JP2017189091A - Motor control device, sheet transportation device and image formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータの駆動を制御するモータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that controls driving of a motor, a sheet conveying device, and an image forming apparatus.
従来、モータの駆動を制御する方法として、モータの回転子の回転位相を基準とした回転座標系の電流値を制御することによってモータを制御するベクトル制御と称される制御方法が知られている。具体的には、回転子の指令位相と実際の回転位相との偏差が小さくなるように回転座標系の電流値を制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法が知られている。また、回転子の指令速度と実際の回転速度との偏差が小さくなるように回転座標系の電流値を制御する速度フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法も知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for controlling the driving of a motor, a control method called vector control for controlling a motor by controlling a current value in a rotating coordinate system based on the rotational phase of the rotor of the motor is known. . Specifically, a control method for controlling a motor by performing phase feedback control for controlling a current value of a rotating coordinate system so that a deviation between a rotor command phase and an actual rotation phase is small is known. . There is also known a control method for controlling the motor by performing speed feedback control for controlling the current value of the rotating coordinate system so that the deviation between the command speed of the rotor and the actual rotation speed becomes small.
ベクトル制御を用いると、モータの巻線に供給する駆動電流を、回転子が回転するためのトルクを発生させる電流成分(トルク電流成分)と、巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分(励磁電流成分)とに分けて制御することができる。この結果、回転子にかかる負荷トルクが変化しても、負荷トルクの変化に応じてトルク電流成分の値を制御することによって、回転に必要なトルクを効率的に発生させることができる。この結果、余剰トルクに起因したモータ音の増大や消費電力の増大を抑制することができる。また、回転子にかかる負荷トルクがモータの巻線に供給した駆動電流に対応した出力トルクを超えることに起因して回転子が入力信号に同期しなくなり、モータが制御不能な状態(脱調状態)になってしまうことを抑制することができる。 When vector control is used, the drive current supplied to the motor winding is divided into a current component (torque current component) that generates torque for rotating the rotor and a current component that affects the strength of the magnetic flux passing through the winding ( The excitation current component can be controlled separately. As a result, even if the load torque applied to the rotor changes, the torque necessary for the rotation can be efficiently generated by controlling the value of the torque current component in accordance with the change of the load torque. As a result, it is possible to suppress an increase in motor noise and an increase in power consumption due to the surplus torque. Also, because the load torque applied to the rotor exceeds the output torque corresponding to the drive current supplied to the motor windings, the rotor will not be synchronized with the input signal, and the motor will be uncontrollable (step-out state) ) Can be suppressed.
ベクトル制御では、回転子の回転位相を決定する構成が必要となる。特許文献1では、回転子が回転することによってモータの各相の巻線に発生する誘起電圧に基づいて回転子の回転位相を決定する構成が述べられている。 The vector control requires a configuration for determining the rotational phase of the rotor. Patent Document 1 describes a configuration in which the rotation phase of the rotor is determined based on the induced voltage generated in the winding of each phase of the motor as the rotor rotates.
巻線に発生する誘起電圧の大きさは、回転子の回転速度が小さいほど小さくなる。巻線に発生する誘起電圧の大きさが、回転子の回転位相が決定されるために十分な大きさでない場合は、回転位相が精度良く決定されない可能性がある。即ち、回転子の回転速度が小さいほど、回転子の回転位相を決定する精度が悪くなってしまう可能性がある。
特許文献2では、回転子の回転速度が所定の回転速度よりも小さい場合は、モータの巻線に定電流を供給することによってモータを制御する定電流制御が用いられる構成が述べられている。なお、定電流制御においては、位相フィードバック制御と速度フィードバック制御とのいずれも行われない。更に、回転子の回転速度が所定の回転速度以上の場合は、ベクトル制御が用いられる構成が述べられている。
The magnitude of the induced voltage generated in the winding decreases as the rotational speed of the rotor decreases. If the magnitude of the induced voltage generated in the winding is not large enough to determine the rotational phase of the rotor, the rotational phase may not be determined with high accuracy. That is, the smaller the rotational speed of the rotor, the worse the accuracy of determining the rotational phase of the rotor.
Patent Document 2 describes a configuration in which constant current control for controlling a motor by supplying a constant current to a winding of the motor is used when the rotation speed of the rotor is smaller than a predetermined rotation speed. In constant current control, neither phase feedback control nor speed feedback control is performed. Furthermore, a configuration is described in which vector control is used when the rotational speed of the rotor is equal to or higher than a predetermined rotational speed.
ところが、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替えられる際には、瞬間的に回転子の回転速度が減少する可能性がある。即ち、回転子の回転速度が所定の回転速度を超えて、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わったとしても、回転子の回転速度が減少して再び前記所定の回転速度以下になり、モータの制御がベクトル制御から再び定電流制御に切り替わってしまう。このように、定電流制御とベクトル制御との切り替わりが繰り返し起こってしまう。その結果、モータ音の大きさの増大及び減少が繰り返し起こったり、モータが制御不能な状態となったりしてしまう。 However, when the motor control is switched from the constant current control to the vector control, there is a possibility that the rotational speed of the rotor is instantaneously reduced. That is, even if the rotational speed of the rotor exceeds the predetermined rotational speed and the motor control is switched from constant current control to vector control, the rotational speed of the rotor decreases and becomes lower than the predetermined rotational speed again. The motor control is switched from the vector control to the constant current control again. In this way, switching between constant current control and vector control occurs repeatedly. As a result, the increase and decrease in the magnitude of the motor sound repeatedly occur, or the motor becomes uncontrollable.
上記課題に鑑み、本発明は、モータを制御する制御モードとしての第1の制御モードと第2の制御モードとの切り替わりが繰り返し起こることを抑制することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to suppress repetitive switching between a first control mode and a second control mode as a control mode for controlling a motor.
上記課題を解決するために、本発明は、
モータの回転子の目標位相を表す指令位相に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される電流値の電流成分である、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分の値と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の値とを制御することによって前記モータを制御する第1の制御モードと、前記モータの巻線に定電流を供給することによって前記モータを制御する第2の制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第2の制御モードで前記モータを制御している状態において、前記速度決定手段によって決定された前記モータの回転子の回転速度が第1の閾値よりも小さい値から前記第1の閾値よりも大きい値へと変化した場合は、前記モータを制御する制御モードを前記第2の制御モードから前記第1の制御モードへと切り替え、前記第1の制御モードで前記モータを制御している状態において、前記速度決定手段によって決定された前記モータの回転子の回転速度が前記第1の閾値よりも大きい値から前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値よりも大きく且つ前記第1の閾値よりも小さい値に変化しても前記第1の制御モードを維持することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
In a motor control device that controls the motor based on a command phase representing a target phase of a rotor of the motor,
Phase determining means for determining the rotational phase of the rotor;
Speed determining means for determining the rotational speed of the rotor;
A current component of a current value represented in a rotating coordinate system based on the rotational phase determined by the phase determining means so that a deviation between the command phase and the rotational phase determined by the phase determining means is small. A first control mode for controlling the motor by controlling a value of a torque current component that generates torque in the rotor and a value of an excitation current component that affects the strength of a magnetic flux passing through the winding of the motor. And a second control mode for controlling the motor by supplying a constant current to the winding of the motor, and a control means comprising:
Have
In a state where the control unit is controlling the motor in the second control mode, the rotation speed of the rotor of the motor determined by the speed determination unit is determined from a value smaller than a first threshold value. When the value changes to a value larger than the threshold value of 1, the control mode for controlling the motor is switched from the second control mode to the first control mode, and the motor is controlled in the first control mode. In this state, the rotational speed of the rotor of the motor determined by the speed determining means is larger than the second threshold smaller than the first threshold from a value larger than the first threshold and the The first control mode is maintained even if the value is changed to a value smaller than the first threshold value.
本発明によれば、モータを制御する制御モードとしての第1の制御モードと第2の制御モードとの切り替わりが繰り返し起こることを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress repeated switching between the first control mode and the second control mode as the control mode for controlling the motor.
以下に、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の形状及びそれらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲が以下の実施の形態に限定される趣旨のものではない。なお、以下の説明においては、モータ制御装置が画像形成装置に設けられる場合について説明するが、モータ制御装置が設けられるのは画像形成装置に限定されるわけではない。例えば、モータ制御装置は記録媒体や原稿等のシートを搬送するシート搬送装置にも用いられる。 In the following, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the shape of the component parts described in this embodiment and the relative arrangement thereof should be appropriately changed according to the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions, and the scope of the present invention is limited. It is not intended to be limited to the following embodiments. In the following description, a case where the motor control device is provided in the image forming apparatus will be described, but the motor control device is not limited to the image forming apparatus. For example, the motor control device is also used in a sheet conveying device that conveys a sheet such as a recording medium or a document.
〔第1実施形態〕
[画像形成装置]
図1は、本実施形態で用いられるシート搬送装置を有するモノクロの電子写真方式の複写機(以下、画像形成装置と称する)100の構成を示す断面図である。なお、画像形成装置は複写機に限定されず、例えば、ファクシミリ装置、印刷機、プリンタ等であっても良い。また、記録方式は、電子写真方式に限らず、例えば、インクジェット等であっても良い。更に、画像形成装置の形式はモノクロ及びカラーのいずれの形式であっても良い。
[First Embodiment]
[Image forming apparatus]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a monochrome electrophotographic copying machine (hereinafter referred to as an image forming apparatus) 100 having a sheet conveying device used in the present embodiment. The image forming apparatus is not limited to a copying machine, and may be, for example, a facsimile machine, a printing machine, a printer, or the like. The recording method is not limited to the electrophotographic method, and may be, for example, an ink jet. Further, the format of the image forming apparatus may be either monochrome or color.
以下に、図1を用いて、画像形成装置100の構成および機能について説明する。画像形成装置100は、原稿給送装置201、読取装置202及び画像形成装置本体301を有する。
The configuration and function of the
原稿給送装置201の原稿積載部203に積載された原稿は、給紙ローラ204によって1枚ずつ給紙され、搬送ガイド206に沿って読取装置202の原稿ガラス台214上に搬送される。更に、原稿は、搬送ベルト208によって一定速度で搬送されて、排紙ローラ205によって不図示の排紙トレイへ排紙される。読取装置202の読取位置において照明209によって照明された原稿画像からの反射光は、反射ミラー210、211、212からなる光学系によって画像読取部111に導かれ、画像読取部111によって画像信号に変換される。画像読取部111は、レンズ、光電変換素子であるCCD、CCDの駆動回路等で構成される。画像読取部111から出力された画像信号は、ASIC等のハードウェアデバイスで構成される画像処理部112によって各種補正処理が行われた後、画像形成装置本体301へ出力される。前述の如くして、原稿の読取が行われる。即ち、原稿給送装置201及び読取装置202は、原稿読取装置として機能する。
The originals stacked on the
また、原稿の読取モードとして、第1読取モードと第2読取モードがある。第1読取モードは、一定速度で搬送される原稿の画像を、所定の位置に固定された照明系209及び光学系によって読み取るモードである。第2読取モードは、読取装置202の原稿ガラス214上に載置された原稿の画像を、一定速度で移動する照明系209及び光学系によって読み取るモードである。通常、シート状の原稿の画像は第1読取モードで読み取られ、本や冊子等の綴じられた原稿の画像は第2読取モードで読み取られる。
Further, there are a first reading mode and a second reading mode as document reading modes. The first reading mode is a mode in which an image of a document conveyed at a constant speed is read by an
画像形成装置本体301の内部には、シート収納トレイ302、304が設けられている。シート収納トレイ302、304には、それぞれ異なる種類の記録媒体を収納することができる。例えば、シート収納トレイ302にはA4サイズの普通紙が収納され、シート収納トレイ304にはA4サイズの厚紙が収納される。なお、記録媒体とは、画像形成装置によって画像が形成されるものであって、例えば、用紙、樹脂シート、布、OHPシート、ラベル等は記録媒体に含まれる。
Inside the image forming apparatus
シート収納トレイ302に収納された記録媒体は、給紙ローラ303によって給送されて、搬送ローラ306によってレジストレーションローラ308へ送り出される。また、シート収納トレイ304に収納された記録媒体は、給紙ローラ305によって給送されて、搬送ローラ307及び306によってレジストレーションローラ308へ送り出される。
The recording medium stored in the
読取装置202から出力された画像信号は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを含む光走査装置311に入力される。また、感光ドラム309は、帯電器310によって外周面が帯電される。感光ドラム309の外周面が帯電された後、読取装置202から光走査装置311に入力された画像信号に応じたレーザ光が、光走査装置311からポリゴンミラー及びミラー312、313を経由し、感光ドラム309の外周面に照射される。この結果、感光ドラム309の外周面に静電潜像が形成される。なお、感光ドラムの帯電には、例えば、コロナ帯電器や帯電ローラを用いた帯電方法が用いられる。
The image signal output from the
続いて、静電潜像が現像器314内のトナーによって現像され、感光ドラム309の外周面にトナー像が形成される。感光ドラム309に形成されたトナー像は、感光ドラム309と対向する位置(転写位置)に設けられた転写帯電器315によって記録媒体に転写される。この際、レジストレーションローラ308は、トナー像にタイミングを合わせて、記録媒体を転写位置へ送り込む。
Subsequently, the electrostatic latent image is developed with toner in the developing
前述の如くして、トナー像が転写された記録媒体は、搬送ベルト317によって定着器318へ送り込まれ、定着器318によって加熱加圧されて、トナー像が記録媒体に定着される。このようにして、画像形成装置100によって記録媒体に画像が形成される。
As described above, the recording medium to which the toner image has been transferred is sent to the
片面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器318を通過した記録媒体は、排紙ローラ319、324によって、不図示の排紙トレイへ排紙される。また、両面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器318によって記録媒体の第1面に定着処理が行われた後に、記録媒体は、排紙ローラ319、搬送ローラ320、及び反転ローラ321によって、反転パス325へと搬送される。その後、記録媒体は、搬送ローラ322、323によって再度レジストレーションローラ308へと搬送され、前述した方法で記録媒体の第2面に画像が形成される。その後、記録媒体は、排紙ローラ319、324によって不図示の排紙トレイへ排紙される。
When image formation is performed in the single-sided printing mode, the recording medium that has passed through the fixing
また、第1面に画像形成された記録媒体がフェースダウンで画像形成装置100の外部へ排紙される場合は、定着器318を通過した記録媒体は、排紙ローラ319を通って搬送ローラ320へ向かう方向へ搬送される。その後、記録媒体の後端が搬送ローラ320のニップ部を通過する直前に搬送ローラ320の回転が反転することによって、記録媒体の第1面が下向きになった状態で、記録媒体が排紙ローラ324を経由して画像形成装置100の外部へ排紙される。
When the recording medium on which the image is formed on the first surface is discharged face-down to the outside of the
以上が画像形成装置100の構成および機能についての説明である。なお、本発明における負荷とはモータによって駆動される対象物である。例えば、給紙ローラ204、303、305、レジストレーションローラ308及び排紙ローラ319等の各種ローラ(搬送ローラ)や感光ドラム309、搬送ベルト208、317、照明系209及び光学系等は本発明における負荷に対応する。本実施形態のモータ制御装置は、これら負荷を駆動するモータに適用される。
The above is the description of the configuration and functions of the
図2は、画像形成装置100の制御構成の例を示すブロック図である。システムコントローラ151は、図2に示すように、CPU151a、ROM151b、RAM151cを備えている。また、システムコントローラ151は、画像処理部112、操作部152、アナログ・デジタル(A/D)変換器153、高圧制御部155、モータ制御装置157、センサ類159、ACドライバ160と接続されている。システムコントローラ151は、接続された各ユニットとの間でデータやコマンドの送受信をすることが可能である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a control configuration of the
CPU151aは、ROM151bに記憶された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。
The
RAM151cは記憶デバイスである。RAM151cには、例えば、高圧制御部155に対する設定値、モータ制御装置157に対する指令値及び操作部152から受信される情報等の各種データが記憶される。
The
システムコントローラ151は、画像処理部112における画像処理に必要となる、画像形成装置100の内部に設けられた各種装置の設定値データを画像処理部112に送信する。更に、システムコントローラ151は、各種装置からの信号(センサ類159からの信号)を受信して、受信した信号に基づいて高圧制御部155の設定値を設定する。高圧制御部155は、システムコントローラ151によって設定された設定値に応じて、高圧ユニット156(帯電器310、現像器314、転写帯電器315等)に必要な電圧を供給する。なお、センサ類159には、搬送ローラによって搬送される記録媒体を検知するセンサ等が含まれる。
The
モータ制御装置157は、CPU151aから出力された指令に応じてモータ509を制御する。なお、図2においては、負荷を駆動するモータとしてモータ509のみが記載されているが、実際には、画像形成装置には複数個のモータが設けられているものとする。また、1個のモータ制御装置が複数個のモータを制御する構成であっても良い。更に、図2においては、画像形成装置にモータ制御装置が1個しか設けられていないが、実際には、複数個のモータ制御装置が画像形成装置に設けられているものとする。
The
A/D変換器153は、定着ヒータ161の温度を検出するためのサーミスタ154が検出した検出信号を受信し、検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してシステムコントローラ151に送信する。システムコントローラ151は、A/D変換器153から受信したデジタル信号に基づいてACドライバ160の制御を行う。ACドライバ160は、定着ヒータ161の温度が定着処理を行うために必要な温度となるように定着ヒータ161を制御する。なお、定着ヒータ161は、定着処理に用いられるヒータであり、定着器318に含まれる。
The A /
システムコントローラ151は、使用する記録媒体の種類(以下、紙種と称する)等の設定をユーザが行うための操作画面を、操作部152に設けられた表示部に表示するように、操作部152を制御する。システムコントローラ151は、ユーザが設定した情報を操作部152から受信し、ユーザが設定した情報に基づいて画像形成装置100の動作シーケンスを制御する。また、システムコントローラ151は、画像形成装置の状態を示す情報を操作部152に送信する。なお、画像形成装置の状態を示す情報とは、例えば、画像形成枚数、画像形成中か否か、ジャム発生及びその発生箇所等の情報である。操作部152は、システムコントローラ151から受信した情報を表示部に表示する。
The
前述の如くして、システムコントローラ151は画像形成装置100の動作シーケンスを制御する。
As described above, the
[ベクトル制御]
次に、本実施形態におけるモータ制御装置について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置は、ベクトル制御と定電流制御とのいずれの制御方法でもモータを制御することができる。なお、本実施形態におけるモータには、モータの回転子の回転位相を検出するためのロータリエンコーダなどのセンサは設けられていないものとする。
[Vector control]
Next, the motor control device in the present embodiment will be described. The motor control device in the present embodiment can control the motor by any control method of vector control and constant current control. Note that the motor in this embodiment is not provided with a sensor such as a rotary encoder for detecting the rotational phase of the rotor of the motor.
まず、図3及び図4を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置157がベクトル制御を行う方法について説明する。
First, a method in which the
図3は、A相(第1相)とB相(第2相)との2相から成るステッピングモータ(以下、モータと称する)509と、d軸及びq軸によって表される回転座標系との関係を示す図である。図3では、静止座標系において、A相の巻線に対応した軸であるα軸と、B相の巻線に対応した軸であるβ軸とが定義されている。また、図3では、回転子402に用いられている永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向に沿ってd軸が定義され、d軸から反時計回りに90度進んだ方向(d軸に直交する方向)に沿ってq軸が定義されている。α軸とd軸との成す角度はθと定義され、回転子402の回転位相は角度θによって表される。ベクトル制御では、回転子402の回転位相θを基準とした回転座標系が用いられる。具体的には、ベクトル制御では、巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルの、回転座標系における電流成分であって、回転子にトルクを発生させるq軸成分(トルク電流成分)の値と巻線を貫く磁束の強度に影響するd軸成分(励磁電流成分)の値とが用いられる。
FIG. 3 shows a stepping motor (hereinafter referred to as a motor) 509 having two phases of A phase (first phase) and B phase (second phase), and a rotating coordinate system represented by d-axis and q-axis. It is a figure which shows the relationship. In FIG. 3, an α axis that is an axis corresponding to the A phase winding and a β axis that is an axis corresponding to the B phase winding are defined in the static coordinate system. In FIG. 3, the d-axis is defined along the direction of the magnetic flux created by the magnetic poles of the permanent magnet used in the
ベクトル制御とは、回転子の目標位相を表す指令位相と実際の回転位相との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法である。また、回転子の目標速度を表す指令速度と実際の回転速度との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する速度フィードバック制御を行うことによってモータを制御する手法もある。 Vector control is a motor that performs phase feedback control that controls the value of the torque current component and the value of the excitation current component so that the deviation between the command phase representing the target phase of the rotor and the actual rotation phase is small. It is the control method which controls. In addition, the motor is controlled by performing speed feedback control that controls the value of the torque current component and the value of the excitation current component so that the deviation between the command speed representing the target speed of the rotor and the actual rotation speed becomes small. There is also a technique.
図4は、モータ509を制御するモータ制御装置157の構成の例を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the
図4に示すように、モータ制御装置157は、定電流制御を行う定電流制御器517、ベクトル制御を行うベクトル制御器518を有する。さらに、モータ制御装置157は、定電流制御器517を用いてモータ509の駆動を制御するか、ベクトル制御器518を用いてモータ509の駆動を制御するかを、回転子402の回転速度に基づいて切り替える構成を有する。具体的には、モータ制御装置157は、速度決定器514、制御切替器515、制御切替スイッチ516a、516b、516c(以下、各スイッチと称する)を有する。
As shown in FIG. 4, the
モータ制御装置157は、ベクトル制御を行う回路として、位相制御器502、電流制御器503、座標逆変換器505、座標変換器511、モータの巻線に駆動電流を供給するPWMインバータ506等を有する。座標変換器511は、モータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルを、α軸及びβ軸で表される静止座標系からq軸及びd軸で表される回転座標系に座標変換する。この結果、巻線に流れる駆動電流は、回転座標系における電流値であるq軸成分の電流値(q軸電流)とd軸成分の電流値(d軸電流)とによって表される。なお、q軸電流は、モータ509の回転子402にトルクを発生させるトルク電流に相当する。また、d軸電流は、モータ509の巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流に相当し、回転子402のトルクの発生には寄与しない。モータ制御装置157は、q軸電流及びd軸電流をそれぞれ独立に制御することができる。この結果、モータ制御装置157は、回転子402が回転するために必要なトルクを効率的に発生させることができる。
The
モータ制御装置157は、モータ509の回転子402の回転位相θを後述する方法により決定し、その決定結果に基づいてベクトル制御を行う。CPU151aは、モータ509の回転子402の目標位相を表す指令位相θ_refを生成し、所定の時間周期で指令位相θ_refをモータ制御装置157へ出力する。
The
減算器101は、モータ509の回転子402の回転位相θと指令位相θ_refとの偏差を演算し、該偏差を位相制御器502に出力する。
The
位相制御器502は、比例制御(P)、積分制御(I)、微分制御(D)に基づいて、減算器101から出力された偏差が小さくなるように、q軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成して出力する。具体的には、位相制御器502は、P制御、I制御、D制御に基づいて減算器101から出力された偏差が0になるように、q軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成して出力する。なお、P制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差に比例する値に基づいて制御する制御方法である。また、I制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間積分に比例する値に基づいて制御する制御方法である。また、D制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間変化に比例する値に基づいて制御する制御方法である。本実施形態における位相制御器502は、PID制御に基づいてq軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成しているがこれに限定されるものではない。例えば、位相制御器502は、PI制御に基づいてq軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成しても良い。なお、回転子402に永久磁石が用いられる場合、通常は巻線を貫く磁束の強度に影響するd軸電流指令値id_refは0に設定されるが、これに限定されるものではない。
The
モータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器507、508によって検出され、その後、A/D変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換される。
Drive currents flowing in the A-phase and B-phase windings of the
A/D変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換された駆動電流の電流値は、静止座標系における電流値iα及びiβとして、図3に示す電流ベクトルの位相θeによって次式のように表される。なお、電流ベクトルの位相θeは、α軸と電流ベクトルとの成す角度と定義される。また、Iは電流ベクトルの大きさを示す。
iα=I*cosθe (1)
iβ=I*sinθe (2)
これらの電流値iα及びiβは、座標変換器511と誘起電圧決定器512に入力される。
The current value of the drive current converted from the analog value to the digital value by the A /
iα = I * cos θe (1)
iβ = I * sin θe (2)
These current values iα and iβ are input to the coordinate
座標変換器511は、次式によって、電流値iα及びiβを回転座標系におけるq軸電流の電流値iq及びd軸電流の電流値idに座標変換する。
id= cosθ*iα+sinθ*iβ (3)
iq=−sinθ*iα+cosθ*iβ (4)
減算器102には、位相制御器502から出力されたq軸電流指令値iq_refと座標変換器511から出力された電流値iqとが入力される。減算器102は、q軸電流指令値iq_refと電流値iqとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器503に出力する。
The coordinate
id = cos θ * iα + sin θ * iβ (3)
iq = −sin θ * iα + cos θ * iβ (4)
The
また、減算器103には、位相制御器502から出力されたd軸電流指令値id_refと座標変換器511から出力された電流値idとが入力される。減算器103は、d軸電流指令値id_refと電流値idとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器503に出力する。
Further, the subtracter 103 receives the d-axis current command value id_ref output from the
電流制御器503は、PID制御に基づいて、前記偏差がそれぞれ小さくなるように駆動電圧Vq及びVdを生成する。具体的には、電流制御器503は、前記偏差がそれぞれ0になるように駆動電圧Vq及びVdを生成して座標逆変換器505に出力する。即ち、電流制御器503は、生成手段として機能する。なお、本実施形態における電流制御器503は、PID制御に基づいて駆動電圧Vq及びVdを生成しているこれに限定されるものではない。例えば、電流制御器503は、PI制御に基づいて駆動電圧Vq及びVdを生成しても良い。
The
座標逆変換器505は、電流制御器503から出力された回転座標系における駆動電圧Vq及びVdを、次式によって、静止座標系における駆動電圧Vα及びVβに座標逆変換する。
Vα=cosθ*Vd−sinθ*Vq (5)
Vβ=sinθ*Vd+cosθ*Vq (6)
The coordinate inverse converter 505 converts the drive voltages Vq and Vd output from the
Vα = cos θ * Vd−sin θ * Vq (5)
Vβ = sin θ * Vd + cos θ * Vq (6)
座標逆変換器505は、回転座標系における駆動電圧Vq及びVdを静止座標系における駆動電圧Vα及びVβに座標逆変換した後、Vα及びVβを誘起電圧決定器512及びPWMインバータ506に出力する。
The coordinate inverse converter 505 converts the drive voltages Vq and Vd in the rotating coordinate system into the drive voltages Vα and Vβ in the stationary coordinate system, and then outputs Vα and Vβ to the induced
PWMインバータ506は、フルブリッジ回路を有する。フルブリッジ回路は座標逆変換器505から入力された駆動電圧Vα及びVβに基づくPWM信号によって駆動される。その結果、PWMインバータ506は、駆動電圧Vα及びVβに応じた駆動電流iα及びiβを生成し、駆動電流iα及びiβをモータ509の各相の巻線に供給することによって、モータ509を駆動させる。即ち、PWMインバータ506は、モータ509の各相の巻線に電流を供給する供給手段として機能する。なお、本実施形態においては、PWMインバータはフルブリッジ回路を有しているが、PWMインバータはハーフブリッジ回路等を有していても良い。
The
次に、回転位相θの決定方法について説明する。回転子402の回転位相θの決定には、回転子402の回転によってモータ509のA相及びB相の巻線に誘起される誘起電圧Eα及びEβの値が用いられる。誘起電圧の値は誘起電圧決定器512によって決定(算出)される。具体的には、誘起電圧Eα及びEβは、A/D変換器510から誘起電圧決定器512に入力された電流値iα及びiβと、座標逆変換器505から誘起電圧決定器512に入力された駆動電圧Vα及びVβとから、次式によって決定される。
Eα=Vα−R*iα−L*diα/dt (7)
Eβ=Vβ−R*iβ−L*diβ/dt (8)
Next, a method for determining the rotational phase θ will be described. For the determination of the rotational phase θ of the
Eα = Vα−R * iα−L * diα / dt (7)
Eβ = Vβ−R * iβ−L * diβ / dt (8)
ここで、Rは巻線レジスタンス、Lは巻線インダクタンスである。巻線レジスタンスR及び巻線インダクタンスLの値は使用されているモータ509に固有の値であり、ROM151b又はモータ制御装置157に設けられたメモリ(不図示)等に予め記憶されている。
Here, R is winding resistance, and L is winding inductance. The values of the winding resistance R and the winding inductance L are values specific to the
誘起電圧決定器512によって決定された誘起電圧Eα及びEβは位相決定器513に出力される。
The induced voltages Eα and Eβ determined by the induced
位相決定器513は、誘起電圧決定器512から出力された誘起電圧Eαと誘起電圧Eβとの比に基づいて、次式によってモータ509の回転子402の回転位相θを決定する。
θ=tan^−1(−Eβ/Eα) (9)
The
θ = tan ^ −1 (−Eβ / Eα) (9)
なお、本実施形態においては、位相決定器513は、式(9)に基づく演算を行うことによって回転位相θを決定したが、この限りではない。例えば、位相決定器513は、ROM151b等に記憶されている、誘起電圧Eα及び誘起電圧Eβと誘起電圧Eα及び誘起電圧Eβとに対応する回転位相θとの関係を示すテーブルを参照することによって回転位相θを決定してもよい。
In the present embodiment, the
前述の如くして得られた回転子402の回転位相θは、減算器101、速度決定器514、座標逆変換器505及び座標変換器511に入力される。
The rotational phase θ of the
モータ制御装置157は、ベクトル制御を行う場合は、この制御を繰り返し行う。
The
以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置157は、指令位相θ_refと回転位相θとの偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する位相フィードバック制御を用いたベクトル制御を行う。ベクトル制御を行うことによって、モータが脱調状態となることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを抑制することができる。また、位相フィードバック制御を行うことによって、回転子の回転位相が所望の位相になるように回転子の回転位相を制御することができる。したがって、画像形成装置において、回転子の回転位相を精度よく制御する必要がある負荷(例えば、レジストレーションローラ)を駆動するモータに位相フィードバック制御を用いたベクトル制御が適用されることによって、記録媒体への画像形成を適切に行うことができる。
As described above, the
<定電流制御>
次に、図4を用いて、定電流制御について説明する。定電流制御とは、モータの巻線に定電流を供給することによってモータを制御する制御方法である。なお、定電流制御においては、位相フィードバック制御と速度フィードバック制御とのいずれも行われない。
<Constant current control>
Next, constant current control will be described with reference to FIG. The constant current control is a control method for controlling the motor by supplying a constant current to the motor windings. In constant current control, neither phase feedback control nor speed feedback control is performed.
CPU151aは、定電流制御器517に指令位相θ_refを出力する。定電流制御器517は、CPU151aから出力された指令位相θ_refに対応した、静止座標系における電流の指令値iα_ref及びiβ_refを生成して出力する。
The
次に、電流検出器507、508はモータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流を検出する。その後、検出された駆動電流は、A/D変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換され、式(1)及び(2)のように電流値iα及びiβとして表される。電流制御器503には、電流値iαと前記指令値iα_refとの偏差及び電流値iβと前記指令値iβ_refとの偏差が入力される。電流制御器503は、前記偏差が小さくなるように駆動電圧Vα及びVβを出力する。具体的には、電流制御器503は、前記偏差がそれぞれ0に近づくように駆動電圧Vα及びVβを出力する。電流制御器503から出力された駆動電圧Vα及びVβはPWMインバータ506に入力される。PWMインバータ506は前述した方法でモータ509の各相の巻線に駆動電流を供給してモータ509を駆動させる。
Next,
以上が、定電流制御についての説明である。 The above is an explanation of the constant current control.
<ベクトル制御と定電流制御との切り替え>
本実施形態におけるベクトル制御では、モータの各相の巻線に発生する誘起電圧の大きさに基づいて回転子の回転位相が決定される。巻線に発生する誘起電圧の大きさは、回転子の回転速度が小さいほど小さくなる。巻線に発生する誘起電圧の大きさが回転子の回転位相が決定されるために十分な大きさでない場合は、回転位相が精度良く決定されない可能性がある。即ち、回転子の回転速度が小さければ小さいほど、実際の回転子の回転位相と決定された回転子の回転位相との誤差が大きくなってしまう可能性がある。実際の回転子の回転位相と決定された回転子の回転位相との誤差が大きいと、決定された回転子の回転位相に基づいてモータが制御される場合にモータの制御が不安定になってしまう。
<Switching between vector control and constant current control>
In the vector control in the present embodiment, the rotational phase of the rotor is determined based on the magnitude of the induced voltage generated in the winding of each phase of the motor. The magnitude of the induced voltage generated in the winding decreases as the rotational speed of the rotor decreases. If the magnitude of the induced voltage generated in the winding is not large enough to determine the rotational phase of the rotor, the rotational phase may not be determined accurately. In other words, the smaller the rotational speed of the rotor, the larger the error between the actual rotational phase of the rotor and the determined rotational phase of the rotor. If there is a large error between the actual rotor rotation phase and the determined rotor rotation phase, the motor control becomes unstable when the motor is controlled based on the determined rotor rotation phase. End up.
このような場合、回転子の回転速度が所定の回転速度よりも小さい場合は定電流制御が行われ、回転子の回転速度が前記所定の回転速度以上の場合はベクトル制御が行われるという構成が考えられる。 In such a case, the configuration is such that constant current control is performed when the rotational speed of the rotor is smaller than the predetermined rotational speed, and vector control is performed when the rotational speed of the rotor is equal to or higher than the predetermined rotational speed. Conceivable.
しかしながら、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際には、瞬間的にモータの回転速度が減少することがある。これは、モータの制御が切り替わる前の最後に巻線に供給された駆動電流によって回転子に発生したトルクの大きさよりも、モータの制御が切り替わった後の最初に巻線に供給された駆動電流によって回転子に発生したトルクの大きさのほうが小さいことがあるためである。 However, when the motor control is switched from constant current control to vector control, the rotational speed of the motor may decrease instantaneously. This is because the drive current supplied to the winding first after the control of the motor is switched is larger than the magnitude of torque generated in the rotor by the drive current supplied to the winding at the end before the control of the motor is switched. This is because the magnitude of the torque generated in the rotor may be smaller.
この結果、回転子の回転速度が所定の回転速度を超えて、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わったとしても、モータの制御が切り替わった直後のモータの回転速度が再び所定の回転速度より遅くなる。その結果、モータの制御がベクトル制御から再び定電流制御に切り替わってしまう。このように、定電流制御とベクトル制御との切り替わりが繰り返し起こってしまう。その結果、モータ音の大きさの増大及び減少が繰り返し起こったり、モータが制御不能な状態となったりしてしまう。なお、モータの制御がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際も、瞬間的にモータの回転速度が増大又は減少することがある。 As a result, even if the rotational speed of the rotor exceeds the predetermined rotational speed and the motor control is switched from the constant current control to the vector control, the rotational speed of the motor immediately after the motor control is switched to the predetermined rotational speed again. Slower than speed. As a result, the motor control is switched from vector control to constant current control again. In this way, switching between constant current control and vector control occurs repeatedly. As a result, the increase and decrease in the magnitude of the motor sound repeatedly occur, or the motor becomes uncontrollable. Note that when the motor control is switched from vector control to constant current control, the rotational speed of the motor may increase or decrease instantaneously.
そこで、本実施形態では、以下の構成がモータ制御装置に適用される。 Therefore, in the present embodiment, the following configuration is applied to the motor control device.
<本実施形態における制御切替方法>
図5は、定電流制御とベクトル制御とを切り替えるための閾値と回転子402の回転速度及び指令速度との関係を示す図である。本実施形態では、図5に示すように、定電流制御とベクトル制御との切り替えを行うための回転子の回転速度の閾値が2つ設けられている。具体的には、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わるための閾値である第1の閾値としての閾値ω1、及び、モータの制御がベクトル制御から定電流制御に切り替わるための閾値である第2の閾値としての閾値ω2が設定されている。なお、閾値ω1は閾値ω2よりも大きい値(ω1>ω2)となるように設定されている。以下、閾値ω1及びω2について説明する。なお、図5に示す指令速度は本実施形態における一例であり、これに限定されるものではない。
<Control switching method in this embodiment>
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a threshold value for switching between constant current control and vector control, and the rotational speed and command speed of the
閾値ω2は、位相決定器513が回転位相θを決定する精度が保障される回転子の回転速度に設定される。なお、本実施形態では、閾値ω2は位相決定器513が回転位相θを決定する精度が保障される回転子の回転速度のうち最も低い回転速度に設定されるものとする。即ち、閾値ω2は位相決定器513が回転子402の回転位相θを精度良く決定するために必要最低限の誘起電圧が発生する回転速度に設定されるものとする。この結果、ベクトル制御が行われている状態で回転速度が減少しても、モータ制御装置157は可能な限りベクトル制御を続行させることができる。即ち、モータ509が脱調状態になることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを可能な限り抑制することができる。
The threshold ω2 is set to the rotational speed of the rotor that ensures the accuracy with which the
また、前述したように、定電流制御からベクトル制御にモータの制御方法が切り替わる際には、瞬間的にモータの回転速度が減少することがある。したがって、閾値ω1は、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に瞬間的に減少する回転速度の大きさを考慮して設定される。即ち、回転子402の回転速度が増大して閾値ω1を超え、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に瞬間的に回転子402の回転速度が減少しても、回転速度が閾値ω2より小さくならないように閾値ω1が設定される。なお、本実施形態においては、閾値ω1は、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に瞬間的に回転子402の回転速度が減少しても、閾値ω2以下の回転速度にならない回転速度のうち、最も小さい値に設定されるものとする。この結果、可能な限り定電流制御を行う期間を短縮し、できるだけ早くモータの制御を定電流制御からベクトル制御に切り替えることができる。即ち、モータ509が脱調状態になることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを可能な限り抑制することができる。
Further, as described above, when the motor control method is switched from constant current control to vector control, the rotational speed of the motor may decrease instantaneously. Therefore, the threshold value ω1 is set in consideration of the magnitude of the rotational speed that instantaneously decreases when the motor control is switched from constant current control to vector control. That is, even if the rotation speed of the
以上のように閾値ω1、ω2が設定されることによって、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に、瞬間的に回転速度が減少しても、モータ制御装置157はベクトル制御を続行させることができる。即ち、定電流制御とベクトル制御との切り替わりが繰り返し起こることを抑制することができる。また、モータ509が脱調状態となることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを可能な限り抑制することができる。
By setting the threshold values ω1 and ω2 as described above, the
次に、図4を用いて、モータ制御装置157が定電流制御とベクトル制御とを切り替える方法について説明する。図4に示すように、本実施形態におけるモータ制御装置157は、定電流制御とベクトル制御とを切り替えるための構成として、速度決定器514、制御切替器515、制御切替スイッチ516a、516b、516c(以下、各スイッチと称する)を有する。
Next, a method in which the
速度決定器514は、位相決定器513から出力された回転位相θの時間変化に基づいて、回転子402の回転速度ωを決定する。なお、速度の決定には、次式(10)が用いられるものとする。
ω=dθ/dt (10)
The speed determiner 514 determines the rotational speed ω of the
ω = dθ / dt (10)
速度決定器514は、決定した回転速度ωを制御切替器515に出力する。
The speed determiner 514 outputs the determined rotation speed ω to the
制御切替器515は、速度決定器514から入力された回転速度ωに基づいて、定電流制御とベクトル制御とを切り替える。以下に、その詳細について説明する。なお、本実施形態においては、定電流制御が行われている期間においても、モータの回転子の回転速度ωを決定するための回路(誘起電圧決定器512、位相決定器513、速度決定器514等)は稼働しているものする。
The
定電流制御器517による制御中において、回転速度ωが閾値ω1以上(ω≧ω1)になると、制御切替器515は、モータ509を制御する制御器を切り替える。即ち、制御切替器515は、モータ509の駆動を制御する制御器を定電流制御器517からベクトル制御器518に切り替えるように各スイッチ516a、516b、516cの状態を制御する。その結果、ベクトル制御器518によるベクトル制御が行われる。
During the control by the constant
また、定電流制御器517による制御中において、回転速度ωが閾値ω1より小さい(ω<ω1)場合は、制御切替器515は、モータ509の駆動を制御する制御器を切り替えない。即ち、制御切替器515は、モータ509が定電流制御器517によって制御される状態を維持するように各スイッチ516a、516b、516cの状態を制御する。その結果、定電流制御器517による定電流制御が続行される。
Further, during the control by the constant
また、ベクトル制御器518による制御中において、回転速度ωが閾値ω2より小さくなると(ω<ω2)、制御切替器515は、モータ509の駆動を制御する制御器を切り替える。即ち、制御切替器515は、モータ509の駆動を制御する制御器をベクトル制御器518から定電流制御器517に切り替えるように各スイッチ516a、516b、516cの状態を制御する。その結果、定電流制御器517による定電流制御が行われる。
Further, during the control by the
また、ベクトル制御器518による制御中において、回転速度ωが閾値ω2以上(ω≧ω2)の場合は、制御切替器515は、モータ509の駆動を制御する制御器を切り替えない。即ち、制御切替器515は、モータ509の駆動がベクトル制御器518によって制御される状態を維持するように各スイッチ516a、516b、516cの状態を制御する。その結果、ベクトル制御器518によるベクトル制御が続行される。
Further, during the control by the
図6は、モータ制御装置157によるモータの制御方法を示すフローチャートである。以下に、図6を用いて、本実施形態におけるモータ509の制御について説明する。このフローチャートの処理は、CPU151aからの指示を受けたモータ制御装置157によって実行される。
FIG. 6 is a flowchart showing a motor control method by the
まず、CPU151aからモータ制御装置157にenable信号‘H’が出力されると、モータ制御装置157はCPU151aから出力される指令に基づいてモータ509の駆動を開始する。enable信号とは、モータ制御装置157の稼働を許可又は禁止する信号である。enable信号が‘L(ローレベル)’である場合は、CPU151aはモータ制御装置157の稼働を禁止する。即ち、モータ制御装置157によるモータ509の制御は終了される。また、enable信号が‘H(ハイレベル)’である場合は、CPU151aはモータ制御装置157の稼働を許可して、モータ制御装置157はCPU151aから出力される指令に基づいてモータ509の制御を行う。
First, when the enable signal 'H' is output from the
次に、S1001において、制御切替器515は、モータ509の駆動が定電流制御器517によって制御される状態になるように各スイッチ516a、516b、516cの状態を制御する。その結果、定電流制御器517による定電流制御が行われる。
In step S <b> 1001, the
次に、S1002において、CPU151aがモータ制御装置157にenable信号‘L’を出力した場合は、モータ制御装置157はモータ509の駆動を終了する。また、CPU151aがモータ制御装置157にenable信号‘H’を出力した場合は、モータ制御装置157は処理をS1003に進める。
In step S <b> 1002, when the
S1003において、回転子402の回転速度ωが閾値ω1より小さい場合は、処理は再びS1001に戻り、定電流制御器517による定電流制御が続行される。
In S1003, when the rotation speed ω of the
また、回転子402の回転速度ωが閾値ω1以上である場合は、S1004において、制御切替器515は、モータ509の駆動を制御する制御器を切り替える。即ち、制御切替器515は、モータ509の駆動を制御する制御器を定電流制御器517からベクトル制御器518に切り替えるように各スイッチ516a、516b、516cの状態を制御する。その結果、ベクトル制御器518によるベクトル制御が行われる。
If the rotational speed ω of the
次に、S1005において、回転速度ωが閾値ω2以上である場合は、処理は再びS1004に戻り、ベクトル制御器518によるベクトル制御が続行される。
Next, in S1005, when the rotational speed ω is equal to or higher than the threshold ω2, the process returns to S1004 again, and the vector control by the
また、S1005において、回転速度ωが閾値ω2より小さい場合は、処理は再びS1001に戻り、制御切替器515は、モータ509の駆動を制御する制御器を切り替える。即ち、制御切替器515は、モータ509の駆動を制御する制御器をベクトル制御器518から定電流制御器517に切り替えるように各スイッチ516a、516b、516cの状態を制御する。その結果、定電流制御器517による定電流制御が行われる。
In S1005, when the rotational speed ω is smaller than the threshold ω2, the process returns to S1001 again, and the
以降、CPU151aがモータ制御装置157にenable信号‘L’を出力するまで、モータ制御装置157は前述した制御を繰り返し行い、モータ509の駆動を続行する。
Thereafter, until the
以上のように、本実施形態では、定電流制御とベクトル制御との切り替えを行うための回転子の回転速度の閾値がω1>ω2となるように設定される。なお、閾値ω2は、位相決定器513が回転位相θを決定する精度が保障される回転子の回転速度に設定される。また、閾値ω1は、定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に瞬間的に減少する回転子402の回転速度の大きさを考慮して設定される。
As described above, in this embodiment, the threshold value of the rotational speed of the rotor for switching between constant current control and vector control is set so that ω1> ω2. The threshold value ω2 is set to the rotational speed of the rotor that ensures the accuracy with which the
更に、本実施形態では、回転子の回転速度ωと閾値ω1及びω2とが比較されることによって定電流制御とベクトル制御との切り替えが行われる。具体的には、オープン制御が行われている状態で、回転速度ωが閾値ω1より小さい値からω1以上の値へと変化した場合は、モータ制御装置157はモータの制御を定電流制御からベクトル制御に切り替える。また、ベクトル制御が行われている状態で、回転速度ωが閾値ω1以上の値から閾値ω1より小さく且つ閾値ω2以上の値となってもモータ制御装置157は制御の切り替えは行わない。更に回転速度ωが減少して、回転速度ωが閾値ω2以上の値から閾値ω2より小さい値へと変化した場合に、モータ制御装置157はモータの制御をベクトル制御から定電流制御に切り替える。この結果、定電流制御とベクトル制御との切り替わりが繰り返し起こることを抑制することができる。即ち、モータ音の大きさが繰り返し増大及び減少したり、モータが制御不能な状態となったりすることを抑制することができる。
Furthermore, in this embodiment, switching between constant current control and vector control is performed by comparing the rotational speed ω of the rotor with the threshold values ω1 and ω2. Specifically, when the rotational speed ω changes from a value smaller than the threshold value ω1 to a value equal to or larger than ω1 while the open control is performed, the
また、前述したように、閾値ω2は位相決定器513が回転位相θを決定する精度が保障される回転子の回転速度に設定される。したがって、回転速度ωが閾値ω2以上であれば、速度決定器514は回転子の回転速度ωを精度よく決定することができる。このため、モータ制御装置157は定電流制御からベクトル制御への切り替えとベクトル制御から定電流制御への切り替えとを回転速度ωに基づいて行うことができる。回転速度ωが用いられることによって、指令速度ω_refが用いられる場合よりも、より適切に制御の切り替えが行われる。
Further, as described above, the threshold value ω2 is set to the rotational speed of the rotor that ensures the accuracy with which the
本実施形態では、式(10)を用いた演算によって回転子402の回転速度ωが算出されたが、この限りではない。例えば、モータ509のA相(またはB相)の巻線に流れる駆動電流、A相(またはB相)駆動電圧、A相(またはB相)の巻線に発生する誘起電圧等、回転子402の回転周期と相関のある周期的な信号の大きさが0になる周期に基づいて、回転速度ωが推定されても良い。
In the present embodiment, the rotational speed ω of the
また、本実施形態におけるモータ制御装置は、ベクトル制御を行う回路と定電流制御を行う回路とにおいて、一部共有されている部分(電流制御器503、PWMインバータ506等)があるが、この限りではない。即ち、ベクトル制御を行う回路と定電流制御を行う回路とがそれぞれ独立に設けられている構成であっても良い。
In the motor control device according to the present embodiment, there are portions (
また、本実施形態においては、負荷を駆動するモータとしてステッピングモータが用いられているが、DCモータ等の他のモータであっても良い。また、モータは2相モータである場合に限らず、3相モータ等の他のモータであっても良い。 In this embodiment, a stepping motor is used as a motor for driving a load, but another motor such as a DC motor may be used. The motor is not limited to a two-phase motor, and may be another motor such as a three-phase motor.
また、本実施形態におけるモータ制御装置は、位相フィードバック制御を行うことによってモータ509を制御しているが、これに限定されるものではない。例えば、モータ制御装置の構成は、回転子402の回転速度ωをフィードバックしてモータ509を制御する構成であっても良い。具体的には、図7に示すように、モータ制御装置内部に設けられた速度制御器500が、CPU151aから出力された回転子の目標速度を表す指令速度ω_refと回転速度ωとの偏差が小さくなるように、q軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成して出力する。このような速度フィードバック制御を行うことによって、モータ509を制御する構成であっても良い。このような構成においては回転速度がフィードバックされているため、回転子の回転速度が所定の速度になるように制御される。したがって、画像形成装置において、回転子の回転速度を一定速度に制御する必要がある負荷(例えば、感光ドラム、搬送ベルト等)を駆動するモータに速度フィードバック制御を用いたベクトル制御が適用されることによって、記録媒体への画像形成を適切に行うことができる。
Moreover, although the motor control apparatus in this embodiment controls the
また、本実施形態における第1の制御回路は、ベクトル制御器518を用いてモータ509の駆動を制御する回路に相当する。更に、本実施形態における第2の制御回路は、定電流制御器517を用いてモータ509の駆動を制御する回路に相当する。
In addition, the first control circuit in the present embodiment corresponds to a circuit that controls driving of the
151a CPU
402 回転子
502 位相制御器
509 ステッピングモータ
513 位置決定器
514 速度決定器
515 制御切替器
517 定電流制御器
518 ベクトル制御器
600 モータ制御装置
516a、516b、516c 制御切替スイッチ
151a CPU
402
Claims (13)
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される電流値の電流成分である、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分の値と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の値とを制御することによって前記モータを制御する第1の制御モードと、前記モータの巻線に定電流を供給することによって前記モータを制御する第2の制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第2の制御モードで前記モータを制御している状態において、前記速度決定手段によって決定された前記モータの回転子の回転速度が第1の閾値よりも小さい値から前記第1の閾値よりも大きい値へと変化した場合は、前記モータを制御する制御モードを前記第2の制御モードから前記第1の制御モードへと切り替え、前記第1の制御モードで前記モータを制御している状態において、前記速度決定手段によって決定された前記モータの回転子の回転速度が前記第1の閾値よりも大きい値から前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値よりも大きく且つ前記第1の閾値よりも小さい値に変化しても前記第1の制御モードを維持することを特徴とするモータ制御装置。 In a motor control device that controls the motor based on a command phase representing a target phase of a rotor of the motor,
Phase determining means for determining the rotational phase of the rotor;
Speed determining means for determining the rotational speed of the rotor;
A current component of a current value represented in a rotating coordinate system based on the rotational phase determined by the phase determining means so that a deviation between the command phase and the rotational phase determined by the phase determining means is small. A first control mode for controlling the motor by controlling a value of a torque current component that generates torque in the rotor and a value of an excitation current component that affects the strength of a magnetic flux passing through the winding of the motor. And a second control mode for controlling the motor by supplying a constant current to the winding of the motor, and a control means comprising:
Have
In a state where the control unit is controlling the motor in the second control mode, the rotation speed of the rotor of the motor determined by the speed determination unit is determined from a value smaller than a first threshold value. When the value changes to a value larger than the threshold value of 1, the control mode for controlling the motor is switched from the second control mode to the first control mode, and the motor is controlled in the first control mode. In this state, the rotational speed of the rotor of the motor determined by the speed determining means is larger than the second threshold smaller than the first threshold from a value larger than the first threshold and the A motor control device that maintains the first control mode even when the value changes to a value smaller than the first threshold.
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
前記指令速度と前記速度決定手段によって決定された回転速度との偏差が小さくなるように、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される電流値の電流成分である、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分の値と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の値とを制御することによって前記モータを制御する第1の制御モードと、前記モータの巻線に定電流を供給することによって前記モータを制御する第2の制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第2の制御モードで前記モータを制御している状態において、前記速度決定手段によって決定された前記モータの回転子の回転速度が第1の閾値よりも小さい値から前記第1の閾値よりも大きい値へと変化した場合は、前記モータを制御する制御モードを前記第2の制御モードから前記第1の制御モードへと切り替え、前記第1の制御モードで前記モータを制御している状態において、前記速度決定手段によって決定された前記モータの回転子の回転速度が前記第1の閾値よりも大きい値から前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値よりも大きく且つ前記第1の閾値よりも小さい値に変化しても前記第1の制御モードを維持することを特徴とするモータ制御装置。 In a motor control device that controls the motor based on a command speed that represents a target speed of the rotor of the motor,
Phase determining means for determining the rotational phase of the rotor;
Speed determining means for determining the rotational speed of the rotor;
A current component of a current value represented in a rotating coordinate system based on the rotational phase determined by the phase determining means so that a deviation between the command speed and the rotational speed determined by the speed determining means is small. A first control mode for controlling the motor by controlling a value of a torque current component that generates torque in the rotor and a value of an excitation current component that affects the strength of a magnetic flux passing through the winding of the motor. And a second control mode for controlling the motor by supplying a constant current to the winding of the motor, and a control means comprising:
Have
In a state where the control unit is controlling the motor in the second control mode, the rotation speed of the rotor of the motor determined by the speed determination unit is determined from a value smaller than a first threshold value. When the value changes to a value larger than the threshold value of 1, the control mode for controlling the motor is switched from the second control mode to the first control mode, and the motor is controlled in the first control mode. In this state, the rotational speed of the rotor of the motor determined by the speed determining means is larger than the second threshold smaller than the first threshold from a value larger than the first threshold and the A motor control device that maintains the first control mode even when the value changes to a value smaller than the first threshold.
前記第1の制御モードが実行される場合に、前記モータの第1相の巻線及び第2相の巻線それぞれに駆動電流を供給する第1の制御回路と、
前記第2の制御モードが実行される場合に、前記第1相の巻線及び第2相の巻線それぞれに駆動電流を供給する第2の制御回路と、
前記速度決定手段によって決定された回転速度に基づいて、前記第1の制御回路を用いて前記モータを制御するか、前記第2の制御回路を用いて前記モータを制御するかを切り替える切替手段と、
を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 The control means includes
A first control circuit for supplying a drive current to each of the first phase winding and the second phase winding of the motor when the first control mode is executed;
A second control circuit for supplying a drive current to each of the first-phase winding and the second-phase winding when the second control mode is executed;
Switching means for switching between controlling the motor using the first control circuit or controlling the motor using the second control circuit based on the rotational speed determined by the speed determining means; ,
The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device includes:
前記モータの第1相の巻線及び第2相の巻線それぞれに前記駆動電流を供給する供給手段と、
前記供給手段を駆動する駆動電圧を生成する生成手段と、
前記供給手段によって前記モータの第1相の巻線及び第2相の巻線それぞれに供給された駆動電流の電流値を検出する検出手段と、
前記生成手段によって生成された駆動電圧と、前記検出手段によって検出された電流値に基づいて、前記モータの回転子の回転によって前記第1相の巻線及び第2相の巻線に誘起される誘起電圧の大きさを決定する誘起電圧決定手段と、
を有し、
前記位相決定手段は、前記誘起電圧決定手段によって決定された前記第1相の誘起電圧の大きさと前記第2相の誘起電圧の大きさとに基づいて前記モータの回転子の回転位相を決定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 The control means includes
Supply means for supplying the drive current to each of the first phase winding and the second phase winding of the motor;
Generating means for generating a drive voltage for driving the supply means;
Detecting means for detecting a current value of a driving current supplied to each of the first phase winding and the second phase winding of the motor by the supply means;
Based on the driving voltage generated by the generating unit and the current value detected by the detecting unit, the first phase winding and the second phase winding are induced by the rotation of the rotor of the motor. Induced voltage determining means for determining the magnitude of the induced voltage;
Have
The phase determining means determines the rotational phase of the rotor of the motor based on the magnitude of the induced voltage of the first phase and the magnitude of the induced voltage of the second phase determined by the induced voltage determining means. The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is a motor control device.
前記搬送ローラを駆動するモータと、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記搬送ローラを駆動するモータの駆動を制御することを特徴とするシート搬送装置。 A transport roller for transporting the sheet;
A motor for driving the transport roller;
The motor control device according to any one of claims 1 to 7,
Have
The sheet conveying apparatus, wherein the motor control apparatus controls driving of a motor that drives the conveying roller.
原稿を積載する原稿積載部と、
を有し、
前記原稿積載部に積載された前記原稿を前記シート搬送装置が給送することを特徴とする原稿給送装置。 A sheet conveying device according to claim 8;
A document stacking unit for loading documents,
Have
An original feeding apparatus, wherein the original loaded on the original stacking unit feeds the original.
前記原稿給送装置によって給送された前記原稿を読み取る読取手段と、
を有することを特徴とする原稿読取装置。 A document feeder according to claim 9;
Reading means for reading the document fed by the document feeding device;
A document reading apparatus comprising:
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
を有し、
前記画像形成手段は、前記シート搬送装置によって搬送された前記記録媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。 A sheet conveying device according to claim 8;
Image forming means for forming an image on a recording medium;
Have
The image forming apparatus, wherein the image forming unit forms an image on the recording medium conveyed by the sheet conveying apparatus.
負荷を駆動するモータと、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記負荷を駆動するモータの駆動を制御することを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus for forming an image on a recording medium,
A motor driving the load;
The motor control device according to any one of claims 1 to 7,
Have
The image forming apparatus, wherein the motor control device controls driving of a motor that drives the load.
The image forming apparatus according to claim 12, wherein the load is a conveyance roller that conveys the recording medium.
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