KR20140116433A - 액추에이터 제어 장치 - Google Patents

Abstract

상위 제어부로부터의 지령 입력에 액추에이터의 출력을 고정밀도로 추종시키는 액추에이터 제어 장치를 제공한다. 모터 제어 장치(100)에서는, 마이크로컴퓨터(10)가 브러시리스 DC 모터(50)의 상위 목표 회전수를 설정한다. 중간 제어부(30)는, 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 상위 목표 회전수에 추종시키기 위해서, 회전수 제어 회로(20)의 지령 입력 요소(21)에 입력하기 전에, 상위 목표 회전수를 증감시킨 의사 상위 회전수를 작성하고, 그것을 지령 입력 요소(21)에 입력한다. 지령 입력 요소(21)는, 의사 상위 목표 회전수의 입력을 받아, 의사 상위 목표 회전수와는 값이 상이한 하위 목표 회전수를 출력한다. 액추에이터 제어 요소(22)는, 하위 목표 회전수의 입력을 받아 PI 제어에 의해 브러시리스 DC 모터(50)를 제어한다. 추종 요소(23)는 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 하위 목표 회전수에 추종시킨다.

Description

액추에이터 제어 장치{ACTUATOR CONTROL APPARATUS}

본 발명은, 액추에이터 제어 장치에 관한 것이며, 특히, 모터의 제어에 적합한 액추에이터 제어 장치에 관한 것이다.

예를 들면, 마이크로컴퓨터로부터의 지령이 입력되는 지령 입력 회로의 변동이 큰 IC를 사용하여 모터 등의 액추에이터를 제어하는 경우, 마이크로컴퓨터가 요구하는 지령에 액추에이터의 출력이 추종하지 않는다는 사태가 발생한다.

이 문제를 해결하는 기술로서는, 예를 들면 모터에 관하여 말하면, 특허문헌 1(일본 특허 공개 소58-99279호 공보)의 종래 기술에 개시되어 있는 속도 제어 장치가 알려져 있다. 이 속도 제어 장치에서는, 속도 검출기 및 속도 조절기를 포함하는 속도 조절 루프에, 전류 검출기 및 전류 조절기를 포함하는 전류 마이너 제어 루프가 설치되어 있어, 전동기의 실제의 속도가 목표 속도로 되도록 제어되고 있다.

또한, 상기 특허문헌에서는, 전류값을 추정함으로써 종래 기술의 전류 마이너 제어 루프로부터 전류 검출기 및 전류 조절기를 제거한 저렴한 속도 제어 장치가 제안되어 있다.

일본 특허 공개 소58-99279호 공보

그러나, 전자는 특허문헌 1에서도 지적되어 있는 바와 같이 전동기의 전류 용량에 따라서 전류 검출기 및 전류 조절기를 선택해야 한다는 불편함을 수반하고, 후자는 전류 마이너 제어 루프에서는 전류값의 추정값을 피드백시키고 있으므로, 실측값과의 오차를 포함하고 있어, 상위 제어부로부터의 지령 입력에 모터 출력을 고정밀도로 추종시키고 있다고는 하기 어렵다.

본 발명의 과제는, 지령 변동이 큰 IC를 사용하여 액추에이터를 제어하는 경우라도, 상위 제어부로부터의 지령 입력에 액추에이터의 출력을 고정밀도로 추종시키는 액추에이터 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 관점에 따른 액추에이터 제어 장치는, 상위 제어부와, 하위 제어부와, 중간 제어부를 구비하고 있다. 상위 제어부는 액추에이터의 구동에 관한 소정 제어 인자의 상위 목표값을 설정한다. 하위 제어부는, 지령 입력 요소와, 액추에이터 제어 요소와, 추종 요소를 갖고 있다. 지령 입력 요소는, 중간 제어부를 통하여 상위 목표값의 입력을 받아 그 목표값과는 값이 상이한 소정 제어 인자의 하위 목표값을 출력한다. 액추에이터 제어 요소는, 하위 목표값의 입력을 받아 액추에이터를 제어한다. 추종 요소는, 액추에이터에 있어서의 소정 제어 인자의 실제의 값을 하위 목표값에 추종시킨다. 중간 제어부는, 액추에이터에 있어서의 소정 제어 인자의 실제의 값을 상위 목표값에 추종시킨다. 그 상위 목표값은, 중간 제어부를 통하여 하위 제어부의 지령 입력 요소에 입력된다.

이 액추에이터 제어 장치에서는, 상위 제어부가 요구하는 액추에이터의 소정 제어 인자의 목표값과 실제의 값의 차가 작아진다.

본 발명의 제2 관점에 따른 액추에이터 제어 장치는, 제1 관점에 따른 액추에이터 제어 장치이며, 중간 제어부가, 소정 제어 인자의 실제의 값을 상위 목표값에 맞추기 위해서, 지령 입력 요소에 입력되는 상위 목표값을 증감시킨다.

이 액추에이터 제어 장치에서는, 상위 제어부가 요구하는 액추에이터의 소정 제어 인자의 목표값과 실제의 값의 차가 더욱 작아진다.

본 발명의 제3 관점에 따른 액추에이터 제어 장치는, 제1 관점 또는 제2 관점에 따른 액추에이터 제어 장치이며, 추종 요소에 입력되는 값과 중간 제어부에 입력되는 값은 동일한 인자이다. 또한, 추종 요소 및 중간 제어부는, 각각 소정 제어 인자의 실제의 값을 피드백하기 위한 폐루프를 구성한다.

이 액추에이터 제어 장치에서는, 동일한 제어 인자를 감시하면 되므로, 검출 회로 등의 겸용화에 의해, 부품 비용의 저감 및 프린트 기판의 소형화가 도모된다.

본 발명의 제4 관점에 따른 액추에이터 제어 장치는, 제1 관점 내지 제3 관점 중 어느 하나에 따른 액추에이터 제어 장치이며, 중간 제어부에 의한 소정 제어 인자의 실제의 값의 상위 목표값에의 추종 속도는, 추종 요소에 의한 소정 제어 인자의 실제의 값의 하위 목표값에의 추종 속도보다도 느리다.

이 액추에이터 제어 장치에서는, 앞의 제어의 결과를 대기하여 상위 목표값에 추종시키는 구성으로 되어 있으므로, 상위 목표값에의 추종 제어와 하위 목표값에의 추종 제어가 동시에 행해지는 것에 기인하는 헌팅(회전 속도가 상하로 변동하여 진동을 야기하는 현상)을 방지할 수 있다.

본 발명의 제5 관점에 따른 액추에이터 제어 장치는, 제1 관점 내지 제4 관점 중 어느 하나에 따른 액추에이터 제어 장치이며, 하위 제어부에 있어서의 지령 입력 요소, 액추에이터 제어 요소 및 추종 요소가 하나의 패키지 내에 모듈화되어 있다.

이 액추에이터 제어 장치에서는, 지령 입력 요소, 액추에이터 제어 요소 및 추종 요소가 하나의 패키지 내에 모듈화됨으로써, 하위 제어부의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

본 발명의 제6 관점에 따른 액추에이터 제어 장치는, 제1 관점 내지 제5 관점 중 어느 하나에 따른 액추에이터 제어 장치이며, 중간 제어부가 상위 제어부에 포함되어 있다.

이 액추에이터 제어 장치에서는, 예를 들면 상위 제어부, 하위 제어부, 중간 제어부가 1매의 프린트 기판 상에 실장되어 있는 경우, 중간 제어부를 상위 제어부에 포함되는 형태로 구성함으로써, 상위 제어부는 약간 커지지만, 프린트 기판 상에 차지하는 실장품 전체의 점유 면적이 감소하므로, 프린트 기판의 소형화를 도모할 수 있다.

본 발명의 제7 관점에 따른 액추에이터 제어 장치는, 제1 관점 내지 제6 관점 중 어느 하나에 따른 액추에이터 제어 장치이며, 액추에이터는 모터이다. 또한, 소정 제어 인자는 모터의 회전수이다.

이 액추에이터 제어 장치에서는, 중간 제어부가, 모터의 실제의 회전수를 상위 목표값에 맞추기 위해서, 지령 입력 요소에 입력되기 전에, 상위 목표값을 증감시키므로, 상위 제어부가 요구하는 모터의 회전수와 실제의 회전수의 차가 작아진다.

본 발명의 제1 관점 또는 제2 관점에 따른 액추에이터 제어 장치에서는, 상위 제어부가 요구하는 액추에이터의 소정 제어 인자의 목표값과 실제의 값의 차가 작아진다.

본 발명의 제3 관점에 따른 액추에이터 제어 장치에서는, 동일한 제어 인자를 감시하면 되므로, 검출 회로 등의 겸용화에 의해, 부품 비용의 저감 및 프린트 기판의 소형화가 도모된다.

본 발명의 제4 관점에 따른 액추에이터 제어 장치에서는, 앞의 제어의 결과를 대기하여 상위 목표값에 추종시키는 구성으로 되어 있으므로, 헌팅을 방지할 수 있다.

본 발명의 제5 관점에 따른 액추에이터 제어 장치에서는, 지령 입력 요소, 액추에이터 제어 요소 및 추종 요소가 하나의 패키지 내에 모듈화됨으로써, 하위 제어부의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

본 발명의 제6 관점에 따른 액추에이터 제어 장치에서는, 상위 제어부, 하위 제어부, 중간 제어부가 1매의 프린트 기판 상에 실장되어 있는 경우, 프린트 기판 상에 차지하는 실장품 전체의 점유 면적이 감소하므로, 프린트 기판의 소형화를 도모할 수 있다.

본 발명의 제7 관점에 따른 액추에이터 제어 장치에서는, 중간 제어부가, 모터의 실제의 회전수를 상위 목표값에 맞추기 위해서, 지령 입력 요소에 입력되기 전에, 상위 목표값을 증감시키므로, 상위 제어부가 요구하는 모터의 회전수와 실제의 회전수의 차가 작아진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모터 제어 장치의 회로도.
도 2는 모터 제어 장치의 제어 블록도.
도 3은 모터 제어 장치에 의해 제어되는 모터의 회전수 응답성을 도시한 그래프.
도 4는 제1 변형예에 따른 모터 제어 장치의 제어 블록도.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는, 본 발명의 구체예이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

(1) 개요

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모터 제어 장치(100)의 회로도이다. 도 1에 있어서, 모터 제어 장치(100)는 브러시리스 DC 모터(50)를 인버터(40)에 의해 회전 제어하는 액추에이터 제어 장치이다. 브러시리스 DC 모터(50)는, 히트 펌프식 공기 조화기의 실내 유닛에 탑재되는 실내 팬(15)의 구동용으로서 이용된다.

브러시리스 DC 모터(50)는, 3상의 브러시리스 DC 모터이며, 스테이터(52)와, 로터(53)와, 로터 위치 검지 센서(54)를 구비하고 있다. 스테이터(52)는 스타 결선된 U상, V상 및 W상의 구동 코일 Lu, Lv, Lw를 포함한다. 각 구동 코일 Lu, Lv, Lw의 한쪽 단부는, 각각 인버터(40)로부터 연장되는 U상, V상 및 W상의 각 배선의 구동 코일 단자 TU, TV, TW에 접속되어 있다. 각 구동 코일 Lu, Lv, Lw의 다른 쪽 단부는 서로 단자 TN으로서 접속되어 있다. 이들 3상의 구동 코일 Lu, Lv, Lw는, 로터(53)가 회전함으로써 그 회전 속도와 로터(53)의 위치에 따른 유기 전압을 발생시킨다.

로터(53)는 N극 및 S극을 포함하는 복수 극의 영구 자석을 포함하고, 스테이터(52)에 대하여 회전축을 중심으로 하여 회전한다. 로터(53)의 회전은, 이 회전축과 동일 축심 상에 있는 출력축(도시 생략)을 통하여 실내 팬(15)에 출력된다.

로터 위치 검지 센서(54)는 로터(53)의 회전 위치를 검출한다. 스테이터(52)에는 홀 소자가 내장되어 있고, 로터 위치 검지 센서(54)는 그 홀 소자에 반응하여 검지 신호를 출력한다.

(2) 모터 제어 장치(100)의 구성

모터 제어 장치(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상용 전원(91), 정류부(17) 및 평활 콘덴서(19)에 의해 직류 전원으로서 구성된 전원 공급부와, 마이크로컴퓨터(10)와 회전수 제어 회로(20)와, 게이트 구동 회로(26)와, 중간 제어부(30)와, 인버터(40)를 구비하고 있다. 이들은 예를 들면 1매의 프린트 기판 상에 실장된다.

(2-1) 정류부(17)

정류부(17)는 4개의 다이오드 D1a, D1b, D2a, D2b에 의해 브릿지 형상으로 구성되어 있다. 구체적으로는, 다이오드 D1a와 D1b, D2a와 D2b는 각각 서로 직렬로 접속되어 있다. 다이오드 D1a, D2a의 각 캐소드 단자는, 모두 평활 콘덴서(19)의 플러스측 단자에 접속되어 있고, 정류부(17)의 플러스측 출력 단자로서 기능한다. 다이오드 D1b, D2b의 각 애노드 단자는, 모두 평활 콘덴서(19)의 마이너스측 단자에 접속되어 있고, 정류부(17)의 마이너스측 출력 단자로서 기능한다.

다이오드 D1a 및 다이오드 D1b의 접속점은, 상용 전원(91)의 한쪽 극에 접속되고 있다. 다이오드 D2a 및 다이오드 D2b의 접속점은, 상용 전원(91)의 다른 쪽 극에 접속되어 있다. 정류부(17)는 상용 전원(91)으로부터 출력되는 교류 전압을 정류하여 직류 전원을 생성하고, 이것을 평활 콘덴서(19)에 공급한다.

(2-2) 평활 콘덴서(19)

평활 콘덴서(19)는 일단부가 정류부(17)의 플러스측 출력 단자에 접속되고, 타단부가 정류부(17)의 마이너스측 출력 단자에 접속되어 있다. 평활 콘덴서(19)는 정류부(17)에 의해 정류된 전압을 평활한다.

평활 콘덴서(19)에 의한 평활 후의 전압(평활 후 전압)은, 평활 콘덴서(19)의 출력측에 접속되는 인버터(40)에 인가된다. 바꿔 말하면, 상용 전원(91), 정류부(17) 및 평활 콘덴서(19)는 인버터(40)에 대한 전원 공급부를 구성하고 있다.

또한, 콘덴서의 종류로서는, 전해 콘덴서나 세라믹 콘덴서, 탄탈 컨덴서 등을 들 수 있지만, 본 실시 형태에 있어서는, 평활 콘덴서(19)로서 전해 콘덴서가 채용된다.

(2-3) 인버터(40)

인버터(40)는 평활 콘덴서(19)의 출력측에 접속된다. 도 1에 있어서, 인버터(40)는 복수의 IGBT(절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터, 이하, 간단히 트랜지스터라 함) Q3a, Q3b, Q4a, Q4b, Q5a, Q5b 및 복수의 환류용 다이오드 D3a, D3b, D4a, D4b, D5a, D5b를 포함한다.

트랜지스터 Q3a와 Q3b, Q4a와 Q4b, Q5a와 Q5b는, 각각 서로 직렬로 접속되어 있고, 각 다이오드 D3a 내지 D5b는, 각 트랜지스터 Q3a 내지 Q5b에, 트랜지스터의 콜렉터 단자와 다이오드의 캐소드 단자가, 또한, 트랜지스터의 이미터 단자와 다이오드의 애노드 단자가 접속되도록, 병렬 접속되어 있다.

인버터(40)는, 평활 콘덴서(19)로부터의 평활 후 전압이 인가되고, 또한 게이트 구동 회로(26)에 의해 지시된 타이밍에서 각 트랜지스터 Q3a 내지 Q5b가 온 및 오프를 행함으로써, 브러시리스 DC 모터(50)를 구동하는 구동 전압 SU, SV, SW를 생성한다. 이 구동 전압 SU, SV, SW는, 각 트랜지스터 Q3a와 Q3b, Q4a와 Q4b, Q5a와 Q5b의 각 접속점 NU, NV, NW로부터 브러시리스 DC 모터(50)에 출력된다.

(2-4) 게이트 구동 회로(26)

게이트 구동 회로(26)는, 회전수 제어 회로(20)로부터의 지령 Vpwm에 기초하여, 인버터(40)의 각 트랜지스터 Q3a 내지 Q5b의 온 및 오프의 상태를 변화시킨다. 구체적으로는, 게이트 구동 회로(26)는, 회전수 제어 회로(20)에 의해 결정된 듀티를 갖는 펄스 형상의 구동 전압 SU, SV, SW가 인버터(40)로부터 브러시리스 DC 모터(50)에 출력되도록, 각 트랜지스터 Q3a 내지 Q5b의 게이트에 인가하는 게이트 제어 전압 Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz를 생성한다. 생성된 게이트 제어 전압 Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz는 각각의 트랜지스터 Q3a 내지 Q5b의 게이트 단자에 인가된다.

또한, 본 실시 형태의 인버터(40)는 전압형 인버터이지만, 그것에 한정되는 것은 아니고, 매트릭스 컨버터나 전류형 인버터이어도 된다.

(2-5) 마이크로컴퓨터(10)

마이크로컴퓨터(10)는 회전수 제어 회로(20)와 접속되어 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(10)는, 예를 들면 히트 펌프식 공기 조화기를 통괄하여 제어하는 도시하지 않은 시스템 제어부와도 접속되어 있어, 각 기기에 있어서의 이상의 유무에 따라서, 브러시리스 DC 모터(50)의 구동을 제어한다. 그 때문에, 마이크로컴퓨터(10)는 상위 제어부로서 기능한다. 또한, 이 마이크로컴퓨터(10)에는, 인버터(40)와는 다른 전원이, 브러시리스 DC 모터(50)의 구동 상태에 상관없이 항상 공급된다.

도 2는 모터 제어 장치(100)의 제어 블록도이다. 도 2에 있어서, 상위 제어부인 마이크로컴퓨터(10)는, 상위 목표값 tg1을 설정하고, 후술하는 중간 제어부(30)를 통하여 하위 제어부인 회전수 제어 회로(20)에 입력한다. 여기서, 상위 목표값 tg1은 브러시리스 DC 모터(50)의 목표 회전수이다.

(2-6) 회전수 제어 회로(20)

하위 제어부인 회전수 제어 회로(20)는 마이크로컴퓨터(10) 및 게이트 구동 회로(26)와 접속되어 있다. 회전수 제어 회로(20)는, 마이크로컴퓨터(10)로부터 중간 제어부(30)를 통하여 보내어져 온 회전수 지령을 포함하는 운전 지령 Vfg에 기초하여, 브러시리스 DC 모터(50)를 구동시키는 회로이다.

하위 제어부인 회전수 제어 회로(20)에는, 지령 입력 요소(21)와, 액추에이터 제어 요소(22)와, 추종 요소(23)가 포함되어 있다. 지령 입력 요소(21)는 후술하는 중간 제어부(30)의 조정부(302)를 통하여 상위 목표값 tg1의 입력을 받는다. 또한, 중간 제어부(30)의 조정부(302)는 제어 대상의 실제의 값을 상위 목표값 tg1에 맞추기 위해서, 지령 입력 요소(21)에 입력하기 전에, 상위 목표값 tg1을 증감시킨 의사 상위 목표값 tg1s를 작성하고, 그것을 지령 입력 요소(21)에 입력한다. 지령 입력 요소(21)는 의사 상위 목표값 tg1s에 대하여 내부 연산에 적응시키기 위한 처리를 행한다. 이때, 처리 회로의 변동에 의해 의사 상위 목표값 tg1s와는 상이한 값이 출력된다. 이 값을 하위 목표값 tg2라 부른다.

예를 들면 지령 입력 요소(21)에 있어서, 입력측에서 브러시리스 DC 모터(50)의 목표 회전수를 1000r/m으로 설정해도, 처리 회로의 변동에 의해 950r/m이 출력된다. 즉, 상위 목표값 tg1=1000r/m, 하위 목표값 tg2=950r/m이다. 그리고, 하위 목표값 tg2는 추종 요소(23)로부터 보내어져 오는 실제의 회전수와의 사이에서 감산 처리가 행해진 후, 액추에이터 제어 요소(22)에 입력된다.

또한, 처리 회로의 변동으로서는, 지령 입력 요소를 구성하는 부품의 특성 변동이나, 입력값의 검출 주기의 변동, 회전수 제어 회로의 제어 주기 결정용 발진 회로 변동 등에 기인하는 것이 생각된다.

액추에이터 제어 요소(22)는 브러시리스 DC 모터(50)의 회전수를 제어하는 제어부이며, 감산 처리의 결과가 입력되면, 회전수에 대하여 PI 제어를 행하여, 브러시리스 DC 모터(50)에 인가하는 전압을 결정한다. 일반적으로, 브러시리스 DC 모터(50)의 회전수는, 인버터(40)의 각 트랜지스터의 온 및 오프의 상태를 변화시킴으로써 제어되고 있다. 액추에이터 제어 요소(22)는, 구동 전압 SU, SV, SW의 듀티를 포함하는 지령 전압 Vpwm을 게이트 구동 회로(26)에 입력함으로써 게이트 구동 회로(26)를 제어하고, 펄스 형상의 구동 전압이 인버터(40)로부터 브러시리스 DC 모터(50)에 출력되도록, 각 트랜지스터의 게이트에 인가하는 게이트 제어 전압을 생성시킨다.

추종 요소(23)는 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 하위 목표값 tg2에 추종시키는 것이다. 추종 요소(23)는 피드백 요소로서 회전수 연산부(231)를 포함한다. 회전수 연산부(231)는 로터 위치 검지 센서(54)에 의해 검지된 로터 위치를 사용하여, 현시점에서의 브러시리스 DC 모터(50)의 회전수를 연산한다.

연산 결과는, 하위 목표값 tg2와의 사이에서 감산 처리가 행해진 후, 액추에이터 제어 요소(22)에 입력된다. 이와 같이, 추종 요소(23)는 실제의 회전수를 피드백하기 위한 폐루프를 구성하고, 하위 제어부인 회전수 제어 회로(20)는 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 피드백하기 위한 폐루프를 갖고 있다.

(2-7) 중간 제어부(30)

중간 제어부(30)는 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 상위 목표값 tg1에 추종시키는 것이다. 중간 제어부(30)는, 회전수 연산부(301)와 조정부(302)를 포함한다. 회전수 연산부(301)는, 피드백 요소이며, 로터 위치 검지 센서(54)에 의해 검지된 로터 위치를 사용하여, 현시점에서의 브러시리스 DC 모터(50)의 회전수를 연산한다. 조정부(302)는, 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 상위 목표값 tg1에 맞추기 위해서, 지령 입력 요소(21)에 입력되기 전에, 상위 목표값 tg1을 증감시킨다. 이 증감 후의 값, 즉 의사 상위 목표값 tg1s가 지령 입력 요소(21)에 입력된다. 이와 같이, 중간 제어부(30)는, 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 피드백하기 위한 폐루프를 구성하고 있다.

또한, 중간 제어부(30)에 의한 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수의 상위 목표값 tg1에의 추종 속도는, 추종 요소(23)에 의한 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수의 하위 목표값 tg2에의 추종 속도보다도 느리게 설정되어 있고, 예를 들면 추종 속도에 10배 정도의 차를 부여함으로써, 하위 제어부(20)가 수렴되고 나서 중간 제어부(30)에서 지령 입력 요소(21)의 변동을 흡수하는 것이 가능해진다.

상기와 같이, 중간 제어부(30)가, 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 상위 목표값 tg1에 맞추기 위해서, 지령 입력 요소(21)에 입력되기 전에, 상위 목표값 tg1을 증감시켜 지령 입력 요소의 변동을 흡수하므로, 마이크로컴퓨터(10)가 요구하는 브러시리스 DC 모터(50)의 회전수와 실제의 회전수의 차가 작아져, 지령 입력 요소(21)에 변동이 있어도, 상위 목표값 tg1에 정확하게 추종시키는 것이 가능해진다.

이 효과를 수치를 들어 구체적으로 말하면, 종래라면, 브러시리스 DC 모터(50)의 목표 회전수를 1000r/m으로 설정해도, 지령 입력 요소(21)의 처리 회로의 변동에 의해 본래의 목표값보다도 작은 950r/m이 출력되기 때문에, 액추에이터 제어 요소(22)는 브러시리스 DC 모터(50)의 회전수를 950r/m에 수렴하도록 제어하였다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 중간 제어부(30)가, 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 목표 회전수 1000r/m에 맞추기 위해서, 예를 들면 목표 회전수 tg1s를 tg1보다 증가시켜 1050r/m으로 함으로써, 지령 입력 요소(21)의 출력 tg2를 1000r/m으로 하므로, 액추에이터 요소(22)는 브러시리스 DC 모터(50)의 회전수를 1000r/m에 수렴시키도록 제어하여, 상위 제어부인 마이크로컴퓨터(10)가 요구하는 브러시리스 DC 모터(50)의 회전수와 실제의 회전수가 일치하게 된다. 이것은 출원인의 실험에 의해서도 확인되고 있다.

도 3은 모터 제어 장치(100)에 의해 제어되는 모터의 회전수 응답성의 일례를 도시한 그래프이다. 도 3에 있어서, 횡축은 시간, 종축은 회전수를 나타내고, 점선의 곡선은 종래의 모터 제어 장치에 의해 제어되는 모터의 회전수 응답성, 실선의 곡선은 본 실시 형태에 따른 모터 제어 장치에 의해 제어되는 모터의 회전수 응답성을 나타낸다.

도 3과 같이, 종래의 모터 제어 장치에 의해 제어되는 모터의 회전수는, 시간의 경과와 함께 목표값에 대하여 변동에 상당하는 일정한 편차를 남긴 채로 수렴한다. 이에 반해, 본 실시 형태에 따른 모터 제어 장치에 의해 제어되는 모터의 회전수는, 시간의 경과와 함께 목표값에 근접하고 있다.

(3) 특징

(3-1)

모터 제어 장치(100)에서는, 마이크로컴퓨터(10)가 브러시리스 DC 모터(50)의 상위 목표 회전수를 설정한다. 회전수 제어 회로(20)의 지령 입력 요소(21)는, 중간 제어부(30)를 통하여 상위 목표 회전수의 입력을 받아, 상위 목표 회전수와는 값이 상이한 하위 목표 회전수를 출력한다. 액추에이터 제어 요소(22)는, 하위 목표 회전수의 입력을 받아 PI 제어에 의해 브러시리스 DC 모터(50)를 제어한다. 추종 요소(23)는, 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 하위 목표 회전수에 추종시킨다. 중간 제어부(30)는, 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 상위 목표 회전수에 추종시킨다. 그때, 중간 제어부(30)가 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 상위 목표 회전수에 맞추기 위해서, 지령 입력 요소(21)에 입력하기 전에, 상위 목표 회전수를 증감시킨 의사 상위 목표 회전수를 작성하고, 그것을 지령 입력 요소(21)에 입력한다. 그 결과, 이 모터 제어 장치(100)에서는, 마이크로컴퓨터(10)가 요구하는 브러시리스 DC 모터(50)의 목표 회전수와 실제의 회전수의 차가 작아진다.

(3-2)

모터 제어 장치(100)에서는, 중간 제어부(30)에 의한 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수의 상위 목표 회전수에의 추종 속도는, 추종 요소(23)에 의한 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수의 하위 목표 회전수에의 추종 속도보다도 느리게 설정되어 있다. 즉, 앞의 제어 결과를 대기하여 상위 목표 회전수에 추종시키는 구성으로 되어 있으므로, 헌팅(회전 속도가 상하로 변동하여 진동을 야기하는 현상)을 방지할 수 있다.

(3-3)

모터 제어 장치(100)에서는, 회전수 제어 회로(20)는 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 피드백하기 위한 폐루프를 갖고 있다. 또한, 중간 제어부(30)는, 브러시리스 DC 모터(50)의 실제의 회전수를 피드백하기 위한 폐루프를 구성하고 있다. 이때, 회전수 제어 회로(20)와 중간 제어부(30)에 입력되는 값은 동일한 인자 즉 실제의 회전수이다.

(4) 변형예

(4-1) 제1 변형예

상기 실시 형태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이 추종 요소(23) 및 중간 제어부(30) 각각이 피드백 요소를 포함하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이하, 도 4를 참조하면서 설명한다.

도 4는 제1 변형예에 따른 모터 제어 장치(100)의 제어 블록도이다. 도 4에 있어서, 추종 요소(23) 및 중간 제어부(30)는 피드백 요소인 회전수 연산부(231)를 겸용하고 있다. 이에 의해, 모터 제어 장치(100)의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

또한, 중간 제어부(30)에 있어서의 제어 인자는, 추종 요소(23)와 동일하게 브러시리스 DC 모터(50)의 회전수이지만, 조정부(302)에 있어서, 상위 목표값 tg1과의 사이에서 감산 처리할 수 있는 값으로 조정되는 경우가 있다. 그 경우에는 제어 인자는 동일하지만 값은 상이하게 된다.

(4-2) 제2 변형예

회전수 제어 회로(20)에 있어서의 지령 입력 요소(21), 액추에이터 제어 요소(22) 및 추종 요소(23)는, 하나의 패키지 내에 모듈화되어도 된다. 이에 의해, 회전수 제어 회로(20)의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

(4-3) 제3 변형예

중간 제어부(30)가, 상위 제어부인 마이크로컴퓨터(10)에 포함되어도 된다. 이에 의해, 예를 들면 마이크로컴퓨터(10), 회전수 제어 회로(20), 게이트 구동 회로(26), 중간 제어부(30) 및 인버터(40)가 1매의 프린트 기판 상에 실장되어 있는 경우, 중간 제어부(30)가 마이크로컴퓨터(10)에 포함되고, 소프트웨어로 중간 제어부(30)를 실현함으로써, 프린트 기판 상에 차지하는 실장품 전체의 점유 면적이 감소하므로, 프린트 기판의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 제2 변형예와 같은 모듈화된 회로를 사용하는 경우는, 중간 제어부(30)를 마이크로컴퓨터(10)의 소프트웨어로 실현함으로써, 모듈화된 회로의 사양 변경에 대해서도 소프트 상의 제어 상수를 변화시킴으로써 대응할 수 있는 등, 확장성이 증가된다.

이상과 같이 본 발명의 모터 제어 장치는, 마이크로컴퓨터로부터의 지령 입력에 브러시리스 DC 모터의 출력을 고정밀도로 추종시킬 수 있으므로, 히트 펌프식 공기 조화기의 실내 유닛에 탑재되는 실내 팬에 한하지 않고, 공기 조화기의 실외 유닛에 탑재되는 실외 팬이나, 히트 펌프식 급탕기의 열원 유닛에 탑재되는 실외 팬에도 유용하다.

10 : 마이크로컴퓨터(상위 제어부)
20 : 회전수 제어 회로(하부 제어부)
21 : 지령 입력 요소
22 : 액추에이터 제어 요소
23 : 추종 요소
30 : 중간 제어부
100 : 모터 제어 장치(액추에이터 제어 장치)

Claims (7)

1. 액추에이터의 구동에 관한 소정 제어 인자의 상위 목표값(tg1)을 설정하는 상위 제어부(10)와,
   상기 상위 목표값의 입력을 받아 상기 목표값과는 값이 상이한 상기 소정 제어 인자의 하위 목표값(tg2)을 출력하는 지령 입력 요소(21)와, 상기 하위 목표값의 입력을 받아 상기 액추에이터를 제어하는 액추에이터 제어 요소(22)와, 상기 액추에이터에 있어서의 상기 소정 제어 인자의 실제의 값을 상기 하위 목표값에 추종시키는 추종 요소(23)를 갖는 하위 제어부(20)와,
   상기 액추에이터에 있어서의 상기 소정 제어 인자의 실제의 값을 상기 상위 목표값에 추종시키는 중간 제어부(30)를 구비하고,
   상기 상위 목표값은, 상기 중간 제어부를 통하여 상기 하위 제어부의 상기 지령 입력 요소에 입력되는 액추에이터 제어 장치(100).
2. 제1항에 있어서,
   상기 중간 제어부(30)는, 상기 소정 제어 인자의 실제의 값을 상기 상위 목표값에 맞추기 위해서, 상기 지령 입력 요소(21)에 입력되는 상기 상위 목표값을 증감시키는 액추에이터 제어 장치(100).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 추종 요소(23)에 입력되는 값과 상기 중간 제어부(30)에 입력되는 값은 동일한 인자이고,
   상기 추종 요소(23) 및 상기 중간 제어부(30)는, 각각 상기 소정 제어 인자의 실제의 값을 피드백하기 위한 폐루프를 구성하는 액추에이터 제어 장치(100).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중간 제어부(30)에 의한 상기 소정 제어 인자의 실제의 값의 상기 상위 목표값에의 추종 속도는, 상기 추종 요소(23)에 의한 상기 소정 제어 인자의 실제의 값의 상기 하위 목표값에의 추종 속도보다도 느린 액추에이터 제어 장치(100).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하위 제어부(20)에 있어서의 상기 지령 입력 요소(21), 상기 액추에이터 제어 요소(22) 및 상기 추종 요소(23)는, 하나의 패키지 내에 모듈화되어 있는 액추에이터 제어 장치(100).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중간 제어부(30)는 상기 상위 제어부(10)에 포함되어 있는 액추에이터 제어 장치(100).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액추에이터는 모터이며,
   상기 소정 제어 인자는 상기 모터의 회전수인 액추에이터 제어 장치(100).

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