JP3742721B2 - Ｐｗｍ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現在の出力信号に基づいて次の出力信号を制御するためのＰＷＭ（パルス幅変調）デューティ比を更新するＰＷＭ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のＰＷＭ制御装置により制御される信号としては、例えば電圧や光量、速度等が一般的である。従来、この種のＰＷＭ制御装置では出力信号が目標値になるように制御するために、一定周期毎に出力信号を帰還してこの信号と例えば次式
新ＰＷＭデューティ比
＝旧ＰＷＭデューティ比＋Ｋ×（目標出力−旧出力） …（１）
い基づいてＰＷＭデューティ比を増減（更新）している。
【０００３】
上記のＫは、ＰＷＭ制御のゲインであって定数であり、その値が大きいほど応答性は良いが安定性が悪く、逆に小さいほど応答性は悪いが安定性が良い。そこで、立ち上がり時と安定時のそれぞれの場合に適正なＰＷＭ制御のゲインとして定数Ｋを使い分ける方法も知られている。
【０００４】
また、この種の従来例としては、例えば特開平５−２９１９５９号公報に示されているようにＰＷＭ出力までの遅延時間を短縮するために、１サンプル前の出力データから一定値を減算した値をＰＷＭ変換したパルスを予測パルスとして、演算回路による演算処理が終了する前に出力し、演算処理が終了した後に本来ＰＷＭ変換すべき値と、既に出力した予測パルスとの誤差分を補正パルスとして再度出力する予測出力型Ｄ／Ａ変換器が提案されている。
【０００５】
また、他の従来例としては、例えば特開平６−２３０８２０号公報に示されているように制御対象の操作量を決定する場合に早い変化の外乱を補償するために、操作量に基づいて制御量の変化分の予測値を求め、この変化分の予測値を制御量検出値に加算して制御量予測値を算出し、この制御量予測値と実際の制御量検出値の予測誤差を算出し、この予測誤差に基づいて変化分の予測値を補正する方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなＰＷＭ制御が有効であるのは、予め制御対象の負荷等が分かっていて適正なＰＷＭ制御のゲインＫを決定することができる場合である。したがって、例えば複写機やプリンタ等に使用されている高圧電源は、周囲の温度や湿度の環境に応じて負荷が大きく変動するものもあるので、このような負荷の場合、有効にＰＷＭ制御することができないという問題点がある。
【０００７】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、負荷が大きく変動する場合にも応答性及び安定性に優れたＰＷＭ制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は上記目的を達成するために、現在の出力信号に基づいて次の出力信号を制御するためのＰＷＭデューティ比を更新するＰＷＭ制御装置において、一定負荷におけるＰＷＭデューティ比を変化させたときの出力信号の変位を連続させて示したＰＷＭデューティ比−出力特性と、複数の異なるそれぞれの負荷に対応させて出力信号の変位を連続させて示したＰＷＭデューティ比−出力特性を予め格納しておく記憶手段と、予め定めたＰＷＭデューティ比によって出力信号を出力し、その一定時間後にその出力信号に最も近いＰＷＭデューティ比−出力特性を前記記憶手段から選択する選択手段と、該選択手段で選択された前記ＰＷＭデューティ比−出力特性からこのＰＷＭデューティ比−出力特性での出力信号が目標出力値に達すると予測されたＰＷＭデューティ比を、次の出力信号のＰＷＭデューティ比として更新させるＰＷＭ制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
第２の手段は、第１の手段において前記ＰＷＭ制御手段が、出力の立ち上がり時に次のＰＷＭデューティ比を予測することを特徴とする。
【００１３】
第３の手段は、第１又は第２の手段において前記ＰＷＭ制御手段が、出力のの目標値の変更時に次のＰＷＭデューティ比を予測することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係るＰＷＭ制御装置の一実施形態を概略的に示すブロック図、図２は図１のＰＷＭ制御装置の具体的な構成を示すブロック図、図３は図２のＲＯＭに記憶されている負荷毎のＰＷＭデューティ比−出力特性を示す説明図、図４は図２のＣＰＵのＰＷＭ制御を説明するためのフローチャートである。
【００１５】
図１に示す構成では、コントローラ１が出力装置２に対してその出力を制御するためのＰＷＭ信号を出力し、このとき、出力装置２からの帰還信号に基づいて次のＰＷＭ信号を予測して変更する。
【００１６】
図２はＰＷＭ制御装置の具体的な構成として、出力装置２が高圧電源の場合を示している。コントローラ１はＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、ＰＷＭ発生回路１４、Ａ／Ｄ変換回路１５により構成されている。ＲＯＭ１２には予めＣＰＵ１１のプログラムや、出力装置２からの帰還信号に応じたＰＷＭデューティ比［％］のデータが記憶され、ＲＡＭ１３はＣＰＵ１１の作業エリアとして用いられる。ＰＷＭ発生回路１４はＲＯＭ１２から読み出されたＰＷＭデューティ比に応じたＰＷＭ信号を発生して高圧電源２に出力し、また、Ａ／Ｄ変換回路１５は高圧電源２からの帰還信号をＡ／Ｄ変換する。ＣＰＵ１１はこのＡ／Ｄ変換された帰還値に基づいて次のＰＷＭデューティ比を予測する。
【００１７】
ＲＯＭ１２には例えば図３に示すように５つの負荷Ｒ毎にＰＷＭデューティと出力の関係が記憶されている。なお、図３では目標出力を破線で示し、また、ＰＷＭデューティ比に対する出力は、負荷Ｒが大きくなるほど立ち上がりが大きく、ＰＷＭデューティ比が大きくなるについて傾斜が緩やかになることを示している。
【００１８】
次に図４を参照してＰＷＭ制御について説明する。先ず、ステップＳ１においてスタートし、次いで例えば５％や１０％のような初期ＰＷＭデューティ比に応じた信号を出力する（ステップＳ２）。次いで一定周期（制御周期）の間待機した後（ステップＳ３）、現在の出力値及びＰＷＭデューティ比と図３に示すようにＲＯＭ１２に記憶されているＰＷＭデューティと出力の関係に基づいて最も近い負荷Ｒを決定する（ステップＳ４）。このとき、例えば図３において現在の出力値及びＰＷＭデューティ比がＡ点の場合（現在のＰＷＭデューティ比＝１０％）には、Ａ点が負荷Ｒ＝４００ＭΩの特性に最も近いのでこの特性を選択する。
【００１９】
次いでこの特性に基づいて出力が目標出力になる時のＰＷＭデューティ比を１５％に予測し（ステップＳ５）、次いでこのＰＷＭデューティ比に応じた信号を出力し（ステップＳ６）、次いでステップＳ３に戻る。そして、例えば図２において次の出力値及びＰＷＭデューティ比がＢ点の場合（現在のＰＷＭデューティ比＝１５％）には、Ａ点が負荷Ｒ＝３００ＭΩの特性に最も近いのでこの特性を選択する。
【００２０】
次いで出力が目標出力になる時のＰＷＭデューティ比を予測するために、負荷Ｒ＝３００ＭΩの特性に基づいてＰＷＭデューティ比を２７％に決定し（ステップＳ５）、次いでこのＰＷＭデューティ比に応じた信号を出力し（ステップＳ６）、次いでステップＳ３に戻る。図３は次の出力値及びＰＷＭデューティ比がＣ点になったこと、すなわち出力値が目標値になったことを示し、この場合には、以降に大きな負荷変動がなければＣ点付近で出力値は安定する。
【００２１】
図５は第２の実施形態を説明するための図であり、次のＰＷＭデューティ比を予測して制御を行う様子を示している。例えばＰＷＭデューティ比の初期値を１０％に設定して出力が目標値以下のＡ点になった場合、原点及びＡ点を結んだ直線と出力目標値との交点が次の予測点であるので、この場合にはこの予測点に対応するＰＷＭデューティ比（＝２５％）を出力する。
【００２２】
そして、このＰＷＭデューティ比（＝２５％）に対する次の出力が例えばＢ点の場合には、原点及びＢ点を結んだ直線と出力目標値との交点（予測点）に対応するＰＷＭデューティ比（＝３０％）を出力する。図５はこのようにして出力がＣ、Ｄ、Ｅ点を経由して目標値（Ｆ点）に制御されることを示している。このような構成によれば、ＲＯＭ１２には第１の実施形態のように大容量のＰＷＭデューティ比−出力特性を記憶する必要がなく、また、ＣＰＵ１１は簡単に且つ早く予測計算を行うことができる。
【００２３】
図６は第３の実施形態として、直線近似により次のＰＷＭデューティ比を予測する方法を示している。先ず、例えばＰＷＭデューティ比の初期値を１０％に設定し、次いで次のＰＷＭデューティ比を２０％に設定する。そして、各設定値に対する出力がそれぞれＡ点、Ｂ点になった場合、Ａ点及びＢ点を結んだ直線と出力目標値との交点を予測点とし、この予測点に対応するＰＷＭデューティ比（＝３４％）を出力する。
【００２４】
そして、このＰＷＭデューティ比（＝３４％）に対する次の出力が例えばＣ点の場合には、その前のＢ点とＣ点を結んだ直線と出力目標値との交点（予測点）に対応するＰＷＭデューティ比を出力する。図６はこの直線近似により出力がＣ、Ｄを経由して目標値（Ｅ点）に制御されることを示している。このような構成によれば、ＲＯＭ１２には第１の実施形態のように大容量のＰＷＭデューティ比−出力特性を記憶する必要がなく、また、ＣＰＵ１１は簡単に且つ早く予測計算を行うことができると共に、収束時間を早くすることができる。
【００２５】
図７は第２の実施形態の変形例として、出力が目標値を挟んで振動しながら目標値に近づくように予測する方法を示し、結果的にＰＷＭデューティ比が目標値に近ずく特性を下が凸として、前述までの例より短時間で目標値に達することができるようにした方法を示している。すなわち、最初のＰＷＭデューティ比に対する出力が目標値以下のＡ点の場合、原点及びＡ点を結んだ直線と出力目標値との交点より出力が大きくなるＢ点を予測点とし、この予測点に対応するＰＷＭデューティ比（＝６０％）を出力する。次いでこのＰＷＭデューティ比に対する出力が未だ目標値以下の場合、原点及び点を結んだ直線と出力目標値との交点より出力が大きくなる点を予測点として、この予測点に対応するＰＷＭデューティ比を出力する。
【００２６】
次に図８を参照して第４の実施形態の制御を説明する。なお、図４に示す処理と同じ処理については同じステップ番号を付す。先ず、ステップＳ１においてスタートし、次いで初期ＰＷＭデューティ比に応じた信号を出力する（ステップＳ２）。次いで一定周期（制御周期）の間待機した後（ステップＳ３）、出力の立ち上がり時、出力の目標値の変更時か否かに応じて制御方式を選択する（ステップＳ７）。
【００２７】
ここで、制御方式を選択する場合、一例として出力値が目標値の近傍でなければ出力の立ち上がり時、出力の目標値の変更時と判断してステップＳ８に進み、他方、近傍であれば出力の立ち上がり時、出力の目標値の変更時でないと判断してステップＳ９に進む。また、他の例としてＰＷＭデューティ比の更新回数が１０回以上でない場合には出力の立ち上がり時、出力の目標値の変更時と判断してステップＳ８に進み、他方、１０回以上の場合には出力の立ち上がり時、出力の目標値の変更時でないと判断してステップＳ９に進む。
【００２８】
そして、ステップＳ８では、
新ＰＷＭデューティ比
＝旧ＰＷＭデューティ比×（目標出力／旧出力） …（２）
により新ＰＷＭデューティ比を予測し、他方、ステップＳ９では前述した式（１）により新ＰＷＭデューティ比を決定する。次いでこのＰＷＭデューティ比に応じた信号を出力し（ステップＳ６）、次いでステップＳ３に戻る。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、負荷が大きく変動する場合に応答性及び安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＰＷＭ制御装置の一実施形態を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１のＰＷＭ制御装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】図２のＲＯＭに記憶されている負荷毎のＰＷＭデューティ比−出力特性を示す説明図である。
【図４】図２のＣＰＵのＰＷＭ制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】第２の実施形態の予測処理を示す説明図である。
【図６】第３の実施形態の予測処理を示す説明図である。
【図７】第２の実施形態の変形例の予測処理を示す説明図である。
【図８】第４の実施形態のＰＷＭ制御を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ コントローラ
２ 出力装置（高圧電源）
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ ＰＷＭ発生回路
１５ Ａ／Ｄ変換回路

Claims (3)

1. 現在の出力信号に基づいて次の出力信号を制御するためのＰＷＭデューティ比を更新するＰＷＭ制御装置において、
   一定負荷におけるＰＷＭデューティ比を変化させたときの出力信号の変位を連続させて示したＰＷＭデューティ比−出力特性と、複数の異なるそれぞれの負荷に対応させて出力信号の変位を連続させて示したＰＷＭデューティ比−出力特性を予め格納しておく記憶手段と、
   予め定めたＰＷＭデューティ比によって出力信号を出力し、その一定時間後にその出力信号に最も近いＰＷＭデューティ比−出力特性を前記記憶手段から選択する選択手段と、
   該選択手段で選択された前記ＰＷＭデューティ比−出力特性からこのＰＷＭデューティ比−出力特性での出力信号が目標出力値に達すると予測されたＰＷＭデューティ比を、次の出力信号のＰＷＭデューティ比として更新させるＰＷＭ制御手段と、
   を備えたことを特徴とするＰＷＭ制御装置。
2. 前記ＰＷＭ制御手段は、出力の立ち上がり時に次のＰＷＭデューティ比を予測することを特徴とする請求項１記載のＰＷＭ制御装置。
3. 前記ＰＷＭ制御手段は、出力の目標値の変更時に次のＰＷＭデューティ比を予測することを特徴とする請求項１又は２記載のＰＷＭ制御装置。

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