JP2015002595A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部入力信号の立ち上がりと立ち下がり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、外部入力信号が入力されたタイミングの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】外部入力信号２４の立ち上がり、または立ち下がりの各信号の変化タイミングにより取り込んだ内部カウンタ値とデューティー比から求まるカウンタ値と、もう一方の立ち下がり、または立ち上がりのカウンタ値との差を演算し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立ち下がり、または立ち上がりの変化時のカウンタ値から差し引いた値にて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）。

さらに、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ため、外部入力信号が入力されたタイミングを内部のカウンタで記憶し、他の信号が入力されたタイミングのカウンタ値と比較し、そのカウンタ値の差を用いて推定を行っていた（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−２２０１１６号公報 特開２０１０−２４６２５６号公報

解決しようとする問題点は、外部入力信号を受ける回路構成にコンデンサを使用しているためにコンデンサの充放電時の動作の違いにより、信号の立ち上がりと立ち下さがり時に伝達遅延時間差が現れる場合に、信号の変化方向に合わせた補正ができなかった。また、伝達遅延時間の測定に２本の信号を入力する必要があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、１つのデューティー比が明確な矩形波信号を入力することにより、信号の立ち上がり時と立ち下がり時の伝達遅延時間差を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、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、デューティー比が明確な矩形波入力信号と、前記モータ位置ラッチ信号と前記矩形波入力信号の立ち上がりと立ち下がりの各変化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、前記カウンタ記憶手段で記憶された連続２回分の立ち上がり時の内部カウンタ値と前記矩形波入力信号のデューティー比から演算される立ち下がり時のカウンタ推定値と、前記カウンタ記憶手段で記憶された立ち下がり時の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で演算した外部入力信号の変化が立ち下がり時のときに、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内部カウンタ値から差し引いた値にて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。

なお、立ち上がりを基準に立ち下がりの遅れを例としたが、立ち上がりと立ち下がりを入れ替えても同じである。

また、請求項２に記載のモータ駆動装置は、相対遅延時間を測定するモードと測定された相対遅延時間を用いて演算（補正）するモードを設け、測定モード時に相対遅延時間を測定した後、測定された相対遅延時間を用いて演算するモードに戻すことで、外部信号の変化を検出した応じた補正を行うことでモータ駆動装置のみで相対遅延時間の測定と反映を行い、上位装置での補正処理を省略する。

さらに、請求項３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、信号の立ち上がりと立ち下さがり時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、信号変化方向（立ち上がり／立ち下がり）の違いによる特性差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、相対遅延時間を測定するモードと測定された相対遅延時間を用いて演算（補正）するモードを設けることにより、測定モード時に相対遅延時間を測定した後、測定された相対遅延時間を用いて演算するモードに戻すことで、外部信号の変化を検出した応じた補正を行うことでモータ駆動装置のみで相対遅延時間の測定と反映を行うことができ、上位装置の補正処理が不要となる。

請求項３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。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の要部の説明図 本発明の実施の形態１における入力信号間遅延演算手段の説明図 本発明の実施の形態１における検出位置演算手段の説明図 本発明の実施の形態３におけるモータ駆動装置の要部の構成図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
実施の形態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において、モータ位置ラッチ信号１８とデューティー比が明確な矩形波入力信号２６と、外部入力信号の信号変化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、外部入力信号２４の立ち上がり、または立ち下がりの各信号の変化タイミングにより取り込んだ内部カウンタ値とデューティー比から求まるカウンタ値と、もう一方の立ち下がり、または立ち上がりのカウンタ値との差を演算し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立ち下がり、または立ち上がりの変化時のカウンタ値から差し引いた値にて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モータ駆動装置を構成している。

また、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。

信号の立ち上がりエッジの検出ポイント通過時にオン、信号の立ち下がりエッジの検出ポイント通過時にオフとなる外部入力信号２４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）または、入力信号がオフとなるタイミング（ＬｏｗからＨｉｇｈに変化する立ち上がりエッジ）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ラッチレジスタと２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、外部入力信号２４でＣＨ１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。ここでは、デューティー比５０％の矩形波信号を入力した場合に、入力回路でその論理が反転され、矩形波の立ち下がりエッジの検出に遅れが生じるものとする。立ち下がりの入力信号間の伝達遅延時間差を測定するために、矩形波信号を外部入力信号に接続しモータ駆動装置１０に伝達するように接続する。伝達経路を通じて信号が内部カウンタ１１に到達し、外部入力信号２４は信号の立ち上がり検出時にカウンタ記憶手段１２のＣＨ１ラッチレジスタに内部カウンタ値Ｃａｐ１を記憶する。次に、外部入力信号２４は信号の立ち下がり検出時にカウンタ記憶手段１２のＣＨ１ラッチレジスタに内部カウンタ値Ｃａｐ２を記憶する。さらに、外部入力信号２４は信号の立ち上がり検出時にカウンタ記憶手段１２のＣＨ１ラッチレジスタに内部カウンタ値Ｃａｐ３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Ｃａｐ１とＣａｐ３とデューティー比からＣａｐ４を求める。

Ｃａｐ４＝（Ｃａｐ１＋Ｃａｐ３）×デューティー比（０．５＝５０％）
（１）
ここでデューティー比は矩形波の矩形波の周期に対し、信号がオン（Ｈｉｇｈ）してい
る比率とする。

さらにＣａｐ４とＣａｐ２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−Ｃａｐ４ （２）
なお、図２に示す遅延はモータ駆動装置内のフォトカプラ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立ち下がりエッジ検出（外部入力信号２４がＬｏｗ→Ｈｉｇｈとなるエッジ）タイミングのモータ位置Ｐｏｓ２は以下の計算式で求まる。

Ｐｏｓ２＝Ｐｏｓ（ｋ−４）＋推定変化量１ （３）
推定変化量１＝（Ｐｏｓ（ｋ−６）−Ｐｏｓ（ｋ−８））
×（Ｃａｐ２−Ｃａｐ０（ｋ−８））
／（Ｃａｐ０（ｋ−４）−Ｃａｐ０（ｋ−６）） （４）
また、図３における第１立ち上がりエッジ通過および第２立ち上がりエッジ検出（外部入力信号２４がＬｏｗ→Ｈｉｇｈとなるエッジ）タイミングのモータ位置Ｐｏｓ１およびＰｏｓ３も同様の計算式で求めることができる。求めたＰｏｓ１とＰｏｓ３と矩形波のデューティー比を用いて、前述の方法にてＰｏｓ４を求める。

そして、第１立ち下がりエッジ通過のポイントと第１立ち下がりエッジ検出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−Ｐｏｓ４ （５）
検出位置演算手段１３により演算した相対位置Ｐｒと立ち下がりエッジの検出を意味するデータを、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を参照して立ち下がりエッジ通過時と立ち下がりエッジ検出時の相対位置関係を知ることが可能となる。

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、モータ位置を精度よく推定することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２は本発明の測定モードと補正モードの状態の切り替え方法を示したものであり、相対遅延時間を測定するモードと測定された相対遅延時間を用いて演算（補正）するモードを設けている。測定モード時に実施例１記載の相対遅延時間を測定した後、測定された相対遅延時間を用いて演算するモードに戻すことで、外部信号の変化を検出した応じた補正を行うことができる。

このモード切り替えにより、測定タイミングと反映タイミングが明確になるため、モータ駆動装置のみで相対遅延時間の測定と反映を行うことができ、上位装置の補正処理が不要となる。

（実施の形態３）
実施の形態３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、信号の立ち上がりと立ち下がりで対象物の幅を測定する機器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
２６ デューティー比が明確な矩形波入力信号

Claims (3)

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、
   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、
   デューティー比が明確な矩形波入力信号と、
   前記モータ位置ラッチ信号と前記矩形波入力信号の立ち上がりと立ち下がりの各変化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、
   前記カウンタ記憶手段で記憶された立ち上がり、または立ち下がり値と前記矩形波入力信号のデューティー比から演算されるもう一方の立ち下がり、または立ち上がりのカウンタ値と、前記カウンタ記憶手段で記憶された立ち下がり、または立ち上がりの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で演算したときと同じ条件（立ち下がり、または立ち上がり）のときに、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内部カウンタ値から差し引いた値にて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. 相対遅延時間を測定するモードと測定された相対遅延時間を用いて演算するモードを有することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 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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