JP5749529B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
特に、モータの電源電圧が様々な外因で変動すると、モータの電流値も変動するので、モータの電流信号に含まれるリプル成分の振幅がモータの電流値の変動時に減少する。そのため、後段のスイッチト・キャパシタ・フィルタによってリプル成分が正確に抽出されない。よって、カウンタがパルス数を正確に計数することができ、モータの回転量や可動部の移動量が正確に測定されない。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、モータの電源電圧の変動等が要因となって、スイッチト・キャパシタ・フィルタのような抽出回路がリプル成分を正確に抽出しなくても、抽出されなかったリプル成分のパルス数を補足できるようにすることである。
モータ制御装置が、
駆動されると電流信号に周期的なリプルを発生させるモータと、
前記モータの前記電流信号からリプル成分を抽出して、そのリプル成分をパルス化したパルス信号を出力する抽出回路と、
前記モータの電圧を検出する電圧検出部と、
前記パルス信号を入力するとともに、前記モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、
前記パルス信号のパルス数を計数する第一処理と、
前記パルス信号のパルスごとに前記パルス信号のパルス周期を計時して、計時したパルス周期を順次記憶する第二処理と、
前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出した場合に、前記第二処理で記憶したパルス周期のうち、前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出する直前の一パルス分又は複数パルス分のパルス周期と、前記第二処理で記憶したパルス周期のうち、前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出してから所定期間経過後の一パルス分又は複数パルス分のパルス周期との平均周期を算出する第三処理と、
前記所定期間を前記第三処理で算出した前記平均周期で除して得られる商を算出する第四処理と、
前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出した場合に、前記所定期間の間における前記パルス信号のパルス数を計数する第五処理と、
前記第一処理で計数したパルス数から前記第五処理で計数したパルス数を減算し、それに前記第四処理で算出した商を加算する第六処理と、を実行する。
前記制御部が、前記第一処理で計数したパルス数を前記第六処理の加算及び減算によって得られる値に更新する第七処理を更に実行する。
モータ制御装置が、
駆動されると電流信号に周期的なリプルを発生させるモータと、
前記モータの前記電流信号からリプル成分を抽出して、そのリプル成分をパルス化したパルス信号を出力する抽出回路と、
前記モータの電圧を検出する電圧検出部と、
前記パルス信号を入力するとともに、前記モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、
前記パルス信号のパルス数を計数することで前記モータの回転量を算出する第一処理と、
前記パルス信号のパルスごとに前記パルス信号のパルス周期を計時することで前記パルス信号のパルスごとに前記モータの回転速度を算出して、算出した回転速度を順次記憶する第二処理と、
前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出した場合に、前記第二処理で記憶した回転速度のうち、前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出する直前の一パルス分又は複数パルス分の回転速度と、前記第二処理で記憶したパルス周期のうち、前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出してから所定期間経過後の一パルス分又は複数パルス分の回転速度との平均回転速度を算出する第三処理と、
前記所定期間に前記第三処理で算出した前記平均回転速度を乗じて得られる積を算出する第四処理と、
前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出した場合に、前記所定期間の間における前記パルス信号のパルス数を計数することによって前記所定期間の間における前記モータの回転量を算出する第五処理と、
前記第一処理で算出した回転量から前記第五処理で算出した回転量を減算し、それに前記第四処理で算出した積を加算する第六処理と、を実行する。
前記制御部が、前記第一処理で算出した回転量を前記第六処理の加算及び減算によって得られる値に更新する第七処理を更に実行する。
また、抽出回路がフィードバック制御回路のような閉ループ回路でないから、モータの電流信号の各成分の周波数が過渡的に又は急激に変化したものとしても、リプル成分が抽出回路によって正確に抽出される。
また、抽出回路がフィードバック制御回路のような閉ループ回路でないから、リプル成分が抽出回路によって正確に抽出される。
モータ制御装置1は、モータ2、抽出回路3、制御部4、記憶部5、モータドライバ6及びA/Dコンバータ7等を備える。
図2及び図3に示すように、モータ2の電流信号は直流成分、リプル成分及び一又は複数の周波成分(交流成分)を含み、周波成分及びリプル成分が直流成分に重畳している。モータ2の電流信号のうち、電流のレベルが急激に変化した高周波成分はノイズである(例えば、符号n参照)。なお、図3は、高周波ノイズ成分がないものとして図示されている。
時刻T2から時刻T3までの期間P2では、リプル成分r2と、リプル成分r2よりも周波数が低い低周波成分とが直流成分に重畳し、直流成分がほぼ一定で安定し、低周波成分の周波数及び振幅が安定し、リプル成分r2の周波数及び振幅が安定している。リプル成分r2の周波数が低周波成分の周波数よりも高くなるのは、モータ2に内蔵された複数のコイルが巻き線抵抗に差を有するためである。
時刻T3から時刻T4までの期間P3では、モータの電流信号のうち低周波成分の周波数が低くなり、低周波成分の電流レベルが時間の経過とともに漸増する。期間P3では、モータの電流信号のうちリプル成分r3の周波数が時間の経過に伴って漸減し、リプル成分r3の振幅が時間の経過に伴って漸増する。
ハイパスフィルタ20は、オペアンプを用いたもの(例えば、負帰還型ハイパスフィルタ、正帰還型ハイパスフィルタ)又は抵抗器・キャパシタを用いたもの(例えば、CRハイパスフィルタ)である。
バンドパスフィルタ30は、オペアンプを用いたもの(例えば、多重負帰還型バンドパスフィルタ、多重正帰還型バンドパスフィルタ)又は抵抗器・キャパシタを用いたものである。
図5に示すように、フィルタ40は、バンドパスフィルタである。フィルタ40は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)のうち、低カットオフ周波数fc1から高カットオフ周波数fc2までの間の中間周波数帯域の成分を通過させる。低カットオフ周波数fc1<高カットオフ周波数fc2である。なお、カットオフ周波数とは、出力電力が入力電力の1/2となる周波数を指す。つまり、ゲインGが−3dbとなる周波数がカットオフ周波数である。
また、フィルタ40は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)のうち、低カットオフ周波数fc1を下回る低周波域の成分を減衰させる。具体的には、低カットオフ周波数fc1を下回る低周波域において、フィルタ40は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)に含まれる成分の周波数が低いほど減衰率がより高くなるように、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)の低周波域成分を減衰させる。
また、フィルタ40は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)のうち、高カットオフ周波数fc2を超える高周波域の成分を減衰させる。具体的には、高カットオフ周波数fc2を超える高周波域において、フィルタ40は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)に含まれる成分の周波数が低いほど減衰率がより低くなるように、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)の高周波域成分を減衰させる。
ローパスフィルタ42は、二次のRCローパスフィルタである。つまり、ローパスフィルタ42は、抵抗器42a、キャパシタ42b、抵抗器42c及びキャパシタ42dを有する。なお、ローパスフィルタ42が一つの抵抗器及びキャパシタからなる一次のRCローパスフィルタであってもよい。また、ローパスフィルタ42が三次以上のRCローパスフィルタでもよい。
ハイパスフィルタ43は、キャパシタ43aからなる。
制御部4は、波形整形部70の出力信号のパルス数を計数する計数手段として機能する。計数手段によって計数されたパルス数に所定の定数を乗じて得られる値が、モータ2の回転量に相当するとともに、モータ2によって駆動される可動部の移動量にも相当する。そのため、計数手段は、モータ2の回転量やモータ2によって駆動される可動部の移動量を算出する移動量算出手段でもある。
制御部4は、波形整形部70の出力信号のパルス周期(パルスの立ち上がりから次のパルスの立ち上がりまでの時間)をパルスごとに計時する計時手段として機能する。制御部4によって計時されたパルス周期の逆数に所定の定数を乗じて得られる値が、モータ2の回転速度に相当するとともに、モータ2によって駆動される可動部の速度に相当する。そのため、計時手段は、モータ2の回転速度やモータ2によって駆動される可動部の移動速度を算出する速度算出手段でもある。
制御部4は、計時手段によって計時されたパルスごとのパルス周期を順次記憶していく蓄積手段として機能する。
制御部4は、A/Dコンバータ7から入力した電圧データを監視するモニタ手段として機能する。
制御部4は、モニタ手段によって監視された電圧データの変動を検出した場合に、計時を開始して、その計時時間が所定の推定時間tになるまで計時を継続する第二計時手段として機能する。
制御部4は、計時手段によって計時が行われている間、前記計数手段による計数とは別に、波形整形部70の出力信号のパルス数を計数する第二計数手段として機能する。
制御部4は、蓄積手段によって順次記憶されたパルス周期のうち、モニタ手段によって監視された電圧データの変動を検出する直前の一パルス分又は複数パルス分のパルス周期T_beforeと、第二計時手段によって推定時間tまで計時された直後の一パルス分又は複数パルス分のパルス周期T_afterとの平均周期T_averageを算出する平均周期算出手段として機能する。
制御部4は、平均周期算出手段によって算出された平均周期T_averageで推定時間tを除することによって、その商としての推定パルス数を算出する推定パルス数算出手段として機能する。
制御部4は、計数手段によって計数されたパルス数から第二計数手段によって計数されたパルス数を減算し、それに推定パルス数算出手段によって算出された推定パルス数を加算する補正手段として機能する。
制御部4は、計数手段によって計数されたパルス数を演算手段の加算・演算によって算出された値に更新する更新手段として機能する。
制御部4は、停止指令をモータドライバ6に出して、モータ2を停止させる停止手段として機能する。
制御部4は、A/Dコンバータ7から入力した電圧データを監視して、電圧データを所定の閾値と比較する(ステップS21)。上述のように制御部4がモータ2を起動させると(ステップS13)、モータ2に電流が通電するから、制御部4は電圧データが所定の閾値を上回った判定して、モータ2の通電・起動を検出する(ステップS21:Yes)。そして、制御部4が記憶部5から初期位置データ5Aを読み込んで、制御部4の処理がステップS22に移行する。
また、制御部4は、計数値Mのリセットと同時に計時時間をゼロにリセットして計時を開始するとともに(ステップS44)、計時時間が推定期間tに達するまで計時を継続する(ステップS47:No)。なお、制御部4は、図11に示す処理におけるパルス周期の計時と並行して、図12に示す処理における計時を行う。
そして、制御部4は、計数値Mの書き込み後に、図12に示す処理を終了する。
なお、平均周期T_averageの逆数に所定の定数を乗じて得られる値が推定期間t内におけるモータ2の平均回転速度や可動部の平均速度に相当するから、制御部4が推定時間tを平均周期T_averageで除して商を求める処理(ステップS56)は、制御部4が推定期間tにモータ2の平均回転速度又は可動部の平均速度を乗じて積を求める処理に相当する。その積は、モータ2の電源電圧が変動している期間(推定期間t)の間に仮にモータ2の電源電圧が変動しなかったとした場合におけるモータ2の推定回転量又は可動部の推定移動量である。
(1) モータ2の電源電圧が変動しているであろう推定期間tの間に抽出回路3がパルス成分を正確に抽出できない場合でも、制御部4がその推定期間tの直前と直後のパルス周期の平均値で推定期間tを除することで、その推定期間tの間のパルス数(商n)を算出する(図13参照)。そして、制御部4は、抽出回路3の出力パルス信号に基づくパルス数(計数値N)に推定のパルス数(商n)を加算することで、パルス数を補正する(図14参照)。よって、正確なパルス数が求められ、制御部4によって求められる回転量が実際のモータ2の回転量を正確に表す。
(2) フィルタ40の回路設計においてフィルタ40の高カットオフ周波数fc2がリプル成分の周波数よりも低く設定されているから、フィルタ40によってリプル成分を除去することができる。
(3) 差動増幅器50が、バンドパスフィルタ30の出力信号(電流電圧変換器10によって変換された電圧信号のうち直流成分及び高周波ノイズ成分等が除去されたもの)と、フィルタ40の出力信号(電流電圧変換器10によって変換された電圧信号のうち直流成分、高周波ノイズ成分及びリプル成分等が除去されたもの)の差分を取って、それを差分信号として出力する。そのため、差動増幅器50の出力信号は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号のうちリプル成分である。差動増幅器50の出力信号が差分信号であるからこそ、モータ2の電流信号の各成分の周波数が環境変化によって変動しても、リプル成分が正確に抽出されて、モータ2の電流信号中のリプルを高精度に検出することができる。
(4) 図5に示す周波数特性のうち、高カットオフ周波数fc2よりも高い領域の傾斜部分を利用したからこそ、リプル成分の周波数が温度変化により変動したものとしても、差動増幅器50の出力信号がリプル成分として正確に抽出される。
(5) フィルタ40の周波数特性を利用して、フィルタ40と差動増幅器50によってリプル成分を抽出したから、フィルタ40にカットオフ周波数可変型フィルタを用いなくても済む。そのため、フィルタ40のコストを削減することができる。
(6) 抽出回路3がフィードバック制御回路のような閉ループ回路でないから、モータ2の電流信号の各成分の周波数が過渡的に又は急激に変化したものとしても、リプルを正確に検出することができる。
(7) フィルタ40が抵抗器41b,41d,41a,41c及びキャパシタ41a,41c,41b,41d,43aからなるフィルタであるから、フィルタ40の構成がシンプルであり、フィルタ40のコストアップを抑えることができる。
(8) フィルタ40の周波数特性を利用して、フィルタ40と差動増幅器50によってリプル成分を抽出したから、ハイパスフィルタ20やバンドパスフィルタ30にカットオフ周波数可変型フィルタを用いなくても済む。そのため、ハイパスフィルタ20やバンドパスフィルタ30のコストアップを抑えることができる。
(9) 電流電圧変換器10によって変換された電圧信号のうち直流成分がハイパスフィルタ20によって除去されるから、そのハイパスフィルタ20の後段のバンドパスフィルタ30、フィルタ40及び差動増幅器50の処理が正確に行われる。
(10) 電流電圧変換器10によって変換された電圧信号のうち所定周波数帯域外の成分がバンドパスフィルタ30によって減衰するから、そのバンドパスフィルタ30の後段のフィルタ40や差動増幅器50の処理が正確に行われる。
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下、変形例について説明する。以下に挙げる変形例は可能な限り組み合わせてもよい。
上述のステップS22において、制御部4は、計数値Nをゼロにリセットするのではなく、計数値Nを初期位置データ5Aに設定してもよい。この場合、ステップS25における処理が省略される。更に、ステップS24においては、制御部4が、抽出回路3によって出力されたパルス信号のパルスを入力するごとに、計数値Nに1を加算し又は減算することで計数値Nを更新する。制御部4は、ステップS24の演算をステップS11で決定した向きに従って決定する。例えば、ステップS11で決定した回転の向きが正回転である場合には、制御部4がステップS24で加算を行い、ステップS11で決定した回転の向きが逆回転である場合には、制御部4がステップS24で減算を行う。勿論、回転の向きと演算の関係が逆であってもよい。
ステップS24で更新した計数値Nは、モータ2の回転位置を示すとともに、原点位置を基準としてその原点位置からの距離を示す。
検出回路3は一例であり、上述の実施形態の回路に限るものではない。例えば、フィルタ40及び差動増幅器50を省略してもよい。その場合、リプル成分の周波数が変化しても、リプル成分を正確に抽出できるようにするために、スイッチト・キャパシタ・フィルタをバンドパスフィルタ30の後段であって増幅器60の前段に設けることが好ましい。スイッチト・キャパシタ・フィルタのカットオフ周波数が可変であり、リプル成分や低周波成分の周波数が変化した場合でも、スイッチト・キャパシタ・フィルタは、低周波成分を減衰させ、リプル成分を通過させる。
フィルタ40の回路設計において、温度変化によるリプル成分の周波数の変動も考慮しつつ、図5に示すフィルタ40の低カットオフ周波数fc1がリプル成分の周波数(例えば、常温時の周波数)よりも高く設定されている。従って、フィルタ40は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)のうちリプル成分を高周波成分(高周波成分はリプル成分よりも周波数が高い。)よりも高い減衰率で減衰させる。つまり、フィルタ40は、リプル成分を高周波成分よりも効率的に除去する。従って、フィルタ40は、リプル成分を除去した信号を差動増幅器50に出力する。
フィルタ40がバンドパスフィルタではなく、図16に示すような周波数特性を有したローパスフィルタであってもよい。フィルタ40は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)のうちカットオフ周波数fc3以下の成分を通過させ、カットオフ周波数fc3を超える成分を減衰させる。具体的には、カットオフ周波数fc3を超える高周波域において、フィルタ40は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)に含まれる成分の周波数が低いほど減衰率がより低くなるように、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)を減衰させる。
フィルタ40がバンドパスフィルタではなく、図17に示すような周波数特性を有したハイパスフィルタであってもよい。フィルタ40は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)のうちカットオフ周波数fc4以上の成分を通過させ、カットオフ周波数fc4を下回る成分を減衰させる。具体的には、カットオフ周波数fc4を下回る低周波域において、フィルタ40は、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)に含まれる成分の周波数が低いほど減衰率がより高くなるように、電流電圧変換器10によって変換された電圧信号(バンドパスフィルタ30の出力信号)を減衰させる。
フィルタ40がバンドパスフィルタではなく、バンドストップフィルタであってもよい。
ハイパスフィルタ20とバンドパスフィルタ30の一方又は両方を省略してもよい。ハイパスフィルタ20を省略した場合には、電流電圧変換器10の出力がバンドパスフィルタ30の入力に接続される。バンドパスフィルタ30を省略した場合には、ハイパスフィルタ20の出力がフィルタ40の入力及び差動増幅器50の入力に接続される。ハイパスフィルタ20とバンドパスフィルタ30の両方が省略されている場合には、電流電圧変換器10の出力がフィルタ40の入力及び差動増幅器50の入力に接続される。
モータ制御装置1が電動ドアミラー装置に組み込まれ、電動ドアミラー装置の可動部(例えば、ドアに対してミラーハウジングの格納及び展開をする格納機構、ミラーハウジングに対してミラーを上下に振るチルト機構、ミラーハウジングに対してミラーを左右に振るパン機構)がモータ制御装置1のモータ2によって駆動されてもよい。モータ制御装置1がパワーウィンドウ装置に組み込まれ、パワーウィンドウ装置の可動部(例えば、ウィンドウレギュレター)がモータ2によって駆動されてもよい。
フィルタ40がオペアンプを用いたもの(例えば、負帰還型ローパスフィルタ、正帰還型ローパスフィルタ、多重負帰還型バンドパスフィルタ、多重正帰還型バンドパスフィルタ)でもよい。
3 抽出回路
4 制御部
5 記憶部
7 A/Dコンバータ(電圧検出部)
Claims (4)
- 駆動されると電流信号に周期的なリプルを発生させるモータと、
前記モータの前記電流信号からリプル成分を抽出して、そのリプル成分をパルス化したパルス信号を出力する抽出回路と、
前記モータの電圧を検出する電圧検出部と、
前記パルス信号を入力するとともに、前記モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、
前記パルス信号のパルス数を計数する第一処理と、
前記パルス信号のパルスごとに前記パルス信号のパルス周期を計時して、計時したパルス周期を順次記憶する第二処理と、
前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出した場合に、前記第二処理で記憶したパルス周期のうち、前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出する直前の一パルス分又は複数パルス分のパルス周期と、前記第二処理で記憶したパルス周期のうち、前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出してから所定期間経過後の一パルス分又は複数パルス分のパルス周期との平均周期を算出する第三処理と、
前記所定期間を前記第三処理で算出した前記平均周期で除して得られる商を算出する第四処理と、
前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出した場合に、前記所定期間の間における前記パルス信号のパルス数を計数する第五処理と、
前記第一処理で計数したパルス数から前記第五処理で計数したパルス数を減算し、それに前記第四処理で算出した商を加算する第六処理と、を実行する、モータ制御装置。 - 前記制御部が、前記第一処理で計数したパルス数を前記第六処理の加算及び減算によって得られる値に更新する第七処理を更に実行する、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 駆動されると電流信号に周期的なリプルを発生させるモータと、
前記モータの前記電流信号からリプル成分を抽出して、そのリプル成分をパルス化したパルス信号を出力する抽出回路と、
前記モータの電圧を検出する電圧検出部と、
前記パルス信号を入力するとともに、前記モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、
前記パルス信号のパルス数を計数することで前記モータの回転量を算出する第一処理と、
前記パルス信号のパルスごとに前記パルス信号のパルス周期を計時することで前記パルス信号のパルスごとに前記モータの回転速度を算出して、算出した回転速度を順次記憶する第二処理と、
前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出した場合に、前記第二処理で記憶した回転速度のうち、前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出する直前の一パルス分又は複数パルス分の回転速度と、前記第二処理で記憶したパルス周期のうち、前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出してから所定期間経過後の一パルス分又は複数パルス分の回転速度との平均回転速度を算出する第三処理と、
前記所定期間に前記第三処理で算出した前記平均回転速度を乗じて得られる積を算出する第四処理と、
前記電圧検出部によって検出された電圧の変動を検出した場合に、前記所定期間の間における前記パルス信号のパルス数を計数することによって前記所定期間の間における前記モータの回転量を算出する第五処理と、
前記第一処理で算出した回転量から前記第五処理で算出した回転量を減算し、それに前記第四処理で算出した積を加算する第六処理と、を実行する、モータ制御装置。 - 前記制御部が、前記第一処理で算出した回転量を前記第六処理の加算及び減算によって得られる値に更新する第七処理を更に実行する、請求項3に記載のモータ制御装置。
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