JP2820755B2

JP2820755B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2820755B2
Application number: JP2015354A
Authority: JP
Inventors: 博之原田; 哲司梶谷
Original assignee: 三田工業株式会社
Priority date: 1990-01-24
Filing date: 1990-01-24
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JPH03218284A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、モータ制御装置に関するものであり、特
に、モータ回転速度が定常域に達したか否かを正確に判
定でき、定常域に達したモータの回転速度を目標速度に
一致するように定速制御するためのモータ制御装置に関
するものである。

〈発明の背景〉モータが過渡応答域から定常域に達した後に、モータ
を一定速度に保つための制御として、PLL（phase−lock
ed loop）制御方法が公知である。

また、本出願人の先願に係るPWM（パルス幅変調）信
号による制御方法がある。この制御方法は、目標速度と
検出速度との速度差に比例した制御成分と、目標速度信
号と検出速度信号との位相差に比例した制御成分とに基
づいてPWM信号を得て、モータ速度を制御するものであ
る。

上述の各制御方法は、モータが定常域に達した後の定
速制御として十分に効果を発揮する。

〈発明が解決しようとする課題〉ところで、モータの回転速度を定常域まで立上げる過
渡応答域においては、一般に、目標速度と検出速度との
速度差に比例した電圧をモータに印加する比例制御が行
われる。そして、検出速度が目標速度の所定パーセン
ト、たとえば95％以内に達したことによりモータ回転速
度が定常域に達したと判定されたり、前回の検出速度と
今回の検出速度とに基づいて加速成分を算出し、その値
によってモータ回転速度が定常域に達したと判定されて
いた。

ところが、検出速度が目標速度の所定パーセント（た
とえば95％）以内に達したことによりモータ回転速度が
定常域に達したと判定する仕方では、たとえば負荷が設
定値よりも大きい場合には目標速度よりも低い速度（た
とえば目標速度の90％の速度）で速度が落着いてしま
い、いつまでたっても定常域に達したと判定されない場
合があった。

また、加速度を算出してその値により定常域に達した
か否かを判定する仕方では、過渡応答域であっても、ノ
イズや振動等により加速度成分がほぼ０になったと判定
されることがあり、定常域に入ったと誤判定されること
があった。

そして、前者のように、モータの回転速度が定常域に
達したと判定されない場合には、PLL制御や本出願人の
考案した比例成分と位相差成分とに基づくPWM信号によ
る制御に入ることができないし、また、たとえPLL制御
やPWM信号による制御に入っても、オーバーシュートが
激しく、モータの回転速度が安定するまでに時間がかか
る。

また、後者のように、誤判断により、過渡応答域にあ
るにも拘らず定常域に達したと判定された場合は、PLL
制御等に移っても、正常な制御を行えない。

よって、モータ制御装置においては、モータ回転速度
が過渡応答域から定常域になったことを正確に検出でき
ることが必要である。

また、モータ回転速度が定常域に達した後は、モータ
回転速度が目標速度からずれないように制御しなければ
ならないが、従来装置では、検出されるモータ回転速度
がノイズ等の影響を受けていることが多く、正確なモー
タ回転速度の検出が困難で、定速制御が難しいという欠
点もあった。

それゆえ、この発明は、上述の各欠点を解消するため
になされたもので、モータ回転速度が過渡応答域から定
常域に達したことを正確に検出することができ、モータ
回転速度が定常域に達した後は、ノイズ等によって一時
的に速度検出信号が変動しても、その変動の影響を受け
ることなく、正確にモータ回転速度を検出でき、モータ
の定速制御を良好に行えるようなモータ制御装置を提供
することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉第１の発明は、モータ回転速度が指令速度に等しくな
るように、モータをフィードバック制御するモータ制御
装置であって、所定タイミングごとに、モータ回転速度
に関するデータを算出するデータ算出手段、モータ回転
速度に関するデータを、所定の複数回分、新しいもの順
に記憶できる複数の記憶エリアを有し、データ算出手段
によってモータ回転速度に関するデータが算出されるご
とに、既に記憶されているデータを順次１つずつシフト
して最古データを捨て、かつ今回算出されたデータを最
新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、記憶手段に記
憶されている複数回分のデータのうちの大小中央に相当
するデータと今回算出された最新データとを比較し、最
新データが大小中央に相当するデータに該当するかまた
は該データに対して所定範囲内であるか否かに基づい
て、モータ回転速度が定常域に達したか否かを判定する
判定手段、および、判定手段によって、モータ回転速度
は定常域に達していないと判定されたときは、最新デー
タを非定常域における速度データとして取出し、モータ
回転速度は定常域に達したと判定されたときには、さら
に、最新データの適否を判断して、最新データが適切で
あるときは最新データを、最新データが不適切であると
きには大小中央に相当するデータを定常域における速度
データとして取出す速度データ決定手段、を含むことを
特徴とするモータ制御装置である。

また、第２の発明は、モータ回転速度が指令速度に等
しくなるように、モータをフィードバック制御するモー
タ制御装置であって、所定タイミングごとに、モータ回
転速度に関するデータを算出するデータ算出手段、モー
タ回転速度に関するデータを、所定の複数回分、新しい
もの順に記憶できる複数の記憶エリアを有し、データ算
出手段によってモータ回転速度に関するデータが算出さ
れるごとに、既に記憶されているデータを順次１つずつ
シフトして最古データを捨て、かつ今回算出されたデー
タを最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、今回算
出された最新データが、記憶手段に記憶されている複数
回分データのうちの大小中央に相当するデータに該当す
るかまたは該データに対して所定の第１範囲内であるか
否かを判別する第１判別手段、記憶手段に記憶されてい
る複数回分のデータのうちの最大データと最小データと
の差が、所定の第２範囲内であるか否かを判別する第２
判別手段、第１判別手段によって、最新データは大小中
央に相当するデータに該当するかまたは該データに対し
て所定の第１範囲内であると判別され、かつ、第２判別
手段によって、最大データと最小データとの差が所定の
第２範囲内であると判別されたとき、モータ回転速度が
定常域に達した判定する判定手段、および、判定手段に
よって、モータ回転速度は定常域に達していないと判定
されたときは、最新データを非定常域における速度デー
タとして取出し、モータ回転速度は定常域に達したと判
定されたときには、さらに、最新データの適否を判断し
て、最新データが適切であるときは最新データを、最新
データが不適切であるときには大小中央に相当するデー
タを定常域における速度データとして取出す速度データ
決定手段、を含むことを特徴とするモータ制御装置であ
る。

さらに、第３の発明は、モータ回転速度が指令速度に
等しくなるように、モータをフィードバック制御するモ
ータ制御装置であって、所定タイミングごとに、モータ
回転速度に関するデータを算出するデータ算出手段、モ
ータ回転速度に関するデータを、所定の複数回分、新し
いもの順に記憶できる複数の記憶エリアを有し、データ
算出手段によってモータ回転速度に関するデータが算出
されるごとに、既に記憶されているデータを順次１つず
つシフトして最古データを捨て、かつ今回算出されたデ
ータを最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、今回
算出された最新データが、記憶手段に記憶されている複
数回分のデータのうちの大小中央に相当するデータに該
当するかまたは該データに対して所定の第１範囲内であ
るか否かを判別する第１判別手段、最新データが、予め
定める目標回転速度データに対して所定の第２範囲内で
あるか否かを判別する第２判別手段、第１判別手段によ
って、最新データは大小中央に相当するデータに該当す
るかまたは該データに対して所定の第１範囲内であると
判別され、かつ、第２判別手段によって、最新データは
目標回転速度データに対して所定の第２範囲内であると
判別されたとき、モータ回転速度が定常域に達したと判
定する判定手段、および、判定手段によって、モータ回
転速度は定常域に達していないと判定されたときは、最
新データを非定常域における速度データとして取出し、
モータ回転速度は定常域に達したと判定されたときに
は、さらに、最新データの適否を判断して、最新データ
が適切であるときは最新データを、最新データが不適切
であるときには大小中央に相当するデータを定常域にお
ける速度データとして取出す速度データ決定手段、を含
むことを特徴とするモータ制御装置である。

〈作用〉この発明によれば、所定タイミングごとに、モータ回
転速度に関するデータが算出される。

データが算出されると、記憶手段に既に記憶されてい
るデータが順次１つずつシフトされて最古データが捨て
られ、今回算出されたデータは最新データ記憶エリアに
記憶される。

そして、ソーティングにより記憶手段に記憶されてい
る複数回分のデータのうちの大小中央に相当するデータ
が求められ、そのデータと今回算出された最新データと
が比較される。

その結果、第１の発明によれば、最新データが、大小
中央に相当するデータに該当するかまたは該データに対
して所定範囲内であれば、モータ回転速度が定常域に達
したと判定され、所定範囲内でなければ、モータ回転速
度は過渡応答域と判定される。

そして、モータ回転速度が過渡応答域と判定されたと
きは、最新データがモータ制御に用いるべき速度データ
として取出され、モータ回転速度が定常域と判定された
ときには、さらに、最新データの適否が判断されて、最
新データが適切であるときは最新データが、最新データ
が不適切であるときには大小中央に相当するデータがモ
ータ制御に用いるべき速度データとして取出される。

また、第２の発明によれば、今回算出された最新デー
タが、記憶手段に記憶されている複数回分データのうち
の大小中央に相当するデータに該当するかまたは該デー
タに対して所定の第１範囲内であり、かつ記憶手段に記
憶されている複数回分のデータのうちの最大データと最
小データとの差が、所定の第２範囲内である場合に、モ
ータ回転速度が定常域に達したと判定される。

そして、モータ回転速度が定常域に達していないと判
定されたときは、最新データがモータ制御に用いるべき
速度データとして取出され、モータ回転速度が定常域に
達したと判定されたときには、さらに、最新データの適
否が判断されて、最新データが適切であるときは最新デ
ータが、最新データが不適切であるときには大小中央に
相当するデータがモータ制御に用いるべき速度データと
して取出される。

さらに、第３の発明によれば、今回算出された最新デ
ータが、記憶手段に記憶されている複数回分のデータの
うちの大小中央に相当するデータに該当するかまたは該
データに対して所定の第１範囲内であり、かつ予め定め
る目標回転速度データに対して所定の第２範囲内である
場合に、モータ回転速度が定常域に達したと判定され
る。

〈実施例〉以下には、この発明の一実施例として、複写機の光学
系（照明ユニットおよび反射ミラー）駆動用のDCサーボ
モータの制御回路に適用した場合を例にとって説明をす
る。

第１図は、複写機の光学系を駆動するためのDCサーボ
モータの制御回路の構成例を示すブロック図である。こ
の制御回路では、DCサーボモータへの印加電圧としてPW
M（pulse width modulation）信号が使用されている。

このDCサーボモータ10は永久磁石フィールド形であっ
て、ドライバ部11によって回転駆動され、光学系17を移
動させる。

サーボモータ10の回転軸にはロータリエンコーダ12が
連結されている。ロータリエンコーダ12は、既に公知の
通り、サーボモータ10が予め定める微小角度回転するご
とに速度検出パルスを出力するものである。この実施例
のスータリエンコーダ12からは、互いに周期が等しくか
つ位相が90度ずれたＡ相とＢ相の速度検出パルス（速度
検出信号）が出力され、サーボモータ10が１回転するこ
とにより、各相、たとえば200個の速度検出パルスが出
力される。

なお、ロータリエンコーダ12の代わりに、サーボモー
タ10の回転に周期的に連動したパルスを出力する他の機
器を用いてもよい。

ロータリエンコーダ12から出力される速度検出パルス
は、エンコーダ信号入力部13へ与えられる。エンコーダ
信号入力部13は、後に詳述するように、ロータリエンコ
ーダ12から与えられる速度検出パルスに基づいて、サー
ボモータ10の回転速度を検出するための回路である。エ
ンコーダ信号入力部13の出力は制御部14へ与えられる。

制御部14には、CPU、プログラムなどが記憶されたRO
M、必要なデータを記憶するRAMなどが備えられており、
指令速度と検出速度との差の算出処理、速度指令信号と
速度検出信号との位相差の算出処理、モータ回転速度の
定常域到達検出処理、サーボモータ10を制御するための
PWMデータの算出処理などが行われる。

制御部14には、複写機本体の制御部（図示せず）か
ら、動作指令信号および速度指令信号（速度指令クロッ
ク）が与えられる。速度指令クロックは、速度指令信号
入力部15で信号処理されてから制御部14へ与えられる。

PWMユニット16は、制御部14から与えられるPWMデータ
に応じたパルス幅（出力デューティ）のPWM信号を発生
するためのユニットである。PWMユニット16から出力さ
れるPWM信号によってサーボモータ10の回転速度が制御
される。

ドライバ部11は、制御部14から与えられるドライバ部
駆動信号に基づいて、サーボモータ10の回転方向を決め
たり、ブレーキングしたりする。

第２図は、エンコーダ信号入力部13の構成を示す図で
ある。この実施例では、エンコーダ信号入力部12が第２
図の構成にされ、かつ制御部14による信号読出しが工夫
されることによって、正確な速度検出が行えるとともに
サーボモータ10の回転速度が過渡応答域か定常域かが正
しく判定できるようにされている。

第２図を参照して説明すると、エンコーダ信号入力部
13には、ロータリエンコーダ12から送られてくるＡ相の
速度検出パルスの立上りエッジを検出する立上り検出回
路131、基準クロックをアップカウントするたとえば16
ビット構成のフリーランニングカウンタ133および立上
り検出回路131の立上り検出出力をキャプチャ信号と
し、該キャプチャ信号をトリガとしてフリーランニング
カウンタ133のカウント数を読取保持するキャプチャレ
ジスタ134が備えられている。

基準クロックは、第１図に示す回路全体の動作タイミ
ングの基準となる基準クロックであり、回路がマイクロ
コンピュータで構成されている場合はマシンクロックが
利用される。また、そのような基準クロックがない場合
は、基準クロック発生回路を設ければよい。

エンコーダ信号入力部13には、さらに、アップダウン
検出部135およびアップダウンカウンタ136が備えられて
いる。アップダウン検出部135は、立上り検出回路131か
らＡ相の速度検出パルスの立上り検出出力が与えられた
時にＢ相の回転パルスのレベルを判断し、Ｂ相の回転パ
ルスがハイレベルかローレベルかによって、サーボモー
タ10（第１図）が正転しているか逆転しているかを判別
するものである。アップダウンカウンタ136は、アップ
ダウン検出部135の判別出力に基づいて、立上り検出回
路131の検出出力をアップカウントまたはダウンカウン
トするものである。

次に、第２図の回路の動作説明をする。

キャプチャレジスタ134の内容は、キャプチャ信号、
すなわちＡ相の速度検出パルスの立上りエッジが検出さ
れるごとに更新されていく。また、アップダウンカウン
タ136は、速度検出パルスの立上り検出回数、言い換え
れば速度検出パルス数をカウントする。

それゆえ、所定のサンプル時間ΔＴ内において、アッ
プダウンカウンタ136で、速度検出パルスがｎ個カウン
トされ、その間にフリーランニングカウンタ133でカウ
ントされる基準クロックのカウント数を計測すれば、そ
れに基づいて回転数Ｎを算出することができる。

つまり、サーボモータ10の回転数Ｎ［rpm］は、基準
クロックの周波数をｆ［Hz］、サーボモータ10が１回転
することによりロータリエンコーダ12から出力されるＡ
相の速度検出パルス数をＣ［ppr］、今回のキャプチャ
レジスタ131の内容をCPT_n、前回のキャプチャレジスタ1
31の内容をCPT_n-1、速度検出パルス数をｎとすると、で算出することができる。

ここで、式（１）は、基準クロック周波数ｆと速度検
出パルス数Ｃとが定数であるから、となる。

第３図は、制御部14がキャプチャレジスタ134および
アップダウンカウンタ136の内容をサンプル時間Δｔご
とに読出して回転数データN_nを算出するとともに、算出
した回転数データN_nに基づいて、モータ回転速度が過渡
応答域か定常域かを判別して、制御用回転数Ｎを決定す
るための回転数検出処理手順を示している。

サンプル時間Δｔは、 Δｔ≧Ｘ＝CPT_n−CPT_n-1 …（３）を満足する適当な時間が設定されている。

次に、第２図および第３図を参照して説明をする。

制御部14では、内部タイマが一定のサンプル時間Δｔ
に達するごとに（ステップS1）、タイマがリセットされ
る（ステップS2）。そして、キャプチャレジスタ134お
よびアップダウンカウンタ136の内容を読出す（ステッ
プS3）。

次いで、今回読出したキャプチャレジスタ134のカウ
ント数CPT_nから、すでに記憶されている前回読出したキ
ャプチャレジスタ134のカウント数CPT_n-1を減じること
により、１サンプル時間Δｔ内の基準クロック数Ｘが求
められた後、UDC_nが記憶される（ステップS4）。

また、今回読出したアップダウンカウンタ136のカウ
ント数UDC_nか、すでに記憶されている前回読出したアッ
プダウンカウンタ136のカウント数UDC_n-1を減じること
により、１サンプル時間Δｔ内の速度検出パルス数ｎが
求められた後、CPT_nが記憶される（ステップS5）。

その後、上述した式（２）に基づいて、今回のサンプ
ルタイミングで算出された回転数データN_n（ｎは自然数
であり、回転数データの算出タイミングごとに1,2,3,…
と増加していく。）が求められる（ステップS6）。

次に、ステップS7〜S12で、ステップS6で求められた
回転数データN_nの真偽が判別され、制御用回転数Ｎが決
定される。

第４図は、ステップS7〜S12の処理に用いられる２種
類のメモリM1およびM2を示している。

第４図において、メモリM1は、５回分の回転数データ
を新しいものから順番に記憶するためのものであり、新
しい回転数データを記憶するためのエリアから古い回転
数データを記憶するためのエリアに向って、順に、５つ
の記憶エリアE1〜E5が備えられている。すなわち、E1に
今回（最新）の回転数データN_nが、E2に前回の回転数デ
ータN_(n-1)が、E3に２回前の回転数データN_(n-2)が、E4
に３回前の回転数データN_(n-3)が、E5に４回前の回転数
データN_(n-4)が、それぞれ記憶される。

メモリM2は、メモリM1に記憶された５つの回転数デー
タN_n〜N_(n-4)をソーティング、すなわち大きいもの順に
並べ替えるためのメモリで、５つの記憶エリアE11〜E15
を有している。メモリM1に記憶された５つの回転数デー
タN_n〜N_(n-4)がソーティングされた場合、メモリM2のエ
リアE11に、たとえば５つの回転数データN_n〜N_(n-4)の
うち最大のものが、エリアE12に２番目に大きいもの
が、エリアE13に３番目に大きいものが、エリアE14に４
番目に大きいものが、エリアE15に最小のものが、それ
ぞれ記憶される。従って、ソーティングが行われると、
エリアE13には、メモリM1に記憶された５つの回転数デ
ータのうち、大小中央に相当する回転数データが記憶さ
れる。

なお、メモリM1およびM2は、５回分の回転数データ記
憶用に限らず、３以上で、好ましくは奇数個の任意の複
数個の回転数データ記憶用であればよい。

第３図に戻って説明を続けると、今回の回転数データ
N_nが算出されると、メモリM1に記憶されている５つの回
転数データN_n〜N_(n-4)がシフトされる（ステップS7）。
この結果、それまでのデータN_nは前回の回転数データN
_(n-1)としてエリアE2に、それまでのデータN_(n-1)は２
回前の回転数データN_(n-2)としてエリアE3に、それまで
のデータN_(n-2)は３回前の回転数データN_(n-3)としてエ
リアE4に、それまでのデータN_(n-3)は４回前の回転数デ
ータN_(n-4)としてエリアE5に記憶され、最古データであ
るそれまでのデータN_(n-4)（５回前の回転数データ）は
記憶されなくなる。

また、今回算出された最新の回転数データN_nがエリア
E1に記憶される（ステップS8）。

次に、今回の回転数データN_nを含むメモリM1に記憶さ
れている５つの速度データN_n〜N_(n-4)がソーティングさ
れ、メモリM2のエリアE11〜E15には、５つの回転数デー
タN_n〜N_(n-4)が、大きい順に記憶される（ステップS
9）。この結果、エリアE13には、５つの回転数データN_n
〜N_(n-4)のうち大小中央に相当する回転数データ（これ
を「中央データN_m」と呼ぶことにする）が記憶される。

次に、メモリM1のエリアE1に記憶されている今回の回
転数データN_nが、メモリM2のエリアE13に記憶されてい
る中央データN_mと比較され、N_nがN_mの所定範囲内にある
か否かが判別される（ステップS10）。つまり、今回算
出された最新回転数データN_nが次式で示される今回およ
び過去４回分の５つのデータのうちの大小中央に相当す
るデータN_mの所定範囲内に入っているか否かが判別され
る。

N_m（１−α）≦N_n≦N_m（１＋β） …（４）但し、αおよびβは、実験または計算により予め設定
されたモータ回転速度が定常域に到達したことが正確に
判別できる値で、ノイズなどによるデータ変化分と比較
して、N_nがN_mに対してより大きく変化しているか否かが
わかる値に設定されている。

今回の回転数データN_nが上式（４）で示される範囲内
に入っていない場合には、速度変化が比較的大きく、モ
ータ回転速度が過渡応答域であると判定されて、定常域
フラグがリセットされ、制御用回転数Ｎとして最新回転
数データN_nが選択決定される（ステップS11）。

一方、最新回転数データN_nが上式（４）で示される範
囲内に入っている場合には、速度変化が比較的小さく、
モータ回転速度が定常域に到達したと判定されて、定常
域フラグがセットされ、制御用回転数Ｎは中央データN_m
に決定される（ステップS12）。

以上のように、ステップS7〜S12の処理では、今回お
よび過去４回分の５つのデータのうちの中央データN_mの
一定範囲内に、今回の回転数データN_nが入っているか否
かが判別されることにより、モータ回転速度が過渡応答
域か定常域かの判定がされ、過渡応答域では最新回転数
データN_nが、定常域では中央データN_mが、それぞれ、制
御用回転数Ｎとして採用される。

よって、過渡応答域では、モータの速度変化に迅速に
対処できる。また、定常域では、瞬間的な負荷変動、ノ
イズなどの影響で、速度検出信号が一時的に大きく変化
した場合でも、そのような影響を受けた信号N_nは使われ
ず、中央データN_mが制御に使われるので、安定した制御
が行える。

なお、上述の実施例では、ステップS12において、モ
ータ回転速度が定常域に達したと判定された場合には、
無条件に制御用回転数Ｎが中央データN_mに決定されてい
るが、次のような判別制御を追加する方が好ましい。

すなわち、モータ回転速度が定常域に到達したと判定
された場合において、定常域フラグがセットされた後、
さらに、最新データN_nの適否が判別されるようにするの
である。この適否の判別とは、最新データN_nが、定常域
における制御用回転数Ｎとして適切か不適切かの判別と
いうことである。この判別は、たとえば、上述した式
（４）における値αおよびβをより小さくした場合にお
いて、最新データN_nがこの式（４）を満足しているか否
かによって判別することができる。

このように、モータ回転速度が定常域に達したと判定
された場合において、さらに、最新データN_nの適否を判
別して、最新データN_nが適切であるときは最新データN_n
を制御用回転数Ｎとして使用すれば、定常域におけるモ
ータ回転速度制御の追従性がより良くなるという利点が
ある。

次に、第３図のステップS10〜S12の制御をさらに改良
した別の制御について説明する。

第５図は、第３図のステップS10〜S12と置換可能な制
御内容を表わすフローチャートである。

第３図の制御の場合は、次のような危惧がある。つま
り、制御が開始されてから定常域に達するまでの間に、
もし速度検出信号に第6A図において符号Ａで示すような
振動が生じた場合、定常域に達していないにもかかわら
ず、定常域に達したと誤判定されてしまうことがある。

第6A図の振動Ａを拡大して示す第6B図を参照して説明
すると、時点t_nで回転数データN_nが算出されると、時点
t_n〜t_(n-4)の５回分の回転数データN_n〜N_(n-4)がメモリ
M1に記憶されることになる。そうすると、最新データN_n
はこれらのデータのうち大小中央に相当するデータにな
ってしまう。よって、第３図のステップS10の判定だけ
では、定常域に達したと誤判定されてしまう。

そこで、この実施例では、上述のような誤判定を防止
するために、第３図のステップS10に該当するステップS
10−１の判別に加え、ステップS10−２の判別が加えら
れている。

ステップS10−２では、さらに、今回および過去４回
分の５つのデータのうちの最大データNmax（メモリM2の
エリアE11に記憶されている。）と最小データNmin（メ
モリM2のエリアE15に記憶されている。）との差（Nmax
−Nmin）が、予め定められた所定範囲Ｗ内か否かが判別
される。

最大データNmaxと最小データNminとの差（Nmax−Nmi
n）が、所定範囲Ｗ内でなければ、たとえば第6A図およ
び第6B図に示すような振動が速度検出信号に生じている
だけで、定常域には達していないと判断されて定常域フ
ラグがリセットされ、制御用回転数Ｎは最新回転数デー
タN_nに決定される（ステップS11）。

最大データNmaxと最小データNminとの差（Nmax−Nmi
n）が、所定範囲Ｗ内であれば、上記ステップS10−１で
速度が定常域に到達したとの判断が、振動等による誤判
定でなかったと判定されて定常域フラグはセットされ、
制御用回転数Ｎは中央データN_mに決定される（ステップ
S12）。

このように、ステップS10−１およびS10−２という２
段階の判別でモータ回転速度が過渡応答域か定常域かが
判定がされるので、制御が開始してから定常域に達する
までの過渡応答域において、速度検出信号に上述のよう
な振動が生じたとしても、定常域に達したと誤判断され
ることはなく、定常域到達検出が正確に行われる。

以上の制御において、ステップS10−１の判別とステ
ップS10−２の判別とは、前後逆になっていてもよい。

第７図は、第３図のステップS10〜S12と置換可能なさ
らに別の制御内容を表わすフローチャートである。

第３図のステップS10〜S12の制御の場合、制御が開始
後、何らかの原因で、サーボモータ10の回転速度が目標
回転速度よりも低い速度で落着き出した場合に、定常域
に達したと誤判定されてしまう危惧がある。

そこで、この実施例では、上述のような誤判定を防止
するために、第７図に示すように、第３図のステップS1
0に該当するステップS10−１の第１段階の判別に加え
て、ステップS10−２の第２段階の判別がされる。

ステップS10−２では、今回算出された最新データN_n
が、予めメモリに記憶されている目標回転数データN₀と
比較され、最新データN_nが目標回転数データN₀の所定範
囲内に入っているか否かが判別される。つまり、最新の
回転数データN_nが次式で示される範囲内に入っているか
否かが判別される。

N₀（１−γ）≦N_n≦N₀（１＋δ） …（５）但し、γおよびδは、予め定められた所定の設定値で
ある。

最新回転数データN_nが目標回転数データN₀に対して所
定範囲内に入っていなければ、何らかの原因で最新回転
数データN_nが目標回転数データN₀よりも低い回転数で落
着きつつあるわけであるから、係る場合には、サーボモ
ータ10は定常域には達していないと判断されて定常域フ
ラグはリセットされ、制御用回転数Ｎには、最新回転数
データN_nが使用される（ステップS11）。

一方、最新回転数データN_nが目標回転数データN₀に対
して所定範囲内であるならば、サーボモータ10の回転速
度は定常域に到達したものと判定されて定常域フラグは
セットされ、制御用回転数Ｎには、ノイズ等の影響を受
ていない中央データN_mが使用される（ステップS12）。

このように、この制御においても、ステップS10−１
およびS10−２という２段階の判別で、モータ回転速度
が過渡応答域か定常域かの判定がされるので、モータ回
転速度が何らかの原因で目標回転速度よりも低い速度で
落着こうとした場合でも、定常域に到達したと誤判断さ
れることなく、定常域到達検出が正確に行われる。

以上の制御においても、ステップS10−１の第１段階
の判別とステップS10−２の第２段階の判別とは、前後
逆になっていてもよい。

以上説明した第５図および第７図におけるステップS1
2においても、先に説明した実施例と同様に、モータ回
転速度が定常域に到達したと判定された場合に、無条件
に制御用回転数Ｎを中央データN_mに決定せず、最新デー
タN_nが定常域における制御用データとして適切か否かの
判別をして、適切である場合には、最新データN_nを制御
用回転数Ｎとし、不適切である場合においてのみ中央デ
ータN_mを制御用回転数Ｎと決定するようにするのが好ま
しい。

次に、第１図における速度指令信号入力部15の説明を
する。

第８図は、速度指令信号入力部15の具体的な構成例を
示すブロック図である。速度指令信号入力部15には、速
度指令クロックの立上りエッジを検出するための立上り
検出回路151、基準クロックをアップカウントするフリ
ーランニングカウンタ152、立上り検出回路151の立上り
検出出力をキャップチャ信号とし、該キャプチャ信号を
トリガとしてフリーランニグカウンタ152のカウント数
を読取保持するキャプチャレジスタ153および立上り検
出回路151の出力パルスをアップカウントするためのア
ップカウンタ154が備えられている。

フリーランニングカウンタ152は、たとえば16ビット
構成のカウンタである。このフリーランニングカウンタ
152は、前述したエンコーダ信号入力部13のフリーラン
ニングカウンタ133（第２図参照）と共用してもよい。

この回路の動作は、次の通りである。

装置本体側、たとえば複写機本体の制御側マイクロコ
ンピュータから出力される速度指令クロックは立上り検
出回路151へ与えられ、立上り検出回路151において該速
度指令クロックの立上りエッジが検出される。立上り検
出回路151の出力はキャプチャ信号としてフリーランニ
ングカウンタ152へ与えられるので、キャプチャレジス
タ153の内容は、速度指令クロックの立上りに応答して
更新されていく。よって、ある立上り検出信号に基づい
てキャプチャレジスタ153の内容を読出し、次の立上り
検出信号に基づいてキャプチャレジスタ153の内容を読
出して、その差を求めれば、速度指令クロック１周期に
おけるフリーランニングカウンタ152のカウント数を計
測することができる。つまり、指令速度となる回転数N₀
を得ることができる。

なおこの実施例では、キャプチャレジスタ153の内容
が更新されるごとに、更新後のカウント数と更新前のカ
ウント数との差のカウント数を求めるというやり方では
なく、より検出精度を向上させるために、エンコーダ信
号入力部13におけるキャプチャレジスタ153のカウント
数読出しと同様の読出方法がとられている。

すなわち、制御部14は、所定のサンプル時間Δｔごと
にキャプチャレジスタ153の内容およびアップカウンタ1
54の内容を読出し、キャプチャレジスタ153における今
回読出したカウント数と前回読出したカウント数との差
を求め、その差を、アップカウンタにおける今回読出し
たカウント数から前回読出したカウント数との差で除算
することで、速度指令クロック１周期内におけるより正
確な基準クロック数を求めるようにしている。

第９図は、制御部14による速度指令クロックと速度検
出パルスとの位相差算出処理手順を示している。

まず、エンコーダ信号入力部13の立上り検出回路131
によって速度検出パルスの立上りエッジが検出されると
（ステップS21）、フリーランニングカウンタ133のカウ
ント値が読込まれ、その値が位相比較値PDT_nとして記憶
される（ステップS22）。フリーランニングカウンタ133
は、モータ制御開始時から基準クロックのカウントを開
始しているので、位相比較値PDT_nの値は、モータ制御開
始時から今回のパルス立上り検出時点までの時間に応じ
た値となる。

次に、位相基準値PPI_nが、次式により計算されかつ記
憶される（ステップS23）。

PPI_n＝PPI_(n-1)＋SPD …（６）ここで、_(n-1) ：前回記憶された位相基準値 SPD ：速度指令クロック１周期間の基準クロ
ック数（SPDは固定値である。）である。

ただし、PPI_(n-1)の初期値は、零であるため、上記ス
テップS21で、モータ制御開始後第１回目の速度検出パ
ルスの立上りが検出されたときに対応する位相基準値PP
I_nの値は、SPDとなる。

この後、位相差PHDTが次式により算出されかつ記憶さ
れる（ステップS24）。

そして、以上の処理が繰返される。すなわち、速度検
出パルスの立上りが検出されるごとに（ステップS2
1）、フリーランニングカウンタ133のカウント値の読込
みおよび位相比較値PDT_nの更新（ステップS22）、位相
基準値PPI_nの計算および更新（ステップS23）ならびに
位相差PHDTの算出（ステップS24）が繰返し行われる。

モータ制御開始後、ステップS21で、第２回目の速度
検出パルスの立上りが検出されたときには、ステップS2
3で算出される位相基準値PPI_nの値は2SPDとなり、第３
回目の速度検出パルスの立上りが検出されたときには3S
PDとなる。つまり、ステップS23で算出される位相基準
値PPI_nの値は、モータ制御開始時から今回の速度検出パ
ルス立上り時点までの間に出力された速度検出パルス総
数とSPDとの積値になる。SPDは、速度指令クロックの周
期に応じた固定値であるから、ステップS23で算出され
る位相基準値PPI_nは、モータ制御開始時から今回立上り
が検出された速度検出パルスに対応する速度指令クロッ
クの立上がり時点までの時間に応じた値となる。

そして、モータ制御開始時から今回の速度検出パルス
の立上り検出時点までの時間に応じた値（位相比較値PD
T_n）と、モータ制御開始時から今回立上りが検出された
速度検出パルスに対応する速度指令クロックの立上がり
時点までの時間に応じた値（位相基準値PPI_n）との差
を、速度指令クロックの周期に応じた値（SPD）で除す
ることにより、位相差PHDTが算出されている。よって、
速度指令クロックと速度検出パルスとの位相差が、速度
指令クロックの１周期以上である場合でも、その位相差
PHDTが正確に検出される。

次に、制御部14から出力されるPWMデータの算出方法
について説明する。

サーボモータ10の回転速度Ｎを指令速度N₀に追従させ
るためにサーボモータ10に出力すべきPWMデータ用電圧V
0は、速度差ΔＮ（＝N₀−Ｎ）による制御電圧（比例制
御電圧）をV1、位相差PHDTによる制御電圧をV2とする
と、次式で表わされる。

V0＝V1＋V2 …（８）つまり、この実施例では、速度差ΔＮ（＝N₀−Ｎ）に
よる比例制御電圧V1を、位相差PHDTによる制御電圧V2で
補正している。この理由は、速度差ΔＮによる比例制御
だけでは負荷変動に対する追従性が良くないからであ
る。

そこで、追従性をよくするため、この実施例では、速
度差ΔＮ（＝N₀−Ｎ）による比例制御電圧V1を、位相差
PHDTによる制御電圧V2で補正しているのである。

速度差ΔＮによる比例制御電圧V1は、次式で表わされ
る。

但し、 Ra:アマチュア抵抗［Ω］ K_T：トルク定数［kgm/A］ Ke:誘起電圧定数［V/rpm］ Io:無負荷電流［Ａ］ GD²：負荷とモータによる慣性モーメント［kg m²］ T_BL：摺動負荷［kgm］である。

なお、Ｎは、第３図、第５図または第７図の処理で決
定された制御用回転数である。

位相差PHDTによる制御電圧V2は、予め定められた制御
電圧V2の最大値をV2maxとすると、次のようにして求め
られる。

（Ａ）速度制御開始時から定常域までの立上り時の場合（ａ）位相差が３周期より小さい場合（−３＜PHDT＜＋３） V2＝（V2max/3）・PHDT …（10）（ｂ）位相差が３周期以上でありかつ速度検出信号の位
相が速度指令信号の位相より進んでいる場合（PHDT≦−３） V2＝−V2max …（11）（ｃ）位相差が３周期以上でありかつ速度検出信号の位
相が速度指令信号の位相より遅れている場合（PHDT≧＋３） V2＝＋V2max …（12）従って、位相差PHDTと、制御電圧V2との関係は、第10
図に示される関係になる。

（Ｂ）定常域の場合（ａ）位相差が１周期より小さい場合（−１＜PHDT＜＋１） V2＝V2max・PHDT …（13）（ｂ）位相差が１周期以上でありかつ速度検出信号の位
相が速度指令信号の位相より進んでいる場合（PHDT≦−１） V2＝−V2max …（14）（ｃ）位相差が１周期以上でありかつ速度検出信号の位
相が速度指令信号の位相より遅れている場合（PHDT≧＋１） V2＝＋V2max …（15）従って、位相差PHDTと、制御電圧V2との関係は、第11
図に示される関係になる。

第12図は、制御部14によるPWMデータの算出処理手順
を表わすフローチャートである。

制御部14では、たとえば第３図に示す処理によって制
御用回転数Ｎを決定するごとに、式（９）に基づいて、
比例制御電圧V1が算出される（ステップS31）。

次いで、第３図のステップS11またはS12でリセットま
たはセットした定常域フラグの状態が判別され（ステッ
プS32）、定常域フラグがリセットされてモータ回転速
度が過渡応答域の場合は、上式（10）〜（12）に基づい
てV2が算出される（ステップS33）。

一方、定常域フラグがセットされてモータ回転速度が
定常域に達している場合は、上式（13）〜（15）に基づ
いてV2が算出される（ステップS34）。

そして、ステップS31で求められたV1とステップS33ま
たはS34で求められたV2とが加算されて、制御電圧V0が
算出される（ステップS35）。

よって、モータ制御開始後、定常状態になるまでの立
上り時には、位相差による制御電圧が相対的に低く、定
常時では、位相差による制御電圧が相対的に高くなる。
換言すれば、モータ制御電圧を構成する制御信号成分の
うち、比例制御成分が、過渡応答域では相対的に大き
く、定常域では相対的に小さくなるようにされている。

この結果、立上り時にモータ回転速度が指令速度より
もかなり速い速度まで上がってしまうのを防止できると
ともに、定常時に速度の追従性をよくでき、サーボモー
タ10の脱調を防止することができる。

なお、モータの制御信号成分のうち、比例制御成分の
割合を変化させる仕方としては、上述の実施例に限ら
ず、次のようにしてもよい。

上式（10）〜（15）に基づいて、位相差による制御電
圧V2を求める際に、フラグがリセット状態の立上り時に
は、V2maxを相対的に小さな予め定める値Ｓとし、フラ
グがセット状態の定常域では、V2maxを相対的に大きな
予め定める値Ｌとするのである。

あるいは、位相差による制御電圧V2を求める場合に、
立上り時の場合も、定常時の場合も、ともに、上式（1
3）〜（15）に基づいて算出する。ただし、フラグがリ
セット状態の立上り時には、V2maxを相対的に小さな予
め定める値Ｓとし、フラグがセット状態の定常域では、
V2maxを相対的に大きな予め定める値Ｌとするのであ
る。

さらにまた、位相差による制御電圧V2は常に同じ方
法、たとえば上式（13）〜（15）に基づいて算出し、比
例制御成分V1自体を立上り時か定常域かで増減させる仕
方を採用してもよい。

第13図は、PWMユニット16の具体的な構成例を示すブ
ロック図であり、第14図はPWMユニット16の動作を説明
するためのタイミングチャートである。

PWMユニット16には、セット信号発生部161と、PWMデ
ータレジスタ162と、ダウンカウンタ163とRSフリップフ
ロップ164とが備えられている。

セット信号発生部161は、一定の周期ごとにセット信
号を発生するものである。このセット信号発生部161は
たとえばリングカウンタで構成されており、一定数の基
準クロックを計数するごとにセット信号を発生するよう
にされている。

PWMデータレジスタ162は、制御部14から与えられるPW
Mデータを保持するためのものである。制御部14から与
えられるPWMデータとは、前述した式（８）によって求
められた電圧データである。すなわち、式（９）の比例
制御電圧V1を位相差データPHDTによる制御電圧V2で補正
した電圧V0である。このPWMデータは、PWMユニット16か
ら出力されるPWM出力信号のデューティを決めるのに用
いられる。

ダウンカウンタ163は、PWM基準クロック（この実施例
では、PWM基準クロックは、エンコーダ信号入力部13や
速度指令信号入力部15で用いられる基準クロックが共用
されている。）が与えられごとにダウンカウントをし、
設定された数を計測するとリセット信号を出力するもの
である。

PWMユニット16の動作は次のようになる。

セット信号発生部161からセット信号が出力される
と、PWMデータレジスタ162の内容、つまり制御部14から
与えられたPWMデータが、ダウンカウンタ163にセットさ
れ、また、セット信号によってフリップフロップ164が
セットされる。従って、フリップフロップ164の出力、
つまりPWM信号はハイレベルとなる。

次に、ダウンカウンタ163はPWM基準クロックに基づい
てダウンカウントを行い、設定されたカウント値が
「０」になると、フリップフロップ164へリセット信号
を与える。よって、フリップフロップ164の出力はロー
レベルに反転する。

この結果、PWMユニット16からは、PWMデータレジスタ
162で保持された値、つまり式（８）で算出された電圧
データでデューティが決められ、PWM信号が導出され
る。

この発明は、複写機の光学系制御用に限らず、ファク
シミリ装置の読取装置制御用モータや、その他の一般的
なモータ制御回路に採用できる。

また、この発明は、PWM信号以外で印加電圧を算出す
る場合にも適用できる。

〈発明の効果〉この発明は、以上のように構成されているので、負荷
の大小に拘らず、モータ回転速度が過渡応答域から定常
域に達した時に、それを確実に検出できる。

また、瞬間的な負荷変動やノイズなどによって、速度
検出信号が一時的に悪影響を受けても、その影響が判別
結果に表われず、回転速度が、定常域に達したことを正
確に検出できる。

さらに、モータ回転速度が定常域になった後は、ノイ
ズ等に強く、安定した定速制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例が適用された光学系駆動用
DCサーボモータの駆動制御回路の電気的構成を示すブロ
ック図である。第２図は、この発明の実施例に係るエンコーダ入力部の
電気的構成を示す回路ブロック図である。第３図は、この発明の実施例における回転速度検出処理
手順を表わすフローチャートである。第４図は、定常域到達検出処理に用いられる２つのメモ
リM1およびM2を示す図である。第５図は、第３図の制御をさらに改良した、第３図のス
テップS10〜S12と置換可能な制御内容を表わすフローチ
ャートである。第6A図および第6B図は、速度検出信号に特殊な振動が生
じた場合の問題点を説明するための図である。第７図は、第３図の制御をさらに改良した、第３図のス
テップS10〜S12と置換可能なさらに別の制御内容を表わ
すフローチャートである。第８図は、速度指令信号入力部の電気的構成例を示すブ
ロック図である。第９図は、この発明の実施例における位相差検出処理手
順を表わすフローチャートである。第10図は、速度立上り時に用いられる位相差PHDTに対す
る制御電圧V2の関係を表わすグラフである。第11図は、定常時に用いられる位相差PHDTに対する制御
電圧V2の関係を表わすグラフである。第12図は、制御部14によるPWMデータの算出処理手順を
表わすフローチャートである。第13図は、PWMユニットの具体的な電気的構成を示すブ
ロック図である。第14図は、PWMユニットの動作を表わすタイミングチャ
ートである。図において、10…DCサーボモータ、11…ドライバ部、12
…ロータリエンコーダ、13…エンコーダ信号入力部、14
…制御部、15…速度指令信号入力部、16…PWMソニッ
ト、M1、M2…メモリ、を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 5/00,7/00 - 7/34 H02P 6/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】モータ回転速度が指令速度に等しくなるよ
うに、モータをフィードバック制御するモータ制御装置
であって、所定タイミングごとに、モータ回転速度に関するデータ
を算出するデータ算出手段、モータ回転速度に関するデータを、所定の複数回分、新
しいもの順に記憶できる複数の記憶エリアを有し、デー
タ算出手段によってモータ回転速度に関するデータが算
出されるごとに、既に記憶されているデータを順次１つ
ずつシフトして最古データを捨て、かつ今回算出された
データを最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、記憶手段に記憶されている複数回分のデータのうちの大
小中央に相当するデータと今回算出された最新データと
を比較し、最新データが大小中央に相当するデータに該
当するかまたは該データに対して所定範囲内であるか否
かに基づいて、モータ回転速度が定常域に達したか否か
を判定する判定手段、および判定手段によって、モータ回転速度は定常域に達してい
ないと判定されたときは、最新データを非定常域におけ
る速度データとして取出し、モータ回転速度は定常域に
達したと判定されたときには、さらに、最新データの適
否を判断して、最新データが適切であるときは最新デー
タを、最新データが不適切であるときには大小中央に相
当するデータを定常域における速度データとして取出す
速度データ決定手段、を含むことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】モータ回転速度が指令速度に等しくなるよ
うに、モータをフィードバック制御するモータ制御装置
であって、所定タイミングごとに、モータ回転速度に関するデータ
を算出するデータ算出手段、モータ回転速度に関するデータを、所定の複数回分、新
しいもの順に記憶できる複数の記憶エリアを有し、デー
タ算出手段によってモータ回転速度に関するデータが算
出されるごとに、既に記憶されているデータを順次１つ
ずつシフトして最古データを捨て、かつ今回算出された
データを最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、今回算出された最新データが、記憶手段に記憶されてい
る複数回分データのうちの大小中央に相当するデータに
該当するかまたは該データに対して所定の第１範囲内で
あるか否かを判別する第１判別手段、記憶手段に記憶されている複数回分のデータのうちの最
大データと最小データとの差が、所定の第２範囲内であ
るか否かを判別する第２判別手段、第１判別手段によって、最新データは大小中央に相当す
るデータに該当するかまたは該データに対して所定の第
１範囲内であると判別され、かつ、第２判別手段によっ
て、最大データと最小データとの差が所定の第２範囲内
であると判別されたとき、モータ回転速度が定常域に達
した判定する判定手段、および判定手段によって、モータ回転速度は定常域に達してい
ないと判定されたときは、最新データを非定常域におけ
る速度データとして取出し、モータ回転速度が定常域に
達したと判定されたときには、さらに、最新データの適
否を判断して、最新データが適切であるときは最新デー
タを、最新データが不適切であるときには大小中央に相
当するデータを定常域における速度データとして取出す
速度データ決定手段、を含むことを特徴とするモータ制
御装置。
【請求項３】モータ回転速度が指令速度に等しくなるよ
うに、モータをフィードバック制御するモータ制御装置
であって、所定タイミングごとに、モータ回転速度に関するデータ
を算出するデータ算出手段、モータ回転速度に関するデータを、所定の複数回分、新
しいもの順に記憶できる複数の記憶エリアを有し、デー
タ算出手段によってモータ回転速度に関するデータが算
出されるごとに、既に記憶されているデータを順次１つ
ずつシフトして最古データを捨て、かつ今回算出された
データを最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、今回算出された最新データが、記憶手段に記憶されてい
る複数回分のデータのうちの大小中央に相当するデータ
に該当するかまたは該データに対して所定の第１範囲内
であるか否かを判別する第１判別手段、最新データが、予め定める目標回転速度データに対して
所定の第２範囲内であるか否かを判別する第２判別手
段、第１判別手段によって、最新データは大小中央に相当す
るデータに該当するかまたは該データに対して所定の第
１範囲内であると判別され、かつ、第２判別手段によっ
て、最新データは目標回転速度データに対して所定の第
２範囲内であると判別されたとき、モータ回転速度が定
常域に達したと判定する判定手段、および判定手段によって、モータ回転速度は定常域に達してい
ないと判定されたときは、最新データを非定常域におけ
る速度データとして取出し、モータ回転速度は定常域に
達したと判定されたときには、さらに、最新データの適
否を判断して、最新データが適切であるときは最新デー
タを、最新データが不適切であるときには大小中央に相
当するデータを定常域における速度データとして取出す
速度データ決定手段、を含むことを特徴とするモータ制
御装置。