JP2004015855A

JP2004015855A - モータ駆動制御装置

Info

Publication number: JP2004015855A
Application number: JP2002162257A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Misumi; 三角　博好
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】停止時に電流を消費せずしかも高精度な位置決め制御を行うことを可能とする。
【解決手段】停止時にＤＣモータの両端を開放状態にするモードとその両端をショートし回生状態にするモードをＰＷＭ信号により交互に高速に切換え、所定の停止カーブになるよう速度情報を検知しながら制御する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの停止制御及びその駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラでは小型化の観点から沈胴式のズームレンズが使用され、その駆動には安価で小型なＤＣモータがよく用いられる。このＤＣモータでズームレンズを駆動する場合、ＤＣモータ自体高速で回転するためギヤ等でかなりの減速比を持たせることになる。
【０００３】
一般的にモータによる位置決め制御は位置情報となるエンコーダ信号をフィードバックして演算しモータのトルク量、トルク方向を制御して行われる。
【０００４】
しかし沈胴式のズームレンズ駆動の場合、メカのガタ分をつめて停止させていので、停止の際は常にレンズの繰り出し方向で停止させ使用者が停止時にレンズを押したときにそのガタ分ずれないようにしている。この場合上記した位置決め制御は使用できない。
【０００５】
従って沈胴式のズームレンズにおいては、動作中のズームレンズの停止制御は停止時進行方向とは逆のトルクがかかるように逆方向に一定期間電流を流す逆転ブレーキを使用したり、ＤＣモータ両端をＳＷ素子でショートさせるショートブレーキを使用するなど、１回の停止動作で位置決めを行う必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、逆転ブレーキでは停止距離は短いものの停止時に大きな突入電流が流れ、システム構成に影響を与え、またショートブレーキでは停止中に電流は消費しないが、逆転ブレーキに対して停止トルクは小さくギヤ比が大きい分ＤＣモータ軸にかかる負荷慣性力も大きなものになるため停止距離（停止開始から停止するまでに進んだ距離）が長くなってしまい負荷等の不安定要素で停止制度が出ないという欠点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような問題を解決するため、停止時にＤＣモータの両端を開放状態にするモードとその両端をショートし回生状態にするモードをＰＷＭ信号により交互に高速に切換え、所定の停止カーブになるよう速度情報を検知しながら制御することで、停止時に電流を消費せずしかも高精度な位置決め制御を行うが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例）
本発明の実施例について説明する。
【０００９】
図１は本発明のデジタルカメラの構成を示すブロック図であり、１はズームレンズユニット、２はズームレンズユニットを駆動するためのズームレンズ駆動制御部、３はズームレンズユニット、４はズームレンズユニットを駆動するためのズームレンズ駆動制御部、５は絞りユニット、６は絞りユニット５を駆動するための絞り駆動部、７は光像を電気信号に変換するＣＣＤ、８はＣＣＤ７からのアナログ信号を処理しデジタル信号に変換する撮像信号処理部、９は撮像信号処理部８からの映像信号を処理する映像信号処理部、１０は映像信号処理部から映像情報を表示するＬＣＤ、１１は映像情報を映像信号処理部９が外部に入出力するための外部入出力部、１２は映像情報を圧縮または伸長するための圧縮伸長部、１３は映像情報を記憶するためのメモリカード、１４はストロボユニット、１５はカメラのシステムを操作するための操作部、１６はカメラのシステムと外部コンピュータなどとで情報のやり取りをする外部Ｉ／Ｆ、１７はカメラシステムに電源を供給する電源部、１８はカメラシステム全体を制御する制御部である。
【００１０】
図２はズームレンズ１を駆動するためのＤＣモータ駆動のブロック図であり、２０１はＤＣモータであるズームモータ、２０２はズームレンズの位置及び速度の情報を得るためのエンコーダ部、２０３はエンコーダ部２０２からの信号を制御部１８に入力するために波形処理するためのエンコーダ信号検知回路であり、次にズーム動作について説明する。操作部１５によりズーム動作の指示があると制御部１８は移動方向を判断し、ズームレンズ駆動部２に動作を指示しズームモータ２０１を動作させる。このときエンコーダ２０２からのエンコーダ信号はエンコーダ信号検知回路を通り制御部１８に入力され、位置情報、速度情報とを検知して定速度制御を位置情報をもとにズームレンズを所定の位置で停止させる制御を行う。
【００１１】
図３はドライブ部２０９〜２１４の内部ブロックであり、３０１，３０２はＮＡＮＤ回路、３０３，３０４はＡＮＤ回路、３０５はＥＸＯＲ（排他的論理和）回路、３０６，３０７はＰｃｈ型ＦＥＴ素子、３０８，３０９はＮｃｈ型ＦＥＴ素子、３１０〜３１３は制御信号に従ってＦＥＴ３０６〜３０９を駆動する信号に変換してそれぞれＦＥＴを駆動するプリドライバであり、図のような回路構成で表１のような入出力真理値を得る。表１で入力ＩＮ１，２，ＰＷＭのＬ，Ｈ表示はそのレベルを表し、出力ＯＵＴ１，２はその状態を表しておりＬは電流引込み状態、Ｈは電流流込み状態、Ｚはハイインピーダンス状態である。
【００１２】
【表１】

【００１３】
図４はＩＮ１、２が通電モード、ショートブレーキモードのときのＰＷＭとズームモータ２０１に流れる電流を示すタイムチャートである。
【００１４】
図４（ａ）はＩＮ１、２が“Ｈ、Ｌ”（もしくは“Ｌ、Ｈ”）である通電モードで、ＰＷＭ信号が“Ｈ”の時設定された方向電流を流す状態（以下オン状態）となり、”Ｌ”のときＮｃｈＦＥＴが両方オンになる回生状態（以下ショート状態）となりこれを高速で切換えることでモータコイル電流のデューティ制御が可能となりモータトルクを可変できズームモータの回転制御が可能となる。
【００１５】
図４（ｂ）はＩＮ１、２の状態を“Ｈ、Ｈ”にしたショートブレーキモードで、ＰＷＭ信号が“Ｈ”のときショート状態になり“Ｌ”のときズームモータ２０１の端子が開放状態（全ＦＥＴ３０６〜３０９がＯＦＦ）となるオープン状態となる。これによりズームモータ２０２が回転中にショートモードにした場合、ＰＷＭ信号が“Ｈ”の時逆起電力によりショートされた回路ループで逆向きの電流が流れ、”Ｌ“の時は電流が流れない。従ってショート状態とオープン状態の割合（デューティ比）を変えることでショートブレーキモード時にコイルに流れる回生電流を可変できズームモータ２０２のブレーキの利きを制御できる。
【００１６】
図５は制御部１８内の停止制御のブロック図であり、５０１はエンコーダ信号検知回路２０３からのエンコーダ信号の周期を計測し速度情報を得る速度検知部であり、５０２はエンコーダ信号によりカウントされ位置情報を得るカウンタ、５０３は速度検知部５０１からの速度情報をもとにズームモータ２０２の駆動時定速に制御するようＰＷＭのデューティ比を演算する速度制御部、５０４は速度検知部５０１からの速度情報とカウンタ５０２からの位置情報をもとに停止位置を制御するようＰＷＭのデューティ比を演算する停止制御部、５０５は速度制御状態か停止制御状態かを判断し選択する切換え部、５０６は切換え部５０５からのデューティ比情報をもとにそのデューティ比になるようＰＷＭ信号の内部レジスタにデータを設定するＰＷＭデューティ設定部、５０７はＰＷＭ信号の出力状態を設定したＰＷＭ信号、“Ｈ”あるいは“Ｌ”に設定するＰＷＭ出力設定部である。
【００１７】
図６はズームモータ２０２を駆動するための制御フローチャートで、操作部１５からのズーム動作指示があると（６０１）停止時の目標停止カウント数分を含めた目標カウント位置を設定し（６０２）、後述する割込み処理で停止処理が終わっていなければ（６０３）エンコーダによる割込み処理を許可しＯＵＴＰＯＲＴ１，２を操作部１５から指示による移動に従った設定（“Ｈ、Ｌ”又は“Ｌ，Ｈ”）にしてモータ駆動状態とし（６０５）、停止処理終了までこれを繰り返す。停止処理終了となるとエンコーダによる割込み修理を禁止し停止にかかる時間より長い所定の時間待ってＯＵＴＰＯＲＴ１、２の状態を“Ｌ、Ｌ”のオープン状態にしてモータ駆動を終了する。
【００１８】
図７はエンコーダ信号による割込み処理のフローチャートでエンコーダ信号の立上りエッジで割込みがかかり、割込みがかかると位置情報であるカウンタ５０１を方向に従ってインクメント（又はデクリメント）し（７０１）、速度検知部５０１での速度情報をＶｐにセットし（７０２）、モータ駆動開始から目標カウント位置までの目標停止カウント数を除いたパルス数進んだかを判断し（７０３）、進んでいなければ速度制御を行うよう処理し（７１４）、進んだらＯＵＴＰＯＲＴ１、２をショートブレーキモードになるように設定し（７０４）停止開始から１回目の割込みかを判断し（７０５）、１回目であればデューティ比が５０％をＤＵＴＹにセットして（７１３）、それに基づいてＰＷＭ信号設定のレジスタを設定し、割り込み処理を抜ける（７１２）。
【００１９】
停止開始後の割込みが２回目以降であれば、停止開始後からのエンコーダ信号のカウント値別にあらかじめ決められた停止テーブルより速度目標値がＶｔに設定され（７０６）、その目標値Ｖｔと実際の速度Ｖｐとの差分ΔＶを演算する（７０７）。停止開始後所定カウント数進んでいなければ（７０８）ΔＶに基づいてＤＵＴＹを演算し（７０９）、そのＤＵＴＹよりＰＷＭ信号設定レジスタにデータをセットし割込みを抜ける（７１２）。所定停止カウント数を超えたら停止し処理終了を宣言し（７１０）、ＰＷＭ信号を“Ｈ”になるように設定しフルショートブレーキ状態にして割込みを抜ける（７１１、７１２）。
【００２０】
図７の７０６での速度目標値について説明する。図８は速度制御状態からショート状態で停止させた時とオープン状態で停止させた時の速度カーブで、それぞれの停止距離は停止開始からの速度カーブの積分値となり、図のような差を生じる。ここで負荷・温度等の要因を踏まえ停止制御時の目標カーブを図のようにそれらの間になるようにすることで停止制御が可能となり、たとえばＤＵＴＹ５０％でショートブレーキモード停止させた時の速度カーブをパルスカウント毎に速度情報としてテーブル化しておく。
【００２１】
図７の７０９の制御演算について説明する。ここではたとえば、
ＤＵＴＹ＝５０＋Ｇ×ΔＶ％　　　　　（１）式
となるようにしておくと各カウント位置での目標速度に対して遅ければデューティ比を増やし速ければデューティ比をその差の量に応じて演算するようなフィードバックがかかりゲインＧを適正な値にすれば目標速度テーブルに沿った減速を行うことが可能となる。
【００２２】
図７で目標速度カーブに沿って減速したときある速度以下になるとショートブレーキの利きが悪くなり（回生電流が少なくなる）制御しにくい状態になるため、所定カウント値以降（所定速度）になると停止制御を止めフルショート状態（デューティ比１００％）にして停止させる。ここで速度がある程度遅い状態からの停止距離は非常に短いため外乱による停止距離のばらつきにはさほど影響を与えない。ここで所定停止カウント以降フルショート状態としたがΔＶから演算してデューティ比を設定して停止させてもよい。
【００２３】
図９は上記停止制御を行った時の停止状態を示す速度カーブで、常に目標速度カーブに沿って停止制御がなされるため、負荷変動・温度等の変動成分に影響されにくく、停止位置精度は安定する。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、停止時にＤＣモータの両端を開放状態にするモードとその両端をショートし回生状態にするモードをＰＷＭ信号により交互に高速に切換え、所定の停止カーブになるよう速度情報を検知しながら制御することで、停止時に電流を消費せずしかも高精度な位置決め制御を行うが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のデジタルカメラ全体のシステムブロック図
【図２】本発明実施例のズームモータ駆動系のブロック図
【図３】本発明実施例のズームレンズ駆動部の回路構成図
【図４】本発明実施例の駆動及びショートブレーキモード時のコイル電流波形
【図５】本発明実施例の制御ブロック図
【図６】本発明実施例のモータ制御のフローチャート
【図７】本発明実施例の割込み処理のフローチャート
【図８】本発明実施例のオープン、ショート状態の停止速度カーブ
【図９】本発明実施例の停止制御された停止速度カーブ
【符号の説明】
１　ズームレンズユニット
２　ズームレンズ駆動制御部
３　ズームレンズユニット
４　ズームレンズ駆動制御部
５　絞りユニット

Claims

モータを２端子で駆動するモータ駆動装置において、
モータ駆動状態とする駆動モードを持ち、モータを停止させる停止モードを持ち、その２端子間に電位差を与えモータに電流を流し込む出力通電手段を持ち、その２端子間の状態を開放状態にする出力開放手段を持ち、その２端子間の状態をショートさせる出力ショート手段を持ち、出力の状態を設定するＰＷＭ手段を持ち、そのＰＷＭ手段によりモータ駆動モード時は出力通電手段と出力ショート手段とが設定され、停止モード時はＰＷＭ手段により出力開放手段と出力ショート手段とが設定される切換え手段をもつことを特徴とするモータ駆動装置。
請求項１のモータ駆動装置において、出力開放手段と出力ショート手段とをＰＷＭ手段により交互に切換えて停止させるＰＷＭ停止手段を持つことを特徴とするモータ制御装置。
請求項２において、ＰＷＭ手段により設定される出力開放手段による開放期間と出力ショート手段によるショート期間の割合（デューティ比）を変更可能であるデューティ比変更手段を持つことを特徴とするモータ制御装置。
請求項３において、モータの回転速度を検知する速度検知手段をもち、その速度検知手段により検知された速度情報に基づいて、そのデューティ比変更手段によりデューティ比を変更する停止制御手段を持つことを特徴とするモータ制御装置。
請求項４において、速度検知手段はパルス状のエンコーダ信号を入力するエンコーダ信号入力手段を持ち、そのエンコーダ信号入力手段からのエンコーダ信号の周期を計測する周期計測手段を持ち、周期計測手段からの周期情報をもとに速度を演算する速度演算手段を持つことを特徴とするモータ制御装置。
請求項５において、停止制御手段は速度演算手段により速度を演算するごとに行われる周期制御手段を持つことを特徴とするモータ制御装置。
請求項６において、モータ停止開始からエンコーダ信号のパルスをカウントするカウント手段を持ち、そのカウント手段でのカウント値ごとにあらかじめ決められた速度目標値をテーブル化している停止速度テーブルを持ち、速度検知手段からの速度情報とその停止速度テーブルとを比較する比較手段を持ち、その比較手段からの比較情報に基づいて停止制御を行う比較停止制御手段を持つことを特徴とするモータ制御装置。
請求項７において、カウント手段によるカウント値が所定の値以上になったとき、比較停止制御手段を行わず、一定のデューティ比にして停止させる最終停止手段を持つことを特徴とするモータ制御装置。
請求項８において、最終停止手段によるデューティ比は開放状態のないすべてショート状態とするフルショート手段によってなされることを特徴とするモータ制御装置。