(57)【要約】【課題】高精度の位置決めを行う。【解決手段】位置偏差ΔＰが所定値より大きい場合、速度フィードバックループを有効化して速度制御による位置決め制御を実行する。位置偏差ΔＰが所定値以下になると、速度フィードバックループを無効化して位相制御による位置決め制御を実行する。位相制御による位置決め制御では、指令ｑ軸電流Ｉqrをゼロにし、ＰＩ演算部１３で位置偏差ΔＰから補正角θｐを生成し、加算器２７を用いて切り替え時の位相角θに補正角θｐを加算する。電流変換部１９と電圧変換部２５は、補正後の位相角θを用いて回転座標変換する。【選択図】図１
2008011627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスＤＣモータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記ブラシレスＤＣモータの電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段により検出された電流を制御位相角を用いて回転座標変換し、磁束方向成分であるｄ軸電流とこれに直交するトルク方向成分であるｑ軸電流とを求める座標変換手段と、
指令ｄ軸電流と前記電流検出手段により検出されたｄ軸電流との差に基づいて指令ｄ軸電圧を生成し、指令ｑ軸電流と前記電流検出手段により検出されたｑ軸電流との差に基づいて指令ｑ軸電圧を生成する電流制御手段と、
前記指令ｄ軸電圧と前記指令ｑ軸電圧を前記制御位相角を用いて回転座標変換し３相指令電圧を生成する座標変換手段と、
前記３相指令電圧に基づいて３相通電信号を形成する通電信号形成手段と、
位置決め運転において、前記指令ｄ軸電流を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電流をゼロに保ち、目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に応じて前記制御位相角を制御する位置制御手段とを備えていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
ブラシレスＤＣモータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
磁束方向成分である指令ｄ軸電圧とこれに直交するトルク方向成分である指令ｑ軸電圧を制御位相角を用いて回転座標変換し３相指令電圧を生成する座標変換手段と、
前記３相指令電圧に基づいて３相通電信号を形成する通電信号形成手段と、
位置決め運転において、前記指令ｄ軸電圧を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電圧をゼロに保ち、目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に応じて前記制御位相角を制御する位置制御手段とを備えていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
ブラシレスＤＣモータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記ブラシレスＤＣモータの電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段により検出された電流を制御位相角を用いて回転座標変換し、磁束方向成分であるｄ軸電流とこれに直交するトルク方向成分であるｑ軸電流とを求める座標変換手段と、
指令ｄ軸電流と前記電流検出手段により検出されたｄ軸電流との差に基づいて指令ｄ軸電圧を生成し、指令ｑ軸電流と前記電流検出手段により検出されたｑ軸電流との差に基づいて指令ｑ軸電圧を生成する電流制御手段と、
前記指令ｄ軸電圧と前記指令ｑ軸電圧を前記制御位相角を用いて回転座標変換し３相指令電圧を生成する座標変換手段と、
前記３相指令電圧に基づいて３相通電信号を形成する通電信号形成手段と、
位置決め運転において、前記指令ｄ軸電流を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電流をゼロに保ち、前記制御位相角を一定値に保ち、目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に基づいて各相の電圧補正値を求め、当該電圧補正値により前記３相指令電圧を補正する位置制御手段とを備えていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
ブラシレスＤＣモータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
磁束方向成分である指令ｄ軸電圧とこれに直交するトルク方向成分である指令ｑ軸電圧を制御位相角を用いて回転座標変換し３相指令電圧を生成する座標変換手段と、
前記３相指令電圧に基づいて３相通電信号を形成する通電信号形成手段と、
位置決め運転において、前記指令ｄ軸電圧を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電圧をゼロに保ち、前記制御位相角を一定値に保ち、目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に基づいて各相の電圧補正値を求め、当該電圧補正値により前記３相指令電圧を補正する位置制御手段とを備えていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
前記回転位置検出手段により検出された回転位置に対応した制御位相角を生成する制御位相角生成手段と、
前記回転位置検出手段により検出された回転位置に基づいて回転速度を検出する回転速度検出手段と、
指令回転速度と前記回転速度検出手段により検出された回転速度との差に基づいて指令ｑ軸電流を生成する速度制御手段とを備え、
前記位置制御手段は、位置決め運転において、前記制御位相角生成手段、回転速度検出手段および速度制御手段を有効化し、前記目標の停止回転位置と前記回転速度検出手段により検出された回転位置との差に基づいて前記指令回転速度を生成する第１の制御態様と、前記制御位相角生成手段、回転速度検出手段および速度制御手段を無効化し、前記指令ｄ軸電流を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電流をゼロに保ち、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に応じて前記制御位相角を制御する第２の制御態様とを切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記回転位置検出手段により検出された回転位置に対応した制御位相角を生成する制御位相角生成手段と、
前記回転位置検出手段により検出された回転位置に基づいて回転速度を検出する回転速度検出手段と、
指令回転速度と前記回転速度検出手段により検出された回転速度との差に基づいて指令ｑ軸電圧を生成する速度制御手段とを備え、
前記位置制御手段は、位置決め運転において、前記制御位相角生成手段、回転速度検出手段および速度制御手段を有効化し、前記目標の停止回転位置と前記回転速度検出手段により検出された回転位置との差に基づいて前記指令回転速度を生成する第１の制御態様と、前記制御位相角生成手段、回転速度検出手段および速度制御手段を無効化し、前記指令ｄ軸電圧を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電圧をゼロに保ち、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に応じて前記制御位相角を制御する第２の制御態様とを切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記回転位置検出手段により検出された回転位置に対応した制御位相角を生成する制御位相角生成手段と、
前記回転位置検出手段により検出された回転位置に基づいて回転速度を検出する回転速度検出手段と、
指令回転速度と前記回転速度検出手段により検出された回転速度との差に基づいて指令ｑ軸電流を生成する速度制御手段とを備え、
前記位置制御手段は、位置決め運転において、前記制御位相角生成手段、回転速度検出手段および速度制御手段を有効化し、前記目標の停止回転位置と前記回転速度検出手段により検出された回転位置との差に基づいて前記指令回転速度を生成する第１の制御態様と、前記制御位相角生成手段、回転速度検出手段および速度制御手段を無効化し、前記指令ｄ軸電流を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電流をゼロに保ち、前記制御位相角を一定値に保ち、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に基づいて各相の電圧補正値を求め、当該電圧補正値により前記３相指令電圧を補正する第２の制御態様とを切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記回転位置検出手段により検出された回転位置に対応した制御位相角を生成する制御位相角生成手段と、
前記回転位置検出手段により検出された回転位置に基づいて回転速度を検出する回転速度検出手段と、
指令回転速度と前記回転速度検出手段により検出された回転速度との差に基づいて指令ｑ軸電流を生成する速度制御手段とを備え、
前記位置制御手段は、位置決め運転において、前記制御位相角生成手段、回転速度検出手段および速度制御手段を有効化し、前記目標の停止回転位置と前記回転速度検出手段により検出された回転位置との差に基づいて前記指令回転速度を生成する第１の制御態様と、前記制御位相角生成手段、回転速度検出手段および速度制御手段を無効化し、前記指令ｄ軸電圧を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電圧をゼロに保ち、前記制御位相角を一定値に保ち、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に基づいて各相の電圧補正値を求め、当該電圧補正値により前記３相指令電圧を補正する第２の制御態様とを切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項４記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記位置制御手段は、位置決め運転において、前記第１、第２の制御態様に加え、前記制御位相角生成手段、回転速度検出手段および速度制御手段を無効化し、前記指令ｄ軸電流を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電流をゼロに保ち、前記制御位相角を一定値に保ち、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に基づいて各相の電圧補正値を求め、当該電圧補正値により前記３相指令電圧を補正する第３の制御態様に切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記位置制御手段は、位置決め運転において、前記第１、第２の制御態様に加え、前記制御位相角生成手段、回転速度検出手段および速度制御手段を無効化し、前記指令ｄ軸電圧を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電圧をゼロに保ち、前記制御位相角を一定値に保ち、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に基づいて各相の電圧補正値を求め、当該電圧補正値により前記３相指令電圧を補正する第３の制御態様に切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項６記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記位置制御手段は、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差が所定値以下となった場合に、前記第１の制御態様から前記第２の制御態様に切り替えて位置決めを行うことを特徴とする請求項５ないし８の何れかに記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記位置制御手段は、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差が小さくなるに従って、前記第１の制御態様、第２の制御態様、第３の制御態様の順に切り替えて位置決めを行うことを特徴とする請求項９または１０記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め制御を行うモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測量器、監視カメラ、半導体の製造装置や検査装置等においては、高精度の位置決め制御が必要とされている。また、社会的背景としてバッテリ使用製品が増える傾向にあり、高効率運転と高精度の位置決め運転との両立のニーズが高まっている。一般的な位置決め制御装置は、位置偏差に基づいてモータの指令回転速度を生成する位置フィードバックループと、速度偏差に基づいてモータの指令電流または指令電圧を生成する速度フィードバックループとを備えている。
【０００３】
特許文献１には、絶対位置決め制御用の補正データを予め作成し、その補正データを目標位置に加えてサーボモータへの指令値を生成する位置決め制御装置が記載されている。補正データは、サーボモータを所定角度ごとに位置決めし、その位置決めしたときの絶対位置を高分解能エンコーダで計測し、その高分解能エンコーダの位置データとサーボモータのエンコーダの位置データとから誤差角度データを得ることにより作成される。
【特許文献１】特開２００５−２９２８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位置決め制御では、プロセッサを用いたデジタル制御によりモータを制御している。この場合、プロセッサのハードウェアの構成上、データ分解能（データ長）およびＰＷＭ制御回路における信号波の分解能には上限が存在するので、モータに対する出力トルクの分解能にも上限が生じる。その結果、エンコーダなどの位置検出手段の分解能をいくら高めても、従来のモータ制御装置では例えば秒（″）オーダーの角度精度の位置決めをすることは困難であった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、高精度の位置決め制御が可能なモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１記載のモータ制御装置は、ブラシレスＤＣモータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータの電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段により検出された電流を制御位相角を用いて回転座標変換し、磁束方向成分であるｄ軸電流とこれに直交するトルク方向成分であるｑ軸電流とを求める座標変換手段と、指令ｄ軸電流と前記電流検出手段により検出されたｄ軸電流との差に基づいて指令ｄ軸電圧を生成し、指令ｑ軸電流と前記電流検出手段により検出されたｑ軸電流との差に基づいて指令ｑ軸電圧を生成する電流制御手段と、前記指令ｄ軸電圧と前記指令ｑ軸電圧を前記制御位相角を用いて回転座標変換し３相指令電圧を生成する座標変換手段と、前記３相指令電圧に基づいて３相通電信号を形成する通電信号形成手段と、位置決め運転において、前記指令ｄ軸電流を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電流をゼロに保ち、目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に応じて前記制御位相角を制御する位置制御手段とを備えていることを特徴とする（位相制御による位置決め制御：電流制御型）。
【０００７】
請求項２記載のモータ制御装置は、位置決め運転において、前記指令ｄ軸電圧を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電圧をゼロに保ち、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に応じて前記制御位相角を制御する位置制御手段を備えていることを特徴とする（位相制御による位置決め制御：電圧制御型）。
【０００８】
請求項３記載のモータ制御装置は、位置決め運転において、前記指令ｄ軸電流を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電流をゼロに保ち、前記制御位相角を一定値に保ち、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に基づいて各相の電圧補正値を求め、当該電圧補正値により前記３相指令電圧を補正する位置制御手段とを備えていることを特徴とする（相電圧補正による位置決め制御：電流制御型）。
【０００９】
請求項４記載のモータ制御装置は、位置決め運転において、前記指令ｄ軸電圧を一定値に保ち、前記指令ｑ軸電圧をゼロに保ち、前記制御位相角を一定値に保ち、前記目標の停止回転位置と前記回転位置検出手段により検出された回転位置との差に基づいて各相の電圧補正値を求め、当該電圧補正値により前記３相指令電圧を補正する位置制御手段とを備えていることを特徴とする（相電圧補正による位置決め制御：電圧制御型）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のモータ制御装置によれば、ｄ軸の電流／電圧成分を一定とし、ｑ軸の電流／電圧成分をゼロとした上で、位置偏差に基づき制御位相を直接制御するので、制御位相の持つ高い分解能と同程度にまで位置分解能を高めることができる。また、ｄ軸の電流／電圧成分を一定とし、ｑ軸の電流／電圧成分をゼロとし、制御位相を一定とした上で、位置偏差に基づき各相の電圧を補正制御するので、その各相の電圧補正状態に応じた微小な回転角が得られ、位置分解能を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。
図１および図２は、モータ制御システムの構成を示している。モータ制御装置１は、位置偏差ΔＰが大きい場合には、図２に示す従来と同様の構成により位置偏差ΔＰに応じて指令回転速度ωｒを得る位置フィードバックループをメジャーループとして採用し、速度偏差Δωに応じて指令電流を得る速度フィードバックループをマイナーループとして採用する（以下、速度制御による位置決め制御と称す）。これに対し、位置偏差ΔＰが所定値以下になると、図１に示すように速度フィードバックループを無効化して指令電流を一定値とした上で、位置偏差ΔＰに応じて制御位相角θ（以下、位相角θと称す）を制御する位置フィードバックループを採用する（以下、位相制御による位置決め制御と称す）。
【００１２】
まず、図２に示す制御構成について説明する。制御対象であるブラシレスＤＣモータ２（以下、モータ２と称す）は、例えば２４極中空型のコアレスモータであって、レーザ測量装置においてレーザビームを走査させる回転機構などに用いられている。このモータ２には、高分解能（一例として４,１９４,３０４パルス／ｒｅｖ）のエンコーダ３が取り付けられており、そのエンコーダ３の出力信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＺはモータ制御装置１に与えられている。なお、上記例示したエンコーダ３の場合、１パルス当たりの角度分解能は約０．３［″］となる。
【００１３】
モータ２は、６つのスイッチング素子例えばＦＥＴ４ap、４an、…を３相ブリッジの回路形態に接続してなる周知の電圧形インバータ４により駆動されるようになっている。ＦＥＴ４ap、４an、…の各ゲートには、モータ制御装置１から出力される転流信号（後述）が駆動回路５を介して与えられる。また、インバータ４とモータ２の各相端子とを繋ぐ出力線には、それぞれホールＣＴなどの電流検出器６ａ、６ｂ、６ｃが設けられている。
【００１４】
モータ制御装置１は、ＣＰＵやメモリ等の基本構成の他、Ａ／Ｄ変換器、ＰＷＭ演算機能を持つタイマなどの周辺回路を備えたプロセッサにより構成されており、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリに記憶された制御プログラムを実行することによりモータ２を制御するようになっている。図１および図２は、このモータ制御装置１が実行する処理内容をブロック構成により示している。モータ制御装置１は、モータ２の磁束軸方向をｄ軸とし、これに直交するトルク軸方向をｑ軸とし、これらｄｑ座標軸上で所謂ベクトル制御を実行する。
【００１５】
位置検出部７は、上記エンコーダ３とともに回転位置検出手段８を構成しており、エンコーダ３から与えられた出力信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＺに基づいて、モータ２のロータの絶対的な回転角度である位置Ｐを検出する。位相角演算部９（制御位相角生成手段に相当）は、その検出位置Ｐにモータ２の極対数（上述したモータでは１２）を乗算することにより電気角としての位相角θを得る。
【００１６】
回転速度検出部１０（回転速度検出手段に相当）は、検出位置Ｐに基づいて回転速度ωを検出する。位置制御部１１は、減算器１２とＰＩ演算部１３とから構成されており、目標の停止回転位置Ｐｒ（以下、指令位置Ｐｒと称す）から検出位置Ｐを減算して位置偏差ΔＰを得た後、ＰＩ演算を行って指令回転速度ωｒを生成する。位置偏差ΔＰを演算する際、オーバーフローを防ぐためのリミット処理を行っている。
【００１７】
減算器１４は、指令回転速度ωｒから検出回転速度ωを減算して速度偏差Δωを求め、ＰＩ演算部１５は、速度偏差Δωに対するＰＩ演算を実行して指令ｑ軸電流Ｉqrを生成する。これら減算器１４とＰＩ演算部１５により速度制御手段１６が構成されている。なお、指令ｄ軸電流Ｉdrは一定値としている。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換器等からなる電流検出部１７は、上記電流検出器６ａ、６ｂ、６ｃとともに電流検出手段１８を構成しており、電流検出器６ａ、６ｂ、６ｃから出力された信号に基づいて３相電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを求める。電流変換部１９（座標変換手段に相当）は、これら３相電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃに対し位相角θを用いて３相−２相変換および回転座標変換を行い、検出ｄ軸電流Ｉｄと検出ｑ軸電流Ｉｑを求める。
【００１９】
減算器２０は、上記指令ｄ軸電流Ｉdrから検出ｄ軸電流Ｉｄを減算してｄ軸電流偏差ΔＩｄを求め、ＰＩ演算部２１は、そのｄ軸電流偏差ΔＩｄに対するＰＩ演算を実行して指令ｄ軸電圧Ｖｄを生成する。同様に、減算器２２は、指令ｑ軸電流Ｉqrから検出ｑ軸電流Ｉｑを減算してｑ軸電流偏差ΔＩｑを求め、ＰＩ演算部２３は、そのｑ軸電流偏差ΔＩｑに対するＰＩ演算を実行して指令ｑ軸電圧Ｖｑを生成する。これら減算器２０、２２とＰＩ演算部２１、２３により電流制御手段２４が構成されている。
【００２０】
電圧変換部２５（座標変換手段に相当）は、これらｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑに対し位相角θを用いて２相−３相変換および回転座標変換を行い、３相の電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを求める。ＰＷＭ制御部２６（通電信号形成手段に相当）は、専用のタイマを用いてこれら相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃに対しＰＷＭ演算を実行して転流信号（３相通電信号に相当）を生成する。
【００２１】
一方、図１に示す位相制御による位置決め制御では、回転速度検出部１０と速度制御手段１６は処理を停止する。また、位相角演算部９は、上述した極対数の乗算処理を停止し、速度制御による位置決め制御（図２）から位相制御による位置決め制御（図１）に切り替えられた時の位相角θを維持して出力する。位置制御部１１のＰＩ演算部１３は、位置偏差ΔＰに対するＰＩ演算を実行して補正角θｐを生成し、加算器２７は、位相角演算部９から出力される切り替え時の位相角θに補正角θｐを加算して補正後の位相角θを生成する。上記位置制御部１１と加算器２７により位置制御手段２８が構成されている。
【００２２】
次に、本実施形態の作用について図３に示すフローチャートも参照しながら説明する。
モータ制御装置１は、位置決め指令が入力されると、図３に示す位置決め制御を開始する。この位置決め制御では、位置偏差ΔＰすなわち現在の位置Ｐから指令位置Ｐｒに達するまでの残り移動量に基づいて制御方法を切り替えている。例えば、位置反転のために指令位置Ｐｒが位置決め制御の開始時の位置から１８０［°］の角度位置に設定された場合、モータ制御装置１は、位置偏差ΔＰ（角度）が３６［″］以下であるか否かを判断し（ステップＳ１）、「ＮＯ」と判断すると図２に示す構成により速度制御による位置決め制御を実行する（ステップＳ２：第１の制御態様）。
【００２３】
この速度制御による位置決め制御は、初めに説明したように位置偏差ΔＰに応じて指令回転速度ωｒを生成する位置フィードバックループと、速度偏差Δωに応じて指令ｑ軸電流Ｉqrを生成する速度フィードバックループとを有効化する。指令ｄ軸電流Ｉdrは一定である。これにより、位置偏差ΔＰが大きいほど指令回転速度ωｒが大きくなり、それに伴ってｑ軸電流Ｉｑおよびｑ軸電圧Ｖｑも大きくなる。従って、高いトルクが得られ応答性が高く、指令位置Ｐｒ近傍にまで短時間で回転させることができる。しかし、プロセッサのＰＷＭ制御部２６における電圧振幅の分解能は比較的低く、また速度フィードバックループが介在するため、高精度の位置決めが難しい欠点がある。
【００２４】
これに対し、モータ制御装置１は、位置偏差ΔＰ（角度）が３６［″］以下である（ＹＥＳ）と判断すると、図１に示す構成により位相制御による位置決め制御を実行する（ステップＳ３：第２の制御態様）。この位置決め制御では、速度制御を停止し、指令ｄ軸電流Ｉdrを一定のままとし、指令ｑ軸電流Ｉqrをゼロにする。そして、位相角演算部９は、この位置決め制御に切り替えられた時の位相角を保持し、位置偏差ΔＰに応じて位相角θを補正制御する位置フィードバックループを有効化する。
【００２５】
この場合、プロセッサは、位置制御部１１の減算器１２における機能として以降の１６ビット乗算演算におけるオーバーフローを防止するために以下のリミット処理を実行する。ここで、S_PreSet_dev32は位置偏差ΔＰを表す変数で、S_tempは一時変数である。
If      (S_PreSet_dev32>0x00007fff)
S_temp = 0x7fff
Else if (S_PreSet_dev32 < 0xffff8000)
S_temp = 0x8000
Else
S_temp = S_PreSet_dev32の下位１６ビット
【００２６】
続いて、プロセッサは、ＰＩ演算部１３の機能として、１６ビットの位置偏差から下記の式に従って補正角θｐ（変数S_phase_user）を計算する。PhaKp、PhaKiは、それぞれ位相補正位置決め制御の比例ゲイン、積分ゲイン、S_phase_user_Iは積分項を示す変数であり、第１式が積分演算の式、第２式が積分演算結果と比例演算結果とを加えた式である。なお、慣例に従って(n)はデジタル制御周期を表している。
S_phase_user_I(n) = S_phase_user_I(n-1) + PhaKi* S_temp
S_phase_user(n)   = S_phase_user_I(n)   + PhaKp* S_temp
【００２７】
プロセッサは、この算出した変数S_phase_userに対して補正角の制限を施す。そして、加算器２７の機能として、位相制御による位置決め制御に切り替えられた時の位相角θに対応する変数をS_theta_Lockとして、次の式に従って位相角θ（変数R_theta_com）を計算する。
R_theta_com = S_theta_Lock + S_phase_user
【００２８】
この位相制御による位置決め制御は、速度フィードバックループが介在せず、指令ｄ軸電流Ｉdrと指令ｑ軸電流Ｉqrが固定されているために、速度フィードバックループに起因する電圧変動ひいてはトルク変動が生じにくい。位相角θのデジタルデータの分解能は、一般に上記ＰＷＭ制御部２６（タイマ）における電圧振幅の分解能よりも高くでき、さらにｑ軸電流Ｉｑをゼロに制御して発生トルクを抑えることにより微小トルクの制御が一層容易となる。その結果、上記速度制御による位置決め制御に比べて応答性は低いものの高精度の位置決め制御が可能となる。
【００２９】
モータ制御装置１は、上述したステップＳ２またはＳ３の処理が終了すると、現在位置Ｐが指令位置Ｐｒ（反転位置）に達したか否かを判断する。ここで、一致していない（ＮＯ）と判断するとステップＳ１に移行し、一致した（ＹＥＳ）と判断すると位置決め制御を終了する。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置１は、位置偏差ΔＰが所定値以下になると、位置偏差ΔＰに応じて位相角θを直接制御する位相制御による位置決め制御を実行するので、指令位置Ｐｒの近傍において高精度の位置決めを行うことができる。また、位置偏差ΔＰが所定値よりも大きい場合には速度制御による位置決め制御を実行するので、全体として応答性と効率を高めることができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図４および図５を参照しながら説明する。
図４および図５はモータ制御システムの構成を示しており、図１および図２と同一部分には同一符号を付している。モータ制御装置２９は、電流制御ループを備えず直接電圧を制御する構成において第１の実施形態と異なっている。
【００３２】
このモータ制御装置２９も、位置偏差ΔＰが大きい場合には、図５に示すように位置偏差ΔＰに応じて指令回転速度ωｒを得る位置フィードバックループを採用するとともに、速度偏差Δωに応じてｑ軸電圧Ｖｑを得る速度フィードバックループを採用する（速度制御による位置決め制御）。ＰＩ演算部３０は、速度偏差Δωに対するＰＩ演算を実行して指令ｑ軸電圧Ｖｑを生成するもので、減算器１４とともに速度制御手段３１を構成している。なお、ｄ軸電圧Ｖｄは一定値としている。
【００３３】
位置偏差ΔＰが小さくなると、図４に示すように速度フィードバックループを無効化し、ｄ軸電圧Ｖｄを一定値、ｑ軸電圧Ｖｑをゼロとした上で、位置偏差ΔＰに応じて位相角θを制御する位置フィードバックループを採用する（位相制御による位置決め制御）。この場合、位置制御部１１と加算器２７により位置制御手段３２が構成されている。
【００３４】
このモータ制御装置２９を用いた位置決め制御も、第１の実施形態と同様の処理に従って実行され、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。また、電流フィードバックループを除いたので、当該ループに起因する電圧変動ひいてはトルク変動が発生せず、第１の実施形態よりもさらに高精度の位置決めを行うことができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図６ないし図９を参照しながら説明する。
図６はモータ制御システムの構成を示しており、図１と同一部分には同一符号を付している。モータ制御装置３３は、位置偏差ΔＰが大きい場合には図２と同じ構成により速度制御による位置決め制御を実行し、位置偏差ΔＰが小さくなると、図６に示す構成を用いて位置偏差ΔＰに応じて相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを補正制御する位置フィードバックループを採用する（以下、相電圧補正による位置決め制御と称す）。
【００３６】
相電圧補正による位置決め制御に切り替えられると、回転速度検出部１０と速度制御手段１６は処理を停止する。また、位相角演算部９は、上述した極対数の乗算処理を停止し、切り替え時の位相角θを維持して出力する。位置制御部１１のＰＩ演算部１３は、位置偏差ΔＰに対するＰＩ演算を実行して相電圧補正値Ｖｐを生成する。
【００３７】
選択部３４は、位相角θに基づいて相電圧補正を行う相（ａ相、ｂ相、ｃ相）と補正の向き（極性）とを選択し、当該選択した相に対し所定の極性で相電圧補正値Ｖｐを出力する（図８参照）。加算器３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、それぞれ電圧変換部２５から出力された相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃと選択部３４から出力された相電圧補正値Ｖｐとを加算する。これら位置制御部１１、選択部３４および加算器３５ａ、３５ｂ、３５ｃにより位置制御手段３６が構成されている。
【００３８】
図７は、位置決め制御のフローチャートであり、図３に示した各処理ステップと同一の処理ステップには同一のステップ番号を付している。位置反転のために指令位置Ｐｒが位置決め制御の開始時の位置から１８０［°］の角度位置に設定された場合、モータ制御装置３３は、位置偏差ΔＰが１０［″］以下であるか否かを判断し（ステップＳ１１）、「ＹＥＳ」と判断すると相電圧補正による位置決め制御を実行する（ステップＳ１２：第２の制御態様）。この位置決め制御では、上述したように速度制御を停止し、指令ｄ軸電流Ｉdrを一定のままとし、指令ｑ軸電流Ｉqrをゼロにする。位相角演算部９は、この位置決め制御に切り替えられた時の位相角θを保持し、位置偏差ΔＰに応じて何れかの相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを補正制御する位置フィードバックループを有効化する。
【００３９】
この場合、プロセッサは、第１の実施形態と同様のリミット処理を実行し、ＰＩ演算部１３の機能として、１６ビットの位置偏差から下記の式に従って相電圧補正値Ｖｐ（変数S_phase_userM20）を計算する。PhaM20Kp、PhaM20Kiは、それぞれ相電圧補正位置決め制御の比例ゲイン、積分ゲイン、S_phase_userM20_Iは積分項を示す変数であり、第１式が積分演算の式、第２式が積分演算結果と比例演算結果とを加えた式である。
S_phase_userM20_I(n) = S_phase_userM20_I(n-1) + PhaM20Ki* S_temp
S_phase_userM20(n)   = S_phase_userM20_I(n)   + PhaM20Kp* S_temp
【００４０】
プロセッサは、この算出した変数S_phase_userM20に対して相電圧補正量の制限を施す。そして、選択部３４は、図８に示すように電気角の３６０［°］を６０［°］ごとの６つの角度領域に区分し、位相角θ（変数R_theta_com）が属する角度領域に応じて所定の１つの相電圧を補正する。図９は、図８に示す対応関係を導出するための説明図である。例えば、位相角θが１２０［°］から１８０［°］の角度領域にある場合、モータ２の正回転すなわち位相角θの増加とともにｃ相電圧Ｖｃが増加する。そこで、ａ相電圧Ｖａとｂ相電圧Ｖｂは電圧変換部２５から出力される値のままとし、ｃ相電圧Ｖｃを正極性の相電圧補正値Ｖｐ（変数S_phase_userM20）で補正する。その結果、モータ２は、相電圧補正値Ｖｐに応じた微小な角度だけ正回転の向きに回転する。その他の角度領域についても同様となる。
【００４１】
この相電圧補正による位置決め制御は、速度フィードバックループが介在せず、指令ｄ軸電流Ｉdrと指令ｑ軸電流Ｉqrが固定されているために、速度フィードバックループに起因する電圧変動ひいてはトルク変動が生じにくい。そして、所定相の相電圧を直接補正するので、モータ２に印加される三相交流に僅かな歪が生じるものの微小な角度の回転制御が可能となり、速度制御による位置決め制御に比べて高精度の位置決め制御が可能となる。また、位置偏差ΔＰが所定値よりも大きい場合には速度制御による位置決め制御を実行するので、全体として応答性と効率を高めることができる。
【００４２】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について図１０を参照しながら説明する。
図１０は、モータ制御システムの構成を示しており、電流制御ループを備えていない構成において図６に示す第３の実施形態と異なっている。
【００４３】
このモータ制御装置３７は、位置偏差ΔＰが大きい場合には、図５に示す構成により速度制御による位置決め制御を実行し、位置偏差ΔＰが小さくなると、図１０に示すように速度フィードバックループを無効化し、ｄ軸電圧Ｖｄを一定値、ｑ軸電圧Ｖｑをゼロとした上で、位置偏差ΔＰに応じて相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを補正制御する相電圧補正による位置決め制御を実行する。
【００４４】
このモータ制御装置３７を用いた位置決め制御も、第３の実施形態と同様の処理に従って実行され、第３の実施形態と同様の作用および効果が得られる。また、電流フィードバックループを除いたので、当該ループに起因する電圧変動ひいてはトルク変動が発生せず、第３の実施形態よりもさらに高精度の位置決めを行うことができる。
【００４５】
（第５の実施形態）
本実施形態のモータ制御装置は、電流フィードバックループを持つ形式の場合、位置偏差ΔＰの大きさに応じて図２、図１、図６に示す第１、第２、第３の制御態様を切り替えながら位置決めを行うようになっており、電流フィードバックループを持たない形式の場合、位置偏差ΔＰの大きさに応じて図５、図４、図１０に示す第１、第２、第３の制御態様を切り替えながら位置決めを行うようになっている。
【００４６】
図１１は、上記何れの形式にも共通に適用可能な位置決め制御のフローチャートであり、図３および図７に示した各処理ステップと同一の処理ステップには同一のステップ番号を付している。すなわち、位置偏差ΔＰが第１のしきい値である３６［″］よりも大きい場合には、図２または図５に示す速度制御による位置決め制御を実行する。そして、位置偏差ΔＰが１０［″］より大きく３６［″］以下になると、図１または図４に示す位相制御による位置決め制御を実行する。さらに、位置偏差ΔＰが１０［″］以下になると、図６または図１０に示す相電圧補正による位置決め制御を実行する。
本実施形態によれば、位置偏差ΔＰが小さくなるに従って、より微小角度の位置決めが可能な位置決め制御に順次切り替えるので、高い応答性とともに高精度の位置決め制御が可能となる。
【００４７】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
各実施形態は、速度制御による位置決め制御との切り替えを行う構成としたが、当該切り替えを行わず、位相制御による位置決め制御のみまたは相電圧補正による位置決め制御のみを用いて位置決めを行ってもよい。また、位相制御による位置決め制御と相電圧補正による位置決め制御とを切り替えて位置決めを行ってもよい。
【００４８】
位相制御による位置決め制御および相電圧補正による位置決め制御において、指令ｑ軸電流Ｉqrまたは指令ｑ軸電圧Ｖｑをゼロとしたが、位置決め精度との関係で微小なトルク制御が可能となる程度に発生トルクが低下する設定範囲内においてゼロでない一定値としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態であって位相制御による位置決め制御のシステム構成図
【図２】速度制御による位置決め制御のシステム構成図
【図３】位置決め制御のフローチャート
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図５】図２相当図
【図６】本発明の第３の実施形態を示す図１相当図
【図７】図３相当図
【図８】位相角と補正する相電圧との対応関係を示す図
【図９】図８に示す対応関係を導出するための説明図
【図１０】本発明の第４の実施形態を示す図１相当図
【図１１】本発明の第５の実施形態を示す図３相当図
【符号の説明】
【００５０】
図面中、１、２９、３３、３７はモータ制御装置、２はブラシレスＤＣモータ、８は回転位置検出手段、９は位相角演算部（制御位相角生成手段）、１０は回転速度検出部（回転速度検出手段）、１６、３１は速度制御手段、１８は電流検出手段、１９は電流変換部（座標変換手段）、２４は電流制御手段、２５は電圧変換部（座標変換手段）、２６はＰＷＭ制御部（通電信号形成手段）、２８、３２、３６は位置制御手段である。
【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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