JP7606919B2 - モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法に関する。

モータの回転数（回転速度）を制御する方法として、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御やＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御等のフィードバック制御が知られている。

例えば、ＰＩＤ制御を採用したモータ駆動制御装置は、モータの目標回転速度（目標値）と実際の回転速度（制御量）との偏差に基づいて、比例（Ｐ）演算、積分（Ｉ）演算、および微分（Ｄ）演算を行うことにより、その偏差が０（ゼロ）になるようにモータの操作量を算出し、その操作量に基づいてモータを駆動する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１５３２２４号公報

しかしながら、ＰＩ制御やＰＩＤ制御によってモータの回転を制御する場合、以下のような課題がある。

例えば、モータの回転速度が一定になるようにＰＩＤ制御を行う際に、操作量が適切でない場合、モータが数秒間隔で周期的にうなりを伴って回転速度が変動する不安定な状態が発生するおそれがある。このモータの不安定な状態は、モータの操作量が過剰であること、すなわち、モータに与える電力（電流）を調整する周期（以下、「フィードバック制御周期」とも称する。）が短すぎること、あるいは、フィードバック制御周期１回当たりにモータに与える電力（電流）が大きすぎることが原因と考えられる。

従来、モータが不安定な状態に陥っているか否かの判断は、例えば、実際のモータの動作音やモータの電流の波形を人が観測することによって行っていた。そのため、モータを使用するアプリケーションにおいてモータのサイズの変更等の仕様変更が必要になった場合には、モータが安定して動作するように、設計者等が、モータの動作音やモータの電流の波形を観測しながら、フィードバック制御周期１回当たりにモータに与える電力やフィードバック制御周期等を調整していた。その結果、仕様変更時等において、モータ駆動制御のアルゴリズムを調整するために多くの時間を要していた。

本発明は、上述した課題を解消するためのものであり、人によるモータの動作状態の観測結果によらず、モータ駆動制御におけるモータの操作量の調整を自動的に行うようにすることを目的とする。

本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置は、モータの駆動を制御するための駆動制御信号を生成する制御回路と、前記駆動制御信号に応じて前記モータを駆動する駆動回路と、を備え、前記制御回路は、前記モータの回転速度が目標回転速度に一致するように前記モータの操作量を算出するフィードバック制御部と、前記操作量に基づいて前記駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部と、前記モータに流れる電流の変動を検出する電流変動検出部と、前記電流変動検出部によって前記モータに流れる電流の変動が検出された場合に、前記操作量の補正を指示する補正指示部と、前記補正指示部からの指示に応じて、前記フィードバック制御部によって算出された前記操作量を補正する補正部と、を有し、前記補正部は、前記補正指示部から前記操作量の補正が指示されていない場合に、前記フィードバック制御部によって算出された前記操作量を補正することなく前記駆動制御信号生成部に与え、前記補正指示部から前記操作量の補正が指示された場合に、前記フィードバック制御部によって算出された前記操作量を補正して前記駆動制御信号生成部に与えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、人によるモータの動作状態の観測結果によらず、モータ駆動制御におけるモータの操作量の調整を自動的に行うことが可能となる。

本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置を備えたモータユニットの構成を示す図である。 フィードバック制御部の構成の一例を示す図である。 モータ電流の周期的な変動の一例を示す図である。 補正部による操作量の補正方法の一例を示す図である。 操作量の補正の概念を示す図である。 本実施の形態に係るモータ駆動制御装置による操作量の補正の処理の流れを示すフローチャートである。

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置（１）は、モータ（４）の駆動を制御するための駆動制御信号（Ｓｄ）を生成する制御回路（２）と、前記駆動制御信号に応じて前記モータを駆動する駆動回路（３）と、を備え、前記制御回路は、前記モータの回転速度が目標回転速度（Ｓ１）に一致するように前記モータの操作量（Ｓａｄ）を算出するフィードバック制御部（１２）と、前記操作量に基づいて前記駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部（１４）と、前記モータに流れる電流の変動を検出する電流変動検出部（１６）と、前記電流変動検出部によって前記モータに流れる電流の変動が検出された場合に、前記操作量の補正を指示する補正指示部（１９）と、前記補正指示部からの指示に応じて、前記フィードバック制御部によって算出された前記操作量を補正する補正部（１３）と、を有し、前記補正部は、前記補正指示部から前記操作量の補正が指示されていない場合に、前記フィードバック制御部によって算出された前記操作量を補正することなく前記駆動制御信号生成部に与え、前記補正指示部から前記操作量の補正が指示された場合に、前記フィードバック制御部によって算出された前記操作量を補正して前記駆動制御信号生成部に与えることを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記補正指示部は、前記電流変動検出部によって前記モータに流れる電流の周期的な変動が検出された場合に、前記操作量の補正を指示してもよい。

〔３〕上記〔１〕または〔２〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記補正指示部は、前記電流変動検出部によって前記モータに流れる電流の変動が検出された回数をカウントする補正カウンタ（２０）を更に有し、前記補正部は、前記補正カウンタのカウント値に応じて前記操作量を補正する量を段階的に増やしてもよい。

〔４〕上記〔１〕乃至〔３〕の何れかに記載のモータ駆動制御装置において、前記補正部は、前記操作量の補正として、前記駆動制御信号生成部に与える操作量を小さくすること、および駆動制御信号生成部に与える操作量を更新する周期を長くすることの少なくとも一方を行ってもよい。

〔５〕上記〔４〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記駆動制御信号は、ＰＷＭ信号であり、前記フィードバック制御部は、前記操作量として、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を指定する値を算出し、前記補正部は、前記フィードバック制御部によって算出された前記デューティ比を指定する値が小さくなるように前記操作量を補正してもよい。

〔６〕上記〔４〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記駆動制御信号は、ＰＷＭ信号であり、前記フィードバック制御部は、前記操作量として、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を指定する値を算出し、前記補正部は、前記フィードバック制御部によって算出された前記デューティ比を指定する値を更新して出力する周期が長くなるように前記操作量を補正してもよい。

〔７〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータユニット（１００）は、上記〔１〕乃至〔６〕の何れかに記載のモータ駆動制御装置（１）と、前記モータ（４）と、を備えることを特徴とする。

〔８〕本発明の代表的な実施の形態に係る方法は、モータ（４）の駆動を制御するための駆動制御信号（Ｓｄ）を生成する制御回路（２）と、前記駆動制御信号に応じて前記モータを駆動する駆動回路（３）と、を備えたモータ駆動制御装置（１）によるモータ駆動制御方法である。上記方法は、前記制御回路が、前記モータの回転速度（Ｓ３）が目標回転速度（Ｓ１）に一致するように前記モータの操作量（Ｓａｄ）を算出する第１ステップ（Ｓ１２）と、前記制御回路が、前記操作量に基づいて、前記駆動制御信号を生成する第２ステップ（Ｓ１２）と、前記制御回路が、前記モータに流れる電流の変動を検出した場合に、前記第１ステップで算出した前記操作量を補正する第３ステップ（Ｓ１６～Ｓ１８）と、を含むことを特徴とする。

２．実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

≪実施の形態≫
図１は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置を備えたモータユニットの構成を示す図である。

図１に示されるモータユニット１００は、モータ４と、位置検出装置５と、モータ駆動制御装置１とを備えている。

モータ４は、例えば、単相のコイル（巻線）を有するブラシレスＤＣモータである。
位置検出装置５は、モータ４の回転子（ロータ）の回転に応じた位置検出信号Ｓｐを生成する装置である。位置検出装置５は、例えば、ホール（ＨＡＬＬ）素子である。例えば、モータ４のコイルに対応するホール素子が、位置検出装置５としてモータ４のロータの周囲に配置されている。ホール素子は、ロータの磁極を検出し、ロータの回転に応じて電圧が変化するホール信号を生成して、出力する。ホール素子から出力されたホール信号は、位置検出信号Ｓｐとしてモータ駆動制御装置１に入力される。位置検出信号Ｓｐは、例えば、パルス信号である。

モータ駆動制御装置１は、モータ４の駆動を制御する装置である。モータ駆動制御装置１は、位置検出装置５から出力された位置検出信号Ｓｐに基づいて、モータ４の回転位置や回転速度等の情報を得ることでモータ４の回転状態を検出し、モータ４の駆動を制御する。

なお、位置検出装置５として、上述したホール素子に代えて、例えば、エンコーダやレゾルバなどを設け、それらの検出信号を位置検出信号Ｓｐとしてモータ駆動制御装置１に入力してもよい。また、モータ駆動制御装置１が位置センサレス方式に基づいてモータ４の駆動制御を行う場合には、位置検出装置５を設けなくてもよい。

モータ駆動制御装置１は、例えば、制御回路２と駆動回路３を備えている。
モータ駆動制御装置１は、外部の直流電源から直流電圧Ｖｄｃの供給を受ける。直流電圧Ｖｄｃは、図示されない保護回路等を介して電源ラインＬｖｄｄに供給され、電源ラインＬｖｄｄを介して制御回路２および駆動回路３に電源電圧としてそれぞれ入力される。

電源ラインＬｖｄｄは、制御回路２に電力を供給するとともに、駆動回路３を介してモータ４を駆動するための電力を供給する電力供給経路であり、例えば、配線である。電源ラインＬｖｄｄには、配線の他に、電源ラインＬｖｄｄの電圧を安定させるための安定化容量や上述した保護回路等が接続されていてもよい。

なお、制御回路２には、電源ラインＬｖｄｄの電圧が直接供給されるのではなく、例えば、レギュレータ回路によって電源ラインＬｖｄｄの電圧を降圧した電圧が、電源電圧として制御回路２に供給されてもよい。

駆動回路３は、後述する制御回路２から出力された駆動制御信号Ｓｄに基づいて、モータ４を駆動する回路である。駆動制御信号Ｓｄは、モータ４の駆動を制御するための信号であり、例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。

駆動回路３は、駆動制御信号ＳｄとしてのＰＷＭ信号に基づいて電源ラインＬｖｄｄとグラウンド電位ＧＮＤとの間でモータ４のコイルの接続先を切り替えることにより、モータ電流の向きを切り替えてモータ４を回転させる。例えば、駆動回路３は、複数のスイッチ素子（例えば、トランジスタ）によって構成されたインバータ回路（不図示）と、駆動制御信号Ｓｄに基づいてインバータ回路の各スイッチ素子を駆動するために十分な電力を供給する複数の駆動信号を生成するプリドライブ回路（不図示）とから構成されている。

制御回路２は、モータ駆動制御装置１の動作を統括的に制御するための回路である。本実施の形態において、制御回路２は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ，ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の各種記憶装置と、カウンタ（タイマ）、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、クロック発生回路、および入出力インターフェース回路等の周辺回路とがバスや専用線を介して互いに接続された構成を有するプログラム処理装置である。例えば、制御回路２は、マイクロコントローラ（ＭＣＵ：Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）である。

なお、制御回路２と駆動回路３とは、一つの半導体集積回路装置（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）としてパッケージ化された構成であってもよいし、個別の集積回路装置として夫々パッケージ化されて回路基板に実装され、回路基板上で互いに電気的に接続された構成であってもよい。

制御回路２は、駆動制御信号Ｓｄを生成して駆動回路３に与えることにより、モータ４の通電制御を行う機能を有する。具体的に、制御回路２は、外部（例えば、上位装置）から入力された、モータ４の駆動に関する目標値を指示する駆動指令信号Ｓｃと、位置検出装置５から入力された位置検出信号Ｓｐとに基づいて、モータ４が駆動指令信号Ｓｃで指定された駆動状態となるように操作量Ｓａｄを算出するフィードバック制御を行う。制御回路２は、算出した操作量Ｓａｄに応じた駆動制御信号Ｓｄを生成して駆動回路３に与える。

また、制御回路２は、モータ４のコイルに流れる電流（以下、「モータ電流」とも称する。）を監視し、モータ電流の変動を検出した場合に、フィードバック制御に基づいて算出した操作量Ｓａｄを補正する機能を有する。

図１に示すように、制御回路２は、上述した各機能を実現するための機能部として、例えば、駆動指令信号解析部１１、フィードバック制御部１２、補正部１３、駆動制御信号生成部１４、回転速度算出部１５、電流変動検出部１６、および補正指示部１９を有している。

制御回路２の上述した各機能部は、例えば、制御回路２としてのＭＣＵのプログラム処理によって実現される。具体的には、制御回路２としてのＭＣＵを構成するプロセッサが、メモリに格納されたプログラムにしたがって各種の演算を行ってＭＣＵを構成する各種周辺回路を制御することにより、上述した各機能部が実現される。

駆動指令信号解析部１１は、例えば、上位装置（不図示）から出力された駆動指令信号Ｓｃを受信する。駆動指令信号Ｓｃは、上述したように、モータ４の駆動に関する目標値を指示する信号であって、例えば、モータ４の目標回転速度を指示する速度指令信号である。

駆動指令信号解析部１１は、駆動指令信号Ｓｃによって指定された目標回転速度を解析する。例えば、駆動指令信号Ｓｃが目標回転速度に対応するデューティ比を有するＰＷＭ信号である場合、駆動指令信号解析部１１は、駆動指令信号Ｓｃのデューティ比を解析し、そのデューティ比に対応する回転速度の情報を目標回転速度Ｓ１として出力する。

回転速度算出部１５は、モータ４の回転速度を計測する機能部である。回転速度算出部１５は、例えば、位置検出装置５としてのホール素子の位置検出信号（ホール信号）Ｓｐに基づいて、モータ４の回転速度を計測し、その計測結果を回転速度（実回転速度）Ｓ３として出力する。

フィードバック制御部１２は、モータ４の回転速度Ｓ３が目標回転速度Ｓ１に一致するようにモータ４の操作量Ｓａｄを算出する機能部である。具体的に、フィードバック制御部１２は、駆動指令信号解析部１１から出力された目標回転速度Ｓ１と回転速度算出部１５から出力された回転速度Ｓ３との偏差が０（ゼロ）になるように、モータ４の操作量Ｓａｄを算出する。フィードバック制御部１２は、例えば、予め設定された周期（フィードバック制御周期）毎に、モータ４の操作量Ｓａｄを算出する。すなわち、操作量Ｓａｄは、予め設定されたフィードバック制御周期毎に更新される。

図２は、フィードバック制御部の構成の一例を示す図である。
図２に示すように、フィードバック制御部１２は、具体例として、ＰＩＤ制御を行う機能を有し、例えば、減算器２１、ＰＩＤ制御器２２、および加算器２６を有する。減算器２１は、目標回転速度Ｓ１と回転速度Ｓ３との差を算出し、その差（偏差）を回転速度誤差Ｓｄｉｆとして出力する。ＰＩＤ制御器２２は、減算器２１から出力された回転速度誤差Ｓｄｉｆに基づいて、ＰＩＤ演算を行う。具体的に、ＰＩＤ制御器２２は、比例（Ｐ）演算部２３、積分（Ｉ）演算部２４、および微分（Ｄ）演算部２５を有する。

比例演算部２３は、減算器２１から出力された回転速度誤差Ｓｄｉｆに比例ゲインＧｐを乗算して比例演算値Ｓｇｐを算出する。積分演算部２４は、回転速度誤差Ｓｄｉｆに積分ゲインＧｉを乗算し、乗算した値を時間的に積算して積分演算値Ｓｇｉを算出する。微分演算部２５は、回転速度誤差Ｓｄｉｆに微分ゲインＧｄを乗算し、乗算した値を時間的に微分して微分演算値Ｓｇｄを算出する。

加算器２６は、比例演算値Ｓｇｐ、積分演算値Ｓｇｉ、および微分演算値Ｓｇｄを加算した値をモータ４の操作量Ｓａｄとして出力する。

ここで、操作量Ｓａｄは、モータ４の回転速度Ｓ３を目標回転速度Ｓ１に一致させるために必要なモータ４の駆動量を指定する情報を含む。例えば、本実施の形態のようにモータ４をＰＷＭ駆動する場合には、操作量Ｓａｄは、ＰＷＭ信号である駆動制御信号Ｓｄのデューティ比（＝ＰＷＭ１周期に対するパルスのオン時間の比）を指定する値を含んでいる。操作量Ｓａｄは、予め設定されたフィードバック制御周期毎に更新されて、加算器２６から出力される。

電流変動検出部１６は、モータ４に流れる電流（モータ電流）を監視し、モータ電流の変動の有無を判定する機能部である。電流変動検出部１６は、モータ電流の変動を検出した場合に、変動検出信号Ｓｆを出力する。より好ましくは、電流変動検出部１６は、モータ電流の周期的な変動を検出した場合に、変動検出信号Ｓｆを出力する。

図１に示すように、電流変動検出部１６は、電流サンプリング部１７と変動判定部１８とを有する。電流サンプリング部１７は、単位時間毎にモータ電流をサンプリングし、サンプリングした値をデジタル信号に変換して変動判定部１８に出力する。

本実施の形態では、モータ電流を検出するために、電源ラインＬｖｄｄとグラウンド電位との間に電流検出回路６を設けている。電流検出回路６は、例えば、電源ラインＬｖｄｄとグラウンド電位との間に直列に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２から成る分圧回路である。例えば、モータ４を駆動するとき、電源ラインＬｖｄｄおよび駆動回路３を介してモータ４に電力が供給される。このとき、電源ラインＬｖｄｄには電流が流れるため、電源ラインＬｖｄｄに存在する寄生抵抗によって電源ラインＬｖｄｄの電圧がモータ電流の変動に伴って変動する。電流検出回路６は、この電源電圧の変動を電源電流（モータ電流）の変動として検出する回路である。

電流検出回路６によって検出された電圧は、電流サンプリング部１７に入力される。電流サンプリング部１７は、電流検出回路６から入力された電圧をモータ電流の計測値としてサンプリングする。

なお、本実施の形態では、モータ電流を検出するために、電源ラインＬｖｄｄとグラウンド電位との間に電流検出回路６を設ける場合を例示したが、モータ電流の監視手法はこれに限られない。例えば、モータ電流の監視手法として、駆動回路３を構成するインバータ回路とグラウンド電位との間に抵抗を接続してモータ電流を検出してもよいし、モータ４の各相の電流（相電流）を監視する回路を設けてもよい。

変動判定部１８は、電流サンプリング部１７によって計測されたモータ電流のサンプリング値に基づいて、モータ電流が変動しているか否かを判定する機能部である。ここで、モータ電流の変動の判定に用いるサンプリング値は、例えば、モータ電流のピーク値である。

具体的に、変動判定部１８は、電流サンプリング部１７によるモータ電流のサンプリング値同士を比較することによって、モータ電流の変動の有無を判定する。例えば、変動判定部１８は、一定期間における電流のサンプリング値の最大値と最小値を検出し、最大値と最小値との差が所定の閾値を超えていた場合に、モータ電流が変動していると判定する。

図３は、モータ電流の周期的な変動の一例を示す図である。
図３において、横軸は時間を表し、縦軸は電流を表している。参照符号３００はモータ４に流れる電流（モータ電流）の時間的な変化を表している。

上述したように、外部から入力された駆動指令信号Ｓｃが一定値であったとしても、モータのフィードバック制御におけるモータに与える操作量（電力）が適切でない場合、モータが数秒間隔で周期的にうなりを伴って回転速度が変動する不安定な状態が発生する。この場合、図３に示すように、モータ電流が周期的に変動する。

本実施の形態において、電流変動検出部１６は、モータ電流の変動を検出する。より好ましくは、電流変動検出部１６は、図３に示すようなモータ電流の周期的な変動を検出する。例えば、変動判定部１８が、一定時間毎にサンプリング値の最大値と最小値の差を算出し、その差が所定の閾値を超えている状態が周期的に発生しているか否かを判定する。

例えば、図３に示すように、参照符号３０１で示される範囲（範囲３０１とも称する）と、参照符号３０２で示される範囲（範囲３０２とも称する）と、参照符号３０３で示される範囲（範囲３０３とも称する）とにおいて、サンプリング値の最大値と最小値の差が所定の閾値を超えていることを変動判定部１８が検出したとする。

この場合、変動判定部１８は、一回目のモータ電流の変動が検出された範囲３０１と２回目のモータ電流の変動が検出された範囲３０２との時間的な間隔Ｔ１と、二回目のモータ電流の変動が検出された範囲３０２と３回目のモータ電流の変動が検出された範囲３０３との時間的な間隔Ｔ２とが略一致（例えば、±２０％の誤差範囲内）であるか否かを判定する。間隔Ｔ１と間隔Ｔ２とが略一致している場合には、変動判定部１８は、モータ電流の周期的な変動が発生していると判定して、変動検出信号Ｓｆを出力する。

なお、上述の例では、モータ電流の変動が所定の間隔をあけて３回検出された場合に、変動判定部１８が、モータ電流の周期的な変動が発生していると判定したが、これに限れず、モータ電流の変動が所定の間隔をあけて２回検出された場合に、変動判定部１８が、速やかにモータ電流の周期的な変動が発生していると判定してもよいし、モータ電流の変動が所定の間隔をあけて４回以上検出された場合に、変動判定部１８が、モータ電流の周期的な変動が発生していると判定してもよい。

補正指示部１９は、操作量Ｓａｄの補正を指示する機能部である。
補正指示部１９は、変動判定部１８から出力された変動検出信号Ｓｆに応じて、フィードバック制御部１２によって算出された操作量Ｓａｄの補正を補正部１３に指示する。電流変動検出部１６によってモータ電流の変動が検出されていない場合には、補正指示部１９は、操作量Ｓａｄの補正を指示しない。一方、電流変動検出部１６によってモータ電流の変動が検出された場合には、補正指示部１９は、操作量Ｓａｄの補正を指示する。

補正指示部１９は、例えば、電流変動検出部１６によってモータ電流の変動が検出された回数をカウントする補正カウンタ２０を有する。補正指示部１９は、補正カウンタ２０のカウント値を補正指示信号Ｓ５として出力する。

補正指示部１９は、変動判定部１８から変動検出信号Ｓｆが出力される度に、補正カウンタ２０をインクリメントする（ｎ→＋１）。一方、例えば、モータ駆動制御装置１の起動時、駆動指令信号Ｓｃによって指定された目標回転速度Ｓ１が変更された場合、および駆動指令信号Ｓｃの入力内容が変更された場合等に、補正指示部１９は、補正カウンタ２０をリセットする（ｎ→０）。

補正部１３は、補正指示部１９からの指示に応じて、フィードバック制御部１２によって算出された操作量Ｓａｄを補正する機能部である。

補正部１３は、補正指示信号Ｓ５によって操作量Ｓａｄの補正が指示されていない場合、すなわち補正カウンタ２０のカウント値が０（ゼロ）である場合に、フィードバック制御部１２によって算出された操作量Ｓａｄを補正せず、そのまま操作量Ｓ２として駆動制御信号生成部１４に与える。例えば、フィードバック制御部１２が操作量Ｓａｄを周期Ｔｐ１（フィードバック制御周期）毎に更新している場合、補正部１３は、フィードバック制御部１２による操作量Ｓａｄの算出周期と同じ周期で、フィードバック制御部１２から出力された操作量Ｓａｄを駆動制御信号生成部１４に与える。換言すれば、補正部１３は、フィードバック制御部１２が操作量Ｓａｄを算出する度に、操作量Ｓａｄを更新して駆動制御信号生成部１４に与える。

一方、補正指示信号Ｓ５によって操作量Ｓａｄの補正が指示された場合、すなわち補正カウンタ２０のカウント値が１以上である場合には、補正部１３は、フィードバック制御部１２によって算出された操作量Ｓａｄを補正し、補正後の操作量Ｓ２を駆動制御信号生成部１４に与える。以下、補正部１３による補正方法について、図を用いて説明する。

図４は、補正部１３による操作量Ｓａｄの補正方法の一例を示す図である。
図５は、操作量Ｓａｄの補正の概念を示す図である。

補正部１３による具体的な操作量Ｓａｄの補正方法としては、図４に示す２つの手法を例示することができる。

図４に示すように、第１の補正例（補正例１）として、補正部１３は、駆動制御信号ＳｄとしてのＰＷＭ信号のデューティ比を小さくする（縮小する）ように、操作量Ｓａｄを補正する。具体的には、補正部１３は、操作量Ｓａｄに含まれるＰＷＭ信号のデューティ比を指定する値よりも小さい値を含む操作量Ｓ２を出力する。

例えば、図５の補正例１に示すように、操作量Ｓａｄによって指定されたＰＷＭ信号のデューティ比がＤ１％であった場合、補正部１３は、操作量Ｓａｄによって指定されたデューティ比Ｄ１％より小さいデューティ比Ｄ２％を指定する値を含む補正後の操作量Ｓ２を出力する。

これによれば、単純にＰＩＤ制御演算によって得られた操作量Ｓａｄに基づいてモータ４を駆動する場合に比べて、駆動制御信号Ｓｄのデューティ比が小さくなるので、モータ４（コイル）に与える電力（電流）を小さくすることができる。

次に、図４に示すように、第２の補正例（補正例２）として、補正部１３は、駆動制御信号生成部１４に与えるＰＷＭ信号のデューティ比を指定する値を更新する周期を延長するように、操作量Ｓａｄを補正する。すなわち、補正部１３は、フィードバック制御部１２によって操作量Ｓａｄが算出される周期よりも、駆動制御信号Ｓｄのデューティ比を更新する周期を長くする。

例えば、図５の補正例２の具体例の上段に示すように、操作量Ｓａｄの補正を行わない場合、補正部１３は、上述したようにフィードバック制御部１２が操作量Ｓａｄを算出する周期Ｔｐ１（フィードバック制御周期）と同じ周期で、駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓａｄを更新する。

一方、図５の補正例２の具体例の下段に示すように、操作量Ｓａｄの補正を行う場合、補正部１３は、フィードバック制御部１２が操作量Ｓａｄを算出する周期Ｔｐ１（フィードバック制御周期）よりも長い周期Ｔｐ２で、駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓ２を更新する。これにより、駆動制御信号生成部１４は、フィードバック制御部１２によって操作量Ｓａｄが更新されるタイミングよりも（Ｔｐ２－Ｔｐ１）だけ遅れて、操作量Ｓ２（＝Ｓａｄ）を受け取る。

これによれば、予め設定されたフィードバック制御周期よりも実質的なフィードバック制御周期が長くなるので、モータ４に与える電力を緩やかに変化させることができる。

なお、補正部１３は、上述した第１の補正例と第２の補正例を組み合わせて、操作量Ｓａｄを補正してもよい。例えば、フィードバック制御部１２によって算出された操作量Ｓａｄによって指定されたＰＷＭ信号（駆動制御信号Ｓｄ）のデューティ比がＤ１％であり、且つ駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓａｄを更新する周期がＴｐ１である場合に、補正部１３は、ＰＷＭ信号のデューティ比がＤ１％よりも小さいＤ２％となるように操作量Ｓａｄを補正するとともに、補正後の操作量Ｓ２を周期Ｔｐ１よりも長い周期Ｔｐ２で駆動制御信号生成部１４に与える。
これによれば、モータ４に与える電力を更に小さくすることができる。

このように、補正部１３は、操作量の補正として、駆動制御信号生成部１４に与える操作量を小さくすること（第１の補正例）、および駆動制御信号生成部１４に与える操作量を更新する周期を長くすること（第２の補正例）の少なくとも一方を行う。

より好ましくは、補正部１３は、補正カウンタ２０のカウント値（補正指示信号Ｓ５）に応じて、操作量Ｓａｄを補正する量を段階的に増やしてもよい。

例えば、補正部１３は、補正カウンタ２０のカウント値が“ｎ（ｎは１以上の整数）”である場合、上記補正例１に基づいて、駆動制御信号Ｓｄのデューティ比を“ｎ×Δｄ”だけ小さくするように、操作量Ｓａｄを補正してもよい。ここで、Δｄは、デューティ比の単位縮小率である。
例えば、補正部１３は、補正カウンタ２０のカウント値が“１”である場合、駆動制御信号Ｓｄのデューティ比を“１×Δｄ”だけ小さくし、補正カウンタ２０のカウント値が“２”である場合、駆動制御信号Ｓｄのデューティ比を“２×Δｄ”だけ小さくするように、操作量Ｓａｄを補正する。

また、例えば、補正部１３は、補正カウンタ２０のカウント値が“ｎ”である場合、上記補正例２に基づいて、駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓ２（＝Ｓａｄ）を更新する周期を“ｎ×ΔＴ”だけ長くするように、操作量Ｓａｄを補正してもよい。ここで、ΔＴは、更新周期の単位延長時間である。
例えば、補正部１３は、補正カウンタ２０のカウント値が“１”である場合、駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓ２（＝Ｓａｄ）を更新する周期を“１×ΔＴ”だけ長くし、補正カウンタ２０のカウント値が“２”である場合、駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓ２（＝Ｓａｄ）を更新する周期を“２×ΔＴ”だけ長くするように、操作量Ｓａｄを補正する。

なお、補正部１３は、補正カウンタ２０のカウント値に応じて、駆動制御信号Ｓｄのデューティ比と駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓ２（＝Ｓａｄ）を更新する周期とが段階的に変化するように、操作量Ｓａｄを補正してもよい。

例えば、補正部１３は、補正カウンタ２０のカウント値が“１”である場合、駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓ２（＝Ｓａｄ）を更新する周期をΔＴだけ長くし、補正カウンタ２０のカウント値が“２”である場合、駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓ２（＝Ｓａｄ）を更新する周期を“ΔＴ”だけ長くし、且つ駆動制御信号Ｓｄのデューティ比を“Δｄ”だけ小さくするように操作量Ｓａｄを補正する。

また、補正カウンタ２０のカウント値が“３”である場合には、補正部１３は、駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓ２（＝Ｓａｄ）を更新する周期を２×ΔＴだけ長くし、且つ駆動制御信号Ｓｄのデューティ比を“Δｄ”だけ小さくするように操作量Ｓａｄを補正してもよい。

補正部１３は、補正カウンタ２０のカウント値がリセットされた場合には（カウント値＝０）、操作量の補正を停止し、上述したように、フィードバック制御部１２によって算出された操作量Ｓａｄを、補正することなく操作量Ｓ２として駆動制御信号生成部１４に与える。

以下の説明では、補正部１３が、上述したように、補正カウンタ２０のカウント値（補正指示信号Ｓ５）に応じて、駆動制御信号Ｓｄのデューティ比と駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓ２（＝Ｓａｄ）を更新する周期の少なくとも一方が段階的に変化するように操作量Ｓａｄを補正するものとして説明する。

駆動制御信号生成部１４は、補正部１３から出力された操作量Ｓ２に基づいて、ＰＷＭ信号としての駆動制御信号Ｓｄを生成する機能部である。具体的には、駆動制御信号生成部１４は、補正部１３から与えられた操作量Ｓ２によって指定されたデューティ比を有するＰＷＭ信号を生成し、駆動制御信号Ｓｄとして出力する。駆動制御信号生成部１４は、操作量Ｓ２によって指定されたデューティ比の値が更新される度に、駆動制御信号Ｓｄのデューティ比を変更して出力する。

駆動制御信号Ｓｄは、駆動回路３に与えられ、駆動回路３が駆動制御信号Ｓｄに基づいてモータ４を駆動する。これにより、モータ電流の変動を抑制しつつ、モータ４が目標回転速度Ｓ１になるように回転する。

次に、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１による操作量の補正処理の流れについて説明する。

図６は、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１による操作量の補正処理の流れを示すフローチャートである。

例えば、直流電圧Ｖｄｃがモータ駆動制御装置１に投入され、モータ駆動制御装置１が起動したとき、モータ駆動制御装置１は、先ず、駆動指令信号Ｓｃが入力されているか否かを判定する（ステップＳ１１）。駆動指令信号Ｓｃが入力されていない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、モータ駆動制御装置１は駆動指令信号Ｓｃが入力されるまで待機する。

駆動指令信号Ｓｃが入力された場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、モータ駆動制御装置１は、モータ４のフィードバック制御を開始する（ステップＳ１２）。具体的には、フィードバック制御部１２が、モータ４の回転速度Ｓ３が駆動指令信号Ｓｃによって指定された目標回転速度Ｓ１に一致するように、フィードバック制御部１２において、ＰＩＤ制御演算によって操作量Ｓａｄを算出し、駆動制御信号生成部１４が、操作量Ｓａｄ（＝Ｓ２）に基づいて駆動制御信号Ｓｄを生成する。これにより、モータ４が回転する。

次に、モータ駆動制御装置１は、モータ電流の監視を開始する（ステップＳ１３）。具体的には、電流サンプリング部１７が電流検出回路６から入力される電圧をモータ電流として計測（サンプリング）を開始し、変動判定部１８が電流サンプリング部１７によって計測されたモータ電流のサンプリング値に基づいて、モータ電流の変動の有無に関する判定処理を開始する。

次に、モータ駆動制御装置１は、駆動指令信号Ｓｃが変更されたか否かを判定する（ステップＳ１４）。具体的には、駆動指令信号Ｓｃが入力されていない状態から駆動指令信号Ｓｃが入力された場合や、駆動指令信号Ｓｃによって新たに指定された目標回転速度Ｓ１が直前に指定されていた目標回転速度Ｓ１と一致しない場合に、モータ駆動制御装置１は、駆動指令信号Ｓｃが変更されたと判定する（ステップＳ１４：ＹＥＳ）。この場合、補正指示部１９が補正カウンタのカウント値をリセットし（ｎ→０）、操作量の補正を停止させ、ステップＳ１４に戻る（ステップＳ１５）。

一方、駆動指令信号Ｓｃによって指定された目標回転速度Ｓ１が直前に指定されていた目標回転速度Ｓ１と一致している場合には、モータ駆動制御装置１は、駆動指令信号Ｓｃが変更されていないと判定し（ステップＳ１４：ＮＯ）、モータ電流の変動が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１６）。

具体的には、変動判定部１８は、モータ電流の周期的な変動が検出されたか否かを判定する。モータ電流の周期的な変動が検出された場合には（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、補正指示部１９が、補正カウンタ２０のカウント値をインクリメントする（ステップＳ１７）。

次に、モータ駆動制御装置１は、フィードバック制御部１２によって算出された操作量Ｓａｄを補正する（ステップＳ１８）。具体的には、上述したように、補正部１３が、補正カウンタ２０のカウント値に応じて、駆動制御信号ＳｄとしてのＰＷＭ信号のデューティ比およびデューティ比を更新する周期の少なくとも一つが調整されるように操作量Ｓａｄを補正し、補正後の操作量Ｓ２を出力する。その後、モータ駆動制御装置１は、ステップＳ１４に戻る。

一方、モータ電流の周期的な変動が検出されなかった場合には（ステップＳ１６：ＮＯ）、モータ駆動制御装置１は、補正カウンタ２０のカウント値が０であるか否かを判定する（ステップＳ１９）。補正カウンタ２０のカウント値が０でない、すなわちカウント値が１以上である場合には（ステップＳ１９：ＮＯ）、モータ駆動制御装置１は、補正カウンタ２０のカウント値に応じて、フィードバック制御部１２によって算出された操作量Ｓａｄを補正する（ステップＳ１８）。

補正カウンタ２０のカウント値が０である場合には（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、モータ駆動制御装置１は、操作量Ｓａｄの補正を行わない（ステップＳ２０）。その後、モータ駆動制御装置１は、ステップＳ１４に戻る。

以上、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１は、モータ４に流れる電流（モータ電流）の変動を検出した場合に、フィードバック制御に基づく操作量を補正する。これによれば、人によるモータの動作状態の観測結果によらず、フィードバック制御における操作量Ｓａｄの補正を自動的に行うことが可能となる。

具体的には、モータ駆動制御装置１は、モータ電流の周期的な変動を検出した場合に、フィードバック制御部１２によって算出された操作量Ｓａｄを補正する。これによれば、モータが数秒間隔で周期的にうなりを伴って回転速度が変動する不安定な状態が発生した場合に、モータ駆動制御装置１が自ら、その不安定な状態を検出し、フィードバック制御（例えば、ＰＩＤ制御）における操作量Ｓａｄの補正を自動的に行うことができるので、モータ４の回転を安定させることが可能となる。

また、モータ駆動制御装置１は、電流変動検出部１６によってモータ電流の変動が検出された回数をカウントする補正カウンタ２０を更に有し、モータ駆動制御装置１は、補正カウンタ２０のカウント値に応じて操作量Ｓａｄを補正する量を段階的に増やす。

これによれば、モータ電流の変動が解消されるまで、操作量Ｓａｄの補正が段階的に実行されるので、モータの安定した回転を実現するために必要な適切な操作量を自動的に設定することができる。

また、モータ駆動制御装置１は、操作量Ｓａｄの補正として、駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓａｄを小さくすること、および駆動制御信号生成部１４に与える操作量Ｓａｄを更新する周期を長くすることの少なくとも一方を行う。
具体的には、モータ駆動制御装置１は、フィードバック制御部１２によって算出された駆動制御信号Ｓｄ（ＰＷＭ信号）のデューティ比を指定する値が小さくなるように、操作量Ｓａｄを補正する。これによれば、上述したように、モータ４（コイル）に与える電力（電流）を小さくすることができるので、フィードバック制御演算に基づく操作量が過剰であることに起因するモータの不安定な状態を解消することが可能となる。

また、モータ駆動制御装置１は、駆動制御信号生成部１４に与える駆動制御信号Ｓｄ（ＰＷＭ信号）のデューティ比を指定する値を更新する周期が長くなるように、操作量Ｓａｄを補正する。これによれば、実質的なフィードバック制御周期が長くなるので、モータ４に与える電力を緩やかに変化させることができ、フィードバック制御演算に基づく操作量が過剰であることに起因するモータの不安定な状態を解消することが可能となる。

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態では、フィードバック制御をＰＩＤ制御として説明したが、フィードバック制御はＰＩＤ制御に限定されず、ＰＩ制御などであってもよい。

また、上記実施の形態では、モータ駆動制御装置１の変動判定部１８がモータ電流の周期的な変動を検出したとき、補正部１３が操作量の補正を行う場合を例示したが、これに限られず、変動判定部１８がモータ電流の変動が検出した場合に速やかに、補正部１３が操作量の補正を行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、モータ電流のサンプリング値の最大値と最小値の差を算出し、その差が所定の閾値を超えている場合にモータ電流が変動していると判定する例を説明したが、これに限られない。例えば、変動判定部１８は、一定期間毎にモータ電流のサンプリング値の平均値を算出し、隣り合う期間のモータ電流の平均値の差が所定の閾値を超えていた場合に、モータ電流が変動していると判定してもよい。

また、上述のフローチャートは一例であって、これらに限定されるものではなく、例えば、各ステップ間に他の処理が挿入されていてもよいし、処理が並列化されていてもよい。

上記実施の形態において、モータ４の種類は、ブラシレスＤＣモータに限定されない。また、モータ４は、単相に限られず複数相（例えば３相）のブラシレスＤＣモータであってもよい。

１…モータ駆動制御装置、２…制御回路、３…駆動回路、４…モータ、５…位置検出装置、６…電流検出回路、１１…駆動指令信号解析部、１２…フィードバック制御部、１３…補正部、１４…駆動制御信号生成部、１５…回転速度算出部、１６…電流変動検出部、１７…電流サンプリング部、１８…変動判定部、１９…補正指示部、２０…補正カウンタ、１００…モータユニット、Ｓ１…目標回転速度、Ｓ２…操作量、Ｓ３…回転速度、Ｓ５…補正指示信号、Ｓａｄ…操作量、Ｓｃ…駆動指令信号、Ｓｄ…駆動制御信号、Ｓｆ…変動検出信号、Ｓｐ…位置検出信号、Ｌｖｄｄ…電源ライン、Ｖｄｃ…直流電圧、Ｇｐ…比例ゲイン、Ｇｉ…積分ゲイン、Ｇｄ…微分ゲイン、Ｓｄｉｆ…回転速度誤差、Ｓｇｐ…比例演算値、Ｓｇｉ…積分演算値、Ｓｇｄ…微分演算値、２１…減算器、２２…ＰＩＤ制御器、２３…比例演算部、２４…積分演算部、２５…微分演算部、２６…加算器。

Claims (8)

1. モータの駆動を制御するための駆動制御信号を生成する制御回路と、
   前記駆動制御信号に応じて前記モータを駆動する駆動回路と、を備え、
   前記制御回路は、
   設定された周期毎に、前記モータの回転速度が目標回転速度に一致するように前記モータの操作量を算出し、出力するフィードバック制御部と、
   前記操作量に基づいて前記駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部と、
   前記モータに流れる電流の変動を検出する電流変動検出部と、
   前記電流変動検出部によって前記モータに流れる電流の変動が検出された場合に、前記操作量の補正を指示する補正指示部と、
   前記補正指示部からの指示に応じて、前記フィードバック制御部から出力された前記操作量を補正して出力する補正部と、を有し、
   前記補正部は、前記補正指示部から前記操作量の補正が指示されていない場合に、前記フィードバック制御部から出力された前記操作量を補正することなく前記駆動制御信号生成部に与え、前記補正指示部から前記操作量の補正が指示された場合に、前記フィードバック制御部から出力された前記操作量を補正して前記駆動制御信号生成部に与える
   モータ駆動制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記補正指示部は、前記電流変動検出部によって前記モータに流れる電流の周期的な変動が検出された場合に、前記操作量の補正を指示する
   モータ駆動制御装置。
3. 請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記補正指示部は、前記電流変動検出部によって前記モータに流れる電流の変動が検出された回数をカウントする補正カウンタを更に有し、
   前記補正部は、前記補正カウンタのカウント値に応じて前記操作量を補正する量を段階的に増やす
   モータ駆動制御装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記補正部は、前記操作量の補正として、前記駆動制御信号生成部に与える操作量を小さくすること、および前記駆動制御信号生成部に与える操作量を更新する周期を長くする
   ことの少なくとも一方を行う
   モータ駆動制御装置。
5. 請求項４に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記駆動制御信号は、ＰＷＭ信号であり、
   前記フィードバック制御部は、前記操作量として、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を指定する値を算出し、
   前記補正部は、前記フィードバック制御部によって算出された前記デューティ比を指定する値が小さくなるように前記操作量を補正する
   モータ駆動制御装置。
6. 請求項４に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記駆動制御信号は、ＰＷＭ信号であり、前記フィードバック制御部は、前記操作量として、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を指定する値を算出し、
   前記補正部は、前記フィードバック制御部が前記操作量を算出する周期よりも長い周期で、前記駆動制御信号生成部に与える前記操作量を更新することにより、前記操作量を補正する
   モータ駆動制御装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置と、
   前記モータと、を備える
   モータユニット。
8. モータの駆動を制御するための駆動制御信号を生成する制御回路と、前記駆動制御信号に応じて前記モータを駆動する駆動回路と、を備えたモータ駆動制御装置によるモータ駆動制御方法であって、
   前記制御回路が、前記モータの回転速度が目標回転速度に一致するように前記モータの操作量を算出する第１ステップと、
   前記第１ステップの後に、前記制御回路が、前記モータに流れる電流の変動を検出した場合に、前記第１ステップで算出した前記操作量を補正する第２ステップと、
   前記制御回路が、前記操作量に基づいて、前記駆動制御信号を生成する第３ステップと、
   を含む
   モータ駆動制御方法。

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