JP6300371B2 - モータ駆動制御装置およびモータ駆動制御方法 - Google Patents
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Description
回転パルス信号FGは、モータが起動してから目標回転速度に至るまでの間、徐々に周波数が上昇し、これに反比例して周期が減少する。マイコンにより回転パルス信号FGの周期を測定するには、この周波数の変化に対応するため、タイマのスケーラを走査しなければならず,処理が複雑化し、高速なマイコンを必要としていた。また、測定した周期を逓倍した信号を出力するには、回転パルス信号FGの周期を測定するタイマとは別のタイマが必要となり、よってタイマを2つ以上備えた高機能なマイコンを必要としていた。よって、システムが高価になってしまうという問題がある。
そこで、本発明は、安価なマイコンで回転パルス信号をn逓倍(nは2以上の自然数)することが可能なモータ駆動制御装置およびモータ駆動制御方法を提供することを課題とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
図1は、本実施形態におけるモータ1の駆動制御装置2の概略を示す構成図である。
図1に示すように、モータ1の駆動制御装置2は、モータ駆動回路21と、モータ制御回路22と、マイコン23とを含んで構成されている。モータ1は、1回転当り2パルスの回転パルス信号を出力するように動作する。この駆動制御装置2は、不図示のシステムの指令によりモータ1を駆動制御する。
モータ制御回路22は、モータ駆動信号Spをモータ駆動回路21に出力し、ロータの位置検出信号Srから回転パルス信号FGを出力する。この回転パルス信号FGには、モータ1が1回転するごとに、2つのパルスが現れる。
マイコン23は、この回転パルス信号FGを逓倍して、変換信号Sを不図示のシステムに出力する。この変換信号Sには,モータ1が1回転するごとに、4つのパルスが現れる。この変換信号Sを出力することにより、例えば、単一の回転パルス信号かつ1回転当り4パルスを出力するモータを前提としたシステムに、1回転当り2パルスを出力するモータを使うことができる。
図2に示すように、マイコン23は、CPU(Central Processing Unit)231と、ROM(Read Only Memory)232と、RAM(Random Access Memory)233と、タイマ234とを含んで構成される。マイコン23は、1個のタイマ234を含み、このタイマ234により回転パルス信号FGを2逓倍した変換信号Sを出力する。
CPU231は、中央処理装置であり、ROM232やRAM233に格納されたプログラムを実行することにより、回転パルス信号FGを逓倍した変換信号Sを生成する。
ROM232は、記録されている情報を読み出すことのみ可能なメモリであり、例えば逓倍プログラム3を格納する。この逓倍プログラム3は、CPU231によって実行されることにより、不図示の逓倍処理部を具現化する。
RAM233は、格納されたデータに任意の順序でアクセスできるメモリであり、例えば処理中のプログラムの変数が格納される。
マイコン23は、システムなどによって起動が掛けられると、ステップS10以降の逓倍処理を実行する。このとき、マイコン23のS端子から出力される変換信号Sは、Lowに初期化されている。
ステップS10において、マイコン23は、回転パルス信号FGの状態を読み込む。
ステップS11において、マイコン23は、回転パルス信号FGの状態がHighとLowのいずれであるかを判断する。マイコン23は、回転パルス信号FGの状態がHighならば、ステップS12の処理に進み、回転パルス信号FGの状態がLowならば、ステップS13の処理に進む。なお、図3では、Highを「Hi」、Lowを「Lo」と省略して記載している。
ステップS13において、マイコン23は、FGフラグを0に設定し、ステップS14の処理に進む。
ステップS14において、マイコン23は、新たに回転パルス信号FGの状態を読み込み、この回転パルス信号FGの状態とFGフラグが一致するか否かを判断する。
ステップS16において、マイコン23は、タイマ234による時間測定を開始する。このときマイコン23は、タイマ234に最小値(例えば0)を設定するとよい。
ステップS17において、マイコン23は、FGフラグを回転パルス信号FGで更新する。具体的にいうと、マイコン23は、ステップS10〜S13と同様な処理を実行して、最新の回転パルス信号FGの状態をFGフラグに反映させる。これは、回転パルス信号FGの次のエッジを検出するためである。
ステップS19において、マイコン23は、タイマ234のオーバーフローが発生したならば(Yes)、ステップS16の処理に戻り、タイマ234のオーバーフローが発生しなかったならば(No)、ステップS20の処理に進む。これにより、マイコン23は、モータ1が所定の回転速度に到達するまで回転パルス信号FGをn逓倍した変換信号Sを出力しないように制御可能である。ここで所定の回転速度とは、回転パルス信号FGのエッジ期間が、タイマ234のオーバーフローが発生しないほど小さくなった速度をいう。回転パルス信号FGのエッジ期間とは、回転パルス信号FGのエッジを検出したときから、次のエッジを検出したときまでの期間をいう。
ステップS20において、マイコン23は、回転パルス信号FGの状態とFGフラグとが一致するか否かを判断する。
ステップS22において、マイコン23は、タイマ234による時間測定を終了する。このとき、タイマ234には、ステップS16でタイマを設定したときから、この時間測定を終了したときまでの時間が記憶されている。これは、ステップS15で回転パルス信号FGのエッジを検出したタイミングから、ステップS21で回転パルス信号FGの次のエッジを検出したタイミングまでの時間の近似値である。
ステップS23において、マイコン23は、FGフラグを回転パルス信号FGで更新する。この処理は、ステップS10〜S13と同様な処理である。
ステップS24において、マイコン23は、S端子の出力をトグルさせて、変換信号Sの論理を反転させる。
ステップS25において、マイコン23は、変数Tにタイマ234の測定値を設定し、ノードAを介して図4のステップS26に進む。タイマ234の測定値とは、タイマ234の測定終了時の値から、測定開始時の値(例えば0)を減算して算出することができる。
ステップS26において、マイコン23は、タイマ234に変数Tの1/2を設定する。すなわち、タイマ234の最大のカウント数である256から変数Tの1/2を減算した値をタイマ234に設定して、タイマ234による時間測定を開始する。これにより、タイマ234は、直前の回転パルス信号FGのエッジ間隔の1/2でオーバーフローを発生させて、マイコン23に通知することができる。なお、変数Tの1/2は、シフト演算やテーブル参照などにより、廉価なマイコンでも実用的な演算時間で算出可能である。
具体的にいうと、タイマのスケーラが100μ秒に設定されていたとき、単純にタイマをカウントアップすると、25.6m秒毎にオーバーフローが発生する。ここで、ステップS25で設定した変数Tが10.0m秒であったとすると、ステップS26では、「256−(100/2)=206」がタイマ234に設定される。
ステップS27において、マイコン23は、タイマ234のオーバーフローが発生したか否かを判断する。
ステップS28において、マイコン23は、タイマ234のオーバーフローが発生しなかったならば(No)、ステップS27の処理に戻り、タイマ234のオーバーフローが発生したならば(Yes)、ステップS29の処理に進む。
ステップS30において、マイコン23は、タイマ234による時間測定を開始する。このときマイコン23は、タイマ234に最小値(例えば0)を設定するとよい。
ステップS31において、マイコン23は、タイマ234のオーバーフローが発生したか否かを判断する。
ステップS32において、マイコン23は、タイマ234のオーバーフローが発生したならば(Yes)、ノードBを介してステップS16(図3参照)の処理に戻り、タイマ234のオーバーフローが発生しなかったならば(No)、ステップS33の処理に進む。
ステップS34において、マイコン23は、回転パルス信号FGの状態とFGフラグとが一致したならば(Yes)、ステップS31の処理に戻り、回転パルス信号FGの状態とFGフラグとが一致しなかったならば(No)、ステップS35の処理に進む。これによりマイコン23は、回転パルス信号FGのエッジを検出できる。
ステップS36において、マイコン23は、変数Tの1/2に、タイマ234の測定値とオフセットとを加えた値を、変数Tに設定する。タイマ234の測定値とは、タイマ234の測定終了時の値から、測定開始時の値を減算して算出することができる。オフセットとは、タイマ234で測定していないステップS28,S29などの処理時間の総和である。オフセットは、マイコン23に既知の周期のパルス信号を入力して、実験的に求めることもできる。
ステップS38において、マイコン23は、FGフラグを回転パルス信号FGで更新する。この処理は、ステップS10〜S13と同様な処理である。
ステップS39において、マイコン23は、S端子の出力を終了するか否かを判断する。
ステップS40において、マイコン23は、S端子の出力を終了しないならば(No)ステップS26の処理に戻り、S端子の出力を終了したならば(Yes)図4の処理を終了する。
このようにすることで、マイコン23は、タイマ234で回転パルス信号FGの各エッジ間隔を測定すると共に、S端子の出力をトグルさせて、変換信号Sの論理を反転させるタイミングを決定することができる。
なお、回転パルス信号FGを3逓倍する際には、マイコン23は、ステップS26,S36において、変数Tの1/2の代わりに、変数Tの1/3を適用すると共に、ステップS26〜S29の処理を2回繰り返せばよい。
変換信号Sは、回転パルス信号FGが初回の周期の間、Lowとなる。
その後変換信号Sは、回転パルス信号FGの論理が反転したときに、同様に反転する。
変換信号Sは、論理が反転する直前の回転パルス信号FGのHigh区間またはLow区間の時間の測定結果を1/n倍した時間が経過した後に論理が反転する。また、その動作を(n−1)回だけ繰り返す。ここでnは逓倍の数を示す2以上の自然数である。
時刻t0にモータ1が起動してから所定回転速度に到達する時刻t1までの間、変換信号SはLowを維持する。システムは、モータ1が所定回転速度に到達するまでは、所定トルクでモータを駆動し、変換信号Sに基づいたフィードバック制御を行わないので、このような簡略化した動作でも問題とはならない。回転速度がある程度上がった状態においてのみ変換信号Sを出力すればよいので、マイコン23は、タイマ234のスケーラを再設定することなしに、回転パルス信号FGを逓倍することができる。
時刻t1以降において、変換信号SはLowとHighとを繰り返して、回転パルス信号FGを2逓倍する。システムは、モータ1が所定回転速度に到達した後は、例えば、変換信号Sの周期と目標周期との差をフィードバックして回転速度を制御する。モータ1が所定回転速度に到達した後の回転パルス信号FGの周期は、スケーラを固定した8ビットのタイマ234でも取得可能である。よって、安価なマイコン23で回転パルス信号FGを逓倍することができる。
図6に示す波形図は、回転パルス信号FGを、その2倍の周波数の変換信号Sに逓倍する例を示している。
時刻t10から回転パルス信号FGの入力が開始されると、時刻t12までは回転パルス信号FGが初回の周期であることから、変換信号SはLowを維持する。これは、ステップS10からステップS19までの遷移に対応する。
時刻t12において、変換信号Sは、回転パルス信号FGの論理反転に伴い、同様に論理が反転する。これは、ステップS24の動作に対応する。
時刻t13において、時刻t11から時刻t12までの1/2倍の時間が、時刻t12から経過したので、変換信号Sの論理が反転する。この動作は、n逓倍のときに(n−1)回だけ繰り返される。本実施形態では2逓倍なので、1回の動作が行われる。これは、ステップS29の動作に対応する。
時刻t14において、変換信号Sは、回転パルス信号FGの論理反転に伴い、同様に論理が反転する。これは、ステップS37の動作に対応する。
時刻t15において、時刻t12から時刻t14までの1/2倍の時間が、時刻t14から経過したので、変換信号Sの論理が反転する。これは、ステップS29の動作に対応する。
時刻t16において、変換信号Sは、回転パルス信号FGの論理反転に伴い、同様に論理が反転する。これは、ステップS37の動作に対応する。
以降、時刻t12〜t16の波形が繰り返される。これにより回転パルス信号FGが逓倍され、変換信号Sが生成される。
本発明によれば、単一のタイマ234を有する安価なマイコン23で回転パルス信号FGを逓倍することができるので、システムに使用可能なモータ1を自由に選択することができる。また、高速な処理が不要なので、安価なマイコン23を使用でき、システムを安価に構築することができる。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の(a)〜(e)のようなものがある。
(a) 変換信号Sは、回転パルス信号FGの2逓倍に限定されず、2以上の自然数nで逓倍されていてもよい。
(b) 図3のステップS16の直前において、マイコン23は、S端子の出力信号をLowに初期化してもよい。これにより、タイマ234がタイムアウトしたとき、S端子から出力される変換信号SはLowに初期化される。システムは、変換信号Sが所定時間以上Lowであることを検知することで、容易にモータ1の異常を検知することができる。
(c) 図4のステップS31において、マイコン23は、タイマ234のオーバーフローによってタイムアウトを検知し、よって所定時間の経過を検知している。しかし、これに限られず、マイコン23は、タイマ234を読み取って所定値と比較することにより、所定時間の経過を検知してもよい。
(d) マイコン23は、複数のタイマを備えていてもよく、そのうち1個のタイマのみを使用して本発明のモータ駆動制御処理(逓倍処理)を実行すればよく、限定されない。
(e) マイコン23に代えてASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)を使用してもよい。これにより、上記実施形態と同様の効果を奏する。
2 駆動制御装置
21 モータ駆動回路
211 位置検出手段
22 モータ制御回路
23 マイコン
231 CPU
232 ROM
233 RAM
234 タイマ
3 逓倍プログラム
Sp モータ駆動信号
Sr 位置検出信号
FG 回転パルス信号
S 変換信号
Claims (6)
- ロータの位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出手段を含み、モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記位置検出信号に基づいて回転パルス信号を生成するモータ制御回路と、
少なくとも1個のタイマを含み、前記タイマで前記回転パルス信号の各エッジ間隔を測定すると共に、前記タイマが測定した直近のエッジ間隔の値をnで除算して前記タイマに設定し、当該タイマのタイムアウト時に変換信号をトグルさせて前記回転パルス信号をn逓倍(nは2以上の自然数)した前記変換信号を出力し、前記変換信号を(n−1)回だけトグルさせたならば、前記タイマで前記回転パルス信号の次のエッジまでの期間を測定することで直近のエッジ間隔を測定するマイコンと、
を備えることを特徴とするモータの駆動制御装置。 - 前記マイコンは、前記モータが所定の回転速度に到達するまで前記回転パルス信号をn逓倍した変換信号を出力せず、前記モータが所定の回転速度に到達したならば変換信号を出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータの駆動制御装置。 - 前記マイコンは、直近のエッジ間隔の測定が完了した時に前記変換信号をトグルさせる、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータの駆動制御装置。 - ロータの位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出手段を含み、モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記位置検出信号に基づいて回転パルス信号を生成するモータ制御回路と、
少なくとも1個のタイマとフラグとを含み、前記タイマで前記回転パルス信号の各エッジ間隔を測定すると共に前記フラグを前記回転パルス信号で更新したのち、前記タイマが測定した直近のエッジ間隔の値を2で除算して前記タイマに設定し、当該タイマのタイムアウト時に変換信号をトグルさせたのち、前記変換信号を1回だけトグルさせたならば、前記タイマで前記回転パルス信号が前記フラグと一致しなくなるまでの期間を測定して前記変換信号をトグルさせることで前記回転パルス信号を2逓倍した変換信号を出力し、前回のエッジ間隔の1/2と前記タイマの測定値との和を直近のエッジ間隔とするマイコンと、
を備えることを特徴とするモータの駆動制御装置。 - ロータの位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出手段を含み、モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記位置検出信号に基づいて回転パルス信号を生成するモータ制御回路と、少なくとも1個のタイマを含むマイコンと、を備えるモータの駆動制御装置が実行するモータ駆動制御方法であって、
前記マイコンは、前記タイマで前記回転パルス信号の各エッジ間隔を測定すると共に、前記タイマが測定した直近のエッジ間隔の値をnで除算して前記タイマに設定し、当該タイマのタイムアウト時に変換信号をトグルさせて前記回転パルス信号をn逓倍(nは2以上の自然数)した前記変換信号を出力し、前記変換信号を(n−1)回だけトグルさせたならば、前記タイマで前記回転パルス信号の次のエッジまでの期間を測定して、直近のエッジ間隔を測定する、
ことを特徴とするモータの駆動制御方法。 - 前記マイコンは、直近のエッジ間隔の測定が完了した時に前記変換信号をトグルさせる、
ことを特徴とする請求項5に記載のモータの駆動制御方法。
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