JPH06292380A

JPH06292380A - 速度制御装置

Info

Publication number: JPH06292380A
Application number: JP5075482A
Authority: JP
Inventors: Makoto Goto; 誠後藤; Yoshio Sakakibara; 祥雄榊原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-01
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷トルク変動による速度変動を大幅に低減
した速度制御装置を提供する。【構成】所定の速度にて制御されるモータ１１と、モ
ータ１１の速度を検出する速度検出器１２と、速度検出
器１２の出力信号に応動した制御信号を出力する制御器
１３と、前記制御信号に応動してモータ１１への供給電
力を変化させる駆動器１４を有して構成されている。さ
らに、制御器１３は、速度検出器１２の出力信号に応動
した補償信号を作り出す補償器２１と、前記補償信号を
実質的に積分する積分器２２と、積分器２２の出力信号
と速度検出器１２の出力信号を所定の比率にて合成した
第１の合成信号を得る第１の比例合成器２３と、前記補
償信号と前記第１の合成信号を所定の比率にて合成した
第２の合成信号を得る第２の比例合成器２４を有し、前
記第２の合成信号に応動した制御信号を出力するように
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータの速度を所定の
値に制御する速度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の速度制御装置の構成を図４に示
す。まず、モータ１１１の回転速度が速度検出器１１２
によって検出される。この速度検出器１１２の検出信号
に基づき、制御器１１３は速度誤差に比例した制御信号
を駆動器１１４に供給する。駆動器１１４は、上記制御
信号に応動してモータ１１１への供給電力を変化させ
る。その結果、モータ１１１の速度に関してフィードバ
ックループが構成され、その回転速度を所定の値に安定
化させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の速度
制御装置において、モータ１１１に変動成分を含んだ負
荷トルクが加わると、その負荷トルク変動によりモータ
１１１の回転速度が変動してしまう。負荷トルク変動に
よる速度変動を小さくするためには、制御器１１３の利
得を大きくする事が有効である。しかしながら、制御器
１１３の利得を大きくすると、それに比例して制御帯域
が大きくなり、速度制御系のゲイン余裕や位相余裕が劣
化し、制御系が不安定になる。その結果、制御器１１３
の利得に限界があり、速度変動の低減に限界があった。

【０００４】本発明は、このような従来の欠点を解消
し、制御器１１３の利得をあげることなく、負荷トルク
変動に対する速度変動を低減する高性能な速度制御装置
を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【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、所定の速度にて制御される
モータと、前記モータの速度を検出する速度検出手段
と、前記速度検出手段の出力信号に応動した制御信号を
出力する制御手段と、前記制御信号に応動して前記モー
タへの供給電力を変化させる駆動手段とを具備し、前記
制御手段は、前記速度検出手段の出力信号に応動した補
償信号を作り出す補償手段と、前記補償信号を実質的に
積分する積分手段と、前記積分手段の出力信号と前記速
度検出手段の出力信号とを所定の比率にて合成した第１
の合成信号を得る第１の比例合成手段と、前記補償信号
と前記第１の合成信号とを所定の比率にて合成した第２
の合成信号を得る第２の比例合成手段を有し、前記第２
の合成信号に応動した制御信号を出力するようにしたも
のである。

【０００６】

【作用】本発明では、制御手段の中に設けた積分手段と
第１の比例合成手段と第２の比例合成手段により、低周
波領域において、モータに加わる負荷トルク変動による
速度変動を低減する効果を大幅に向上させている。その
結果、速度変動の著しく小さい高性能な速度制御装置を
得る事ができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例における速度制御装
置について、図面を参照しながら説明する。

【０００８】図１は本発明の速度制御装置のブロック構
成図である。モータ１１は、例えば直流モータやブラシ
レス直流モータによって構成され、駆動信号ｆ（例えば
駆動電流）に応動したトルクを発生する。モータ１１の
回転速度は、速度検出器１２によって検出される。速度
検出器１２は、例えばモータ１１に取りつけられたエン
コーダに生じる交流信号の周期もしくは周波数を検出
し、その周期もしくは周波数に応動したディジタル値の
速度検出信号ａを出力する。

【０００９】速度検出器１２の出力信号ａは制御器１３
（図示の破線部分）に入力され、所定の加工処理を施さ
れて制御信号ｅとして出力される。制御信号ｅは駆動器
１４に入力され、駆動器１４は制御信号ｅに応動（例え
ば比例）した駆動信号ｆ（例えば駆動電流）を発生し、
モータ１１に供給する。その結果、モータ１１と速度検
出器１２と制御器１３と駆動器１４によってフィードバ
ックループが構成され、モータ１１の回転速度に応じて
モータ１１への供給電力を変化させ、モータ１１の回転
速度を所定の値に制御している。

【００１０】制御器１３は、図１に示すように、補償器
２１と積分器２２と第１の比例合成器２３と第２の比例
合成器２４を有している。速度検出器１２の出力信号ａ
は補償器２１に入力される。補償器２１は所定の制御補
償処理（例えば、比例動作，積分動作，微分動作および
／もしくは繰返し制御動作の組み合わせ処理）を行な
い、補償信号ｂを出力する。補償信号ｂは積分器２２に
入力される。積分器２２は補償信号ｂをディジタル的に
積分し（少なくとも所要の低周波領域において、積分動
作を行なう）、必要に応じて所定の利得を乗算し、積分
信号ｃを出力する。第１の比例合成器２３は、積分信号
ｃと速度検出器１２の出力信号ａを所定の比率（負の比
率も含む）にて加算合成し、積分信号ｃと速度検出器１
２の出力信号ａの両者に応動した第１の合成信号ｄを出
力する。第２の比例合成器２４は、補償信号ｂと第１の
合成信号ｄを所定の比率（負の比率も含む）にて加算合
成し、補償信号ｂと第１の合成信号ｄの両者に応動した
第２の合成信号を出力する。ここでは、第２の合成信号
が制御器１３の制御信号ｅとして出力される（第２の合
成信号に所定の利得を乗算して制御信号にしても良
い）。なお、第２の比例合成器２４はＤ／Ａ変換器を含
んで構成されており、制御信号ｅはアナログ信号に変換
されて制御器１３から出力される。

【００１１】実際には、制御器１３の内容はマイクロコ
ンピュータのソフトウェアによってディジタル的に実現
されているが、以下では、説明の都合上アナログ的な近
似を行なって説明する。

【００１２】図１に示した速度制御装置の詳細動作およ
び効果について、図２を参照して説明する。図２は、図
１の速度制御装置の制御ブロック図である（制御の安定
点近傍において線形近似したブロック図である）。モー
タ１１の発生トルクｎから負荷トルクｗを減算した実質
トルク（加算点５５の出力）がモータ１１の実質的な駆
動トルクになり、モータ１１の慣性ブロック５１の伝達
関数（１／Ａｓ）を介して回転速度ｐになる。ここで、
Ａはモータ１１の慣性モーメントに対応した所定値であ
り、ｓはラプラス演算子である。回転速度ｐは、速度検
出器１２に対応した速度検出ブロック５２の伝達関数
（−Ｂ）を介して速度検出信号ａになる。ここで、Ｂは
速度検出利得（Ｂ≠０）であり、−符号は負帰還を強調
するためにこのブロックに明示した（必ずしも、このブ
ロックにある必要はない）。

【００１３】制御器１３に対応した制御ブロック５３
は、図２の破線部分である。補償器２１に対応した補償
ブロック６１の伝達関数をＣ(s)とする。Ｃ(s)は補償器
２１の制御補償処理に対応した伝達関数であり、制御的
には速度検出信号ａをＣ(s)倍した補償信号ｂを出力す
る。積分器２２に対応した積分ブロック６２は、伝達関
数Ｄ／ｓになる。ここで、１／ｓはアナログ近似した積
分動作を表し、Ｄは積分ブロック６２の利得（Ｄ≠０）
である。積分ブロック６２は、補償信号ｂを積分した積
分信号ｃを出力する。

【００１４】第１の比例合成器２３に対応した第１の比
例合成ブロック６３は、第１の利得ブロック７１と加算
点７２を含んでいる。第１の比例合成ブロック６３は、
積分信号ｃと速度検出信号ａを所定の比率（１：Ｅ）に
て合成し、第１の合成信号ｄを得ている。第１の利得ブ
ロック７１の第１の比率利得Ｅは、第１の合成信号ｄに
含まれる積分信号ｃに対する速度検出信号ａの比率を表
し、正または負の所定の値（Ｅ≠０）である。

【００１５】第２の比例合成器２４に対応した第２の比
例合成ブロック６４は、第２の利得ブロック７５と加算
点７６を含んでいる。第２の比例合成ブロック６４は、
補償信号ｂと第１の合成信号ｄを所定の比率（１：Ｆ）
にて合成し、第２の合成信号を得ている。第２の利得ブ
ロック７５の第２の比率利得Ｆは、第２の合成信号に含
まれる補償信号ｂに対する第１の合成信号ｄの比率を表
し、正または負の所定の値（Ｆ≠０）である。第２の合
成信号が制御ブロック５３の制御信号ｅとして出力され
る。なお、ここではＤ・Ｆ＞０，Ｅ・Ｆ＞０とする。

【００１６】駆動器５４とモータ１１のトルク発生部と
を合成した駆動ブロック５４の伝達関数をＧとする。こ
こで、Ｇはトルク変換利得（Ｇ≠０）である。駆動ブロ
ック５４は、制御信号ｅに比例した発生トルクｎを発生
する。

【００１７】図２の制御伝達ブロックにおいて、負荷ト
ルクｗによる回転速度ｐへの影響は、ｗからｐへの伝達
関数によって評価できる。図３の伝達ブロック９０に、
負荷トルクｗから回転速度ｐへの伝達関数を示す。伝達
関数は、（数１９）で与えられる。

【００１８】

【数１】

【００１９】本発明の効果を明確にするために、従来の
速度制御装置の負荷トルクから回転速度への伝達関数を
求める。これは、図２においてＤ＝０，Ｅ＝０，Ｆ＝０
の場合に相当する。従って、従来の伝達関数は（数２）
となる。

【００２０】

【数２】

【００２１】（数１）と（数２）を比較すると、（数
１）の分母にＤ・Ｆ／ｓやＥ・Ｆの項が増えている事が
わかる。従って、特に、Ｄ・Ｆ／ｓの働きにより、本発
明による（数１）の伝達関数の絶対値は、従来の伝達関
数（数２）に比較して、低周波領域において小さくなる
ことを意味する。その結果、本発明の速度制御装置で
は、負荷トルクｗの変動が生じても回転速度ｐの変動は
小さいと言える。

【００２２】次に、本発明の速度制御装置において、積
分ブロック利得Ｄと第１の比率利得Ｅの比を次式の関係
にした場合を考える。

【００２３】

【数３】

【００２４】このような関係は、積分器２２に対応する
積分ブロック６２の利得Ｄと、第１の比例合成器２３に
対応する第１の比例合成ブロック６３の第１の比率利得
Ｅについて、その比Ｄ／Ｅの選定を、積分器２２の経路
を除いた補償器２１の出力側から第１の比例合成器２３
の入力側への伝達路の合成伝達関数のｓ倍の直流利得に
等しく（もしくは略等しく）した場合に相当する（符号
を除く）。このとき、負荷トルクｗから回転速度ｐへの
伝達関数は、（数４）となる。

【００２５】

【数４】

【００２６】（数４）と（数２）を比較すると、（数
４）では１／（１＋Ｄ・Ｆ／ｓ）の項が増えている事が
わかる。従って、本発明による（数４）の伝達関数の絶
対値は、従来の伝達関数（数２）に比較して、低周波領
域において１／（１＋Ｄ・Ｆ／ｓ）の効果の分だけ小さ
くなっている。その結果、本発明の速度制御装置では、
負荷トルクｗの変動が生じても回転速度ｐの変動は低周
波領域において大幅に小さいと言える。

【００２７】このような効果は、特に、低周波領域にお
ける速度変動の小さい事を要求されるテープ記録再生装
置のキャプスタンモータ用速度制御装置やディスク記録
再生装置のスピンドルモータ用速度制御装置において非
常に好ましい特性である。

【００２８】また、本発明の速度制御装置は、補償器２
１の制御補償処理内容に無関係に、積分器２２と第１の
比例合成器２３と第２の比例合成器２４の作用によっ
て、速度変動を大幅に低減している。従って、本発明の
速度制御装置は、従来の速度制御装置よりも格段に高性
能化を実現していると言える。

【００２９】前述の実施例では、第１の比率利得Ｅと第
２の比率利得Ｆの２つの定数を設定するようにしたが、
ＥまたはＦの内の一方を１にする事も可能であり、この
ような場合には乗算回数が減り、制御器１３における演
算が容易になる利点もある。

【００３０】また、速度基準値の設定や速度誤差演算
は、速度検出器１２もしくは制御器１３内の所要のブロ
ックで行えばよく、特に限定するものではない。

【００３１】さらに、モータ１１の回転に連動した位相
情報も同時に検出し、速度検出情報と共に位相検出情報
を制御器１３の補償器２１に入力し、速度と位相の同時
制御をするようにしても良く、本発明に含まれる事は言
うまでもない。

【００３２】また、前述の実施例では、モータ１１の回
転速度を検出制御するようにしたが、本発明はそのよう
な場合に限定されるものではなく、例えば、並進運動を
行なう直進形のモータの並進速度を検出制御するように
しても良い。

【００３３】その他、本発明の主旨を変えずして種々の
変形が可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の速度制御装置は、制御器の中に設けた積分器と第１の
比例合成器と第２の比例合成器により、低周波領域にお
いて、モータに加わる負荷トルク変動による速度変動を
低減する効果を大幅に向上させている。その結果、速度
変動の著しく小さい高性能な速度制御装置を得る事がで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の速度制御装置の一実施例を表すブロッ
ク構成図

【図２】本発明の速度制御装置の制御ブロックを説明す
るための図

【図３】本発明の制御伝達関数を説明するための図

【図４】従来の速度制御装置の構成図

【符号の説明】

１１モータ１２速度検出器１３制御器１４駆動器２１補償器２２積分器２３第１の比例合成器２４第２の比例合成器５１慣性ブロック５２速度検出ブロック５３制御ブロック５４駆動ブロック５５加算点６１補償ブロック６２積分ブロック６３第１の比例合成ブロック６４第２の比例合成ブロック７１第１の利得ブロック７２加算点７５第２の利得ブロック７６加算点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の速度にて制御されるモータと、前記
モータの速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出
手段の出力信号に応動した制御信号を出力する制御手段
と、前記制御信号に応動して前記モータへの供給電力を
変化させる駆動手段とを具備し、前記制御手段は、前記
速度検出手段の出力信号に応動した補償信号を作り出す
補償手段と、前記補償信号を実質的に積分する積分手段
と、前記積分手段の出力信号と前記速度検出手段の出力
信号とを所定の比率にて合成した第１の合成信号を得る
第１の比例合成手段と、前記補償信号と前記第１の合成
信号とを所定の比率にて合成した第２の合成信号を得る
第２の比例合成手段を有し、前記第２の合成信号に応動
した制御信号を出力することを特徴とする速度制御装
置。
【請求項２】積分手段の利得をＤ、第１の比例合成手段
の第１の合成信号に含まれる前記積分手段の出力信号に
対する速度検出手段の出力信号の比率利得をＥとすると
き、Ｄ／Ｅの絶対値を、前記積分手段の経路を除いた補
償手段の出力側から前記第１の比例合成手段の入力側へ
の伝達路の合成伝達関数のｓ倍の直流利得の絶対値に等
しく、もしくは略等しくしたことを特徴とする請求項１
記載の速度制御装置。