JPH0833773B2 - サ−ボ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は回転体の回転速度が所望値になるように制御
するサーボ装置に関する。

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、回転体に連結されてその回転速度に応じた周波
数や電圧を有する出力信号を発生する速度発電機を利用
するものが主流を占めており、速度発電機の出力信号
（FG信号）の周波数もしくは繰り返し周期のみを速度情
報として用いるため、特に一連の処理がディジタル化さ
れたサーボ装置（例えば、特公昭53-19745号公報、ある
いは米国特許第3836756号に示されている。）ではきわ
めて高い安定性が得られるという利点があった。

ところで、この周波数あるいは周期検出方式は矩形波
信号になるまでに十分増幅された速度発電機の出力信号
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、増幅後の速
度発電機の出力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存した計
数値を得て、この計数値をもとにパルス幅変調信号（チ
ョッ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、より分解能の高い制御を実現しようとす
ると、エッジの数を増加させてやる必要がある。

エッジの数を増加させる容易な方法として，速度発電
機の出力信号を増幅して得られる矩形波信号のリーディ
ングエッジとトレイリングエッジ（後縁）の両方を利用
することによって、速度発電機の出力信号１周期の間に
半周期ずつ２回周期を測定し、すなわち速度発電機の出
力信号を２逓倍して元の出力信号の２倍の周波数の速度
情報を得ようとする方法がある。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成において、速度発電機
の出力信号を増幅して得られる矩形波のリーディングエ
ッジとトレイリングエッジの両方を使って速度発電機の
出力信号を２逓倍する場合、増幅器のオフセットや速度
発電機の出力信号の波形歪みにより増幅後の速度発電機
の出力信号のデューティ比が50:50にならないため、制
御系に速度発電機の出力信号の周波数の外乱となってあ
らわれ、制御性が悪化してしまうという問題があった。
特に、省電力化のため増幅器をCMOS（相補型金属酸化膜
半導体）プロセスで構成するとオフセットが大きいた
め、速度発電機の出力信号の２逓倍化が困難であった。

本発明は上記問題点に鑑み、速度発電機の出力信号を
増幅器のオフセットなどにより２逓倍後のデューティ比
が正確に50:50になっていなくても、デューティ比が50:
50になっているかのようにデューティずれを補正し、２
逓倍時に高精度な制御を行うサーボ装置を実現せんとす
るものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のサーボ装置は、
回転体の速度情報を有する交流信号を２逓倍し前記交流
信号の１周期の間に第１、第２の出力信号を発生する２
逓倍手段と、前記２逓倍手段の出力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２逓倍手段の第１
の出力信号から第２の出力信号までの周期と第２の出力
信号から第１の出力信号までの周期より正規値からの偏
位を算出し、その算出結果から各周期検出時点において
前記演算器に２逓倍による誤差出力の補正を行わせる誤
差出力補正手段を具備したことを特徴とするものであ
る。

作用 本発明は上記した構成によって速度発電機の出力信号
を２逓倍するときに生じるデューティ比のずれを演算器
によって補正するようにしているので、２逓倍後の速度
発電機の出力信号のデューティ比がずれていても制御系
に速度発電機の出力信号の周波数の外乱がほとんど現れ
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サーボ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、モータ１に連結された速度発電機（一般に
周波数発電機あるいは単にFGと呼ばれる。）２の出力は
２逓倍回路３によって２逓倍される。２逓倍回路３の出
力はチャンネルセレクタ４に供給され。前記チャンネル
セレクタ４はプロセッサ５のメモリ5b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６を
介して前記プロセッサ５に供給される。

また、前記２逓倍回路３が出力信号を出力すると、前
記チャンネルセレクタ４のタイミング信号出力端子4aか
らタイミング信号が出力され周期検出器７に供給され
る。前記周期検出器７は前記タイミング信号出力端子4a
から出力されるタイミング信号の周期、すなわち、前記
２逓倍回路３の出力信号の周期を測定しデータバス８を
介して前記プロセッサ５のメモリ5bに供給する。前記メ
モリ5bはチャンネルセレクタ４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、前記プロセッサ５では前記周期検出器７より
データバス８を介して前記プロセッサ５のメモリ5bに記
憶されている周期データとあらかじめ設定している基準
速度データより演算器5aがモータ１の速度誤差出力を算
出し、その算出結果をデータバス９を介してディジタル
−アナログ変換器10に供給している。前記ディジタル−
アナログ変換器10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。）11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ている。

第２図は２逓倍回路３の具体的な構成を示した回路結
線図で、2a、2bはそれぞれ速度発電機２の出力信号と基
準となるクロック信号が入力される入力端子である。速
度発電機２の出力信号は増幅器21で一定の電圧レベルま
で増幅され、そのあと波形整形器22で矩形波に整形さ
れ、Ｄフリップフロップ23のＤ入力端子に入力される。
Ｄフリップフロップ23のＱ出力端子はＤフリップフロッ
プ24のＤ入力端子とEX-OR（排他的論理和）ゲート25の
一方の入力端子に接続され、Ｄフリップフロップ24のＱ
出力端子はEX-ORゲート25の他方の入力端子に接続され
る。Ｄフリップフロップ23、24のクロック端子23a、24a
はクロック端子2bに接続されている。EX-ORゲート25の
出力端子２逓倍回路の出力端子である2cに接続されてい
る。

第３図は２逓倍回路３の動作説明をするための信号波
形図であり、第３図（ａ）は速度発電機２の出力信号波
形を示したもので、第３図（ｂ）は増幅器21の出力信号
波形、第３図（ｃ）は波形整形器22の出力信号波形であ
り、Ｄフリップフロップ23に入力される信号波形であ
り、第３図（ｄ）はEX-ORゲート25の出力信号波形であ
り、第３図（ｃ）の信号の両エッジにおいてクロック2b
に入力される基準クロック信号の１クロック分のパルス
幅の信号であり、速度発電機２の出力信号を２逓倍した
信号となっている。すなわち、第３図（ｄ）は２逓倍回
路３の出力信号となっている。

ここでは、増幅器21にオフセットが存在するため、速
度発電機２の出力信号の増幅後の信号波形は第３図
（ｂ）に示すように中心よりずれた波形となる。そのた
め、波形整形器22の出力信号のデューティ比は第３図
（ｃ）に示すように50:50とはならずにデューティ比50:
50からずれた波形となる。そのため、第３図（ｄ）のEX
-ORゲート25の出力はデューティ比のずれにより周期が
一定とはならずに、正規の値より大きくなったり小さく
なったりする。例えば，モータ１が設定速度で回転して
いいて２逓倍後のデューティ比が48:52になっていると
すると、周期検出器７の検出値は第３図の時刻t1から時
刻t2までの時間間隔となり、正規の値より４％短い値と
なる。また、時刻t2から時刻t3までの時間間隔を周期検
出器７によって検出すると周期の値は正規の値より４％
長い値となる。

さらに、時刻t3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４％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４％長い値となる。したがって、速
度発電機２の出力信号を２逓倍することによって、速度
発電機２の出力信号１周期の間に正規の周期の値より短
い区間と長い区間が現れる。

速度発電機２の出力信号を２逓倍した信号を用いて、
すなわち２逓倍することによって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ッサ
５の演算器5aが速度誤差出力を算出すると、時刻t1から
時刻t2までの時間間隔を計測した区間では周期が４％短
くなっていることから速度が４％速くなったときの速度
誤差出力となり、時刻t2から時刻t3までの区間では周期
が４％長くなっていることから速度が４％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。特
に、起動時にはデューティ比のずれにより速度誤差出力
が正常な値とならないため、モータ１がハンチングした
りしてうまく起動しない場合がある。

しかしながら、第１図に示した本発明の実施例では２
逓倍回路３による２逓倍後のデューティ比が正確に50:5
0になっていなくても充分なデューティ比が確保でき、
高精度な制御が実現できるように構成されており、以下
そのもようについて説明する。

速度発電機２の出力信号の２逓倍後の第１の周期（第
３図ｃ）の波形整形器22の出力信号のハイレベル区間）
をＡ区間、第２の周期（第３図ｃ）の波形整形器22のロ
ーレベル区間）をＢ区間とすると、モータ１が速度発電
機２の出力信号１周期で制御されていて２逓倍回路のデ
ューティずれの影響を受けずに設定速度で回転している
とする。よって速度発電機２の出力信号１周期の値は一
定値となる。すなわち、Ａ区間とＢ区間の周期の和も一
定値である。

ここで、２逓倍回路３によるデューティ比のずれがな
ければ、Ａ区間とＢ区間の周期の値は同じとなる。しか
し、増幅器21のオフセットによってデューティ比が50:5
0からずれるため、Ａ区間とＢ区間の周期の値は同じと
はならずにオフセットに応じた値だけずれてしまう。Ａ
区間の周期のずれた値をΔＡとすると、Ｂ区間の周期の
ずれた値は−ΔＡとなる。すなわち、増幅器21のオフセ
ットによる速度発電器の出力信号２逓倍時の周期のずれ
はＡ区間、Ｂ区間の差より求めることができ（１）式で
表される。

ここで、Ａ、ＢはそれぞれＡ区間、Ｂ区間の周期の値を
示す。また、Ａ区間、Ｂ区間に応じたメモリ5bのアドレ
スの選択はチャンネルセレクタ４のアドレス更新信号に
基づいて行われる。

したがって、増幅器21のオフセットによるデューティ
比のずれΔＡを求め、Ａ区間においては測定した周期の
値に＋ΔＡの演算を行い、Ｂ区間においては測定した周
期の値に−ΔＡの演算を行えば増幅器21のオフセットに
よる周期のずれを補正することができる。２逓倍時には
補正した周期データもとにして演算器5aは速度誤差出力
を算出するので、速度誤差出力には増幅器21のオフセッ
トの影響が現れない。

以上の計算式に基づくプロセッサ５によるデューティ
比補正のフローチャートを第４図に示す。

ここでは、Ａ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、Ａ区間、Ｂ区間の平均値はそれぞれ で表される。よって、（１）式は（２）式のようにな
る。

まず、ブロック401では増幅器21のオフセットにより
速度発電機２の出力信号の２逓倍後のデューティ比は5
0:50となっていないので、速度発電機２の出力信号の１
周期によりモータ１を起動し、ブロック402でモータ１
が定速になったかどうかを判断する。定速になっていな
ければ定速になるまで、速度発電機２の出力信号の１周
期の値をもとに制御する。モータ１が定速で回転するよ
うになれば、ブロック403でＡ区間、Ｂ区間それぞれの
周期を計測し、ブロック404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403にもど
る。ｎ回終了すればブロック405においてＡ区間、Ｂ区
間それぞれの平均を求めた後、Ｂ区間の平均値からＡ区
間の平均値を減算し、減算結果を1/2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406の２逓倍の制御へ移行する。

２逓倍の制御へ移行した後の演算器5aの速度誤差出力
の演算式は（３）、（４）式のようになる。

O_A＝Ａ−Ｄ＋ΔＡ （３） O_B＝Ｂ−Ｄ−ΔＡ （４） ここで、Ｄはあらかじめ決められた基準速度データであ
り、O_AはＡ区間の速度誤差出力、O_BはＢ区間の速度誤差
出力である。

このように、速度発電機２の出力信号の２逓倍時に生
ずるデューティ比のずれを、（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、速度発電機の出力信
号を２逓倍して用いるときに増幅器のオフセットによっ
て生ずるデューティ比のずれを、速度発電器の出力信号
の１周期の値をもとに制御している間に検出し、出力補
正データとしてプロセッサのメモリに格納しているの
で,2逓倍による制御へ移行したときには、出力補正デー
タを用いて速度誤差を算出するのでデューティ比のずれ
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。

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
流信号を２逓倍し前記交流信号の１周期の間に第１、第
２の出力信号を発生する２逓倍手段と、前記２逓倍手段
の出力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２逓倍手段の第１の出力信号から第２の出力信
号までの周期と、第２の出力信号から第１の出力信号ま
での周期より、正規値との偏位を算出し、その算出結果
から各周期検出時点において前記演算器に２逓倍による
誤差出力の補正を行わせる誤差出力補正手段を具備した
とを特徴とするもので、速度発電機の出力信号を２逓倍
して用いるときに増幅器のオフセットによって生ずるデ
ューティ比のずれを、速度発電器の出力信号の１周期の
値をもとに制御している間に検出し出力補正データとし
てプロセッサのメモリに格納しているので、２逓倍によ
る制御へ移行したときには、出力補正データを用いて速
度誤差出力を算出するのでデューティ比のずれの影響を
受けない誤差出力を出力でき、高精度な制御が実現でき
るというきわめて大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例におけるサーボ装置のブロック
ダイアグラム、第２図は２逓倍回路の具体例を示す回路
結線図、第３図は第２図の回路動作を説明するための信
号波形図、第４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。 １……モータ、２……速度発電機、４……チャンネルセ
レクタ、５……プロセッサ、７……周期検出器、10……
ディジタル−アナログ変換器、11……パワーアンプ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体の速度情報を有する交流信号を２逓
   倍し前記交流信号の１周期の間に第１、第２の出力信号
   を発生する２逓倍手段と、前記２逓倍手段の出力信号の
   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２逓
   倍手段の第１の出力信号から第２の出力信号までの周期
   と第２の出力信号から第１の出力信号までの周期より正
   規値からの偏位を算出し、その算出結果から各周期検出
   時点において前記演算器に２逓倍による誤差出力の補正
   を行わせる誤差出力補正手段を具備してなるサーボ装
   置。
2. 【請求項２】回転体の速度情報を有する交流信号を増幅
   する増幅器と、前記増幅器の出力信号を波形整形する波
   形整形器と、前記波形整形器の出力信号の両エッジの信
   号を前記交流信号の２逓倍出力とする２逓倍手段を具備
   してなる特許請求の範囲第（１）項記載のサーボ装置。
3. 【請求項３】回転体の速度情報を有する交流信号の少な
   くとも１周期にわたって２逓倍手段が出力信号を発生す
   る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に比較し
   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特許請求の範囲第
   （１）項記載のサーボ装置。