JP6240892B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリアル通信にてモータ位置をモータ位置検出器から取り込み、外部入力信号の入力タイミングでのモータ位置を検出する機能を有するモータ駆動装置に関する。

従来、一定のサンプリング周期にて発生するモータ位置ラッチ信号のタイミングにてモータ位置検出器からモータ位置をシリアル通信を通じて取り込み、あるポイントを通過し外部入力信号がオンしたタイミングのモータ位置を記憶するモータ駆動装置は、記憶したモータ位置の検出精度を高めるため、モータ位置ラッチ信号と外部入力信号の各エッジのタイミングで内部カウンタの値をそれぞれ記憶し、モータ位置取り込みのサンプリング周期間に外部入力信号がオンした場合においても、記憶した内部カウンタの値を利用し外部入力信号がオンしたタイミングのモータ位置を推定していた（例えば、特許文献１参照）。

さらに、２つの外部入力信号の伝達遅延時間差が大きくかつモータが高速動作する場合においても相対位置を精度よく推定するため、外部入力信号が入力されたタイミングを内部のカウンタで記憶し、他の信号が入力されたタイミングのカウンタ値と比較し、そのカウンタ値の差を用いて推定を行っていた（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−２２０１１６号公報 特開２０１０−２４６２５６号公報

解決しようとする問題点は、外部入力信号を受ける回路構成にコンデンサを使用しているためにコンデンサの充放電時の動作の違いにより、信号の立ち上がりと立ち下さがり時に伝達遅延時間差が現れるが、信号の変化に合わせた補正ができなかった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、２つの外部入力信号に同一論理の信号と反転論理の信号を入力することにより、信号の立ち上がりと立ち下がりの伝達遅延時間を推定することができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載のモータ駆動装置は、一定周期にてモータ位置ラッチ信号を発生するモータ制御手段と、モータ位置ラッチ信号の入力タイミングにてシリアル通信手段を通じてモータ位置検出器内の位置カウンタ値を取り込み記憶するモータ位置取り込み手段と、入力信号を２つの信号に分岐し、その１つの論理を反転して出力することが可能な信号分岐手段と、前記モータ位置ラッチ信号と前記信号分岐手段の２つの出力信号の各信号の変化タイミングで内部カウンタの値をそれぞれ記憶するカウンタ記憶手段と、モータ位置ラッチから外部入力信号がオンするまでのモータ位置変化量を推定し外部入力信号の入力タイミングのモータ位置を演算する検出位置演算手段と、第１外部入力信号と第２外部入力信号を同時に変化したときの第１外部入力信号の伝達により取り込んだ第１内部カウンタ値と第２外部入力信号の伝達により取り込んだ第２内部カウンタ値との差を演算し相対遅延補正量として記憶する入力信号間遅延演算手段を備え、前記検出位置演算手段は同一論理の信号が入力された場合と、異なる論理の信号が入力された場
合に、入力信号間遅延演算手段にて演算されたそれぞれの相対遅延補正量分を第２内部カウンタ値から差し引いた値にて第２外部入力信号の入力タイミングのモータ位置を演算する。

また、請求項２に記載のモータ駆動装置は、同じ論理の信号を２つの外部入力信号に同時に入力したときの相対遅延時間を異なる論理の信号を２つの外部入力信号に同時に入力したときの相対遅延時間から引くことにより、同一入力での立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの相対遅延時間を求めることができ、信号の立ち下がり検出時に求めた相対遅延補正量分を第２内部カウンタ値から差し引いた値にて第２外部入力信号の入力タイミングのモータ位置を演算する。

また、請求項３に記載のモータ駆動装置は、相対遅延時間を測定するモードと測定された相対遅延時間を用いて演算（補正）するモードを設け、測定モード時に相対遅延時間を測定した後、測定された相対遅延時間を用いて演算するモードに戻すことで、外部信号の変化を検出した応じた補正を行うことでモータ駆動装置のみで相対遅延時間の測定と反映を行い、上位装置での補正処理を省略する。
さらに、請求項４に記載のモータ駆動装置は、前記入力信号間遅延演算手段で演算した相対遅延補正量を保存する不揮発性の記憶手段であるパラメータ記憶手段を設け、モータ駆動装置の電源再投入後に前記検出位置演算手段はパラメータ記憶手段から相対遅延補正量を読み出すことで相対遅延補正量の再演算を省略する。

請求項１に記載のモータ駆動装置によれば、信号の立ち上がりと立ち下さがり時の伝達遅延時間差が大きくかつモータが高速動作する場合においても、信号変化の特性差を精度よく推定することができる。
請求項２に記載のモータ駆動装置によれば、同じ論理の信号を２つの外部入力信号に同時に入力したときの相対遅延時間を異なる論理の信号を２つの外部入力信号に同時に入力したときの相対遅延時間から引くことにより、同一入力での立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの相対遅延時間を求めることで、同一入力での立ち上がり時と立ち下がり時のモータ位置検出精度差を小さくすることができる。

請求項３に記載のモータ駆動装置によれば、相対遅延時間を測定するモードと測定された相対遅延時間を用いて演算（補正）するモードを設けることにより、測定モード時に相対遅延時間を測定した後、測定された相対遅延時間を用いて演算するモードに戻すことで、外部信号の変化を検出した応じた補正を行うことでモータ駆動装置のみで相対遅延時間の測定と反映を行うことができ、上位装置の補正処理が不要となる。

請求項４に記載のモータ駆動装置によれば、演算した相対位置遅延補正量を不揮発性の記憶手段に保存することにより、モータ駆動装置の電源再投入後の相対位置遅延補正量の再演算が不要となる。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の要部の説明図 本発明の実施の形態１における論理違い時の入力信号間遅延演算手段の説明図 本発明の実施の形態１における論理違い時の検出位置演算手段の説明図 本発明の実施の形態１における論理同一時の入力信号間遅延演算手段の説明図 本発明の実施の形態１における論理同一時の検出位置演算手段の説明図 本発明の実施の形態４におけるモータ駆動装置の要部の構成図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１は本発明の基本構成であり、２つのポイントのモータ位置を検出し、これらの相対位置を精度よく算出する使用例について各図を併用して説明する。

図１は要部の説明図であり、モータ位置検出器２１付きのモータ２０をモータ駆動装置１０に接続し、モータ駆動装置１０はモータ位置検出器２１で検出したモータ位置カウンタの値を一定周期（モータ制御周期）にてシリアル通信手段１９を通じてモータ位置取り込み手段１４に取り込み、その値をモータ制御手段１５に入力し、モータ制御処理用位置カウンタを更新することでモータ位置フィードバック制御を行う。

ここで、モータ位置取り込み手段１４はモータ制御手段１５より一定周期（モータ制御周期）で発生するモータ位置ラッチ信号１８がオンとなる（ここではオン時にＬｏｗ、オフ時にＨｉｇｈとする）タイミングにてモータ位置カウンタの値を取り込むこととする。

第１のポイント通過時にオンとなる（ここではオン時にＬｏｗ、オフ時にＨｉｇｈとする）第１外部入力信号２４と第２のポイント通過時にオフとなる第２外部入力信号２５を内部カウンタ１１と検出位置演算手段１３と入力信号間遅延演算手段１６に入力し、さらにモータ位置ラッチ信号１８をモータ制御手段１５より内部カウンタ１１にも入力する。

ここで、内部カウンタ１１は、１６ｂｉｔ幅のフリーランカウンタ（００００ｈからＦＦＦＦｈまでカウントアップし、ＦＦＦＦｈを超えると０に戻り再びカウントアップしていく）とする。内部カウンタ１１は、入力信号がオンとなるタイミング（ＨｉｇｈからＬｏｗに変化する立ち下がりエッジ）、または入力信号がオフとなるタイミング（ＬｏｗからＨｉｇｈに変化する立ち上がりエッジ）にて内部カウンタの値をカウンタ記憶手段１２にコピーして記憶する（ラッチする）。

カウンタ記憶手段１２にラッチする記憶領域はＣＨ０ラッチレジスタ、ＣＨ１ラッチレジスタ、ＣＨ２ラッチレジスタと３つの入力信号用それぞれに区別されている。ここではモータ位置ラッチ信号１８でＣＨ０ラッチレジスタに、第１外部入力信号２４でＣＨ１ラッチレジスタに、第２外部入力信号２５でＣＨ２ラッチレジスタに記憶することとする。

次に、図２を使用して入力信号間遅延演算手段１６の内部処理について説明する。２つの入力信号間の信号変化方向の違いによる伝達遅延時間差を測定するために、一つのセンサ出力信号を第１外部入力信号に接続し、センサ出力信号を論理反転回路に接続し、その論理反転回路の出力を第２外部入力信号に接続しモータ駆動装置１０に伝達するように接続する。それぞれの伝達経路を通じて信号が内部カウンタ１１に到達し、第１外部入力信号２４側はカウンタ記憶手段１２のＣＨ１ラッチレジスタに内部カウンタ値Ｃａｐ１を記憶し、第２外部入力信号２５側はＣＨ２ラッチレジスタに内部カウンタ値Ｃａｐ２を記憶する。入力信号間遅延演算手段１６は内部カウンタ値Ｃａｐ２とＣａｐ１との差を相対遅延補正量として演算する。

相対遅延補正量＝Ｃａｐ２−Ｃａｐ１ （１）
なお、図２に示す遅延１はケーブル遅延などモータ駆動装置外の伝達遅延時間、遅延２はモータ駆動装置内のフォトカプラ、抵抗、コンデンサなどの伝達遅延時間、遅延３はモータ駆動装置内のＩＣの複数回読み等による伝達遅延時間などを想定している。

次に、図３を使用して検出位置演算手段１３の内部処理について説明する。検出位置演算処理は一定周期（モータ制御周期）で行うこととする。まず、検出位置演算手段１３は
モータ位置取り込み手段１４で取り込んだ最新のモータ位置を取り込み、変数Ｐｏｓ（ｋ）に記憶する。図中のＰｏｓ（ｋ）は最新の値、Ｐｏｓ（ｋ−１）は１周期前の値、Ｐｏｓ（ｋ−２）は２周期前の値といったように、過去のモータ位置を数回分記憶している。また、カウンタ記憶手段１２からモータ位置ラッチ信号１８により取り込んだＣＨ０ラッチレジスタの最新の値を取り込み、変数Ｃａｐ０（ｋ）に記憶する。図中のＣａｐ０（ｋ）は最新の値、Ｃａｐ０（ｋ−１）は１周期前の値、Ｃａｐ０（ｋ−２）は２周期前の値といったように過去のＣＨ０ラッチレジスタを数回分記憶している。

図３における第１のポイント通過（第１外部入力信号２４がオンとなるエッジ）タイミングのモータ位置Ｐｏｓ１は以下の計算式で求まる。

Ｐｏｓ１＝Ｐｏｓ（ｋ−４）＋推定変化量１ （２）
推定変化量１＝（Ｐｏｓ（ｋ−２）−Ｐｏｓ（ｋ−４））
×（Ｃａｐ１−Ｃａｐ０（ｋ−４））
／（Ｃａｐ０（ｋ−２）−Ｃａｐ０（ｋ−４）） （３）
また、図３における第２のポイント通過（第２外部入力信号２５がオフとなるエッジ）タイミングのモータ位置Ｐｏｓ２に相対遅延補正量を加味し補正したＰｏｓ２’は以下の計算式で求まる。

Ｐｏｓ２’＝Ｐｏｓ（ｋ−２）＋推定変化量２ （４）
推定変化量２＝（Ｐｏｓ（ｋ）−Ｐｏｓ（ｋ−２））
×（（Ｃａｐ２−相対遅延補正量）−Ｃａｐ０（ｋ−２））
／（Ｃａｐ０（ｋ）−Ｃａｐ０（ｋ−２）） （５）
よって、第１のポイントと第２のポイントの相対位置の補正後の値Ｐｒ＿ｄｅｆは以下の計算式で求まる。

Ｐｒ＿ｄｅｆ＝Ｐｏｓ２’−Ｐｏｓ１ （６）
検出位置演算手段１３により演算した相対位置Ｐｒ＿ｄｅｆと入力された論理信号が異なること意味するデータを、モータ制御手段１５を通じてモニタ値２３として出力する。上位装置はそのモニタ値２３を参照して論理が異なる場合の２ポイント間の相対位置関係を知ることが可能となる。

さらに、図４に示すように、２つの入力信号間の伝達遅延時間差を測定するために、一つのセンサ出力信号を第１外部入力信号と第２外部入力信号の両方に接続しモータ駆動装置１０に伝達するように接続する。前記図３の説明と同様の方法で、第３のポイント通過（第１外部入力信号２４がオンとなるエッジ）タイミングのモータ位置Ｐｏｓ３は以下の式で求まる。

Ｐｏｓ３＝Ｐｏｓ（ｉ−４）＋推定変化量３ （７）
推定変化量３＝（Ｐｏｓ（ｉ−２）−Ｐｏｓ（ｉ−４））
×（Ｃａｐ１−Ｃａｐ０（ｉ−４））
／（Ｃａｐ０（ｉ−２）−Ｃａｐ０（ｉ−４）） （８）
また、図５における第４のポイント通過（第２外部入力信号２５がオンとなるエッジ）タイミングのモータ位置Ｐｏｓ４に相対遅延補正量を加味し補正したＰｏｓ４’は以下の計算式で求まる。

Ｐｏｓ４’＝Ｐｏｓ（ｉ−２）＋推定変化量４ （９）
推定変化量４＝（Ｐｏｓ（ｉ）−Ｐｏｓ（ｉ−２））
×（（Ｃａｐ２−相対遅延補正量）−Ｃａｐ０（ｉ−２））
／（Ｃａｐ０（ｉ）−Ｃａｐ０（ｉ−２）） （１０）
よって、第１のポイントと第２のポイントの相対位置の補正後の値Ｐｒ＿ｓａｍは以下の計算式で求まる。

Ｐｒ＿ｓａｍ＝Ｐｏｓ４’−Ｐｏｓ３ （１１）
検出位置演算手段１３により演算した相対位置Ｐｒ＿ｓａｍと入力された論理信号が同じであること意味するデータを、モータ制御手段１５を通じてモニタ値２３として出力する。上位装置はそのモニタ値２３を参照して論理が同一の場合の２ポイント間の相対位置関係を知ることが可能となる。

この構成により、シリアル通信にてモータ位置をモータ位置検出器から取り込みフィードバック制御を行うモータ制御システムにおいて、外部入力信号の論理違いによる伝達遅延が大きくかつモータが高速動作する場合においても、相対位置を精度よく推定することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２は本発明の応用構成であり、実施の形態１で求めた異なる論理の信号を２つの外部入力信号に同時に入力したときの相対遅延時間から同じ論理の信号を２つの外部入力信号に同時に入力したときの相対遅延時間を引くことにより、同一入力での立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの相対遅延時間を求めることができ、同一入力での立ち上がり時と立ち下がり時のモータ位置検出精度差を小さくすることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３は本発明の測定モードと補正モードの状態の切り替え方法を示したものであり、相対遅延時間を測定するモードと測定された相対遅延時間を用いて演算（補正）するモードを設けている。測定モード時に実施の形態１記載の相対遅延時間を測定した後、測定された相対遅延時間を用いて演算するモードに戻すことで、外部信号の変化を検出した応じた補正を行うことができる。

このモード切り替えにより、測定タイミングと反映タイミングが明確になるため、モータ駆動装置のみで相対遅延時間の測定と反映を行うことができ、上位装置の補正処理が不要となる。

（実施の形態４）
実施の形態４は本発明の応用構成であり、入力信号間遅延演算手段１６で演算した相対遅延補正量を保存するパラメータ記憶手段１７を設けている。パラメータ記憶手段１７は不揮発性の記憶手段であるためモータ駆動装置の電源をリセットしても値を保持している。モータ駆動装置の電源リセット後、検出位置演算手段１３はパラメータ記憶手段１７から相対遅延補正量を読み出し再利用が可能で、相対遅延補正量の再演算を省略することができる。

この構成により、相対遅延補正量の算出処理時に行う作業（入力信号の配線切り替え）などが不要となり使い勝手がよくなる。なお、パラメータ記憶手段１７を他の用途で既に実装済みのモータ駆動装置１０においてはハードウェアの追加が不要となり、コストアップを抑えることができる。

なお、モータ制御手段１５、検出位置演算手段１３、入力信号間遅延演算手段１６はマイクロコンピュータなどで処理することを想定している。

本発明のモータ駆動装置は、信号の立ち上がりと立ち下がりで対象物の幅を測定する機
器などにも有用である。

１０ モータ駆動装置
１１ 内部カウンタ
１２ カウンタ記憶手段
１３ 検出位置演算手段
１４ モータ位置取り込み手段
１５ モータ制御手段
１６ 入力信号間遅延演算手段
１７ パラメータ記憶手段
２６ 論理反転回路

Claims (4)

1. モータ位置を検出するモータ位置検出器を有するモータと接続され、前記モータ位置を取り込むモータ駆動装置であって、
   第１外部入力信号と、前記第１外部入力信号の論理値に対して論理値を反転され前記第１外部入力信号に対して遅延した第２外部入力信号とを入力される内部カウンタを備え、
   前記内部カウンタは、
   前記第１外部入力信号の論理値が変化したときに第１内部カウンタ値を生成し、
   前記第２外部入力信号の論理値が変化したときに第２内部カウンタ値を生成し、
   前記第１外部入力信号と前記第２外部入力信号とを入力され、前記第２内部カウンタ値と前記内部カウンタ値との差を相対遅延補正量として演算する入力信号間遅延演算手段と、前記第１外部入力信号と前記第２外部入力信号とを入力され、前記第１外部入力信号または前記第２外部入力信号を入力されたタイミングでの前記モータ位置を演算する検出位置演算手段と、
   をさらに備え、
   前記入力信号間遅延演算手段は、
   前記第１外部入力信号の論理値と前記第２外部入力信号の論理値とが異なる時間である第１の相対遅延時間と、
   前記第１外部入力信号の論理値と前記第２外部入力信号の論理値とが同じ時間である第２の相対遅延時間と、
   を演算し、
   前記検出位置演算手段は、
   前記内部カウンタが前記第２内部カウンタ値を生成したときに、前記第１の相対遅延時間から前記第２の相対遅延時間を差し引いて前記モータ位置を演算する、
   モータ駆動装置。
2. 前記入力信号間遅延演算手段は、
   前記相対遅延補正量を保存するパラメータ記憶手段を有する、
   請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記第１内部カウンタ値と前記第２内部カウンタ値とを記憶するカウンタ記憶手段をさら
   に備え、
   前記入力信号間遅延演算手段は、
   前記カウンタ記憶手段に記憶された前記第１内部カウンタ値と前記第２内部カウンタ値とを取り込む、
   請求項１記載のモータ駆動装置。
4. 前記モータ位置検出器から前記モータ位置を前記モータのモータ制御周期毎に取り込むモータ位置取り込み手段をさらに備える請求項１記載のモータ駆動装置。
   
   

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