JPH0240045A - スロットルバルブ駆動用ステップモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はスロットルバルブ駆動用ステップモータ制御方
法に係り、特に急激な逆転を円滑に行なうようにした制
御方法に関する。

〈従来の技術とその課題〉 車両のエンジンへの給気量を制御するスロットルバルブ
は、微小開閉制御が必要なためステップモータ及び減速
系に連結されて制御される。このス四ットルバルブ駆動
用モータ（以下モータという）はアクセル位置やトルク
指示値により決る目標位置に遅れなく追従することが要
求される。この場合、モータは刻々変化する位置制御が
容易であり、換言すれば位置フィードバック不要の開ル
ープ制御を行なっており、スロットルバルブ制御に好適
であるが、急激な逆転時には税調の可能性が高い。

このような急激な逆転による税調を防止するために、従
来では第６図に示すように逆転指示があるとモータの減
速を行ない停止の後逆転を開始し低速からの加速につい
で通常の逆転を行なう手順をふむ逆転を行なっている。

ところが、この方法においては逆転指示後のモータの減
速時にもスロットル開度が変化しており、減速・停止・
低速逆転の時間は行き過ぎ量を生じてしまい、また、通
常の逆転回復のための時間遅れも生ずる。

また、税調防止のために第７図に示すように、逆転指示
により一旦停止し振動が収まるまでまって、その後逆転
する方法もあるが、この場合は振動減衰時間を十分に取
る必要があって時間遅れが甚だしい。

本発明はこうした課題を解決するため行き過ぎ量を生ぜ
ず時間遅れもわずかで急激な逆転を可能としたスロット
ルバルブ駆動用ステップモータ制御方法を提供する。

〈課題を解決するための手段〉 上述の目的を達成する本発明は、スロットルバルブを開
閉駆動するステップモータを逆転させる場合、現在の励
磁相の時間を最短自由振動の約半周期より長く延長し、
この自由振動による速度位相の逆転時を待って逆転励磁
を行なうようにしたことを特徴とする。

〈作　　　用〉 励磁相を固定したことにより、自由振動にて生した速度
位相の逆転時に逆転励磁を行なうと、駆動方向と運動方
向とが合致することになり、税調することなく直ちに運
転ができる。

ここで、モータの励磁を固定した場合のトルク、自由振
動及びその後の脱調の状態を図示するに、モータの励磁
の固定によって第８図に示すように±１ステップ間に１
〜ルクの最大、最小を有する特性を有し、しかも励磁固
定（停止）によって第９図に示す自由振動が発生する。

こうしてみると、モータのステータに対するロータの相
対的な位相の偏差が大きくなるとそれに応じてトルクも
増大し、この位置偏差が大きなステップ応答の波の頂点
にてロータに外力が加わると容易に脱調することが判明
する。

逆転による脱調時のことを考察してみると、第１０図に
示すようにパルスによるステップモータの駆動において
、位置偏差がＯを中心に往復する特性があり、またロー
タ角速度も変化する特性を考慮すると、例えば矢印に示
す時計方向回転のループをえかく運転特性が得られるが
、この運転特性上Ｒ点にて直ちに逆転を開始すると速度
と逆転駆動方向とが一致しない場合急激に位置偏差が増
大してしまい税調領域に移行する。

本発明者は、かかる税調に結び付く挙動を考察した結果
、第１１図（ａｌに示す第１象限の状態で逆転励磁をし
たことによる税調を第３象限の状態にて逆転すれば、自
由振動を最大限利用できることを見出した。すなわち、
駆動方向と逆方向の振動時に逆転励磁をすれば脱調せず
に逆転可能となることとなる。すなわち、第１１図（ａ
）に示すように、零にまたがって位置偏差±Δθなる正
転暗領域にて、逆転可能な状態にするため励磁相を固定
しモータを自由振動の状態にである時間を経てその後に
逆転励磁をする。この逆転励磁は自由振動の速度の位相
が第１１図（ｂ）の如く逆転した状態では第１１図（ａ
）の逆転時領域にスムーズに移行する。この場合、自由
振動を用いているので、第１１図（ｂ）の励磁相同定時
間は一定着 であり共振の≠周期である。

このような方二黴による制御シミュレーション結果を第
１２図（ａｌ　（ｂｌに示す。この第１２図（ａｌにお
いて、最上波形はトルク、中間波形は位置偏差、最低波
形はロータ角速度の各波形を示している。ステップモー
タを始動させてθが上昇して最上ループＬにて運転中逆
転指令にて自由振動とし速度の位相が逆転したとき逆転
を開始した場合、第３象限に移行する。

すなわち、第１２図Ｆ、１にて停止期間前後にてトルク
、位置偏差が変化するのみならず、速度の移送θが逆転
する。通常のモータは共振周波数が１．３０　Ｈｚ〜１
８０Ｈｚであるので、このシミュレーションでの制御遅
れは２．５　ｍ５ｅｃ〜３．５　ｍ５ｅｃとなり、税調
もなく遅れのわずかな逆転が可能となる。

〈実　施　例〉 ここで、本発明方法の実施例を第１図ないし第５図を参
照して説明する。第１図はモータ駆動方法を継続回転、
即逆転、停止からの起動に場合わけしたフローを示す。

コンピュータ内部においては、まずロータの現在位置に
＠標位置と比較して、駆動方向の状態変化を判定ずろ（
ブロック１）。この結果、同方向に回転を継続する場合
には、駆動ステップ数分のパルスを発生しくブロック２
）、継続する。

次に、ブロック１の判定により逆転を行なう場合、現在
高速駆動中か否かを判定する（ブロック３）高速駆動中
でない場合、後述の停止からの起動フローに移行する。

高速駆動中の場合、例えば最大自起動のｖ２ｐｐｓ（パ
ルス７秒）程度−例として６００　ＰＰＳ以上の速度で
は、逆転指令が出ても逆相高速では逆転が難しいので、
励磁を保持し自由振動にて速度の位相を反転させる。こ
の位相反転は、連続駆動中速度と位置偏差が略一定であ
り、自由振動が開始しても速度は駆動方向と一致してい
ることから、自由振動の半周期後に生ずる乙ととなる。

この後逆転励磁を行なうことで駆動方向と運動方向とを
合わせて税調を防止できる。すなわち、ブロック３によ
る高速駆動の判定結果、位相反転後の逆転処理に移り　
（ブロック４）、この処理指令によってまず、自由振動
の逆相期間のタイミングをとるため、まず、現在相の励
磁時間ＴＰを自由振動周期の０．５〜０．８倍である自
由振動保持時間Ｔ９から減算することにより現在相の励
磁保持時間Ｔｈを求め（ブロック５）、ついでこの時間
Ｔｈ間タイマにて現在相の励磁を保持しくブロック６）
、このタイマによる保持時間後進方向駆動パルスを発生
させて（ブロック７）逆転励磁を行なっている。

逆転含む再起動にて即起動可能でない停止からの起動で
は、まず、ブロック８にて完全停止か低速からの停止か
低速駆動かを判定する具体的には停止後３０ｍ５以上経
過している７！ｌ）、６００　ＰＰＳ以下で停止してい
るか又は６００　ＰＰＳ以下で駆動中かを判定する。こ
れら条件を満たす場合には、税調の危険なく即逆転（起
動）を行なう（ブロック９）。そして、ブロック２と同
様の駆動パルスを発生させる（ブロック１０）。ブロッ
ク８において完全停止低速からの停止、低速駆動を満た
してない場合、停止励磁開始からの時間により速度の位
相を調べ、次の回転方向と同じか反対かを判定する（ブ
ロック１１）。同じ場合にはブロック９に移り即起動と
なるのであるが、このブロック１１の判定でζよ第１図
（Ｃ１に示すように現在相の励磁時間Ｔｐを第２図に示
す振動周期Ｔｃにて割った余りをτとすると、ブロック
ｌｌａではτを求め、とのでか自由振動の必要保持時間
ＴＳより大きいとき逆転（ブロック１ｌｂ）必要保持時
間Ｔ９より小さいときそのままの正転（ブロック１１ｃ
）を行なう。ブロックｌｌｂ、ｌｉｅの条件が満たされ
ないとき、速度反転を待って逆転（起動）を行なう　（
ブロック１２）。この後ブロック１３ではブロック５と
同様の保持時間を計算しＴｈ−Ｔ、−τにより現在相の
励磁をＴｈ間貸なうブロック６に移る。停止からの再起
動様子の一例を第３図にて例示する。

以上が制御方法のフローであるが、ここで制卸装置の簡
略構成を第４図に示す。第４図において、コンピュータ
では回転方向指定ロジック２０、励磁時間指定ロジック
２１を内蔵しており、この回転方向指定ロジック２０に
より正逆切替部２２を制御する。この正逆切替部２２は
、励磁時間指定ロジック２１の変更によりタイマ２３が
作動されると前述の時間Ｔ７．の計数により切替タイミ
ングがとられる。励磁切替は励磁相テーブル２４に基づ
き、例えば２種類の巻線にＡ方向Ｘ（Ａと逆）方向、Ｂ
方向Ｕ（Ｂと逆）方向の電流が流され、正転又は逆転が
行なわれる。

第５図は第１図による方法とは別の方法を示すための逆
転可能性判定回路の一例で、位置を微分して速度を出す
一方、駆動パルスを積分した位置と現在位置との偏差を
得ることにより、速度−位置偏差の座標にてらして逆転
の可否を判定し安全な上体であれば逆転するものである
。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、従来の如く行き過
ぎ量や遅れ時間がなくて、逆転を行なうことができ、特
に現状のハードウェアを変えることなく実現でき最初か
ら高速駆動が可能でありソフトウェアの変更も少なくて
済む。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）　（ｅｌは本発明方法の実施例の
フロー図、第２図は速度位相を指定する波形図、第３図
は停止からの再起動を示ず波形図、第４図は制御回路の
簡略構成図、第５図は他の制御方法を示す図、第６図第
７図は従来の逆転方法の波間　　　　　中、 １〜１３は機能ブロック、 ２０は回転方向指定ロジック、 ２１は励磁時間指定ロジック、 ２２は正逆切替部、 ２３ばタイマ、 ２４（よ励磁相テーブルである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　スロットルバルブを開閉駆動するステップモータを逆
   転させる場合、現在の励磁相の時間を最短自由振動の約
   半周期より長く延長し、この自由振動による速度位相の
   逆転時を待って逆転励磁を行なうようにしたスロットル
   バルブ駆動用ステップモータ制御方法。