JP7337554B2 - Motor control device, sheet conveying device and image forming device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ駆動装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a motor driving device and an image forming apparatus.
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において、画像が形成される用紙等の記録紙を搬送する搬送系の駆動源として、ステッピングモータが広く用いられている。ステッピングモータは、モータの回転速度及び位置あるいは回転位相を検出する機構を備えていなくとも、モータに与えるパルス周期を制御することによって容易に速度制御を行える。また、ステッピングモータは、モータに与えるパルス数を制御することによって容易に位置制御を行えるという利点を有する。以下、この制御方式を同期制御と記載する。 2. Description of the Related Art In electrophotographic image forming apparatuses such as copiers and printers, a stepping motor is widely used as a driving source of a transport system for transporting recording paper such as paper on which an image is formed. A stepping motor can easily perform speed control by controlling the pulse period given to the motor, even if it does not have a mechanism for detecting the rotational speed and position or the rotational phase of the motor. Moreover, the stepping motor has the advantage that position control can be easily performed by controlling the number of pulses applied to the motor. This control method is hereinafter referred to as synchronous control.
ところが、ステッピングモータを同期制御する際、画像形成装置で必要となる負荷トルクが、ステッピングモータで出力可能なトルク範囲を超えると脱調が発生してステッピングモータが制御不能の状態に陥るおそれがある。脱調が発生すると、画像形成装置内で紙詰まりが発生し、詰まった紙をユーザが取り除く必要が生じる。これを避けるためには、画像形成装置で必要となる負荷トルクの変化に対応可能なモータ出力トルクが必要となる。そのためには、モータに供給する駆動電流は、画像形成装置で必要となる負荷トルクに対して所定のマージンを有するモータ出力トルクが得られるに十分なまで大きくする必要がある。その結果、ステッピングモータにおいては、電力消費量が増大し、かつ、余剰トルクに起因するモータの振動が騒音を発生させるおそれがある。 However, when the stepping motor is synchronously controlled, if the load torque required by the image forming apparatus exceeds the torque range that the stepping motor can output, stepping out may occur and the stepping motor may become uncontrollable. . When a step-out occurs, a paper jam occurs in the image forming apparatus, requiring the user to remove the jammed paper. In order to avoid this, a motor output torque capable of coping with changes in load torque required in the image forming apparatus is required. For this purpose, it is necessary to increase the drive current supplied to the motor so that the motor output torque having a predetermined margin with respect to the load torque required by the image forming apparatus can be obtained. As a result, in the stepping motor, power consumption increases, and motor vibration caused by excess torque may generate noise.
このような現象を回避するために、特許文献1及び2に記載のように、ベクトル制御(またはFOC:Field Oriented Control)と称されるモータの制御方法が知られている。例えば具体的には、ロータ(回転子)の指令位相と実際の回転位相との偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する。回転座標系では、巻線に流れる駆動電流のq軸成分(q軸電流)はトルクを発生させるトルク電流成分であり、駆動電流のd軸成分(d軸電流)は巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分である。一般的なベクトル制御では、最大効率運転を意図して90°のロータ負荷角を維持するように駆動電流の振幅及び位相が制御される。
In order to avoid such a phenomenon, a motor control method called vector control (or FOC: Field Oriented Control) is known, as described in
ステッピングモータにおけるベクトル制御では、固定座標系であるモータ巻線に流れる電流であるab相電流を、前述した回転座標系であるdq軸電流へと座標変換を行い、回転座標系で電流制御を行うことでdq軸電圧を生成する。このようにして生成したdq軸電圧を固定座標系のab相電圧に変換してモータ巻線に印可する。一般的なベクトル制御では、d軸電流を「0」としてq軸電流によりトルクが制御される。その結果、ロータの負荷量に応じて必要最低限の駆動電流が生成され、電力効率の良い駆動制御が実現される。また、上述のような余剰トルクに起因したモータの振動及び騒音を抑えることが可能となる。 In vector control in a stepping motor, ab-phase currents, which are currents flowing in motor windings in a fixed coordinate system, are coordinate-transformed into dq-axis currents in the above-described rotating coordinate system, and current control is performed in the rotating coordinate system. to generate the dq-axis voltage. The dq-axis voltages thus generated are converted into ab-phase voltages in a fixed coordinate system and applied to the motor windings. In general vector control, the torque is controlled by the q-axis current with the d-axis current set to "0". As a result, the minimum necessary drive current is generated according to the load amount of the rotor, and drive control with good power efficiency is realized. In addition, it is possible to suppress the vibration and noise of the motor caused by the surplus torque as described above.
励磁電流成分が0となるように制御した場合にモータを最大効率で駆動可能となることから、ベクトル制御では、励磁電流成分を0としてトルク電流成分を制御する。しかし、モータにおいて、ロータが高速で回転するとモータ巻線には逆起電圧を発生するので、これを打ち消すために磁束方向であるd軸にあえて励磁電流を流すことがある。
励磁電流により励磁電圧成分が発生した場合、トルク電圧成分と励磁電圧成分との合成電圧は、励磁電圧成分が0である場合の合成電圧(即ち、トルク電圧成分)より大きな値となり、その結果ab相電圧がインバータ回路に印可する電源電圧を超過するおそれがある。
Since the motor can be driven with maximum efficiency when the excitation current component is controlled to be 0, the torque current component is controlled with the excitation current component set to 0 in vector control. However, in a motor, when the rotor rotates at high speed, a back electromotive force is generated in the motor windings.
When the excitation voltage component is generated by the excitation current, the combined voltage of the torque voltage component and the excitation voltage component becomes a larger value than the combined voltage (that is, the torque voltage component) when the excitation voltage component is 0. As a result, ab The phase voltage may exceed the power supply voltage applied to the inverter circuit.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、インバータ回路からモータの巻線に印可される電圧が所定値を超えてしまうことを抑制することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to prevent the voltage applied from an inverter circuit to the windings of a motor from exceeding a predetermined value.
本発明のモータ制御装置は、モータを制御するモータ制御装置において、モータの巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて、前記モータのロータの回転位相を決定する位相決定手段と、前記位相決定手段によって決定された回転位相と前記ロータの目標位相を表す指令位相との偏差が小さくなるように、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系で表される電流成分であって前記ロータにトルクを発生させるトルク電流成分の目標値を生成し、かつ、前記回転座標系で表される電流成分であって前記巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の目標値とを生成して前記励磁電流成分により弱め界磁制御を行う第1の生成手段であって、前記モータ制御装置の温度が所定温度を超えた場合は前記トルク電流成分の目標値が第1の所定値より大きい場合は前記第1の所定値を出力し且つ前記トルク電流成分の目標値が前記第1の所定値より小さい場合は前記トルク電流成分の目標値を出力する制御を行い、前記モータ制御装置の温度が前記所定温度以下である場合は前記制御を行わない第1の生成手段と、前記第1の生成手段から出力されるトルク電流成分の目標値又は前記第1の所定値と前記検出手段によって検出された駆動電流の前記トルク電流成分との偏差が小さくなるように、前記巻線に印可すべき駆動電圧の前記トルク電流成分に対応する値を生成する第2の生成手段であって、前記回転座標系で表される電流成分であって前記巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の目標値と前記検出手段によって検出された駆動電流の前記励磁電流成分との偏差が小さくなるように、前記巻線に印可すべき駆動電圧の前記励磁電流成分に対応する値を生成する第2の生成手段と、前記第2の生成手段によって生成された前記駆動電圧の前記トルク電流成分に対応する値及び前記駆動電圧の前記励磁電流成分に対応する値に基づいて、前記巻線に前記駆動電圧を印可するインバータ回路と、を有し、前記第1の所定値は、前記駆動電圧の前記トルク電流成分に対応する値及び前記駆動電圧の前記励磁電流成分に対応する値によって表されるベクトルの大きさが第2の所定値より小さくなるように設定された値であり、前記第1の生成手段は、前記モータ制御装置の温度が前記所定温度を超えるまでは前記第2の所定値を増加させ、前記モータ制御装置の温度が前記所定温度を超えた場合には前記第2の所定値を元の値に戻すことを特徴とする。 A motor control device according to the present invention is a motor control device for controlling a motor. a phase determining means for determining a rotational phase; and a rotational phase determined by the phase determining means so as to reduce a deviation between the rotational phase determined by the phase determining means and a command phase representing a target phase of the rotor. generating a target value of a torque current component that is a current component expressed in a reference rotating coordinate system and that causes torque to be generated in the rotor; A first generation means for generating a target value of an excitation current component that affects the strength of the magnetic flux passing through and performing field weakening control by the excitation current component, wherein the temperature of the motor control device exceeds a predetermined temperature outputs the first predetermined value when the target value of the torque current component is larger than the first predetermined value , and outputs the torque current component when the target value of the torque current component is smaller than the first predetermined value and a torque current component output from the first generation means , which performs control to output a target value of and does not perform the control when the temperature of the motor control device is equal to or lower than the predetermined temperature; corresponding to the torque current component of the drive voltage to be applied to the winding so that the deviation between the target value or the first predetermined value of and the torque current component of the drive current detected by the detection means is small. a target value of an excitation current component, which is a current component expressed in the rotating coordinate system and affects the strength of the magnetic flux penetrating the winding, and is detected by the detection means second generation means for generating a value corresponding to the excitation current component of the drive voltage to be applied to the winding so that deviation from the excitation current component of the applied drive current is reduced; an inverter circuit for applying the drive voltage to the winding based on the value corresponding to the torque current component of the drive voltage and the value corresponding to the excitation current component of the drive voltage generated by a generating means; wherein the first predetermined value is a magnitude of a vector represented by a value corresponding to the torque current component of the drive voltage and a value corresponding to the excitation current component of the drive voltage is a second predetermined value and the first generating means increases the second predetermined value until the temperature of the motor control device exceeds the predetermined temperature to reduce the temperature of the motor control device exceeds the predetermined temperature, the second predetermined value is returned to the original value .
本発明によれば、インバータ回路からモータの巻線に印可される電圧が所定値を超えてしまうことを抑制することができる。
According to the present invention, it is possible to prevent the voltage applied from the inverter circuit to the windings of the motor from exceeding a predetermined value.
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated using drawing. It should be noted that the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and not all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution of the invention.
画像形成装置
本実施形態では、モータ駆動装置を画像形成装置に適用した例を示す。図1は、モータ駆動装置が実装される画像形成装置の説明図である。画像形成装置100は、原稿自動送り装置201、読取装置202、及び画像形成装置本体301を備えている。
Image Forming Apparatus This embodiment shows an example in which a motor driving device is applied to an image forming apparatus. FIG. 1 is an explanatory diagram of an image forming apparatus in which a motor driving device is mounted. The
原稿自動送り装置201の原稿載置部203に置かれた原稿は、給紙ローラ204によって1枚ずつ給紙され、搬送ガイド206を経由して読取装置202の原稿ガラス台214に搬送される。更に、原稿は、搬送ベルト208によって一定速度で搬送された後、排紙ローラ205によって装置外部へ排紙される。この間、読取装置202の読取位置において照明系209によって照明された原稿画像からの反射光は、反射ミラー210、211、212からなる光学系によって画像読取部101に導かれ、画像読取部101によって画像信号に変換される。画像読取部101は、レンズ、光電変換素子であるCCD(Charge Coupled Device)、CCDの駆動回路等で構成される。画像読取部101から出力された画像信号は、ASIC等のハードウェアデバイスで構成される画像処理部112によって、アナログ画像処理及びAD変換が行われ、デジタルの画像データが生成される。画像処理部112は、生成した画像データに対して各種補正処理を行った後に、画像形成装置本体301へと出力する。この画像データは、原稿画像を表すデータである。
Documents placed on the
読取装置202における原稿の読取モードとして、流し読みモード及び固定モードがある。流し読みモードは、照明系209及び光学系を停止した状態で、原稿を一定速度で搬送しながら当該原稿の画像を読み取るモードである。固定モードは、読取装置202の原稿ガラス台214上に原稿を載置し、照明系209及び光学系を一定速度で移動させながら、原稿ガラス台214上に載置された原稿の画像を読み取るモードである。通常、シート状の原稿は流し読みモードにより読み取られ、綴じられた原稿は固定モードで読み取られる。
As document reading modes in the
画像形成装置100は、読取装置202から出力される画像信号に基づいて、画像形成装置本体301においてページ単位で記録紙(記録材)に画像を形成するコピー機能を有する。なお、画像形成装置100は、ネットワークを介して外部装置から受信したデータに基づいて記録紙に画像を形成する印刷機能も有している。
The
読取装置202から出力された画像信号は、光走査装置311に入力される。光走査装置311は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを有し、入力された画像信号で変調されたレーザ光(光信号)を半導体レーザから出力する。半導体レーザから出力されたレーザ光が、ポリゴンミラー、及びミラー312、313を経由して感光ドラム309の表面に照射されることで、感光ドラム309が露光される。帯電器310によって表面が一様に帯電した感光ドラム309がレーザ光によって露光されることで、感光ドラム309上に静電潜像が形成される。感光ドラム309上に形成された静電潜像が、現像器314から供給されるトナーによって現像されることで、感光ドラム309上にトナー像が形成される。感光ドラム309上のトナー像は、感光ドラム309の回転に伴って転写分離器315と対向する位置(転写位置)まで移動すると、転写分離器315によって記録紙に転写される。
An image signal output from the
記録紙は、紙カセット302及び304に収納されており、それぞれ異なる種類の記録紙を収納可能である。例えば、紙カセット302には標準の記録紙が収納され、紙カセット304にはタブ紙が収納される。紙カセット302に収納された記録紙は、給紙ローラ303によって搬送路上に給紙され、搬送ローラ306によってレジストローラ308の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。一方、紙カセット304に収納された記録紙は、給紙ローラ305によって搬送路上に給紙され、搬送ローラ307、306によってレジストローラ308の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。
Recording sheets are stored in
レジストローラ308の位置まで搬送された記録紙は、感光ドラム309上のトナー像が転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ308によって転写位置へ搬送される。転写位置において感光ドラム309からトナー像が転写された記録紙は、搬送ベルト317によって定着器318へ搬送される。定着器318は、熱及び圧力により、記録紙上のトナー像を当該記録紙に定着させる。
The recording paper conveyed to the position of the
片面印刷モードで画像形成が行われる場合には、定着器318を通過した記録紙は、排紙ローラ319、324によって装置外部へ排紙される。両面印刷モードで画像形成が行われる場合には、定着器318を通過後、表面(第1面)に画像が形成された記録紙は、排紙ローラ319、搬送ローラ320及び反転ローラ321によって、反転パス325へ搬送される。更に、記録紙の後端が、反転パス325と両面パス326との合流ポイントを通過した直後に反転ローラ321の回転を反転させることで、記録紙が逆方向に搬送され始め、両面パス326へ搬送される。その後、記録紙は、搬送ローラ322、323によって両面パス326を搬送され、再び搬送ローラ306によってレジストローラ308の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。更に、記録紙の表面(第1面)への画像形成と同様に、転写位置において記録紙の裏面(第2面)へのトナー像の転写処理が行われ、更に定着器318によって定着処理が行われた後、記録紙は、装置外部へ排紙される。このように、反転ローラ321は、記録紙の両面に画像を形成する際に、搬送路上で記録紙の搬送方向を反転させるための反転ローラとして機能する。
When image formation is performed in the single-sided printing mode, the recording paper that has passed through the fixing
また、表裏を反転させて(第1面と第2面とを反転させて)記録紙を装置外部へ排紙する場合には、定着器318を通過した記録紙を、排紙ローラ324へ向かう方向ではなく、搬送ローラ320へ向かう方向へ一時的に搬送する。その後、記録紙の後端が搬送ローラ320の位置を通過する直前に、搬送ローラ320の回転を反転させることで、記録紙が逆方向に搬送され始め、排紙ローラ324へ向かう方向へ搬送される。その結果、記録紙は、表裏が反転した状態で排紙ローラ324によって装置外部へ排紙される。このように、搬送ローラ320は、画像形成が行われた記録紙を、表裏を反転させて排紙する際に、搬送路上で記録紙の搬送方向を反転させるための反転ローラとして機能する。
In addition, when the recording paper is turned upside down (the first side and the second side are turned over) and discharged to the outside of the apparatus, the recording paper that has passed through the fixing
このように、画像形成装置本体301は、画像が形成される記録紙の搬送用のローラとして、搬送ローラ306、307、排紙ローラ319、反転ローラ321、搬送ローラ322、323、及び排紙ローラ324を備えている。これらのローラを駆動するモータのモータ駆動装置の制御は、図2を参照して後述するように、制御手段としてのシステムコントローラ151からの指示によりモータ制御部157によって行われる。
As described above, the image forming apparatus
画像形成装置の制御構成
図2は、画像形成装置100の制御構成例を示すブロック図である。図2に示すシステムコントローラ151は、CPU151a、ROM151b、及びRAM151cを備え、画像形成装置100全体を制御する。システムコントローラ151は、画像処理部112、操作部152、アナログ・デジタル(A/D)変換器153、高圧制御部155、モータ制御部157、センサ類159、及びACドライバ160と接続されている。システムコントローラ151は、接続された各ユニットとの間でデータの交換が可能である。
Control Configuration of Image Forming Apparatus FIG. 2 is a block diagram showing an example of the control configuration of the
CPU151aは、ROM151bに格納された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。RAM151cは、揮発性の記憶デバイスであり、CPU151aは、各種プログラムを実行するためのワークエリアとして、または各種データが一時的に格納される一時記憶領域として使用される。RAM151cには、例えば、高圧制御部155に対する設定値、モータ制御部157に対する指令値、操作部152から受信される情報等のデータが格納される。
The
システムコントローラ151は、ユーザが各種の設定を行うための操作画面を操作部152に設けられた表示部に表示するように操作部152を制御することで、操作部152を介してユーザによる設定を受け付ける。システムコントローラ151は、操作部152を介したユーザによる設定の内容(例えば複写倍率の設定値、濃度設定値等)を示す情報を操作部152から受信する。
The
また、システムコントローラ151は、画像形成装置の状態をユーザに知らせるためのデータを操作部152に送信する。操作部152は、システムコントローラ151から受信したデータに基づいて、画像形成装置の状態を示す情報(例えば、画像形成枚数、画像形成中か否かを示す情報、ジャムの発生及び発生箇所を示す情報)を表示部に表示する。
The
システムコントローラ151(CPU151a)は、画像処理部112に対して、画像処理部112における画像処理に必要となる、画像形成装置100内の各デバイスの設定値データを送信する。また、システムコントローラ151は、各デバイスからの信号(センサ類159からの信号)を受信して、受信した信号に基づいて高圧制御部155を制御する。高圧制御部155は、システムコントローラ151から出力される設定値に基づいて、高圧ユニット156を構成する帯電器310、現像器314、及び転写分離器315に対して、それぞれの動作に必要となる電圧を供給する。
The system controller 151 (
A/D変換器153は、定着ヒータ161の温度を検出するためのサーミスタ154から検出信号を受信し、当該検出信号をデジタル信号に変換してシステムコントローラ151に送信する。システムコントローラ151は、A/D変換器153から受信したデジタル信号に基づいてACドライバ160を制御することで、定着ヒータ161の温度を、定着処理のための所望の温度に制御する。なお、定着ヒータ161は、定着器318に含まれる、定着処理に用いられるヒータである。
The A/
このように、システムコントローラ151は画像形成装置100の動作シーケンスを制御する。また、システムコントローラ151は、モータ制御部157を介して、各モータの駆動シーケンスを制御する。モータ制御部157は、システムコントローラ151からの指示に従って、記録紙の搬送用のローラを駆動する駆動源に相当するモータ(図3に示すステッピングモータ509)を制御する。なお、画像形成装置100は、記録紙の搬送用の各ローラに対応するモータごとに、当該モータを制御するモータ制御部157を備えている。本実施形態では、モータ制御部157は、モータの駆動制御を行うモータ制御装置の一例である。
Thus, the
モータ制御部157の外部のコントローラに相当するシステムコントローラ151(CPU151a)は、制御対象のモータ(ステッピングモータ509)におけるロータの回転位相の指令値(θ_ref)を生成し、モータ制御部157へ出力する。例えば、θ_refは、パルス状の矩形波信号であり、1パルスがステッピングモータの回転角度の最小変化量を規定する。なお、モータの回転速度の指令値(速度指令値ω_ref)は、θ_refに対応する周波数として求められる。CPU151aは、モータの駆動シーケンスを開始すると、生成したθ_refを所定の時間周期(制御周期)でモータ制御部157へ出力する。モータ制御部157は、CPU151aから与えられる位相指令値に従って、ステッピングモータ509におけるロータの回転位相(位置)制御及び速度制御を実行する。
The system controller 151 (
ベクトル制御
次に、図3及び図4を参照して、モータ制御部157によって実行されるステッピングモータ509のベクトル制御の概要について説明する。図3は、モータ駆動装置300の構成例を示すブロック図である。図3において、モータ制御部157の基本的な構成は、ブラシレスDCモータ、ACサーボモータ等のモータで利用されている、静止座標系から回転座標系への座標変換を用いたインバータ制御に対応した構成である。
電源電圧リミッタ部524は、電源520から供給される電源電圧Vを受けて、PWMインバータ506における電圧の制限値である電圧V_LIMがモータ制御部157に供給されるように、電圧を制限する。モータ制御部157では、ベクトル制御部515から出力されるステッピングモータ509の駆動電圧Vα、Vβに応じて、PWMインバータ506がステッピングモータ509へ駆動電流を供給することによって、ステッピングモータ509を駆動する。なお、図3に示すように、ベクトル制御部515は、速度制御部502、Iq_refリミッタ部、電流制御部503、504、Vdq過電圧検知部及び座標変換器505、511によって構成されている。
Vector Control Next, an outline of the vector control of the stepping
Power supply
図4は、A相及びB相からなる2相のモータと回転座標系のdq軸との関係を示す図である。同図では、静止座標系におけるA相及びB相の巻線に対応した軸をそれぞれα軸及びβ軸と定義している。また、静止座標系におけるα軸と、ロータ(回転子)として用いられる永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向(d軸)との成す角度をθと定義している。この場合、ステッピングモータ509におけるロータの出力軸の回転位相は角度θによって表される。ベクトル制御では、図4に示すように、ロータの磁束方向に沿ったd軸と、d軸から90度進んだ方向に沿った(d軸と直交する)q軸とで表される、ステッピングモータ509におけるロータの回転位相θを基準とした回転座標系が用いられる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between a two-phase motor consisting of A and B phases and the dq axes of a rotating coordinate system. In the figure, the axes corresponding to the A-phase and B-phase windings in the static coordinate system are defined as the α-axis and the β-axis, respectively. The angle formed by the α-axis in the stationary coordinate system and the direction (d-axis) of the magnetic flux produced by the magnetic poles of the permanent magnet used as the rotor is defined as θ. In this case, the rotational phase of the output shaft of the rotor of the stepping
モータ制御部157は、ステッピングモータ509へ供給する駆動電流を、ステッピングモータ509におけるロータの回転位相θを基準とした回転座標系の電流値によって制御するベクトル制御を行う。ベクトル制御では、ステッピングモータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルが、α軸及びβ軸で表される静止座標系から、d軸及びq軸で表される回転座標系に変換される。このような座標変換の結果、ステッピングモータ509に供給される駆動電流は、回転座標系において、直流のd軸成分(d軸電流)及びq軸成分(q軸電流)によって表される。この場合、q軸電流は、ステッピングモータ509にトルクを発生させるトルク電流成分に相当し、d軸電流は、ステッピングモータ509のロータの磁束強度に影響する励磁電流成分に相当する。モータ制御部157は、回転座標系におけるq軸電流及びd軸電流を独立して制御することで、ステッピングモータ509のベクトル制御を実現する。
The
具体的には、モータ制御部157は、ステッピングモータ509におけるロータの回転位相及び回転速度を推定し、その推定結果に基づいてベクトル制御を行う。モータ制御部157は、図3に示すように、位相制御部501、速度制御部502、及び電流制御部503、504へのそれぞれのフィードバックに基づく3つの制御ループを含み、これらの制御ループによってベクトル制御を実現する。なお、図3に示すモータ制御部157において、ステッピングモータ509におけるロータの回転位相θの推定は、誘起電圧演算部512及び位相決定手段としての位相演算部(ATAN)513によって行われる。また、ステッピングモータ509の回転速度ω(dθ/dt)の推定は、回転位相θの推定値に基づいて、速度演算部514によって行われる。
Specifically, the
位相制御部501を含む、最も外側の制御ループでは、ステッピングモータ509におけるロータの回転位相θの推定値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ509の位相制御を行う。モータ制御部157には、システムコントローラ151のCPU151aから、ステッピングモータ509の位相指令値θ_refが与えられる。位相制御部501は、位相演算部513からフィードバックされる、ステッピングモータ509におけるロータの回転位相θの推定値の位相指令値θ_ref(目標値)に対する偏差が0に近づくように速度指令値ω_refを生成する。その後、位相制御部501は、速度制限手段としてのω_refリミッタ部523に速度指令値ω_refを出力する。ω_refリミッタ部523は、位相制御部501から出力された速度指令値ω_refがリミット値ω_LIM以下になるように制限されたω_ref'を出力する。具体的には、ω_refの算出結果がω_LIM以上の値のときはω_LIMがω_ref'として出力される。また、ω_refの算出結果がω_LIM未満の値のときはω_refがω_ref'として出力される。ω_LIMはVdq過電圧検知部522によって決定される値である。このVdq過電圧検知部522の演算内容の詳細は後述する。このようにして、位相制御部501によるステッピングモータ509の位相制御が行われる。
In the outermost control loop including the
速度制御部502を含む制御ループでは、ステッピングモータ509の回転速度ωの推定値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ509の速度制御を行う。速度制御部502は、速度演算部514からフィードバックされる、ステッピングモータ509の回転速度ωの推定値の、速度指令値ω_ref(目標値)に対する偏差が0に近づくように、電流指令値Iq_refを生成して出力する。ここで、Iq_refリミッタ部521は、速度制御部502から出力された電流指令値Iq_refがステッピングモータの電流制限値(リミット値)であるIq_LIM以下になるよう制限したIq_ref'を出力する。具体的には、Iq_refの算出結果がIq_LIM以上の値のとき、Iq_LIMがIq_ref'として出力される。また、Iq_refの算出結果がIq_LIM未満の値のとき、Iq_refがIq_ref'として出力される。Iq_LIMは、Vdq過電圧検知部522によって決定される値であり、Vdq過電圧検知部522の演算詳細は後述する。
In the control loop including the
電流制御部503、504を含む制御ループでは、ステッピングモータ509の各相の巻線に流れる駆動電流の検出値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ509の各相の巻線に供給する駆動電流を制御する。ここで、ステッピングモータ509のA相及びB相の巻線には、それぞれ以下のような電流が流れるものとする。
iα=I×cosθ'
iβ=I×sinθ' (1)
In the control loop including the
iα=I×cos θ′
iβ=I×sin θ′ (1)
この場合、回転座標系におけるd軸電流及びq軸電流(直流電流)の電流値Id、Iqは、次式に示す座標変換によって表される。
Id= cosθ×iα+sinθ×iβ
Iq=-sinθ×iα+cosθ×iβ (2)
In this case, the current values Id and Iq of the d-axis current and the q-axis current (direct current) in the rotating coordinate system are represented by coordinate transformation shown in the following equations.
Id= cos θ×iα+sin θ×iβ
Iq=-sin θ×iα+cos θ×iβ (2)
このような座標変換によって、静止座標系における、A相及びB相の巻線にそれぞれ流れる交流電流値iα、iβは、回転座標系における直流電流値Iq、Idに変換される。なお、q軸電流は、ステッピングモータ509にトルクを発生させるトルク電流成分(第1の電流成分)である。d軸電流は、ステッピングモータ509のロータの磁束強度に影響する励磁電流成分(第2の電流成分)であり、ステッピングモータ509のトルクの発生には寄与しない。
By such coordinate conversion, the alternating current values iα and iβ respectively flowing in the A-phase and B-phase windings in the static coordinate system are converted into DC current values Iq and Id in the rotating coordinate system. Note that the q-axis current is a torque current component (first current component) that causes the stepping
ステッピングモータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流は、PWMインバータ506とステッピングモータ509との間に設けられた電流検出部507、508によってそれぞれ検出される。電流検出部507、508によって検出された駆動電流の値は、A/D変換部510によってアナログ値からデジタル値へ変換されることで、CPU、またはFPGA等のプログラミングデバイスによる取り込みが可能になる。A/D変換部510から出力される、静止座標系における電流値iα、iβは、座標変換器511及び誘起電圧演算部512へ入力される。
The drive currents flowing through the A-phase and B-phase windings of the stepping
座標変換器511は、式(2)によって、静止座標系(αβ軸)における電流値iα、iβを回転座標系(dq軸)における電流値Iq、Idへ変換して出力する。電流制御部503、504には、座標変換器511から出力される、回転座標系における検出された電流値Iq、Idと、電流指令値Iq_ref'、Id_refと、の差分値が入力される。電流指令値Iq_ref'、Id_refは、Iq_refリミッタ部521及び後述するId_REFリミッタ部523から出力される、回転座標系における電流指令値である。
The coordinate
電流制御部503、504は、入力された差分値(即ち、検出された電流値Iq、Idの、目標値である電流指令値Iq_ref'、Id_refに対する偏差)が0に近づくように、回転座標系における電圧値Vq'、Vd'を生成及び出力する。なお、位相制御部501、速度制御部502、及び電流制御部503、504はそれぞれ、例えば、比例補償器及び積分補償器で構成され、PI制御によりフィードバック制御を実現する。
The
Vdq過電圧検知部522は、Iq_LIMをIq_refリミッタ部521に出力し、ω_LIMをω_refリミッタ部523に出力し、かつ、電圧値Vq'、Vd'を座標変換器505に出力する。その詳細は後述する。
Vdq
座標変換器505は、電流制御部503、504から出力される、回転座標系における電圧値Vq'、Vd'を、次式によって、静止座標系における電流値Vα'、Vβ'へ逆変換する。
Vα'=cosθ×Vd'-sinθ×Vq'
Vβ'=sinθ×Vd'+cosθ×Vq' (3)
The coordinate
Vα′=cos θ×Vd′−sin θ×Vq′
Vβ′=sin θ×Vd′+cos θ×Vq′ (3)
座標変換器505は、静止座標系への座標変換後の駆動電圧Vα、Vβを、フルブリッジ回路で構成されたPWMインバータ506、及び誘起電圧演算部512へ出力する。
The coordinate
このようにして、ベクトル制御部515は、ステッピングモータ509におけるロータの回転位相θを基準とした回転座標系(dq軸)の電流値によって、ステッピングモータ509の各相の巻線に供給する駆動電流を制御するベクトル制御を行う。ベクトル制御部515は、ステッピングモータ509におけるロータの回転位相θの推定値のフィードバックに基づくベクトル制御の結果として、ステッピングモータ509へ供給する駆動電流に対応する駆動電圧Vα、Vβを出力する。なお、ベクトル制御では、通常、d軸電流はその値が0となるように制御される。しかし、本実施形態においては、CPU151aが位相指令値θ_refの周波数(即ち、モータの目標速度)に基づいて所定の負のId指令値id_refを出力するものとする。これは、一般に弱め界磁制御と呼ばれる技術であり、所定のd軸電流を負方向に印加することで高速領域のトルクを向上する効果が得られる。
In this way, the
PWMインバータ506では、座標変換器505から入力された駆動電圧Vα、Vβによってフルブリッジ回路が駆動される。その結果、PWMインバータ506は、駆動電圧Vα、Vβに応じてステッピングモータ509の各相の巻線に駆動電流を供給することによって、ステッピングモータ509を駆動する。
In
センサレス制御
上述のように、ベクトル制御では、モータの位相制御及び速度制御を行うために、モータの位相及び回転速度を示す情報のフィードバックが必要である。具体的には、図3に示す構成では、ステッピングモータ509におけるロータの回転位相θを示す位相情報、及びステッピングモータ509の回転速度ωを示す速度情報を、位相制御部501及び速度制御部502にそれぞれフィードバックする必要がある。
Sensorless Control As described above, vector control requires feedback of information indicating the phase and rotation speed of the motor in order to perform phase control and speed control of the motor. Specifically, in the configuration shown in FIG. Each needs feedback.
通常、モータの位相及び回転速度を検出(推定)するためには、モータにロータリエンコーダを取り付け、エンコーダの出力パルス数に基づいて位相を検出し、エンコーダの出力パルス周期に基づいて回転速度を検出する。しかし、本来ステッピングモータの駆動に不要であるエンコーダを追加することによって、上述のように、コストアップ及び配置スペースの確保が問題となる。そこで、エンコーダを用いることなくモータの位相及び回転速度を推定し、その推定結果に基づいてベクトル制御を行うセンサレス制御が提案されている。以下では、再び図3を参照して、ステッピングモータ509のセンサレス制御について説明する。
Normally, in order to detect (estimate) the phase and rotation speed of a motor, a rotary encoder is attached to the motor, the phase is detected based on the number of output pulses from the encoder, and the rotation speed is detected based on the output pulse period of the encoder. do. However, adding an encoder, which is essentially unnecessary for driving the stepping motor, raises the problem of cost increase and securing of arrangement space, as described above. Accordingly, sensorless control has been proposed in which the phase and rotation speed of a motor are estimated without using an encoder, and vector control is performed based on the estimation results. The sensorless control of the stepping
まず、誘起電圧演算部512は、ステッピングモータ509(のロータ)の回転に従って、A相(第1相)及びB相(第2相)の巻線にそれぞれ誘起される誘起電圧(A相及びB相の逆起電圧)を演算する。具体的には、A/D変換部510によるデジタル値への変換後の電流値iα、iβと、ベクトル制御部515から出力された、ステッピングモータ509の駆動電圧Vα、Vβとが、誘起電圧演算部512に入力される。誘起電圧演算部512は、A相及びB相のそれぞれについて、駆動電圧Vα、Vβと電流値iα、iβとから、以下の電圧方程式によって、ステッピングモータ509の誘起電圧Eα、Eβを演算する。
First, the induced
Eα=Vα-R×iα-L×diα/dt
Eβ=Vβ-R×iβ-L×diβ/dt (4)
Eα=Vα−R×iα−L×diα/dt
Eβ=Vβ−R×iβ−L×diβ/dt (4)
ここで、Rは巻線レジスタンス、Lは巻線インダクタンスである。R及びLの値は、使用されているステッピングモータ509に固有の値であり、ROM151b、またはモータ制御部157内に設けられた不図示のメモリに予め格納されている。
where R is the winding resistance and L is the winding inductance. The values of R and L are values unique to the stepping
誘起電圧演算部512によって演算された、A相及びB相の誘起電圧Eα、Eβは、位相演算部513へ入力される。位相演算部513は、A相の誘起電圧EαとB相の誘起電圧Eβとの比から、次式によってステッピングモータ509におけるロータの回転位相θの推定値を演算する。
θ=tan-1(-Eβ/Eα) (5)
The A-phase and B-phase induced voltages Eα and Eβ calculated by the induced
θ=tan −1 (−Eβ/Eα) (5)
位相演算部513は、このような推定演算により得られた回転位相θの推定値を、位相制御部501及び速度演算部514に出力する。なお、回転位相θの推定値は、位相演算部513から座標変換器505、511にも出力される。
速度演算部514は、入力された回転位相θから、次式によってステッピングモータ509の回転速度ωの推定値を演算する。
ω=dθ/dt (6)
The
ω=dθ/dt (6)
式(6)のように、回転速度ωは、回転位相θの推定値の時間変化に基づいて演算される。速度演算部514は、得られた回転速度ωを速度制御部502に出力(フィードバック)する。 以下、上述したVdq過電圧検知部522によるIq電流リミッタ値(Iq_LIM)及びω_refリミッタ値を求める方法について説明する。
As shown in equation (6), the rotation speed ω is calculated based on the time change of the estimated value of the rotation phase θ. The
図3に示されるように、Vdq過電圧検知部522には、電流制御部503、504が出力するVq'、Vd'が入力される。図5を用いて第1実施形態におけるVdq過電圧検知部522によるIq_LIMの演算方法について説明する。図5はモータ巻線に印可する電圧ベクトルVをd/q座標上に表現したものであり、円の半径はV_LIMを表している。
As shown in FIG. 3 , the
V_LIMは、一般的にPWMインバータ506に印可する電源電圧となる。前述したように、ベクトル制御は、固定座標系であるモータ巻線に流れるab相電流を回転座標系であるdq軸電流に座標変換を行い、回転座標系で電流制御を行うことでdq軸電圧を生成し、固定座標系のab相電圧に変換してモータ巻線に印可する。
V_LIM is generally the power supply voltage applied to
一般的なベクトル制御では、d軸電流が0となるように制御してq軸電流でトルク制御を行う。この場合、d軸電流が0であることからd軸電圧も0となり、モータは、q軸電圧を印可することで駆動される。一方、d軸電流を0に制御した場合には効率最大で駆動可能だが、モータの回転子が高速で回転すると、モータ巻線には逆起電圧を発生するので、これを打ち消すために磁束方向であるd軸にあえて電流を流す(弱め界磁を行う)ことがある。この場合はVdが非ゼロとなるように、つまりVdの値の絶対値が0より大きくなるように電圧を制御する。 In general vector control, the d-axis current is controlled to be 0 and the q-axis current is used for torque control. In this case, since the d-axis current is 0, the d-axis voltage is also 0, and the motor is driven by applying the q-axis voltage. On the other hand, when the d-axis current is controlled to 0, it can be driven with maximum efficiency. There is a case where a current is dared to flow through the d-axis (weakening the field). In this case, the voltage is controlled so that Vd is non-zero, that is, the absolute value of Vd is greater than zero.
モータ巻線に印可するab相電圧は、PWMインバータ回路を用いてモータ巻線に印可されるので、当然ではあるが、インバータ回路に印可する電源電圧を超えて出力することはできない。従って、以下に示すベクトル制御では、ab相電圧がインバータ回路に印可する電源電圧を超過しないようにdq軸電圧を制御する。 Since the ab-phase voltage applied to the motor windings is applied to the motor windings using the PWM inverter circuit, it is of course impossible to output the ab-phase voltage exceeding the power supply voltage applied to the inverter circuit. Therefore, in the vector control described below, the dq-axis voltages are controlled so that the ab-phase voltages do not exceed the power supply voltage applied to the inverter circuit.
図5(a)、(b)を参照して、d軸電流を0とした場合と、d軸に電流を流した場合とのそれぞれについての回転座標軸上の電圧の挙動について説明する。 With reference to FIGS. 5A and 5B, the behavior of the voltage on the rotating coordinate axis when the d-axis current is set to 0 and when the d-axis current is applied will be described.
図5(a)は、d軸電圧であるVdを0としたときの回転座標軸上の電圧を表している。このとき、VqとVdの合成ベクトルVは、Vqと一致する。従って、VqがV_LIMを超えない場合、Iq_LIMまたはω_LIMを減少させる必要はない。
一般的に、V_LIMはPWMインバータ506等の昇温を考慮して、その温度が規定値以上を超えないように設定されている。本実施形態でも、PWMインバータ506の温度が規定値以上に上昇することを防ぐように、その値が定められている。
FIG. 5(a) shows the voltage on the rotating coordinate axis when the d-axis voltage Vd is set to 0. FIG. At this time, the combined vector V of Vq and Vd matches Vq. Therefore, if Vq does not exceed V_LIM, there is no need to decrease Iq_LIM or ω_LIM.
In general, V_LIM is set so that the temperature of
図5(b)は、Vdが非ゼロとなるように制御されてVd≠0となったときを表している。このとき、合成ベクトルVはVqとは一致せず、VqとVdを合成したベクトルとなる。従って、例えば、VqがV_LIMと同じ大きさのとき、合成ベクトルVの大きさはV_LIMを超えてしまう。この場合、Iq_refの大きさを制限すれば、電流制御出力が制限されることになるのでVd、Vqも制限され、合成ベクトルをV_LIM以下に制限することができる。 FIG. 5(b) shows the case where Vd is controlled to be non-zero and Vd≠0. At this time, the synthesized vector V does not match Vq, and becomes a vector obtained by synthesizing Vq and Vd. Therefore, for example, when Vq has the same magnitude as V_LIM, the magnitude of the composite vector V exceeds V_LIM. In this case, if the magnitude of Iq_ref is limited, the current control output is limited, so Vd and Vq are also limited, and the combined vector can be limited to V_LIM or less.
図5(b)に示されるように、VdとVqの合成ベクトルVdqの大きさは√(Vq2 + Vd2)となるので、合成ベクトルVdqがV_LIMを超えないようにするためには、以下の式(8)を満たすようにIq_refを制御すればよい。
Vdq=√(Vq2 + Vd2)≦V_LIM (8)
As shown in FIG. 5B, the magnitude of the combined vector Vdq of Vd and Vq is √(Vq 2 +Vd 2 ). Iq_ref may be controlled so as to satisfy the following expression (8).
Vdq=√(Vq 2 +Vd 2 )≦V_LIM (8)
具体的には、制限値V_LIMとVdqとを用い、式(8)によって過電圧を検知した場合には、Iq_LIMまたはω_LIMが現在値よりも小さくなるように制御する。 Specifically, using limit values V_LIM and Vdq, when an overvoltage is detected by Equation (8), Iq_LIM or ω_LIM is controlled to be smaller than the current value.
次に、図6のフローチャートを参照して第1実施形態における電流制限処理の概要を説明する。なお、以下の説明においては、特に断りのない限り、Vdが非ゼロとなるように制御されてVd≠0となっている。各ステップは図3におけるCPU151aの下においてモータ制御部157によって実行される。また、説明を簡略化するために、各ステップはモータ制御部157によって実行されるものとする。なお、図6はモータ制御部157がIq_refを制限するフローチャートを示すが、これに代えて、モータ制御部157がω_refを制限するものとしてもよい。
Next, an overview of current limiting processing in the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In the following description, unless otherwise specified, Vd is controlled to be non-zero and Vd≠0. Each step is executed by the
モータ駆動が開始されると(S100)、モータ制御部157は、上述したベクトル制御で説明したように、電流検出部507、508、及びA/D変換部510によってモータの駆動電流の検出を開始する(S101)。そして、モータ制御部157は、検出した電流を用いてモータの回転位相θ、速度ωを算出し(S102)、さらに目標回転位相を表す位相指令値θ_refとθ、ωによる位相/速度制御によってIq_refを演算する(S103)。
When the motor drive starts (S100), the
S104において、Iq_refリミッタ部521は、S103で演算されたIq_refがIq_LIMより大きいか否かを判断する。Iq_LIMは、Vdq過電圧検知部522によって決まるIqの制限値である。Vdq過電圧検知部522は、√(Vq2+Vd2)≦V_LIMとなるように、つまり、合成電圧がV_LIMを超えないようにIq_LIMの値を定める。
In S104, the
Iq_refがIq_LIMより大きくないと判断された場合(S104:N)、Iq_refリミッタ部521は、S103で演算されたIq_refの値をそのままIq_ref'として出力する(S105)。
When it is determined that Iq_ref is not greater than Iq_LIM (S104: N), the
Iq_refがIq_LIMより大きいと判断された場合(S104:Y)、Iq_refリミッタ部521は、Iq_LIMの値をIq_ref'として出力する(S106)。モータ制御部157は、Iq_ref'をIq電流指令値として、上述したようにId_ref、Id及びIqに基づいて電流制御を行いVq、Vdを算出する(S107)。
When it is determined that Iq_ref is greater than Iq_LIM (S104: Y),
次に、モータ制御部157は、Vdq過電圧検知部522の検知結果を通じて、√(Vq2+Vd2)>V_LIMであるか否かを判定する(S108)。√(Vq2+Vd2)>V_LIMである場合(S108:Y)、モータ制御部157は、√(Vq2+Vd2)≦V_LIMとなるようにIq_LIMを減少させ(S109)、S110に処理を進める。その他の場合(S108:N)、モータ制御部157は、S110に処理を進める。その後、モータ制御部157は、駆動停止指令があるか否かを判定し(S110)、駆動停止指令がない場合(S110:N)はS101を再度実行し、駆動停止指令がある場合(S110:Y)にはモータ駆動を終了する(S111)。
Next, the
このように、モータ制御部157は、Vdq過電圧検知部522の検知結果からId_refを制限することで、合成ベクトルVdqがPWMインバータ506の制限値V_LIMに飽和しないように電圧を制御することができる。
なお、S104~S107では、トルク電流成分を減少させたが、√(Vq2+Vd2)≦V_LIMとなるように、トルク電流成分と励磁電流成分との少なくとも一方を減少させるようにしてもよい。
In this way,
Although the torque current component is decreased in S104 to S107, at least one of the torque current component and the excitation current component may be decreased so that √(Vq 2 +Vd 2 )≤V_LIM.
変形例
上述した実施形態では、Vdq過電圧検知部522で式(8)に示される√(Vq2+Vd2)>V_LIMを検知した場合に電圧制御を行う。この場合、ab相電圧は電源電圧を超えて出力することはできないので、ab相電圧は電源電圧で飽和する。
Modification In the above-described embodiment, voltage control is performed when the Vdq
しかし、ロータ位相を検出するためのロータリエンコーダのような位相検出センサを用いないセンサレスベクトル制御を行う場合、ロータ位相はab相電流とab相電圧とから推定される。ロータ位相の推定は、モータ巻線に発生する逆起電力に基づいて行われ、かつ、ab相電流及びab相電圧がともに正弦波であることを前提としている。 However, when performing sensorless vector control without using a phase detection sensor such as a rotary encoder for detecting the rotor phase, the rotor phase is estimated from the ab-phase current and the ab-phase voltage. Estimation of the rotor phase is performed based on the back electromotive force generated in the motor windings, and it is premised that both the ab-phase current and the ab-phase voltage are sinusoidal waves.
ab相電圧が飽和した状態では、その波形は正弦波にはならない。従って、ロータ位相の推定には誤差が発生し、その結果、異音や脱調が発生するおそれがある。そこで、変形例における電圧制御では、Iq_refリミッタ部521でIq_refを制限、もしくはω_refリミッタ部523でω_refを制限することで、駆動電圧Va/VbがPWMインバータ506の制限値V_LIMに飽和することを避ける。その結果、駆動電圧Va/Vbを用いることで、推定電気角に誤差が生じることが防がれる。
When the ab phase voltage is saturated, its waveform does not become a sine wave. Therefore, an error occurs in estimating the rotor phase, and as a result, abnormal noise and step-out may occur. Therefore, in the voltage control in the modified example, the
しかし、Iq_refに制限を設けるとトルクが制限されることにより速度が低下し、また、ω_refを制限した場合にも速度が低下するので、一定速度が必要とされる駆動シーケンス等ではこのような制御を行うことができないおそれもある。 However, if Iq_ref is limited, the speed will decrease due to the torque being limited, and if ω_ref is limited, the speed will also decrease. may not be possible.
従って、変形例では、Vdq過電圧検知部522で√(Vq2+Vd2)>V_LIMであることを検知した場合であってもIq_ref、ω_refの制限は行わない。これに代えて、電源電圧リミッタ部524において、PWMインバータ506の制限値であるV_LIMを一時的に増加させる。増加後のV_LIMの値をV'_LIMとし、その値を√(Vq2+Vd2)以上に設定しているので、電圧の上限値が上がっており、電圧の値に対する制限が緩くなっている。
Therefore, in the modified example, even if the
この場合、駆動電圧Va/Vbの波形は、その値がV_LIMを超える領域でも正弦波を保つので、駆動電圧Va/Vbを用いて推定される推定電気角を正しく演算することが可能となる。
上述したように、V_LIMの値は、PWMインバータ506等の昇温を考慮して、その温度が規定値以上を超えないように設定されている。従って、V_LIMを、V_LIMよりも大きい値であるV'_LIMに変更すると、PWMインバータ506等の温度が規定値以上となってしまう場合もあり得る。
In this case, the waveform of the drive voltages Va/Vb maintains a sine wave even in a region where the value exceeds V_LIM, so it is possible to correctly calculate the estimated electrical angle using the drive voltages Va/Vb.
As described above, the value of V_LIM is set so that the temperature of the
そこで、変形例では、PWMインバータ506等の温度が規定値以上にならないように、V_LIMをV'_LIMに変更する時間を管理する。そのために、モータまたはモータ駆動装置に温度検知部を少なくとも1つ設け、これにより、モータ内の任意に定められる位置の温度を測定する。例えば、PWMインバータ506の温度あるいはモータ駆動装置の温度を検知する。この変形例ではPWMインバータ506の温度を検知して、その温度が所定の温度制限値を超えた場合にV'_LIMを減少させてV_LIMに戻す。このようにすることで、PWMインバータ506の温度が低下して所定値以下の値となる。なお、この所定の温度制限値は、PWMインバータ506等の温度の規定値と等しい値にしてもよく、あるいは、規定値よりも大きい値にしてもよい。所定の温度制限値を上述した規定値よりも大きい値にする場合には、V'_LIMとなってからV_LIMに戻るまでの期間においてPWMインバータ506が温度上昇により損傷しないようにV'_LIMの値を設定することが好ましい。
Therefore, in the modified example, the time for changing V_LIM to V'_LIM is managed so that the temperature of
図7に、変形例におけるV_LIMの値を上昇させる処理である、V_LIMの制限緩和処理の概要を表すフローチャートを示す。なお、図6のフローチャートの説明でも記載したように、特に断りのない限り、Vdが非ゼロとなるように制御されてVd≠0となっている。各ステップは、図3におけるCPU151aの下においてモータ制御部157によって実行される。また、説明を簡略化するために、各ステップはモータ制御部157によって実行されるものとする。
FIG. 7 shows a flowchart showing an overview of V_LIM restriction relaxation processing, which is processing for increasing the value of V_LIM in the modified example. As described in the explanation of the flowchart of FIG. 6, unless otherwise specified, Vd is controlled to be non-zero and Vd.noteq.0. Each step is executed by the
モータ駆動が開始されると(S200)、モータ制御部157は、電流検出部507、508及びA/D変換部510によってモータ電流の検出を開始し(S201)、検出した電流を用いて回転位相θ、速度ωを算出する(S202)。その後、モータ制御部157は、さらに位相指令値θ_refとθ、ωによる位相/速度制御によってIq_refを演算する(S203)。ここで、S101、S102及びS103の内容は、ベクトル制御についての説明と同様であるのでその詳細は省略する。
When the motor starts to drive (S200), the
モータ制御部157は、Iq_refをIq電流指令値として、上述したように、Id_ref、Id、Iqから電流制御を行い、Vq、Vdを算出する(S204)。次に、モータ制御部157は、Vdq過電圧検知部522の検知結果を通じて√(Vq2+Vd2)>V_LIMであるかを判定する(S205)。√(Vq2+Vd2)>V_LIMである場合(S205:Y)、モータ制御部157はV_LIMを増加し(S206)、後述するS207を実行する。一方、√(Vq2+Vd2)≦V_LIMである場合(S205:N)には、モータ制御部157は、V_LIMの値の変更は行わずにS207を実行する。
Using Iq_ref as the Iq current command value, the
その後、モータ制御部157は、駆動停止指令があるか否かを判定し(S207)、駆動停止指令がない場合(S207:N)にはS201を再度実行し、駆動停止指令がある場合(S207:Y)にはモータ駆動を終了する(S208)。
Thereafter, the
このようにして、図7のフローチャートに示されるように、モータ制御部157は、Vdq過電圧検知部522におけるV_LIMの値を増加させる。その結果、駆動電圧Va/VbがPWMインバータ506制限値V_LIMに飽和しないような制御を行うことができる。
Thus, the
以上説明したように、本発明によれば、ステッピングモータ等のモータにおけるベクトル制御を改善することができる。一実施形態においては、励磁電圧成分が0ではない場合に、速度制御部502から出力される電流指令値Iq_refは、ステッピングモータの電流制限値(リミット値)とされる。これにより、励磁電圧成分とトルク電圧成分との合成電圧がV_LIMの値を超えないようにベクトル制御がなされ、PWMインバータ506等の温度が規定値以上に上昇することが防がれる。
As described above, according to the present invention, vector control in a motor such as a stepping motor can be improved. In one embodiment, the current command value Iq_ref output from the
また、変形例においては、Iq_refの値の制御に代えて、励磁電圧成分が0ではないときにV_LIMの値を上昇させているので、ab相電圧の飽和を避けることができる。また、更に他の変形例として、モータ制御部157は、電流指令値Iq_refの制御と、V_LIMの値の増加とを選択的に行ってもよい。この場合、モータ制御部157は、PWMインバータ506またはモータ駆動装置内の温度が所定の温度制限値を超えるまではV_LIMの値を増加させ、所定の温度制限値を超えた場合には上昇させ、Iq_refの値を制御する。このように制御を行うことで、ab相電圧の飽和をできるかぎり避け、かつ、PWMインバータ506またはモータ駆動装置内の温度が所定の温度制限値を超えることによる望ましくない影響を抑えることができる。
Further, in the modified example, instead of controlling the value of Iq_ref, the value of V_LIM is raised when the excitation voltage component is not 0, so saturation of the ab phase voltage can be avoided. As still another modification, the
Claims (5)
モータの巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて、前記モータのロータの回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相と前記ロータの目標位相を表す指令位相との偏差が小さくなるように、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系で表される電流成分であって前記ロータにトルクを発生させるトルク電流成分の目標値を生成し、かつ、前記回転座標系で表される電流成分であって前記巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の目標値とを生成して前記励磁電流成分により弱め界磁制御を行う第1の生成手段であって、前記モータ制御装置の温度が所定温度を超えた場合は前記トルク電流成分の目標値が第1の所定値より大きい場合は前記第1の所定値を出力し且つ前記トルク電流成分の目標値が前記第1の所定値より小さい場合は前記トルク電流成分の目標値を出力する制御を行い、前記モータ制御装置の温度が前記所定温度以下である場合は前記制御を行わない第1の生成手段と、
前記第1の生成手段から出力されるトルク電流成分の目標値又は前記第1の所定値と前記検出手段によって検出された駆動電流の前記トルク電流成分との偏差が小さくなるように、前記巻線に印可すべき駆動電圧の前記トルク電流成分に対応する値を生成する第2の生成手段であって、前記回転座標系で表される電流成分であって前記巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の目標値と前記検出手段によって検出された駆動電流の前記励磁電流成分との偏差が小さくなるように、前記巻線に印可すべき駆動電圧の前記励磁電流成分に対応する値を生成する第2の生成手段と、
前記第2の生成手段によって生成された前記駆動電圧の前記トルク電流成分に対応する値及び前記駆動電圧の前記励磁電流成分に対応する値に基づいて、前記巻線に前記駆動電圧を印可するインバータ回路と、
を有し、
前記第1の所定値は、前記駆動電圧の前記トルク電流成分に対応する値及び前記駆動電圧の前記励磁電流成分に対応する値によって表されるベクトルの大きさが第2の所定値より小さくなるように設定された値であり、
前記第1の生成手段は、前記モータ制御装置の温度が前記所定温度を超えるまでは前記第2の所定値を増加させ、前記モータ制御装置の温度が前記所定温度を超えた場合には前記第2の所定値を元の値に戻すことを特徴とする、
モータ制御装置。 In a motor control device that controls a motor,
detection means for detecting a drive current flowing through the windings of the motor;
phase determination means for determining a rotation phase of a rotor of the motor based on the drive current detected by the detection means;
It is expressed in a rotating coordinate system based on the rotational phase determined by the phase determining means so that the deviation between the rotational phase determined by the phase determining means and the command phase representing the target phase of the rotor is small. an excitation current that generates a target value of a torque current component that is a current component that generates torque on the rotor, and that is a current component expressed in the rotating coordinate system and that affects the strength of the magnetic flux passing through the windings; first generating means for generating a target value of the torque component and performing field-weakening control with the excitation current component, wherein when the temperature of the motor control device exceeds a predetermined temperature, the target value of the torque current component is the first performing control to output the first predetermined value when the target value of the torque current component is larger than the predetermined value of 1 and to output the target value of the torque current component when the target value of the torque current component is smaller than the first predetermined value; a first generating means that does not perform the control when the temperature of the motor control device is equal to or lower than the predetermined temperature ;
so that the deviation between the target value or the first predetermined value of the torque current component output from the first generation means and the torque current component of the drive current detected by the detection means is reduced. a second generating means for generating a value corresponding to the torque current component of the drive voltage to be applied to the second generating means, the current component expressed in the rotating coordinate system affecting the strength of the magnetic flux penetrating the winding A value corresponding to the excitation current component of the drive voltage to be applied to the winding is set so that the deviation between the target value of the excitation current component and the excitation current component of the drive current detected by the detection means is small. a second generating means for generating;
An inverter for applying the drive voltage to the winding based on the value corresponding to the torque current component of the drive voltage and the value corresponding to the excitation current component of the drive voltage generated by the second generating means. a circuit;
has
The first predetermined value is such that the magnitude of a vector represented by a value corresponding to the torque current component of the drive voltage and a value corresponding to the excitation current component of the drive voltage is smaller than a second predetermined value. is a value set as
The first generating means increases the second predetermined value until the temperature of the motor control device exceeds the predetermined temperature, and increases the second predetermined value when the temperature of the motor control device exceeds the predetermined temperature. characterized by returning the predetermined value of 2 to the original value ,
motor controller.
請求項1に記載のモータ制御装置。 The first generating means generates the first predetermined value so that the magnitude of the vector is equal to or less than the second predetermined value when the magnitude of the vector exceeds the second predetermined value. characterized by reducing
The motor control device according to claim 1.
請求項1または2に記載のモータ制御装置。 The first generating means sets Vq as a value corresponding to the torque current component of the drive voltage and Vd as a value corresponding to the excitation current component of the drive voltage, and the value of √(Vd 2 +Vq 2 ) is the above characterized by determining that the magnitude of the vector exceeds the second predetermined value when the second predetermined value is exceeded,
The motor control device according to claim 1 or 2.
シートを搬送する搬送ローラと、
前記搬送ローラを駆動するモータと、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記モータを制御することを特徴とする、
シート搬送装置。 a motor control device according to any one of claims 1 to 3;
a conveying roller that conveys the sheet;
a motor that drives the conveying roller;
has
The motor control device controls the motor,
Sheet conveying device.
シートを搬送する搬送ローラと、
前記搬送ローラを駆動するモータと、
前記搬送ローラによって搬送される前記シートに画像を形成する画像形成部と、
を有することを特徴とする、
画像形成装置。 a motor control device according to any one of claims 1 to 3;
a conveying roller that conveys the sheet;
a motor that drives the conveying roller;
an image forming unit that forms an image on the sheet conveyed by the conveying roller;
characterized by having
Image forming device.
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