特開 2022-114576 レーザダイオード駆動用電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022114576

(43)【公開日】2022-08-08

(54)【発明の名称】レーザダイオード駆動用電源装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/042 20060101AFI20220801BHJP

   H02M 3/00 20060101ALI20220801BHJP

【ＦＩ】

H01S5/042 630

H02M3/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021010901

(22)【出願日】2021-01-27

(71)【出願人】

【識別番号】000144393

【氏名又は名称】株式会社三社電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森本 健次

(72)【発明者】

【氏名】中村 亮介

【テーマコード（参考）】

5F173

5H730

【Ｆターム（参考）】

5F173SC10

5F173SE01

5F173SF13

5F173SF43

5F173SF64

5F173SG07

5H730BB57

5H730CC01

5H730DD04

5H730EE59

5H730FD31

5H730FG05

(57)【要約】

【課題】目標値が変動しても、電流指令値の立ち上がり時間が一定となり、且つ駆動電流のステップ応答が常に最適となるＬＤ駆動用電源装置を提供する。
【解決手段】外部から前記駆動電流の目標値を示す上位指令値を連続的に受信し、且つ外部から電流指令値の立ち上がりの傾きを示す情報を受信し、前記情報に基づいて電流指令値を生成する制御部において、前記電流指令値の立ち上がりの傾きを、前回受信して設定した前回目標値と今回受信して設定した今回目標値との差に基づいて補正する第１補正部と、前記電流指令値を、予め設定した切替点に達したときから、前記今回目標値になるまで補正する第２補正部とを備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザダイオードに駆動電流を出力するレーザダイオード駆動用電源装置において、
外部から前記駆動電流の目標値を示す上位指令値を連続的に受信し、且つ外部から電流指令値の立ち上がりの傾きを示す情報を受信し、前記情報に基づいて電流指令値を生成する制御部と、
前記電流指令値に基づいて前記駆動電流を生成する電力変換部と、を備え、
前記制御部は、
前記電流指令値の立ち上がりの傾きを、前回受信して設定した前回目標値と今回受信して設定した今回目標値との差に基づいて補正する第１補正部と、
前記電流指令値を、予め設定した切替点に達したときから、前記今回目標値になるまで補正する第２補正部とを備える、レーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記上位指令値を連続的に受信しているときに、その傾きがなくなったときの上位指令値を前記今回目標値に設定する、請求項１記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記電流指令値をその値が前記切替点に達するまで前記情報に基づいて計算する、請求項１記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項4】

前記切替点は、前記今回目標値の大きさに応じて変更される、請求項１又は２記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項5】

前記第２補正部は、前記電流指令値を、前記今回目標値と前記電流指令値との偏差量に基づいて補正する、請求項１～４のいずれかに記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項6】

前記第２補正部は、前記電流指令値を、前記偏差量に所定の補正増幅率を乗じて補正する、請求項５記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項7】

前記第２補正部は、前記電流指令値を、一次遅れフィルタを通して補正する、請求項５または６記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項8】

前記情報と前記上位指令値は、上位システムコントローラから受信する、請求項１～７のいずれかに記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記第１補正部と前記第２補正部との動作を選択的に有効または無効にするスイッチが接続される、請求項１～８のいずれかに記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項10】

前記スイッチは、前記第１補正部の動作を選択的に有効または無効にする第１スイッチと、前記第２補正部の動作を選択的に有効または無効にする第２スイッチとを含む請求項９記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、溶接、切断などの金属加工プロセスに適用される、高出力で高速駆動するレーザ発振器の駆動用電源装置に関する。例えば、レーザ発振器としてレーザダイオードを用い、レーザビームを対象物に照射するレーザダイオード加工システムの駆動用電源装置(以下、ＬＤ駆動用電源装置)に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＤ駆動用電源装置は、パルスレーザ発振器として使用するレーザダイオードを高速に駆動する。このため、駆動電流の急峻な立ち上がりが要求され、例えば６０μｓ～６００ μｓの範囲で立ち上がり時間が設定される。また、駆動電流の目標値やパルス特性（ＤＣ 出力～２ｋＨｚ）も用途に応じて様々な値に設定される。

【0003】

そこで、ＬＤ駆動用電源装置は、駆動電流が任意の特性となるように、スイッチング素子を含む電力変換部と、フィードバック回路などを備えるＰＷＭ制御を含む制御部とを備えている。制御部は、ユーザにより設定された駆動電流の目標値に応じて、ＰＷＭ信号のパルス幅制御を行うようにしている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－２４０８０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＬＤ駆動用電源装置では、レーザダイオードに出力する駆動電流のパルス特性を設定するために、駆動電流の目標値や駆動電流の立ち上がりの傾きを示す情報が入力される。例えば、駆動電流の目標値として定格の１００％や５０％が入力され、駆動電流の立ち上がりの傾きを示す情報（以下、単に傾きを示す情報と称することがある）として、駆動電流の立ち上がりのステップ応答特性に対応するＳＴＥＰ信号が入力される。このような電源装置では、駆動電流の目標値は常時変動し、駆動電流の立ち上がりの傾きを示す情報は一定の値である。

【0006】

一方、ＬＤ駆動用電源装置では、レーザダイオードの特性により様々な駆動電流の仕様が要求される。ところが、上記の傾きを示す情報が一定の値であるため、駆動電流の目標値が変動すると、立ち上がり時間も変動してしまう問題がある。

【0007】

この問題について、図１を参照して説明する。

【0008】

図１は、ＬＤ駆動用電源装置に対して外部から入力されるレーザダイオードの駆動電流の目標値（以下、目標値）と、前記駆動電流を制御するためにＬＤ駆動用電源装置内部で生成される電流指令値の軌跡（点線）とを示す。

【0009】

ＬＤ駆動用電源装置が起動されると、ＬＤ駆動用電源装置内の制御部は駆動電流の傾きを示す情報を外部から受信し、その情報に基づいて電流指令値の傾きｄｉ／ｄｔを求める。制御部は、その後、ｄｉ／ｄｔにより電流指令値を設定し、駆動電流がその電流指令値になるように制御する。また、ＬＤ駆動用電源装置は、外部から目標値を上位指令値として連続的に受信する。

【0010】

図１に示す例では、同図（Ａ）に示すように起動時で目標値が０％、起動後に立ち上がった時の目標値が定格の１００％に設定されると、電流指令値の傾きｄｉ／ｄｔを前記情報に基づいて求め、この傾きｄｉ／ｄｔで電流指令値の制御が行われる。また、同図（Ｂ）に示すように前回目標値が定格の０％で今回目標値が定格の５０％に変更された場合も、上記の傾きｄｉ／ｄｔで電流指令値の制御が行われる。また、同図（Ｃ）に示すように前回目標値が定格の５０％で今回目標値が定格の１００％に変更された場合も、上記の傾きｄｉ／ｄｔで電流指令値の制御が行われる。いずれの場合も電流指令値の傾きｄｉ／ｄｔは同一である、なお、電流指令値の軌跡（点線）が目標値に対して１０％～９０％の時間は立ち上がり時間と定義される。図１（Ａ）では、目標値１００％に対して１０％から９０％の時間が立ち上がり時間Ｔ１、図１（Ｂ）では、目標値５０％に対して５％から４５％の時間が立ち上がり時間Ｔ１´、図１（Ｃ）では、目標値１００％に対して５５％から９５％の時間が立ち上がり時間Ｔ１´´である。

【0011】

上記の制御において、図１（Ｂ）、（Ｃ）のときの立ち上がり時間Ｔ１´、Ｔ１´´は、図１（Ａ）の立ち上がり時間Ｔ１の２分の１となる。これは、電流指令値の傾きｄｉ／ｄｔが目標値にかかわらず同一であるためである。

【0012】

このように、電流指令値の傾きｄｉ／ｄｔが一定であると、目標値が変わる毎に立ち上がり時間も変わってしまう。一方、この問題を解決する方法として、目標値が変わる毎に、ＬＤ駆動用電源装置に対して外部から電流指令値の傾きを示す情報を変更して再送する再調整の方法がある。

【0013】

しかしながら、上記のように目標値が変わる毎に再調整をする制御内容では、目標値が頻繁に変動する場合に、外部とＬＤ駆動用電源装置との間で信号の入出力または通信を常に行う必要がある。そして、それによる、制御遅延が生じるなど、ＬＤ駆動用電源装置の応答性能が悪くなる問題があった。

【0014】

また、特許文献１等に示される装置では、さらに以下の問題もある。

【0015】

すなわち、制御部とフィードバック部を含む制御系の伝達関数で決定される、駆動電流の立ち上がりのステップ応答(過渡応答特性)に起因して、駆動電流の目標値が大きく変動すると、立ち上がり時間が最適な電流波形にならない問題がある。例えば、駆動電流の目標値が定格１００％の条件において、立ち上がりのステップ応答が最適であった場合、駆動電流の目標値が定格の２５％程度に大きく低下すると、制御系のステップ応答の遅れが大きくなってしまう。ここで立ち上がりのステップ応答が最適とは、駆動電流がオーバーシュート無く目標値の±５％の範囲に落ち着くまでの立ち上がり時間が最速となることをいう。制御系のステップ応答の遅れが大きくなってしまうと、立ち上がり時間が必要以上に遅くなってしまい、目標値に到達するまでの時間も長くなる。これは、目標値が大きく低下すると制御系の伝達経路の増幅率であるループ・ゲイン（以下、ゲイン）が定格の１００％に比較して不足するためである。

【0016】

逆に駆動電流の目標値が定格の２５％程度でステップ応答が最適となるようゲインを設定すると、目標値が定格１００％でのゲインが過剰となり、駆動電流の立ち上がり波形がオーバーシュートを起こしてしまう。

【0017】

このように、目標値が大きく変動する電源装置において制御系のゲインを一義的に設定すると、望ましいステップ応答が得られない可能性があった。

【0018】

この発明の目的は、上記目標値が変化しても、電流指令値の立ち上がり時間を一定にできるＬＤ駆動用電源装置を提供することにある。また、この発明の他の目的は、上記目標値が変化したときに、外部から電流指令値の傾きを示す情報を変更して再送する必要のないＬＤ駆動用電源装置を提供することにある。

【0019】

また、この発明のさらに他の目的は、レーザダイオード駆動電流の電流指令値を適切に補正することで駆動電流のステップ応答が常に最適となるＬＤ駆動用電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0020】

この発明のＬＤ駆動用電源装置は、
レーザダイオードに駆動電流を出力するレーザダイオード駆動用電源装置において、
外部から前記駆動電流の目標値を示す上位指令値を連続的に受信し、且つ外部から電流指令値の立ち上がりの傾きを示す情報を受信し、前記情報に基づいて電流指令値を生成する制御部と、
前記電流指令値に基づいて前記駆動電流を生成する電力変換部と、を備え、
前記制御部は、
前記電流指令値の立ち上がりの傾きを、前回受信して設定した前回目標値と今回受信して設定した今回目標値との差に基づいて補正する第１補正部と、
前記電流指令値を、予め設定した切替点に達したときから、前記目標値になるまで補正する第２補正部とを備える。

【0021】

前記第１補正部は、外部から受信した目標値が変動すると、それまでに制御のために使用していた電流指令値の立ち上がりの傾きを、前回受信した前回目標値と今回受信した今回目標値との差分（変化量）に基づいて補正する。

【0022】

図２を参照してこれについて説明する。

【0023】

例えば、同図（Ａ）に示すように起動時で目標値が０％、起動後に立ち上がった時の目標値が定格の１００％に設定されると、電流指令値の傾きｄｉ／ｄｔは上記傾きを示す情報に基づいて求められ、この傾きｄｉ／ｄｔで電流指令値の制御が行われる。一方、同図（Ｂ）に示すように前回目標値が定格の０％で今回目標値が定格の５０％に変更された場合、その差分（変化量）は５０％となる。そこで、上記の傾きｄｉ／ｄｔを、５０％／１００％で補正する。したがって、前記傾きｄｉ／ｄｔは１／２に補正される。また、同図（Ｃ）に示すように、前回目標値が定格の５０％で今回目標値が定格の１００％に変更された場合、その差分（変化量）は５０％となる。そこで、上記の傾きｄｉ／ｄｔを、５０％／１００％で補正する。したがって同図（Ｃ）の場合も、前記傾きｄｉ／ｄｔは１／２に補正される。

【0024】

第１補正部において前記傾きｄｉ／ｄｔをこのように補正することで、図２（Ａ）に示す時の立ち上がり時間Ｔ１は、図２（Ｂ）に示す時の立ち上がり時間Ｔ１´と等しくなる。また、図２（Ａ）に示す時間Ｔ１は、図２（Ｃ）に示す時の立ち上がり時間Ｔ１´´とも等しくなる。目標値が変わる毎に、このような補正を行えば、Ｔ１＝Ｔ１´＝Ｔ１´´を常に保証でき、また、目標値が変わる毎に、ＬＤ駆動用電源装置は外部から立ち上がりの傾きを示す情報を受信する必要がない。すなわち、ＬＤ駆動用電源装置は、立ち上がりの傾きを示す情報を一度受信すれば、その後目標値が変化しても再度受信する必要がない。

【0025】

前記制御部は、前記上位指令値を連続的に受信しているときに、その傾き(以下、この傾きをスロープと称することがある）がなくなったときの上位指令値を前記今回目標値に設定する。

【0026】

上位指令値は連続的に送られてくるため、目標値となる指令値を判断する必要があるが、制御部は、上位指令値のスロープがなくなったときに、その値を今回目標値として設定する。これにより、今回目標値を正しく設定できる。また、前回目標値と今回目標値の差分（変化量）は、たとえば、前回受信した上位指令値にスロープがあり、今回受信した上位指令値にスロープがない条件のときにのみ更新する。このように制御することで差分（変化量）は正しく求められるから、電流指令値の傾きｄｉ／ｄｔも正しく補正することが出来る。

【0027】

制御部は、前記電流指令値をその値が予め設定した切替点に達するまで前記情報に基づいて計算する。切替点は、制御部において電流指令値の傾き制御を切り替えるタイミングである。電流指令値が切替点に達するまでの期間では、前記電流指令値を前記情報に基づいて生成する。電流指令値が切替点を過ぎると、電流指令値が適正な上昇カーブで今回目標値に達するように制御する。

【0028】

前記第２補正部は、電流指令値を、予め設定した切替点に達したときから、今回目標値になるまで補正する。

【0029】

これにより、今回目標値が変動しても、補正量を今回目標値に応じた値に設定することで、切替点から今回目標値に達するまでの駆動電流の上昇波形が適正なものとなる。すなわち、立ち上がり時間が遅くなったり、オーバーシュートが生じたりすることを防ぐことが出来る。

【0030】

前記切替点は、今回目標値の大きさに応じて変更される。

【0031】

今回目標値が定格の１００％よりも低下すると、今回目標値と切替点との電流差が小さくなる。この電流差が一定以上に小さくなると、切替点以降の電流指令値の制御が困難となる。そこで、今回目標値が定格の１００％よりも一定以上に低下すると切替点も変更することが望ましい。例えば、今回目標値に対する予め定めた比率で切替点を変更することが可能である。

【0032】

前記第２補正部は、電流指令値を、今回目標値と電流指令値との偏差量に基づいて補正する。

【0033】

前記第２補正部においての補正量の演算は、今回目標値と前記電流指令値との偏差量を求めるだけであるため、演算が簡易であり、制御部の負担も小さい。なお、制御部がＣＰＵによって構成される場合は、前記電流指令値の取得は所定のサンプリング毎に行われる。したがって、上記偏差量の計算もサンプリング毎に行われる。

【0034】

前記第２補正部は、電流指令値を、前記偏差量に所定の補正増幅率を乗じて補正する。

【0035】

補正量の演算を、今回目標値と電流指令値との偏差量を求めることだけでなく、偏差量に所定の補正増幅率を乗じることにより、補正信号のピーク値の調整を行う。

【0036】

また、前記補正部は、電流指令値を、一次遅れフィルタを通して補正量の急峻な変化を抑制することが出来る。

【0037】

一次遅れフィルタは、ステップ応答のカーブを緩やかにするため、オーバーシュートを防ぐことが出来る。

【0038】

前記補正増幅率および1次遅れフィルタにより補正量を最適化して駆動電流が今回目標値に達するまでの上昇波形のカーブの適正化が実現可能である。

【0039】

また、前記情報と前記上位指令値は、上位システムコントローラから受信することが可能である。

【0040】

例えば、上位システムコントローラから前記情報を間接的に示すＳＴＥＰ信号を受信する。設定部は、ＳＴＥＰ信号と傾きを示すパラメータとの対応関係を示すテーブルを備え、上位システムから受信したＳＴＥＰ番号に対応するパラメータをテーブルから取得する。このパラメータが電流指令値を制御するための傾き情報となる。

【0041】

また、第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆとの動作を選択的に有効または無効にするスイッチＳＷを制御部に接続することもできる。このようにすると、補正を行う必要がない場合にはスイッチＳＷをオフすれば良く、接続されるレーザダイオードの容量や負荷の種類に応じてユーザが適切な制御を選択できる。

【発明の効果】

【0042】

この発明によれば、今回目標値が変動しても、電流指令値の立ち上がりの傾きが第１補正部で自動的に補正され、その立ち上がり時間が変わらず常に一定である。また、目標値が変わる毎にＬＤ駆動用電源装置に対して外部から電流指令値の傾きを示す情報を再送する必要がない。

【0043】

また、今回目標値が変動しても、電流指令値を適正に補正することで、切替点から今回目標値に達するまでの駆動電流の立ち上がり時間の適正化を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】従来のレーザダイオード加工装置において、駆動電流の目標値（以下、目標値）と電流指令値の軌跡（点線）とを示す。

【図2】この発明の実施形態のレーザダイオード加工装置において、駆動電流の目標値（以下、目標値）と電流指令値の軌跡（点線）とを示す。

【図3】この発明の第１の実施形態のレーザダイオード加工装置の構成図である。

【図4】ＬＤ駆動用電源装置２を含むレーザダイオードシステムの構成図である。

【図5】テーブルＴを示す。

【図6】制御部２１のブロック図である。

【図7】今回目標値Ｐが変動した場合の電流指令値Ｄのステップ応答特性を示している。

【図8】補正量Ｒを含む電流指令値Ｄのステップ応答特性を示している。

【図9】制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【図10】制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【図11】上位指令値と変化量を示す図である。

【図12】補正指令値Ｄ´を求める方法を分かりやすく示す図である。

【図13】補正量Ｒの調整を行う実施例である。

【図14】補正量Ｒの調整をさらに実用的にした実施例である。

【図15】一次遅れフィルタを示す

【図16】第２の実施形態の制御部２１のブロック図である。

【図17】第２の実施形態の制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【図18】第２の実施形態の制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【図19】第２の実施形態の制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【図20】第３の実施形態の制御部２１のブロック図である。

【図21】第３の実施形態のテーブルＴＡを示す

【図22】第３の実施形態の制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【図23】第３の実施形態の制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【図24】第３の実施形態の制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0045】

図３は、この発明の第１の実施形態のレーザダイオード加工装置の構成図である。

【0046】

レーザダイオード加工装置は、上位システムコントローラ１と、レーザダイオード駆動用電源装置（以下、ＬＤ駆動用電源装置）２と、レーザダイオード（以下、ＬＤと称する）３と、ＬＤ３にファイバー接続される加工ヘッド４とで構成される。ＬＤ３は複数のレーザダイオードを含んでいる。ＬＤ駆動用電源装置２とＬＤ３とでレーザ発振器を構成する。

【0047】

上位システムコントローラ１は、ＬＤ駆動用電源装置２に対し起動信号を出力し、ＬＤ３の起動前に、電流指令値Ｄの傾きを間接的に示すＳＴＥＰ信号を出力する。また、上位システムコントローラ１は、ＬＤ３の起動前および起動後に、駆動電流の今回目標値Ｐを含む上位指令値をアナログ信号で連続的に出力する。なお、以下の説明で、演算周期（サンプリング周期）での演算時を示す場合、ｎを付加することがある。例えば、電流指令値Ｄ（ｎ）は今回の演算時の電流指令値、電流指令値Ｄ（ｎ－１）は前回の演算時の電流指令値を示す。

【0048】

ＬＤ駆動用電源装置２内の制御部２１（図４参照）は、後述のテーブルＴを参照して上記ＳＴＥＰ信号に対応するパラメータＣを取得する。パラメータＣは、目標値が定格の１００％のときの電流指令値Ｄの傾き（ｄｉ／ｄｔ：サンプリング毎の電流変化率）を得るための値である。制御部２１は、サンプリング毎に、電流指令値Ｄの傾き制御を、後述のパラメータＣを用いた演算により制御する。また、制御部２１は、後述のように、今回目標値Ｐ（ｎ）が前回目標値Ｐ（ｎ－１）から変わると、その変化量に基づいてパラメータＣをパラメータＣ´に補正する。

【0049】

なお、今回目標値Ｐ（ｎ）とは、目標値Ｐが変化して新たに設定された目標値Ｐであり、前回目標値Ｐ（ｎ－１）とは、今回目標値Ｐ（ｎ）が設定される前の目標値Ｐである。

【0050】

また、ＬＤ駆動用電源装置２内の制御部２１は、上位システムコントローラ１から受信した上位指令値をサンプリング毎に取得する。

【0051】

ＬＤ駆動用電源装置２は、前記起動信号を受けてから、三相交流電源を電力源としてＰＷＭ信号で駆動され、ＬＤ３の駆動電流を出力する。ＬＤ３は、複数のレーザダイオード素子を組み合わせて構成される。ＬＤ３は、加工ヘッド４を介して高出力のレーザビーム５をワーク６に照射する。ＬＤ駆動用電源装置２は２０ＫＷを超える大容量であり、大電流を生成するため、レーザビーム５はワーク６のビームスポットを溶融させるパワーを備える。

【0052】

図４は、ＬＤ駆動用電源装置２を含むレーザダイオードシステムの構成図である。

【0053】

ＬＤ駆動用電源装置２は、三相交流電圧を整流後にＰＷＭ信号でスイッチング素子ＳＷの制御を行い、リアクトルＬとコンデンサＣを介して出力する電力変換部２０を備えている。また、ＬＤ駆動用電源装置２は、ＰＷＭ信号を生成する制御部２１と、出力電流を検出して制御部２１にフィードバックするホールＣＴ２２とを備えている。

【0054】

制御部２１は、電流指令値Ｄの立ち上がりの傾きを制御するための情報（後述するようにこの情報はパラメータＣ）と電流指令値Ｄの今回目標値Ｐ（ｎ）とを設定する設定部２１ａと、ＰＷＭ信号を生成して電力変換部２０に出力するＰＷＭ生成部２１ｂとを備えている。

【0055】

上位システムコントローラ１は、信号線７を介して、ＬＤ駆動用電源装置２を起動するための起動信号を出力する。また、制御部２１に対しＳＴＥＰ信号を１度送り、さらに、連続的にアナログ量で上位指令値を出力する。ＳＴＥＰ信号は、駆動電流の立ち上がりの傾きを示す情報である。

【0056】

制御部２１は、ＳＴＥＰ信号を受信すると、設定部２１ａにあるテーブルＴを参照してパラメータＣを取得する。パラメータＣは、電流指令値Ｄの立ち上がりの傾き制御を行うための値である。後述のように、本実施形態では、上位システムコントローラ１から送られるＳＴＥＰ信号は立ち上がり時間が６０μｓ～６００μｓの間の１６段階で設定される。電流指令値Ｄの立ち上がり時間をどの程度にするかは、ＬＤ３の定格電流および定格電圧などが参照されて、上位システムコントローラ１においてユーザにより決められる。また、制御部２１の第１補正部２１ｄ（図６参照)は、今回目標値Ｐ（ｎ）が前回目標値Ｐ（ｎ－１）から変わると、その差分（変化量）に基づいてパラメータＣを補正してパラメータＣ´を設定する。

【0057】

図５はテーブルＴを示す。

【0058】

テーブルＴは、ＳＴＥＰ信号とパラメータＣとの対応関係を示している。パラメータＣは、目標値が定格の１００％のときの電流指令値Ｄの傾き（ｄｉ／ｄｔ：サンプリング毎の電流変化率）を求めるための値である。この例では、ＳＴＥＰ信号は１～１６の１６種類あり、数値が小さいほどパラメータＣの値が大きい（傾きが大きい）。例えば、ＳＴＥＰ信号＝１のときのパラメータＣは１００であるが、パラメータＣ＝１００は電流指令値Ｄの傾きが最大、すなわち、電流指令値Ｄの上昇時間が最短であることを表している。また、例えば、ＳＴＥＰ信号＝１６のときのパラメータＣは５０であるが、パラメータＣ＝５０は電流指令値Ｄの傾きが最小、すなわち、電流指令値Ｄの上昇時間が最長であることを表している。

【0059】

なお、テーブルＴに示しているパラメータＣは例示的に示している値である。

【0060】

制御部２１は、テーブルＴを参照して得られたパラメータＣを、電流指令値Ｄの立ち上がりの傾き制御の値として設定部２１ａに設定する。また、制御部２１は、上位システムコントローラ１からアナログ量として連続的に送られてくる上位指令値を受信する。この上位指令値の傾き(スロープ）がなくなるときの値が今回目標値Ｐ（ｎ）となる。制御部２１は、さらに、制御部２１に設けられている第１補正部２１ｄ（図６参照)により、前回目標値Ｐ（ｎ－１）と今回目標値Ｐ（ｎ）の差（以下、変化量）に基づいてパラメータＣを補正し、下記の式でパラメータＣ´を求める。

【0061】

パラメータＣ´＝パラメータＣ×変化量（％）―――――（１）
ただし、変化量（％）＝今回目標値Ｐ（ｎ）（％）―前回目標値Ｐ（ｎ－１）（％）
たとえば、ＬＤ駆動用電源装置２の運転起動直後はゼロからゆるやかなアップスロー運転となるため、前回目標値Ｐ（ｎ－１）がゼロであり、変化量は今回目標値Ｐ（ｎ）に等しい。したがって、パラメータＣ´＝パラメータＣであり、パラメータの値に変化はない。また、前回目標値Ｐ（ｎ－１）が５０％で、今回目標値Ｐ（ｎ）が１００％に変化すると、変化量は５０％である。したがって、パラメータＣ´＝パラメータＣ×（５０％）となる。このとき、電流指令値Ｄの立ち上がりの傾きｄｉ／ｄｔは前回の１／２となる。なお、前回目標値Ｐ（ｎ－１）が１００％で、今回目標値Ｐ（ｎ）が５０％に低下すると、今回目標値Ｐ（ｎ）は立ち下がりとなり、その変化量は－５０％である。しかし、ソフトウエアでの演算処理では変化量を絶対値で扱う。したがって、立ち下がり時のパラメータＣ´は立ち上がり時と同様に、パラメータＣ´＝パラメータＣ×（５０％）となる。このとき、電流指令値Ｄの立ち下がりの傾きｄｉ／ｄｔは前回の１／２となる。本実施形態では、このように今回目標値Ｐ（ｎ）が減少するときにも上記式（１）を適用することが可能である。

【0062】

制御部２１は、上位システムコントローラ１からＳＴＥＰ信号を受けると設定部２１ａに格納（設定）されているパラメータＣを抽出する。また、上位システムコントローラ１から連続的に送られてくる上位指令値を受信し、その傾き(スロープ）の変化がなくなったときの上指令値を今回目標値Ｐ（ｎ）として確定する。制御部２１は、取得した今回目標値Ｐ（ｎ）と前回目標値Ｐ（ｎ－１）とに差があるときは、その差を変化量として求め、制御部２１に設けられている第１補正部２１ｄ（図６参照)は、その変化量に基づいて、パラメータＣを上記のように補正しパラメータＣ´を得る。制御部２１は、このパラメータＣ´に基づいて上記傾きｄｉ／ｄｔを求め、このｄｉ／ｄｔにより電流指令値Ｄの立ち上がりの傾き制御を行う。この傾き制御は、後述のように図７（Ａ）～（Ｃ）の処理１において行われる。ＰＷＭ生成部２１ｂと後述の誤差増幅器２１ｅは、電流指令値Ｄに基づいてＰＷＭ信号を生成し、電力変換部２０に出力する。

【0063】

電力変換部２０から出力される駆動電流の大きさはホールＣＴ２２で検出され、制御部２１にフィードバックされる。ＰＷＭ生成部２１ｂは、フィードバックされた検出値が電流指令値ＤとなるようにＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。

【0064】

図６は、制御部２１のブロック図である。

【0065】

制御部２１は、設定部２１ａと、傾き制御部２１ｃと、誤差増幅器２１ｅと、ＰＷＭ生成部２１ｂとを備えている。また、傾き制御部２１ｃは、第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆとを備えている。

【0066】

上位システムコントローラ１から送られてきたＳＴＥＰ信号は設定部２１ａで受信される。ＳＴＥＰ信号からテーブルＴを参照してパラメータＣが抽出され、パラメータＣは設定部２１ａ内に設定される。設定部２１ａは、上位システムコントローラ１から連続的に送られてくる上位指令値から今回目標値Ｐ（ｎ）を判定し、この今回目標値Ｐ（ｎ）を設定部２１ａ内に設定する。前回目標値Ｐ（ｎ－１）も設定部２１ａに設定される。後述のように、設定部２１ａでは、今回目標値Ｐ（ｎ）の判定を、上位指令値の傾きを検出するスロープ判定により行う。なお、スロープ判定は、目標値の変化量に対して通常の移動平均(符号付き）および絶対値の移動平均(符号なし)の二つの演算結果に基づいて判定する。これは、目標値の変化量が短時間に上下振動するノイズに対してスロープ判定の誤検知を防止するためである。

【0067】

傾き制御部２１ｃは、設定部２１ａに設定されているパラメータＣをデジタル値として読み出す。また、傾き制御部２１ｃは、設定部２１ａに設定されている今回目標値Ｐ（ｎ）と前回目標値Ｐ（ｎ－１）を取得する。

【0068】

傾き制御部２１ｃに設けられている第１補正部２１ｄは、今回目標値Ｐ（ｎ）と前回目標値Ｐ（ｎ－１）との差分（変化量）に基づいてパラメータＣを補正しパラメータＣ´を求める。傾き制御部２１ｃは、このようにして求めたパラメータＣ´に基づくｄｉ／ｄｔにより電流指令値Ｄの立ち上がりの傾き制御を行う。この傾き制御は、図７の処理１において行われる。

【0069】

また、傾き制御部２１ｃに設けられている第２補正部２１ｆは、電流指令値Ｄが予め設定した切替点に達したときから、今回目標値（ｎ）になるまで電流指令値Ｄの補正を行う。この補正は、図７の処理２において行われる。

【0070】

傾き制御部２１ｃの出力は電流指令値Ｄとして誤差増幅器２１ｅに出力される。誤差増幅器２１ｅにはホールＣＴ２２の出力も入力される。誤差増幅器２１ｅは、電流指令値ＤとホールＣＴ２２の誤差をＰＷＭ生成部２１ｂに出力する。ＰＷＭ生成部２１ｂと誤差増幅器２１ｅは、前記誤差がゼロとなるようにＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。

【0071】

前記傾き制御部２１ｃは、その機能をＣＰＵとソフトウエアで実現される。ＣＰＵでの傾き制御と補正制御の演算周期（ＣＰＵのタイマー割り込み周期）は高速(例えば１０μｓ程度)に設定される。

【0072】

次に、図７、図８を参照して傾き制御部２１ｃの動作の概要を説明する。

【0073】

図７は、電流指令値Ｄのステップ応答特性を示している。同図（Ａ）は、起動後に今回目標値Ｐが定格の１００％に指令された場合の電流指令値Ｄの軌跡の立ち上がりを示す。また、同図（Ｂ）は、前回目標値Ｐが定格の０％で、今回目標値Ｐが定格の５０％に指令された場合、同図（Ｃ）は、前回目標値Ｐが定格の５０％で、今回目標値Ｐが定格の１００％に指令された場合、のぞれぞれの電流指令値Ｄの軌跡の立ち上がりを示す。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、設定部２１ａは、今回目標値Ｐを連続的に受信するため、図の矢印点線で示すような今回目標値Ｐの軌跡となる。

【0074】

図７（Ａ）において、時間Ｔ１は、電流指令値Ｄの立ち上がり時間を示す。時間Ｔ１は、電流指令値Ｄが定格の１０％となる時刻ｔ１から、今回目標値Ｐ（定格の１００％）までの変化量に対して９０％となる時刻ｔ２までの時間である。

【0075】

また、図７（Ｂ）において、時間Ｔ１´は、電流指令値Ｄが今回目標値Ｐまでの変化量に対して１０％（定格の５％）となる時刻ｔ１´から、今回目標値Ｐまでの変化量に対して９０％（定格の４５％）となる時刻ｔ２´までの時間である。図７（Ｃ）においては、時間Ｔ１´´は、電流指令値Ｄが今回目標値Ｐまでの変化量に対して１０％（定格の５５％）となる時刻ｔ１´´から、今回目標値Ｐまでの変化量に対して９０％（定格の９５％）となる時刻ｔ２´´までの時間である。

【0076】

本実施形態では、電流指令値Ｄの傾き制御を切り替えるための切替点ｄを傾き制御部２１ｃに設定している。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に切替点ｄを示している。同図において、電流指令値Ｄの立ち上がり開始時刻はｔ３、ｔ３´、ｔ３´´、切替点ｄの時刻はｔ４、ｔ４´、ｔ４´´、電流指令値Ｄが今回目標値Ｐに達して安定した時刻をｔ５、ｔ５´、ｔ５´´とする。切替点ｄは、軽負荷以外の時に電流値が今回目標値Ｐの８０％の比率の電流となる位置である。この切替点ｄは、制御部２１内で設計者が任意に決定することができ、今回目標値Ｐの変化量の大きさ（電流の偏差量）に基づいて制御部２１内で自動調整される。切替点ｄは、傾き制御を、ｔ３－ｔ４間、ｔ３´－ｔ４´間またはｔ３´´－ｔ４´´間の制御（処理１）からｔ４－ｔ５間、ｔ４´―ｔ５´間またはｔ４´´―ｔ５´´間の制御（処理２）に切り替えるタイミングとして参照される。

【0077】

なお、今回目標値Ｐは、傾き制御部２１ｃにおいてサンプリング周期で設定部２１ａから読み出される。

【0078】

図８は、電流指令値Ｄのステップ応答特性を示している。図８においてハッチングで示す領域は処理２において電流指令値Ｄに対する補正量Ｒを表している。

【0079】

同図で、実線はサンプリング毎に演算で求められる電流指令値Ｄの軌跡である。電流指令値Ｄの立ち上がり開始時刻はＴ１（図７のｔ３、ｔ３´、ｔ３´´に対応）、切替点ｄの時刻はＴ２（図７のｔ４、ｔ４´、ｔ４´´に対応）、電流指令値Ｄが今回目標値Ｐに達して安定した時刻をＴ３（図７のｔ５、ｔ５´、ｔ５´´に対応）である。立ち上がり時間は、電流指令値Ｄで示す電流値が、目標値Ｐに対して１０％から９０％に達するまでの時間である。切替点ｄは、軽負荷以外の時に電流値が目標値Ｐの８０％の電流となる位置である。この切替点ｄは、制御部２１内で設計者が任意に決定することができ、目標値Ｐの変動の大きさ（電流の偏差量）に基づいて制御部２１内で自動調整される。切替点ｄは、傾き制御を、Ｔ１－Ｔ２間の制御（処理１）からＴ２－Ｔ３間の制御（処理２）に切り替えるタイミングとして参照される。

【0080】

次に、上記処理１と処理２においての傾き制御部２１ｃの動作の概要を説明する。

【0081】

（処理１においての傾き制御部２１ｃの動作の概要）
処理１では、第１補正部２１ｄによりパラメータＣ´が求められてから傾き制御が行われる。第１補正部２１ｄは、電流指令値Ｄの傾き制御を行う前に上記式（１）により、パラメータＣ´を求める。そして、傾き制御部２１ｃはパラメータＣ´に基づくｄｉ／ｄｔにより電流指令値Ｄの傾き制御を行う。

【0082】

たとえば、図７（Ａ）のように、起動後に今回目標値Ｐが定格の１００％に指令された場合は、上記式（１）により、パラメータＣ´は、
Ｃ´＝Ｃ×変化量（（１００％－０％）／１００％）＝Ｃ
となる。

【0083】

また、図７（Ｂ）のように、今回目標値Ｐが定格の０％から５０％に変化した場合は、上記式（１）によりパラメータＣ´は、
Ｃ´＝Ｃ×変化量（（５０％－０％）／１００％）＝１／２×Ｃ
となる。この場合、パラメータＣ´はパラメータＣの１／２となるため、電流指令値Ｄの立ち上がりの傾きｄｉ／ｄｔも１／２となる。その結果、電流指令値Ｄの立ち上がり時間は図７（Ｂ）のＴ１´となる。このとき、立ち上がり時間Ｔ１´は、図７（Ａ）に示す立ち上がり時間Ｔ１と同じとなる。

【0084】

また、図７（Ｃ）のように、今回目標値Ｐが定格の５０％から１００％に変化した場合は、上記式（１）によりパラメータＣ´は、
Ｃ´＝Ｃ×変化量（（１００％－５０％）／１００％）＝１／２×Ｃ
となる。この場合、パラメータＣ´はパラメータＣの１／２となるため、電流指令値Ｄの立ち上がりの傾きｄｉ／ｄｔも１／２となる。その結果、電流指令値Ｄの立ち上がり時間は図７（Ｃ）のＴ１´´となる。このとき、立ち上がり時間Ｔ１´´は、図７（Ａ）に示す立ち上がり時間Ｔ１、および図７（Ｂ）に示す立ち上がり時間Ｔ１´と同じとなる。

【0085】

このようにして、今回目標値Ｐが変動するとパラメータＣ´もそれに比例して変わり、電流指令値Ｄの立ち上がり時間（Ｔ１、Ｔ１´、Ｔ１´´）は、常に同一となる。しかも、パラメータＣ´の計算は上記式（１）のように簡単である。

【0086】

なお、上記の説明では、今回目標値Ｐが前回よりも大きい値に変化した場合を示したが、今回目標値Ｐが前回よりも小さい値に変化した場合でも、ソフトウエアでの演算処理では変化量を絶対値として扱うため計算結果は同一となる。たとえば、図７（Ａ）の今回目標値Ｐが定格の１００％の状態から、図７（Ｂ）の今回目標値Ｐが定格の５０％に変化した場合の立ち下がり時のパラメータＣ´は、立ち上がり時と同様に上記式（１）で求められる。すなわち、電流指令値Ｄの立ち下がり時間は図７（Ｂ）のＴ１´と等しい。したがって、今回目標値Ｐが前回よりも小さい値に変化した場合でも電流指令値Ｄの立ち上がり時間は一定に保たれる。

【0087】

以上のように、図７（Ａ）～（Ｃ）または図８の処理１において、第１補正部２１ｄによりパラメータＣ´を求め、傾き制御部２１ｃによって、パラメータＣ´から上記ｄｉ／ｄｔを求め、このｄｉ／ｄｔにより電流指令値Ｄの傾き制御を行う。

【0088】

（処理２においての傾き制御部２１ｃの動作の概要）
処理２では、第２補正部２１ｆにより電流指令値Ｄに対する補正量Ｒが求められてから傾き制御が行われる。すなわち、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）または図８の切替点ｄ以降の、ｔ４－ｔ５間、ｔ４´―ｔ５´間またはｔ４´´―ｔ５´´間の処理２で電流指令値Ｄの傾き制御を行う。処理２では、電流指令値Ｄがオーバーシュートすることなく緩やかに今回目標値Ｐに到達するように制御される。

【0089】

図８において補正量Ｒは、サンプリング毎の補正値Ｓの積分値である。

【0090】

なお、処理１は、上述のように、Ｔ１―Ｔ２間で電流指令値Ｄの傾き制御をする処理である。この処理１では、第２補正部２１ｆでの補正は行わない。実際の処理では後述のように、処理１では、サンプリング毎の補正値Ｓをゼロとしている。

【0091】

処理２は、Ｔ２―Ｔ３間で電流指令値Ｄの傾き制御をする処理である。処理２では、電流指令値Ｄがオーバーシュートすることなく緩やかに今回目標値Ｐに到達するように制御される。本実施形態では、処理２において、今回目標値Ｐが１００％の時は電流立ち上がりのステップ応答特性が最適であるので補正量Ｒをゼロとする。そこから今回目標値Ｐが低下するにしたがい電流指令値Ｄに対する補正量Ｒを増加していく処理が行われる。例えば、今回目標値Ｐが定格の２５％であると、電流指令値Ｄに対し、第２補正部２１ｆから７５％分（１００％－２５％）の補正量Ｒが加算される。

【0092】

第２補正部２１ｆには、補正値Ｓを得るための固有の数値テーブルが準備されており、上位ＳＴＥＰ信号に応じて電流立ち上り時間が緩やかになれば補正値Ｓを低減もしくはゼロにする処理が行われる。

【0093】

今回目標値Ｐが定格より低下すると、処理２では、補正後の電流指令値（以下、補正指令値）Ｄ´＝電流指令値Ｄ＋補正値Ｓの計算が演算周期毎に行われる。補正値Ｓは、補正値Ｓ＝（今回目標値Ｐ－電流指令値Ｄ）で求められ、図８のハッチングで示す領域が、Ｔ２－Ｔ３間において電流指令値Ｄに対する全体の補正量Ｒとなる。

【0094】

切替点ｄから今回目標値Ｐに至るＴ２―Ｔ３間の特性カーブは、誤差増幅器２１ｅ、ＰＷＭ生成部２１ｂの一部、ホールＣＴを含むアナログ制御系の伝達経路の増幅率（ゲイン）に依存する。そこで、通常は、このゲインは、今回目標値Ｐが定格１００％のときにステップ応答特性のカーブが最適となるように校正される。最適な電流上昇カーブは、電流指令値Ｄがオーバーシュートすることがなく最速で今回目標値Ｐに達して安定するカーブである。一方、ゲインは、今回目標値Ｐの大小で最適値が異なってくる、特に、今回目標値Ｐが定格よりもかなり低い場合（例えば２５％以下）、ゲインが不足してしまう。その結果、図８の時刻Ｔ３までの電流上昇時間が長時間になってしまう。

【0095】

本実施形態では、今回目標値Ｐが１００％から低下するにしたがって上記のように、処理２において、第２補正部２１ｆにより、補正指令値Ｄ´＝電流指令値Ｄ＋補正値Ｓの計算を行う。これにより、実質的に上記アナログ制御系のゲインを上げる処理を行う。図８のＴ２－Ｔ３間のハッチングで示す領域の補正量(面積)Ｒが実線で示す電流指令値Ｄに加算される。

【0096】

上記補正は選択的である。例えば、今回目標値Ｐが定格１００％では補正は行わない。今回目標値Ｐが定格以下のときは上記補正を行う。この値は例示的であって、補正を行う今回目標値Ｐの設定は、アナログ制御系の伝達経路の特性やＬＤ３の特性などに基づいて実験により求めるのが望ましい。

【0097】

サンプリング毎の補正値Ｓを求める他の実施例として、補正指令値Ｄ´＝電流指令値Ｄ＋ｋ（今回目標値Ｐ－電流指令値Ｄ）の計算により補正値Ｓを求めることが出来る。ｋ（今回目標値Ｐ－電流指令値Ｄ）が補正値Ｓであり、係数ｋは、目標値Ｐの大きさにより変動させる。例えば、今回目標値Ｐが定格１００％のときはｋ＝０、今回目標値Ｐが定格に対して９９％～１％のときは今回目標値Ｐの大きさに応じてｋ＝０．０１～１．００に変動させて指令値に加算する。

【0098】

以上のように、図７（Ａ）～（Ｃ）または図８の処理２において、第２補正部２１ｆによりサンプリング毎の補正値Ｓ（積分値は補正量Ｒ）を求め、傾き制御部２１ｃによって電流指令値Ｄの傾き制御を行う。

【0099】

図９、図１０は、制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【0100】

このフローチャートで示す動作周期（サンプリング周期）はこの例では１０μｓであり、この動作周期は、傾き制御部２１ｃが電流指令値Ｄの傾き制御を行う演算周期（ＣＰＵのタイマー割り込み周期）である。このフローチャートでは、演算時をｎで示し、たとえば、今回の演算時で制御される電流指令値Ｄを今回電流指令値Ｄ（ｎ）、前回の演算時で制御される電流指令値Ｄを前回電流指令値Ｄ（ｎ－１）としている。また、今回の演算時で使用される今回目標値Ｐは今回目標値Ｐ（ｎ）、前回の演算時で使用された前回目標値Ｐは、前回目標値Ｐ（ｎ－１）としている。今回か前回かを特定しない場合は、単に目標値Ｐと称する。

【0101】

ＳＴ１では、設定部２１ａにおいて上位システムコントローラ１から今回目標値Ｐ（ｎ）の指令値を取得する。この指令値は上位システムコントローラ１から連続的に送られてくる。図１１は、今回目標値Ｐ（ｎ）の指令値を取得するサンプリング時（〇印で示す）を示している。この値は、急激な変化を避け、精度を高めるために所定回数のサンプリング時の取得値と移動平均されデジタル値に変換される。

【0102】

ＳＴ２では、指令値の傾きを検出する。傾きは、図１１に示すように、前回に取得した指令値（移動平均後）と今回に取得した指令値（移動平均後）の差(スロープ）があるかどうかで検出する。スロープがあれば、指令値は目標値Ｐに達していないため、目標値Ｐを更新せずＳＴ４に進む。スロープがなければ、指令値の傾きがなくなったので、ＳＴ３においてＳＴ１で取得した指令値を今回目標値Ｐ（ｎ）と確定し、設定部２１ａに設定する。設定部２１ａには、前回目標値Ｐ（ｎ－１）も設定されている。

【0103】

ＳＴ４では、今回目標値Ｐ（ｎ）と前回電流指令値Ｄ（ｎ－１）との偏差量ＤＦを求める。

【0104】

偏差量ＤＦはＳＴ９で使用される。

【0105】

ＳＴ５では、前回スロープあり（前回のＳＴ２でＮｏ）で、且つ今回スロープなし（今回のＳＴ２でＹｅｓ）かどうかを判定する。この判定がＹｅｓであるときにのみ、ＳＴ６に進んで変化量を更新する。Ｎｏの場合はＳＴ７に進み変化量の更新をしない。このように制御することで変化量を正しく求めることができるため、電流指令値の傾きｄｉ／ｄｔも正しく補正することが出来る。

【0106】

ＳＴ６では、前回目標値Ｐ（ｎ－１）から今回目標値Ｐ（ｎ）への変化量Ｖを％で求める。たとえば、前回目標値Ｐ（ｎ－１）が５０％で、今回目標値Ｐ（ｎ）が１００％であると、変化量Ｖは、
Ｖ（％）＝１００％－５０％
で５０％である。

【0107】

ＳＴ７では、設定部２１ａのテーブルＴを参照しパラメータＣを得る、また、切替点ｄ（図７参照)を設定する。切替点ｄは、上述のように軽負荷以外の時に電流値が今回目標値Ｐ（ｎ）の８０％の電流となる位置である。今回目標値Ｐ（ｎ）が低くなり電流変化量が定格比の２％以下であれば、今回目標値Ｐ（ｎ）Ｐの５０％に固定される。具体的には実験などにより予め適切に設定される。切替点ｄの設定位置を変える理由は、電流変化量が低いと、切替点ｄと目標値Ｐとの電流差が小さくなり、処理２が上手く制御できなくなるからである。

【0108】

ＳＴ８では、変化量Ｖに基づいてパラメータＣ´を次の式により求める。このステップは第１補正部２１ｄ（図６）で実行される。

【0109】

パラメータＣ´（％）＝パラメータＣ×変化量Ｖ（％）
パラメータＣ´から傾きｄｉ／ｄｔを求め、これに基づく電流指令値Ｄの傾き制御を行えば、今回目標値Ｐ（ｎ）の変動があっても、電流指令値Ｄの立ち上がり時間を一定に制御できる。

【0110】

ＳＴ９では、偏差量ＤＦと切替点ｄとを比較する。ＳＴ７での切替点ｄは、偏差量ＤＦとの比較のため、今回目標値Ｐ（ｎ）を１００％として、そこからの差分で示される。すなわち、ＳＴ７での切替点ｄは、切替点ｄが今回目標値Ｐ（ｎ）に対し８０％の位置にある時は、１００％－８０％＝２０％として表される。そして、偏差量ＤＦが切替点ｄ未満なら図７において、ｔ３－ｔ４、ｔ３´－ｔ４´またはｔ３´´－ｔ４´´の期間であるため処理１に進む（ＳＴ１０）。また、偏差量ＤＦが切替点ｄ以上なら図７において、ｔ４－ｔ５、ｔ４´－ｔ５´またはｔ４´´－ｔ５´´の期間であるため処理２に進む（ＳＴ１１）。

【0111】

ＳＴ１０での処理１は、図７（Ａ）のｔ３－ｔ４間、図７（Ｂ）のｔ３´―ｔ４´間または図７（Ｃ）のｔ３´´―ｔ４´´間においてステップ信号に応じた立ち上り時間で今回電流指令値Ｄ（ｎ）を演算で求める処理である。今回電流指令値Ｄ（ｎ）は下記の計算式で求められる。

【0112】

Ｄ（ｎ）＝ｆ（Ｃ´、Ｄ（ｎ―１）、ＤＦ）
ここで、Ｃ´はＳＴ８で補正されたパラメータであり、Ｄ（ｎ－１）は、前回の演算時に得られた電流指令値である。ＤＦはＳＴ４で得られた、今回目標値Ｐ（ｎ）と前回電流指令値Ｄ（ｎ－１）との偏差量である。

【0113】

ＳＴ１１での処理２は、図７（Ａ）のｔ４－ｔ５間、図７（Ｂ）のｔ４´―ｔ５´間または図７（Ｃ）のｔ４´´―ｔ５´´間においてオーバーシュートを抑えつつ最速で目標値に到達する今回電流指令値Ｄ（ｎ）を演算する処理である。処理１では、今回電流指令値Ｄ（ｎ）が直線的に傾くように制御され、処理２では今回電流指令値Ｄ（ｎ）が適切なカーブで今回目標値Ｐ（ｎ）に達するように制御される。処理２において、今回電流指令値Ｄ（ｎ）は以下の計算式で求められる。

【0114】

Ｄ（ｎ）＝ｆ´（Ｄ（ｎ―１））
なお、上記式において、関数ｆは直線を表すが、関数ｆ´は目標値Ｐに適切なカーブで達する対数関数である。

【0115】

本実施形態では、ＳＴ１１の処理２において求められたＤ（ｎ）について、図１０に示すＳＴ１２以下で補正する。この補正は第２補正部２１ｆ（図６）で行われる。

【0116】

次に、ＳＴ１２以下の第２補正部２１ｆの補正処理について説明する。

【0117】

ＳＴ１２～ＳＴ１５はこの補正処理を行うステップである。

【0118】

ＳＴ１２では、偏差量ＤＦと切替点ｄとを比較する。ＳＴ９と同様に、ＳＴ１２においても、切替点ｄは、偏差量ＤＦとの比較のため１００％からの差分で示される。そして、偏差量ＤＦが切替点ｄ未満ならＳＴ１３に進み、偏差量ＤＦが切替点ｄ以上ならＳＴ１４に進む。

【0119】

ＳＴ１３では、Ｔ１－Ｔ２の期間なので、補正値Ｓはゼロである。

【0120】

ＳＴ１４では、Ｔ２－Ｔ３の期間なので、補正値Ｓを求める。

【0121】

補正値Ｓは、ＳＴ１１の処理２で求めた電流指令値Ｄ（ｎ）と今回目標値Ｐとから求める。簡易的には、補正値Ｓ（ｎ）＝今回目標値Ｐ－電流指令値Ｄ（ｎ）で求めることが可能である。

【0122】

ＳＴ１２－ＳＴ１４の補正処理を終えると、ＳＴ１５において、補正指令値Ｄ（ｎ）´をＤ（ｎ）´＝Ｄ（ｎ）＋Ｓで求める。補正指令値Ｄ（ｎ）´は今回の補正によって得られた電流指令値である。

【0123】

なお、Ｔ１－Ｔ２の期間ではＳＴ１３において補正を行わないから、処理２においてのみ補正を行うことになる。

【0124】

ＳＴ１６は、ＳＴ１０又はＳＴ１１の演算で得られた電流指令値Ｄ（ｎ）、およびＳＴ１５の演算で得られた補正指令値Ｄ（ｎ）´を、今回の電流指令値Ｄ（ｎ）および今回の補正指令値Ｄ（ｎ）´に更新する処理である。ＳＴ１６で更新された電流指令値Ｄ（ｎ）は、次回の演算の処理で、Ｄ（ｎ－１）として使用される。

【0125】

以上の制御により、電流指令値Ｄが演算周期で更新される。また、処理２では、目標値Ｐの大きさにより電流指令値Ｄの補正処理が行われる（補正指令値Ｄ´が求められる）。

【0126】

図１２は、補正値Ｓを求める方法を分かりやすく示す図である。

【0127】

補正値Ｓの積分値である補正量Ｒの元値はＳＴ１４の計算を繰り返すことで求められるから、この補正量Ｒを反転した反転値Ｒ´を求め、この反転値Ｒ´を切替点ｄ以降の電流指令値Ｄに加算する。

【0128】

このように、ＳＴ１４での補正値Ｓの計算は簡単であるため、ＳＴ１５での補正指令値Ｄ´も簡単に求めることが出来る。このため、傾き制御部２１ｃの負担は軽い。

【0129】

図１３は、補正量Ｒの調整を行う実施例である。

【0130】

図１３では、補正量Ｒを求める際に、アナログ制御系の伝達経路の補正増幅率を操作する。すなわち、偏差量に補正増幅率を乗じて補正値Ｓを求める。補正増幅率を大きくすると、補正量Ｒの面積（補正値Ｓの積分値）が大きくなる。補正増幅率を小さくすると、補正量Ｒの面積（補正値Ｓの積分値）が小さくなる。補正増幅率の設定は、第２補正部２１ｆの増幅器で行い、その値は実験により求められる。

【0131】

図１４は、補正量Ｒの調整をさらに実用的にした実施例である。

【0132】

図１４では、補正量Ｒを求める際に、補正値Ｓを一次遅れフィルタでフィルタリングする
。補正値Ｓを一次遅れフィルタでフィルタリング処理することで、補正量Ｒの立ち上がりが緩やかとなり、操作しやすくなることから、より実用的な補正値Ｓとなる。

【0133】

一次遅れフィルタは、抵抗とコンデンサ等で簡単に構成される。例えば図１５のようなＲＣ直列回路で構成出来る。フィルタ量の設定は、抵抗やコンデンサの大きさで任意に決めることが可能であり、その値は実験により求められる。一次遅れフィルタは、実際には、ＣＰＵからなる傾き制御部２１ｃにおいて、ソフトウエアにより実現される。

【0134】

以上のように、補正増幅率の調整や一次遅れフィルタの挿入により、今回目標値Ｐが定格よりも大きく変動した時に補正量Ｒをより適正な値に出来る。

【0135】

図１６は、第２の実施形態の制御部２１のブロック図である。

【0136】

構成において、図６と相違する点は、制御部２１にスイッチＳＷ２３が接続されていることである。このスイッチＳＷ２３は、第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆの両方の動作を選択的に有効（ＳＷ２３がオン）または無効（ＳＷ２３がオフ）にする。レーザダイオード３の容量や負荷の種類によっては、第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆの動作が不要な場合がある。例えば、図１のように、目標値が変動しても電流指令値の傾きが一定で良い場合、且つ、図１２に示すような補正を行う必要がない場合がある。このような場合は、ユーザ側で選択できるようにしておけば都合が良い。そこで、スイッチＳＷ２３により、第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆの両方の動作を選択的に有効または無効にする。

【0137】

図１７～図１９は、この第２の実施形態の制御部２１の動作を示している。

【0138】

図１７において、ＳＴ２０でスイッチＳＷ２３の入力状態を判別する。ＳＷ２３がＯＮなら、第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆの両方の動作を有効にするため図９の動作に進む。ＳＷ２３がＯＦＦなら、第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆの両方の動作を無効にするため図１８の動作に進む、
図１８、図１９は、点線で示す第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆの動作が無効であることを示している。点線で示すステップが無効であり実行されない。図１８、図１９において、ＳＴ２、ＳＴ５、ＳＴ６、ＳＴ８が第１補正部２１ｄによる処理１での補正動作のステップであり、ＳＴ１２～ＳＴ１５が第２補正部２１ｆによる処理２での補正動作のステップであり、これらの点線で示すステップが無効とされる。ここでは、図９、図１０との対比がし易いように、無効であるステップを点線で示しているが、実際には、図９、図１０において、これらの無効ステップが実行されないように制御される。

【0139】

このように、スイッチＳＷを設けることで、第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆの両方動作を選択的に有効または無効にできる。

【0140】

図２０は、第３の実施形態の制御部２１のブロック図である。

【0141】

構成において、図１６と相違する点は、制御部２１に第１スイッチである第１ＳＷ２４、第２スイッチである第２ＳＷ２５が接続され、傾き制御部２１ｃにテーブルＴＡが設けられていることである。第１ＳＷ２４は、第１補正部２１ｄの動作を選択的に有効または無効にする。第２ＳＷ２５は、第２補正部２１ｆの動作を選択的に有効または無効にする。また、テーブルＴＡは、第１ＳＷ２４、第２ＳＷ２５のオンオフの組み合わせに基づいて第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆの補正パターンを決定するためのテーブルである。

【0142】

図２１はテーブルＴＡを示す。

【0143】

テーブルＴＡは、第１ＳＷ２４、第２ＳＷ２５のオンオフの組み合わせと、各組合せに対応する補正パターン１～４と、各補正パターン１～４に対応するステップであるＳＡ～ＳＤのオンオフとを示す。ＳＡ～ＳＤは、図２３、図２４に示されている。ＳＡ、ＳＢ、ＳＣは第１補正部２１ｄによるステップであり、ＳＤは第２補正部２１ｆによるステップである。

【0144】

テーブルＴＡにおいて、
第１ＳＷ２４がオフ、第２ＳＷ２５がオフの場合は、補正パターンがパターン１であり、ＳＡ～ＳＤはオフである。

【0145】

第１ＳＷ２４がオフ、第２ＳＷ２５がオンの場合は、補正パターンがパターン２であり、ＳＡ～ＳＣはオン、ＳＤはオフである。

【0146】

第１ＳＷ２４がオン、第２ＳＷ２５がオフの場合は、補正パターンがパターン３であり、ＳＡ～ＳＣはオフ、ＳＤはオンである。

【0147】

第１ＳＷ２４がオン、第２ＳＷ２５がオンの場合は、補正パターンがパターン４であり、ＳＡ～ＳＤはオンである。

【0148】

図２２～図２４は、この第３の実施形態の制御部２１の動作を示している。

【0149】

図２２は、１００ｍｓ毎に実行される動作である。ＳＴ３０でＳＷ入力状態が判別され、ＳＴ３１でテーブルＴＡが参照され、ＳＴ３２で補正パターンの選択が行われる。これにより、ユーザにより設定されたＳＷ入力状態に対応する補正パターンの選択が確定する。

【0150】

図２３、図２４は、１０μｓ毎に実行される。図１８、図１９に示す第２の実施形態のフローチャートと相違する点は、動作中にＳＴ１００、ＳＴ１０１、ＳＴ１０２、ＳＴ１０３の判定ステップを挿入し、図２２のＳＴ３２で確定した補正パターンに対応するＳＡ～ＳＤのオンオフを判定する。すなわち、ＳＴ１００では、ＳＡがＯＮならＳＴ２に進みＳＡを実行する。また、ＳＴ１０１では、ＳＢがＯＮならＳＴ５に進みＳＢを実行する。また、ＳＴ１０２では、ＳＣがＯＮならＳＴ８に進みＳＣを実行する。また、ＳＴ１０３では、ＳＤがＯＮならＳＴ１２に進みＳＤを実行する。

【0151】

上記の動作により、第１ＳＷ２４、第２ＳＷ２５のそれぞれのオンオフ状態に応じてＳＡ～ＳＤの実行有無を制御できる。

【0152】

このように、第１補正部２１ｄの動作を選択的に有効または無効にする第１ＳＷ２４と、第２補正部２１ｆの動作を選択的に有効または無効にする第２ＳＷ２５を設けることで、ユーザの選択幅が広がる。

【0153】

以上の制御により、今回目標値Ｐ（ｎ）が変化した場合に、簡単な計算でパラメータＣ´が求められ、このパラメータＣ´に基づいて今回電流指令値Ｄ（ｎ）の傾き制御が行われる。このため、今回目標値Ｐ（ｎ）が変動しても立ち上がり時間を一定に出来る。また、テーブルＴは一つだけ用意すれば足り、目標値に応じた多数のテーブルを用意する必要もない。

【0154】

また、電流指令値は、切替点ｄに達してから最適なステップ応答となるように補正される。

【0155】

また、スイッチＳＷによって、第１補正部２１ｄと第２補正部２１ｆとの動作を選択的に有効または無効にできる。

【符号の説明】

【0156】

１－上位システムコントローラ
２－レーザダイオード駆動用電源装置３－レーザ発振器
３－レーザダイオード
２１－制御部
２１ｃ－傾き制御部
２１ｄ－第１補正部
２１ｆ－第２補正部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】