KR20210116464A - 모터 제어 장치 - Google Patents

Abstract

모터 제어 장치는, 외부 지시 타이밍에 있어서의 위치 검출값을, 지시 위치 검출값으로서 산출하는 지시 위치 검출부를 갖는다. 지시 위치 검출부는, 내부 카운터와, 검출 위치 산출부와, 보정값 생성부를 구비한다. 내부 카운터는, 모터에 장착한 로터리 인코더에 의해 검출되는 모터 위치를 위치 검출값으로서 판독하는 간격인 위치 판독 주기보다도 짧은 주기의 간격으로 카운트한 카운트값을 출력한다. 검출 위치 산출부는, 위치 검출값을 사용하여 모터의 회전을 제어함과 함께, 지시 펄스를 포함하는 외부 검출 지시 신호가 공급되고, 지시 펄스의 에지에 의해 지시된 외부 지시 타이밍에서의 카운트값을 사용하여, 지시 위치 검출값을 산출한다. 보정값 생성부는, 외부 입력 단자와, 입력 회로와, 카운트값 취득부와, 보정값 산출부를 포함한다.

Description

모터 제어 장치

본 발명은, 로터리 인코더를 이용하여 모터 위치를 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 모터의 회전을 제어하는 모터 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 일정 속도로 모터가 회전하고 있는 상태에서, 외부 입력 신호의 입력 타이밍에서의 모터 위치를 검출하는 기능을 갖는 모터 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 모터 제어 장치는, 회전 제어를 위해, 일정한 샘플링 주기로, 로터리 인코더로부터의 모터 위치 정보를, 예를 들어 시리얼 통신을 통해 취득한다(acquire). 또한, 이 모터 제어 장치는, 외부로부터 지시한 타이밍에서의 모터 위치를 검출하기 위해, 외부로부터 외부 입력 신호가 공급 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 이 모터 제어 장치는, 외부 입력 신호가 온한 타이밍의 모터 위치 정보를 취득하여, 기억하도록 구성되어 있다.

또한, 모터 위치의 검출 정밀도를 높이기 위해, 장치의 내부에 내부 카운터를 구비한 모터 구동 장치가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 이 모터 구동 장치는, 샘플링 주기마다의 내부 카운터의 값, 및 외부 입력 신호의 타이밍에서의 내부 카운터의 값을, 각각 기억한다. 이 모터 구동 장치는, 기억한 각각의 내부 카운터의 값을 이용하여, 인접 샘플링간에 있어서 외부 입력 신호가 온한 타이밍에서의 모터 위치를 추정하고 있다.

또한, 종래, 외부 입력 신호의 전달 지연으로 발생하는 오차로 인한 검출 정밀도 저하를 억제하는 방법도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2를 참조). 예를 들어, 외부 입력 신호의 상승과 하강의 전달 지연 시간차가 크고, 또한 모터가 고속 동작하는 경우에 있어서도, 외부 입력 신호가 입력된 타이밍에서의 모터 위치를 고정밀도로 추정하는 제안이 이루어져 있다. 이 모터 구동 장치는, 듀티비가 명확한 구형파를 외부 입력 신호로서 이용하고 있다. 이 모터 구동 장치는, 먼저, 입력한 구형파의 상승과 하강의 각 타이밍에 내부 카운터의 값을 기억한다. 다음에, 기억한 내부 카운터의 각 값을 사용하여, 상승으로부터 하강까지의 타이밍과, 하강으로부터 상승까지의 타이밍의 비율을 구한다. 이 비율과, 구형파의 듀티비의 차분으로부터, 전달 지연 시간의 상대 지연 보정량을 추정한다.

그러나, 상기 종래 방법에서는, 외부 입력 신호가 입력되고 나서 내부 카운터의 값을 취득할 때까지의 타이밍에 있어서, 예를 들어 외부 입력 신호에 대하여 절연 처리를 실시하기 때문에, 포토커플러와 같은 아날로그 소자를 사용한 아날로그 입력 회로 등의 지연을 포함하고 있다. 이 때문에, 상기 종래 방법에서는, 그 지연에 의해, 검출한 모터 위치에 오차가 포함되게 된다.

일본 특허 공개 제2008-220116호 공보 일본 특허 공개 제2015-2595호 공보

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 아날로그 입력 회로 등의 지연을 보정함으로써, 모터 위치를 고정밀도로 검출 가능한 모터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 모터 제어 장치는, 외부 지시 타이밍에 있어서의 위치 검출값을, 지시 위치 검출값으로서 산출하는 지시 위치 검출부를 구비한다. 지시 위치 검출부는, 내부 카운터와, 검출 위치 산출부와, 보정값 생성부를 갖는다. 내부 카운터는, 모터에 장착한 로터리 인코더에 의해 검출되는 모터 위치를 위치 검출값으로서 판독하는 간격인 위치 판독 주기보다도 짧은 주기의 간격으로 카운트한 카운트값을 출력한다. 검출 위치 산출부는, 위치 검출값을 사용하여 모터의 회전을 제어함과 함께, 지시 펄스를 포함하는 외부 검출 지시 신호가 공급되고, 지시 펄스의 에지에 의해 지시된 외부 지시 타이밍에서의 카운트값을 사용하여, 지시 위치 검출값을 산출한다. 보정값 생성부는, 외부 입력 단자와, 입력 회로와, 카운트값 취득부와, 보정값 산출부를 포함한다. 외부 입력 단자는, 외부 검출 지시 신호가 공급된다. 입력 회로는, 입력되는 외부 검출 지시 신호에 대하여, 펄스 지연이 발생하는 아날로그 처리를 실시하고, 지연된 지시 펄스인 취득 펄스를 포함한 검출 지시 신호로서 출력한다. 카운트값 취득부는, 취득 펄스의 에지에 의해 지시된 데이터 취득 타이밍에 내부 카운터 신호의 카운트값을 취득하여, 취득 카운트값으로서 유지한다. 보정값 산출부는, 펄스 지연에 의해 발생한 외부 지시 타이밍에서의 카운트값과 취득 카운트값의 오차에 대해 오차를 보정하기 위한 보정값을 산출한다. 보정값 생성부는, 일정 속도로 모터가 회전하고 있는 상태에서, 지시 펄스 대신에, 내부 카운터로부터 출력되는 카운트값을 이용하여 생성되는 계측용 펄스를 입력 회로에 공급하여 계측용 펄스의 펄스 지연을 계측하고, 펄스 지연에 기초하여 보정값을 생성한다. 검출 위치 산출부는, 보정값을 사용하여 취득 카운트값을 보정함으로써, 외부 지시 타이밍에서의 카운트값을 생성한다.

이와 같은 구성에 의하면, 보정값 생성부에서의 계측에 기초하여 생성한 보정값을 사용하여 취득 카운트값을 보정한다. 이 때문에, 입력 회로에 있어서의 지연의 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 고정밀도로 외부 지시 타이밍에서의 원하는 지시 위치 검출값이 얻어진다.

본 발명의 모터 제어 장치는, 보정값 생성부에서 생성한 보정값을 사용하여 보정함으로써, 입력 회로에서의 지연에 의한 지시 위치 검출값에 대한 영향을 억제할 수 있다. 이 때문에, 본 발명은, 모터 위치를 고정밀도로 검출 가능한 모터 제어 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 모터 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 동 모터 제어 장치의 외부 검출 지시 신호 PEx를 중심으로 한 타이밍예를 나타내는 타이밍 차트.
도 3은 동 모터 제어 장치의 지시 위치 검출부의 보다 상세한 구성예를 도시하는 블록도.
도 4는 동 모터 제어 장치의 보정값 Crr을 산출하기 위한 타이밍예를 나타내는 타이밍 차트.
도 5는 동 모터 제어 장치의 외부 지시 타이밍에 있어서의 모터 위치를 검출하기 위한 타이밍예를 나타내는 타이밍 차트.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시 형태는, 본 개시의 바람직한 일 구체예를 나타내는 것이다. 따라서, 이하의 실시 형태에서 나타내어지는, 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 위치 및 접속 형태 등은, 일례이며, 본 개시를 한정한다는 주지는 아니다. 따라서, 이하의 실시 형태에 있어서의 구성 요소 중, 본 개시의 최상위 개념을 나타내는 독립 청구항에 기재되어 있지 않은 구성 요소에 대해서는, 임의의 구성 요소로서 설명된다.

각 도면은, 모식도이며, 반드시 엄밀하게 도시된 것은 아니다. 따라서, 각 도면에 있어서 축척 등은 반드시 일치하고 있지는 않다. 각 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화한다.

(실시 형태)

도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 모터 제어 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1은 본 실시 형태의 모터 제어 장치(10)를 포함하는 모터 제어 시스템의 구성예를 도시하고 있다. 이 모터 제어 시스템은, 주로 산업용으로서 이용되는 시스템이다. 이 모터 제어 시스템은, 예를 들어 서보 앰프 등이라 불리는 모터 제어 장치(10)에 의해, 서보 모터와 같은 모터(70)를 제어 및 구동하여, 모터(70)에 접속된 부하를 작동시키는 시스템이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 모터 제어 시스템에 있어서, 모터 제어 장치(10)에는, 상위 컨트롤러(75)와, 모터(70)와, 로터리 인코더(71)가 접속되어 있다.

이 상위 컨트롤러(75)는, 모터 제어 장치(10)에 대하여, 예를 들어 명령 정보를 공급하는 등의 처리를 행하여, 모터 제어 장치(10)를 통해 시스템 전체를 제어한다. 상위 컨트롤러(75)는, 이와 같은 서보 제어를 위한 컨트롤러이며, 예를 들어 마이크로컨트롤러(마이크로컴퓨터)가 적합하다. 모터(70)는, 모터 제어 장치(10)에 의해, 예를 들어 명령 정보에 따라서 회전하도록 제어되면서, 통전 구동된다. 또한, 모터 위치의 검출, 즉, 모터(70)의 로터의 회전 위치를 검출하기 위해, 모터(70)에는, 로터리 인코더(71)가 장착되어 있다.

이와 같은 모터 제어 시스템의 구성에 의해, 모터 제어 장치(10)는, 이 외부에 배치한 상위 컨트롤러(75)로부터, 예를 들어 회전 위치 및 회전 속도 등의 명령이 통지된다. 모터 제어 장치(10)는, 로터리 인코더(71)로부터 위치 정보를 수취하면서, 상위 컨트롤러(75)로부터의 명령에 따라서, 로터가 소정의 위치 및 속도가 되도록 모터(70)를 구동한다.

본 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상위 컨트롤러(75)로부터 모터 제어 장치(10)에 대하여, 위치 명령을 포함하는 외부 명령 신호 CEx가 공급된다. 또한, 로터리 인코더(71)로부터 모터 제어 장치(10)에 대하여, 검출한 위치 정보를 포함하는 위치 센서 신호 Dps가 공급된다. 모터 제어 장치(10)로부터 모터(70)에 대하여, 모터(70)를 구동하는 구동 전압 DRv가 공급된다. 본 실시 형태에서는, 이와 같은 모터 제어 시스템의 구성예를 들어 설명한다.

모터 제어 장치(10)에 의해 구동되는 모터(70)로서는, U상, V상, W상으로 하는 3상의 권선을 가진 스테이터와, 스테이터에 대향하여 회전축을 중심으로 회전 가능하게 배치된 로터를 구비한 브러시리스 모터가 적합하다. 모터(70)는, 스테이터의 권선이 모터 제어 장치(10)로부터의 구동 전압 DRv에 의해 통전 구동됨으로써, 로터가 회전한다. 로터의 회전에 의해, 회전축을 통해 부하가 회전하도록 회전 구동된다.

모터(70)의 회전을 제어하기 위해, 모터(70)에는, 로터의 회전 위치(이하, 적절히, 모터 위치라고도 칭함)를 검출하는 로터리 인코더(이하, 적절히, 간단히 인코더라 칭함)(71)가 장착되어 있다. 이와 같은 위치 센서로서 기능하는 인코더(71)로부터, 검출한 회전 위치를 나타내는 위치 센서 신호 Dps가 출력되고, 위치 센서 신호 Dps가 모터 제어 장치(10)에 공급된다.

특히, 본 실시 형태에서는, 인코더(71)로서, 인크리멘탈형 로터리 인코더를 채용하고 있다. 인크리멘탈형 인코더는, 복수의 슬릿이 둘레 방향으로 일정하게 형성된 격자 원반과, 슬릿의 통과수를 계측하기 위한 광전 소자와, 통과수를 카운트하기 위한 위치 카운터(73)를 구비하고 있다. 격자 원반이, 모터(70)의 회전축에 장착되어 있다. 이에 의해, 광전 소자를 이용하여 회전에 따른 슬릿의 통과를 검출하고, 위치 카운터(73)에 의해 통과 슬릿수를 카운트하고 있다. 이 카운트수를 나타내는 카운트값이, 회전 각도에 대응한다. 인크리멘탈형 인코더(71)는, 이와 같은 구성에 기초하여, 로터의 회전 각도, 즉 회전 위치를 측정하는 모터 위치 검출기이다. 이와 같이, 도 1에 있어서, 위치 카운터(73)로부터 출력되는 위치 카운터 신호 Pos에서의 카운트값은, 인코더(71)에 의해 검출된 모터(70)의 회전 위치에 대응하는 위치 검출값을 나타내고 있다. 이 카운트값은, 위치 센서 신호 Dps로서 모터 제어 장치(10)에 공급된다.

다음에, 모터 제어 장치(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 제어부(11)와, 클럭 생성부(12)와, 타이밍 신호 생성부(13)와, 회전 제어부(14)와, 모터 구동부(15)와, 모터 위치 수신부(16)에 더하여, 외부로부터 지시된 타이밍에서의 로터의 위치를 검출하는 지시 위치 검출부(20)를 구비하고 있다.

이와 같은 모터 제어 장치(10)에 대한 상위 컨트롤러(75)로부터의 외부 명령 신호 CEx는, 제어부(11)에 공급된다. 제어부(11)는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit) 또는 프로세서 등으로 구성되어 있다. 제어부(11)는, 메모리에 보존된 프로그램에 기초하여, 모터 제어 장치(10) 내의 각종 처리 및 제어를 행한다. 그 처리의 일례로서, 제어부(11)는, 공급된 외부 명령 신호 CEx로부터, 모터(70)를 제어하기 위한 각종 명령인 제어 명령을 추출한다. 도 1은, 제어 명령 중에서, 로터의 위치를 명령하는 위치 명령 신호 Pcm을 추출하여, 회전 제어부(14)에 공급하는 일례를 나타내고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 모터 제어 장치(10) 내에 있어서, 주로 디지털 처리에 의해 각 동작을 실행하는 구성으로 하고 있다. 이 때문에, 모터 제어 장치(10)는, 디지털 처리용으로서, 주지대로 클럭 신호를 생성하는 클럭 생성부(12)를 구비하고 있다. 즉, 클럭 생성부(12)에 의해, 주기적인 펄스 신호인 클럭 Ck가, 모터 제어 장치(10)에 있어서 생성된다. 클럭 Ck는, 모터 제어 장치(10) 내에 있어서의 디지털 처리의 동작 주기의 기준으로서, 예를 들어 데이터를 래치하는 등의 디지털 처리에 사용하고 있다.

모터 제어 장치(10)는, 클럭 Ck에 기초하여, 각종 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 신호 생성부(13)를 더 구비하고 있다. 타이밍 신호 생성부(13)는, 구체적으로는, 클럭 Ck를 예를 들어 분주하거나 하여, 각종 타이밍을 나타내는 펄스 신호를 생성하고 있다. 도 1에서는, 타이밍 신호 생성부(13)에 의해, 모터 제어 장치(10) 내의 제어 주기를 나타내는 주기적인 펄스 신호의 제어 클럭 신호(이하, 적절히, 제어 클럭이라 칭함) SCk와, 인코더(71)로부터의 위치 센서 신호 Dps의 위치 판독 주기를 나타내는 주기적인 펄스 신호의 위치 판독 클럭 신호(이하, 적절히, 판독 클럭이라 칭함) RCk가 생성되는 일례를 나타내고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 특히 주석하지 않는 한, 각 디지털 처리 회로는, 클럭 Ck, 제어 클럭 SCk, 판독 클럭 RCk 등의 펄스 신호의 레벨이 Low로부터 High로 변화되는 상승에서 동작하는 예를 들어 설명한다. 즉, 상세에 대해서는 이하에서 재차 설명하지만, 본 실시 형태에서는, 데이터를 일시적으로 기억하는 래치로서, D형 플립플롭을 이용하는 구성예를 들고 있다. 그리고, 주지대로, 이 D형 플립플롭은, 클럭 단자에 공급된 펄스 신호의 상승의 에지에서, D 입력의 값을 Q 출력으로서 유지한다.

다음에, 모터 제어 장치(10)에 의해 모터(70)가 제어 및 통전 구동되는 구성에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 기본적으로, 모터 제어 장치(10)는, 인코더(71)로부터의 위치 센서 신호 Dps에 의한 위치 정보를 이용한 피드백 제어를 실행한다. 이 피드백 제어에 의해, 제어부(11)로부터의 위치 명령 신호 Pcm에 모터(70)의 회전 위치가 추종하도록, 모터(70)에서의 로터의 움직임이 제어된다.

모터 제어 장치(10)는, 위치 센서 신호 Dps로부터 위치 정보를 취득하기 위해, 모터 위치 수신부(16)를 갖고 있다. 모터 위치 수신부(16)와 인코더(71)는, 예를 들어 시리얼 통신에 의해 통신 접속되어 있다. 인코더(71)의 위치 카운터(73)에 의한 위치 카운터 신호 Pos의 카운트값이, 소정의 전송 포맷에서의 위치 센서 신호 Dps로서 모터 위치 수신부(16)에 전송된다. 또한, 모터 위치 수신부(16)에는 판독 클럭 RCk가 공급되고 있다. 모터 위치 수신부(16)는, 판독 클럭 RCk의 주기로, 위치 센서 신호 Dps로부터 위치 정보를 복원한다. 그리고, 복원한 위치 정보인 데이터를 위치 검출값으로 하고, 순서대로 위치 검출값 신호 Dpos로서 판독 클럭 RCk의 주기로 출력한다. 즉, 위치 검출값 신호 Dpos는, 인코더(71)에서의 위치 카운터 신호 Pos의 위치 카운트값이, 위치 검출값으로서, 판독 클럭 RCk의 샘플링 주기로 시계열로 배치된 디지털 신호이다. 이와 같이, 모터 제어 장치(10)는, 인코더(71)에 의해 검출한 모터 위치를 나타내는 위치 카운트값을, 위치 검출값 신호 Dpos에서의 위치 검출값으로서, 위치 판독 주기의 간격이 되는 판독 클럭 RCk마다 판독하고 있다. 모터 위치 수신부(16)로부터는, 위치 검출값 신호 Dpos가 출력된다. 위치 검출값 신호 Dpos는, 회전 제어부(14)에 공급되고, 회전 제어부(14)가 위치 검출값 신호 Dpos의 위치 검출값을 사용하여 모터(70)의 회전을 제어한다. 또한, 위치 검출값 신호 Dpos는, 외부로부터 지시된 타이밍에서의 지시 위치 검출값을 산출하는 지시 위치 검출부(20)에도 공급된다.

회전 제어부(14)는, 위치 검출값 신호 Dpos, 및 제어부(11)로부터 공급되는 위치 명령 신호 Pcm을 수취하고, 그것들 신호에 기초하는 연산 처리에 의해, 모터(70)를 구동하기 위한 구동 신호 Trq를 생성한다. 또한, 회전 제어부(14)에는, 제어 클럭 SCk가 공급되고 있다. 회전 제어부(14)는, 제어 클럭 SCk의 주기로, 이 연산 처리 등의 처리를 실행한다. 회전 제어부(14)는, 위치 피드백 제어를 실행하기 위해, 예를 들어 다음과 같은 연산 처리를 실행한다. 즉, 회전 제어부(14)는, 위치 명령 신호 Pcm과 위치 검출값 신호 Dpos의 차분인 위치 편차를 순차적으로 산출한다. 회전 제어부(14)는, 그 위치 편차에 대한 PID(비례 적분 미분) 연산 처리 등에 의해, 구동 신호 Trq를 생성하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 주로 모터 제어 장치(10)가 회전 위치를 제어하는 예를 들어 설명한다. 그러나, 회전 제어부(14)에 있어서, 예를 들어 위치 데이터로부터 속도를 산출하고, 속도 피드백 제어에 의해 구동 신호 Trq를 생성하는 구성이어도 된다.

구동 신호 Trq는, 모터 구동부(15)에 공급된다. 모터 구동부(15)는, 구동 신호 Trq에 기초하여, 모터(70)의 권선을 통전 구동하는 구동 전압 DRv를 생성하여 출력한다. 즉, 모터 구동부(15)는, 구동 파형을 생성하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 회로, 및, 소위 인버터 등을 구비하고 있고, 이들 회로를 사용하여, 공급된 구동 신호 Trq에 따른 구동 전압 DRv를 생성한다. 구동 전압 DRv를 모터(70)의 권선에 인가함으로써, 모터(70)가 통전 구동된다. 그리고, 모터(70)에 대한 통전 구동에 의해, 모터(70) 내의 로터가, 위치 명령 신호 Pcm을 따라서 회전한다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 인코더(71)로부터 모터 위치 수신부(16)를 통해, 로터의 실제 회전 위치를 나타내는 위치 검출값 신호 Dpos가 통지된다. 이와 함께, 제어부(11)로부터, 회전 위치를 제어하기 위해 명령된 위치 명령 신호 Pcm이 통지된다. 그리고, 회전 제어부(14)에 의해, 위치 검출값 신호 Dpos와 위치 명령 신호 Pcm에 기초하여, 로터의 회전 위치가 명령 위치에 추종하도록 피드백 제어하는 위치 제어 루프가 구성되어 있다. 모터 제어 장치(10)는, 이상과 같은 일련의 루프 처리를 연속적으로 실행함으로써, 모터(70)를 회전 제어한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 모터 제어 장치(10)가 지시 위치 검출부(20)를 구비하고 있고, 지시 위치 검출부(20)에 의해, 외부로부터 지시된 타이밍에서의 로터의 위치 검출을 가능하게 하고 있다. 본 실시 형태에서는, 이와 같은 모터 위치 검출의 타이밍을 지시하기 위해, 외부 검출 지시 신호 PEx로 하는 펄스 신호를 외부로부터 공급하도록 구성하고 있다. 본 실시 형태에서는, 외부 검출 지시 신호 PEx에 있어서의 펄스를 지시 펄스로 하고 있고, 보다 상세하게는, 이 지시 펄스의 에지에서의 상승이 되는 타이밍을, 외부로부터의 지시 타이밍인 외부 지시 타이밍으로 한 일례를 들고 있다.

이와 같은 지시에 대응하는 로터 위치를 검출하기 위해, 지시 위치 검출부(20)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 내부 카운터(21)와, 입력 회로(22)와, 전환 스위치(22s)와, 펄스 생성부(23)와, 카운트값 기억부(24m)와, 카운트값 취득부(24c)와, 위치 데이터 취득부(24p)와, 보정값 산출부(25)와, 검출 위치 산출부(26)를 구비하고 있다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 모터 제어 장치(10)의 외부 검출 지시 신호 PEx를 중심으로 한 타이밍예를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 2는 위치 카운터(73)의 위치 카운터 신호 Pos 및 위치 검출값 신호 Dpos와 함께, 이하에서 상세하게 설명하는 내부 카운터(21)로부터의 내부 카운터 신호 Cap 등의 모습도 포함하여 나타내고 있다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 모터 제어 장치(10)의 지시 위치 검출부(20)의 보다 상세한 구성예를 도시하는 블록도이다. 다음에, 지시 위치 검출부(20)의 구성 및 그 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 이 외부 검출 지시 신호 PEx로의 외부 지시 타이밍과, 로터의 위치를 나타내는 위치 검출값 신호 Dpos는 비동기이며, 양쪽의 시간적인 관련성은 없다. 상술한 바와 같이, 위치 검출값 신호 Dpos는, 디지털 신호이며, 위치 카운터(73)의 위치 카운터 신호 Pos를 위치 판독 주기(이하, 적절히, 판독 주기라 칭함) Trc로 샘플링하고, 샘플링에 의해 이산화된 데이터를, 시계열로 차례로 배치하여 구성되어 있다. 즉, 도 2와 같이, 위치 검출값 신호 Dpos는, 판독 주기 Trc마다의 시각 t-1, t0, t1, t2 …에 샘플링된 위치 검출값 Pos-1, Pos0, Pos1, Pos2, …을 시계열로 배치하도록 구성되어 있다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 판독 주기 Trc를 판독 클럭 RCk의 주기로 하고 있다.

또한, 로터는 일정 속도의 회전수로 회전 제어되고 있기 때문에, 위치 카운터 신호 Pos는, 판독 클럭 RCk의 주기로의 로터의 이동량은 일정하게 되어 있다.

이와 같은 위치 검출값 신호 Dpos에 대해, 외부 지시 타이밍은, 인코더(71)에서의 샘플링 타이밍과는 관련이 없는 임의의 타이밍이다. 이것으로부터, 외부 지시 타이밍과 판독 클럭 RCk 주기의 판독 타이밍에는, 규칙성이 없는 시간적인 어긋남이 있다. 도 2에서는, 외부 지시 타이밍의 시각 tex에 있어서, 위치 검출값 신호 Dpos가 위치 검출값 Pos0으로 되어 있는 상태를 나타내고 있다. 이와 같이, 외부 지시 타이밍인 시각 tex와, 위치 검출값 Pos0의 판독 타이밍인 시각 t0에는, 도 2의 경우, 시간적인 어긋남인 어긋남 시간 Ter이 있다. 그리고, 어긋남 시간 Ter에 의해, 외부 지시 타이밍에서의 위치를 정확하게 나타내는 값 Ppex와, 위치 검출값 신호 Dpos에서의 위치 검출값 Pos0 사이에도 오차가 발생한다. 도 2의 경우, 이 오차의 값은, Ppex-Pos0이 된다.

그래서, 지시 위치 검출부(20)에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 내부 카운터(21)로 하는 카운터를 마련하고 있다. 내부 카운터(21)의 내부 카운터 신호 Cap의 카운트값을 이용한 보간(내삽 방법)에 의해, 이웃끼리의 샘플링 타이밍간에 발생한 외부 지시 타이밍에서의 위치를 나타내는 값을, 지시 위치 검출값 Dpex로서 산출하고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 입력 회로(22)를 마련한 구성으로 하고 있다. 입력 회로(22)는, 외부로부터의 외부 검출 지시 신호 PEx에 대하여, 아날로그 신호 처리를 실시하는 아날로그 회로이다. 보다 구체적으로는, 입력 회로(22)가, 도 3에 도시한 바와 같이, 아날로그 소자인 포토커플러(31)와 증폭기(32)를 구비한 구성예를 들고 있다. 여기서, 포토커플러(31)는, 외부 검출 지시 신호 PEx와 같은 외부로부터의 신호에 대하여 절연을 실시하여 안전성을 도모하기 위해 마련하고 있다. 증폭기(32)는, 외부 검출 지시 신호 PEx의 펄스 레벨을 일정하게 하기 위해 마련하고 있다. 한편, 외부 검출 지시 신호 PEx에 대하여 입력 회로(22)를 마련하고 있기 때문에, 통상의 전기적으로 연결된 회로 기판 상의 배선의 나노초 오더의 지연과 비교하여, 무시할 수 없는 레벨의 마이크로 초 오더의 지연이 발생한다. 그 때문에, 입력 회로(22)에 의해, 도 2에 도시한 바와 같이, 외부 검출 지시 신호 PEx가 시간 Tdl만큼 지연된다. 그리고, 입력 회로(22)로부터는, 외부 검출 지시 신호 PEx보다도 지연된 외부의 지시 타이밍이 되는 검출 지시 신호 PLt가, 출력되게 된다. 즉, 입력 회로(22)는, 펄스 지연을 포함하는 아날로그 처리를 실시하고 있다. 이 때문에, 바꾸어 말하면, 입력 회로(22)로부터는, 외부 검출 지시 신호 PEx의 지시 펄스가 지연된 펄스를 포함하는 검출 지시 신호 PLt가 출력된다. 본 실시 형태에서는, 검출 지시 신호 PLt에 있어서의 펄스를 취득 펄스로서 설명한다. 도 2에서는, 외부 지시 타이밍의 시각 tex로부터 시간 Tdl만큼 지연된 시각 tdl에 있어서, 검출 지시 신호 PLt의 취득 펄스가 출력되는 예를 들고 있다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 또한, 지시 위치 검출부(20)에 있어서, 내부 카운터(21)의 카운트값을 이용하여, 입력 회로(22)에 의해 발생하는 펄스 신호의 지연량을 계측하고, 계측한 지연량을 사용하여 그 지연에 의한 오차를 보정하는 보정 기능도 구비한 구성으로 하고 있다.

이들 대책을 실시하기 위해 지시 위치 검출부(20)에 마련한 내부 카운터(21)는, 인코더(71)의 위치 카운터(73)와 마찬가지로, 수를 카운트하는 카운터이다. 내부 카운터(21)는, 판독 클럭 RCk의 주기보다도 짧은 주기의 간격으로 카운트한 카운트값을 출력하는 구성으로 하고 있다. 본 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 내부 카운터(21)에는 클럭 Ck가 공급되고 있고, 내부 카운터(21)는, 클럭 Ck의 상승마다 업 카운트하여, 클럭수를 카운트한다. 그 카운트에 의한 내부 카운터 신호 Cap가, 내부 카운터(21)의 Q 출력으로부터 출력된다. 내부 카운터 신호 Cap는, 클럭 Ck의 주기마다 순차적으로 카운트 업하는 카운트값이 시계열로 차례로 배열되는 디지털 신호이다. 보다 구체적으로는, 내부 카운터(21)는, 예를 들어 16비트 폭의 프리런 카운터이며, 내부 카운터 신호 Cap는, 클럭 Ck의 주기로, 도 2에 도시한 바와 같이, 0000h로부터 FFFFh("‥‥h"에서의 마지막 "h"는, 16진수인 것을 나타냄)까지 카운트 업하고, FFFFh를 초과하면 0000h로 되돌아가, 다시 카운트 업한다. 이와 같은 내부 카운터 신호 Cap가, 도 1에 도시한 바와 같이, 카운트값 기억부(24m), 카운트값 취득부(24c) 및 펄스 생성부(23)에 공급된다.

카운트값 기억부(24m)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 내부 카운터 신호 Cap에 더하여, 판독 클럭 RCk가 공급되고 있다. 카운트값 기억부(24m)는, 판독 클럭 RCk의 주기인 위치 판독 주기의 간격으로, 내부 카운터 신호 Cap의 카운트값을 취득하여, 순차적으로 기억한다. 도 3에서는, 이와 같이 동작하는 카운트값 기억부(24m)의 구성으로서, D형 플립플롭(이하, 적절히, DFF라 칭함)(45)과 기억부(46)를 가진 일례를 나타내고 있다. DFF(45)의 D 입력에는, 내부 카운터 신호 Cap가 공급되고, 클럭 단자 ck에는 판독 클럭 RCk가 공급된다. 또한, DFF(45)의 Q 출력이, 메모리인 기억부(46)에 접속됨과 함께, 검출 위치 산출부(26)로 출력된다. 이와 같은 구성의 카운트값 기억부(24m)에 의해, DFF(45)가, 판독 클럭 RCk의 주기로, 내부 카운터 신호 Cap의 값을 취득하고, 기억부(46)가 취득된 값을 순차적으로 소정의 수만큼 기억하고 있다. 즉, DFF(45)는, 도 2와 같은 내부 카운터 신호 Cap에 대해, 판독 주기 Trc마다의 시각 t-1, t0, t1, t2 …에, 내부 카운터 신호 Cap의 카운트값 Cap-1, Cap0, Cap1, Cap2, …을 취득한다. 그리고, 취득한 카운트값 Cap-1, Cap0, Cap1, Cap2, …을, 카운트값 기억부(24m)에 기억시킴과 함께, 내부 카운트값 신호 Dcap로 하는 디지털 신호의 형식으로, 차례로 출력한다.

또한, 본 실시 형태의 경우, 판독 클럭 RCk는, 타이밍 신호 생성부(13)에 의해 클럭 Ck를 분주하여 생성되고, 내부 카운터(21)는, 클럭 Ck를 카운트하여 내부 카운터 신호 Cap를 생성하고 있다. 이 때문에, 예를 들어 클럭 Ck를 1000분주하여 판독 클럭 RCk를 생성한 경우, DFF(45)는, 내부 카운터 신호 Cap로부터, 1000씩 변화되는 카운트값을 취득하게 된다. 이하, 이와 같이, 판독 클럭 RCk마다 카운트값이 변화되는 양을, 도 2에 도시한 바와 같은 내부 카운터의 변화값 Ncap로서 설명한다. 예를 들어 클럭 Ck를 1000분주하여 판독 클럭 RCk를 생성한 경우, 도 2에서의 Cap0으로부터 Cap1에 대해서는 변화값 Ncap=1000만큼 증가된다. Cap1로부터 Cap2에 대해서는, 먼저, Cap1로부터 FFFFh까지 증가되고, 그 후, 0000h로 되돌아가, 0000h로부터 Cap2까지, 합계의 변화값 Ncap=1000만큼 변화된다. 또한, 도 1 및 도 3에서는, 카운트값 기억부(24m)에 있어서, 내부 카운터 신호 Cap로부터 카운트값 Cap0이 취득되고, 이 카운트값 Cap0이, 검출 위치 산출부(26)로 출력되고 있는 경우를 나타내고 있다.

카운트값 취득부(24c)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 내부 카운터 신호 Cap에 더하여, 입력 회로(22)로부터 출력되는 검출 지시 신호 PLt가 공급되고 있다. 카운트값 취득부(24c)는, 검출 지시 신호 PLt의 펄스 상승의 타이밍에, 내부 카운터 신호 Cap의 값을 취득하여, 일시적으로 유지한다. 도 3에서는, 이와 같이 동작하는 카운트값 취득부(24c)의 구성으로서, DFF(42)를 가진 일례를 나타내고 있다. 이 DFF(42)의 D 입력에는, 내부 카운터 신호 Cap가 공급되고, 클럭 단자 ck에는 검출 지시 신호 PLt가 공급된다. 이와 같은 구성의 카운트값 취득부(24c)에 의해, DFF(42)는, 도 2와 같이, 검출 지시 신호 PLt의 취득 펄스의 에지에 있어서의 상승의 타이밍, 즉 시각 tdl에 있어서, 내부 카운터 신호 Cap의 값을 취득 카운트값 CapX로서 취득하여, 일시적으로 유지하고 있다.

또한, 검출 지시 신호 PLt는, 상술한 바와 같이, 외부 검출 지시 신호 PEx가 지연된 신호이다. 외부 검출 지시 신호 PEx에 의한 외부 지시 타이밍에 대해, 실제로는, 검출 지시 신호 PLt에 의해 데이터를 취득한다. 이에 의해, 검출 지시 신호 PLt에 대해서는, 그 취득 펄스의 상승의 타이밍, 즉 도 2에서의 시각 tdl을, 도 2와 같이 데이터 취득 타이밍으로서 설명한다. 카운트값 취득부(24c)는, 취득 펄스의 에지에 의해 지시된 데이터 취득 타이밍에, 내부 카운터 신호 Cap의 카운트값을 취득하여, 취득 카운트값으로서 유지하고 있다. 또한, 도 1 및 도 3에서는, 카운트값 취득부(24c)에 있어서, 내부 카운터 신호 Cap로부터 취득 카운트값 CapX가 취득되고, 그 취득 카운트값 CapX가, 검출 위치 산출부(26) 및 보정값 산출부(25)로 출력되고 있다.

카운트값 취득부(24c)는, 이와 같이, 입력 회로(22)에 의해 지연된 데이터 취득 타이밍에, 내부 카운터 신호 Cap의 값을 취득한다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 지시 위치 검출부(20)가 입력 회로(22)에 의한 지연을 보정하는 보정 기능을 갖고 있다. 지시 위치 검출부(20)는, 이 보정 기능을 실현하기 위해, 또한, 펄스 생성부(23), 전환 스위치(22s) 및 보정값 산출부(25)를 구비하고 있다. 도 3과 같이, 펄스 생성부(23)와, 전환 스위치(22s)와, 입력 회로(22)와, 카운트값 취득부(24c)와, 보정값 산출부(25)로, 보정값 생성부(30)를 구성하고 있다. 보정값 생성부(30)는, 이 구성에 의해, 입력 회로(22)에서의 펄스 지연에 의해 취득 카운트값 CapX에 포함된 오차에 대해, 그 오차를 보정하기 위한 보정값 Crr을 생성하고 있다.

도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 모터 제어 장치(10)의 보정값 Crr을 산출하기 위한 타이밍예를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 4는, 도 2와 마찬가지의 시각 t0 부근에 대하여, 각 부의 상태를 나타내고 있다. 다음에, 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면서, 보정값 Crr을 산출하기 위한 구성 및 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 펄스 생성부(23)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 내부 카운터 신호 Cap에 더하여, 소정의 값인 스타트값 Pst와 스톱값 Pen이 공급되고 있다. 스타트값 Pst와 스톱값 Pen은, 생성하는 펄스의 타이밍을 지시하기 위한 값이다. 스타트값 Pst는 펄스의 개시 타이밍에 대응하고, 스톱값 Pen은 펄스의 종료 타이밍에 대응하고 있다. 또한, 스타트값 Pst 및 스톱값 Pen은, 제어부(11)로부터 공급되는 구성이어도 된다. 펄스 생성부(23)는, 내부 카운터 신호 Cap의 카운트값과, 스타트값 Pst 및 스톱값 Pen에 기초하여, 계측용 펄스 신호 PGn에서의 계측용 펄스를 생성한다. 도 4에서는, 시각 t0과 시각 t1 사이에 있어서, 펄스의 레벨이 High가 되는 계측용 펄스를 가진 계측용 펄스 신호 PGn을 나타내고 있다.

도 3에서는, 계측용 펄스 신호 PGn을 생성하는 펄스 생성부(23)의 구성으로서, 비교기(35), 비교기(36)와 논리 회로(37)를 가진 일례를 나타내고 있다. 비교기(35)에는, 내부 카운터 신호 Cap와 함께, 펄스 출력의 개시를 지시하기 위한 값인 스타트값 Pst가 공급되고 있다. 비교기(35)는, 내부 카운터 신호 Cap의 카운트값과 스타트값 Pst의 대소 관계를 비교하여, 도 4에 도시한 바와 같이, 내부 카운터 신호 Cap의 카운트값이 스타트값 Pst를 초과한 시점에서, 스타트를 나타내는 신호를 논리 회로(37)에 출력한다. 한편, 비교기(36)에는, 내부 카운터 신호 Cap와 함께, 펄스 출력의 종료를 지시하기 위한 값인 스톱값 Pen이 공급되고 있다. 비교기(36)는, 내부 카운터 신호 Cap의 카운트값과 스톱값 Pen의 대소 관계를 비교하여, 도 4에 도시한 바와 같이, 내부 카운터 신호 Cap의 카운트값이 스톱값 Pen을 초과한 시점에서, 스톱을 나타내는 신호를 논리 회로(37)에 출력한다. 논리 회로(37)는, 비교기(35) 및 비교기(36)로부터의 신호에 의해, 도 4에 도시한 바와 같이, 계측용 펄스 신호 PGn에 있어서, 스타트값 Pst에 기초하여 시각 tst에서 High로 상승하고, 스톱값 Pen에 기초하여 시각 ten에서 Low로 하강하는 계측용 펄스를 출력한다. 펄스 생성부(23)로부터 출력된 계측용 펄스 신호 PGn은, 전환 스위치(22s)에 공급된다. 또한, 이와 같이 하여 계측용 펄스를 생성하기 때문에, 스타트값 Pst에 비해 스톱값 Pen쪽이 큰 값이다. 또한, 스타트값 Pst와 스톱값 Pen의 차에 의해, 계측용 펄스의 펄스폭을 설정할 수 있다.

전환 스위치(22s)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 펄스 생성부(23)로부터의 계측용 펄스 신호 PGn과, 외부 입력 단자(27)로부터의 외부 검출 지시 신호 PEx와, 제어부(11)로부터의 계측 지시 신호 MEs가 공급된다. 전환 스위치(22s)는, 계측 지시 신호 MEs의 지시에 따라서, 계측용 펄스 신호 PGn과 외부 검출 지시 신호 PEx 중 어느 것을 선택하여 출력하는 스위치이다. 본 실시 형태에서는, 계측 지시 신호 MEs의 레벨이 Low인 경우에, 계측용 펄스 신호 PGn을 사용하는 예를 들고 있다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 계측 지시 신호 MEs가 Low인 기간에 있어서, 펄스 생성부(23)에서 생성된 계측용 펄스 신호 PGn은, 전환 스위치(22s)를 통해, 입력 회로(22)에 공급된다. 그리고, 입력 회로(22)로부터는, 시간 Tdl만큼 경과한 후에, 계측용 펄스 신호 PGn이 지연된 신호인 검출 지시 신호 PLt가 출력된다.

계측용 펄스 신호 PGn이 지연된 검출 지시 신호 PLt는, 도 1에 도시한 바와 같이, 카운트값 취득부(24c)에 공급된다. 카운트값 취득부(24c)의 DFF(42)에 의해, 시각 tdl에서의 데이터 취득 타이밍에 있어서, 내부 카운터 신호 Cap로부터 취득 카운트값 CapX가 취득되고, DFF(42)가 취득 카운트값 CapX를 일시적으로 유지한다.

이와 같은 동작에 의해 카운트값 취득부(24c)에 있어서 일시적으로 유지되고 있는 취득 카운트값 CapX는, 도 1에 도시한 바와 같이, 보정값 산출부(25)에 공급된다. 보정값 산출부(25)에는, 미리 스타트값 Pst가 공급되어 있다. 보정값 산출부(25)는, 공급되는 스타트값 Pst와 취득 카운트값 CapX로부터, 입력 회로(22)에 있어서의 지연량을 산출한다.

또한, 도 1에 있어서, 전환 스위치(22s)를 외부 입력 단자(27)로 스위치를 전환하여, 계측 지시 신호 MEs의 레벨이 Low인 경우일 때, 파형 신호 생성용의 펄스 발생기 등을 사용하여 외부 검출 지시 신호 PEx를 입력하고, 도 2에 도시한 바와 같이, 외부 검출 지시 신호 PEx를 계측용 펄스 신호로서 사용하여, 입력 회로(22)에 있어서의 지연량을 산출해도 된다.

도 3에서는, 이와 같이 동작하는 보정값 산출부(25)의 구성으로서, 감산기(51)와 DFF(52)를 가진 일례를 나타내고 있다. 감산기(51)에는, 스타트값 Pst와 취득 카운트값 CapX가 공급되고, 감산기(51)는, 스타트값 Pst와 취득 카운트값 CapX의 차인 차분값 Dif를 산출한다. 여기서, 도 4에 도시한 바와 같이, 스타트값 Pst는 시각 tst에 대응하고, 취득 카운트값 CapX는 시각 tdl에 대응하고 있기 때문에, 차분값 Dif는, 입력 회로(22)에서의 지연의 시간 Tdl에 대응하고 있다. 바꾸어 말하면, 시간 Tdl에 대응하는 차분값 Dif를 이용하여, 예를 들어 도 2에 도시한 시각 tdl로부터 시간 Tdl만큼 빠른 타이밍의 외부 검출 지시 신호 PEx의 외부 지시 타이밍을 역산하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에서는, 이 역산에 의해 외부 지시 타이밍을 추정함으로써, 입력 회로(22)에서의 지연을 보정하고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 감산기(51)에서의 이와 같은 차분값 Dif는, DFF(52)의 D 입력에 공급된다. 또한, DFF(52)의 클럭 단자 ck에는, 계측 지시 신호 MEs가 공급되고 있다. 이와 같은 구성의 보정값 산출부(25)에 의해, DFF(52)는, 도 4와 같이, 계측 지시 신호 MEs의 펄스 상승의 타이밍에 있어서, 감산기(51)로부터의 차분값 Dif를 보정값 Crr로서 취득하여, 일시적으로 유지하고 있다.

이상과 같이, 보정값 생성부(30)는, 내부 카운터 신호 Cap를 이용하여 계측용 펄스를 생성한다. 보정값 생성부(30)는, 계측용 펄스를 입력 회로(22)에 공급하여, 계측용 펄스의 펄스 지연을 계측하고, 계측한 계측용 펄스의 펄스 지연에 기초하여, 보정값 Crr을 산출하고 있다. 또한, 보정값 Crr은, 예를 들어 제어부(11)에 있어서, 불휘발성의 메모리 등을 사용하여 상시 기억하고, 외부로부터의 위치 검출 지시마다 이용하는 구성이어도 된다.

이상, 도 3에 도시한 바와 같은 보정값 생성부(30)의 구성에 의한 계측에 기초하여 산출한 보정값 Crr은, 외부 검출 지시 신호 PEx에 의한 외부 지시 타이밍에서의 로터의 위치 검출에 있어서, 입력 회로(22)에서의 지연에 대한 보정에 이용된다.

도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(10)의 외부 지시 타이밍에 있어서의 모터 위치를 검출하기 위한 타이밍예를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 5는, 도 2와 마찬가지의 시각 t0 부근에 대하여, 각 부의 상태를 나타내고 있다. 다음에, 도 1, 도 3 및 도 5를 참조하면서, 외부 지시 타이밍에 있어서 모터 위치를 검출하는 지시 위치 검출부(20)에서의 구성 및 그 동작에 대하여, 설명한다. 지시 위치 검출부(20)는, 이와 같은 위치 검출을 실행하기 위해, 상술한 바와 같은 구성에 더하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 위치 데이터 취득부(24p)와 검출 위치 산출부(26)를 더 구비하고 있다. 또한, 외부 지시에 의한 위치 검출을 행하기 위해, 제어부(11)로부터의 지시에 의해, 외부 검출 지시 신호 PEx를 선택하도록, 전환 스위치(22s)는 설정되어 있다.

위치 데이터 취득부(24p)에는, 모터 위치 수신부(16)로부터의 위치 검출값 신호 Dpos와, 입력 회로(22)로부터의 검출 지시 신호 PLt가 공급되고 있다. 위치 데이터 취득부(24p)는, 검출 지시 신호 PLt에 의한 데이터 취득 타이밍에 있어서, 위치 검출값 신호 Dpos로부터 위치 검출값을 취득하여, 일시적으로 유지한다. 도 3은, 이와 같이 동작하는 위치 데이터 취득부(24p)의 구성으로서, DFF(41)를 갖는 일례를 나타내고 있다. DFF(41)의 D 입력에는, 위치 검출값 신호 Dpos가 공급되고, 클럭 단자 ck에는 검출 지시 신호 PLt가 공급된다. 이와 같은 구성의 위치 데이터 취득부(24p)에 의해, DFF(41)는, 도 5와 같이, 검출 지시 신호 PLt의 취득 펄스의 상승의 타이밍, 즉 데이터 취득 타이밍인 시각 tdl에 있어서, 위치 검출값 신호 Dpos의 값을 취득하여, 일시적으로 유지하고 있다. 도 1, 도 3 및 도 5에서는, 위치 데이터 취득부(24p)에 있어서, 위치 검출값 신호 Dpos로부터 위치 검출값 Pos0이 취득되고 있는 경우를 나타내고 있다.

또한, 검출 위치 산출부(26)에는, 카운트값 기억부(24m)로부터의 내부 카운트값 신호 Dcap, 카운트값 취득부(24c)에서 취득한 카운트값, 보정값 산출부(25)에서 산출한 보정값 Crr, 모터 위치 수신부(16)로부터의 위치 검출값 신호 Dpos, 및 위치 데이터 취득부(24p)에서 취득한 위치 검출값이 공급된다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같은 검출 지시 신호 PLt에서의 데이터 취득 타이밍이 발생하는 시각 t0부터 시각 t1까지의 기간에 있어서는, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 검출 위치 산출부(26)에는, 카운트값 기억부(24m)로부터의 카운트값 Cap0, 카운트값 취득부(24c)로부터의 취득 카운트값 CapX, 보정값 산출부(25)로부터의 보정값 Crr, 모터 위치 수신부(16)로부터의 위치 검출값 신호 Dpos, 및 위치 데이터 취득부(24p)로부터의 위치 검출값 Pos0이 공급된다.

검출 위치 산출부(26)는, 시각 t0부터 시각 t1까지의 기간에 있어서의 이들 값을 사용하여, 시각 tex에서의 외부 지시 타이밍에 있어서의 지시 위치 검출값 Dpex를 산출하고 있다. 즉, 검출 위치 산출부(26)는, 판독 주기 Trc의 간격으로 취득한 카운트값 중 카운트값 Cap0과 외부 지시 타이밍에서의 카운트값 CapE를 사용한 보간에 의해, 지시 위치 검출값 Dpex를 산출하고 있다. 또한, 이 카운트값 CapE에 대해서는, 상술한 바와 같이, 보정값 Crr을 사용하여 취득 카운트값 CapX를 보정함으로써, 이 외부 지시 타이밍에서의 카운트값 CapE를 생성하고 있다.

또한, 지시 위치 검출값 Dpex는, 도 2에서 설명한 외부 지시 타이밍에서의 정확한 위치를 나타내는 값 Ppex에 대하여 역산에 의해 산출한 추정값이다. 즉, 지시 위치 검출값 Dpex는, 이 값 Ppex에 대응하고 있고, 오차 등이 없는 경우에는, 지시 위치 검출값 Dpex는 값 Ppex와 동일하게 된다. 이하, 시각 t0부터 시각 t1까지의 기간에서의 이들 값을 사용하여, 검출 위치 산출부(26)의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.

도 3에서는, 이와 같은 지시 위치 검출값 Dpex를 산출하는 검출 위치 산출부(26)의 구성으로서, 지연 보정부(61), 감산기(62), 제산기(63), 승산기(64), 위치 변화량 산출부(65) 및 가산기(66)를 구비하고 있다.

도 3에 도시한 지연 보정부(61)는, 감산기(61s)로 구성되어 있다. 감산기(61s)는, 카운트값 취득부(24c)가 유지하고 있는 취득 카운트값 CapX로부터, 보정값 산출부(25)가 유지하고 있는 보정값 Crr을 감산하여, 보정 완료 카운트값 CapE로서 출력한다. 여기서, 보정값 Crr은 입력 회로(22)에서의 지연의 시간 Tdl에 대응하고 있기 때문에, 보정 완료 카운트값 CapE는, 도 5와 같이, 시각 tdl에서의 데이터 취득 타이밍보다도 시간 Tdl만큼 전의 외부 지시 타이밍에 있어서의 내부 카운터 신호 Cap의 값에 대응하고 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 보정값 생성부(30)에서의 계측에 의해 산출한 보정값 Crr을 이용하여, 지연 보정부(61)에 의해, 입력 회로(22)에서의 지연에 대한 보정을 행하고 있다.

보정 완료 카운트값 CapE와, 카운트값 기억부(24m)로부터 출력되고 있는 카운트값 Cap0이 감산기(62)에 공급된다. 감산기(62)는, 보정 완료 카운트값 CapE로부터 카운트값 Cap0을 감산하여, 차분값 dtC로서 출력한다.

여기서, 내부 카운터 신호 Cap가 카운트값 Cap0이 되는 시각 t0으로부터, 외부 지시 타이밍의 시각 tex까지의 시간에 대하여, 도 5와 같이 시간 Ter로 한다. 그렇게 하면, 차분값 dtC는, 도 5와 같이, 시간 Ter에 있어서의 내부 카운터 신호 Cap의 값의 변화값이다. 또한, 판독 주기 Trc 및 이 판독 주기 Trc에 있어서의 내부 카운터의 변화값 Ncap에 대해서는 기지이다. 이 때문에, 예를 들어 판독 주기 Trc와 시간 Tdl의 비율 Rto는, 도 5로부터도 명백한 바와 같이, (dtC/Ncap)가 된다. 도 3에 도시한 검출 위치 산출부(26)는, 차분값 dtC와 변화값 Ncap가, 제산기(63)에 공급되어 있고, 비율 Rto를 제산기(63)에 의해 산출하고 있다.

또한, 검출 위치 산출부(26)는, 위치 변화량 산출부(65), 승산기(64) 및 가산기(66)에 의해, 외부 지시 타이밍에 있어서의 위치 카운터 신호 Pos의 카운트값, 즉 목표로 하는 지시 위치 검출값 Dpex를 산출하고 있다.

먼저, 위치 변화량 산출부(65)는, 예를 들어 위치 검출값 신호 Dpos를 미분 연산하거나 하여, 판독 주기 Trc마다의 위치 검출값의 변화값을 산출하고 있다. 도 3에서는, 위치 변화량 산출부(65)를 DFF(65f)와 감산기(65s)로 구성한 일례를 나타내고 있다. 즉, 위치 변화량 산출부(65)에 있어서, 위치 검출값 신호 Dpos가, DFF(65f)의 D 입력, 및 감산기(65s)의 한쪽의 입력에 공급된다. DFF(65f)의 Q 출력이, 감산기(65s)의 다른 쪽의 입력에 공급된다. DFF(65f)의 클럭 단자 ck에는, 판독 클럭 RCk가 공급된다. 이 구성에 의해, 감산기(65s)는, 현재 시점에서의 위치 검출값으로부터 1개 바로 전의 위치 검출값을 감산하고, 그 결과, 감산기(65s)로부터, 판독 주기 Trc마다의 위치 검출값의 변화값을 나타내는 위치 카운트 변화값 신호 Npoc가 출력된다. 도 5는, 위치 카운터 신호 Pos와 함께, 위치 카운트 변화값 신호 Npoc로서의 변화값 Npoc0, Npoc1, Npoc2, ‥‥이, 판독 주기 Trc마다 출력되는 모습을 나타내고 있다. 또한, 구체적으로는, 도 3에서의 위치 변화량 산출부(65)의 구성의 경우, 시각 t0부터 시각 t1까지의 기간에서의 변화값 Npoc1에 대하여, 1개 바로 전의 변화값 Npoc0을 사용하여 대용하고 있다.

승산기(64)에는, 이 변화값 Npoc0 및 상술한 비율 Rto가 공급된다. 여기서, 변화값 Npoc0은, 판독 주기 Trc에 있어서의 위치 검출값의 변화량을 나타내고, 비율 Rto는, 판독 주기 Trc에 대한 시간 Ter의 비율이다. 이것으로부터, 변화값 Npoc0에 비율 Rto를 승산함으로써, 시간 Ter의 기간에 있어서의 위치 검출값의 변화량을 구할 수 있다. 즉, 승산기(64)로부터는, 이 변화량을 나타내는 위치 보간값 dtR이 출력된다.

가산기(66)에 의해, 시각 t0에서의 위치 검출값 Pos0에, 시간 Ter의 기간의 변화량인 위치 보간값 dtR을 가산한다. 이에 의해, 가산기(66)는, 도 5와 같이, 목표로 하는 지시 위치 검출값 Dpex를 산출할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 모터 제어 장치(10)는, 외부 지시 타이밍에 있어서의 위치 검출값을, 지시 위치 검출값으로서 산출하는 지시 위치 검출부(20)를 구비한다. 지시 위치 검출부(20)는, 내부 카운터(21)와, 검출 위치 산출부(26)와, 보정값 생성부(30)를 갖는다. 내부 카운터(21)는, 모터(70)에 장착한 로터리 인코더(71)에 의해 검출되는 모터 위치를 위치 검출값으로서 판독하는 간격인 위치 판독 주기보다도 짧은 주기의 간격으로 카운트한 카운트값을 출력한다. 검출 위치 산출부(26)는, 위치 검출값을 사용하여 모터의 회전을 제어함과 함께, 지시 펄스를 포함하는 외부 검출 지시 신호 PEx가 공급되고, 지시 펄스의 에지에 의해 지시된 외부 지시 타이밍에서의 카운트값을 사용하여, 지시 위치 검출값 Dpex를 산출한다. 보정값 생성부(30)는, 외부 입력 단자(27)와, 입력 회로(22)와, 카운트값 취득부(24c)와, 보정값 산출부(25)를 포함한다. 외부 입력 단자(27)는, 외부 검출 지시 신호 PEx가 공급된다. 입력 회로(22)는, 입력되는 외부 검출 지시 신호 PEx에 대하여, 펄스 지연이 발생하는 아날로그 처리를 실시하고, 지연된 지시 펄스인 취득 펄스를 포함한 검출 지시 신호 PLt로서 출력한다. 카운트값 취득부(24c)는, 취득 펄스의 에지에 의해 지시된 데이터 취득 타이밍에 내부 카운터 신호의 카운트값 Cap를 취득하여, 취득 카운트값 CapX로서 유지한다. 보정값 산출부(25)는, 펄스 지연에 의해 발생한 외부 지시 타이밍에서의 카운트값 Pst와 취득 카운트값 CapX의 오차에 대해, 오차를 보정하기 위한 보정값 Crr을 산출한다. 보정값 생성부(30)는, 일정 속도로 모터(70)가 회전하고 있는 상태에서, 지시 펄스 대신에, 내부 카운터(21)로부터 출력되는 카운트값 Cap를 이용하여 생성되는 계측용 펄스를 입력 회로(22)에 공급하여 계측용 펄스의 펄스 지연을 계측하고, 펄스 지연에 기초하여 보정값 Crr을 산출한다. 검출 위치 산출부(26)는, 보정값 Crr을 사용하여 카운트값 CapX를 보정함으로써, 외부 지시 타이밍에서의 카운트값 CapE를 생성한다. 지시 위치 검출부(20)는, 위치 판독 주기의 간격으로 취득한 카운트값 Cap0과 이 보정한 카운트값 CapE를 사용한 보간에 의해, 지시 위치 검출값 Dpex를 산출하고 있다.

이와 같이, 모터 제어 장치(10)에 의하면, 보정값 생성부(30)에서의 계측에 기초하여 생성한 보정값 Crr을 사용하여 취득 카운트값 CapX를 보정하기 때문에, 입력 회로(22)에 있어서의 지연의 영향을 억제할 수 있어, 고정밀도로 외부 지시 타이밍에서의 원하는 지시 위치 검출값 Dpex가 얻어진다.

또한, 보정값 생성부(30)는, 내부 카운터(21)로부터 출력되는 카운트값 Cap와, 계측용 펄스의 개시 타이밍을 나타내는 스타트값 Pst 및 종료 타이밍을 나타내는 스톱값 Pen을 사용하여, 계측용 펄스를 생성하는 펄스 생성부(23)를 더 구비해도 된다.

보정값 산출부(25)는, 카운트값 취득부(24c)가 계측용 펄스에 기초하여 취득한 취득 카운트값 CapX와, 스타트값 Pst를 사용하여, 보정값 Crr을 산출해도 된다.

모터 제어 장치(10)는, 보정값 Crr을 보존하는 불휘발성의 메모리를 더 구비해도 된다.

또한, 이상의 설명에서는, 예를 들어 위치 판독 클럭 신호 RCk 또는 검출 지시 신호 PLt 등, 펄스의 에지의 상승에서 취득되거나 동작되거나 하는 예를 들어 설명하였지만, 적절히, 펄스의 에지의 하강이어도 된다. 또한, 신호에 따라서 어느 것으로 해도 된다. 또한, 이들 펄스에 대하여, 펄스 기간이 High가 되는 펄스로서 설명하였지만, 펄스 기간이 Low가 되는 펄스로 하고, 그 펄스에 맞추어 구성하면 된다. 또한, 내부 카운터(21)가 업 카운트하는 예를 들어 설명하였지만, 다운 카운트해도 된다. 그 경우, 적절히, 다운 카운트에 맞추어 구성하면 된다.

본 발명의 모터 제어 장치는, 고정밀도의 위치 검출이 요구되는 모터 제어 장치, 고정밀도의 위치 결정이 요구되는 반도체 제조 장치 또는 전자 부품 실장기 등에 유용하다.

10: 모터 제어 장치
11: 제어부
12: 클럭 생성부
13: 타이밍 신호 생성부
14: 회전 제어부
15: 모터 구동부
16: 모터 위치 수신부
20: 지시 위치 검출부
21: 내부 카운터
22: 입력 회로
22s: 전환 스위치
23: 펄스 생성부
24c: 카운트값 취득부
24m: 카운트값 기억부
24p: 위치 데이터 취득부
25: 보정값 산출부
26: 검출 위치 산출부
27: 외부 입력 단자
30: 보정값 생성부
31: 포토커플러
32: 증폭기
35, 36: 비교기
37: 논리 회로
41, 42, 45, 52, 65f: D형 플립플롭(DFF)
46: 기억부
51, 61s, 62, 65s: 감산기
61: 지연 보정부
63: 제산기
64: 승산기
65: 위치 변화량 산출부
66: 가산기
70: 모터
71: 로터리 인코더(인코더)
73: 위치 카운터
75: 상위 컨트롤러

Claims (3)

1. 모터에 장착한 로터리 인코더에 의해 검출되는 모터 위치를 위치 검출값으로서 판독하는 간격인 위치 판독 주기보다도 짧은 주기의 간격으로 카운트한 카운트값을 출력하는 내부 카운터와,
   상기 위치 판독 주기의 간격으로 취득한 카운트값과, 상기 위치 검출값을 사용하여 상기 모터의 회전을 제어함과 함께, 지시 펄스를 포함하는 외부 검출 지시 신호가 공급되고, 상기 지시 펄스의 에지에 의해 지시된 외부 지시 타이밍에서의 카운트값을 사용하여, 지시 위치 검출값을 산출하는 검출 위치 산출부와,
   상기 외부 검출 지시 신호가 공급되는 외부 입력 단자와,
   입력되는 상기 외부 검출 지시 신호에 대하여, 펄스 지연이 발생하는 아날로그 처리를 실시하고, 지연된 상기 지시 펄스인 취득 펄스를 포함한 검출 지시 신호로서 출력하는 입력 회로와,
   상기 취득 펄스의 에지에 의해 지시된 데이터 취득 타이밍에 내부 카운터 신호의 카운트값을 취득하여, 취득 카운트값으로서 유지하는 카운트값 취득부와,
   상기 펄스 지연에 의해 발생한 상기 외부 지시 타이밍에서의 상기 카운트값과 상기 취득 카운트값의 오차에 대해, 상기 오차를 보정하기 위한 보정값을 산출하는 보정값 산출부를 포함하는 보정값 생성부
   를 갖고,
   상기 외부 지시 타이밍에 있어서의 위치 검출값을, 지시 위치 검출값으로서 산출하는 지시 위치 검출부를 구비하고,
   상기 보정값 생성부는, 일정 속도로 상기 모터가 회전하고 있는 상태에서, 상기 지시 펄스 대신에 상기 내부 카운터로부터 출력되는 상기 카운트값을 이용하여 생성되는 계측용 펄스를 상기 입력 회로에 공급하여 상기 계측용 펄스의 펄스 지연을 계측하고, 상기 펄스 지연에 기초하여 상기 보정값을 생성하고,
   상기 검출 위치 산출부는, 상기 보정값을 사용하여 상기 취득 카운트값을 보정함으로써, 상기 외부 지시 타이밍에서의 상기 카운트값을 생성하는 모터 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보정값 생성부는, 상기 내부 카운터로부터 출력되는 상기 카운트값과, 상기 계측용 펄스의 개시 타이밍을 나타내는 스타트값 및 종료 타이밍을 나타내는 스톱값을 사용하여, 상기 계측용 펄스를 생성하는 펄스 생성부를 더 구비하고,
   상기 보정값 산출부는, 상기 카운트값 취득부가 상기 계측용 펄스에 기초하여 취득한 상기 취득 카운트값과, 상기 스타트값을 사용하여, 상기 보정값을 산출하는 모터 제어 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보정값을 보존하는 불휘발성의 메모리를 더 구비한 모터 제어 장치.

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