JPH0736712B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ブラシレスモータ等の回転体を有する制御装
置に関するものである。

従来の技術 例えば、モータ（制御対象）の回転速度（状態量）を速
度検出器により検出して、その検出信号によってモータ
への供給電力を制御するモータの制御装置は、ビデオテ
ープレコーダのキャプスタンモータに使用されている。
このような速度を制御する制御装置は、負荷トルクの変
動（外乱変動）による回転速度の変動（状態量変動）を
十分に抑制することが要求されている。

このような要求に対して、本出願人は特願昭60−229143
号において、『モータの回転速度に応じた周期の交流信
号を生じる回転センサと、前記回転センサの交流信号の
周期に応じたデジタル信号を前記モータの１回転当たり
Zq回（ここに、Zqは４以上の整数）得る速度検出手段
と、前記速度検出手段のデジタル信号にもとずき演算・
記憶して制御信号を作り出す補償手段と、前記補償手段
の制御信号に応じた電力を前記モータに供給する電力増
幅手段（駆動手段）とを具備し、前記補償手段は、前記
速度検出手段のデジタル信号により前記モータの回転誤
差Ｅを検出する回転誤差検出手段と、前記速度検出手段
が新しいデジタル信号を得るのに対応してカウント動作
を行い、Nx・Ｌ（ここに、Nxは２以上の整数で、Ｌは４
以上の整数）をmod（法）とするカウント値Ｉを作るカ
ウント手段と、逐次書き換え可能なラム領域内に少なく
ともNxL個のデジタル値Ｍ［０］からＭ［NxL−１］を格
納するメモリ手段と、前記カウント手段のカウント値Ｉ
に対応して変化する整数Ｊに対して、少なくとも前記メ
モリ手段のＬ間隔ずつ離れたNx個のデジタル値群Ｍ［Ｊ
−nL（mod NxL）］（ｎ＝1,2,・・・,Nx）を使って合成
計算された合成値を算出する合成値算出手段（メモリ出
力値作成手段）と、前記合成値算出手段によって算出さ
れた合成値と前記回転誤差検出手段の回転誤差を加算し
た加算値に実質的に対応した更新値によって、前記カウ
ント手段のカウント値Ｉに対応した前記メモリ手段のデ
ジタル値を、順次Ｍ［０］,M［１］,M［２］，・・・の
順番に更新保存する更新保存手段と、前記合成値算出手
段によって算出された合成値と前記回転誤差検出手段の
現時点の回転誤差の加算合成して前記制御信号を作り出
す制御信号作成手段とから構成したモータの速度制御装
置』を提案した。

発明が解決しようとする課題 上記のモータの回転速度の制御装置では、負荷トルクの
変動から回転速度の変動への周波数伝達関数が特定の周
波数群において０もしくは極めて小さくなるという優れ
た効果を得ることができた。しかしながら多数のデジタ
ルメモリを使用することが必要不可欠であり、通常、16
bits×1024words＝16kbits程度のメモリが必要とされ
る。近年の半導体製造技術の向上によってメモリ用のIC
素子が急速に低価格化しているとはいえ、16kbitsもの
メモリを使用することはコストの大幅な上昇を招き、好
ましくない。

また、メモリ手段のデジタル値Ｍ［０］からＭ［NxL−
１］に回転誤差に対応した値が記憶されるまでの間は、
回転速度変動の十分な低減効果を発揮していないことが
わかった。そのため、メモリ手段のデジタル値の個数が
多い場合には、上記の効果を得るまでの時間が非常に長
くかかるという欠点があった。

本発明は、少数のメモリ数の使用によって十分な状態量
変動の低減効果を得ると共に、その低減効果を短時間に
得ることができる制御装置を提供することを目的とする
ものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明の制御装置では、回
転体を含んだ制御対象の状態量を検出する検出手段と、
制御信号を作り出す補償手段と、前記制御信号に応じで
前記制御対象の状態量を変化させる駆動手段と、前記補
償手段の動作内容を指示する動作指令手段を具備し、前
記補償手段は、前記回転体の回転に同期した所定タイミ
ング毎もしくは略所定タイミング毎に前記検出手段の検
出信号よりデジタル誤差を得る誤差算出手段と、前記誤
差検出手段の少なくとも２個以上のデジタル誤差を合成
したデジタル合成誤差を作り出す合成誤差作成手段と、
前記誤差算出手段が新しいデジタル誤差をＱ個（ここ
に、Ｑは２以上の整数）得る毎に複数個のデジタル記憶
値の内の１個を順番に前記デジタル合成誤差に対応した
値と少なくとも１個のデジタル記憶値の合成値によって
更新保存する更新保存手段と、前記デジタル誤差と少な
くとも１個の前記デジタル記憶値を合成して前記制御信
号を作り出す制御信号作成手段と、前記回転体の回転位
置に対応したデジタル値を得る回転位置検出手段と、前
記動作指令手段の指示に応動して少なくとも前記更新保
存手段の動作を変更する動作変更手段を有し、前記更新
保存手段の更新動作を行なわせる動作から更新動作を行
なわせる動作に移行する時に、前記回転位置検出手段の
前記デジタル値により前記回転体の回転位置に対応した
前記更新保存手段のデジタル記憶値の記憶位置を検出
し、前記記憶位置から前記更新保存手段の更新保存動作
を行なうようにしている。

作用 本発明では上記の構成にすることによって、少数（Ｑ分
の１）のメモリ数によって高性能な制御装置を実現して
いる。また、更新保存手段の更新動作を行なわせない動
作から更新動作を行なわせる動作への移行時に、回転位
置検出手段によって、回転体の回転位置を検出し、その
回転位置に対応した更新保存手段のデジタル記憶値から
更新保存することにより、回転位置に対応したデジタル
記憶値をすみやかに利用することができ、状態量変動の
低減効果を短時間に得ることができた。

実施例 以下、本発明の一実施例の制御装置について、ビデオテ
ープレコーダのキャプスタンンモータの速度制御装置を
例にとり、図面を参照しながら説明する。第２図に本発
明の実施例を表す構成図を示す。第２図において、ブラ
シレスモータ１（回転体を含んだ制御対象）は回転セン
サ２と負荷10を直接回転駆動する。ブラシレスモータ１
は、例えば本出願人が提出した特願昭57−10691号に記
載されているように、界磁用の多極のマグネット（例え
ば８極）を有するロータと、多相のコイル（例えば３
相）を配設されたステータと、ロータの回転位置を検出
するためにステータに配設された複数個の位置検出素子
（例えばホール素子）からなる位置検出部を有してい
る。第２図では、３相のブラシレスモータ１を使用し
て、３個の位置検出素子により３相の位置検出信号h1,h
2,h3を得るようにし、３相のコイルに３相の駆動信号
（駆動電流）d1,d2,d3が供給されるようにしている。

回転センサ２はブラシレスモータ１の回転に伴って１回
転当たりZq回（Zqは４以上の整数であり、ここでは、Zq
＝1024とする）の交流信号ａ（波形整形されたパルス信
号）を発生する。回転センサ２の交流信号ａは速度検出
器３に入力され、交流信号ａの周期に応じたデジタル信
号ｂを得ている。

速度検出器３の具体的な構成例を第３図に示す。交流信
号ａはアンド回路33とフリップフロップ回路35に入力さ
れている。アンド回路33の入力側には、さらに、発振回
路32のクロックパルスｐとカウンタ回路34のオーバフロ
ー出力信号ｗも入力されている。発振回路32は水晶発振
器と分周器等によって構成され、交流信号ａの周波数よ
りもかなり高周波のクロックパルスｐ（500kHz程度）を
発生している。カウンタ回路34は、アンド回路33の出力
パルスｈの到来毎にその内容をカウントアップする12ビ
ットのアップカウンタになっている。また、オーバフロ
ー出力信号ｗはカウンタ回路34のカウント内容が所定値
以下の時には“H"であり、カウンタ回路34のカウント内
容が所定値以上になるとｗは“L"に変化する（ここに、
“H"は高電位状態を表し、“L"は低電位状態を表してい
る）。データ入力型フリップフロップ回路35は、交流信
号ａの立ち下がりエッジをトリガ信号としてデータ入力
端子に入力された“H"を取り込み、その出力信号ｑを
“H"にする（ｑ＝“H"）。また、補償器４からのリセッ
ト信号ｒが“H"になると、カウンタ回路34とフリップフ
ロップ回路35の内部状態がリセットされる（ｂ＝“LLLL
LLLLLLLL"、ｗ＝“H"、ｑ＝“L"）。

次に、第３図の速度検出器３の動作について説明する。
いま、カウンタ回路34とフリップフロップ回路35がリセ
ット信号ｒによってリセットされているものとする。回
転センサ２の交流信号ａが“L"から“H"に変わると、ア
ンド回路33の出力信号ｈとして発振回路32のクロックパ
ルスｐが出力される。カウンタ回路34は出力信号ｈをカ
ウントし、その内部状態を変化させていく。交流信号ａ
が“H"から“L"に変わると、アンド回路33の出力信号ｈ
は“L"になり、カウンタ回路34はその内部状態を保持す
る。また、フリップフロップ回路35は交流信号ａの立ち
下がりエッジによってデータ“H"を取り込み、その出力
信号ｑを“L"から“H"に変化させる。カウンタ回路34の
デジタル信号ｂは、回転センサ２の交流信号ａの（半）
周期長に比例した値であり、ブラシレスモータ１の回転
速度に反比例している。後述の補償器４は、フリップフ
ロップ回路35の出力信号ｑを見て、ｑが“H"になるとカ
ウンタ回路34のデジタル信号ｂを入力し、その後にリセ
ット信号ｒを所定の短時間の間“H"にして、カウンタ回
路34とフリップフロップ回路35を初期状態にリセット
し、次の速度検出動作に備えている。なお、ブラシレス
モータ１の回転速度が遅過ぎるときには、回転センサ２
の交流信号ａの周期が長いためにカウンタ回路34の内部
状態が所定値以上になり、オーバフロー出力信号ｗが
“H"から“L"に変わり、アンド回路33の出力信号ｈが
“L"になり、カウンタ回路34が所定の大きな値を保持す
ることもある。

第２図の補償器４は、演算器５とメモリ６とD/A変換器
７と回転位置検出器８によって構成され、速度検出器３
のデジタル信号ｂを後述する内蔵のプログラムによって
計算加工し、制御信号ｃを出力する。補償器４の制御信
号ｃは駆動器９に入力され、電力増幅された３相の駆動
信号d1,d2,d3（制御信号ｃを比例増幅した電流）がブラ
シレスモータ１の位置検出信号h1,h2,h3に応じて３相の
ステータコイルに分配供給される。なお、駆動器９に
は、例えば特願昭57−10691号に記載したような周知の
回路構成が使用可能である。

従って、ブラシレスモータ１（制御対象）と回転センサ
２・速度検出器３（検出手段）と補償器４（補償手段）
と駆動器９（駆動手段）によって速度制御系が構成さ
れ、ブラシレスモータ１の回転速度（状態量）が所定の
値に制御される。なお、補償器４には動作指令器11（動
作指令手段）の動作指令信号ｊが入力されており、補償
器４は動作指令信号ｊに応じた制御動作を行うようにな
されている。動作指令信号ｊは４ビット程度のデジタル
信号であり、ブラシレスモータ１の動作指令をコード化
したものである。例えば、ビデオテープレコーダのキャ
プスタンモータの場合には、上述の高精度の速度制御動
作以外に、正方向の高速再生サーチや逆方向の高速再生
サーチの動作等を行わせている。これらは、補償器４の
動作内容を変更することによって対応可能である。

補償器４の回転位置検出器８は、ブラシレスモータ１の
位置検出部の２相の検出信号h1とh2が入力され、ブラシ
レスモータ１の回転方向の判別を含めてブラシレスモー
タ１の回転位置に対応したデジタル信号ｉを得ている。
第４図に回転位置検出器８の具体的な構成例を示す。こ
れについて、第５図の動作説明用の波形図を参照して説
明する。位置検出信号h1とh2はそれぞれ整形回路41と42
によって波形整形され、整形信号h1′とh2′を得てい
る。２相の位置検出信号h1とh2の間には検出素子の物理
的な配置による位相差（電気的に120度）があり、整形
信号h1′とh2′は第５図（ａ），（ｂ）に示すようにな
っている。微分回路43は、整形信号h1′の立ち上がりエ
ッジおよび立ち下がりエッジにおいて所定の微少時間幅
の微分パルスｅを発生する（第５図（ｃ））。整形信号
h1′とh2′および微分信号ｅは方向判別回路44に入力さ
れ、整形信号h1′の立ち上がりエッジおよび立ち下がり
エッジの到来時点における整形信号h2′のレベル（“H"
または“L"）によってブラシレスモータ１の回転方向を
検出し、回転方向検出信号ｇを得ている（第５図
（ｄ））。すなわち、ブラシレスモータ１が正方向に回
転しているときには方向判別回路44の出力信号ｇは“H"
となり、ブラシレスモータ１が逆方向に回転していると
きには方向判別回路44の出力信号ｇは“L"となる。方向
判別回路44の方向検出信号ｇと微分回路43の微分信号ｅ
はロータマグネットの極数（本例では８極）に対応した
ビット数（ここでは３ビット）のアップダウン型のカウ
ンタ回路45に入力され、方向検出信号ｇが“H"の時には
微分信号ｅの立ち下がりエッジの到来毎にカウンタ回路
45がカウントアップしていき、方向検出信号ｇが“L"の
時には微分信号ｅの立ち下がりエッジの到来毎にカウン
タ回路45がカウントダウンしていく。ブラシレスモータ
１の位置検出部の位置検出信号h1を整形・微分した微分
信号ｅは、ロータマグネットの極数（８）に対応して、
ブラシレスモータ１の１回転中に８回のパルス信号であ
る。カウンタ回路45は３ビットであるからその内容であ
るデジタル信号ｉは０から７の値を取り、その状態数
（８）はブラシレスモータ１の１回転中のパルス数に対
応している。また、この状態数は速度検出器３によるブ
ラシレスモータ１の１回転の速度回数（Zq＝1024）の約
数にしている。すなわち、カウンタ回路45は常時ブラシ
レスモータ１の１回転中の回転位置を検出し、ブラシレ
スモータ１の回転位置に対応したデジタル値を得て、デ
ジタル信号ｉとして出力する。

補償器４のメモリ６は、所定のプログラムと定数が格納
されたロム領域（ROM:リードオンリーメモリ）と随時必
要な値を格納するラム領域（RAM:ランダムアクセスメモ
リ）に別れている。演算器５はロム領域内のプログラム
に従って所定の動作や演算を行っている。第１図にその
プログラムの具体的な一例を示す。次に、その動作につ
いて詳細に説明する。

［回転誤差算出部1A］ （1A−１） まず、演算器５は速度検出器３のフリップ
フロップ回路35の出力信号ｑを入力し、信号ｑが“H"と
なるのを待っている。すなわち、速度検出器３が交流信
号ａの（半）周期を検出し、新しい検出デジタル信号ｂ
を出力するのをモニタしている。

（1A−２） ｑが“H"になると、速度検出器３の検出デ
ジタル信号ｂを読み込んで、検出デジタル信号ｂに対応
する速度検出デジタル値Ｓに直すと共に、リセット信号
ｒを所定時間“H"にして速度検出器３のカウンタ回路34
とフリップフロップ回路35をリセットする。

（1A−３） 所定の基準値Ssefから速度検出デジタル値
Ｓを引いて、ブラシレスモータ１の現時点での新しいデ
ジタル速度誤差を得る（Eo＝Sref−Ｓ）。速度誤差Eoを
Ｒ倍して、ブラシレスモータ１の現時点での新しいデジ
タル回転誤差Ｅ（デジタル誤差）を算出する（Ｅ＝Ｒ・
Eo）。このようにして、ブラシレスモータ１の回転に同
期した所定のタイミング毎に新しいデジタル誤差Ｅを得
ている。

［制御信号作成部1B］ （1B−１） 現時点の回転誤差Ｅと後述する記憶値保存
部1Dのメモリ出力値作成部1Dbによるメモリ出力値Voを
所定の比率（1:D）にて加算合成し、デジタル合成値Ｙ
を得る（Ｙ＝Ｅ＋Ｄ・Vo）。ここに、Ｄは0.5以上で1.2
以下の定数で、好ましくはＤ＝１。

（1B−２） デジタル合成値Ｙ（制御信号デジタル値）
をD/A変換器７に出力し、Ｙの値に対応した直流的な電
圧（制御信号ｃ）に変換する。

［記憶位置検出部1C］ ＜安定状態判別部1Ca＞ （1Ca−１） 速度検出器の検出デジタル値Ｓに比例し
たデジタル速度誤差の絶対値|Eo|が所定の値Exよりも大
きい時には（|Eo|≧Ex）、不安定な過渡状態であると判
別し、回転位置検出器８のデジタル信号ｉを入力してデ
ジタル信号ｉに対応したデジタル値Idとし、IoにIdを代
入し（Io＝Id）、メモリ出力値に相当するVoを０にし
（Vo＝０）、分岐判断用の変数Gaを０にし（Ga＝０）、
後述のレジスタＦ［ｍ］（ｍ＝1,2,・・・,2Q）の内容
を０にした後に、動作変更部1Eの動作に移る。このと
き、回転位置検出部1Cbと記憶値保存部1Dの動作は実行
されない。また、速度誤差の絶対値|Eo|が所定の値Exよ
りも小さい時には（|Eo|＜Ex）、安定な速度制御状態で
あると判別し、回転位置検出部1Cbの動作に移る。

＜回転位置検出部1Cb＞ （1Cb−１） 分岐判断用変数Gaが１の時には記憶値保
存部1Dの動作に移り、Gaが１に等しくないときには（1C
b−２）以下の動作に移る。

（1Cb−２） 回転位置検出器８のデジタル信号ｉを入
力し、デジタル信号ｉに対応したデジタル値Idにする。

（1Cb−３） 新しい回転位置検出デジタル値Idが古い
デジタル値Ioに等しいときには、動作変更部1Eの動作に
移る。IdがIoに等しくないときには、後述の第２のカウ
ント変数I2にデジタル値IdをAd倍した整数値を代入し
（I2＝Ad・Id）、後述の第１のカウント変数I1を０にし
（I1＝０）、分岐判断用変数Gaを１にした後に（Ｇ＝
１）、動作変更部1Eの動作に移る。ここに、AdはZq（ブ
ラシレスモータ１の１回転中の速度検出器３の検出回
数）をPd（ブラシレスモータ１の１回転中の位置検出信
号h1の整形・微分信号ｅのパルス数）と後述の整数Ｑで
割った値である［Ad＝Zq/（Ｑ・Pd）］。これにより、
位置検出信号h1による新しい微分信号ｅが発生して回転
位置検出器８のデジタル信号ｉが変化した時点におい
て、ブラシレスモータ１の回転位置に対応したデジタル
値Idを使ってカウント変数I2の値が初期設定され、カウ
ント変数I1は０に初期設定され、かつ、分岐判断用変数
Gaが１となり、その後の新しい速度検出デジタル値Ｓが
得られた時点から、記憶値保存部1Dの動作が行われるよ
うになる。

［記憶値保存部1D］ ＜選択分岐部1Da＞ （1Da−１） 後述の第１のカウント変数I1に対応した
レジスタＦ［Ｑ−I1］に現時点のデジタル回転誤差Ｅを
格納保存しておく（Ｆ［Ｑ−I1］＝Ｅ）。ここに、Ｑは
２以上の整数であり、Zqの約数である。ここではＱ＝８
にしている。カウント変数I1は速度検出器３の速度検出
動作毎にカウントアップされて０からＱ−１の間の値を
とるから（後述）、レジスタＦ［１］からＦ［Ｑ］には
デジタル回転誤差Ｅの連続した時系列値が得られる。

（1Da−２） Ｑをmod（法）として、新しい速度検出デ
ジタル値Ｓを得る毎に第１のカウント変数I1をカウント
アップしていく。すなわち、I1＝I1＋１（I1＋１を新し
くI1にする）にした後に、I1＝ＱならばI1を０にリセッ
トする。このような演算をするならば、I1は０からＱ−
１の間の整数になる。なお、記憶値保存部1Dの動作を開
始するときの第１のカウント変数I1の初期値は０であ
る。

（1Da−３） I1が０でないならば、動作変更部1Eの動
作に移る。I1が０ならば、次のメモリ出力値作成部1Db
の動作に移る。これにより、メモリ出力値作成部1Db,合
成誤差作成部1Dc,更新保存部1Ddは速度検出器３のＱ回
の検出動作毎に１回実行されるようになる。

＜メモリ出力値作成部1Db＞ （1Db−１） Nx・Ｌ（ここに、Ｌは（Zq/Q）の整数倍
の整数、Nxは１以上の整数）をmod（法）として、第１
のカウント変数I1が０になる毎に（新しい速度検出デジ
タル値ＳをＱ個得る毎に）第２のカウント変数I2をカウ
ントアップしていく。すなわち、I2＝I2＋１にした後
に、I2＝NxLならばI2を０にリセットする。このような
演算をするならば、I2は０からNxL−１の間の整数にな
る。なお、記憶値保存部1Dの動作を開始するときの第２
のカウント変数I2の初期値は回転位置検出器８の変化し
た直後のデジタル信号ｉに対応した値であり、ブラシレ
スモータ１の回転位置に対応した値になっている。

（1Db−２） 整数Ｊに第２のカウント変数I2を代入し
（Ｊ＝I2）、ラム領域内のＬ間隔ずつ離れたNx個のデジ
タル記憶値群Ｍ［Ｊ−nL（mod NxL）］（ｎ＝1,・・・,
Nx）を使って、次式によりメモリ出力値Voを算出する。

ここに、比率Wnの値は、 ０＜Wn＜2/Nx（ｎ＝1,・・・,Nx） ……（２） を満たすものとする。具体的には、 Wn＝1/Nx（ｎ＝1,2,・・・,Nx） ……（４） にすると、所定のデジタル記憶値を加算した後に１回の
割り算（またはビットシフト）を行うことによって簡単
に（１）式の演算を実現できる。

＜合成誤差作成部1Dc＞ （1Dc−１） 前述のレジスタＦ［ｍ］に得られた回転
誤差時系列Ｆ［ｍ］（ｍ＝0,1,・・・Fd）にそれぞれ所
定の正の比率Bm（ｍ＝1,2,・・・Fd）を掛けた値を加算
合成して、合成誤差Egを作り出す。すなわち、 ここに、計数Bmには Ｂ_ｍ＝Ｂ_{Fd−ｍ＋１}（ｍ＝1,2,・・・,Fd） ……（６） なる関係がある。さらに、 に規格化している。

（1Dc−２） レジスタＦ［ｍ］の内容をレジスタＦ
［Ｑ＋ｍ］に転送する（ｍ＝1,2,・・・,Q）。これによ
り、次の合成誤差Egの計算時点において、2Q個のレジス
タＦ［ｍ］（ｍ＝1,2,・・・,2Q）には回転誤差Ｅの連
続した時系列信号が得られている。なお、2Q≧Fdにして
ある（レジスタＦ［ｍ］の個数はもっと多くすることも
できる）。

＜更新保存部1Dd＞ （1Dd−１） 合成誤差Egとメモリ出力値作成部1Dbのメ
モリ出力値Voを1:1の比率にて演算合成して更新値を計
算し、第２のカウント変数I2に対応したラム領域内のデ
ジタル記憶値Ｍ［I2］を更新し（Ｍ［I2］＝Eg＋Vo）、
次の更新時まで格納保存する。その後に、動作変更部1E
の動作に移る。

［動作変更部1E］ （1E−１） 動作指令器11の動作指令信号ｊを入力す
る。

（1E−２） 動作指令信号ｊを判読し、速度制御指令の
時には回転誤差算出部1Aの動作に復帰する。速度制御指
令以外の動作指令の時には（例えば、正方向の高速再生
サーチや逆方向の高速再生サーチの動作）、その指令に
応じた動作をブラシレスモータ１に行わせながら、動作
指令信号ｊの変化をチェックし、再度速度制御指令にな
った時に回転誤差算出部1Aの動作に移行する。ここで、
速度制御動作以外の実際の動作内容は本発明の主旨では
ないので、その具体的な説明を省略する。

このように構成するならば、ブラシレスモータ１の速度
制御時において、第２図の負荷10の生じる負荷トルクの
変動に対して極めて強くなる。これについて簡単に説明
する。回転誤差とメモリ出力値を加算して新しいデジタ
ル記憶値にしているので、上記NxL個のデジタル記憶値
Ｍ［Ｉ］（Ｉ＝0,1,・・・,NxL−１）には回転誤差の時
間変化に対応したパターンが形成される。これらのデジ
タル記憶値が保持したパターンはメモリ出力値Ｖに反映
される。制御信号作成部1Bにおいて、回転誤差Ｅとメモ
リ出力値Ｖの加算合成値Ｙにより制御信号を作っている
ので、所要時間の制御動作の後にメモリ出力値Ｖによっ
て作り出されるパターンについては回転誤差側は小さく
なる（場合によっては零でもよい）。回転誤差Ｅが小さ
いということは、ブラシレスモータ１の速度変動自体が
小さいことを意味し、極めて良い効果を得ている。特
に、このような効果は、NxL個のデジタル記憶値の一巡
の更新周期に対応した特定の周波数群において得られる
ものである。本実施例では、デジタル記憶値の一巡の更
新周期をブラシレスモータ１の１回転周期の整数倍にし
ている。

さらに、本実施例では、速度検出器３が新しい検出デジ
タル信号を得た直後に回転誤差算出部1Aと制御信号作成
部1Bの動作を記憶値保存部1Dの動作よりも優先して行わ
せるようにしている。特に、記憶値保存部1Dのメモリ出
力値作成部1Dbが次の速度検出時点において利用するメ
モリ出力値Ｖをあらかじめ算出しているので、新しい検
出デジタル信号を得てからそれを使った新しい制御信号
Ｙを得るまでの時間遅れが極めて短くなっている。この
時間遅れは制御において非常に重要で有り、時間遅れが
短いほど制御利得を大きくでき、負荷変動に対する速度
変動を小さくできる。すなわち、本実施例の速度変動
は、小さくなっている。

さらに、本実施例に示すように、速度検出器３が新しい
検出デジタル信号を得る毎に制御信号作成部1Bは新しい
制御信号を作り出すようにし、かつ、速度検出器３が新
しい検出デジタル信号をＱ回得る毎に記憶値保存部1Dが
１個のデジタル記憶値を更新するようになすならば、記
憶値保存部1Dのデジタル記憶値保存用に必要なメモリ数
がＱ分の１に削減される。例えば、Zq＝1024,Q＝8,L＝Z
q/Q＝128,Nx＝２とすれば、必要メモリ数は256個とな
る。

さらに、本実施例に示したように、連続するFd個の回転
誤差を合成して合成誤差Egを求め、合成誤差Egとメモリ
出力値Voの合成値によってデジタル記憶値Ｍ［I2］を更
新するならば、回転誤差Ｅに含まれる不要なノイズ成分
によって動作が不安定になることを防止できることがわ
かった。これは、回転誤差Ｅに含まれるかなり高周波の
変動分の影響がデジタル記憶値がメモリ出力値に入り込
むことを防止できるからである。また、合成誤差作成部
を更新保存部の前に挿入しても上述の速度変動の改善効
果への悪影響はほとんどなかった。

さらに、本実施例では、動作指令器11の指示に従って補
償器４がブラシレスモータ１の速度制御以外の動作を行
っているときにも、記憶値保存部1D内の複数個のデジタ
ル記憶値Ｍ［I2］（I2＝0,1,・・・,NxL−１）は保持さ
れていると共に、ブラシレスモータ１の回転位置を回転
位置検出器８によって常時検出している。従って、その
後の速度制御動作時において、ブラシレスモータ１のデ
ジタル速度誤差が所定の小さな範囲内になった時に、回
転位置検出器８のデジタル信号ｉ（デジタル値Id）を利
用してブラシレスモータ１の回転位置に対応した記憶値
保存部1Dのデジタル記憶値の記憶位置（第２のカウント
変数I2の値）を検出でき、その記憶位置から順次更新保
存動作を行わせることができる。さらに、制御信号作成
部1Bは、記憶値保存部1Dの更新保存部1Ddに保持されて
いたデジタル記憶値の情報をブラシレスモータ１の回転
位置に対応させてすみやかに利用できるので、短時間に
速度変動の低減効果を得ることができる。特に、位置検
出信号h1に応動する回転位置検出器８のデジタル信号ｉ
が１回転中に８状態（０から７）と非常に少ない分解能
しかもたなくても、回転位置検出器８のデジタル信号ｉ
が変化した直後の信号ｉの値を使ってブラシレスモータ
１の回転位置を検出しているので、その変化時点のデジ
タル信号ｉ（デジタル値Id）に対応した第２のカウント
値I2の値に関しては回転位置検出の精度が高くなってお
り、正確に、もしくはほぼ正確にブラシレスモータ１の
回転位置に対応したデジタル記憶値の位置（カウント値
I2）が検出される。さらに、ブラシレスモータ１の構成
要素である位置検出部の２相の位置検出信号h1とh2を利
用するならば、回転位置検出用に特別なセンサ部品を設
ける必要がなく、構成部品も少なくてよい。

なお、前述の実施例では、回転位置検出器８の１回転中
の状態数をPd＝8,速度検出器３の１回転中の検出回数を
Zq＝1024,整数Ｑ＝８として、PdをZq/Q＝128の約数にし
たが、本発明はそのような場合に限らず、その関係を任
意にすることが可能である。一般には、回転位置検出器
８のデジタル信号ｉの各値に対応したデジタル記憶値の
位置（少なくとも第２のカウント値I2、できれば第１の
カウント値I1と第２のカウント値I2）をそれぞれに記憶
保持することにより、ブラシレスモータ１の回転位置
（デジタル値Id）に対応したデジタル記憶値の記憶位置
を簡単に見いだすことができる。

第６図に制御系全体の安全性を考慮にいれた補償器４の
プログラム例を示す。ここでは、更新保存部における更
新値の計算の仕方と、メモリ出力値作成部におけるメモ
リ出力値の準備の個数と、制御信号作成部におけるメモ
リ出力値作成部のメモリ出力値の利用の仕方を改良して
いる。次に、その動作について詳細に説明する（全体の
構成は第２図と同じであり、説明を省略する）。

［回転誤差算出部6A］ （6A−１） まず、演算器５は速度検出器３のフリップ
フロップ回路35の出力信号ｑを入力し、信号ｑが“H"と
なるのを待っている。すなわち、速度検出器３が交流信
号ａの（半）周期を検出し、新しい検出デジタル信号ｂ
を出力するのをモニタしている。

（6A−２） ｑが“H"になると、速度検出器３の検出デ
ジタル信号ｂを読み込んで、検出デジタル信号ｂに対応
する速度検出デジタル値Ｓに直すと共に、リセット信号
ｒを所定時間“H"にして速度検出器３のカウンタ回路34
とフリップフロップ回路35をリセットする。

（6A−３） 所定の基準値Srefから速度検出デジタル値
Ｓを引いて、モータ１の現時点での新しいデジタル速度
誤差を得る（Eo＝Sref−Ｓ）。速度誤差1EoをＲ倍にし
て、モータ１の現時点での新しいデジタル回転誤差Ｅを
算出する（Ｅ＝Ｒ・Eo）。

［制御信号作成部6B］ （6B−１） 現時点の回転誤差Ｅと後述する記憶値保存
部6Dのメモリ出力値作成部6Dbによる新しいメモリ出力
値Voを所定の比率（1:D）にて加算合成し、デジタル合
成値Ｙを得る（Ｙ＝Ｅ＋Ｄ・Vo）。ここに、Ｄは0.5以
上で1.2以下の定数で、好ましくはＤ＝１。

（6B−２） デジタル合成値Ｙ（制御信号デジタル値）
をD/A変換器７に出力し、Ｙの値に対応した直流的な電
圧（制御信号ｃ）に変換する。

［記憶位置検出部6C］ ＜安定状態判別部6Ca＞ （6Ca−１） 速度検出器の検出デジタル値Ｓに比例し
たデジタル速度誤差の絶対値|Eo|が所定の値Exよりも大
きい時には（|Eo|≧Ex）、不安定な過渡状態であると判
別し、回転位置検出器８のデジタル信号ｉを入力してデ
ジタル信号ｉに対応したデジタル値Idとし、IoにIdを代
入し（Io＝Id）、メモリ出力値に相当するVoとＶ［Px］
を０にし（Vo＝0,V［Px］＝０）、分岐判断用の変数Ga
を０にし（Ga＝０）、後述のレジスタＦ［ｍ］（ｍ＝1,
2,・・・,2Q）の内容を０にした後に、動作変更部6Eの
動作に移る。このとき、回転位置検出部6Cbと記憶値保
存部6Dの動作は実行されない。また、速度誤差の絶対値
|Eo|が所定の値Exよりも小さい時には|Eo|＜Ex）、安定
な速度制御状態であると判別し、回転位置検出部6Cbの
動作に移る。

＜回転位置検出部6Cb＞ （6Cb−１） 分岐判断用変数Gaが１の時には記憶値保
存部6Dの動作に移り、Gaが１に等しくないときには（6C
b−２）以下の動作に移る。

（6Cb−２） 回転位置検出器８のデジタル信号ｉを入
力し、デジタル信号ｉに対応したデジタル値Idにする。

（6Cb−３） 新しい回転位置検出デジタル値Idが古い
デジタル値Ioに等しいときには、動作変更部6Eの動作に
移る。IdがIoに等しくないときには、後述の第２のカウ
ント変数I2にデジタル値IdをAd倍した値を代入し（I2＝
Ad・Id）、後述の第１のカウント変数I1を０にし（I1＝
０）、分岐判断用変数Gaを１にした後に（Ｇ＝１）、動
作変更部6Eの動作に移る。ここに、AdはZq（ブラシレス
モータ１の１回転中の速度検出器３の検出回数）をPd
（ブラシレスモータ１の１回転中の位置検出信号h1の整
形・微分信号ｅのパルス数）との後述の整数Ｑで割った
整数値である［Ad＝Zq/（Ｑ・Pd）］。これにより、位
置検出信号h1による新しい微分信号ｅが発生して回転位
置検出器８のデジタル信号ｉが変化した時点において、
ブラシレスモータ１の回転位置に対応したデジタル値Id
を使ってカウント変数I2の値が初期設定され、カウント
変数I1は０に初期設定され、かつ、分岐判断用変数Gaが
１となり、その後の新しい速度検出デジタル値Ｓが得ら
れた時点から、記憶値保存部6Dの動作が行われるように
なる。

［記憶値保存部6D］ ＜選択分岐部6Da＞ （6Da−１） 後述の第１のカウント値I1に対応したレ
ジスタＦ［Ｑ−I1］に現時点のデジタル回転誤差Ｅを格
納保存しておく（Ｆ［Ｑ−I1］＝Ｅ）。ここに、Ｑは３
以上の整数であり、ここではＱ＝８である。カウント値
I1は速度検出器３の速度検出動作毎にカウントアップさ
れて０からＱ−１の間の値をとるから（後述）、レジス
タＦ［１］からＦ［Ｑ］にはデジタル回転誤差Ｅの連続
した時系列値が得られる。

（6Da−２） Ｑをmod（法）として、新しい速度検出デ
ジタル値Ｓを得る毎に第１のカウント変数I1をカウント
アップしていく。すなわちI1＝I1＋１（I1＋１を新しく
I1にする）にした後、I1＝ＱならばI1を０にリセットす
る。このような演算をするならば、I1は０からＱ−１の
間の整数になる。なお、記憶値保存部6Dの動作を開始す
るときの第１のカウント変数I1の初期値は０である。

（6Da−３） I1がQ1（ここに、Q1はＱよりも小さい整
数）に等しくなるとメモリ出力値Voを後述のＶ［Px］に
変更し、I1がQ1に等しくない場合にはこのような変更動
作を行わない。これにより、I1＜Q1の範囲ではVo＝Ｖ
［Px−１］（後述）になり、I1≧Q1の範囲ではVo＝Ｖ
［Px］になっている。

（6Da−４） I1がＱ−１に等しいときには、メモリ出
力値作成部6Dbの動作に移る。

I1が０に等しい時には、合成誤差作成部6Dcの動作に移
る。I1が１に等しい時には、更新保存部6Ddの動作に移
る。I1がこれらの値以外の時には、動作変更部6Eの動作
に移行する。これにより、メモリ出力値作成部6Db,合成
誤差作成部6Dc,更新保存部6Ddは速度検出器３のＱ回の
検出動作毎に１回実行されるようになる。

＜メモリ出力値作成部6Db＞ （6Db−１） Nx・Ｌをmod（法）として、第１のカウン
ト変数I1が０になる毎に（新しい速度検出デジタル値Ｓ
をＱ回得る毎に）第２のカウント値I2をカウントアップ
していく。なお、記憶値保存部6Dの動作を開始するとき
の第２のカウント変数I2の初期値は、回転位置検出器８
の変化した直後のデジタル信号ｉに対応した値であり、
ブラシレスモータ１の回転位置に対応した値になってい
る。

（6Db−２） NxLをomdとして第２のカウント変数I2にP
x（ここに、Pxは１以上で３以下の整数であり、Px＝１
が好ましい）を足した整数Ｊを計算する［Ｊ＝I2＋Px
（mod NxL）］ （6Db−３） レジスタ変数Ｖ［ｍ＋１］の内容をＶ
［ｍ］に順番に転送した後に（ｍ＝0,1,・・・,Px−
１）、ラム領域内のＬ間隔ずつ離れたNx個のデジタル記
憶値群Ｍ［Ｊ−nL（mod NxL）］（ｎ＝1,・・・,Nx）を
使って次の式によって計算される最新のメモリ出力値を
Ｖ［Px］に入れる。

ここに、Wnの値は、（２），（３）式および（４）式を
満たしている。すなわち、Ｖ［Px］からＶ［０］に連続
するPx＋１個のメモリ出力値群を得る。このとき、Ｖ
［Px］を計算する時の（８）式中の整数ＪをJ1とし、Ｖ
［０］を計算する時の（８）式中の整数ＪをJ2とする
と、J1＝J2＋Pxの関係がある。次に、制御信号作成部4B
において最初に利用されるメモリ出力値VoをＶ［Px−
１］にする（Vo＝Ｖ［Px−１］）。その後に、動作変更
部6Eの動作に移行する。

＜合成誤差作成部6Dc＞ （6Dc−１） 前述の回転誤差時系列を格納したデジタ
ル値Ｆ［ｍ］（ｍ＝0,1,・・・,Fd）にそれぞれ所定の
正の比率Bm（ｍ＝1,2,・・・,Fd）を掛けた値を加算合
成して、合成誤差Egを作り出す［（５），（６），
（７）式］。

（6Dc−２） レジスタＦ［ｍ］の内容をレジスタＦ
［Ｑ＋ｍ］に転送する（ｍ＝1,2,・・・,Q）。これによ
り、次の合成誤差Egの計算時点において、2Q個のレジス
タＦ［ｍ］（ｍ＝1,2,・・・,2Q）には回転誤差Ｅの連
続した時系列信号が得られている。なお、2Q≧Fdにして
ある。その後に、動作変更部6Eの動作に移行する。

＜更新保存部6Dd＞ （6Dd−１） NxLをmodとして第２のカウント変数I2か
らKdをいた整数Ｋを計算する［Ｋ＝I2−Kd（mod Nx
L）］。

（6Dd−２） レジスタ変数Ｘ［ｍ＋１］の内容をＸ
［ｍ］に順番に転送した後に（ｍ＝0,1,2,・・・,2Kd−
１）、Ｘ［2Kd］（ここに、Kdは整数であり、Kd＝３が
好ましい）にメモリ出力値作成部4Dbによって作成され
た古いメモリ出力値Ｖ［０］と合成誤差Egを1:1の比率
にて演算合成した合成値を入れる（Ｘ［2Kd］＝Eg＋Ｖ
［０］）。すなわち、Ｘ［2Kd］からＸ［０］に連続す
る2Kd＋１個の加算値（メモリ出力値と合成誤差の加算
値）を得る。

（6Dd−３） Ｘ［ｍ］に所定の正の比率Cm（ｍ＝0,1,
・・・2Kd）を掛けた値を加算合成した新しい更新値を
得て、整数Ｋに対応したラム領域内のデジタル記憶値Ｍ
［Ｋ］を更新し、次の更新時まで格納保存する。すなわ
ち、 とする。ここに、比率Cmには次の関係がある。

Ｃ_ｍ＝Ｃ_2Kd−ｍ（ｍ＝0,1,・・・,Kd） ……（10） その後に、動作変更部6Eの動作に移行する。

［動作変更部6E］ （6E−１） 動作指令器11の動作指令信号ｊを入力す
る。

（6E−２） 動作指令信号ｊを判読し、速度制御指令の
時には回転誤差算出部6Aの動作に復帰する。速度制御指
令以外の動作指令の時には（例えば、正方向の高速再生
サーチや逆方向の高速再生サーチの動作）、その指令に
応じた動作をモータ１に行わせながら、動作指令信号ｊ
の変化をチェックし、再度速度制御指令になった時に回
転誤差算出部6Aの動作に移行する。ここで、速度制御動
作以外の実際の動作内容は本発明の主旨ではないので、
その具体的な説明を省略する。

本実施例のように、更新保存部6Ddに加重平均を取る演
算を挿入したり、制御信号作成部6Bにおいて使用するメ
モリ出力値作成部6Dbの第一のメモリ出力値Vo（Ｖ［P
x］）と更新保存部6Ddにおいて使用するメモリ出力値作
成部6Dbの第二のメモリ出力値Ｖ［０］の間に所定のズ
レ（Ｖ［Px］がＶ［０］よりも進んでいる）を設けるな
らば、制御系全体の動作も安定になることを確認した。

また、本実施例では、記憶値保存部6Dのメモリ出力値作
成部6Dbの動作と合成誤差作成部6Dcの動作と更新保存部
6Ddの動作を速度検出器３の検出動作に関してタイミン
グをずらせている。これにより、速度検出器３の１回の
検出周期内に必要とされる演算量は大幅に少なくなり、
補償器４の演算器５に動作速度の遅いマイクロコンピュ
ータを使用することも可能となる。特に、本実施例の示
すように、メモリ出力値作成部6Dbの動作や合成誤差作
成部6Dcの動作や更新保存部6Ddの動作の中に転送が乗算
を多数含んでいる場合には、速度検出器３の１検出周期
内に必要とさる演算量が少なくなる効果が大きく、実用
上の利点が大きい。

なお、比率WnやCmによる演算は上記の形に限られるもの
ではなく、上記のプログラムの内容を実現するものであ
ればよく、各種の等価的な式変形が可能であることは言
うまでもない。また、新しい回転誤差が得られた時に、
最初に制御信号作成部による新しい制御信号の出力動作
を行い、その後に、記憶値保存部のメモリ出力値作成部
によって次のサンプリング時点で使用するメモリ出力値
を計算するようになすならば、メモリ出力値作成部の演
算時間を長くとれると共に、制御信号の出力までの時間
遅れを短くできるので、制御系の安定性を確保し易い。

前述の各実施例では、回転位置検出器のデジタル信号ｉ
の状態数を更新保存部のデジタル記憶値の個数よりも大
幅に少なくしたが、デジタル信号ｉの状態数とデジタル
記憶値の個数を一致させてもよい。また、速度検出器に
よってブラシレスモータの回転速度のみを検出するよう
にしたが、これ以外にブラシレスモータの回転位相を周
知の位相検出器によって検出し、その両者を合成してデ
ジタル誤差としてもよく、本発明に含まれることは言う
までもない。また、補償器の出力をデジタル信号やPWM
信号（パルス幅変調信号）にしたり、駆動器の出力信号
をPWM信号にしてもよい。また、ブラシレスモータの構
成は前述の実施例に限定されるものではなく、ロータの
回転位置を検出する位置検出部を有する周知の各種のブ
ラシレスモータを用いることができる。さらに、補償器
を完全なハードウェアによって構成し、前述のプログラ
ムによる動作と同じ動作をおこなわせるようにしてもよ
い。その他、本発明の主旨を変えずして種々の変更が可
能である。

発明の効果 本発明の制御装置は、少数のメモリ数によって高性能な
制御ができると共に、制御動作移行時に短時間に状態量
の変動を大幅に低減することができる。従って、本発明
に基き、ビデオテープレコーダのキャプスタンモータの
回転速度の制御装置を構成するならば、磁気テープの走
行速度を極めて正確に制御でき、ワウ・フラッタの少な
い高性能のビデオテープレコーダを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御装置の補償器の内蔵プ
ログラムの一例を表すフローチャート図、第２図は本発
明の実施例の全体の構成を表す構成図、第３図は第２図
の速度検出器の具体的な構成例を表す構成図、第４図は
第２図の回転位置検出器の具体的な構成例を表す構成
図、第５図は第４図の回転位置検出器の動作説明用の波
形図、第６図は本発明の他の実施例を表す制御装置の補
償器の内蔵プログラムの一例を示すフローチャート図で
ある。 １……ブラシレスモータ、２……回転センサ、３……速
度検出器、４……補償器、５……演算器、６……メモ
リ、７……D/A変換器、８……回転位置検出器、９……
駆動器、10……負荷、11……動作指令器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体を含んだ制御対象の状態量を検出す
   る検出手段と、制御信号を作り出す補償手段と、前記制
   御信号に応じて前記制御対象の状態量を変化させる駆動
   手段と、前記補償手段の動作内容を指示する動作指令手
   段を具備し、前記補償手段は、前記回転体の回転に同期
   した所定タイミング毎もしくは略所定タイミング毎に前
   記検出手段の検出信号よりデジタル誤差を得る誤差算出
   手段と、前記誤差算出手段の少なくとも２個以上のデジ
   タル誤差を合成したデジタル合成誤差を作り出す合成誤
   差作成手段と、前記誤差算出手段が新しいデジタル誤差
   をＱ個（ここに、Ｑは２以上の整数）得る毎に複数個の
   デジタル記憶値の内の１個を順番に前記デジタル合成誤
   差に対応した値と少なくとも１個のデジタル記憶値の合
   成値によって更新保存する更新保存手段と、前記デジタ
   ル誤差と少なくとも１個の前記デジタル記憶値を合成し
   て前記制御信号を作り出す制御信号作成手段と、前記回
   転体の回転位置に対応したデジタル値を得る回転位置検
   出手段と、前記動作指令手段の指示に応動して少なくと
   も前記更新保存手段の動作を変更する動作変更手段を有
   し、前記更新保存手段の更新動作を行なわせない動作か
   ら更新動作を行なわせる動作に移行する時に、前記回転
   位置検出手段の前記デジタル値により前記回転体の回転
   位置に対応した前記更新保存手段のデジタル記憶値の記
   憶位置を検出し、前記記憶位置から前記更新保存手段の
   更新保存動作を行なうようにした制御装置。
2. 【請求項２】回転位置検出手段のデジタル値の状態数を
   更新保存手段のデジタル記憶値の個数の1/4以下とし、
   前記回転位置検出手段のデジタル値の変化時点を検出
   し、その変化時点の前記デジタル値に対応した記憶位置
   を得るようにした請求項（１）記載の制御装置。
3. 【請求項３】回転体をブラシレスモータとし、ブラシレ
   スモータの位置検出用の多相信号を利用して前記回転体
   の回転位置に対応したデジタル値を得る回転位置検出手
   段を使用した請求項（２）記載の制御装置。