JPH02241384A

JPH02241384A - モータ制御装置

Info

Publication number: JPH02241384A
Application number: JP1059277A
Authority: JP
Inventors: Ietoshi Itou; 家年伊藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1990-09-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、位置制御等を行うモータやそのドライバー部
およびそのモータの負荷部を含めた不感帯による非線形
性を除去し、良好なモータ制御時ものである。

［発明の概要］本発明は、位置制御等を行うモータの制御装置において
、モータを使用する前に、予めモータおよびそのドライバ
ー部やその負荷部を含めた状態で、モータの駆動出力を
徐々に増加させて行き、モータが一定回転速度に達した
ら、そのときの駆動出力をバイアス値として保持し、モ
ータ使用時の駆動出力に上記バイアス値を加算してその
モータを制御することにより、モータやドライバー部や負荷部を含めた不感帯による非
線形性を除去し、良好なモータ制御特性が得られるよう
にしたものである。

［従来の技術］従来より、ロボット等を駆動するモータのように位置制
御を行うモータでは、正逆両回転方向に通電可能なスイ
ッチ回路を用いて、その通電をＰＷＭ（パルス幅変調）
制御し、その回転を制御している。

第４図は従来例のＰＷＭスイッチ制御によるモータ制御
装置の構成図である。ｌＯ【はＰＷＭ発生部、１０２は
スイッチ回路、１０３はモータ、１０４は、電流フィー
ドバック回路である。ＰＷＭ発生部１０１は、アナログ
の位置指令信号をＰＷＭデユーティ制御用のアナログ信
号ｅｍ′に変換する演算器１０１ａと、基準の三角波信
号を発生する三角波発生回路１０１ｂと、上記三角波信
号をアナログ信号ｅｍ’で比較してＰＷＭ信号を出力す
るコンパレータ１０１ｃから成る。スイッチ回路１０２
は、パワートランジスタ等の４個のスイッチ素子Ｑ、、
Ｑ、、Ｑ、、Ｑ、を電源ＶＣＣ）１−グランド間にブリ
ッジ構成に接続し、その中間のスイッチ素子接続点間に
モータ１０３を接続している。

一方の対角位置の組のスイッチ素子Ｑ８．Ｑ４はその導
通により正回転方向の通電を制御し、他方の対角位置の
組のスイッチ素子Ｑ、、Ｑ３はその導通により逆回転方
向の通電を制御する。スイッチ回路＋０２は、ロジック
回路１０２ａを有していて、コンパレータ１０１ｃから
出力されるＰＷＭ信号から、互いに反転の関係にあるＰ
　Ｗ　Ｍ　＋信号とＰＷ　Ｍ　２信号とを作成する。こ
のＰＷＭ、信号は正回転方向に通電を指示するスイッチ
素子Ｑ、、Ｑ、に出力され、Ｐ　Ｗ　Ｍ　を信号は逆回
転方向に通電を指示するスイッチ素子Ｑ＊、Ｑ−に出力
される。ＰＷＭ、信号とＰ　Ｗ　Ｍ　を信号とは、同−
ＰＷＭ信号とその反転の関係にあるので、モータ１０３
に対し常に両回転方向に交互に通電が行なわれてそのデ
ユーティの大小によりモータの加減速と停止の制御が行
なわれる。電流フィードバック回路１０４は、上記スイ
ッチ回路１０２の両通電方向に挿入した電流検出用の抵
抗Ｒ，，Ｒ，からそれらの通電電流を検出し、演算器１
０１ａの位置指令信号の入力側へ電流フィードバックを
施す。

以上の従来例において、演算器１０１ａは、停止の位置
指令信号に対し、アナログ信号ｅｍ′として三角波信号
における三角波形の対称の中心である０■を出力し、コ
ンパレータ１ｏｌｃから出力されるＰＷＭ信号のデユー
ティが５０％となるようにする。従って、ＰＷＭ、信号
およびＰＷＭ、信号ともデユーティ（オフセットデユー
ティ）が５０％の信号波形となる。つまり、正逆方向に
等しく交互に通電を行って停止状態としている。次に正
方向加速時においては、演算”ｌｔ−１０１ａからアナ
ログ信号ｅｓ′として負電位が出力され、コンパレータ
１０１ｃから出力されるＰＷＭ信号はデユーティが５０
％以上となる。従って、ＰＷＭ、信号はデユーティが５
０％以上となり、ＰＷＭ、信号はデユーティが５０％以
下となる。つまり、正回転方向の通電を多くシ１．相対
的に逆方向の通電を少なくして正方向へ回転させている
。また、逆方向加速時においては、アナログ信号ｅａ’
として正電位を出力することにより、今度は正方向加速
時とは逆に逆回転方向の通電を多くし、相対的に正方向
の通電を少なくして逆方向へ加速している。

第５図は上記従来例におけるモータの制御特性図を示し
ている。その横軸はＰＷＭ信号のＰＷＭデユーティＸ［
％］であり、縦軸は有効トルクである。この特性図から
れかるように、第１図のモータ１０３およびスイッチ回
路１０２などからなるモータ１０３のドライバー部には
、不感奇聞ちモータに通電を行ってもある通電量までは
モータが回転しない領域が存在する。この不感帯のため
、ＰＷＭデユーティＸが（ａ）のようにＸ＜Ｘ。の場合
、モータを実際に動かす有効トルクが０であり、モータ
は回転けず、（ｂ）に示すようにＸ〉ＸＯとなって初め
てモータの回転が始まり、ここから初めてモータへの制
御が可能となる。上記した従来の技術では、停止時を含
めて常時ＰＷＭデユーティ５０％をオフセットデユーテ
ィとして印加することより、上記不感帯を小さく見せる
とともに、前述の電流フィードバックを施すことで、そ
の不感帯による非線形性を出来るだけ補償していた。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記従来の技術におけるモータ制御装置
では、下記のような問題点があった。

（１）モータおよびそのドライバー部を含めた不感帯は
、第２図の特性図における不感帯を脱するのに必要なＰ
ＷＭデユーティＸ。ｈ＜ｘ　ｏ≦５０％であれば無くな
って見えるが、ＸＯが必ずしもそのような値であるとは
限らず、またモータの負荷を含めた場合ではこのＸ。も
変化し、さらに経年変化を考えた場合にも、ｘｏ＞５ｏ
％となる可能性があり、根本的に不感帯の影響を除去で
きない虞れがある。このため、良好なモータの制御特性
が得られず、非線形振動が発生したり、その非線形振動
の除去のために多くのパラメータ調整を必要としたりす
る。

（２）従来のＰＷＭ制御では、加減速時のみならず、停
止時においても、５０％のデユーティで正逆回転方向に
交互に、常にモータ１０３に電流を流し続けているので
、大きな電力を消費し、モータ１０３やスイッチ回路１
０２等に多大な発熱を伴う問題点がある。また、一方の
回転方向に加減速を行うときにも他方の回転方向に通電
しているので効率が悪い。

（３）電流フィードバックを用いる場合においては、モ
ータ周辺の回路が複雑化するとともに、調整ら増える。

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたもの
で、モータやドライバー部や負荷部を含めた不感帯によ
る非線形性を除去し、良好なモータ制御特性を得ること
ができる。モータ制御装置を提供することを目的とする
。

［課題を解決するだめの手段］上記の目的を達成するだめの本発明のモータ制御装置の
構成は、モータを使用する前に予めモータおよびそのモータのド
ライバー部およびそのモータの負荷部を含めた状態で該
モータに対する駆動出力を一定時間毎に徐々に増加させ
る手段と、上記モータの上記一定時間以内における回転数を検出す
る手段と、上記検出した回転数が所定の値以上であるときに上記駆
動出力をバイアス値とする判定手段と、上記バイアス値
をモータ使用時の駆動出力に加算する手段とを有するこ
とを特徴とする。

［作用］本発明は、モータを使用する前に、予めモータおよびそ
のドライバー部やその負荷部を含めた状態で、モータの
駆動出力を徐々に増加させて行き、モータが一定回転速
度に達したら、そのときの駆動出力をバイアス値として
保持し、モータ使用時の駆動出力に上記バイアス値を加
算してそのモータを制御し、モータやドライバー部や負
荷部を含めた不感帯を自動検出して、その非線形性を除
去する。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。本実施例はディジタル処理によるＰＷＭ制御により
サーボ系のモータを駆動する場合を例とする。本実施例
のＰＷＭ制御としては、純アナログ処理で行うことら可
能であるが、温度や素子のバラツキによる変動とかその
他の要因によりディジタル処理で実現するのが実用的で
ある。

１はＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ発生部、２はＰＷＭ信
号の通電方向を切り換える切り換えロジック部、ＳＷ、
、ＳＷ、、ＳＷ３．ＳＷ、はスイッチ回路３を形成する
スイッチ素子、４は上記スイッチ回路３で回転が制御さ
れるモータ、５はエンコーダなどで構成されサーボ制御
用を兼ねるモータ４の回転検出器（ＦＧ）、６は本発明
に係る各機能手段を内在するバイアス発生手段である。

以下に述べるように、バイアス発生手段６は、モータ４
のサーボ制御を行う前に、回転検出器５の検出信号に基
づいてモータ４やスイッチ回路３等のドライバー部やモ
ータ４の負荷部（図示せず）を含めた不感帯を自動検出
し、それを打ち消すためのバイアス値を決定してモータ
４のサーボ制御時の制御データに加算する機能を有する
。制御データは、図示しないサーボ制御系などから与え
られ、モータ４の通電方向を指示するサイン信号と、必
要なトルクを発生するために所定のＰＷＭ信号のデユー
ティを指示する制御データ（絶対値）とから成る。

ＰＷＭ発生部ｌは、バイアス発生手段６によってバイア
ス値が加算された制御データをアナログ信号ｅ、に変換
するＤ／Ａ変換器１１と、基準の三角波信号を発生する
三角波発生回路１２と、上記三角波信号をアナログ信号
ｅ、で比較してＰＷＭ信号を作成するコンパレータ１３
から成ル。本実施例において、ＰＷＭ信号のデユーティ
は、アナログ信号ｅ、が大きいほど大きくなる。

次に、切り換えロジック部２は、２つの２人力のＡＮＤ
　（アンド）論理回路２１．２２より構成し、それぞれ
の一方の入力にはＰＷＭ発生部１からのＰＷＭ信号を接
続し、ＡＮＤ論理回路２１側の他方の入力には制御デー
タのサイン信号を接続し、ＡＮＤ論理回路２２側の他方
の入力にはそのサイン信号をインバータ２３で反転した
信号を接続する。ＡＮＤ論理回路２１の出力は、モータ
４に対し正回転方向へ通電するスイッチ回路３の入力端
（ＳＷ、、ＳＷ、）へ接続し、他方のＡＮＤ論理回路２
２の出力は、モータ４に対し逆回転方向へ通電するスイ
ッチ回路３の入力側（ＳＷ、、ＳＷ　Ｓ　）に接続する
。

スイッチ回路３は、４個のスイッチ素子ＳＷ１〜Ｓ　Ｗ
　４で構成し、スイッチ素子ＳＷ、とＳ　Ｗ　ｔの組を
直列に、またスイッチ素子Ｓ　Ｗ　ｓとＳＷ４の組を直
列にそれぞれｍ源Ｖｃｃに一グランド間に接続し、スイ
ッチ素子Ｓ　Ｗ　＋とＳ　Ｗ　ｔとの接続点とスイッチ
素子ＳＷ３とＳＷ４との接続点の間にモータ４を接続す
る。各スイッチ素子は例えば高周波特性の良いパワーＭ
Ｏ８ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を使用し、一方の
対角位置のスイッチ素子ｓｗ、、ｓｗ、の組のゲート端
子を接続して重連のＡＮＤ論理回路２１の出力に接続し
、他方の対角位置のスイッチ素子ｓｗ、、ｓｗ、の組の
ゲート端子を接続してＡＮＤ論理回路２２の出力に接続
する。スイッチ素子ＳＷ、、ＳＷ、の組は、ＡＮＤ論理
回路２１のＰＷＭ信号出力でモータ４に対して正回転方
向に通電し、スイッチ素子ＳＷ、、ＳＷ３の組はＡＮＤ
論理回路２２のＰＷＭ信号出力でモータ４に対して逆回
転方向に通電する。

バイアス発生手段６は、回転検出器５の一定時間毎のモ
ータ４の回転検出パルスをカウントするカウンタ６１と
、カウンタ６１のカウント数が所定値に達したことを検
出するコンパレータ６２と、その検出があるまではバイ
アス値を段階的に徐々に増加させるインクリメント手段
６３と、そのバイアス値を保持するレジスタ６４と、レ
ジスタ６４のバイアス値を制御データに加算（ＰＷＭ部
１の極性によっては減算の場合もある）する演算部６５
とを備える。バイアス発生手段６は、サーボ制御系のサ
ーボスタート前に起動し、例えばサーボ制御系の電源を
投入したときとか、本実施例のバイアス設定のために１
つの動作モードを設けて、その動作モードの指示により
サーボ制御を一旦中断してバイアス設定を行う場合とか
に起動する。

バイアス設定時において指示する制御データのサイン信
号は、正転側または逆転側のいずれを指示する値であっ
てら良い。上記のバイアス発生手段６における各部の機
能は、ＡＳＩＣ（アプリケーション仕様集積回路）で構
成したＣＰＵ　（例えばソニー株式会社製ＣＸＰ８０１
１６等）などにより、ＰＷＭ発生部等の機能も含む形で
実現することも可能である。

以上のように構成した実施例の作用を述べる。

第２図は本実施例の動作を示すフローチャート、第３図
は不感帯をグラフ化した動作説明図である。

第３図において、横軸はＰＷＭ信号のデユーティＸ［％
］を示し、縦軸は有効トルクを示す。また、グラフの右
側はスイッチ素子ＳＷ、、ＳＷ、を導通したときの正回
転側の特性を示し、グラフの左側はスイッチ素子ｓｗ、
、ｓｗ、を導通したときの逆回転側の特性を示している
。

まず、本実施例の動作を説明する。サーボ制御に入る直
前において、正転側（または逆転側）のＰＷＭ発生部１
から出力されるＰＷＭ信号のデユーティをインクリメン
ト手段６３で徐々に増加（インクリメント）させて行く
。このインクリメント手段６３で第３図の（２）に示す
ようになデユーティがある値とされたＰＷＭ信号は、切
り換えロジック部２やスイッチ回路３等から成るドライ
バー部へ出力され、モータ４に対しサイン信号で指示さ
れる回転方向へ通電される。この通電から一定期間にお
いて回転検出器５の回転検出パルスをカウントし、その
カウント値がある値に達したかどうか判定し、達してい
なければ第３図（ｂ）〜（ｄ）に示すように再びインク
リメント手段６３でデユーティを段階的に増加して通電
する。こうして、モータ４やスイッチ回路３のスレッシ
ョールドレベルやモータ４の負荷部を含めた不感帯を脱
してモータ４が回転を始め、その回転数を示すカウンタ
６１のカウント値がある値に達したことが判定され検出
された場合、そのときのデユーティｘ０を保持して、以
後のサーボ制御時のＰＷＭ制御において制御データに加
算するバイアス（オフセット）とする。以上がバイアス
設定の動作の一例であり、その後サーボ制御がスタート
される。

このように本実施例では、ドライバー部およびモータ以
降の不感帯を脱するのに必要なオフセットデユーティＸ
。を自動的に検出することができ、また自動的に制御デ
ータに加算されて、見かけ上不感帯をなくすことかでき
る。モータ４やスイッチ回路３などのドライバー部およ
びモータ４の負荷を含めた上記不感帯は、その負荷の大
小や環境や経時変化等により変化するので、ザーポスタ
ート直前で本実施例のバイアス設定を毎回または一定時
間経過毎など必要時に行えば、従来の電流フィードバッ
クを行なわないで、良好なサーボ特性を得ることができ
る。

なお、上記実施例においては一方の回転方向（正転側）
についてのみバイアス設定を行う場合を示したが、反対
の回転方向（逆転側）についてもバイアス設定を行い、
それらの平均を求めたり、または大きい方のバイアス値
を採用して以降のサーボ制御に利用しても良い。また、
本発明はＰＷＭ制御以外のモータ制御にら適用可能であ
る。このように、本発明はその主旨に沿って種々に応用
され、種々の実施態様を取り得るものである。

［発明の効果］以上の説明で明らかなように、本発明のモータ制御装置
によれば、以下のような効果が得られる。

（１）電源フィードバックか不要となり、ハードウェア
の保守上および調整２組み立て上有利である。

（２）不感帯を自動検出するので、負荷が変わったり、
経時変化があったりしても、良好なサーボ特性が得られ
る。

（３）アナログ（電流ｆｅｅｄ　Ｂａｃｋ）を含まない
完全ディジタルサーボの実現が可能となる。

（４）サーボ設計時、純粋な線形系として設計出来るの
で、設計か楽になる。

（５）モータ静止時に５０％のＰＷＭ信号を両回転方向
に交互にドライバー部に印加して不感帯の補償を行う必
要がなくなるので、消費電力が大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図本実施例の動作を示すフローチャート、第３図は不
感帯をグラフ化した動作説明図、第４図は従来例のモー
タ制御装置の構成図、第５図は従来例のモータ制御特性
図である。３・・・スイッチ回路、４・・・モータ、５・・・回転
検出器、６・・・バイアス発生手段、６１・・・カウン
タ、６２・・・コンパレータ、６３・・・インクリメン
ト手段、６４・・・レジスタ、６５・・・演算部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）モータを使用する前に予めモータおよびそのモー
タのドライバー部およびそのモータの負荷部を含めた状
態で該モータに対する駆動出力を一定時間毎に徐々に増
加させる手段と、上記モータの上記一定時間以内における回転数を検出す
る手段と、上記検出した回転数が所定の値以上であるときに上記駆
動出力をバイアス値とする判定手段と、上記バイアス値
をモータ使用時の駆動出力に加算する手段とを有するこ
とを特徴とするモータ制御装置。