JP2014236520A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転数に応じて変化するモータの機械応答特性に追従し、安定したモータの回転数制御を行う。【解決手段】速度比較器１２が、ブラシレスＤＣモータ３の目標速度と現在の速度とを比較して速度誤差を算出する。誤差増幅部１３は、速度誤差を増幅して制御値を生成する。ドライバ２は、制御値でブラシレスＤＣモータ３を駆動する。ここで、誤差増幅部１３は、算出された速度誤差を所定の比例ゲインで増幅すると共に、所定の積分折れ点周波数より低域側を積分した比例積分特性を有している。そして、誤差増幅部１３は、現在速度が高くなるにつれ、比例ゲインを増加させると共に、積分折れ点周波数を低域側にシフトさせる制御値を生成してドライバ２に供給する。これにより、モータの回転数に応じて変化するモータの機械応答特性に追従し、安定したモータの回転数制御を行うことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

印加電圧に比例した回転数で回転するＤＣ（Direct Current）モータが知られている。このＤＣモータの種類としては、ブラシ付モータ、およびブラシレスモータが知られている。このうち、ブラシレスモータはブラシ磨耗がなく耐久性が高いため、高い頻度で使用される。このようなＤＣモータは、エンコーダ等の位置・速度センサを用いたフィードバック制御により、任意のタイミングで停止制御（速度ゼロ）され、また、任意の目標速度に速度制御される。

ここで、特許文献１（特開２００９−１４８０８２号公報）に、ゲインを最適な値に調整（チューニング）して画像品質を向上させることを目的とした画像形成装置が開示されている。この画像形成装置は、誤差検出部において周波数誤差があるか否かを判断する。周波数誤差がある場合に、さらに目標誤差範囲内であるか否かを判断する。そして、周波数誤差が目標誤差範囲内である場合には、比例積分制御の比例項のゲイン（Ｐゲイン）を減少させる。また、周波数誤差が目標誤差範囲内でない場合には、Ｐゲインを増加する。そして、設定されたゲインに基づいて周波数ＰＩＤ（Proportional Integral and Differential）演算処理を実行する。

しかし、ブラシレスモータ等のＤＣモータの応答特性（印加電圧に対する回転速度の変化）は、回転数によって大きく変化する。そして、回転数が変化すると、総合フィードバック特性も変化する。このため、固定的なフィードバックゲイン等を用いて回転数の制御を行うと、広い範囲で安定した回転数の制御が困難になるという問題を生ずる。

また、特許文献１に開示されている画像形成装置の場合、目標回転数に応じて比例ゲインを可変しているため、モータが目標回転数付近で回転していない場合は、回転が不安定になる問題がある。また、回転数に対するゲインの決定は、回転変動のみ考慮して行っている。このため、応答性（目標速度を変化させたときの追従の速さ）および安定性を最適化することは困難である。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、モータの回転数を安定かつ最適に制御可能とするモータ制御装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータの速度を制御するモータ制御装置であって、目標速度を生成する目標速度生成手段と、モータの現在速度を検出する速度検出手段と、目標速度と現在速度とを比較して速度誤差を算出する速度比較手段と、速度誤差を増幅して制御値を出力する誤差増幅手段と、制御値に応じてモータを駆動するモータ駆動手段とを備え、誤差増幅手段は、速度誤差を比例ゲインで増幅すると共に、積分折れ点周波数より低域側を積分した比例積分特性を有し、比例ゲインを現在速度が高くなるほど増加させ、積分折れ点周波数を現在速度が高くなるほど低域側にシフトさせることを特徴とする。

本発明によれば、モータの回転数を安定かつ最適に制御することができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態のモータ制御装置のブロック図である。 図２は、第１の実施の形態のモータ制御装置に設けられている誤差増幅部のブロック図である。 図３は、第１の実施の形態のモータ制御装置に設けられているゲイン／折れ点周波数制御部（Ｇ／Ｆ制御部）のブロック図である。 図４は、Ｇ／Ｆ制御部で生成されるゲイン可変量と、ブラシレスＤＣモータの回転数との関係を示したグラフである。 図５は、ブラシレスＤＣモータのステップ応答と機械時定数の関係を示すグラフである。 図６は、ブラシレスＤＣモータの初期回転数をふって、機械時定数をプロットしたグラフである。 図７は、Ｇ／Ｆ制御部のゲイン可変量および折れ点周波数可変量で誤差増幅部を制御した場合における周波数特性を示すボード線図である。 図８は、第２の実施の形態のモータ制御装置に設けられている誤差増幅部のブロック図である。 図９は、第３の実施の形態のモータ制御装置に設けられている誤差増幅部のブロック図である。 図１０は、第４の実施の形態のモータ制御装置に設けられている誤差増幅部のブロック図である。 図１１は、第５の実施の形態のモータ制御装置に設けられているＧ／Ｆ制御部で生成されるゲイン可変量と、ブラシレスＤＣモータの回転数との関係を示したグラフである。 図１２は、第６の実施の形態のモータ制御装置のブロック図である。

以下に添付図面を参照して、モータ制御装置の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のモータ制御装置のブロック図である。図１に示すように、第１の実施の形態のモータ制御装置は、制御器１と、ドライバ２と、ブラシレスＤＣモータ（Ｍ）３と、センサ４とを有している。また、制御器１は、目標速度生成部１１と、速度比較器１２と、誤差増幅部１３と、速度検出部１４と、ゲイン／折れ点周波数制御部（Ｇ／Ｆ制御部）１５とを有している。目標速度生成部１１は、目標速度生成手段の一例である。速度検出部１４は、速度検出手段の一例である。速度比較器１２は、速度比較手段の一例である。誤差増幅部１３は、誤差増幅手段の一例である。ドライバ２は、モータ駆動手段の一例である。

目標速度生成部１１は、第１の実施の形態のモータ制御装置で使用するモータ速度に対応する所定の目標値（目標速度ＴｇｔＳｐ）を出力する。具体的には、目標速度ＴｇｔＳｐは、一定でもよい。また、ブラシレスＤＣモータ３を所定距離移動させるような位置決めシステムの場合、ゼロから所定速度まで連続的に変化する目標速度ＴｇｔＳｐが用いられる。さらに、目標速度ＴｇｔＳｐは、目標位置とブラシレスＤＣモータ３の現在位置を比較した結果に応じて生成してもよい。このように目標速度生成部１１としては、各種のものを用いることができる。この実施の形態においては、何らかの目標速度ＴｇｔＳｐが生成されるものとする。

速度検出部１４は、ブラシレスＤＣモータ３の現在速度を検出して速度値Ｓｐｅｅｄを出力する。モータ速度は、ブラシレスＤＣモータ３またはその駆動先に取り付けられたセンサ４により計測される。速度比較器１２は、目標速度ＴｇｔＳｐと現在の速度値Ｓｐｅｅｄを比較して、その差を速度誤差信号ＳｐＥｒｒとして出力する。誤差増幅部１３は、増幅ゲインと、少なくとも所定周波数以下で積分特性を持たせる積分部を備えている。誤差増幅部１３は、速度誤差信号ＳｐＥｒｒを増幅し、ブラシレスＤＣモータ３の駆動電圧に相当する制御値Ｄｒｖを生成して出力するが、詳しい説明は後述する。

Ｇ／Ｆ制御部１５は、誤差増幅部１３の比例ゲインおよび折れ点周波数を可変制御する。すなわち、Ｇ／Ｆ制御部１５は、現在の速度値Ｓｐｅｅｄに応じて、誤差増幅部１３内の比例ゲインを可変制御するためのゲイン可変量Ｇａｄｊ、および積分、微分特性の起点となる周波数（折れ点周波数）を可変制御するための折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを出力する。これも詳しい説明は後述する。

ドライバ２は、いわゆるモータ駆動回路である。ドライバ２は、誤差増幅部１３からの制御値Ｄｒｖに比例したモータ駆動電圧で電磁コイルを介してブラシレスＤＣモータ３を回転駆動する。これにより、ブラシレスＤＣモータ３は、制御値Ｄｒｖに比例した速度で回転する。ブラシレスＤＣモータ３の回転速度は、図示しない負荷やその他の要因により変動する。一般的には、回転速度の変動を是正するために、ブラシレスＤＣモータ３の現在の回転速度を制御器１にフィードバックし、ブラシレスＤＣモータ３の回転速度が一定となるように制御する。

センサ４は、位置センサまたは速度センサである。センサ４は、ブラシレスＤＣモータ３の回転位置、または回転速度を検出してセンサ信号Ｓｎｓを出力する。センサ４としては、例えばエンコーダまたはレゾルバ等の、モータの回転角度に応じてパルスまたは角度情報を出力するものを用いることができる。

センサ４の出力形態により、様々な構成の速度検出部１４を用いることができる。例えば、センサ４が速度信号を出力する場合、速度信号をＳｐｅｅｄ値に変換する速度検出部１４を用いることができる。また、センサ４が、位置情報を出力する場合、微分等により位置情報を速度情報に変換する速度検出部１４を用いることができる。また、センサ４が速度に比例した周波数のパルスを出力する場合、そのパルスの周期またはパルス数をカウントし、パルスの時間的変化からブラシレスＤＣモータ３の回転速度を検出する速度検出部１４を用いることができる。

次に、図２に、誤差増幅部１３のブロック図を示す。誤差増幅部１３は、増幅部２１と、乗算部２２と、増幅部２３と、乗算部２４と、積分部２５と、加算器２６とを有している。増幅部２１は、ゲイン要素であり、入力端子２７を介して供給される速度誤差信号ＳｐＥｒｒを固定の増幅率Ｇで増幅する。乗算部２２は、ゲイン可変要素であり、固定の増幅率Ｇで増幅された速度誤差信号ＳｐＥｒｒに、入力端子２８を介して供給されるゲイン可変量Ｇａｄｊを乗じて制御値Ｃｔを生成して出力する。すなわち、「制御値Ｃｔ＝速度誤差信号ＳｐＥｒｒ×固定増幅率Ｇ×ゲイン可変量Ｇａｄｊ」となる。

増幅部２３は、ゲイン要素で、固定の増幅率Ｇｉで制御値Ｃｔを増幅する。乗算部２４は、ゲイン可変要素で、固定の増幅率Ｇｉで増幅された制御値Ｃｔに、入力端子２９を介して供給される折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを乗じる。積分部２５は、折れ点周波数可変量Ｆａｄｊが乗算処理された制御値Ｃｔを積分して制御値Ｃｉを出力する。加算器２６は、乗算部２２からの制御値Ｃｔと、積分部２５からの制御値Ｃｉを加算処理して制御値Ｄｒｖを生成する。制御値Ｄｒｖは、出力端子３０を介してドライバ２に供給される。

次に、図３に、Ｇ／Ｆ制御部１５のブロック図を示す。Ｇ／Ｆ制御部１５は、ゲイン算出部３１および逆数部３２を有している。ゲイン算出部３１は、ブラシレスＤＣモータ３の現在の回転の速度値Ｓｐｅｅｄ、傾き係数の値である係数Ａと切片の値である係数Ｂを用いて算出したゲイン可変量Ｇａｄｊを出力する。すなわち、ゲイン算出部３１は、「ゲイン可変量Ｇａｄｊ＝係数Ａ×速度値Ｓｐｅｅｄ＋係数Ｂ」の数式を用いてゲイン可変量Ｇａｄｊを算出して出力する。

逆数部３２は、ゲイン可変量Ｇａｄｊの逆数を折れ点周波数可変量Ｆａｄｊとして出力する。すなわち、逆数部３２は、「折れ点周波数可変量Ｆａｄｊ＝１／ゲイン可変量Ｇａｄｊ」の数式を用いて折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを算出して出力する。この実施の形態のモータ制御装置は、係数Ａおよび係数Ｂを、モータ特性に応じて決定する。これにより、モータ特性による制御性能および安定性の変化をキャンセルして、安定かつ最適にブラシレスＤＣモータ３の回転制御が可能となる。

一例として、図４に、Ｇ／Ｆ制御部１５で生成されるゲイン可変量Ｇａｄｊと、ブラシレスＤＣモータ３の回転数との関係を示したグラフを示す。この図４のグラフの横軸の回転数は任意単位であり、例えばｒｐｍ（回転／毎分）である。係数Ａおよび係数Ｂは、ブラシレスＤＣモータ３の、以下に説明する機械時定数Ｔｍが、回転数によって変化する量を反映して決定される。例えば、回転数が２５００ｒｐｍのときの機械時定数が、回転停止時の機械時定数と比較して５倍の機械時定数となるブラシレスＤＣモータ３の場合、「係数Ａ＝５／２５００」、「係数Ｂ＝１」となる。

図５のグラフに、ブラシレスＤＣモータ３のステップ応答と機械時定数Ｔｍの関係を示す。ステップ応答は、ブラシレスＤＣモータ３の入力電圧Ｖｃをステップ的に変化させることで変化するモータ速度をプロットしたものである。図５のグラフの横軸は、時間軸である。横軸の単位は任意であり、例えばｍｓｅｃである。図５のグラフの縦軸は、ステップ電圧印加前後のモータ速度変化量を「１」に正規化したモータ速度である。この正規化した速度変化量が０．６３に達する時間が「機械時定数Ｔｍ」である。

図５の点線のグラフは、初期回転数が遅いときのプロットで、このときの機械時定数Ｔｍは、Ｔｍ＝１である。図５の実線のグラフは、初期回転数が速いときのプロットで、このときの機械時定数Ｔｍは、Ｔｍ＝４である。この図５から、ブラシレスＤＣモータ３は、初期回転数（ステップ電圧印加前の回転数）が高いほど機械時定数Ｔｍが大きくなる傾向にあることがわかる（＝応答が遅くなる傾向にあることがわかる）。

図６は、ブラシレスＤＣモータ３の初期回転数をふって、機械時定数Ｔｍをプロットしたグラフである。この図６のグラフでは、モータ停止時の機械時定数Ｔｍを１に正規化している。この図６のグラフからわかるように、ブラシレスＤＣモータ３の回転数に対して、機械時定数Ｔｍが直線的に増加している。この直線の傾きは、モータの品種（種類）により異なるため、モータの品種毎にこのようなプロットをとって、基礎データとするのが好ましい。ゲイン可変量Ｇａｄｊの直線の傾きは、ブラシレスＤＣモータ３の回転数に対する機械時定数Ｔｍの変化率に応じて決定されている。

この図６のグラフに示す基礎データおよび図４に示したゲイン可変量Ｇａｄｊの可変式（ゲイン可変量Ｇａｄｊ＝係数Ａ×速度値Ｓｐｅｅｄ＋係数Ｂ）から、係数Ａおよび係数Ｂを求めることができる。これを用いて、Ｇ／Ｆ制御部１５が構成されている。

図７に、Ｇ／Ｆ制御部１５のゲイン可変量Ｇａｄｊおよび折れ点周波数可変量Ｆａｄｊで誤差増幅部１３を制御した場合における周波数特性ボード線図を示す。ボード線図は、周波数を横軸として、入力から出力までのゲインをプロットしたもので、周波数は対数目盛り、ゲインはｄＢ（ゲインの対数値×２０）で示される。対数目盛りを用いると、ゲインが略々直線で近似できる。直線が折れ曲がる周波数は、折れ点周波数と呼ばれている。

図７からわかるように、誤差増幅部１３は、積分折れ点周波数（Integral Corner）よりも低域でゲインが増大する積分特性を備え、積分折れ点周波数よりも高域ではフラットなゲインとなる。図７において、ブラシレスＤＣモータ３の回転速度が低いとき(低速時)のボード線図は、太い実線で示されている。ブラシレスＤＣモータ３の回転速度が速くなると（高速時）、ゲイン可変量Ｇａｄｊは大きくなり、折れ点周波数可変量Ｆａｄｊが小さくなる。このため、高速時には、図７中、点線のボード線図で示すように、フラット部分のゲインが上がり、積分折れ点周波数は下がる。

ゲイン可変量Ｇａｄｊを大きくしただけでは、図７中の細線のボード線図のように全体的にゲインが上がるだけである。これでは機械時定数Ｔｍの変化を補償できない。このため、Ｇ／Ｆ制御部１５は、誤差増幅部１３に折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを供給して、積分折れ点周波数を下げている。このように、誤差増幅部１３を回転数に対応した特性とすることにより、モータ時定数の回転数依存性をキャンセルすることができ、回転数に応じて安定かつ最適な回転制御を行うことができる。

以上の説明から明らかなように、第１の実施の形態のモータ制御装置は、誤差増幅部１３が、速度誤差信号ＳｐＥｒｒを所定の比例ゲイン（ゲイン可変量Ｇａｄｊ）で増幅すると共に、所定の積分折れ点周波数より低域側を積分した比例積分特性を有している。そして、Ｇ／Ｆ制御部１５は、ブラシレスＤＣモータ３の現在の回転速度が高くなるに連れ、比例ゲイン（ゲイン可変量Ｇａｄｊ）を増加させ、積分折れ点周波数が低域側にシフトするように誤差増幅部１３を制御する。これにより、回転数に応じてブラシレスＤＣモータ３の機械応答特性が変化しても、追従制御特性に影響を及ぼすことなく、安定かつ最適にブラシレスＤＣモータ３の回転制御を行うことができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態のモータ制御装置の説明をする。上述の第１の実施の形態のモータ制御装置は、所定の積分折れ点周波数より低域側を積分した比例積分特性を有する誤差増幅部１３を設ける。そして、誤差増幅部１３が、ブラシレスＤＣモータ３の現在の回転速度が高くなるに連れ、比例ゲインを増加させ、積分折れ点周波数を低域側にシフトさせるものであった。これに対して、第２の実施の形態のモータ制御装置は、上述の比例積分特性と共に、所定の微分折れ点周波数により高域側を微分した比例微分特性を有する誤差増幅部を設ける。そして、誤差増幅部が、ブラシレスＤＣモータ３の現在の回転速度が高くなるに連れ、比例ゲインを増加させ、微分折れ点周波数を高域側にシフトさせるものである。なお、第１の実施の形態と第２の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異の説明のみ行い、重複説明を省略する。

図８に、第２の実施の形態のモータ制御装置に設けられている誤差増幅部４０のブロック図を示す。この図８に示す誤差増幅部４０において、図２に示した誤差増幅部１３と同じ動作を示す箇所には、同じ符号を付してある。図２及び図８を見比べてわかるように、第２の実施の形態のモータ制御装置に設けられている誤差増幅部４０は、誤差増幅部１３の構成と共に、増幅部４１、乗算部４２、および微分部４３を、さらに備えた構成を有している。

増幅部４１は、ゲイン要素であり、固定の増幅率Ｇｄで、乗算部２２からの制御値Ｃｔを増幅する。乗算部４２は、ゲイン可変要素であり、増幅率Ｇｄで増幅された制御値Ｃｔに、入力端子２９を介してＧ／Ｆ制御部１５から供給された折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを乗算処理する。微分部４３は、増幅率Ｇｄで増幅されると共に、折れ点周波数可変量Ｆａｄｊが乗算処理された制御値Ｃｔを微分処理して制御値Ｃｄを生成する。加算器２６は、乗算部２２からの制御値Ｃｔと、積分処理により生成された制御値Ｃｉと、微分処理により生成された制御値Ｃｄとを加算し、出力端子３０を介して制御値Ｄｒｖを出力する。

このような誤差増幅部４０は、第１の実施の形態で説明した比例積分特性と共に、所定の微分折れ点周波数より高域側を微分した比例微分特性を有している。すなわち、誤差増幅部４０は、図７のボード線図に示すように、積分折れ点周波数よりも低域でゲインが増大する積分特性と、微分折れ点周波数（Differential Corner）よりも高域でゲインが増大する微分特性を備えている。積分折れ点周波数と微分折れ点周波数との間はフラットなゲインとなる。

ブラシレスＤＣモータ３の回転速度が低いときのボード線図は、図７中、太い実線で示されている。ブラシレスＤＣモータ３の回転速度が速くなると、図７中、点線のボード線図で示すようにゲイン可変量Ｇａｄｊは大きくなり、折れ点周波数可変量Ｆａｄｊが小さくなるため、フラット部分のゲインが上がり、積分折れ点周波数は下がる。また、折れ点周波数可変量Ｆａｄｊが小さくなると、微分特性部分のゲインが下がるので、微分折れ点周波数は上がる。

微分折れ点を可変するのは、図６に点線のグラフで示すブラシレスＤＣモータ３の電気時定数Ｔｅが、回転速度が大きいほど低下するためである。一般に、ブラシレスモータは、イナーシャと逆起電圧定数とコイル抵抗で決まる機械時定数Ｔｍと、コイル抵抗およびインダクタンスで決まる電気時定数Ｔｅを持つ２次遅れ系でモデリング可能である。

機械時定数Ｔｍと電気時定数Ｔｅは定数ではなく、回転数に応じて変化する。図６に示す電気時定数Ｔｅは、回転数が高くなるに連れ下がっており、機械時定数Ｔｍの逆数に比例している。すなわち、機械時定数Ｔｍが４倍になる回転数では、電気時定数Ｔｅが１／４になる。このようなことから、図８に示す誤差増幅部４０は、積分側と同じ折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを用いて微分側のゲインを可変している。

これにより、ブラシレスＤＣモータ３の機械時定数Ｔｍと電気時定数Ｔｅの回転数依存性をキャンセルでき、回転数毎に安定かつ最適な回転制御を行うことができる。また、電気時定数Ｔｅが実際には小さくなっているにもかかわらず微分折れ点が変わらないと、高域の増幅率が高くなり過ぎて駆動波形にノイズが重畳し、また、飽和しやすくなる不都合を生ずる。しかし、微分側を可変することで、このような不都合を防止することができる。

以上の説明から明らかなように、第２の実施の形態のモータ制御装置は、誤差増幅部４０が、上述の比例積分特性と共に、所定の微分折れ点周波数より高域側を微分する比例微分特性を有している。そして、誤差増幅部４０が、ブラシレスＤＣモータ３の現在の回転速度が高くなるほど比例ゲインを増加させると共に、微分折れ点周波数を高域側にシフトする。これにより、ブラシレスＤＣモータ３の回転数に依存してモータの電気的応答特性が変化しても、駆動回路や追従制御特性に影響を及ぼすことなく、安定かつ最適な回転制御を行うことができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態のモータ制御装置の説明をする。上述の第２の実施の形態のモータ制御装置は、図３を用いて説明したように、Ｇ／Ｆ制御部１５が、ゲイン可変量Ｇａｄｊから折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを生成するための逆数部３２を有するものであった。これに対して、第３の実施の形態のモータ制御装置は、ゲイン可変量Ｇａｄｊから折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを生成するための逆数部を、誤差増幅部が有する構成としたものである。なお、第２の実施の形態と第３の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異の説明のみ行い、重複説明を省略する。

図９に、第３の実施の形態のモータ制御装置に設けられている誤差増幅部５０のブロック図を示す。この図９に示す誤差増幅部５０において、図８に示した誤差増幅部４０と同じ動作を示す箇所には、同じ符号を付してある。図８及び図９を見比べてわかるように、第３の実施の形態のモータ制御装置に設けられている誤差増幅部５０は、Ｇ／Ｆ制御部１５からの折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを乗算部２４および乗算部４２に供給する信号ラインが省略されている。代わりに、誤差増幅部５０は、Ｇ／Ｆ制御部１５から入力端子２８を介して供給されるゲイン可変量Ｇａｄｊから折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを生成して乗算部２４および乗算部４２に供給する逆数部５１を有している。

このようなモータ制御装置は、入力端子２８を介して供給されるＧ／Ｆ制御部１５からのゲイン可変量Ｇａｄｊは、乗算部２２および逆数部５１に供給される。逆数部５１は、ゲイン可変量Ｇａｄｊの逆数を演算することで折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを生成し、乗算部２４および乗算部４２に供給する。

このような第３の実施の形態のモータ制御装置は、ゲイン可変量Ｇａｄｊから折れ点周波数可変量Ｆａｄｊを生成するための逆数部５１を、誤差増幅部５０が有する構成としている。これにより、Ｇ／Ｆ制御部１５の逆数部３２を省略することができる他、上述の各実施の形態と同じ効果を得ることができる。

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態のモータ制御装置の説明をする。上述の各実施の形態のモータ制御装置は、速度誤差信号ＳｐＥｒｒをゲイン可変量Ｇａｄｊで増幅した後に、積分処理および微分処理を行うものであった。これに対して、第４の実施の形態のモータ制御装置は、「ゲイン可変量Ｇａｄｊで増幅した速度誤差信号ＳｐＥｒｒ」と、「ゲイン可変量Ｇａｄｊで増幅することなく積分処理した速度誤差信号ＳｐＥｒｒ、およびゲイン可変量Ｇａｄｊで増幅することなく微分処理した速度誤差信号ＳｐＥｒｒ」とを加算処理する。これにより、図７のボード線図で示す積分折れ点周波数と微分折れ点周波数との間のフラット部分のみ、ゲイン可変量Ｇａｄｊで可変するものである。なお、上述の各実施の形態と第４の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異の説明のみ行い、重複説明を省略する。

図１０に、第４の実施の形態のモータ制御装置に設けられている誤差増幅部６０のブロック図を示す。この図１０に示すように誤差増幅部６０は、速度誤差信号ＳｐＥｒｒをゲイン可変量Ｇａｄｊで増幅して加算器２６に供給する増幅部２１および乗算部２２を有している。また、誤差増幅部６０は、ゲイン可変量Ｇａｄｊで増幅されていない速度誤差信号ＳｐＥｒｒを積分処理して加算器２６に供給する増幅部２３及び積分部２５を有している。また、誤差増幅部６０は、ゲイン可変量Ｇａｄｊで増幅されていない速度誤差信号ＳｐＥｒｒを微分処理して加算器２６に供給する増幅部４１及び微分部４３を有している。

このような誤差増幅部６０においては、ゲイン可変量Ｇａｄｊで速度誤差信号ＳｐＥｒｒを増幅する乗算部２２の入力点から、速度誤差信号ＳｐＥｒｒを積分処理側および微分処理側に分配している。これにより、図７のボード線図で示す積分折れ点周波数と微分折れ点周波数との間のフラット部分のみ、ゲイン可変量Ｇａｄｊで可変することができる。すなわち、ゲイン可変量Ｇａｄｊが大きくなっても、積分処理側および微分処理側のゲインは変わらないため、図７のボード線図で示す積分折れ点周波数を自動的に低くすることができ、また、微分折れ点周波数を自動的に高くすることができる。

従って、この第５の実施の形態のモータ制御装置は、図９に示す逆数部５１、乗算部２４、および乗算部４２のような、折れ点周波数を変化させるための可変ゲイン要素を省略することができる。このため、構成の簡略化およびローコスト化を図ることができる他、上述の各実施の形態と同じ効果を得ることができる。

（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態のモータ制御装置の説明をする。図１１に、第５の実施の形態のモータ制御装置に設けられているＧ／Ｆ制御部１５で生成されるゲイン可変量Ｇａｄｊと、ブラシレスＤＣモータ３の回転数との関係を示したグラフを示す。この図１１のグラフの横軸の回転数は任意単位であり、例えばｒｐｍ（回転／毎分）である。

第１の実施の形態のモータ制御装置は、ブラシレスＤＣモータ３の現在速度がゼロのときの値を基準とし、現在速度に応じて所定の傾きで直線的にゲイン可変量Ｇａｄｊを増加させるものであった。すなわち、第１の実施の形態のモータ制御装置は、図４に示したようにブラシレスＤＣモータ３の停止時のゲイン可変量Ｇａｄｊを「１」とし、ブラシレスＤＣモータ３の回転数が高くなるに連れ、ゲイン可変量Ｇａｄｊを直線的に増大させるものであった。

これに対して、第２の実施の形態のモータ制御装置は、ブラシレスＤＣモータ３の現在速度が所定値のときの値を基準とし、現在速度に応じて所定の傾きで直線的にゲイン可変量Ｇａｄｊを増加させるものである。すなわち、第５の実施の形態のモータ制御装置は、図１１に示すように中間の基準回転数ｖｍでのゲイン可変量Ｇａｄｊを「１」として、そこから直線的にゲイン可変量Ｇａｄｊを増大させるものである。ゲイン可変量Ｇａｄｊの直線の傾きは、第１の実施の形態と同様に、ブラシレスＤＣモータ３の回転数に対する機械時定数Ｔｍの変化率に応じて決定される。

このような第５の実施の形態のモータ制御装置に設けられているＧ／Ｆ制御部１５において、使用する回転数範囲におけるゲイン可変量Ｇａｄｊの最大変化量をＧｍａｘとしたとき、その幾何平均でＧａｄｊ＝１となるような回転数に基準回転数ｖｍを設定することが好ましい。すなわち、回転数範囲が０からｖｍａｘで、そのときのゲイン可変量Ｇａｄｊの変化量がＧｍａｘ倍とすると、基準回転数ｖｍは、「ｖｍ＝ｖｍａｘ×（（（√（Ｇｍａｘ））−１）／（Ｇｍａｘ−１））」とするのが好ましい。

基準回転数ｖｍでのゲイン可変量Ｇａｄｊを「１」とすると、回転数ｖｍａｘにおけるゲイン可変量Ｇａｄｊは、「Ｇａｄｊ＝√（Ｇｍａｘ）」となり、回転数０におけるゲイン可変量Ｇａｄｊは、「Ｇａｄｊ＝１／（√（Ｇｍａｘ））」となる。Ｇ／Ｆ制御部１５の係数Ａは、「Ａ＝（１／ｖｍａｘ）×（（√（Ｇｍａｘ）−１）／（√（Ｇｍａｘ）））」となる。また、Ｇ／Ｆ制御部１５の係数Ｂは、「Ｂ＝１／（√（Ｇｍａｘ））」となる。このとき、誤差増幅部１３(４０、５０または６０)のゲイン等は、モータ回転数が基準回転数ｖｍのときのモータ特性（機械時定数Ｔｍおよび電気時定数Ｔｅ）に応じて設定する。ゲイン可変量Ｇａｄｊの直線の傾きは、ブラシレスＤＣモータ３の回転数に対する機械時定数の変化率に応じて決定する。

このように構成すると、ゲイン可変量Ｇａｄｊ＝１のときの誤差増幅部１３等の特性が、モータ回転数範囲の中間で最適となるように設計できる。このため、ゲイン可変量Ｇａｄｊを可変しない安価なシステムでも、広い回転数範囲に適合させることができる。また、そのときの誤差増幅部１３(４０、５０または６０)のゲイン等は、ゲイン可変量Ｇａｄｊを可変するシステムと共通となる。このため、システム間の設計互換性が高まり、部品の共通化等によりモータ制御装置を安価に製造することができる。このため、総合的に安価な製品を市場に流通させることができる。

（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態のモータ制御装置の説明をする。この第６の実施の形態のモータ制御装置は、上述の第１〜第５の実施の形態のモータ制御装置のうち、いずれかのモータ制御装置を複数のモータそれぞれに対して割り当て、モータの品種毎に決定された直線の傾きのゲイン可変量Ｇａｄｊで回転制御を行うようにしたものである。

図１２に、第６の実施の形態のモータ制御装置のブロック図を示す。この図１２においては、上述の第１の実施の形態と同様の動作を示す箇所には、同じ符号を付している。図１２に示すように、第６の実施の形態のモータ制御装置は、総合制御器７０と、ドライバ２で回転駆動され、センサ４で回転位置等が検出される、品種の異なる複数のブラシレスＤＣモータ３を有している。

総合制御器７０は、上述の第１〜第５の実施の形態のモータ制御装置のうち、いずれかのモータ制御装置に設けられている制御器１である。総合制御器７０は、このような制御器１を、ブラシレスＤＣモータ３の個数分、有している。また、総合制御器７０は、メモリ７１を有している。メモリ７１は、ブラシレスＤＣモータ３毎に、上述のＧ／Ｆ制御部１５の係数Ａおよび係数Ｂを記憶している。図１２のメモリ７１内の「Ａ１、Ｂ１」の文字は、第１の制御器１に供給する係数Ａおよび係数Ｂを示している。同様に、図１２のメモリ７１内の「Ａｎ、Ｂｎ」の文字は、第ｎの制御器１に供給する係数Ａおよび係数Ｂを示している。「ｎ」は、自然数である。

すなわち、ドライバ２、ブラシレスＤＣモータ３、およびセンサ４は、それぞれ異なる特性を有する。このため、ブラシレスＤＣモータ３毎に、それぞれ対応する係数Ａおよび係数Ｂをメモリ７１に記憶している。そして、各制御器１は、自機に割り当てられた係数Ａおよび係数Ｂに対応する傾きのゲイン可変量Ｇａｄｊを用いて、自機が制御するブラシレスＤＣモータ３の回転制御を行う。

これにより、各ブラシレスＤＣモータ３の機械時定数Ｔｍおよび電気時定数Ｔｅの回転数依存性をキャンセルするように係数Ａおよび係数Ｂを最適化して制御器１に供給することが可能となる。このため、特性(品種)の異なる複数のブラシレスＤＣモータ３が混在する場合でも、最適な回転制御を可能とすることができ、安定した制御性能が得ることができる他、上述の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。

上述の各実施の形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。各実施の形態および各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 制御器
２ ドライバ
３ ブラシレスＤＣモータ
４ センサ
１１ 目標速度生成部
１２ 速度比較器
１３ 誤差増幅部
１４ 速度検出部
１５ ゲイン／折れ点周波数制御部（Ｇ／Ｆ制御部）
２１ 増幅部
２２ 乗算部
２３ 増幅部
２４ 乗算部
２５ 積算部
２６ 加算器
３１ ゲイン算出部
３２ 逆数部
４０ 誤差増幅部
４１ 増幅部
４２ 乗算部
４３ 微分部
５０ 誤差増幅部
５１ 逆数部
６０ 誤差増幅部
７０ 総合制御器
７１ メモリ

特開２００９−１４８０８２号公報

Claims (6)

1. モータの速度を制御するモータ制御装置であって、
   目標速度を生成する目標速度生成手段と、
   前記モータの現在速度を検出する速度検出手段と、
   前記目標速度と前記現在速度とを比較して速度誤差を算出する速度比較手段と、
   前記速度誤差を増幅して制御値を出力する誤差増幅手段と、
   前記制御値に応じてモータを駆動するモータ駆動手段とを備え、
   前記誤差増幅手段は、前記速度誤差を比例ゲインで増幅すると共に、積分折れ点周波数より低域側を積分した比例積分特性を有し、前記比例ゲインを前記現在速度が高くなるほど増加させ、前記積分折れ点周波数を現在速度が高くなるほど低域側にシフトさせること
   を特徴とするモータ制御装置。
2. 前記誤差増幅手段は、微分折れ点周波数より高域側を微分した比例微分特性を、さらに備え、前記比例ゲインを前記現在速度が高くなるほど増加させ、前記微分折れ点周波数を現在速度が高くなるほど高域側にシフトさせること
   を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記比例ゲインを、前記現在速度がゼロのときの値を基準とし、前記現在速度に応じて所定の傾きで直線的に増加させるゲイン可変手段を、さらに備えたこと
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記比例ゲインを、前記現在速度が所定値のときの値を基準とし、前記現在速度に応じて所定の傾きで直線的に増加させるゲイン可変手段を、さらに備えたこと
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記傾きは、前記モータの回転数に対する機械時定数の変化率に応じて決定すること
   を特徴とする請求項３または請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 複数のモータそれぞれに対して、請求項３から請求項５のうち、いずれかに記載のモータ制御装置を備え、
   前記ゲイン可変手段は、モータの品種毎に決定された前記傾きを用いること
   を特徴とするモータ制御装置。

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