JP2023180771A - Motor control device and motor control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関する。 The present invention relates to a motor control device and a motor control method.
ブラシモータは、一般的にブラシとコンミテータを有し、ブラシとコンミテータとが接触することで通電する。コンミテータは複数のセグメントで構成されており、セグメント間には隙間が設けられているため、この隙間部分でブラシとコンミテータは離接する。通電した状態でブラシとコンミテータが離接すると、火花が生じてしまう。この火花は、ブラシを摩耗する要因となっている。 A brush motor generally has a brush and a commutator, and is energized by contact between the brush and the commutator. The commutator is made up of a plurality of segments, and gaps are provided between the segments, so the brush and the commutator come into contact with each other at these gaps. If the brush and commutator come into contact with each other while energized, sparks will occur. This spark causes the brush to wear out.
そこで、火花の発生を抑制することでブラシの摩耗を低減するための技術が各種提案されている。例えば、下記特許文献1には、ブラシとコンミテータが離接するタイミングでPWM(Pulse Width Modulation)制御によって通電を遮断する技術が開示されている。当該技術では、光センサによって検出されたロータの回転数に基づきブラシとコンミテータが離接するタイミングを算出し、当該タイミングで通電を遮断することで火花の発生を抑制している。
Therefore, various techniques have been proposed for reducing brush wear by suppressing the generation of sparks. For example,
ブラシモータにおいて火花の発生を抑制する制御などの各種制御を行う際に、ブラシモータを流れる電流の電流値を検出することがある。さらに、検出した電流値を平均化した平均電流値を制御に用いる場合もある。制御の精度を向上するためには、電流値や平均電流値の検出精度を向上する必要がある。しかしながら、電流値や平均電流値の検出精度を向上するためには、電流値を平滑化するフィルタなどの追加部品や、サンプリングデータや平均化のためのプログラムを保存するためのメモリなどが必要であり、コストが増大してしまう。 When performing various controls such as control to suppress generation of sparks in a brush motor, the current value of the current flowing through the brush motor may be detected. Furthermore, an average current value obtained by averaging the detected current values may be used for control. In order to improve control accuracy, it is necessary to improve the detection accuracy of current values and average current values. However, in order to improve the detection accuracy of current values and average current values, additional components such as filters to smooth current values and memory to store sampling data and averaging programs are required. Yes, the cost will increase.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ブラシモータに流れる電流を検出して行う制御にかかるコストを低減することが可能なモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a motor control device and a motor control method that can reduce the cost of control performed by detecting the current flowing through the brush motor. It's about doing.
本発明の一態様に係るモータ制御装置は、ブラシモータに流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、検出された前記電流値に基づき、前記電流に含まれる電流リップルを抽出する電流リップル抽出部と、抽出された前記電流リップルに対する周波数解析により、前記電流リップルの周波数スペクトルを取得する周波数解析部と、取得された前記周波数スペクトルに基づき、前記電流の平均電流値を算出する平均電流値算出部と、算出された前記平均電流値に基づき、前記ブラシモータの駆動を制御する駆動制御部と、を備える。 A motor control device according to one aspect of the present invention includes a current detection unit that detects a current value of a current flowing through a brush motor, and a current ripple extraction unit that extracts a current ripple included in the current based on the detected current value. a frequency analysis unit that obtains a frequency spectrum of the current ripple by frequency analysis of the extracted current ripple; and an average current value calculation unit that calculates an average current value of the current based on the obtained frequency spectrum. and a drive control unit that controls driving of the brush motor based on the calculated average current value.
本発明の一態様に係るモータ制御方法は、電流検出部が、ブラシモータに流れる電流の電流値を検出する電流検出過程と、電流リップル抽出部が、検出された前記電流値に基づき、前記電流に含まれる電流リップルを抽出する電流リップル抽出過程と、周波数解析部が、抽出された前記電流リップルに対する周波数解析により、前記電流リップルの周波数スペクトルを取得する周波数解析過程と、平均電流値算出部が、取得された前記周波数スペクトルに基づき、前記電流の平均電流値を算出する平均電流値算出過程と、駆動制御部が、算出された前記平均電流値に基づき、前記ブラシモータの駆動を制御する駆動制御過程と、を含む。 The motor control method according to one aspect of the present invention includes a current detection step in which a current detection section detects a current value of a current flowing through a brush motor, and a current ripple extraction section in which a current ripple extraction section detects the current value based on the detected current value. a current ripple extraction step for extracting current ripples included in the current ripple; a frequency analysis step for a frequency analysis section to obtain a frequency spectrum of the current ripple by frequency analysis of the extracted current ripple; and an average current value calculation section. , an average current value calculation step of calculating an average current value of the current based on the acquired frequency spectrum; and a drive in which a drive control unit controls driving of the brush motor based on the calculated average current value. A control process.
以上説明したように、この発明によれば、ブラシモータに流れる電流を検出して行う制御にかかるコストを低減することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the cost of control performed by detecting the current flowing through the brush motor.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<1.モータ制御装置の概略構成>
図1及び図2を参照して、本実施形態に係るモータ制御装置の概略構成について説明する。図1は、本実施形態に係るモータ制御装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
図1に示すように、モータ制御装置1は、ブラシモータ11と、ダイオード12と、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)13と、ダイオード14と、電源15と、電流検出部20と、制御部30と、記憶部40とを備える。
<1. Schematic configuration of motor control device>
A schematic configuration of a motor control device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a motor control device according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the
ブラシモータ11は、ブラシとコンミテータ(整流子)を備えたモータである。ブラシモータ11では、ブラシとコンミテータとが接触することで、ロータに巻回されたコイルに通電し、ロータが回転する。ブラシモータ11のコンミテータは、複数のセグメントで構成されている。コンミテータは、各セグメント間に隙間が生じるように設けられる。このため、ブラシモータ11が電源15から供給される電力によって回転すると、隙間部分にてブラシとコンミテータとが離接するタイミングが生じる。これにより、ブラシモータ11に流れる電流には、ブラシモータ11の回転に伴う電流リップルが生じる。
The
なお、通電した状態でブラシとコンミテータが離接すると、火花が発生してしまう。この火花はブラシが摩耗する原因となるため、ブラシの摩耗を抑制するためには火花の発生を抑制する必要がある。火花の発生を抑制するためには、ブラシとコンミテータが離接するタイミングで通電していなければよい。即ち、ブラシとコンミテータが離接するタイミングで電圧をオフにし、ブラシとコンミテータが再度接触するタイミングで電圧をオンにする制御ができればよい。当該制御は、PWM(Pulse Width Modulation)制御によって実現可能である。よって、本実施形態では、ブラシモータ11は、PWM制御によって駆動が制御される。
Note that if the brush and commutator come into contact with each other while energized, sparks will be generated. These sparks cause brush wear, so in order to suppress brush wear, it is necessary to suppress the generation of sparks. In order to suppress the generation of sparks, it is sufficient that the brush and the commutator are not energized at the timing when they come into contact with each other. That is, it is sufficient if the voltage can be controlled to be turned off at the timing when the brush and the commutator come into contact with each other and turned on at the timing when the brush and the commutator come into contact again. This control can be realized by PWM (Pulse Width Modulation) control. Therefore, in this embodiment, the drive of the
ダイオード12は、還流ダイオードである。MOSFET13は、ブラシモータ11の駆動回路を構成する。ダイオード14は、逆流防止ダイオードである。
電源15は、ブラシモータ11を駆動するための電源である。ブラシモータ11を回転させる場合には、MOSFET13のゲートに駆動信号が供給される。これにより、MOSFET13がオンされ、電源15からブラシモータ11に電力が供給される。
The
電流検出部20は、ブラシモータ11に流れる電流の電流値を検出する機能を有する。電流検出部20は、検出した電流値を制御部30へ出力する。
ここで、図2を参照して、電流検出部20によって検出される電流値について説明する。図2は、本実施形態に係るブラシモータ11をPWM制御した場合に検出される電流の時間変化を示す波形の一例を示す図である。図2に示す波形の縦軸は電流の電流値を示し、横軸は時間を示している。電流検出部20がPWM制御されたブラシモータ11に流れる電流値を検出し、その電流値の時間変化を波形に示すと、例えば図2に示す波形のようになる。
The
Here, with reference to FIG. 2, the current value detected by the
制御部30は、モータ制御装置1の動作全般を制御する機能を有する。制御部30は、例えば、モータ制御装置1がハードウェアとして備えるCPU(Central Processing Unit)にプログラムを実行させることによって実現される。
制御部30は、ブラシモータ11を駆動させるための駆動信号を生成してMOSFET13へ出力する。具体的に、制御部30は、ブラシモータ11のブラシとコンミテータが接触又は離接するタイミングに合わせてブラシモータ11をPWM制御によって駆動するための信号(以下、「PWM信号」とも称される)を駆動信号として生成し、MOSFET13のゲートへ出力する。即ち、PWM信号は、ブラシモータ11のブラシとコンミテータが接触又は離接するタイミングに合わせて、MOSFET13をオン又はオフに制御するための信号である。
The
The
制御部30は、電流検出部20によって検出される電流値に基づき、ブラシモータ11の駆動を制御する。具体的に、制御部30は、電流値に基づき、ブラシモータ11の駆動状態又は回転状態を推定し、推定した状態に応じた制御を行う。
例えば、制御部30は、ブラシモータ11の駆動状態として、ブラシモータ11の駆動が正常な状態又は異常な状態であるかを推定する。駆動状態の推定結果に応じて、制御部30は、ブラシモータ11の駆動の制御(以下、「駆動制御」とも称される)を行う。駆動制御では、例えば、ブラシモータ11への電力供給を維持する制御又は遮断する制御が行われる。
また、制御部30は、ブラシモータ11の回転状態として、ブラシモータ11の回転が低速な状態、通常な状態、又は高速な状態のいずれであるかを推定する。回転状態の推定結果に応じて、制御部30は、ブラシモータ11の回転数の制御(以下、「回転数制御」とも称される)が行われる。回転数制御では、例えば、ブラシモータ11の回転数を維持する制御、上げる制御、又は下げる制御が行われる。
なお、制御部30の機能の詳細については後述する。
The
For example, the
Further, the
Note that the details of the functions of the
記憶部40は、各種情報を記憶する機能を有する。記憶部40は、例えば図1に示すようにマップ情報41を記憶する。マップ情報41は、制御部30がブラシモータ11の駆動状態及び回転状態を推定するために用いる情報である。
なお、マップ情報41の詳細については後述する。
The
Note that details of the
<2.制御部の機能構成>
以上、本実施形態に係るモータ制御装置1の概略構成について説明した。続いて、図1から図6を参照して、本実施形態に係る制御部30の機能構成について説明する。図1に示すように、制御部30は、電流リップル抽出部31と、周波数解析部32と、平均電流値算出部33と、最大次数検出部34と、状態推定部35と、駆動制御部36とを備える。
<2. Functional configuration of control section>
The schematic configuration of the
(1)電流リップル抽出部31
電流リップル抽出部31は、ブラシモータ11に流れる電流から電流リップルを抽出する機能を有する。例えば、電流リップル抽出部31は、電流検出部20によって検出された電流値に基づき、電流に含まれる電流リップルを抽出する。一例として、電流リップル抽出部31は、図2に示すように検出された電流値をバンドパスフィルタに通すことで、電流値から電流リップルを抽出する。
(1) Current
The current
(2)周波数解析部32
周波数解析部32は、周波数解析によって周波数スペクトルを取得する機能を有する。例えば、周波数解析部32は、電流リップル抽出部31によって抽出された電流リップルに対する周波数解析により、電流リップルの周波数スペクトルを取得する。周波数解析部32は、例えば、フーリエ変換(FT:Fourier Transform)によって周波数解析を行う。フーリエ変換は、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)又は離散フーリエ変換(DFT:Discrete Fourier Transform)のいずれであってもよい。
(2)
The
ここで、図3を参照して、周波数解析部32によって取得される周波数スペクトルについて説明する。図3は、本実施形態に係るブラシモータ11をPWM制御した場合に取得される周波数スペクトルの一例を示す図である。図3に示す周波数スペクトルの縦軸は強度を示し、横軸は次数を示している。なお、図3では、グラフの見やすさを考慮し、取得された周波数スペクトルのうち0次成分を除く周波数スペクトルを示している。
図3に示す周波数スペクトルでは、0次成分を除く周波数スペクトルのうち強度が最大となるのは次数が10次の成分である。この10次の成分は、ブラシモータ11の回転に伴う周波数成分のスペクトルであると考えられる。このように、周波数スペクトルの信号強度が最大となる次数は、以下では「最大次数」とも称される。
また、図3に示す周波数スペクトルでは、11次以降から徐々に強度が弱まっていくが、19次にて再び強度が強くなっている。この19次の成分は、ブラシモータ11をPWM制御することによって生じるノイズが含まれていると考えられる。
Here, with reference to FIG. 3, the frequency spectrum acquired by the
In the frequency spectrum shown in FIG. 3, among the frequency spectra excluding the zero-order component, the component with the highest intensity is the tenth-order component. This tenth-order component is considered to be a spectrum of frequency components accompanying the rotation of the
Further, in the frequency spectrum shown in FIG. 3, the intensity gradually weakens from the 11th order onward, but the intensity increases again at the 19th order. This 19th order component is considered to include noise generated by PWM control of the
(3)平均電流値算出部33
平均電流値算出部33は、平均電流値を算出する機能を有する。具体的に、平均電流値算出部33は、周波数解析部32によって取得された周波数スペクトルに基づき、電流の平均電流値を算出する。例えば、平均電流値算出部33は、周波数スペクトルの0次成分から平均電流値を算出する。一般的に、周波数スペクトルの0次成分の振幅は、平均電流値の2倍の振幅になるとされている。よって、平均電流値算出部33は、周波数スペクトルの0次成分を2分の1にした値を、平均電流値として算出する。
このように、平均電流値算出部33は、周波数スペクトルの0次成分から単純な計算処理によって平均電流値を算出することができる。これにより、モータ制御装置1では、複雑な計算処理によって平均電流値を算出するためのプログラムを省くことができるため、処理速度を向上することやメモリへの負担を低減することができる。
(3) Average current
The average current
In this way, the average current
(4)最大次数検出部34
最大次数検出部34は、周波数スペクトルから最大次数を検出する機能を有する。例えば、最大次数検出部34は、周波数解析部32によって取得された周波数スペクトルのうち0次成分を除く周波数スペクトルから、周波数スペクトルの信号強度が最大となる次数を最大次数として検出する。
(4) Maximum
The maximum
(5)状態推定部35
状態推定部35は、ブラシモータ11の駆動状態及び回転状態を推定する機能を有する。例えば、状態推定部35は、平均電流値算出部33によって算出された平均電流値に基づき、ブラシモータ11の駆動状態を推定する。具体的に、状態推定部35は、駆動状態の推定において、平均電流値が目標電流値の範囲内の状態であるか否かを推定する。
本実施形態では、状態推定部35は、平均電流値と駆動状態との対応関係を示すマップ情報41を用いて、ブラシモータ11の駆動状態を推定する。当該マップ情報41は、ブラシモータ11の駆動実績に基づき予め用意される情報である。
(5)
The
In this embodiment, the
ここで、図4を参照して、状態推定部35がブラシモータ11の駆動状態の推定に用いるマップ情報41について説明する。図4は、本実施形態に係る駆動状態に関するマップ情報41のデータ構成の一例を示す図である。
Here, with reference to FIG. 4, the
図4に示すように、駆動状態の推定に用いるマップ情報41のデータ項目は、平均電流値と駆動状態の項目を有する。平均電流値には、ブラシモータ11の駆動実績に基づき、正常な平均電流値の範囲と、異常な平均電流値の範囲が設定される。駆動状態には、例えば、駆動状態が正常な状態であることを示す「正常」又は駆動状態が異常な状態であることを示す「異常」のいずれかの状態が設定される。即ち、ブラシモータ11の駆動制御では、マップ情報41において駆動状態が「正常」である平均電流値が目標電流値として設定される。
As shown in FIG. 4, the data items of the
一例として、1レコード目には、平均電流値が「~4.5A」、駆動状態が「異常」であるデータが示されている。これは、算出された平均電流値が「~4.5A」の範囲内の値であった場合、ブラシモータ11の駆動状態が「異常」であることを示している。この場合、後述する駆動制御部36は、ブラシモータ11への電力供給を遮断するよう制御する。
また、2レコード目には、平均電流値が「4.5A~5.5A」、駆動状態が「正常」であるデータが示されている。これは、算出された平均電流値が「4.5A~5.5A」の範囲内の値であった場合、ブラシモータ11の駆動状態が「正常」であることを示している。この場合、後述する駆動制御部36は、ブラシモータ11への電力供給を維持するよう制御する。
また、3レコード目には、平均電流値が「5.5A~」、駆動状態が「異常」であるデータが示されている。これは、算出された平均電流値が「5.5A~」の範囲内の値であった場合、ブラシモータ11の駆動状態が「異常」であることを示している。この場合、後述する駆動制御部36は、ブラシモータ11への電力供給を遮断するよう制御する。
As an example, the first record shows data in which the average current value is "~4.5 A" and the driving state is "abnormal." This indicates that the driving state of the
Furthermore, the second record shows data in which the average current value is "4.5A to 5.5A" and the drive state is "normal". This indicates that the driving state of the
Further, the third record shows data in which the average current value is "5.5 A~" and the driving state is "abnormal." This indicates that the driving state of the
状態推定部35は、図4に示したようなマップ情報41に基づき、ブラシモータ11の駆動状態が正常又は異常であると推定する。算出された平均電流値が含まれる範囲に対して「正常」の駆動状態が対応付けられている場合、状態推定部35は、平均電流値が目標電流値の範囲内の状態であると推定する。一方、算出された平均電流値が含まれる範囲に対して「異常」の駆動状態が対応付けられている場合、状態推定部35は、平均電流値が目標電流値の範囲内の状態でないと推定する。
The
また、状態推定部35は、最大次数検出部34によって検出された最大次数に基づき、ブラシモータ11の回転状態を推定する。具体的に、状態推定部35は、最大次数におけるブラシモータ11の回転状態が、目標回転数の範囲内の状態であるか否かを推定する。
本実施形態では、状態推定部35は、電流リップルの周波数スペクトルにおける次数とブラシモータ11の回転状態との対応関係を示すマップ情報41を用いて、ブラシモータ11の回転状態を推定する。当該マップ情報41は、ブラシモータ11の駆動実績に基づき予め用意される情報である。
Further, the
In the present embodiment, the
ここで、図5を参照して、状態推定部35が回転状態の推定に用いるマップ情報41について説明する。図5は、本実施形態に係る回転状態に関するマップ情報41のデータ構成の一例を示す図である。
Here, with reference to FIG. 5, the
図5に示すように、回転状態の推定に用いるマップ情報41のデータ項目は、次数と回転状態の項目を有する。次数には、ブラシモータ11の駆動実績に基づき、最大次数とその前後の次数が設定される。回転状態には、例えば、回転状態が低速の状態であることを示す「低速」、回転状態が通常の状態であることを示す「通常」、又は回転状態が高速の状態であることを示す「高速」のいずれかの状態が設定される。なお、次数と回転状態は、最大次数が「通常」となるように対応付けられる。即ち、ブラシモータ11の回転数制御では、マップ情報41において回転状態が「通常」である次数が目標次数として設定され、当該次数と対応する回転数が目標回転数として設定される。
As shown in FIG. 5, the data items of the
一例として、1レコード目には、次数が「9次」、回転状態が「低速」であるデータが示されている。これは、検出された最大次数が「9次」であった場合、ブラシモータ11の回転状態が「低速」であることを示している。この場合、後述する駆動制御部36は、ブラシモータ11の回転数を上げて、回転状態が「通常」となるよう制御する。
また、2レコード目には、次数が「10次」、回転状態が「通常」であるデータが示されている。これは、検出された最大次数が「10次」であった場合、ブラシモータ11の回転状態が「通常」であることを示している。この場合、駆動制御部36は、ブラシモータ11の回転数を維持して、回転状態が「通常」を維持するよう制御する。
また、3レコード目には、次数が「11次」、回転状態が「高速」であるデータが示されている。これは、検出された最大次数が「11次」であった場合、ブラシモータ11の回転状態が「高速」であることを示している。この場合、駆動制御部36は、ブラシモータ11の回転数を下げて、回転状態が「通常」となるよう制御する。
As an example, the first record shows data in which the order is "9th order" and the rotation state is "low speed." This indicates that when the detected maximum order is "9th order", the rotational state of the
Further, the second record shows data in which the order is "10th order" and the rotation state is "normal". This indicates that the rotational state of the
Further, the third record shows data in which the order is "11th order" and the rotation state is "high speed." This indicates that when the detected maximum order is "11th order", the rotational state of the
状態推定部35は、図5に示したようなマップ情報41に基づき、検出された最大次数と同一の次数に対応付けられた回転状態が、最大次数における回転状態であると推定する。検出された最大次数と同一の次数に対して「通常」の回転状態が対応付けられている場合、状態推定部35は、最大次数におけるブラシモータ11の回転状態が目標回転数の範囲内の状態であると推定する。一方、検出された最大次数と同一の次数に対して「低速」又は「高速」の回転状態が対応付けられている場合、状態推定部35は、最大次数におけるブラシモータ11の回転状態が目標回転数の範囲内の状態ではないと推定する。
The
ここで、図6を参照して、ブラシモータ11の駆動実績とマップ情報41との関係について説明する。図6は、本実施形態に係るブラシモータ11の駆動実績とマップ情報41との関係を示す図である。
Here, with reference to FIG. 6, the relationship between the driving performance of the
ブラシモータ11の駆動実績より、ブラシモータ11の回転数を変化させると、ブラシモータ11のトルクや電流値が変化するとともに、ブラシモータ11を流れるリップル電流の周波数スペクトルにおける最大次数も変化することが分かっている。
例えば、図6には、ブラシモータ11の回転数を変化させたときの各特性の変化を実測した例が示されている。図6において、特性A1はトルクの特性を示し、特性A2は電流の特性を示している。図6に示すように、ブラシモータ11のトルクの特性A1は、回転数が上昇するほど、トルクが低下することを示している。また、ブラシモータ11を流れる電流の特性A2も同様に、回転数が上昇するほど、電流値が低下することを示している。このような実測結果から、マップ情報41が作成される。
Based on the driving experience of the
For example, FIG. 6 shows an example in which changes in each characteristic were actually measured when the number of rotations of the
図6に示すように駆動状態の推定に用いられるマップ情報41は、「正常」な状態は、平均電流値が「4.5~5.5A」の範囲に対して設定される。また、「異常」な状態は、平均電流値が「~4.5A」又は「5.5A~」の範囲に対して設定される。即ち、図6に示す例では、「4.5~5.5A」が目標電流値の範囲である。
また、回転状態の推定に用いられるマップ情報41は、「9次」の「低速」な状態は、回転数が2700±150r/minの範囲に対して設定される。また、「10次」の「通常」な状態は、回転数が3000±150r/minの範囲に対して設定される。また、「11次」の「高速」な状態は、回転数が3300±150r/minの範囲に対して設定される。即ち、図6に示す例では、「10次」が目標次数であり、「3000±150r/min」が目標回転数の範囲である。
As shown in FIG. 6, in the
Further, in the
図6に示す関係より、状態推定部35は、ブラシモータ11の駆動状態をより詳細に診断することも可能である。例えば、ブラシモータ11を流れる電流の電流値が低く、ブラシモータ11の回転数も低い場合、状態推定部35は、ブラシモータ11の動作不良又は電流検出部20の不良が生じていると判定できる。また、ブラシモータ11を流れる電流の電流値が高く、ブラシモータ11の回転数が低い場合、状態推定部35は、ブラシモータ11が拘束された状態にあると判定できる。また、ブラシモータ11を流れる電流値が低く、ブラシモータ11の回転数が正常である場合、状態推定部35は、ブラシモータ11の内部抵抗の上昇や火花の発生などがあると判定できる。
これにより、ブラシモータ11の駆動時における異常状態を早期に検知することができる。
Based on the relationship shown in FIG. 6, the
Thereby, an abnormal state when the
なお、マップ情報41は、図4及び図5に示したようにテーブルであってもよいし、図6に示したようにマップ化された情報であってもよい。
Note that the
(6)駆動制御部36
駆動制御部36は、ブラシモータ11の駆動を制御する機能を有する。例えば、駆動制御部36は、平均電流値算出部33によって算出された平均電流値に基づき、ブラシモータ11の駆動制御を行う。具体的に、駆動制御部36は、平均電流値算出部33によって算出された平均電流値に基づき状態推定部35によって推定された駆動状態に基づき、ブラシモータへの電力供給を制御する。
状態推定部35によってブラシモータ11の駆動状態が「正常」であると推定された場合、駆動制御部36は、ブラシモータ11への電力供給を維持する制御を行う。
一方、状態推定部35によってブラシモータ11の駆動状態が「異常」であると推定された場合、駆動制御部36は、ブラシモータ11への電力供給を遮断する制御を行う。
(6) Drive
The
When the
On the other hand, when the
また、駆動制御部36は、状態推定部35によって推定された回転状態に基づき、ブラシモータ11の回転数が目標回転数となるよう、ブラシモータ11の回転数制御を行う。この制御において、駆動制御部36は、ブラシモータ11の回転数を目標回転数となるデューティ比のPWM信号を生成し、MOSFET13へ出力する。MOSFET13は、このPWM信号によりオン又はオフに制御される。これにより、ブラシモータ11は、所望の回転数で回転される。
Further, the
具体的に、駆動制御部36は、状態推定部35による推定結果に応じて、最大次数におけるブラシモータ11の回転状態が目標回転数の範囲内の状態となるよう、ブラシモータ11の回転数を制御する。
状態推定部35によってブラシモータ11の回転状態が「通常」であると推定された場合、駆動制御部36は、回転数を維持して回転状態が「通常」のまま維持されるよう、PWM信号のデューティ比を制御する。また、状態推定部35によってブラシモータ11の回転状態が「低速」であると推定された場合、駆動制御部36は、回転数を上げて回転状態が「通常」となるよう、PWM信号のデューティ比を制御する。また、状態推定部35によってブラシモータ11の回転状態が「高速」であると推定された場合、駆動制御部36は、回転数を下げて回転状態が「通常」となるよう、PWM信号のデューティ比を制御する。
Specifically, the
When the
なお、本実施形態では、駆動制御部36は、状態推定部35によってブラシモータ11の駆動状態が「正常」であると推定された場合に、状態推定部35によって最大次数から推定された回転状態に基づき、ブラシモータ11の回転数制御を行う。このように、モータ制御装置1は、平均電流値に基づく駆動制御と最大次数に基づく回転数制御とを組み合わせることで、ブラシモータ11の制御をより繊細に行うことができる。
In the present embodiment, when the
<3.処理の流れ>
以上、本実施形態に係る制御部30の機能構成について説明した。続いて、図7を参照して、本実施形態に係る処理の流れについて説明する。図7は、本実施形態に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。
<3. Processing flow>
The functional configuration of the
図7に示すように、まず、状態推定部35は、記憶部40に記憶されたマップ情報41を参照して、ブラシモータ11の駆動制御おける目標電流値と回転数制御における目標次数を設定する(ステップS101)。
次いで、電流検出部20は、ブラシモータ11を流れる電流の電流値を検出する(ステップS102)。
次いで、電流リップル抽出部31は、電流検出部20によって検出された電流値に基づき、ブラシモータ11を流れる電流に含まれる電流リップルを抽出する(ステップS103)。
次いで、周波数解析部32は、電流リップル抽出部31によって抽出された電流リップルに対するフーリエ変換によって、電流リップルの周波数スペクトルを取得する(ステップS104)。
次いで、平均電流値算出部33は、周波数解析部32によって取得された周波数スペクトルに基づき、電流の平均電流値を算出する(ステップS105)。
As shown in FIG. 7, first, the
Next, the
Next, the current
Next, the
Next, the average current
次いで、状態推定部35は、平均電流値算出部33によって算出された平均電流値が正常であるか否かを判定する(ステップS106)。具体的に、状態推定部35は、駆動状態の推定に用いるマップ情報41を参照して、算出された平均電流値が目標電流値の範囲内であるか否かを確認する。平均電流値が目標電流値の範囲内である場合、状態推定部35は、平均電流値が正常であると判定する。一方、平均電流値が目標電流値の範囲外である場合、状態推定部35は、平均電流値が異常であると判定する。
平均電流値が正常でないと判定した場合(ステップS106/NO)、状態推定部35は、処理をステップS107へ進める。一方、平均電流値が正常であると判定した場合(ステップS106/YES)、状態推定部35は、処理をステップS108へ進める。
Next, the
If it is determined that the average current value is not normal (step S106/NO), the
処理がステップS107へ進んだ場合、ブラシモータ11の駆動状態は、状態推定部35によって「異常」であると推定されたことになる。この場合、駆動制御部36は、ブラシモータ11への電力供給を遮断する(ステップS107)。
If the process proceeds to step S107, the driving state of the
処理がステップS108へ進んだ場合、ブラシモータ11の駆動状態は、状態推定部35によって「異常」であると推定されたことになる。この場合、最大次数検出部34は、周波数解析部32によって取得された周波数スペクトルのうち0次成分を除く周波数スペクトルから、強度が最大となる次数を最大次数として検出する(ステップS108)。
次いで、状態推定部35は、最大次数検出部34によって検出された最大次数が目標次数と一致するか否かを判定する(ステップS109)。具体的に、状態推定部35は、回転状態の推定に用いるマップ情報41を参照して、検出された最大次数が目標次数と一致するか否かを確認する。
最大次数と目標次数が一致すると判定した場合(ステップS109/YES)、状態推定部35は、処理をステップS110へ進める。一方、最大次数と目標次数が一致しないと判定した場合(ステップS109/NO)、状態推定部35は、処理をステップS111へ進める。
If the process proceeds to step S108, the driving state of the
Next, the
If it is determined that the maximum degree and the target degree match (step S109/YES), the
処理がステップS110へ進んだ場合、ブラシモータ11の回転状態は、状態推定部35によって「通常」であると推定されたことになる。この場合、駆動制御部36は、回転数を維持して回転状態が「通常」のまま維持されるよう、PWM信号のデューティ比を制御する(ステップS110)。
When the process proceeds to step S110, the rotational state of the
処理がステップS111へ進んだ場合、状態推定部35は、最大次数検出部34によって検出された最大次数が目標次数+1又は目標次数-1のいずれであるかを判定する(ステップS111)。最大次数が目標次数+1である場合(ステップS111/+1)、状態推定部35は、処理をステップS112へ進める。一方、最大次数が目標次数-1である場合(ステップS111/-1)、状態推定部35は、処理をステップS113へ進める。
When the process proceeds to step S111, the
処理がステップS112へ進んだ場合、ブラシモータ11の回転状態は、状態推定部35によって「高速」であると推定されたことになる。この場合、駆動制御部36は、回転数を下げて回転状態が「通常」となるよう、PWM信号のデューティ比を制御する(ステップS112)。
When the process proceeds to step S112, the rotational state of the
処理がステップS113へ進んだ場合、ブラシモータ11の回転状態は、状態推定部35によって「低速」であると推定されたことになる。この場合、駆動制御部36は、回転数を上げて回転状態が「通常」となるよう、PWM信号のデューティ比を制御する(ステップS113)。
なお、ステップS107、ステップS110、ステップS112、及びステップS113の後、処理はステップS106から繰り返される。
If the process proceeds to step S113, the rotational state of the
Note that after step S107, step S110, step S112, and step S113, the process is repeated from step S106.
以上説明したように、本実施形態に係るモータ制御装置1は、ブラシモータ11に流れる電流の電流値を検出し、検出された電流値に基づき電流に含まれる電流リップルを抽出し、抽出された電流リップルに対する周波数解析により電流リップルの周波数スペクトルを取得し、取得された周波数スペクトルに基づき電流の平均電流値を算出し、算出された平均電流値に基づきブラシモータの駆動を制御する。
As explained above, the
かかる構成により、本実施形態に係るモータ制御装置1は、検出した電流値を平均化した平均電流値を用いた制御(駆動制御)を行うために、追加部品を用いることなく平均電流値を算出することができるため、部品数の増加によるコスト増加を防ぐことができる。
よって、本実施形態に係るモータ制御装置1は、ブラシモータ11に流れる電流を検出して行う制御にかかるコストを低減することを可能とする。
With this configuration, the
Therefore, the
また、本実施形態に係るモータ制御装置1は、ブラシモータ11の回転数に基づく制御(回転数制御)をマップ情報41に基づき行う。これにより、モータ制御装置1は、回転数を検出するためのセンサ装置(例えばセンサマグネットやホールセンサなど)を用いることなく回転数制御を行うことができるため、部品数の増加によるコスト増加を防ぐことができる。また、モータ制御装置1は、回転数検出のためのセンサ装置を用いないため、センサ精度の影響を受けないことにより精度よく回転数制御を行うことができる。
Further, the
また、ブラシモータ11では、外乱などの影響によって回転数が変動し、最大次数も変動することがある。例えば、外乱の影響によって回転数が低下した場合、回転数の低下に応じて最大次数も下がる場合がある。例えば、最大次数検出部34によって検出される最大次数が10次から9次に下がる場合がある。
このように回転数が変動した場合であっても、本実施形態に係るモータ制御装置1は、回転数の変動に応じて変動した最大次数に基づき回転状態を推定するため、回転数の変動に追従した回転状態を推定することができる。これにより、本実施形態に係るモータ制御装置1は、安定した火花抑制制御を行うことができる。
Further, in the
Even when the rotational speed fluctuates in this way, the
また、本実施形態によれば、モータ制御装置1では、平均電流値を算出するための追加部品を用いることなくブラシモータ11における火花発生抑制を可能とし、部品数とコストを低減することができる。これにより、当該モータ制御装置1を備えた装置における資源使用量のミニマム化に寄与することができるので、国連が主導する持続可能な開発目標(SDGs)の目標9「強靭(レジリエント)なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの促進を図る」に貢献することが可能となる。
Further, according to the present embodiment, the
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、上述した実施形態におけるモータ制御装置1の全部又は一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
The embodiments of the present invention have been described above. Note that all or part of the
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and includes designs within the scope of the gist of the present invention.
1…モータ制御装置、11…ブラシモータ、12…ダイオード、13…MOSFET、14…ダイオード、15…電源、20…電流検出部、30…制御部、31…電流リップル抽出部、32…周波数解析部、33…平均電流値算出部、34…最大次数検出部、35…状態推定部、36…駆動制御部、40…記憶部、41…マップ情報
DESCRIPTION OF
Claims (8)
検出された前記電流値に基づき、前記電流に含まれる電流リップルを抽出する電流リップル抽出部と、
抽出された前記電流リップルに対する周波数解析により、前記電流リップルの周波数スペクトルを取得する周波数解析部と、
取得された前記周波数スペクトルに基づき、前記電流の平均電流値を算出する平均電流値算出部と、
算出された前記平均電流値に基づき、前記ブラシモータの駆動を制御する駆動制御部と、
を備えるモータ制御装置。 a current detection unit that detects the current value of the current flowing through the brush motor;
a current ripple extractor that extracts a current ripple included in the current based on the detected current value;
a frequency analysis unit that obtains a frequency spectrum of the current ripple by frequency analysis of the extracted current ripple;
an average current value calculation unit that calculates an average current value of the current based on the acquired frequency spectrum;
a drive control unit that controls driving of the brush motor based on the calculated average current value;
A motor control device comprising:
請求項1に記載のモータ制御装置。 The average current value calculation unit calculates the average current value from the zero-order component of the frequency spectrum.
The motor control device according to claim 1.
をさらに備え、
前記駆動制御部は、推定された前記駆動状態に基づき、前記ブラシモータへの電力供給を制御する、
請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置。 a state estimation unit that estimates a driving state of the brush motor based on the average current value;
Furthermore,
The drive control unit controls power supply to the brush motor based on the estimated drive state.
The motor control device according to claim 1 or claim 2.
前記駆動制御部は、前記ブラシモータの駆動状態が正常である場合に前記ブラシモータへの電力供給を維持するよう制御し、前記ブラシモータの駆動状態が異常である場合に前記ブラシモータへの電力供給を遮断するよう制御する、
請求項3に記載のモータ制御装置。 The state estimation unit estimates that the drive state of the brush motor is normal or abnormal based on map information indicating a correspondence between the average current value and the drive state,
The drive control unit controls to maintain power supply to the brush motor when the brush motor is in a normal driving state, and controls to maintain power supply to the brush motor when the brush motor is in an abnormal driving state. control to cut off the supply;
The motor control device according to claim 3.
をさらに備え、
前記状態推定部は、検出された前記最大次数に基づき、前記ブラシモータの回転状態を推定し、
前記駆動制御部は、推定された前記回転状態に基づき、前記ブラシモータの回転数が目標回転数となるよう、前記ブラシモータの回転数を制御する、
請求項3に記載のモータ制御装置。 a maximum order detection unit that detects, as the maximum order, an order in which the signal strength of the frequency spectrum is maximum from the frequency spectrum excluding the zero-order component of the obtained frequency spectrum;
Furthermore,
The state estimation unit estimates a rotational state of the brush motor based on the detected maximum order,
The drive control unit controls the rotational speed of the brush motor based on the estimated rotational state so that the rotational speed of the brush motor becomes a target rotational speed.
The motor control device according to claim 3.
前記駆動制御部は、前記状態推定部による推定結果に応じて、前記最大次数における前記ブラシモータの回転状態が前記目標回転数の範囲内の状態となるよう、前記ブラシモータの回転数を制御する、
請求項5に記載のモータ制御装置。 The state estimation unit estimates whether a rotational state of the brush motor at the maximum order is within a range of the target rotational speed,
The drive control unit controls the rotation speed of the brush motor so that the rotation state of the brush motor at the maximum order is within the range of the target rotation speed, according to the estimation result by the state estimation unit. ,
The motor control device according to claim 5.
請求項6に記載のモータ制御装置。 The state estimation unit is configured to determine, based on map information indicating a correspondence relationship between the order and the rotational state, that the rotational state associated with the same order as the maximum order is the rotational state in the maximum order. It is estimated that
The motor control device according to claim 6.
電流リップル抽出部が、検出された前記電流値に基づき、前記電流に含まれる電流リップルを抽出する電流リップル抽出過程と、
周波数解析部が、抽出された前記電流リップルに対する周波数解析により、前記電流リップルの周波数スペクトルを取得する周波数解析過程と、
平均電流値算出部が、取得された前記周波数スペクトルに基づき、前記電流の平均電流値を算出する平均電流値算出過程と、
駆動制御部が、算出された前記平均電流値に基づき、前記ブラシモータの駆動を制御する駆動制御過程と、
を含むモータ制御方法。 a current detection step in which the current detection section detects the current value of the current flowing through the brush motor;
a current ripple extraction step in which a current ripple extraction section extracts a current ripple included in the current based on the detected current value;
a frequency analysis step in which a frequency analysis unit obtains a frequency spectrum of the current ripple by frequency analysis of the extracted current ripple;
an average current value calculation step in which an average current value calculation unit calculates an average current value of the current based on the acquired frequency spectrum;
a drive control step in which a drive control unit controls the drive of the brush motor based on the calculated average current value;
A motor control method including:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022094339A JP2023180771A (en) | 2022-06-10 | 2022-06-10 | Motor control device and motor control method |
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