JPH11187687A

JPH11187687A - 電流リプル検出によるサーボ制御装置

Info

Publication number: JPH11187687A
Application number: JP9365597A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yoshida; 稔吉田; Takuya Suefuji; 卓也末藤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】電流リプルパルスの誤検出を防止して高い制御
精度が得られるモータのサーボ制御装置を提供する。【解決手段】回転速度・位置指令部１４はモータ１の回
転速度および回転量の指令信号を与える。電流信号検出
部１１がモータ電流を検出し電流信号を出力すると、電
流リプル検出部１２が電流信号に発生する電流リプルを
検出し電流リプルパルスを出力する。制御演算部１０
は、回転速度・位置指令部１４から出力された指令信号
を目標値として方向信号および電流リプルパルスから求
めたモータ１の回転速度および回転量を目標値に一致さ
せるように制御信号を生成する。制御演算部１０は電流
リプルパルスにより求められるモータ１の回転速度の移
動平均をモータの回転速度とする移動平均処理部１０ａ
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流モータのモー
タ電流のリプルによりモータの回転を検出してモータを
サーボ制御するようにした電流リプル検出によるサーボ
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、モータの回転速度や回転位置
を指示値に従って制御するためにサーボ制御装置が広く
用いられている。たとえば、モータを用いて灯具を昇降
させたり照明方向を変化させたりすることができるよう
にした可動型の照明装置では、サーボ制御されたモータ
を用いることにより照明装置の移動速度や位置を決定し
ている。

【０００３】モータのサーボ制御装置としては、図３２
に示す構成が考えられている。このサーボ制御装置は、
負荷２を駆動するモータ１としてブラシ付きの直流モー
タを用いており、モータ電流（通常は電機子電流）を電
流信号検出部１１により検出し、検出されたモータ電流
に含まれる電流リプルを電流リプル検出部１２で検出し
て電流リプルパルスＰを発生さている。また、モータ回
転方向検出部１３においてモータ電流の向きに基づいて
モータ１の回転方向を検出し方向信号Ｄを出力する。モ
ータ１の回転速度および回転量の目標値は、回転速度・
位置指令部１４より出力される指令信号Ｓによって与え
られる。指令信号Ｓ、電流リプルパルスＰ、方向信号Ｄ
は制御演算部１０に入力され、電流リプルパルスＰおよ
び方向信号Ｄにより検出されたモータ１の各時点での回
転速度および回転位置が指令信号Ｓにより与えられてい
る目標値に一致するように制御信号Ｃが生成される。制
御信号Ｃはモータ駆動部１６を介してモータ１を制御す
る。つまり、モータ駆動部１６は、制御信号Ｃにより指
示されたモータ１の回転速度や回転量（回転方向を含
む）に応じてモータ１に通電する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、図３１
に示すサーボ制御装置は、モータ電流の電流リプルに基
づいてモータ１の回転速度や回転量を検出するものであ
って、モータ１の回転速度や回転量を検出するためのセ
ンサを別途に設けていないから、構成が簡単であるとい
う利点を有している。その反面、制御演算部１０から出
力される制御信号Ｃの変動や、負荷２の慣性の変動や、
外乱による変動によって電流信号が変動すると、その変
動の大きさによっては電流リプルパルスＰの検出が困難
になり、電流リプルパルスＰを誤検出する場合がある。
電流リプルパルスＰの誤検出が生じると、モータ１の回
転速度や回転量を検出するための電流リプルパルスＰの
計数に誤差が生じて制御精度が低下する。

【０００５】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、電流リプルパルスの誤検出を防止し
て高い制御精度が得られるモータのサーボ制御装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、モー
タの回転速度および回転量の指令信号を与える回転速度
・位置指令部と、モータ回転方向を検出し方向信号を出
力するモータ回転方向検出部と、モータ電流を検出し電
流信号を出力する電流信号検出部と、電流信号に発生す
る電流リプルを検出し電流リプルパルスを出力する電流
リプル検出部と、回転速度・位置指令部から出力された
指令信号を目標値として方向信号および電流リプルパル
スから求めたモータの回転速度および回転量を目標値に
一致させるように制御信号を生成する制御演算部と、制
御信号によりモータを駆動するモータ駆動部とを備え、
電流リプルパルスにより求められるモータの回転速度の
移動平均をモータの回転速度とする移動平均処理部を制
御演算部に設けたものである。

【０００７】請求項２の発明は、モータの回転速度およ
び回転量の指令信号を与える回転速度・位置指令部と、
モータ回転方向を検出し方向信号を出力するモータ回転
方向検出部と、モータ電流を検出し電流信号を出力する
電流信号検出部と、電流信号に発生する電流リプルを検
出し電流リプルパルスを出力する電流リプル検出部と、
回転速度・位置指令部から出力された指令信号を目標値
として方向信号および電流リプルパルスから求めたモー
タの回転速度および回転量を目標値に一致させるように
制御信号を生成する制御演算部と、制御信号によりモー
タを駆動するモータ駆動部とを備え、制御信号の発生時
間間隔よりも短い時間間隔で制御信号を段階的に変化さ
せる制御信号変動抑制部を制御演算部に設けたものであ
る。

【０００８】請求項３の発明は、モータの回転速度およ
び回転量の指令信号を与える回転速度・位置指令部と、
モータ回転方向を検出し方向信号を出力するモータ回転
方向検出部と、モータ電流を検出し電流信号を出力する
電流信号検出部と、電流信号に発生する電流リプルを検
出し電流リプルパルスを出力する電流リプル検出部と、
回転速度・位置指令部から出力された指令信号を目標値
として方向信号および電流リプルパルスから求めたモー
タの回転速度および回転量を目標値に一致させるように
制御信号を生成する制御演算部と、制御信号によりモー
タを駆動するモータ駆動部とを備え、制御演算部は少な
くとも積分演算制御を含み積分演算制御の初期値をモー
タの静止摩擦に瞬時に打ち勝つように設定する積分初期
値処理部を制御演算部に設けたものである。

【０００９】請求項４の発明は、モータの回転速度およ
び回転量の指令信号を与える回転速度・位置指令部と、
モータ回転方向を検出し方向信号を出力するモータ回転
方向検出部と、モータ電流を検出し電流信号を出力する
電流信号検出部と、電流信号に発生する電流リプルを検
出し電流リプルパルスを出力する電流リプル検出部と、
回転速度・位置指令部から出力された指令信号を目標値
として方向信号および電流リプルパルスから求めたモー
タの回転速度および回転量を目標値に一致させるように
制御信号を生成する制御演算部と、制御信号によりモー
タを駆動するモータ駆動部と、起動時に最初の１個の電
流リプルパルスを減算する起動時補正処理部を設けた電
流リプル補償処理部とを備えるものである。

【００１０】請求項５の発明は、モータの回転速度およ
び回転量の指令信号を与える回転速度・位置指令部と、
モータ回転方向を検出し方向信号を出力するモータ回転
方向検出部と、モータ電流を検出し電流信号を出力する
電流信号検出部と、電流信号に発生する電流リプルを検
出し電流リプルパルスを出力する電流リプル検出部と、
回転速度・位置指令部から出力された指令信号を目標値
として方向信号および電流リプルパルスから求めたモー
タの回転速度および回転量を目標値に一致させるように
制御信号を生成する制御演算部と、制御信号によりモー
タを駆動するモータ駆動部と、電流リプルパルスのうち
発生する時間間隔が閾値以下である過剰パルスを無視す
る過剰パルス補償処理部を設けた電流リプル補償処理部
とを備えるものである。

【００１１】請求項６の発明は、モータの回転速度およ
び回転量の指令信号を与える回転速度・位置指令部と、
モータ回転方向を検出し方向信号を出力するモータ回転
方向検出部と、モータ電流を検出し電流信号を出力する
電流信号検出部と、電流信号に発生する電流リプルを検
出し電流リプルパルスを出力する電流リプル検出部と、
回転速度・位置指令部から出力された指令信号を目標値
として方向信号および電流リプルパルスから求めたモー
タの回転速度および回転量を目標値に一致させるように
制御信号を生成する制御演算部と、制御信号によりモー
タを駆動するモータ駆動部と、電流リプルパルスの発生
する時間間隔が閾値以上であるときに電流リプルパルス
を追加するパルス抜け補償処理部を設けた電流リプル補
償処理部とを備えるものである。

【００１２】請求項７の発明は、モータの回転速度およ
び回転量の指令信号を与える回転速度・位置指令部と、
モータ回転方向を検出し方向信号を出力するモータ回転
方向検出部と、モータ電流を検出し電流信号を出力する
電流信号検出部と、電流信号に発生する電流リプルを検
出し電流リプルパルスを出力する電流リプル検出部と、
回転速度・位置指令部から出力された指令信号を目標値
として方向信号および電流リプルパルスから求めたモー
タの回転速度および回転量を目標値に一致させるように
制御信号を生成する制御演算部と、制御信号によりモー
タを駆動するモータ駆動部とを備え、モータの回転速度
に応じて決まる周波数帯域の共振周波数を有する共振形
フィルタを電流リプル検出部に設けたものである。

【００１３】請求項８の発明は、モータの回転速度およ
び回転量の指令信号を与える回転速度・位置指令部と、
モータ回転方向を検出し方向信号を出力するモータ回転
方向検出部と、モータ電流を検出し電流信号を出力する
電流信号検出部と、電流信号に発生する電流リプルを検
出し電流リプルパルスを出力する電流リプル検出部と、
回転速度・位置指令部から出力された指令信号を目標値
として方向信号および電流リプルパルスから求めたモー
タの回転速度および回転量を目標値に一致させるように
制御信号を生成する制御演算部と、制御信号によりモー
タを駆動するモータ駆動部と、モータ電流が最大になっ
た時点を基準として制御演算部への電流リプルパルスの
入力を開始する電流波形処理部を設けた電流リプル補償
処理部とを備えるものである。

【００１４】請求項９の発明は、モータの回転速度およ
び回転量の指令信号を与える回転速度・位置指令部と、
モータ回転方向を検出し方向信号を出力するモータ回転
方向検出部と、モータ電流を検出し電流信号を出力する
電流信号検出部と、電流信号に発生する電流リプルを検
出し電流リプルパルスを出力する電流リプル検出部と、
回転速度・位置指令部から出力された指令信号を目標値
として方向信号および電流リプルパルスから求めたモー
タの回転速度および回転量を目標値に一致させるように
制御信号を生成する制御演算部と、制御信号によりモー
タを駆動するモータ駆動部と、モータに定負荷を与える
定負荷装置とを備えるものである。

【００１５】請求項１０の発明は、モータの回転速度お
よび回転量の指令信号を与える回転速度・位置指令部
と、モータ回転方向を検出し方向信号を出力するモータ
回転方向検出部と、モータ電流を検出し電流信号を出力
する電流信号検出部と、電流信号に発生する電流リプル
を検出し電流リプルパルスを出力する電流リプル検出部
と、回転速度・位置指令部から出力された指令信号を目
標値として方向信号および電流リプルパルスから求めた
モータの回転速度および回転量を目標値に一致させるよ
うに制御信号を生成する制御演算部と、制御信号により
モータを駆動するモータ駆動部と、モータの回転を比較
的高い減速比で減速させて負荷に伝達する減速装置とを
備えるものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態は、図
１に示すように、図３２に示した従来構成において、制
御演算部１０に移動平均処理部１０ａを付加した点に特
徴を有するものである。また、図１においては電流信号
検出部１１で検出したモータ電流に対して補償処理を施
す電流リプル補償処理部１７を設けているが、電流リプ
ル補償処理部１７の具体例は他の実施形態において説明
する。本実施形態では、移動平均処理部１０ａにより電
流リプルパルスＰの移動平均を求めることで、ノイズに
よる誤動作を低減するものである。

【００１７】しかして、本実施形態は、具体的には、図
２に示すように構成される。図２に示す構成では、負荷
２を駆動するモータ１としてはブラシ付きの直流モータ
を用いている。モータ１の駆動には４個のスイッチング
素子をブリッジ接続した、いわゆるフルブリッジ型のブ
リッジ回路２１を用いている。つまり、各一対のスイッ
チング素子の直列回路を並列に接続したブリッジ回路２
１を構成し、ブリッジ回路２１の各アームを構成するス
イッチング素子の接続点を出力端としてモータ１を接続
し、両アームの並列回路の両端間に直流電源を接続して
ある。したがって、スイッチング素子を適宜に制御する
ことによって、モータ１への通電方向を切り換えるとと
もに、モータ１への給電量を調節してモータ１の回転速
度を調節することができる。モータ１への給電量は、ス
イッチング素子をパルス幅（ＰＷＭ）制御することによ
って調節され、単位時間当たりのスイッチング素子のオ
ン期間を長くすればモータ１への給電量が増加すること
になる。

【００１８】したがって、ブリッジ回路２１の各スイッ
チング素子はＰＷＭ信号生成回路２２により生成された
ＰＷＭ信号（モータ１への給電量に応じたパルス幅を有
するパルス信号）によりオンオフ制御される。このよう
に、ブリッジ回路２１とＰＷＭ信号生成回路２２とによ
りモータ駆動部１６が構成されることになる。ＰＷＭ信
号生成回路２２はマイクロコンピュータ（以下、ＭＰＵ
と略称する）２０からのデジタル値の指令値によってＰ
ＷＭ信号を生成する。モータ１には電流検出用の抵抗Ｒ
が直列接続され、ブリッジ回路２１の出力端にはこの直
列回路が接続される（図２では模式的に記載してあ
る）。したがって、抵抗Ｒの両端電圧はモータ電流（電
機子電流）に比例する。いま、モータ１が３極の回転子
を備えているとすれば、モータ１が１回転する間に抵抗
Ｒの両端電圧波形にはリプルによる６つの山または谷が
生じる。また、モータ１の回転方向に応じて抵抗Ｒの両
端電圧波形は正、負の値をとる。この抵抗Ｒが電流信号
検出部１１に対応する。

【００１９】ここで、モータ電流は回転むらにより生じ
る低周波ノイズ、ブラシと整流子とのバウンシングに伴
って発生するブラシノイズ、ＰＷＭ制御に伴って生じる
高周波ノイズなどを含むから、これらのノイズ成分を除
去するとともにブラシと整流子とによる電流切換による
電圧変動を検出することができるようにフィルタ回路２
４によって抵抗Ｒの両端電圧にフィルタリングを施す。
このフィルタ回路２４の出力がモータ１の回転方向およ
び回転速度・回転量の検出に用いられる。

【００２０】まず、モータ１の回転方向を検出するに
は、抵抗Ｒの両端電圧の極性を判定する。たとえば、抵
抗Ｒの両端電圧の極性の正をモータ１の時計方向の回転
に対応付け、負を反時計方向の回転に対応付けるのであ
って、フィルタ回路２４の出力を比較回路２５に入力
し、比較回路２５において抵抗Ｒの両端電圧の極性を判
定し、モータ１の回転方向に対応した方向信号Ｄを発生
させる。つまり、フィルタ回路２４と比較回路２５とに
よりモータ回転方向検出部１３が構成される。

【００２１】一方、モータ１の回転速度・回転量を検出
するには、ブラシと整流子とによる電流切換時に発生す
る電流リプル（抵抗Ｒの両端電圧の変動）を検出する。
つまり、フィルタ回路２４の出力を比較回路２６に入力
し、電流リプルに対応した電流リプルパルスＰを抽出す
る。電流リプルパルスＰの発生個数はモータ１の回転量
に対応し、電流リプルパルスＰの発生間隔はモータ１の
回転速度に対応する。つまり、フィルタ回路２４と比較
回路２６とにより電流リプル検出部１２が構成される。

【００２２】両比較回路２５，２６の出力はアップダウ
ンカウンタ２７に入力され、電流リプルパルスＰをカウ
ントするとともに、電流リプルパルスＰに同期して方向
信号Ｄを取り込み、方向信号Ｄによって電流リプルパル
スＰをアップカウント（＋１）するかダウンカウント
（−１）するかを決める。たとえば、モータ１が時計方
向に回転するときには電流リプルパルスＰをアップカウ
ントし、反時計方向に回転するときには電流リプルパル
スＰをダウンカウントする。

【００２３】アップダウンカウンタ２７の出力値は、現
在位置情報としてＭＰＵ２０に入力される。ＭＰＵ２０
には、目標値としての回転速度および回転位置が指令信
号Ｓによって与えられており、アップダウンカウンタ２
７を通してフィードバックされたモータ１の回転に関す
る情報にＰＩＤ制御演算などを施して、目標値として指
示されている回転速度および回転位置が得られるように
モータ１を制御するためのＰＷＭ信号生成回路２２に指
令値を与える。つまり、アップダウンカウンタ２７と速
度演算回路２８とＭＰＵ２０とにより制御演算部１０が
構成される。

【００２４】ここにおいて、本実施形態ではアップダウ
ンカウンタ２７の出力値が、速度演算回路２８に入力さ
れており、モータ１の回転速度がアップダウンカウンタ
２７の出力値の変化の速度に対応付けて検出される。さ
らに、速度演算回路２８の出力値は本実施形態の特徴で
ある移動平均処理部１０ａとしての移動平均処理回路２
９を通してＭＰＵ２０に入力される。つまり、ＭＰＵ２
０にはアップダウンカウンタ２７の出力と、移動平均処
理回路２９の出力とが入力される。

【００２５】移動平均処理回路２９は、速度演算回路２
８で求めた速度の時系列の移動平均値を求めるものであ
り、以下のような演算処理を行なう。つまり、時刻ｉに
おける速度をＶ（ｉ）とすれば、時刻ｉにおける移動平
均速度Ｖａ（ｉ）は、次式で表される。Ｖａ（ｉ）＝｛Ｖ（ｉ）＋Ｖ（ｉ−１）＋……＋Ｖ（ｉ
−ｎ）｝／ｎこのような移動平均値（移動平均速度）を求めてＭＰＵ
２０に速度値として与えると、単位時間内に計数される
電流リプルパルスＰの個数にばらつきがあっても、ＭＰ
Ｕ２０に入力される速度値のばらつきが低減するから、
電流リプル信号の変動による誤検出を実質的に低減した
ことになる。

【００２６】本実施形態においてモータ１として用いる
ブラシ付きの直流モータは、スロット数とサンプリング
時間とにより単位時間に計数される電流リプルパルスＰ
の個数が定常状態でもばらつくから、モータ１からＰＷ
Ｍ信号生成回路２２に与える信号にもばらつきが生じ
る。このようなばらつきがあると、抵抗Ｒの両端電圧の
リプル成分の過渡的な変動が大きくなって、電流リプル
パルスの誤検出につながる。つまり、速度演算回路２８
で求めた速度が図３のようにばらつくことになる。こ
れに対して、本実施形態のように移動平均処理回路２９
を設けて速度の移動平均値を用いるようにすれば、上述
のような誤検出が抑制され、図３のようにＭＰＵ２０
に入力される速度のばらつきが少なくなり、モータ１の
回転速度や回転量を目標値に合わせて精度よく制御する
ことが可能になる。

【００２７】上述のように、移動平均処理回路２９にお
いて速度の移動平均値を求め、モータ１の速度としてＭ
ＰＵ２０に与えるから、ＭＰＵ２０からＰＷＭ信号生成
回路２２への指令値の変動が低減され、結果的に抵抗Ｒ
の両端電圧のリプルの変動を抑制するのであり、電流リ
プルパルスＰの誤検出が生じないのである。しかも、モ
ータ１の速度や位置を検出するための別途のセンサを設
ける必要がなく、比較的簡単な構成になる。

【００２８】なお、速度演算回路２８および移動平均処
理回路２９と同様の処理はＭＰＵ２０を適宜のソフトウ
ェアで動作させることによって実現してもよい。（実施形態２）本実施形態は、図４に示すように、実施
形態１の構成における移動平均処理部１０ａに代えて制
御信号変動抑制部１０ｂを制御演算部１０に設けたもの
である。具体的には、図５に示すように、移動平均処理
回路２９を省略し、ＭＰＵ２０から制御信号変動抑制部
１０ｂとしての変動抑制回路２３を通してＰＷＭ信号生
成回路２２に指令値を与えるように構成してある。他の
構成は実施形態１と同様である。変動抑制回路２３は、
ＭＰＵ２０から時系列的に出力される時間的に隣接した
２つの指令値の間を段階的に埋めるような指令値を、Ｍ
ＰＵ２０から指令値が発生する時間間隔よりも短い時間
間隔で発生させる。つまり、図６に示すように、後に
発生する指令値に近づけるようにＭＰＵ２０が指令値を
出力する周期よりも短い周期で２つの指令値間を段階的
に近づけるのである（図６はＭＰＵ２０から発生する
指令値を示し、Ｔ１はＭＰＵ２０から指令値が発生する
時間間隔、Ｔ２は変動抑制回路２３から指令値が発生す
る時間間隔を示す）。

【００２９】変動抑制回路２３がなければ、ＭＰＵ２０
の指令値の変動が大きくなったときに、抵抗Ｒの両端電
圧の過渡的な変動が大きくなって電流リプルパルスＰの
検出に誤差が生じやすくなるが、変動抑制回路２３を設
けることによってＰＷＭ信号生成回路２２に与える指令
値の変化を少なくすることで、電流リプルパルスＰを発
生させる時間間隔（抵抗Ｒの両端電圧を検出するサンプ
リング時間）を短くすることができ、結果的にリプル成
分が検出しやすくなる。

【００３０】なお、変動抑制回路２３と同様の処理は、
ＭＰＵ２０を適宜のソフトウェアで動作させることによ
って実現してもよい。（実施形態３）本実施形態は、図７に示すように、実施
形態１の構成において、移動平均処理部１０ａに代えて
積分初期値処理部１０ｃを制御演算部１０に設けたもの
である。具体的には図８に示すように、移動平均処理回
路２９を省略し、ＭＰＵ２０ではＰＩＤ制御演算ではな
くＰＩ制御演算を行なっている。また、ＰＩ制御演算部
２０ａの中の積分演算（Ｉ演算）の初期値をモータ１の
静止摩擦に瞬時に打ち勝つような適当な値に設定してあ
る。いま、ＭＰＵ２０のＰＩ制御演算部２０ａとして図
９のような演算を行なうものとする（比例演算部ＰＯと
積分演算部ＩＯとを示しており、積分演算にはＺ変換を
用いている）。積分初期値が適切でなければ、図１０
（ａ）のように指令値を与えても、モータ１の静止摩擦
の影響で図１０（ｂ）のようにモータ１は回転していな
いが（図１０（ｂ）の電流値は抵抗Ｒの両端電圧と等価
である）、指令値は積分演算によって増加するから、抵
抗Ｒの両端電圧に過渡的な変動が生じ、その変動により
モータ１の回転と関係のない電流リプルパルスＰが発生
することになる。そこで、本実施形態では積分初期値を
適切に設定しモータ１の起動時に静止摩擦に打ち勝って
モータ１を瞬時に回転させることにより、モータ１の回
転と関係のない電流リプルパルスＰが発生するのを防止
しているのである。このように積分初期値を設定するこ
とにより積分処理値処理部１０ｃを構成している。

【００３１】（実施形態４）本実施形態は、図１１に示
すように、実施形態１の構成において、移動平均処理部
１０ａを省略し、電流リプル補償処理部１７として起動
時補正処理部１７ａを設けたものである。具体的には、
図１２に示すように、移動平均処理回路２９を省略し、
モータ１の起動時おけるオーバーシュートにより発生す
ると考えられる１個の電流リプルパルスＰを減算する補
正演算部２０ｂをＭＰＵ２０に設けたものである。この
補正演算部が起動時補正処理部１７ａとして機能するも
のである。

【００３２】モータ１の起動時には、モータ系の動特性
のために図１３（ａ）のように抵抗Ｒの両端電圧（図１
３（ａ）の電流値は抵抗Ｒの両端電圧と等価である）に
オーバーシュートが生じることがある。オーバーシュー
トが生じると、図１３（ｂ）のようにリプル成分として
誤検出し、余分な電流リプルパルスＰを発生させること
になる。そこで、補正演算部２０ｂにおいて電流リプル
パルスＰを１個分減らすことによって、電流リプルパル
スＰの数を補正するのである。このような演算を施すこ
とにより、モータ１の起動時のオーバーシュートによる
電流リプルパルスＰの誤検出を防止し、モータ１の回転
速度および回転量を精度よく制御することができるので
ある。

【００３３】（実施形態５）本実施形態は、図１４に示
すように、実施形態１の構成において、移動平均処理部
１０ａを省略し、電流リプル補償処理部１７として過剰
パルス補償処理部１７ｂを設けたものである。具体的に
は図１５に示すように、移動平均処理回路２９を省略
し、比較回路２６とアップダウンカウンタ２７との間に
過剰パルス補償処理部１７ｂとして過剰パルス補償回路
３０を挿入したものである。

【００３４】過剰パルス補償回路３０では、比較回路２
６から出力された電流リプルパルスＰの周期Ｔが規定の
閾値Ｔ１以下（つまり、Ｔ≦Ｔ１）であるときに、その
電流リプルパルスＰを過剰パルスと判断して除去するも
のである。つまり、図１６に実線で示す電流リプルパル
スＰの発生する時間間隔が閾値Ｔ１よりも大きく、破線
で示す電流リプルパルスＰは時間間隔が閾値Ｔ１よりも
小さいときには、破線の電流リプルパルスＰが除去さ
れ、アップダウンカウンタ２７には入力されないのであ
る。ここにおいて、閾値Ｔ１はモータ１の回転において
物理的に考えられない短い時間間隔で発生する電流リプ
ルパルスＰを検出するように設定されている。つまり、
このような電流リプルパルスＰはノイズにより生じたも
のであり、本来の電流リプルパルスＰではないから、過
剰パルス補償回路３０において過剰パルスとして間引
き、電流リプルパルスＰの誤検出を防止するのである。

【００３５】（実施形態６）本実施形態は、図１７に示
すように、実施形態１の構成において、移動平均処理部
１０ａを省略し、電流リプル補償処理部１７としてパル
ス抜け補償処理部１７ｃを設けたものである。具体的に
は図１８に示すように、移動平均処理回路２９を省略
し、比較回路２６とアップダウンカウンタ２７との間に
パルス抜け補償処理部１７ｃとしてパルス抜け補償回路
３１を挿入したものである。

【００３６】パスル抜け補償回路３１では、比較回路２
６から出力された電流リプルパルスＰの周期Ｔが規定の
閾値Ｔ２以上（つまり、Ｔ≧Ｔ２）であるときに、電流
リプルパルスＰに抜けが生じているものとして、アップ
ダウンカウンタ２７に入力する電流リプルパルスＰを追
加する。つまり、図１９に破線で示すように、実線で示
す電流リプルパルスＰの時間間隔が閾値Ｔ２より長くな
ると電流リプルパルスＰが追加されるのである。ここに
おいて、閾値Ｔ２はモータ１の回転において物理的には
当然発生すると考えられる時間間隔に基づいて設定され
る。つまり、電流リプルパルスＰが発生すると予測され
る時間内に発生しない場合には、電流リプルパルスＰに
抜け落ちがあるものとみなして電流リプルパルスＰを追
加し、電流リプルパルスＰの誤検出を防止するのであ
る。

【００３７】（実施形態７）本実施形態は、図２０に示
すように、実施形態１の構成において、移動平均処理部
１０ａを省略し、電流リプル検出部１２に含まれるフィ
ルタ回路として共振形フィルタ１２ａを用いたものであ
る。具体的には図２１に示すように、移動平均処理回路
２９を省略し、共振形フィルタ１２ａであるフィルタ回
路２４ａを用い、その共振周波数を抵抗Ｒの両端電圧の
リプル成分の周波数帯域に設定したものである。たとえ
ば、モータ回転速度が５００〜５０００ｒｐｍであれ
ば、抵抗Ｒの両端電圧のリプル成分の周波数帯域は５０
〜５００Ｈｚになるから、フィルタ回路２４ａの共振周
波数を２００Ｈｚに設定しておく。つまり、図２２に示
すように、電流切換に伴うリプル成分が生じる周波数帯
域ｆに共振周波数をもつフィルタ回路２４ａを設けるこ
とにより、モータ１の電流切換に伴うリプル成分と他の
ノイズ成分との信号比を大きくすることができ、ＳＮ比
が向上して電流リプルパルスＰの検出が容易になる。そ
の結果、電流リプルパルスＰの誤検出が防止され、モー
タ１の回転速度および回転量を精度よく制御することが
できる。

【００３８】（実施形態８）本実施形態は、図２３に示
すように、実施形態１の構成において、移動平均処理部
１０ａを省略し、電流リプル補償処理部１７として電流
波形処理部１７ｄを設けたものである。具体的には図２
４に示すように、移動平均処理回路２９を省略し、フィ
ルタ回路２４の出力をＡ／Ｄコンパータ３２によりＡ／
Ｄ変換してＭＰＵ２０に入力するとともに、フィルタ回
路２４により抽出した電圧波形（モータ電流の波形）に
基づいてモータ１の回転開始時点を抽出するものであ
る。つまり、Ａ／Ｄコンバータ３２とＭＰＵ２０とによ
り電流波形処理部１７ｄを構成している。

【００３９】本実施形態は、モータ１の起動時には図２
５に示すようにモータ電流が最大値（定常状態より大き
な値に設定した閾値以上）になることを利用し、モータ
電流が最大になる時刻ｔ０を検出して、この時刻ｔ０を
モータ１の回転が開始された時刻とみなし、時刻以降の
電流リプルパルスＰのみを計数するように、ＭＰＵ２０
からアップダウンカウンタ２７に指示を与えるのであ
る。

【００４０】この構成により、モータ電流の波形を用い
てモータ１の回転開始時刻を決定するから、回転速度お
よび回転量の指令信号Ｃを与えた直後であって、モータ
１が静止摩擦に打ち勝つまでの時間内におけるモータ電
流の過渡的な変動を無視することができ、モータ１の起
動時においてモータ１の回転と無関係な電流リプルパル
スＰを計数することがなく、電流リプルパルスＰの誤検
出を防止することができる。

【００４１】（実施形態９）本実施形態は、図２６に示
すように、実施形態１の構成において、移動平均処理部
１０ａを省略し、モータ１に定負荷装置３による負荷を
作用させている。具体的には図２７に示すように、移動
平均処理回路２９を省略し、モータ１に定負荷装置３を
付加してある。定負荷装置３はたとえば摩擦を大きくす
る。

【００４２】本実施形態は、モータ１に定負荷装置３を
付加しないときには図２８（ａ）のようにリプル成分が
比較的少なく、モータ１に定負荷装置３を付加すると図
２８（ｂ）のようにリプル成分が増加するという知見に
基づいてなされたものであり、モータ１に定負荷装置３
による定負荷を与えることによってモータ電流のリプル
成分を増加させ、電流リプルパルスＰを検出しやすくし
てある。

【００４３】（実施形態１０）本実施形態は、図２９に
示すように、実施形態１の構成において、移動平均処理
部１０ａを省略し、モータ１に減速比の大きい減速装置
４を介して負荷２を結合したものである。具体的には、
図３０に示すように、移動平均処理回路２９を省略し、
減速比の大きい減速装置４を介してモータ１に負荷２を
結合している。本実施形態は、２次側慣性の影響は減速
比の２乗、外乱信号の影響は減速比に比例して低減する
という知見に基づいて採用したものであり、減速比の大
きい減速装置を用いていることにより、２次慣性変動、
外乱変動の影響によるモータ電流のリプル成分の変動を
低減させることができ、結果的にリップル成分の検出が
容易になる。つまり、減速比の大きい減速装置４を設け
たことによって、２次側慣性変動、外乱変動の影響によ
るリプル成分の変動を抑制し、電流リプルパルスＰの誤
検出を防止することができる。

【００４４】なお、上述した各実施形態は、適宜に組み
合わせることが可能であって、たとえば、本実施形態の
構成に図１７に示した実施形態６の構成を組み合わせる
と図３１に示す構成とすることが可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明は上述した構成を採用しているこ
とによって、制御信号が変動する場合、２次側慣性が変
動する、外乱による変動がある場合などでも、各請求項
の発明の構成を適宜に採用することによって、電流リプ
ルパルスを誤検出することがなく、モータの回転速度や
回転量を正確に検出することができ、モータの回転を検
出するセンサを別途に用いない構成ながらも精度のよい
制御が可能になるという利点を有する。また、モータ以
外の構成部品を１枚の回路基板に実装することが可能で
あって小型化が可能になるという利点があり、しかも、
センサを用いていないから、センサとモータとの調節作
業が不要であり、また負荷との調整作業も省略すること
ができるから、総合的に低コストで提供することができ
るという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の基本構成を示すブロック図であ
る。

【図２】実施形態１を示すブロック図である。

【図３】実施形態１の動作説明図である。

【図４】実施形態２の基本構成を示すブロック図であ
る。

【図５】実施形態２を示すブロック図である。

【図６】実施形態２の動作説明図である。

【図７】実施形態３の基本構成を示すブロック図であ
る。

【図８】実施形態３を示すブロック図である。

【図９】実施形態３の要部ブロック図である。

【図１０】実施形態３の動作説明図である。

【図１１】実施形態４の基本構成を示すブロック図であ
る。

【図１２】実施形態４を示すブロック図である。

【図１３】実施形態４の動作説明図である。

【図１４】実施形態５の基本構成を示すブロック図であ
る。

【図１５】実施形態５を示すブロック図である。

【図１６】実施形態５の動作説明図である。

【図１７】実施形態６の基本構成を示すブロック図であ
る。

【図１８】実施形態６を示すブロック図である。

【図１９】実施形態６の動作説明図である。

【図２０】実施形態７の基本構成を示すブロック図であ
る。

【図２１】実施形態７を示すブロック図である。

【図２２】実施形態７の動作説明図である。

【図２３】実施形態８の基本構成を示すブロック図であ
る。

【図２４】実施形態８を示すブロック図である。

【図２５】実施形態８の動作説明図である。

【図２６】実施形態９の基本構成を示すブロック図であ
る。

【図２７】実施形態９を示すブロック図である。

【図２８】実施形態９の動作説明図である。

【図２９】実施形態１０の基本構成を示すブロック図で
ある。

【図３０】実施形態１０を示すブロック図である。

【図３１】実施形態１０の他の構成例を示すブロック図
である。

【図３２】従来例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１モータ２負荷１０制御演算部１０ａ移動平均処理部１０ｂ制御信号変動抑制部１０ｃ積分初期値処理部１１電流信号検出部１２電流リプル検出部１２ａ共振形フィルタ１３モータ回転方向検出部１４回転速度・位置指令部１６モータ駆動部１７電流リプル補償処理部１７ａ起動時補正処理部１７ｂ過剰パルス補償処理部１７ｃパルス抜け補償処理部１７ｄ電流波形処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータの回転速度および回転量の指令信
号を与える回転速度・位置指令部と、モータ回転方向を
検出し方向信号を出力するモータ回転方向検出部と、モ
ータ電流を検出し電流信号を出力する電流信号検出部
と、電流信号に発生する電流リプルを検出し電流リプル
パルスを出力する電流リプル検出部と、回転速度・位置
指令部から出力された指令信号を目標値として方向信号
および電流リプルパルスから求めたモータの回転速度お
よび回転量を目標値に一致させるように制御信号を生成
する制御演算部と、制御信号によりモータを駆動するモ
ータ駆動部とを備え、電流リプルパルスにより求められ
るモータの回転速度の移動平均をモータの回転速度とす
る移動平均処理部を制御演算部に設けたことを特徴とす
る電流リプル検出によるサーボ制御装置。
【請求項２】モータの回転速度および回転量の指令信
号を与える回転速度・位置指令部と、モータ回転方向を
検出し方向信号を出力するモータ回転方向検出部と、モ
ータ電流を検出し電流信号を出力する電流信号検出部
と、電流信号に発生する電流リプルを検出し電流リプル
パルスを出力する電流リプル検出部と、回転速度・位置
指令部から出力された指令信号を目標値として方向信号
および電流リプルパルスから求めたモータの回転速度お
よび回転量を目標値に一致させるように制御信号を生成
する制御演算部と、制御信号によりモータを駆動するモ
ータ駆動部とを備え、制御信号の発生時間間隔よりも短
い時間間隔で制御信号を段階的に変化させる制御信号変
動抑制部を制御演算部に設けたことを特徴とする電流リ
プル検出によるサーボ制御装置。
【請求項３】モータの回転速度および回転量の指令信
号を与える回転速度・位置指令部と、モータ回転方向を
検出し方向信号を出力するモータ回転方向検出部と、モ
ータ電流を検出し電流信号を出力する電流信号検出部
と、電流信号に発生する電流リプルを検出し電流リプル
パルスを出力する電流リプル検出部と、回転速度・位置
指令部から出力された指令信号を目標値として方向信号
および電流リプルパルスから求めたモータの回転速度お
よび回転量を目標値に一致させるように制御信号を生成
する制御演算部と、制御信号によりモータを駆動するモ
ータ駆動部とを備え、制御演算部は少なくとも積分演算
制御を含み積分演算制御の初期値をモータの静止摩擦に
瞬時に打ち勝つように設定する積分初期値処理部を制御
演算部に設けたことを特徴とする電流リプル検出による
サーボ制御装置。
【請求項４】モータの回転速度および回転量の指令信
号を与える回転速度・位置指令部と、モータ回転方向を
検出し方向信号を出力するモータ回転方向検出部と、モ
ータ電流を検出し電流信号を出力する電流信号検出部
と、電流信号に発生する電流リプルを検出し電流リプル
パルスを出力する電流リプル検出部と、回転速度・位置
指令部から出力された指令信号を目標値として方向信号
および電流リプルパルスから求めたモータの回転速度お
よび回転量を目標値に一致させるように制御信号を生成
する制御演算部と、制御信号によりモータを駆動するモ
ータ駆動部と、起動時に最初の１個の電流リプルパルス
を減算する起動時補正処理部を設けた電流リプル補償処
理部とを備えることを特徴とする電流リプル検出による
サーボ制御装置。
【請求項５】モータの回転速度および回転量の指令信
号を与える回転速度・位置指令部と、モータ回転方向を
検出し方向信号を出力するモータ回転方向検出部と、モ
ータ電流を検出し電流信号を出力する電流信号検出部
と、電流信号に発生する電流リプルを検出し電流リプル
パルスを出力する電流リプル検出部と、回転速度・位置
指令部から出力された指令信号を目標値として方向信号
および電流リプルパルスから求めたモータの回転速度お
よび回転量を目標値に一致させるように制御信号を生成
する制御演算部と、制御信号によりモータを駆動するモ
ータ駆動部と、電流リプルパルスのうち発生する時間間
隔が閾値以下である過剰パルスを無視する過剰パルス補
償処理部を設けた電流リプル補償処理部とを備えること
を特徴とする電流リプル検出によるサーボ制御装置。
【請求項６】モータの回転速度および回転量の指令信
号を与える回転速度・位置指令部と、モータ回転方向を
検出し方向信号を出力するモータ回転方向検出部と、モ
ータ電流を検出し電流信号を出力する電流信号検出部
と、電流信号に発生する電流リプルを検出し電流リプル
パルスを出力する電流リプル検出部と、回転速度・位置
指令部から出力された指令信号を目標値として方向信号
および電流リプルパルスから求めたモータの回転速度お
よび回転量を目標値に一致させるように制御信号を生成
する制御演算部と、制御信号によりモータを駆動するモ
ータ駆動部と、電流リプルパルスの発生する時間間隔が
閾値以上であるときに電流リプルパルスを追加するパル
ス抜け補償処理部を設けた電流リプル補償処理部とを備
えることを特徴とする電流リプル検出によるサーボ制御
装置。
【請求項７】モータの回転速度および回転量の指令信
号を与える回転速度・位置指令部と、モータ回転方向を
検出し方向信号を出力するモータ回転方向検出部と、モ
ータ電流を検出し電流信号を出力する電流信号検出部
と、電流信号に発生する電流リプルを検出し電流リプル
パルスを出力する電流リプル検出部と、回転速度・位置
指令部から出力された指令信号を目標値として方向信号
および電流リプルパルスから求めたモータの回転速度お
よび回転量を目標値に一致させるように制御信号を生成
する制御演算部と、制御信号によりモータを駆動するモ
ータ駆動部とを備え、モータの回転速度に応じて決まる
周波数帯域の共振周波数を有する共振形フィルタを電流
リプル検出部に設けたことを特徴とする電流リプル検出
によるサーボ制御装置。
【請求項８】モータの回転速度および回転量の指令信
号を与える回転速度・位置指令部と、モータ回転方向を
検出し方向信号を出力するモータ回転方向検出部と、モ
ータ電流を検出し電流信号を出力する電流信号検出部
と、電流信号に発生する電流リプルを検出し電流リプル
パルスを出力する電流リプル検出部と、回転速度・位置
指令部から出力された指令信号を目標値として方向信号
および電流リプルパルスから求めたモータの回転速度お
よび回転量を目標値に一致させるように制御信号を生成
する制御演算部と、制御信号によりモータを駆動するモ
ータ駆動部と、モータ電流が最大になった時点を基準と
して制御演算部への電流リプルパルスの入力を開始する
電流波形処理部を設けた電流リプル補償処理部とを備え
ることを特徴とする電流リプル検出によるサーボ制御装
置。
【請求項９】モータの回転速度および回転量の指令信
号を与える回転速度・位置指令部と、モータ回転方向を
検出し方向信号を出力するモータ回転方向検出部と、モ
ータ電流を検出し電流信号を出力する電流信号検出部
と、電流信号に発生する電流リプルを検出し電流リプル
パルスを出力する電流リプル検出部と、回転速度・位置
指令部から出力された指令信号を目標値として方向信号
および電流リプルパルスから求めたモータの回転速度お
よび回転量を目標値に一致させるように制御信号を生成
する制御演算部と、制御信号によりモータを駆動するモ
ータ駆動部と、モータに定負荷を与える定負荷装置とを
備えることを特徴とする電流リプル検出によるサーボ制
御装置。
【請求項１０】モータの回転速度および回転量の指令
信号を与える回転速度・位置指令部と、モータ回転方向
を検出し方向信号を出力するモータ回転方向検出部と、
モータ電流を検出し電流信号を出力する電流信号検出部
と、電流信号に発生する電流リプルを検出し電流リプル
パルスを出力する電流リプル検出部と、回転速度・位置
指令部から出力された指令信号を目標値として方向信号
および電流リプルパルスから求めたモータの回転速度お
よび回転量を目標値に一致させるように制御信号を生成
する制御演算部と、制御信号によりモータを駆動するモ
ータ駆動部と、モータの回転を比較的高い減速比で減速
させて負荷に伝達する減速装置とを備えることを特徴と
する電流リプル検出によるサーボ制御装置。