WO2024095789A1 - モータ駆動装置及びモータ駆動方法 - Google Patents

モータ駆動装置及びモータ駆動方法 Download PDF

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WO2024095789A1
WO2024095789A1 PCT/JP2023/037935 JP2023037935W WO2024095789A1 WO 2024095789 A1 WO2024095789 A1 WO 2024095789A1 JP 2023037935 W JP2023037935 W JP 2023037935W WO 2024095789 A1 WO2024095789 A1 WO 2024095789A1
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WO
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speed
signal
step width
actual
target speed
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/037935
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English (en)
French (fr)
Inventor
大祐 福田
伸一 黒島
紀章 江村
Original Assignee
ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors

Definitions

  • This disclosure relates to a motor drive device and a motor drive method for rotating a motor at a target speed.
  • Proportional-integral control (hereinafter also referred to as "PI control”) has long been used as a technique for rotating a motor at a target speed (hereinafter also referred to as "speed control”) (see, for example, Patent Document 1).
  • This technique enables precise speed control with a short response time by feeding back (proportional control) the proportional value of the error between the target speed and the actual speed to the motor speed command, and feeding back (integral control) the integral value of the error between the target speed and the actual speed to the motor speed command.
  • Patent Document 2 proposes speed control with a simple circuit configuration.
  • Patent Document 2 Even in Patent Document 2, it is necessary to calculate the relationship between the speed command and the speed for each motor characteristic and store it in memory, etc., and adjustment is required for each motor.
  • the present disclosure aims to provide a motor drive device and a motor drive method that perform speed control with a simple configuration and without the need for adjustment for each motor.
  • a motor drive device includes an actual speed signal generation unit that generates an actual speed signal indicating the actual speed of a motor, a target speed signal generation unit that generates a target speed signal indicating a target speed of the motor, a speed comparison unit that compares the actual speed indicated by the actual speed signal with the target speed indicated by the target speed signal, a speed command generation unit that generates a speed command signal in response to an output from the speed comparison unit, and an output unit that generates a drive signal for driving the motor from the speed command signal.
  • the speed command generation unit includes a step width generation unit that generates a step width signal indicating a step width having a positive/negative sign and a magnitude corresponding to the magnitude of the other of the actual speed indicated by the actual speed signal and the target speed indicated by the target speed signal, in response to the output of the speed comparison unit, an update signal generation unit that repeatedly generates an update signal, and an integration calculation unit that adds the step width indicated by the step width signal to the speed command signal at each timing of the repeatedly generated update signal and outputs the result.
  • a motor drive method includes an actual speed signal generation step of generating an actual speed signal indicating the actual speed of a motor, a target speed signal generation step of generating a target speed signal indicating the target speed of the motor, a speed comparison step of comparing the actual speed indicated by the actual speed signal with the target speed indicated by the target speed signal, a speed command generation step of generating a speed command signal according to the output from the speed comparison step, and an output step of generating a drive signal for driving the motor from the speed command signal, the speed command generation step including a step width generation step of generating a step width having a positive/negative sign and a magnitude corresponding to the magnitude of the other of the actual speed indicated by the actual speed signal and the target speed indicated by the target speed signal, according to the output from the speed comparison step, an update signal generation step of repeatedly generating an update signal, and an integration calculation step of adding the step width to the speed command signal at each timing of the repeatedly generated update signal and outputting the result.
  • a motor drive device and a motor drive method are provided that perform speed control with a simple configuration and without the need for adjustment for each motor, by reducing the adjustment range of the speed command as the motor speed approaches the target speed.
  • 1 is a block diagram showing a configuration of a motor drive device according to an embodiment
  • 4 is a flowchart showing an example of operation of the motor drive device according to the first embodiment.
  • 4 is a timing chart showing an example of operation of the motor drive device according to the first embodiment.
  • 3B is a diagram showing an example of the relationship between the step width signal (steps 0 to 2) in FIG. 3A and the amount of change in the speed command signal;
  • 10 is a flowchart showing an example of operation of a motor drive device according to a second embodiment.
  • 10 is a timing chart showing an example of operation of the motor drive device according to the second embodiment.
  • 5B is a diagram showing an example of the relationship between the step width signal (steps 0 to 2) in FIG.
  • 13 is a timing chart showing an example of operation of the motor drive device according to the third embodiment.
  • 13 is a timing chart showing a first operation example of the motor drive device according to the fourth embodiment.
  • 13 is a flowchart illustrating a second operation example of the motor drive device according to the fourth embodiment.
  • 13 is a flowchart illustrating a third operation example of the motor drive device according to the fourth embodiment.
  • 13 is a flowchart showing a fourth operation example of the motor drive device according to the fourth embodiment.
  • 13 is a flowchart showing a first operation example (initialization of a step width) of the motor drive device according to the fifth embodiment.
  • 13 is a flowchart showing a second operation example (initialization of the timing of the update signal) of the motor drive device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a motor drive device 10 according to an embodiment. This figure also shows a microcomputer 3 that gives instructions (input command signals) to the motor drive device 10, a motor 1 such as a fan motor that is driven by the motor drive device 10, and a position sensor 2 such as a Hall element that detects the rotor position of the motor 1.
  • a motor 1 such as a fan motor that is driven by the motor drive device 10
  • a position sensor 2 such as a Hall element that detects the rotor position of the motor 1.
  • the motor drive device 10 is a device that rotates the motor 1 at a target speed, and includes an actual speed signal generator 4, a target speed signal generator 5, a speed comparator 6, a speed command generator 7, and an output unit 8.
  • the actual speed signal generator 4 generates an actual speed signal that indicates the actual speed, which is the number of rotations of the motor 1, based on the signal that indicates the rotor position of the motor 1 output by the position sensor 2.
  • the target speed signal generator 5 generates a target speed signal indicating the target speed of the motor 1 based on instructions (input command signal) given by the microcomputer 3.
  • the speed comparison unit 6 compares the actual speed indicated by the actual speed signal generated by the actual speed signal generation unit 4 with the target speed indicated by the target speed signal generation unit 5. For example, the speed comparison unit 6 outputs a speed error, which is the difference between the actual speed indicated by the actual speed signal and the target speed indicated by the target speed signal (for example, a difference with a polarity (sign) obtained by subtracting the target speed from the actual speed).
  • a speed error which is the difference between the actual speed indicated by the actual speed signal and the target speed indicated by the target speed signal (for example, a difference with a polarity (sign) obtained by subtracting the target speed from the actual speed).
  • the speed command generator 7 is a processing unit that generates a speed command signal in response to the output from the speed comparator 6, and has a step width generator 7A, an update signal generator 7B, and an integration calculation unit 7C.
  • the step width generator 7A generates a step width signal indicating a step width having a positive/negative sign and magnitude corresponding to the magnitude of either the actual speed indicated by the actual speed signal or the target speed indicated by the target speed signal, based on the other, in response to the output from the speed comparator 6.
  • the update signal generator 7B repeatedly generates update signals.
  • the integration calculation unit 7C adds the step width indicated by the step width signal generated by the step width generator 7A to the immediately preceding speed command signal and outputs the result to the output unit 8.
  • the output unit 8 generates a drive signal, such as a pulse width modulation signal, for driving the motor 1 from the speed command signal output from the speed command generation unit 7 and outputs the drive signal to the motor 1.
  • a drive signal such as a pulse width modulation signal
  • the components that make up motor drive device 10 may be realized in hardware using dedicated electronic circuits, or in software using a microcomputer or the like that is made up of a memory that stores programs, a processor that executes the programs, and input/output circuits (including A/D converters, D/A converters, digital input/output circuits, etc.).
  • the various signals generated by motor drive device 10 may be analog signals in which the magnitude of the voltage indicates the content of the information, or digital signals in which the binary value or duty ratio indicates the content of the information.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the motor drive device 10 according to the first embodiment.
  • the step width generating unit 7A determines whether the polarity of the output from the speed comparing unit 6 has reversed (S10). If it determines that the polarity has not reversed (No in S10), it retains the current value as the step width (S11). On the other hand, if it determines that the polarity has reversed (Yes in S10), it then determines whether the current step width is a predetermined minimum value (S12).
  • step width generator 7A determines that the current step width is the predetermined minimum value (Yes in S12), it retains the current value as the step width (S11). On the other hand, if the step width generator 7A determines that the current step width is not the minimum value (No in S12), it reduces the step width by one step (S13).
  • the integration calculation unit 7C receives a step width signal indicating the step width held (S11) or updated (S13) by the step width generation unit 7A, and integrates the previous speed command signal by the step width indicated by the step width signal received from the step width generation unit 7A at the timing of the update signal received from the update signal generation unit 7B, and outputs the integrated speed command signal to the output unit 8 (S14).
  • the motor drive device 10 repeats the above process (S10 to S14) at a rate faster than the timing of the update signal.
  • FIG. 3A is a timing chart showing an example of operation of the motor drive device 10 according to the first embodiment.
  • (a) to (e) in FIG. 3A respectively show the timing of the update signal, the target speed signal and the actual speed signal, the speed comparison result in the speed comparison unit 6, the step width signal determined by the speed switching (i.e., the step width signal generated in the step width generation unit 7A), and the speed command signal.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of the relationship between the step width signal (steps 0 to 2) in FIG. 3A and the amount of change in the speed command signal.
  • the step width generator 7A updates the step width from the previous "step 0" to "step 1" of smaller width and opposite polarity (here, negative sign) (FIG. 3A(d)).
  • the integration calculator 7C outputs a speed command signal obtained by integrating the previous speed command signal with step 1, and the speed indicated by the speed command signal decreases by one step smaller (FIG. 3A(e)).
  • the step width generator 7A updates the step width from the previous "step 1" to "step 2" of smaller width and opposite polarity (positive sign in this case) (FIG. 3A (d)).
  • the integration calculator 7C outputs a speed command signal obtained by integrating the previous speed command signal by step 2, and the speed indicated by the speed command signal increases by an even smaller width (FIG. 3A (e)).
  • the motor drive device 10 includes an actual speed signal generator 4 that generates an actual speed signal indicating the actual speed of the motor 1, a target speed signal generator 5 that generates a target speed signal indicating the target speed of the motor 1, a speed comparator 6 that compares the actual speed indicated by the actual speed signal with the target speed indicated by the target speed signal, a speed command generator 7 that generates a speed command signal in response to the output from the speed comparator 6, and an output unit 8 that generates a drive signal for driving the motor 1 from the speed command signal.
  • an actual speed signal generator 4 that generates an actual speed signal indicating the actual speed of the motor 1
  • a target speed signal generator 5 that generates a target speed signal indicating the target speed of the motor 1
  • a speed comparator 6 that compares the actual speed indicated by the actual speed signal with the target speed indicated by the target speed signal
  • a speed command generator 7 that generates a speed command signal in response to the output from the speed comparator 6, and an output unit 8 that generates a drive signal for driving the motor 1 from
  • the speed command generator 7 includes a step width generator 7A that generates a step width signal indicating a step width having a positive/negative sign and a magnitude corresponding to the magnitude of the actual speed indicated by the actual speed signal and the target speed indicated by the target speed signal based on the other in response to the output of the speed comparator 6, an update signal generator 7B that repeatedly generates an update signal, and an integration calculation unit 7C that adds the step width indicated by the step width signal to the speed command signal at each timing of the repeatedly generated update signals and outputs the result.
  • a step width generator 7A that generates a step width signal indicating a step width having a positive/negative sign and a magnitude corresponding to the magnitude of the actual speed indicated by the actual speed signal and the target speed indicated by the target speed signal based on the other in response to the output of the speed comparator 6, an update signal generator 7B that repeatedly generates an update signal, and an integration calculation unit 7C that adds the step width indicated by the step width signal to the speed command signal at each timing of the repeatedly generated update signals
  • the motor driving method is a method of driving motor 1 by motor driving device 10, and includes an actual speed signal generation step (processing of actual speed signal generation unit 4) of generating an actual speed signal indicating the actual speed of motor 1, a target speed signal generation step (processing of target speed signal generation unit 5) of generating a target speed signal indicating the target speed of motor 1, a speed comparison step (processing of speed comparison unit 6) of comparing the actual speed indicated by the actual speed signal with the target speed indicated by the target speed signal, a speed command generation step (processing of speed command generation unit 7) of generating a speed command signal in accordance with the output from the speed comparison step, and a speed command generation step (processing of speed command generation unit 8) of driving motor 1 from the speed command signal.
  • the speed command generation step includes an output step (processing of the output unit 8) for generating a drive signal for controlling the speed command signal, and a step width generation step (processing of the step width generation unit 7A) for generating a step width having a positive/negative sign and a magnitude corresponding to the magnitude of the actual speed indicated by the actual speed signal and the target speed indicated by the target speed signal based on the other, according to the output of the speed comparison step, an update signal generation step (processing of the update signal generation unit 7B) for repeatedly generating an update signal, and an integration calculation step (processing of the integration calculation unit 7C) for adding the step width to the speed command signal at each timing of the repeatedly generated update signal and outputting the result.
  • an output step processing of the output unit 8 for generating a drive signal for controlling the speed command signal
  • a step width generation step processing of the step width generation unit 7A for generating a step width having a positive/negative sign and a magnitude corresponding to the magnitude of the actual speed indicated by the actual speed signal and the target speed
  • motor drive device 10 does not require complex PI control as in Patent Document 1, and does not require calculating a relationship between the speed command and the speed for each motor characteristic and storing it in memory or the like as in Patent Document 2, and speed control is realized with a simple configuration and without the need for adjustment for each motor.
  • the step width generating unit 7A reduces the size of the step width when the magnitude relationship between the actual speed indicated by the output of the speed comparing unit 6 and the target speed is reversed. This gradually reduces the amount of adjustment to the speed command signal, ensuring that the actual speed converges to the target speed.
  • three steps, 0 to 2 are set as the step width determined by the speed switching, but this number is not limited, and it may be set to two steps or four or more steps.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the operation of the motor drive device 10 according to the second embodiment.
  • the step width generating unit 7A judges whether the speed error output from the speed comparing unit 6 belongs to a predetermined range of "large” (S20). If it is judged that the speed error belongs to "large” (Yes in S20), it selects "step 0" which indicates the maximum step width of three predetermined step widths as the step width (S21). On the other hand, if it is judged that the speed error does not belong to "large” (No in S20), it then judges whether the speed error output from the speed comparing unit 6 belongs to a predetermined range of "medium” which is one step smaller than "large” (S22). The speed error indicates a signed difference obtained by subtracting the target speed from the actual speed, and the step width is set to a value with the opposite sign to the speed error. Also, "large” and “small” indicate the comparison result in absolute values.
  • the step width generation unit 7A selects "Step 1" as the step width, which indicates the second largest step width of the three predetermined step widths (S23). On the other hand, if the speed error is determined not to be “medium” (No in S22), the step width generation unit 7A selects "Step 2" as the step width, which indicates the smallest step width of the three predetermined step widths (S24).
  • the integration calculation unit 7C receives a step width signal indicating the step width selected by the step width generation unit 7A (S21, S23, S24), and integrates the previous speed command signal by the step width indicated by the step width signal received from the step width generation unit 7A at the timing of the update signal received from the update signal generation unit 7B, and outputs the integrated speed command signal to the output unit 8 (S25).
  • the motor drive device 10 repeats the above process (S20 to S25) at a rate faster than the timing of the update signal.
  • FIG. 5A is a timing chart showing an example of operation of the motor drive device 10 according to the second embodiment.
  • (a) to (e) in FIG. 5A respectively show the timing of the update signal, the target speed signal and the actual speed signal, the speed error signal output from the speed comparison unit 6, the step width signal determined by the speed error (i.e., the step width signal generated by the step width generation unit 7A), and the speed command signal.
  • FIG. 5B is a diagram showing an example of the relationship between the step width signal (steps 0 to 2) in FIG. 5A and the amount of change in the speed command signal.
  • the step width generator 7A selects "Step 2" which has a positive sign and indicates the smallest step width (FIG. 5A (d)), and the integration calculator 7C outputs a speed command signal obtained by integrating the previous speed command signal with "Step 2".
  • the speed indicated by the speed command signal increases by the smallest width (FIG. 5A (e)).
  • the step width generation unit 7A selects "step 1" which has a negative sign and indicates a medium step width (Fig. 5A (d)), and the integration calculation unit 7C outputs a speed command signal obtained by integrating the previous speed command signal with "step 1", and as a result, the speed indicated by the speed command signal decreases by a medium amount (Fig. 5A (e)).
  • the step width generation unit 7A selects "step 0" which has a negative sign and indicates the maximum step width (FIG. 5A (d)), and the integration calculation unit 7C outputs a speed command signal obtained by integrating the previous speed command signal with "step 0", and as a result, the speed indicated by the speed command signal decreases by the maximum width (FIG. 5A (e)).
  • the speed comparison unit 6 outputs a speed error, which is the difference between the actual speed indicated by the actual speed signal and the target speed indicated by the target speed signal, and the step width generation unit 7A reduces the size of the step width when the speed error falls below a predetermined value.
  • the speed error is below the predetermined value, the adjustment width of the speed command signal is reduced, ensuring that the actual speed converges to the target speed.
  • three steps, 0 to 2 are set as the step width determined by the speed error, but this number is not limited and it may be set to two steps or four or more steps.
  • Example 3 is an example of the operation of motor drive device 10 incorporating the controls of both Example 1 and Example 2, and is characterized in that the speed command signal is updated by adopting the smaller step width of the step width selected by the control of Example 1 and the step width selected by the control of Example 2.
  • step width generation unit 7A reduces the size of the step width, and selects the smaller step width when this coincides with the case where the speed error output by speed comparison unit 6 becomes equal to or smaller than a predetermined value.
  • FIG. 6 is a timing chart showing an example of operation of the motor drive device 10 according to the third embodiment.
  • (a) to (g) in FIG. 6 respectively show the timing of the update signal, the target speed signal and the actual speed signal, the speed comparison result in the speed comparison unit 6, the step width signal determined by the speed switching, the step width signal determined by the speed error, the step width signal indicating the smaller step width of the two step width signals, and the speed command signal.
  • step 0 with a positive sign is selected as the step width signal determined by the speed switching (FIG. 6(d)).
  • the step width generating unit 7A selects "Step 0" (FIG. 6(d)) with a positive sign selected as the step width signal determined by the speed switch and "Step 2" (FIG. 6(e)) with a positive sign selected as the step width signal determined by the speed error, and outputs "Step 2" with a positive sign, which has the smaller step width, as the step width signal (FIG. 6(f)).
  • the integration calculation unit 7C outputs a speed command signal obtained by integrating the immediately preceding speed command signal with "Step 2" with a positive sign, and as a result, the speed indicated by the speed command signal increases by the minimum width (FIG. 6(g)).
  • the step width generating unit 7A selects "Step 1" with a negative sign, which has the smaller step width (because they are the same in this case) from "Step 1" with a negative sign, which is selected as the step width signal determined by the speed switch ((d) of FIG. 6) and "Step 1" with a negative sign, which is selected as the step width signal determined by the speed error ((e) of FIG. 6), as the step width signal ((f) of FIG. 6).
  • the integration calculation unit 7C outputs a speed command signal obtained by integrating the previous speed command signal with "Step 1" with a negative sign, and as a result, the speed indicated by the speed command signal decreases by a moderate amount ((g) of FIG. 6).
  • the step width generating unit 7A reduces the size of the step width when the magnitude relationship between the actual speed indicated by the output of the speed comparing unit 6 and the target speed is reversed, and selects the smaller step width when this coincides with the case where the speed error is equal to or less than a predetermined value. This simultaneously performs control to gradually reduce the adjustment amount for the speed command signal and control to reduce the adjustment amount of the speed command signal when the speed error is equal to or less than a predetermined value, making it possible to more reliably achieve convergence of the actual speed to the target speed.
  • Example 4 The fourth embodiment is characterized in that a predetermined minimum value is set for the step width, and when a state in which the step width is at the minimum value continues, the update signal generating unit 7B extends the timing of the update signal.
  • control of this embodiment 4 can be used in combination with any of the controls of the above-mentioned embodiments 1 to 3. Therefore, an operation example in which the control of this embodiment 4 is incorporated into the control of the above-mentioned embodiment 3 will be described as a first operation example of embodiment 4 using the timing chart of FIG. 7.
  • FIG. 7 is a timing chart showing a first operation example of the motor drive device 10 according to the fourth embodiment.
  • (a) to (g) in FIG. 7 respectively show the timing of the update signal, the target speed signal and the actual speed signal, the speed comparison result in the speed comparison unit 6, the step width signal determined by the speed switching, the step width signal determined by the speed error, the step width signal indicating the smaller step width of the two step width signals, and the speed command signal.
  • the step width generator 7A selects "Step 2" with a negative sign, which has a smaller step width, and outputs it as the step width signal (FIG. 6(f)). Then, at time t2, out of "Step 2" (FIG. 7(d)) with a positive sign selected as the step width signal determined by the speed switch and "Step 1" (FIG.
  • the step width generator 7A selects "Step 2" with a positive sign, which has a smaller step width, and outputs it as the step width signal (FIG. 6(f)).
  • the step width is continuously at its minimum value (i.e., "step 2"). Therefore, at time t2, the update signal generator 7B detects that the step width signal indicating the minimum step width has been continuously output from the step width generator 7A, and extends the timing of the next update signal (time t3) ( Figure 7(a)).
  • the update signal generating unit 7B detects that step width signals have been output continuously, it thereafter changes the period for outputting the update signal to, for example, twice the basic period.
  • an update signal is output at time t3, when twice the previous period has elapsed, and at time t3, a speed command signal obtained by integrating the previous speed command signal by "step 2" with a positive sign is output from the integration calculation unit 7C, and the speed indicated by the speed command signal increases by a moderate amount ( Figure 7 (g)). If a similar event is detected again, the period for outputting the update signal is changed from twice the previous basic period to three times.
  • a predetermined minimum value is set for the step width, and when a state in which the step width is at the minimum value continues, the update signal generating unit 7B extends the timing of the update signal. This reduces the frequency of adjustments to the speed command signal when a state in which the step width is at the minimum value continues, and it is possible to more reliably achieve the convergence of the actual speed to the target speed.
  • the timing of the update signal is extended in the order of the basic period, double the period, triple the period, etc., but this extension pattern is not limited to this, and it may be extended in the order of, for example, the basic period, triple the period, six times the period, etc.
  • control to extend the timing of the update signal is not limited to the case where the step width is continuously at the minimum value, as in the first operation example above, but can also be applied to other states.
  • Figures 8A to 8C as second to fourth operation examples related to Example 4.
  • FIG. 8A is a flowchart showing a second operation example of the motor drive device 10 according to the fourth embodiment.
  • the update signal generating unit 7B monitors whether the magnitude relationship between the actual speed and the target speed indicated by the output of the speed comparing unit 6 has reversed (S30), and when it determines that the magnitude relationship between the actual speed and the target speed has reversed (Yes in S30), it extends the timing of the update signal (S31). Specifically, when the update signal generating unit 7B detects that the magnitude relationship between the actual speed and the target speed has reversed, it thereafter changes the period for outputting the update signal to, for example, twice the basic period. Note that when it does not determine that the magnitude relationship between the actual speed and the target speed has reversed (No in S30), the update signal generating unit 7B repeats the determination (S30) without performing any process related to extending the timing of the update signal.
  • the update signal generating unit 7B extends the timing of the update signal when the magnitude relationship between the actual speed and the target speed indicated by the output of the speed comparing unit 6 is reversed. This reduces the frequency of adjustments to the speed command signal when the magnitude relationship between the actual speed and the target speed is reversed, ensuring that the actual speed converges to the target speed.
  • FIG. 8B is a flowchart showing a third operation example of the motor drive device 10 according to the fourth embodiment.
  • the update signal generating unit 7B monitors whether the speed error output by the speed comparing unit 6 is equal to or less than a predetermined value (S33), and when it determines that the speed error is equal to or less than the predetermined value (Yes in S33), it extends the timing of the update signal (S34). Specifically, when the update signal generating unit 7B detects that the speed error output by the speed comparing unit 6 is within a predetermined "small” range, it thereafter changes the period for outputting the update signal to, for example, twice the basic period. Note that when it does not determine that the speed error is equal to or less than the predetermined value (No in S33), the update signal generating unit 7B repeats the determination (S33) without performing any process related to extending the timing of the update signal.
  • the speed comparison unit 6 outputs a speed error, which is the difference between the actual speed indicated by the actual speed signal and the target speed indicated by the target speed signal, and the update signal generation unit 7B extends the timing of the update signal when the speed error falls below a predetermined value. This reduces the frequency of adjustments to the speed command signal when the speed error falls below a predetermined value, ensuring that the actual speed converges to the target speed.
  • FIG. 8C is a flowchart showing a fourth operation example of the motor drive device 10 according to the fourth embodiment.
  • the update signal generating unit 7B performs control of the second operation example shown in FIG. 8A and control of the third operation example shown in FIG. 8B in parallel (S36).
  • the update signal generating unit 7B determines whether the timing extension of the update signal under control of the second operation example and the timing extension of the update signal under control of the third operation example overlap in terms of timing (S37), and if it is determined that they overlap (Yes in S37), it extends the timing of the update signal to the longer one (if they are the same, the same timing) (S38).
  • the update signal generation unit 7B will change it to the longer one, that is, three times the basic period.
  • the update signal generating unit 7B repeats the processing of steps S36 and S37 without performing processing related to extending the timing of the update signal.
  • the update signal generation unit 7B extends the timing of the update signal, and when the speed error overlaps with a case where the speed error is equal to or smaller than a predetermined value, selects the longer timing of the update signal.
  • the longer timing is selected, which further reduces the frequency of adjustments to the speed command signal and ensures that the actual speed converges to the target speed.
  • Example 5 The fifth embodiment relates to control of the step size and initialization of the timing of the update signal.
  • FIG. 9A is a flowchart showing a first operation example (initialization of step width) of the motor drive device 10 according to the fifth embodiment.
  • the step width generating unit 7A monitors the input command signal input to the target speed signal generating unit 5, and determines whether the target speed indicated by the input command signal has changed (S40). If it determines that the target speed has changed (Yes in S40), it resets the size of the step width to its initial state (S41). Specifically, if the step width generating unit 7A determines that the target speed has changed, it outputs a step width signal indicating "step 0" at the timing of the next update signal. Note that if it does not determine that the target speed has changed (No in S40), the step width generating unit 7A repeats the determination (S40) without performing any processing related to initializing the step width.
  • the step width generating unit 7A returns the size of the step width to the initial state.
  • the target speed changes, adjustment of the speed command signal is resumed using the initialized new step width for the new target speed, ensuring that the actual speed converges to the new target speed.
  • control according to the first operation example of Example 5 can be used in combination with any of the controls of Examples 1 to 4 above.
  • FIG. 9B is a flowchart showing a second operation example (initialization of the timing of the update signal) of the motor drive device 10 according to the fifth embodiment.
  • the update signal generating unit 7B monitors the input command signal input to the target speed signal generating unit 5, and determines whether the target speed indicated by the input command signal has changed (S45). If it determines that the target speed has changed (Yes in S45), it returns the timing of the update signal to its initial state (S46). Specifically, if the update signal generating unit 7B determines that the target speed has changed, it outputs an update signal at a basic period that is predetermined as the initial value from the next update signal to be output. Note that if it does not determine that the target speed has changed (No in S45), the update signal generating unit 7B repeats the determination (S45) without performing processing related to the initialization of the timing of the update signal.
  • the update signal generator 7B when the value of the target speed signal changes, the update signal generator 7B returns the timing of the update signal to the initial state. As a result, when the target speed changes, adjustment of the speed command signal is resumed for the new target speed using the newly initialized timing of the update signal, ensuring that the actual speed converges to the new target speed.
  • control according to the second operation example of the fifth embodiment can be used in combination with the control of the fourth embodiment, which controls to extend the timing of the update signal.
  • one of the first to third embodiments may be selected, with regard to the timing of the update signal, one of the first to fourth operation examples of the fourth embodiment may be selected, with regard to the initialization of the step width, the first operation example of the fifth embodiment may be selected, with regard to the initialization of the timing of the update signal, the second operation example of the fifth embodiment may be selected, and control may be performed using a combination of the selected embodiments and operation examples.
  • the update signal generating unit 7B may generate the update signal based on the actual speed signal generated by the actual speed signal generating unit 4. More specifically, the update signal generating unit 7B may generate the update signal based on the rotor position signal used to generate the actual speed signal (i.e., the signal indicating the rotor position of the motor 1 output by the position sensor 2). For example, in the fourth embodiment, the update signal generating unit 7B may extend the timing of the update signal depending on the actual speed signal, and in the fifth embodiment, the update signal generating unit 7B may return the timing of the update signal to the initial state when not only the value of the target speed signal but also the value of the actual speed signal change.
  • the motor drive device can also be realized as a program including each step of the motor drive method according to the present disclosure, and further as a computer-readable recording medium such as a DVD that stores such a program.
  • the present disclosure can be used as a motor drive device that rotates a motor at a target speed, in particular as a motor drive device that has a simple configuration and performs speed control without the need for adjustment for each motor, for example, as a drive device for a fan motor.

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Abstract

モータ駆動装置（１０）は、実速度信号を生成する実速度信号生成部（４）と、目標速度信号を生成する目標速度信号生成部（５）と、実速度信号と目標速度信号とを比較する速度比較部（６）と、速度比較部（６）からの出力に応じて速度指令信号を生成する速度指令生成部（７）とを備え、速度指令生成部（７）は、速度比較部（６）の出力に応じて、実速度及び目標速度の一方を基準とする他方の大きさに対応する正負符号と大きさとを有するステップ幅を示すステップ幅信号を生成するステップ幅生成部（７Ａ）と、更新信号を生成する更新信号生成部（７Ｂ）と、更新信号のタイミングで、ステップ幅信号が示すステップ幅を速度指令信号に加算して出力する積算演算部（７Ｃ）とを有する。

Description

モータ駆動装置及びモータ駆動方法
　本開示は、モータを目標速度で回転させるモータ駆動装置及びモータ駆動方法に関するものである。
　モータを目標速度で回転させる技術（以下、「速度制御」とも呼ぶ）として、比例積分制御（以下、「ＰＩ制御」とも呼ぶ）が古くから使用されている（例えば、特許文献１参照）。この技術は、目標速度と実速度との誤差の比例値をモータ速度指令にフィードバック制御（比例制御）をするとともに、目標速度と実速度との誤差を積分した積分値をモータ速度指令にフィードバック制御（積分制御）をすることによって、精度良く、かつ応答時間が短い速度制御が可能である。
　ＰＩ制御においては、目標速度と実速度の誤差の比例値と積分値を演算する必要があり、回路が大きくなる課題がある。この課題に対して、特許文献２では簡易な回路構成の速度制御が提案されている。
特開平４－１２１０８９号公報 特開平６－０７０５９４号公報
　しかしながら、特許文献２においても、モータの特性毎に速度指令と速度との関係式を算出してメモリなどに格納する必要があり、モータ毎の調整が必要である。
　本開示は、簡易な構成で、かつ、モータ毎の調整が不要な速度制御を行うモータ駆動装置及びモータ駆動方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示の一形態に係るモータ駆動装置は、モータの実速度を示す実速度信号を生成する実速度信号生成部と、前記モータの目標速度を示す目標速度信号を生成する目標速度信号生成部と、前記実速度信号が示す前記実速度と前記目標速度信号が示す前記目標速度とを比較する速度比較部と、前記速度比較部からの出力に応じて速度指令信号を生成する速度指令生成部と、前記速度指令信号から前記モータを駆動するための駆動信号を生成する出力部とを備え、前記速度指令生成部は、前記速度比較部の出力に応じて、前記実速度信号が示す前記実速度及び前記目標速度信号が示す前記目標速度の一方を基準とする他方の大きさに対応する正負符号と大きさとを有するステップ幅を示すステップ幅信号を生成するステップ幅生成部と、更新信号を繰り返し生成する更新信号生成部と、繰り返し生成される前記更新信号の夫々のタイミングで、前記ステップ幅信号が示すステップ幅を前記速度指令信号に加算して出力する積算演算部とを有する。
　上記目的を達成するために、本開示の一形態に係るモータ駆動方法は、モータの実速度を示す実速度信号を生成する実速度信号生成ステップと、前記モータの目標速度を示す目標速度信号を生成する目標速度信号生成ステップと、前記実速度信号が示す前記実速度と前記目標速度信号が示す前記目標速度とを比較する速度比較ステップと、前記速度比較ステップからの出力に応じて速度指令信号を生成する速度指令生成ステップと、前記速度指令信号から前記モータを駆動するための駆動信号を生成する出力ステップとを含み、前記速度指令生成ステップは、前記速度比較ステップでの出力に応じて、前記実速度信号が示す前記実速度及び前記目標速度信号が示す前記目標速度の一方を基準とする他方の大きさに対応する正負符号と大きさとを有するステップ幅を生成するステップ幅生成ステップと、更新信号を繰り返し生成する更新信号生成ステップと、繰り返し生成される前記更新信号の夫々のタイミングで、前記ステップ幅を前記速度指令信号に加算して出力する積算演算ステップとを含む。
　本開示によれば、モータ速度が目標速度に近づくに従って速度指令の調整幅を小さくするため、簡易な構成で、かつ、モータ毎の調整が不要な速度制御を行うモータ駆動装置及びモータ駆動方法が提供される。
実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 モータ駆動装置の実施例１に係る動作例を示すフローチャートである。 モータ駆動装置の実施例１に係る動作例を示すタイミングチャートである。 図３Ａにおけるステップ幅信号（ステップ０～２）と速度指令信号の変化量との関係例を示す図である。 モータ駆動装置の実施例２に係る動作例を示すフローチャートである。 モータ駆動装置の実施例２に係る動作例を示すタイミングチャートである。 図５Ａにおけるステップ幅信号（ステップ０～２）と速度指令信号の変化量との関係例を示す図である。 モータ駆動装置の実施例３に係る動作例を示すタイミングチャートである。 モータ駆動装置の実施例４に係る第１動作例を示すタイミングチャートである。 モータ駆動装置の実施例４に係る第２動作例を示すフローチャートである。 モータ駆動装置の実施例４に係る第３動作例を示すフローチャートである。 モータ駆動装置の実施例４に係る第４動作例を示すフローチャートである。 モータ駆動装置の実施例５に係る第１動作例（ステップ幅の初期化）を示すフローチャートである。 モータ駆動装置の実施例５に係る第２動作例（更新信号のタイミングの初期化）を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。また、「ＡとＢとが接続されている」とは、ＡとＢとが電気的に接続されている意味であり、ＡとＢとが直接接続される場合だけでなく、ＡとＢとの間に他の回路要素を介在させた状態でＡとＢとが間接的に接続される場合も含まれる。
　図１は、実施の形態に係るモータ駆動装置１０の構成を示すブロック図である。なお、本図には、モータ駆動装置１０に指示（入力指令信号）を与えるマイクロコンピュータ３、モータ駆動装置１０によって駆動されるファンモータ等のモータ１、及び、モータ１のロータ位置を検知するホール素子等の位置センサ２も併せて図示されている。
　モータ駆動装置１０は、モータ１を目標速度で回転させる装置であり、実速度信号生成部４、目標速度信号生成部５、速度比較部６、速度指令生成部７、及び、出力部８を備える。
　実速度信号生成部４は、位置センサ２が出力する、モータ１のロータ位置を示す信号に基づいて、モータ１の回転数である実速度を示す実速度信号を生成する。
　目標速度信号生成部５は、マイクロコンピュータ３から与えられる指示（入力指令信号）に基づいて、モータ１の目標速度を示す目標速度信号を生成する。
　速度比較部６は、実速度信号生成部４が生成した実速度信号が示す実速度と目標速度信号生成部５が生成した目標速度信号が示す目標速度とを比較する。例えば、速度比較部６は、実速度信号が示す実速度と目標速度信号が示す目標速度との差（例えば、実速度から目標速度を差し引いて得られる極性（符号）付き差分）である速度誤差を出力する。
　速度指令生成部７は、速度比較部６からの出力に応じて速度指令信号を生成する処理部であり、ステップ幅生成部７Ａ、更新信号生成部７Ｂ、及び、積算演算部７Ｃを有する。ステップ幅生成部７Ａは、速度比較部６の出力に応じて、実速度信号が示す実速度及び目標速度信号が示す目標速度の一方を基準とする他方の大きさに対応する正負符号と大きさとを有するステップ幅を示すステップ幅信号を生成する。更新信号生成部７Ｂは、更新信号を繰り返し生成する。積算演算部７Ｃは、更新信号生成部７Ｂから繰り返し生成される更新信号の夫々のタイミングで、ステップ幅生成部７Ａで生成されたステップ幅信号が示すステップ幅を直前の速度指令信号に加算して出力部８に出力する。
　出力部８は、速度指令生成部７から出力された速度指令信号からモータ１を駆動するためのパルス幅変調信号等の駆動信号を生成してモータ１に出力する。
　なお、モータ駆動装置１０を構成する各構成要素は、専用の電子回路を用いてハードウェア的に実現されてもよいし、プログラム等を格納するメモリ、プログラムを実行するプロセッサ、及び、入出力回路（Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、デジタル入出力回路等を含む）で構成されるマイクロコンピュータ等によってソフトウェア的にも実現されてもよい。また、モータ駆動装置１０で生成される各種信号は、電圧の大きさが情報の内容を示すアナログ信号であってもよいし、２進数の数値又はデューティ比が情報の内容となるデジタル信号であってもよい。
　次に、以上のように構成された本実施の形態に係るモータ駆動装置１０の具体的な動作例（モータ駆動方法）について、実施例１～５として、説明する。
　（実施例１）
　図２は、モータ駆動装置１０の実施例１に係る動作例を示すフローチャートである。
　まず、ステップ幅生成部７Ａは、速度比較部６からの出力の極性が反転したか否かを判断し（Ｓ１０）、極性が反転していないと判断した場合には（Ｓ１０でＮｏ）、ステップ幅として現状の値を保持し（Ｓ１１）、一方、極性が反転したと判断した場合には（Ｓ１０でＹｅｓ）、続いて、現在のステップ幅が予め定めた最小値であるか否かを判断する（Ｓ１２）。
　その結果、現在のステップ幅が予め定めた最小値であると判断した場合には（Ｓ１２でＹｅｓ）、ステップ幅生成部７Ａは、ステップ幅として現状の値を保持し（Ｓ１１）、一方、現在のステップ幅が最小値ではないと判断した場合には（Ｓ１２でＮｏ）、ステップ幅を１段階小さくする（Ｓ１３）。
　次に、ステップ幅生成部７Ａで保持（Ｓ１１）又は更新された（Ｓ１３）ステップ幅を示すステップ幅信号を受け取った積算演算部７Ｃは、更新信号生成部７Ｂから受け取った更新信号のタイミングで、ステップ幅生成部７Ａから受け取ったステップ幅信号が示すステップ幅を直前の速度指令信号に積算し、積算後の速度指令信号を出力部８に出力する（Ｓ１４）。
　モータ駆動装置１０は、以上の処理（Ｓ１０～Ｓ１４）を、更新信号のタイミングよりも早いレートで繰り返す。
　図３Ａは、モータ駆動装置１０の実施例１に係る動作例を示すタイミングチャートである。図３Ａの（ａ）～（ｅ）は、それぞれ、更新信号のタイミング、目標速度信号及び実速度信号、速度比較部６での速度比較結果、速度切替で決まるステップ幅信号（つまり、ステップ幅生成部７Ａで生成されるステップ幅信号）、速度指令信号を示す。図３Ｂは、図３Ａにおけるステップ幅信号（ステップ０～２）と速度指令信号の変化量との関係例を示す図である。
　図３Ａにおいて、例えば、時刻ｔ１で、実速度が目標速度を超えたために（図３Ａの（ｂ））、速度比較結果の極性が反転し（図３Ａの（ｃ））、それによって、ステップ幅生成部７Ａによって、ステップ幅は、それまでの「ステップ０」から、より小さい幅で逆極性（ここでは、符号が負）の「ステップ１」に更新され（図３Ａの（ｄ））、その結果、次の更新信号のタイミングである時刻ｔ２において、積算演算部７Ｃにより、直前の速度指令信号にステップ１を積算して得られる速度指令信号が出力され、これにより、速度指令信号が示す速度が、一段階小さな幅で、減少していく（図３Ａの（ｅ））。
　また、時刻ｔ３では、実速度が目標速度よりも低下しために（図３Ａの（ｂ））、速度比較結果の極性が反転し（図３Ａの（ｃ））、それによって、ステップ幅生成部７Ａによって、ステップ幅は、それまでの「ステップ１」から、より小さい幅で逆極性（ここでは、符号が正）の「ステップ２」に更新され（図３Ａの（ｄ））、その結果、次の更新信号のタイミングである時刻ｔ４において、積算演算部７Ｃにより、直前の速度指令信号にステップ２を積算して得られる速度指令信号が出力され、これにより、速度指令信号が示す速度が、さらに一段階小さな幅で、増加していく（図３Ａの（ｅ））。
　以上のように、本実施の形態に係るモータ駆動装置１０は、モータ１の実速度を示す実速度信号を生成する実速度信号生成部４と、モータ１の目標速度を示す目標速度信号を生成する目標速度信号生成部５と、実速度信号が示す実速度と目標速度信号が示す目標速度とを比較する速度比較部６と、速度比較部６からの出力に応じて速度指令信号を生成する速度指令生成部７と、速度指令信号からモータ１を駆動するための駆動信号を生成する出力部８とを備え、速度指令生成部７は、速度比較部６の出力に応じて、実速度信号が示す実速度及び目標速度信号が示す目標速度の一方を基準とする他方の大きさに対応する正負符号と大きさとを有するステップ幅を示すステップ幅信号を生成するステップ幅生成部７Ａと、更新信号を繰り返し生成する更新信号生成部７Ｂと、繰り返し生成される更新信号の夫々のタイミングで、ステップ幅信号が示すステップ幅を速度指令信号に加算して出力する積算演算部７Ｃとを有する。
　また、本実施の形態に係るモータ駆動方法は、モータ駆動装置１０によるモータ１の駆動方法であり、モータ１の実速度を示す実速度信号を生成する実速度信号生成ステップ（実速度信号生成部４の処理）と、モータ１の目標速度を示す目標速度信号を生成する目標速度信号生成ステップ（目標速度信号生成部５の処理）と、実速度信号が示す実速度と目標速度信号が示す目標速度とを比較する速度比較ステップ（速度比較部６の処理）と、速度比較ステップからの出力に応じて速度指令信号を生成する速度指令生成ステップ（速度指令生成部７の処理）と、速度指令信号からモータ１を駆動するための駆動信号を生成する出力ステップ（出力部８の処理）とを含み、速度指令生成ステップは、速度比較ステップでの出力に応じて、実速度信号が示す実速度及び目標速度信号が示す目標速度の一方を基準とする他方の大きさに対応する正負符号と大きさとを有するステップ幅を生成するステップ幅生成ステップ（ステップ幅生成部７Ａの処理）と、更新信号を繰り返し生成する更新信号生成ステップ（更新信号生成部７Ｂの処理）と、繰り返し生成される更新信号の夫々のタイミングで、ステップ幅を速度指令信号に加算して出力する積算演算ステップ（積算演算部７Ｃの処理）とを含む。
　これにより、実速度と目標速度との比較結果に応じた符号付きのステップ幅を速度指令信号に積算することで新たな速度指令信号が算出されるので、比較と積算という簡易な処理によって速度制御がされる。つまり、本実施の形態に係るモータ駆動装置１０では、特許文献１のような複雑なＰＩ制御が不要であり、特許文献２のようにモータの特性毎に速度指令と速度との関係式を算出してメモリなどに格納しておく等が不要であり、簡易な構成で、かつ、モータ毎の調整が不要な速度制御が実現される。
　また、実施例１では、ステップ幅生成部７Ａは、速度比較部６の出力が示す実速度と目標速度との大小関係が反転すると、ステップ幅の大きさを小さくする。これにより、速度指令信号に対する調整量が徐々に抑制されるので、実速度が目標速度に収束していくことが確保される。
　なお、本実施例では、図３Ｂに示されるように、速度切替で決まるステップ幅として、ステップ０～２の３段階が設定されていたが、この数には限定されず、２段階、あるいは、４段階以上に設定されてもよい。
　（実施例２）
　図４は、モータ駆動装置１０の実施例２に係る動作例を示すフローチャートである。
　まず、ステップ幅生成部７Ａは、速度比較部６から出力される速度誤差が、予め定められた範囲である「大」に属するか否かを判断し（Ｓ２０）、速度誤差が「大」に属すると判断した場合には（Ｓ２０でＹｅｓ）、ステップ幅として、予め定められた３種類のステップ幅のうちの最大のステップ幅を示す「ステップ０」を選択し（Ｓ２１）、一方、速度誤差が「大」に属しないと判断した場合には（Ｓ２０でＮｏ）、続いて、速度比較部６から出力される速度誤差が、「大」よりも一段階小さな値の範囲として予め定められた「中」に属するか否かを判断する（Ｓ２２）。なお、速度誤差は、実速度から目標速度を差し引いて得られる符号付き差分を示し、ステップ幅は、速度誤差の符号と逆の符号をもつ値に設定される。また、「大きい」、「小さい」は、絶対値での比較結果を示す。
　その結果、速度誤差が「中」に属すると判断した場合には（Ｓ２２でＹｅｓ）、ステップ幅生成部７Ａは、ステップ幅として、予め定められた３種類のステップ幅のうちの２番目に大きいステップ幅を示す「ステップ１」を選択し（Ｓ２３）、一方、速度誤差が「中」に属しないと判断した場合には（Ｓ２２でＮｏ）、ステップ幅として、予め定められた３種類のステップ幅のうちの最小のステップ幅を示す「ステップ２」を選択する（Ｓ２４）。
　次に、ステップ幅生成部７Ａで選択された（Ｓ２１、Ｓ２３、Ｓ２４）ステップ幅を示すステップ幅信号を受け取った積算演算部７Ｃは、更新信号生成部７Ｂから受け取った更新信号のタイミングで、ステップ幅生成部７Ａから受け取ったステップ幅信号が示すステップ幅を直前の速度指令信号に積算し、積算後の速度指令信号を出力部８に出力する（Ｓ２５）。
　モータ駆動装置１０は、以上の処理（Ｓ２０～Ｓ２５）を、更新信号のタイミングよりも早いレートで繰り返す。
　図５Ａは、モータ駆動装置１０の実施例２に係る動作例を示すタイミングチャートである。図５Ａの（ａ）～（ｅ）は、それぞれ、更新信号のタイミング、目標速度信号及び実速度信号、速度比較部６から出力される速度誤差信号、速度誤差で決まるステップ幅信号（つまり、ステップ幅生成部７Ａで生成されるステップ幅信号）、速度指令信号を示す。図５Ｂは、図５Ａにおけるステップ幅信号（ステップ０～２）と速度指令信号の変化量との関係例を示す図である。
　図５Ａにおいて、例えば、時刻ｔ１では、実速度が目標速度よりも低いが、実速度と目標速度との差が小さいために（図５Ａの（ｂ））、速度比較結果から出力される速度誤差が「小」を示し（図５Ａの（ｃ））、それによって、次の更新信号のタイミングである時刻ｔ２において、ステップ幅生成部７Ａによって、ステップ幅として、符号が正で、かつ、最小のステップ幅を示す「ステップ２」が選択され（図５Ａの（ｄ））、積算演算部７Ｃにより、直前の速度指令信号に「ステップ２」を積算して得られる速度指令信号が出力され、これにより、速度指令信号が示す速度が、最小の幅で増加する（図５Ａの（ｅ））。
　また、時刻ｔ３では、実速度が目標速度よりも高いが、実速度と目標速度との差が中程度になるために（図５Ａの（ｂ））、速度比較結果から出力される速度誤差が「中」を示し（図５Ａの（ｃ））、それによって、次の更新信号のタイミングである時刻ｔ４において、ステップ幅生成部７Ａによって、ステップ幅として、符号が負で、かつ、中程度のステップ幅を示す「ステップ１」が選択され（図５Ａの（ｄ））、積算演算部７Ｃにより、直前の速度指令信号に「ステップ１」を積算して得られる速度指令信号が出力され、これにより、速度指令信号が示す速度が、中程度の幅で減少する（図５Ａの（ｅ））。
　また、時刻ｔ５では、実速度が目標速度よりもさらに高くなり、実速度と目標速度との差が大きくなるために（図５Ａの（ｂ））、速度比較結果から出力される速度誤差が「大」を示し（図５Ａの（ｃ））、それによって、次の更新信号のタイミングである時刻ｔ６において、ステップ幅生成部７Ａによって、ステップ幅として、符号が負で、かつ、最大のステップ幅を示す「ステップ０」が選択され（図５Ａの（ｄ））、積算演算部７Ｃにより、直前の速度指令信号に「ステップ０」を積算して得られる速度指令信号が出力され、これにより、速度指令信号が示す速度が、最大の幅で減少する（図５Ａの（ｅ））。
　以上のように、実施例２の動作例では、速度比較部６は、実速度信号が示す実速度と目標速度信号が示す目標速度との差である速度誤差を出力し、ステップ幅生成部７Ａは、速度誤差が所定値以下になると、ステップ幅の大きさを小さくする。これにより、速度誤差が所定値以下の場合には、速度指令信号の調整幅が小さくなり、実速度が目標速度に収束していくことが確保される。
　なお、本実施例では、図５Ｂに示されるように、速度誤差で決まるステップ幅として、ステップ０～２の３段階が設定されていたが、この数には限定されず、２段階、あるいは、４段階以上に設定されてもよい。
　（実施例３）
　実施例３は、実施例１及び実施例２の両方の制御を取り入れたモータ駆動装置１０の動作例であり、実施例１の制御で選択されたステップ幅と実施例２の制御で選択されたステップ幅のうち小さい方のステップ幅を採用して速度指令信号を更新する点に特徴を有する。つまり、ステップ幅生成部７Ａは、速度比較部６の出力が示す実速度と目標速度との大小関係が反転すると、ステップ幅の大きさを小さくするとともに、速度比較部６が出力する速度誤差が所定値以下になる場合と重なった場合は、小さい方のステップ幅を選択する。
　図６は、モータ駆動装置１０の実施例３に係る動作例を示すタイミングチャートである。図６の（ａ）～（ｇ）は、それぞれ、更新信号のタイミング、目標速度信号及び実速度信号、速度比較部６での速度比較結果、速度切替で決まるステップ幅信号、速度誤差で決まるステップ幅信号、上記２つのステップ幅信号のうち小さいステップ幅を示すステップ幅信号、速度指令信号を示す。
　図６において、例えば、時刻ｔ１では、それまで、実速度が目標速度よりも低い状態が続いていために（図６の（ｂ））、上記実施例１の制御に従って、速度切替で決まるステップ幅信号として、符号が正の「ステップ０」が選択されている（図６の（ｄ））。
　また、この時刻ｔ１では、実速度が目標速度よりも低いが、実速度と目標速度との差が小さいために（図６の（ｂ））、上記実施例２の制御に従って、速度誤差で決まるステップ幅信号として、符号が正の「ステップ２」が選択される（図６の（ｅ））。
　その結果、本実施例では、時刻ｔ１では、ステップ幅生成部７Ａは、速度切替で決まるステップ幅信号として選択された符号が正の「ステップ０」（図６の（ｄ））と速度誤差で決まるステップ幅信号として選択された符号が正の「ステップ２」（図６の（ｅ））のうち、ステップ幅の小さい、符号が正の「ステップ２」を選択してステップ幅信号として出力するので（図６の（ｆ））、積算演算部７Ｃは、直前の速度指令信号に符号が正の「ステップ２」を積算して得られる速度指令信号を出力し、これにより、速度指令信号が示す速度が、最小の幅で増加する（図６の（ｇ））。
　なお、この時刻ｔ１では、実速度が目標速度を超えるために（図６の（ｂ））、上記実施例１の制御に従って、速度比較結果の極性が反転し（図６の（ｃ））、それによって、次の更新信号のタイミングである時刻ｔ２では、速度切替で決まるステップ幅信号として、それまでの「ステップ０」から、一段階小さい幅で逆極性（ここでは、符号が負）の「ステップ１」が選択される（図６の（ｄ））。
　また、時刻ｔ２では、実速度が目標速度よりも高いが、実速度と目標速度との差が中程度になるために（図６の（ｂ））、上記実施例２の制御に従って、速度誤差で決まるステップ幅信号として、符号が負の「ステップ１」が選択される（図６の（ｅ））。
　その結果、本実施例では、時刻ｔ２では、ステップ幅生成部７Ａは、速度切替で決まるステップ幅信号として選択された符号が負の「ステップ１」（図６の（ｄ））と速度誤差で決まるステップ幅信号として選択された符号が負の「ステップ１」（図６の（ｅ））のうち、ステップ幅の小さい（ここでは、同一のステップ幅なので）、符号が負の「ステップ１」を選択してステップ幅信号としてするので（図６の（ｆ））、積算演算部７Ｃは、直前の速度指令信号に符号が負の「ステップ１」を積算して得られる速度指令信号を出力し、これにより、速度指令信号が示す速度が、中程度の幅で減少する（図６の（ｇ））。
　以上のように、実施例３の動作例では、ステップ幅生成部７Ａは、速度比較部６の出力が示す実速度と目標速度との大小関係が反転すると、ステップ幅の大きさを小さくするとともに、速度誤差が所定値以下になる場合と重なった場合は、小さい方のステップ幅を選択する。これにより、速度指令信号に対する調整量が徐々に抑制される制御と、速度誤差が所定値以下の場合には速度指令信号の調整幅を小さくする制御とが同時に行われ、実速度が目標速度に収束していくことがより確実に実現され得る。
　（実施例４）
　実施例４では、ステップ幅に所定の最小値が設けられており、ステップ幅が最小値となる状態が連続した場合に、更新信号生成部７Ｂが、更新信号のタイミングを延長する点に特徴を有する。
　この実施例４の制御は、上記実施例１～３の制御のいずれとも併用し得る。そこで、上記実施例３の制御に、本実施例４の制御を取り入れた場合の動作例を、実施例４に係る第１動作例として、図７のタイミングチャートを用いて説明する。
　図７は、モータ駆動装置１０の実施例４に係る第１動作例を示すタイミングチャートである。図７の（ａ）～（ｇ）は、それぞれ、更新信号のタイミング、目標速度信号及び実速度信号、速度比較部６での速度比較結果、速度切替で決まるステップ幅信号、速度誤差で決まるステップ幅信号、上記２つのステップ幅信号のうち小さいステップ幅を示すステップ幅信号、速度指令信号を示す。
　ここで、時刻ｔ２までは、図６に示される実施例３と同じ動作が行われる。
　ところが、本実施例では、時刻ｔ１において、速度切替で決まるステップ幅信号として選択された符号が負の「ステップ１」（図７の（ｄ））と速度誤差で決まるステップ幅信号として選択された符号が負の「ステップ２」（図７の（ｅ））のうち、ステップ幅の小さい、符号が負の「ステップ２」がステップ幅生成部７Ａによって選択されてステップ幅信号として出力され（図６の（ｆ））、続く、時刻ｔ２において、速度切替で決まるステップ幅信号として選択された符号が正の「ステップ２」（図７の（ｄ））と速度誤差で決まるステップ幅信号として選択された符号が正の「ステップ１」（図７の（ｅ））のうち、ステップ幅の小さい、符号が正の「ステップ２」がステップ幅生成部７Ａによって選択されてステップ幅信号として出力される（図６の（ｆ））。
　つまり、時刻ｔ１及び時刻ｔ２において、ステップ幅が最小値（つまり、「ステップ２」）となる状態が連続している。よって、更新信号生成部７Ｂは、時刻ｔ２において、ステップ幅生成部７Ａから最小値のステップ幅を示すステップ幅信号が連続して出力されたことを検知し、次の更新信号のタイミング（時刻ｔ３）を延長する（図７の（ａ））。
　具体的には、更新信号生成部７Ｂは、ステップ幅信号が連続して出力されたことを検知すると、それ以降においては、更新信号を出力する周期を、例えば、基本周期の２倍に変更する。よって、時刻ｔ２の次には、それまでの２倍の周期が経過した時刻ｔ３で、更新信号が出力され、時刻ｔ３において、直前の速度指令信号に符号が正の「ステップ２」を積算して得られる速度指令信号が積算演算部７Ｃから出力され、速度指令信号が示す速度が、中程度の幅で増加する（図７の（ｇ））。なお、再び同様の事象が検知された場合には、更新信号を出力する周期を、それまでの基本周期の２倍から３倍に変更する。
　以上のように、実施例４の第１動作例では、ステップ幅に所定の最小値が設けられており、ステップ幅が最小値となる状態が連続した場合に、更新信号生成部７Ｂが、更新信号のタイミングを延長する。これにより、ステップ幅が最小値となる状態が連続した場合に、速度指令信号に対する調整の頻度が抑制され、実速度が目標速度に収束していくことがより確実に実現され得る。
　なお、実施例４の第１動作例では、更新信号のタイミングの延長は、基本周期、２倍の周期、３倍の周期、・・の順に延長されたが、このような延長パターンに限られず、例えば、基本周期、３倍の周期、６倍の周期、・・の順に延長されてもよい。
　また、更新信号のタイミングを延長する制御については、上記第１動作例のように、ステップ幅が最小値となる状態が連続した場合だけに限られず、他の状態の場合にも適用できる。以下、他の適用例を、実施例４に係る第２～第４動作例として、図８Ａ～図８Ｃを用いて説明する。
　図８Ａは、モータ駆動装置１０の実施例４に係る第２動作例を示すフローチャートである。
　更新信号生成部７Ｂは、速度比較部６の出力が示す実速度と目標速度との大小関係が反転したか否かを監視しており（Ｓ３０）、実速度と目標速度との大小関係が反転したと判断した場合に（Ｓ３０でＹｅｓ）、更新信号のタイミングを延長する（Ｓ３１）。具体的には、更新信号生成部７Ｂは、実速度と目標速度との大小関係が反転したことを検知すると、それ以降においては、更新信号を出力する周期を、例えば、基本周期の２倍に変更する。なお、実速度と目標速度との大小関係が反転したと判断しない場合には（Ｓ３０でＮｏ）、更新信号生成部７Ｂは、更新信号のタイミングの延長に関する処理をすることなく、判断（Ｓ３０）を繰り返す。
　以上のように、実施例４の第２動作例では、更新信号生成部７Ｂは、速度比較部６の出力が示す実速度と目標速度との大小関係が反転すると、更新信号のタイミングを延長する。これにより、実速度と目標速度との大小関係が反転した場合に、速度指令信号に対する調整の頻度が抑制され、実速度が目標速度に収束していくことが確保される。
　図８Ｂは、モータ駆動装置１０の実施例４に係る第３動作例を示すフローチャートである。
　更新信号生成部７Ｂは、速度比較部６が出力する速度誤差が所定値以下であるか否かを監視しており（Ｓ３３）、速度誤差が所定値以下であると判断した場合に（Ｓ３３でＹｅｓ）、更新信号のタイミングを延長する（Ｓ３４）。具体的には、更新信号生成部７Ｂは、例えば、速度比較部６が出力する速度誤差が、予め定められた「小」に属することを検知すると、それ以降においては、更新信号を出力する周期を、例えば、基本周期の２倍に変更する。なお、速度誤差が所定値以下であると判断しない場合には（Ｓ３３でＮｏ）、更新信号生成部７Ｂは、更新信号のタイミングの延長に関する処理をすることなく、判断（Ｓ３３）を繰り返す。
　以上のように、実施例４の第３動作例では、速度比較部６は、実速度信号が示す実速度と目標速度信号が示す目標速度との差である速度誤差を出力し、更新信号生成部７Ｂは、速度誤差が所定値以下になると、更新信号のタイミングを延長する。これにより、速度誤差が所定値以下になった場合に、速度指令信号に対する調整の頻度が抑制され、実速度が目標速度に収束していくことが確保される。
　図８Ｃは、モータ駆動装置１０の実施例４に係る第４動作例を示すフローチャートである。
　更新信号生成部７Ｂは、図８Ａに示される第２動作例の制御と、図８Ｂに示される第３動作例の制御とを並行して実施している（Ｓ３６）。
　このとき、更新信号生成部７Ｂは、第２動作例の制御による更新信号のタイミング延長と、第３動作例の制御による更新信号のタイミング延長とが、タイミングとして、重なったか否かを判断し（Ｓ３７）、重なったと判断した場合に（Ｓ３７でＹｅｓ）、更新信号のタイミングを長い方（同一の場合には、同一のタイミング）に延長する（Ｓ３８）。
　具体的には、更新信号生成部７Ｂは、例えば、第２動作例の制御（つまり、速度比較部６の出力の極性が反転したこと）による更新信号のタイミング延長が基本周期の２倍への変更であり、第３動作例の制御（つまり、速度誤差が所定値以下になったこと）による更新信号のタイミング延長が基本周期の３倍への変更である場合には、長い方である、基本周期の３倍へ変更する。
　なお、第２動作例の制御による更新信号のタイミング延長と、第３動作例の制御による更新信号のタイミング延長とが、タイミングとして、重なっていないと判断した場合には（Ｓ３７でＮｏ）、更新信号生成部７Ｂは、更新信号のタイミングの延長に関する処理をすることなく、ステップＳ３６及びＳ３７の処理を繰り返す。
　以上のように、実施例４の第４動作例では、更新信号生成部７Ｂは、速度比較部６の出力が示す実速度と目標速度との大小関係が反転すると、更新信号のタイミングを延長するとともに、速度誤差が所定値以下になる場合と重なった場合は、更新信号のタイミングの長い方を選択する。これにより、２種類の事象に起因して２種類の更新信号のタイミングが重なった場合に、長い方のタイミングが選択されるので、速度指令信号に対する調整の頻度がより抑制され、実速度が目標速度に収束していくことが確保される。
　（実施例５）
　実施例５は、ステップ幅及び更新信号のタイミングの初期化についての制御に関する。
　図９Ａは、モータ駆動装置１０の実施例５に係る第１動作例（ステップ幅の初期化）を示すフローチャートである。
　ステップ幅生成部７Ａは、目標速度信号生成部５に入力される入力指令信号を監視しており、入力指令信号が示す目標速度が変化したか否かを判断し（Ｓ４０）、目標速度が変化したと判断した場合には（Ｓ４０でＹｅｓ）、ステップ幅の大きさを初期状態に戻す（Ｓ４１）。具体的には、ステップ幅生成部７Ａは、目標速度が変化したと判断した場合には、次の更新信号のタイミングで、「ステップ０」を示すステップ幅信号を出力する。なお、目標速度が変化したと判断しない場合には（Ｓ４０でＮｏ）、ステップ幅生成部７Ａは、ステップ幅の初期化に関する処理をすることなく、判断（Ｓ４０）を繰り返す。
　以上のように、実施例５の第１動作例では、目標速度信号の値が変化した場合には、ステップ幅生成部７Ａは、ステップ幅の大きさを初期状態に戻す。これにより、目標速度が変化した場合に、新たな目標速度に対して、初期化された新たなステップ幅を用いて速度指令信号に対する調整が再開され、実速度が新たな目標速度に収束していくことが確保される。
　なお、実施例５の第１動作例に係る制御は、上記実施例１～４の制御のいずれとも併用し得る。
　図９Ｂは、モータ駆動装置１０の実施例５に係る第２動作例（更新信号のタイミングの初期化）を示すフローチャートである。
　更新信号生成部７Ｂは、目標速度信号生成部５に入力される入力指令信号を監視しており、入力指令信号が示す目標速度が変化したか否かを判断し（Ｓ４５）、目標速度が変化したと判断した場合には（Ｓ４５でＹｅｓ）、更新信号のタイミングを初期状態に戻す（Ｓ４６）。具体的には、更新信号生成部７Ｂは、目標速度が変化したと判断した場合には、次に出力する更新信号から、初期値として予め定められた基本周期で、更新信号を出力する。なお、目標速度が変化したと判断しない場合には（Ｓ４５でＮｏ）、更新信号生成部７Ｂは、更新信号のタイミングの初期化に関する処理をすることなく、判断（Ｓ４５）を繰り返す。
　以上のように、実施例５の第２動作例では、目標速度信号の値が変化した場合には、更新信号生成部７Ｂは、更新信号のタイミングを初期状態に戻す。これにより、目標速度が変化した場合に、新たな目標速度に対して、初期化された新たな更新信号のタイミングを用いて速度指令信号に対する調整が再開され、実速度が新たな目標速度に収束していくことが確保される。
　なお、実施例５の第２動作例に係る制御は、更新信号のタイミングを延長する制御を行う上記実施例４の制御と併用し得る。
　以上、本開示のモータ駆動装置及びモータ駆動方法について、実施の形態及び実施例１～５に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態及び実施例に施したものや、実施の形態及び実施例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。
　例えば、ステップ幅の選択に関しては、実施例１～３のいずれか選択し、更新信号のタイミングに関しては、実施例４の第１～第４動作例の一つを選択し、ステップ幅の初期化に関しては、実施例５の第１動作例を選択し、更新信号のタイミングの初期化に関しては、実施例５の第２動作例を選択し、選択した実施例及び動作例を併用した制御を行ってもよい。
　また、更新信号生成部７Ｂは、実速度信号生成部４が生成する実速度信号に基づいて更新信号を生成してもよい。より詳しくは、更新信号生成部７Ｂは、実速度信号の生成に用いられるロータ位置信号（つまり、位置センサ２が出力するモータ１のロータ位置を示す信号）に基づいて更新信号を生成してもよい。例えば、更新信号生成部７Ｂは、実施例４において、実速度信号に依存させて更新信号のタイミングを延長させてもよいし、実施例５において、目標速度信号だけでなく、実速度信号の値も変化した場合に、更新信号のタイミングを初期状態に戻してもよい。
　また、本開示に係るモータ駆動装置は、本開示に係るモータ駆動方法の各ステップを含むプログラムとして、さらに、そのようなプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能なＤＶＤ等の記録媒体として、実現することもできる。
　本開示は、モータを目標速度で回転させるモータ駆動装置として、特に、簡易な構成で、かつ、モータ毎の調整が不要な速度制御を行うモータ駆動装置として、例えば、ファンモータの駆動装置として、利用できる。
　１　モータ
　２　位置センサ
　３　マイクロコンピュータ
　４　実速度信号生成部
　５　目標速度信号生成部
　６　速度比較部
　７　速度指令生成部
　７Ａ　ステップ幅生成部
　７Ｂ　更新信号生成部
　７Ｃ　積算演算部
　８　出力部
　１０　モータ駆動装置

Claims (13)

  1. 　モータの実速度を示す実速度信号を生成する実速度信号生成部と、
    　前記モータの目標速度を示す目標速度信号を生成する目標速度信号生成部と、
    　前記実速度信号が示す前記実速度と前記目標速度信号が示す前記目標速度とを比較する速度比較部と、
    　前記速度比較部からの出力に応じて速度指令信号を生成する速度指令生成部と、
    　前記速度指令信号から前記モータを駆動するための駆動信号を生成する出力部とを備え、
    　前記速度指令生成部は、
    　　前記速度比較部の出力に応じて、前記実速度信号が示す前記実速度及び前記目標速度信号が示す前記目標速度の一方を基準とする他方の大きさに対応する正負符号と大きさとを有するステップ幅を示すステップ幅信号を生成するステップ幅生成部と、
    　　更新信号を繰り返し生成する更新信号生成部と、
    　　繰り返し生成される前記更新信号の夫々のタイミングで、前記ステップ幅信号が示すステップ幅を前記速度指令信号に加算して出力する積算演算部とを有する、
    　モータ駆動装置。
  2. 　前記ステップ幅生成部は、前記速度比較部の出力が示す前記実速度と前記目標速度との大小関係が反転すると、前記ステップ幅の大きさを小さくする、請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 　前記速度比較部は、前記実速度信号が示す前記実速度と前記目標速度信号が示す前記目標速度との差である速度誤差を出力し、
    　前記ステップ幅生成部は、前記速度誤差が所定値以下になると、前記ステップ幅の大きさを小さくする、請求項１に記載のモータ駆動装置。
  4. 　前記ステップ幅生成部は、前記速度比較部の出力が示す前記実速度と前記目標速度との大小関係が反転すると、前記ステップ幅の大きさを小さくするとともに、前記速度誤差が所定値以下になる場合と重なった場合は、小さい方のステップ幅を選択する、請求項３に記載のモータ駆動装置。
  5. 　前記ステップ幅に所定の最小値が設けられており、前記ステップ幅が前記最小値となる状態が連続した場合に、前記更新信号生成部は、前記更新信号のタイミングを延長する、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
  6. 　前記目標速度信号の値が変化した場合には、前記ステップ幅生成部は、前記ステップ幅の大きさを初期状態に戻す、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
  7. 　前記目標速度信号の値が変化した場合には、前記更新信号生成部は、前記更新信号のタイミングを初期状態に戻す、請求項５に記載のモータ駆動装置。
  8. 　前記更新信号生成部は、前記速度比較部の出力が示す前記実速度と前記目標速度との大小関係が反転すると、前記更新信号のタイミングを延長する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
  9. 　前記速度比較部は、前記実速度信号が示す前記実速度と前記目標速度信号が示す前記目標速度との差である速度誤差を出力し、
    　前記更新信号生成部は、前記速度誤差が所定値以下になると、前記更新信号のタイミングを延長する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
  10. 　前記更新信号生成部は、前記速度比較部の出力が示す前記実速度と前記目標速度との大小関係が反転すると、前記更新信号のタイミングを延長するとともに、前記速度誤差が所定値以下になる場合と重なった場合は、更新信号のタイミングの長い方を選択する、請求項９に記載のモータ駆動装置。
  11. 　前記更新信号生成部は、前記実速度信号が示す前記実速度に基づいて前記更新信号を生成する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
  12. 　前記更新信号生成部は、前記実速度信号を生成する前記モータのロータ位置信号に基づいて前記更新信号を生成する、請求項１１に記載のモータ駆動装置。
  13. 　モータの実速度を示す実速度信号を生成する実速度信号生成ステップと、
    　前記モータの目標速度を示す目標速度信号を生成する目標速度信号生成ステップと、
    　前記実速度信号が示す前記実速度と前記目標速度信号が示す前記目標速度とを比較する速度比較ステップと、
    　前記速度比較ステップからの出力に応じて速度指令信号を生成する速度指令生成ステップと、
    　前記速度指令信号から前記モータを駆動するための駆動信号を生成する出力ステップとを含み、
    　前記速度指令生成ステップは、
    　　前記速度比較ステップでの出力に応じて、前記実速度信号が示す前記実速度及び前記目標速度信号が示す前記目標速度の一方を基準とする他方の大きさに対応する正負符号と大きさとを有するステップ幅を生成するステップ幅生成ステップと、
    　　更新信号を繰り返し生成する更新信号生成ステップと、
    　　繰り返し生成される前記更新信号の夫々のタイミングで、前記ステップ幅を前記速度指令信号に加算して出力する積算演算ステップとを含む、
    　モータ駆動方法。
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