(57)【要約】【課題】回転速度を変更する際に所望の回転速度プロフィールにより電動機を制御する。【解決手段】電動機２０の制御装置１００は、電動機２０の回転速度を検出して検出回転速度信号を出力する回転速度検出部１２と、電動機２０の一回転周期において変更可能な要求回転速度信号および検出回転速度信号に応じて電動機２０に対する電動機制御信号を設定して電動機２０を制御する制御部１０を備える。制御部１０は、要求回転速度を変更する際における検出回転速度信号と要求回転速度信号との差を低減または解消するように要求回転速度信号を補正し、補正により得られた処理済み要求回転速度信号および回転速度検出信号に応じて電動機制御信号を設定する。【選択図】図１
2020188572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機（２０）の制御装置（１００）であって、
前記電動機の回転速度を検出して検出回転速度信号を出力する回転速度検出部（１２）と、
前記電動機の一回転周期中において変更可能な要求回転速度信号および前記検出回転速度信号に応じて前記電動機に対する電動機制御信号を設定して前記電動機を制御する制御部であって、要求回転速度を変更する際における前記検出回転速度信号と前記要求回転速度信号との差を低減または解消するように前記要求回転速度信号を補正し、補正により得られた処理済み要求回転速度信号および前記検出回転速度信号に応じて前記電動機制御信号を設定する制御部（１０）と、を備える電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機の制御装置において、
前記制御部は、前記要求回転速度信号を周期的に変更可能である、電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機の制御装置において、
前記制御部は、前記要求回転速度信号を同一周期パターンにて周期的に変更可能である、電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
前記制御部は、さらに、前記要求回転速度信号を予め定められた時間遅延させた遅延要求回転速度信号と前記検出回転速度信号との差を低減または解消するように前記要求回転速度信号を補正して前記処理済み要求回転速度信号を生成する、電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
前記制御部は、前記検出回転速度信号と前記要求回転速度信号との差を低減または解消するように調整されているデジタルフィルタ（Ｃ１）を備え、前記デジタルフィルタを用いて前記要求回転速度信号を補正して前記処理済み要求回転速度信号を生成する、電動機の制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載の電動機の制御装置において、
前記制御部は、前記遅延要求回転速度信号と前記検出回転速度信号との差を低減または解消するように調整されているデジタルフィルタ（Ｃ１）を備え、前記デジタルフィルタを用いて前記要求回転速度信号を補正して前記処理済み要求回転速度信号を生成する、電動機の制御装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電動機の制御装置において、
前記デジタルフィルタは、ローパスフィルタおよびアダプティブフィルタである、電動機の制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電動機の制御装置において、
前記ローパスフィルタは、係数固定の無限インパルス応答フィルタである、電動機の制御装置。
【請求項９】
請求項７に記載の電動機の制御装置において、
前記アダプティブフィルタは、有限インパルス応答フィルタである、電動機の制御装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
前記制御部はさらに、前記要求回転速度信号を変更する際に、予め定められた遷移時間をかけて前記要求回転速度信号の変更を行う、電動機の制御装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
前記制御部は、時間的に正弦波特性で変化する前記要求回転速度信号を用いて前記電動機制御信号を設定する、電動機の制御装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
前記制御部は、予め定められた注目回転角度領域においては、前記要求回転速度信号を変化させ、前記注目回転角度領域以外の他の回転角度領域においては一定の前記要求回転速度信号を用いて前記電動機制御信号を設定する、電動機の制御装置。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
前記制御部は、予め定められた注目回転角度領域および前記注目回転角度領域以外の他の回転角度領域において異なる一定の前記要求回転速度信号を用いて電動機制御信号を設定する、電動機の制御装置。
【請求項１４】
請求項５から９のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
前記制御部は、前記電動機に対する駆動電流の瞬時値が、定格電流を用いて予め定められたしきい値電流以上になると前記デジタルフィルタの調整を終了し、前記電動機の制御を継続する、電動機の制御装置。
【請求項１５】
物体検出装置（３００）であって、
請求項１から１４のいずれか一項に記載の電動機の制御装置（１００）と、
前記電動機によって回転駆動される物体検出部（３２、３４、３６）であって、電波またはレーザ光線を用いて物体を検出する物体検出部と、
を備える物体検出装置。
【請求項１６】
電動機の制御方法であって、
前記電動機の検出回転速度信号を取得し、
前記電動機の一回転周期中において変更可能な要求回転速度信号および前記検出回転速度信号に応じて前記電動機に対する電動機制御信号を設定し、要求回転速度を変更する際における前記検出回転速度信号と前記要求回転速度信号との差を低減または解消するように前記要求回転速度信号を補正し、補正により得られた処理済み要求回転速度信号および前記検出回転速度信号に応じて前記電動機制御信号を設定すること、を備える電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は電動機の制御装置および制御方法、並びに当該電動機の制御装置を備える物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な回転モータの速度制御ループに速度命令と角位置情報、速度制御器の出力が入力され角速度と角位置の関数の外乱の影響を補正する補正値を形成する学習補償器を備える回転モータの速度制御技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１０７６９３号公報
【０００４】
しかしながら、電動機により回転体が回転駆動され各種処理を実行する装置において、回転速度を方位角に応じて動的に変更する場合、回転モーメントの慣性が大きい系においては、指令回転速度に対して実回転速度の応答遅れが発生し、所望する回転速度プロファイルを実行することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、回転速度を変更する際に所望の回転速度プロフィールにより電動機を制御できることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、以下の態様として実現することが可能である。
【０００７】
第１の態様は、電動機の制御装置を提供する。第１の態様に係る電動機の制御装置は、
前記電動機の回転速度を検出して検出回転速度信号を出力する回転速度検出部と、前記電動機の一回転周期中において変更可能な要求回転速度信号および前記検出回転速度信号に応じて前記電動機に対する電動機制御信号を設定して前記電動機を制御する制御部であって、要求回転速度を変更する際における前記検出回転速度信号と前記要求回転速度信号との差を低減または解消するように前記要求回転速度信号を補正し、補正により得られた処理済み要求回転速度信号および回転速度検出信号に応じて前記電動機制御信号を設定する制御部と、を備える。
【０００８】
第１の態様係る電動機の制御装置によれば、回転速度を変更する際に所望の回転速度プロフィールにより電動機を制御できることができる。
【０００９】
第２の態様は、電動機の制御方法を提供する。第２の態様に係る電動機の制御方法は、  電動機の制御方法であって、前記電動機の検出回転速度信号を取得し、前記電動機の一回転周期中において変更可能な要求回転速度信号および前記検出回転速度信号に応じて前記電動機に対する電動機制御信号を設定し、要求回転速度を変更する際における前記検出回転速度信号と前記要求回転速度信号との差を低減または解消するように前記要求回転速度信号を補正し、補正により得られた処理済み要求回転速度信号および前記検出回転速度信号に応じて前記電動機制御信号を設定すること、を備える。
【００１０】
第２の態様係る電動機の制御方法によれば、回転速度を変更する際に所望の回転速度プロフィールにより電動機を制御できることができる。なお、本開示は、電動機の制御方法プログラムまたは当該プログラムを記録するコンピュータ読み取り可能記録媒体としても実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る電動機の制御装置および物体検出装置の一例を示す説明図。
【図２】第１の実施形態に係る電動機の制御装置により実行される電動機の回転速度制御処理の処理フローを示すフローチャート。
【図３】第１の実施形態に係る電動機の制御装置の機能ブロック構成を示す説明図。
【図４】第１の実施形態におけるプリエンファシスフィルタ回路の機能ブロック構成を示す説明図。
【図５】遷移時間が適用されない場合における、要求回転速度信号、検出回転速度信号およびＱ軸電流の関係を示す説明図。
【図６】遷移時間が適用された場合における、要求回転速度信号、検出回転速度信号およびＱ軸電流の関係を示す説明図。
【図７】横軸を方位角とした場合における、要求回転速度信号および検出回転速度信号の関係を示す説明図。
【図８】横軸を方位角とした場合における、要求回転速度信号、検出回転速度信号、遅延要求回転速度信号および処理済み要求回転速度信号の関係を示す説明図。
【図９】正弦波特性を有する遅延要求回転速度信号、検出回転速度信号、Ｑ軸電流指令値およびＱ軸電流計測値の関係を示す説明図。
【図１０】第３の実施形態おける、正弦波特性を有する各種回転速度信号の関係を示す説明図。
【図１１】第３の実施形態に係る電動機の制御装置により実行される電動機の回転速度制御処理の処理フローを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示に係る電動機の制御装置、制御方法、並びに物体検出装置について、いくつかの実施形態に基づいて以下説明する。
【００１３】
第１の実施形態：
図１に示すように、第１の実施形態に係る電動機の制御装置１００は、一例として、物体検出装置３００に搭載されて用いられる。制御装置１００は、少なくとも制御部１０および回転速度センサ１２を備えていれば良い。物体検出装置３００は、例えば、Ｌｉｄａｒ（Light Detection and Ranging）であり、電動機２０、電動機ドライバ２１、発光部３２、回転体３４および受光部３６を備えている。なお、電動機２０および制御装置１００の搭載対象は、物体検出装置３００に限られず、所望の回転角範囲に対して他の回転角範囲よりもＳ／Ｎの向上が求められる装置、例えば、光を照射する光照射装置、薬剤等を噴霧する噴霧装置、撮像装置であっても良い。
【００１４】
制御部１０は、演算部、記憶部および入出力部を備えるマイクロプロセッサ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＳｏＣ等であり、記憶部に格納されている各種プログラムを記憶部において展開して実行することによって、回転速度センサ１２により検出された回転速度を示す検出回転速度信号および一回転周期中において変更可能な要求回転速度信号に応じて電動機２０に対する電動機制御信号を設定し、電動機２０の回転速度を制御する。より具体的には、制御部１０は、電動機制御信号によって電動機２０の回転速度を制御することによって、図７に示すように、電動機２０の一回転周期中において、第１の回転角範囲Ｒａ１における回転速度ω１［ｒｐｍ］を第１の回転角範囲Ｒａ１以外の回転角範囲である第２の回転角範囲Ｒａ２における回転速度ω２［ｒｐｍ］よりも小さく制御する。この結果、回転速度を変更しない従来と比較して第１の回転角範囲Ｒａ１におけるＳＮ比を向上させることができる。回転速度ω１および回転速度ω２は、異なる一定の値でも良く、少なくともいずれか一方が変動する値であっても良い。第１の実施形態において、第１の回転角範囲Ｒａ１は、物体検出装置３００における物体検出の精度を向上させたい注目領域に相当する。なお、第１の実施形態において、電動機２０は、物体検出装置３００における回転体３４の駆動手段として用いられ、物体の検出方位が検出されることになるので、以下では、回転角を方位角とも呼ぶ。制御部１０はさらに、発光部３２から出力される照射光の発光タイミングを制御し、照射光が物体に当たり反射光として受光部３６によって受光されるまで時間を用いて反射した物体までの距離を算出する。制御部１０は、回転速度センサ１２、電動機ドライバ２１、発光部３２および受光部３６と信号線で接続されており、回転速度センサ１２および受光部３６からは検出信号を受信し、電動機ドライバ２１および発光部３２に対して制御信号を送信する。
【００１５】
回転速度センサ１２は、電動機２０の回転速度を検出するための回転速度検出部である。回転速度センサ１２は、回転速度に応じた電圧値または電流値、あるいはデジタルデータの形態で回転速度を検出回転速度信号として出力するセンサである。回転速度センサ１２としては、電動機２０の回転速度を正確且つ迅速に検出できるセンサであることが望ましく、例えば、回転ディスクに刻まれた目盛りを光学的に読み取り、検出角度値を出力可能なロータリエンコーダーが用いられ得る。電動機２０の回転速度の検出に加え、電動機２０の位置、または、回転角度が検出されても良い。回転速度センサ１２並びに回転角度センサとしては、この他にも、例えば、ホール素子センサ、レゾルバが用いられ得る。
【００１６】
電動機２０は、出力軸の端部に回転体３４を備え、回転体３４を回転駆動する。電動機２０は、制御部１０からの電動機制御信号を受けた電動機ドライバ２１による電流制御により回転速度が制御される。電動機２０としては、ブラシモータを始めとする種々の電動機を用いることができるが、回転速度を瞬時に切り換えるために瞬時トルクの制御が容易であるブラシレスモータを用いることが望ましい。
【００１７】
第１の実施形態において、発光部３２、受光部３６および回転体３４によって、物体検出部が構成される。発光部３２は、例えば、レーザダイオードを光源として備え赤外レーザ光を照射する。発光部３２は、図示しない光源ドライバを備えており、制御部１０から入力される発光制御信号に応じた発光パターンにてレーザダイオードを駆動して、レーザ光を照射する。発光部３２を構成する光源は１つでも良く複数であっても良い。
【００１８】
受光部３６は、例えば、１または複数のフォトダイオードを受光素子または受光素子アレイとして備える。受光部３６は、各受光素子に入射された入射光量に応じた電流を電圧に変換して受光信号として、またはデジタルデータとして制御部１０へ出力する。
【００１９】
回転体３４は、例えば、一面体またはポリゴンミラー等の多面体の鏡を備え、電動機２０によって回転駆動される。回転体３４の回転軸に沿って発光部３２および受光部３６が配置されることによって、発光部３２から照射されたレーザ光は、鏡を介して、例えば、水平方向の３６０°の方位角にわたり物体を走査するために照射される。物体によって反射されたレーザ光は、照射光と同一の光経路を通り、鏡を介して受光部３６に入射される。この結果、３６０°の方位角にわたって、物体を検出するための走査が可能となる。発光部３２として複数の光源が備えられている場合、あるいは、回転体３４が備える鏡または別体の鏡が垂直方向へ揺動する場合あるいはポリゴンミラーである場合には、水平方向への線としての走査のみならず、垂直方向を含む面としての走査が可能となる。また、発光部３２および受光部３６は鏡と共に回転体３４に搭載され、回転体３４と共に回転しても良く、回転体３４とは別体であっても良い。さらに、回転体３４は、鏡を備えることなく、アレイ状に配置された複数の発光部３２と受光部３６とを備え、レーザ光を外界に対して直接照射し、反射光を直接受光する構成を備えていても良い。なお、物体検出装置３００としての走査範囲、走査回転角、すなわち、物体検出部によって実行されるレーザ光の照射を伴う走査実行範囲は、３６０°でなくてもよく、１８０°以上や１８０°未満といった走査範囲であっても良い。但し、この場合であっても、回転体３４は回転駆動される。
【００２０】
図２を参照して、電動機の制御装置１００、より具体的には、制御部１０によって実行される電動機２０の回転速度制御処理について説明する。第１の実施形態における電動機２０の回転速度制御処理では、エンファシス処理が施された要求回転速度と回転速度センサ１２により検出された検出回転速度に応じて電動機制御信号を設定し、電動機２０の回転速度を制御する。図２に示す処理フローは、例えば、電動機２０が起動された後、予め定められた間隔、例えば、数msec単位で繰り返し実行される。電動機２０が物体検出装置３００の駆動部として用いられる場合であって、物体検出装置３００が車両に搭載されている場合には、車両のシステムが起動された後、システムが終了されるまでの期間、あるいは、物体検出装置３００の作動スイッチがオンされている期間、予め定められた間隔、例えば、数msec単位で繰り返し実行される。
【００２１】
制御部１０は、方位角に応じた要求回転速度信号を取得する（ステップＳ１００）。方位角と要求回転速度は予め対応付けられており、例えば、マップとして制御部１０のメモリに格納されている。制御部１０は、回転速度センサ１２から入力される検出回転速度信号を用いて実回転速度を取得する（ステップＳ１０２）。制御部１０は、要求回転速度と実回転速度との差を低減するように指令回転速度を設定する（ステップＳ１０４）。具体的には、後述するように、要求回転速度が変更される際における検出回転速度信号と要求回転速度信号との差を低減または解消するように調整されているデジタルフィルタ回路を用いて、要求回転速度信号に対してプリエンファシス処理を施して要求回転速度信号を補正し、補正された処理済み要求回転速度信号と検出回転速度信号との差分を低減または解消するように指令回転速度を設定する。なお、デジタルフィルタ回路は、要求回転速度が変更される際における検出回転速度信号と予め定められた遅延時間だけ遅延された遅延要求回転速度信号との差異を低減または解消するようにも調整され得る。制御部１０は、生成された指令回転速度を実現する電動機制御信号を電動機ドライバ２１に出力して（ステップＳ１０６）、本処理ルーチンを終了する。なお、差を低減または解消する際には、差を最小にすることが望ましい。
【００２２】
図３を参照して、電動機の制御装置１００により実行される回転速度制御処理を実行可能な機能ブロック構成の一例について説明する。なお、図３においては、外乱や観測ノイズは省略している。制御部１０は、プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１、制御器Ｃ２、遅延器Ｃ３およびフィルタ調整器Ｃ４を備えている。制御部１０、より詳しくは、制御器Ｃ２には、電動機Ｃ５が接続されている。プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１は、要求回転速度を示す要求回転速度信号ω＊に対してプリエンファシス処理を実行するフィルタ回路である。要求回転速度は、制御部１０が備える図示しない要求回転速度設定部において設定される。本実施形態におけるプリエンファシス処理は、要求回転速度を変更する際における要求回転速度信号ω＊と検出回転速度信号ωｏとの差が低減または解消されるように要求回転速度信号ω＊を補正する処理であり、プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１は、処理済み要求回転速度信号ωｐ＊を出力する。本実施形態では、要求回転速度を変更する際における要求回転速度信号ω＊と検出回転速度信号ωｏとの差が低減または解消されるように調整されているデジタルフィルタを用いて実行される。
【００２３】
制御器Ｃ２は、プリエンファシス処理された処理済み要求回転速度信号ωｐ＊と検出回転速度信号ωｏとの差を低減または解消するように電動機制御信号としてのＱ軸電流指令信号ｉq＊を生成、すなわち設定する。制御器Ｃ２において設定された電動機制御信号ｉq＊は、電動機Ｃ５に入力され、電動機Ｃ５に含まれる電動機ドライバ２１によって電動機Ｃ５の回転速度が制御される。電動機Ｃ５の実回転速度は回転速度センサ１２によって検出され、検出回転速度信号ωｏとして制御器Ｃ２およびフィルタ調整器Ｃ４に対してフィードバックされる。遅延器Ｃ３は、予め定められた遅延量だけ要求回転速度信号ω＊を遅延させて、フィルタ調整器Ｃ４に対して遅延要求回転速度信号ωｒとして出力する。遅延量は、制御部１０および電動機２０および電動機ドライバ２１を含む系に応じて経験的に決定され得る。遅延器Ｃ３は、例えば、遅延量をｄ・Ｔｓとした場合、以下の式１を用いて遅延要求回転速度信号ωｒを生成する。但し、Ｔｓはサンプリング周期。
ωｒ（ｎ）＝ω＊（ｎ−ｄ）＝ｚ-d・ω＊（ｎ）    式（１）
【００２４】
フィルタ調整器Ｃ４は、プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１を調整、すなわち、トレーニングする。具体的にはフィルタ調整器Ｃ４は、プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１が、要求回転速度を変更する際における要求回転速度信号ω＊と検出回転速度信号ωｏとの差を低減または解消するように要求回転速度信号ω＊を補正する特性、あるいは、要求回転速度信号ω＊と遅延要求回転速度信号ωｒとの差を低減または解消するように要求回転速度信号ω＊を補正する特性、を有するように調整する。
【００２５】
プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１は、図４に示すように、ローパスフィルタＣ１１およびアダプティブフィルタＣ１２により実現され得る。ローパスフィルタＣ１１は、例えば、係数固定の無限インパルス応答フィルタ（ＩＩＲフィルタ）であり、アダプティブフィルタＣ１２は、例えば、有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲフィルタ）である。プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１は、一般的に多段のＦＩＲフィルタを用いることで安定化させることが可能となる一方で、小型化のためには各段のフィルタタップ係数のビット幅をできる限り低減することが求められる。要求回転速度信号がＦＩＲフィルタに直接入力されると、要求回転速度信号が有するＤＣ成分のために、本来的にはプリエンファシス処理に不要な大きなダイナミックレンジが必要となる。通信においては、信号は＋１および−１を採るためＤＣ成分はほぼ０となるが、通常、電動機は一方向に回転し続けるように駆動制御されるため、ＤＣ成分が存在する。そこで、ＦＩＲフィルタの前段にローパスフィルタを配置、要求回転速度信号が有するＤＣ成分が除去される。ローパスフィルタとしては、小型で急峻なカットオフ特性を有していれば良く、ＩＩＲフィルタが用いられ得る。また、要求回転速度信号が有するＤＣ成分を除去するためのローパスフィルタは、段数が少なく、かつ、周波数特性を固定できるので、ローパスフィルタを用いてもアダプティブフィルタに求められる安定性に影響を与えない。例えば、ローパスフィルタＣ１１としてフィードバック係数０．９のＩＩＲフィルタを用い、アダプティブフィルタＣ１２として１５段のＦＩＲフィルタを用いる場合、図４に示す各回転速度信号は以下の通り求めることができる。
・ＡＣ成分ωac＊（ｎ）≡［ωac＊（ｎ），ωac＊（ｎ−１）・・・ωac＊（ｎ−１４）］Ｔ、
・フィルタ係数ｈ（ｎ）≡［ｈ0（ｎ），ｈ1（ｎ）・・・ｈ14（ｎ）］Ｔ、
・ＡＣ成分ωac-p＊（ｎ）＝ｈ（ｎ）Ｔ・ωac＊（ｎ）
・プリエンファシス処理後回転速度信号ωｐ＊＝ωac-p＊（ｎ）＋ωdc＊（ｎ）
・ＤＣ成分ωdc＊（ｎ）＝０．１・ω＊（ｎ）／（１−０．９・ｚ-1））
・ＡＣ成分ωac＊（ｎ）＝ω＊（ｎ）−ωdc＊（ｎ）
但し、「Ｔ」は、ベクトル表記された各成分の転置（transpose）を表す。
【００２６】
アダプティブフィルタＣ１２のフィルタ係数の調整には、例えば、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムが用いられる。先ず、遅延要求回転速度信号ωr＊（ｎ）と検出回転速度信号ωo＊（ｎ）との誤差を回転速度エラーｅ（ｎ）として求める。
ｅ（ｎ）＝ωo＊（ｎ）−ωr＊（ｎ）
次にアダプティブフィルタＣ１２のフィルタ係数ｈを次式のように逐次調整する。なお、μは設計パラメータの定数。
ｈ（ｎ＋１）＝ｈ（ｎ）−μ・ｅ（ｎ）・ωo＊（ｎ）
これにより、回転速度エラーを逐次低減し、許容誤差量以下に低減することができる。なお、Ｑ軸電流のピーク値に起因してプリエンファシスフィルタ回路Ｃ１の調整を終了する場合には、μ＝０に設定される。
【００２７】
第１の実施形態に係る電動機の制御装置１００における要求回転速度信号、遅延要求回転速度信号および検出回転速度信号の基本的な挙動について説明する。以下では、図７に示すように、要求回転速度が０〜１７９°の回転角で低速、１８０〜３５９°の回転角で高速の場合、すなわち、電動機２０の一周期の中で、同一の周期パターンで、周期的に回転角１８０°において要求回転速度が低速から高速に変更される場合を例にとって説明する。要求回転速度が変更される際、要求回転速度信号、あるいは、電動機制御信号を急激に切り換えると、切り換え時におけるＱ軸電流が大きくなり、定格電流を超えることがある。図５を参照して詳述する。なお、図５において、要求回転速度信号は特性線Ｌ１で示され、検出回転速度信号は特性線Ｌ２で示され、Ｑ軸電流は特性線Ｌ３で示されている。また、図５において左側縦軸は回転速度［ｒｐｍ］、右側縦軸はＱ軸電流［Ａ］、横軸は時間［ｍｓ］である。図５に示すように、Ｑ軸電流が定格電流、例えば、±３Ａ、を超える場合、電動機２０を保護するために、電動機ドライバ２１における電流リミッタが作動する。電流リミッタは非線形回路であるため、線形動作を前提とするプリエンファシスフィルタ回路Ｃ１の調整が正常に動作せず、要求回転速度信号と検出回転速度信号との差分を抑制または解消できない場合がある。この問題を解消するために、本実施形態においては、図６および図７に示すように、要求回転速度が変更される際には、予め定められた遷移時間、例えば、３０°の期間、にわたって要求回転速度信号Ｌ１が変更される。この結果、Ｑ軸電流Ｌ３は線形特性を保持することが可能となり、プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１は正常に調整され、要求回転速度信号Ｌ１と検出回転速度信号との差分が抑制または解消され得る。図６において左側縦軸は回転速度［ｒｐｍ］、右側縦軸はＱ軸電流［Ａ］、横軸は時間［ｍｓ］であり、図７において縦軸は回転速度［ｒｐｍ］、横軸は方位角［ｄｅｇ］である。また、Ｑ軸電流の観測値は、ベクトル制御としてのＱ軸電流の指令値や観測値、あるいは、ＰＷＭ制御で印加する電動機の３相ＵＶＷ相駆動電流の指令値や観測値を用いることが可能である。
【００２８】
遷移時間が設定される場合であっても、要求回転速度信号には急峻な加速度変化域が残留し得るため、急峻な加速度変化域においては、電動機のモーメントのため要求回転速度に追随できない場合がある。そこで、本実施形態においては、既述のプリエンファシスフィルタ回路Ｃ１が用いられる。図７に示す例では、遷移時間は適用されているが、要求回転速度信号に対してプリエンファシス処理が実行されていない場合の要求回転速度信号を示す特性線Ｌ１、および検出回転速度信号を示す特性線Ｌ２が示されている。図７から明らかなように、要求回転速度信号に対してプリエンファシス処理が施されていない場合、特性線Ｌ１で示す要求回転速度信号と特性線Ｌ２で示す検出回転速度信号との差を低減または解消させることはできない。これに対して、要求回転速度信号に対してプリエンファシス処理が施され、特性線Ｌ４で示されるプリエンファシス処理済みの要求回転速度信号が用いられると、図８に示すように、遅延時間Ｄは存在するものの特性線Ｌ１で示す要求回転速度信号と特性線Ｌ２で示す検出回転速度信号と波形特性、すなわち、回転速度プロファイルを概ね一致させることができる。図８において縦軸は回転速度［ｒｐｍ］、横軸は方位角［ｄｅｇ］である。特性線Ｌ４で示されるプリエンファシス処理済みの要求回転速度信号は、要求回転速度信号の変更時における高周波領域におけるゲイン低下を補償するための強調されたピークＰを有する周波数特性を示している。但し、プリエンファシス処理およびフィードバック制御においては、既述の通り、必ず０以上の遅延時間Ｄが発生するため、時間的要素を含めて、特性線Ｌ１で示す要求回転速度信号の波形と特性線Ｌ２で示す検出回転速度信号を一致させること、すなわち、任意の時間における要求回転速度値と検出回転速度値を一致させることはできない。
【００２９】
本実施形態においては、上記遅延の問題を解決するために、遅延器Ｃ３を用いて上記遅延時間Ｄだけ要求回転速度信号を遅延させた遅延要求回転速度信号と検出回転速度信号とを比較される。図８において特性線Ｌ５で示される遅延要求回転速度信号は特性線Ｌ２で示される検出回転速度信号と一致している。この結果、時間的要素、すなわち遅延時間Ｄの影響を除去、あるいは、遅延時間Ｄの影響を含めて、要求回転速度信号と検出回転速度信号の回転速度プロファイルを一致させることが可能となる。具体的には、遅延要求回転速度信号と検出回転速度信号の差を低減または解消させるようにプリエンファシスフィルタ回路Ｃ１が調整され、プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１に入力された要求回転速度信号は遅延時間Ｄを有するプリエンファシス処理済みの要求回転速度信号として制御器Ｃ２を含むフィードバックループに入力される。この結果、遅延時間Ｄの影響は排除され、要求回転速度信号のプロファイルに応じたプロファイルを有する検出回転速度信号が出力されているか否かを判定もしくは検証し、フィードバック制御を実行することができる。
【００３０】
以上述べたとおり、本実施形態に係る電動機の制御装置１００によれば、要求回転速度を変更する際における要求回転速度信号ω＊と検出回転速度信号ωｏとの差が低減または解消されるように要求回転速度信号ω＊が補正された処理済み要求回転速度信号ωｐ＊を用いて電動機制御信号が設定される。したがって、回転速度を動的に変更する際に所望の回転速度プロフィールにより電動機を制御することができる。具体的には、要求回転速度信号ω＊は、要求回転速度の変更時における、要求回転速度信号に対する検出回転速度信号の追従性を向上させるための補償ピークＰを含む周波数特性を有する処理済み要求回転速度信号ωｐ＊に補正される。この結果、要求回転速度の変更時における、要求回転速度信号に対する検出回転速度信号の追従性を向上させることができる。図３の例において、一般的に、フィードバック制御においては、高周波領域における電動機Ｈ（ｓ）のゲインの低下は制御器Ｇ（ｓ）によって補償され、Ｇ（ｓ）・Ｈ（ｓ）/（Ｇ（ｓ）・Ｈ（ｓ）＋１）≒１となり、ω＊＝ωｏとなる。しかしながら、更に高い高周波領域においては、出力の遅れによって制御器Ｇ（ｓ）では補償しきれなくなる。ここで、プリエンファシスフィルタ回路Ｆ（ｓ）を制御器Ｇ（ｓ）の前段に配置し補償ピークＰを有するように周波数特性を最適に調整することによってノイズ特性に影響を与えることなく要求回転速度信号ω＊に対する検出回転速度信号ωｏの追従性の向上を図ることができる。第１の実施形態においては、要求回転速度を変更する際における要求回転速度信号ω＊と検出回転速度信号ωｏとの差を低減または解消するために、デジタルフィルタ、すなわち、プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１が用いられる。なお、デジタルフィルタは、コンピュータによる演算処理によって実現されても良く、あるいは、電子回路によって実現されても良い。また、デジタルフィルタに代えて、電気回路により実現されるアナログフィルタが用いられても良い。
【００３１】
本実施形態に係る電動機の制御装置１００は、要求回転速度信号を予め定められた時間遅延させた遅延要求回転速度信号と検出回転速度信号との差が低減または解消されるようにデジタルフィルタが調整される。したがって、デジタルフィルタ処理およびフィードバック処理において生じる応答遅れに対応する遅延時間Ｄを設定することにより、遅延要求回転速度信号と検出回転速度信号とを一致させることが可能となり、応答遅れの影響を受けることなく、要求回転速度信号と検出回転速度信号の信号波形特性、すなわち、回転速度プロファイルを一致させることが可能となる。この結果、所望の要求回転速度プロファイルによって電動機２０の回転速度を制御することが可能となり、電動機２０における回転速度制御、あるいは、方位角制御の精度を向上させることができる。
【００３２】
本実施形態に係る電動機の制御装置１００は、要求回転速度を変更する際に、遷移時間を適用して急峻な要求速度の変化を抑制または防止し、Ｑ軸電流の瞬時変化を抑制または防止している。したがって、Ｑ軸電流が定格電流を超えて制限を受ける非線形化を抑制または防止することが可能となり、線形特性を前提とするプリエンファシスフィルタ回路Ｃ１を適切に調整することが可能となる。なお、Ｑ軸電流の瞬時値が定格電流を用いて予め定められたしきい値を超えた時点でプリエンファシスフィルタ回路の調整を終了することにより、プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１の誤調整を防止することができる。プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１の調整終了後は、調整終了時点における特性を有するプリエンファシスフィルタ回路Ｃ１を用いて、電動機２０の駆動制御が継続される。
【００３３】
第２の実施形態：
第２の実施形態に係る電動機の制御装置は、時間的に正弦波特性で変化する電動機制御信号を出力する点を除いて、第１の実施形態に係る電動機の制御装置１００と同様の構成を備えるので、同一の符号を付して各構成の説明は省略する。第２の実施形態に係る電動機の制御装置１００は、図９に示すように、正弦波特性を有する要求回転速度信号を用いて電動機制御信号を生成し、出力することによって、特性線Ｌ５で示される遅延要求回転速度信号と特性線Ｌ２で示される検出回転速度信号との差は大きく低減され得る。また、特性線Ｌ３で示されるＱ軸電流指令値と特性線Ｌ６で示されるＱ軸電流計測値との差も極めて小さくなると共に、電流のピークが抑制される。この結果、電流リミッタによる電流制限の影響を回避できるので、要求回転速度を大きく変更することが可能となり、注目領域における回転速度と他の領域における回転速度の差を大きく設定して、ＳＮ比をさらに向上させることができる。図９において左側縦軸は回転速度［ｒｐｍ］、右側縦軸はＱ軸電流［Ａ］、横軸は時間［ｍｓ］である。
【００３４】
第３の実施形態：
本実施形態に係る電動機の制御装置１００は、要求回転速度、すなわち、要求回転速度信号を周期的に変更しても良い。例えば、一周期において、注目回転角度領域に相当する回転角における要求回転速度を他の回転角度領域に相当する回転角における要求回転速度よりも遅くすることによって、注目領域におけるＳＮ比を向上させることができる。この際、注目回転角度領域並びに他の回転角度領域における要求回転速度はそれぞれ異なる一定の値であっても良く、少なくともいずれか一方が変動する値であっても良い。さらに、電動機の制御装置１００は、要求回転速度信号を回転角に応じて変化させる領域と、回転角に応じて変化させない、一定の領域とを組み合わせて周期的に変更しても良い。例えば、注目回転角度領域以外における要求回転速度が一定の回転速度に設定されても良い。なお、上記説明において、要求回転速度信号を電動機制御信号として読み替えられ得る。図１０の例では、正弦波特性および一定回転角度が適用された各回転速度信号が示されている。このように、注目回転角度領域以外における要求回転速度を最も高い一定の要求回転速度とし、より狭い回転角度領域において、回転速度を変動、すなわち十分に低下させることにより、所望のＳＮ比を維持しつつ平均回転速度を上昇させて、フレームレートや検出レートを増大させることができる。特性線Ｌ５で示されている遅延要求回転速度信号と特性線Ｌ２で示されている検出回転速度信号とは概ね一致し、特性線Ｌ４で示される処理済み要求回転速度信号はエッジ成分を有しない。したがって、Ｑ軸電流のピークを低減して電流リミッタによる非線形特性の影響を回避することが可能となり、変更時における回転速度差を大きく設定することができる。なお、図１０において縦軸は回転速度［ｒｐｍ］、横軸は回転角［ｄｅｇ］である。
【００３５】
回転角度が変更される場合における制御部１０による処理について図１１を参照して説明する。なお、図１１に示す処理フローは、図２に示す処理フローと同様のタイミングにて実行される。制御部１０は、回転速度センサ１２から入力される回転速度信号を用いて方位角θを取得する（ステップＳ２００）。制御部１０は、取得した方位角θが第１の判定方位角θａ以上であり、第２の判定方位角θｂ以下であるか、すなわち、θａ≦θ≦θｂの関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０２）。第１の判定方位角θａは、第１の回転角範囲Ｒａ１の開始方位角であり、第２の判定方位角θｂは、第１の回転角範囲Ｒａ１の終了方位角である。
【００３６】
制御部１０は、取得した方位角θがθａ≦θ≦θｂの関係を満たすと判定する場合には（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、要求回転速度を低減回転速度に設定し（ステップＳ２０４）、ステップＳ２０８に移行する。制御部１０は既述のプリエンファシス処理が施された処理済み要求回転速度信号を用いて設定した電動機制御信号を出力して（ステップＳ２０８）本処理ルーチンを終了する。例えば、第１の回転角範囲Ｒａ１は第２の回転角範囲Ｒａ２よりも狭く規定され得る。制御部１０は、取得した方位角θがθａ≦θ≦θｂの関係を満たさないと判定する場合には（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、要求回転速度を通常回転速度に設定して（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０８に移行する。制御部１０は既述のプリエンファシス処理が施された処理済み要求回転速度信号を用いて設定した電動機制御信号を出力して（ステップＳ２０８）本処理ルーチンを終了する。通常回転速度は低減回転速度よりも高速な回転速度である。
【００３７】
その他の実施形態：
（１）上記各実施形態においては、プリエンファシスフィルタ回路Ｃ１を用いて要求回転速度信号に対するプリエンファシス処理が実行されれば良く、遷移時間および遅延時間Ｄの適用は任意である。要求回転速度信号に対してプリエンファシス処理が施されることによって、電動機２０における回転速度制御の精度は向上される。遅延時間Ｄが適用されることによって、所望の回転速度プロファイルによる電動機２０の回転角制御が可能となり、電動機２０における回転速度制御の精度はさらに向上される。また、遷移時間が適用されることによって、Ｑ軸電流のピークに起因するプリエンファシスフィルタ回路Ｃ１の誤調整を低減または解消することが可能となり、さらに、ピーク電流を抑制することが可能となり、回転速度を大きく変更しても電動機２０における回転速度制御の精度を維持することができる。
【００３８】
（２）上記実施形態において、物体検出装置３００として、レーザ光線を放射するＬｉｄａｒを例示として用いているが、電波を放射するレーダーに適用されても良い。レーダーにおいても走査が実行されており、上記実施形態において得られる技術的な利点を同様に享受することができる。
【００３９】
（３）上記各実施形態における制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つまたは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部およびその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部およびその手法は、一つまたは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
【００４０】
以上、実施形態、変形例に基づき本開示について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定するものではない。本開示は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本開示にはその等価物が含まれる。たとえば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…制御部、１２…回転速度センサ、２０…電動機、２１…電動機ドライバ、３２…発光部、３４…回転体、３６…受光部、１００…電動機の制御装置、３００…物体検出装置、Ｃ１…プリエンファシスフィルタ回路、Ｃ３…遅延器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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