JP4729804B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの位置を検出するために互いに位相の異なる正弦波状の位置信号を出力する位置検出器を有するモータ制御装置において、位置信号のオフセットや位相差が望みの値からずれた場合でも、容易に検出して補正することで、常に精度のよい制御、特に精度のよい速度制御を可能とする、例えば電子写真プロセスの感光体を駆動するモータ等を制御するモータ制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
モータを精度よく制御するには、モータの位置を検出する位置検出器の精度が必要不可欠であり、位置検出器の出力する位置信号のオフセットを補正する補正装置が従来より広く利用されている。
【0003】
従来の位置検出器の出力する位置信号のオフセットを補正する場合の例についてその動作を説明する。
【0004】
モータにモータの位置を検出する位置検出器が取り付けられており、位置検出器の位置信号が、例えば互いに位相が90度異なる2つの正弦波状の信号である一般的なA相、B相の2相の信号MR1,MR2を出力し、このそれぞれの出力Pa、Pbが、
【0005】
【数1】
【0006】
【数2】
【0007】
であるとする。ここで、θsは位置検出器の位相であり、Aa、Abはそれぞれの信号の振幅で、Pao、Pboはそれぞれの信号のオフセット値である。この場合、例えば特願平06−172180号公報のように、位置検出器の位置信号の1周期分以上を回転させるオフセット検出動作が必要となり、A相、B相の出力値のそれぞれの最大値と最小値を検出し、
【0008】
【数3】
【0009】
【数4】
【0010】
のように、これらの平均値からそれぞれの相のオフセット値を検出可能となる。ここで、Max(x)はxの最大値を、Min(x)はxの最小値を表す。
【0011】
これにより、位置検出器の位置信号にオフセットがある場合でも、オフセットを検出可能となりオフセットを補正することが可能であった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の位置信号の最大値と最小値を検出してオフセットを検出する方式では、オフセット検出動作が必要である上、マイクロプロセッサ等で予め定めた一定周期毎に位置信号を検出する場合には、オフセット検出動作時のモータ回転速度を十分遅くしないと最大値と最小値を検出できないため、オフセット検出動作の時間が長時間必要であるといった問題点を有していた。
【0013】
また、オフセット検出動作の時間を短縮するためには、最大値と最小値をホールドする回路が必要となりコストが高くなるといった問題点を有していた。
【0014】
さらに、速度制御等を行っている際に、モータの温度上昇等で位置信号のオフセットが変化する場合は、一旦、制御を中止し、オフセット検出動作を再度実行しないとオフセットを補正できないといった問題点を有していた。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明のモータ制御装置は、モータと、前記モータの位置に応じて互いに位相の異なる複数の正弦波状で前記モータが1回転で定数倍の周期の位置信号を出力する位置検出器を有するモータ制御装置において、前記位置検出器の出力から前記モータの回転速度を出力する速度検出手段と、前記速度検出手段の出力に応じて前記モータの回転速度を予め定めた一定の速度指令値に制御する速度制御手段とを有し、前記速度検出手段の出力と前記速度指令値の偏差を周波数分析する周波数分析手段と、前記速度制御手段により前記モータの回転速度が前記速度指令値近傍に制御された後に、前記周波数分析手段の出力から前記位置検出器の前記位置信号のオフセット値の大きさを判断するオフセット判別値を出力するオフセット量判別手段と、前記オフセット判別値から位置検出器のそれぞれのオフセット値を補正するオフセット補正手段とを具備するものである。さらに具体的には、本発明のモータ制御装置は、モータと、モータの位置に応じて互いに位相の異なる複数の正弦波状でモータが1回転で定数倍の周期の位置信号を出力する位置検出器を有するモータ制御装置において、位置信号に基づきモータの位置を検出する位置信号処理器と、位置信号処理器が検出した位置に基づきモータの回転速度を検出して出力する微分器と、微分器の出力に応じてモータの回転速度を予め定めた一定の速度指令値に制御する速度制御器とを有し、微分器の出力と速度指令値との速度誤差を周波数分析する周波数分析器と、速度制御器によりモータの回転速度が速度指令値近傍に制御された後に、周波数分析器の出力から速度誤差における位置信号の周波数成分の大きさを判断し、判断した大きさをオフセット判別値として出力するオフセット量判別器と、オフセット判別値が小さくなるように、位置検出器のそれぞれの位置信号に対して設定したオフセット値を変更して調整することで、位置信号のオフセットを補正するオフセット補正器とを具備している。
【0016】
さらに、前記速度検出手段の出力と前記速度指令値の偏差を周波数分析する周波数分析手段と、前記速度制御手段により前記モータの回転速度が前記速度指令値近傍に制御された後に、前記周波数分析手段の出力から前記位置検出器の複数の前記位置信号の位相差の大きさを判断する位相差判別値を出力する位相差判別手段と、前記位相差判別値から位置検出器の位相差を補正する位相差補正手段とを具備するものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明は、モータと、前記モータの位置に応じて互いに位相の異なる複数の正弦波状で前記モータが1回転で定数倍の周期の位置信号を出力する位置検出器を有するモータ制御装置において、前記位置検出器の出力から前記モータの回転速度を出力する速度検出手段と、前記速度検出手段の出力に応じて前記モータの回転速度を予め定めた一定の速度指令値に制御する速度制御手段とを有し、前記速度検出手段の出力と前記速度指令値の偏差を周波数分析する周波数分析手段と、前記速度制御手段により前記モータの回転速度が前記速度指令値近傍に制御された後に、前記周波数分析手段の出力から前記位置検出器の前記位置信号のオフセット値の大きさを判断するオフセット判別値を出力するオフセット量判別手段と、前記オフセット判別値から位置検出器のそれぞれのオフセット値を補正するオフセット補正手段を具備するものである。さらに具体的には、本発明は、モータと、モータの位置に応じて互いに位相の異なる複数の正弦波状でモータが1回転で定数倍の周期の位置信号を出力する位置検出器を有するモータ制御装置において、位置信号に基づきモータの位置を検出する位置信号処理器と、位置信号処理器が検出した位置に基づきモータの回転速度を検出して出力する微分器と、微分器の出力に応じてモータの回転速度を予め定めた一定の速度指令値に制御する速度制御器とを有し、微分器の出力と速度指令値との速度誤差を周波数分析する周波数分析器と、速度制御器によりモータの回転速度が速度指令値近傍に制御された後に、周波数分析器の出力から速度誤差における位置信号の周波数成分の大きさを判断し、判断した大きさをオフセット判別値として出力するオフセット量判別器と、オフセット判別値が小さくなるように、位置検出器のそれぞれの位置信号に対して設定したオフセット値を変更して調整することで、位置信号のオフセットを補正するオフセット補正器とを具備している。
【0018】
【実施例】
以下本発明の一実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【0019】
(実施例1)
図1は本発明の第1の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【0020】
図1において、100はモータ、102は位置検出器、104は電流制御器、106は速度制御器、108は微分器、110は位置信号処理器、112は減算器、114は周波数分析器、116はオフセット量判別器、118はオフセット補正器である。
【0021】
図2は位置検出器の概念図である。
【0022】
図3は位置検出器の出力である位置信号の一例を示す説明図である。
【0023】
図4は周波数分析器の出力の一例を示す説明図である。
【0024】
図5は周波数分析器の出力の他の一例を示す説明図である。
【0025】
図6はオフセット量判別器の動作を示す概念図である。
【0026】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下図1、図2、図3、図4、図5、図6を用いてその動作を説明する。
【0027】
従来のモータ制御装置と同様に、モータ100にモータの位置を検出する位置検出器102が取り付けられている。位置検出器102は図2に示すように、予め着磁された磁石の着磁パターンをMR素子で検出し互いに位相が90度の信号MR1,MR2を出力する。これらのMR1,MR2の信号はオフセット補正器118によりそれぞれのオフセットを補正された後、位置信号処理器110に入力しモータの位置を検出する。この位置信号処理器110の動作は、例えばMR1,MR2の信号から逆三角関数で求めればよい。さらに、この位置信号を微分器108によりモータの速度に変換される。速度制御器106はこの検出された速度が速度指令値に追従するように、例えば公知のPI制御等で制御すればよく、そのためのトルク指令を電流制御器104に出力する。そして、電流制御器104は、指令されたトルクを発生するようにモータ100へ供給する電流を、例えば公知のPI制御等で制御する。
【0028】
次に、本発明のオフセット補正動作について詳細に説明する。
【0029】
位置検出器102からの位置信号MR1,MR2に図3に示すようなオフセットがあるとする。ここで、θmはモータの位置で、MR1,MR2はモータ1回転の2倍の周期であるとする。そのためモータ1回転の回転角度360度で位置信号は2周期分の信号を出力することになる。図3に示すようなオフセットが位置信号がのっている場合、位置信号処理器110で処理して求まるモータの位置は、オフセットの影響で位置信号の1周期毎に変化する誤差が生じる。そのため、微分器108で演算されるモータの検出速度にも位置信号の1周期毎に変化する誤差が生じる。そこで、予め定めた一定の速度指令で速度制御を行った場合、減算器112で計算される速度指令値ωdとモータ検出速度ωmとの速度誤差ωeは、
【0030】
【数5】
【0031】
となり、この速度誤差ωeを周波数分析器114により公知の周波数分析すると、速度指令値ωmの2倍の周波数にピークをもつ波形を得ることができる。つまり、位置信号MR1,MR2の周波数でピークが出ることが分かる。オフセット量判別器116により、このピークの値をオフセット判別値とする。実際に、速度誤差を周波数分析した一例を図4に示す。図4の右側の周波数が高いところのピークが位置信号の周波数成分のピークで、このピーク値がオフセット判別値である。なお、図4には位置信号の周波数のピークの他に左側の周波数が低いところにもピークが観測されるが、これはモータのコギング成分のピークである。
【0032】
この位置信号の周波数成分のピーク値であるオフセット判別値は、オフセットが小さくなると図5に示すように値が小さくなる。即ち、オフセット判別値は、図6に示すように最小値をもち、その場合が位置信号にオフセットがない場合であることが分かる。さらに、オフセットの特質上、調整する位置信号以外の位置信号のオフセットが任意の値であっても、その条件での最小値を求めることができる。そのため、オフセット補正器118は、例えば、MR2の設定するオフセット値を固定し、MR1の設定するオフセットを変更してオフセット判別値が最小になるように調整する。その後、MR1の設定するオフセット値を固定し、MR2の設定するオフセット値を変更してオフセット判別値が最小になるように調整すれば、位置信号のオフセットがない状態に調整できることになる。
【0033】
この最小値を検出する方法は、図6に示したオフセットの性質上、設定するオフセット値を任意の方向に一旦ずらしてみて、オフセット判別値が大きくなれば逆の方向にずらして検出するといった動作を繰り返し、最小値になるまで同じ補正動作を繰り返し行うことで容易に実現できることが分かる。
【0034】
以上の構成により、位置検出器の位置信号のオフセットがずれた場合でも、容易に検出でき補正することが可能となる。特に、一定速度で速度制御している場合は、速度制御中でも常時オフセットを検出し補正することが可能となるため、通電時の温度上昇等によって位置信号のオフセットが生じた場合でも、速度制御を中断することなくオフセットを補正することが可能となり、常に最適な速度制御が可能となる。
【0035】
なお、ここでは説明の都合上、位置検出器の位置信号MR1,MR2はモータ1回転の2倍の周期であるとしたが、定数であればよく、モータのコギング成分の周波数よりも十分に高い周波数の場合が一般的である。また、この定数は、本実施例のように、モータと位置検出器が直結されている場合は1以上の整数である自然数となるが、モータにギヤ等が取り付けられギヤで減速あるいは増速された軸に位置検出器が取り付けられている場合はギヤ比により自然数にならない場合もある。
【0036】
さらに、ここでは速度制御について説明したが、位置制御やトルク制御の場合でも一定速度で制御する期間があれば、その期間でオフセットを検出し補正することが可能である。また、オフセット補正用に速度制御のテスト動作を組み入れてもよい。
【0037】
また、ここでは、速度誤差ωeを周波数分析することでオフセット判別値を求めていたが、速度制御器106の出力であるトルク指令値を周波数分析してもよく、同様の結果が得られる。
【0038】
次に、第1の実施例では、周波数分析器により周波数分析を行い、オフセット判別値を求めていたが、周波数分析を行う場合計算量が多くなりモータを制御する演算装置が高価になるといった問題点があった。
【0039】
そこで、本発明の第2の実施例として、簡便にオフセット判別値を求めて、位置信号のオフセットを補正することを可能とするモータ制御装置を提供する。
【0040】
(実施例2)
以下本発明の第2の実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【0041】
図7は本発明の第2の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【0042】
図7において、100はモータ、102は位置検出器、104は電流制御器、106は速度制御器、108は微分器、110は位置信号処理器、112は減算器、118はオフセット補正器、200はフィルター、202はオフセット量判別器である。
【0043】
図8はフィルターの特性を示した説明図である。
【0044】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下図7、図8を用いてその動作を説明する。
【0045】
第1の実施例のモータ制御装置と同様に、モータ100にモータの位置を検出する位置検出器102が取り付けられており、互いに位相が90度の信号MR1,MR2を出力する。これらのMR1,MR2の信号はオフセット補正器118によりそれぞれのオフセットを補正された後、位置信号処理器110に入力しモータの位置を検出し、さらに、微分器108によりモータの速度に変換される。速度制御器106はこの検出された速度が速度指令値に追従するようにトルク指令を電流制御器104に出力し、電流制御器104により、指令されたトルクを発生するようにモータ100へ供給する電流を制御する。
【0046】
次に、本発明のオフセット補正動作について詳細に説明する。
【0047】
位置検出器102からの位置信号MR1,MR2は、第1の実施例と同様、モータ1回転の2倍の周期で、図3に示すようなオフセットがあるとすると、位置信号処理器110及び微分器108で求まるモータの位置及び速度は、位置信号の1周期毎に変化する誤差が生じる。したがって、予め定めた一定の速度指令で速度制御を行った場合、減算器112で計算される速度誤差ωeに、位置信号の周波数である速度指令値ωmの2倍の周波数の変動成分が加わる。
【0048】
そこで、フィルター200を、例えば図8に示したように二次のバンドパスフィルターとして、位置信号の周波数近傍以外の周波数成分をカットするフィルターを構成する。速度誤差ωeをこのフィルター200を通すことにより、主に位置信号の周波数近傍の成分を抽出することができる。つまり、オフセットがあることによって発生する速度誤差の成分が、このフィルター200を通した値で検出できることになり、オフセット量判別器202はこの値をオフセット判別値とすればよい。
【0049】
このオフセット判別値も、第1の実施例と同様に、設定するオフセット値をずらすと位置信号MR1,MR2は極小値をもつため、オフセット補正器118によりオフセット判別値が最小になるように調整すれば、位置信号のオフセットがない状態に調整できることになる。
【0050】
以上の構成により、簡便なフィルターによりオフセット判別値を求め、オフセットを補正することが可能となり、安価な演算装置でも精度のよいモータ制御が可能となる。
【0051】
なお、フィルターの特性を図8に示した二次のバンドパスフィルターとしたが、位置信号の周波数近傍以外の周波数成分をカットするフィルターであればどのような構成でもよい。
【0052】
また、フィルターを通した後の値に、位置信号の周波数近傍で位置信号の周波数成分以外の振動成分も含まれる場合があるが、オフセットを変更しても変化しないため、最小値を求める上で弊害になることはない。
【0053】
さらに、ここでも、速度誤差ωeを周波数分析することでオフセット判別値を求めていたが、速度制御器106の出力であるトルク指令値をフィルターに通してもよく、同様の結果が得られる。
【0054】
次に、第1及び第2の実施例では、オフセット判別値が最小になるようにオフセットを補正することで、高精度な補正が可能となったが、オフセットが大きくずれていた場合に、最小値を求める繰り返し回数が増加し、オフセット補正の時間が長くなるといった問題点を有していた。
【0055】
そこで、本発明の第3の実施例として、オフセットが大きくずれた場合でも、オフセットの補正時間を短縮可能なモータ制御装置を提供する。
【0056】
(実施例3)
以下本発明の第3の実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【0057】
図9は本発明の第3の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【0058】
図9において、100はモータ、102は位置検出器、104は電流制御器、106は速度制御器、108は微分器、110は位置信号処理器、112は減算器、114は周波数分析器、116はオフセット量判別器、300はオフセット変化幅記憶手段、302はオフセット補正器である。
【0059】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下図9を用いてその動作を説明する。
【0060】
第1の実施例のモータ制御装置と同様に、モータ100にモータの位置を検出する位置検出器102が取り付けられており、互いに位相が90度の信号MR1,MR2を出力する。これらのMR1,MR2の信号はオフセット補正器118によりそれぞれのオフセットを補正された後、位置信号処理器110に入力しモータの位置を検出し、さらに、微分器108によりモータの速度に変換される。速度制御器106はこの検出された速度が速度指令値に追従するようにトルク指令を電流制御器104に出力し、電流制御器104により、指令されたトルクを発生するようにモータ100へ供給する電流を制御する。
【0061】
位置検出器102からの位置信号MR1,MR2は、第1の実施例と同様、モータ1回転の2倍の周期で、図3に示すようなオフセットがあるとすると、予め定めた一定の速度指令で速度制御を行った場合、減算器112で計算される速度誤差ωeに、位置信号の周波数である速度指令値ωmの2倍の周波数の変動成分が加わる。この信号を周波数分析器114により周波数分析し、速度指令値ωmの2倍の周波数にピークをもつ波形を得ることができ、オフセット量判別器116により、このピークの値をオフセット判別値とする。
【0062】
次に、本発明のオフセット補正動作について詳細に説明する。
【0063】
位置信号MR1,MR2のオフセットとオフセット判別値との関係は、図6に示すように最小値をもつ関係にあり、かつ、最小値近傍ではオフセット判別値の変化が小さくなることが分かる。また、位置信号MR1,MR2のオフセットは温度等の環境条件で変化するが、オフセットの変化幅とオフセット判別値の変化幅との関係の変動は少ない。そこで、予めオフセットの変化幅とオフセット判別値の変化幅との関係を測定し、オフセット変化幅記憶手段300に記憶しておく。そして、オフセット補正器302により予め定めた変化幅だけ設定するオフセット値を変化させ、その時のオフセット判別値の変化幅を、オフセット変化幅記憶手段300に記憶されたオフセットの変化幅とオフセット判別値の変化幅との関係と比較して、おおよそのオフセットを求めることが可能となる。その後、第1の実施例と同様に、設定するオフセット値をずらしてオフセット判別値が最小になるように調整することで、オフセットが大きくずれていた場合でも、最小値を求める繰り返し回数の増加を抑制し、オフセット補正を高速に実現することが可能となる。
【0064】
次に、第3の実施例では、予めオフセットの変化幅とオフセット判別値の変化幅との関係を測定して記憶しておくことで、オフセット補正を高速に実現することが可能となったが、オフセットの変化幅とオフセット判別値の変化幅との関係を記憶しておく記憶手段のコストが高くなるといった問題点があった。また、位置検出器の種類毎にオフセットの変化幅とオフセット判別値の変化幅との関係を予め測定する必要があるだけでなく、位置検出器が同じであっても、オフセットを判別する際のモータの速度指令値が異なると、再度、オフセットの変化幅とオフセット判別値の変化幅との関係を測定する必要があるといった問題点があった。
【0065】
そこで、本発明の第4の実施例として、オフセットの変化幅とオフセット判別値の変化幅との関係を記憶しなくても、高速に位置検出器のオフセット値を検出し補正可能なモータ制御装置を提供する。
【0066】
(実施例4)
以下本発明の第4の実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【0067】
図10は本発明の第4の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【0068】
図10において、100はモータ、102は位置検出器、104は電流制御器、106は速度制御器、108は微分器、110は位置信号処理器、112は減算器、114は周波数分析器、116はオフセット量判別器、118はオフセット補正器、400はオフセット粗調器、402は切替器である。
【0069】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下図10を用いてその動作を説明する。
【0070】
第1の実施例のモータ制御装置と同様に、モータ100にモータの位置を検出する位置検出器102が取り付けられており、互いに位相が90度の信号MR1,MR2を出力する。これらのMR1,MR2の信号はオフセット補正器118によりそれぞれのオフセットを補正された後、位置信号処理器110に入力しモータの位置を検出し、さらに、微分器108によりモータの速度に変換される。速度制御器106はこの検出された速度が速度指令値に追従するようにトルク指令を電流制御器104に出力し、電流制御器104により、指令されたトルクを発生するようにモータ100へ供給する電流を制御する。
【0071】
次に、本発明のオフセット補正動作について詳細に説明する。
【0072】
位置検出器102からの位置信号MR1,MR2は、第1の実施例と同様、モータ1回転の2倍の周期で、図3に示すようなオフセットがあるとする。
【0073】
まず、切替器402によりオフセット粗調器400に接続する。オフセット粗調器400は、従来のモータ制御装置と同様に、位置検出器の位置信号の1周期分以上を回転させるオフセット検出動作を予め実行し、その際に位置信号MR1,MR2のそれぞれの最大値と最小値を検出して、それぞれの平均値を求めそれぞれの位置信号のオフセットを検出する。そして、位置信号のオフセットを位置信号から差し引くことでオフセットが補正される。
【0074】
次に、切替器402によりオフセット補正器118に接続する。オフセット粗調器400によりオフセットを粗調された位置信号を用いてモータの速度を求め、このモータ速度を用いて、第1の実施例と同様に、予め定めた一定の速度指令で速度制御を行い、その時の減算器112で計算される速度誤差ωeを周波数分析器114により周波数分析する。すると、速度指令値ωmの2倍の周波数にピークをもつ波形を得ることができ、オフセット量判別器116によりこのピークの値をオフセット判別値とする。そして、設定するオフセット値をずらしてオフセット判別値が最小になるように調整すること、精度よくオフセットを補正することができる。
【0075】
なお、本実施例の構成から明らかなように、オフセット粗調器400で求めるオフセットの精度は悪くてもよいため、位置信号の最大値、最小値の値の精度も高精度である必要がない。そのため、従来、測定時間が問題であったオフセット検出動作の際の動作は高速に行うことが可能である。
【0076】
以上により、オフセット補正器118が補正するオフセットの量は小さくなるため、予めオフセットの変化幅とオフセット判別値の変化幅との関係を測定して記憶する必要がなくなり、モータの速度指令値が任意の値であっても、オフセット補正を高速に実現することが可能となる。
【0077】
次に、第1及び第2及び第3及び第4の実施例では、位置検出器の複数の位置信号のオフセットは容易に補正可能なことを説明したが、位置検出器の複数の位置信号の位相差がずれることで、位置検出器の検出精度が悪化するといった問題点があった。
【0078】
そこで、本発明の第5の実施例として、位置検出器の複数の位置信号の位相差がずれた場合に、位相差のずれを容易に検出可能なモータ制御装置を提供する。
【0079】
(実施例5)
以下本発明の第5の実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【0080】
図11は本発明の第5の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【0081】
図11において、100はモータ、102は位置検出器、104は電流制御器、106は速度制御器、108は微分器、110は位置信号処理器、112は減算器、500は周波数分析器、502は位相ずれ量判別器、504は位相ずれ量補正器である。
【0082】
図12は位置検出器の出力である位置信号の一例を示す説明図である。
【0083】
図13は周波数分析器の出力の一例を示す説明図である。
【0084】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下図11、図12、図13を用いてその動作を説明する。
【0085】
第1の実施例のモータ制御装置と同様に、モータ100にモータの位置を検出する位置検出器102が取り付けられており、互いに位相が90度の位置信号MR1,MR2を出力する。これらのMR1,MR2の信号は位相ずれ量補正器504により位置信号の位相差のずれ量を補正された後、位置信号処理器110に入力しモータの位置を検出する。さらに、微分器108によりモータの速度に変換される。速度制御器106はこの検出された速度が速度指令値に追従するようにトルク指令を電流制御器104に出力し、電流制御器104により、指令されたトルクを発生するようにモータ100へ供給する電流を制御する。
【0086】
次に、本発明の位相差のずれ量を検出する動作について詳細に説明する。
【0087】
位置検出器102からの位置信号MR1,MR2が図12に示すように例えばMR1の位相が正常な破線の波形から実線の波形にずれて、位置信号MR1,MR2の位相差にずれがあるとする。ここで、θmはモータの位置で、MR1,MR2はモータ1回転の2倍の周期であるとする。そのためモータ1回転の回転角度360度で位置信号は2周期分の信号を出力することになる。図12に示すような位置信号の位相差にずれがある場合、位置信号処理器110で処理して求まるモータの位置は、位相差のずれの影響で位置信号の1周期の2倍の周期毎に変化する誤差が生じる。そのため、微分器108で演算されるモータの検出速度にも位置信号の1周期の2倍毎に変化する誤差が生じる。そこで、予め定めた一定の速度指令で速度制御を行った場合、減算器112で計算される速度指令値ωdとモータ検出速度ωmとの速度誤差ωeを、周波数分析器500により公知の周波数分析すると、速度指令値ωmの4倍の周波数にピークをもつ波形を得ることができる。つまり、位置信号MR1,MR2の周波数の2倍の周波数でピークが出ることが分かる。位相ずれ量判別器502により、このピークの値を位相差判別値とする。実際に、速度誤差を周波数分析した一例を図13に示す。図13の右側の周波数が高いところのピークが位置信号の周波数の2倍の周波数成分のピークで、このピーク値が位相差判別値である。なお、図13には位置信号の2倍の周波数のピークの他に第1の実施例と同様に、位置信号の周波数とモータのコギング成分のピークも観測される。
【0088】
この位置信号の周波数の2倍の周波数成分のピーク値である位相差判別値は、位相差のずれ量が小さくなると小さくなる。即ち、位相差判別値は、最小値をもち、その場合が位置信号の位相差のずれがない場合であることが分かる。
【0089】
そのため、位相ずれ量補正器504は、例えば、予め位相をずらした複数の位置信号を記憶しておき、位置検出器により入力された位置信号MR1,MR2の少なくとも1つの位置信号を、予めずらした位置信号に変換して、位相差判別値が最小になるように調整すれば、位置信号の位相差のずれがない状態に調整できることになる。
【0090】
以上の構成により、位置検出器の位置信号の位相差がずれた場合でも、容易に検出でき補正することが可能となる。特に、一定速度で速度制御している場合は、速度制御中でも常時位相差のずれを検出し補正することが可能となるため、通電時の温度上昇等によって位置信号の位相差にずれが生じた場合でも、速度制御を中断することなく位相差のずれを補正することが可能となり、常に最適な速度制御が可能となる。
【0091】
なお、ここでも説明の都合上、位置検出器の位置信号MR1,MR2はモータ1回転の2倍の周期であるとしたが、定数であればよく、モータのコギング成分の周波数よりも十分に高い周波数の場合が一般的である。また、この定数は、本実施例のように、モータと位置検出器が直結されている場合は1以上の整数である自然数となるが、モータにギヤ等が取り付けられギヤで減速あるいは増速された軸に位置検出器が取り付けられている場合はギヤ比により自然数にならない場合もある。
【0092】
さらに、ここでも速度制御について説明したが、位置制御やトルク制御の場合でも一定速度で制御する期間があれば、その期間で位相差のずれを検出し補正することが可能である。また、位相差のずれの補正用に速度制御のテスト動作を組み入れてもよい。
【0093】
また、ここでは、速度誤差ωeを周波数分析することで位相差判別値を求めていたが、速度制御器106の出力であるトルク指令値を周波数分析してもよく、同様の結果が得られる。
【0094】
次に、第5の実施例では、周波数分析器により周波数分析を行い、位相差判別値を求めていたが、周波数分析を行う場合計算量が多くなりモータを制御する演算装置が高価になるといった問題点があった。
【0095】
そこで、本発明の第6の実施例として、簡便に位相差判別値を求めて、複数の位置信号の位相差のずれ量を補正することを可能とするモータ制御装置を提供する。
【0096】
(実施例6)
以下本発明の第6の実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【0097】
図14は本発明の第6の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【0098】
図14において、100はモータ、102は位置検出器、104は電流制御器、106は速度制御器、108は微分器、110は位置信号処理器、112は減算器、504は位相ずれ量補正器、600はフィルター、602は位相ずれ量判別器である。
【0099】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下図14を用いてその動作を説明する。
【0100】
第5の実施例のモータ制御装置と同様に、モータ100にモータの位置を検出する位置検出器102が取り付けられており、互いに位相が90度の信号MR1,MR2を出力する。これらのMR1,MR2の信号は位相ずれ量補正器504によりそれぞれの位相差のずれを補正された後、位置信号処理器110に入力しモータの位置を検出し、さらに、微分器108によりモータの速度に変換される。速度制御器106はこの検出された速度が速度指令値に追従するようにトルク指令を電流制御器104に出力し、電流制御器104により、指令されたトルクを発生するようにモータ100へ供給する電流を制御する。
【0101】
次に、本発明の位相差のずれの補正動作について詳細に説明する。
【0102】
位置検出器102からの位置信号MR1,MR2は、第5の実施例と同様、モータ1回転の2倍の周期で、図12に示すような位相差のずれがあるとすると、位置信号処理器110及び微分器108で求まるモータの位置及び速度は、位置信号の1周期の2倍毎に変化する誤差が生じる。したがって、予め定めた一定の速度指令で速度制御を行った場合、減算器112で計算される速度誤差ωeに、位置信号の周波数である速度指令値ωmの4倍の周波数の変動成分が加わる。
【0103】
そこで、フィルター600を、バンドパスフィルターとして、位置信号の周波数近傍以外の周波数成分をカットするフィルターを構成する。速度誤差ωeをこのフィルター600を通すことにより、主に位置信号の周波数の2倍の周波数近傍の成分を抽出することができる。つまり、位相差のずれがあることによって発生する速度誤差の成分が、このフィルター600を通した値で検出できることになり、位相ずれ量判別器602はこの値を位相差判別値とすればよい。
【0104】
この位相差判別値も、第5の実施例と同様に、位相ずれ量補正器504により位相差判別値が最小になるように調整すれば、位置信号の位相差のずれがない状態に調整できることになる。
【0105】
以上の構成により、簡便なフィルターにより位相差判別値を求め、位相差のずれを補正することが可能となり、安価な演算装置でも精度のよいモータ制御が可能となる。
【0106】
なお、本実施例ではフィルターの構成をバンドパスフィルターとしたが、位置信号の周波数の2倍の周波数近傍以外の周波数成分をカットするフィルターであればどのような構成でもよい。
【0107】
また、フィルターを通した後の値に、位置信号の周波数の2倍の周波数近傍で位置信号の周波数成分以外の振動成分も含まれる場合があるが、位相差を変更しても変化しないため弊害になることはない。
【0108】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、本発明のモータ制御装置は、モータと、前記モータの位置に応じて互いに位相の異なる複数の正弦波状で前記モータが1回転で定数倍の周期の位置信号を出力する位置検出器を有するモータ制御装置において、前記位置検出器の出力から前記モータの回転速度を出力する速度検出手段と、前記速度検出手段の出力に応じて前記モータの回転速度を予め定めた一定の速度指令値に制御する速度制御手段とを有し、前記速度検出手段の出力と前記速度指令値の偏差を周波数分析する周波数分析手段と、前記速度制御手段により前記モータの回転速度が前記速度指令値近傍に制御された後に、前記周波数分析手段の出力から前記位置検出器の前記位置信号のオフセット値の大きさを判断するオフセット判別値を出力するオフセット量判別手段と、前記オフセット判別値から位置検出器のそれぞれのオフセット値を補正するオフセット補正手段とを具備する。さらに具体的には、本発明のモータ制御装置は、モータと、モータの位置に応じて互いに位相の異なる複数の正弦波状でモータが1回転で定数倍の周期の位置信号を出力する位置検出器を有するモータ制御装置において、位置信号に基づきモータの位置を検出する位置信号処理器と、位置信号処理器が検出した位置に基づきモータの回転速度を検出して出力する微分器と、微分器の出力に応じてモータの回転速度を予め定めた一定の速度指令値に制御する速度制御器とを有し、微分器の出力と速度指令値との速度誤差を周波数分析する周波数分析器と、速度制御器によりモータの回転速度が速度指令値近傍に制御された後に、周波数分析器の出力から速度誤差における位置信号の周波数成分の大きさを判断し、判断した大きさをオフセット判別値として出力するオフセット量判別器と、オフセット判別値が小さくなるように、位置検出器のそれぞれの位置信号に対して設定したオフセット値を変更して調整することで、位置信号のオフセットを補正するオフセット補正器とを具備することで、前記位置検出器の前記位置信号にオフセットがある場合でも、容易に精度よく補正することが可能となり、精度のよい制御を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図2】位置検出器の概念図
【図3】位置検出器の出力である位置信号の一例を示す説明図
【図4】周波数分析器の出力の一例を示す説明図
【図5】周波数分析器の出力の他の一例を示す説明図
【図6】オフセット量判別器の動作を示す概念図
【図7】本発明の第2の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図8】フィルターの特性を示した説明図
【図9】本発明の第3の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図10】本発明の第4の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図11】本発明の第5の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図12】位置検出器の出力である位置信号の一例を示す説明図
【図13】周波数分析器の出力の一例を示す説明図
【図14】本発明の第6の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【符号の説明】
100 モータ
102 位置検出器
104 電流制御器
106 速度制御器
108 微分器
110 位置信号処理器
112 減算器
114、500 周波数分析器
116、202 オフセット量判別器
118、302 オフセット補正器
200、600 フィルター
300 オフセット変化幅記憶手段
400 オフセット粗調器
402 切替器
502、602 位相ずれ量判別器
504 位相ずれ量補正器
600 フィルター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a motor control device having a position detector that outputs sine-wave position signals having different phases to detect the position of the motor, even when the position signal offset or phase difference deviates from a desired value. The present invention relates to a motor control apparatus that controls, for example, a motor for driving a photoconductor of an electrophotographic process, which can always perform accurate control, particularly speed control, by easily detecting and correcting.
[0002]
[Prior art]
In order to control the motor with high accuracy, the accuracy of the position detector that detects the position of the motor is indispensable, and correction devices that correct the offset of the position signal output from the position detector have been widely used.
[0003]
The operation of an example of correcting the offset of the position signal output by the conventional position detector will be described.
[0004]
A position detector for detecting the position of the motor is attached to the motor, and the position signal of the position detector is, for example, two general A phase and B phase signals that are two sinusoidal signals that are 90 degrees out of phase with each other. Phase signals MR1 and MR2 are output, and their respective outputs Pa and Pb are
[0005]
[Expression 1]
[0006]
[Expression 2]
[0007]
Suppose that Here, θs is the phase of the position detector, Aa and Ab are the amplitudes of the respective signals, and Pao and Pbo are the offset values of the respective signals. In this case, for example, as in Japanese Patent Application No. 06-172180, an offset detection operation for rotating the position signal of the position detector by one cycle or more is required, and the maximum values of the output values of the A phase and the B phase, respectively. And find the minimum value,
[0008]
[Equation 3]
[0009]
[Expression 4]
[0010]
As described above, the offset value of each phase can be detected from these average values. Here, Max (x) represents the maximum value of x, and Min (x) represents the minimum value of x.
[0011]
As a result, even when the position signal of the position detector has an offset, the offset can be detected and the offset can be corrected.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method of detecting the offset by detecting the maximum value and the minimum value of the position signal, an offset detection operation is required, and when the position signal is detected at a predetermined period predetermined by a microprocessor or the like. However, since the maximum value and the minimum value cannot be detected unless the motor rotation speed at the time of the offset detection operation is sufficiently slow, the offset detection operation requires a long time.
[0013]
In addition, in order to shorten the time for the offset detection operation, a circuit for holding the maximum value and the minimum value is required, which increases the cost.
[0014]
Furthermore, when the position signal offset changes due to the temperature rise of the motor during speed control, etc., the offset cannot be corrected unless the control is stopped and the offset detection operation is executed again. Had.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the motor control device of the present invention outputs a position signal having a constant multiple of one rotation of the motor and a plurality of sinusoidal waveforms having different phases according to the position of the motor. In a motor control device having a position detector that performs, a speed detection means that outputs a rotation speed of the motor from an output of the position detector, and a predetermined rotation speed of the motor according to the output of the speed detection means Speed control means for controlling the speed command value of the motor, frequency analysis means for frequency analysis of a deviation between the output of the speed detection means and the speed command value, and the rotational speed of the motor by the speed control means After being controlled in the vicinity of the command value, an offset discrimination value for judging the magnitude of the offset value of the position signal of the position detector is output from the output of the frequency analysis means. And offset amount determining means is for and a offset correction means for correcting the respective offset value of the position detector from the offset determination value.More specifically, the motor control device according to the present invention includes a motor and a position detector that outputs a position signal having a plurality of sinusoidal phases different from each other in accordance with the position of the motor and having a constant multiple cycle with one rotation of the motor. A position signal processor that detects the position of the motor based on the position signal, a differentiator that detects and outputs the rotational speed of the motor based on the position detected by the position signal processor, A frequency controller for controlling the motor rotation speed to a predetermined constant speed command value according to the output, a frequency analyzer for frequency analysis of a speed error between the output of the differentiator and the speed command value, and a speed After the rotation speed of the motor is controlled near the speed command value by the controller, the magnitude of the frequency component of the position signal in the speed error is determined from the output of the frequency analyzer, and the determined magnitude is offset. The offset of the position signal is corrected by changing and adjusting the offset value set for each position signal of the position detector so that the offset discrimination value to be output as a value and the offset discrimination value become smaller. And an offset corrector.
[0016]
And frequency analysis means for frequency analysis of a deviation between the output of the speed detection means and the speed command value, and the frequency analysis means after the rotational speed of the motor is controlled in the vicinity of the speed command value by the speed control means. A phase difference discriminating means for outputting a phase difference discriminating value for judging the magnitude of the phase difference of the plurality of position signals of the position detector from the output of the position detector, and correcting the phase difference of the position detector from the phase difference discriminating value. And a phase difference correcting means.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control apparatus including a motor and a position detector that outputs a position signal having a plurality of sinusoidal phases different from each other in phase according to the position of the motor, and the motor outputs a constant signal with a period of one rotation. Speed detecting means for outputting the rotational speed of the motor from the output of the position detector, and speed control means for controlling the rotational speed of the motor to a predetermined constant speed command value according to the output of the speed detecting means. Frequency analysis means for analyzing the frequency difference between the output of the speed detection means and the speed command value; and the frequency analysis after the rotational speed of the motor is controlled in the vicinity of the speed command value by the speed control means. Offset amount determining means for outputting an offset determination value for determining the magnitude of the offset value of the position signal of the position detector from the output of the means, and the offset determination Those comprising an offset correcting means for correcting the respective offset values of the position detector from.More specifically, the present invention relates to a motor control having a motor and a position detector that outputs a position signal having a plurality of sinusoidal waveforms having different phases according to the position of the motor and having a period of a constant multiple by one rotation of the motor. In the apparatus, a position signal processor that detects the position of the motor based on the position signal, a differentiator that detects and outputs the rotational speed of the motor based on the position detected by the position signal processor, and according to the output of the differentiator A speed controller for controlling the rotational speed of the motor to a predetermined constant speed command value, a frequency analyzer for frequency analysis of a speed error between the output of the differentiator and the speed command value, and a motor by the speed controller. After the rotation speed is controlled in the vicinity of the speed command value, the magnitude of the frequency component of the position signal in the speed error is judged from the output of the frequency analyzer, and the judged magnitude is output as an offset judgment value. An offset amount discriminator, and an offset corrector that corrects the offset of the position signal by changing and adjusting the offset value set for each position signal of the position detector so that the offset discriminating value becomes small; It has.
[0018]
【Example】
Hereinafter, a motor control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
Example 1
FIG. 1 is an overall view showing a configuration of a motor control device according to a first embodiment of the present invention.
[0020]
In FIG. 1, 100 is a motor, 102 is a position detector, 104 is a current controller, 106 is a speed controller, 108 is a differentiator, 110 is a position signal processor, 112 is a subtractor, 114 is a frequency analyzer, 116 Is an offset amount discriminator, and 118 is an offset corrector.
[0021]
FIG. 2 is a conceptual diagram of the position detector.
[0022]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a position signal which is an output of the position detector.
[0023]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the output of the frequency analyzer.
[0024]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing another example of the output of the frequency analyzer.
[0025]
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the operation of the offset amount discriminator.
[0026]
The operation of the motor control apparatus configured as described above will be described below with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, and 6. FIG.
[0027]
Similar to a conventional motor control device, a
[0028]
Next, the offset correction operation of the present invention will be described in detail.
[0029]
Assume that the position signals MR1 and MR2 from the
[0030]
[Equation 5]
[0031]
Thus, when this speed error ωe is subjected to a known frequency analysis by the
[0032]
The offset discrimination value, which is the peak value of the frequency component of the position signal, decreases as the offset decreases, as shown in FIG. That is, it can be seen that the offset determination value has a minimum value as shown in FIG. 6 and this case is a case where there is no offset in the position signal. Further, due to the nature of the offset, even if the offset of the position signal other than the position signal to be adjusted is an arbitrary value, the minimum value under that condition can be obtained. Therefore, for example, the offset
[0033]
The method of detecting this minimum value is an operation in which the offset value to be set is temporarily shifted in an arbitrary direction due to the nature of the offset shown in FIG. It can be seen that this can be easily realized by repeating the same correction operation until the minimum value is repeated.
[0034]
With the above configuration, even when the offset of the position signal of the position detector is deviated, it can be easily detected and corrected. In particular, when speed control is performed at a constant speed, it is possible to always detect and correct an offset even during speed control, so even if a position signal offset occurs due to a temperature rise during energization, speed control is performed. The offset can be corrected without interruption, and optimum speed control is always possible.
[0035]
Here, for convenience of explanation, the position signals MR1 and MR2 of the position detector are assumed to have a cycle twice as long as one rotation of the motor, but may be a constant and sufficiently higher than the frequency of the cogging component of the motor. The frequency case is common. This constant is a natural number that is an integer of 1 or more when the motor and the position detector are directly connected as in this embodiment. However, the constant is reduced or increased by a gear attached to the motor. If a position detector is attached to the shaft, it may not be a natural number due to the gear ratio.
[0036]
Furthermore, although the speed control has been described here, even in the case of position control or torque control, if there is a period during which control is performed at a constant speed, it is possible to detect and correct the offset during that period. Also, a speed control test operation may be incorporated for offset correction.
[0037]
Here, the offset discriminant value is obtained by frequency analysis of the speed error ωe, but the torque command value that is the output of the
[0038]
Next, in the first embodiment, the frequency analysis is performed by the frequency analyzer and the offset discriminant value is obtained. However, when the frequency analysis is performed, there is a problem that the calculation amount increases and the arithmetic unit for controlling the motor becomes expensive. There was a point.
[0039]
Therefore, as a second embodiment of the present invention, there is provided a motor control device that can easily obtain an offset determination value and correct an offset of a position signal.
[0040]
(Example 2)
A motor control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0041]
FIG. 7 is an overall view showing the configuration of the motor control device according to the second embodiment of the present invention.
[0042]
In FIG. 7, 100 is a motor, 102 is a position detector, 104 is a current controller, 106 is a speed controller, 108 is a differentiator, 110 is a position signal processor, 112 is a subtractor, 118 is an offset corrector, 200 Is a filter, and 202 is an offset amount discriminator.
[0043]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the characteristics of the filter.
[0044]
About the motor control apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement is demonstrated below using FIG. 7, FIG.
[0045]
Similar to the motor control apparatus of the first embodiment, a
[0046]
Next, the offset correction operation of the present invention will be described in detail.
[0047]
As in the first embodiment, the position signals MR1 and MR2 from the
[0048]
Therefore, for example, as shown in FIG. 8, the
[0049]
Similarly to the first embodiment, the offset determination value is also adjusted by the offset
[0050]
With the above configuration, it is possible to obtain an offset determination value with a simple filter and correct the offset, and it is possible to perform accurate motor control even with an inexpensive arithmetic device.
[0051]
Although the filter characteristic is the second-order bandpass filter shown in FIG. 8, any configuration may be used as long as it is a filter that cuts frequency components other than the vicinity of the frequency of the position signal.
[0052]
In addition, the value after passing through the filter may include vibration components other than the frequency component of the position signal in the vicinity of the frequency of the position signal, but it does not change even if the offset is changed. It will not be harmful.
[0053]
Further, here, the offset discriminant value is obtained by frequency analysis of the speed error ωe, but the torque command value that is the output of the
[0054]
Next, in the first and second embodiments, by correcting the offset so that the offset determination value is minimized, it is possible to perform highly accurate correction. However, if the offset is greatly deviated, the minimum There has been a problem that the number of repetitions for obtaining the value increases and the time for offset correction becomes longer.
[0055]
Therefore, as a third embodiment of the present invention, there is provided a motor control device capable of shortening the offset correction time even when the offset largely deviates.
[0056]
(Example 3)
A motor control apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0057]
FIG. 9 is an overall view showing the configuration of the motor control device according to the third embodiment of the present invention.
[0058]
In FIG. 9, 100 is a motor, 102 is a position detector, 104 is a current controller, 106 is a speed controller, 108 is a differentiator, 110 is a position signal processor, 112 is a subtractor, 114 is a frequency analyzer, 116 Is an offset amount discriminator, 300 is an offset change width storage means, and 302 is an offset corrector.
[0059]
About the motor control apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement is demonstrated using FIG. 9 below.
[0060]
Similar to the motor control apparatus of the first embodiment, a
[0061]
As in the first embodiment, the position signals MR1 and MR2 from the
[0062]
Next, the offset correction operation of the present invention will be described in detail.
[0063]
It can be seen that the relationship between the offset of the position signals MR1 and MR2 and the offset discriminant value has a minimum value as shown in FIG. 6, and the change of the offset discriminant value becomes small near the minimum value. The offsets of the position signals MR1 and MR2 change depending on environmental conditions such as temperature, but there is little variation in the relationship between the offset change width and the offset determination value change width. Therefore, the relationship between the offset change width and the offset determination value change width is measured in advance and stored in the offset change width storage means 300. Then, the offset value set by the offset
[0064]
Next, in the third embodiment, the offset correction can be realized at high speed by measuring and storing the relationship between the offset change width and the offset determination value change width in advance. There has been a problem that the cost of the storage means for storing the relationship between the offset change width and the offset determination value change width is increased. In addition, it is not only necessary to measure in advance the relationship between the offset change width and the offset discrimination value change width for each type of position detector, but even when the position detector is the same, When the motor speed command value is different, there is a problem in that it is necessary to measure the relationship between the change width of the offset and the change width of the offset determination value again.
[0065]
Therefore, as a fourth embodiment of the present invention, a motor control device capable of detecting and correcting the offset value of the position detector at high speed without storing the relationship between the offset change width and the offset discrimination value change width. I will provide a.
[0066]
Example 4
A motor control apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0067]
FIG. 10 is an overall view showing the configuration of the motor control device according to the fourth embodiment of the present invention.
[0068]
In FIG. 10, 100 is a motor, 102 is a position detector, 104 is a current controller, 106 is a speed controller, 108 is a differentiator, 110 is a position signal processor, 112 is a subtractor, 114 is a frequency analyzer, 116 Is an offset amount discriminator, 118 is an offset corrector, 400 is an offset coarse adjuster, and 402 is a switch.
[0069]
About the motor control apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement is demonstrated using FIG. 10 below.
[0070]
Similar to the motor control apparatus of the first embodiment, a
[0071]
Next, the offset correction operation of the present invention will be described in detail.
[0072]
Assume that the position signals MR1 and MR2 from the
[0073]
First, the
[0074]
Next, the
[0075]
As is clear from the configuration of the present embodiment, the accuracy of the offset obtained by the offset
[0076]
As a result, the amount of offset corrected by the offset
[0077]
Next, in the first, second, third, and fourth embodiments, it has been explained that the offset of the plurality of position signals of the position detector can be easily corrected. There is a problem that the detection accuracy of the position detector deteriorates due to the phase difference being shifted.
[0078]
Thus, as a fifth embodiment of the present invention, there is provided a motor control device capable of easily detecting a phase difference shift when the phase differences of a plurality of position signals of a position detector are shifted.
[0079]
(Example 5)
A motor control apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0080]
FIG. 11 is an overall view showing the configuration of the motor control device according to the fifth embodiment of the present invention.
[0081]
In FIG. 11, 100 is a motor, 102 is a position detector, 104 is a current controller, 106 is a speed controller, 108 is a differentiator, 110 is a position signal processor, 112 is a subtractor, 500 is a frequency analyzer, 502 Is a phase shift amount discriminator, and 504 is a phase shift amount corrector.
[0082]
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a position signal which is an output of the position detector.
[0083]
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of the output of the frequency analyzer.
[0084]
The operation of the motor control apparatus configured as described above will be described below with reference to FIGS. 11, 12, and 13.
[0085]
Similar to the motor control device of the first embodiment, a
[0086]
Next, the operation of detecting the amount of phase difference shift according to the present invention will be described in detail.
[0087]
As shown in FIG. 12, the position signals MR1 and MR2 from the
[0088]
The phase difference discriminating value, which is the peak value of the frequency component twice the frequency of the position signal, decreases as the amount of phase difference deviation decreases. That is, it can be seen that the phase difference discriminating value has a minimum value, and this case is a case where there is no shift in the phase difference of the position signal.
[0089]
Therefore, the phase
[0090]
With the above configuration, even when the phase difference of the position signal of the position detector is shifted, it can be easily detected and corrected. In particular, when speed control is performed at a constant speed, it is possible to detect and correct a phase difference constantly even during speed control. Therefore, a phase signal phase difference has occurred due to a temperature rise during energization. Even in this case, it is possible to correct the phase difference deviation without interrupting the speed control, and the optimum speed control can always be performed.
[0091]
Here, for convenience of explanation, the position signals MR1 and MR2 of the position detector are assumed to have a cycle twice as long as one rotation of the motor, but may be a constant and sufficiently higher than the frequency of the cogging component of the motor. The frequency case is common. This constant is a natural number that is an integer of 1 or more when the motor and the position detector are directly connected as in this embodiment. However, the constant is reduced or increased by a gear attached to the motor. If a position detector is attached to the shaft, it may not be a natural number due to the gear ratio.
[0092]
Furthermore, although the speed control has been described here, even in the case of position control or torque control, if there is a period during which control is performed at a constant speed, it is possible to detect and correct a phase difference deviation during that period. Also, a speed control test operation may be incorporated for correcting the phase difference.
[0093]
Here, the phase difference determination value is obtained by frequency analysis of the speed error ωe, but the torque command value that is the output of the
[0094]
Next, in the fifth embodiment, the frequency analysis is performed by the frequency analyzer and the phase difference discriminant value is obtained. However, when the frequency analysis is performed, the calculation amount increases and the arithmetic unit for controlling the motor becomes expensive. There was a problem.
[0095]
Thus, as a sixth embodiment of the present invention, there is provided a motor control device capable of easily obtaining a phase difference discriminating value and correcting a phase difference shift amount of a plurality of position signals.
[0096]
(Example 6)
A motor control apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0097]
FIG. 14 is an overall view showing the configuration of the motor control device according to the sixth embodiment of the present invention.
[0098]
In FIG. 14, 100 is a motor, 102 is a position detector, 104 is a current controller, 106 is a speed controller, 108 is a differentiator, 110 is a position signal processor, 112 is a subtractor, and 504 is a phase shift amount corrector. , 600 are filters, and 602 is a phase shift amount discriminator.
[0099]
The operation of the motor control apparatus configured as described above will be described below with reference to FIG.
[0100]
Similar to the motor control apparatus of the fifth embodiment, a
[0101]
Next, the phase difference shift correcting operation of the present invention will be described in detail.
[0102]
As in the fifth embodiment, the position signals MR1 and MR2 from the
[0103]
Therefore, a filter that cuts frequency components other than the vicinity of the frequency of the position signal is configured using the
[0104]
Similarly to the fifth embodiment, this phase difference discriminating value can also be adjusted to a state in which there is no phase difference deviation of the position signal by adjusting the phase
[0105]
With the above configuration, it is possible to obtain a phase difference discriminating value with a simple filter and correct a phase difference shift, and it is possible to perform accurate motor control even with an inexpensive arithmetic device.
[0106]
In the present embodiment, the configuration of the filter is a band pass filter, but any configuration may be used as long as it is a filter that cuts frequency components other than the vicinity of twice the frequency of the position signal.
[0107]
In addition, the value after passing through the filter may include vibration components other than the frequency component of the position signal in the vicinity of twice the frequency of the position signal, but it does not change even if the phase difference is changed. Never become.
[0108]
【The invention's effect】
As is clear from the description of the above embodiment, the motor control device of the present invention includes a motor and a plurality of sinusoidal waveforms having different phases according to the position of the motor, and the position of the motor is a constant multiple of one rotation. In a motor control device having a position detector for outputting a signal, speed detecting means for outputting the rotational speed of the motor from the output of the position detector, and the rotational speed of the motor in advance according to the output of the speed detecting means. A speed control means for controlling to a fixed constant speed command value, a frequency analysis means for frequency analysis of a deviation between the output of the speed detection means and the speed command value, and a rotational speed of the motor by the speed control means. Offset control value for determining the magnitude of the offset value of the position signal of the position detector from the output of the frequency analysis means after being controlled in the vicinity of the speed command value Comprising the offset determining means for outputting, an offset correcting means for correcting the respective offset value of the position detector from the offset determination value. More specifically, the motor control device according to the present invention includes a motor and a position detector that outputs a position signal having a plurality of sinusoidal phases different from each other in accordance with the position of the motor and having a constant multiple cycle with one rotation of the motor. A position signal processor that detects the position of the motor based on the position signal, a differentiator that detects and outputs the rotational speed of the motor based on the position detected by the position signal processor, A frequency controller for controlling the motor rotation speed to a predetermined constant speed command value according to the output, a frequency analyzer for frequency analysis of a speed error between the output of the differentiator and the speed command value, and a speed After the rotation speed of the motor is controlled near the speed command value by the controller, the magnitude of the frequency component of the position signal in the speed error is determined from the output of the frequency analyzer, and the determined magnitude is offset. The offset of the position signal is corrected by changing and adjusting the offset value set for each position signal of the position detector so that the offset discrimination value to be output as a value and the offset discrimination value become smaller. An offset correctorThus, even when there is an offset in the position signal of the position detector, it can be easily and accurately corrected, and accurate control can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view showing a configuration of a motor control device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a position detector.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a position signal that is an output of a position detector.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the output of a frequency analyzer
FIG. 5 is an explanatory diagram showing another example of the output of the frequency analyzer
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the operation of the offset amount discriminator.
FIG. 7 is an overall view showing the configuration of a motor control device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the characteristics of the filter.
FIG. 9 is an overall view showing the configuration of a motor control device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an overall view showing the configuration of a motor control device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an overall view showing the configuration of a motor control device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a position signal that is an output of a position detector.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of the output of a frequency analyzer
FIG. 14 is an overall view showing the configuration of a motor control device according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100 motor
102 Position detector
104 Current controller
106 Speed controller
108 Differentiator
110 Position signal processor
112 Subtractor
114, 500 Frequency analyzer
116, 202 Offset amount discriminator
118, 302 Offset corrector
200, 600 filters
300 Offset change width storage means
400 Offset coarse adjuster
402 switcher
502, 602 Phase shift amount discriminator
504 Phase shift amount corrector
600 filters
Claims (7)
前記位置信号に基づき前記モータの位置を検出する位置信号処理器と、
前記位置信号処理器が検出した前記位置に基づき前記モータの回転速度を検出して出力する微分器と、
前記微分器の出力に応じて前記モータの回転速度を予め定めた一定の速度指令値に制御する速度制御器とを有し、
前記微分器の出力と前記速度指令値との速度誤差を周波数分析する周波数分析器と、
前記速度制御器により前記モータの回転速度が前記速度指令値近傍に制御された後に、前記周波数分析器の出力から前記速度誤差における前記位置信号の周波数成分の大きさを判断し、判断した大きさをオフセット判別値として出力するオフセット量判別器と、
前記オフセット判別値が小さくなるように、前記位置検出器のそれぞれの前記位置信号に対して設定したオフセット値を変更して調整することで、前記位置信号のオフセットを補正するオフセット補正器とを具備していることを特徴とするモータ制御装置。In a motor control device having a motor and a position detector that outputs a position signal having a plurality of sinusoidal phases different from each other in phase according to the position of the motor, and the motor outputs a constant signal having a cycle of one rotation
A position signal processor for detecting the position of the motor based on the position signal;
A differentiator that detects and outputs the rotational speed of the motor based on the position detected by the position signal processor ;
And a speed controller for controlling the constant speed command value predetermined rotational speed of said motor in response to an output of said differentiator,
A frequency analyzer for frequency analysis of the speed error between the speed command value and the output of the differentiator,
After the rotational speed of the motor is controlled in the vicinity of the speed command value by the speed controller , the magnitude of the frequency component of the position signal in the speed error is determined from the output of the frequency analyzer , and the determined magnitude and the offset amount determination unit for outputting as an offset determined value,
Wherein as the offset determination value decreases, by adjusting by changing the offset value set for each of the position signal of the position detector, and a offset corrector for correcting an offset of the position signal A motor control device characterized by that.
前記位置検出器のそれぞれの前記位置信号の前記オフセット値を変更して前記オフセット判別値の変化幅を検出し、前記オフセット変化幅記憶手段で記憶された前記変化幅関係から前記位置検出器のそれぞれの前記位置信号の前記オフセット値を補正することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。 The offset corrector may have a respective offset change width storage means for previously storing a change width relationship between the variation width of the offset determination value and variation width of the offset value of the position signal of the position detector ,
Wherein by changing the offset value of each of the position signal of the position detector detects a change in width of the offset determination value, each of the position detector from the stored the change width relationship by the offset change width storage means The motor control device according to claim 1, wherein the offset value of the position signal is corrected.
前記位置検出器のそれぞれのおおまかなオフセットを検出して、粗調し、前記位置信号として出力するオフセット粗調器と、
前記位置信号に基づき前記モータの位置を検出する位置信号処理器と、
前記位置信号処理器が検出した前記位置に基づき前記モータの回転速度を検出して出力する微分器と、
前記微分器の出力に応じて前記モータの回転速度を予め定めた一定の速度指令値に制御する速度制御器とを有し、
前記微分器の出力と前記速度指令値との速度誤差を周波数分析する周波数分析手段と、
前記速度制御器により前記モータの回転速度が前記速度指令値近傍に制御された後に、前記周波数分析器の出力から前記速度誤差における前記位置信号の周波数成分の大きさを判断し、判断した大きさをオフセット判別値として出力するオフセット量判別器と、
前記オフセット判別値が小さくなるように、前記位置検出器のそれぞれの前記位置信号に対して設定したオフセット値を変更して調整することで、前記位置信号のオフセットを補正するオフセット補正器とを具備していることを特徴とするモータ制御装置。In a motor control device having a motor and a position detector that outputs a position signal having a plurality of sinusoidal phases different from each other in phase according to the position of the motor, and the motor outputs a constant signal having a cycle of one rotation
An offset coarse adjuster that detects and roughly adjusts each rough offset of the position detector, and outputs the position signal ;
A position signal processor for detecting the position of the motor based on the position signal,
A differentiator that detects and outputs the rotational speed of the motor based on the position detected by the position signal processor ;
And a speed controller for controlling the constant speed command value predetermined rotational speed of said motor in response to an output of said differentiator,
Frequency analysis means for frequency analysis of a speed error between the output of the differentiator and the speed command value;
After the rotational speed of the motor is controlled in the vicinity of the speed command value by the speed controller , the magnitude of the frequency component of the position signal in the speed error is determined from the output of the frequency analyzer , and the determined magnitude and the offset amount determination unit for outputting as an offset determined value,
Wherein as the offset determination value decreases, by adjusting by changing the offset value set for each of the position signal of the position detector, and a offset corrector for correcting an offset of the position signal A motor control device characterized by that.
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