JP2005151630A

JP2005151630A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2005151630A
Application number: JP2003382182A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kishimoto; 憲一岸本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】本願発明はモータの回転速度あるいは回転位置を制御するディジタル制御装置に関するもので、モータ駆動回路あるいは信号変換手段の特性ばらつきを補正し、良好なモータ制御性能を維持することを目的としたものである。
【解決手段】トルク指令値がスイープされた時のモータ駆動回路１０６の誤差増幅器１２０が出力する電流誤差信号の電圧レベルが最小となる時のトルク指令値を保存するメモリ１１２と、この保存値によりオフセット補正値を更新する駆動オフセット補正手段１１５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転速度あるいは回転位置を制御するモータ制御装置に関するものである。

エンコーダ信号、例えば、モータの回転部の着磁された部分を各種センサ、例えば、磁気抵抗素子などにより９０度位相差の２相信号として検出し、この２相信号を回路で内挿処理することによりモータの回転位置を高分解能に検出し、モータの回転速度あるいは回転位置をフィードバック制御する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

上記のように、モータの回転位置の制御を行う制御装置の従来例として図４に構成図を示す。図４において１０１はモータであり、この場合、ブラシレスＤＣモータである。１０２はモータ１０１の回転に従って、９０度位相差の２相信号を出力する回転検出器である。１０７は位置検出回路であり、回転検出器１０２の出力する２相信号からモータ１０１の回転位置を高分解能に検出し、回転位置データとしてマイコン１０４に出力する。

１１４および１１６〜１１９は、プログラムによりマイコン１０４の内部にて実行される制御演算処理の各プロセスを示す。１１７は速度系演算手段であり、位置検出回路０７の出力する回転位置データを微分して得たモータ１０１の回転速度と与えられた目標速度との差、すなわち回転速度誤差を所定のゲインだけ増幅して出力する。１１８は位置系演算手段であり、位置検出回路１０７の出力する回転位置データと与えられた目標位置との差、すなわち回転位置誤差を所定のゲインだけ増幅して出力する。１１９は混合手段であり、速度系演算手段１１７と位置系演算手段１１８の各出力を加算して制御誤差として出力する。

１１６は極性反転手段であり、入力される制御誤差が負の値であれば、極性反転して正の値に変換すると同時に入力される制御誤差の正負に従って駆動方向指示信号のレベルを切り換えて出力する。１１５はオフセット補正手段であり、極性反転手段１１６の出力ータに駆動オフセット値を加算して出力する。１１４は中心値加算手段であり、極性反転手段１１６の出力データに中心値を加算し、トルク指令値として出力する。

１０５はＤ／Ａコンバータにより構成された信号変換手段であり、中心値加算手段１１４の出力するトルク指令値をディジタル・アナログ変換してトルク指令信号として出力する。１０６は内部に電流制御ループを包含したモータ駆動回路であり、信号変換手段１０５の出力するトルク指令信号に比例した電流でもって、回転トルクの発生方向が極性反転手段１１６の出力する駆動方向指示信号の示す方向になるようにモータを駆動する。

上記のように構成されたモータ制御装置において、速度系演算手段１１７に目標速度、あるいは位置系演算手段１１８に目標位置を与えることによりモータ１０１の回転速度あるいは回転位置を制御することができる。
特開平９−１０３０８６号公報

しかしながら、上記の構成において、モータ駆動回路１０６に一般的なブラシレスモータ用のモータ駆動ＩＣを用いた場合、このモータ駆動回路１０６の入出力特性、すなわちトルク指令信号対モータ電流特性が、図５（ａ）の実線で示す標準的特性に対して図５（
ａ）の点線で示すように特性ばらつきが生じる場合がある。また、信号変換手段１０５の入出力特性においても図５（ｂ）の実線で示す標準特性に対して、通常、ＤＣオフセットが存在し、例えば、図５（ｂ）の点線で示すような特性ばらつきがある。そのため、マイコン１０４の出力するトルク指令値に対するモータ１０１に流れる電流の大きさの関係を図示すると、図６（ａ）に示すような特性になるべきところが、実際には図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）に示すようにに示すような特性となる。そのため、図６（ｂ）の場合はモータ電流が流れない、いわゆる不感帯が生じてモータ制御性能が悪化し、また、図６（ｃ）の場合は、モータ電流がゼロになる領域がなく、制御誤差がゼロであってもモータ電流が流れ続けモータの振動が大きくなるという問題点があった。

本発明のモータ制御装置は、上記問題点に鑑み、モータ駆動回路１０６あるいは信号変換手段１０５の入出力特性にばらつきがある場合でも、モータ制御性能を悪化させることなく良好かつ高精度なモータ制御を可能とするモータ制御装置を提供することを目的とする。

トルク指令値をスイープするスイープ手段と、前記トルク指令値をトルク指令信号に変換する信号変換手段と、前記トルク指令値がスイープされている間に前記誤差増幅器が出力する電流誤差信号の電圧レベルが最小の時に保存指示を出力する最小値検出手段と、前記保存指示が出力された時の前記トルク指令値を保存するトルク指令値保存手段と、前記スイープ手段が前記トルク指令値のスイープを完了した後に前記トルク指令値保存手段が保存した値をオフセット補正値として更新する駆動オフセット補正手段とを備えることにより、モータ駆動回路あるいは信号変換手段の入出力特性にばらつきがあった場合でも、モータ制御性能を悪化させることなく良好かつ高精度なモータ制御が可能となる。

前記実施例の記載から明らかなように、本願発明のモータ制御装置によれば、モータ駆動回路あるいは信号変換手段の入出力特性にばらつきがあった場合でも、それらの特性ばらつきを駆動オフセットとして補正することが可能となるため、モータ制御性能を悪化させることなく良好かつ高精度なモータ制御が可能となるという効果が得られる。

本発明の請求項１記載のモータ制御装置は、モータに流れる電流の大きさを検出する電流検出器と前記電流検出器の出力とトルク指令信号との電圧差を増幅する誤差増幅器と前記誤差増幅器の出力を電力増幅し前記モータに電流を供給する出力段とを備えることにより前記モータを前記トルク指令信号に比例した電流で駆動する電流制御ループを構成しかつ内包するモータ駆動回路と、トルク指令値をスイープするスイープ手段と、前記トルク指令値を前記トルク指令信号に変換する信号変換手段と、前記トルク指令値がスイープされている間に前記誤差増幅器が出力する電流誤差信号の電圧レベルが最小の時に保存指示を出力する最小値検出手段と、前記保存指示が出力された時の前記トルク指令値を保存するトルク指令値保存手段と、前記スイープ手段が前記トルク指令値のスイープを完了した後に前記トルク指令値保存手段が保存した値をオフセット補正値として更新する駆動オフセット補正手段より構成されることで、モータ駆動回路あるいは信号変換手段の入出力特性にばらつきがあった場合でも、それらの特性ばらつきを駆動オフセットとして補正することが可能となるため、モータ制御性能を悪化させることなく良好かつ高精度なモータ制御が可能となるという作用を有する。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施例のモータ制御装置における駆動オフセット補正の動作を行う各ブロックの構成を示す図である。図１において１０１はモータであり、１０６はモータ１０１を駆動するためのモータ駆動回路である。

モータ駆動回路１０６は、誤差増幅器１２０、出力段１２１、電流検出器１２２、電流誤差検出器１２３より構成される。電流検出器１２２は、モータ１０１に流れる電流を検出し、その電流に比例した電圧を出力する。電流誤差検出器１２３は、モータ駆動回路１０６に入力されるトルク指令信号と電流検出器１２２の出力との電圧差を出力する。誤差増幅器１２０は、電流誤差検出器１２３の出力を増幅して出力する。さらに、出力段１２１は、誤差増幅器１２０の出力を電力増幅してモータ１０１に電流を供給する。

このようにモータ駆動回路１０６の内部には、モータ１０１に流れる電流をフィードバックしてモータ駆動回路１０６に入力されるトルク指令信号に比例した電流をモータ１０１に流す電流制御ループが構成される。

マイコン１０４内部のトルク指令値スイープ手段１１３が出力するトルク指令値は、中心値加算手段１１４によって中心値が加算されて信号変換手段１０５に出力される。信号変換手段１０５は、Ｄ／Ａコンバータで構成され、入力されるディジタル値をアナログ信号に変換してトルク指令信号として出力する。

誤差増幅器１２０の出力は、電流誤差信号としてマイコン１０４内部のＡ／Ｄコンバータ１１０に取り込まれるが、その前にローパスフィルタとして機能するフィルタ１０３を通して、この信号に含まれる不要な高周波ノイズ成分が除去される。Ａ／Ｄコンバータ１１０に取り込まれた電流誤差信号は、アナログ信号からディジタル値に変換された後、最小値検出手段１１１に受け渡される。最小値検出手段１１１は、入力されるディジタル値を過去の最小値と比較し、現在の入力値の方が小さければ最小値を更新すると同時に、メモリ１１２に対して保存指示を出力する。メモリ１１２は、最小値検出手段１１１より保存指示を受けた時のトルク指令値スイープ手段１１３の出力値を保存する。

以上のように構成されたブロックにおける駆動オフセット補正の動作について、以下にその説明をする。トルク指令値スイープ手段１１３の出力するトルク指令値は、図２（ａ）に示すように、ゼロを中心として、−Ｄ１から＋Ｄ１までスイープされる。この値は、中心値加算手段１１４により中心値分だけ値がシフトされた後、信号変換手段１０５によってＤ／Ａ変換され、トルク指令信号に変換される。この場合、トルク指令信号の電圧は図２（ｂ）に示すように、電圧Ｖ１から電圧Ｖ３までスイープされる。

このトルク指令信号は、モータ駆動回路１０６に入力されるが、この時、モータ１０１に電流が流れないように電流経路を遮断しておくと、その間、電流検出器１２２の出力は電流検出器１２２自身のオフセット分となる。電流誤差検出器１２３において、トルク指令信号と電流検出器１２２の出力の差の電圧が誤差増幅器１２０に入力され、誤差増幅器１２０の特性に従って、電流誤差信号が出力される。

今、トルク指令値スイープ手段１１３が図２（ａ）に示すようにトルク指令値をスイープし、その時、誤差増幅器１２０の出力する電流誤差信号が図２（ｃ）に示すように変化したとする。時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、−Ｄ１の値が保持され、その後、時刻ｔ２から時刻ｔ５までトルク指令信号が−Ｄ１から＋Ｄ１までスイープされる。この間に電流誤差信号が最小となる時のトルク指令値を検出する。この場合、時刻ｔ４が電流誤差信号の電圧が最小となるタイミングであり、この時のトルク指令値スイープ手段１１３の出力値が、メモリ１１２に保存されることになる。図２（ａ）に示す通り、時刻ｔ４の時、トルク指令値スイープ手段１１３の出力値は、ゼロであるので、メモリ１１２には値ゼロが保
存される。この状態では、駆動オフセットがゼロであり、制御誤差対モータ電流の特性は、図６（ａ）に示すような制御誤差がゼロの時に、ちょうどモータ電流がゼロとなる理想的な特性となる。

一方、モータ駆動回路１０６あるいは信号変換手段１０５の特性にばらつきがあり、電流誤差信号が図２（ｄ）に示すような変化をした場合、電流誤差信号が最小となるのは、時刻ｔ４’のタイミングであり、この場合は、時刻ｔ４’におけるトルク指令値スイープ手段１１３の出力値Ｄ２が、オフセット補正値としてメモリ１１２に保存される。

ここで、本願発明のモータ制御装置の構成を示す図を図３に示す。従来例を示す図４と異なるのは、オフセット補正手段１１５が備えられている点であり、これにより極性反転手段１１６の出力データにメモリ１１２に保存されたオフセット補正値を中心値加算手段に出力する。

これにより、極性反転手段１１６に入力される制御誤差の値がちょうどゼロの時に、駆動オフセット値Ｄ２が出力されるため、その時、誤差増幅器１２０の出力電圧が最小電位となって、折り返されることになる。すなわち、駆動オフセットの補正値がゼロのままであると、図６（ｂ）のような特性になるが、駆動オフセット値をＤ２に更新することにより、図６（ａ）に示すような理想的な特性になる。

前述のような処理手順を、モータ制御装置の起動時、すなわち電源投入時に、マイコン１０４の処理プログラムとして搭載し実行させることにより、モータ制御装置の駆動オフセットのばらつきを補正することができ、制御誤差対モータ電流の特性を図６（ａ）に示すような理想的な特性に瞬時に自動調整することができる。

以上、説明したように、トルク指令値スイープ手段１１３がトルク指令値をスイープし、その間に誤差増幅器１２０の出力が最小となる時のトルク指令値をメモリ１１２に保存し、その値をオフセット値としてオフセット補正手段１１５で補正することにより、制御誤差対モータ電流の特性を図６（ａ）に示すような理想的な特性に瞬時に自動調整することができ、モータ制御性能を悪化させることなく良好かつ高精度なモータ制御が可能となるという効果が得られる。

なお、図２（ａ）において時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、トルク指令値を一定値に保持する期間を置いているが、これは、この期間がないと、時刻ｔ１以前の電流誤差信号の電圧を誤って前述の最小電圧と認識し、誤動作となる恐れがあるからである。

また、本願発明の実施例では、信号変換手段１０５を通常のＤ／Ａコンバータとして説明したが、パルス幅変調によるディジタル・アナログ変換の方式を採用した場合でも、前述と同等の動作として扱うことができる。

本願発明のモータ制御装置は、モータ駆動回路あるいは信号変換手段の入出力特性のばらつきを補正して高精度なモータ制御を行うのに最適であり、信頼性の高いモータ制御が要求される用途などに有用である。

本願発明の実施例を示す図本願発明の動作を示す図本願発明のモータ制御装置の全体の構成を示す図従来のモータ制御装置の構成を示す図モータ駆動回路及び信号変換手段の入出力特性を示す図モータ制御装置におけるトルク指令値対モータ電流特性を示す図

符号の説明

１０１モータ
１０２回転検出器
１０３フィルタ
１０４マイコン
１０５信号変換手段
１０６モータ駆動回路
１０７位置検出回路
１１０Ａ／Ｄ変換器
１１１最小値検出手段
１１２メモリ
１１３トルク指令値スイープ手段
１１４中心値加算手段
１１５オフセット補正手段
１１６極性反転手段
１２０誤差増幅器
１２１出力段
１２２電流検出器
１２３電流誤差検出器

Claims

モータに流れる電流の大きさを検出する電流検出器と前記電流検出器の出力とトルク指令信号との電圧差を増幅する誤差増幅器と前記誤差増幅器の出力を電力増幅し前記モータに電流を供給する出力段とを備えることにより前記モータを前記トルク指令信号に比例した電流で駆動する電流制御ループを構成しかつ内包するモータ駆動回路と、トルク指令値をスイープするスイープ手段と、前記トルク指令値を前記トルク指令信号に変換する信号変換手段と、前記トルク指令値がスイープされている間に前記誤差増幅器が出力する電流誤差信号の電圧レベルが最小の時に保存指示を出力する最小値検出手段と、前記保存指示が出力された時の前記トルク指令値を保存するトルク指令値保存手段と、前記スイープ手段が前記トルク指令値のスイープを完了した後に前記トルク指令値保存手段が保存した値をオフセット補正値として更新するオフセット補正手段とを備えたモータ制御装置。