JP6548619B2 - モータ制御装置および脱調状態検出方法 - Google Patents
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Description
特許文献1の要約書には、「モータ制御装置60は、ステッピングモータ70を駆動する電流を出力し、電流の位相を示すタイミング信号を出力するドライバ63と、ドライバ63がタイミング信号を出力する予め定められた時刻を示す目標出力時刻と、ドライバ63がタイミング信号を出力した時刻を示す実測出力時刻と、の差を算出する算出部65と、算出部65が算出した差が所定閾値以上であるか否かを判定し、当該差が所定閾値以上である場合、ステッピングモータ70が脱調したと判定する判定部66と、を備える。」と記載されている。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
図1は、本実施形態におけるステッピングモータシステム1の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、ステッピングモータシステム1は、モータ制御装置10と、ステッピングモータ(以下、単にモータと呼ぶ)20とを備える。モータ制御装置10は、モータ20を制御するモジュールである。モータ20は、A相およびB相の2相励磁で駆動する2相ステッピングモータである。モータ20は、バイポーラ駆動され、例えば、車載エアコン用のアクチュエータとして利用される。
逆起電圧測定部126は、モータ20の各相のコイルに誘起される逆起電圧を測定し、測定結果をCPU122に供給するモジュールである。
電流センサ144は、モータ20のコイル電流をセンシングし、電流センシング結果を電流測定部124に供給するモジュールである。
図2に示すように、モータ20は、2つのコイル21A,21Bと、ロータ22と、複数のステータヨーク(図示せず)とを備える。
コイル21Aは、A相のコイルである。コイル21Bは、B相のコイルである。コイル21A,21Bは、それぞれ、不図示のステータヨークを励磁する。コイル21A,21Bは、それぞれ、駆動回路14に接続される。コイル21A,21Bには、それぞれ異なるコイル電圧VA,VBが印加され、それぞれ異なる位相のコイル電流Ia,Ibが流れる。
コイル21Aに流れるコイル電流Iaは、所定の周期で極性、すなわち、実線矢印で示す方向から破線矢印で示す方向に切り替わる。コイル21Bに流れるコイル電流Ibは、所定の周期で極性、すなわち、実線矢印で示す方向から破線矢印で示す方向に切り替わる。
逆起電圧測定部126(図1参照)は、いずれか1つの相のコイル(コイル21A,21B)に流れるコイル電流の向きが切り替わる停止期間中に、このコイルに誘起される逆起電圧を測定する。
本実施形態のモータ制御装置10は、モータ20を定電流制御し、このモータ電流のゼロクロス点において逆起電圧を検出し、これを脱調検出に用いている。更にモータ制御装置10は、脱調検出のための最適な閾値(逆起電圧値)を回転速度に応じて設定している。図3(a)のグラフの縦軸は回転速度を示し、横軸は時間を示している。図3(b)のグラフの縦軸は共通する回転速度を示し、横軸は振動(加速度)を示している。
これらの前提条件のもとでモータ20を制御すると、図3(b)に示す共振領域(共振周波数領域)では、逆起電圧が振れることにより、脱調の誤検出が発生する虞がある。本実施形態の制御部は、共振領域では、速やかに、モータ20の回転速度を変更するように制御する。図3(a)においては、下限回転速度V_Lo〜上限回転速度V_Hiの間が、共振領域である。
制御部は、モータ20の回転の加速時に共振領域の下限回転速度V_Loに到達すると、この共振領域を飛び越した回転速度となるように、速やかに上限回転速度V_Hiに変更するように制御する。また、制御部は、モータ20の回転の減速時に共振領域の上限回転速度V_Hiに到達すると、この共振領域を飛び越した回転速度となるように、速やかに下限回転速度V_Loに変更するように制御する。
グラフの縦軸は逆起電圧を示し、横軸は回転速度を示している。回転速度V0は加速時の初速を示し、目標回転速度V_targetはモータ20の回転の加速時の最終的な目標速度を示している。モータ20は、加速が終了すると、目標回転速度V_targetで回転する。
目標回転速度V_targetは、減速時における初速でもあり、最終回転速度V_endは減速時の最終的な目標速度であり、かつ回転速度V0と等しい。モータ20は、減速が終了すると、最終回転速度V_endで回転する。
逆起電圧Bemf1は、回転速度V0から下限回転速度V_Loまで線形に増加し、下限回転速度V_Loから上限回転速度V_Hiまで線形の関係から逸脱して増加したのち、上限回転速度V_Hiから目標回転速度V_targetまで再び線形に増加する。逆起電圧Bemf2は、回転速度V0から下限回転速度V_Loまで線形に増加し、下限回転速度V_Loから上限回転速度V_Hiまで線形の関係から逸脱して減少したのち、上限回転速度V_Hiから目標回転速度V_targetまで再び線形に増加する。ここで回転速度範囲Vfは、共振領域を示している。
この脱調検出用逆起電圧値テーブルは、加速領域項目と、加速開始時の回転速度の項目と、脱調検出用逆起電圧値の項目とを含んでいる。
(指令)回転速度V0から(指令)回転速度V1までの加速領域において、加速開始時の(実)回転速度はV0であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_0である。なお、脱調検出用逆起電圧値Vol_0は、(指令)回転速度V0における脱調検出用の逆起電圧値である。
(指令)回転速度V1から(指令)回転速度V2までの加速領域において、加速開始時の(実)回転速度はV1であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_1である。なお、脱調検出用逆起電圧値Vol_1は、(指令)回転速度V1における脱調検出用の逆起電圧値である。
(指令)回転速度V3から(指令)回転速度V4までの加速領域において、加速開始時の(実)回転速度はV3であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_3である。なお、脱調検出用逆起電圧値Vol_3は、(指令)回転速度V3における脱調検出用の逆起電圧値である。
(指令)回転速度V5から(指令)回転速度V6までの加速領域において、加速開始時の(実)回転速度はV5であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_5である。なお、脱調検出用逆起電圧値Vol_5は、(指令)回転速度V5における脱調検出用の逆起電圧値である。
(指令)回転速度V7から目標回転速度V_targetまでの加速領域において、加速開始時の(実)回転速度はV7であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_7である。なお、脱調検出用逆起電圧値Vol_7は、(指令)回転速度V7における脱調検出用の逆起電圧値である。
目標回転速度V_targetの定常領域において、(指令)回転速度はV8=V_targetであり、脱調検出用逆起電圧値はVol_8である。なお、脱調検出用逆起電圧値Vol_8は、(指令)回転速度V8=V_targetにおける脱調検出用の逆起電圧値である。
ステッピングモータを定電流制御して、モータ電流のゼロクロス点において逆起電圧を検出し、これを脱調検出に用いるステッピングモータ制御方法において、加減速中は脱調検出ミス防止のため、脱調検出機能をオフしていた。本実施形態では、加減速中であっても、共振領域でなければ、脱調を検出している。
逆起電圧はモータの回転速度と比例関係があり、正しく脱調を検出するには各回転速度に対し最適な閾値を設定する必要がある。しかし、最適な閾値より高い値を設定すると脱調検出ミスが発生する。また、最適な閾値より低い値を設定すると、脱調検出感度が下がる。本実施形態では、加減速中は、低速側における脱調検出用の逆起電圧値を用いることで、脱調検出ミス発生を防止している。
最初、モータ20は回転速度V0で回転しており、脱調検出用逆起電圧値(閾値)はVol_0である。
時刻t10において、制御部は、モータ20を(指令)回転速度V1で回転させるように制御する。よって、モータ20の(実)回転速度は、(指令)回転速度V0から(指令)回転速度V1に加速する。CPU122は、脱調状態検出部として、モータ20の回転の加速中に、モータ20の逆起電圧と脱調検出用逆起電圧値Vol_0とを比較して、脱調を検出する。
最初、制御部は、最終的な指令回転速度Vsに目標回転速度V_targetを代入して回転速度変更指令を実施する(ステップS10)。これにより、モータ20の最終的な指令回転速度Vsは、回転速度V0から目標回転速度V_targetに変化する。更に制御部は、変数iに0を設定する(ステップS11)。以下、変数iが指し示す加速開始時の回転速度を、(指令)回転速度V(i)と呼ぶ。この(指令)回転速度V(i)は、モータ20の実回転速度とほぼ一致している。また、変数iが指し示す脱調検出用の逆起電圧値を、逆起電圧値Vol(i)と呼ぶ。
CPU122は、モータ20の(指令)回転速度が上限回転速度V_Hiに達したならば、ステップS19の処理に進む(ステップS18→Yes:共振領域判定ステップ)。
この脱調検出用逆起電圧値テーブルは、減速領域項目と、減速開始時の回転速度の項目と、脱調検出用逆起電圧値の項目とを含んでいる。
目標回転速度V_targetから(指令)回転速度V7までの減速領域において、減速開始時の(指令)回転速度V8=V_targetであり、脱調検出用逆起電圧値はVol_7である。
(指令)回転速度V7から(指令)回転速度V6までの減速領域において、減速開始時の(実)回転速度はV7であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_6である。
(指令)回転速度V4から(指令)回転速度V3までの減速領域において、減速開始時の(実)回転速度はV4であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_3である。
(指令)回転速度V3から(指令)回転速度V2までの減速領域において、減速開始時の(実)回転速度はV3であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_2である。
(指令)回転速度V1から(指令)回転速度V0までの減速領域において、減速開始時の(実)回転速度はV1であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_0である。
(指令)回転速度V0の定常領域において、(実)回転速度はV0であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_0である。
最初、モータ20は目標回転速度V_target=(指令)回転速度V8であり、脱調検出用逆起電圧値はVol_8である。
時刻t20において、制御部は、モータ20を(指令)回転速度V7で回転させるように制御する。よって、モータ20は、目標回転速度V_targetから(指令)回転速度V7に減速する。CPU122は、脱調状態検出部として、モータ20の回転の減速中にモータ20の逆起電圧と脱調検出用逆起電圧値Vol_7とを比較して、脱調を検出する。
最初、制御部は、最終的な指令回転速度Vsに回転速度V0を代入して回転速度変更指令を実施する(ステップS30)。これにより、モータ20の最終的な指令回転速度Vsは、目標回転速度V_targetから回転速度V0に変化する。更にCPU122は、変数iに8を設定する(ステップS31)。これにより変数iは、減速開始時の(指令)回転速度V8(=目標回転速度V_target)を指し示すようになる。以下、変数iが指し示す加速開始時の(指令)回転速度を、(指令)回転速度V(i)と呼ぶ。この(指令)回転速度V(i)は、モータ20の実回転速度とほぼ一致している。また、変数iが指し示す脱調検出用の逆起電圧値を、逆起電圧値Vol(i)と呼ぶ。
CPU122は、モータ20の(実)回転速度が次の(指令)回転速度V(i−1)に減速するまで(ステップS35→No)、脱調検出用逆起電圧値Vol(i−1)で脱調を検出する(ステップS34;脱調状態検出ステップ)。またCPU122は、モータ20の(実)回転速度が次の(指令)回転速度V(i−1)まで減速すると(ステップS35→Yes)、変数iから1を減算する(ステップS39)。これにより、(指令)回転速度V(i)は、モータ20の実際の回転速度と一致する。
CPU122は、モータ20の回転速度が下限回転速度V_Loに減速したならば、ステップS39の処理に進む(ステップS38→Yes;共振領域判定ステップ)。
本実施形態のモータ制御装置10によれば、モータ20の回転の加減速時の共振領域での脱調の誤検出を防止できると共に、共振領域以外の領域では加減速時に脱調が検出できる。更に、通常の加減速制御よりも早く目的の回転速度に到達可能である。
本発明は、上記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、変更実施が可能であり、例えば、次の(a)〜(f)のようなものがある。
(a) 共振領域において、逆起電圧の測定有無は問わず、脱調判定をしなければ本発明の効果は得られる。
(b) 脱調検出を行わない回転速度範囲は、共振領域に限定されず、共振領域を含んでいればよい。
(c) 速やかに回転速度変更を行う範囲は、共振領域に限定されず、共振領域を含んでいればよい。
(d) 回転速度の制御方法やフローチャートは具体例であって、これに限定されない。
(e) 加速時・減速時の制御値はテーブルデータとしたが、数式により算出してもよい。
(f) 加減速カーブは、必ずしも線形でなくてもよい(S字カーブなど、領域内すべてが等加速度でなくてもよい)。
10 モータ制御装置
12 制御回路 (制御部の一部)
122 CPU (制御部の一部;脱調状態検出部の一例)
124 電流測定部
126 逆起電圧測定部
14 駆動回路
142 モータ駆動部
144 電流センサ
20 ステッピングモータ (モータ)
21A,21B コイル
22 ロータ
22N N極
22S S極
Ia,Ib,Ib0 コイル電流
Ib1 電流測定値
Iat,Ibt ターゲット電流
V_Lo 下限回転速度
V_Hi 上限回転速度
Vs 指令回転速度
V_target 目標回転速度
Claims (5)
- ステッピングモータが有する複数相のコイルのそれぞれにパルス幅変調されたパルス電圧を印加し、前記複数相のコイルに流れるコイル電流の位相を周期的に切り替えるように制御する制御部と、
前記複数相のコイルのうちいずれか1つの相のコイルに流れるコイル電流の向きが切り替わる際に、一時的に当該相のコイルへの前記パルス電圧の印加を停止する停止期間を設け、当該停止期間中に当該コイルに誘起される逆起電圧を測定する逆起電圧測定部と、
前記ステッピングモータの共振領域ではなく、かつ前記逆起電圧測定部により測定された前記逆起電圧が所定の脱調状態判定基準を充足した場合に脱調状態を検出し、前記ステッピングモータの加速中および/または減速中、かつ前記ステッピングモータの前記共振領域であったならば、脱調状態の検出を行わない脱調状態検出部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記ステッピングモータの前記共振領域とは、前記逆起電圧が、前記ステッピングモータの回転速度との比例関係から逸脱した値となる領域である、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記制御部は、前記ステッピングモータの回転速度が前記共振領域に達したならば、速やかに前記回転速度を変更する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御装置。 - 前記制御部は、前記ステッピングモータの前記回転速度が前記共振領域に達したならば、前記共振領域を飛び越した回転速度となるように、速やかに前記回転速度を変更する、
ことを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置。 - ステッピングモータが有する複数相のコイルのそれぞれにパルス幅変調されたパルス電圧を印加し、前記複数相のコイルに流れるコイル電流の位相を周期的に切り替えるように制御する制御部を備え、前記制御部が前記複数相のコイルのうちいずれか1つの相のコイルに誘起される逆起電圧に基づいて、前記ステッピングモータの脱調状態を検出するモータ制御装置の脱調状態検出方法であって、
前記制御部は、
速度指令情報に基づき、前記ステッピングモータの回転速度を可変する回転速度可変ステップと、
前記回転速度の可変中、前記ステッピングモータの共振領域にあるかどうかを判定する共振領域判定ステップと、
前記ステッピングモータが前記共振領域ではなく、かつ、前記逆起電圧が所定の脱調状態判定基準を充足した場合に脱調状態を検出し、前記ステッピングモータの加速中および/または減速中、かつ前記ステッピングモータの前記共振領域であったならば、脱調状態の検出を行わない脱調状態検出ステップと、
を有することを特徴とするモータ制御装置の脱調状態検出方法。
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