JP2021058028A - Control device and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータの制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a motor control device and a control method.
従来、揺動角度によらず、ミラーを高速で位置決めすることができるガルバノスキャナが提案されている。
例えば、特許文献1に記載されたガルバノスキャナは、以下のように構成されている。すなわち、指令信号と現在位置との偏差に基づいてミラーを揺動させるアクチュエータを動作させるため、揺動角度に応じたアクチュエータのゲイン変化を計測しておき、ゲイン変化をなくすように、アクチュエータの操作量を補正する。より具体的には、目標軌道生成処理部は、目標位置決め角度に基づき、ガルバノスキャナの揺動角度目標値を計算し、スキャナサーボ機構の目標軌道を生成する。この目標値は、減算手段により検出されたスキャナの揺動角度を減算されて偏差となる。この偏差は、補償要素で制御演算処理を施されて操作量信号が算出される。補償要素の出力信号がトルク定数変動補償部を介してD/A変換器に入力される。すると、トルク定数変動補償部は揺動角、すなわち揺動角に応じてメモリを参照し、トルク定数の変化を打ち消すように(例えば、測定により得られたトルク定数の最大値に等しくなるように)操作量信号を増幅し、D/A変換器に出力する。
Conventionally, a galvano scanner that can position a mirror at high speed regardless of the swing angle has been proposed.
For example, the galvano scanner described in
ガルバノスキャナの揺動範囲の全ての範囲においてミラーを高速で位置決めするには、トルク定数が変化することに起因してモータの応答性が変化することを考慮することが望ましい。これは、モータの駆動を、フィードバック制御を用いて制御する場合も同様である。
本発明は、フィードバック制御を用いて制御する場合においても、ミラーの角度を迅速に目標角度に合わせることができる制御装置等を提供することを目的とする。
In order to position the mirror at high speed in the entire swing range of the galvano scanner, it is desirable to consider that the responsiveness of the motor changes due to the change in torque constant. This also applies when the drive of the motor is controlled by using feedback control.
An object of the present invention is to provide a control device or the like capable of quickly adjusting the angle of a mirror to a target angle even when controlling using feedback control.
上記目的のもと完成させた本発明は、ミラーを揺動させるモータの回転角度に応じた補正値を用いて、検出した当該モータの回転角度である検出回転角度から当該モータの実際の回転速度に相当する実回転速度を演算する回転速度演算手段と、目標回転速度と、前記回転速度演算手段が演算した前記実回転速度との偏差を演算する偏差演算手段と、前記偏差演算手段が演算した前記偏差を用いて、前記モータに供給する目標電流を設定する設定手段と、を備える制御装置である。
ここで、前記回転速度演算手段は、前記検出回転角度を微分することにより得た微分値と、前記補正値と、を用いて前記実回転速度を演算しても良い。
また、前記回転速度演算手段は、前記検出回転角度に予め定められた定数を乗算することにより得た値をも用いて前記実回転速度を演算しても良い。
また、目標回転角度と、前記検出回転角度との偏差が零となるように角度フィードバック処理を行い、前記目標回転速度を設定する角度制御手段を備えても良い。
また、前記設定手段は、前記モータの回転角度に応じた第2補正値をも用いて、前記目標電流を設定しても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、目標回転角度と、検出したミラーを揺動させるモータの回転角度である検出回転角度との偏差が零となるように角度フィードバック処理を行う角度制御手段と、前記検出回転角度を微分した値に予め定められた定数を乗算する微分補償手段と、前記モータの回転角度に応じた補正値を用いて、前記微分補償手段からの出力値を補正する補正手段と、前記角度制御手段からの出力値と、前記補正手段からの出力値とを、それぞれ予め定められた比率で加算し、前記モータに供給する目標電流を設定する設定手段と、を備える制御装置である。
ここで、前記設定手段は、前記検出回転角度に予め定められた定数を乗算することにより得た値をも予め定められた比率で加算しても良い。
また、前記設定手段は、検出した前記モータの電流を予め定められた積分時定数で不完全積分するとともに、予め定められた微分時定数で微分することにより得た値をも予め定められた比率で加算しても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、ミラーを揺動させるモータの回転角度に応じた補正値を用いて、検出した当該モータの回転角度である検出回転角度から当該モータの実際の回転速度に相当する実回転速度を演算し、目標回転速度と、前記実回転速度との偏差を演算し、前記偏差を用いて、前記モータに供給する目標電流を設定する、制御方法である。
また、他の観点から捉えると、本発明は、目標回転角度と、検出したミラーを揺動させるモータの回転角度である検出回転角度との偏差が零となるように角度フィードバック処理を行い、前記検出回転角度を微分した値に予め定められた定数を乗算して微分補償し、前記モータの回転角度に応じた補正値を用いて、前記微分補償後の値を補正し、前記角度フィードバック処理後の出力値と、前記補正値を用いて補正した後の出力値とを、それぞれ予め定められた比率で加算し、前記モータに供給する目標電流を設定する、制御方法である。
The present invention completed for the above object uses a correction value according to the rotation angle of the motor that swings the mirror, and uses the detected rotation angle, which is the rotation angle of the motor, to indicate the actual rotation speed of the motor. The rotation speed calculation means for calculating the actual rotation speed corresponding to the above, the deviation calculation means for calculating the deviation between the target rotation speed and the actual rotation speed calculated by the rotation speed calculation means, and the deviation calculation means have calculated. It is a control device including a setting means for setting a target current to be supplied to the motor by using the deviation.
Here, the rotation speed calculation means may calculate the actual rotation speed by using the differential value obtained by differentiating the detected rotation angle and the correction value.
Further, the rotation speed calculation means may calculate the actual rotation speed by using a value obtained by multiplying the detected rotation angle by a predetermined constant.
Further, an angle control means for setting the target rotation speed by performing angle feedback processing so that the deviation between the target rotation angle and the detected rotation angle becomes zero may be provided.
Further, the setting means may set the target current by using the second correction value according to the rotation angle of the motor.
From another point of view, the present invention performs angle control that performs angle feedback processing so that the deviation between the target rotation angle and the detected rotation angle, which is the rotation angle of the motor that swings the detected mirror, becomes zero. The output value from the differential compensation means is corrected by using the means, the differential compensation means for multiplying the value obtained by differentiating the detected rotation angle by a predetermined constant, and the correction value according to the rotation angle of the motor. It includes a correction means, a setting means for adding an output value from the angle control means and an output value from the correction means at a predetermined ratio, and setting a target current to be supplied to the motor. It is a control device.
Here, the setting means may also add a value obtained by multiplying the detected rotation angle by a predetermined constant at a predetermined ratio.
Further, the setting means incompletely integrates the detected current of the motor with a predetermined integration time constant, and also obtains a value obtained by differentiating with a predetermined differential time constant as a predetermined ratio. You may add with.
From another point of view, the present invention uses a correction value according to the rotation angle of the motor that swings the mirror, and uses the detected rotation angle of the motor to actually rotate the motor. This is a control method in which an actual rotation speed corresponding to a speed is calculated, a deviation between the target rotation speed and the actual rotation speed is calculated, and the target current to be supplied to the motor is set using the deviation.
From another point of view, the present invention performs angle feedback processing so that the deviation between the target rotation angle and the detected rotation angle, which is the rotation angle of the motor that swings the detected mirror, becomes zero. After multiplying the differentiated value of the detected rotation angle by a predetermined constant to perform differential compensation, the corrected value corresponding to the rotation angle of the motor is used to correct the value after the differential compensation, and after the angle feedback process. This is a control method in which the output value of the above and the output value after correction using the correction value are added at a predetermined ratio to set a target current to be supplied to the motor.
本発明によれば、フィードバック制御を用いて制御する場合においても、ミラーの角度を迅速に目標角度に合わせることができる制御装置等を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a control device or the like capable of quickly adjusting the angle of the mirror to the target angle even when the control is performed by using the feedback control.
以下、添付図面を参照して、実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係るガルバノスキャナ1の概略構成の一例を示す図である。
図2は、本実施の形態に係るモータの概略構成の一例を示す図である。
ガルバノスキャナ1は、モータ10と、ミラー20と、モータ10の回転角度を検出する角度検出器30と、角度検出器30が検出した回転角度を用いてモータ10の駆動を制御する制御装置100と、を備えている。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a
FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a motor according to the present embodiment.
The
モータ10は、回転子60と、固定子70と、固定子70を収容するハウジング80とを備えた、ムービングマグネット型のモータである。なお、モータ10は、ムービングコイル型のモータやその他のモータであっても良い。
回転子60は、回転軸61と、回転軸61に装着されたメインマグネット62とを有している。以下では、回転軸61の軸方向を、単に「軸方向」と称する場合もある。また、軸方向において、図2の左側を「一方側」、図2の右側を「他方側」と称する場合もある。
回転軸61は、例えば中実円柱状の部材である。メインマグネット62は、2極に着磁された円筒状の磁石であることを例示することができる。
The
The
The rotating
固定子70は、コアレスコイル71と、コアレスコイル71を保持する円筒状のスタック72と、スタック72における他方側の端面に設けられた中継基板73と、中継基板73に接続されたリード線74とを有している。
ハウジング80は、回転軸61の軸方向の両端部が開口した円筒状のケース81と、ケース81における一方側の開口を覆う一方側プレート82と、ケース81における他方側の開口を覆う他方側プレート83とを有している。また、ハウジング80は、一方側プレート82に保持されて、回転軸61の一方の端部側を回転可能に支持する一方側軸受84と、回転軸61の他方の端部側を回転可能に支持する他方側軸受85とを備えている。
一方側プレート82、他方側プレート83は、それぞれ、内側に、一方側軸受84、他方側軸受85を保持するとともに、ケース81の内部に嵌め込まれた、略円筒状の部材である。一方側軸受84及び他方側軸受85は、ボールベアリングであることを例示することができる。
The
The
The one-
ミラー20は、モータ10の出力軸61の一方の端部に、保持部材21を介して装着されている。ミラー20は、モータ10の駆動によって、一方の回転方向(例えば時計回り。以下、「正方向」と称する場合がある。)の上限角度と、逆方向の回転方向(例えば反時計回り。以下、「逆方向」と称する場合がある。)の下限角度の間で回転して、図示しないレーザ光源から入射したレーザ光線を出力軸61の回転角度に応じて異なる方向に反射させる。
The
角度検出器30は、モータ10の出力軸61の他方の端部に設けられている。角度検出器30は、例えば、本出願人らが出願した特願2013−70399に記載された位置変換器のような、出力軸61(ミラー20)の回転角度を検出するためのセンサであることを例示することができる。角度検出器30は、モータ10の出力軸61の回転角度に応じた電圧の信号を出力する。
The
<第1の実施形態>
図3は、第1の実施形態に係る制御装置100の構成を示すブロック図の一例である。
制御装置100は、CPU、ROM、RAM、EEPROM(Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory)等からなる算術論理演算回路である。
制御装置100は、外部から供給される角度指令値と角度検出器30が検出した回転角度(以下、「検出回転角度」と称する場合がある。)との偏差を用いて角度フィードバック(以下、フィードバックを「F/B」と称する場合がある。)制御を行う角度制御部110を有している。また、制御装置100は、角度制御部110からの出力値を用いて速度F/B制御を行う速度制御部120を有している。また、制御装置100は、速度制御部120からの出力値を用いて電流F/B制御を行う電流制御部130を有している。
<First Embodiment>
FIG. 3 is an example of a block diagram showing the configuration of the
The
The
また、制御装置100は、電流制御部130からの駆動信号に応じた駆動電流を生成してモータ10に供給する駆動回路140を有している。
また、制御装置100は、モータ10に実際に流れる実電流に応じた値を出力する電流検出部150を有している。電流検出部150は、モータ10の巻線に接続されたいわゆるシャント抵抗の両端に生じる電圧からモータ10に流れる実電流の値を検出する。
Further, the
Further, the
(角度制御部110)
角度制御部110は、外部から供給される角度指令値と検出回転角度との角度偏差を求める角度偏差演算部111と、その角度偏差が零となるようにF/B処理を行って目標回転速度を設定する目標速度設定部112とを有している。
角度偏差演算部111は、外部から供給される角度指令値から検出回転角度を減算することにより角度偏差を演算するとともに、角度偏差を目標速度設定部112に出力する。
目標速度設定部112は、角度指令値と検出回転角度とが一致するようにF/B制御を行うものであり、例えば、角度偏差を、予め定められた積分時定数で積分し、目標回転速度を演算するとともに、演算した目標回転速度を速度制御部120に出力する。
このように、角度制御部110は、目標回転角度と、検出回転角度との偏差が零となるように角度F/B処理を行い、目標回転速度を設定する角度制御手段の一例として機能する。
(Angle control unit 110)
The
The angle
The target
As described above, the
(速度制御部120)
速度制御部120は、ミラー20を揺動させるモータ10の回転角度に応じた補正値を用いて、検出回転角度からモータ10の実際の回転速度に相当する実回転速度を演算する回転速度演算手段の一例として回転速度演算部160を有している。
また、速度制御部120は、角度制御部110から出力された目標回転速度と、回転速度演算部160が演算した実回転速度との速度偏差を演算する速度偏差演算部121を有している。
また、速度制御部120は、速度偏差演算部121が演算した速度偏差を用いて、モータ10に供給する目標電流を設定する設定手段の一例として目標電流設定部122を有している。
(Speed control unit 120)
The
Further, the
Further, the
回転速度演算部160は、角度検出器30が検出した回転角度(検出回転角度)を微分補償する微分補償部161と、微分補償部161から出力された値を補正する定数補正部162とを有している。
微分補償部161は、検出回転角度を微分することにより得た微分値と、予め定められた微分補償定数とを乗算することにより得た値を定数補正部162に出力する。
定数補正部162は、補正値を決定する補正値決定部163と、補正値決定部163が決定した補正値と微分補償部161からの出力値とを加算する加算部164とを有している。
The rotation
The
The
図4は、検出回転角度と補正値との関係の例を示す制御マップの概略図である。
補正値決定部163は、検出回転角度に応じた補正値を算出する。補正値決定部163は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記録しておいた、検出回転角度と補正値との関係を示す図4に例示した制御マップ、又は、図4に例示したような関係となる関数に、検出回転角度を代入することにより補正値を算出する、あるいは、トルク定数の減少カーブが2次関数のカーブで近似されるという理論に基づき、アナログ乗算器を使って検出回転角度の2乗を演算し、この演算により得た値に所定の係数を乗算することにより補正値を算出する。
FIG. 4 is a schematic view of a control map showing an example of the relationship between the detected rotation angle and the correction value.
The correction
図4に例示した制御マップにおいては、検出回転角度と補正値との関係が以下のように定められている。
ここで、予め定められた、ミラー20の揺動範囲の中心に対応するミラー20(モータ10の出力軸61)の回転角度を基準角度とする場合に、正方向及び逆方向の両方向において、基準角度との回転角度差が大きくなるのに応じてモータ10のトルク定数が低下する。つまり、図4に破線で示したように、基準角度におけるトルク定数に対する、各回転角度におけるトルク定数の比を示した場合には、1を頂点とする凸状の円弧状の曲線となる。
In the control map illustrated in FIG. 4, the relationship between the detected rotation angle and the correction value is defined as follows.
Here, when the rotation angle of the mirror 20 (
そして、検出回転角度と補正値との関係は、図4に実線で示したように、図4に破線で示したトルク定数の特性とは逆特性となるように、基準角度における補正値の値である0を頂点とする凹状の円弧状の曲線となる。つまり、補正値は、正方向及び逆方向の両方向において、基準角度との回転角度差が大きくなるのに応じて大きくなるように設定されている。 The relationship between the detected rotation angle and the correction value is the value of the correction value at the reference angle so that the characteristic is opposite to the characteristic of the torque constant shown by the broken line in FIG. 4, as shown by the solid line in FIG. It becomes a concave arc-shaped curve having 0 as the apex. That is, the correction value is set so as to increase as the difference in rotation angle from the reference angle increases in both the forward direction and the reverse direction.
加算部164は、補正値決定部163が決定した補正値と、微分補償部161からの出力値とを加算する。
以上のように構成された回転速度演算部160は、加算部164が補正値を加算することにより得た値を実回転速度として速度偏差演算部121に出力する。
The
The rotation
速度偏差演算部121は、角度制御部110から出力された目標回転速度から回転速度演算部160が演算した実回転速度を減算することにより速度偏差を演算するとともに、演算した速度偏差を目標電流設定部122に出力する。
目標電流設定部122は、角度制御部110から出力された目標回転速度と、回転速度演算部160が演算した実回転速度とが一致するようにF/B制御を行うものであり、例えば、速度偏差演算部121が演算した速度偏差に、予め定められた定数である速度F/Bゲインを乗算して目標電流を演算する。なお、予め定められた定数は、モータ10の仕様やミラー20の形状、サイズに応じて定められた値であることを例示することができる。目標電流設定部122からの出力値は、言い換えれば、モータ10のトルク指令値である。
The speed
The target
(電流制御部130)
電流制御部130は、速度制御部120から出力された目標電流と、電流検出部150が検出した実電流との電流偏差を演算する電流偏差演算部131と、その電流偏差が零となるようにF/B処理を行う電流F/B処理部132とを有している。
電流偏差演算部131は、速度制御部120から出力された目標電流から電流検出部150が検出した実電流を減算することにより電流偏差を演算するとともに、電流偏差を電流F/B処理部132に出力する。
電流F/B処理部132は、目標電流と実電流とが一致するようにF/B制御を行うものであり、例えば、電流偏差に、予め定められた定数である電流F/Bゲインを乗算することにより得た値に応じた駆動信号を駆動回路140に対して出力する。なお、予め定められた定数は、モータ10の仕様やミラー20の形状、サイズに応じて定められた値であることを例示することができる。また、電流F/B処理部132は、電流偏差を、予め定められた積分時定数で積分することにより得た値に応じた駆動信号を駆動回路140に対して出力しても良い。
(Current control unit 130)
The
The current
The current F /
(制御装置100の作用・効果)
以上のように構成されたガルバノスキャナ1の制御装置100は、モータ10(ミラー20)の回転角度(揺動角度)の違いによるトルク定数の変動(図4の破線参照)に起因するトルク低下を補正する機能を、サーボループ内の回転速度演算部160内に内蔵することを特徴とする。これは、本発明者らの鋭意研究の結果、このトルク定数の変動に起因するトルク低下を補正する機能を、サーボループ内の回転速度演算部160内に内蔵することで、結果的に全ての揺動範囲においても、同程度のスキャナの応答性を得ることができることを知見したことに基づくものである。
(Action / effect of control device 100)
The
そして、第1の実施形態に係る制御装置100は、速度制御部120の回転速度演算部160の定数補正部162が、微分補償部161からの出力値を補正する。それゆえ、回転速度演算部160は、ミラー20を揺動させるモータ10の回転角度に応じた補正値を用いて、検出回転角度からモータ10の実際の回転速度に相当する実回転速度を演算する回転速度演算手段として機能する。そして、偏差演算手段の一例としての速度偏差演算部121は、目標回転速度と、回転速度演算部160が演算した実回転速度との速度偏差を演算する。そして、設定手段の一例としての目標電流設定部122は、速度偏差演算部121が演算した速度偏差を用いて、モータ10に供給する目標電流を設定する。このように、速度制御部120が、モータ10の回転角度に応じた補正値を用いて補正した後の実回転速度を用いて目標電流を設定することで、全ての揺動角度においても、ミラー20の角度を迅速に目標角度に合わせることができる。
Then, in the
図5(a)は、第1の実施形態に係る制御装置100を用いてミラー20を位置決めした場合の測定結果である。図5(b)は、比較例に係る制御装置を用いてミラー20を位置決めした場合の測定結果である。比較例に係る制御装置は、制御装置100に対して、定数補正部162を有していない点が異なる。また、図5(a)及び図5(b)は、ミラー20を正方向の16度の位置に位置決めする際の、角度検出器30からの位置信号を実線で、電流検出部150からの電流信号を破線で示す図である。
比較例に係る制御装置を用いた場合には、ミラー20の揺動範囲の中心付近でオーバーシュートが発生しないように制御装置内の補償回路を設定したとしても、ミラー20の揺動範囲の両端に向かって図4に示すようにトルク定数が低下するため、ミラー20の揺動範囲の両端付近では、図5(b)に示すように、オーバーシュートが発生する。これに対して、第1の実施形態に係る制御装置100を用いた場合には、ミラー20の揺動範囲の両端付近でのトルク定数の低下が抑制されるため、ミラー20の揺動範囲の両端付近でも、図5(a)に示すように、オーバーシュートが発生しない。その結果、第1の実施形態に係る制御装置100によれば、比較例に係る制御装置よりも、迅速に、ミラー20を目標角度に位置決めすることができ、応答性を向上させることができる。また、図5(a)及び図5(b)には、ミラー20を正方向の16度の位置に位置決めする際の測定結果を示しているが、第1の実施形態に係る制御装置100によれば、全ての揺動角度においても、ミラー20の角度を迅速に目標角度に合わせることができる。
FIG. 5A is a measurement result when the
When the control device according to the comparative example is used, both ends of the swing range of the
<第2の実施形態>
図6は、第2の実施形態に係る制御装置200の構成を示すブロック図の一例である。
第2の実施形態に係る制御装置200は、第1の実施形態に係る制御装置100に対して、速度制御部120に相当する速度制御部220が異なる。以下、制御装置100と異なる点について説明する。制御装置100と制御装置200とで、同じ機能を有するものについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
<Second embodiment>
FIG. 6 is an example of a block diagram showing the configuration of the
The
速度制御部220は、速度制御部120に対して、回転速度演算部160に相当する回転速度演算部260と、速度偏差演算部121に相当する速度偏差演算部221と、目標電流設定部122に相当する目標電流設定部270とが異なる。
The
回転速度演算部260は、微分補償部161と、定数補正部162とに加えて、検出回転角度を比例補償する比例補償部265を有している。また、回転速度演算部260は、電流検出部150が検出した実電流を積分補償する積分補償部266と、積分補償部266からの出力値を微分補償する微分補償部267と、を有している。
The rotation
比例補償部265は、検出回転角度と、予め定められた比例補償定数とを乗算することにより得た値を速度偏差演算部221に出力する。
積分補償部266は、電流検出部150にて検出された実電流を、予め定められた積分時定数で不完全積分することにより得た値を微分補償部267に出力する。
微分補償部267は、積分補償部266から出力された値を、予め定められた微分時定数で微分することにより得た値を速度偏差演算部221に出力する。微分補償部267は、積分補償部266から出力された値の周波数をオフセットするためのものであり、これら積分補償部266、微分補償部267により、特定の周波数帯域の制御補償を行う。
The
The
The
以上のように構成された回転速度演算部260は、加算部164から出力された値と、比例補償部265から出力された値と、微分補償部267から出力された値とを加算することにより得た値を実回転速度として速度偏差演算部221に出力する。比例補償部265から出力された値は、主に低周波数領域の回転速度の値となり、微分補償部267から出力された値は、主に高周波数領域の回転速度の値となる。また、加算部164から出力された値は、比例補償部265から出力された値の低周波数領域と、微分補償部267から出力された値の高周波数領域との間の中周波数領域の値となる。それゆえ、回転速度演算部260は、広範囲の周波数領域における実回転速度を演算することが可能である。
なお、回転速度演算部260は、加算部164から出力された値と、比例補償部265から出力された値と、微分補償部267から出力された値とを、それぞれ予め定められた比率で加算することにより得た値を実回転速度としても良い。なお、予め定められた比率は、モータ10の仕様やミラー20の形状、サイズに応じて定められた値であることを例示することができる。
The rotation
The rotation
速度偏差演算部221は、角度制御部110から出力された目標回転速度から、回転速度演算部260が演算した実回転速度を減算することにより速度偏差を演算するとともに、演算した速度偏差を目標電流設定部270に出力する。つまり、速度偏差演算部221が演算する速度偏差は、角度制御部110から出力された目標回転速度から、加算部164から出力された値と比例補償部265から出力された値と微分補償部267から出力された値とを加算することにより得た値を減算した値である。
なお、速度偏差演算部221は、角度制御部110から出力された目標回転速度と、回転速度演算部260が演算した実回転速度とを、それぞれ予め定められた比率で加算することにより速度偏差を演算しても良い。なお、予め定められた比率は、モータ10の仕様やミラー20の形状、サイズに応じて定められた値であることを例示することができる。
The speed
The speed
目標電流設定部270は、速度偏差演算部221が演算した速度偏差が零となるようにF/B処理を行う速度F/B処理部271と、速度F/B処理部271から出力された値にフィルタリング処理を施すフィルタ272を有している。
速度F/B処理部271は、角度制御部110から出力された目標回転速度と、回転速度演算部260が演算した実回転速度とが一致するようにF/B制御を行うものであり、例えば、速度偏差に、予め定められた定数である速度F/Bゲインを乗算することにより得た値をフィルタ272に対して出力する。
The target
The speed F /
フィルタ272は、速度F/B処理部271から出力された値にノッチフィルタに対応するフィルタリング処理を施す。フィルタ272は、ある範囲の周波数の信号のみ減衰させ、それ以外の周波数の信号を通す。本実施形態においては、フィルタ272は、ミラー20の共振周波数成分のみを除去する。なお、同様に、第1の実施形態に係る目標電流設定部122も、速度偏差演算部121が演算した速度偏差に速度F/Bゲインを乗算することにより得た値の内、ミラー20の共振周波数成分のみを除去するようにフィルタ272にてフィルタリング処理を施しても良い。
The
以上のように構成された制御装置200を用いると、第1の実施形態に係る制御装置100を用いるのと同様に、オーバーシュートが発生しない。その結果、制御装置200によれば、比較例に係る制御装置よりも、全ての揺動角度において、迅速に、ミラー20を目標角度に位置決めすることができ、応答性を向上させることができる。
When the
<第3の実施形態>
図7は、第3の実施形態に係る制御装置300の構成を示すブロック図の一例である。
第3の実施形態に係る制御装置300は、第2の実施形態に係る制御装置200に対して、目標電流設定部270に相当する目標電流設定部370が異なる。以下、制御装置200と異なる点について説明する。制御装置200と制御装置300とで、同じ機能を有するものについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
<Third embodiment>
FIG. 7 is an example of a block diagram showing the configuration of the
The
目標電流設定部370は、角度制御部110から出力された目標回転速度と、加算部164から出力された値と、比例補償部265から出力された値と、微分補償部267から出力された値とを加算する加算処理部371と、フィルタ272と、を有している。
加算処理部371は、角度制御部110から出力された目標回転速度と、加算部164から出力された値と、比例補償部265から出力された値と、微分補償部267から出力された値と、をそれぞれ予め定められた比率(例えば、ミラー20の形状に応じて定められた比率)で加算するとともに増幅して、フィルタ272に出力する。なお、予め定められた比率は、モータ10の仕様やミラー20の形状、サイズに応じて定められた値であることを例示することができる。
そして、フィルタ272が、加算処理部371からの出力の内、ミラー20の共振周波数成分のみを除去して、モータ10の目標電流、言い換えれば、トルク指令値として、電流制御部130に出力する。
The target
The
Then, the
以上のように構成された制御装置300は、目標回転角度と、検出したミラー20を揺動させるモータ10の回転角度である検出回転角度との偏差が零となるように角度フィードバック処理を行う角度制御手段の一例としての角度制御部110と、検出回転角度を微分した値に予め定められた微分補償定数を乗算する微分補償手段の一例としての微分補償部161と、を備える。また、制御装置300は、モータ10の回転角度に応じた補正値を用いて、微分補償部161からの出力値を補正する補正手段の一例としての定数補正部162と、角度制御部110からの出力値と、定数補正部162からの出力値とを、それぞれ予め定められた比率で加算して増幅し、モータ10に供給する目標電流を設定する設定手段の一例としての目標電流設定部370と、を備える。なお、予め定められた比率は、モータ10の仕様やミラー20の形状、サイズに応じて定められた値であることを例示することができる。
また、制御装置300のように、目標電流設定部370は、検出回転角度に予め定められた比例補償定数を乗算することにより得た値をも予め定められた比率で加算して増幅しても良い。なお、予め定められた比率は、モータ10の仕様やミラー20の形状、サイズに応じて定められた値であることを例示することができる。さらに、目標電流設定部370は、検出したモータ10の電流を予め定められた積分時定数で不完全積分するとともに、予め定められた微分時定数で微分することにより得た値をも予め定められた比率で加算して増幅しても良い。なお、予め定められた比率は、モータ10の仕様やミラー20の形状、サイズに応じて定められた値であることを例示することができる。
The
Further, as in the
以上のように構成された制御装置300を用いて、ミラー20を正方向の16度の位置に位置決めした場合の測定結果は、図5(a)に示したようになり、オーバーシュートが発生しなかった。それゆえ、制御装置300によれば、比較例に係る制御装置よりも、全ての揺動角度において、迅速に、ミラー20を目標角度に位置決めすることができ、応答性を向上させることができる。
The measurement result when the
<第4の実施形態>
図8は、第4の実施形態に係る制御装置400の構成を示すブロック図の一例である。
第4の実施形態に係る制御装置400は、第1の実施形態に係る制御装置100に対して、速度制御部120に相当する速度制御部420が異なる。以下、制御装置100と異なる点について説明する。制御装置100と制御装置400とで、同じ機能を有するものについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
<Fourth Embodiment>
FIG. 8 is an example of a block diagram showing the configuration of the
The
速度制御部420は、回転速度演算部160と、速度偏差演算部121と、目標電流設定部122とに加えて、目標電流設定部122から出力された値を、トルク定数の変動量を考慮して補正する定数補正部423を有している。
定数補正部423は、第2補正値としての補正値を決定する補正値決定部424と、補正値決定部424が決定した電流補正値と目標電流設定部122からの出力値とを加算する加算部425とを有している。
The
The
補正値決定部424は、検出回転角度に応じた電流補正値を算出する。補正値決定部424は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記録しておいた、検出回転角度と電流補正値との関係を示す制御マップ、又は関数に、検出回転角度を代入することにより電流補正値を算出する。
検出回転角度と電流補正値との関係は、図4に実線で示したように、図4に破線で示したトルク定数の特性とは逆特性となるように、基準角度における電流補正値の値である0を頂点とする凹状の円弧状の曲線となる。つまり、電流補正値は、正方向及び逆方向の両方向において、基準角度との回転角度差が大きくなるのに応じて大きくなるように設定されている。
The correction
The relationship between the detected rotation angle and the current correction value is the value of the current correction value at the reference angle so that the characteristics are opposite to the characteristics of the torque constant shown by the broken line in FIG. 4, as shown by the solid line in FIG. It becomes a concave arc-shaped curve having 0 as the apex. That is, the current correction value is set so as to increase as the difference in rotation angle from the reference angle increases in both the forward direction and the reverse direction.
以上のように構成された制御装置400は、定数補正部423が、目標電流設定部122からの出力値を補正する。それゆえ、さらに、全ての揺動角度において、ミラー20の角度を迅速に目標角度に合わせることができる。
なお、目標電流設定部122から出力された値を、トルク定数の変動量を考慮して補正する定数補正部423を、第2の実施形態に係る制御装置200及び第3の実施形態に係る制御装置300に適用しても良い。これにより、さらに、全ての揺動角度において、ミラー20の角度を迅速に目標角度に合わせることができる。
In the
The
1…ガルバノスキャナ、10…モータ、20…ミラー、30…角度検出器、100,200,300,400…制御装置、110…角度制御部、120,220,420…速度制御部、121,221…速度偏差演算部、122,270,370…目標電流設定部、130…電流制御部、140…駆動回路、150…電流検出部、160,260…回転速度演算部、161…微分補償部、162,423…定数補正部、163,424…補正値決定部、164,425…加算部、265…比例補償部、266…積分補償部、267…微分補償部、371…加算処理部 1 ... Galvano scanner, 10 ... Motor, 20 ... Mirror, 30 ... Angle detector, 100, 200, 300, 400 ... Control device, 110 ... Angle control unit, 120, 220, 420 ... Speed control unit, 121,221 ... Speed deviation calculation unit, 122, 270, 370 ... target current setting unit, 130 ... current control unit, 140 ... drive circuit, 150 ... current detection unit, 160, 260 ... rotation speed calculation unit, 161 ... differential compensation unit, 162 423 ... Constant correction unit, 163,424 ... Correction value determination unit, 164,425 ... Addition unit, 265 ... Proportional compensation unit, 266 ... Integral compensation unit, 267 ... Differential compensation unit, 371 ... Addition processing unit
Claims (10)
目標回転速度と、前記回転速度演算手段が演算した前記実回転速度との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段が演算した前記偏差を用いて、前記モータに供給する目標電流を設定する設定手段と、
を備える制御装置。 Rotation speed calculation that calculates the actual rotation speed corresponding to the actual rotation speed of the motor from the detected rotation angle, which is the detected rotation angle of the motor, using the correction value according to the rotation angle of the motor that swings the mirror. Means and
Deviation calculation means for calculating the deviation between the target rotation speed and the actual rotation speed calculated by the rotation speed calculation means, and
A setting means for setting a target current to be supplied to the motor using the deviation calculated by the deviation calculation means, and a setting means.
A control device comprising.
請求項1に記載の制御装置。 The control device according to claim 1, wherein the rotation speed calculation means calculates the actual rotation speed by using a differential value obtained by differentiating the detected rotation angle and the correction value.
請求項2に記載の制御装置。 The control device according to claim 2, wherein the rotation speed calculation means calculates the actual rotation speed by using a value obtained by multiplying the detected rotation angle by a predetermined constant.
を備える請求項1から3のいずれか1項に記載の制御装置。 The control according to any one of claims 1 to 3, further comprising an angle control means for setting the target rotation speed by performing angle feedback processing so that the deviation between the target rotation angle and the detected rotation angle becomes zero. apparatus.
請求項1から4のいずれか1項に記載の制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the setting means also uses a second correction value according to the rotation angle of the motor to set the target current.
前記検出回転角度を微分した値に予め定められた定数を乗算する微分補償手段と、
前記モータの回転角度に応じた補正値を用いて、前記微分補償手段からの出力値を補正する補正手段と、
前記角度制御手段からの出力値と、前記補正手段からの出力値とを、それぞれ予め定められた比率で加算し、前記モータに供給する目標電流を設定する設定手段と、
を備える制御装置。 An angle control means that performs angle feedback processing so that the deviation between the target rotation angle and the detected rotation angle, which is the rotation angle of the motor that swings the detected mirror, becomes zero.
A differential compensation means for multiplying a value obtained by differentiating the detected rotation angle by a predetermined constant,
A correction means for correcting an output value from the differential compensation means using a correction value according to the rotation angle of the motor, and a correction means for correcting the output value from the differential compensation means.
A setting means for setting a target current to be supplied to the motor by adding the output value from the angle control means and the output value from the correction means at a predetermined ratio, respectively.
A control device comprising.
請求項6に記載の制御装置。 The control device according to claim 6, wherein the setting means also adds a value obtained by multiplying the detected rotation angle by a predetermined constant at a predetermined ratio.
請求項7に記載の制御装置。 The setting means incompletely integrates the detected current of the motor with a predetermined integration time constant, and adds a value obtained by differentiating with a predetermined differential time constant at a predetermined ratio. The control device according to claim 7.
目標回転速度と、前記実回転速度との偏差を演算し、
前記偏差を用いて、前記モータに供給する目標電流を設定する、
制御方法。 Using the correction value according to the rotation angle of the motor that swings the mirror, the actual rotation speed corresponding to the actual rotation speed of the motor is calculated from the detected rotation angle, which is the detection rotation angle of the motor.
Calculate the deviation between the target rotation speed and the actual rotation speed,
The deviation is used to set the target current to be supplied to the motor.
Control method.
前記検出回転角度を微分した値に予め定められた定数を乗算して微分補償し、
前記モータの回転角度に応じた補正値を用いて、前記微分補償後の値を補正し、
前記角度フィードバック処理後の出力値と、前記補正値を用いて補正した後の出力値とを、それぞれ予め定められた比率で加算し、前記モータに供給する目標電流を設定する、
制御方法。 Angle feedback processing is performed so that the deviation between the target rotation angle and the detected rotation angle, which is the rotation angle of the motor that swings the detected mirror, becomes zero.
The value obtained by differentiating the detected rotation angle is multiplied by a predetermined constant for differential compensation.
Using the correction value according to the rotation angle of the motor, the value after the differential compensation is corrected.
The output value after the angle feedback process and the output value after correction using the correction value are added at predetermined ratios to set a target current to be supplied to the motor.
Control method.
Priority Applications (1)
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