4A和4B的速度测量单元测量的旋转速度相对于位置的图；
图6是图解说明由图2的电机控制装置的速度变化检测单元210检测的旋转速度相对于位置的图；
图7A是图解说明由传统电机控制装置和方法控制的电机的旋转速度的图；和
图7B是图解说明由根据本发明示例性实施例的电机控制装置和方法控制的电机的旋转速度的图。
整个附图中，相同的附图标记将被理解为指向相同的元件、特征和结构。
具体实施方式
说明书中所定义的事物，诸如详细构造和元件，被提供来辅助全面理解本发明的实施例。因此，本领域的普通技术人员将会意识到，在不背离本发明的范畴和精神的情况下，可以进行此处描述的实施例的各种各样的变化和修改。而且，为了清楚和简洁，省略了已知功能和构造的描述。
图2是根据本发明示例性实施例的电机控制装置的方框图。电机控制装置包括速度测量单元200、速度变化检测单元210、速度存储单元220、和电机控制单元230。电机控制单元230包括参考速度校正单元240和旋转速度控制单元250。
当电机实验性地旋转时，速度测量单元200测量旋转电机处于各个位置时的旋转速度。例如，当向电机施加电力时，速度测量单元200测量在每旋转一周期间各个位置处的电机旋转速度。
图4A和4B是图2的电机控制装置的速度测量单元200的图。速度测量单元200包括电机400、转轮410、编码器420和轴430。
速度测量单元200通过编码器420读取在与轴430相同的旋转轴上安装的转轮410的组合图案，以测量电机的旋转速度。
组合图案包括透明的片段(segment)并且是在转轮410上产生的，该转轮是玻璃盘，从而转轮410被划分为表示旋转电机的位置的多个部分。
编码器420光学地检测转轮410上的组合图案作为二进制数据。
例如，当转轮410每旋转一周包括334个计数(cpr)，也就是，334个透明片段，并且编码器420包括两个通道时，速度测量单元200在电机的1336(334×4)个位置处测量电机的旋转速度。
图5是图解说明由速度测量单元测量200测量的旋转速度相对于旋转电机的位置的图。当电机旋转一周被划分为预定数量的位置时，对所划分的位置分配特定地址。
速度变化检测单元210基于速度测量单元200测量的旋转速度，检测由于变动力矩引起的旋转速度的变化。
速度变化检测单元210计算速度测量单元200在电机的实验旋转一周期间测量的旋转速度的平均值，并且计算平均值与速度测量单元200在各个位置处测量的旋转速度之间的差，以检测由于变动力矩引起的旋转速度的变化。
或者，速度变化检测单元210计算用于控制电机的参考速度与速度测量单元200在各个位置处测量的旋转速度之间的差，以检测由于变动力矩引起的旋转速度的变化。
图6是图解说明由速度变化检测单元210检测的旋转速度相对于旋转电机的位置的图。
速度存储单元220将旋转速度存储在与速度变化检测单元210检测到的旋转电机的位置对应的地址中。例如，当速度测量单元200将旋转电机的位置划分为N个位置并且测量电机的旋转速度时，速度变化检测单元210检测旋转电机的N个位置处的旋转速度。速度存储单元220随后依次存储所检测的旋转速度作为Dif[0]～Dif[N-1]。
电机控制单元230基于速度存储单元220中存储的旋转速度值，控制旋转电机的位置处的旋转速度。
电机控制单元230包括参考速度校正单元240和旋转速度控制单元250。
参考速度校正单元240读取速度存储单元220中存储的旋转速度值，并且基于所读取的旋转速度值来校正参考速度。参考速度校正单元240使用180度相位差来改变从速度存储单元220读取的旋转速度值，并且将改变的值与参考速度相加，以校正参考速度。
参考速度校正单元240使用下列公式利用在旋转电机的各个位置处测量的旋转速度来校正参考速度：
Vnew＝Vref-A*Dif[n％N]            ...(1)
其中，Vnew表示校正后的新参考速度，Vref表示校正前的参考速度，N表示电机的位置的数量，n表示电机的当前位置，n％N表示电机对于电机旋转周期的当前位置，Dif[n％N]表示与旋转电机对于电机旋转周期的当前位置对应的、在速度存储单元230中存储的旋转速度，A表示用于校正由于变动力矩产生的波动(ripple)的常数。通过实验将常数A设定为导致最小波动的值。
旋转速度控制单元250基于参考速度校正单元240校正的参考速度，控制电机的旋转速度。
图3是图解说明根据本发明示例性实施例的电机控制方法的流程图。
在操作300中，确定电机是否需要实验性地旋转以测量电机的旋转速度。当向电机施加电力时可以实验性地旋转电机。
如果在操作300中确定电机需要实验性地旋转，则处理继续到操作310。在操作310中，电机旋转一次，并且测量旋转电机的规则位置处的旋转速度。
在操作320中，计算在电机的一次实验旋转一周期间在操作310中测量的旋转速度值的平均值。
在操作330中，计算在操作320中计算的平均值与在操作310中测量的每个位置处的旋转速度之间的差，以检测由于变动力矩引起的旋转速度的变化。
或者，在操作320和330中，可以计算参考速度与在操作310中测量的每个位置处的旋转速度之间的差，以检测由于变动力矩引起的旋转速度的变化。
在操作340中，将操作330中检测到的旋转速度值存储在诸如存储器的存储介质中。例如，当旋转电机的位置被划分为N个位置并且在操作310中测量电机的旋转速度时，在操作340中，将在旋转电机的各个位置处检测到的旋转速度值依次存储为Dif[0]～Dif[N-1]。
在操作350中，读取所存储的旋转速度值，并且基于所读取的旋转速度值校正参考速度。在操作350中，使用180度相差来改变操作340中存储的旋转速度值，并且将其与参考速度相加，以校正参考速度。
在操作350中，使用下列公式利用在旋转电机的各个位置处测量的参考速度来校正参考速度：
Vnew＝Vref-A*Dif[n％N]        ...(2)
其中，Vnew表示校正后的新参考速度，Vref表示校正前的参考速度，N表示电机的位置的数量，n％N表示电机对于电机旋转周期的当前位置，Dif[n％N]表示与旋转电机的当前位置对应的、在操作340中存储的旋转速度，A表示用于校正由于变动力矩产生的波动的常数。通过实验将常数A设定为导致最小波动的值。
在操作360中，基于操作350中校正的参考速度来控制电机的旋转速度。
本发明可被实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读介质包括存储有计算机系统可读的数据的各种记录设备。计算机可读记录介质的示例包括ROM、RAM、CD-RAM、磁带、软盘和光数据存储器。
通过实验性地旋转电机，检测由于变动力矩引起的旋转速度的变化，并且校正旋转电机位置处电机的旋转速度，可以使用根据本发明示例性实施例的电机控制装置和方法来控制电机。
图7A是图解说明由传统电机控制装置和方法控制的电机的旋转速度的图。图7B是图解说明由根据本发明示例性实施例的电机控制装置和方法控制的电机的旋转速度的图。
附图标记700和750表示控制电机的参考速度，而附图标记720和770表示电机的真正旋转速度。传统电机控制装置和方法产生由于变动力矩引起的相对于参考速度多达17％的变化的旋转速度波动，而根据本发明示例性实施例的电机控制装置和方法产生由于变动力矩引起的相对于参考速度多达12％的变化的旋转速度波动，这比传统领域中得到的速度波动低5％。
结果，本发明示例性实施例的电机控制装置和方法可以精确地控制电机的速度和位置。而且，可以有效地避免成像装置中由于旋转速度波动引起的打印质量恶化。
尽管已经参考本发明的某些示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应当理解，在不背离由所附权利要求定义的本发明的精神和范畴的情况下，可以在其中作出形式和细节上的各种各样的修改。

Claims (15)

1.一种控制电机的装置，所述装置包括：
速度测量单元，用于测量电机旋转一周期间电机在各个位置的旋转速度；
速度变化检测单元，用于基于所测量的旋转速度，检测由于变动力矩引起的在电机旋转的各个位置处电机旋转速度的变化；
速度存储单元，用于将所测量的旋转电机的各个位置的旋转速度存储在与旋转电机的各个位置对应的地址中；和
电机控制单元，用于基于所存储的旋转速度，控制旋转电机的各个位置处的电机旋转速度。
2.如权利要求1所述的装置，其中速度变化检测单元计算电机旋转一周期间所测量的旋转速度的平均值，并且计算平均值与所测量的旋转速度之间的差以检测旋转速度的变化。
3.如权利要求1所述的装置，其中速度变化检测单元计算用于控制电机的参考速度与所测量的旋转速度之间的差以检测旋转速度的变化。
4.如权利要求1所述的装置，其中电机控制单元包括：
参考速度校正单元，用于基于所存储的在旋转电机的各个位置处的旋转速度，校正用于控制电机的参考速度；和
旋转速度控制单元，用于基于所校正的参考速度，控制在旋转电机的各个位置处的旋转速度。
5.如权利要求4所述的装置，其中参考速度校正单元使用下列公式利用在旋转电机的各个位置处测量的旋转速度来校正参考速度：
Vnew＝Vref-A*Dif[n％N]
其中，Vnew表示校正后的新参考速度，Vref表示校正前的参考速度，A表示常数，n表示电机的当前位置，N表示旋转电机被划分的位置的数量，Dif[n％N]表示与旋转电机的当前位置对应的所测量的旋转速度。
6.如权利要求1所述的装置，其中速度测量单元通过编码器读取在电机的旋转轴周围安装的转轮上的至少一个被划分的部分，以测量电机的旋转速度。
7.如权利要求1所述的装置，其中当对电机施加电力时，速度测量单元测量在电机旋转一周期间旋转电机的各个位置处的旋转速度。
8.一种控制电机的方法，包括：
测量电机旋转一周期间旋转电机在各个位置处的旋转速度；
基于所测量的旋转速度，检测由于变动力矩引起的在各个位置处的电机旋转速度的变化；
将所测量的旋转电机的各个位置的旋转速度存储在与旋转电机的各个位置对应的地址中；和
基于所存储的旋转速度，控制在旋转电机的各个位置处的电机旋转速度。
9.如权利要求8所述的方法，其中检测旋转速度的步骤包括：计算电机旋转一周期间所测量的旋转速度的平均值，并且计算平均值与所测量的旋转速度之间的差，以检测旋转速度的变化。
10.如权利要求8所述的方法，其中检测旋转速度的步骤包括：计算用于控制电机的参考速度与所测量的旋转速度之间的差，以检测旋转速度的变化。
11.如权利要求8所述的方法，其中控制旋转速度的步骤包括：
基于所存储的在旋转电机的各个位置处的旋转速度，校正用于控制电机的参考速度；和
基于所校正的参考速度，控制在旋转电机的各个位置处的旋转速度。
12.如权利要求11所述的方法，其中校正参考速度的步骤包括：使用下列公式利用旋转电机的各个位置处的旋转速度来校正参考速度：
Vnew＝Vref-A*Dif[n％N]
其中，Vnew表示校正后的新参考速度，Vref表示校正前的参考速度，A表示常数，n表示电机的当前位置，N表示旋转电机被划分的位置的数量，Dif[n％N]表示所测量的与旋转电机的当前位置对应的旋转速度。
13.如权利要求8所述的方法，其中测量旋转速度的步骤包括：通过编码器读取在电机的旋转轴周围安装的转轮上的至少一个被划分的部分，以测量电机的旋转速度。
14.如权利要求8所述的方法，其中测量旋转速度的步骤包括：当对电机施加电力时，测量电机旋转一周期间在旋转电机的各个位置处的旋转速度。
15.一种包含根据权利要求8的方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
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