JP4085196B2 - モータ駆動装置及びその駆動電圧補正方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数及び振幅が定められた往復駆動用のアナログ駆動電圧により、モータを所定の回転範囲で往復駆動させるモータ駆動装置及びその駆動電圧補正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
モータを駆動源とし、その往復駆動に基づいて被動作対象を往復動作させるモータ駆動装置がある。この被動作対象は、例えば、被照射物をスキャン状に照射する光源や、被検体をスキャン状にセンシングするセンサであり、そのなかには、極めて精度の高い往復動作を要求するものがある。
【0003】
上記のようにモータを往復駆動させる場合、図8に示すモータ20’、タコジェネレータ30’、モータ速度制御部40’からなるモータ駆動装置において、通常、sin波形のモータ駆動電圧が用いられる。この場合、被動作対象の往復周波数はsin波形の周波数に比例し、往復振幅角はsin波形の振幅(波高)に比例する。従って、被動作対象を所定の中心位置を基準として精度良く往復動作させるには、sin波形の正波形と負波形とを一致させる必要があり、また、デジタル駆動電圧のギザギザ(ドット)を許容しない用途においては、アナログ駆動電圧を用いる必要がある。
【0004】
しかしながら、上記sin波形のアナログ駆動電圧でモータを往復駆動させると、図9の(A)に示すように、駆動電圧に比例した速度でモータが振幅し、このときモータの回転位置は、図9の(B)に示すように、モータの回転速度と90゜位相をずらした関係になる。つまり、図10の(A)に示すように、アナログ駆動電圧が理想的なsin波形である場合は、位置ズレなくモータが往復駆動することになるが、速度指令電圧の開始電圧が0Vでなかったり、sin波が外来ノイズや歪みの影響を受けたりする場合などには、図10の(B)に示す如く、波形そのものが変位軸方向に(+)または(−)のズレ(オフセット)を生じることとなり、その結果、▲1▼に示すsin波の軌跡で振幅を繰り返しながら、▲2▼に示すモータの駆動中心位置(往復駆動範囲)も一定方向へオフセット量分ずれていって、大きな誤差を生じさせてしまうという問題がある。この場合、モータを一旦停止させてその位置ズレを補正することも考えられるが、デジタルによる位置制御と異なりアナログによる速度制御の場合、どの時点で速度指令によるオフセット電圧が加わるか不明であり、このようなモータ駆動制御に対しては対応することができない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、モータをアナログ電圧で往復駆動させるものでありながら、アナログ駆動電圧の開始電圧や、外来ノイズ、歪み等の影響を受けてオフセットが発生し、フレ角がズレた状態で駆動した場合であっても、モータを何ら停止することなく、そのズレ方向及びズレ量に応じてアナログ駆動電圧が自動的に補正されるようになり、その結果、モータにおける駆動中心位置(往復駆動範囲)のズレを防止し、スピード変化やフレ角変化の大きい速度指令などによるモータ制御を行い得て、被動作対象を精度良くフレ角制御して往復動作させることができるモータ駆動装置及びその駆動電圧補正方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のモータ駆動装置は、入力される駆動電圧に応じて回転方向及び回転速度が変化するモータと、往復駆動用のアナログ駆動電圧を入力し、該アナログ駆動電圧に基づいて前記モータを所定の速度で往復駆動させるモータ速度制御部とを備えるモータ駆動装置であって、該モータ駆動装置には、前記モータの駆動位置を検出する駆動位置検出部と、モータの往復駆動位置のズレを補正する駆動電圧補正部とが備えられ、該駆動電圧補正部は、前記モータの目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ方向及びズレ量を、前記駆動位置検出部の位置情報に基づいて判断し、該ズレ方向及びズレ量に応じて前記アナログ駆動電圧を自動的に補正すべく構成されていることを特徴とするモータ駆動装置。
また、上記課題を解決するために本発明におけるモータ駆動装置の駆動電圧補正方法は、入力される駆動電圧に応じて回転方向及び回転速度が変化するモータと、往復駆動用のアナログ駆動電圧を入力し、該アナログ駆動電圧に基づいて前記モータを所定の速度で往復駆動させるモータ速度制御部と、前記モータの駆動位置を検出する駆動位置検出部とを備えるモータ駆動装置の駆動電圧補正方法であって、前記モータの目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ方向及びズレ量を、前記駆動位置検出手段の位置情報に基づいて判断するズレ判断工程と、前記ズレ方向及びズレ量に応じて前記アナログ駆動電圧を自動的に補正する駆動電圧補正工程とを備えることを特徴とするものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示するモータ駆動装置を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。この図に示すように、モータ駆動装置10は、モータ20と、タコジェネレータ30と、モータ速度制御部40と、エンコーダ50と、駆動電圧補正部60とを備えて構成され、上記モータ20の往復駆動により所定の被動作対象を往復揺動させる。ここで、モータ20は、入力される駆動電圧に応じて回転方向及び回転速度が変化する直流モータであり、その回転速度がタコジェネレータ30で検出され、モータ速度制御部40にフィードバックされる。
【0008】
モータ速度制御部40は、周波数及び振幅が規定された往復駆動用のアナログ駆動電圧(速度指令電圧)を入力し、該アナログ駆動電圧に基づいてモータ20を所定の角度範囲で往復駆動させると共に、タコジェネレータ30からのフィードバック信号に応じて、モータ20の駆動速度制御を行う。ここで、上記アナログ駆動電圧はsin波であり、該sin波の周波数および振幅に基づいて、被動作対象の揺動周波数および揺動角が規定される。また、上記アナログ駆動電圧は、オペアンプ(補正電圧合成手段)41を介してモータ速度制御部40に入力される。このオペアンプ41は、他方の入力端子が駆動電圧補正部60に接続され、該駆動電圧補正部60から出力される補正電圧を上記アナログ駆動電圧に合成する。エンコーダ50は、フレ角センサーとして機能し、モータ20が所定角度回転する毎にパルスを出力し、その波形は、モータ20の回転方向(CW、CCW)に応じて相違する。
【0009】
図2は、駆動電圧補正部の構成を示すブロック図である。この図に示すように、駆動電圧補正部60は、アップダウンカウンタ61と、マイクロコンピュータ62と、D/Aコンバータ(補正電圧出力手段)63とを備える。アップダウンカウンタ61は、エンコーダ50の検出パルスを入力し、それがモータ20のCW方向へ回転した検出パルスである場合は、モータ駆動位置カウンタをカウントアップし、CCW方向へ回転した検出パルスである場合は、モータ駆動位置カウンタをカウントダウンする。これにより、モータ20の駆動位置を検出するモータ駆動位置検出部50及び61が構成される。マイクロコンピュータ62は、アップダウンカウンタ61からモータ20の位置情報を取得すると共に、この位置情報に基づいて、モータ20の目標駆動中心位置(または目標駆動範囲であっても良い)に対する現駆動中心位置(または現駆動範囲であっても良い)のズレ方向及びズレ量を算出し、このズレ方向及びズレ量に応じた電圧補正信号を出力する。D/Aコンバータ63は、マイクロコンピュータ62が出力した電圧補正信号をアナログ電圧信号に変換し、前述したオペアンプ41に入力する。
【0010】
次に、駆動電圧補正部60におけるマイクロコンピュータ62の処理手順を図3に基づいて説明する。図3に示すように、マイクロコンピュータ62は、まず、アップダウンカウンタ61の位置情報(カウンタ値)を所定の周期でサンプリングする(ステップ1:位置情報サンプリング工程)。次に、所定時間内にサンプリングした位置情報から最大位置及び最小位置を抽出する(ステップ2:最大・最小位置抽出工程)。続いて、モータ20の目標中心位置に対する前記最大位置の偏差を演算(ステップ3:最大位置偏差演算工程)と共に、目標中心位置に対する前記最小位置の偏差を演算する(ステップ4:最小位置偏差演算工程)。次に、前記最大位置偏差と最小位置偏差との比較に基づいて、前記目標駆動範囲に対する現駆動範囲のズレ方向を判断(ステップ5:ズレ方向判断工程)すると共に、前記最大位置偏差と最小位置偏差との差に基づいて、前記目標駆動範囲に対する現駆動範囲のズレ量を判断する(ステップ6:ズレ量判断工程)。そして、前記ズレ量が所定の許容値を越える場合は(ステップ7)、そのズレ方向及びズレ量に応じた電圧補正信号を生成し、D/Aコンバータ63に出力する(ステップ8:駆動電圧補正工程)。これにより、モータ20の往復駆動用アナログ駆動電圧に、ズレ量に相当する補正電圧を逆極性の電圧として合成し、モータ20の位置ズレを自動的に補正することが可能になる。
【0011】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、モータ速度制御部40に往復駆動用のアナログ駆動電圧(sin波)を入力すると、モータ20は、所定の駆動範囲を所定の駆動速度で往復駆動する。例えば、図4の(A)に示すように、往復駆動の目標中心位置を90゜、目標駆動範囲を80゜〜100゜とし、理想的なsin波形を入力した場合には、図4の(B)に破線で示す如く、モータ20は、80゜〜100゜の範囲で往復駆動するが、アナログ駆動電圧にオフセット電圧がかかると、図4の(B)に実線で示す如く、モータ20の駆動範囲にズレが発生し、例えば、経時的に82゜〜102゜、83゜〜103゜、84゜〜104゜と変化する。駆動電圧補正部60のマイクロコンピュータ62は、図5に示すように、アップダウンカウンタ61の位置情報を所定の周期tでサンプリングすると共に、所定時間T内にサンプリングした位置情報の中から、最小位置及び最大位置を抽出し、図6に示す如く、モータ20の目標中心位置(90゜)に対する最大位置(102゜)の偏差A(12゜)、目標中心位置(90゜)に対する最小位置(82゜)の偏差B(8゜)、最大位置偏差Aと最小位置偏差Bとの差C(4゜)、最小位置偏差Bと最大位置偏差Aとの差D(−4゜)等を演算する。そして、差Cと差Dとの比較に基づいて、目標駆動範囲に対する現駆動範囲のズレ方向を判断(上記の例では差Cの方向)すると共に、差Cまたは差Dに基づいて、目標駆動範囲に対する現駆動範囲のズレ量を判断する(例えば、ズレ量=差C×0.5=2゜)。ここで、ズレ量が所定の許容値αを越える場合は、そのズレ方向及びズレ量に応じた電圧補正信号を出力し、これを、前記アナログ駆動電圧に合成する。これにより、モータ20の現駆動範囲を、図7に示すように、目標駆動範囲に戻すことが可能になる。
【0012】
このように本発明の実施形態は、モータ20をアナログ駆動電圧(sin波)で往復駆動させるが、アナログ駆動電圧の開始電圧が0Vでなかったり、sin波が外来ノイズや歪みの影響を受けたりすることでオフセットが発生しても、モータを何ら停止することなく、そのズレ方向及びズレ量に応じてアナログ駆動電圧が自動的に補正されるようになり、その結果、モータ20における駆動中心位置や駆動範囲のズレを防止し、スピード変化やフレ角変化の大きい速度指令などによるモータ制御を行い得て、被動作対象を精度良くフレ角制御して往復動作させることができる。
【0013】
また、駆動電圧補正部60は、モータ20が所定角度回転する毎に検出パルスを発生させるエンコーダ50と、該エンコーダ50の検出パルスを、モータ20の回転方向に応じてアップダウンカウントするアップダウンカウンタ61とを用いてモータ20の位置を判断するため、簡単な構成で精度の高い位置情報を取得することが可能になる。
【0014】
また、駆動電圧補正部60は、モータ20の位置情報を所定の周期でサンプリングすると共に、所定時間内にサンプリングした位置情報から最大位置及び最小位置を抽出し、また、モータ20の目標中心位置に対する最大位置の偏差を演算すると共に、モータ20の目標中心位置に対する最小位置の偏差を演算し、そして、最大位置偏差と最小位置偏差との比較に基づいて、目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ方向を判断するので、簡単な演算処理で駆動中心位置または駆動範囲のズレ方向を精度良く判断することができる。
【0015】
また、駆動電圧補正部60は、最大位置偏差と最小位置偏差との差に基づいて、目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ量を判断するので、簡単な演算処理で駆動中心位置または駆動範囲のズレ量を精度良く判断することができる。
【0016】
また、駆動電圧補正部60がズレ方向及びズレ量に応じて出力した補正電圧は、モータ速度制御部40のオペアンプ41によってアナログ駆動電圧に合成されるので、簡単な回路構成でアナログ駆動電圧の自動補正を行うことができる。
【0017】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、モータ駆動装置10が、モータ20の目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ方向及びズレ量を、前記駆動位置検出部(50及び61)の位置情報に基づいて判断し、該ズレ方向及びズレ量に応じて前記アナログ駆動電圧を自動的に補正する駆動電圧補正部60を備えて構成されていることにより、モータ20をアナログ駆動電圧で往復駆動させるものでありながら、アナログ駆動電圧の開始電圧や、外来ノイズ歪み等の影響を受けてオフセットが発生し、フレ角がズレた状態で駆動した場合であっても、モータを何ら停止することなく、そのズレ方向及びズレ量に応じてアナログ駆動電圧が自動的に補正されるようになり、その結果、モータにおける駆動中心位置(往復駆動範囲)のズレを防止し、スピード変化やフレ角変化の大きい速度指令などによるモータ制御を行い得て、被動作対象を精度良く往復動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図2】駆動電圧補正部の構成を示すブロック図である。
【図3】駆動電圧補正部の処理手順を示すフローチャートである。
【図4】(A)は目標駆動中心位置及び目標駆動範囲を示す図、(B)は駆動中心位置または駆動範囲のズレを示す図である。
【図5】モータ位置情報のサンプリング処理を示す図である。
【図6】モータ位置情報のズレ方向及びズレ量を示す図である。
【図7】駆動電圧補正部の作用を示す図である。
【図8】従来例のモータ駆動装置を示すブロック図である。
【図9】(A)はモータの駆動速度を示すタイミングチャート、(B)はモータの位置を示すタイミングチャートである。
【図10】(A)は理想電圧によるモータの駆動位置を示す図、(B)はオフセット電圧がかかった駆動電圧によるモータの駆動位置を示す図である。
【符号の説明】
10 モータ駆動装置
20 モータ
30 タコジェネレータ
40 モータ速度制御部
41 オペアンプ
50 エンコーダ
60 駆動電圧補正部
61 アップダウンカウンタ
62 マイクロコンピュータ
63 D/Aコンバータ
Claims (8)
- 入力される駆動電圧に応じて回転方向及び回転速度が変化するモータと、往復駆動用のアナログ駆動電圧を入力し、該アナログ駆動電圧に基づいて前記モータを所定の速度で往復駆動させるモータ速度制御部とを備えるモータ駆動装置であって、
該モータ駆動装置には、前記モータの駆動位置を検出する駆動位置検出部と、モータの往復駆動位置のズレを補正する駆動電圧補正部とが備えられ、
該駆動電圧補正部は、前記モータの目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ方向及びズレ量を、前記駆動位置検出部の位置情報に基づいて判断し、該ズレ方向及びズレ量に応じて前記アナログ駆動電圧を自動的に補正すべく構成されていることを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1において、前記駆動位置検出部は、前記モータが所定角度回転する毎に検出パルスを発生させるエンコーダと、該エンコーダの検出パルスを、前記モータの回転方向に応じてアップダウンカウントするアップダウンカウンタとを備えることを特徴とするモータ駆動装置。
- 請求項1乃至2において、前記駆動電圧補正部は、前記駆動位置検出部の位置情報を所定の周期でサンプリングする位置情報サンプリング手段と、所定時間内にサンプリングした位置情報から最大位置及び最小位置を抽出する最大・最小位置抽出手段と、前記モータの目標中心位置に対する前記最大位置の偏差を演算する最大位置偏差演算手段と、前記モータの目標中心位置に対する前記最小位置の偏差を演算する最小位置偏差演算手段と、前記最大位置偏差と最小位置偏差との比較に基づいて、前記目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ方向を判断するズレ方向判断手段とを備えることを特徴とするモータ駆動装置。
- 請求項3において、前記駆動電圧補正部は、前記最大位置偏差と最小位置偏差との差に基づいて、前記目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ量を判断するズレ量判断手段を更に備えることを特徴とするモータ駆動装置。
- 請求項1乃至4において、前記駆動電圧補正部は、前記ズレ方向及びズレ量に応じた補正電圧を出力する補正電圧出力手段を備え、前記モータ速度制御部は、前記補正電圧を前記アナログ駆動電圧に合成する補正電圧合成手段を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
- 入力される駆動電圧に応じて回転方向及び回転速度が変化するモータと、往復駆動用のアナログ駆動電圧を入力し、該アナログ駆動電圧に基づいて前記モータを所定の速度で往復駆動させるモータ速度制御部と、前記モータの駆動位置を検出する駆動位置検出部とを備えるモータ駆動装置の駆動電圧補正方法であって、
前記モータの目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ方向及びズレ量を、前記駆動位置検出手段の位置情報に基づいて判断するズレ判断工程と、
前記ズレ方向及びズレ量に応じて前記アナログ駆動電圧を自動的に補正する駆動電圧補正工程と
を備えることを特徴とするモータ駆動装置の駆動電圧補正方法。 - 請求項6において、前記ズレ判断工程は、前記駆動位置検出部の位置情報を所定の周期でサンプリングする位置情報サンプリング工程と、所定時間内にサンプリングした位置情報から最大位置及び最小位置を抽出する最大・最小位置抽出工程と、前記モータの目標中心位置に対する前記最大位置の偏差を演算する最大位置偏差演算工程と、前記モータの目標中心位置に対する前記最小位置の偏差を演算する最小位置偏差演算工程と、前記最大位置偏差と最小位置偏差との比較に基づいて、前記目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ方向を判断するズレ方向判断工程とを備えることを特徴とするモータ駆動装置の駆動電圧補正方法。
- 請求項7において、前記ズレ判断工程は、前記最大位置偏差と最小位置偏差との差に基づいて、前記目標駆動中心位置または目標駆動範囲に対する現駆動中心位置または現駆動範囲のズレ量を判断するズレ量判断工程を更に備えることを特徴とするモータ駆動装置の駆動電圧補正方法。
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