JPH03218283A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業」二の利用分野〉 この発明は、モータ制御装置に関するものであ５ り、特に、モータ回転速度が定常域に達したか否かを正
確に判定でき、定常域に達したモータの回転通度を目標
速度に一致するように定速制御するためのモータ制御装
置に関するものである。

く発明の背景〉 モータが過渡応答域から定常域に達した後に、モータを
一定速度に保つための制御として、ＰＬＬ　（ｐｈａｓ
ｅ−ｌｏｃｋｅｄ　１００１１）制御方法が公知である
。

また、本出願人の先願に係るＰＷＭ　（パルス幅変調）
信号による制御方法がある。この制御方法は、目標速度
と検出速度との速度差に比例した制御成分と、目標速度
信号と検出速度信号との位相差に比例した制御成分とに
基づいてＰＷＭ信号を１リで、モータ速度を制御するも
のである。

上述の各制御方法は、モータが定常域に達した後の定速
制御として十分に効果を発揮する。

く発明が解決しようとする課題〉 ところで、モータの回転速度を定常域まで立上げる過渡
応答域においては、一般に、目標速度と検出速度との速
度差に比例した電圧をモータに印６ 加する比例制御が行われる。そして、検出速度がＬ１標
速度の所定パーセント、たとえば９５％以内に達したこ
とによりモータ回転速度が定常域に達したと判定された
り、前回の検出速度と今回の検出速度とに基づいて加速
成分を算出し、その値によってモータ回転速度が定常域
に達したと判定されていた。

ところか、検出速度が１１標速度の所定パーセント（た
とえば９５％）以内に達したことによりモータ回転速度
か定常域に達したと判定する佳かでは、たとえば負荷が
設定値よりも大きい場合には目標速度よりも低い速度（
たとえば目標速度の９０　９６の速度）で速度が落むい
てしまい、いつまでたー〕でも定常域に達したと判定さ
れない場合があった。

また、加速度を算出してその値により定常域に達し，た
か否かを判定する仕方では、過渡応答域であっても、ノ
イズや振動等により加速度成分かほほ０になったと判定
されることかあり、定常域に入ったと誤判断されること
かあった。

そして、前者のように、モータの回転速度が定常域に達
したと判定されない場合には、ＰＬＬ制御や本出願人の
考案した比例成分と位相差成分とに基づ＜：ＰＷＭ信号
による制御に入ることができないし、また、たとえＰＬ
Ｌ制御やＰＷＭ信号による制御に入っても、オーバーシ
ュートが激しく、モータの回転速度か安定するまでに時
間がかかる。

また、後者のように、誤判断により、過渡応答域にある
にも拘らず定常域に達したと判定された場合は、ＰＬＬ
制御等に移っても、正常な制御を行えない。

よって、モータ制御装置においては、モータ回転速度か
過渡応答域から定常域になったことを正確に検出できる
ことが必要である。

また、モータ回転速度が定常域に達した後は、モータ回
転速度か目標速度からずれないように制御しなければな
らないが、従来装置では、検出されるモータ回転速度か
ノイズ等の影響を受けていることか多く、正確なモータ
回転速度の検出が困難で、定速制御が難しいという欠点
もあった。

それゆえ、この発明は、上述の各欠点を解消するために
なされたもので、モータ回転速度が過渡応答域から定常
域に達したことを正確に検出することができ、モータ回
転速度が定常域に達した後は、ノイズ等によって一時的
に速度検出信号が変動しても、その変動の影響を受ける
ことなく、正確にモータ回転速度を検出でき、モータの
定速制御を良好に行えるようなモータ制御装置を提供す
ることを目的とする。

く課題を解決するだめの手段〉 第１の発明は、モータ回転速度が指令速度に等しくなる
ように、モータをフィードバック制御するモータ制御装
置であって、所定タイミングごとに、モータ回転速度に
関するデータを算出するデータ算出手段、モータ回転速
度に関するデータを、所定の複数回分、新しいもの順に
記憶できる複数の記憶エリアを有し、データ算出手段に
よってモータ同転速度に関するデータか算出されるごと
に、既に記憶されているデータを順次１つずっンフ１・
して最古データを捨て、かつ今回算出されたデー９ 夕を最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、記憶手
段に記憶されている複数回分のデータのうぢの大小中央
に相当するデータと今回算出された最新データとを比較
し、最新データか大小中央に相当するデータに該当する
かまたは該データに対して所定範囲内であるか否かに括
ついて、モータ回転速度が定常域に達したか否かを判定
する判定手段、および、判定手段によって、モータ回転
速度が定常域に達したと判定されたとき、モータをフィ
ードバック制御する制御信号成分に位相差制御成分を加
え、位相差制御を開始する手段、を含むことを特徴とす
るモータ制御装置である。

また、第２の発明は、モータ回転速度が指令速度に等し
くなるように、モータをフィードバソク制御するモータ
制御装置であって、所定タイミングごとに、モータ回転
速度に関するデータを算出するデータ算出手段、モータ
回転速度に関するデータを、所定の複数回分、新しいも
の順に記憶できる複数の記憶エリアを有し、データ算出
手段によってモータ回転速度に関するデータか算出され
１０ るごとに、既に記憶されているデータを順次１つずつシ
フトして最古データを捨て、かつ今回算出されたデータ
を最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、今回算出
された最新データが、記憶手段に記憶されている複数回
分データのうちの大小中央に相当するデータに該当する
かまたは該データに対して所定の第１範囲内であるか否
かを判別する第１判別手段、記憶手段に記憶されている
複数回分のデータのうちの最大データと最小データとの
差が、所定の第２範囲内であるか否かを判別する第２判
別手段、第１判別手段によって、最新データは大小中央
に相当するデータに該当するかまたは該データに対して
所定の第１範囲内であると判別され、かつ、第２判別手
段によって、最大データと最小データとの差が所定の第
２範囲内であると判別されたとき、モータ回転速度が定
常域に達した判定する判定手段、および、判定手段によ
って、モータ回転速度が定常域に達したと判定されたと
き、モータをフィードバック制御する制御信号成分に位
相差制御成分を加え、位相差制御１１ を開始する手段、を含むことを特徴とするモータ制御装
置である。

さらに、第３の発明は、モータ回転速度が指令速度に等
しくなるように、モータをフィードバック制御するモー
タ制御装置であって、所定タイミングごとに、モータ回
転速度に関するデータを算出するデータ算出手段、モー
タ回転速度に関するデータを、所定の複数回分、新しい
もの順に記憶できる複数の記憶エリアを有し、データ算
出手段によってモータ回転速度に関するデータが算出さ
れるごとに、既に記憶されているデータを順次１つずつ
シフトして最古データを捨て、かつ今回算出されたデー
タを最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、今回算
出された最新データが、記憶手段に記憶されている複数
回分のデータのうちの大小中央に相当するデータに該当
するかまたは該データに対して所定の第１範囲内である
か否かを判別する第１判別手段、最新データが、予め定
める目標回転速度データに対して所定の第２範囲内であ
るか否かを判別する第２判別手段、第１判別１２ 手段によって、最新データは大小中央に相当するデータ
に該当するかまたは該データに対して所定の第１範囲内
であると判別され、かつ、第２判別手段によって、最新
データは目標回転速度データに対して所定の第２範囲内
であると判別されたとき、モータ回転速度が定常域に達
したと判定する判定手段、および、判定手段によって、
モータ回転速度が定常域に達したと判定されたとき、モ
ータをフィードバック制御する制御信号成分に位相差制
御成分を加え、位相差制御を開始する手段、を含むこと
を特徴とするモータ制御装置である。

〈作用〉 この発明によれば、所定タイミングごとに、モータ回転
速度に関するデータが算出される。

データが算出されると、記憶手段に既に記憶されている
データが順次１つずつシフトされて最古データが捨てら
れ、今回算出されたデータは最新データ記憶エリアに記
憶される。

そして、ソーティングにより記憶手段に記憶されている
複数回分のデータのうちの大小中央に相１３ 当するデータが求められ、そのデータと今回算出された
最新データとが比較される。

その結果、第１の発明によれば、最新データが、大小中
央に相当するデータに該当するかまたは該データに対し
て所定範囲内であれば、モータ回転速度が定常域に達し
たと判定され、所定範囲内でなければ、モータ回転速度
は過渡応答域と判定される。

そして、モータ回転速度が定常域に達したと判定された
ときには、モータをフィードバック制御する制御信号成
分に位相差制御成分が加えられて、位相差制御が開始さ
れる。

また、第２の発明によれば、今回算出された最新データ
が、記憶手段に記憶されている複数回分データのうちの
大小中央に相当するデータに該当するかまたは該データ
に対して所定の第１範囲内であり、かつ記憶手段に記憶
されている複数回分のデータのうちの最大データと最小
データとの差が、所定の第２範囲内である場合に、モー
タ回転速度が定常域に達したと判定される。

］４ そして、モータ回転速度が定常域に達したと判定された
とき、モータをフィードバック制御する制御信号成分に
位相差制御成分が加えられて、位相差制御が開始される
。

さらに、第３の発明によれば、今回算出された最新デー
タが、記憶手段に記憶されている複数回分のデータのう
ちの大小中央に相当するデータに該当するかまたは該デ
ータに対して所定の第１範囲内であり、かつ予め定める
目標回転速度データに対して所定の第２範囲内である場
合に、モータ回転速度が定常域に達したと判定される。

そして、モータ回転速度が定常域に達したと判定された
とき、モータをフィードバック制御する制御信号成分に
位相差制御成分が加えられて、位相差制御が開始される
。

く実施例〉 以下には、この発明の一実施例として、複写機の光学系
（照明ユニットおよび反射ミラー）駆動用のＤＣザーボ
モータの制御回路に適用した場ごを例にとって説明をす
る。

１５ 第１図は、１夏写機の光学系を駆動するためのＤＣザー
ボモータの制御回路の構成例を示すブロック図である。

この制御回路では、ＤＣザーボモータヘノ印加電圧とし
てＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａＬｉ
ｏｎ）信号が使用されている。

このＤＣサーボモータ１０は永久磁石フィールド形であ
って、ドライバ部１１によって回転駆動され、光学系１
７を移動させる。

サーボモータ１０の回転軸にはロータリエンコーダ１２
が連結されている。ロータリエンコーダ１２は、既に公
知の通り、ザーボモータコ０が予め定める微小角度回転
するごとに速度検出パルスを出力するものである。この
実施例のロータリエンコーダ１２からは、互いに周期が
等しくかつ位相が９０度ずれたＡ相とＢ相の速度検出パ
ルス（速度検出信号）が出力され、サーボモータ１０が
１回転ずることにより、各相、たとえば２００個の速度
検出パルスか出力される。

なお、ロータリエンコーダ１２の代わりに、サボモータ
１０の回転に周期的に連動したパルス１６ を出力する他の機器を用いてもよい。

ロータリエンコーダ］２から出力される速度検出パルス
は、エンコーダ信号入力部１３へり．えられる。エンコ
ーダ信号入力部１３は、後に詳述するように、ロータリ
エンコーダ１２から与えられる速度検出パルスに基づい
て、サーボモータ１０の回転速度を検出するだめの回路
である。エンコーダ信号人力部１３の出力は制御部１４
へ与えられる。

制御部１４には、ＣＰＵ，プログラムなどが記憶された
ＲＯＭ，必要なデータを記憶するＲＡＭなどか備えられ
ており、指令速度と検出速度との差の算出処理、速度指
令信号と速度検出信号との位相差の算出処理、モータ回
転速度の定常域到達検出処理、サーボモータ］０を制御
するためのＰＷＭデータの算出処理などが行われる。

制御部１４には、複写機本体の制御部（図示せず）から
、動作指令信号および速度指令信号（速度指令クロック
）が与えられる。速度指令クロックは、速度指令信号入
力部１５て信号処理されて１７ から制御部１４へ与えられる。

ＰＷＭユニット１６は、制御部１４から与えられるＰＷ
Ｍデータに応じたパルス幅（出力デューティ）のＰＷＭ
信号を発生するためのユニットである。ＰＷＭユニット
１６から出力されるＰＷＭ信号によってサーボモータ１
０の回転速度が制御される。

ドライハ部１１は、制御部１４から与えられるドライバ
部駆動信号に基づいて、サーホモータ１０の回転方向を
決めたり、ブレーキングしたりする。

第２図は、エンコーダ信号入力部１３の構成を示す図で
ある。この実施例では、エンコーダ信号入力部１２が第
２図の構成にされ、かつ制御部１４による信号読出しが
工夫されることによって、正確な速度検出が行えるとと
もにサーボモータ１０の回転速度が過渡応答域か定常域
かが正しく判定できるようにされている。

第２図を参照して説明すると、エンコーダ信号入力部１
３には、ロータリエンコーダ］２から送］８ られてくるＡ相の速度検出パルスの立上りエッジを検出
する立上り検出回路１３１、基準クロックをアップカウ
ントするたとえば１６ビット構成のフリーランニングカ
ウンタ１３３および立上り検出回路１３１の立上り検出
出力をキャプチャ信号とし、該キャプチャ信号を１・リ
ガとしてフリーランニングカウンタ１３３のカウン１・
数を読取保持するキャプチャレジスタ１３４が備えられ
ている。

基阜クロックは、第１図に示す回路全体の動作タイミン
グの基阜となる基■クロックであり、回路がマイクロコ
ンピュータで構成されている場合はマシンクロックが利
用される。また、そのような基準クロックがない場合は
、基準クロック発生回路を設ければよい。

エンコーダ信号入力部１３には、さらに、アップダウン
検出部１３５およびアップダウンカウンタ１３６が備え
られている。アップダウン検出部１３５は、立上り検出
回路１３１からＡ相の速度検出パルスの立上り検出出力
が与えられた時にＢ相の回転パルスのレベルを判断し、
Ｂ相の回転パ１９ ルスかハイレベルかローレベルかによって、ザーボモー
タ１０（第１図）が正転しているか逆転しているかを判
別するものである。アップダウンカウンタ１３６は、ア
ソブダウン検出部］３５の判別出力に基づいて、立上り
検出回路１３］の検出出力をアップカウン１・またはダ
ウンカウントするものである。

次に、第２図の回路の動作説明をする。

キャプチャレジスタ１３４の内容は、キャプチャ信号、
すなわぢＡ相の速度検出パルスの立上りエッジが検出さ
れるごとに更新されていく。また、アップダウンカウン
タ１３６は、速度検出パルスの立上り検出回数、言い換
えれば速度検出パルス数をカウントする。

それゆえ、所定のサンプル時間八Ｔ内において、アップ
ダウンカウンタ１３６で、速度検出パルスかｎ個カウン
１・され、その間にフリーランニングカウンタ１３３で
カウントされる基準クロツクのカウント数を計ａｌｌｌ
すれば、それに乱づいて回転数Ｎを算出することかでき
る。

２０ つまり、サーボモータ１０の回転数Ｎ［ｒｐｍ］は、基
準クロックの周波数をｆ［Ｈｚ］、サーボモータ１０が
１回転することによりロータリエンコーダ１２から出力
されるＡ相の速度検出パルス数をＣ［ｐｐｒｌ、今回の
キャプチャレジスタ１３１の内容をＣＰＴ，，前回のキ
ャプチャレジスタ］３１の内容をＣＰＴ．ｌ、速度検出
パルス数をｎとすると、 ｆ ・・・　（１） で算出することができる。

ここで、式（１）は、基準クロツク周波数ｆと速度検出
パルス数Ｃとが定数であるから、Ｎ−　　　　ｎＡ　　
　　　−ジ八　・・・（２）ｃｐＴ，−ｃｐＴ，−，　
　Ｘ 但し、Ａ：−！−Ｘ６０ Ｃ ２１ Ｘ　：　　ＣＰＴｎ　−ＣＰＴ， となる。

第３図は、制御部１４がキャプチャレジスタ１３４およ
びアップダウンカウンタ１３６の内容をサンプル時間Δ
ｔごとに読出して回転数データＮ。を算出するとともに
、算出した回転数データＮ。に基づいて、モータ回転速
度が過渡応答域か定常域かを判別して、制御用回転数Ｎ
を決定するための回転数検出処理手順を示している。

サンプル時間Δｔは、 Δｔ≧Ｘ−ＣＰＴｆｉ−ＣＰＴゎ−，・・（３）を八足
する適当な時間が設定されている。

次に、第２図および第３図を参照して説明をする。

制御部１４では、内部タイマか一定のサンプル時間Δｔ
に達するごとに（ステップＳ１）、タイマかりセッ１・
される（ステップＳ２）。そして、キャプチャレジスタ
１３４およびアップダウンカウンタ１３６の内容を読出
す（ステップＳ３）。

次いで、今回読出したキャプチャレジスタ１３２２ ４のカウント数ＣＰＴｎから、ずてに記憶されている前
回読出したキャプチャレジスタ１３４のカウン！・数Ｃ
ＰＴ．，．を減ｌじることにより、１ザンブル時間Δｔ
内の基準クロック数Ｘか求められた後、ＣＰＴ，か記憶
される（ステップＳ４）。

また、今回読出したアップダウンカウンタ１３６のカウ
ンｌ・数ＵＤＣ，から、すでに記憶されている前回読出
し，たアップダウンカウンタ１３６のカウン１・数ＵＤ
Ｃ．，−＋を減じることにより、１ザンプル時間Δｔ内
の速度検出パルス数ｎが求められた後、ＵＤＣｏが．記
憶される（ステップＳ５）。

その後、上述した式（２）に基づいて、今回のザンプル
タイミングで算出された回転数データＮ（ｎは自然数で
あり、回転数データの算出タイミングごとに１．　　２
，　　３，　　・・と増加していく。）が求められる（
ステップＳ６）。

次に、ステップ８７〜Ｓ１２で、ステップＳ６で求めら
れた回転数データＮ．の真偽が判別され、制御用回転数
Ｎが決定される。

第４図は、ステップＳ７〜Ｓ１２の処理に用い２３ られる２種類のメモリＭ１およびＭ２を示している。

第４図において、メモリＭ１は、５回分の回転数データ
を新しいものから順番に記憶するためのものであり、新
（７い回転数データを記憶するためのエリアから古い回
転数データを記怪するためのエリアに向って、順に、５
つの記す，６エリアＥ１〜Ｅ５か備えられている。すな
イつち、Ｅｌに今回（最新）の回転数データＮ，か、Ｅ
２に前回の回転数データＮ　（ｎ−Ｈ、が、Ｅ３に２回
前の回転数デタＮ＋ｎ−２＋が、Ｅ４に３回前の回転数
データＮ．−３，が、Ｅ５に４回前の回転数データＮ。

−４、が、それぞれ記憶される。

メモリＭ２は、メモリＭ１に記憶された５つの回転数デ
ータＮ０〜ＮＬＩ＋−４１をソーティング、ずなわぢ大
きいもの順に並べ替えるためのメモリで、５つのＪ己憶
エリアＥｌｌ〜Ｅ１５をｒ了している。

メモリＭ１に記↑，ひされた５つの回転数データＮ。

〜Ｎ　Ｌｎ−４）かソーティングされた場合、メモリＭ
２のエリアＥ　］−　１に、たとえば５つの回転数デー
２４ タＮ．−Ｎ．．−１、のうち最大のものが、エリアＥ１
２に２番目に大きいものが、エリアＥ１３に３番「１に
大きいものか、エリアＥ１４に４番Ｉ」に大きいものか
、エリアＥ１５に最小のものが、それぞれ記憶される。

従って、ソーティングがｊｊわれると、エリアＥ１３に
は、メモリＭ］に記憶された５つの回転数データのうち
、大小中央に相当する回転数データか記憶される。

なお、メモリＭ１およびＭ２は、５回分の回転数データ
記値用に限らず、３以上で、好ましくは奇数個の任意の
複数個の回転数データ記憶用であればよい。

第３図に戻って説明を続けると、今回の回転数データＮ
０が算出されると、メモリＭ１に記憶されている５つの
回転数データＮ。−Ｎｆｎ−４１かシフトされる（ステ
ップＳ７）。この結果、それまてのデータＮ。は前回の
回転数データＮ，。−１，としてエリアＥ２に、それま
でのデータＮ．ｎ−１，は２回前の回転数データＮ。，
，としてエリアＥ３に、それまでのデータＮ，。２，は
３回前の回転数２５ データＮい−３、としてエリアＥ４に、それまでのデー
タＮ。−３，は４回前の回転数データＮ（ｎ−４）とし
てエリアＥ５に記憶され、最古データであるそれまでの
データＮ．ｎ−４，（５回前の回転数デタ）は記憶され
なくなる。

また、今回算日１された最新の回転数データＮｏがエリ
アＥ１に記憶される（ステップＳ８）。

次に、今回の同転数データＮ，を含むメモリＭ］に記憶
されている５つの速度データＮ。−Ｎ．。

４，かソーティングされ、メモリＭ２のエリアＥ１］〜
Ｅ１５には、５つの回転数データＮ。−Ｎ（ｎ−４１が
、大きい順に記憶される（ステップＳ９）。この結果、
エリアＥ　］．　３には、５つの回転数データＮｎ−Ｎ
Ｌｎ−４，のうち大小中央に相当する回転数データ（こ
れを［中央データＮ，，，Ｊと呼ぶことにする）が記憶
される。

次１こ、メモリＭ１のエリアＥｌｉこＪ己憶されている
今回の回転数データＮｆｉか、メモリＭ２のエリアＥ１
Ｂに記憶されている中央データＮ４と比較され、Ｎ，か
Ｎ，の所定範囲内にあるか否かか判２６ ？される（ステップＳ１０）。つまり、今回算出された
最新回転数データＮ。が次式で示される今回および過去
４回分の５つのデータのうちの大小中央に相当するデー
タＮ■の所定範囲内に入っているか否かが判別される。

Ｎ０　（１−α）≦Ｎ，≦Ｎ．，（１＋β）・・・（４
） 但し、αおよびβは、実験または計算により予め設定さ
れたモータ回転速度か定常域に到達したことか正確に判
別できる値で、ノイズなどによるデータ変化分と比較し
て、Ｎ．がＮ．に対してより大きく変化しているか否か
がわかる値に設定されている。

今回の回転数データＮ。が上式（４）で示される範囲内
に入っていない場合には、速度変化が比較的大きく、モ
ータ回転速度が過渡応答域であると判定されて、定常域
フラグがリセットされ、制御用回転数Ｎとして最新回転
数データＮ７が選択決定される（ステップＳ１１）。

一方、最新回転数データＮ。が上式（４）で示２７ ？れる範囲内に入っている場合には、速度変化が比較的
小さく、モータ回転速度が定常域に到達したと判定され
て、定常域フラグがセットされ、制御用回転数Ｎは中央
データＮｍに決定される（ステップＳ１２）。

以上のように、ステップ８７〜Ｓ１２の処理では、今回
および過去４回分の５つのデータのうちの中央データＮ
■の一定範囲内に、今回の回転数データＮ，，が入って
いるか否かが判別されることにより、モータ回転速度が
過渡応答域か定常域かの判定がされ、過渡応答域では最
新回転数データＮ．，が、定常域では中央データＮ■が
、それぞれ、制御用回転数Ｎとして採用される。

よって、過渡応答域では、モータの速度変化に迅速に対
処できる。また、定常域では、瞬間的な負荷変動、ノイ
ズなどの影響で、速度検出信号が一時的に変化した場合
でも、そのような影響を受けた信号Ｎ。は使われず、中
央データＮｍが制御に使われるので、安定した制御が行
える。

次に、第３図のステップ８　１．　０〜Ｓ１２の制御２
８ をさらに改良した別の制御について説明する。

第５図は、第３図のステップＳＩＯ〜Ｓ１２と置換可能
な制御内容を表わすフローチャートである。

第３図の制御の場合は、次のような危惧がある。

つまり、制御が開始されてから定常域に達するまでの間
に、もし速度検出信号に第６Ａ図において符号Ａで示す
ような振動が生じた場合、定常域に達していないにもか
かわらず、定常域に達したと誤判定されてしまうことが
ある。

第６Ａ図の振動Ａを拡大して示す第６Ｂ図を参照して説
明すると、時点ｔｎで回転数データＮ，が算出されると
、時点ｔ。−ｔ．。−４，の５回分の回転数データＮ，
，〜Ｎ．，，−４１がメモリＭ１に記憶されることにな
る。そうすると、最新データＮ，，はこれらのデータの
うち大小中央に相当するデタになってしまう。よって、
第３図のステップＳ１０の判定だけでは、定常域に達し
たと誤判定されてしまう。

そこで、この実施例では、上述のような誤判定２９ を防止するために、第３図のステップＳＩＯに該当する
ステップＳ　］−　０　−　１の判別に加え、ステップ
Ｓ１０−２の判別が加えられている。

ステップＳＩＯ−２では、さらに、今回および過去４回
分の５つのデータのうちの最大データＮｍａｘ　　（メ
モリＭ２のエリアＥｌｌに記憶されている。）と最小デ
ータＮｍｉｎ　　（メモリＭ２のエリアＥ　１．　５に
記憶されている。）との差（Ｎｍａｘ　−Ｎｍｉｎ　）
が、予め定められた所定範囲Ｗ内か否かが判別される。

最大データＮ　ｍａＸと最小データＮｍｊｎとの差（Ｎ
ｍａｘ−Ｎ酎ｎ）が、所定範囲Ｗ内でなければ、たとえ
ば第６Ａ図および第６Ｂ図に示すような振動が速度検出
信号に生じているだけで、定常域には達し゛Ｃいないと
判断されて定常域フラグがリセットされ、制御用回転数
Ｎは最新回転数データＮ。に決定される（ステップＳ１
１）。

最大データＮ　ｍａｘと最小データＮｍｉｎとの差（Ｎ
ｍａｘ　−Ｎｍｉｎ　）が、所定範囲Ｗ内であれば、上
記ステップＳＩＯ−１で速度が定常域に到達し３０ たとの判断か、振動等による誤判別でなかったと判足さ
れて定常域フラグはセソ１・され、制御用回転数Ｎは中
央データＮｍに決定される（ステップＳ１２）。

このように、ステップＳＩＯ−１およびＳＩＯ−２とい
う２段階の判別でモータ回転速度が過渡応答域か定常域
かが判定がされるので、制御が開始してから定常域に達
するまでの過渡応答域において、速度検出信号に上述の
ような振動が生じたとしても、定常域に達したと誤判断
されることはなく、定常域到達検出が正確に行イつれる
。

以上の制御において、ステップＳ１０−１の判別とステ
ソプＳ　１　０−２の判別とは、前後逆になっていても
よい。

第７図は、第３図のステップＳＩＯ−８１２と置換可能
なさらに別の制御内容を表わすフローチャートである。

第３図のステップ３　１．　０〜Ｓ　１　２の制御の場
合、制御が開始後、何らかの原因で、サーボモータ１０
の回転速度か１１標回転速度よりも低い速度で落３］ 着き出した場合に、定常域に達したと誤判定されてしま
う危惧がある。

そこで、この実施例では、上述のような誤判定を防１１
二するために、第７図に示すように、第３図のステップ
ＳＩＯに該当するステップ３　１．　０　−　１の第１
段階の判別に加えて、ステップＳ１０−２の第２段階の
判別がされる。

ステップ８１．０−２では、今回算出された最新データ
Ｎ，か、予めメモリに記憶されている目標回転数データ
Ｎ。と比較され、最新データＮ。が目標回転数データＮ
。の所定範囲内に入っているか否かか判別される。つま
り、最新の回転数データＮ，が次式で示される範囲内に
入っているか否かが判別される。

Ｎｏ（１−γ）≦Ｎ．，≦Ｎｏ　　（１＋δ）・（５） 但し、γおよびδは、予め定められた所定の設定値であ
る。

最新回転数データＮ１が目標回転数データＮ。

に対して所定範囲内に入っていなければ、何らか３２ ？原因で最新回転数データＮ。が目標回転数デタＮ。よ
りも低い回転数で落着きつつあるわけてあるから、係る
場合には、サーボモータ１０は定常域には達していない
と判断されて定常域フラグはリセットされ、制御用回転
数Ｎには、最新回転数データＮ．，が使用される（ステ
ップＳ１１）。

一方、最新回転数データＮ。か口標回転数デタＮ。に対
して所定範囲内であるならば、ザーボモータ１０の回転
速度は定常域に到達したものと判定されて定常域フラグ
はセットされ、制御用回転数Ｎには、ノイズ等の影皆を
受でいない中央データＮ■が使用される（ステップＳ１
２）。

このように、この制御においても、ステップＳ１０−１
およびＳ　１　０−２という２段階の判別で、モータ回
転速度が過渡応答域か定常域かの判定かされるので、モ
ータ回転速度が何らかの原因で目標回転速度よりも低い
速度で落着こうとした場合でも、定常域に到達したと誤
判断されることなく、定常域到達検出か正確に行われる
。

以上の制御においても、ステップＳＩＯ−１の３３ 第１段階の判別とステップＳ　１　０−２の第２段階の
判別とは、前後逆になっていてもよい。

次に、第１図における速度指令信号入力部１５の説明を
する。

第８図は、速度指令信号入力部１５の具体的な構成例を
示すブロック図である。速度指令信号入力部ｌ５には、
速度指令クロックの立上りエッジを検出するための立」
ニリ検出回路１５１、基準クロツクをアップカウントす
るフリーランニングカウンタ１５２、立上り検出回路１
５１の立上り検出出力をキャプチャ信号とし、該キャプ
チャ信号を１・リガとしてフリーランニングカウンタ１
５２のカウン１・数を読取保持するキャプチャレジスタ
］５３および立上り検出回路コ５１の出力パルスをアッ
プカウン１・するためのアップカウンタ１５４が備えら
れている。

フリーランニングカウンタ１５２は、たとえば１６ビッ
ト構成のカウンタてある。このフリーランニングカウン
タ１５２は、前述したエンコーダ信号入力部１３のフリ
ーランニングカウンタ１３３４ ３（第２図参照）と共用してもよい。

この回路の動作は、次の通りである。

装置本体側、たとえば複写機本体の制御側マイクロコン
ピュータから出力される速度指令クロックは立上り検出
回路１５１へ与えられ、立上り検出回路１５１において
該速度指令クロックの立上りエッジが検出される。立上
り検出回路１５１の出力はキャプチャ信号としてフリー
ランニングカウンタ１５２へ与えられるので、キャプチ
ャレジスタ１５３の内容は、速度指令クロックの立上り
に応答して更新されていく。よって、ある立上り検出信
号に基づいてキャプチャレジスタ１５３の内容を読出し
、次の立上り検出信号に基づいてキャプチャレジスタ１
５３の内容を読出して、その差を求めれば、速度指令ク
ロック１周期におけるフリーランニングカウンタ１５２
のカウント数を計測することができる。つまり、指令速
度となる回転数Ｎ。を得ることができる。

なおこの実施例では、キャプチャレジスタ１５３の内容
が更新されるごとに、更新後のカウント３５ 数と更新前のカウント数との差のカウント数を求めると
いうやり方ではなく、より検出精度を向上させるために
、エンコーダ信号入力部］３におけるキャプチャレジス
タ１５３のカウン１・数読出しと同様の読出方法がとら
れている。

すなわち、制御部１４は、所定のザンプル時間Δｔごと
にキャプチャレジスタ１５３の内容およびアップカウン
タ１５４の内容を読出し、キャプチャレジスタ１５３に
おける今回読出したカウント数と前回読出したカウント
数との差を求め、その差を、アップカウンタにおける今
回読出したカウント数から前回読出したカウント数との
差で除算することで、速度指令クロック１周期内におけ
るより正確な基弗クロック数を求めるようにしている。

第９図は、制御部］４による速度指令クロックと速度検
出パルスとの位相差算出処理手順を示している。

まず、エンコーダ信号入力部］３の立」ニリ検出回路］
３］によって速度検出パルスの立」ニリエッ３６ ジが検出されると（ステップＳ２１）、フリーランニン
グカウンタ１３３のカウント値が読込まれ、その値が位
相比較値ＰＤＴｏとして記憶される（ステップＳ２２）
。フリーランニングカウンタ１３３は、モータ制御開始
時から基準クロツクのカウントを開始しているので、位
相比較値ＰＤＴ。の値は、モータ制御開始時から今回の
パルス立上り検出時点までの時間に応じた値となる。

次に、位相基僧値ＰＰＩ，が、次式により計算されかつ
記憶される（ステップＳ２３）。

ＰＰＩ。−　Ｐ　Ｐ　Ｉ　ｏ−１１　＋　Ｓ　Ｐ　Ｄ　
　−　（６）ここで、 Ｐ　Ｐ　Ｉ　（−−１１　　’前回記憶された位相基準
値ＳＰＤ　　　　：速度指令クロック１周期間の基準ク
ロック数（ＳＰＤは固定値 である。） である。

ただし、ＰＰＩ，。−１．の初期値は、零であるため、
上記ステップＳ２１で、モータ制御開始後第１回口の速
度検出パルスの立上りが検出されたと３７ きに対応する位相基準値ＰＰＩ，の値は、ＳＰＤとなる
。

この後、位相差ＰＨＤＴが次式により算出されかつ記憶
される（ステップＳ２４）。

ＰＨＤＴ．ＰＰ　Ｉ，　−ＰＤＴ，　　　　・・・（７
）ＳＰＤ そして、以上の処理が繰返される。すなわち、速度検出
パルスの立上りが検出されるごとに（ステップＳ２１）
、フリーランニングカウンタ１３３のカウント値の読込
みおよび位相比較値ＰＤＴ。の更新（ステップＳ２２）
、位相基準値ＰＰＩ。の計算および更新（ステップ８２
３）ならびに位相差ＰＨＤＴの算出（ステップＳ２４）
が繰返し行われる。

モータ制御開始後、ステップＳ２１で、第２回目の速度
検出パルスの立上りが検出されたときには、ステップ３
２３で算出される位相基準値ＰＰＩ，の値は２ＳＰＤと
なり、第３回目の速度検出パルスの立上りが検出された
ときには３ＳＰＤとなる。つまり、ステップ３２３で算
出される位相３８ 基準値ＰＰＩ，の値は、モータ制御開始時から今回の速
度検出パルス立上り時点までの間に出力された速度検出
パルス総数とＳＰＤとの積値になる。

ＳＰＤは、速度指令クロツクの周期に応じた固定値であ
るから、ステップ３２Ｂで算出される位ト１基亭値ＰＰ
Ｉ．は、モータ制御開始時から今回立上りが検出された
速度検出パルスに対応する速度指令クロックの立」二か
り時点までの時間に応じた値となる。

そして、モータ制御開始時から今回の速度検出パルスの
立上り検出時点までの時間に応じた値（位相比較値ＰＤ
Ｔ，）と、モータ制御開始時から今回立上りか検出され
た速度検出パルスに対応する速度指令クロックの立上が
り時点までの時間に応した値（位相基準値ＰＰＩ，）と
の差を、速度指令クロックの周期に応じた値（ＳＰＤ）
で除することにより、位相差ＰＨＤＴが算出されている
。よって、速度指令クロツクと速度検出パルスとの位相
差が、速度指令クロツクの１周期以上である場合でも、
その位相差Ｐ　Ｈ　Ｄ　Ｔか正確に検出３９ される。

次に、制御部１４から出力されるＰＷＭデータの算出方
法について説明する。

サーボモータ１０の回転速度Ｎを指令速度Ｎ。

に追従させるためにザーホモータ１０に出力すべきＰＷ
Ｍデータ用電圧ＶＯは、速度差ΔＮ　（＝Ｎ−Ｎ）によ
る制御電圧（比例制御電圧）をＶ］、位相差ＰＨＤＴに
よる制御電圧を■２とすると、次式で表わされる。

ＶＯ−Ｖ１＋Ｖ２　　　　　　　　　　・・・（８）こ
こに、速度差ΔＮによる比例制御電圧Ｖ１は、次式で表
４つされる。

ＧＤ２　　　　ΔＮ Ｖ　１　＝Ｒ　ａ　（　一一一・一一＋　Ｉ　ｏ　＋”
’　　１３７５Ｋ１　　Δｔ　　　　　　　　ＫＴ十■
ぐｅＮ −ＲａＧＤ’　−”＋ＫｅＮ ３７５ＫＴΔｔ −Ｉ−　　Ｒ　　ａ　　　（　　Ｉ　　ｏ　　＋　ＴＢ
＋．／　Ｋ　Ｔ　）但し、 （９） ４０ ？ａ：アマチュア抵抗［Ω］ Ｋ■・ｌ・ルク定数［ｋｇｍ／Ａ　］ Ｋｅ．誘起電圧定数［Ｖ／ｒｐｍコ １ｏ．無負荷電流［Ａ］ ＧＤ２　：負荷とモータによる慣性モーメント［ｋｇ　
ｍ２］ Ｔ３１；摺動負荷［１、ｇｍコ である。

なお、Ｎは、第３図、第５図または第７図の処理で決定
された制御用回転数である。

また、位相差Ｐ　Ｈ　Ｄ　Ｔによる制御電圧Ｖ２は、予
め定められた制御電圧■２の最大値をＶ　２　ｍａＸと
すると、次のようにして求められる。

（Ａ）速度制御開始時から定常域までの立上り時の場合 Ｖ２＝０　　　　　　　　　　　　・・・（１０）（Ｂ
）定常域の場合 （ａ）位相差が１周期より小さい場合 （　−１＜ＰＨＤＴ＜＋１） Ｖ２＝Ｖ２ｍａｘ　−ＰＨＤＴ　　　　　−（１　１）
４　］ （ｂ）位相差が１周期以上でありかつ速度検出信号の位
相か速度指令信号の位相より進んでいる場合 （ＰＨＤＴ≦−１） Ｖ　２　＝　−　Ｖ　２　ｍａｘ　　　　　　　　　・
・・（１２）（ｃ）位相差が１周期以上でありかつ速度
検出信号の位相が速度指令信号の位相より遅れている場
合 （ＰＨＤＴ≧＋１） Ｖ２＝４−Ｖ２ｍａｘ　　　　　　　　　・・・（１　
３）従って、位相差ＰＨＤＴと、制御電圧■２との関係
は、第］Ｏ図に示される関係になる。

つまり、この実施例では、立上り時においては、速度差
ΔＮ　（＝Ｎ。一Ｎ）による比例制御電圧■］のみてモ
ータを制御し、定常時においては、比例制御電圧■１を
位相差ＰＨＤＴによる制御電圧Ｖ２で補正している。つ
まり、定常時になったことを１・リガとして、位相差制
御を開始しているのである。これにより、定常時におけ
るモータの速度変動に対する追従性の向上が図られてい
る。

４２ 第１１図は、制御部１４によるＰＷＭデータの算出処理
手順を表わすフローチャートである。

制御部１４では、たとえば第３図に示す処理によって制
御用回転数Ｎを決定するごとに、式（９）に基づいて、
比例制御電圧Ｖ１が算出され記憶される（ステップＳ３
１）。

次いで、第３図のステップＳ１１またはＳ１２でリセッ
トまたはセットした定常域フラグの状態が判別され（ス
テップＳ３２）、定常域フラグがリセットされてモータ
回転速度が過渡応答域の場合は、Ｖ２＝０とされ（ステ
ップ８３３）、定常域フラグがセットされてモータ回転
速度が定常域に達している場合は、上式（１１）〜（１
３）に基づいてＶ２が算出される（ステップＳ３４）。

そして、ステップＳ３１で求められたＶ１とステップ３
３３で求められたｖ２−０またはステップＳ３４で求め
られたｖ２とが加算されて、制御電圧■０が算出される
（ステップＳ３５）。

よって、モータ制御開始後、定常状態になるまでの立上
り時には、比例制御がされ、定常状態に４３ 達した後に、位相差制御がされる。

この結果、定常状態に立上るまでの時間を短縮でき、ま
た、定常時においては、速度の追従性をよくでき、サー
ボモータ１０の脱調を防止することができる。

第１２図は、ＰＷＭユニット１６の具体的な構成例を示
すブロック図であり、第１３図はＰＷＭユニット１６の
動作を説明するためのタイミングチャートである。

ＰＷＭユニット１６には、セット信号発生部１６１と、
ＰＷＭデータレジスタ１６２と、ダウンカウンタ１６３
とＲＳフリップフロップ１６４とが備えられている。

セット信号発生部１６１は、一定の周期ごとにセッ１・
信号を発生するものである。このセッ１・信号発生部１
６１はたとえばリングカウンタで構成されており、一定
数の基桑クロックを計数するごとにセット信号を発生す
るようにされている。

ＰＷＭデータレジスタ１６２は、制御部１４から与えら
れるＰＷＭデータを保持するためのもの４４ である。制御部１４から与えられるＰＷＭデータとは、
前述した式（８）によって求められた電圧データである
。このＰＷＭデータは、ＰＷＭユニット１６から出力さ
れるＰＷＭ出力信号のデューティを決めるのに用いられ
る。

ダウンカウンタ１６３は、ＰＷＭ基準クロック（この実
施例では、ＰＷＭ基準クロックは、エンコーダ信号入力
部１３や速度指令信号人力部１５で用いられる基準クロ
ックが共用されている。）が与えられごとにダウンカウ
ン１・をし、設定された数を計測するとリセット信号を
出力するものである。

ＰＷＭユニット１６の動作は次のようになる。

セット信号発生部１６１からセット信号が出力されると
、ＰＷＭデータレジスタ１６２の内容、つまり制御部１
４から与えられたＰＷＭデータが、ダウンカウンタ１６
３にセットされ、また、セット信号によってフリップフ
ロップ１６４がセットされる。従って、フリップフロッ
プ１６４の出力、つまりＰＷＭ信号はハイレベルとなる
。

４５ 次に、ダウンカウンタ１６３はＰＷＭ基準クロックに基
づいてダウンカウントを行い、設定されたカウント値が
「０」になると、フリップフロツプ１６４ヘリセット信
号を与える。よって、フリップフロツプ１６４の出力は
ローレベルに反転する。

この結果、ＰＷＭユニット１６からは、ＰＷＭデータレ
ジスタ１６２で保持された値、つまり式（８）で算出さ
れた電圧データでデューティが決められ、ＰＷＭ信号が
導出される。

この発明は、複写機の光学系制御用に限らず、ファクシ
ミリ装置の読取装置制御用モータや、その他の一般的な
モータ制御回路に採用できる。

上述の実施例では、ＰＷＭ信号による制御を取上げたが
、モータ回転速度か定常域に達したことをトリガとして
、ＰＬＬ制御を開始するようにしてもよい。

く発明の効果〉 この発明は、以上のように構成されているので、負荷の
大小に拘らず、モータ回転速度が過度応答４６ 域から定常域に達した時に、それを確実に検出てきる。

また、瞬間的な負荷変動やノイズなどによって、速度検
出信号が一時的に悪影響を受けても、その影響が判別結
果に表われず、回転速度が、定常域に達したことを正確
に検出できる。

さらに、モータ回転速度が定常域になった後も、ノイズ
等に強く、かつ、位相差制御が行われるので、負荷変動
に対する追従性に優れた安定した定速制御か可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例が適用された光学系駆動用
ＤＣサーボモータの駆動制御回路の電気的構成を示すブ
ロック図である。 第２図は、この発明の実施例に係るエンコーダ入力部の
電気的構成を示す回路ブロック図である。 第３図は、この発明の実施例における回転速度検出処理
手順を表わすフローチャートである。 第４図は、定常域到達検出処理に用いられる２つのメモ
リＭ１およびＭ２を示す図である。 ４７ 第５図は、第３図の制御をさらに改良した、第３図のス
テップ３１．０−Ｓ］．２と置換可能な制御内容を表わ
すフローチャ−１・である。 第６Ａ図および第６Ｂ図は、速度検出信号に特殊な振動
か生じた場合の問題点を説明するための図である。 第７図は、第３図の制御をさらに改良した、第３図のス
テップ８　１　０〜Ｓ１２と置換可能なさらに別の制御
内容を表わすフローチャートである。 第８図は、速度指令信号入力部の電気的構成例を示すブ
ロック図である。 第９図は、この発明の実施例における位相差検出処理手
順を表イつすフローチャートである。 第１０図は、定常時に用いられる位相差ＰＨＤＴに対す
る制御電圧Ｖ２の関係を表わすグラフである。 第１１図は、制御部１４によるＰＷＭデータの算出処理
手順を表わすフローチャートである。 第１２図は、ＰＷＭユニットの具体的な電気的構成を示
すブロック図である。 ４８ 第１３図は、ＰＷＭユニッ１・の動作を表わすタイミン
グチャートである。 図において、１０・・ＤＣサーボモータ、１］・・ドラ
イバ部、１２・・・ロータリエンコーダ、１３・・・エ
ンコーダ信号入力部、１４・・・制御部、１５・・・速
度指令信号入力部、１６・・・ＰＷＭユニット、Ｍ１、
Ｍ２・・・メモリ、を示す。 ４つ ２ 寸　　ｈ ２　ｚ Ｚｅ ２ ２ 回Ｗ姪 第 １０ 図 第 １１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、モータ回転速度が指令速度に等しくなるように、モ
   ータをフィードバック制御するモータ制御装置であって
   、 所定タイミングごとに、モータ回転速度に関するデータ
   を算出するデータ算出手段、 モータ回転速度に関するデータを、所定の複数回分、新
   しいもの順に記憶できる複数の記憶エリアを有し、デー
   タ算出手段によってモータ回転速度に関するデータが算
   出されるごとに、既に記憶されているデータを順次１つ
   ずつシフトして最古データを捨て、かつ今回算出された
   データを最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、 記憶手段に記憶されている複数回分のデータのうちの大
   小中央に相当するデータと今回算出された最新データと
   を比較し、最新データが大小中央に相当するデータに該
   当するかまたは該データに対して所定範囲内であるか否
   かに基づいて、モータ回転速度が定常域に達したか否か
   を判定する判定手段、および 判定手段によって、モータ回転速度が定常域に達したと
   判定されたとき、モータをフィードバック制御する制御
   信号成分に位相差制御成分を加え、位相差制御を開始す
   る手段、を含むことを特徴とするモータ制御装置。 ２、モータ回転速度が指令速度に等しくなるように、モ
   ータをフィードバック制御するモータ制御装置であって
   、 所定タイミングごとに、モータ回転速度に関するデータ
   を算出するデータ算出手段、 モータ回転速度に関するデータを、所定の複数回分、新
   しいもの順に記憶できる複数の記憶エリアを有し、デー
   タ算出手段によってモータ回転速度に関するデータが算
   出されるごとに、既に記憶されているデータを順次１つ
   ずつシフトして最古データを捨て、かつ今回算出された
   データを最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、 今回算出された最新データが、記憶手段に記憶されてい
   る複数回分データのうちの大小中央に相当するデータに
   該当するかまたは該データに対して所定の第１範囲内で
   あるか否かを判別する第１判別手段、 記憶手段に記憶されている複数回分のデータのうちの最
   大データと最小データとの差が、所定の第２範囲内であ
   るか否かを判別する第２判別手段、 第１判別手段によって、最新データは大小中央に相当す
   るデータに該当するかまたは該データに対して所定の第
   １範囲内であると判別され、かつ、第２判別手段によっ
   て、最大データと最小データとの差が所定の第２範囲内
   であると判別されたとき、モータ回転速度が定常域に達
   した判定する判定手段、および判定手段によって、モー
   タ回転速度が定常 域に達したと判定されたとき、モータをフィードバック
   制御する制御信号成分に位相差制御成分を加え、位相差
   制御を開始する手段、を含むことを特徴とするモータ制
   御装置。 ３、モータ回転速度が指令速度に等しくなるように、モ
   ータをフィードバック制御するモータ制御装置であって
   、 所定タイミングごとに、モータ回転速度に関するデータ
   を算出するデータ算出手段、 モータ回転速度に関するデータを、所定の複数回分、新
   しいもの順に記憶できる複数の記憶エリアを有し、デー
   タ算出手段によってモータ回転速度に関するデータが算
   出されるごとに、既に記憶されているデータを順次１つ
   ずつシフトして最古データを捨て、かつ今回算出された
   データを最新データ記憶エリアに記憶する記憶手段、 今回算出された最新データが、記憶手段に記憶されてい
   る複数回分のデータのうちの大小中央に相当するデータ
   に該当するかまたは該データに対して所定の第１範囲内
   であるか否かを判別する第１判別手段、 最新データが、予め定める目標回転速度データに対して
   所定の第２範囲内であるか否かを判別する第２判別手段
   、 第１判別手段によって、最新データは大小中央に相当す
   るデータに該当するかまたは該データに対して所定の第
   １範囲内であると判別され、かつ、第２判別手段によっ
   て、最新データは目標回転速度データに対して所定の第
   ２範囲内であると判別されたとき、モータ回転速度が定
   常域に達したと判定する判定手段、および 判定手段によって、モータ回転速度が定常域に達したと
   判定されたとき、モータをフィードバック制御する制御
   信号成分に位相差制御成分を加え、位相差制御を開始す
   る手段、を含むことを特徴とするモータ制御装置。