(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも操作指令値に応じてモータ電流をオン・オフチョッパ制御する直流モータ制御方式において、
モータ電流をオン・オフ制御する制御素子と、
所定の制御周波数で動作することで、上記制御素子をダイレクトに所定のデューティ分解能でチョッパ制御するための指令を出力するＣＰＵと、
上記デューティ分解能よりも所定倍数の高い分解能を持つ操作指令値を上記ＣＰＵに入力する操作指令手段とを備え、
上記ＣＰＵは、
所定の制御周波数の周期毎に、上記操作指令手段から入力された操作指令値から上記デューティ分解能に見合うデューティ指示データを求めるに際し、
上記周期毎に、上記操作指令値を上記所定倍数により除算した商と余りを求め、
周期のカウント数に対応して予め設定されたテーブルデータと上記余りとを比較し、テーブルデータが余り以下であれば上記商に１を加算した値をデューティ指示データとし、テーブルデータが余り以下でなければ上記商をデューティ指示データとし、
デューティのカウント毎に、デューティカウント値と上記デューティ指示データとを比較し、デューティカウント値がデューティ指示データより小さければチョッパ出力をオンし、小さくなければチョッパ出力をオフすることを特徴とする直流モータ制御方式。
【請求項２】
上記周期のカウント数に対応して設定され、上記余りと比較されるテーブルデータは、１から上記倍数までの値であって、それらが周期の繰り返し数内において略均等に分散してデューティ指示データに挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の直流モータ制御方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気車等の走行用モータの制御方式に係り、少なくともアクセル等からの操作指令値に応じてモータ電流をオン・オフチョッパ制御する直流モータ制御方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の走行用モータの制御装置において、モータ電流をオン・オフ制御する制御素子をコンピュータを用いてダイレクトに制御する場合に、制御の緻密さが車の走行フィリング等に影響することから、モータの制御周波数とチョッパのデューティは適切に決定される必要がある。この決定を行う際に、コンピュータの動作周波数とデューティの分解能とは相反する特性を有することから、両者の折り合いの良い所で決定されていた。
また、コンピュータを用いて制御素子をダイレクトに制御するのではなく、パルス幅変調（ＰＷＭ）の回路ユニットを介在して制御を行うものがあり、このＰＷＭ制御では、チョッパのデューティの制御幅を小さくでき、制御周波数を高くし、デューティ分解能を高くしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなコンピュータを用いてダイレクトに直流モータを制御する方式にあっては、制御周波数を重視してこれを高くすると、デューティオン幅の最短化には限度があることから、チョッパのデューティの分解能は低くなり、モータへの電圧指示が荒くなってしまうので、モータへの回転数指示が細かくできなくなる。他方、デューティ分解能を重視すると、制御周波数が低くなり、限流値制御を行っているとき、電流の脈動が大きくなり過ぎるので、電流制御が困難になる。
また、ＰＷＭ制御を用いた場合、ＰＷＭ回路ユニットは単独で動作し、機能が固定化されているため、１周期上のあるポイントの電流を計りたい時や、電流の瞬時的制御ができなくなる。
【０００４】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、コンピュータを用いてダイレクトに直流モータをチョッパ制御する方式において、制御周波数が決定され、チョッパのデューティ分解能をあまり高く取れない場合に、見かけ上のデューティ分解能を高くすることができる直流モータ制御方式を提供することを目的とする。
また、コンピュータにより制御されるチョッパのデューティ分解能よりも高い分解能を持つ操作指令値をコンピュータに入力する機能を持ち、緻密なモータ制御が可能な直流モータ制御方式を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、少なくとも操作指令値に応じてモータ電流をオン・オフチョッパ制御する直流モータ制御方式において、モータ電流をオン・オフ制御する制御素子と、所定の制御周波数で動作することで、上記制御素子をダイレクトに所定のデューティ分解能でチョッパ制御するための指令を出力するＣＰＵと、上記デューティ分解能よりも所定倍数の高い分解能を持つ操作指令値を上記ＣＰＵに入力する操作指令手段とを備え、上記ＣＰＵは、所定の制御周波数の周期毎に、上記操作指令手段から入力された操作指令値から上記デューティ分解能に見合うデューティ指示データを求めるに際し、上記周期毎に、上記操作指令値を上記所定倍数により除算した商と余りを求め、周期のカウント数に対応して予め設定されたテーブルデータと上記余りとを比較し、テーブルデータが余り以下であれば上記商に１を加算した値をデューティ指示データとし、テーブルデータが余り以下でなければ上記商をデューティ指示データとし、デューティのカウント毎に、デューティカウント値と上記デューティ指示データとを比較し、デューティカウント値がデューティ指示データより小さければチョッパ出力をオンし、小さくなければチョッパ出力をオフするものである。
【０００６】
上記直流モータ制御方式においては、操作指令手段から、所定の制御周波数で動作するＣＰＵによるデューティ分解能よりも高い分解能を持つ操作指令値がＣＰＵに入力され、ＣＰＵは、周期毎に、入力された操作指令値からＣＰＵによるデューティ分解能に見合うデューティ指示データを求め、それによるチョッパ出力でもって制御素子をダイレクトに制御し、モータをオン・オフチョッパ制御する。これにより、操作指令手段のデューティ分解能がＣＰＵによるチョッパ制御のデューティ分解能より高くても、ＣＰＵの動作による複数（所定倍数）の周期の繰り返し内において、操作指令手段の分解能に見合った中間段階を含むチョッパ出力パターンの指示データが生成される。また、通常、ＣＰＵの制御周波数の大きさが決定され、それを保持したままでは、チョッパ出力の最低オン幅で決まる限界以上にはそのデューティ分解能を高く取ることはできないが、周期の繰り返し全体として、チョッパ出力のデューティ分解能を見かけ上、高く（細かく）することができる。
【０００８】
また、上記周期のカウント数に対応して設定され、上記余りと比較されるテーブルデータは、１から上記倍数までの値であって、それらが周期の繰り返し数内において略均等に分散して設定されているものとすればよい。
上記構成においては、チョッパ出力は周期の繰り返し数内において略均等に分散されるので、制御の緻密度が低下することがなくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の直流モータ制御方式を具体化した一実施形態を図面を参照して説明する。図１はバッテリーフォークリフト車に適用された走行用直流モータの制御装置を示す。制御装置は、プログラムに従って制御動作を司るＣＰＵ１、ＲＯＭ２、及びＲＡＭ３から成るコンピュータを含む。ＣＰＵ１には、パラレルインプット（ＰＩ）４を介して、前後進操作レバー７が、Ａ／Ｄコンバータ６を介してトルクセンサ８、及び走行速度を操作するアクセル９（操作指令手段）がそれぞれ接続され、また、パラレルアウトプット（ＰＯ）５を介して、前後進コンタクタ１０、及び走行用モータの電流をオン・オフチョッパ制御するパワートランジスタ１１（制御素子）が接続されている。
ＣＰＵ１は、所定の制御周波数で動作し、アクセル９からの操作指令値に応じてパワートランジスタ１１をダイレクトに所定のデューティ分解能でチョッパ制御するための指令を出力する。アクセル９は、ＣＰＵ１によるチョッパ動作のデューティ分解能よりも所定倍数（この例では８倍）の高い分解能を持つものを用いる。
【００１０】
図２はモータ回路の構成を示す。モータのアマチュア１５は、界磁コイル１６と、前後進コンタクタ１０の接点１７，１８を介して直列に接続され、さらに、パワートランジスタ１１を介してバッテリ電源２０に接続されている。モータには、並列にフライホイールダイオード２１が接続されている。トルクセンサ８はモータ電流（電圧）を検出して、モータ負荷（トルク）を検知する。
【００１１】
図３はＣＰＵ１による制御動作で使用される参照テーブルを作成する要領を示し、図４、図５は、本制御方式での動作のフローチャートである。この処理は、ＣＰＵ１によるチョッパ動作のデューティ分解能を見かけ上、アクセル９の分解能に相当する所定倍数（８倍）にするものである。
【００１２】
図４に示す処理は１周期毎に行われ、ここでは、繰り返し周期数は８である。まず、イニシャル処理を行い（＃１）、周期スタートにより（＃２）、周期カウント（Ｄ）が７以上であるかを調べ（＃３）、７以上でなければ、周期をカウントしてＤをＤ＋１とし（＃４）、７以上であれば、Ｄ＝０とする（＃５）。次に、アクセルデータＡ（操作指令値：チョッパの実際のデューティの８倍の分解能のデータ）を入力する（＃６、実際にはアクセルデータから所定値を引いたものをＡとする）。そして、Ａが０より小さければ（＃７でＹＥＳ）、Ａ＝０とし（９）、Ａが６４より大きければ（＃８でＹＥＳ）、Ａ＝６４とする（＃１０）。その後、アクセルデータＡを８で除算した商Ｂと余りＣを求める（＃１１）。
【００１３】
次いで、図３に示したようなテーブルデータを参照し、周期のカウント数に対応した、余りＣと比較される値を求めて、Ｅ＝テーブル（Ｄ）とする（＃１２）。次に、周期のカウント数に対応したテーブルデータの値Ｅと余りＣとを比較し（＃１３）、ＥがＣ以下であれば、出力デューティＦとして、商Ｂに１を加算した値とし（＃１４）、ＥがＣ以下でなければ、出力デューティＦとして、商Ｂとする（＃１５）。さらに、アクセル角よりトルク指示値（テーブル等を参照し、ゲインを掛ける等の処理により求める）を計算し（＃１６）、デューティ指示データ（Ｆ）を求め（＃１７）、その後、処理は＃２に戻り、以下、同様の処理を繰り返す。
【００１４】
図３のテーブルデータは、次のようにして作成される。Ｅ＝１は周期カウント（Ｄ）が０の地点、Ｅ＝２は、周期カウント（Ｄ）が繰り返し数の１／２の地点、Ｅ＝３は、周期カウント（Ｄ）が繰り返し数の１／４の地点、Ｅ＝４は、周期カウント（Ｄ）が繰り返し数の３／４の地点、Ｅ＝５は、周期カウント（Ｄ）が繰り返し数の１／８の地点、Ｅ＝６は、周期カウント（Ｄ）が繰り返し数の５／８の地点、Ｅ＝７は、周期カウント（Ｄ）が繰り返し数の３／８の地点、Ｅ＝８は、周期カウント（Ｄ）が繰り返し数の７／８の地点とする。このテーブルデータは、１から８（上記倍数）までの値であって、それらが周期の繰り返し数内において略均等に分散して設定されているものである。なお、デューティを８倍以外にするときも、同様のパターンで作成すればよい。
【００１５】
図５に示す処理は、タイマ割り込みにより各１周期内でデューティのカウント毎に行われるものである。ここでは、１周期内のデューティの分解能が８（０〜７）であり、デューティカウントが７以上であるかを調べ（＃２１）、ＹＥＳであれば、デューティカウントを０とし（＃２３）、ＮＯであれば、デューティカウントを＋１し（＃２２）、トルクセンサ８からの検出信号によりトルク読み込み（入力）を行う（２４）。このトルク入力値が上記計算で求めたトルク指示値以下であるかを調べ（＃２５）、以下でなければ、駆動は不要であるので、チョッパ出力をオフし（＃２８）、以下であれば、デューティカウントがデューティ指示値（上記のデューティ指示（Ｆ））より小さいかを調べ（＃２６）、ＹＥＳであれば、チョッパ出力をオンし、ダイレクトにパワートランジスタ１１を制御する（＃２７）。
【００１６】
このような処理により、１周期の中でのデューティの分解能が８であっても、８周期の繰り返しの中で各周期のデューティを調整することができ、もって、アクセル９の操作指令値のデューティ分解能に見合うデューティ指示を行うことが可能となる。具体的には、アクセル９のデューティ分解能が６４で、ＣＰＵでのチョッパ制御の１周期のデューティが８であると仮定した場合、いま、アクセル９の操作角が極めて少なく、例えばそのデータが「５」であったとすると、従来ではＣＰＵは０であると認識するが、本実施形態では、図６に示すように、８周期内に最小のデューティで５個のオン出力を生成することができ、しかも、上記のようなテーブルを用いた処理を行うことで、オンパルスを周期の繰り返し数内において略均等に分散することができ、制御の緻密度が向上する。
【００１７】
図７は、本実施形態によるアクセルデータに対するチョッパパターンを示す。同図において、黒丸はオン、白丸はオフである。こうして、アクセル９のデューティ分解能が、ＣＰＵ動作によるチョッパのデューティより高くても、複数（所定倍数）の周期の繰り返し内において、アクセル９の分解能に見合った中間段階を含むチョッパ出力パターンが得られる。また、従来では、ＣＰＵの制御周波数の大きさが決定され、それを保持したままでは、チョッパ出力の最低オン幅で決まる限界以上にはそのデューティ分解能を高く取ることはできないが、本実施形態によれば、周期の繰り返し全体として、チョッパ出力のデューティ分解能を見かけ上、高くすることができる。また、ＣＰＵでの制御周波数を高くしても、チョッパ出力のデューティ分解能が実質上、低くならないものとなる。
【００１８】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記では、チョッパ動作のデューティ分解能を、アクセルの分解能に相当する所定倍数にするものを示したが、これに限られることなく、任意の分解能向上を図ることができる。また、制御素子としては、パワートランジスタ１１の他に、ＩＧＢＴ等を用いることもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明の直流モータ制御方式によれば、ＣＰＵによる制御周波数が決定されたときに、チョッパの見かけ上のデューティ分解能を高く取ることができ、モータの制御を緻密にすることができる。また、ＣＰＵによるチョッパ制御のデューティ分解能よりも高い分解能を持つ操作指令値をＣＰＵに入力したときに、操作指令値がチョッパ制御での低いデューティ分解能に抑えられることがなく、緻密なモータ制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による走行用直流モータの制御装置のブロック構成図である。
【図２】  モータ回路の構成図である。
【図３】  参照テーブルを作成する要領を示した図である。
【図４】  本制御方式での動作のフローチャートである。
【図５】  本制御方式での動作のフローチャートである。
【図６】  チョッパの出力例を示す図である。
【図７】  アクセルデータに対するチョッパパターンを示す図である。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ
９  アクセル（操作指令手段）
１１  パワートランジスタ（制御素子）
１５  モータのアマチュア
【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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