JP2010246256A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの外部入力信号の伝達遅延時間差が大きくかつモータが高速動作する場合においても、相対位置を精度よく推定することができるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ位置ラッチ信号１８と２つの外部入力信号の各信号の入力タイミングで内部カウンタの値をそれぞれ記憶するカウンタ記憶手段１２と、モータ位置ラッチから外部入力信号がオンするまでのモータ位置変化量を推定し外部入力信号の入力タイミングのモータ位置を演算する検出位置演算手段１３と、第１外部入力信号２４と第２外部入力信号２５を同時にオンしたときに各信号により取り込んだ内部カウンタ値との差を演算し相対遅延補正量として記憶する入力信号間遅延演算手段１６を備え、検出位置演算手段１３は入力信号間遅延演算手段１６にて演算された相対遅延補正量分を第２内部カウンタ値から差し引いた値にて第２外部入力信号の入力タイミングのモータ位置を演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリアル通信にてモータ位置をモータ位置検出器から取り込み、外部入力信号の入力タイミングでのモータ位置を検出する機能を有するモータ駆動装置に関する。

従来、一定のサンプリング周期にて発生するモータ位置ラッチ信号のタイミングにてモータ位置検出器からモータ位置をシリアル通信を通じて取り込み、あるポイントを通過し外部入力信号がオンしたタイミングのモータ位置を記憶するモータ駆動装置は、記憶したモータ位置の検出精度を高めるため、モータ位置ラッチ信号と外部入力信号の各エッジのタイミングで内部カウンタの値をそれぞれ記憶し、モータ位置取り込みのサンプリング周期間に外部入力信号がオンした場合においても、記憶した内部カウンタの値を利用し外部入力信号がオンしたタイミングのモータ位置を推定していた(例えば、特許文献１参照)。

特開２００８−２２０１１６号公報

解決しようとする問題点は、外部入力信号の伝達遅延による検出精度誤差であり、特にモータが高速動作する場合においては遅延時間の影響が大きくなり、精度よくモータ位置を推定することができず、２つの外部入力信号を入力し各ポイント間の相対位置を検出する場合において、モータが高速動作すると各外部入力信号の遅延時間差の影響が大きくなり、精度よく相対位置を推定することができなかった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、２つの外部入力信号の伝達遅延時間差が大きくかつモータが高速動作する場合においても、相対位置を精度よく推定することができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載のモータ駆動装置は、一定周期にてモータ位置ラッチ信号を発生するモータ制御手段と、前記モータ位置ラッチ信号の入力タイミングにてシリアル通信手段を通じてモータ位置検出器内の位置カウンタ値を取り込み記憶するモータ位置取り込み手段と、前記モータ位置ラッチ信号と２つの外部入力信号（第１外部入力信号と第２外部入力信号）の各信号の入力タイミングで内部カウンタの値をそれぞれ記憶するカウンタ記憶手段と、モータ位置ラッチから外部入力信号がオンするまでのモータ位置変化量を推定し外部入力信号の入力タイミングのモータ位置を演算する検出位置演算手段と、前記２つの外部入力信号を同時にオンしたときの第１外部入力信号の伝達により取り込んだ第１内部カウンタ値と第２外部入力信号の伝達により取り込んだ第２内部カウンタ値との差を演算し相対遅延補正量として記憶する入力信号間遅延演算手段を備え、前記検出位置演算手段は、前記入力信号間遅延演算手段にて演算された相対遅延補正量分を第２内部カウンタ値から差し引いた値にて第２外部入力信号の入力タイミングのモータ位置を演算する。

また、請求項２に記載のモータ駆動装置は、前記入力信号間遅延演算手段で演算した相対遅延補正量を保存する不揮発性の記憶手段であるパラメータ記憶手段を設け、モータ駆動装置の電源再投入後に前記検出位置演算手段は、前記パラメータ記憶手段から相対遅延
補正量を読み出すことで相対遅延補正量の再演算を省略する。

請求項１に記載のモータ駆動装置によれば、２つの外部入力信号の伝達遅延時間差が大きくかつモータが高速動作する場合においても、相対位置を精度よく推定することができる。

請求項２に記載のモータ駆動装置によれば、演算した相対位置遅延補正量を不揮発性の記憶手段に保存することにより、モータ駆動装置の電源再投入後の相対位置遅延補正量の再演算が不要となる。

本発明の実施例１におけるモータ駆動装置の要部の説明図 本発明の実施例１における入力信号間遅延演算手段の説明図 本発明の実施例１における検出位置演算手段の説明図 本発明の実施例２におけるモータ駆動装置の要部の構成図

（実施例１）
実施例１は本発明の基本構成であり、２つのポイントのモータ位置を検出し、これらの相対位置を精度よく算出する使用例について各図を併用して説明する。

図１は要部の説明図であり、モータ位置検出器２１付きのモータ２０をモータ駆動装置１０に接続し、モータ駆動装置１０はモータ位置検出器２１で検出したモータ位置カウンタの値を一定周期（モータ制御周期）にてシリアル通信手段１９を通じてモータ位置取り込み手段１４に取り込み、その値をモータ制御手段１５に入力し、モータ制御処理用位置カウンタを更新することでモータ位置フィードバック制御を行う。

ここで、モータ位置取り込み手段１４はモータ制御手段１５より一定周期（モータ制御周期）で発生するモータ位置ラッチ信号１８がオンとなる（ここではオン時にＬｏｗ、オフ時にＨｉｇｈとする）タイミングにてモータ位置カウンタの値を取り込むこととする。

第１のポイント通過時にオンとなる（ここではオン時にＬｏｗ、オフ時にＨｉｇｈとする）第1外部入力信号２４と第２のポイント通過時にオンとなる第２外部入力信号２５を内部カウンタ１１と検出位置演算手段１３と入力信号間遅延演算手段１６に入力し、さらにモータ位置ラッチ信号１８をモータ制御手段１５より内部カウンタ１１にも入力する。

ここで、内部カウンタ１１は、１６ｂｉｔ幅のフリーランカウンタ（００００ｈからＦＦＦＦｈまでカウントアップし、ＦＦＦＦｈを超えると０に戻り再びカウントアップしていく）とする。内部カウンタ１１は、入力信号がオンとなるタイミング（ＨｉｇｈからＬｏｗに変化する立ち下がりエッジ）にて内部カウンタの値をカウンタ記憶手段１２にコピーして記憶する（ラッチする）。

カウンタ記憶手段１２にラッチする記憶領域はＣＨ０ラッチレジスタ、ＣＨ１ラッチレジスタ、ＣＨ２ラッチレジスタと３つの入力信号用それぞれに区別されている。ここではモータ位置ラッチ信号１８でＣＨ０ラッチレジスタに、第1外部入力信号２４でＣＨ１ラッチレジスタに、第２外部入力信号２５でＣＨ２ラッチレジスタに記憶することとする。

次に、図２を使用して入力信号間遅延演算手段１６の内部処理について説明する。２つの入力信号間の伝達遅延時間差を測定するために、一つのセンサ出力信号を第１外部入力
信号と第２外部入力信号の両方に接続しモータ駆動装置１０に伝達するように接続する。それぞれの伝達経路を通じて信号が内部カウンタ１１に到達し、第1外部入力信号２４側はカウンタ記憶手段１２のＣＨ１ラッチレジスタに内部カウンタ値Ｃａｐ１を記憶し、第２外部入力信号２５側はＣＨ２ラッチレジスタに内部カウンタ値Ｃａｐ２を記憶する。入力信号間遅延演算手段１６は、内部カウンタ値Ｃａｐ２と内部カウンタ値Ｃａｐ１との差を相対遅延補正量として演算する。

相対遅延補正量＝Ｃａｐ２−Ｃａｐ１
なお、図２に示す遅延１はケーブル遅延などモータ駆動装置外の伝達遅延時間、遅延２はモータ駆動装置内のフォトカプラ、抵抗、コンデンサなどの伝達遅延時間、遅延３はモータ駆動装置内のＩＣの複数回読み等による伝達遅延時間などを想定している。

次に、図３を使用して検出位置演算手段１３の内部処理について説明する。検出位置演算処理は一定周期（モータ制御周期）で行うこととする。まず、検出位置演算手段１３はモータ位置取り込み手段１４で取り込んだ最新のモータ位置を取り込み、変数Ｐｏｓ（ｋ）に記憶する。図中のＰｏｓ（ｋ）は最新の値、Ｐｏｓ（ｋ−１）は１周期前の値、Ｐｏｓ（ｋ−２）は２周期前の値といったように、過去のモータ位置を数回分記憶している。また、カウンタ記憶手段１２からモータ位置ラッチ信号１８により取り込んだＣＨ０ラッチレジスタの最新の値を取り込み、変数Ｃａｐ０（ｋ）に記憶する。図中のＣａｐ０（ｋ）は最新の値、Ｃａｐ０（ｋ−１）は１周期前の値、Ｃａｐ０（ｋ−２）は２周期前の値といったように過去のＣＨ０ラッチレジスタを数回分記憶している。

図３における第１のポイント通過（第１外部入力信号２４がオンとなるエッジ）タイミングのモータ位置Ｐｏｓ１は以下の計算式で求まる。

Ｐｏｓ１＝Ｐｏｓ（ｋ−４）＋推定変化量１
推定変化量１＝（Ｐｏｓ（ｋ−２）−Ｐｏｓ（ｋ−４））
×（Ｃａｐ１−Ｃａｐ０（ｋ−４））
／（Ｃａｐ０（ｋ−２）−Ｃａｐ０（ｋ−４））
また、図３における第２のポイント通過（第２外部入力信号２５がオンとなるエッジ）タイミングのモータ位置Ｐｏｓ２に相対遅延補正量を加味し補正したＰｏｓ２’は以下の計算式で求まる。

Ｐｏｓ２’＝Ｐｏｓ（ｋ−２）＋推定変化量２
推定変化量２＝（Ｐｏｓ（ｋ）−Ｐｏｓ（ｋ−２））
×（（Ｃａｐ２−相対遅延補正量）−Ｃａｐ０（ｋ−２））
／（Ｃａｐ０（ｋ）−Ｃａｐ０（ｋ−２））
よって、第１のポイントと第２のポイントの相対位置の補正後の値Ｐｒは以下の計算式で求まる。

Ｐｒ＝Ｐｏｓ２’−Ｐｏｓ１
検出位置演算手段１３により演算した相対位置Ｐｒを、モータ制御手段１５を通じてモニタ値２３として出力する。上位装置はそのモニタ値２３を参照して２ポイント間の相対位置関係を知ることが可能となり、さらに上位装置は相対位置関係に異常がある場合には補正した移動指令２２をモータ駆動装置１０に与える、またはアラーム停止するなどを行う。

この構成により、シリアル通信にてモータ位置をモータ位置検出器から取り込みフィードバック制御を行うモータ制御システムにおいて、外部入力信号の伝達遅延が大きくかつモータが高速動作する場合においても、相対位置を精度よく推定することができる。

（実施例２）
実施例２は本発明の応用構成であり、入力信号間遅延演算手段１６で演算した相対遅延補正量を保存するパラメータ記憶手段１７を設けている。パラメータ記憶手段１７は不揮発性の記憶手段であるためモータ駆動装置の電源をリセットしても値を保持している。モータ駆動装置の電源リセット後、検出位置演算手段１３はパラメータ記憶手段１７から相対遅延補正量を読み出し再利用が可能で、相対遅延補正量の再演算を省略することができる。

この構成により、相対遅延補正量の算出処理時に行う作業（入力信号の配線切り替え）などが不要となり使い勝手がよくなる。なお、パラメータ記憶手段１７を他の用途で既に実装済みのモータ駆動装置１０においてはハードウェアの追加が不要となり、コストアップを抑えることができる。

なお、モータ制御手段１５、検出位置演算手段１３、入力信号間遅延演算手段１６はマイクロコンピュータなどで処理することを想定している。

本発明のモータ駆動装置は、印刷対象物と印刷ヘッドの相対位置精度が問われる印刷機械などにも有用である。

１０ モータ駆動装置
１１ 内部カウンタ
１２ カウンタ記憶手段
１３ 検出位置演算手段
１４ モータ位置取り込み手段
１５ モータ制御手段
１６ 入力信号間遅延演算手段
１７ パラメータ記憶手段

Claims (2)

1. 一定周期にてモータ位置ラッチ信号を発生するモータ制御手段と、
   前記モータ位置ラッチ信号の入力タイミングにてシリアル通信手段を通じてモータ位置検出器内の位置カウンタ値を取り込み記憶するモータ位置取り込み手段と、
   前記モータ位置ラッチ信号と２つの外部入力信号（第１外部入力信号と第２外部入力信号）の各信号の入力タイミングで内部カウンタの値をそれぞれ記憶するカウンタ記憶手段と、
   モータ位置ラッチから外部入力信号がオンするまでのモータ位置変化量を推定し外部入力信号の入力タイミングのモータ位置を演算する検出位置演算手段と、
   前記２つの外部入力信号を同時にオンしたときの第１外部入力信号の伝達により取り込んだ第１内部カウンタ値と第２外部入力信号の伝達により取り込んだ第２内部カウンタ値との差を演算し相対遅延補正量として記憶する入力信号間遅延演算手段を備え、
   前記検出位置演算手段は、前記入力信号間遅延演算手段にて演算された相対遅延補正量分を第２内部カウンタ値から差し引いた値にて第２外部入力信号の入力タイミングのモータ位置を演算することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記入力信号間遅延演算手段で演算した相対遅延補正量を保存する不揮発性の記憶手段であるパラメータ記憶手段を設け、モータ駆動装置の電源再投入後に前記検出位置演算手段は、前記パラメータ記憶手段から相対遅延補正量を読み出すことで相対遅延補正量の再演算を省略することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。

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