JP6915133B2 - Motor control device, sheet transfer device, document reader and image forming device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置、シート搬送装置、原稿読取装置及び画像形成装置におけるモータの制御に関する。 The present invention relates to the control of a motor in a motor control device, a sheet transfer device, a document reading device, and an image forming device.
従来、モータを制御する方法として、モータの回転子の回転位相を基準とした回転座標系における電流値を制御することによってモータを制御するベクトル制御と称される制御方法が知られている。具体的には、回転子の指令位相と回転位相との偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法が知られている。なお、回転子の指令速度と回転速度との偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する速度フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法も知られている。 Conventionally, as a method of controlling a motor, a control method called vector control is known in which the motor is controlled by controlling a current value in a rotating coordinate system based on the rotation phase of the rotor of the motor. Specifically, a control method for controlling a motor by performing phase feedback control for controlling a current value in a rotating coordinate system so that a deviation between a command phase of a rotor and a rotation phase becomes small is known. A control method for controlling the motor by performing speed feedback control for controlling the current value in the rotating coordinate system so that the deviation between the command speed of the rotor and the rotation speed becomes small is also known.
ベクトル制御において、モータの巻線に流れる駆動電流は、回転子が回転するためのトルクを発生させる電流成分であるq軸成分(トルク電流成分)と、モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分であるd軸成分(励磁電流成分)とにより表される。回転子にかかる負荷トルクの変化に応じてトルク電流成分の値が制御されることによって、回転に必要なトルクが効率的に発生する。この結果、余剰トルクに起因したモータ音の増大や消費電力の増大が抑制される。また、回転子にかかる負荷トルクがモータの巻線に供給された駆動電流に対応した出力トルクを超えることに起因して回転子が入力信号に同期しなくなり、モータが制御不能な状態(脱調状態)になってしまうことを抑制することができる。 In vector control, the drive current flowing through the windings of the motor affects the q-axis component (torque current component), which is the current component that generates torque for the rotor to rotate, and the strength of the magnetic flux that penetrates the windings of the motor. It is represented by a d-axis component (exciting current component), which is a current component to be generated. By controlling the value of the torque current component according to the change in the load torque applied to the rotor, the torque required for rotation is efficiently generated. As a result, an increase in motor noise and an increase in power consumption due to excess torque are suppressed. In addition, the load torque applied to the rotor exceeds the output torque corresponding to the drive current supplied to the windings of the motor, causing the rotor to become out of sync with the input signal and the motor to be out of control (step-out). It is possible to prevent it from becoming a state).
ベクトル制御では、回転子の回転位相を決定する構成が必要となる。特許文献1では、回転子が回転することによってモータの各相の巻線に発生する誘起電圧に基づいて回転子の回転位相を決定する構成が述べられている。 Vector control requires a configuration that determines the rotation phase of the rotor. Patent Document 1 describes a configuration in which the rotation phase of the rotor is determined based on the induced voltage generated in the windings of each phase of the motor due to the rotation of the rotor.
巻線に発生する誘起電圧の大きさは、回転子の回転速度が小さいほど小さくなる。巻線に発生する誘起電圧の大きさが回転子の回転位相が決定されるために十分な大きさでない場合は、回転位相が精度良く決定されない可能性がある。即ち、回転子の回転速度が小さいほど、回転子の回転位相を決定する精度が悪くなってしまう可能性がある。 The magnitude of the induced voltage generated in the winding decreases as the rotation speed of the rotor decreases. If the magnitude of the induced voltage generated in the winding is not large enough to determine the rotation phase of the rotor, the rotation phase may not be determined accurately. That is, the smaller the rotation speed of the rotor, the lower the accuracy of determining the rotation phase of the rotor.
そこで、特許文献2では、回転子の指令速度が所定の回転速度よりも小さい場合は、モータの巻線に予め決められた電流を供給することによってモータを制御する定電流制御が用いられる構成が述べられている。なお、定電流制御においては、位相フィードバック制御と速度フィードバック制御とのいずれも行われない。更に、回転子の指令速度が所定の回転速度以上の場合は、ベクトル制御が用いられる構成が述べられている。 Therefore, in Patent Document 2, when the command speed of the rotor is smaller than a predetermined rotation speed, a constant current control is used to control the motor by supplying a predetermined current to the winding of the motor. It is stated. In the constant current control, neither the phase feedback control nor the velocity feedback control is performed. Further, when the command speed of the rotor is equal to or higher than a predetermined rotation speed, a configuration in which vector control is used is described.
モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際には、瞬間的にモータの回転速度が減少する可能性がある。これは、モータの制御が切り替わる前の最後に供給された駆動電流によって回転子に与えられたトルクよりも、モータの制御が切り替わった後の最初に供給された駆動電流によって回転子に与えられたトルクのほうが小さくなる可能性があるためである。即ち、モータの制御が切り替わる直前に回転子に与えられたトルクとモータの制御が切り替わった直後に回転子に与えられたトルクとに差異が生じてしまうためである。 When the control of the motor is switched from the constant current control to the vector control, the rotation speed of the motor may decrease momentarily. This was given to the rotor by the first drive current after the motor control was switched, rather than the torque given to the rotor by the last drive current before the motor control was switched. This is because the torque may be smaller. That is, there is a difference between the torque given to the rotor immediately before the control of the motor is switched and the torque given to the rotor immediately after the control of the motor is switched.
特許文献3では、位置検出器から出力された信号に基づいて、マイクロステップ駆動中に回転子にかかる負荷トルクを推定(演算)する。そして、モータの制御方法がマイクロステップ駆動制御から速度サーボ制御へと切り替わった直後に供給すべき電流を、推定された負荷トルクに基づいて決定(演算)する構成が述べられている。具体的には、特許文献3では、モータの制御方法が切り替わった直後に供給すべき電流を決定するために、負荷推定器で負荷トルクが演算される。そして、当該負荷トルクからトルク定数を除算することによって当該負荷トルクに対応する電流値を算出し、算出された電流値に制御ゲインを乗算することによって、供給すべき電流が決定される。 In Patent Document 3, the load torque applied to the rotor during microstep driving is estimated (calculated) based on the signal output from the position detector. Then, a configuration is described in which the current to be supplied immediately after the motor control method is switched from the microstep drive control to the speed servo control is determined (calculated) based on the estimated load torque. Specifically, in Patent Document 3, the load torque is calculated by the load estimator in order to determine the current to be supplied immediately after the motor control method is switched. Then, the current value corresponding to the load torque is calculated by dividing the torque constant from the load torque, and the calculated current value is multiplied by the control gain to determine the current to be supplied.
前記特許文献3では、モータの制御方法が切り替わった直後に供給すべき電流を決定するために、負荷トルクから予め設定されたトルク定数を除算する処理が行われる。トルク定数は、モータの温度によって異なる値となる。したがって、モータの温度に拘わらず固定値としてのトルク定数が用いられると、算出される電流値に誤差が含まれてしまう。即ち、決定される電流にも誤差が含まれてしまい、モータの制御方法が切り替わった直後に供給すべき電流が適切に設定されない可能性がある。この結果、モータの制御が不安定になってしまう可能性がある。 In Patent Document 3, in order to determine the current to be supplied immediately after the motor control method is switched, a process of dividing a preset torque constant from the load torque is performed. The torque constant has a different value depending on the temperature of the motor. Therefore, if a torque constant as a fixed value is used regardless of the temperature of the motor, an error will be included in the calculated current value. That is, the determined current also includes an error, and there is a possibility that the current to be supplied immediately after the motor control method is switched is not properly set. As a result, the control of the motor may become unstable.
上記課題に鑑み、本発明は、駆動電流を制御する制御モードが切り替わる際に、制御が不安定になることを抑制することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to suppress instability of control when the control mode for controlling the drive current is switched.
上記課題を解決するために、本発明にかかるモータ制御装置は、
モータの回転子の目標位相を表す指令位相に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記モータの巻線に駆動電流を供給する供給手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記検出手段により検出された駆動電流の大きさが、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように設定された目標値になるように、前記巻線に供給される駆動電流を制御する第1制御モードと、予め決められた大きさの電流に基づいて前記巻線に供給される駆動電流を制御する第2制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第1制御モードにおいて、前記偏差が小さくなるように当該偏差に基づいて積分制御を行い、
前記制御モードが前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り替わった場合の前記第1制御モードにおける前記積分制御の初期値は、前記第2制御モードの実行中に前記検出手段によって検出された駆動電流の値に基づいて設定され、
前記目標値は、前記初期値が設定された前記積分制御に基づいて設定され、
前記制御手段は、前記第2制御モードの実行中に前記検出手段によって検出された駆動電流の値に基づいて前記初期値が設定されている状態において、前記制御モードを前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り替えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the motor control device according to the present invention is
In a motor control device that controls the motor based on a command phase representing the target phase of the rotor of the motor.
A supply means for supplying a drive current to the winding of the motor,
A detection means for detecting the drive current flowing through the winding and
A phase determining means for determining the rotational phase of the rotor based on the drive current detected by the detecting means, and
The winding is set so that the magnitude of the drive current detected by the detecting means becomes a target value set so that the deviation between the command phase and the rotation phase determined by the phase determining means becomes small. A control means including a first control mode for controlling the supplied drive current and a second control mode for controlling the drive current supplied to the winding based on a current having a predetermined magnitude.
Have,
In the first control mode, the control means performs integral control based on the deviation so that the deviation becomes small.
The initial value of the integral control in the first control mode when the control mode is switched from the second control mode to the first control mode was detected by the detection means during the execution of the second control mode. Set based on the drive current value,
The target value is set based on the integral control in which the initial value is set.
The control means changes the control mode from the second control mode in a state where the initial value is set based on the value of the drive current detected by the detection means during the execution of the second control mode. It is characterized by switching to the first control mode.
本発明によれば、駆動電流を制御する制御モードが切り替わる際に、制御が不安定になることを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the control from becoming unstable when the control mode for controlling the drive current is switched.
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の形状及びそれらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲が以下の実施の形態に限定される趣旨のものではない。なお、以下の説明においては、モータ制御装置が画像形成装置に設けられる場合について説明するが、モータ制御装置が設けられるのは画像形成装置に限定されるわけではない。例えば、記録媒体や原稿等のシートを搬送するシート搬送装置等にも用いられる。 A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the shapes of the components and their relative arrangements described in this embodiment should be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions, and the scope of the present invention is limited. It is not intended to be limited to the following embodiments. In the following description, the case where the motor control device is provided in the image forming device will be described, but the case where the motor control device is provided is not limited to the image forming device. For example, it is also used in a sheet transfer device for transporting a sheet such as a recording medium or a document.
〔第1実施形態〕
[画像形成装置]
図1は、本実施形態で用いられるシート搬送装置を有するモノクロの電子写真方式の複写機(以下、画像形成装置と称する)100の構成を示す断面図である。なお、画像形成装置は複写機に限定されず、例えば、ファクシミリ装置、印刷機、プリンタ等であっても良い。また、記録方式は、電子写真方式に限らず、例えば、インクジェット等であっても良い。更に、画像形成装置の形式はモノクロ及びカラーのいずれの形式であっても良い。
[First Embodiment]
[Image forming device]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a monochrome electrophotographic copying machine (hereinafter, referred to as an image forming apparatus) 100 having a sheet transporting apparatus used in the present embodiment. The image forming apparatus is not limited to the copying machine, and may be, for example, a facsimile apparatus, a printing machine, a printer, or the like. Further, the recording method is not limited to the electrophotographic method, and may be, for example, an inkjet or the like. Further, the format of the image forming apparatus may be either monochrome or color.
以下に、図1を用いて、画像形成装置100の構成および機能について説明する。図1に示すように、画像形成装置100は、原稿給送装置201、読取装置202及び画像印刷装置301を有する。
Hereinafter, the configuration and function of the
原稿給送装置201の原稿積載部203に積載された原稿は、給紙ローラ204によって1枚ずつ給紙され、搬送ガイド206に沿って読取装置202の原稿ガラス台214上に搬送される。更に、原稿は、搬送ベルト208によって一定速度で搬送されて、排紙ローラ205によって不図示の排紙トレイへ排紙される。読取装置202の読取位置において照明209によって照明された原稿画像からの反射光は、反射ミラー210、211、212からなる光学系によって画像読取部111に導かれ、画像読取部111によって画像信号に変換される。画像読取部111は、レンズ、光電変換素子であるCCD、CCDの駆動回路等で構成される。画像読取部111から出力された画像信号は、ASIC等のハードウェアデバイスで構成される画像処理部112によって各種補正処理が行われた後、画像印刷装置301へ出力される。前述の如くして、原稿の読取が行われる。即ち、原稿給送装置201及び読取装置202は、原稿読取装置として機能する。
The documents loaded on the
また、原稿の読取モードとして、第1読取モードと第2読取モードがある。第1読取モードは、一定速度で搬送される原稿の画像を、所定の位置に固定された照明系209及び光学系によって読み取るモードである。第2読取モードは、読取装置202の原稿ガラス214上に載置された原稿の画像を、一定速度で移動する照明系209及び光学系によって読み取るモードである。通常、シート状の原稿の画像は第1読取モードで読み取られ、本や冊子等の綴じられた原稿の画像は第2読取モードで読み取られる。
Further, as the document scanning mode, there are a first scanning mode and a second scanning mode. The first scanning mode is a mode in which an image of a document conveyed at a constant speed is scanned by an
画像印刷装置301の内部には、シート収納トレイ302、304が設けられている。シート収納トレイ302、304には、それぞれ異なる種類の記録媒体を収納することができる。例えば、シート収納トレイ302にはA4サイズの普通紙が収納され、シート収納トレイ304にはA4サイズの厚紙が収納される。なお、記録媒体とは、画像形成装置によって画像が形成されるものであって、例えば、用紙、樹脂シート、布、OHPシート、ラベル等は記録媒体に含まれる。
シート収納トレイ302に収納された記録媒体は、給紙ローラ303によって給送されて、搬送ローラ306によってレジストレーションローラ308へ送り出される。また、シート収納トレイ304に収納された記録媒体は、給紙ローラ305によって給送されて、搬送ローラ307及び306によってレジストレーションローラ308へ送り出される。
The recording medium stored in the
読取装置202から出力された画像信号は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを含む光走査装置311に入力される。また、感光ドラム309は、帯電器310によって外周面が帯電される。感光ドラム309の外周面が帯電された後、読取装置202から光走査装置311に入力された画像信号に応じたレーザ光が、光走査装置311からポリゴンミラー及びミラー312、313を経由し、感光ドラム309の外周面に照射される。この結果、感光ドラム309の外周面に静電潜像が形成される。なお、感光ドラムの帯電には、例えば、コロナ帯電器や帯電ローラを用いた帯電方法が用いられる。
The image signal output from the
続いて、静電潜像が現像器314内のトナーによって現像され、感光ドラム309の外周面にトナー像が形成される。感光ドラム309に形成されたトナー像は、感光ドラム309と対向する位置(転写位置)に設けられた転写帯電器315によって記録媒体に転写される。この転写タイミングに合わせて、レジストレーションローラ308は記録媒体を転写位置へ送り込む。
Subsequently, the electrostatic latent image is developed by the toner in the
前述の如くして、トナー像が転写された記録媒体は、搬送ベルト317によって定着器318へ送り込まれ、定着器318によって加熱加圧されて、トナー像が記録媒体に定着される。このようにして、画像形成装置100によって記録媒体に画像が形成される。
As described above, the recording medium on which the toner image is transferred is sent to the
片面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器318を通過した記録媒体は、排紙ローラ319、324によって、不図示の排紙トレイへ排紙される。また、両面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器318によって記録媒体の第1面に定着処理が行われた後に、記録媒体は、排紙ローラ319、搬送ローラ320、及び反転ローラ321によって、反転パス325へと搬送される。その後、記録媒体は、搬送ローラ322、323によって再度レジストレーションローラ308へと搬送され、前述した方法で記録媒体の第2面に画像が形成される。その後、記録媒体は、排紙ローラ319、324によって不図示の排紙トレイへ排紙される。
When image formation is performed in the single-sided printing mode, the recording medium that has passed through the fixing
また、第1面に画像形成された記録媒体がフェースダウンで画像形成装置100の外部へ排紙される場合は、定着器318を通過した記録媒体は、排紙ローラ319を通って搬送ローラ320へ向かう方向へ搬送される。その後、記録媒体の後端が搬送ローラ320のニップ部を通過する直前に搬送ローラ320の回転が反転することによって、記録媒体の第1面が下向きになった状態で、記録媒体が排紙ローラ324を経由して、画像形成装置100の外部へ排出される。
When the recording medium on which the image is formed on the first surface is discharged face-down to the outside of the
以上が画像形成装置100の構成および機能についての説明である。なお、本発明における負荷とはモータによって駆動される対象物である。例えば、給紙ローラ204、303、305、レジストレーションローラ308及び排紙ローラ319等の各種ローラ(搬送ローラ)や感光ドラム309、搬送ベルト208、317、照明系209及び光学系等は本発明における負荷に対応する。本実施形態のモータ制御装置は、これら負荷を駆動するモータに適用することができる。
The above is a description of the configuration and function of the
図2は、画像形成装置100の制御構成の例を示すブロック図である。システムコントローラ151は、図2に示すように、CPU151a、ROM151b、RAM151cを備えている。また、システムコントローラ151は、画像処理部112、操作部152、アナログ・デジタル(A/D)変換器153、高圧制御部155、モータ制御装置157、センサ類159、ACドライバ160と接続されている。システムコントローラ151は、接続された各ユニットとの間でデータやコマンドの送受信をすることが可能である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a control configuration of the
CPU151aは、ROM151bに格納された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。
The
RAM151cは記憶デバイスである。RAM151cには、例えば、高圧制御部155に対する設定値、モータ制御装置157に対する指令値及び操作部152から受信される情報等の各種データが記憶される。
The
システムコントローラ151は、画像処理部112における画像処理に必要となる、画像形成装置100の内部に設けられた各種装置の設定値データを画像処理部112に送信する。更に、システムコントローラ151は、センサ類159からの信号を受信して、受信した信号に基づいて高圧制御部155の設定値を設定する。高圧制御部155は、システムコントローラ151によって設定された設定値に応じて、高圧ユニット156(帯電器310、現像器314、転写帯電器315等)に必要な電圧を供給する。なお、センサ類159には、搬送ローラによって搬送される記録媒体を検知するセンサ等が含まれる。
The
モータ制御装置157は、CPU151aから出力された指令に応じて、負荷を駆動するモータ509を制御する。なお、図2においては、画像形成装置のモータとしてモータ509のみが記載されているが、実際には、画像形成装置には複数個のモータが設けられているものとする。また、1個のモータ制御装置が複数個のモータを制御する構成であっても良い。更に、図2においては、モータ制御装置が1個しか設けられていないが、実際には、複数個のモータ制御装置が画像形成装置に設けられているものとする。
The
A/D変換器153は、定着ヒータ161の温度を検出するためのサーミスタ154が検出した検出信号を受信し、検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してシステムコントローラ151に送信する。システムコントローラ151は、A/D変換器153から受信したデジタル信号に基づいてACドライバ160の制御を行う。ACドライバ160は、定着ヒータ161の温度が定着処理を行うために必要な温度となるように定着ヒータ161を制御する。なお、定着ヒータ161は、定着処理に用いられるヒータであり、定着器318に含まれる。
The A /
システムコントローラ151は、使用する記録媒体の種類(以下、紙種と称する)等の設定をユーザが行うための操作画面を、操作部152に設けられた表示部に表示するように、操作部152を制御する。システムコントローラ151は、ユーザが設定した情報を操作部152から受信し、ユーザが設定した情報に基づいて画像形成装置100の動作シーケンスを制御する。また、システムコントローラ151は、画像形成装置の状態を示す情報を操作部152に送信する。なお、画像形成装置の状態を示す情報とは、例えば、画像形成枚数、画像形成動作の進行状況、原稿読取装置201及び画像印刷装置301におけるシート材のジャムや重送等に関する情報である。操作部152は、システムコントローラ151から受信した情報を表示部に表示する。
The
前述の如くして、システムコントローラ151は画像形成装置100の動作シーケンスを制御する。
As described above, the
[モータ制御装置]
次に、本実施形態におけるモータ制御装置について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置は、第1制御モードとしてのベクトル制御と第2制御モードとしての定電流制御とのいずれの制御方法でもモータを制御することができる。
[Motor control device]
Next, the motor control device in this embodiment will be described. The motor control device in the present embodiment can control the motor by any control method of vector control as the first control mode and constant current control as the second control mode.
<ベクトル制御>
まず、図3及び図4を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置157がベクトル制御を行う方法について説明する。なお、以下の説明におけるモータには、モータの回転子の回転位相を検出するためのロータリエンコーダなどのセンサは設けられていないものとする。
<Vector control>
First, a method in which the
図3は、A相(第1相)とB相(第2相)との2相から成るステッピングモータ(以下、モータと称する)509と、d軸及びq軸によって表される回転座標系との関係を示す図である。図3では、静止座標系において、A相の巻線に対応した軸であるα軸と、B相の巻線に対応した軸であるβ軸とが定義されている。また、図3では、回転子402に用いられている永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向に沿ってd軸が定義され、d軸から反時計回りに90度進んだ方向(d軸に直交する方向)に沿ってq軸が定義されている。α軸とd軸との成す角度はθと定義され、回転子402の回転位相は角度θによって表される。ベクトル制御では、回転子402の回転位相θを基準とした回転座標系が用いられる。具体的には、ベクトル制御では、巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルの、回転座標系における電流成分であって、回転子にトルクを発生させるq軸成分(トルク電流成分)と巻線を貫く磁束の強度に影響するd軸成分(励磁電流成分)とが用いられる。
FIG. 3 shows a stepping motor (hereinafter referred to as a motor) 509 composed of two phases, A phase (first phase) and B phase (second phase), and a rotating coordinate system represented by the d-axis and the q-axis. It is a figure which shows the relationship of. In FIG. 3, in the rest coordinate system, the α-axis, which is the axis corresponding to the A-phase winding, and the β-axis, which is the axis corresponding to the B-phase winding, are defined. Further, in FIG. 3, the d-axis is defined along the direction of the magnetic flux generated by the magnetic poles of the permanent magnet used in the
ベクトル制御とは、回転子の目標位相を表す指令位相と実際の回転位相との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法である。また、回転子の目標速度を表す指令速度と実際の回転速度との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する速度フィードバック制御を行うことによってモータを制御する方法もある。 Vector control is a motor by performing phase feedback control that controls the value of the torque current component and the value of the exciting current component so that the deviation between the command phase representing the target phase of the rotor and the actual rotation phase becomes small. It is a control method to control. In addition, the motor is controlled by performing speed feedback control that controls the value of the torque current component and the value of the exciting current component so that the deviation between the command speed representing the target speed of the rotor and the actual rotation speed becomes small. There is also a method.
図4は、モータ509を制御するモータ制御装置157の構成の例を示すブロック図である。なお、モータ制御装置157は、少なくとも1つのASICで構成されており、以下に説明する各機能を実行する。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the
図4に示すように、モータ制御装置157は、定電流制御を行う定電流制御器700、ベクトル制御を行うベクトル制御器701を有する。
As shown in FIG. 4, the
モータ制御装置157は、ベクトル制御を行う回路として、位相制御器502、電流制御器503、504、座標逆変換器505、座標変換器511、モータの巻線に駆動電流を供給するPWMインバータ506等を有する。座標変換器511は、モータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルを、α軸及びβ軸で表される静止座標系からq軸及びd軸で表される回転座標系に座標変換する。この結果、巻線に流れる駆動電流は、回転座標系における電流値であるq軸成分の電流値(q軸電流)とd軸成分の電流値(d軸電流)とによって表される。なお、q軸電流は、モータ509の回転子402にトルクを発生させるトルク電流に相当する。また、d軸電流は、モータ509の巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流に相当し、回転子402のトルクの発生には寄与しない。モータ制御装置157は、q軸電流及びd軸電流をそれぞれ独立に制御することができる。この結果、モータ制御装置157は、回転子402にかかる負荷トルクに応じてq軸電流を制御することによって、回転子402が回転するために必要なトルクを効率的に発生させることができる。即ち、ベクトル制御においては、図3に示す電流ベクトルの大きさは、回転子402にかかる負荷トルクに応じて変化する。
The
モータ制御装置157は、モータ509の回転子402の回転位相θを後述する方法により決定し、その決定結果に基づいてベクトル制御を行う。CPU151aは、モータ509の回転子402の目標位相を表す指令位相θ_refを生成し、所定の時間周期Tで指令位相θ_refをモータ制御装置157へ出力する。
The
減算器101は、モータ509の回転子402の回転位相θと指令位相θ_refとの偏差を演算し、該偏差を位相制御器502に出力する。
The
図5は、位相制御器502の構成を示すブロック図である。なお、図5に示す位相制御器502の構成は本実施形態における一例であり、位相制御器502の構成がこれに限定されるわけではない。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the
図5に示すように、位相制御器502は、比例制御(P)を行う比例制御部502a、積分制御(I)を行う積分制御部502b、微分制御(D)を行う微分制御部502cを有する。また、位相制御器502は、比例制御部502a、積分制御部502b、微分制御部502cから出力された信号を加算する加算器502dを有する。更に、位相制御器502は、加算器502dから出力された信号に基づいてq軸電流指令値(目標値)iq_refを生成するq軸電流生成部502eと、d軸電流指令値(目標値)id_refを生成するd軸電流生成部502fを有する。
As shown in FIG. 5, the
位相制御器502は、比例制御(P)、積分制御(I)、微分制御(D)に基づいて、減算器101から出力される偏差が小さくなるように、q軸電流指令値iq_refを生成して出力する。具体的には、位相制御器502は、P制御、I制御、D制御に基づいて減算器101から出力される偏差が0になるように、q軸電流指令値iq_refを生成して出力する。
The
より具体的には、比例制御部502aは、減算器101から出力される偏差が0になるように、当該偏差に比例する値を出力する。また、積分制御部502bは、減算器101から出力される偏差が0になるように、当該偏差の時間積分に比例する値を出力する。また、微分制御部502cは、減算器101から出力される偏差が0になるように、当該偏差の時間変化に比例する値を出力する。なお、積分制御部502bに入力される電流値iq´については後述する。
More specifically, the
そして、加算器502dは、比例制御部502a、積分制御部502b、微分制御部502cから出力された値を加算し、加算された値がq軸電流生成部502eに出力される。q軸電流生成部502eは、加算器502dから出力された値に基づいてq軸電流指令値iq_refを生成して出力する。具体的には、例えば、加算器502dから出力された値に予め設定された比例係数を乗算することによってq軸電流指令値iq_refを生成して出力する。
Then, the
また、d軸電流生成部502fはd軸電流指令値id_refを0に設定して出力する。なお、本実施形態においては、d軸電流生成部502fは、巻線を貫く磁束の強度に影響するd軸電流指令値id_refを0に設定したが、これに限定されるものではない。例えば、d軸電流生成部502fは、CPU151aからの指令に基づいて、d軸電流指令値id_refを0以外の値に設定して出力してもよい。
Further, the d-axis current generation unit 502f sets the d-axis current command value id_ref to 0 and outputs the current. In the present embodiment, the d-axis current generation unit 502f sets the d-axis current command value id_ref, which affects the strength of the magnetic flux penetrating the winding, to 0, but the present invention is not limited to this. For example, the d-axis current generation unit 502f may set the d-axis current command value id_ref to a value other than 0 and output it based on the command from the
なお、本実施形態における位相制御器502は、PID制御に基づいてq軸電流指令値iq_refを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、位相制御器502は、PI制御に基づいてq軸電流指令値iq_refを生成しても良い。
The
モータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器507、508によって検出され、その後、A/D変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換される。なお、電流検出器507、508が電流を検出する周期は、例えば、CPU151aがモータ制御装置157に指令位相θ_refを出力する周期Tと同じ周期でも良いし、周期Tより短くてもよい。
The drive currents flowing through the A-phase and B-phase windings of the
A/D変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換された駆動電流の電流値は、静止座標系における電流値iα及びiβとして、図3に示す電流ベクトルの位相θeを用いて次式によって表される。なお、電流ベクトルの位相θeは、α軸と電流ベクトルとの成す角度と定義される。また、Iは電流ベクトルの大きさを示す。
iα=I*cosθe (1)
iβ=I*sinθe (2)
これらの電流値iα及びiβは、座標変換器511,517及び誘起電圧決定器512に入力される。
The current value of the drive current converted from the analog value to the digital value by the A /
iα = I * cosθe (1)
iβ = I * sinθe (2)
These current values iα and iβ are input to the coordinate
座標変換器511は、静止座標系における電流値iα及びiβを、次式によって、回転座標系におけるq軸電流の電流値iq及びd軸電流の電流値idに変換する。
id= cosθ*iα+sinθ*iβ (3)
iq=−sinθ*iα+cosθ*iβ (4)
ベクトル制御においては、位相制御器502から出力されたq軸電流指令値iq_refが切替スイッチ516aを介して減算器102に入力される。また、減算器102には座標変換器511から出力された電流値iqが入力される。減算器102は、q軸電流指令値iq_refと電流値iqとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器503に出力する。
The coordinate
id = cosθ * iα + sinθ * iβ (3)
iq = −sinθ * iα + cosθ * iβ (4)
In vector control, the q-axis current command value iq_ref output from the
また、ベクトル制御においては、位相制御器502から出力されたd軸電流指令値id_refが切替スイッチ516aを介して減算器103に入力される。また、減算器103には座標変換器511から出力された電流値idが入力される。減算器103は、d軸電流指令値id_refと電流値idとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器504に出力する。なお、切替スイッチ516aについては、後に説明する。
Further, in the vector control, the d-axis current command value id_ref output from the
図6は、電流制御器503の構成を示すブロック図である。なお、図6に示す電流制御器503の構成は本実施形態における一例であり、電流制御器503の構成がこれに限定されるわけではない。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the
図6に示すように、電流制御器503は、P制御を行う比例制御部503a、I制御を行う積分制御部503b、D制御を行う微分制御部503cを有する。また、電流制御器503は、比例制御部502a、積分制御部502b、微分制御部502cから出力された信号を加算する加算器503dを有する。更に、電流制御器503は、加算器503dから出力された信号に基づいてモータ509の巻線に印加するべき駆動電圧に対応する電圧ベクトルのq軸成分の値として駆動電圧Vqを生成する駆動電圧生成部503eを有する。
As shown in FIG. 6, the
電流制御器503は、PID制御に基づいて、減算器102から出力される偏差が小さくなるように駆動電圧Vqを生成する。具体的には、電流制御器503は、減算器102から出力される偏差が0になるように駆動電圧Vqを生成して座標逆変換器505に出力する。
The
より具体的には、比例制御部503aは、減算器102から出力される偏差が0になるように、当該偏差に比例する値を出力する。また、積分制御部503bは、減算器102から出力される偏差が0になるように、当該偏差の時間積分に比例する値を出力する。また、微分制御部503cは、減算器102から出力される偏差が0になるように、当該偏差の時間変化に比例する値を出力する。
More specifically, the
そして、加算器503dは、比例制御部503a、積分制御部503b、微分制御部503cから出力された値を加算し、加算された値が駆動電圧生成部503eに出力される。駆動電圧生成部503eは、加算器503dから出力された値に基づいて駆動電圧Vqを生成して出力する。具体的には、例えば、加算器503dから出力された値に予め設定された比例係数を乗算することによって駆動電圧Vqを生成して出力する。
Then, the
このように、電流制御器503は、駆動電圧を生成する生成手段として機能する。なお、電流制御器504は、電流制御器503と同様の構成を有し、電流制御器503と同様の方法で、モータ509の巻線に印加するべき駆動電圧に対応する電圧ベクトルのd軸成分の値として駆動電圧Vdを生成する。
In this way, the
なお、本実施形態における電流制御器503、504は、PID制御に基づいて駆動電圧Vq及びVdを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、電流制御器503は、PI制御に基づいて駆動電圧Vq及びVdを生成しても良い。
The
座標逆変換器505は、電流制御器503、504から出力された回転座標系における駆動電圧Vq及びVdを、次式によって、静止座標系における駆動電圧Vα及びVβに逆変換する。
Vα=cosθ*Vd−sinθ*Vq (5)
Vβ=sinθ*Vd+cosθ*Vq (6)
座標逆変換器505は、逆変換された駆動電圧Vα及びVβを誘起電圧決定器512及びPWMインバータ506に出力する。
The coordinate
Vα = cosθ * Vd-sinθ * Vq (5)
Vβ = sinθ * Vd + cosθ * Vq (6)
The coordinate
PWMインバータ506は、フルブリッジ回路を有する。フルブリッジ回路は座標逆変換器505から入力された駆動電圧Vα及びVβに基づくPWM信号によって駆動される。その結果、PWMインバータ506は、駆動電圧Vα及びVβに応じた駆動電流iα及びiβを生成し、駆動電流iα及びiβをモータ509の各相の巻線に供給することによって、モータ509を駆動させる。即ち、PWMインバータ506は、モータ509の各相の巻線に電流を供給する供給手段として機能する。なお、本実施形態においては、PWMインバータはフルブリッジ回路を有しているが、PWMインバータはハーフブリッジ回路等であっても良い。
The
次に、回転位相θを決定する構成について説明する。回転子402の回転位相θの決定には、回転子402の回転によってモータ509のA相及びB相の巻線に誘起される誘起電圧Eα及びEβの値が用いられる。誘起電圧の値は誘起電圧決定器512によって決定(算出)される。具体的には、誘起電圧Eα及びEβは、A/D変換器510から誘起電圧決定器512に入力された電流値iα及びiβと、座標逆変換器505から誘起電圧決定器512に入力された駆動電圧Vα及びVβとから、次式によって決定される。
Eα=Vα−R*iα−L*diα/dt (7)
Eβ=Vβ−R*iβ−L*diβ/dt (8)
ここで、Rは巻線レジスタンス、Lは巻線インダクタンスである。巻線レジスタンスR及び巻線インダクタンスLの値は使用されているモータ509に固有の値であり、ROM151b又はモータ制御装置600に設けられたメモリ(不図示)等に予め格納されている。
Next, a configuration for determining the rotation phase θ will be described. In determining the rotation phase θ of the
Eα = Vα-R * iα-L * diα / dt (7)
Eβ = Vβ-R * iβ-L * diβ / dt (8)
Here, R is the winding resistance and L is the winding inductance. The values of the winding resistance R and the winding inductance L are values peculiar to the
誘起電圧決定器512によって決定された誘起電圧Eα及びEβは位相決定器513に出力される。
The induced voltages Eα and Eβ determined by the induced
位相決定器513は、誘起電圧決定器512から出力された誘起電圧Eαと誘起電圧Eβとの比に基づいて、次式によってモータ509の回転子402の回転位相θを決定する。
θ=tan^−1(−Eβ/Eα) (9)
The
θ = tan ^ -1 (-Eβ / Eα) (9)
なお、本実施形態においては、位相決定器513は、式(9)に基づく演算を行うことによって回転位相θを決定したが、この限りではない。例えば、位相決定器513は、ROM151b等に記憶されている、誘起電圧Eα及び誘起電圧Eβと誘起電圧Eα及び誘起電圧Eβとに対応する回転位相θとの関係を示すテーブルを参照することによって回転位相θを決定してもよい。
In the present embodiment, the
前述の如くして得られた回転子402の回転位相θは、減算器101、切替スイッチ516b及び座標変換器517に入力される。ベクトル制御が行われる場合は、回転位相θは切替スイッチ516bを介して座標逆変換器505、座標変換器511に入力される。なお、切替スイッチ516b及び座標変換器517については、後に説明する。
The rotation phase θ of the
モータ制御装置157は、ベクトル制御を行う場合は、上述の制御を繰り返し行う。
When the
以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置157は、指令位相θ_refと回転位相θとの偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する位相フィードバック制御を用いたベクトル制御を行う。ベクトル制御を行うことによって、モータが脱調状態となることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを抑制することができる。また、位相フィードバック制御を行うことによって、回転子の回転位相が所望の位相になるように回転子の回転位相を制御することができる。したがって、画像形成装置において、回転子の回転位相を精度よく制御する必要がある負荷(レジストレーションローラ等)を駆動するモータに位相フィードバック制御によるベクトル制御が適用されることによって、記録媒体への画像形成を適切に行うことができる。
As described above, the
<定電流制御>
次に、本実施形態における定電流制御を、従来の定電流制御と比較して説明する。
<Constant current control>
Next, the constant current control in the present embodiment will be described in comparison with the conventional constant current control.
定電流制御においては、モータの動作シーケンスに基づいて予め決められた電流がモータの巻線に供給されることによって、巻線に流れる駆動電流が制御される。定電流制御においては、回転子にかかる負荷トルクの変動が起こったとしてもモータが脱調しないように、回転子の回転に必要と想定されるトルクに所定のマージンが加算されたトルクに対応する振幅を持った駆動電流が供給される。これは、定電流制御においては、決定(推定)された回転子の回転位相や回転速度に基づいて駆動電流の振幅が制御される構成は用いられない(フィードバック制御が行われない)ので、回転子にかかる負荷トルクに応じて駆動電流を調整できないからである。なお、電流の振幅が大きいほど回転子に与えるトルクは大きくなる。また、振幅は電流ベクトルの大きさに対応する。 In constant current control, a drive current flowing through the windings is controlled by supplying a predetermined current to the windings of the motor based on the operation sequence of the motor. In constant current control, it corresponds to the torque that a predetermined margin is added to the torque that is assumed to be required for the rotation of the rotor so that the motor does not step out even if the load torque applied to the rotor fluctuates. A drive current with an amplitude is supplied. This is because in constant current control, a configuration in which the amplitude of the drive current is controlled based on the determined (estimated) rotation phase and rotation speed of the rotor is not used (feedback control is not performed). This is because the drive current cannot be adjusted according to the load torque applied to the child. The larger the amplitude of the current, the larger the torque applied to the rotor. Also, the amplitude corresponds to the magnitude of the current vector.
以下の説明では、定電流制御中は、振幅が一定の大きさである電流がモータの巻線に供給されることによってモータが制御されるが、この限りではない。例えば、定電流制御中は、モータの加速中及び減速中のそれぞれに応じて、振幅が予め決められた電流がモータの巻線に供給されることによってモータが制御されてもよい。 In the following description, during constant current control, the motor is controlled by supplying a current having a constant amplitude to the windings of the motor, but this is not the case. For example, during constant current control, the motor may be controlled by supplying a current having a predetermined amplitude to the windings of the motor according to each of acceleration and deceleration of the motor.
図7は、従来の定電流制御の制御構成の例を示すブロック図である。まず、従来の定電流制御について説明する。 FIG. 7 is a block diagram showing an example of a conventional constant current control control configuration. First, the conventional constant current control will be described.
CPU151aは、定電流制御器801に指令位相θ_refを出力する。定電流制御器801は、CPU151aから出力された指令位相θ_refに対応した、静止座標系における電流の指令値iα_ref及びiβ_refを生成して出力する。なお、本実施形態においては、静止座標系における電流の指令値iα_ref及びiβ_refに対応する電流ベクトルの大きさは常に一定である。
The
モータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器806、807によって検出される。検出された駆動電流は、A/D変換器809によってアナログ値からデジタル値へと変換され、式(1)及び(2)のように電流値iα及びiβとして表される。
The drive currents flowing through the A-phase and B-phase windings of the
減算器802には、A/D変換器809から出力された電流値iαと定電流制御器801から出力された電流指令値iα_refとが入力される。減算器102は、電流指令値iα_refと電流値iαとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器804に出力する。
The current value iα output from the A /
また、減算器803には、A/D変換器809から出力された電流値iβと定電流制御器801から出力された電流指令値iβ_refとが入力される。減算器803は、電流指令値iβ_refと電流値iβとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器804に出力する。
Further, the current value iβ output from the A /
電流制御器804は、入力される偏差が小さくなるように、PID制御に基づいて駆動電圧Vα及びVβを出力する。具体的には、電流制御器804は、入力される偏差が0に近づくように駆動電圧Vα及びVβを出力する。
The
PWMインバータ506は前述した方法で、入力された駆動電圧Vα及びVβに基づいて、モータ509の各相の巻線に駆動電流を供給してモータ509を駆動させる。
The
このように、従来の定電流制御では、静止座標系における電流値iα及びiβが用いられる。 As described above, in the conventional constant current control, the current values iα and iβ in the rest coordinate system are used.
次に、本実施形態における定電流制御について説明する。 Next, the constant current control in this embodiment will be described.
図8は、本実施形態における定電流制御を説明する図である。図8に示すdc軸はα軸から反時計回りに指令位相θ_ref進んだ方向を示し、qc軸はdc軸から反時計回りに90度進んだ方向(dc軸に直交する方向)を示す。本実施形態における定電流制御では、指令位相θ_refを基準とした、dc軸とqc軸とで表される回転座標系が用いられる。具体的には、本実施形態における定電流制御では、図8に示すように、巻線に供給する駆動電流に対応する電流ベクトルの位相θeがθ_refに設定される。即ち、巻線に供給する駆動電流に対応する電流ベクトルの方向がdc軸と一致するように巻線に供給する駆動電流が生成される。なお、図8では、図3に示すようなモータの巻線等の構成は省略されている。 FIG. 8 is a diagram illustrating constant current control in the present embodiment. The dc axis shown in FIG. 8 indicates a direction in which the command phase θ_ref advances counterclockwise from the α axis, and the qc axis indicates a direction 90 degrees forward in the counterclockwise direction from the dc axis (direction orthogonal to the dc axis). In the constant current control in this embodiment, a rotating coordinate system represented by the dc axis and the qc axis based on the command phase θ_ref is used. Specifically, in the constant current control in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the phase θe of the current vector corresponding to the drive current supplied to the winding is set to θ_ref. That is, the drive current supplied to the winding is generated so that the direction of the current vector corresponding to the drive current supplied to the winding coincides with the dc axis. In FIG. 8, the configuration of the winding of the motor and the like as shown in FIG. 3 is omitted.
図9は、図4に示す定電流制御器700の構成の例を示すブロック図である。図9に示すように、定電流制御器700は、電流生成器700a及び座標変換器700bを有する。
FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the constant
以下に、図4、図8及び図9を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置157が定電流制御を行う方法について説明する。
Hereinafter, a method in which the
CPU151aは、定電流制御器700に設けられた電流生成器700a及び座標変換器700bに指令位相θ_refを出力する。電流生成器700aは、CPU151aから出力された指令位相θ_refに対応した、静止座標系における電流の指令値iα_ref及びiβ_refを生成して座標変換器700bに出力する。
The
座標変換器700bは、静止座標系における電流の指令値iα_ref及びiβ_refを、式(3)、(4)によって、指令位相θ_refを基準とする回転座標系におけるq軸電流の指令値iq_ref及びd軸電流の指令値id_refに変換して出力する。なお、本実施形態においては、電流の指令値iα_ref及びiβ_refに対応する電流ベクトルの大きさ(q軸電流の指令値iq_ref及びd軸電流の指令値id_refに対応する電流ベクトルの大きさ)は常に一定である。 The coordinate converter 700b sets the command values iα_ref and iβ_ref of the current in the stationary coordinate system to the command values iq_ref and d-axis of the q-axis current in the rotating coordinate system based on the command phase θ_ref according to the equations (3) and (4). It is converted to the current command value id_ref and output. In the present embodiment, the magnitude of the current vector corresponding to the current command values iα_ref and iβ_ref (the magnitude of the current vector corresponding to the q-axis current command value iq_ref and the d-axis current command value id_ref) is always set. It is constant.
モータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器507、508によって検出される。検出された駆動電流は、A/D変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換され、式(1)及び(2)のように電流値iα及びiβとして表される。
The drive currents flowing through the A-phase and B-phase windings of the
定電流制御においては、スイッチ516bを介して指令位相θ_refが座標変換器511に入力される。座標変換器511は、A/D変換器510から出力された静止座標系における電流値iα及びiβを、式(3)及び(4)によって、指令位相θ_refを基準とする回転座標系におけるq軸電流の電流値iq及びd軸電流の電流値idに変換する。
In the constant current control, the command phase θ_ref is input to the coordinate
定電流制御においては、定電流制御器700から出力されたq軸電流指令値iq_refが切替スイッチ516aを介して減算器102に入力される。また、減算器102には座標変換器511から出力された電流値iqが入力される。減算器102は、q軸電流指令値iq_refと電流値iqとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器503に出力する。
In the constant current control, the q-axis current command value iq_ref output from the constant
また、定電流制御においては、定電流制御器700から出力されたd軸電流指令値id_refが切替スイッチ516aを介して減算器103に入力される。また、減算器103には座標変換器511から出力された電流値idが入力される。減算器103は、d軸電流指令値id_refと電流値idとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器504に出力する。なお、切替スイッチ516aについては、後に説明する。
Further, in the constant current control, the d-axis current command value id_ref output from the constant
電流制御器503、504は、入力される偏差が小さくなるように、指令位相θ_refを基準とする回転座標系における駆動電圧Vq及びVdを出力する。具体的には、電流制御器503は、504は、入力される偏差が0に近づくように駆動電圧Vq及びVdを出力する。
The
定電流制御においては、スイッチ516bを介して指令位相θ_refが座標逆変換器505に入力される。座標逆変換器505は、電流制御器503、504から出力された、指令位相θ_refを基準とする回転座標系における駆動電圧Vq及びVdを、式(5)及び(6)によって、静止座標系における駆動電圧Vα及びVβに逆変換する。
In the constant current control, the command phase θ_ref is input to the coordinate
座標逆変換器505は、逆変換された駆動電圧Vα及びVβをPWMインバータ506に出力する。PWMインバータ506は前述した方法でモータ509の各相の巻線に駆動電流を供給してモータ509を駆動させる。
The coordinate
このように、本実施形態における定電流制御では、指令位相θ_refを基準とした、dc軸とqc軸とで表される回転座標系が用いられる。 As described above, in the constant current control in the present embodiment, the rotating coordinate system represented by the dc axis and the qc axis based on the command phase θ_ref is used.
また、本実施形態における定電流制御では、位相フィードバック制御と速度フィードバック制御とのいずれも行われない。即ち、本実施形態における定電流制御では、巻線に供給する駆動電流が回転子の回転状況に応じて調整されない。したがって、定電流制御では、モータが脱調状態にならないように、回転子を回転させるために必要な電流に所定のマージンが加算された電流が巻線に供給される。具体的には、静止座標系における電流の指令値iα_ref及びiβ_refには、回転子を回転させるために必要な電流値と所定のマージンに対応する電流値とが含まれる。 Further, in the constant current control in the present embodiment, neither the phase feedback control nor the speed feedback control is performed. That is, in the constant current control in this embodiment, the drive current supplied to the winding is not adjusted according to the rotation state of the rotor. Therefore, in the constant current control, a current obtained by adding a predetermined margin to the current required to rotate the rotor is supplied to the winding so that the motor does not step out. Specifically, the command values iα_ref and iβ_ref of the current in the stationary coordinate system include a current value required for rotating the rotor and a current value corresponding to a predetermined margin.
<ベクトル制御と定電流制御との切り替え>
次に、ベクトル制御と定電流制御との切り替え方法について説明する。図4に示すように、本実施形態におけるモータ制御装置157は、定電流制御とベクトル制御とを切り替える構成を有する。具体的には、モータ制御装置157は、制御切替器515、切替スイッチ516a、516b、遅延回路518を有する。なお、定電流制御が行われている期間中、ベクトル制御を行う回路も稼働している。即ち、定電流制御が行われている期間中、回転子の回転位相θを決定する回路は稼働している。一方、ベクトル制御が行われている期間中、定電流制御を行う回路は稼働していても良いし、停止していてもよい。
<Switching between vector control and constant current control>
Next, a method of switching between vector control and constant current control will be described. As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、制御切替器515には、CPU151aが指令位相θ_refに基づいて決定した回転子の指令速度の代わりとなる回転速度ω_ref´が入力される。制御切替器515は、回転速度ω_ref´と閾値ωthとを比較することによって、定電流制御とベクトル制御との切り替えを行い、更に、制御の切り替えを示す切替信号を出力する。なお、CPU151aは、指令位相θ_refの所定期間における変化量に基づいて回転速度ω_ref´を決定する。即ち、回転速度ω_ref´は所定の時間周期Tで変化する。
As shown in FIG. 4, a rotation speed ω_ref'instead of the command speed of the rotor determined by the
図10は、回転速度ω_ref´と閾値ωthとの関係及び切替信号を示す図である。本実施形態における閾値ωthは、回転位相θが精度よく決定される回転速度のうち最も小さい回転速度に設定されるが、この限りではない。例えば、閾値ωthは、回転位相θが精度よく決定される回転速度のうち最も小さい回転速度以上の値に設定されてもよい。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the rotation speed ω_ref'and the threshold value ωth and the switching signal. The threshold value ωth in the present embodiment is set to the smallest rotation speed among the rotation speeds at which the rotation phase θ is accurately determined, but the present invention is not limited to this. For example, the threshold value ωth may be set to a value equal to or higher than the smallest rotation speed among the rotation speeds at which the rotation phase θ is accurately determined.
図10に示すように、制御切替器515は、定電流制御が行われる場合は切替信号を‘H’にし、ベクトル制御が行われる場合は、切替信号を‘L’にする。制御切替器515から出力された切替信号は、図4に示すように、位相制御器502と遅延回路518とに入力される。なお、制御切替器515は、例えば、CPU151aが回転速度ω_ref´を出力する周期Tと同じ周期で切替信号を出力している。
As shown in FIG. 10, the
遅延回路518は、切替信号が制御切替器515から出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を出力する。なお、所定の遅延時間は、切替信号が制御切替器515から出力されてから位相制御器502が当該切替信号に応じてiq_ref及びid_refを出力するまでの時間よりも長い時間である。位相制御器502が切替信号に応じてiq_ref及びid_refを出力する構成については後述する。
The
定電流制御器700による制御中において、回転速度ω_ref´が閾値ωth以上(ω_ref´≧ωth)になると、制御切替器515は、モータ509を制御する制御器を切り替える。即ち、制御切替器515は、モータ509を制御する制御器を定電流制御器700からベクトル制御器701に切り替えるように、切替信号を‘H’から‘L’に切り替えて出力する。遅延回路518は、制御切替器515から切替信号が出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を切替スイッチ516a、516bに出力する。その結果、切替信号に応じて切替スイッチ516a、516bの状態が切り替わり、ベクトル制御器701によるベクトル制御が行われる。なお、閾値ωthは、例えば、ROM151bに予め保存されている。
During control by the constant
また、定電流制御器700による制御中において、回転速度ω_ref´が閾値ωthより小さい(ω_ref´<ωth)場合は、制御切替器515は、モータ509を制御する制御器を切り替えない。即ち、制御切替器515は、モータ509が定電流制御器700によって制御される状態を維持するように、切替信号‘H’を出力する。遅延回路518は、制御切替器515から切替信号が出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を切替スイッチ516a、516bに出力する。その結果、切替スイッチ516a、516bの状態が維持され、定電流制御器700による定電流制御が続行される。
Further, when the rotation speed ω_ref'is smaller than the threshold value ωth (ω_ref'<ωth) during the control by the constant
ベクトル制御器701による制御中において、回転速度ω_ref´が閾値ωthより小さくなると(ω_ref´<ωth)、制御切替器515は、モータ509を制御する制御器を切り替える。即ち、制御切替器515は、モータ509を制御する制御器をベクトル制御器701から定電流制御器700に切り替えるように切替信号を‘L’から‘H’に切り替えて出力する。遅延回路518は、制御切替器515から切替信号が出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を切替スイッチ516a、516bに出力する。その結果、切替スイッチ516a、516bの状態が切り替わり、定電流制御器700による定電流制御が行われる。
During control by the
また、ベクトル制御器701による制御中において、回転速度ω_ref´が閾値ωth以上(ω_ref´≧ωth)の場合は、制御切替器515は、モータ509を制御する制御器を切り替えない。即ち、制御切替器515は、モータ509がベクトル制御器701によって制御される状態を維持するように、切替信号‘L’を出力する。遅延回路518は、制御切替器515から切替信号が出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を切替スイッチ516a、516bに出力する。その結果、切替スイッチ516a、516bの状態が維持され、ベクトル制御器701によるベクトル制御が続行される。
Further, when the rotation speed ω_ref'is equal to or higher than the threshold value ωth (ω_ref'≥ωth) during the control by the
<制御切替時の処理>
次に、モータの制御方法が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際にモータ制御装置157が行う処理について説明する。
<Processing when switching control>
Next, the process performed by the
前述したように、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際には、瞬間的にモータの回転速度が減少(又は増大)する可能性がある。これは、モータの制御が切り替わる直前に回転子に発生するトルクとモータの制御が切り替わった直後に回転子に発生するトルクとに差異が生じてしまうためである。 As described above, when the control of the motor is switched from the constant current control to the vector control, the rotation speed of the motor may decrease (or increase) momentarily. This is because there is a difference between the torque generated in the rotor immediately before the control of the motor is switched and the torque generated in the rotor immediately after the control of the motor is switched.
そこで、本実施形態では、以下の構成がモータ制御装置157に適用されることによって、モータの制御が不安定になることを抑制する。
Therefore, in the present embodiment, the following configuration is applied to the
図4に示すように、本実施形態におけるモータ制御装置157には、座標変換器517が設けられている。なお、以下の説明において、定電流制御が行われている期間中、座標変換器517は稼働しているものとする。また、ベクトル制御が行われている期間中、座標変換器517は稼働していても良いし、停止していてもよい。また、以下の説明においては、定電流制御が行われている期間中、位相制御器502は稼働しているものとする。
As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、座標変換器517には、A/D変換器510から出力される電流値iα及びiβと位相決定器513から出力された回転位相θとが入力される。座標変換器517は、位相決定器513から出力された回転位相θに基づいて、電流値iα及びiβを式(3)及び(4)を用いて、回転位相θを基準とする回転座標系の電流値iq´及びid´に変換する。座標変換器517によって変換された電流値iq´は位相制御器502に入力される。具体的には、図5に示すように、電流値iq´は位相制御器502の内部に設けられた積分制御部502bに入力される。なお、座標変換器517は、電流検出器507,508が電流を検出する周期と同じ周期でiq´を出力する。
As shown in FIG. 4, the current values iα and iβ output from the A /
積分制御部502bは、切替信号が‘H’から‘L’に切り替わると、当該切替信号が切り替わる直前に取得した電流値iq´に基づいて、積分制御部502bの制御結果を出力する。具体的には、積分制御部502bは、切替信号が‘H’から‘L’に切り替わると、当該切替信号が切り替わる直前に取得した電流値iq´に比例係数Kqを乗算した値を積分制御部502bの積分の初期値として設定する。即ち、積分制御部502bは、切替信号が‘H’から‘L’に切り替わると、当該切替信号が切り替わる直前までの積分結果を削除し、当該切替信号が切り替わる直前に取得した電流値iq´に比例係数Kqを乗算した値を積分の初期値として設定する。なお、比例係数Kqは、定電流制御においてモータが脱調状態にならないように電流に加算されたマージンに対応する値が電流値iq´に含まれないようにするための係数である。したがって、比例係数Kqを電流値iq´に乗算することによって、積分制御部502bは、前記マージンに対応する値が含まれていない値に基づいて積分制御を行うことができる。この結果、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後に回転子に与えられるトルクが、比例係数Kqが乗算されていない電流値iq´が初期値として設定された場合よりも適切なトルクになる。なお、切替信号が制御切替器515から出力されてから、遅延回路518が当該切替信号を遅延させる所定の遅延時間は、位相制御器502が上述の処理を行う時間より長く、切替信号が制御切替器515から出力される周期より短い時間である。
When the switching signal is switched from ‘H’ to ‘L’, the integration control unit 502b outputs the control result of the integration control unit 502b based on the current value iq ′ acquired immediately before the switching signal is switched. Specifically, when the switching signal is switched from'H'to'L', the integration control unit 502b calculates the value obtained by multiplying the current value iq'acquired immediately before the switching signal is switched by the proportional coefficient Kq. It is set as the initial value of the integral of 502b. That is, when the switching signal is switched from'H'to'L', the integration control unit 502b deletes the integration result up to immediately before the switching signal is switched, and sets the current value iq'acquired immediately before the switching signal is switched. The value obtained by multiplying the proportional coefficient Kq is set as the initial value of integration. The proportional coefficient Kq is a coefficient for preventing the value corresponding to the margin added to the current from being included in the current value iq'so that the motor does not step out in the constant current control. Therefore, by multiplying the proportional coefficient Kq by the current value iq', the integration control unit 502b can perform integration control based on a value that does not include a value corresponding to the margin. As a result, the torque given to the rotor immediately after the motor control is switched from constant current control to vector control is more appropriate than when the current value iq', which is not multiplied by the proportional coefficient Kq, is set as the initial value. It becomes torque. After the switching signal is output from the
図11は、モータ制御装置157によるモータの制御方法を示すフローチャートである。以下に、図11を用いて、本実施形態におけるモータ509の制御について説明する。このフローチャートの処理は、CPU151aからの指示を受けたモータ制御装置157によって実行される。
FIG. 11 is a flowchart showing a method of controlling the motor by the
まず、CPU151aからモータ制御装置157にenable信号‘H’が出力されると、モータ制御装置157はCPU151aから出力される指令に基づいてモータ509の駆動を開始する。enable信号とは、モータ制御装置157の稼働を許可又は禁止する信号である。enable信号が‘L(ローレベル)’である場合は、CPU151aはモータ制御装置157の稼働を禁止する。即ち、モータ制御装置157によるモータ509の制御は終了される。また、enable信号が‘H(ハイレベル)’である場合は、CPU151aはモータ制御装置157の稼働を許可して、モータ制御装置157はCPU151aから出力される指令に基づいてモータ509の制御を行う。
First, when the enable signal ‘H’ is output from the
次に、S1001において、制御切替器515は、モータ509の駆動が定電流制御器517によって制御される状態になるように切替信号‘H’を出力する。その結果、定電流制御器700による定電流制御が行われる。
Next, in S1001, the
その後、S1002において、CPU151aがモータ制御装置157にenable信号‘L’を出力した場合は、モータ制御装置157はモータ509の駆動を終了する。
After that, in S1002, when the
また、S1002おいて、CPU151aがモータ制御装置157にenable信号‘H’を出力している場合は、モータ制御装置157は処理をS1003に進める。
Further, in S1002, when the
次に、S1003において、回転速度ω_ref´が閾値ωth未満である場合は、処理は再びS1001に戻る。即ち、定電流制御器700による定電流制御が維持される。
Next, in S1003, when the rotation speed ω_ref'is less than the threshold value ωth, the process returns to S1001 again. That is, the constant current control by the constant
また、S1003において、回転速度ω_ref´が閾値ωth以上である場合は、S1004において、制御切替器515は、切替信号を‘H’から‘L’に切り替えて出力する。
Further, in S1003, when the rotation speed ω_ref'is equal to or higher than the threshold value ωth, in S1004, the
その後、S1005において、積分制御部502bは、切替信号が‘L’切り替わる直前までの積分結果を削除し、当該切替信号が切り替わる直前に取得した電流値iq´を積分の初期値として設定して出力する。 After that, in S1005, the integration control unit 502b deletes the integration result until just before the switching signal is switched to'L', sets the current value iq'acquired immediately before the switching signal is switched as the initial value of integration, and outputs the result. do.
そして、S1006において、所定の遅延時間が経過すると、S1007において、遅延回路518から切替スイッチ516a、516bに切替信号‘L’が出力される。この結果、ベクトル制御器701によるベクトル制御が行われる。
Then, when the predetermined delay time elapses in S1006, the changeover signal ‘L’ is output from the
S1008において、回転速度ω_ref´が閾値ωth以上である場合は、処理は再びS1007に戻り、ベクトル制御器701によるベクトル制御が続行される。
In S1008, when the rotation speed ω_ref'is equal to or higher than the threshold value ωth, the process returns to S1007 again, and the vector control by the
また、S1008において、回転速度ω_ref´が閾値ωthより小さい場合は、処理は再びS1001に戻り、制御切替器515は、モータ509の駆動を制御する制御器を切り替える。即ち、制御切替器515は、モータ509を制御する制御器をベクトル制御器701から定電流制御器700に切り替えるように切替信号を‘L’から‘H’に切り替えて出力する。遅延回路518は、制御切替器515から切替信号が出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を切替スイッチ516a、516bに出力する。その結果、切替スイッチ516a、516bの状態が切り替わり、定電流制御器700による定電流制御が行われる。
Further, in S1008, when the rotation speed ω_ref'is smaller than the threshold value ωth, the process returns to S1001 again, and the
以降、CPU151aがモータ制御装置157にenable信号‘L’を出力するまで、モータ制御装置157は上述の制御を繰り返し行う。なお、ベクトル制御中であっても、CPU151aがモータ制御装置157にenable信号‘L’を出力した場合は、モータ制御装置157はモータの制御を中止する。
After that, the
以上のように、本実施形態では、定電流制御中に検出した電流値に基づいて、回転子にかかる負荷トルクに対応する電流値iq´を決定する。そして、切替信号が‘H’から‘L’に切り替わる直前の電流値iq´に基づいて、切替信号が‘H’から‘L’に切り替わった直後のq軸電流指令値iq_refが生成される。具体的には、電流の検出結果としての電流値iq´に基づく値が位相制御器502における積分の初期値として設定される。この結果、モータの制御が切り替わる直前に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクと、モータの制御が切り替わった直後に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクとに差異が生じることを抑制することができる。この結果、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に、モータの回転速度が変動してしまうことを抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, the current value iq ′ corresponding to the load torque applied to the rotor is determined based on the current value detected during the constant current control. Then, the q-axis current command value iq_ref immediately after the switching signal is switched from ‘H’ to ‘L’ is generated based on the current value iq ′ immediately before the switching signal is switched from ‘H’ to ‘L’. Specifically, a value based on the current value iq'as a current detection result is set as an initial value of integration in the
また、検出された電流値が積分の初期値として設定されることによって、負荷トルクを演算し、演算された負荷トルクに基づいて巻線に供給すべき駆動電流が設定されるよりも短時間で、巻線に供給すべき駆動電流を設定することができる。その結果、モータの制御が切り替わる直前の負荷トルクに基づいて決定された供給すべき電流に対応するトルクと、モータの制御が切り替わった直後の負荷トルクとに差異が生じることを可能な限り抑制することができる。即ち、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に負荷トルクが変動したとしても、モータの回転速度が変動してしまうことを抑制することができ、モータの制御が不安定になることを抑制することができる。 In addition, by setting the detected current value as the initial value of integration, the load torque is calculated, and the drive current to be supplied to the winding is set based on the calculated load torque in a shorter time. , The drive current to be supplied to the winding can be set. As a result, it is possible to suppress the difference between the torque corresponding to the current to be supplied determined based on the load torque immediately before the motor control is switched and the load torque immediately after the motor control is switched as much as possible. be able to. That is, even if the load torque fluctuates when the motor control is switched from the constant current control to the vector control, it is possible to suppress the fluctuation of the rotation speed of the motor, and the motor control becomes unstable. Can be suppressed.
図12は、モータの制御方法の切り替えに伴う駆動電流、駆動電圧の波形及び回転速度の変化を表す実験結果を示す図である。なお、図12における回転速度は、実験のためにモータにロータリエンコーダを取り付けて測定されたものである。 FIG. 12 is a diagram showing experimental results showing changes in the drive current, the waveform of the drive voltage, and the rotation speed due to the switching of the control method of the motor. The rotation speed in FIG. 12 was measured by attaching a rotary encoder to the motor for an experiment.
図12(a)は、本実施形態が適用されない、即ち、積分制御部502bの初期値が定電流制御中の電流値iq´に基づいて設定されない状態における、静止座標系の電流値iα及びiβ、回転速度ωを示す図である。図12(a)に示すように、本実施形態が適用されない場合、積分制御部502bの初期値が0であるため、定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後の電流値がおおよそ0になっている。これは、定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後は回転子にトルクが発生しないことを意味する。即ち、モータの制御が切り替わる直前に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクと、モータの制御が切り替わった直後に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクとに差異が生じていることを意味する。この結果、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に、回転速度ωが変動してしまう。 FIG. 12A shows the current values iα and iβ of the stationary coordinate system in a state where the present embodiment is not applied, that is, the initial value of the integration control unit 502b is not set based on the current value iq ′ during constant current control. , The figure which shows the rotation speed ω. As shown in FIG. 12A, when this embodiment is not applied, the initial value of the integration control unit 502b is 0, so that the current value immediately after switching from constant current control to vector control becomes approximately 0. There is. This means that no torque is generated in the rotor immediately after switching from constant current control to vector control. That is, there is a difference between the torque generated in the rotor corresponding to the current supplied immediately before the control of the motor is switched and the torque generated in the rotor corresponding to the current supplied immediately after the control of the motor is switched. Means that is occurring. As a result, the rotation speed ω fluctuates when the motor control is switched from the constant current control to the vector control.
図12(b)は、本実施形態が適用された状態における、静止座標系の電流値iα及びiβ、ロータリエンコーダの信号に基づく回転速度ωを示す図である。図12(b)に示すように、本実施形態が適用された場合、積分制御部502bの初期値が電流値iq´に基づいて設定されるため、定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後であっても電流波形が正弦波状に変化している。これは、定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後も回転子にトルクが発生していることを意味する。更に、本実施形態では、定電流制御中に検出した電流値iq´に基づいて積分制御部502bの初期値を設定しているため、定電流制御中に回転子に与えていたトルクと制御切替直後に回転子に与えるトルクとに生じる差異を可能な限り小さくすることができる。即ち、モータの制御が切り替わる直前に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクと、モータの制御が切り替わった直後に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクとに差異が生じることを抑制することができる。この結果、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に、モータの回転速度が変動してしまうことを抑制することができる。 FIG. 12B is a diagram showing the current values iα and iβ of the rest coordinate system and the rotation speed ω based on the signal of the rotary encoder in the state where the present embodiment is applied. As shown in FIG. 12B, when the present embodiment is applied, the initial value of the integration control unit 502b is set based on the current value iq', so that immediately after switching from the constant current control to the vector control. Even if there is, the current waveform changes in a sinusoidal shape. This means that torque is generated in the rotor immediately after switching from constant current control to vector control. Further, in the present embodiment, since the initial value of the integral control unit 502b is set based on the current value iq'detected during the constant current control, the torque applied to the rotor during the constant current control and the control switching are performed. The difference between the torque applied to the rotor immediately afterwards can be made as small as possible. That is, there is a difference between the torque generated in the rotor corresponding to the current supplied immediately before the control of the motor is switched and the torque generated in the rotor corresponding to the current supplied immediately after the control of the motor is switched. Can be suppressed from occurring. As a result, it is possible to prevent the rotation speed of the motor from fluctuating when the control of the motor is switched from the constant current control to the vector control.
図12(c)は、本実施形態が適用された状態における、回転座標系の駆動電夏Vd及びVqを示す図である。本実施形態においては、電流制御器503、504は、定電流制御及びベクトル制御のいずれの制御方法においても、回転座標系の電流値の偏差に基づいて駆動電圧Vq及びVdを生成した。即ち、電流制御器における積分制御部は、定電流制御とベクトル制御との両方において用いられた。したがって、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後の電流制御器における積分制御部の制御は、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる直前の積分制御部の積分値に基づいて行われる。このような構成によって、図12(c)に示すように、制御切替時に駆動電圧Vq及びVdの値を急激に変動させることを抑制することができる。この結果、モータの制御が不安定になってしまうことを抑制することができる。
FIG. 12C is a diagram showing driving electric summer Vd and Vq of the rotating coordinate system in the state where the present embodiment is applied. In the present embodiment, the
〔第2実施形態〕
画像形成装置の構成は第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Since the configuration of the image forming apparatus is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
第1実施形態においては、指令位相θ_refを基準とした回転座標系における電流の指令値iq_refと電流値iqとの偏差及び前記回転座標系における電流の指令値id_refと電流値idとの偏差に基づいて定電流制御が行われた。本実施形態においては、静止座標系における電流の指令値iα_refと電流値iαとの偏差及び静止座標系における電流の指令値iβ_refと電流値iβとの偏差に基づいて定電流制御が行われる構成について説明する。なお、以下の説明において、ベクトル制御の構成及びモータの制御を切り替える構成が第1実施形態と同様の構成である部分については、説明を省略する。 In the first embodiment, it is based on the deviation between the current command value iq_ref and the current value iq in the rotating coordinate system based on the command phase θ_ref and the deviation between the current command value id_ref and the current value id in the rotating coordinate system. Constant current control was performed. In the present embodiment, the constant current control is performed based on the deviation between the current command value iα_ref and the current value iα in the stationary coordinate system and the deviation between the current command value iβ_ref and the current value iβ in the stationary coordinate system. explain. In the following description, the description of the portion where the configuration of the vector control and the configuration of switching the control of the motor are the same as those of the first embodiment will be omitted.
<定電流制御>
図13は、本実施形態におけるモータ制御装置157の構成の例を示すブロック図である。なお、モータ制御装置157は、少なくとも1つのASICで構成されており、以下に説明する各機能を実行する。
<Constant current control>
FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of the
CPU151aは、定電流制御器700に指令位相θ_refを出力する。定電流制御器700は、CPU151aから出力された指令位相θ_refに対応した、静止座標系における電流の指令値iα_ref及びiβ_refを生成して出力する。
The
次に、電流検出器507、508はモータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流を検出する。その後、検出された駆動電流は、A/D変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換され、式(1)及び(2)のように電流値iα及びiβとして表される。
Next, the
定電流制御器700から出力された指令値iα_refは、切替スイッチ516aを介して減算器102に入力される。また、A/D変換機510から出力された電流値iαは切替スイッチ516cを介して減算器102に入力される。減算器102は、電流値iαと指令値iα_refとの偏差を電流制御器503に出力する。
The command value iα_ref output from the constant
また、定電流制御器700から出力された指令値iβ_refは、切替スイッチ516aを介して減算器103に入力される。また、A/D変換機510から出力された電流値iβは切替スイッチ516cを介して減算器103に入力される。減算器103は、電流値iβと指令値iβ_refとの偏差を電流制御器504に出力する。
Further, the command value iβ_ref output from the constant
図14は、本実施形態における電流制御器503の構成を示すブロック図である。なお、図14に示す電流制御器503の構成は本実施形態における一例であり、電流制御器503の構成がこれに限定されるわけではない。
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the
図14に示すように、電流制御器503は、ベクトル制御が行われる場合にP制御を行う比例制御部503aq、I制御を行う積分制御部503bq、D制御を行う微分制御部503cqを有する。また、電流制御器503は、比例制御部502aq、積分制御部502bq、微分制御部502cqから出力された信号を加算する加算器503dqを有する。更に、電流制御器503は、加算器503dqから出力された信号に基づいてモータ509の巻線に印加するべき駆動電圧に対応する電圧ベクトルのq軸成分の値として駆動電圧Vqを生成する駆動電圧生成部503eqを有する。なお、各構成の処理方法は、第1実施形態において説明した方法と同様であるため、説明を省略する。
As shown in FIG. 14, the
また、電流制御器503は、定電流制御が行われる場合にP制御を行う比例制御部503aα、I制御を行う積分制御部503bα、D制御を行う微分制御部503cαを有する。また、電流制御器503は、比例制御部502aα、積分制御部502bα、微分制御部502cαから出力された信号を加算する加算器503dαを有する。更に、電流制御器503は、加算器503dαから出力された信号に基づいてモータ509の巻線に印加するべき駆動電圧に対応する電圧ベクトルのα軸成分の値として駆動電圧Vαを生成する駆動電圧生成部503eαを有する。
Further, the
定電流制御において、電流制御器503は、切替スイッチ516dを介して入力される偏差が小さくなるようにPID制御に基づいて駆動電圧Vαを生成する。具体的には、電流制御器503は、入力される偏差が0になるように駆動電圧Vαを生成して出力する。
In the constant current control, the
より具体的には、比例制御部503aαは、減算器102から出力される偏差が0になるように、当該偏差に比例する値を出力する。また、積分制御部503bαは、減算器102から出力される偏差が0になるように、当該偏差の時間積分に比例する値を出力する。また、微分制御部503cαは、減算器102から出力される偏差が0になるように、当該偏差の時間変化に比例する値を出力する。
More specifically, the proportional control unit 503aα outputs a value proportional to the deviation so that the deviation output from the
そして、加算器503dαは、比例制御部503aα、積分制御部503bα、微分制御部503cαから出力された値を加算し、加算された値が駆動電圧生成部503eαに出力される。駆動電圧生成部503eαは、加算器503dαから出力された値に基づいて駆動電圧Vαを生成して出力する。具体的には、例えば、加算器503dから出力された値に予め設定された比例係数を乗算することによって駆動電圧Vαを生成し、切替スイッチ516eを介して出力する。
Then, the adder 503dα adds the values output from the proportional control unit 503aα, the integral control unit 503bα, and the differential control unit 503cα, and the added values are output to the drive voltage generation unit 503eα. The drive voltage generation unit 503eα generates and outputs a drive voltage Vα based on the value output from the adder 503dα. Specifically, for example, the drive voltage Vα is generated by multiplying the value output from the
このように、電流制御器503は、駆動電圧を生成する生成手段として機能する。なお、電流制御器504は、電流制御器503と同様の構成を有し、電流制御器503と同様の方法で、モータ509の巻線に印加するべき駆動電圧に対応する電圧ベクトルのβ軸成分の値として駆動電圧Vβを生成する。
In this way, the
なお、本実施形態における電流制御器503、504は、PID制御に基づいて駆動電圧Vα及びVβを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、電流制御器503、504は、PI制御に基づいて駆動電圧Vα及びVβを生成しても良い。
The
電流制御器503、504から出力された駆動電圧Vα及びVβは、スイッチ516bを介してPWMインバータ506に入力され、PWMインバータ506は、第1実施形態と同様の方法でモータ509の各相の巻線に駆動電流を供給してモータ509を駆動させる。
The drive voltages Vα and Vβ output from the
このように、定電流制御においては、位相フィードバック制御と速度フィードバック制御とのいずれも行われない。即ち、定電流制御においては、巻線に供給する駆動電流が回転子の回転状況に応じて調整されない。したがって、定電流制御においては、モータが脱調状態にならないように、回転子を回転させるために必要な電流に所定のマージンが加算された電流が巻線に供給される。具体的には、静止座標系における電流の指令値iα_ref及びiβ_refには、回転子を回転させるために必要な電流値と所定のマージンに対応する電流値とが含まれる。 As described above, in the constant current control, neither the phase feedback control nor the velocity feedback control is performed. That is, in the constant current control, the drive current supplied to the winding is not adjusted according to the rotation state of the rotor. Therefore, in the constant current control, a current obtained by adding a predetermined margin to the current required to rotate the rotor is supplied to the winding so that the motor does not step out. Specifically, the command values iα_ref and iβ_ref of the current in the stationary coordinate system include a current value required for rotating the rotor and a current value corresponding to a predetermined margin.
以上が、本実施形態における定電流制御についての説明である。なお、本実施形態においては、図13に示すように、モータの制御が切り替わる際には、制御切替器515は切替信号を切替スイッチ516a乃至516eに出力する。
The above is the description of the constant current control in this embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 13, when the control of the motor is switched, the
<制御切替時の電流制御器の処理>
電流制御器503、504が、定電流制御において用いられる(静止座標系用の)PID制御の構成とベクトル制御において用いられる(回転座標系用の)PID制御の構成とを有する場合、以下のような問題が起こる可能性がある。具体的には、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後の駆動電圧Vq及びVdが、初期値が適切でない(0である)状態の積分制御部に基づいて生成される可能性がある。初期値が適切でない場合、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に駆動電圧Vq及びVdが急激に変動し(不連続に変化し)、モータの制御が不安定になってしまう可能性がある。
<Processing of current controller when switching control>
When the
そこで、本実施形態では、以下の構成が適用されることによって、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に駆動電圧Vq及びVdが急激に変動してしまうことを抑制する。具体的には、図14に示すように、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わると、切替信号が入力される直前の積分制御部503bαの積分値に基づいて、CPU151aが積分制御部503bqの積分の初期値を設定する。
Therefore, in the present embodiment, by applying the following configuration, it is possible to prevent the drive voltages Vq and Vd from suddenly fluctuating when the motor control is switched from the constant current control to the vector control. Specifically, as shown in FIG. 14, when the motor control is switched from the constant current control to the vector control, the
このような構成が用いられることによって、制御切替時に駆動電圧Vq及びVdの値を急激に変動させることなく、徐々に変化させることができる。この結果、モータの制御が不安定になってしまうことを抑制することができる。 By using such a configuration, the values of the drive voltages Vq and Vd can be gradually changed at the time of control switching without suddenly changing. As a result, it is possible to prevent the control of the motor from becoming unstable.
なお、本実施形態においては、切替信号が入力される直前の積分制御部503bαの積分値に基づいてCPU151aが積分制御部503bqの積分の初期値を設定(決定)したが、この限りではない。例えば、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わると、CPU151aが積分制御部503bqの積分の初期値を予め決められた値に設定してもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、切替信号が切り替わる直前の積分制御部503bαの積分値に基づいて、CPU151aが積分制御部503bqの積分の初期値を設定(決定)したが、この限りではない。例えば、CPU151aは、直前ではなく、2回前の積分制御部503bαの積分値に基づいて積分制御部502bにおける積分の初期値を設定してもよい。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態におけるモータ制御装置は、ベクトル制御を行う回路と定電流制御を行う回路とにおいて、一部共有している部分(電流制御器503、504、PWMインバータ506等)があるが、この限りではない。例えば、ベクトル制御を行う回路と定電流制御を行う回路とがそれぞれ独立に設けられている構成であっても良い。
Further, the motor control device in the present embodiment has a part (
第1実施形態及び第2実施形態における定電流制御では、モータが脱調状態にならないように、回転子を回転させるために必要な電流に所定のマージンが加算された電流が巻線に供給される。そのため、電流値iq´にも、前記マージンに対応する値が含まれている。 In the constant current control in the first embodiment and the second embodiment, a current obtained by adding a predetermined margin to the current required to rotate the rotor is supplied to the winding so that the motor does not step out. NS. Therefore, the current value iq'also includes a value corresponding to the margin.
第1実施形態及び第2実施形態では、位相制御器502は、電流値iq´に比例係数Kqが乗算された値を積分制御部502bにおける積分の初期値に設定したが、この限りではない。例えば、位相制御器502は、電流値iq´から所定の値を減算することによって得られた値を積分制御部502bにおける積分の初期値に設定してもよい。また、電流値iq´がそのまま積分制御部502bにおける積分の初期値に設定されてもよい。
In the first embodiment and the second embodiment, the
また、第1実施形態及び第2実施形態では、切替信号が切り替わる直前に取得した電流値iq´に基づいて積分制御部502bにおける積分の初期値が設定されたが、この限りではない。例えば、直前ではなく、2回前の電流値iq´に基づいて積分制御部502bにおける積分の初期値が設定されてもよい。 Further, in the first embodiment and the second embodiment, the initial value of integration in the integration control unit 502b is set based on the current value iq'acquired immediately before the switching signal is switched, but this is not the case. For example, the initial value of integration in the integration control unit 502b may be set based on the current value iq'two times before, not immediately before.
また、第1実施形態及び第2実施形態では、位相制御器502は、電流値iq´に対応する値を積分制御部502bにおける積分の初期値に設定し、設定された初期値に基づくPID制御によってq軸電流指令値iq_refを生成したが、この限りではない。例えば、位相制御器502は、電流値iq´をそのままq軸電流指令値iq_refとしてもよい。なお、電流値iq´がそのままq軸電流指令値iq_refとして出力される場合、積分制御部502bにおける積分の初期値が0であるため、次のPID制御時は初期値が0である状態で積分制御が行われてしまう。したがって、この場合、回転位相θのフィードバック(電流値iq´に基づくq軸電流指令値iq_refによる積分制御)が少なくとも1回行われるまでは、電流値iq´がそのままq軸電流指令値iq_refとして出力される。即ち、PID制御に基づくq軸電流指令値iq_refは、2回目以降の回転位相θのフィードバックによって生成される。また、電流値iq´がそのままq軸電流指令値iq_refとして出力される場合であっても、当該電流値iq´が積分制御部の初期値として設定される構成であれば、上述のような構成は必要ない。即ち、回転位相θのフィードバックが少なくとも1回行われるまでは、電流値iq´がそのままq軸電流指令値iq_refとして出力されるような構成は必要ない。
Further, in the first embodiment and the second embodiment, the
また、第1実施形態及び第2実施形態においては、定電流制御中、位相制御器502は稼働している構成であったが、位相制御器502は停止していてもよい。具体的には、例えば、位相制御器502に設けられた構成のうち、積分制御部が稼働している構成であればよい。
Further, in the first embodiment and the second embodiment, the
また、第1実施形態及び第2実施形態において、ベクトル制御器518を用いてモータ509の駆動を制御する回路は本発明における第1制御回路に相当する。更に、第1実施形態及び第2実施形態において、定電流制御器517を用いてモータ509の駆動を制御する回路は本発明における第2制御回路に相当する。
Further, in the first embodiment and the second embodiment, the circuit that controls the drive of the
また、第1実施形態及び第2実施形態におけるベクトル制御では、位相フィードバック制御を行うことによってモータ509を制御しているが、これに限定されるものではない。例えば、回転子402の回転速度ωをフィードバックしてモータ509を制御する構成であっても良い。具体的には、図15に示すように、モータ制御装置内部に速度決定器514を設け、速度決定器514が位相決定器513から出力された回転位相θの時間変化に基づいて回転速度ωを決定する。なお、速度の決定には、次式(10)が用いられるものとする。
ω=dθ/dt (10)
Further, in the vector control in the first embodiment and the second embodiment, the
ω = dθ / dt (10)
そして、CPU151aは回転子の目標速度を表す指令速度ω_refを出力する。更に、モータ制御装置内部に速度制御器500を設け、速度制御器500が回転速度ωと指令速度ω_refとの偏差が小さくなるように、q軸電流指令値iq_refを生成して出力する構成とする。このような速度フィードバック制御を行うことによって、モータ509を制御する構成であっても良い。このような構成においては回転速度をフィードバックしているため、回転子の回転速度が所定の速度になるように制御することができる。したがって、画像形成装置において、記録媒体への画像形成を適切に行うために回転速度を一定速度に制御する必要がある負荷(例えば、感光ドラム、搬送ベルト等)を駆動するモータに速度フィードバック制御を用いたベクトル制御を適用する。この結果、記録媒体への画像形成を適切に行うことができる。なお、この場合、定電流制御を行う際にも指令速度ω_refが用いられるものとする。また、制御の切り替えは、指令速度ω_refに基づいて行われてもよいし、速度決定器514によって決定された回転速度ωに基づいて行われてもよい。
Then, the
また、第1実施形態及び第2実施形態においては、指令位相θ_refの所定期間における変化量に基づいて回転速度ω_ref´が決定されたが、これに限定されるものではない。例えば、駆動電流iα又はiβ、駆動電圧Vα又はVβ、誘起電圧Eα又はEβ等、回転子402の回転周期と相関のある周期的な信号の大きさが0になる周期に基づいて回転速度ω_ref´が決定されても良い。
Further, in the first embodiment and the second embodiment, the rotation speed ω_ref'is determined based on the amount of change in the command phase θ_ref in a predetermined period, but the present invention is not limited to this. For example, the rotation speed ω_ref'based on the period in which the magnitude of the periodic signal correlated with the rotation period of the
また、第1実施形態及び第2実施形態においては、負荷を駆動するモータとしてステッピングモータが用いられているが、DCモータ等の他のモータであっても良い。また、モータは2相モータである場合に限らず、3相モータ等の他のモータであっても本実施形態を適用することができる。 Further, in the first embodiment and the second embodiment, the stepping motor is used as the motor for driving the load, but other motors such as a DC motor may be used. Further, the present embodiment can be applied not only to the case where the motor is a two-phase motor but also to another motor such as a three-phase motor.
また、第1実施形態及び第2実施形態においては、回転子として永久磁石が用いられているが、これに限定されるものではない。 Further, in the first embodiment and the second embodiment, a permanent magnet is used as the rotor, but the present invention is not limited to this.
157 モータ制御装置
402 回転子
502 位相制御器
503,504 電流制御器
506 PWMインバータ
507,508 電流検出器
509 モータ
513 位相決定器
700 定電流制御器
701 ベクトル制御器
157
Claims (8)
前記モータの巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記検出手段によって検出された静止座標系の電流値を、前記位相決定手段によって決定された前記回転位相を基準とする回転座標系の電流値へと変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された前記回転座標系の電流値であって前記回転子にトルクを発生させる電流値としてのトルク電流成分の値が、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように設定された第1の目標値になるように、前記巻線に供給される駆動電流を制御する第1制御モードと、前記検出手段により検出された駆動電流の前記静止座標系の電流値が、予め決められた第2の目標値になるように、前記巻線に供給される駆動電流を制御する第2制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、 前記制御手段は、
前記第1制御モードが実行されている期間において、前記第1の目標値と前記検出手段により検出された駆動電流の前記トルク電流成分の値との偏差である第1偏差が小さくなるように当該第1偏差に基づいて第1の積分制御を行い、前記巻線に印加すべき駆動電圧を前記第1の積分制御に基づいて生成する第1生成手段と、
前記第2制御モードが実行されている期間において、前記第2の目標値と前記検出手段により検出された駆動電流の前記静止座標系の電流値との偏差である第2偏差が小さくなるように当該第2偏差に基づいて第2の積分制御を行い、前記巻線に印加すべき駆動電圧を前記第2の積分制御に基づいて生成する第2生成手段と、
前記巻線に供給すべき駆動電圧に基づいて、前記巻線に駆動電流を供給する供給手段と、
を備え、
前記駆動電流を制御する制御モードが前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り替わった場合の前記第1の積分制御の初期値は、前記第2制御モードの実行中の前記第2の積分制御の積分値に基づいて設定されることを特徴とするモータ制御装置。 In a motor control device that controls the motor based on a command phase representing the target phase of the rotor of the motor.
A detection means for detecting the drive current flowing through the winding of the motor, and
A phase determining means for determining the rotational phase of the rotor based on the drive current detected by the detecting means, and
A conversion means for converting the current value of the stationary coordinate system detected by the detection means into a current value of the rotating coordinate system based on the rotation phase determined by the phase determining means.
The value of the torque current component as a converted current value of the rotating coordinate system by transformation means a current value for generating a torque on the rotor, the command phase and the rotational phase determined by the phase determining means the first to be the target value deviation between is set to be smaller, a first control mode for controlling the driving current supplied to the winding, the driving current detected by said detecting means A control means including a second control mode for controlling the drive current supplied to the winding so that the current value in the stationary coordinate system becomes a predetermined second target value.
The control means has
In a period during which the first control mode is executed, the first of the so that the first deviation which is a deviation between the value of the torque current component of the detected driving current by the target value and the detection means is reduced A first generation means that performs a first integral control based on the first deviation and generates a drive voltage to be applied to the winding based on the first integral control .
During the period in which the second control mode is executed, the second deviation, which is the deviation between the second target value and the current value of the stationary coordinate system of the drive current detected by the detection means, becomes smaller. A second generation means that performs a second integral control based on the second deviation and generates a drive voltage to be applied to the winding based on the second integral control.
A supply means for supplying a drive current to the winding based on a drive voltage to be supplied to the winding.
With
When the control mode for controlling the drive current is switched from the second control mode to the first control mode, the initial value of the first integral control is the second integral during execution of the second control mode. A motor control device characterized in that it is set based on an integral value of control.
前記モータの巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記検出手段によって検出された静止座標系の電流値を、前記位相決定手段によって決定された前記回転位相を基準とする回転座標系の電流値へと変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された前記回転座標系の電流値であって前記回転子にトルクを発生させる電流値としてのトルク電流成分の値が、前記指令速度と前記速度決定手段によって決定された回転速度との偏差が小さくなるように設定された第1の目標値になるように、前記巻線に供給される駆動電流を制御する第1制御モードと、前記検出手段により検出された駆動電流の前記静止座標系の電流値が、予め決められた第2の目標値になるように、前記巻線に供給される駆動電流を制御する第2制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記第1制御モードが実行されている期間において、前記第1の目標値と前記検出手段により検出された駆動電流の前記トルク電流成分の値との偏差である第1偏差が小さくなるように当該第1偏差に基づいて第1の積分制御を行い、前記巻線に印加すべき駆動電圧を前記第1の積分制御に基づいて生成する第1生成手段と、
前記第2制御モードが実行されている期間において、前記第2の目標値と前記検出手段により検出された駆動電流の前記静止座標系の電流値との偏差である第2偏差が小さくなるように当該第2偏差に基づいて第2の積分制御を行い、前記巻線に印加すべき駆動電圧を前記第2の積分制御に基づいて生成する第2生成手段と、
前記巻線に供給すべき駆動電圧に基づいて、前記巻線に駆動電流を供給する供給手段と、
を備え、
前記駆動電流を制御する制御モードが前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り替わった場合の前記第1の積分制御の初期値は、前記第2制御モードの実行中の前記第2の積分制御の積分値に基づいて設定されることを特徴とするモータ制御装置。 In a motor control device that controls the motor based on a command speed representing a target speed of the rotor of the motor.
A detection means for detecting the drive current flowing through the winding of the motor, and
A speed determining means for determining the rotational speed of the rotor based on the drive current detected by the detecting means, and
A phase determining means for determining the rotational phase of the rotor and
A conversion means for converting the current value of the stationary coordinate system detected by the detection means into a current value of the rotating coordinate system based on the rotation phase determined by the phase determining means.
Rotational speed value of the torque current component, which is determined by the command speed and the speed determining means as a current value for generating a torque to the rotor a current value of the rotating coordinate system converted by said converting means the first to be the target value deviation between is set to be smaller, a first control mode for controlling the driving current supplied to the winding, the driving current detected by said detecting means A control means including a second control mode for controlling the drive current supplied to the winding so that the current value in the stationary coordinate system becomes a predetermined second target value.
Have,
The control means
In a period during which the first control mode is executed, the first of the so that the first deviation which is a deviation between the value of the torque current component of the detected driving current by the target value and the detection means is reduced A first generation means that performs a first integral control based on the first deviation and generates a drive voltage to be applied to the winding based on the first integral control .
During the period in which the second control mode is executed, the second deviation, which is the deviation between the second target value and the current value of the stationary coordinate system of the drive current detected by the detection means, becomes smaller. A second generation means that performs a second integral control based on the second deviation and generates a drive voltage to be applied to the winding based on the second integral control.
A supply means for supplying a drive current to the winding based on a drive voltage to be supplied to the winding.
With
When the control mode for controlling the drive current is switched from the second control mode to the first control mode, the initial value of the first integral control is the second integral during execution of the second control mode. A motor control device characterized in that it is set based on an integral value of control.
前記搬送ローラを駆動するモータと、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記搬送ローラを駆動するモータの駆動を制御することを特徴とするシート搬送装置。 A transport roller that transports the sheet and
The motor that drives the transfer roller and
The motor control device according to any one of claims 1 to 5.
Have,
The motor control device is a sheet transfer device characterized in that it controls the drive of a motor that drives the transfer roller.
前記積載部に積載された記録媒体を給送する給送部と、
前記給送部によって給送された記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
負荷を駆動するモータと、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記負荷を駆動するモータを制御することを特徴とする画像形成装置。 The loading section on which the recording medium is loaded and
A feeding unit that feeds the recording medium loaded on the loading unit, and
An image forming means for forming an image on a recording medium fed by the feeding unit, and
The motor that drives the load and
The motor control device according to any one of claims 1 to 5.
Have,
The motor control device is an image forming device characterized by controlling a motor that drives the load.
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