(57)【要約】【課題】  ノッチフィルタの位相遅れを制御することにより、モータの安定した制御を可能とする。【解決手段】  一実施形態に係るモータ制御装置は、実速度が目標速度と等しくなるようにモータを制御するモータ制御装置であって、前記実速度と前記目標速度との差である速度誤差を算出する速度比較部と、前記速度誤差の所定の周波数帯域を減衰させるノッチフィルタと、前記ノッチフィルタによる所定の周波数における位相遅れを算出する位相遅れ算出部と、前記位相遅れが所定の範囲に含まれるように、前記ノッチフィルタの先鋭度及びピーク倍率の少なくとも一方を制御する特性制御部と、を備える。【選択図】  図２
2018029414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実速度が目標速度と等しくなるようにモータを制御するモータ制御装置であって、
前記実速度と前記目標速度との差である速度誤差を算出する速度比較部と、
前記速度誤差の所定の周波数帯域を減衰させるノッチフィルタと、
前記ノッチフィルタによる所定の周波数における位相遅れを算出する位相遅れ算出部と、
前記位相遅れが所定の範囲に含まれるように、前記ノッチフィルタの先鋭度及びピーク倍率の少なくとも一方を制御する特性制御部と、
を備えるモータ制御装置。
【請求項２】
前記所定の周波数は、前記ノッチフィルタの交差周波数である
請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記特性制御部は、前記位相遅れが前記所定の範囲より大きい場合、前記先鋭度を大きくする
請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記特性制御部は、前記位相遅れが前記所定の範囲より大きい場合、前記ピーク倍率を大きくする
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記所定の周波数帯域は、前記実速度又は前記目標速度の所定倍の周波数を含む帯域である
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記先鋭度及び前記ピーク倍率に基づいて、前記ノッチフィルタの係数を設定する係数設定部を更に備える
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータと、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
を備えるモータ駆動システム。
【請求項８】
請求項７に記載のモータ駆動システムを備える画像形成装置。
【請求項９】
請求項７に記載のモータ駆動システムを備える搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、モータ駆動システム、画像形成装置、及び搬送装置
に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホール素子のセンサ信号に基づいて、モータの位置や速度を検出し、モータの速度を制御するモータ制御装置が知られている。このようなモータ制御装置では、ホール素子の配置やモータの着磁にばらつきがある場合、ホール素子のセンサ信号に、速度に応じた周波数の所定倍の周波数を有するノイズが発生し、速度の制御精度が低下する。このような制御精度の低下を抑制するために、従来のモータ制御装置では、モータの速度に応じて遮断角周波数を制御可能なノッチフィルタにより、センサ信号のノイズが除去される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来のモータ制御装置では、ノッチフィルタにより生じる位相遅れによって、モータの制御が不安定になる、という問題があった。例えば、モータが低速の場合、遮断角周波数が小さくなり、交差周波数に接近し、モータ制御が不安定になる。
【０００４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、モータの速度に応じてノッチフィルタの位相遅れを制御することにより、モータの安定した制御を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態に係るモータ制御装置は、実速度が目標速度と等しくなるようにモータを制御するモータ制御装置であって、前記実速度と前記目標速度との差である速度誤差を算出する速度比較部と、前記速度誤差の所定の周波数帯域を減衰させるノッチフィルタと、前記ノッチフィルタによる所定の周波数における位相遅れを算出する位相遅れ算出部と、前記位相遅れが所定の範囲に含まれるように、前記ノッチフィルタの先鋭度及びピーク倍率の少なくとも一方を制御する特性制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の各実施形態によれば、ノッチフィルタの位相遅れを制御することにより、モータの安定した制御を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係るモータ駆動システムの一例を示す図。
【図２】第１実施形態に係るモータコントローラの機能構成の一例を示す図。
【図３】ノッチフィルタの機能構成の一例を示す図。
【図４】ノッチフィルタの周波数特性の一例を示す図。
【図５】ノッチフィルタの周波数特性の他の例を示す図。
【図６】第１実施形態に係るモータコントローラの動作の一例を示すフローチャート。
【図７】モータコントローラによるモータ制御の一例を示すフローチャート。
【図８】第１実施形態に係るモータ駆動システムを備える画像形成装置の一例を示す図。
【図９】第１実施形態に係るモータ駆動システムを備える搬送装置の一例を示す図。
【図１０】第２実施形態に係るモータコントローラの機能構成の一例を示す図。
【図１１】第２実施形態に係るモータコントローラの動作の一例を示すフローチャート。
【図１２】第３実施形態に係るモータコントローラの機能構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の各実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重畳した説明を省略する。
【０００９】
（第１実施形態）
第１実施形態に係るモータ駆動システムについて、図１〜図９を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るモータ駆動システムの一例を示す図である。図１のモータ駆動システムは、モータ１と、ホール素子２と、メインコントローラ３と、モータコントローラ４と、モータドライバ５と、を備える。
【００１０】
モータ１は、ブラシレスＤＣ（Direct Current）モータであり、回転子及び固定子を備える。図１の例では、モータ１は、３相ブラシレスＤＣモータであるが、２相ブラシレスＤＣモータであってもよい。固定子は、２相又は３相のコイルを備え、モータドライバ５から電力を供給される。回転子は、永久磁石などにより構成され、複数の磁極を有する。
【００１１】
ホール素子２は、磁気センサであり、検出した磁束密度に応じたセンサ信号ｈを出力する。ホール素子２が出力したセンサ信号ｈは、モータドライバ５に入力される。ホール素子２は、回転子の位置（角度）を検出するために、回転子の周囲に配置される。回転子が回転すると、ホール素子２における磁束密度が変化するため、センサ信号ｈの振幅（レベル）は、ホール素子２の位相に応じて変化する。センサ信号ｈは、例えば、正弦波となる。
【００１２】
なお、図１の例では、ホール素子２は、１つであるが、複数であってもよい。モータ１が３相ブラシレスＤＣモータである場合、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に対応する３つのホール素子２Ｕ，２Ｖ，２Ｗが設けられることが考えられる。この場合、ホール素子２Ｕ，２Ｖ，２Ｗは、それぞれ位相が１２０度異なるセンサ信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗを出力するように配置されるのが好ましい。
【００１３】
メインコントローラ３は、モータ駆動システムの全体を制御する制御回路である。メインコントローラ３は、マイコンなどにより構成される。メインコントローラ３は、モータ１の目標速度ｖ０［ｒｐｍ］を指示する速度指示を出力する。なお、目標速度ｖ０の単位は任意である。メインコントローラ３が出力した速度指示は、モータコントローラ４に入力される。
【００１４】
モータコントローラ４は、モータ１を制御するモータ制御装置の一例であり、マイコンなどにより構成される。モータコントローラ４は、モータドライバ５から入力されたエンコーダ信号ｅｎｃに基づいてモータ１の速度ｖ１［ｒｐｍ］を検出する。モータドライバ５が検出したモータ１の速度を実速度ｖ１という。なお、実速度ｖ１の単位は任意である。
【００１５】
モータコントローラ４は、モータ１の実速度ｖ１が、メインコントローラ３から指示された目標速度ｖ０と等しくなるように、制御信号を出力する。モータコントローラ４が出力した制御信号は、モータドライバ５に入力される。制御信号には、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号、Ｄｉｒ信号、及びＥｎａｂｌｅ信号が含まれる。
【００１６】
ＰＷＭ信号は、モータ１のコイルに印加する目標電圧Ｖを示す制御信号である。ＰＷＭ信号は、パルス信号であり、目標電圧Ｖに応じたデューティ比を有する。制御信号Ｄｉｒは、モータ１の回転方向を示す制御信号である。制御信号Ｅｎａｂｌｅは、モータ１の駆動の有効又は無効を示す制御信号である。
【００１７】
モータドライバ５は、モータコントローラ４から入力された制御信号に従ってモータ１を駆動する駆動回路であり、インバータなどにより構成される。モータドライバ５は、Ｅｎａｂｌｅ信号が有効である場合、Ｄｉｒ信号が示す方向にモータ１が回転するように、ＰＷＭ信号のディーティ比に応じた電圧（目標電圧Ｖ）を、固定子が備えるコイルに印加し、コイルに電流を供給する。また、モータドライバ５は、ホール素子２から入力されたセンサ信号ｈに基づいて、モータ１の実速度ｖ１や位置を検出するためのエンコーダ信号ｅｎｃを生成し、出力する。エンコーダ信号ｅｎｃは、センサ信号ｈの周波数に応じた周波数を有するパルス信号である。
【００１８】
図２は、本実施形態に係るモータコントローラ４の機能構成の一例を示す図である。図２のモータコントローラ４は、パルス検出部４１と、速度比較部４２と、ノッチフィルタ４３と、ＰＩ（Proportional Integral）補償部４４と、ＰＷＭ生成部４５と、係数設定部４６と、位相遅れ算出部４７と、特性制御部４８と、を備える。
【００１９】
各機能構成は、モータコントローラ４のＣＰＵ（Central Processing Unit）がソフトウェアを実行することにより実現されてもよいし、専用回路などのハードウェアにより実現されてもよい。なお、図２の例では、Ｄｉｒ信号及びＥｎａｂｌｅ信号については省略されている。Ｄｉｒ信号及びＥｎａｂｌｅ信号の生成及び出力は、既存の任意の方法により実現可能である。
【００２０】
パルス検出部４１は、エンコーダ信号ｅｎｃに含まれるパルスを検出し、サンプリングタイミング間に入力されたパルス数Ｃをカウントする。パルス検出部４１は、パルス数Ｃに基づいて、パルス数Ｎ［ｐｐｓ］を算出する。パルス数Ｎは、１秒間に検出されたエンコーダ信号ｅｎｃに含まれるパルスの数であり、実速度ｖ１に対応する。パルス検出部４１は、パルス数Ｃにサンプリング周波数ｆｓを乗算することにより、パルス数Ｎを算出する（Ｎ＝Ｃ×ｆｓ）。パルス検出部４１は、算出したパルス数Ｎを出力する。パルス検出部４１が出力したパルス数Ｎは、速度比較部４２に入力される。
【００２１】
速度比較部４２は、パルス検出部４１から入力されたパルス数Ｎに基づいて、実速度ｖ１［ｒｐｍ］を算出する。実速度ｖ１は、以下の式で算出される。
【００２２】
【数１】
2018029414.tif 000003
【００２３】
式（１）におけるｎは、モータ１が１回転した時にパルス検出部４１により検出されるエンコーダ信号のパルス数である。パルス数ｎは、モータ１の回転子が備える磁極対数、すなわち、モータ１の回転子が備える磁極数の１／２に相当し、その対極数の整数倍の値である。パルス数ｎは、予め設定されていてもよいし、メインコントローラ３から入力されてもよい。
【００２４】
速度比較部４２は、入力された目標速度ｖ０と、算出した実速度ｖ１を比較し、速度誤差ｖ２を算出する。速度誤差ｖ２は、目標速度ｖ０と実速度ｖ１との差である。速度比較部４２は、算出した速度誤差ｖ２を出力する。出力された速度誤差ｖ２は、ノッチフィルタ４３に入力される。
【００２５】
なお、本実施形態において、パルス検出部４１がパルス数Ｃを速度比較部４２に入力し、速度比較部４２がパルス数Ｃに基づいて実速度ｖ１を算出してもよい。また、パルス検出部４１が実速度ｖ１を算出し、速度比較部４２に入力してもよい。
【００２６】
ノッチフィルタ４３は、所定の周波数帯域を減衰させるフィルタである。ノッチフィルタ４３が減衰させる周波数帯域を減衰帯域という。ノッチフィルタ４３は、その特性として、先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐを有する。
【００２７】
先鋭度Ｑは、減衰帯域の狭さを示す特性である。先鋭度Ｑが大きいほど、減衰帯域は狭くなり、先鋭度Ｑが小さいほど、減衰帯域は広くなる。先鋭度Ｑは、特性制御部４８により設定される。
【００２８】
ピーク倍率ｐは、減衰帯域の深さ（減衰量）を示す特性であり、減衰帯域の中心周波数におけるゲインに相当する。ピーク倍率ｐが小さいほど、減衰帯域は深く（減衰量が大きく）なり、ピーク倍率ｐが大きいほど、減衰帯域は浅く（減衰量が小さく）なる。ピーク倍率ｐは、特性制御部４８により設定される。
【００２９】
ノッチフィルタ４３は、速度誤差ｖ２の減衰帯域を減衰させた速度誤差ｖ３を算出し、出力する。ノッチフィルタ４３が出力した速度誤差ｖ３は、ＰＩ補償部４４に入力される。ノッチフィルタ４３の伝達関数は、以下の式で表される。
【００３０】
【数２】
2018029414.tif 000004
【００３１】
式（２）のＡ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２は、ノッチフィルタ４３の特性を決定する係数であり、係数設定部４６により設定される。
【００３２】
図３は、ノッチフィルタ４３の機能構成の一例を示す図である。図３のノッチフィルタ４３は、遅延器４３１１〜４３１４と、乗算器４３２１〜４３２５と、加算器４３３１〜４３３３と、を備える。
【００３３】
遅延器４３１１は、速度誤差ｖ２を遅延させて出力する。遅延器４３１２は、遅延器４３１１の出力値を遅延させて出力する。遅延器４３１３は、加算器４３３１の出力値を遅延させて出力する。遅延器４３１４は、遅延器４３１３の出力値を遅延させて出力する。
【００３４】
乗算器４３２１は、速度誤差ｖ２に係数Ｂ０を乗算して出力する。乗算器４３２２は、遅延器４３１１の出力値に係数Ｂ１を乗算して出力する。乗算器４３２３は、遅延器４３１２の出力値に係数Ｂ２を乗算して出力する。乗算器４３２４は、遅延器４３１３の出力値に係数Ａ１を乗算して出力する。乗算器４３２５は、遅延器４３１４の出力値に係数Ａ２を乗算して出力する。
【００３５】
加算器４３３１は、乗算器４３２１の出力値と、加算器４３３２の出力値と、を加算して出力する。加算器４３３１の出力値が、速度誤差ｖ３に相当する。加算器４３３２は、乗算器４３２２の出力値と、加算器４３３３の出力値と、を加算し、乗算器４３２４の出力値を減算して出力する。加算器４３３３は、乗算器４３２３の出力値から乗算器４３２５の出力値を減算した値を出力する。
【００３６】
ＰＩ補償部４４は、比例ゲイン及び積分ゲインを有するゲイン補償器である。ＰＩ補償部４４は、ＰＩ制御により、ノッチフィルタ４３から入力された速度誤差ｖ３が０に近づくように、目標電圧Ｖを算出し、出力する。ＰＩ補償部４４が出力した目標電圧Ｖは、ＰＷＭ生成部４５に入力される。
【００３７】
ＰＷＭ生成部４５は、ＰＩ補償部４４から入力された目標電圧Ｖに対応するデューティ比を有するＰＷＭ信号を生成し、出力する。ＰＷＭ生成部４５が出力したＰＷＭ信号は、モータドライバ５に入力される。
【００３８】
係数設定部４６は、目標速度ｖ０に基づいて、ノッチフィルタ４３の遮断角周波数ω［ｒａｄ／ｓ］を算出する。本実施形態において、遮断角周波数ω（減衰帯域）と目標速度ｖ０との関係は、予め設定される。例えば、遮断角周波数ωが目標速度ｖ０における角周波数ω０のｋ倍に設定される場合（ω＝ｋ＊ω０）、遮断角周波数ωは、以下の式で計算される。
【００３９】
【数３】
2018029414.tif 000005
【００４０】
式（３）において、ｆ０は、目標速度ｖ０における周波数［Ｈｚ］である。このように遮断角周波数ωを算出することにより、角周波数ω０のｋ倍の周波数の近傍の帯域に含まれるノイズを減衰させることができる。
【００４１】
係数設定部４６は、算出した遮断角周波数ωと、特性制御部４８により設定されたノッチフィルタ４３の先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐと、に基づいて、ノッチフィルタ４３の係数ａ０，ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２を算出する。これらの各係数は、遮断角周波数ω、先鋭度Ｑ、ピーク倍率ｐ、及びサンプリング周波数ｆｓの関数である。例えば、係数ａ０は、以下のように表される。
【００４２】
【数４】
2018029414.tif 000006
【００４３】
式（４）のｆ１は、係数ａ０の関数である。他の係数ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２も、係数ａ０と同様に表される。係数設定部４６は、算出した係数ａ０，ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２に基づいて、ノッチフィルタ４３の係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２を算出する。各係数は、以下の式で算出される。
【００４４】
【数５】
2018029414.tif 000007
【００４５】
係数設定部４６は、算出した係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２を出力する。出力された各係数は、ノッチフィルタ４３に入力される。これにより、ノッチフィルタ４３の各係数が設定される。係数設定部４６により各係数を設定されたノッチフィルタ４３の特性は、先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐが特性制御部４８により設定された値となり、遮断角周波数ωが係数設定部４６により算出された値となる。また、係数設定部４６が出力した各係数は、位相遅れ算出部４７に入力される。
【００４６】
位相遅れ算出部４７は、係数設定部４６が算出したノッチフィルタ４３の各係数と、サンプリング周波数ｆｓと、に基づいて、所定の周波数ｆｃにおけるノッチフィルタ４３の位相遅れθを算出する。
【００４７】
周波数ｆｃは、モータコントローラ４による位相遅れθの制御対象として予め設定される周波数である。周波数ｆｃとして、一巡伝達関数のゲインが０ｄＢになるゲイン交差周波数や、位相が−１８０°になる位相交差周波数などの交差周波数が挙げられるが、周波数ｆｃはこれに限られない。以下では、周波数ｆｃを、交差周波数ｆｃと称する。
【００４８】
交差周波数ｆｃにおける位相遅れθは、ノッチフィルタ４３の係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２、サンプリング周波数ｆｓ、及び交差周波数ｆｃの関数である。位相遅れθは、以下のように表される。
【００４９】
【数６】
2018029414.tif 000008
【００５０】
より詳細には、位相遅れθは、上述の式（２）と、以下の式（７）と、により算出される。
【００５１】
【数７】
2018029414.tif 000009
【００５２】
式（７）において、ｊは虚数単位である。位相遅れ算出部４７は、算出した位相遅れθを出力する。出力された位相遅れθは、特性制御部４８に入力される。
【００５３】
特性制御部４８は、位相遅れ算出部４７が算出した位相遅れθに基づいて、位相遅れθが所定の範囲に含まれるように、ノッチフィルタ４３の先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐを制御する。位相遅れθの所定の範囲として、交差周波数ｆｃにおけるモータ１の制御が安定する位相の範囲が設定される。
【００５４】
図４は、ノッチフィルタ４３の周波数特性の一例を示す図である。図４の上図は、先鋭度Ｑが２０及び４０の場合のゲイン（減衰量）特性を示している。また、図４の下図は、先鋭度Ｑが２０及び４０の場合の位相特性を示している。図４からわかるように、先鋭度Ｑが大きくなると、位相遅れが小さくなり、先鋭度Ｑが小さくなると、位相遅れが大きくなる。
【００５５】
したがって、特性制御部４８は、位相遅れθが所定の範囲より大きい場合、先鋭度Ｑを大きくし、位相遅れθが所定の範囲より小さい場合、先鋭度Ｑを小さくする。このように先鋭度Ｑを更新することにより、特性制御部４８は、位相遅れθを所定の範囲に含まれるように制御することができる。
【００５６】
図５は、ノッチフィルタ４３の周波数特性の他の例を示す図である。図５の上図は、ピーク倍率ｐが０．１及び０．２の場合のゲイン（減衰量）特性を示している。また、図５の下図は、ピーク倍率ｐが０．１及び０．２の場合の位相特性を示している。図５からわかるように、ピーク倍率ｐが大きくなると、位相遅れが小さくなり、ピーク倍率ｐが小さくなると、位相遅れが大きくなる。
【００５７】
したがって、特性制御部４８は、位相遅れθが所定の範囲より大きい場合、ピーク倍率ｐを大きくし、位相遅れθが所定の範囲より小さい場合、ピーク倍率ｐを小さくする。このようにピーク倍率ｐを更新することにより、特性制御部４８は、位相遅れθを所定の範囲に含まれるように制御することができる。
【００５８】
特性制御部４８は、制御した先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐを出力する。出力された先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐは、係数設定部４６に入力される。これにより、ノッチフィルタ４３の先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐが設定される。上述の通り、係数設定部４６は、ノッチフィルタ４３の特性が、特性制御部４８により設定された特性となるように、ノッチフィルタ４３の係数を設定する。
【００５９】
次に、本実施形態に係るモータコントローラ４の動作について説明する。図６は、本実施形態に係るモータコントローラ４の動作の一例を示すフローチャートである。モータコントローラ４は、サンプリングタイミング毎に図６の処理を実行する。なお、モータコントローラ４のパルス検出部４１には、図６の処理の間、エンコーダ信号ｅｎｃが常時入力されているものとする。
【００６０】
サンプリングタイミングが到来すると、係数設定部４６は、目標速度ｖ０が前回のサンプリングタイミングから変更されているか判定する（ステップＳ１０１）。目標速度ｖ０が変更されていない場合（ステップＳ１０１のＮＯ）、モータコントローラ４は、モータ制御を実行する（ステップＳ１１４）。この際、ノッチフィルタ４３の係数として、前回のサンプリングタイミングまでに設定された係数が利用される。モータ制御については後述する。
【００６１】
一方、目標速度ｖ０が変更されている場合（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、係数設定部４６は、変更された目標速度ｖ０に基づいて、遮断角周波数ωを算出する（ステップＳ１０２）。
【００６２】
次に、係数設定部４６は、算出した遮断角周波数ωと、前回のサンプリングタイミングまでに特性制御部４８により設定された先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐと、に基づいて、ノッチフィルタ４３の係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２を算出する（ステップＳ１０３）。係数設定部４６は、算出した各係数を、位相遅れ算出部４７に入力する。
【００６３】
位相遅れ算出部４７は、ノッチフィルタ４３の各係数を入力されると、入力された係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２と、サンプリング周波数ｆｓと、交差周波数ｆｃと、に基づいて、交差周波数ｆｃにおける位相遅れθを算出する（ステップＳ１０４）。位相遅れ算出部４７は、算出した位相遅れθを特性制御部４８に入力する。
【００６４】
特性制御部４８は、位相遅れθを入力されると、入力された位相遅れθが所定の範囲に含まれるか判定する（ステップＳ１０５）。位相遅れθが所定の範囲に含まれる場合（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、モータコントローラ４は、モータ制御を実行する（ステップＳ１１４）。この際、ノッチフィルタ４３の係数として、係数設定部４６により変更された係数が利用される。
【００６５】
一方、位相遅れθが所定の範囲に含まれない場合（ステップＳ１０５のＮＯ）、特性制御部４８は、位相遅れθが所定の範囲に含まれるように、先鋭度Ｑを変更する（ステップＳ１０６）。上述の通り、特性制御部４８は、位相遅れθが所定の範囲より大きい場合、先鋭度Ｑを大きくし、位相遅れθが所定の範囲より小さい場合、先鋭度Ｑを小さくする。特性制御部４８は、変更した先鋭度Ｑを係数設定部４６に入力する。これにより、変更後の先鋭度Ｑが、ノッチフィルタ４３の新たな先鋭度Ｑとして設定される。
【００６６】
変更後の先鋭度Ｑが、設定可能な先鋭度Ｑの上限値でも下限値でもない場合（ステップＳ１０７のＮＯ）、処理はステップＳ１０３に戻り、係数設定部４６は、ノッチフィルタ４３の係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２を算出する（ステップＳ１０３）。この際、ノッチフィルタ４３の各係数は、係数設定部４６が算出した遮断角周波数ωと、前回のサンプリングタイミングまでに特性制御部４８により設定されたピーク倍率ｐと、特性制御部４８により変更された先鋭度Ｑと、に基づいて算出される。
【００６７】
以降、モータコントローラ４は、位相遅れθが所定の範囲に含まれるか、先鋭度Ｑが上限値又は下限値となるまで、先鋭度Ｑの変更を繰り返す。
【００６８】
一方、変更後の先鋭度Ｑが、設定可能な先鋭度Ｑの上限値又は下限値である場合（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、係数設定部４６は、ノッチフィルタ４３の係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２を算出する（ステップＳ１０８）。この際、ノッチフィルタ４３の各係数は、係数設定部４６が算出した遮断角周波数ωと、前回のサンプリングタイミングまでに特性制御部４８により設定されたピーク倍率ｐと、特性制御部４８により変更された先鋭度Ｑと、に基づいて算出される。係数設定部４６は、算出した各係数を、位相遅れ算出部４７に入力する。
【００６９】
位相遅れ算出部４７は、ノッチフィルタ４３の各係数を入力されると、入力された係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２と、サンプリング周波数ｆｓと、交差周波数ｆｃと、に基づいて、交差周波数ｆｃにおける位相遅れθを算出する（ステップＳ１０９）。位相遅れ算出部４７は、算出した位相遅れθを特性制御部４８に入力する。
【００７０】
特性制御部４８は、位相遅れθを入力されると、入力された位相遅れθが所定の範囲に含まれるか判定する（ステップＳ１１０）。位相遅れθが所定の範囲に含まれる場合（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、モータコントローラ４は、モータ制御を実行する（ステップＳ１１４）。この際、ノッチフィルタ４３の係数として、係数設定部４６により変更された係数が利用される。
【００７１】
一方、位相遅れθが所定の範囲に含まれない場合（ステップＳ１１０のＮＯ）、特性制御部４８は、位相遅れθが所定の範囲に含まれるように、ピーク倍率ｐを変更する（ステップＳ１１１）。上述の通り、特性制御部４８は、位相遅れθが所定の範囲より大きい場合、ピーク倍率ｐを大きくし、位相遅れθが所定の範囲より小さい場合、ピーク倍率ｐを小さくする。特性制御部４８は、変更したピーク倍率ｐを係数設定部４６に入力する。これにより、変更後のピーク倍率ｐが、ノッチフィルタ４３の新たなピーク倍率ｐとして設定される。
【００７２】
変更後のピーク倍率ｐが、設定可能なピーク倍率ｐの上限値でも下限値でもない場合（ステップＳ１１２のＮＯ）、処理はステップＳ１０８に戻り、係数設定部４６は、ノッチフィルタ４３の係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２を算出する（ステップＳ１０８）。この際、ノッチフィルタ４３の各係数は、係数設定部４６が算出した遮断角周波数ωと、特性制御部４８により変更された先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐと、に基づいて算出される。
【００７３】
以降、モータコントローラ４は、位相遅れθが所定の範囲に含まれるか、先鋭度Ｑが上限値又は下限値となるまで、ピーク倍率ｐの変更を繰り返す。
【００７４】
一方、変更後のピーク倍率ｐが、設定可能なピーク倍率ｐの上限値又は下限値である場合（ステップＳ１１２のＹＥＳ）、係数設定部４６は、ノッチフィルタ４３の係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２を算出する（ステップＳ１１３）。これは、先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐをこれ以上変更できないためである。このとき、位相遅れθは所定の範囲内とはならない。しかしながら、以上の処理により、位相遅れθを所定の範囲に近づけることはできる。
【００７５】
ステップＳ１１３において、ノッチフィルタ４３の各係数は、係数設定部４６が算出した遮断角周波数ωと、特性制御部４８により変更された先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐと、に基づいて算出される。係数設定部４６は、算出した各係数を、ノッチフィルタ４３に入力する。これにより、変更後の係数が、ノッチフィルタ４３の新たな係数として設定される。
【００７６】
その後、モータコントローラ４は、モータ制御を実行する（ステップＳ１１４）。この際、ノッチフィルタ４３の係数として、係数設定部４６により変更された係数が利用される。
【００７７】
図７は、モータコントローラ４によるモータ制御の一例を示すフローチャートである。図７のフローチャートは、図６のステップＳ１１４の内部処理に相当する。
【００７８】
サンプリングタイミングが到来すると、パルス検出部４１は、前回のサンプリングタイミングから今回のサンプリングタイミングまでに検出されたパルス数Ｃに基づいて、パルス数Ｎを算出する（ステップＳ２０１）。パルス検出部４１は、算出したパルス数Ｎを速度比較部４２に入力する。
【００７９】
速度比較部４２は、パルス数Ｎを入力されると、入力されたパルス数Ｎに基づいて、実速度ｖ１を算出する（ステップＳ２０２）。そして、速度比較部４２は、目標速度ｖ０及び実速度ｖ１を比較し、速度誤差ｖ２を算出する（ステップＳ２０３）。速度比較部４２は、算出した速度誤差ｖ２をノッチフィルタ４３に入力する。
【００８０】
ノッチフィルタ４３は、速度誤差ｖ２を入力されると、速度誤差ｖ２の減衰帯域を減衰させた速度誤差ｖ３を算出する（ステップＳ２０４）。係数設定部４６、位相遅れ算出部４７、及び特性制御部４８が先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐを調整することにより、このノッチフィルタ４３の交差周波数ｆｃにおける位相遅れθは、所定の範囲内となっている。ノッチフィルタ４３は、算出した速度誤差ｖ３をＰＩ補償部４４に入力する。
【００８１】
ＰＩ補償部４４は、速度誤差ｖ３を入力されると、ＰＩ制御により、入力された速度誤差ｖ３が０に近づくように、目標電圧Ｖを算出する（ステップＳ２０５）。ＰＩ補償部４４は、算出した目標電圧ＶをＰＷＭ生成部４５に入力する。
【００８２】
ＰＷＭ生成部４５は、目標電圧Ｖを入力されると、入力された目標電圧Ｖに応じたデューティ比を有するＰＷＭ信号を生成する（ステップＳ２０６）。ＰＷＭ生成部４５は、生成したＰＷＭ信号をモータドライバ５に入力する。
【００８３】
これにより、ＰＷＭ信号に応じた電圧がモータドライバ５からモータ１のコイルに印加され、モータ１が駆動される。モータ１の実速度ｖ１は、目標速度ｖ０に近づくように制御される。
【００８４】
以上説明した通り、本実施形態によれば、ノッチフィルタ４３の先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐの少なくとも一方を制御することにより、所定の周波数ｆｃにおけるノッチフィルタ４３の位相遅れθを、所定の範囲内に制御することができる。これにより、ノッチフィルタ４３の位相遅れθによるモータ制御の不安定化を抑制することができる。結果として、モータ１の制御を安定化し、モータ１の速度制御の精度を向上させることができる。例えば、ノッチフィルタ４３の交差周波数ｆｃにおける位相遅れθを所定の範囲に制御することにより、モータ１の低速時の制御の安定性を向上させることができる。
【００８５】
また、本実施形態によれば、ノッチフィルタ４３により、速度誤差ｖ２の減衰帯域を減衰させることができる。目標速度ｖ０に応じた周波数の所定倍の周波数を含む帯域を減衰帯域とすることにより、ホール素子の配置やモータの着磁にばらつきにより生じるノイズを減衰し、モータ１の速度制御の精度を向上させることができる。
【００８６】
なお、本実施形態に係るモータ駆動システムは、画像形成装置に用いることができる。図８は、本実施形態に係るモータ駆動システムを備える画像形成装置６の一例を示す図である。図８の画像形成装置６は、プリンタ機能を備える。画像形成装置６は、スキャナ機能やＦＡＸ機能などを備えてもよい。画像形成装置６は、給紙ローラ６１や紙搬送ローラ６２などのローラを備える。本実施形態に係るモータ駆動システムは、これらのローラを駆動するためのモータ駆動システムとして利用できる。
【００８７】
また、本実施形態に係るモータ駆動システムは、紙、紙幣、プリプレグ、及び切符などの、シート状の対象物を搬送する搬送装置に用いることができる。図９は、本実施形態に係るモータ駆動システムを備える搬送装置７の一例を示す図である。図９の搬送装置７は、対象物７１を搬送するための搬送ローラ７２を備える。搬送ローラ７２が所定の方向（矢印の方向）に回転することにより、対象物７１が搬送方向に搬送される。本実施形態に係るモータ駆動システムは、これらのローラを駆動するためのモータ駆動システムとして利用できる。
【００８８】
なお、本実施形態に係るモータ駆動システムは、画像形成装置及び搬送装置に限られず、自動車、ロボット、アミューズメント機器などの、モータを搭載した任意の装置に適用可能である。
【００８９】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るモータ駆動システムについて、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係るモータコントローラ４の機能構成の一例を示す図である。図１０のモータコントローラ４は、ノッチフィルタ４３ａ，４３ｂを備える。他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９０】
図１０に示すように、本実施形態に係るモータコントローラ４は、複数のノッチフィルタ４３を備える。図１０の例では、モータコントローラ４は、ノッチフィルタ４３を２つ備えるが、３つ以上備えてもよい。
【００９１】
モータコントローラ４は、ノッチフィルタ４３を複数備える場合、各ノッチフィルタについて、先鋭度Ｑ、ピーク倍率ｐ、及び各係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２の設定を行えばよい。
【００９２】
図１１は、本実施形態に係るモータコントローラ４の動作の一例を示すフローチャートである。図１１のフローチャートは、図６のフローチャートにステップＳ１１５，Ｓ１１６を追加したものである。以下、ステップＳ１１５，Ｓ１１６について説明する。
【００９３】
目標速度ｖ０が変更されている場合（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、係数設定部４６は、複数のノッチフィルタ４３の中から、係数を設定するノッチフィルタ４３を選択する（ステップＳ１１５）。以降、係数設定部４６、位相遅れ算出部４７、及び特性制御部４８は、選択されたノッチフィルタ４３について、交差周波数ｆｃにおける位相遅れθが所定の範囲内に含まれるように、係数を制御し、設定する（ステップＳ１０２〜Ｓ１１３）。
【００９４】
係数設定部４６は、ステップＳ１１５で選択したノッチフィルタ４３の係数を設定した後（ステップＳ１１３）、モータコントローラ４が備える全てのノッチフィルタ４３の係数が設定されたか判定する（ステップＳ１１６）。係数が未設定のノッチフィルタ４３がある場合（ステップＳ１１６のＮＯ）、係数設定部４６は、係数が未設定のノッチフィルタ４３の中から、次に係数を設定するノッチフィルタ４３を選択する（ステップＳ１１５）。以降、全てのノッチフィルタ４３の係数が設定されるまで、ステップＳ１０２〜Ｓ１１３，Ｓ１１５，Ｓ１１６の処理が繰り返される。
【００９５】
全てのノッチフィルタ４３の係数が設定された場合（ステップＳ１１６のＹＥＳ）、モータコントローラ４は、モータ制御を実行する（ステップＳ１１４）。この際、各ノッチフィルタ４３の係数として、係数設定部４６によりそれぞれ設定された係数が利用される。
【００９６】
例えば、図１０の例では、１回目のステップＳ１１５において、ノッチフィルタ４３ａが選択され、ノッチフィルタ４３ａの係数Ａ１ａ，Ａ２ａ，Ｂ０ａ，Ｂ１ａ，Ｂ２ａが設定される。２回目のステップＳ１１５において、ノッチフィルタ４３ｂが選択され、ノッチフィルタ４３ａの係数Ａ１ｂ，Ａ２ｂ，Ｂ０ｂ，Ｂ１ｂ，Ｂ２ｂが設定される。その後、以上の処理により設定されたノッチフィルタ４３ａの係数Ａ１ａ，Ａ２ａ，Ｂ０ａ，Ｂ１ａ，Ｂ２ａと、ノッチフィルタ４３ｂの係数Ａ１ｂ，Ａ２ｂ，Ｂ０ｂ，Ｂ１ｂ，Ｂ２ｂと、を利用して、モータ制御が実行される。
【００９７】
このように、モータコントローラ４に複数のノッチフィルタ４３を設け、各ノッチフィルタ４３の遮断角周波数ωをそれぞれ異なる角周波数に設定することにより、モータコントローラ４は、複数の帯域に含まれるノイズをそれぞれ減衰させることができる。
【００９８】
例えば、図１０において、ノッチフィルタ４３ａ，４３ｂの遮断角周波数ωａ，ωｂを、それぞれｋ１＊ω０，ｋ２＊ω０に設定した場合、モータコントローラ４は、ｋ１＊ω０，ｋ２＊ω０の近傍の帯域に含まれるノイズを、それぞれ減衰させることができる。これにより、モータコントローラ４は、モータ１をより安定して制御することができる。
【００９９】
（第３実施形態）
第３実施形態に係るモータ駆動システムについて、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施形態に係るモータコントローラ４の機能構成の一例を示す図である。図１２のモータコントローラ４は、目標速度ｖ０の代わりに、パルス検出部４１が出力したパルス数Ｎが係数設定部４６に入力される。他の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１００】
本実施形態において、係数設定部４６は、パルス数Ｎに基づいて、ノッチフィルタ４３の遮断角周波数ω［ｒａｄ／ｓ］を算出する。すなわち、本実施形態では、遮断角周波数ωは、目標速度ｖ０ではなく、実速度ｖ１に応じて算出される。遮断角周波数ω（減衰帯域）と実速度ｖ１との関係は、予め設定される。例えば、遮断角周波数ωが実速度ｖ１における角周波数ω１のｋ倍に設定される場合（ω＝ｋ＊ω１）、遮断角周波数ωは、以下の式で計算される。
【０１０１】
【数８】
2018029414.tif 000010
【０１０２】
式（８）において、ｆ１は、実速度ｖ１における周波数［Ｈｚ］である。このように遮断角周波数ωを算出することにより、角周波数ω１のｋ倍の周波数の近傍の帯域に含まれるノイズを減衰させることができる。
【０１０３】
係数設定部４６の他の構成は、第１実施形態と同様である。すなわち、係数設定部４６は、算出した遮断角周波数ωと、特性制御部４８により設定されたノッチフィルタ４３の先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐと、に基づいて、ノッチフィルタ４３の係数ａ０，ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２を算出する。そして、係数設定部４６は、算出した係数ａ０，ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２に基づいて、ノッチフィルタ４３の係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２を算出し、算出した係数Ａ１，Ａ２，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２を出力する。
【０１０４】
本実施形態によれば、ノッチフィルタ４３の先鋭度Ｑ及びピーク倍率ｐの少なくとも一方を制御することにより、所定の周波数ｆｃにおけるノッチフィルタ４３の位相遅れθを、所定の範囲内に制御することができる。これにより、ノッチフィルタ４３の位相遅れθによるモータ制御の不安定化を抑制することができる。結果として、モータ１の制御を安定化し、モータ１の速度制御の精度を向上させることができる。例えば、ノッチフィルタ４３の交差周波数ｆｃにおける位相遅れθを所定の範囲に制御することにより、モータ１の低速時の制御の安定性を向上させることができる。
【０１０５】
また、本実施形態によれば、ノッチフィルタ４３により、速度誤差ｖ２の減衰帯域を減衰させることができる。実速度ｖ１に応じた周波数の所定倍の周波数を含む帯域を減衰帯域とすることにより、ホール素子の配置やモータの着磁にばらつきにより生じるノイズを減衰し、モータ１の速度制御の精度を向上させることができる。
【０１０６】
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１：モータ
２：ホール素子
３：メインコントローラ
４：モータコントローラ
５：モータドライバ
６：画像形成装置
７：搬送装置
４１：パルス検出部
４２：速度比較部
４３：ノッチフィルタ
４４：ＰＩ補償部
４５：ＰＷＭ生成部
４６：係数設定部
４７：位相遅れ算出部
４８：特性制御部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０８】
【特許文献１】特表２００４−５３９８２１号公報
【図１】
2018029414.tif 000011
【図２】
2018029414.tif 000012
【図３】
2018029414.tif 000013
【図４】
2018029414.tif 000014
【図５】
2018029414.tif 000015
【図６】
2018029414.tif 000016
【図７】
2018029414.tif 000017
【図８】
2018029414.tif 000018
【図９】
2018029414.tif 000019
【図１０】
2018029414.tif 000020
【図１１】
2018029414.tif 000021
【図１２】
2018029414.tif 000022