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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorantriebssteuerung und ein Verfahren zum Steuern eines Motors.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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In Absatz 0030 von
JP-A-H06(1994)-245590 wird beschrieben, dass „Lärm, der von einem Schrittmotor erzeugt wird, in hohem Maße durch periodisches Modulieren einer Motorantriebsfrequenz in einem Konstantdrehzahldrehzeitraum verringert werden kann.” In Absatz 0006 von
JP-A-H06(1994)-245590 wird beschrieben, dass „wenn ein Schrittmotor bei einer gleichbleibenden Drehzahl (fo) angetrieben wird, der Schrittmotor durch Überlagern eines Signals mit einer Modulationsbreite (Δf), die in einer Periode (l/fs) variiert, bei der gleichbleibenden Drehzahl (fo) angetrieben wird.” In Absätzen 0022 bis 0027 von
JP-A-H06(1994)-245590 wird beschrieben, dass „Festlegen von Bereichen der Periode (l/fs) und der Modulationsbreite (Δf), in der eine gute Lärmverringerungswirkung erzielt wird.” Wenn ein Schrittmotor eine Resonanzfrequenz bei einer vorherbestimmten Antriebsdrehzahl aufweist und der Motor bei einer Drehzahl nahe an der Resonanzfrequenz angetrieben wird, gab es Probleme, dass große Schwingungswelligkeiten basierend auf einer Frequenzmodulation auftreten und abnormaler Lärm (Schlaglärm) auftritt. Es besteht auch ein Problem, dass Drehmomentwelligkeiten aufgrund der Frequenzmodulation auftreten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Einer von Gegenständen der vorliegenden Erfindung ist, eine Motorantriebssteuerung und ein Verfahren zum Steuern eines Motors anzugeben, die abnormale Geräusche oder Drehmomentwelligkeiten, die bei periodischem Modulieren einer Antriebsfrequenz des Schrittmotors erzeugt werden, unterdrücken können.
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Gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Motorantriebssteuerung mit: einer Steuerungsschaltung, die einen Wechselstrom, der in einem Motor fließt, steuert; einer Frequenzmodulationseinheit, die eine Drehzahl des Motors frequenzmoduliert, wenn der Motor bei einer vorherbestimmten Drehzahl angetrieben wird; und einer Stromeffektivwertsteuerung, die einen Effektivwert des Wechselstroms, der in dem Motor fließt, verringert, wenn die Drehzahl des Motors, die durch die Frequenzmodulationseinheit moduliert wird, näher an eine Resonanzfrequenz des Motors kommt, vorgesehen.
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Gemäß einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Motorantriebssteuerung mit: einer Steuerungsschaltung, die einen Wechselstrom, der in einem Motor fließt, steuert; einer Frequenzmodulationseinheit, die eine Drehzahl des Motors frequenzmoduliert, wenn der Motor bei einer vorherbestimmten Drehzahl angetrieben wird; und einer Stromeffektivwertsteuerung, die einen Effektivwert des Wechselstroms, der in dem Motor fließt, mit derselben Phase wie eine Variation der Drehzahl des Motors durch die Frequenzmodulationseinheit frequenzmoduliert, vorgesehen.
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Gemäß einer noch anderen veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Motors vorgesehen, das: Steuern eines Wechselstroms, der dem Motor zugeführt wird, zum Frequenzmodulieren einer Drehzahl des Motors, wenn der Motor bei einer vorherbestimmten Drehzahl angetrieben wird; und Verringern eines Effektivwerts des Wechselstroms, der in dem Motor fließt, wenn die Drehzahl des Motors, die durch die Frequenzmodulation moduliert wird, näher an eine Resonanzfrequenz des Motors kommt, aufweist.
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KURZE BECHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den beigefügten Zeichnungen:
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ist 1 ein Schaubild, das schematisch eine Ausgestaltung einer Motorantriebssteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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ist 2 ein genaues Blockschaubild der Motorantriebssteuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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ist 3 ein Schaubild, das einen Vorgang von Unterdrücken eines abnormalen Lärms, wenn Frequenzmodulation bei einem höheren Drehzahlbereich als eine Resonanzfrequenz durchgeführt wird, darstellt;
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ist 4 ein Schaubild, das einen Vorgang von Unterdrücken eines abnormalen Lärms, wenn Frequenzmodulation bei einem niedrigeren Drehzahlbereich als eine Resonanzfrequenz durchgeführt wird, darstellt;
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ist 5 ein Schaubild, das einen Vorgang von Unterdrücken einer Drehmomentvariation darstellt;
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ist 6 ein Wellenformschaubild, das eine Beziehung zwischen einer Frequenzmodulation und einem Referenzstromwert darstellt,
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ist 7 ein Schaubild, das ein Beispiel des Referenzstromwerts darstellt, in dem eine Periode in 32 Abschnitte geteilt ist;
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sind 8A und 8B Flussdiagramme, die einen Steuerungsprozess und einen Festlegungsprozess des Referenzstromwerts gemäß der Ausführungsform darstellen; und
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sind 9A und 9B Schaubilder, die Ursachen von Schwingung und abnormalem Lärm gemäß einem Vergleichsbeispiel darstellen.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
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1 ist ein Schaubild, das schematisch eine Ausgestaltung einer Motorantriebssteuerung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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In 1 ist ein Schrittmotor 120 ein bipolarartiger zweiphasiger Schrittmotor und weist einen Rotor 126, der einen Permanentmagneten aufweist und drehbar vorgesehen ist, und Statoren 122XP, 122XN, 122YP und 122YN, die an vier gleichen Positionen in der Umfangsrichtung des Umfangs des Rotors 126 ausgebildet sind, auf. Die Statoren 122XP und 122XN bilden eine X-Phase aus. Die Statoren 122YP und 122YN bilden eine Y-Phase aus. Nachfolgend liegt, wenn jeder Stator nicht ausdrücklich voneinander unterschieden wird, ein Fall einfachen Beschreibens des Stators 122 vor
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Ein Wicklungsdraht ist um jeden der Statoren gewickelt. Wicklungsdrähte, die um die Statoren 122YP und 122YN gewickelt sind, sind miteinander in Reihe verbunden und die Wicklungsdrähte werden zusammen als „ein Statorwicklungsdraht 124Y” bezeichnet. Auf dieselbe Weise sind Wicklungsdrähte, die um die Statoren 122XP und 122XN gewickelt sind, miteinander in Reihe verbunden und die Wicklungsdrähte werden zusammen als „ein Statorwicklungsdraht 124X” bezeichnet.
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Eine Host-Vorrichtung 130 gibt ein Drehzahlbefehlssignal eines Befehlens einer Drehzahl des Schrittmotors 120 aus. Eine Motorantriebssteuerung 100 treibt den Schrittmotor 120 in Erwiderung auf das Drehzahlbefehlssignal an und steuert ihn. Die Motorantriebssteuerung 100 weist H-Brückenschaltungen 20X und 20Y auf, die eine X-phasige Spannung VMX und eine V-phasige Spannung VMV an die Statorwicklungsdrähte 124X bzw. 124Y anlegen.
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2 ist ein genaues Blockschaubild einer Motorantriebssteuerung 100. 1 stellt zwei Sätze von Statorwicklungsdrähten 124X und 124Y und zwei Sätze von H-Brückenschaltungen 20X und 20Y dar, aber 2 stellt einen der Statorwicklungsdrähte als einen Statorwicklungsdraht 124 dar und stellt eine der H-Brückenschaltungen als eine H-Brückenschaltung 20 dar.
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Ein Prozessor (eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU)) 101, der in der Motorantriebssteuerung 100 montiert ist, steuert jede Einheit basierend auf verschiedenen Tabellen oder Steuerungsprogrammen, die in einem Nur-Lese-Speicher (ROM) 103 gespeichert sind. Ein Zeitgeber 102 misst Zeit, die von dem Rücksetzzeitpunkt unter Steuerung der CPU 101 verstrichen ist. Eine Brückensteuerung 108 steuert jede Einheit einer Brückensteuerungsschaltung 110 (Steuerungsschaltung) basierend auf einem Befehl von der CPU 101 und steuert somit Wechselstrom, der in dem Schrittmotor 120 fließt. Eine Multipliziereinrichtung 107 wird durch die CPU 101 gesteuert und multipliziert einen Parameter mit einem Verstärkungsfaktor und gibt das Ergebnis der Operation aus.
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Eine Vergleichsstromtabelle 104, eine Stromverstärkungsfaktortabelle 105 und eine Frequenzmodulationstabelle 106 sind in dem ROM 103 in der Motorantriebssteuerung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gespeichert.
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In der Vergleichsstromtabelle 104 ist eine Folge von Vergleichsstromwerten in einem Mikroschritt gespeichert. Der Mikroschritt bedeutet eine Steuerungseinheit zum genauen Steuern des Schrittmotors 120 als eine Steuerung basierend auf einem grundlegenden Schrittwinkel von 90 Grad des Schrittmotors 120. Im Vergleich zu einem Fall, in dem ein Motor in einem vollen Schritt angetrieben wird, ist es möglich, wirksam Schwingung oder Lärm, die bei einer niedrigen Drehzahl erzeugt werden, durch Antreiben des Schrittmotors 120 in dem Mikroschritt zu verringern. Hier sind die Vergleichsstromwerte der Vergleichsstromtabelle 104 gespeichert und dazu ausgebildet, eine sinusförmige Welle als Ganzes zu bilden.
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In der Stromverstärkungsfaktortabelle 105 ist eine Folge eines Stromverstärkungsfaktorwerts, wenn ein Referenzstromwert Iref durch Multiplizieren des Vergleichsstroms berechnet wird, gespeichert. Der Stromverstärkungsfaktor ändert einen Effektivwert eines Wechselstroms, der in dem Motor fließt, und die Folge des Stromverstärkungsfaktorwerts wird ein Wert, der in einer sinusförmigen Welle, die mit einer Frequenzmodulation synchronisiert ist, die später beschrieben wird, variiert. Ein Effektivwert des Wechselstroms, der in dem Motor fließt, kann durch die Stromverstärkungsfaktortabelle 105, die zum Betreiben der CPU 101 als eine Stromeffektivwertsteuerung dient, gesteuert werden.
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In der Frequenzmodulationstabelle 106 ist eine Folge einer Periode des Mikroschritts gespeichert. Hier wird die Folge der Periode des Mikroschritts ein Wert, der in einer sinusförmigen Welle variiert, da die Motorantriebssteuerung 100 eine Frequenzmodulation auf einer Drehzahl des Motors durchführt. Wenn der Schrittmotor 120 bei einer vorherbestimmten Drehzahl durch die Frequenzmodulationstabelle 106, die zum Betreiben der CPU 101 als eine Frequenzmodulationseinheit dient, angetrieben wird, wird eine Frequenzmodulation auf der Drehzahl durchgeführt. Infolgedessen kann ein Lärm des Schrittmotors 120 in hohem Maße verringert werden.
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Nachfolgend wird die Frequenzmodulation der Motorantriebssteuerung 100 in einem Vergleichsbeispiel und der Ausführungsform beschrieben. In dem Vergleichsbeispiel wird, während die Frequenzmodulation basierend auf der Frequenzmodulationstabelle 106 durchgeführt wird, ein Vergleichsstrom eines Mikroschritts als ein Referenzstromwert Iref ausgegeben. Ein Beispiel einer Wellenform zu dieser Zeit ist in 9A und 9B, die später beschrieben werden, dargestellt.
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Im Gegensatz dazu multipliziert die Motorantriebssteuerung 100 der Ausführungsform einen Vergleichsstrom des Mikroschritts mit einem Stromverstärkungsfaktor, der mit der Frequenzmodulation synchronisiert ist, während sie die Frequenzmodulation basierend auf der Frequenzmodulationstabelle 106 durchführt, und gibt den multiplizierten Strom als einen Referenzstromwert Iref aus.
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Die Brückensteuerungsschaltung 110 ist als eine einzelne integrierte Schaltung ausgebildet. In der Brückensteuerungsschaltung 110 erzeugt ein Pulsweitenmodulations-(PWM-)Signalgenerator 111 ein PWM-Signal und führt das PWM-Signal der H-Brückenschaltung 20 basierend auf einer Steuerung der Brückensteuerung 108 zu. Ein Feldeffekttransistor FET ist zu der H-Brückenschaltung 20 überbrückt, und das PWM-Signal, das der H-Brückenschaltung 20 zugeführt wird, ist ein EIN/AUS-Signal, das an den FET als eine Gate-Spannung angelegt wird.
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Basierend auf dem PWM-Signal erzeugt die H-Brückenschaltung 20 eine Motorspannung und legt die erzeugte Motorspannung an den Statorwicklungsdraht 124 des Schrittmotors 120 an. Die Motorspannung ist eigentlich eine X-phasige Spannung VMX und eine Y-phasige Spannung VMY, die in 1 dargestellt sind.
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Ein Stromerfasser 113 gibt einen Strommesswert Icoil eines Stroms, der in dem Statorwicklungsdraht 124 fließt, durch Messen eines Werts eines Stroms, der in der H-Brückenschaltung 20 in einer Stromrichtung fließt, aus. Ein D/A-Wandler 112 empfangt den Referenzstromwert Iref als einen digitalen Wert von der Brückensteuerung 108 und wandelt den digitalen Wert in einen analogen Wert um. Ein Komparator 114 vergleicht den Strommesswert Icoil als den analogen Wert mit dem Referenzstromwert Iref. Der Komparator gibt ein Signal „1” aus, wenn der erstere gleich oder größer als der letztere ist, aber gibt ein Signal „0” aus, wenn der erstere kleiner als der letztere ist. Das Vergleichssignal wird an die Brückensteuerung 108 eingegeben. Die Brückensteuerung 108 kann den Strommesswert Icoil basierend auf dem Vergleichssignal steuern, so dass er näher an dem Referenzstromwert Iref ist.
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9A und 9B sind Schaubilder, die eine Ursache von Schwingung und abnormalem Lärm in dem Vergleichsbeispiel darstellen.
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9A ist ein Schaubild, das eine Frequenzmodulation in dem Vergleichsbeispiel darstellt. Eine vertikale Achse in 9A gibt die Schwingung des Schrittmotors 120 an, und eine horizontale Achse gibt eine Drehzahl des Schrittmotors 120 an. Die Schwingung weist einen Spitzenwert aufgrund von Resonanz bei der Resonanzfrequenz fr des Schrittmotors 120 auf.
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Eine Frequenzmodulationskurve der Drehzahl des Schrittmotors 120 ist einer in 9A dargestellten Kurve überlagert. In der Kurve gibt eine Richtung nach unten einen Zeitablauf an und eine seitliche Richtung gibt eine Drehzahl an.
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In dem Vergleichsbeispiel von 9A wird der Schrittmotor 120 gedreht und wird Frequenzmodulation bei einer höheren Drehzahl als der Resonanzfrequenz fr des Schrittmotors 120 (in Bezug auf 2) durchgeführt. Zu dieser Zeit nimmt, wenn die Drehzahl des Schrittmotors 120 zunimmt, die Schwingung aufgrund von Resonanz ab, und, wenn die Drehzahl abnimmt, nimmt die Schwingung aufgrund von Resonanz zu. Da eine Frequenz der Frequenzmodulation in einen hörbaren Bereich gehört, ertönt die Variation in Schwingung als abnormaler Lärm (Schlaggeräusch).
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9B ist ein Wellenformdiagramm, das Frequenzmodulation des Vergleichsbeispiels darstellt. Eine vertikale Achse von 9B gibt die Schwingung des Schrittmotors 120 an, und eine horizontale Achse gibt eine Zeit an.
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9B stellt dar, dass, wenn die Drehzahl des Schrittmotors 120 zunimmt, die Schwingung aufgrund von Resonanz abnimmt, und, wenn die Drehzahl des Schrittmotors 120 abnimmt, die Schwingung aufgrund von Resonanz zunimmt.
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Ein Betrieb der Ausführungsform wird in Bezug auf 3 bis 8B beschrieben. Die Motorantriebssteuerung 100 der Ausführungsform steuert einen Strom, der in dem Schrittmotor 120 fließt, in Erwiderung auf eine Drehzahl des Schrittmotors 120 durch die Frequenzmodulation.
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Infolgedessen ist es möglich, abnormalen Lärm oder/und Drehmomentwelligkeiten zu unterdrücken.
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3 ist ein Schaubild, das einen Betrieb von Unterdrücken abnormalen Lärms, wenn Frequenzmodulation in einem höheren Bereich als die Resonanzfrequenz fr angewendet wird, darstellt.
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Abschnitt (a) von 3 ist ein Schaubild, das eine Frequenzmodulation darstellt. Eine vertikale Achse von Abschnitt (a) von 3 gibt eine Schwingung des Schrittmotors 120 an und eine horizontale Achse gibt eine Drehzahl des Schrittmotors 120 an. Die Schwingung weist einen Spitzenwert aufgrund von Resonanz bei der Resonanzfrequenz fr des Schrittmotors 120 auf. Eine Frequenzmodulationskurve der Drehzahl des Schrittmotors 120 ist einer in Abschnitt (a) von 3 dargestellten Kurve überlagert. In der Kurve gibt eine Richtung nach unten einen Zeitablauf an und eine seitliche Richtung gibt eine Drehzahl an.
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Abschnitt (b) von 3 ist eine Kurve, die eine zeitliche Variation der Drehzahl mit der Frequenzmodulation darstellt. Die Drehzahl des Schrittmotors 120 variiert in der Form einer Sinuswelle um die vorherbestimmte Drehzahl. Alle Ursprünge vertikaler Achsen von Abschnitten (b)–(e) von 3 geben einen Mittelwert der Frequenzmodulation an.
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Abschnitt (c) von 3 ist eine Kurve, die eine zeitliche Variation in der Schwingung als Ganzes durch die Frequenzmodulation, wenn ein Motorstrom so festgelegt ist, dass er konstant ist, darstellt. Durch Resonanz variiert eine Schwingung des Schrittmotors 120 in Bezug auf einen vorherbestimmten Wert in der Form einer Sinuswelle und mit einer der Drehzahl entgegengesetzten (gegenläufigen) Phase.
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Abschnitt (d) von 3 ist eine Kurve, die eine zeitliche Variation eines Effektivwerts eines Motorstroms durch die Steuerung gemäß der Ausführungsform darstellt. In der Ausführungsform wird der Effektivwert des Motorstroms des Schrittmotors 120 in der Form der Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Drehzahl variiert. Hier wird der Effektivwert des Motorstroms durch den Referenzstromwert Iref gesteuert. Der Effektivwert des Motorstroms kann so gesteuert werden, dass er in der Form der Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Drehzahl variiert, indem ein Stromverstärkungsfaktor zum Berechnen des Referenzstromwerts Iref in der Form der Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Frequenzmodulation um einen vorherbestimmten Wert (z. B. 1,0) herum variiert wird.
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Ein Drehmoment variiert proportional zu dem Effektivwert des Motorstroms und eine Schwingung aufgrund des Drehmoments variiert. Daher kann durch Steuern des Effektivwerts des Motorstroms in der Form einer Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Drehzahl die Schwingung aufgrund des Drehmoments in der Form einer Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Drehzahl variieren und eine Variation von Resonanzschwingung durch die Frequenzmodulation kann entfernt werden.
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Das heißt, wenn die Drehzahl des Schrittmotors 120 durch die Frequenzmodulation näher an die Resonanzfrequenz des Schrittmotors 120 kommt, wird der Stromverstärkungsfaktor der Stromverstärkungsfaktortabelle 105 so gesteuert, dass er abnimmt, so dass ein Wechselstrom, der in dem Schrittmotor 120 fließt, dazu gebracht wird, einen kleinen Effektivwert aufzuweisen.
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Da eine vorherbestimmte Drehzahl, bei der der Schrittmotor 120 angetrieben wird, höher als die Resonanzfrequenz des Schrittmotors 120 ist, ist die Stromverstärkungsfaktortabelle 105 derart ausgebildet, dass der Stromverstärkungsfaktor zunimmt, wenn die Drehzahl des Schrittmotors 120 zunimmt. Das heißt, die Stromverstärkungsfaktortabelle 105 ist dazu ausgebildet, eine Tabelle eines Stromverstärkungsfaktors, der mit derselben Phase wie die Frequenzmodulation variiert, aufzuweisen.
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Abschnitt (e) von 3 ist eine Kurve, die ein Unterdrückungsergebnis der Variation in der Schwingung als Ganzes durch die Steuerung der Ausführungsform darstellt. Eine gestrichelte Linie stellt die Variation in der Schwingung dar, wenn der Motorstrom so festgelegt ist, dass er in Abschnitt (c) von 3 konstant ist, und eine durchgezogene Linie stellt dar, dass Variation in der Schwingung als Ganzes durch die Steuerung gemäß der Ausführungsform unterdrückt wird. Gemäß der Ausführungsform ist es möglich, die zeitliche Variation in einer Resonanzschwingung durch die Frequenzmodulation unter Verwendung der Variation in der Schwingung aufgrund des Drehmoments zu entfernen und somit abnormalen Lärm zu unterdrücken.
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4 ist ein Schaubild, das einen Betrieb von Unterdrücken abnormalen Lärms, wenn die Frequenzmodulation in einem niedrigeren Bereich als die Resonanzfrequenz fr durchgeführt wird, darstellt.
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Abschnitt (a) von 4 ist ein Schaubild, das eine Frequenzmodulation darstellt. Eine vertikale Achse von 4A gibt eine Schwingung des Schrittmotors 120 an und eine horizontale Achse gibt eine Drehzahl des Schrittmotors 120 an. Die Schwingung weist einen Spitzenwert aufgrund von Resonanz bei der Resonanzfrequenz fr des Schrittmotors 120 auf. Eine Frequenzmodulationskurve der Drehzahl des Schrittmotors 120 ist der in 4A dargestellten Kurve überlagert. In der Kurve gibt eine Richtung nach unten einen Zeitablauf an und eine seitliche Richtung gibt eine Drehzahl an.
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Abschnitt (b) von 4 ist eine Kurve, die eine zeitliche Variation der Drehzahl mit der Frequenzmodulation darstellt. Die Drehzahl des Schrittmotors 120 variiert in der Form einer Sinuswelle um eine vorherbestimmte Drehzahl. Alle Ursprünge vertikaler Achsen von Abschnitten (b)–(e) von 4 geben einen Mittelwert der Frequenzmodulation an.
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Abschnitt (c) von 4 ist eine Kurve, die eine zeitliche Variation in der Schwingung durch die Frequenzmodulation darstellt, wenn ein Motorstrom so festgelegt ist, dass er konstant ist. Durch Resonanz variiert die Schwingung des Schrittmotors 120 in Bezug auf einen vorherbestimmten Wert in der Form einer Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Drehzahl.
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Abschnitt (d) von 4 ist eine Kurve, die eine zeitliche Variation eines Effektivwerts eines Motorstroms durch die Steuerung gemäß der Ausführungsform darstellt. In der Ausführungsform wird der Effektivwert des Motorstroms des Schrittmotors 120 in der Form der Sinuswelle und mit der der Drehzahl entgegengesetzten Phase variiert. Hier wird der Effektivwert des Motorstroms durch den Referenzstromwert Iref gesteuert. Der Effektivwert des Motorstroms kann so gesteuert werden, dass er in der Form der Sinuswelle und mit der der Drehzahl entgegengesetzten Phase variiert, indem ein Stromverstärkungsfaktor zum Berechnen des Referenzstromwerts Iref in der Form der Sinuswelle und mit der der Frequenzmodulation entgegengesetzten Phase um einen vorherbestimmten Wert (z. B. 1,0) herum variiert wird.
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Ein Drehmoment variiert proportional zu dem Effektivwert des Motorstroms und eine Schwingung aufgrund von Drehmoment variiert. Daher kann durch Steuern des Effektivwerts des Motorstroms in der Form einer Sinuswelle und mit der der Drehzahl entgegengesetzten Phase die Schwingung aufgrund des Drehmoments in der Form einer Sinuswelle und mit der der Drehzahl entgegengesetzten Phase variieren und die Variation von Resonanzschwingung durch die Frequenzmodulation kann entfernt werden.
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Das heißt, wenn die Drehzahl des Schrittmotors 120 durch die Frequenzmodulation näher an die Resonanzfrequenz des Schrittmotors 120 kommt, wird der Stromverstärkungsfaktor der Stromverstärkungsfaktortabelle 105 so gesteuert, dass er abnimmt, so dass ein Wechselstrom, der in dem Schrittmotor 120 fließt, dazu gebracht wird, einen kleinen Effektivwert aufzuweisen.
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Zu dieser Zeit ist, da eine vorherbestimmte Drehzahl, bei der der Schrittmotor 120 angetrieben wird, niedriger als die Resonanzfrequenz des Schrittmotors 120 ist, die Stromverstärkungsfaktortabelle 105 derart ausgebildet, dass der Stromverstärkungsfaktor abnimmt, wenn die Drehzahl des Schrittmotors 120 zunimmt. Das heißt, die Stromverstärkungsfaktortabelle 105 ist dazu ausgebildet, eine Tabelle von Stromverstärkungsfaktoren, die mit der der Frequenzmodulation entgegengesetzten Phase variieren, aufzuweisen.
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Abschnitt (e) von 4 ist eine Kurve, die ein Unterdrückungsergebnis einer Variation einer gesamten Schwingung durch die Steuerung gemäß der Ausführungsform darstellt. Eine gestrichelte Linie stellt eine Variation von Schwingungen dar, wenn der Motorstrom so festgelegt ist, dass er in Abschnitt (c) von 4 konstant ist, und eine durchgezogene Linie stellt dar, dass eine Variation der gesamten Schwingungen durch die Steuerung der Ausführungsform unterdrückt wird. Gemäß der Ausführungsform ist es möglich, die zeitliche Variation der Resonanzschwingung durch die Frequenzmodulation unter Verwendung der Variation in der Schwingung aufgrund des Drehmoments zu entfernen und somit abnormalen Lärm zu unterdrücken.
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5 ist ein Schaubild, das einen Betrieb von Unterdrücken von Drehmomentvariation mit Frequenzmodulation darstellt.
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Abschnitt (a) von 5 ist eine Kurve, die eine zeitliche Variation der Drehzahl durch die Frequenzmodulation darstellt. Die Drehzahl des Schrittmotors 120 variiert in der Form einer Sinuswelle um eine vorherbestimmte Drehzahl. Alle Ursprünge vertikaler Achsen von Abschnitten (a)–(d) von 5 geben einen Mittelwert der Frequenzmodulation an.
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Abschnitt (b) von 5 ist eine Kurve, die eine zeitliche Variation von Drehmoment mit der Frequenzmodulation darstellt, wenn ein Motorstrom so festgelegt ist, dass er konstant ist. Wenn die Drehzahl des Schrittmotors 120 zunimmt, nimmt das Drehmoment ab. Aber, wenn die Drehzahl des Schrittmotors 120 abnimmt, nimmt das Drehmoment zu. Das heißt, das Drehmoment des Schrittmotors 120 variiert in Bezug auf einen vorherbestimmten Wert in der Form einer Sinuswelle und mit der der Drehzahl entgegengesetzten Phase.
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Abschnitt (c) von 5 ist eine Kurve, die eine zeitliche Variation eines Effektivwerts eines Motorstroms durch die Steuerung gemäß der Ausführungsform darstellt. In der Ausführungsform wird der Effektivwert des Motorstroms des Schrittmotors 120 in der Form der Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Drehzahl variiert. Hier kann der Effektivwert des Motorstroms so gesteuert werden, dass er in der Form der Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Drehzahl variiert, indem ein Stromverstärkungsfaktor zum Berechnen des Referenzstromwerts Iref in der Form der Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Frequenzmodulation um einen vorherbestimmten Wert (z. B. 1,0) herum variiert wird.
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Ein Drehmoment variiert proportional zu dem Effektivwert des Motorstroms. Daher kann durch Steuern des Effektivwerts des Motorstroms in der Form einer Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Drehzahl das Drehmoment in der Form einer Sinuswelle und mit der der Drehzahl entgegengesetzten Phase variieren und eine Variation im Drehmoment durch die Frequenzmodulation kann entfernt werden.
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Das heißt, die Stromverstärkungsfaktortabelle 105 weist eine Tabelle von Stromverstärkungsfaktoren auf, die mit derselben Phase wie die Drehzahl des Schrittmotors 120 durch die Frequenzmodulation variieren. Infolgedessen kann der Effektivwert des Motorstroms so gesteuert werden, dass er in der Form einer Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Drehzahl variiert.
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Abschnitt (d) von 5 ist eine Kurve, die ein Unterdrückungsergebnis einer Variation in der Schwingung als Ganzes durch die Steuerung gemäß der Ausführungsform darstellt. Eine gestrichelte Linie stellt die Variation in der Schwingung dar, wenn der Motorstrom so festgelegt ist, dass er in Abschnitt (b) von 5 konstant ist, und eine durchgezogene Linie stellt dar, dass die Variation in der Schwingung als Ganzes durch die Steuerung der Ausführungsform unterdrückt wird. Gemäß der Ausführungsform ist es möglich, eine Variation des Drehmoments mit der Frequenzmodulation unter Verwendung von Variation des Drehmoments basierend auf dem Effektivwert des Motorstroms zu entfernen und somit Drehmomentwelligkeiten zu unterdrücken.
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6 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Beziehung zwischen der Frequenzmodulation und einem Referenzstromwert Iref darstellt. Zu dieser Zeit ist die Drehzahl des Schrittmotors 120 höher als die Resonanzfrequenz fr.
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Eine vertikale Achse von Abschnitt (a) von 6 gibt eine Drehzahl an, und eine horizontale Achse gibt eine gemeinsame Zeit an. Die Drehzahl des Schrittmotors 120 variiert in der Form einer Sinuswelle um einen vorherbestimmten Wert.
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Eine vertikale Achse von Abschnitt (b) von 6 gibt einen Referenzstromwert Iref an, und eine horizontale Achse gibt eine gemeinsame Zeit an. Eine Einhüllende des Referenzstromwerts Iref des Schrittmotors 120 variiert in der Form einer Sinuswelle und mit derselben Phase wie die Drehzahl. Hier gibt die Einhüllende des Referenzstromwerts Iref einen Effektivwert eines Motorstroms an.
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Wenn eine Amplitude der Einhüllenden des Referenzstromwerts Iref klein ist, nimmt der Referenzstromwert Iref ab, aber wenn die Amplitude der Einhüllenden des Referenzstromwerts Iref groß ist, nimmt der Referenzstromwert Iref zu. Eine Variation in einer Schwingung kann unter Verwendung des Steuerungsverfahrens unterdrückt werden.
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7 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Referenzstromwerts Iref jedes Mikroschritts darstellt, in dem 1 Periode in 32 Abschnitte geteilt ist. Eine vertikale Achse von 7 gibt einen Referenzstromwert Iref an, und eine horizontale Achse gibt eine Zeit an. 1 Periode ist in 32 Mikroschritte geteilt. Der Referenzstromwert Iref weist eine sinusförmige Form auf.
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Jede Periode Tm von Mikroschritten wird ein Stromfestlegungszeitpunkt, der in dünnen Pfeilen dargestellt ist. Jede Periode wird ein Frequenzmodulationszeitpunkt, der in dicken Pfeilen dargestellt ist.
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8A und 8B sind Flussdiagramme, die einen Steuerungsprozess und einen Prozess von Festlegen des Referenzstromwerts Iref gemäß dieser Ausführungsform darstellen.
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8A gibt einen Steuerungsprozess des Referenzstromwerts Iref in einer Hauptroutine an.
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Die Hauptroutine startet, wenn die Motorantriebssteuerung 100 aktiviert wird.
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Die CPU 101 der Motorantriebssteuerung 100 führt ein anfängliches Festlegen der Einheiten in Schritt S10 durch und lässt eine Unterbrechung des Zeitgebers 102 in Schritt 511 zu. In dem Zeitgeber 102 wird eine anfängliche Mikroschrittperiode der Frequenzmodulationstabelle 106 festgelegt. Infolgedessen wird die Zeitgeberunterbrechung, die in 8B dargestellt ist, aktiviert.
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Dann wiederholt die CPU 101 die Stromsteuerung von Steuern des Referenzstromwerts Iref, so dass er ein Zielwert in der Brückensteuerung 108 ist. Der Referenzstromwert Iref wird durch die Zeitgeberunterbrechung festgelegt.
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8B stellt einen Prozess von Festlegen des Referenzstromwerts Iref durch die Zeitgeberunterbrechung dar. Der Referenzstromwert Iref wird durch die Zeitgeberunterbrechung festgelegt und somit startet ein Mikroschritt.
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Wenn die Zeitgeberunterbrechung aktiviert wird, bestimmt die CPU 101, ob es sich um einen Frequenzmodulationszeitpunkt handelt oder nicht, in Schritt S20. Wie in 7 dargestellt ist, trifft der Frequenzmodulationszeitpunkt in dieser Ausführungsform einmal pro Periode und einmal pro 32 Mikroschritten ein. Wenn bestimmt wird, dass es sich um einen Frequenzmodulationszeitpunkt handelt (JA in Schritt S20), führt die CPU 101 die Prozesse der für den Frequenzmodulationszeitpunkt relevanten Schritte S21 und S22 durch.
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In dem für den Frequenzmodulationszeitpunkt relevanten Schritt S21 veranlasst die CPU 101 den Zeitgeber 102, eine Periode des nächsten Mikroschritts aus der Frequenzmodulationstabelle 106 festzulegen, legt einen Stromverstärkungsfaktor des gegenwärtigen Mikroschritts aus der Stromverstärkungsfaktortabelle 105 fest (Schritt S22) und führt dann die Prozesse der für den Stromfestlegungszeitpunkt relevanten Schritte S23 und S24 durch.
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Wenn in Schritt S20 bestimmt wird, dass es sich nicht um einen Frequenzmodulationszeitpunkt handelt (NEIN in Schritt S20), führt die CPU 101 die Prozesse der für den Stromfestlegungszeitpunkt relevanten Schritte S23 und S24 durch.
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In dem für den Stromfestlegungszeitpunkt relevanten Schritt S23 legt die CPU 101 einen Vergleichsstromwert des gegenwärtigen Mikroschritts der Vergleichsstromtabelle 104 fest, multipliziert den Vergleichsstromwert mit einem Stromverstärkungsfaktor zum Berechnen des Referenzstromwerts Iref (Schritt S24) und kehrt zu dem ursprünglichen Prozess zurück.
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Wenn der Motor mit einer schnelleren Drehzahl als der Resonanzfrequenz fr des Motors gedreht wird, wird der Motorstrom in der Ausführungsform so gesteuert, dass er größer als der Vergleichsstromwert ist, wenn die Drehzahl durch die Frequenzmodulation erhöht wird. Der Motorstrom wird so gesteuert, dass er kleiner als der Vergleichsstromwert ist, wenn die Drehzahl verringert wird.
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Wenn der Motor mit einer langsameren Drehzahl als der Resonanzfrequenz fr des Motors gedreht wird, wird der Motorstrom so gesteuert, dass er kleiner als der Vergleichsstromwert ist, wenn die Drehzahl durch die Frequenzmodulation erhöht wird. Der Motorstrom wird so gesteuert, dass er größer als der Vergleichsstromwert ist, wenn die Drehzahl verringert wird.
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Das heißt, der Motorstrom wird in Erwiderung auf die Drehzahl so gesteuert, dass er kleiner als der Vergleichsstromwert ist, wenn die Drehzahl durch die Frequenzmodulation näher an die Resonanzfrequenz fr kommt, und der Motorstrom wird in Erwiderung auf die Drehzahl so gesteuert, dass er größer als der Vergleichsstromwert ist, wenn die Drehzahl weg von der Resonanzfrequenz fr separiert wird. Infolgedessen können Schwingungswelligkeiten unterdrückt werden und somit kann der abnormale Lärm (ein Schlaggeräusch) verringert werden. Da Schwingungswelligkeiten des Motors unterdrückt werden können, ist es möglich, Schwingung und Lärm eines Stellglieds, in dem der Motor montiert ist, zu unterdrücken.
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Der Motorstrom wird in Erwiderung auf die Drehzahl so gesteuert, dass er größer als der Vergleichsstromwert ist, wenn die Drehzahl durch die Frequenzmodulation erhöht wird, und der Motorstrom wird in Erwiderung auf die Drehzahl so gesteuert, dass er kleiner als der Vergleichsstromwert ist, wenn die Drehzahl verringert wird.
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Durch diese Steuerung können Drehmomentwelligkeiten verringert werden. Da die Drehmomentwelligkeiten unterdrückt werden können, ist es möglich, eine Last, die an dem Motor angebracht ist, stabil zu drehen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Formen abgewandelt werden, ohne von dem Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können die unten beschriebenen abgewandelten Beispiele (a) bis (e) in Betracht gezogen werden.
- (a) In der Ausführungsform wird Stromfestlegen des Motors zu demselben Zeitpunkt wie Festlegen der Frequenzmodulation der Drehzahl des Motors durchgeführt, aber kann zu einem gesonderten Zeitpunkt durchgeführt werden.
- (b) Die Prozesse von Schritten S21 und S22, die zu dem Frequenzmodulationszeitpunkt durchgeführt werden, können jede vorherbestimmte Periode ohne Beschränkung auf 1 Periode durchgeführt werden. Zum Beispiel können Prozesse der Schritte S21 und S22 alle zwei Perioden durchgeführt werden. Der Stromfestlegungszeitpunkt ist nicht auf 32 mal pro Periode beschränkt. Die Male können beliebig festgelegt werden.
- (c) In der Ausführungsform können, während sie durch die Frequenzmodulationstabelle 106 und die Stromverstärkungsfaktortabelle 105 gesteuert werden, numerische Werte der Frequenzmodulation oder des Stromverstärkungsfaktors durch eine Berechnung abgeleitet werden.
- (d) In der Ausführungsform werden verschiedene Abläufe in Abhängigkeit davon durchgeführt, ob die Drehzahl höher als die Resonanzfrequenz fr des Schrittmotors 120 ist oder nicht. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und es kann bestimmt werden, ob die Drehzahl höher als die Resonanzfrequenz fr des Schrittmotors 120 ist oder nicht und eine entsprechende Stromverstärkungsfaktortabelle 105 kann ausgewählt und verwendet werden.
- (e) In der Ausführungsform kann, während die Frequenzmodulation mit einer sinusförmigen Wellenform auf die Motordrehzahl angewendet wird und ein Stromfestlegen mit der sinusförmigen Wellenform, die damit synchronisiert ist, durchgeführt wird, das Stromfestlegen eine beliebige der Schwingungswellenform aufweisen und ist nicht auf die sinusförmige Wellenform beschränkt, solange die Motordrehzahl mit dem Motorstrom synchronisiert wird.
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Wie im Obigen in Bezug auf die Ausführungsform und abgewandelte Beispiele beschrieben worden ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, abnormale Geräusche oder Drehmomentwelligkeiten, die bei periodischem Modulieren einer Antriebsfrequenz des Schrittmotors erzeugt werden, zu unterdrücken.
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Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 06-245590 A [0002, 0002, 0002]
