JPH0322888A - 速度制御装置 - 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 本発明は回転体の回転速度が所望値になるように制御す
る速度制御装置に関する。

従来の技術 従来より回転体の回転速度を所望の値に制御する方法と
して、速度発電機を回転体に連結することなく、回転体
の固定子巻線に誘起される交番電圧を矩形波に波形整形
した信号（ＦＣ信号）を用いる方法（例えば、「位置検
出素子を省略したブラシレス直流モータ駆動方式」ナシ
ョナル　テクニカルレポート　ｐ６１４　Ｖｏｌ．３３
　Ｎｏ．５　ＯＣＴ．１９８７）があり、ＦＣ信号の周
波数もしくは繰り返し周期のみを速度情報として用いて
速度制御を行ない、簡単な構威で回転体を比較的安定に
速度制御することができる（例えば、特公昭５７−１８
４３４号公報に示されている．） ところで、この周波数あるいは周期検出方式は固定子巻
線に誘起された交番電圧を矩形波信号になるまでに十分
増幅し、その矩形波信号の所定のエッジが速度情報を有
しているものとみなして誤差出力信号を発生する。

例えば代表的な周期検出方式においては、増幅後の交番
電圧の矩形波信号のリーディングエッジ（前縁）から次
のリーディングエッジまでの期間にクロックパルスを計
数することによって、回転体の回転速度に依在した計数
値を得て、この計数値をもとにパルス幅変調信号（チョ
ノパ型の駆動法を採る場合に使用される。）を作り出し
たり、あるいは前記計数値をアナログ電圧に変換したり
して誤差出力を得ている。

したがって、より高精度な制御を実現しようとすると、
一定の回転速度において固定子巻線に誘起される交番電
圧を同じにし、矩形波信号の周期をより正確なものにし
なければならない。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような横戒において、例えば回転子
に１２極（６極対）、固定子に９コイルよりなる回転体
を３相半波方式の駆動方式を用いて回転させたとき、固
定子巻線に誘起される交番電圧を増幅して得られる矩形
波信号の周期は、回転子の着磁精度、回転子・固定子の
取付猜度などのバラツキにより、１周期ごとに正規の周
期より長い周期・短い周期が交互に現われるため、制御
系に矩形波信号の周波数の１／２の周波数の外乱となっ
て現われ、制御特性が悪化してしまうという間匙があっ
た。特に、ビデオテーブレコーダ（ＶＴＲ）のシリンダ
モータのように高精度な回転が要求される制御系では、
外乱の周波数が制御系の慣性領域にもかかわらず問題と
なっていた．また、量産時には調整をほとんど行なわな
いので、全数においてＦＧ信号の周期を正確に管理して
おくことは困難であった。

本発明は上記問題点に鑑み、固定子巻線に誘起される交
番電圧より得られた矩形波信号の周期が定速回転時にお
いて異なっていても、矩形波信号の周期が一定であるか
のように矩形波信号の周期のずれを補正し、高精度な制
御を行う速度制御装置を実現せんとするものである． 課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の速度制御装置は、回
転体の速度情報を有する交流信号の周期を検出する周Ｉ
Ｉｌｌ検出手段と、前記周期検出手段の検出値を格納す
るメモリ手段と、前記検出値ど基準値から誤差出力を算
出する／ｉＩ算器と、前記誤差出力に基づいて前記回転
体に駆動電力を供給する駆動手段と、前記メモリ手段に
格納されている連続する第１，第２の周期検出値と正規
値から第１，第２の偏位量を算出し、前記第１，第２の
偏位量の減算値が略一定であるときにその算出結果から
前記誤差出力の補正値を算出する補正（ｉ！算出手段と
、前記補正値により各周期検出時点において前記演算器
に周期検出による誤差出力の補正を行わせる誤差出力補
正手段と、前記補正値算出手段の動作時に制御系のゲイ
ンを切り換えるゲイン切り換え手段を具備したことを特
徴とするものである。

作用 本発明は上記した横或によって固定子巻線に誘起される
交番電圧より得られた矩形波信号の周朋が定速回転時に
おいて異なっていても，．矩形波信号の周期が一定であ
るかのように矩形波信号の周期のずれを演算器によって
補正するようにしているので、誘起される交番電圧より
得られた矩形波信号の周期がずれていても制御系に外乱
となって現れず高精度な制御を行うことができる。

実施例 以下、本発明の一実施例の速度制御装置について図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例を示したブロックダイアグラ
ムであり、ここではプロセソサを用いて実現している。

モータ１の固定子巻線（図示せず）に誘起される交番電
圧信号が波形整形回路２に入力される．波形整形回路２
の出力はチャンネルセレクタ３ａ，演算器３ｂ、メモリ
３ｃ，周期検出器３ｄ、データパス４．５．６からなる
プロセンサ３のチャンネルセレクタ３ａに供給され、前
記チャンネルセレクタ３ａは前記プロセッサ３のメモリ
３Ｃのアドレス更新信号を発生し、アドレス更新信号は
コントロールバス４を介して前記プロセノサ３のメモリ
３ｃに供給される。

また、前記波形整形回路２が出力信号を出力すると、前
δ己チャンネノレセレクタ３ａのタイごング信号出力端
子３ｅからタイ兆ング信号が出力され周期検出器３ｄに
供給される．前記周期検出器３ｄは前記タイミング信号
出力端子３ｅから出力されるタイミング信号の周期、す
なわち、前記波形整形回路２の出力信号の周期を測定し
データバス６を介して前記プロセノサ３のメモリ３ｃに
供給する。前記メモリ３ｃはチャンネルセレクタ３ａの
アドレス更新信号に基づいたアドレスに周期データを格
納する。

つぎに、前記プロセンサ３では前記周期検出器３ｄより
データバス６を介して前記プロセノザ３のメモリ３ｃに
記ｊ（Ｊされている周期データとあらかしめ設定してい
る基準速度データより演算器３ｂがモータｌの速度誤差
出力を算出し、その算出結果をデータハス５を介してデ
ィジタルーアナログ変換器７に供給している。前記ディ
ジタルアナログ変換器７の出力は電力増幅器（図中にお
いてはパワーアンプと表示されている。）８によって増
幅されて前記モータ１に駆動電力として供給され゜ζい
る。

第２図は周期補正の動作説明をするための信号波形図で
あり、モータ１が定速回転しているときの信号波形図で
ある。第２図（ａ）は固定子巻線に誘起された交番電圧
の信号波形（ＦＣ信号）を示したもので、第２図（ｔｌ
１）は矩形整形器２の出力信号波形、第２図（Ｃ）はチ
ャンネルセレクタ３ａのタイミング信号出力端子３ｅか
ら出力されるタイミング信号であり、その周期を測定し
て速度情報としている。第２図（ｄ）は演算器３ｂによ
り算出された速度誤差信号であり、モータｌの回転速度
が定速にもかかわらず、速度誤差信号が一定値ではなく
ＦＧ信号が人力されるごとに゜“０”より大きくなった
り小さくなったりしている。これは、ＦＧ信号の周期が
常に−・定ではなく１周期ごとに変化し、正規の値より
大きくなったり小さくなったりしているからである。例
えば、モータ１が設定速度で同転しているとき、連続す
るＦＧ信号の波形整形後の周期をＰ，，Ｐ２とし、ｐ，
：ｐ２の比が９８：ｌ０２になっているとすると、周期
検出器３ｄの周ＪＩＪＩ　Ｐ　，の検出値は第２図の時
刻ｔ１から時刻Ｌ２までの時間間隔となり、正規の値よ
り２％短い値となる．また、周期検出器３ｄの周期Ｐ２
の検出値は時刻Ｌ２から時刻ｔ８までの時間間隔であり
、周期の値は正規の値より２％長い値となさらに、時刻
Ｌ３から時刻ｔ５までの次の周期においても同様となり
、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間間隔は正規の値より
２％短い値となり、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間間
隔は正規の値より２％長い値となる。したがって、連続
するＦＣ信号の周期は正規の周期の値より短い区間と長
い区間が交互に現れる。

すなわちＦＧ信号の周期の値が正規の値より短い区間と
長い区間が現れる信号を用いてプロセンサ３の演算器３
ｂが速度誤差出力を算出すると、時刻Ｌ１から時刻ｔ２
までの時間間隔を計測した区間では周期が２％短くなっ
ていることから速度が２％速くなったときの速度誤差出
力となり、時刻ｔ２から時刻ｔ８までの区間では周期が
２％長くなっていることから速度が２％遅くなったとき
の速度誤差出力となる。そのため、モータ１が設定速度
で回転しているにもかかわらず誤差出力は大きくなった
り小さくなったりし、制御系として好ましくない． しかしながら、第１図に示した本発明の実施例ではモー
タ１が定速回転しているときに、ＦＣ信号の周期の比が
正確に１００１００になっていなくても、周期のずれを
補正することにより充分な周期の比を確保することがで
き、高精度な制御が実現できるように構威されており、
以下そのもようについて説明する． 連続するＦＣ信号の第１のＦＣ信号の区間をＡ区間、第
２のＦＣ信号の区間をＢ区間とすると、モータ１はＦＧ
信号の１周期で制御されており、ＦＣ信号の周期が交互
にずれた状態で制御が行なわれている．このときに、Ｆ
Ｃ信号の１／２の周波数におけるモータ１の制御特性は
慣性領域であり、制御領域がＦＣ信号の周波数のｌ／１
２程度であることから、ＦＣ信号の１／２の周波数にお
ける外乱抑制特性は制ＩＩ　ｆｉｌ域に比べ約１／６に
なっている。それにもかかわらず、ＦＧ信号の周期のず
れにより誤差信号としてはモータ１の本来の応答により
得られる値より大きくなっている．通常ＦＧ信号の１／
２の周波数でのモータ１の応答はほとんど外乱の影響を
受けず、その結果、誤差出力の値もほぼ一定となる。

しかしながら、制御系を動作させながらＦＣ信号の周期
を高精度に測定するため、制御系が測定系に影響を与え
てしまう。そのため、より高精度にＦＣ信号の周期を測
定するには、制御系のゲインを下げ、制御系の影響が測
定系に現われにくいようにしなければならない。したが
って、ＦＣ信号の周期を高精度に測定するときにはゲイ
ン切り換え手段により制御系のゲインを下げて測定し、
補正値算出手段により補正値を求める．補正値算出手段
により補正値を求めた後、ゲイン切り換え手段によりゲ
インを元に戻して通常の制御特性が得られるようにする
． ＦＧ信号の１／２の周波数でのモータｌの誤差出力の債
がほぼ一定となるという特性を用いて、ＦＣ，信号の周
期のずれを検出する．すなわち、連続するＦＣ信号の周
期が交互に大きくなったり小さくなったりしたときには
、その原因がモータ１の応答ではな＜ＦＧ信号による周
期のずれであるものと判断して補正するようにする． モータｌの回転速度が一定であるときに、ＦＧ信号の周
期の比にずれがなければ、Ａ区間とＢ区間の周期の値は
同しとなる．しかし、ＦＧ信号作威時においてＦＣ信号
の周期の比がｔｏｏ：ｔｏｏからずれるため、八区間と
Ｂ区間の周期の値は同じとはならずに周期のずれに応じ
た値だけずれてしまう。八区間における周期のずれ量を
ーΔＡとすると、Ｂ区間での周期のずれ量はΔＡとなる
。

すなわち、ＦＣ信号の周期のずれ量は八区間，Ｂ区間の
偏位量の差より求めることができ、（１）式で表される
。

（Ｂ−Ｄ）−　　（Ａ−Ｄ） ΔＡ一　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・（１）２ ここで、Ａ，ＢはそれぞれＡ区間，Ｂ区間の周期の値を
、Ｄは正規値を示す。このとき、制御系のゲインはゲイ
ン切り換え手段により通常時より小さく設定されている
．また、八区間，Ｂ区間に応じたメモリ３Ｃのアドレス
の選択はチャンネルセレクタ３ａのアドレス更新信弓に
基づいて行われしたがって、（１）式によりＦＧ信号の
周期のずれΔＡを求め、Ａ区間においては測定した周期
の値より求めた偏位量に＋ΔＡの演算を行い、Ｂ区間に
おいては測定した周期の値より求めた偏位量に一ΔＡの
演算を行えばＦＧ信号の周期のずれを補正することがで
きる． 第２図（８１は上記方法により求めた周期補正値であり
、Ａ区間では負の値となりＢ区間では正の値となってい
る。

以上の計算式に基づくプロセッサ３によるＦＣ信号周期
ずれ補正のフローチャートを第３図に示す． ここでは、八区間とＢ区間の周期検出の検出精度を高く
するため（１回の測定ではノイズなどに対して弱いため
）数回測定したものを平均化するものとし、大きく周期
が異なるものは平均データから除外する。平均化の回数
をｎとすれば、六区間１　Ｂ区間における偏位量の平均
値はそれぞれΣ　（Ａｉ ｉ−１ Ｄ）／ｎ，　　Σ（Ｂｉ−Ｄ）／ｎで表さｉ・１ れる．よって、（１）式は（２）式のようになる。

２ ・・・・・・（２） まず、ブロンク３０１では連続するＦＧ信号の周期を計
算し、ブランチ３０２ではＦＧ信号の周期より偏位量を
求め、連続するＦＣ信号の偏位量の差がほぼ一定である
かどうかを判断する．偏位量の差がほぼ一定でなけれは
モータ１の回転速度が変化しており、定速になるまでＦ
Ｃ信号の周期の補正を行なわずに１周期の値をもとにモ
ータ１を制御する。モータ１が定速で回転するようにな
れば、ブロノク３０３においてゲイン切り換え手段によ
り制御系のゲインを小さくする．次に、ブロック３０４
でＡ区間，Ｂ区間それぞれの偏位量を算出し、ブランチ
３０５でｎ回終了したかどうかを判断し、ｎ回終了して
いなければブロック３０４にもどる．ｎ回終了すればプ
ロック３０６においてＡ区間．Ｂ区間それぞれの偏位量
の平均を求めた後、Ｂ区間の平均値から八区間の平均値
を減算し、減算結果をｌ／２して補正値ΔＡの値を求め
ている。補正値ΔＡが求まった後では、ブロック３０７
においてゲイン切り換え手段により制御系のゲインを通
常の値に戻している。

そして、ブロノク３０ＢのＦＧ周期補正の制御へ移行す
る。

第３図のフローチャートでは、Ａ，Ｂ区間のそれぞれの
偏位量より補正値ΔＡを求めたが、各々の周期より求め
ることも可能である。すなわち、（１），　（２１式に
おいて正規値Ｄを考慮しなければＡＢ区間それぞれの周
期の検出値のみから捕正値を求めていることになる。

ＦＣ周期補正の制御へ移行した後のＩｌｉＩ算器３ｂの
速度誤差出力の演算式は（３）．　（４）式のようにな
る。

ＯＡ−Ａ−Ｄ＋ΔＡ　　　　　　　　・・・・・・（３
）０８−Ｂ−Ｄ−ΔＡ　　　　　　　　・・・・・・（
４）ここで、０９は八区間の速度誤差出力、０８はＢ区
間の速度誤差出力である． このように、ＦＣ信号の周期のずれを、（２）式より求
めた補正値ΔＡを用いて、（３），　（４）式のように
速度誤差出力を補正するので、高精度な制御が可能とな
る。

以上のように本実施例によれば、ＦＧ信号の周期のずれ
を連続するＦＣ信号の周期の値の偏位量がほぼ一定にな
ることより検出し、誤差出力補正値としてプロセッサ３
のメモリ３Ｃに格納しているので、定速回転時には、誤
差出力補正値を用いて速度誤差を算出するのでＦＧ信号
の周期のずれの影響を受けない誤差出力を出力すること
ができ、高精度な制御が実現できる．また、誤差出力補
正値を算出するときには、ゲイン切り換え手段により制
ｊｎ系のゲインを下げているので、より高精度に補正値
を求めることが可能である。

なお、本実施例ではＦＣ信号の作威に回転体の固定子巻
線に誘起される交番電圧を用いたが、他の方法により作
威されたＦＣ信号でもＦＣ信号の１７２の周波数におい
て周期のずれがあるものであれば本発明は十分な効果を
発揮する。

また、プロセッサを用いてチャンネルセレクタ，演算器
．メモリ．周期検出器．誤差出力補正手段ゲイン切り換
え手段を構成したが、各々個別のハードウェアで構威し
ても何等差しつかえない。

発明の効果 以上のように本発明は、回転体の速度情報を有する交流
信号の周期を検出する周期検出手段と、前記周期検出手
段の検出値を格納するメモリ手段と、前記検出値と基準
値から誤差出力を算出する演算器と、前記誤差出力に基
づいて前記回転体に駆動電力を供給する駆動手段と、前
記メモリ手段に格納されている連続する第ｌ，第２の周
期検出値と正規値から第１，第２の偏位量を算出し、前
記第１．第２の偏位量の減算値が略一定であるときにそ
の算出結果から前記誤差出力の補正値を算出する補正値
算出手段と、前記補正値により各周期検出時点において
前記演算器に周期検出による誤差出力の補正を行わせる
誤差出力捕正手段と、前記補正値算出手段の動作時に制
御系のゲインを切り換えるゲイン切り換え手段を具備し
たことを特徴とするもので、ＦＣ，信号の１／２の周波
数で生しる周期のずれを連続するＦＣ信号の周期の値の
偏位量がほぼ一定になることより検出し、誤差出力補正
値としてブロセンサ３のメモリ３ｃに格納しているので
、定速回転時には、誤差出力捕正値を用いて速度誤差を
算出するのでＦＣ信号の周期のずれの影響を受けない誤
差出力を出力することができ、高精度な制ｉ３ｍが実現
できるというきわめて大なる効果を奏する。また、誤差
出力補正値を算出するときに（ｉ、ゲイン切り換え手段
により制御系のゲインを下げているので、より高精度に
補正値を求めることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における速度制御装置のブロ
ンクダイアダラム、第２図は回路動作を説明するための
信号波形図、第３図は誤差補正動作を説明するためのフ
ローチャートである．ｌ・・・・・・モータ、２・・・
・・・波形整形器、３・・・・・・プロセッサ、３ａ・
・・・・・チャンネルセレクタ、３ｂ・・・・・演算器
、３ｃ・・・・・・メモリ、３ｄ・・・・・・周期検出
器、４．５．６・・・・・・データパス、７・・・・・
・ディジタルアナログ変換器、８・・・・・・パワーア
ンプ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体の速度情報を有する交流信号の周期を検出
   する周期検出手段と、前記周期検出手段の検出値を格納
   するメモリ手段と、前記検出値と基準値から誤差出力を
   算出する演算器と、前記誤差出力に基づいて前記回転体
   に駆動電力を供給する駆動手段と、前記メモリ手段に格
   納されている連続する第１、第２の周期検出値と正規値
   から第１、第２の偏位量を算出し、前記第１、第２の偏
   位量の減算値が略一定であるときにその算出結果から前
   記誤差出力の補正値を算出する補正値算出手段と、前記
   補正値により各周期検出時点において前記演算器に周期
   検出による誤差出力の補正を行わせる誤差出力補正手段
   と、前記補正値算出手段の動作時に制御系のゲインを切
   り換えるゲイン切り換え手段とを具備してなる速度制御
   装置。
2. （２）回転体の速度情報を有する交流信号の少なくとも
   ２周期にわたって周期検出手段が周期検出を行なうごと
   に周期検出手段の検出値を格納するメモリ手段のアドレ
   スを更新するとともに演算器に前記メモリ手段の該当ア
   ドレスに格納された周期データと基準値を比較してその
   大小に応じた誤差出力を駆動手段に送出せしめるチャン
   ネルセレクタを具備してなる請求項（１）記載の速度制
   御装置。
3. （３）第１、第２の偏位量の減算値より補正値を算出す
   る補正値算出手段の動作時に、ゲイン変更手段により制
   御系のゲインを通常時より小さくすることを特徴とする
   請求項（１）記載の速度制御装置。