特開 2022-86937 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】P2022086937

(43)【公開日】2022-06-09

(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】

   H02M 3/00 20060101AFI20220602BHJP

   G05B 11/36 20060101ALI20220602BHJP

   H01S 5/06 20060101ALI20220602BHJP

【ＦＩ】

H02M3/00 H

G05B11/36 P

H01S5/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020204889

(22)【出願日】2020-12-10

(31)【優先権主張番号】P 2020197698

(32)【優先日】2020-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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

【テーマコード（参考）】

5F173

5H004

5H730

【Ｆターム（参考）】

5F173SE02

5F173SG07

5H004GA01

5H004GB15

5H004HA14

5H004HB14

5H004JA01

5H004KA22

5H004KC38

5H004LB06

5H004MA12

5H730AS02

5H730CC02

5H730DD04

5H730FD31

5H730FD33

5H730FF09

5H730FG05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】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特性が常に最適となるレーザダイオード駆動用電源装置を提供する。
【解決手段】レーザダイオードシステムにおいて、ＬＤ駆動用電源装置は。駆動電流の立ち上がりの傾きを示す情報と、駆動電流の目標値とを設定する設定部を有し情報に基づいて電流指令値を生成する制御部２１を備える。制御部は、電流指令値を、予め設定した切替点に達したときから、目標値になるまで補正する補正部を備え、電流指令値を適正に補正することで切替点から目標値に達するまでの駆動電流の立ち上がり時間の最適化を図る。
【選択図】図４

【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
、
前記駆動電流の立ち上がりの傾きを示す情報と、前記駆動電流の目標値とを設定する設定部を備え、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補正部を備えてなる、レーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項2】

前記切替点は、前記目標値に応じて変更される、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】

前記補正部は、前記電流指令値を、前記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または２記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項4】

前記補正部は、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３記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項5】

前記補正部は、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３または４記載のレーザダイオード駆動用電源装置。

【請求項6】

前記情報と前記駆動電流の前記目標値は、上位システムコントローラから送られてくる
、請求項１～５のいずれかに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)に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＤ駆動用電源は、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】

しかし、上記の装置では、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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

この発明の目的は、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】

【0009】

この発明のＬＤ駆動用電源装置は、駆動電流の立ち上がりの傾きを示す情報と、前記駆動電流の目標値を設定する設定部を備え、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を備え、前記制御部は、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補正部を備えている。

【0010】

制御部は、電流指令値が予め設定した切替点に達するまでは、前記情報に基づいてＰＷＭ信号を生成する。電力変換部から出力される駆動電流はレーザダイオードに入力される。

【0011】

補正部は、電流指令値が予め設定した切替点に達したときから、電流指令値を補正する。これにより、前記目標値が変動しても、補正量を目標値に応じた値に設定することで、切替点から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。

【0012】

前記切替点は前記目標値に応じて変更される。目標値が定格よりも低下するにしたがって、目標値と切替点との偏差が小さくなる。この偏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、目標値が定格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。

【0013】

前記補正部は、前記目標値と前記電流指令値との偏差量に基づいて前記電流指令値を補正する。

【0014】

補正量の演算は、前記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。

【0015】

また、前記補正部は、前記偏差量に所定の補正増幅率を乗じて前記電流指令値を補正する。

【0016】

補正量の演算を、前記目標値と前記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。

【0017】

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

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

また、前記情報と前記駆動電流の目標値は、上位システムコントローラから送ることが可能である。

【0021】

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信号を送る。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、上位システムから送られてきた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。

【発明の効果】

【0022】

この発明によれば、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】

【0023】

【図1】この発明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2】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3】テーブルＴを示す。

【図4】制御部２１のブロック図である。

【図5】電流指令値Ｄのステップ応答特性を示している。

【図6】制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【図7】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8】補正量Ｒの調整を行う実施例である。

【図9】補正量Ｒの調整をさらに実用的にした実施例である。

【図10】一次遅れフィルタを示す

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、この発明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。

【0025】

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。

【0026】

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、ＬＤ３の駆動前に、電流指令値Ｄの傾きを間接的に示すＳＴＥＰ信号と駆動電流の目標値Ｐとを出力する。なお、以下の説明で、演算周期（サンプリング周期）を示す場合、ｎを付加する。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。

【0027】

ＬＤ駆動用電源装置２内の制御部２１は、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。制御部２１は、サンプリング毎に、電流指令値Ｄを、後述のパラメータＣを用いた演算により制御する。

【0028】

また、上位システムコントローラ１は、ＬＤ駆動用電源装置２に対して、駆動電流の目標値Ｐをアナログ信号で連続的に出力する。ＬＤ駆動用電源装置２内の制御部２１は、この目標値Ｐをサンプリング毎に取得する。また、上位システムコントローラ１は、ＬＤ駆動用電源装置２に対して起動信号を出力する。

【0029】

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。

【0030】

図２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。

【0031】

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。

【0032】

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の目標値Ｐ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。

【0033】

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、連続的に目標値Ｐ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。

【0034】

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を設定する。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。

【0035】

図３はテーブルＴを示す。

【0036】

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、電流指令値Ｄの傾き（ΔＩ／Δｔ：サンプリング毎の電流変化率）を表す値である。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。

【0037】

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。

【0038】

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から送られてきた駆動電流の目標値Ｐも設定部２１ａに設定する。目標値Ｐは、最初に１回だけ送られてくるＳＴＥＰ信号とは異なり、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。

【0039】

制御部２１は、上位システムコントローラ１からＳＴＥＰ信号、目標値Ｐ、起動信号を受けると、設定部２１ａに格納（設定）されているパラメータＣを抽出し、目標値Ｐをサンプリング周期毎に取得する。制御部２１は、取得した目標値Ｐに基づいて電流指令値Ｄの立ち上がりの傾き制御を行う。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。

【0040】

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。

【0041】

図４は、制御部２１のブロック図である。

【0042】

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。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目標値Ｐも設定部２１ａに設定される。

【0043】

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して電流指令値Ｄの立ち上がりの傾き制御を行う。傾き制御部２１ｃは、補正部２１ｄを備え、電流指令値Ｄの補正を行う。

【0044】

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。

【0045】

前記傾き制御部２１ｃと補正部２１ｄ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。

【0046】

次に、上記傾き制御と補正制御について説明する。

【0047】

図５は、電流指令値Ｄのステップ応答特性を示している。

【0048】

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は設定部２１ａに設定されているパラメータＣに基づいて演算によって求められる。電流指令値Ｄの立ち上がり開始時刻はＴ１、切替点ｄの時刻はＴ２、電流指令値Ｄが目標値Ｐに達して安定した時刻をＴ３とする。また、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。

【0049】

なお、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。また、図５において、ハッチングで示す領域は電流指令値Ｄに対する補正量Ｒを示す。補正量Ｒは、サンプリング毎の補正値Ｓの積分値である。

【0050】

処理１は、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、補正部２１ｄからのサンプリング毎の補正値Ｓはゼロである。

【0051】

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、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、目標値Ｐが定格の２５％であると、電流指令値Ｄに対し、補正部２１ｄから７５％分（１００％－２５％）の補正量Ｒが加算される。

【0052】

補正部２１ｄ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。

【0053】

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＝（目標値Ｐ－電流指令値Ｄ）で求められ、図５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。

【0054】

切替点ｄから目標値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、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目標値Ｐに達して安定するカーブである。一方、ゲインは、目標値Ｐの大小で最適値が異なってくる、特に、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４の時刻Ｔ３までの電流上昇時間が長時間になってしまう。

【0055】

本実施形態では、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、補正部２１ｄ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５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。

【0056】

上記補正は選択的である。例えば、目標値Ｐが定格１００％では補正は行わない。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。

【0057】

他の実施例として、補正指令値Ｄ´＝電流指令値Ｄ＋ｋ（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（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、目標値Ｐが定格１００％のときはｋ＝０、目標値Ｐが定格に対して９９％～１％のときは目標値に応じてｋ＝０．０１～１．００に変動させて指令値に加算する。

【0058】

図６は、制御部２１の動作を示すフローチャートである。

【0059】

このフローチャートで示す動作周期はこの例では１０μｓであり、この動作周期は、傾き制御部２１ｃが設定部２１ａから目標値Ｐなどを取得して電流指令値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。

【0060】

ＳＴ１では、設定部２１ａから目標値Ｐのデジタル値を取得する。この値は、急激な変化を避け、精度を高めるために前回実行時（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。

【0061】

ＳＴ２では、目標値Ｐと前回の電流指令値Ｄ（ｎ－１）との偏差量ＤＦを求める。

【0062】

偏差量ＤＦはＳＴ４で使用される。

【0063】

ＳＴ３では、設定部２１ａからテーブルＴを参照しパラメータＣを得る、また、切替点ｄ(図５参照)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目標値Ｐの８０％の電流となる位置である。目標値Ｐが低くなり電流変化量が定格比の２％以下であれば、目標値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。

【0064】

ＳＴ４では、偏差量ＤＦと切替点ｄとを比較する。ＳＴ４での切替点ｄは、偏差量ＤＦとの比較のため、１００％からの差分で示される。すなわち、ＳＴ４での切替点ｄは、切替点ｄが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Ｔ１－Ｔ２の期間であるため処理１に進み（ＳＴ５）、偏差量ＤＦが切替点ｄ以上ならＴ２－Ｔ３の期間であるため処理２に進む（ＳＴ６）。

【0065】

処理１は、図５のＴ１－Ｔ２間においてステップ信号に応じた電流立ち上り時間で今回の電流指令値Ｄ（ｎ）を演算で求める処理である。今回の電流指令値Ｄ（ｎ）は下記の計算式で求められる。

【0066】

Ｄ（ｎ）＝ｆ（Ｃ、Ｄ（ｎ―１）、ＤＦ）
ここで、ＣはＳＴ３で取得したパラメータＣであり、Ｄ（ｎ－１）は、前回の演算で出力した電流指令値である。ＤＦはＳＴ２で得られた、目標値ＰとＤ（ｎ－１）との偏差量である。

【0067】

処理２は、図５のＴ２－Ｔ３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補正前の電流指令値Ｄを演算する処理である。処理１では、電流指令値Ｄが直線的に傾くように制御され、処理２では補正前の電流指令値Ｄが適切なカーブで目標値Ｐに達するように制御される。処理２において、今回の補正前の電流指令値Ｄは以下の計算式で求められる。

【0068】

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。

【0069】

次に、ＳＴ７以下の補正部２１ｄの補正処理について説明する。

【0070】

ＳＴ７～ＳＴ１０は補正処理である。

【0071】

ＳＴ７では、偏差量ＤＦと切替点ｄとを比較する。ＳＴ４と同様に、ＳＴ７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ＳＴ８に進み、偏差量ＤＦが切替点ｄ以上ならＳＴ９に進む。

【0072】

ＳＴ８では、Ｔ１－Ｔ２の期間なので、補正値Ｓはゼロである。

【0073】

ＳＴ９では、Ｔ２－Ｔ３の期間なので、補正値Ｓを求める。

【0074】

補正値Ｓは、ＳＴ６の処理２で求めた電流指令値Ｄ（ｎ）と目標値Ｐとから求める。簡易的には、補正値Ｓ（ｎ）＝目標値Ｐ－電流指令値Ｄ（ｎ）で求めることが可能である。

【0075】

ＳＴ７－ＳＴ９の補正処理を終えると、ＳＴ１０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。

【0076】

なお、Ｔ１－Ｔ２の期間ではＳＴ８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。

【0077】

ＳＴ１１は、ＳＴ５又はＳＴ６の演算で得られた電流指令値Ｄ（ｎ）、およびＳＴ１０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。ＳＴ１１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。

【0078】

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）。

【0079】

図７は、補正値Ｓを求める方法を分かりやすく示す図である。

【0080】

補正値Ｓの積分値である補正量Ｒの元値はＳＴ１０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。

【0081】

このように、ＳＴ１０での補正値Ｓの計算は簡単であるため、ＳＴ１１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。

【0082】

図８は、補正量Ｒの調整を行う実施例である。

【0083】

図８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、補正部２１ｄの増幅器で行い、その値は実験により求められる。

【0084】

図９は、補正量Ｒの調整をさらに実用的にした実施例である。

【0085】

図９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。

【0086】

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１０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。

【0087】

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、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。

【符号の説明】

【0088】

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
２１－制御部
２１ｃ－傾き制御部
２１ｄ－補正部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】