JP5725609B2 - モータの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの制御装置及び制御方法に係り、詳しくは航空機や宇宙分野で使用されるモータの制御装置及び速度制御方法に関するものである。

従来、モータの位置を検出するエンコーダを使用したモータの回転速度の制御は、所定の制御周期におけるセンサの位置変化量からモータの回転速度を算出し、目標回転速度と算出されたモータの実際の回転速度との差に応じて回転速度の制御量をモータに入力するフィードバック制御を行うものである。
この制御において、モータの速度が通常速度より遅くなる、つまり所定の制御周期におけるエンコーダの出力信号の取得数が少なくなる、または制御周期よりもエンコーダの出力信号の変化周期が長くなる低速度では、制御周期毎に速度を検出することができないことがあるため、制御精度が悪くなるという問題がある。

このようなことから、モータの回転速度が通常速度である場合には制御周期毎に位置変化量から検出する第１の速度検出値をフィードバックし、低速度である場合にはトルク指令値及び第２の速度検出値から算出される速度推定値をフィードバックする方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２００１−１７８１６６号公報

しかしながら、上記公報に開示された従来技術のように、通常速度と低速度での制御方法を予め設定された所定の位置変化量で切り替える場合、構成や制御方法が複雑になり好ましいことではない。
また、モータの回転が低速度である場合に位置変化量の計測期間を制御周期のＮ倍としているが、Ｎの算出方法については開示されていないため、目標回転速度やモータ回転数が急激に変化した場合に、必ずしも制御の安定性を維持できるわけではないという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、モータの回転速度が変化する場合でも、安定的に精度よくモータを制御することの可能なモータの制御装置及び制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１のモータの制御装置は、速度指令値及びフィードバック速度に基づいてモータの速度を制御するモータの制御装置であって、所定の周期で前記モータの回転量を検出するモータ回転量検出手段と、前記モータ回転量検出手段が前記モータの回転量を検出した回数を計測する計測手段と、該計測手段で計測した計測値が計測間隔を超えたか否かを判定する計測間隔判定手段と、該計測間隔判定手段により計測間隔を超えたと判定された場合に、前記モータ回転量検出手段で検出されたモータの回転量、前記計測間隔判定手段により前回計測間隔を超えたと判定された際に前記モータ回転量検出手段で検出されたモータの回転量、及び前記計測間隔判定手段により前回計測間隔を超えたと判定されてからの経過時間からフィードバック速度を算出する速度算出手段と、該速度算出手段により算出されたフィードバック速度と前記速度指令値とを比較して、いずれか速い方から計測間隔を算出し、前記計測間隔判定手段に設定する計測間隔算出手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２のモータの制御装置では、請求項１において、前記計測間隔算出手段から算出される計測間隔は、速度が速くなるにつれて短くなることを特徴とする。
請求項３のモータの制御装置では、請求項１または２において、前記モータ回転量検出手段はアブソリュートセンサであることを特徴とする。
請求項４のモータの制御装置では、請求項１または２において、前記モータ回転量検出手段はインクリメンタルセンサであることを特徴とする。

請求項５のモータの制御方法は、速度指令値及びフィードバック速度に基づいてモータの速度を制御するモータの制御方法であって、所定の周期で前記モータの回転量を検出するモータ回転量検出工程と、前記モータ回転量検出工程で前記モータの回転量を検出した回数を計測する計測工程と、該計測工程で計測した計測値が計測間隔を超えたか否かを判定する計測間隔判定工程と、該計測間隔判定工程により計測間隔を超えたと判定された場合に、前記モータ回転量検出工程で検出されたモータの回転量、前記計測間隔判定工程により前回計測間隔を超えたと判定された際に前記モータ回転量検出工程で検出されたモータの回転量、及び前記計測間隔判定工程により前回計測間隔を超えたと判定されてからの経過時間からフィードバック速度を算出する速度算出工程と、該速度算出工程により算出されたフィードバック速度と前記速度指令値とを比較して、いずれか速い方から計測間隔を算出し、前記計測間隔判定工程に設定する計測間隔算出工程とを備えたことを特徴とする。

請求項６のモータの制御方法は、請求項５において、前記計測間隔算出工程から算出される計測間隔は、速度が速くなるにつれて短くなることを特徴とする。

請求項１のモータの制御装置によれば、計測手段により計測された計測値が計測間隔判定手段により計測間隔を超えたと判定される場合に、モータ回転量検出手段により検出されたモータ回転量、計測間隔判定手段により前回計測間隔を超えたと判定された際にモータ回転量検出手段にて検出されたモータ回転量、及び前回計測間隔を超えたと判定されてからの経過時間からモータのフィードバック速度を算出し、速度指令値とフィードバック速度とを比較していずれか速い方から計測間隔判定手段に設定する計測間隔を算出する。

従って、モータの回転速度が低速または高速でも、速度指令値または算出されたフィードバック速度のうち速い方から計測間隔を算出することにより、回転速度に応じた計測間隔を自動で算出するので、モータを安定して制御することができる。
また、フィードバック速度または速度指令値から計測間隔を算出することにより、簡易な演算処理となるので、演算負荷をより低減することができる。

請求項２のモータの制御装置によれば、計測間隔算出手段から算出される計測間隔は速度が速くなるにつれて短くなることにより、低速の場合よりも短い計測間隔でフィードバック速度を算出するので速度制御に要する時間が短くなり、制御精度の低下を防ぎ、応答性を向上させることができる。また、速度指令値が急激に変化する場合、即ち高速から低速指令、または低速から高速指令になる場合でもモータが速度指令値に応答するまでの間、円滑に制御することができる。

請求項３のモータの制御装置によれば、モータ回転量検出手段はアブソリュートセンサであるので、モータの回転角度を検出することができる。
請求項４のモータの制御装置によれば、モータ回転量検出手段はインクリメンタルセンサであるので、モータの回転パルスを検出することができる。

請求項５のモータの制御方法によれば、計測工程により計測された計測値が計測間隔判定工程により計測間隔を超えたと判定される場合に、モータ回転量検出工程により検出されたモータ回転量、計測間隔判定工程により前回計測間隔を超えたと判定された際にモータ回転量検出工程にて検出されたモータ回転量、及び前回計測間隔を超えたと判定されてからの経過時間からモータのフィードバック速度を算出し、速度指令値とフィードバック速度とを比較していずれか速い方から計測間隔判定工程に設定する計測間隔を算出する。

従って、モータの回転速度が低速または高速でも、速度指令値または算出されたフィードバック速度のうち速い方から計測間隔を算出することにより、回転速度に応じた計測間隔を自動で算出するので、モータを安定して制御することができる。

請求項６のモータの制御方法によれば、計測間隔算出工程から算出される計測間隔は、速度が速くなるにつれて短くなることにより、低速の場合よりも短い計測間隔でフィードバック速度を算出するので速度制御に要する時間が短くなり、制御精度の低下を防ぎ、応答性を向上させることができる。また、速度指令値が急激に変化する場合、即ち高速から低速指令、または低速から高速指令になる場合でもモータが速度指令値に応答するまでの間、円滑に制御することができる。

本発明の第１実施例に係るモータの制御装置を示す概略構成図である。 第１実施例に係るモータの速度制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施例に係るモータの制御装置を示す概略構成図である。 第２実施例に係るモータの速度制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係るモータの制御装置を示す概略構成図である。
図１に示すように、モータの制御装置１は、モータ２、アブソリュートセンサ（モータ回転量検出手段）４、及び演算部６が接続されて構成されており、演算部６の入力側にアブソリュートセンサ４、出力側にモータ２がそれぞれ接続されている。

モータ２は、図示しないがモータ２で動かす駆動対象体に対してモータ２の動力を出力する。
アブソリュートセンサ４は、モータ２の回転角度を測定するものであり、測定した回転角度を演算部６へ入力する。

演算部６は、計測間隔演算部１０、及び速度制御部１２を含んで構成される。なお、演算部６は上記以外の機能も備えているが、本実施例ではモータの速度制御に関する機能についてのみ説明する。
計測間隔演算部１０は、アブソリュートセンサ４から所定の周期で取得する回転角度の計測間隔を算出すると共にフィードバック速度ωfを算出し、速度制御部１２にフィードバック速度ωfを入力する。

速度制御部１２は、速度指令値ωcとフィードバック速度ωfとからモータ２に調整後の速度を入力し、モータ２の速度制御を行う。

このように構成された本発明の第１実施例に係るモータの制御装置１の速度制御方法について、以下に説明する。
図２は、モータ２の制御方法を示すフローチャートである。当該フローチャートは、計測間隔演算部１０が各プログラムを実行することにより行われるソフトウェアの処理内容であり、所定の周期で発生する割り込み信号により実行される。

ステップＳ１では、割り込み信号が発生すると、アブソリュートセンサ４からモータ２の回転角度（モータの回転量）を取得し、取得した回転角度で回転角度データＲa(m)を更新する（モータ回転量検出工程）。
ステップＳ２では、割り込み信号の発生回数（計測値）ｉをカウントする（計測手段、計測工程）。発生回数ｉは、後述する計測回数の閾値が更新された後に発生する割り込み信号の発生回数である。

ステップＳ３では、経過時間Ｔに所定の周期に相当する時間ｔ(i)を積算する。経過時間Ｔは、後述する計測回数の閾値が更新された後からの経過時間である。
ステップＳ４では、上記ステップＳ２でカウントした発生回数ｉが計測回数の閾値（計測間隔）Ｎを超えたか否かを判定する（計測間隔判定手段、計測間隔判定工程）。当該判定結果が真（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ５へ進み、偽（Ｎｏ）の場合には本フローチャートを終了する。

ステップＳ５では、前回閾値Ｎを超えたと判定された際の回転角度Ｒa(m-1)と今回上記ステップＳ１で取得された回転角度Ｒa(m)とから角度変化量Ｒa(m)−Ｒa(m-1)を算出し、当該角度変化量と上記ステップＳ３で積算された経過時間Ｔとから速度制御部１２にフィードバックするフィードバック速度ωfを算出する（速度算出手段、速度算出工程）。

ステップＳ６では、フィードバック速度ωfが速度指令値ωcよりも小さいか否かを判定する（計測間隔算出手段、計測間隔算出工程）。当該判定結果が真（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ７へ進む。
ステップＳ７では、速度指令値ωcから計測回数の閾値Ｎを算出する（計測間隔算出手段、計測間隔算出工程）。なお、当該ステップＳ７及び後述するステップＳ８で算出される計測回数の閾値Ｎは、図示しないが、例えば予めメモリ装置等に格納されているマップ、または関数から算出されてもよい。

当該ステップＳ７で速度指令値ωcから算出される計測回数の閾値Ｎは、フィードバック速度ωfから算出される閾値Ｎよりも小さい値である。閾値Ｎは、速度指令値ωcが速い場合は小さく、速度指令値ωcが遅い場合には大きくなるように算出される。なお、閾値Ｎは、モータ２の最高回転数の時に角度変化量Ｒa(m)−Ｒa(m-1)が１８０°を超えない値である。

一方、上記ステップＳ６の判定結果が偽（Ｎｏ）である場合には、ステップＳ８へ進む。
ステップＳ８では、フィードバック速度ωfから閾値Ｎを算出する（計測間隔算出手段、計測間隔算出工程）。
当該ステップＳ８でフィードバック速度ωfから算出される計測回数の閾値Ｎは、速度指令値ωcから算出される閾値Ｎよりも小さい値である。上述した閾値Ｎと同様に、閾値Ｎはフィードバック速度ωfが速い場合には小さく、フィードバック速度ωfが遅い場合には大きくなるように算出される。

続くステップＳ９では、上記ステップＳ７またはＳ８で算出された閾値Ｎを計測回数の閾値として設定する（計測間隔算出手段、計測間隔算出工程）。そして、発生回数ｉ及び経過時間Ｔを初期値（例えば、０）に戻す。
ステップＳ１０では、上記ステップＳ５で算出されたフィードバック速度ωfを速度制御部１２へ入力する。

このように、本実施例によれば、割り込み信号の発生回数ｉをカウントして、発生回数ｉが計測回数の閾値Ｎを超えた場合に回転角度Ｒa(m-1)及びＲa(m)から算出される角度変化量と前回閾値を超えたと判定されてからの経過時間Ｔとからフィードバック速度ωfを算出し、速度指令値ωcとフィードバック速度ωfとを比較していずれか速い方から閾値Ｎを算出して計測回数の閾値として設定する。

従って、モータ２の速度が低速または高速でも、速度指令値ωcまたはフィードバック速度ωfのうちいずれか速い方から計測間隔を算出することにより、速度に応じてフィードバック速度ωfを算出するための計測間隔を自動で調整するので、安定した制御を行うことができ、モータ２の速度制御を円滑に行うことができる。
また、速度指令値ωc及びフィードバック速度ωfのいずれか速い方から閾値Ｎを算出するので、簡易な演算処理となり、演算負荷をより低減することができる。

さらに、速度指令値ωc及びフィードバック速度ωfのいずれか速い方から計測回数の閾値Ｎ、即ちフィードバック速度ωfを算出するための計測間隔を算出することにより、速度指令値ωcが急激に変化する場合、即ち速度指令値ωcが低速から高速指令になる場合にはフィードバック速度ωfより高速である速度指令値ωcから算出した閾値Ｎを設定し、速度指令値ωcが高速から低速指令になる場合には速度指令値ωcより高速であるフィードバック速度ωfから算出した閾値Ｎを設定する。

即ち、低速の場合よりも短い計測間隔でフィードバック速度ωfを算出することによりモータ２の速度制御に要する時間が短くなるので、制御精度の低下を防ぐとともに応答性を向上させることができ、モータ２が速度指令値ωcに応答するまでの間も円滑な制御を行うことができる。

次に、本発明に係る第２実施例について説明する。
本実施例のモータの制御装置及び制御方法では、第１実施例に対して、アブソリュートセンサ４をインクリメンタルセンサにした点が相違しており、その他の構成は共通している。従って、共通箇所の説明は省略し、相違点について説明する。

図３は、本発明の第２実施例におけるモータの制御装置１の概略構成図である。
図３に示すように、モータ２、インクリメンタルセンサ（モータ回転量検出手段）４ａ、及び演算部６が接続されており、演算部６の入力側にインクリメンタルセンサ４ａ、出力側にモータ２がそれぞれ接続されている。
インクリメンタルセンサ４ａはモータ２の回転パルスを測定するものであり、測定した回転パルスを演算部６へ入力する。

このように構成された本発明の第２実施例に係るモータの制御装置１の速度制御方法について、以下に説明する。
図４は、モータ２の制御方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１１では、割り込み信号が発生すると、インクリメンタルセンサ４ａからモータ２の回転パルス（モータの回転量）を取得し、回転パルスデータＲp(m)を更新する（モータ回転量検出工程）。

ステップＳ１５では、前回閾値Ｎを超えたと判定された際の回転パルスＲp(m-1)と今回上記ステップＳ１で取得された回転パルスＲp(m)とから角度変化量を算出し、当該角度変化量と上記ステップＳ３で積算された経過時間Ｔとから速度制御部１２にフィードバックするフィードバック速度ωfを算出し、計測回数の閾値として設定する（速度算出手段、速度算出工程）。

このように、本実施例によれば、割り込み信号の発生回数ｉをカウントして、発生回数ｉが閾値Ｎを超えた場合に回転パルスＲp(m-1)及びＲp(m)から算出される角度変化量と、前回閾値を超えたと判定されてからの経過時間Ｔとからフィードバック速度ωfを算出し、速度指令値ωcとフィードバック速度ωfとを比較していずれか速い速度から閾値Ｎを算出して計測回数の閾値として設定する。
従って、上記第１実施例と同様の効果を得ることができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記各実施例では閾値Ｎを割り込み信号の発生回数ｉを計測する計測回数としているが、発生回数ｉに代えて経過時間Ｔとしてもよい。
また、上記第１実施例ではステップＳ１０、上記第２実施例ではステップＳ２０でそれぞれフィードバック速度ωfを速度制御部１２へフィードバックしているが、上記第１実施例の場合にはステップＳ５以降、上記第２実施例の場合にはステップＳ１５以降であれば、いずれのステップでフィードバック速度ωfを速度制御部１２へフィードバックするようにしてもよい。
また、本発明は、操舵系やポンプ制御に使用されるサーボモータに好適である。

１ モータの制御装置
２ モータ
４ アブソリュートセンサ（モータ回転量検出手段）
４ａ インクリメンタルセンサ（モータ回転量検出手段）
６ 演算部
１０ 計測間隔演算部

Claims (6)

1. 速度指令値及びフィードバック速度に基づいてモータの速度を制御するモータの制御装置であって、
   所定の周期で前記モータの回転量を検出するモータ回転量検出手段と、
   前記モータ回転量検出手段が前記モータの回転量を検出した回数を計測する計測手段と、
   該計測手段で計測した計測値が計測間隔を超えたか否かを判定する計測間隔判定手段と、
   該計測間隔判定手段により計測間隔を超えたと判定された場合に、前記モータ回転量検出手段で検出されたモータの回転量、前記計測間隔判定手段により前回計測間隔を超えたと判定された際に前記モータ回転量検出手段で検出されたモータの回転量、及び前記計測間隔判定手段により前回計測間隔を超えたと判定されてからの経過時間からフィードバック速度を算出する速度算出手段と、
   該速度算出手段により算出されたフィードバック速度と前記速度指令値とを比較して、いずれか速い方から計測間隔を算出し、前記計測間隔判定手段に設定する計測間隔算出手段と、
   を備えたことを特徴とするモータの制御装置。
2. 前記計測間隔算出手段から算出される計測間隔は、速度が速くなるにつれて短くなることを特徴とする、請求項１に記載のモータの制御装置。
3. 前記モータ回転量検出手段はアブソリュートセンサであることを特徴とする、請求項１または２に記載のモータの制御装置。
4. 前記モータ回転量検出手段はインクリメンタルセンサであることを特徴とする、請求項１または２に記載のモータの制御装置。
5. 速度指令値及びフィードバック速度に基づいてモータの速度を制御するモータの制御方法であって、
   所定の周期で前記モータの回転量を検出するモータ回転量検出工程と、
   前記モータ回転量検出工程で前記モータの回転量を検出した回数を計測する計測工程と、
   該計測工程で計測した計測値が計測間隔を超えたか否かを判定する計測間隔判定工程と、
   該計測間隔判定工程により計測間隔を超えたと判定された場合に、前記モータ回転量検出工程で検出されたモータの回転量、前記計測間隔判定工程により前回計測間隔を超えたと判定された際に前記モータ回転量検出工程で検出されたモータの回転量、及び前記計測間隔判定工程により前回計測間隔を超えたと判定されてからの経過時間からフィードバック速度を算出する速度算出工程と、
   該速度算出工程により算出されたフィードバック速度と前記速度指令値とを比較して、いずれか速い方から計測間隔を算出し、前記計測間隔判定工程に設定する計測間隔算出工程と、
   を備えたことを特徴とするモータの制御方法。
6. 前記計測間隔算出工程から算出される計測間隔は、速度が速くなるにつれて短くなることを特徴とする、請求項５に記載のモータの制御方法。

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