JP5489667B2

JP5489667B2 - 直流モータのリップル検出装置、リップル検出方法、およびリップル検出プログラム

Info

Publication number: JP5489667B2
Application number: JP2009265214A
Authority: JP
Inventors: 拓也永田; 大和 ▲高▼橋; 豊木佐貫; 仁司石川; 光渡辺; 得郎筒井
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: JP2011109880A

Description

本発明は、直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを検出する装置、方法、およびプログラムに関する。

直流モータの一種に、回転電機子にコンミテータを備えてブラシから通電方向を切り換える方式の直流ブラシモータがあり、例えば車両用シート装置のシートスライド用やリクライニング角度調整用などに適用されている。直流ブラシモータでは、回転電機子が回転してブラシとコンミテータの接触が切り替わることに起因して電流リップルが発生し、電機子電流に重畳する。したがって、直流の電機子電流に含まれる交流分の電流リップルを抽出して波形整形し、極大点、極小点、ゼロクロス点などの特異点を検出することにより、回転電機子の回転位相を知ることができ、回転位相センサや累積回転量センサの代わりになる。つまり、これらのセンサを別途設ける必要がなくなり、上記例では車両用シート装置が簡素となり、製作コストを低減できる。

しかしながら、電機子電流には電流リップルだけでなく低周波ノイズや高周波ノイズも重畳する場合が多い。例えば、４極１０スロットの直流モータにおいては、電気角の３６０°ではなく７２０°で構造上のトポロジーをもつため、７２０°を周期とする電流成分が重畳する。換言すれば、リップル周波数の１／２の周波数をもつ低周波ノイズ（１／２周波数ノイズ）が電機子電流に重畳する。また、リップル周波数の２倍や４倍の周波数をもつ高周波ノイズ（ｎ倍周波数ノイズ）が電機子電流に重畳することも往々にしてある。本願出願人は、このようなノイズの影響を受けずに電流リップルを検出する装置の一例を特許文献１に開示している。

特許文献１の直流モータの回転状態検出装置は、遮断周波数演算手段、遮断周波数設定手段、フィルタ手段、回転状態検出手段、回転状態判定手段、および遮断周波数更新手段を備え、直流モータが定常回転をしていないときにのみフィルタ手段の遮断周波数の変更を許可するようにしている。したがって、回転状態に応じて遮断周波数の変更可否を制御し、また、定常回転状態ではノイズ成分を遮断して正確にリップルを検出できる。これにより、フィルタ手段の遮断周波数がリップル周波数よりも低周波側へ誤って設定され、最終的に低周波ノイズの周波数に設定されてしまうおそれを解決できる、とされている。

特開２００７−１２４８６５号公報

ところで、特許文献１の実施形態では、リップルパルス整形回路出力のパルス間時間の逆数を実リップル周波数として、フィルタ手段の遮断周波数を演算している。この方法によると、例えば、一過性のノイズが重畳してこれをフィルタ手段で除去しきれない場合、実リップル周波数が誤って高くなったり低くなったりするおそれが解消できない。例えば、リップル波形の検出過程で電流リップルを検出できないリップル抜けが発生すると、リップル周期が約２倍に延びる。また、電流リップルと区別できないノイズが重畳するリップル増しが発生すると、正規のリップル周期が２分される。これらの場合、リップル周期の逆数で求めたリップル周波数は正しい値の概ね半分または２倍となる。

また、電流リップルには、ジッタ成分と呼ばれる微妙なゆらぎが含まれることもある。この場合、定常回転状態であっても逐次求めたリップル周期の精度が高いとは限らず、ある程度のばらつきを含む。ばらつきを低減するためには移動平均値を求めることが考えられるが、リップル抜けやリップル増しが発生した場合は、やはりリップル周期やリップル周波数の精度は低下してしまう。

リップル周期の精度低下により、リップル周期を利用した回転位相や累積回転量などの演算の精度低下が生じる。さらには、リップル周波数の精度低下により、フィルタの遮断周波数を良好に制御できなくなり、ノイズを除去できなくなって誤った周波数、例えば１／２周波数にロックしてしまうような悪循環に陥るおそれもある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ジッタ成分などの原因により個々のリップル周期がばらつき、あるいは一過性のノイズによりリップル抜けやリップル増しが発生しても、リップル周波数を高精度に求めてフィルタ部をフィードバック制御できる直流モータのリップル検出装置、リップル検出方法、およびリップル検出プログラムを提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係る直流モータのリップル検出装置の発明は、直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求める遮断周波数可変のフィルタ部と、前記リップル波形に基づいてリップル周期を求めるリップル周期検出部と、前記リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、を備える直流モータのリップル検出装置であって、前記リップル周期検出部は、前記リップル波形に基づいて逐次前記リップル周期を演算するリップル周期演算手段と、時系列的に連続する一定数の前記リップル周期を配列要素とする時系列配列を作成および逐次更新する配列作成更新手段と、前記時系列配列中の前記リップル周期を大きさの順番に並べ替えて昇順配列または降順配列を作成する配列要素並べ替え手段と、前記昇順配列または前記降順配列の前後からそれぞれ所定数のリップル周期を取り除いた後に残された中央のリップル周期の平均値を求めて平均リップル周期とする中央選択平均値演算手段とを有し、前記遮断周波数制御部は、前記平均リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御し、さらに、前記リップル周期検出部は、前記リップル周期演算手段の後段にリップル抜け補正手段およびリップル増し補正手段の少なくとも１つの補正手段を有し、前記リップル抜け補正手段は、前記平均リップル周期に１を越え２未満の所定倍率を乗じた抜け判定値よりも最新のリップル周期が大きいときに、前記リップル波形の前記電流リップルを検出できないリップル抜けが発生したと判断し、前記最新のリップル周期を２で除して求めた抜け補正周期を２個前記配列作成更新手段に受け渡し、前記リップル増し補正手段は、前記平均リップル周期に１未満の所定倍率を乗じた増し判定値よりも最新のリップル周期が小さいときに、前記リップル波形に前記電流リップルと区別できないノイズが重畳するリップル増しが発生したと判断し、前記最新のリップル周期と次に検出するリップル周期とを加えて求めた増し補正周期を前記配列作成更新手段に受け渡す、ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記直流モータが起動してから一定時間が経過した後に、あるいは前記直流モータが起動してから前記一定数を越える前記リップル周期を求めた後に、前記平均リップル周期を求めるようにしたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記リップル周期は時系列的な順序を示す時系列情報を付帯しており、前記配列要素並べ替え手段は、前記時系列情報を参照して前記昇順配列または前記降順配列から最旧のリップル周期を削除した後に、最新のリップル周期を追加して大きさの順番に並べ替えることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求める遮断周波数可変のフィルタ部と、前記リップル波形に基づいてリップル周期を求めるリップル周期検出部と、前記リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、を備える直流モータのリップル検出装置であって、前記リップル周期検出部は、前記リップル波形に基づいて逐次前記リップル周期を演算するリップル周期演算手段と、時系列的に連続する一定数の前記リップル周期を配列要素とする時系列配列を作成および逐次更新する配列作成更新手段と、前記時系列配列中の前記リップル周期を大きさの順番に並べ替えて昇順配列または降順配列を作成する配列要素並べ替え手段と、前記昇順配列または前記降順配列の前後からそれぞれ所定数のリップル周期を取り除いた後に残された中央のリップル周期の平均値を求めて平均リップル周期とする中央選択平均値演算手段とを有し、前記遮断周波数制御部は、前記平均リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御し、前記フィルタ部は、互いに前記遮断周波数が異なる第１フィルタおよび第２フィルタを有し、前記リップル周期検出部は、前記第１フィルタが求めた第１リップル波形に基づいて第１リップル周期を求める第１リップル周期検出部、ならびに前記第２フィルタが求めた第２リップル波形に基づいて第２リップル周期および前記平均リップル周期を求める第２リップル周期検出部を含み、前記遮断周波数制御部は前記平均リップル周期に基づいて前記第１フィルタおよび前記第２フィルタの前記遮断周波数を制御し、さらに、前記第１リップル周期を前記直流モータの累積回転量、回転位相、および回転速度の少なくとも一つの演算に供する、ことを特徴とする。

請求項５に係る直流モータのリップル検出方法の発明は、直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求める遮断周波数可変のフィルタ部と、前記リップル波形に基づいてリップル周期を求めるリップル周期検出部と、前記リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、を備える直流モータのリップル検出装置を用いたリップル検出方法であって、前記リップル波形を求めるリップル波形取得ステップと、前記リップル波形に基づいて逐次前記リップル周期を演算するリップル周期演算ステップと、時系列的に連続する一定数の前記リップル周期を配列要素とする時系列配列を作成および逐次更新する配列作成更新ステップと、前記時系列配列中のリップル周期を大きさの順番に並べ替えて昇順配列または降順配列を作成する配列要素並べ替えステップと、前記昇順配列または前記降順配列の前後からそれぞれ所定数のリップル周期を取り除いた後に残された中央のリップル周期の平均値を求めて平均リップル周期とする中央選択平均値演算ステップと、前記平均リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御ステップと、を有し、さらに、前記リップル周期演算ステップの後にリップル抜け補正ステップおよびリップル増し補正ステップの少なくとも１ステップを有し、前記リップル抜け補正ステップは、前記平均リップル周期に１を越え２未満の所定倍率を乗じた抜け判定値よりも最新のリップル周期が大きいときに、前記リップル波形の前記電流リップルを検出できないリップル抜けが発生したと判断し、前記最新のリップル周期を２で除して求めた抜け補正周期を２個前記配列作成更新ステップに受け渡すステップであり、前記リップル増し補正ステップは、前記平均リップル周期に１未満の所定倍率を乗じた増し判定値よりも最新のリップル周期が小さいときに、前記リップル波形に前記電流リップルと区別できないノイズが重畳するリップル増しが発生したと判断し、前記最新のリップル周期と次に検出するリップル周期とを加えて求めた増し補正周期を前記配列作成更新ステップに受け渡すステップである、ことを特徴とする。

請求項６に係る直流モータのリップル検出プログラムの発明は、請求項５の各ステップをコンピュータに実行させるプログラムであることを特徴とする。

請求項１に係る直流モータのリップル検出装置の発明では、リップル周期検出部は、逐次更新された時系列的に連続する一定数のリップル周期を大きさの順番に並べ替え、大きなものと小さなものをそれぞれ所定数取り除いた後に残された中央のリップル周期から平均リップル周期を求め（中央選択移動平均法）、遮断周波数制御部は、平均リップル周期に基づいてフィルタ部の遮断周波数を制御する。このため、ジッタ成分などの原因により個々のリップル周期がばらついていても、中央選択移動平均法を用いて平均リップル周期を高精度に求めることができる。また、一過性のノイズなどの原因によりリップル抜けやリップル増しが発生して誤ったリップル周期が求められても、所定数以下であれば平均化の際の母集団から取り除かれるので誤差の原因にならず、平均リップル周期を高精度に求めることができる。

したがって、個々のリップル周期のばらつきやノイズの影響を除去して正確なリップル周波数を求め、フィルタ部の遮断周波数を正確にフィードバック制御できる。また、フィードバック制御されたフィルタ部のリップル波形から正確なリップル周期を得ることができ、直流モータの累積回転量、回転位相、および回転速度などを高精度に演算できる。
さらに、リップル周期検出部は、リップル周期演算手段の後段にリップル抜け補正手段およびリップル増し補正手段の少なくとも１つの補正手段を有している。リップル抜け補正手段は、リップル抜けが発生したと判断したとき、最新の過大なリップル周期を２で除して求めた抜け補正周期を２個配列作成更新手段に受け渡す。これにより、２個の妥当な抜け補正周期が配列作成更新手段に追加されるので、リップル抜けが多頻度で発生しても、平均リップル周期を高精度に求めることができる。また、リップル増し補正手段は、リップル増しが発生したと判断したとき、最新の過小なリップル周期と次に検出するリップル周期とを加えて求めた増し補正周期を配列作成更新手段に受け渡す。これにより、過小なリップル周期に代えて妥当な増し補正周期が配列作成更新手段に追加されるので、リップル増しが多頻度で発生しても、平均リップル周期を高精度に求めることができる。

請求項２に係る発明では、直流モータが起動してから一定時間が経過した後に、あるいは直流モータが起動してから一定数を越えるリップル周期を求めた後に、平均リップル周期を求めるようにしている。これにより、直流モータが起動して回転速度が変化する途中の過程や、一定数のリップル周期を蓄積する途中の過程で、遮断周波数制御部が意味のない平均リップル周期に基づいて遮断周波数を制御する不合理を解消できる。なお、遮断周波数制御部は、起動時の代替制御方法として、例えば、リップル周波数マップに基づいてフィルタ部の遮断周波数を制御する。リップル周波数マップは、直流モータに印加する電圧と流れる電流からリップル周波数を求めるようしたものである。したがって、起動時の実際の印加電圧と流れている電流からリップル周波数を求め、さらに遮断周波数を求めることができる。

請求項３に係る発明では、リップル周期は時系列的な順序を示す時系列情報を付帯している。このため、配列要素並べ替え手段は、時系列情報を参照して昇順配列または降順配列から最旧のリップル周期を削除した後に、最新のリップル周期を配列中のどこかに割り込ませることで並べ替えを完了できる。したがって、配列要素並べ替え手段は、いちいち時系列配列の全配列要素をコピーして並べ替えるという煩雑な処理を行わず、並べ替えに要する演算時間や演算レジスタを節約できる。

請求項４に係る発明では、フィルタ部は第１および第２フィルタを有し、リップル周期検出部は第１および第２リップル周期検出部を含み、遮断周波数制御部は、第２リップル周期検出部が求めた平均リップル周期に基づいて第１および第２フィルタの遮断周波数を制御し、さらに、第１リップル周期検出部が求めた第１リップル周期を直流モータの累積回転量、回転位相、および回転速度の少なくとも一つの演算に供する。したがって、平均リップル周期に基づくことで個々のリップル周期のばらつきやノイズの影響を除去し、第１および第２フィルタの遮断周波数を正確にフィードバック制御できる。また、正確にフィードバック制御された第１フィルタの正確な第１リップル波形から正確な第１リップル周期を求めて演算に供するので、高精度な演算ができる。

請求項５に係る直流モータのリップル検出方法の発明は、波形取得ステップ、リップル周期演算ステップ、配列作成更新ステップ、配列要素並べ替えステップ、中央選択平均値演算ステップ、および遮断周波数制御ステップを有し、さらに、リップル周期演算ステップの後にリップル抜け補正ステップおよびリップル増し補正ステップの少なくとも１ステップを有する。したがって、請求項１と同様、リップル抜けおよびリップル増しの少なくとも一方が多頻度で発生しても、平均リップル周期を高精度に求めることができる。

請求項６に係る直流モータのリップル検出プログラムの発明では、請求項５の各ステップをコンピュータに実行させることができる。

本発明の実施形態の直流モータのリップル検出装置を説明するブロック図である。実施形態における平均リップル周期を用いた遮断周波数制御のメインフローを説明する処理フロー図である。図２のメインフロー中の通常時処理を説明する処理フロー図である。図２のメインフロー中のリップル抜け判定時処理を説明する処理フロー図である。図２のメインフロー中のリップル増し判定時処理を説明する処理フロー図である実施形態のリップル検出装置の作用を説明する実測波形例の図である。図６の実測波形例の一定回転状態の部分を時間的に拡大した図である。

本発明を実施するための実施形態を、図１〜図７を参考にして説明する。図１は、本発明の実施形態の直流モータのリップル検出装置１を説明するブロック図である。直流モータ９１は、図略の車両用シート装置のシートスライド用に適用されており、通常一定の直流電圧を印加して一定回転速度で用いるものである。リップル検出装置１は、直流モータ９１を制御する制御装置の一部としてカスタムＩＣの形態で構成され、モータ制御ＣＰＵ９９の制御で動作するようになっている。リップル検出装置１は、第１バンドパスフィルタ２、第１リップル周期検出部３、第２バンドパスフィルタ４、第２リップル周期検出部５、リップル周波数演算部６、および遮断周波数制御部７などの機能ブロックを備えている。

リップル検出装置１において、第１バンドパスフィルタ２および第１リップル周期検出部３は、直流モータ９１の電機子電流Ｉｍに含まれる電流リップルから第１リップル周期Ｔｒ１を検出してモータ制御ＣＰＵ９９に受け渡す機能を担っている。また、第２バンドパスフィルタ４以降の機能ブロックは、電流リップルからリップル周波数を検出して基本周波数ｆ０とし、基本周波数ｆ０を基にして第１バンドパスフィルタ２の遮断周波数ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨを正確にフィードバック制御する機能を担っている。

第１バンドパスフィルタ２は、遮断周波数制御部７からの制御により遮断周波数が可変とされるディジタルフィルタである。第１バンドパスフィルタ２は、下側遮断周波数ｆ１CＬのハイパスフィルタＨＰＦ１、および上側遮断周波数ｆ１ＣＨのローパスフィルタＬＰＦ１の組み合わせにより構成され、通過周波数帯域ｆ１は下側遮断周波数ｆ１ＣＬと上側遮断周波数ｆ１ＣＨの間に制限されている（ｆ１ＣＬ≦ｆ１≦ｆ１ＣＨ）。同様に、第２バンドパスフィルタ４も、下側遮断周波数ｆ２CＬのハイパスフィルタＨＰＦ２、および上側遮断周波数ｆ２ＣＨのローパスフィルタＬＰＦ２の組み合わせにより構成され、通過周波数帯域ｆ２は下側遮断周波数ｆ２ＣＬと上側遮断周波数ｆ２ＣＨの間に制限されている（ｆ２ＣＬ≦ｆ２≦ｆ２ＣＨ）。

第１バンドパスフィルタ２および第２バンドパスフィルタ４には、それぞれ直流モータ９１の電機子電流Ｉｍに相当する波形が入力され、フィルタリング後の第１リップル波形Ｉｒ１および第２リップル波形Ｉｒ２が出力される。

第１リップル周期検出部３は、第１バンドパスフィルタ２から出力された第１リップル波形Ｉｒ１に基づいて第１リップル周期Ｔｒ１を求めるとともに、リップル抜けおよびリップル増しの有無の判定を行うものである。第１リップル周期検出部３は、図略のリップル周期演算手段、リップル抜け補正手段リップル増し補正手段、配列作成更新手段、配列要素並べ替え手段、および中央選択平均値演算手段の各機能手段を有している。

リップル周期演算手段は、第１リップル波形Ｉｒ１の極小点からの増加量が通常時の振幅に達するタイミングを逐次検出して、第１パルス信号ＩＰ１を出力するようになっている。そして、隣接する第１パルス信号ＩＰ１の発生間隔を検出して第１リップル周期Ｔｒ１とする。さらに、リップル周期演算手段は、第１リップル周期Ｔｒ１を検出した都度、時系列情報として通し番号Ｎを付与するようになっている。また、リップル抜け補正手段〜中央選択平均値演算手段の各機能は、第２リップル周期検出部５のそれらと同様であり、後述する。

第２リップル周期検出部５は、第２バンドパスフィルタ４から出力された第２リップル波形Ｉｒ２に基づいて第２リップル周期Ｔｒ２を求めるとともに、リップル抜けおよびリップル増しが発生したときに補正処理を行い、最終的に平均リップル周期Ｔａｖを求めるものである。図１に示されるように、第２リップル周期検出部５は、リップル周期演算手段５１、リップル抜け補正手段５２、リップル増し補正手段５３、配列作成更新手段５４、配列要素並べ替え手段５５、および中央選択平均値演算手段５６を有している。

リップル周期演算手段５１は、第２リップル波形Ｉｒ２がゼロ点閾値Ｚの負側から正側にクロスする増加方向のゼロクロス点の発生タイミングを逐次検出して、第２パルス信号ＩＰ２を出力するようになっている。そして、隣接する第２パルス信号ＩＰ２の発生間隔を検出して第２リップル周期Ｔｒ２とする。さらに、リップル周期演算手段５１は、第２リップル周期Ｔｒ２を検出した都度、時系列情報として通し番号Ｎを付与するようになっている。

リップル抜け補正手段５２は、リップル抜けの有無を判断し、リップル抜けが発生したときに補正処理を行う手段である。詳述すると、リップル抜け補正手段５２は、後述する平均リップル周期Ｔａｖに所定倍率として１．３を乗じた抜け判定値と最新の第２リップル周期Ｔｒ２とを比較する。そして、後者が大きいときに第２リップル波形Ｉｒ２の電流リップルを検出できないリップル抜けが発生して第２リップル周期Ｔｒ２が過大になったと判断する。またこのとき、リップル抜けフラグＦ２２を立てる。さらに、最新のリップル周期Ｔｒ２を２で除して求めた抜け補正周期Ｔｒｈ（＝Ｔｒ２／２）を２個、配列作成更新手段５４に受け渡す。

リップル増し補正手段５３は、リップル増しの有無を判断し、リップル増しが発生したときに補正処理を行う手段である。詳述すると、リップル増し補正手段５３は、平均リップル周期Ｔａｖに所定倍率として０．７を乗じた増し判定値と最新の第２リップル周期Ｔｒ２とを比較する。そして、後者が小さいときに第２リップル波形Ｉｒ２に電流リップルと区別できないノイズが重畳するリップル増しが発生して第２リップル周期Ｔｒ２が過小になったと判断する。またこのとき、リップル増しフラグＦ２３を立てる。さらに、最新のリップル周期Ｔｒ２と次に検出するリップル周期とを加えて求めた増し補正周期Ｔｒｂを、配列作成更新手段５４に受け渡す。

リップル抜けもリップル増しも発生していないとき、すなわち、最新の第２リップル周期Ｔｒ２が平均リップル周期Ｔａｖの０．７〜１．３倍の間にあるとき、第２リップル周期Ｔｒ２はそのまま配列作成更新手段５４に受け渡される。

配列作成更新手段５４は、時系列的に連続する１２個の第２リップル周期Ｔｒ２（ｉ）、ｉ＝０〜１１を配列要素とする時系列配列を作成および逐次更新する手段である。逐次更新するとは、最新の第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）を検出したときに、下式に示される処理を行うことを意味する。すなわち、先頭の配列要素である通し番号Ｎが最小の最旧の第２リップル周期Ｔｒ２（０）を削除し、２番目以降の配列要素を前進させ、配列の末尾に最新の第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）を加える。

Ｔｒ２（ｉ）＝Ｔｒ２（ｉ＋１）ただし、ｉ＝０〜１０

Ｔｒ２（１１）＝Ｔｒ２（ｎｅｗ）

配列要素並べ替え手段５５は、時系列配列中の第２リップル周期Ｔｒ２（ｉ）を大きさの順番に並べ替えて昇順配列Ｔｒ２（ｋ）、ｋ＝０〜１１を作成する手段である。並べ替えにより、１２個の第２リップル周期Ｔｒ２（ｋ）は値が小さい順に並んで時系列的な順序はなくなるが、通し番号Ｎは付帯している。したがって、配列要素並べ替え手段５５は、最新の第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）を受け取ったときに、最旧の第２リップル周期Ｔｒ２（ｉ＝０）を削除し、昇順配列中のどこかに最新の第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）を割り込ませることで並べ替えを完了できる。

中央選択平均値演算手段５６は、下式に示されるように、昇順配列の前後からそれぞれ４個の第２リップル周期を取り除いた後に、残された中央の４個の第２リップル周期Ｔｒ２（ｋ）を平均化の母集団として平均値を求め、平均リップル周期Ｔａｖとする。

Ｔａｖ＝ΣＴｒ２（ｋ）／４ただし、ｋ＝４〜７

中央選択平均値演算手段５６は、求めた平均リップル周期Ｔａｖをリップル周波数演算部６に送る。

第１リップル周期検出部３においても、第２リップル周期検出部５と同様に、第１リップル周期Ｔｒ１の大小によりリップル抜けおよびリップル増しの有無の判定を行い、これが発生したときにリップル抜けフラグＦ１２およびリップル増しフラグＦ１３を立てる。また、同様の中央選択平均値演算の処理により平均リップル周期を求めて内部処理に使用するが、検出部３の外部へは送らない。

リップル周波数演算部６は、中央選択平均値演算手段５６から送られた平均リップル周期Ｔａｖの逆数を求めて基本周波数ｆ０とし、遮断周波数制御部７に送る。

遮断周波数制御部７は、基本周波数ｆ０に基づいて、第１バンドパスフィルタ２の下側遮断周波数ｆ１ＣＬおよび上側遮断周波数ｆ１ＣＨを制御し、かつ第２バンドパスフィルタ４の下側遮断周波数ｆ２ＣＬおよび上側遮断周波数ｆ２ＣＨを制御する。具体的には、第１バンドパスフィルタ２において、基本周波数ｆ０が通過周波数帯域ｆ１に入るように制御する。例えば、下側遮断周波数ｆ１ＣＬ＝基本周波数ｆ０、上側遮断周波数ｆ１＝２．４×基本周波数ｆ０、に制御する。また、第２バンドパスフィルタ２において、基本周波数ｆ０が通過周波数帯域ｆ２の下側となるように制御する。例えば、第１バンドパスフィルタ２の２倍の周波数となるように、下側遮断周波数ｆ２ＣＬ＝２×基本周波数ｆ０、上側遮断周波数ｆ２ＣＨ＝４．８×基本周波数ｆ０、に制御する。

ここで、第２バンドパスフィルタ２は、第２リップル波形Ｉｒ２の基本周波数ｆ０の信号成分を減衰させるが、基本周波数ｆ０より低い周波数、例えば１／２周波数のノイズ成分をさらに減衰させることができる。加えて、第２リップル波形Ｉｒ２のゼロ点閾値Ｚ付近における微少な増減振動が減衰されてゼロクロス点の検出が安定する作用もあり、第２リップル周期Ｔｒ２を高精度に求めることができる。

なお、遮断周波数制御部７は、起動時にはリップル周波数演算部６から送られた基本周波数ｆ０ではなく、リップル周波数マップから求めた基本周波数ｆ０に基づいて各遮断周波数ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨ、ｆ２ＣＬ、ｆ２ＣＨを制御する。リップル周波数マップは、直流モータ９１に印加する電圧と流れる電流からリップル周波数を求めるようしたものである。したがって、起動時の実際の印加電圧と流れている電流を考慮してリップル周波数を求め、これを基本周波数ｆ０とすることができる。

最終的に、リップル検出装置１は、第１リップル周期Ｔｒ１の情報を含む第１パルス信号ＩＰ１と、第２リップル周期Ｔｒ２の情報を含む第２パルス信号ＩＰ２と、４つのフラグＦ１２、Ｆ１３、Ｆ２２，Ｆ２３の情報とをモータ制御ＣＰＵ９９に送出する。モータ制御ＣＰＵ９９は、第１パルス信号ＩＰ１および２つのフラグＦ１２，Ｆ１３の情報から直流モータ９１の累積回転量を求め、シートのスライド移動量を把握する。

次に、実施形態のリップル検出装置１の動作について、図２〜図５の処理フロー図を参考にして説明する。図２は、平均リップル周期を用いた遮断周波数制御のメインフローを説明する処理フロー図である。また、図３はメインフロー中の通常時処理を説明する処理フロー図、図４はメインフロー中のリップル抜け判定時処理を説明する処理フロー図、図５はメインフロー中のリップル増し判定時処理を説明する処理フロー図である。

図２のメイン処理のステップＭ１で、リップル検出装置１は、モータ制御ＣＰＵ９９からのリセット信号を受け付けて動作を開始する。リップル検出装置１は、まずステップＭ２で装置内を初期化する。具体的には、時系列配列および昇順配列の各配列要素や各フラグＦ１２、Ｆ１３、Ｆ２２，Ｆ２３をクリヤし、各遮断周波数ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨ、ｆ２ＣＬ、ｆ２ＣＨをデフォルト値に初期設定する。次にステップＭ３で、新規の第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）を検出し、通し番号Ｎを付与する。次にステップＭ４で、新規の第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）が付帯する通し番号Ｎが起動時を判定する４０に達しているか調査する。通し番号Ｎが４０未満のときは起動時であり、ステップＭ５でリップル周波数マップから基本周波数ｆ０を決定する。ステップＭ５の後、ステップＭ１２に移行する。

ステップＭ４で通し番号Ｎが４０以上のときは、ステップＭ６で第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）が過大になっているか調査する。過大になっているときはステップＭ８に移行してリップル抜け判定時処理を行い、過大になっていないときはステップＭ７で第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）が過小になっているか調査する。過小になっているときはステップＭ９に移行してリップル増し判定時処理を行い、過小になっていないときはステップＭ１０で通常時処理を行う。このようにして、第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）の大きさにより、ステップＭ８、Ｍ９、Ｍ１０のいずれかの処理を行う。

ステップＭ１０の通常時処理の詳細は図３に示されており、ステップＳ１１で時系列配列に第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）を加えて更新する。次に、ステップＳ１２で昇順配列に第２リップル周期Ｔｒ２（ｎｅｗ）を加え、並べ替えを行って更新する。次に、ステップＳ１３で、中央選択平均値演算により平均リップル周期Ｔａｖを演算した後、メインフローに戻る。

ステップＭ８のリップル抜け判定時処理の詳細は図４に示されており、ステップＳ２０で抜け補正周期Ｔｒｈを演算する。次に、ステップＳ１１で時系列配列に抜け補正周期Ｔｒｈを加えて更新する。次のステップＳ１２およびステップＳ１３は通常時処理と同一であり、平均リップル周期Ｔａｖを演算する。また、ステップＳ２４で抜け補正周期Ｔｒｈによる補正処理を２回繰り返したことを確認した後、メインフローに戻る。

ステップＭ９のリップル増し判定時処理の詳細は図５に示されており、ステップＳ３０で増し補正周期Ｔｒｂを演算する。次に、ステップＳ１１で時系列配列に増し補正周期Ｔｒｂを加えて更新する。次のステップＳ１２およびステップＳ１３は通常時処理と同一であり、平均リップル周期Ｔａｖを演算した後、メインフローに戻る。

図２のメインフローに戻り、ステップＭ１１で平均リップル周期Ｔａｖの逆数を求めて基本周波数ｆ０とする。次に、ステップＭ１２で基本周波数ｆ０に基づいて各遮断周波数ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨ、ｆ２ＣＬ、ｆ２ＣＨを制御し、起動時の場合にはステップＭ５で決定した基本周波数ｆ０に基づいて制御する。ステップＭ１２により遮断周波数制御の１サイクルが終了し、ステップＭ３に戻って、以降は繰り返し動作する。

次に、上述のように機能構成された実施形態のリップル検出装置１の作用について、図６および図７の実測波形例を参考にして説明する。図６は、実施形態のリップル検出装置１の作用を説明する実測波形例の図である。図６の横軸は共通の時間ｔを示し、上側のグラフの（１）は直流モータ９１の電機子電流Ｉｍ、（２）は第２パルス信号ＩＰ２を示し、中央のグラフの（３）は第２リップル波形Ｉｒ２、（４）はゼロ点閾値Ｚを示し、下側のグラフの（５）は基本周波数ｆ０を示している。また、図７は、図６の実測波形例の一定回転状態の部分を時間的に拡大した図（基本周波数ｆ０は省略）である。

図６において、直流モータ９１は時刻ｔ０で起動され、電機子電流Ｉｍは増加した後一旦減少し再度増加して概ね一定値の定常状態に落ち着いている。起動時の電機子電流Ｉｍの過渡的変化を避けるために、リップル検出装置１は、第２リップル周期Ｔｒ２を４０個検出した時刻ｔ４０以降に、平均リップル周期Ｔａｖを有効とするようになっている。つまり、２９番目から４０番目の第２リップル周期Ｔｒ２に中央選択移動平均法を実施して得られた平均リップル周期Ｔａｖが初回の有効な値となる。また、電機子電流Ｉｍの波形は、電流リップルが重畳して小さく波打っている。この電機子電流Ｉｍの波形が第２バンドパスフィルタ４に入力され、フィルタリング後の第２リップル波形Ｉｒ２が出力される。

図７に示されるように、第２リップル波形Ｉｒ２がゼロ点閾値Ｚの負側から正側にクロスする増加方向のゼロクロス点で、第２パルス信号ＩＰ２が出力される。なお、ゼロ点閾値Ｚをゼロレベル付近で微調整している理由は、ノイズの影響により第２リップル波形Ｉｒ２がゼロレベル付近で増減振動する場合に、多数のゼロクロス点が発生することを防止するためである。第２パルス信号ＩＰ２の発生間隔、すなわち第２リップル周期Ｔｒ２は、一定回転状態においてもばらつきを有している。また、図６で第２パルス信号ＩＰ２に注目すると、図中Ｘ１の箇所でリップル抜けが発生し、図中Ｙ１〜Ｙ３の３箇所でリップル増しが発生している。それでも、基本周波数ｆ０は安定している。

実施形態のリップル検出装置１によれば、中央選択移動平均法により第２リップル周期Ｔｒ２のばらつきを平均化して平均リップル周期Ｔａｖを高精度に求めることができる。また、図６に示されるようにリップル抜けやリップル増しの発生頻度が小さい場合、これらに起因する過大または過小な第２リップル周期Ｔｒ２は、平均化の母集団から取り除かれて平均リップル周期Ｔａｖに影響を及ぼさない。さらに、リップル抜けやリップル増しの発生頻度が増加しても、リップル抜け補正手段５２およびリップル増し補正手段５３により影響が低減されて、平均リップル周期Ｔａｖを高精度に求めることができる。したがって、図６に示されるように、正確な基本周波数ｆ０を求めることができ、第１および第２バンドパスフィルタ２、４の各遮断周波数ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨ、ｆ２ＣＬ、ｆ２ＣＨを正確にフィードバック制御できる。また、フィードバック制御された第１バンドパスフィルタ２の正確な第１リップル周期Ｔｒ１を用いて、直流モータの累積回転量を高精度に演算できる。

なお、本実施形態では、フィルタ部およびリップル周期検出部を二重系としたが、一重系でも実施できることは当然である。さらに、フィルタ部やリップル周期検出部の構成も実施形態に限定されず、様々な方式を適用できる。

また、説明に用いた時系列配列の配列要素数１２個、昇順配列中の前後の除去数各４個、平均化の際の母集団の配列要素数４個、起動時の判定数４０などの諸数は一例であって、自由に設定できる。例えば、平均化の際の母集団の配列要素数を１〜２個とした場合、平均リップル周期Ｔａｖはメジアン（中央値）となり、メジアン検出法も本発明の一応用形態と見なすことができる。さらには、昇順配列中の前後の除去数を同数とすることは確率論の一般的な考え方であるが、リップル抜けが生じやすい場合には過大なリップル周期を多数除去できるように後の除去数を大とし、リップル増しが生じやすい場合には過小なリップル周期を多数除去できるように前の除去数を大とするようにしてもよい。

１：リップル検出装置
２：第１バンドパスフィルタ
ＨＰＦ１：ハイパスフィルタＬＰＦ１：ローパスフィルタ
３：第１リップル周期検出部
４：第２バンドパスフィルタ
ＨＰＦ２：ハイパスフィルタＬＰＦ２：ローパスフィルタ
５：第２リップル周期検出部
５１：リップル周期演算手段５２：リップル抜け補正手段
５３：リップル増し補正手段５４：配列作成更新手段
５５：配列要素並べ替え手段５６：中央選択平均値演算手段
６：リップル周波数演算部
７：遮断周波数制御部
９１：直流モータ９９：モータ制御ＣＰＵ
Ｉｍ：電機子電流
ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨ：第１バンドパスフィルタの下側および上側遮断周波数
ｆ２ＣＬ、ｆ２ＣＨ：第２バンドパスフィルタの下側および上側遮断周波数
Ｉｒ１：第１リップル波形Ｉｒ２：第２リップル波形
ＩＰ１：第１パルス信号ＩＰ２：第２パルス信号
Ｆ２２：リップル抜けフラグＦ２３：リップル増しフラグ
Ｔｒ２、Ｔｒ２（ｎｅｗ）：第２リップル周期
Ｔａｖ：平均リップル周期ｆ０：基本周波数

Claims

直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求める遮断周波数可変のフィルタ部と、前記リップル波形に基づいてリップル周期を求めるリップル周期検出部と、前記リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、を備える直流モータのリップル検出装置であって、
前記リップル周期検出部は、前記リップル波形に基づいて逐次前記リップル周期を演算するリップル周期演算手段と、時系列的に連続する一定数の前記リップル周期を配列要素とする時系列配列を作成および逐次更新する配列作成更新手段と、前記時系列配列中の前記リップル周期を大きさの順番に並べ替えて昇順配列または降順配列を作成する配列要素並べ替え手段と、前記昇順配列または前記降順配列の前後からそれぞれ所定数のリップル周期を取り除いた後に残された中央のリップル周期の平均値を求めて平均リップル周期とする中央選択平均値演算手段とを有し、
前記遮断周波数制御部は、前記平均リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御し、
さらに、前記リップル周期検出部は、前記リップル周期演算手段の後段にリップル抜け補正手段およびリップル増し補正手段の少なくとも１つの補正手段を有し、
前記リップル抜け補正手段は、前記平均リップル周期に１を越え２未満の所定倍率を乗じた抜け判定値よりも最新のリップル周期が大きいときに、前記リップル波形の前記電流リップルを検出できないリップル抜けが発生したと判断し、前記最新のリップル周期を２で除して求めた抜け補正周期を２個前記配列作成更新手段に受け渡し、
前記リップル増し補正手段は、前記平均リップル周期に１未満の所定倍率を乗じた増し判定値よりも最新のリップル周期が小さいときに、前記リップル波形に前記電流リップルと区別できないノイズが重畳するリップル増しが発生したと判断し、前記最新のリップル周期と次に検出するリップル周期とを加えて求めた増し補正周期を前記配列作成更新手段に受け渡す、
ことを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
請求項１において、前記直流モータが起動してから一定時間が経過した後に、あるいは前記直流モータが起動してから前記一定数を越える前記リップル周期を求めた後に、前記平均リップル周期を求めるようにしたことを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
請求項１または２において、前記リップル周期は時系列的な順序を示す時系列情報を付帯しており、前記配列要素並べ替え手段は、前記時系列情報を参照して前記昇順配列または前記降順配列から最旧のリップル周期を削除した後に、最新のリップル周期を追加して大きさの順番に並べ替えることを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求める遮断周波数可変のフィルタ部と、前記リップル波形に基づいてリップル周期を求めるリップル周期検出部と、前記リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、を備える直流モータのリップル検出装置であって、
前記リップル周期検出部は、前記リップル波形に基づいて逐次前記リップル周期を演算するリップル周期演算手段と、時系列的に連続する一定数の前記リップル周期を配列要素とする時系列配列を作成および逐次更新する配列作成更新手段と、前記時系列配列中の前記リップル周期を大きさの順番に並べ替えて昇順配列または降順配列を作成する配列要素並べ替え手段と、前記昇順配列または前記降順配列の前後からそれぞれ所定数のリップル周期を取り除いた後に残された中央のリップル周期の平均値を求めて平均リップル周期とする中央選択平均値演算手段とを有し、
前記遮断周波数制御部は、前記平均リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御し、
前記フィルタ部は、互いに前記遮断周波数が異なる第１フィルタおよび第２フィルタを有し、
前記リップル周期検出部は、前記第１フィルタが求めた第１リップル波形に基づいて第１リップル周期を求める第１リップル周期検出部、ならびに前記第２フィルタが求めた第２リップル波形に基づいて第２リップル周期および前記平均リップル周期を求める第２リップル周期検出部を含み、
前記遮断周波数制御部は前記平均リップル周期に基づいて前記第１フィルタおよび前記第２フィルタの前記遮断周波数を制御し、さらに、前記第１リップル周期を前記直流モータの累積回転量、回転位相、および回転速度の少なくとも一つの演算に供する、
ことを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求める遮断周波数可変のフィルタ部と、前記リップル波形に基づいてリップル周期を求めるリップル周期検出部と、前記リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、を備える直流モータのリップル検出装置を用いたリップル検出方法であって、
前記リップル波形を求めるリップル波形取得ステップと、
前記リップル波形に基づいて逐次前記リップル周期を演算するリップル周期演算ステップと、
時系列的に連続する一定数の前記リップル周期を配列要素とする時系列配列を作成および逐次更新する配列作成更新ステップと、
前記時系列配列中の前記リップル周期を大きさの順番に並べ替えて昇順配列または降順配列を作成する配列要素並べ替えステップと、
前記昇順配列または前記降順配列の前後からそれぞれ所定数のリップル周期を取り除いた後に残された中央のリップル周期の平均値を求めて平均リップル周期とする中央選択平均値演算ステップと、
前記平均リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御ステップと、を有し、
さらに、前記リップル周期演算ステップの後にリップル抜け補正ステップおよびリップル増し補正ステップの少なくとも１ステップを有し、
前記リップル抜け補正ステップは、前記平均リップル周期に１を越え２未満の所定倍率を乗じた抜け判定値よりも最新のリップル周期が大きいときに、前記リップル波形の前記電流リップルを検出できないリップル抜けが発生したと判断し、前記最新のリップル周期を２で除して求めた抜け補正周期を２個前記配列作成更新ステップに受け渡すステップであり、
前記リップル増し補正ステップは、前記平均リップル周期に１未満の所定倍率を乗じた増し判定値よりも最新のリップル周期が小さいときに、前記リップル波形に前記電流リップルと区別できないノイズが重畳するリップル増しが発生したと判断し、前記最新のリップル周期と次に検出するリップル周期とを加えて求めた増し補正周期を前記配列作成更新ステップに受け渡すステップである、
ことを特徴とする直流モータのリップル検出方法。
請求項５の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする直流モータのリップル検出プログラム。