JP2014110756A

JP2014110756A - モータ制御装置及びモータ制御方法

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Publication number: JP2014110756A
Application number: JP2013049674A
Authority: JP
Inventors: Bon Young Gu; ヤング、ボン
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: KR101388858B1; US20140152223A1; JP5584948B2; US9071176B2

Abstract

【課題】本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関する。
【解決手段】本発明によると、第１信号を検出する信号検出部と、上記第１信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして一回の上記サンプリング周期に含まれる上記第１信号のパルス数を取得するサンプリング部と、上記一回の上記サンプリング周期を所定個数のサブ周期に分割し、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数に所定の加重値を適用してモータの速度を算出する演算部と、を含み、上記演算部は、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、上記加重値及び上記サブ周期の個数のうち少なくとも一つを調節して上記モータの速度を算出する、モータ制御装置を提案する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの速度を検出するにあたり、モータの速度を示すパルス状の第１信号に対して、所定のサンプリング周期を複数のサブ周期に分割して各サブ周期に含まれる第１信号のパルス数を算出する。各サブ周期に含まれる第１信号のパルス数が互いに異なる場合、即ちモータの速度が一定でなく変化する場合には、各サブ周期に含まれるパルス数に互いに異なる加重値を付与するか、又はサンプリング周期を分割するサブ周期の個数を調節することでモータの速度を正確に検出することができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提案する。

モータが動作する際に回転子の位置及び速度などを検出するセンサーの出力信号はパルス状に生成されることができる。パルス状に生成されるセンサー信号を用いてモータの速度及び回転子の位置などを検出し、これにより所望の速度でモータを動作させることでモータを制御することができる。従って、モータを希望通りに精密に制御するためには、モータの速度及び位置などを正確に検出する必要がある。

モータの回転子が１回転する際にセンサー信号に含まれるパルス数をＰＰＲ（ＰｕｌｓｅＰｅｒＲｏｔａｔｉｏｎ）と定義すると、モータの回転数（ＲＰＭ）は次のように定義することができる。

上記式中、Ｔｃはセンサー信号に含まれるパルス数を検出するサンプリング周期を意味し、ｎは一回のサンプリング周期内に含まれるパルス数を意味する。

所定のサンプリング周期に含まれるパルス数を検出する際に、サンプリング周期とパルスは同期化されていない状態であるため、パルス数において誤差が生じ得る。特に、上記式において、ｎ＝１である場合にモータの回転数において最も大きい誤差が生じ、ＰＰＲを増加させるか簡単にＴｃを増加させることでモータの回転数の誤差を低減することができる。しかし、Ｔｃを増加させる場合には、パルス数を検出するサンプリング周期が長くなり、モータの速度を検出しようとする時点以前に生成されたパルスまでモータの速度計算に影響を及ぼす。従って、モータの回転数の誤差を低減するためにＴｃを無限に増加させることができないという問題点がある。

引用発明１はセンサーモジュールに関するものであり、サンプリング周期を可変し、それによりセンサーモジュールが速度を検出する内容を開示している。しかし、これは単純に可変サンプリング周期から速度を検出する内容にすぎず、サンプリング周期全体を同様に維持し、かつ一回のサンプリング周期を複数のサブ周期に分割してサンプリング周期を大幅に増加させなくてもモータの速度を正確に検出する内容は開示していない。

日本公開特許公報ＪＰ２００８‐０５１５８７

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのものであり、モータの速度が反映されたパルス状の第１信号に対して、所定のサンプリング周期に含まれる第１信号のパルス数を算出する。また、サンプリング周期を複数のサブ周期に分割して各サブ周期に含まれるパルス数に加重値を適用し、これによりモータの速度を算出することで、サンプリング周期を大幅に増加させなくてもモータの速度を検出しようとする時点における実際の速度と検出した速度との誤差を低減し、これによりモータを精密に制御することができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提案する。

本発明の第１の技術的な面によると、第１信号を検出する信号検出部と、所定のサンプリング周期に含まれる上記第１信号のパルス数を取得するサンプリング部と、上記サンプリング周期を所定個数のサブ周期に分割し、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数に所定の加重値を適用してモータの速度を算出する演算部と、を含み、上記演算部は、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、上記加重値及び上記サブ周期の個数のうち少なくとも一つを調節して上記モータの速度を算出するモータ制御装置を提案する。

また、上記演算部は、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数に互いに異なる上記加重値を適用して上記モータの速度を算出するモータ制御装置を提案する。

また、上記演算部は、複数の上記サブ周期のうち上記サンプリング周期の終了時点に近いサブ周期に含まれる上記第１信号のパルス数に、より大きい加重値を適用するモータ制御装置を提案する。

また、上記演算部は、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、上記第１信号のパルス数をより多く含むほど複数の上記サブ周期それぞれに対する加重値を高く適用するモータ制御装置を提案する。

また、上記演算部は、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、上記サンプリング周期を上記個数より多い数の上記サブ周期に分割するモータ制御装置を提案する。

また、上記演算部は、上記サンプリング周期全体に対する上記モータの速度を算出するモータ制御装置を提案する。

一方、本発明の第２の技術的な面によると、第１信号を検出する段階と、所定のサンプリング周期に含まれる第１信号のパルス数を取得する段階と、一回の上記サンプリング周期を所定個数のサブ周期に分割する段階と、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数に所定の加重値を適用してモータの速度を算出する段階と、を含むモータ制御方法を提案する。

また、上記速度算出段階は、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、上記加重値及び上記サブ周期の個数のうち少なくとも一つを調節して上記モータの速度を算出するモータ制御方法を提案する。

また、上記速度算出段階は、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数に互いに異なる上記加重値を適用して上記モータの速度を算出するモータ制御方法を提案する。

また、上記速度算出段階は、上記サンプリング周期の終了時点に近いサブ周期に含まれる上記第１信号のパルス数に、より大きい加重値を適用するモータ制御方法を提案する。

また、上記速度算出段階は、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、上記第１信号のパルス数をより多く含む上記サブ周期に、より高い加重値を適用するモータ制御方法を提案する。

また、上記速度算出段階は、複数の上記サブ周期それぞれに含まれる上記第１信号のパルス数の差が大きいほど、上記サンプリング周期をより多い数の上記サブ周期に分割するモータ制御方法を提案する。

また、上記モータの速度が上記サンプリング周期全体に対する上記モータの速度であるモータ制御方法を提案する。

また、複数の上記サブ周期の個数は２^ｎ個（ｎは１以上の整数）であり、上記サブ周期それぞれに適用される加重値は２^ｍの値（ｍは０以上の整数）を有するモータ制御方法を提案する。

本発明によると、モータの速度を反映する第１信号を検出し、複数のサブ周期を有するサンプリング周期の間に検出した第１信号のパルス数をカウントする。この際、複数のサブ周期それぞれに含まれる第１信号のパルス数を個別にカウントし、各サブ周期に含まれるパルス数に応じて各サブ周期に個別に加重値を付与してモータの速度を算出することにより、サンプリング速度を大幅に増加させなくてもモータの速度を正確に検出することができる。

本発明の実施例によるモータ制御装置を簡単に示すブロック図である。本発明の実施例によるモータ制御装置の動作を説明するためのグラフである。本発明の実施例によるモータ制御方法を説明するために提供されるフローチャートである。

後述する本発明に関する詳細な説明は、本発明を実施するための特定の実施例を例示として図示する添付図面を参照する。これらの実施例については、当業者が本発明を十分に実施することができるように詳細に説明する。本発明の様々な実施例は互いに異なるが、互いに排他的である必要はないことを理解しなければならない。例えば、ここに記載されている特定の形状、構造及び特性は、一実施例に係り本発明の思想及び範囲から外れずに他の実施例に具現することができる。また、それぞれの開示された実施例内の個別の構成要素の位置又は配置は本発明の思想及び範囲から外れずに変更することができることを理解しなければならない。従って、後述する詳細な説明は、限定的な意味として開示されるものではなく、本発明の範囲は、適切に説明されれば、その請求項が主張するものと均等な全ての範囲とともに添付の請求項のみによって限定される。図面における類似した参照符号は様々な面において同一又は類似した機能を示す。

以下、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるようにするために、添付の図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例によるモータ制御装置を簡単に示すブロック図である。

図１を参照すると、本実施例によるモータ制御装置１００は、信号生成部１１０と、サンプリング部１２０と、演算部１３０と、制御部１４０と、モータ１５０と、を含む。制御部１４０は、モータ１５０の動作を制御し、信号生成部１１０は、モータ１５０から出力される信号を用いてモータ回転子の位置及びモータ回転子の速度などを示す第１信号を生成することができる。

信号生成部１１０が出力する第１信号は、モータ回転子の速度及び位置などによって決定される信号であり、多数のパルスを含む形態の信号であることができる。一例として、モータ回転子が回転する速度が速いほど第１信号には多数のパルスが含まれることができ、従って、特定時間内に第１信号から検出されるパルス数をカウントしてモータ回転子の速度を測定することができる。

モータ回転子の速度を正確に検出するためには、第１信号のパルス数を検出する時間をできるだけ長く延ばすことが好ましい。例えば、１０μｓの間に第１信号に示されるパルス数をカウントするより、３０μｓの間に第１信号に示されるパルス数をカウントした方が、モータ回転子の速度をより正確に検出することができる。しかし、これは、モータ回転子の速度が大きな変化なしに一定に維持される場合のみに適用することができる方法である。モータ回転子の速度が大きな変動幅を有する場合には、第１信号のパルス数を検出する時間を長く延ばしても正確な速度を検出することが困難になり得る。

モータ回転子の速度が大きな変動幅を有する場合には、第１信号のパルス数もまた大幅に増加又は減少する。即ち、モータ回転子の速度が増加すると、第１信号が同一時間においてより多い数のパルスを含み、モータ回転子の速度が減少すると、第１信号が同一時間においてより少ない数のパルスを含む。

モータ回転子が非常に速い速度で回転してから速度が急減して、モータ制御装置１００がいざモータ回転子の速度を検出しようとする特定時点では遅い速度を有する場合を仮定してみる。この場合、モータ回転子の速度を正確に測定するために第１信号のパルス数を検出する時間を長く設定すると、該検出時間内にモータ回転子が速い速度で回転した過去のパルスまで含まれて、検出時間内には現在の速度に比べて相当数のパルスが含まれ得る。従って、モータ制御装置１００が、現時点でモータ回転子が動作する実際の速度よりモータ回転子の速度が速いと検出することになり、結果、モータの動作を正確に制御できなくなる。

このような問題を解決するために、本実施例では、信号生成部１１０が生成する第１信号に含まれるパルス数を検出するサンプリング動作において、全体のサンプリング周期を２以上のサブ周期に分割する。２以上のサブ周期それぞれに含まれる第１信号のパルス数を個別にカウントし、各サブ周期から検出したパルス数に基づく演算を行ってモータ１５０の速度を測定することにより、モータ速度の測定時に生じる誤差を低減することができる。また、全体のサンプリング周期を長く延ばさなくてもモータ速度測定の正確度を高めることができる。

従って、サンプリング部１２０は、第１信号を受信して所定のサンプリング周期Ｔｃの間に第１信号に示されるパルス数を検出するにあたり、サンプリング周期Ｔｃを複数のサブ周期Ｔ_Ｓ１〜Ｔ_ＳＮに再び分割してサブ周期Ｔ_Ｓ１〜Ｔ_ＳＮそれぞれに含まれる第１信号のパルス数を算出する。演算部１３０は、各サブ周期Ｔ_Ｓ１〜Ｔ_ＳＮに含まれる第１信号のパルス数を用いてモータ１５０の速度を算出するが、簡単に各サブ周期Ｔ_Ｓ１〜Ｔ_ＳＮに含まれるパルス数の平均又は加重平均からモータ１５０の速度を演算することができる。これについては図２を参照して後述する。

制御部１４０は、演算部１３０が計算したモータ１５０の速度を用いてモータ１５０の動作を制御する。演算部１３０が測定したモータ１５０の速度が多少の誤差を含んでいても特定時区間ではなく特定時点における速度と仮定し、制御部１４０は、演算部１３０が計算した結果からモータ１５０の速度などを制御することができる。この際、演算部１３０が計算した結果と実際のモータ１５０の速度との差が大きい場合には、オーバシュート（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）などが発生したり、騒音や振動などに悪影響を及ぼす可能性がある。従って、演算部１３０ができるだけ小さい誤差でモータ１５０の速度を計算できるように、上記で提示したように複数のサブ周期から検出した第１信号のパルス数を用いてモータ１５０の速度を測定することが好ましい。

図２は本発明の実施例によるモータ制御装置の動作を説明するためのグラフである。

図２を参照すると、第１信号は、複数のパルスが繰り返して示される形態を有する信号である。信号生成部１１０により図２に図示されたような第１信号が生成されると、サンプリング部１２０が、サンプリング周期Ｔｃの間に第１信号に示されるパルス数をカウントする。演算部１３０は、サンプリング周期Ｔｃの間に検出したパルス数を用いてモータ１５０の速度を計算することができるが、このような方法は、モータ１５０の速度を簡単に検出することができる反面、多い誤差を含むという問題がある。

サンプリング部１２０がサンプリング周期Ｔｃの間に第１信号に示されるパルス数をカウントし、これにより演算部１３０が計算するモータ１５０の速度は、サンプリング周期Ｔｃの間のモータ１５０の速度ではなく、サンプリング周期Ｔｃの終了時点におけるモータ１５０の速度として適用される。また、演算部１３０がモータ１５０の速度を正確に検出するためには、比較的長いサンプリング周期Ｔｃを必要とする。

しかし、設定されたサンプリング周期Ｔｃが長すぎると、モータ１５０の速度を検出しようとするサンプリング周期Ｔｃの終了時点よりはるか前に生成された第１信号のパルスもモータ１５０の速度計算に影響を及ぼす。従って、本実施例では、単純にサンプリング周期Ｔｃを長く設定するのではなく、サンプリング周期Ｔｃを複数のサブ周期Ｔ_Ｓ１、Ｔ_Ｓ２、Ｔ_Ｓ３に分割してモータ１５０の速度を計算する方法を提案する。勿論、サンプリング周期Ｔｃを三つのサブ周期に分割したことは単なる実施例にすぎず、三つより少ないか又は三つより多い数のサブ周期に分割することもできる。

以下、説明の便宜上、下記の表１のように、第１ケースから第３ケースに対して、複数のサブ周期Ｔ_Ｓ１、Ｔ_Ｓ２、Ｔ_Ｓ３それぞれに第１信号のパルス数が含まれることを仮定する。

表１を参照すると、第１ケースでは、各サブ周期Ｔ_Ｓ１、Ｔ_Ｓ２、Ｔ_Ｓ３から同一の数のパルスが検出され、第２及び第３ケースでは、各サブ周期Ｔ_Ｓ１、Ｔ_Ｓ２、Ｔ_Ｓ３から互いに異なる数のパルスが検出される。即ち、第１ケースは、モータ１５０の速度が大きな変動幅なしにほぼ一定に維持される場合を仮定したものであり、第２ケースは、モータ１５０の速度が増加する場合を仮定したものであり、第３ケースは、モータ１５０の速度が減少する場合を仮定したものである。

演算部１３０は、各サブ周期Ｔ_Ｓ１、Ｔ_Ｓ２、Ｔ_Ｓ３から算出したパルス数に所定の加重値を付与して平均を計算する加重平均方式によりモータ１５０の速度を計算することができる。この際、演算部１３０が計算しようとするモータ１５０の速度は、全体のサンプリング周期Ｔｃの間の平均速度ではなく、Ｔｃの終了時点における瞬間速度であるため、誤差をできるだけ低減するために、Ｔｃの終了時点に近い最後のサブ周期Ｔ_Ｓ３のパルス数に大きい加重値を付与することができる。第１ケースにおいて、各サブ周期に１、２、６の加重値が順に付与された場合を仮定すると、モータ１５０の速度は以下のように計算される。

一方、各サブ周期に加重値を付与することなく一般的な算術平均を計算しても第１ケースにおけるモータ１５０の速度は４０と計算される。即ち、モータ１５０の速度が大きな変動幅なしに実質的に一定に維持される場合には、加重値を付与するか否かに関係なく演算部１３０が同一の速度を計算する。一方、第２ケースにおいて、各サブ周期に１、２、６の加重値を付与すると、モータ１５０の速度は以下のように計算される。

加重値を適用すると、モータ１５０の速度が５０と計算される反面、加重値なしに算術平均のみを計算すると、モータ１５０の速度が４０と計算される。モータ１５０の速度を検出しようとするサンプリング周期Ｔｃの終了時点では速度が徐々に速くなるため、結果、加重値を適用した場合に、より小さい誤差でモータ１５０の速度を計算することができる。

第３ケースの場合も第２ケースに類似している。加重値を適用すると、モータ１５０の速度が約２８．９と計算されるが、加重値なしに算術平均で計算すると、モータ１５０の速度が４０となる。従って、単純に算術平均を適用すると、３番目のサブ周期Ｔ_Ｓ３に進入してから遅くなるモータ１５０の速度が反映されず、加重平均方式を適用したときにより正確な演算結果を得ることができる。

図３は本発明の実施例によるモータ制御方法を説明するために提供されるフローチャートである。

図３を参照すると、本実施例によるモータ制御方法は、サンプリング周期Ｔｃに含まれる第１信号のパルス数を算出することで開始する（Ｓ３０）。サンプリング部１２０は、信号生成部１１０が出力する第１信号を受信し、所定のサンプリング周期Ｔｃの間に第１信号に示されるパルス数をカウントする。

演算部１３０は、サンプリング結果を受信し、サンプリング周期Ｔｃを複数のサブ周期に分割し（Ｓ３２）、全体のサンプリング周期Ｔｃが経過したか否かを判断する（Ｓ３３）。全体のサンプリング周期（Ｔｃ）が経過すると、各サブ周期に含まれる第１信号のパルス数に加重値を適用する（Ｓ３６）。この際、上述したように、演算部１３０が計算しようとするモータ１５０の速度は全体のサンプリング周期Ｔｃの終了時点における瞬間速度であるため、全体のサンプリング周期Ｔｃに最も近いサブ周期に含まれるパルス数に最も高い加重値を付与することができる。

一方、Ｓ３２段階でサンプリング周期Ｔｃを複数のサブ周期に分割する際に、演算部１３０の演算量を考慮してサブ周期の個数を２^ｎ個（ｎは自然数）に設定することができる。この場合、演算部１３０は、除算をシフト演算で代替することができ、同じ理由で、各サブ周期に含まれるパルス数に割り当てられる加重値もまた２^ｍの値（ｍは０以上の整数）に設定することができる。

このように演算部１３０が加重平均方式を用いてモータ１５０の速度を計算し（Ｓ３８）、制御部１４０が計算された速度からモータ１５０の動作を制御する。本発明で提案する方式を適用することにより、全体のサンプリング周期Ｔｃを過度に長く設定しなくてもモータ１５０の速度を正確に計算することができ、これにより、モータ１５０の動作をより精密に制御することができる。

以上、具体的な構成要素などの特定事項と限定された実施例及び図面により本発明を説明したが、これは本発明の全体的な理解をより容易にするために提供されたものにすぎず、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であればこのような記載から様々な修正及び変形を図ることができる。

従って、本発明の思想は上述した実施例に限定して定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、本特許請求の範囲と均等又は等価的に変形された全てのものが本発明の思想の範疇に属すると言える。

１１０信号生成部
１２０サンプリング部
１３０演算部
１４０制御部
１５０モータ

Claims

第１信号を検出する信号検出部と、
所定のサンプリング周期に含まれる前記第１信号のパルス数を取得するサンプリング部と、
前記サンプリング周期を所定個数のサブ周期に分割し、複数の前記サブ周期それぞれに含まれる前記第１信号のパルス数に所定の加重値を適用してモータの速度を算出する演算部と、を含み、
前記演算部は、複数の前記サブ周期それぞれに含まれる前記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、前記加重値及び前記サブ周期の個数のうち少なくとも一つを調節して前記モータの速度を算出する、モータ制御装置。
前記演算部は、複数の前記サブ周期それぞれに含まれる前記第１信号のパルス数に互いに異なる前記加重値を適用して前記モータの速度を算出する、請求項１に記載のモータ制御装置。
前記演算部は、複数の前記サブ周期のうち前記サンプリング周期の終了時点に近いサブ周期に含まれる前記第１信号のパルス数に、より大きい加重値を適用する、請求項２に記載のモータ制御装置。
前記演算部は、複数の前記サブ周期それぞれに含まれる前記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、前記第１信号のパルス数をより多く含むほど複数の前記サブ周期それぞれに対する加重値を高く適用する、請求項３に記載のモータ制御装置。
前記演算部は、複数の前記サブ周期それぞれに含まれる前記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、前記サンプリング周期を前記所定個数より多い数の前記サブ周期に分割する、請求項１から４の何れか１項に記載のモータ制御装置。
前記演算部は、前記サンプリング周期全体に対する前記モータの速度を算出する、請求項１から５の何れか１項に記載のモータ制御装置。
第１信号を検出する検出段階と、
所定のサンプリング周期に含まれる前記第１信号のパルス数を取得する取得段階と、
一回の前記サンプリング周期を所定個数のサブ周期に分割する分割段階と、
複数の前記サブ周期それぞれに含まれる前記第１信号のパルス数に所定の加重値を適用してモータの速度を算出する速度算出段階と、を含む、モータ制御方法。
前記速度算出段階は、複数の前記サブ周期それぞれに含まれる前記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、前記加重値及び前記サブ周期の個数のうち少なくとも一つを調節して前記モータの速度を算出する、請求項７に記載のモータ制御方法。
前記速度算出段階は、複数の前記サブ周期それぞれに含まれる前記第１信号のパルス数に互いに異なる前記加重値を適用して前記モータの速度を算出する、請求項７または８に記載のモータ制御方法。
前記速度算出段階は、前記サンプリング周期の終了時点に近いサブ周期に含まれる前記第１信号のパルス数に、より大きい加重値を適用する、請求項９に記載のモータ制御方法。
前記速度算出段階は、複数の前記サブ周期それぞれに含まれる前記第１信号のパルス数が互いに異なる場合、前記第１信号のパルス数をより多く含む前記サブ周期に、より高い加重値を適用する、請求項９または１０に記載のモータ制御方法。
前記速度算出段階は、複数の前記サブ周期それぞれに含まれる前記第１信号のパルス数の差が大きいほど、前記サンプリング周期を前記所定個数より多い数の前記サブ周期に分割する、請求項７から１１の何れか１項に記載のモータ制御方法。
前記モータの速度が前記サンプリング周期全体に対する前記モータの速度である、請求項７から１２の何れか１項に記載のモータ制御方法。
複数の前記サブ周期の個数は２^ｎ個（ｎは１以上の整数）であり、前記サブ周期それぞれに適用される加重値は２^ｍの値（ｍは０以上の整数）を有する、請求項７にから１３の何れか１項記載のモータ制御方法。