电机驱动电压控制装置以及电机驱动电压控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电机驱动，涉及供应给电机的驱动电压的量化噪声的降低。
【背景技术】
[0002]已知通过对施加给电机的电压的振幅进行PWM控制来进行电机的旋转速度控制。在PWM控制中，通过将用于控制电机驱动的控制信号的振幅调制为脉冲宽度，将进行了 PWM调制的驱动电压信号施加给电机，从而控制供应给电机的电力，由此控制旋转速度。
[0003]图4 (a)是基于PWM控制的电机控制的概略图。在图4 (a)所示的电机的PWM控制中，在PWM调制部101中将用于控制旋转的驱动指令信号的振幅PWM调制为脉冲宽度，将进行了 PWM调制的调制信号施加给电机20。
[0004]在基于PWM控制的电机控制中，已知旋转速度根据驱动电压的波纹量而变动的问题。
[0005]若将通过PWM调制而得到的驱动电压(PWM信号)施加给电机，则在电机中流过平滑化后的驱动电流。此时，电机的驱动电流由于在追随作为PWM信号的驱动电压的变化时的变动而产生波纹量。该驱动电流的波纹量伴随驱动电压的高电压化而增大。图6(a)、(b)是用于说明在PWM调制时产生的波纹量的图。在驱动电压的振幅小的情况下，电压变动量小因此波纹量也小，但在驱动电压的振幅大的情况下，电压变动量大因此波纹量增大。图6(a)、(b)中的虚线示出波纹量的一例。
[0006]在电机控制中，已知通过利用Δ Σ调制来降低扭矩波纹(卜；P夕y、y 7°；L-)的技术(专利文献I)。
[0007]在专利文献I中公开的是，在基于PWM调制的电机驱动中，通过在施加给线圈的电压的定时对△ Σ调制的输出信号进行负反馈，从而降低由于构成PWM电路的比较器或MOSFET的开关延迟导致的偏移所显现的扭矩波纹的技术。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:特开平5 — 344780号公报(段落
[0007]，段落
[0010])
[0011]专利文献2:特开2003 - 124812号公报
【发明内容】
[0012]发明要解决的课题
[0013]在基于数字处理的驱动指令信号的PWM调制中，驱动指令信号的振幅的分辨率依赖于时钟周期而被限制为时钟周期的宽度。由于将时钟周期的宽度设为最小单位，所以不能使分辨率比时钟周期小。因此，存在在所调制的PWM调制信号中，在基于PWM调制的量化时包含量化噪声的问题。量化噪声是在对信号振幅进行了量化时产生的振幅误差，是量化步长的1/2。
[0014]在基于PWM控制的电机的速度控制中，存在控制精度由于量化噪声而降低的问题。使用图4(b)来说明基于量化噪声的电机的控制精度的降低。
[0015]作为量化噪声增大的要因，例如存在以下的两个要因。
[0016]要因1:第一要因是由于驱动指令信号的电压变化幅度大引起的。由于在PWM的分辨率为固定的情况下用于表示驱动指令信号的比特数被抑制，所以驱动指令信号的电压变化幅度越大则量化噪声变得越大。
[0017]要因2:第二要因是由于伴随PWM的高频化的PWM的分辨率的降低引起的。
[0018]在PWM控制中，即使将脉冲电压施加给电机，通过电机的线圈的电感而平滑化后的电流流过电机，能够得到流畅的动作。但是，在由于脉冲电压的变动幅度大而来不及平滑化从而产生扭矩波纹的情况下，需要使PWM控制的频率更高频率化，抑制信号间的脉冲电压的变动幅度。为了提高PWM控制的频率，对电子电路的处理速度来说存在限制，所以需要降低PWM的分辨率。PWM的分辨率的降低成为使量化噪声增大的要因。
[0019]在PWM调制中，由于进行调制的周期间隔为以一周期内的时钟数(分辨率)和时钟周期之积来表示的关系，所以在时钟周期为一定的情况下，若通过高频化来缩短调制的周期间隔，则一周期内的脉冲数(分辨率)减少。由于分辨率与层次(階調)数存在关联性，在低的分辨率中难以设定高的层次数，因此高频化成为增大量化噪声的要因。
[0020]图5是用于说明PWM调制的周期间隔和分辨率之间的关系的图。图5(a)?(C)表示PWM调制的调制频率为低频率的情况，图5 (d)?(f)表示PWM调制的调制频率为高频率的情况。
[0021]图5(a)、(d)表示进行PWM调制的调制的周期间隔，图5(b)、(e)表示一周期间隔内的一个脉冲，图5(c)、(f)表示一周期间隔内的时钟。
[0022]周期间隔由于高频化而缩小(图5(a)、(d))，所以在时钟周期为一定的情况下，一周期内的时钟数减少(图5(c)、(f))。一周期内的时钟数与分辨率关联，所以分辨率由于高频化而降低。
[0023]在寻求高输出的产业机械或机器人等中使用的电机中，存在为了得到较高的电机输出，寻求将对电机的施加电压高电压化的情况。该高电压化在上述的两个要因中，进一步使量化噪声增加。
[0024]在第一要因中，若将驱动指令信号高电压化则电压变化幅度变大，使得量化噪声增大。
[0025]此外，在第二要因中，为了降低伴随驱动指令电压的高电压化的波纹量的增大的影响，考虑将PWM调制的调制频率高频化。
[0026]图6(c)、(d)是用于说明将调制频率高频化导致的波纹量的降低的图。图6(c)表不PWM调制的调制频率低的情况，图6 (d)表不PWM调制的调制频率尚的情况。与调制频率低的情况下的波纹量(图6(c))相比，调制频率高的情况下的波纹量rH(图6(d))由于周期间隔缩短而降低。
[0027]该高频化导致的波纹量的降低更加提高第二要因导致的量化噪声的增大。
[0028]量化噪声的增大使施加给电机的施加电压的控制精度降低，进而使电机速度的控制精度降低。
[0029]因此，本发明解决所述的以往的问题，其目的在于，抑制伴随量化噪声的增大的施加电压的控制精度的降低，提高电机速度的控制精度。
[0030]用于解决课题的手段
[0031]本发明在根据驱动指令信号形成供应给电机的驱动电压信号时，在进行PWM调制前进行低层次化以及噪声整形调制。通过低层次化，将驱动电压信号的层次度设为PWM调制的分辨率的范围内，即使驱动电压信号为高频率也能够进行PWM调制。
[0032]通过进行噪声整形调制，使驱动电压信号中包含的数字化导致的量化噪声偏重于高频带域侧，从而降低低频带域侧的量化噪声的等级。通过对基于低层次化的调制信号之中的高频带域侧的分量进行截断而使用低频带域侧的分量，从而抑制量化噪声。通过抑制量化噪声，以高精度控制施加给电机的驱动电压。该量化噪声的抑制效果能够通过将驱动电压高电压化的情况来实现较大的效果。
[0033]通过噪声整形调制，偏重于高频带域侧的量化噪声能够由电机具备的线圈的电感构成的低通滤波器去除，因此除了将电机具备的线圈设为电机本身的结构要素之外，还能够将其活用为低通滤波器的结构要素。噪声整形调制除了能够使用例如△ Σ调制之外，还能够基于其他调制方式(例如，专利文献2)。
[0034]本申请发明能够设为电机驱动电压控制装置和电机驱动电压控制方法这两个方式。
[0035]本申请发明的电机驱动电压控