JP5251997B2

JP5251997B2 - モータ制御装置

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Publication number: JP5251997B2
Application number: JP2011013606A
Authority: JP
Inventors: 貞裕松浦; 仁岩田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: JP2011083191A

Description

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。

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。

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。

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、

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、例えば特許文献１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、

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。

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。

特開平８−３５８５７号公報

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。また同様に、位置検出器の複数の前記位置信号に位相差のずれがある場合での位相差のずれ量の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。

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出力周波数の２倍の周波数の周波数成分の大きさを抽出し、前記抽出した周波数成分の大きさを、複数の前記位置信号の位相差の大きさを判断するための位相差判別値として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のずれ量を補正する位相差補正手段とを具備するものである。

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出力周波数の２倍の周波数の周波数成分の大きさを抽出し、前記抽出した周波数成分の大きさを、複数の前記位置信号の位相差の大きさを判断するための位相差判別値として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ことで、前記位置検出器の複数の前記位置信号に位相差のずれ量がある場合でも、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。

本発明の第１の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図位置検出器の概念図位置検出器の出力である位置信号の一例を示す説明図周波数分析器の出力の一例を示す説明図周波数分析器の出力の他の一例を示す説明図オフセット量判別器の動作を示す概念図本発明の第２の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図フィルターの特性を示した説明図本発明の第３の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図本発明の第４の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図本発明の第５の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図位置検出器の出力である位置信号の一例を示す説明図周波数分析器の出力の一例を示す説明図本発明の第６の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図

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出力周波数の２倍の周波数の周波数成分の大きさを抽出し、前記抽出した周波数成分の大きさを、複数の前記位置信号の位相差の大きさを判断するための位相差判別値として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を具備するものである。

以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。

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。

図２は位置検出器の概念図である。

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。

図４は周波数分析器の出力の一例を示す説明図である。

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。

図６はオフセット量判別器の動作を示す概念図である。

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。

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。

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。

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、

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。

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。

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。

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。

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、本実施の形態のように、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。

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。

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。

次に、第１の実施の形態では、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。

そこで、本発明の第２の実施の形態として、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。

（実施の形態２）
以下本発明の第２の実施の形態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。

図７は本発明の第２の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。

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。

図８はフィルターの特性を示した説明図である。

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。

第１の実施の形態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。

位置検出器１０２からの位置信号ＭＲ１，ＭＲ２は、第１の実施の形態と同様、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。

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。

このオフセット判別値も、第１の実施の形態と同様に、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。

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。

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。

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。

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。

次に、第１及び第２の実施の形態では、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。

そこで、本発明の第３の実施の形態として、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。

（実施の形態３）
以下本発明の第３の実施の形態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。

図９は本発明の第３の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。

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。

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。

第１の実施の形態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。

位置検出器１０２からの位置信号ＭＲ１，ＭＲ２は、第１の実施の形態と同様、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。

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の実施の形態と同様に、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。

次に、第３の実施の形態では、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。

そこで、本発明の第４の実施の形態として、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。

（実施の形態４）
以下本発明の第４の実施の形態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。

図１０は本発明の第４の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。

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。

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。

位置検出器１０２からの位置信号ＭＲ１，ＭＲ２は、第１の実施の形態と同様、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。

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。

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の実施の形態と同様に、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。

なお、本実施の形態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。

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。

次に、第１及び第２及び第３及び第４の実施の形態では、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。

そこで、本発明の第５の実施の形態として、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。

（実施の形態５）
以下本発明の第５の実施の形態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。

図１１は本発明の第５の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。

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。

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。

図１３は周波数分析器の出力の一例を示す説明図である。

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。

第１の実施の形態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。

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。

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の実施の形態と同様に、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。

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。

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。

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。

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、本実施の形態のように、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。

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。

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。

次に、第５の実施の形態では、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。

そこで、本発明の第６の実施の形態として、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。

（実施の形態６）
以下本発明の第６の実施の形態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。

図１４は本発明の第６の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である
。

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。

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。

第５の実施の形態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。

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。

位置検出器１０２からの位置信号ＭＲ１，ＭＲ２は、第５の実施の形態と同様、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。

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。

この位相差判別値も、第５の実施の形態と同様に、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。

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。

なお、本実施の形態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。

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。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、産業用や家電用などの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において、位置検出器の複数の前記位置信号に位相差のずれがある場合でも、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として広範囲に適用できる。

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

Claims

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出力周波数の２倍の周波数の周波数成分の大きさを抽出し、前記抽出した周波数成分の大きさを、複数の前記位置信号の位相差の大きさを判断するための位相差判別値として出力する位相差判別手段と、
前記位相差判別値から前記位置検出器の位相差を補正する位相差補正手段を具備していることを特徴とするモータ制御装置。
位置検出器の出力周波数は、速度指令値から演算する速度周波数と位置検出器の正弦波状の周期を乗算した周波数であることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
周波数分析手段が、速度検出手段の出力と速度指令値の偏差を、速度指令値から演算する速度周波数と位置検出器の正弦波状の周期を乗算した位置検出器出力周波数の２倍の周波数の周波数成分近傍以外を除去するフィルターに通した値を出力することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
周波数分析手段が、速度制御手段の出力を周波数分析することを特徴とする請求項１あるいは請求項３記載のモータ制御装置。
位相差補正手段が、位置検出器の複数の位置信号の位相差を変更して位相差判別値が小さくなるように調整することで前記位置検出器の複数の前記位置信号の位相差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。
位相差補正手段が、予め位相を変更した複数の位置信号を記憶する位相ずれ位置信号記憶手段と、位置検出器の位置信号を前記位相ずれ位置信号記憶手段に記憶された位相を変更した位置信号に変換する位相変換手段を有しており、
前記位置検出器の複数の位置信号の少なくとも１つを前記位相変換手段により位相を変更して位相差判別値が小さくなるように調整することで前記位置検出器の複数の前記位置信号の位相差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。