JPH1132494A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号遅延を正確に把握してリップル成分の除
去において反映させること。 【解決手段】 本発明のモータ制御装置１は、所定の速
度指令値を基準とした既知の周波数および振幅から成る
信号をＤＣモータ２に入力し、この入力信号と、ロータ
リエンコーダやリニアエンコーダ３ａによって検出した
先の入力信号によるＤＣモータ２の回転速度に応じた出
力信号との位相差を検出し、この検出した位相差に基づ
きＤＣモータ２へ与える速度指令値の遅延を加味した補
正値を補正演算部１０９で演算している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の速度指令値
に基づき安定した速度でモータを回転させるモータ制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、モータの回転を安定させる技術の
一つとして「学習制御による小型ブラシレスモータの回
転むら低減技術」（田島文男、森永茂樹、片山博、成島
誠一、宮下邦夫、電気学会論文Ｄ、１１０巻１２号、平
成２年）が開示されている。

【０００３】この技術では、マイクロコンピュータを用
いて、演算で高精度な制御を行うことによって少量のメ
モリ容量で回転むらを低減することが記載されている。
すなわち、回転むらの特定周波数成分に着目して、先ず
その位相と大きさを検出し、トルクリップルを正弦波成
分と余弦波成分とに分離して補正データを計算し、その
要因であるトルクリップルと逆相のｎ次の補正トルクを
合成することによって回転むらを低減するようにしてい
る。

【０００４】また、回転むらの中から対象とするトルク
リップルの成分を順次検出して、この周波数の回転むら
成分を零とするようなフィードバック制御系を構成し、
それに対応する補正トルク信号の生成を行っている。

【０００５】このリップル成分の検出には、先ずオープ
ン状態にて所定の速度指令値を送出し、エンコーダ信号
によりその変動分を記録し、変動のピーク信号によりフ
ィードバック系の遅れを検出するというものである。

【０００６】以下の数１に、補正信号の演算式を示す。

【０００７】

【数１】

【０００８】この数１では、周期Ｐで変動する速度脈動
を測定している。なお、Ｃ_n 、Ｄ_nは補正すべき速度脈
動の周波数の係数である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常、
モータ等の制御対象物には負荷変動、外乱、筐体からの
振動、他の振動源からの変動等があり、これらの変動に
よって速度検出信号にトルクリップル以外のノイズがの
りやすく、リップル信号を誤検出する原因となってい
る。また、これらのノイズによって信号遅延を正確に把
握できず、補正信号の計算誤差を生じてモータの安定制
御の妨げとなっている。

【００１０】よって、本発明はフィードバック制御系の
信号遅延を正確に把握してリップル成分を十分に抑制で
きるモータ制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成されたモータ制御装置である。すな
わち、本発明のモータ制御装置は、モータの回転速度を
検出する回転検出手段と、所定の速度指令値を基準とし
た既知の周波数および振幅から成る信号をモータに入力
する信号入力手段と、信号入力手段からモータに入力し
た信号と、回転検出手段で得た先の信号によるモータの
回転速度に応じた出力信号との位相差を検出する位相差
検出手段と、位相差検出手段にて検出した位相差に基づ
きモータへ与える速度指令値に補正を加える補正演算手
段とを備えている。

【００１２】本発明では、信号入力手段からモータへ既
知の周波数および振幅から成る信号を入力し、この既知
の信号とその信号によるモータの回転速度に応じた出力
信号との位相差を位相差検出手段によって検出してい
る。つまり、既知の周波数および振幅から成る信号をモ
ータに入力することで、その既知の信号の周波数および
振幅と回転速度に応じた出力信号の周波数および振幅と
が明確に対応付けされるようになり、位相差すなわち信
号遅延を正確にとらえて補正を行うことができるように
なる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のモータ制御装置
における実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本
実施形態におけるモータ制御装置１を説明するブロック
構成図、図２はインクジェットプリンタ１０への適用例
を示す図、図３は印字ヘッドの速度プロファイルを示す
図である。

【００１４】例えば、本実施形態におけるモータ制御装
置１は、図２に示すようなインクジェットプリンタ１０
の印字ヘッド５を制御するために用いられるものであ
る。印字ヘッド５は、プーリー２ａに掛けられたベルト
４に取り付けられており、このプーリー２ａをＤＣモー
タ２で回転させるようになっている。

【００１５】すなわち、ＤＣモータ２を所定方向に回転
させることでプーリー２ａを回し、ベルト４を移動させ
ることで印字ヘッド５を平行移動させる（図中矢印Ａ参
照）。

【００１６】ＤＣモータ２の回転速度はロータリーエン
コーダやリニアエンコーダ３ａから送られる信号によっ
て回転検出部３で検出する。また、ＤＣモータ２には、
ＤＣモータ２の１回転ごとに１つの信号を発生するエン
コーダＥが設けられ、回転検出部３へその信号を出力し
ている。本実施形態におけるモータ制御装置１は、この
回転検出部３から出力される検出結果に基づきＤＣモー
タ２へ与える信号を制御して、その回転方向および回転
速度を制御する。

【００１７】つまり、図３に示すように、印字ヘッドは
所定の印字を行うためその移動速度を増していき、一定
の速度となった段階で印字を行う（印字区間）。そし
て、例えば１ライン分の印字を終了した後、反対方向へ
移動してスタート位置まで戻るようにする（戻り区
間）。

【００１８】本実施形態のモータ制御装置１は、このよ
うに印字ヘッド等を移動させるためのＤＣモータ２の回
転を制御するものであり、主としてＤＣモータ２の回転
におけるリップルを補正する補正部１ａと、この補正部
１ａによって求めた補正値を用いてＤＣモータ２の回転
を制御する制御部１ｂとから構成される。

【００１９】図１に示すように、モータ制御装置部１は
ワンチップ（１ＣＨＩＰ）ＣＰＵによるハードウェア
と、ＤＣモータ２に対する回転制御補償を行うソフトウ
ェア（Ｓｏｆｔｗａｒｅ）とから構成されている。この
うち、図２に示す補正部１ａは、トリガ信号発生部１０
７、データ取り込み部１０８、補正演算部１０９によっ
て構成され、制御部１ｂはその他の部分によって構成さ
れる。

【００２０】以下、各構成要素について説明する。先
ず、ハードウェア構成におけるエンコーダＩ／Ｆ１０１
は、ロータリーエンコーダやリニアエンコーダ３ａで検
知した信号を受け、ノイズ成分を除去して出力する。

【００２１】エッジ間検出回路１０２では、エンコーダ
Ｉ／Ｆ１０１から出力されるパルス信号の例えば立ち上
がり間隔を検出する。カウンタ回路１０３は、エッジ間
検出回路１０２で検出した１つのエッジ間におけるＦａ
ｓｔクロック数を計数する。Ｆａｓｔクロック発生回路
１０４は、カウンタ回路１０３で使用するＦａｓｔクロ
ックを発生する。

【００２２】メモリー１０５は、カウンタ回路１０３で
計数したＦａｓｔクロック数を記憶するものである。タ
イマー回路１０６はサンプリングを行うための期間を設
定する。

【００２３】また、トリガ信号発生部１０７は、所定間
隔のトリガ信号を発生する。データ取り込み部１０８
は、トリガ信号発生部１０７で発生したトリガ信号に基
づきＤＣモータ２の回転速度に応じた出力信号を取り込
む。補正演算部１０９は、データ取り込み部１０８で取
り込んだ出力信号に基づいて回路遅延を計算して補正値
を求める。

【００２４】回路イネーブル信号１１０は、回転制御に
おいて何らかのトラブルが発生した場合にイネーブル信
号を貫通電流防止回路３０１へ出力し、各回路の破損を
防止するようにしている。

【００２５】また、ソフトウェア構成における目標速度
設定部２０１では、制御を行うＤＣモータ２の回転にお
ける目標速度を設定する。速度データ演算部２０２で
は、演算速度データ＝Ｆａｓｔクロック／キャプチャー
から成る演算を行って実際のＤＣモータ２の回転速度を
演算する。

【００２６】速度補償演算部２０３は、速度データ演算
部２０２で演算した実際の回転速度を目標速度設定部２
０１で設定した目標速度にするための補償値を演算す
る。始動値設定部２０４では、ＤＣモータ２の回転を開
始する際のＰＷＭ（位相幅変調）値を設定する。

【００２７】位置補償演算部２０５は、速度誤差累積値
２０６と目標位置設定部２０７での目標位置とに基づい
て位置補償値を演算している。

【００２８】また、ソフトウェア構成の中の速度補償演
算部２０３、始動値設置部２０４、位置補償演算部２０
５からの出力は、各々ＰＷＭ出力回路３００に入力され
る。このＰＷＭ出力回路３００からは、各データに基づ
きＤＣモータ２を駆動するための所定デューティのパル
ス信号が出力される。

【００２９】ＰＷＭ出力回路３００から出力されるパル
ス信号は貫通電流防止回路３０１、電流制御回路３０
２、ドライバー回路３０３を介してＤＣモータ２に入力
される。すなわち、ＤＣモータ２は、ＰＷＭ出力回路３
００から出力されるパルス信号のデューティに応じた回
転速度で回転することになる。

【００３０】上記のソフトウェア構成は、ＲＯＭ３０４
内に格納されたプログラム処理をＲＡＭ３０５に読み込
み、これを実行することによって実現している。

【００３１】図４は第１実施形態における遅延検出を説
明する図で、（ａ）は補正なしの状態、（ｂ）はデータ
取り込み状態、（ｃ）は補正後の状態を示している。ま
た、図４（ａ）〜（ｃ）の各図において上図は入力信号
波形、下図は出力信号波形を示している。

【００３２】第１実施形態では、ＤＣモータ２の回転に
おけるリップルを低減するにあたり、既知の信号を入力
することによりフィードバック制御系の信号遅延を予め
正確に把握する点に特徴がある。

【００３３】すなわち、図４（ａ）上図に示すように、
一定の速度指令値を入力信号としてＤＣモータ２に与え
て回転させた場合、図４（ａ）下図に示すようにその回
転速度（出力信号）として所定周期のリップルが発生す
る。また、この出力信号にはリップルの他に回路構成や
外乱によって生じる遅延も含まれている。

【００３４】第１実施形態では先ず、フィードバック制
御を用いないオープン状態で、図４（ｂ）の上図に示す
ように、所定の速度指令値を基準とした既知のサインも
しくはコサイン等の周期および振幅を持った信号を入力
信号としてＤＣモータ２へ与える。

【００３５】ＤＣモータ２はこの既知のサインもしくは
コサイン等の周期および振幅を持った信号に基づき回転
する。この回転速度は図１に示すロータリエンコーダや
リニアエンコーダ３ａで検知する。また、図２に示すイ
ンクジェットプリンタ１０の場合には、ＤＣモータ２の
軸に取り付けられたエンコーダＥから出力されるＤＣモ
ータ２の１回転で１つの信号に基づいて検知する。図４
（ｂ）の下図に示すように、回転速度における出力信号
としては、入力信号に対して所定の遅延時間ｔを持った
波形となる。

【００３６】図１に示すデータ取り込み部１０８は、ト
リガ信号発生部１０７で発生したトリガ信号に基づきこ
の出力信号を取り込み、補正演算部１０９へ渡す。補正
演算部１０９は、入力信号である既知のサインもしくは
コサイン等の周期および振幅を持った信号と、この入力
信号で回転するＤＣモータ２からの出力信号の波形とを
比較する。

【００３７】すなわち、入力信号として既知のサインも
しくはコサイン等の波形を用いていることから、そのピ
ークと出力信号の波形におけるピークとのずれ（位相
差）を検出することで容易に遅延時間ｔを計算すること
ができる。この遅延時間ｔには種々の外乱による影響が
含まれているものとなる。

【００３８】次に、フィードバック制御状態でＤＣモー
タ２を回転させる。この際には、図４（ｃ）の上図に示
すように、速度指令値に先に計算した遅延時間ｔを加味
するとともに、リップル成分を打ち消すような入力信号
をＤＣモータ２へ与える。これによって、図４（ｃ）の
下図のように、ＤＣモータ２の回転に含まれるリップル
成分を抑制することが可能となる。

【００３９】図５および図６は、本実施形態における遅
延時間検出とこれを用いた回転制御のフローチャートで
ある。先ず、図５のステップＳ１０１に示すように、フ
ィードバック制御を用いないオープン状態での制御を行
う。次に、ステップＳ１０２に示すように、既知の速度
指示値（例えば、Ｓｉｎｅ：サイン波形）の入力信号を
送出してＤＣモータ２（図１参照）を回転させる。

【００４０】次いで、図１０３において、その入力信号
によって回転するＤＣモータ２の速度データをデータ取
り込み部１０８（図１参照）で取り込み、ステップＳ１
０４に示すように、取得データのある範囲内にてその波
形のピーク値の検出を行い、周波数の推定を行う。

【００４１】ステップＳ１０５では、この推定した周波
数と入力信号である既知の周波数とが近い値であるか否
かを判断し、近い値であればＹｅｓとなってステップＳ
１０６に示す遅延時間の計算を行う。

【００４２】推定した周波数と入力信号である既知の周
波数とが近い値でない場合にはステップＳ１０５の判断
でＮｏとなり、ステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１
０７では、周波数のずれがノイズによるものか否かの判
断を行い、ノイズによるものであればＹｅｓとなってス
テップＳ１０８へ進み、ノイズ分の周波数は無視してス
テップＳ１０４へ戻り、再度周波数の推定を行う。

【００４３】また、ステップＳ１０７において周波数の
ずれがノイズによるものでないと判断した場合にはＮｏ
となり、ステップＳ１０９ヘ進んで警告送出を行う。

【００４４】次に、図６のステップＳ２０１に示すよう
に、再度オープン制御を行う。次いで、ステップＳ２０
２では、図５のステップＳ１０６で計算した遅延時間を
加算した入力信号をＤＣモータ２（図１参照）へ与えて
速度データを取得する。

【００４５】そして、ステップＳ２０３では、取得した
速度データ（遅延時間を加味した入力信号に対する出力
信号）を用い、これと逆特性となるようなデータを演算
し、速度指示値に反映させる。

【００４６】これによって、正確な遅延時間を把握して
これを加味するとともにリップル成分を打ち消すような
入力信号をＤＣモータ２へ与えることができ、リップル
成分を十分抑制することが可能となる。

【００４７】次に、図７に基づいて第２実施形態の説明
を行う。第２実施形態では、第１実施形態と同様に遅延
時間を検出するにあたり、所定の周波数および振幅を持
った入力信号を与えて、そのピークと入力信号によるＤ
Ｃモータ２（図１参照）の回転速度に応じた出力信号の
ピークとのずれ（位相差）を求める点は同じであるが、
入力信号として所定の速度指令値を基準とした既知のも
の（サインもしくはコサイン等の周期および振幅を持っ
た信号およびその信号に所定の係数を掛けた周期および
振幅のものを用いる点で相違する。

【００４８】すなわち、先ず図７（ａ）に示すように、
ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）測定によってリップ
ル周波数ｆ１を予測もしくは測定し、図７（ｂ）に示す
ように、このｆ１の周波数に所定の係数（例えば、１．
５）を掛けたＦ２を算出する。また、ｆ１の振幅にも所
定の係数（例えば、２〜３）を掛けたものを算出する。

【００４９】そして、このｆ１およびＦ２を入力信号と
してＤＣモータ２（図１参照）へ与え、その際の回転速
度すなわち出力信号を取得する。その後は入力信号ｆ１
とＦ２とのピークと出力信号のピークとのずれ（位相
差）を検出して、遅延時間を計算し、これを加味すると
ともにリップル成分を打ち消すような入力信号をＤＣモ
ータ２へ与えることになる。

【００５０】第２実施形態のように、リップル周波数ｆ
１とこの周波数および振幅に各々所定の係数を掛けたＦ
２を入力信号として用い、ｆ１とＦ２とのピーク信号を
検出することにより、単にサインやコサイン等の波形を
入力信号とするよりも、ピーク検出すなわち入力信号波
形のピークと出力信号波形のピークとの差（位相差）を
精度良く検出することができるようになる。

【００５１】すなわち、予想もしくは測定したリップル
周波数ｆ１を基準とした入力信号を与えていることで、
この入力信号に対する出力信号にリップルが乗ったとし
てもその出力信号の周期とリップルの周期とが同期する
ことになり、入力信号波形のピークと出力信号波形のピ
ークとの差を検出する際にリップルの影響を受けずに済
むことになる。

【００５２】しかも、入力信号の振幅としてもリップル
周波数ｆ１の振幅より大きなものにしているため、出力
信号にリップルが乗ったとしても出力信号の振幅よりリ
ップルによる振幅の方がはるかに小さく、出力信号に吸
収される状態となり、リップルの影響を受けずに的確に
ピーク検出を行うことが可能となる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のモータ制
御装置によれば次のような効果がある。すなわち、本発
明では、負荷変動、外乱等があっても信号遅延を正確に
把握することができ、リップル成分の抑制を行う場合で
もこの遅延を加味して入力信号を生成することによりリ
ップル成分を十分に除去することが可能となる。これに
よって、安定したモータの回転制御を行うことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態におけるモータ制御装置を説明す
るブロック構成図である。

【図２】 インクジェットプリンタへの適用例を示す図
である。

【図３】 印字ヘッドの速度プロファイルを示す図であ
る。

【図４】 第１実施形態における遅延検出を説明する図
である。

【図５】 制御フローチャート（その１）である。

【図６】 制御フローチャート（その２）である。

【図７】 第２実施形態を説明する図である。

【符号の説明】

１…モータ制御装置、２…ＤＣモータ、３…回転検出
部、１０８…データ取り込み部、１０９…補正演算部、
３００…ＰＷＭ出力回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの回転速度を検出する回転検出手
   段と、 所定の速度指令値を基準とした既知の周波数および振幅
   から成る信号を前記モータに入力する信号入力手段と、 前記信号入力手段から前記モータに入力した信号と、前
   記回転検出手段で得た前記信号による前記モータの回転
   速度に応じた出力信号との位相差を検出する位相差検出
   手段と、 前記位相差検出手段にて検出した前記位相差に基づき前
   記モータへ与える前記速度指令値に補正を加える補正演
   算手段とを備えていることを特徴とするモータ制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記信号入力手段は、前記既知の周波数
   および振幅から成る信号として、前記モータの回転にお
   けるリップルの周波数に所定の係数を掛けた周波数およ
   びリップルの振幅に所定の係数を掛けた振幅から成る信
   号を前記モータに入力することを特徴とする請求項１記
   載のモータ制御装置。
3. 【請求項３】 前記モータの１回転に対して１つの信号
   を前記回転検出手段へ出力する信号出力手段を備えてい
   ることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。