JPH02206381A - デジタル制御装置 - 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、デジタル制御装置に係り、特に、制御量の変
動が少く、かつ演算時間、応答時間の短いデジタル制御
装置を提供するものである。

〔従来の技術〕

Ｖ　Ｔ　Ｒ（Ｖｉｄｅｏ　Ｔａｐｅ　Ｒｅｃｏｒｄｅｒ
）用の駆動モータの速度は一定であることが望まれてい
る。速度変動（回転むら、速度リップル）があると画像
が乱れ、ＶＴＲとしての信頼性、品位が著しく損なわれ
てしまう。従来この種装置は直流モータを主として使用
していたが、近年では速度を自由に、しかも簡単に変え
ることができて信頼性の良いブラシレスモータを採用す
る例が増加している。ブラシレスモータは機械的なブラ
シがないので、直流機の持つ種々の欠点が除かれる反面
、１２０度通電方式のブラシレスモータでは原理上モー
タ自体でトルクリップルを発生し、回転むらを大きくす
る欠点がある。

上記欠点を除く方式として回転むらの中の調波成分を検
出し、同じ調波成分で電流指令（トルク指令）に補正を
行うことによって回転むらを小さくする方式を考案し、
特願昭６３−３９４２４号として先願した。この主構成
は、制御量（回転数）を発生する制御対象（モータ）と
、制御量（回転数）を検出する検出部（エンコーダ、カ
ウンタ）と目標値と検出部の測定値とから偏差を算出す
る弁別部と、偏差によって制御対象（モータ）への操作
量（電流指令）を決める制御部とからなり、制御部、弁
別部とがマイコン等のデジタル演算器を備える。また、
一定サンプリング周期毎に操作量を出力するデジタル制
御装置であって、制御量（回転数）および偏差等に含ま
れる一定周期毎の変動成分を検出し、その変動調波成分
と同じ周期の補正を操作量に作用させることによって制
御対象に含まれる変動調波成分を低減させる原理を持つ
ものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術において制御量の変動に複数の調波成分が
存在し、複数の調波成分検出、補正手段を持つ必要があ
る。この場合、１つのサンプリング時間内に２つの調波
成分の検出、補正を行うため、時間がかかる点、また、
補正のサンプリングを周期の長い周期の調波成分検出補
正部と短い周期の調波成分検出補正部とで同一にしてい
るために短い周期の調波成分検出補正部の応答時間が短
くできなかった。

本発明の目的は、それぞれの調波成分検出補正部の応答
時間を十分早くし、かつ、１つの補正に要する時間を短
縮させることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、複数の調波成分検出、補正部の検出もし
くは補正出力のいずれかのタイミングをずらすことによ
って達成される。

〔作用〕

検出のタイミングをずらすことによって、１サンプリン
グ内の検出回数を少なくすることができ、演算時間を少
なくすることができる。また、検出、補正のサンプリン
グの周期をそれぞれ変えることによって補正の応答時間
が早くなる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。第２図は本発
明の対象とするデジタル制御装置を示す。

本実施例では制御対象をモータ、検出部をエンコーダ、
カウンタとで構成し、制御量が回転数、操作量が電流指
令で、かつ、制御部、弁別部と検出部の一部がマイコン
等のデジタル演算器によって構成される実施例で示す。

第２図においてＭはモータで１回転内で周期的なトルク
変動成分を持つか、あるいは周期的に変動する負荷を持
ち、速度変動が生じる。このモータは回転形、直進形の
いずれでも良く、更にブラ・シの有無は問わない。ここ
ではブラシレスモータの例で示す。ＰＳはモータＭの特
に回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出器で、これ
はモータＭの相電流を切換えるのに用いられる。モータ
の内部構成については図示していないが、ブラシレスモ
ータは回転子の位置を電子的に検出し、回転子の位置に
応じて選択された二つの相巻線に電流を流すよう通常構
成されている。ＥはモータＭの回転軸に取付けたエンコ
ーダ等から成る速度検出器である。速度検出器はエンコ
ーダの外に周波数発電機、タコジェネレータ、パルスジ
ェネレータ等が採用される。ＩＮＶはモータＭを駆動す
るドライバであるインバータで通常６個のスイッチング
素子で正、負それぞれ３ケのアームを構成させ、選択さ
れた二つの相巻線に電流を流し、又、その大きさを変え
られるものである。ＡＣＲは自動電流調整回路（Ａｕｔ
ｏ　ｍａｔｉｃ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ
）で電流トランスＣＴで得られた電流検出値を受けるよ
う構成している。ＭＣはマイクロコンピュータで後述す
る機能を有する。Ｃ０ＵＮＴは速度検出回路で、実際は
カウンタから構成されており、−定のサンプリング時間
で検出されたパルス数あるいはパルス間隔を検出するこ
とによって行なわれる。速度制御手段Ｃは前記のマイク
ロコンピュータＭＣ１自動電流調整回路ＡＣＲ、ドライ
バ（インバータ）ＩＮＶ、速度検出回路Ｃ０ＵＮＴで主
要部が構成される。

そして、速度検出回路Ｃ０ＵＮＴで得られた速度をマイ
クロコンピュータＭＣに伝え、磁極位置検出部ＰＳから
の信号を同じくマイクロコンピュータＭＣとドライバＩ
ＮＶに伝え、マイクロコンピュータＭＣは前記信号を処
理してドライバのスイッチング素子のオン、オフ制御と
、電流値の大きさを調整するように機能する。

マイクロコンピュータＭＣは第３図に示した内部機能を
有する。すなわち、演算部ＡＬＵ、カウンタＣＮＴ、Ｄ
／ＡコンバータＤＡおよび記憶部ＭＲＹを具備している
。カウンタＣＮＴはエンコーダＥからのパルス信号の周
期を計り、これの逆数として速度検出をする。演算部Ａ
ＬＵではカウンタからの信号を受け、記憶部ＭＲＹのＲ
ＯＭに記憶させている指令速度と比較し、速度誤差を算
出する。次いで、これによって算出された速度誤差に基
づき補正信号を作成する。そして、この補正信号を随時
記憶部ＭＲＹのＲＡＭに記憶し、新規なデータに順次更
新する。更に、演算部ＡＬＵでは前記で検出された実際
のモータＭの速度モードに内在している調波成分を検出
する要素を有している。又、この調波成分の検出は基本
波成分と特にトルクリップルを生じさせる例えば第３次
あるいは第５次調波成分等を対象にして行なうものであ
る。尚、前記カウンタＣＮＴは外付けのものを示してい
るが、マイクロコンピュータＭＣ内蔵のものでもよい。

第１図は速度制御装置の具体化されたブロック図である
。この図において制御量である速度信号は、検出部を構
成する速度検出器（エンコーダ）Ｅのパルス間隔に入る
基準発振器（マイクロコンピュータに内在するクロック
又はカウンタ）のパルス数を数え、これの逆値をとるこ
とによって検出され（Ｆ／Ｖ変換）、これによって得ら
れた速度信号ｎｔはマイクロコンピュータに取込まれる
。

マイクロコンピュータ内ではソフト的な処理手法によっ
て、目標値である速度指令ｎｓと速度信号ｎ、の差から
速度偏差信号ｎｅを算出しく弁別部にて行なう）、制御
部で比例・積分制御（ＰＩ制御）処理後に操作量である
新たな電流指令工、を出力する。電流制御系はハードで
構成され、速度指令ｎｓに基づいて与えられた電流指令
Ｉｓと電流トランスＣＴから得られた電流検出値■□と
から電流誤差Ｉｅを算出し、自動電流調整装置ＡＣＲを
介して制御対象のモータＭに電流を付与するように構成
される。尚、第１図ではインバータが省略されている。

これらの全体的な構成は従来知られているものであるが
、本発明対象のブロックは第１図破線枠で示した新規な
要素である調波成分検出手段１゜を有する。つまり、速
度信号ｎｆｆ１、あるいは速度偏差信号ｎ。に内在する
任意の調波（周波数）成分を算出し、これに比例制御（
Ｐ制御）、もしくは比例・積分制御（ＰＩ制御）によっ
て補正信号を作成し、これを前記の電流指令Ｉｓに加え
るものである。ＩＯＡ、ＩＯＢ、Ｉｏｎはそれぞれ第ｎ
１火成分検出手段、第ｎＺ火成分検出手段、第ｎｈ次成
分検出手段である。そして、それぞれの検出手段にＰＩ
制御要素が接続され、その出方信号である補正信号を１
つにまとめて電流指令Ｉｓに加えるものである。それぞ
れの出力信号はそれぞれパラレルに電流指令Ｉｓに与え
てもよい。又、検出すべき任意の調波成分および数は個
々の対象モータに対し、自由に変えることが可能である
。

第４図にモータＭの１回転当りにおける速度変動状況を
示す、１回転当りのエンコーダＥが発生するパルス数は
Ｎｋであり、速度検出のための演算は１パルス間隔にお
いて１回行なうものである。

速度ｎｔはエンコーダＥのそれぞれのパルス間隔に入る
マイクロコンピュータ内蔵の基準発振器のパルス数の逆
数で求めることができる。実際は速度検出のカウンタで
計測し、速度信号ｎ１は第４図に表わされる。

一般に速度ｎｉ（θ）は次式に従ってそれぞれの周波数
成分に展開することができる。

但し、ｎｏ・・・直流分、ａｌ・・・正弦の係数、ｂ。

・・・余弦の係数、 そして、任意の周波数成分に対するｎ。１ａｎ１ｂ、の
絶対値は次式で表わされる。

ｎ　ｓ　Ｐ　Ｐ　Ｒ（Ｐｕｌｓｅ　Ｐｅｒ　Ｒｅｖｏｌ
ｕｔｉｏｎ）の速度変動分は次式で求められる。

但し、Ｎｋ・・・１回転当りのパルス数、ｎｆｎ・・・
ｎ番目パルスとｎ−１番目のパルス間の速度、更に、ｎ
　ＩＰ　Ｐ　Ｒの速度変動Ｎは次式で求められる。

比例制御における補正項は １回転当りｎｍ個のパルスを発生するエンコーダＥを用
いた第４図の例において、１回転にここで、ＣＮＩ：Ｋ
　′ＡＮＩＩ　ＤＮ１＝Ｋ　ｏ１３ＨｔＫ：比例ゲイン 第４図には１回転分について示しであるが、次の回転に
ついても同様の変動モードを示し、これを繰かえす。

計算の起点は回転子の基準位置である。基準位置はエン
コーダＥによって与えられる基準信号、又は、ブラシレ
スモータの場合はホール素子によって与えられる回転子
の磁極位置検出信号を利用して検知するようにしている
。尚、直流機でエンコーダ等を用いないものにあっては
基準位置を別に設け、任意の位置を設定するように構成
してもよい。

前述の手法においては、正弦波あるいは余弦波情報を必
要とするが、これはＲＯＭに予め格納しておくことで対
処できる。又、後述のように、ブラシレスモータの各相
に流す電流を正弦波状に与えるドライブ方式を取入れて
いるものにおいては、ＲＯＭ内の既に正弦波および余弦
波情報を有しているので、これをそのまま利用可能であ
る。

第４図に本発明の速度リップル低減の具体的な手法を示
す。本発明は速度リップルを生ぜしぬる要因が２つ以上
存在し、二つ以上のリップルの補正を行う必要があるも
のを対象とする。図において（，１）はモータの実際の
速度変動モードを示す。

（ｂ）はそれぞれのパルス間で１回の速度検出を行なう
ことを示している。（ｃ）はそれぞれのパルス間隔毎に
求められた速度信号（電流信号）でデジタル的に階段状
になる。（ｃｌ）は（ｃ）の速度信号から求められた速
度信号の基本波成分（−火成分）である。（ｅ）は同じ
く（ｃ）がら求められた速度信号の第ｎ吹成分である。

これらの（ｄ）および（ｅ）の調波成分は前述の（５）
、　（６）式の周波数分哲針算により求めることができ
る。

このように調波成分が求められるので（ｆ）および（ｇ
）に示す補正信号（電流）を加えることによりこれらの
調波成分は相殺され、消滅するので、これに起因するト
ルクリップル（速度リップル）は消滅あるいは減じるこ
とができる。

第５図にこれらの速度制御系をデジタル方式で構成する
一例を示す。一定速度で回転させねばならないＶＴＲ用
モータ等において速度制御を行なう間隔はエンコーダあ
るいは周波数発電機ＦＧから得られるパルス周期あるい
はその数倍の間隔で行なうのが一般的である。前記第５
図の例はパルス周期と速度制御の周期を等しくした場合
を示すもので、エンコーダが１回転で１６パルスの例で
示す、ｎ回目の速度制御のための計算に際してはｎ−１
回目のエンコーダあるいは周波数発電機の信号周期の情
報をデータとして使用する。一方、補正制御のサンプリ
ング周期は速度制御の周期より長くするのがよい。

図において１回転に１６ケの速度情報ｆ１〜ｆｌＢが得
られる０本発明においては、２つの速度リップル分の１
つの成金、例えば、第２調波成分についてはｆｚ＊　ｆ
３．ｆｓ、ｆ７の速度情報をもとに（５）、　（６）の
計算式でリップル分ＡＮｚ、　ＢＮＺを算出する。補正
項はこの値に例えば比例定数Ｋｃ　を乗じて、（８）の
ＣＮｉ　Ｄｎｚを算出する。１回転に２回の補正項の大
きさの更新ができる６一方、１回転で１回の周期を有す
る第１調波成分については、ｆ　ｚｔ　ｆ　４１　ｆ　
ｅｇ・・・・・・ｆｌＢの速度情報をもとに（５）、　
（６）の計算式でリップル分ＡＮＩ、　ＢＮＩを算出し
た後、補正項を第２調波成分の場合と同様に算出する。

第１調波成分の場合は当然、１回転に１回の補正項の大
きさの更新になる０以上の方式によれば、１回の速度制
御に占める（５）、　（６）式の算出は第１もしくは第
２調波成分のいずれかを行なうだけで良く、計算時間を
減らすことができる。

また、補正信号作成のための（８）式の算出時間も短く
することができる。このように調波成分検出、補正の検
出もしくは補正出力のタイミングを２つの調波検出手段
の間でずらせることによって、１回の速度制御内に占め
る計算時間を少なくすることができる。第５図のように
、周期の短い調波成分検出、補正のサンプリング期間を
、周期の長い調波成分検出、補正のサンプリング周期よ
りも短くすることによって、短い周期に対する応答性が
向上する。

第６図は前述した本発明の手法をマイクロコンピュータ
によって実行するためのフローチャートを示している０
図面を参照し説明すると、まず、ステップのでカウンタ
を＋１　（インクリメント）する。次にステップ■、■
、■、■は速度制御の動作で、速度指令ｎｓ、速度信号
ｎｆの取り込み、速度誤差のｎｇ、比例項出力（比例制
御の例で示す）Ｐを計算する。ステップ■は第１調波も
しくは第２調波のいずれかの算出を行なうか選択する。

ステップ■〜■は速度信号の中より第２調波成分の正弦
項係数、余弦項係数ＡＮ２　＋　ＢＮＺを算出し、さら
に、補正項係数ＣＮｚ、　ＤＮｚを算出するためのもの
である。ステップ■、■でＡｓｚ　、　ＢＮ２の算出を
進め、■で計算の完了の確認で、ステップ［相］で、補
正項係数ｃＮ、、ＤＮ２を算出する。さらにステップ０
で初期化を行なう。ステップ＠〜Ｏは第１調波に関する
ものでステップ■〜■と全く同一のものである。最後に
ステップ＠において速度制御系の出力と補正値を加えて
出力するものである。

第６図では、第５図で示したように速度情報ｎ１の中の
１つおきのデータをそれぞれ第１調波用、第２調波用の
演算用として割りふることによって１回の速度制御での
計算時間が短くすることができる。また、第１調波と第
２調波で別々のカウンタを設け、補正項係数ＣＮ、ＤＮ
の出力回数を多くすることによって応答性を良くするこ
とができる。

なお、以上の例では、各調波の補正値は２回の速度制御
の間にカウンタが止まっているため同一の値となったが
、カウンタを別個に持ち、これをすすめることによって
補正値を変えることも可能である。

なお、以上の実施例では、補正の算出法としてフーリエ
展開する方式について述べたが、本手法は速度情報をデ
ジタルフィルタを介して補正する方式についても全く同
様の方法で行なうことができる。以上の場合に、速度情
報はメモリー内に記・憶し、必要に応じて、必要な個数
だけ呼び出して演算することもできるし、速度情報をメ
モリに入れずに第５図のように行なう補正にも任意のサ
ンプリングタイムを導入してその間は一定の定数で行な
う方法も可能である。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、１回の速度制御における計算時
間を減らすことができ、かつ応答性も良くすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は基本ブロ
ック図、第３図は°マイクロコンピュータの内部構造図
、第４図は調波成分の検出、補正の原理図、第５図は調
波成分の検出法の原理図、第６図は本発明のマイクロコ
ンピュータのフロー図を示す。 Ｍ・・・電動機、ＰＳ・・・ポジションセンサ、Ｅ・・
・エンコーダ、Ｃ０ＵＮＴ・・・速度検出回路、ＭＣ・
・・マイクロコンピュータ、ＡＣＲ・・・自動電流調整
回路、Ｃ・・・制御装置。 第 図 第 図 円Ｃにへ 第４図 第６図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御量を発生する制御対象と、制御量を検出する検
   出部と、目標値と検出部の測定値とから偏差を算出する
   弁別部と、偏差によつて制御対象への操作量を決める制
   御部とを備え、かつ、制御部、別弁部とがマイコン等の
   デジタル演算部を備え、かつ、一定サンプリング周期毎
   に操作量を出力するデジタル制御装置であつて、かつ、
   制御量および偏差等に含まれる一定周期毎の複数の変動
   調波成分を検出し、その変動調波成分と同じ周期の補正
   を操作量に作用させることによつて制御対象に含まれる
   変動調波成分を低減させる調波成分検出補正部を持つデ
   ジタル制御装置において、複数の調波成分検出、補正部
   の検出もしくは補正出力のいずれかのタイミングをずら
   したことを特徴とするデジタル制御装置。 ２、特許請求範囲第１項記載において、周期の長い調波
   成分検出、補正の周期を周期の短い調波成分検出、補正
   の周期よりも長くしたことを特徴とするデジタル制御装
   置。 ３、特許請求範囲の第１項記載において、周期の異なる
   調波成分補正に使用する制御量のデータは少なくとも１
   つは異ならしめたことを特徴とするデジタル制御装置。 ４、特許請求範囲第１項記載において、制御対象が、リ
   ニアもしくはロータリの移動体であつて、制御量が速度
   もしくは回転数であることを特徴とするデジタル制御装
   置。