JP5122843B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機やプリンタやＦＡＸなどの画像形成装置に使用されるＤＣモータの速度および位相の制御を行うモータ制御装置に関し、特に、モータ起動時に積分要素の積分演算を有効にするタイミングを定めてやることにより、オーバシュート量を低減させ、起動時間を短縮させることが出来るモータ制御装置に関するものである。

一般に、複写機などの画像形成装置で使用されるモータの定常回転特性にムラがある場合、それは画像のズレとなって現れる。すなわちモータ制御の精度は、複写機の品質に直結する非常に重要な要素であると言える。そこで、モータの制御方法として、ＰＩＤ制御が広く利用されている。
ここで、ＰＩＤとは、Ｐ：Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ（比例）、Ｉ：Ｉｎｔｅｇｒａｌ（積分）、Ｄ：Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ（微分）のことを指し、この３つ要素の組み合わせによってモータを制御するものである。
このＰＩＤ制御のうち、Ｐ制御とＰＩ制御について、ごく簡単に説明する。

図１４は、一般のＰ制御によるモータ制御装置の構成図である。
図１４に示すように、ＦＧ（Frequency Generator：周波数発電機）１１０は、モータ１０９の回転数に比例した周波数のＦＧ信号１１１を出力し、速度差検出器１０２では、目標のモータ回転数に応じた基準速度信号１０１と、ＦＧ信号１１１との速度を比較し、その差に比例した速度差データを出力し、速度ゲイン設定器１０３では、前述の速度差データに任意のゲインを乗算して出力する。
位相差検出器１０５では、目標のモータ回転数に応じた基準位相信号１０４と、ＦＧ信号１１１との位相を比較し、その差に比例した位相差データを出力し、位相ゲイン設定器１０６では、前述の位相差データに任意のゲインを乗算して出力する。
加算器１０７では、速度ゲイン設定器１０３からの出力と、位相ゲイン設定器１０６とを加算し、それを駆動量として出力し、駆動装置１０８では、前述の駆動量に対応した電流（または電圧）を発生させ、モータ１０９を駆動する。
つまり、Ｐ制御では速度差および位相差に比例した駆動量でモータを制御することになる。

図１５は、図１４に示したＰ制御によるモータ制御装置でモータを駆動したときに、起動から目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差の変化の様子を示すグラフ図である。
図１５に示すように、駆動量は速度差および位相差に比例するので、モータ回転数が目標に近づくに従って駆動量は小さくなり、オーバシュートすることなく静定する。そして、定常状態では速度差はゼロになるが、位相差は残留する。言い換えると、定常位相差に応じた駆動量でモータを回転させているということである。

次に、ＰＩ制御について説明する。図１６は、ＰＩ制御によるモータ制御装置の構成図である。このＰＩ制御によるモータ制御装置は、図１４のＰ制御の構成に、積分器３１２と第２加算器３１３を追加した構成になっており、他の構成は同様である。
図１６に示すように、積分器３１２では、第１加算器３０７から出力される第１の加算結果を逐次積分していく。そして、第２加算器３１３では、第１の加算結果と積分器３１２の積分結果とをさらに加算し、それを駆動量として出力する。他の動作は図１４の場合と同様である。
図１７は、図１６のＰＩ制御によるモータ制御装置でモータを駆動したときに、起動から目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差、および積分結果の変化の様子を示すグラフ図である。図１７では、モータ回転数については、図１５のＰ制御のそれを点線の曲線で併載している。
このように、積分器３１２があると、オーバシュートが発生し静定までの振舞いが振動的になる。これは積分という演算の性質上、モータ回転数の変化よりも遅れて積分結果が変化するために、静定までの過程で余分な駆動量を出力してしまうからである。しかし定常状態においては、Ｐ制御のみの場合に残留していた位相差を積分器が肩代わりすることとなり、速度差、位相差ともにゼロとして精度良くモータ制御をすることが可能になる。

ところで、複写機などで使用されるモータのモータ制御装置に対しては、モータを起動してから目標の回転数に静定するまでに要する時間（以下、これを「起動時間」と呼ぶ）を短くすることも要求される。これは、いかに早くコピーやプリントアウトを可能にするか（ファーストコピー、ファーストプリント）が、複写機などの商品価値のひとつとなるからである。
しかし、前述したように、ＰＩ制御では積分要素の影響で速度オーバシュートが発生し、起動時間を長くする要因となってしまっている。
そこで、積分要素を備えたモータ制御装置において、オーバシュート量を低減して起動時間を改善する提案がなされている。

例えば、特許文献１では、初期値制御手段による演算量で積分器の積分結果を書き換えて制御を行なうようにしている。
また、別の特許文献２では、モータを定常回転させている間にそのときの積分結果を記憶しておき、次回起動時には、所定のタイミングで、積分結果を記憶しておいた値に書き換えるようにしている。
特許第２８２８６６６号 特許第３８０８８２６号

しかしながら、上記特許文献１のモータ制御装置では、積分結果の書き換えタイミングが考慮されていないため、初期値制御手段の演算結果がいかに適した値であったとしても、書き換え後の積分演算如何ではより大きなオーバシュートを発生させてしまう恐れがある。
一方、上記特許文献２のモータ制御装置では、書き換えタイミングには言及しているが、前回の定常状態における積分結果を初期値とするということは、初回起動時については全く考慮していないということになる。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、モータ起動時に積分要素の積分演算を有効にするタイミングを定めてやることにより、オーバシュート量を低減させ、起動時間を短縮させることが出来るモータ制御装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、モータの回転数制御を行うモータ制御装置であって、前記モータの回転数に比例した周波数の信号を出力する周波数発生器と、前記モータの目標モータ回転数に応じた基準速度信号と前記周波数発生器から出力される信号との速度偏差を検出する速度差検出器と、前記目標モータ回転数に応じた基準位相信号と前記周波数発生器から出力される信号との位相偏差を検出する位相差検出器と、前記速度差検出器から出力される速度差データに対して任意のゲインを乗算する速度ゲイン設定器と、前記位相差検出器から出力される位相差データに対して任意のゲインを乗算する位相ゲイン設定器と、前記速度ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の速度差データと前記位相ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の位相差データとを加算する第１加算器と、前記第１加算器から出力される第１の加算結果を積分していく積分器と、前記積分器の積分演算の有効・無効を切り替えたり積分結果を強制的に書き換えたりすることが可能な積分器操作装置と、前記第１加算器から出力される第１の加算結果と前記積分器から出力される積分結果とを加算する第２加算器と、前記第２加算器から出力される第２の加算結果を駆動量として前記モータを駆動する駆動装置とを具備し、前記積分器が、積分結果として前記位相ゲイン設定器から出力されているゲイン乗算後の位相差データを参照して設定可能であり、前記位相差検出器から出力されている位相差データを、強制的にゼロにすることが可能となっており、前記モータの起動前までには前記積分器操作装置により前記積分器の積分結果はゼロにしており、且つ積分演算を無効にしており、前記モータ起動後、前記モータの回転数の目標値と実際値との差が一定の範囲内に収まっている状態が一定の時間だけ継続して以後に、前記積分器操作装置により前記積分器の積分演算を有効にする際には、直前に前記位相ゲイン設定器から出力されていたゲイン乗算後の位相差データを積分結果として設定し、それと同時に前記位相差検出器から出力されている位相差データを強制的にゼロにするという処理を行ってから、通常の積分演算に移行することを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、モータの回転数制御を行うモータ制御装置であって、前記モータの回転数に比例した周波数の信号を出力する周波数発生器と、前記モータの目標モータ回転数に応じた基準速度信号と前記周波数発生器から出力される信号との速度偏差を検出する速度差検出器と、前記目標モータ回転数に応じた基準位相信号と前記周波数発生器から出力される信号との位相偏差を検出する位相差検出器と、前記速度差検出器から出力される速度差データに対して任意のゲインを乗算する速度ゲイン設定器と、前記位相差検出器から出力される位相差データに対して任意のゲインを乗算する位相ゲイン設定器と、前記速度ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の速度差データと前記位相ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の位相差データとを加算する第１加算器と、前記第１加算器から出力される第１の加算結果を積分していく積分器と、前記積分器の積分演算の有効・無効を切り替えたり積分結果を強制的に書き換えたりすることが可能な積分器操作装置と、前記第１加算器から出力される第１の加算結果と前記積分器から出力される積分結果とを加算する第２加算器と、前記第２加算器から出力される第２の加算結果を駆動量として前記モータを駆動する駆動装置と、記憶装置とを具備し、前記記憶装置には、前記第２加算器から出力されている駆動量（第２の加算結果）と前記モータ回転数との関係を予め把握したうえで記憶しておき、前記モータの起動前までには前記積分器操作装置により前記積分器の積分結果の初期値として、前記目標モータ回転数に対応した駆動量を前記記憶装置から読み込んで設定し、且つ積分演算を無効にしており、前記モータ起動後、前記モータの回転数の目標値と実際値との差が一定の範囲内に収まっている状態が一定の時間だけ継続して以後に、前記積分器操作装置により前記積分器の積分演算を有効にすることを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、モータの回転数制御を行うモータ制御装置であって、前記モータの回転数に比例した周波数の信号を出力する周波数発生器と、前記モータの目標モータ回転数に応じた基準速度信号と前記周波数発生器から出力される信号との速度偏差を検出する速度差検出器と、前記目標モータ回転数に応じた基準位相信号と前記周波数発生器から出力される信号との位相偏差を検出する位相差検出器と、前記速度差検出器から出力される速度差データに対して任意のゲインを乗算する速度ゲイン設定器と、前記位相差検出器から出力される位相差データに対して任意のゲインを乗算する位相ゲイン設定器と、前記速度ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の速度差データと前記位相ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の位相差データとを加算する第１加算器と、前記第１加算器から出力される第１の加算結果を積分していく積分器と、前記積分器の積分演算の有効・無効を切り替えたり積分結果を強制的に書き換えたりすることが可能な積分器操作装置と、前記第１加算器から出力される第１の加算結果と前記積分器から出力される積分結果とを加算する第２加算器と、前記第２加算器から出力される第２の加算結果を駆動量としてモータを駆動する駆動装置と、記憶装置とを具備し、前記記憶装置には、前記第２加算器から出力されている駆動量（第２の加算結果）とモータ回転数との関係を予め把握したうえで記憶しておき、前記目標モータ回転数を変更する変速動作を行う場合には、前記変速動作を行う前までには前記積分器操作装置により積分演算を無効にしており、前記積分器の積分結果の初期値として、新しい目標モータ回転数に対応した駆動量を前記記憶装置から読み込んで設定し、前記変速動作、すなわち前記基準速度信号および基準位相信号を新しい目標モータ回転数に応じたものに変更するという動作を実施し、前記変速動作後、新しい目標モータ回転数と実際値との差が一定の範囲内に収まっている状態が一定の時間だけ継続して以後に、前記積分器操作装置により前記積分器の積分演算を有効にすることを特徴とする。

本発明によれば、速度差がほぼゼロになってから積分演算を有効にすることで、従来のＰＩ制御の場合に比べてオーバシュート量を少なくし、起動時間を短くすることが出来る。
また、定常状態と同じ状況を作り出してから積分演算を有効にすることで、さらにオーバシュート量を少なくし、起動時間を短くすることが出来る。

また、本発明によれば、積分器の初期値として定常状態における期待値を設定したうえさらに、速度差、位相差ともにほぼゼロになってから積分演算を有効にすることで、請求項１に比べてさらにオーバシュート量を少なくし、起動時間を短くすることが出来る。また、積分器に初期値がある効果で、さらに起動時間を短くすることが出来る。
また、本発明によれば、上記モータ制御装置を、モータ回転数を変更する変速時においても適用することで、変速時に発生するオーバシュート量を少なくし、変速に要する時間を短くすることが出来る。これは元の回転数と新しい回転数の速度差が大きいほどに有用である。

以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明によるモータ制御装置の第１実施形態（請求項１）の構成図である。
図１に示すように、このモータ制御装置は、先に示した図１６の通常のＰＩ制御の構成に、積分器操作装置５１４を追加した構成となっており、積分器５１２が第１の加算結果を積分していくことは同じだが、積分器操作装置５１４は、積分器５１２の積分演算の有効・無効を切り替えたり、積分結果を強制的に任意の値に書き換えたりするものである。

すなわち、図１に示すように、このモータ制御装置は、ＦＧ（Frequency Generator：周波数発電機）５１０が、モータ５０９の回転数に比例した周波数のＦＧ信号５１１を出力し、速度差検出器５０２では、目標のモータ回転数に応じた基準速度信号５０１と、ＦＧ信号５１１との速度を比較し、その差に比例した速度差データを出力し、速度ゲイン設定器５０３では、前述の速度差データに任意のゲインを乗算して出力する。位相差検出器５０５では、目標のモータ回転数に応じた基準位相信号５０４と、ＦＧ信号５１１との位相を比較し、その差に比例した位相差データを出力し、位相ゲイン設定器５０６では、前述の位相差データに任意のゲインを乗算して出力する。第１加算器５０７では、速度ゲイン設定器５０３からの出力と、位相ゲイン設定器５０６とを加算し、それを第１の加算結果として出力する。さらに、積分器５１２では、第１加算器５０７から出力される第１の加算結果を逐次積分していく。そして、第２加算器５１３では、第１の加算結果と積分器５１２の積分結果とをさらに加算し、それを駆動量として出力し、駆動装置５０８では、前述の駆動量に対応した電流（または電圧）を発生させ、モータ５０９を駆動する。
ここで、積分器操作装置５１４は、積分器５１２の積分演算の有効・無効を切り替えたり、積分結果を強制的に任意の値に書き換えたりする。

図２は、図１に示した積分器５１２と積分器操作装置５１４の構成図である。
図２において、積分器５１２は、第１の加算結果（図１の第１加算器５０７の出力）と積分結果とを加算する加算器６０３と、加算器６０３の出力を保持するレジスタ６０４と、レジスタ６０４の出力もしくは初期値６０５のどちらかを選択して積分結果として出力するセレクタ６０６とで構成される。なお、以下では初期値６０５はゼロであるとして説明するが、ゼロでない小さい値でも構わない。
積分器操作装置５１４は、積分器６０１に対して、レジスタ更新信号６０７とレジスタクリア信号６０８と積分結果選択信号６０９とを出力する構成となっている。

レジスタ更新信号６０７は、レジスタ６０４の値を加算器６０３の出力に更新する命令である。この信号が入力されない限り、レジスタ６０４は値を保持するものとする。
レジスタクリア信号６０８は、レジスタ６０４の保持する値をゼロにクリアする命令である。この信号は前述のレジスタ更新信号６０７よりも優先されるものとする。
積分結果選択信号６０９は、セレクタ６０６への入力の中からどれを出力に接続するかを決定する命令であって、今回は、積分結果選択信号６０９の信号が“０”のときには初期値６０５が、“１”のときにはレジスタ６０４の値が、積分結果として選択されるものとする。
ここで、積分演算を有効にするためには、積分結果選択信号６０９を“１”としたうえで、レジスタ更新信号６０７を順次出力すればよいことになる。

次に、図３および図４を参照して、図１および図２に示したモータ制御装置（第１実施形態：請求項１）の動作を説明する。
図３は、図１のモータ制御装置でモータを起動したときの、停止状態から目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差、および積分結果の変化の様子を示すグラフ図である。なお、ここで、モータ回転数については、図１５のＰ制御、および図１７の従来のＰＩ制御におけるそれを点線の曲線で併載している。
図４は、第１実施形態における起動前後および積分演算を開始する前後における積分器６０１および積分器操作装置６０２の動作タイムチャートである。
図４に示すように、時刻ｔ０においてモータを起動する前までに、レジスタクリア信号６０８を一度出力してレジスタ値をゼロにクリアしておき、さらに積分結果選択信号６０９に“０”を設定し、積分器の出力は初期値６０５（＝ゼロ）としておく。
この状態でモータを起動すると、モータ回転数は図２のＰ制御の曲線と同じカーブで上昇していくことになる。

その後ある時刻ｔ１において、モータ回転数が目標回転数±Δｆの範囲内に入り、さらにその状態がΔｔだけ継続した時刻がｔ２であるとする（Δｆ、Δｔは任意）。これ以降、積分演算を有効にするのだが、その際にはまず時刻ｔ２にてレジスタ更新信号６０７を１パルス出力し、その後時刻ｔ３で積分結果選択信号６０９を“１”に変更し、さらにその後のｔ４以降では、レジスタ更新信号６０７を順次出力することとする。なお、ｔ０からｔ１の間隔およびｔ１からｔ２の間隔に比べて、ｔ２以降の間隔は十分に短いとする。
以上のようにすることで、積分演算が有効となった時点では、既に速度差はほぼゼロになっており、位相差は図１５のＰ制御における定常位相差に近い値になっているため、積分器によって生じる余分な駆動力は図１７の従来のＰＩ制御の場合に比べて小さな値となり、オーバシュート量を少なくすることが出来る。
この結果、従来のＰＩ制御の場合に比べて、起動時間を短くすることが出来る。
以上が、第１実施形態のモータ制御装置の構成と動作の説明である。

次に、本発明によるモータ制御装置の第２実施形態について説明する。図５は、本発明によるモータ制御装置の第２実施形態の構成図である。
この第２実施形態は、先に図１で示したモータ制御装置の構成と異なっているのは、位相ゲイン設定器９０６から出力されているゲイン乗算後の位相差データを、第１加算器９０７だけでなく、積分器９１２にも入力している点である。
また、位相差検出器９０５から出力されている位相差データは、強制的にゼロにすることが可能であるとする。

図６は、図５の積分器９１２と積分器操作装置９１４の構成図である。
この積分器９１２と積分器操作装置９１４の構成は、先に図２で示した第１実施形態の積分器の構成と異なっているのは、セレクタ１００６が３入力となっており、その入力のうちのひとつにゲイン乗算後の位相差データが接続されている点である。
また、これに合わせて、積分結果選択信号１００９が“０”のときには初期値１００５が、“１”のときにはゲイン乗算後の位相差データが、“２”のときにはレジスタ１００４の値が、積分結果として選択されるものとする。
ここで、積分演算を有効にするためには、積分結果選択信号１００９を“２”としたうえで、レジスタ更新信号１００７を順次出力すればよいことになる。

次に、図７および図８を参照して、図５および図６に示したモータ制御装置（第２実施形態：請求項２）の動作を説明する。
図７は、図５のモータ制御装置でモータを起動したときの、停止状態から目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差、および積分結果の変化の様子を示すグラフ図である。ここで、モータ回転数については、図２のＰ制御、および図４の従来のＰＩ制御におけるそれを点線の曲線で併載している。

図８は、第２実施形態における起動前後および積分演算を開始する前後における積分器１００１および積分器操作装置１００２の動作タイムチャートである。
図８に示すように、時刻ｔ０においてモータを起動する前までに、レジスタクリア信号１００８を一度出力してレジスタ値をゼロにクリアしておき、さらに積分結果選択信号１００９に“０”を設定し、積分器の出力は初期値１００５（＝ゼロ）としておく。
この状態でモータを起動すると、モータ回転数は図１５のＰ制御の曲線と同じカーブで上昇していくことになる。
その後、ある時刻ｔ１において、モータ回転数が目標回転数±Δｆの範囲内に入り、さらにその状態がΔｔだけ継続した時刻がｔ２であるとする（Δｆ、Δｔは任意）。これ以降、積分演算を有効にするのだが、その際にはまず時刻ｔ２にて積分器選択信号１００９を“１”に変更し、積分結果としてゲイン乗算後の位相差データをいったん出力する。
次に、時刻ｔ３でレジスタ更新信号１００７を１パルス出力し、その後の時刻ｔ４で積分器選択信号１００９を“２”に変更し、積分結果としてレジスタ１００４の値を出力する。こうすることで、積分をゲイン乗算後の位相差データから始められる。このとき同時に、位相差検出器９０５から出力されている位相差データを強制的にゼロにする。さらにその後のｔ５以降では、レジスタ更新信号１００７を順次出力することとする。なお、ｔ０からｔ１の間隔およびｔ１からｔ２の間隔に比べて、ｔ２以降の間隔は十分に短いとする。

この一連の処理は、通常のＰＩ制御における定常状態と同じ状況を作り出すことを狙っている。通常のＰＩ制御の定常状態においては、速度差ゼロ、位相差ゼロ、積分結果はＰ制御の定常状態におけるゲイン乗算後の位相差データと等しい、という値が期待される。
以上のようにすることで、定常状態とほとんど同じ状況を作り出してから積分動作が開始されることになり、オーバシュート量をさらに少なくすることが出来る。
この結果、従来のＰＩ制御の場合に比べて、また請求項１に比べても、起動時間を短くすることが出来る。
以上が、第２実施形態のモータ制御装置の構成と動作の説明である。

次に、本発明によるモータ制御装置の第３実施形態について説明する。図９は、本発明によるモータ制御装置の第３実施形態の構成図である。
この第３実施形態は、先に図１で示したモータ制御装置の構成と異なっているのは、記憶装置１３１５が追加され、その値を積分器１３１２が参照できるようになっている点である。
図１０は、図９の積分器１３１２と積分器操作装置１３１４の構成図である。
図１０において、先に図２で示した積分器の構成と異なっているのは、記憶装置１３１５から読み込んだ値を初期値１４０５として設定できる点である。
ところで、記憶装置１３１５には、第２加算器１３１３から出力される駆動量（第２の加算結果）とモータ回転数との関係があらかじめ記憶されている。この関係は、例えば、モータの仕様に基づいて計算したり、実際にモータを駆動し測定するなどの方法によって求めておくものとする。

次に、図１１および図４を参照して、図９および図１０に示したモータ制御装置（第３実施形態）の動作を説明する。
図１１は、図９のモータ制御装置でモータを起動したときの、停止状態から目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差、および積分結果の変化の様子を示すグラフ図である。ここで、モータ回転数については、図１５のＰ制御、および図１７の従来のＰＩ制御におけるそれを点線の曲線で併載している。
図４では、起動前後および積分演算を開始する前後における積分器１４０１および積分器操作装置１４０２の動作を、タイムチャートで示す。
図４に示すように、時刻ｔ０においてモータを起動する前までに、レジスタクリア信号１４０８を一度出力してレジスタ値をゼロにクリアしておき、さらに積分結果選択信号１４０９に“０”を設定し、積分器の出力は初期値１４０５としておく。なお、この初期値１４０５には、記憶装置１３１５に記憶しておいた駆動量の中から目標とするモータ回転数を得られる値を読み込んで、設定してあるものとする。

ところで、定常状態に限れば、駆動量は積分器１３１２の積分結果に等しいので、前述の「駆動量とモータ回転数との関係」を「積分器の積分結果とモータ回転数の関係」と言い換えることが出来る。つまり、今ここで積分器１３１２に設定した初期値は、定常状態になったときの積分結果の期待値ということになる。
この状態でモータを起動すると、モータ回転数は図１５のＰ制御の曲線と同じカーブで上昇していくことになる。
その後ある時刻ｔ１において、モータ回転数が目標回転数±Δｆの範囲内に入り、さらにその状態がΔｔだけ継続した時刻がｔ２であるとする（Δｆ、Δｔは任意）。これ以降、積分演算を有効にするのだが、その際にはまず時刻ｔ２にてレジスタ更新信号１４０７を１パルス出力し、その後時刻ｔ３で積分結果選択信号１４０９を“１”に変更し、さらにその後はレジスタ更新信号１４０７を順次出力することとする。

以上のようにすることで、積分演算が有効となった時点では、既に速度差、位相差ともにはほぼゼロになっているので、積分器によって生じる余分な駆動力は図４の従来のＰＩ制御の場合に比べて小さな値となり、オーバシュート量を請求項１に比べてさらに少なくすることが出来る。
この結果、従来のＰＩ制御の場合に比べて、また請求項１に比べても、起動時間を短くすることが出来る。
また、積分器１３１２の初期値としてゼロでない値を設定しているため、請求項２に比べても起動時間を短くすることが出来る。
以上が、請求項３のモータ制御装置の構成と動作の説明である。

次に、本発明によるモータ制御装置の第４実施形態（請求項４）について説明する。
本発明で課題としている、積分要素を備えたモータ制御装置では積分演算の遅れによりオーバシュートが発生するという問題は、起動時に限らず、変速時（モータの目標回転数を変えるとき）にも起こりうる問題であり、元の回転数と新しい回転数の速度差が大きいほどにオーバシュート量も大きくなる。
そこで、第４実施形態では、第３実施形態のモータ制御装置を変速時に適用したものである。なお、第４実施形態のモータ制御装置の構成、およびその積分器、積分操作装置の構成は、第３実施形態のものと同じである。
第４実施形態のモータ制御装置の動作を、図９、図１０（第３実施形態の説明で既出）および図１２、図１３を用いて説明する。

図１２は、第４実施形態のモータ制御装置でモータの変速動作を行ったときの、元の目標回転数で定常回転している状態から、新しい目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差、および積分結果の変化の様子を示すグラフ図である。
図１３は、第４実施形態における変速動作前後および積分演算を再開する前後における積分器１４０１および積分器操作装置１４０２の動作タイムチャートで示す。
図１３に示すように、時刻ｔ０において変速動作を開始する前までに、初期値１４０５の値として、記憶装置１３１５に記憶しておいた駆動量の中から新しい目標モータ回転数を得られる値を読み込んで設定しておく。
その後、それまでは順次出力していたレジスタ更新信号１４０７の出力を停止して積分動作をいったん無効にし、さらに積分結果選択信号１４０９に“０”を設定し、積分器の出力は前述の初期値１４０５とする。（この２つの処理は、変速直前であることが望ましい）
さらにその後レジスタクリア信号１４０８を一度出力してレジスタ値をゼロにクリアしておく。この処理は変速後でも良いが、後述の時刻ｔ２よりは早い時点でなければならない。

そして、時刻ｔ０において、変速動作を開始する。これは具体的には、基準速度信号１３０１と基準位相信号１３０４の出力を、新しい目標モータ回転数に応じた値に変更することである（図示せず）。これにより発生する速度差および位相差に応じた値、それに前述の積分器の出力（すなわち新しいモータ回転数に対応した初期値）を加えたもの駆動量として、モータの回転数が上昇していくことになる。
その後ある時刻ｔ１において、モータ回転数が目標回転数±Δｆの範囲内に入り、さらにその状態がΔｔだけ継続した時刻がｔ２であるとする（Δｆ、Δｔは任意）。これ以降、積分演算を再び有効にするのだが、その際にはまず時刻ｔ２にてレジスタ更新信号１４０７を１パルス出力し、その後時刻ｔ３で積分結果選択信号１４０９を“１”に変更し、さらにその後はレジスタ更新信号１４０７を順次出力することとする。

以上のようにすることで、積分演算が再び有効となった時点では、既に速度差、位相差ともにはほぼゼロになっているので、積分器によって生じる余分な駆動力は小さな値となり、オーバシュート量を少なくし、変速に要する時間を短くすることが出来る。
なお、今回は新しいモータ回転数が元のそれよりも速い場合、つまり加速の場合を想定して説明したが、減速の場合であっても同様に説明できる。
以上が、第４の実施形態のモータ制御装置の構成と動作の説明である。

本発明によるモータ制御装置の第１実施形態の構成図である。 図１に示した積分器５１２と積分器操作装置５１４の構成図である。 図１のモータ制御装置でモータを起動したときの、停止状態から目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差、および積分結果の変化の様子を示すグラフ図である。 第１実施形態における起動前後および積分演算を開始する前後における積分器６０１および積分器操作装置６０２の動作タイムチャートである。 本発明によるモータ制御装置の第２実施形態の構成図である。 図５の積分器９１２と積分器操作装置９１４の構成図である。 図５のモータ制御装置でモータを起動したときの、停止状態から目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差、および積分結果の変化の様子を示すグラフ図である。 第２実施形態における起動前後および積分演算を開始する前後における積分器１００１および積分器操作装置１００２の動作タイムチャートである。 本発明によるモータ制御装置の第３実施形態の構成図である。 図９の積分器１３１２と積分器操作装置１３１４の構成図である。 図９のモータ制御装置でモータを起動したときの、停止状態から目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差、および積分結果の変化の様子を示すグラフ図である。 第４実施形態のモータ制御装置でモータの変速動作を行ったときの、元の目標回転数で定常回転している状態から、新しい目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差、および積分結果の変化の様子を示すグラフ図である。 第４実施形態における変速動作前後および積分演算を再開する前後における積分器１４０１および積分器操作装置１４０２の動作タイムチャートである。 一般のＰ制御によるモータ制御装置の構成図である。 図１４に示したＰ制御によるモータ制御装置でモータを駆動したときに、起動から目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差の変化の様子を示すグラフ図である。 ＰＩ制御によるモータ制御装置の構成図である。 図１６のＰＩ制御によるモータ制御装置でモータを駆動したときに、起動から目標回転数に静定するまでのモータ回転数、速度差、位相差、および積分結果の変化の様子を示すグラフ図である。

符号の説明

１０１…基準速度信号、１０２…速度差検出器、１０３…速度ゲイン設定器、１０４…基準位相信号、１０５…位相差検出器、１０６…位相ゲイン設定器、１０７…加算器、１０８…駆動装置、１０９…モータ、１１１…ＦＧ信号、３０７…第１加算器、３１２…積分器、３１３…第２加算器、５０１…基準速度信号、５０２…速度差検出器、５０３…速度ゲイン設定器、５０４…基準位相信号、５０５…位相差検出器、５０６…位相ゲイン設定器、５０７…第１加算器、５０８…駆動装置、５０９…モータ、５１１…ＦＧ信号、５１２…積分器、５１３…第２加算器、５１４…積分器操作装置、６０１…積分器、６０２…積分器操作装置、６０３…加算器、６０４…レジスタ、６０５…初期値、６０６…セレクタ、６０７…レジスタ更新信号、６０８…レジスタクリア信号、６０９…積分結果選択信号、９０５…位相差検出器、９０６…位相ゲイン設定器、９０７…第１加算器、９１２…積分器、９１４…積分器操作装置、１００１…積分器、１００２…積分器操作装置、１００４…レジスタ、１００５…初期値、１００６…セレクタ、１００７…レジスタ更新信号、１００８…レジスタクリア信号、１００９…積分器選択信号、１００９…積分結果選択信号、１３０１…基準速度信号、１３０４…基準位相信号、１３１２…積分器、１３１３…第２加算器、１３１４…積分器操作装置、１３１５…記憶装置、１４０１…積分器、１４０２…積分器操作装置、１４０５…初期値、１４０７…レジスタ更新信号、１４０８…レジスタクリア信号、１４０８…後レジスタクリア信号、１４０９…積分結果選択信号

Claims (3)

1. モータの回転数制御を行うモータ制御装置であって、
   前記モータの回転数に比例した周波数の信号を出力する周波数発生器と、
   前記モータの目標モータ回転数に応じた基準速度信号と前記周波数発生器から出力される信号との速度偏差を検出する速度差検出器と、
   前記目標モータ回転数に応じた基準位相信号と前記周波数発生器から出力される信号との位相偏差を検出する位相差検出器と、
   前記速度差検出器から出力される速度差データに対して任意のゲインを乗算する速度ゲイン設定器と、
   前記位相差検出器から出力される位相差データに対して任意のゲインを乗算する位相ゲイン設定器と、
   前記速度ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の速度差データと前記位相ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の位相差データとを加算する第１加算器と、
   前記第１加算器から出力される第１の加算結果を積分する積分器と、
   前記積分器の積分演算の有効・無効を切り替えたり積分結果を強制的に書き換えたりすることが可能な積分器操作装置と、
   前記第１加算器から出力される第１の加算結果と前記積分器から出力される積分結果とを加算する第２加算器と、
   前記第２加算器から出力される第２の加算結果を駆動量として前記モータを駆動する駆動装置とを具備し、
   前記積分器が、積分結果として前記位相ゲイン設定器から出力されているゲイン乗算後の位相差データを参照して設定可能であり、前記位相差検出器から出力されている位相差データを、強制的にゼロにすることが可能となっており、前記モータの起動前までには前記積分器操作装置により前記積分器の積分結果はゼロにしており、且つ積分演算を無効にしており、
   前記モータ起動後、前記モータの回転数の目標値と実際値との差が一定の範囲内に収まっている状態が一定の時間だけ継続して以後に、前記積分器操作装置により前記積分器の積分演算を有効にする際には、直前に前記位相ゲイン設定器から出力されていたゲイン乗算後の位相差データを積分結果として設定し、それと同時に前記位相差検出器から出力されている位相差データを強制的にゼロにするという処理を行ってから、通常の積分演算に移行することを特徴としたモータ制御装置。
2. モータの回転数制御を行うモータ制御装置であって、
   前記モータの回転数に比例した周波数の信号を出力する周波数発生器と、
   前記モータの目標モータ回転数に応じた基準速度信号と前記周波数発生器から出力される信号との速度偏差を検出する速度差検出器と、
   前記目標モータ回転数に応じた基準位相信号と前記周波数発生器から出力される信号との位相偏差を検出する位相差検出器と、
   前記速度差検出器から出力される速度差データに対して任意のゲインを乗算する速度ゲイン設定器と、
   前記位相差検出器から出力される位相差データに対して任意のゲインを乗算する位相ゲイン設定器と、
   前記速度ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の速度差データと前記位相ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の位相差データとを加算する第１加算器と、
   前記第１加算器から出力される第１の加算結果を積分していく積分器と、
   前記積分器の積分演算の有効・無効を切り替えたり積分結果を強制的に書き換えたりすることが可能な積分器操作装置と、
   前記第１加算器から出力される第１の加算結果と前記積分器から出力される積分結果とを加算する第２加算器と、
   前記第２加算器から出力される第２の加算結果を駆動量として前記モータを駆動する駆動装置と、
   記憶装置とを具備し、
   前記記憶装置には、前記第２加算器から出力されている駆動量（第２の加算結果）と前記モータ回転数との関係を予め把握したうえで記憶しておき、
   前記モータの起動前までには前記積分器操作装置により前記積分器の積分結果の初期値として、前記目標モータ回転数に対応した駆動量を前記記憶装置から読み込んで設定し、且つ積分演算を無効にしており、
   前記モータ起動後、前記モータの回転数の目標値と実際値との差が一定の範囲内に収まっている状態が一定の時間だけ継続して以後に、前記積分器操作装置により前記積分器の積分演算を有効にすることを特徴としたモータ制御装置。
3. モータの回転数制御を行うモータ制御装置であって、
   前記モータの回転数に比例した周波数の信号を出力する周波数発生器と、
   前記モータの目標モータ回転数に応じた基準速度信号と前記周波数発生器から出力される信号との速度偏差を検出する速度差検出器と、
   前記目標モータ回転数に応じた基準位相信号と前記周波数発生器から出力される信号との位相偏差を検出する位相差検出器と、
   前記速度差検出器から出力される速度差データに対して任意のゲインを乗算する速度ゲイン設定器と、
   前記位相差検出器から出力される位相差データに対して任意のゲインを乗算する位相ゲイン設定器と、
   前記速度ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の速度差データと前記位相ゲイン設定器から出力されるゲイン乗算後の位相差データとを加算する第１加算器と、
   前記第１加算器から出力される第１の加算結果を積分していく積分器と、
   前記積分器の積分演算の有効・無効を切り替えたり積分結果を強制的に書き換えたりすることが可能な積分器操作装置と、
   前記第１加算器から出力される第１の加算結果と前記積分器から出力される積分結果とを加算する第２加算器と、
   前記第２加算器から出力される第２の加算結果を駆動量としてモータを駆動する駆動装置と、
   記憶装置とを具備し、
   前記記憶装置には、前記第２加算器から出力されている駆動量（第２の加算結果）とモータ回転数との関係を予め把握したうえで記憶しておき、
   前記目標モータ回転数を変更する変速動作を行う場合には、前記変速動作を行う前までには前記積分器操作装置により積分演算を無効にしており、前記積分器の積分結果の初期値として、新しい目標モータ回転数に対応した駆動量を前記記憶装置から読み込んで設定し、
   前記変速動作、すなわち前記基準速度信号および基準位相信号を新しい目標モータ回転数に応じたものに変更するという動作を実施し、
   前記変速動作後、新しい目標モータ回転数と実際値との差が一定の範囲内に収まっている状態が一定の時間だけ継続して以後に、前記積分器操作装置により前記積分器の積分演算を有効にすることを特徴としたモータ制御装置。

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