JP2011030413A - サーボモータ制御システム及びサーボモータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】集中制御ユニットからの通信指令によりサーボモータを制御するシステムにおいて、モータの原点位置補正を行なう際に、通信デッドタイム期間内のモータ位置ずれの影響を受けにくくする。
【解決手段】サーボモータユニット４側に設けられた原点検出手段８がモータ５の回転にかかる原点位置を検出するに伴い、回転位置演算手段９による現在回転位置の演算値を、該サーボモータユニット内にて予め用意された原点値にリセット補正する現在回転位置補正手段を設ける。サーボモータユニット４は、原点検出した場合、その原点に対応する正しい現在回転位置を集中制御ユニットから通信で受け取るのではなく、サーボモータユニット４内にて予め用意された原点値（つまり、原点に対応する正しい現在回転位置）を用いて現在回転位置の演算値をリセット補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、サーボモータ制御システム及びサーボモータユニットに関する。

例えば車両用空調装置のエアミックスダンパーやモード切替ダンパーは、空調装置側の制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）により集中制御される複数のサーボモータにより動作位置制御がなされる。この位置制御のためには、なんらかの手段によりモータの現在回転位置の検出機構が必要になる。

例えば特許文献１には、現在回転位置検出にポテンショメータを用いる方式が開示されている。ポテンショメータは、抵抗値により現在回転位置が絶対値で検出できる利点があるが、抵抗値変化の直線性や温度依存性などの課題があり検出精度に限界がある。そこで、検出精度を確保できる安価な回転検出デバイスとして、角度位置をデジタル検出するパルスエンコーダが採用されることが多くなってきている。このうち、回転角度位置を絶対値で検出できるのはアブソリュート型パルスエンコーダであり、個々の絶対角度位置を複数ビットで表現する。しかし、高分解能のエンコーダの場合、角度位置のビット数に対応したスリット列と光学検出系の組が必要となるため高価であり、自動車などの汎用用途に採用するのは現実的でない。

そこで、こうした分野では、インクリメント型パルスエンコーダとカウンタとを組み合わせた回転検出系が多く採用されている。この方式では、絶対位置を示さない回転パルスをカウンタにより加算ないし減算計数し、その計数値から現在角度位置を知ることになるので、基準計数を与えるための原点を検出する手段を設けることが必須である。例えば、双方向モータの場合は、位相差を付与した２列のパルス発生スリットを設け、各スリット列に対応した角度検出パルス波形の位相進角関係を判別することで回転方向の検出を可能とした、いわゆる２相位相差パルスエンコーダが実用化されているが、こうした２相位相差パルスエンコーダでも、通常は単独では原点位置の検出が不能である。しかしながら、特許文献２には、原点位置のみ特殊なパターンを設定して原点検出を可能とした構成が開示されている。

ところで、車両用空調装置等の場合、近年は制御の複雑化に伴いサーボモータ数が増加している。そこで、個々のモータに制御回路を組み込んでサーボモータユニットを構成するとともに、それら複数のサーボモータユニットを、通信ネットワークを介して集中制御ユニットに接続し、集中制御ユニットとの通信により個別に制御するシステムが増加している。こうしたシステムでは、電源投入後の初動時、あるいは、なんらかの理由で現在回転位置を見失った場合は、サーボモータの現在回転位置を確定させるため原点位置を検出する制御（いわゆる、初期化制御）が集中制御ユニット側からの指示によりなされる。

この初期化制御では、原点が存在すると推定される回転方向を仮に定めておき、集中制御ユニットはサーボモータユニットに対し、当該回転方向にて仮目標位置とともに原点検出のための初期化動作を通信指令する。これを受けてサーボモータユニットはモータを起動させ、パルスエンコーダから原点位置を示すパターンを検出するとモータを停止させる。集中制御ユニットはサーボモータユニットからモータの停止の通知を受信すると、原点位置を示す正しい現在回転位置の情報をサーボモータユニットに送信する。つまり、サーボモータユニット側は、この情報を受け取ってメモリに書き込む。これによりサーボモータ制御回路は正しい現在回転位置を認識したので、以後は集中制御ユニットから通信される目標位置に正しく移動するよう制御できる。

特許第３６０１８８８号公報 特開２００４−２１５４８８号公報

しかし、上記従来の方式では、個々のサーボモータユニットへの位置指示を含む制御指令を、集中制御ユニットがいわば独裁的に行なっていたため、各サーボモータユニットは、初期化処理といえども原点位置を示す正しい現在回転位置の情報を、集中制御ユニットからその都度受け取る必要があった。つまり、サーボモータユニット側で自律的に正しい現在回転位置情報を把握する手段が設けられていなかったために、次のような問題を生ずる。すなわち、原点位置を検出してサーボモータが停止し、その後集中制御ユニットから原点位置の正確な現在回転位置データを送信してサーボモータユニットに書き込むことになるのであるが、通信によるデッドタイムが不可避的に発生するため、この間に外力等によりモータ位置が動いた場合は、間違った現在回転位置が書き込まれてしまうおそれがある。また通常動作中は現在回転位置の校正が行われないので、エンコーダからのパルスを計数するカウンタがノイズ等により誤計数すると、その後は回転位置ずれを起こしたままになるおそれがある。

本発明の課題は、集中制御ユニットからの通信指令によりサーボモータを制御するシステムにおいて、モータの原点位置補正を行なう際に、通信デッドタイム期間内のモータの回転位置ずれの影響を受けにくくすることにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明のサーボモータ制御システムは、
複数個のサーボモータを集中制御するための集中制御ユニットと、集中制御ユニットに通信ネットワークを介して接続される複数個のサーボモータユニットとを備え、個々のサーボモータユニットが、
モータを駆動するモータドライバと、
モータの回転を検出する回転検出手段と、
モータの回転にかかる原点位置を検出する原点検出手段と、
通信ネットワークを介して集中制御ユニットからモータの回転位置指示情報を含む制御情報を通信取得する通信手段と、
回転センサからの回転検出信号を取得するとともに、該回転検出情報に基づきモータの現在回転位置を演算する回転位置演算手段と、
通信手段から制御情報を取得して、回転位置指示情報を含む該制御情報と駆動回転位置情報とに基づきモータドライバに駆動指令情報を出力するモータ駆動指令手段と、
原点検出手段が原点位置を検出するに伴い、該検出時に回転位置演算手段による現在回転位置の演算値を、該サーボモータユニット内にて予め用意された原点値にリセット補正する現在回転位置補正手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、通信ネットワークに接続可能なサーボモータユニットも提供するものであり、
モータを駆動するモータドライバと、
モータの回転を検出する回転検出手段と、
モータの回転にかかる原点位置を検出する原点検出手段と、
通信ネットワークを介して集中制御ユニットからモータの回転位置指示情報を含む制御情報を通信取得する通信手段と、
回転センサからの回転検出信号を取得するとともに、該回転検出情報に基づきモータの現在回転位置を演算する回転位置演算手段と、
通信手段から制御情報を取得して、回転位置指示情報を含む該制御情報と駆動回転位置情報とに基づきモータドライバに駆動指令情報を出力するモータ駆動指令手段と、
原点検出手段が原点位置を検出するに伴い、該検出時に回転位置演算手段による現在回転位置の演算値を予め定められた原点値にリセット補正する現在回転位置補正手段と、を有することを特徴とする。

上記本発明の構成によると、サーボモータユニット側に設けられた原点検出手段がモータの回転にかかる原点位置を検出するに伴い、回転位置演算手段による現在回転位置の演算値を、該サーボモータユニット内にて予め用意された原点値にリセット補正する現在回転位置補正手段を設けた。つまり、サーボモータユニットは、原点検出した場合、その原点に対応する正しい現在回転位置を集中制御ユニットから通信で受け取るのではなく、サーボモータユニット内にて予め用意された原点値（つまり、原点に対応する正しい現在回転位置）を用いて現在回転位置の演算値をリセット補正する。これにより、前述の従来の問題点は、以下のようにことごとく解決される。

（１）原点検出から現在回転位置の原点値への補正処理が全てサーボモータユニット内で完結するため、正しい現在回転位置を集中制御ユニットから取得するための通信デッドタイムが存在しない。従って、その間に外力等によりモータが動いて原点がずれるような問題は本質的に生じなくなる。
（２）正しい現在回転位置を集中制御ユニットから取得するステップが省略されるので、モータ制御のための通信シーケンスの簡略化を図ることができる。

回転検出手段がモータの回転軸と同期回転するインクリメント型パルスエンコーダとして構成される場合は、回転位置演算手段はパルスエンコーダが出力する回転パルスを計数するパルスカウンタを有するものとして構成することができる。現在回転位置補正手段は、原点検出手段が原点位置を検出するに伴い、パルスカウンタの計数値を、原点表示値を示す計数値にリセットするカウンタリセット手段として構成できる。パルスカウンタはカウンタIＣ等を用いたロジック回路として構成してもよいし、マイコン上でソフトウェア的に実現されるソフトカウンタとして構成してもよい。

カウンタIＣを用いる場合、例えば、原点検出手段からの原点位置検出信号をカウンタＩＣのリセット端子に入力するように構成しておけばよい。カウンタＩＣは一般にはフリップフロップ回路を組み合わせたビットカウンタとして構成されることが多く、リセット入力は、カウンタメモリをなす個々のフリップフロップ回路のリセット端子に入力される。リセット時のフリップフロップ回路の出力値は論理的に予め決められているので、結果としてこれを用いるカウンタＩＣのリセット後の出力値（つまり、原点値を示す計数値）は、当該カウンタＩＣ内、ひいては該カウンタＩＣが組み込まれるサーボモータユニット内に「予め用意されている」ことになる。なお、カウンタＩＣ内、あるいは該ＩＣの周辺に、原点位置検出信号の入力を受けてカウンタメモリに規定の原点値を示す任意の値をプリセットする回路を設けてもよい。他方、マイコンを用いる場合は、ソフトカウンタの計数値をクリアするか、あるいは点値を示す任意のメモリ値をセットするルーチンをカウンタプログラムに組み込んでおけばよい。

インクリメント型パルスエンコーダは、モータの回転方向に応じて出力波形の位相進角関係が逆転する２系統の回転パルス波形生成部を有し、該回転パルス波形生成部が、通常波形パターンと、原点到来に伴い通常波形パターンと識別が可能な特有の原点波形パターンとを出力可能に構成されたものを採用できる。原点検出手段は、回転パルス波形生成部の出力波形を監視するとともに、監視中の出力波形に出現する原点波形パターンにより原点の到来を検出するように構成できる。これにより、原点検出手段をインクリメント型パルスエンコーダに組み込むことができ、サーボモータユニット側のハードウェア的な部品点数、ひいては組み立て工数の削減を図ることができる。

一方、原点検出手段は、インクリメント型パルスエンコーダとは別にモータの原点位置の到来を検出して原点検出信号を出力する原点検出センサとして構成することができる。この構成では、原点検出センサが別途必要にはなるが、パルスエンコーダ側に原点検出のためのロジックを組み込む必要がなくなり、安価なパルスエンコーダを採用することが可能となる。

いずれの場合も、原点検出手段を構成するハードウェア的な実態（インクリメント型パルスエンコーダあるいは原点検出センサ）は、サーボモータユニット（の現在回転位置補正手段の構成ブロック）に直接接続しておくこと、ひいては、その原点検出信号が回転位置演算手段に直接入力されるように構成することが、現在回転位置の原点値へのリセット補正処理をサーボモータユニット内で完結させる観点において望ましい。

現在回転位置の原点値へのリセット補正は、サーボモータ制御システムを立ち上げる際（例えば、自動車用のシステムの場合は、自動車の始動時）に、初期化処理として実施することが望ましい。この場合、集中制御ユニットは、システム始動（例えば、自動車用のシステムの場合はＩＧ信号の付勢）を検出して、個々のサーボモータユニット初期化指令を通信により送信する。これに伴い、サーボモータユニットは、従来のシステムと同様に原点検出のための初期化動作を行い、原点検出するに伴い現在回転位置の演算値を原点値にリセット補正する。なお、原点検出のための初期化動作は、従来と同様に、初期化動作シーケンスの具体的内容を示す情報を集中制御ユニットがサーボモータユニットに送信して行なってもよいし（例えば、前述のごとく、原点が存在すると推定される回転方向を仮に定めておき、集中制御ユニットがサーボモータユニットに対し、当該回転方向にて仮目標位置とともに原点検出のための初期化動作を通信指令する）、サーボモータユニット内に初期化動作シーケンスをロジック又はソフトウェアにて組み込んでおき、集中制御ユニット側からは初期化動作開始のトリガ指令のみをサーボモータユニットに送信するようにしてもよい。

モータ駆動指令手段は、初期化動作時には、現在回転位置補正手段による現在回転位置のリセット補正に対応して、モータドライバへ駆動停止指令を出力するように構成できる。これにより、初期化のための原点リセット補正がなされるに伴いモータは停止する（なお、前回システム停止時のモータ位置をメモリ記憶しておき、次回起動時に当該メモリ保持されている前回停止モータ位置を、初期化モータ位置としてプリセットすることも可能である。この場合、初期化のための原点リセット補正がなされるに伴いモータを、プリセットされた初期化モータ位置まで駆動してから停止させるように構成することも可能である）。

なお、原点リセット補正を初期化時にのみ行なうように構成すると、通常動作中は原点補正が行われないので、前述のごとく、通常動作時のおいてノイズ等により現在回転位置がずれた場合は、次回初期化時までこれを解消できないおそれがある。そこで、これを解決するために、集中制御ユニットは、サーボモータの動作モードとして、通常モードと初期化モードとのいずれかを選択的に設定可能に構成することができる。この場合、モータ駆動指令手段は、初期化モードが設定されている場合には、現在回転位置補正手段による現在回転位置のリセット補正に対応して、モータドライバへ駆動停止指令を出力する一方、通常モードが設定されている場合には、リセット補正に対応する駆動停止指令の出力を行なわないように構成する。これによると、通常動作時であってもモータが原点位置を通過した時、現在回転位置のリセット補正がなされ、次回の初期化まで待たずとも回転位置ずれを随時解消することができる。

本発明においてサーボモータユニットは、リセット補正前後の現在回転位置の演算値を比較するとともに、該比較結果が回転位置ずれを示す場合、当該回転位置ずれの発生を集中制御ユニットに通知する回転位置ずれ通知手段を設けることができる。本発明においては、回転位置ずれ発生に伴う原点位置のリセット補正処理がサーボモータユニット内部で自律的に行なわれるようになっているが、集中制御ユニット側で円滑な制御指令状態を維持する観点から、上記のごとく、回転位置ずれ発生にかかる不具合発生を集中制御ユニットに通知できる手段を設けておくことが望ましいといえる。

本発明のサーボモータ制御システムの全体構成例を示すブロック図。 本発明のサーボモータユニットの第一実施形態を示すブロック図。 サーボモータユニットのロジック回路に組み込まれたパルス計数回路及びリセット回路の詳細を示す回路図。 図３のパルス計数回路に組み込まれたアップダウンカウンタの動作論理テーブル。 図１のサーボモータ制御システムの全体動作の流れを示すフローチャート。 図２のサーボモータユニットにおける初期化モードでの動作を示す正回転時のタイミング図。 同じく逆回転時のタイミング図。 図２のサーボモータユニットにおける通常モード（原点通過なし）での動作を示す正回転時のタイミング図。 同じく逆回転時のタイミング図。 図２のサーボモータユニットにおける通常モード（原点通過あり、回転位置ずれあり）での動作を示す正回転時のタイミング図。 同じく逆回転時のタイミング図。 図２のサーボモータユニットにおける通常モード（原点通過あり、回転位置ずれなし）での動作を示す正回転時のタイミング図。 同じく逆回転時のタイミング図。 本発明のサーボモータユニットの第二実施形態を示すブロック図。 図１４のサーボモータユニットにおける初期化モードでの動作を示す正回転時のタイミング図。 同じく逆回転時のタイミング図。 図１４のサーボモータユニットにおける通常モード（原点通過あり、回転位置ずれあり）での動作を示す正回転時のタイミング図。 同じく逆回転時のタイミング図。 図１４のサーボモータユニットにおける通常モード（原点通過あり、回転位置ずれなし）での動作を示す正回転時のタイミング図。 同じく逆回転時のタイミング図。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明のサーボモータ制御システムの全体構成の一例を示すブロック図である。サーボモータ制御システム１においては、車載用エアコンの動作制御を司るエアコンＥＣＵ（図面では「Ａ／ＣＥＣＵ」と表示）が集中制御ユニット２を構成し、これに通信ネットワーク３を介して複数のサーボモータユニット４が接続されている。通信ネットワーク３は、ＬＩＮ通信バス（図面中、「ＬＩＮ」と表示）を主体とするものであるが、サーボモータユニット４につながれたモータ５への電源供給のために、車載バッテリーの正極端子につながる電源線（図面中、「＋Ｂ」と表示）と、同じく負極端子（あるいは別の接地ポイントであってもよい）につながる接地線（（図面中、「ＧＮＤ」と表示）とが随伴して設けられている。なお、集中制御ユニット２はＬＩＮマスターノードを構成し、サーボモータユニット４はＬＩＮスレーブノードを構成する。

図２は個々のサーボモータユニット４の電気的構成を示すブロック図である。サーボモータユニット４は、モータドライバ６、通信手段を構成するＬＩＮトランシーバ７、回転位置演算手段、モータ駆動指令手段及び現在回転位置補正手段を構成するロジック回路９、及び電源回路１０とを有する。また、ロジック回路９にはモータ５と同期回転するパルスエンコーダ８が接続されている。電源回路１０は、ロジック回路９には信号電圧を、モータドライバにはモータ駆動電圧をそれぞれ供給する。

パルスエンコーダ８は、モータ５の双方向回転検出が可能なインクリメント型パルスエンコーダとして構成されている。該インクリメント型パルスエンコーダは、モータの回転方向に応じて出力波形の位相進角関係が逆転する２系統の回転パルス波形生成部を有し、該回転パルス波形生成部は、通常波形パターンと、原点到来に伴い通常波形パターンと識別が可能な特有の原点波形パターンとを出力可能に構成されている。その詳細な構成と動作は特許文献３に開示されている通りであるので、ここでは概略を説明するにとどめる。パルスエンコーダ８は、モータ５の回転軸に結合された回転ディスク（図示せず）を有し、これに、回転パルス発生用の２列のスリット列が同心的に刻まれている。回転ディスクを厚さ方向にはさむ形でＬＥＤ等からなる投光部と、フォトトランジスタ等からなる受光部が各スリット列に対応して２組配置され、いずれもスリット非到来の状態では遮光、スリット到来の状態では受光となり、これに応じて受光部は回転パルス波形を出力する（つまり、回転ディスクのスリットと投光部及び受光部が回転パルス波形生成部を形成している）。

受光状態での受光部出力レベルを「Ｈ（≡１）」、遮光状態での受光部出力レベルを「Ｌ（≡０）」として、隣接するＨ区間とＬ区間を１波長区間として定義すれば、図６に示すように、両スリット列は、モータの回転に伴い出力される回転パルス波形（Ｐ１，Ｐ２）が１／４波分だけ位相がずれるように刻設されており、モータの回転方向に応じて出力波形の位相進角関係が逆転するようになっている。すなわち、Ｈ区間の立ち上がりエッジがＰ１とＰ２とのいずれで先行しているかに応じて、回転ディスク、つまりモータの回転方向の判別が可能である（このときの波形が通常波形パターンである）。一方、回転ディスクには、原点位置に対応する１箇所だけ、通常波形パターンの半分の周期にてＨ区間とＬ区間との位相が両スリット列間にて一致する原点検出用スリットが刻設されている。この原点検出用スリットが検出されると、両スリット列の回転パルス波形には立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとが一致したＨ区間が同時に現れる。これは、Ｈ区間のエッジが両スリット列にて常にずれて現れる通常波形パターンとは明らかに識別が可能であり、原点波形パターンとして利用される。つまり、モータの回転にかかる原点位置を検出する原点検出手段が構成されていることが明らかである。なお、原点を示す孤立したスリット（及び投光部／受光部）を、回転ディスクの半径方向にて上記２つのスリット列と異なる位置に別途設けてもよい。

次に、ロジック回路９は、モータドライバへの駆動指令を行なうマイコン（図示せず）を主体に構成されるものであるが、そのマイコンとは別に、図３に示すようなカウンタロジックが組み込まれている。該カウンタロジックにアップダウンカウンタ２３が設けられ、パルスエンコーダ８の上記２つのスリット列による回転パルス波形出力が波形整形部２２を介して、カウンタ入力回路２４に入力される。本実施例では特許文献３に開示されている特有の原点パターンを検出する構成となっている。波形整形されたパルスエンコーダの信号はそれぞれ２個のＤフリップフロップでサンプリングされる。サンプリングクロックＳＣＬＫはエンコーダ信号Ｐ１，Ｐ２より十分高い周波数を必要とする。本実施例においては４ｋＨｚとなっている。Ｐ1信号はサンプリングクロックＳＣＬＫの立ち上がりでサンプリングされ、Ｑ１１，Ｑ１１の論理反転データ，Ｑ１２，Ｑ１２の論理反転データの信号となる。同様にＰ２信号もサンプリングクロックＳＣＬＫの立ち上がりでサンプリングされＱ２１，Ｑ２１の論理反転データ，Ｑ２２，Ｑ２２の論理反転データの信号となる。なお図３等で上線付きのＱ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２はそれぞれＱ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２の論理反転データを示す。
これら８種類の信号からカウンタ入力回路のゲートマトリクスは９ｂｉｔアップダウンカウンタのアップ，ダウン信号を生成する。図４に示すようにＱ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２がＨ，Ｈ，Ｌ，ＨのときはＵＰ出力がＨになり、９ｂｉｔアップダウンカウンタは１カウントアップする。Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２がＨ，Ｌ，Ｈ，ＨまたはＬ，Ｈ，Ｌ，ＬまたはＬ，Ｌ，Ｈ，Ｌの場合も同様に、ＵＰ出力がＨになり９ｂｉｔアップダウンカウンタは１カウントアップする。
また、Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２がＨ，Ｈ，Ｈ，Ｌのときは、ＤＯＷＮ出力がＨになり９ｂｉｔアップダウンカウンタは１カウントダウンする。Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２がＨ，Ｌ，Ｌ，ＬまたはＬ，Ｈ，Ｈ，ＨまたはＬ，Ｌ，Ｌ，Ｈの場合も同様に、ＤＯＷＮ出力がＨになり９ｂｉｔアップダウンカウンタは１カウントダウンする。
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２がＨ，Ｌ，Ｈ，Ｌのときは、ＲＳＥＴ出力がＨになり、９ｂｉｔアップダウンカウンタはカウント値が１００Ｈにリセットされる。
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２が上記以外の組み合わせのときは、ＵＰ出力、ＤＯＷＮ出力、ＲＳＥＴ出力ともにＬとなり、９ｂｉｔアップダウンカウンタのカウント値は不変で保持される。

なお、図３の構成では、パルスエンコーダ８の受光部がフォトトランジスタで構成されており、波形成形部２２につながるその入力線は、フォトトランジスタが導通時に接地（Ｌ）、遮断時に電源電圧（Ｈ）となるよう、プルアップ抵抗２１を介して信号電源に接続されている。

上述のとおり、Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２がＨ，Ｌ，Ｈ，Ｌのときは、ＲＳＥＴ出力がＨになり、９ｂｉｔアップダウンカウンタはカウント値が１００Ｈにリセットされる。すなわち図６に示す通り、カウンタ入力回路２４は、原点波形パターンが到来したときのみリセット出力を付勢出力し、アップダウンカウンタ２３のカウント値を原点値（１００Ｈ）にリセットさせる。つまり、原点検出手段が原点位置を検出するに伴い、回転位置演算手段による現在回転位置の演算値を、該サーボモータユニット内にて予め用意された原点値にリセット補正する現在回転位置補正手段が機能的に実現されている。

以下、初期化モードでのシステム動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。自動車のＩＧスイッチがＯＮになるに伴い、Ｓ１にて初期化モードでの原点検出動作に入ることが識別される。Ｓ２において、集中制御ユニット（エアコンＥＣＵ）は、原点が存在すると推定される回転方向を仮に決定する（例えば、最初は「順方向」と定めておく）。サーボモータユニット側では原点位置も現在回転位置もいずれも把握できていない状態なので、原点位置に確実に到達できると推定できる適当な目標位置（例えば、１スリット分を残してエンコーダの回転ディスクがほぼ１回転する回転ストロークに対応した目標位置など）と、仮の現在回転位置とをそれぞれ設定し、その設定内容を初期化動作（原点検出動作）の指示コマンド（ここでは、ＩＮＴ＝１）とともにサーボモータユニットに通信送信する。

これを受けてサーボモータユニットのロジック回路はモータドライバを介してモータの駆動を開始するとともに、受信した仮の現在回転位置を起点として図４に従いパルス計数を開始する。このパルス計数値はＳ４で集中制御ユニットに送信される。パルス入力が通常波形パターンを検出中はモータ駆動が継続され、パルス計数値も逐次送信される。他方、前述の原点波形パターンが検出されるに伴いロジック回路はモータの駆動を停止する。そして、Ｓ６ではアップダウンカウンタ２３がパルス計数値を原点値にリセットするとともに、リセット完了を集中制御ユニットに通知する。集中制御ユニットはこれを受け、初期化モードを終了して通常モードへ移行するコマンド（ここではＩＮＴ＝０）をサーボモータユニットへ送信する。

上記フローチャートからも明らかな通り、原点検出から現在回転位置の原点値への補正処理は全てサーボモータユニット内で完結する。その結果、原点検出に伴い、正しい現在回転位置を集中制御ユニットからいちいち取得する必要がなくなるので、その間に外力等によりモータが動いて原点がずれるような問題が本質的に生じなくなる。また、正しい現在回転位置を集中制御ユニットから取得するステップが省略されるので、モータ制御のための通信シーケンスの簡略化を図ることができる。

図６は上記初期化モードにてモータが正回転している場合の、図７は同じくモータが逆回転している場合の、パルス入力波形（Ｐ１，Ｐ２）、アップダウンカウンタ２３のカウント動作（＋１はインクリメント、−１はデクリメント、ＮＣは非計数をそれぞれ示す）、及び計数値の変化をそれぞれ示すものである。いずれの方向においても、原点波形パターンが検出されるに伴いモータが停止し、カウンタが原点値にリセットされていることが明らかである。また、この実施形態では、図８(正回転時)及び図９（逆回転時）に示すごとく、通常モードでは、サーボモータユニットは、集中制御ユニットから指示された目標位置（ｎ）にモータの回転位置が到達するに伴いモータを停止する従来通りの制御が行なわれている。なお、これらの図示例ではモータの目標位置に至る途上では原点通過しておらず、原点波形パターンも検出されていない。

一方、図１０及び図１１は、モータの目標位置に至る途上で原点位置を通過する場合の動作例を示すものである。モータの目標位置に至る途上では原点通過しており、原点波形パターンが検出されている。これに伴い、カウンタ計数値は原点値（１００Ｈ）にリセットされるとともに、集中制御ユニットから通常モードを示すコマンド（ＩＮＴ＝０）を受けており、モータの停止は行なわない。

このとき、図１０では、リセット直前のカウント計数値が９７Ｈであり、原点値１００Ｈには１回のインクリメントでは到達できない値になっている。また、図１１では、リセット直前のカウント計数値が１０３Ｈであり、原点値１００Ｈには１回のデクリリメントでは到達できない値になっている。つまり、いずれの場合も、原点値１００Ｈと間に閾パルス数（ここでは１）を超える差が発生しており、回転位置ずれを生じていることが明らかである。そこで、サーボモータユニットはダイアグフラグＦＧＤＧの値を「回転位置ずれ発生」を意味する「１」にセットする。集中制御ユニットは、このダイアグフラグＦＧＤＧの値を通信取得することで、回転位置ずれが発生したことを知ることができる（つまり、回転位置ずれ発生通知手段の機能が実現している）。

一方、図１２（正回転）及び図１３（逆回転）では、リセット直前のカウント計数値が９９Ｈ及び１０１Ｈであり、原点値１００Ｈに１回のインクリメントないしデクリメントで到達できる値になっている。これは、原点値１００Ｈと間に閾パルス数（ここでは１）を超える差が発生しておらず、回転位置ずれを生じていないことを意味する。そこで、サーボモータユニットはダイアグフラグＦＧＤＧの値を「回転位置ずれなし」を意味する「０」にセットする。集中制御ユニットは、このダイアグフラグＦＧＤＧの値を通信取得することで、回転位置ずれが発生していないことを知ることができる。

なお、上記の実施形態では、原点検出手段がパルスエンコーダに組み込まれていたが、これを、パルスエンコーダとは別に設けられた原点センサとして構成することが可能である。図１４は、この場合のサーボモータユニットの構成例を示すブロック図である。ロジック回路９に原点センサをなす原点検出スイッチ１１が接続されている点のみが、図２との相違点である。図１５（正回転）及び図１６（逆回転）は、初期化モードでの動作を示すものであるが、パルスエンコーダには原点波形パターンの発生機構が設けられておらず、通常波形パターンのみが出力されている。その代わり、原点検出スイッチ１１の付勢を検出し、これを受けてカウンタ計数値のリセット補正とモータ停止とが行なわれるようになっている。また、図１７（正回転）及び図１８（逆回転）（いずれも、回転位置ずれあり）、及び図１９（正回転）及び図２０（逆回転）（いずれも、回転位置ずれなし）は通常モードでの動作を示すものである。原点検出スイッチ１１の付勢を検出し、これを受けてカウンタ計数値のリセット補正がなされるが、モータは停止していない。

１ サーボモータ制御システム
２ 集中制御ユニット
３ 通信ネットワーク
４ サーボモータユニット
５ モータ
６ モータドライバ
７ ＬＩＮトランシーバ（通信手段）
８ パルスエンコーダ（回転検出手段、原点検出手段）
９ ロジック回路（回転位置演算手段、モータ駆動指令手段、現在回転位置補正手段）
１１ 原点検出スイッチ（原点センサ）
２３ アップダウンカウンタ（回転位置演算手段、パルスカウンタ）

Claims (7)

1. 複数個のサーボモータを集中制御するための集中制御ユニットと、前記集中制御ユニットに通信ネットワークを介して接続される複数個のサーボモータユニットとを備え、個々の前記サーボモータユニットが、
   モータを駆動するモータドライバと、
   前記モータの回転を検出する回転検出手段と、
   前記モータの回転にかかる原点位置を検出する原点検出手段と、
   前記通信ネットワークを介して前記集中制御ユニットから前記モータの回転位置指示情報を含む制御情報を通信取得する通信手段と、
   前記回転センサからの回転検出信号を取得するとともに、該回転検出情報に基づき前記モータの現在回転位置を演算する回転位置演算手段と、
   前記通信手段から前記制御情報を取得して、前記回転位置指示情報を含む該制御情報と前記駆動回転位置情報とに基づき前記モータドライバに駆動指令情報を出力するモータ駆動指令手段と、
   前記原点検出手段が前記原点位置を検出するに伴い、前記回転位置演算手段による前記現在回転位置の演算値を、該サーボモータユニット内にて予め用意された原点値にリセット補正する現在回転位置補正手段と、
   を有することを特徴とするサーボモータ制御システム。
2. 前記回転検出手段が前記モータの回転軸と同期回転するインクリメント型パルスエンコーダとして構成され、
   前記回転位置演算手段は前記パルスエンコーダが出力する回転パルスを計数するパルスカウンタを有し、
   前記現在回転位置補正手段は、前記原点検出手段が前記原点位置を検出するに伴い、前記パルスカウンタの計数値を、前記原点表示値を示す計数値にリセットするカウンタリセット手段である請求項１記載のサーボモータ制御システム。
3. 前記インクリメント型パルスエンコーダは、前記モータの回転方向に応じて出力波形の位相進角関係が逆転する２系統の回転パルス波形生成部を有し、該回転パルス波形生成部は、通常波形パターンと、原点到来に伴い前記通常波形パターンと識別が可能な特有の原点波形パターンとを出力可能に構成され、
   前記原点検出手段は、前記回転パルス波形生成部の出力波形を監視するとともに、監視中の出力波形に出現する前記原点波形パターンにより前記原点の到来を検出するものである請求項２記載のサーボモータ制御システム。
4. 前記原点検出手段は、前記インクリメント型パルスエンコーダとは別に前記モータの原点位置の到来を検出して原点検出信号を出力する原点検出センサとして構成されている請求項２記載のサーボモータ制御システム。
5. 前記集中制御ユニットは、前記サーボモータの動作モードとして、通常モードと初期化モードとのいずれかを選択的に設定可能に構成され、
   前記モータ駆動指令手段は、前記初期化モードが設定されている場合には、前記現在回転位置補正手段による前記現在回転位置のリセット補正に対応して、前記モータドライバへ駆動停止指令を出力する一方、前記通常モードが設定されている場合には、前記リセット補正に対応する前記駆動停止指令の出力を行なわない請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のサーボモータ制御システム。
6. 前記サーボモータユニットは、前記リセット補正前後の現在回転位置の演算値を比較するとともに、該比較結果が回転位置ずれを示す場合に、当該回転位置ずれの発生を前記集中制御ユニットに通知する回転位置ずれ通知手段が設けられている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のサーボモータ制御システム。
7. 通信ネットワークに接続可能なサーボモータユニットであって、
   モータを駆動するモータドライバと、
   前記モータの回転を検出する回転検出手段と、
   前記モータの回転にかかる原点位置を検出する原点検出手段と、
   前記通信ネットワークを介して集中制御ユニットから前記モータの回転位置指示情報を含む制御情報を通信取得する通信手段と、
   前記回転センサからの回転検出信号を取得するとともに、該回転検出情報に基づき前記モータの現在回転位置を演算する回転位置演算手段と、
   前記通信手段から前記制御情報を取得して、前記の回転位置指示情報を含む該制御情報と前記駆動回転位置情報とに基づき前記モータドライバに駆動指令情報を出力するモータ駆動指令手段と、
   前記原点検出手段が前記原点位置を検出するに伴い、前記回転位置演算手段による前記現在回転位置の演算値を予め定められた原点値にリセット補正する現在回転位置補正手段と、
   を有することを特徴とするサーボモータユニット。

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