JPH09107694A - サーボシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位置制御ループと速度制御ループによりモー
タを駆動するサーボシステムにおいて、モータの両端間
電圧が大のときには帰還量を小とし、この電圧が小のと
きには帰還量を大とし、高速操作時にもスロー操作時に
も自然な制御動作を得る。 【構成】 パルス幅変調器28にモータ18の両端間電圧を
コントロール信号として入力し、比較器14に入力される
タコジェネレータからの出力値が、この両端間電圧が大
のときには小、この両端間電圧が小のときには大となる
ようにアナログスイッチ26のオン／オフ期間を変化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、速度が急激に変化
する移動物体の制御に利用されるサーボシステム、特に
監視用カメラのズーミングやパンニングの操作に使用さ
れるモータを駆動するためのサーボシステムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】直流サーボシステムによる位置制御の技
術は各分野において広く利用されている。しかしなが
ら、位置制御ループのみによって物体の移動を制御しよ
うとすると、ゲインを上げることにより不安定となり易
いので、通常、速度制御ループが併用されている。すな
わち、例えば直流のタコジェネレータ付きのモータを用
い、その出力を負帰還させて目標値を通り過ぎることの
ないように制御することが従来行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな制御を行なう場合、タコジェネレータからの帰還量
が大となると、定速走行時、特に低速時の動作は安定す
るが、動作が急激に変化する動作開始時や動作停止時の
位置制御の遅れが大となり、目的とする制御動作の達成
が困難となる。勿論、逆に、タコジェネレータからの帰
還量を小さくし過ぎれば速度制御ループを併用した意味
がなくなり、例えば、低速動作時に負荷変動の影響が大
となり、操作対象物がぎこちない動きをするようにな
る。

【０００４】特に、監視カメラ等の雲台のパンニング、
チルティング、あるいはズーミングのサーボ操作におい
ては、超スロー操作と通常移動操作、さらには高速移動
操作との切換が頻繁に行われることがあり、これら各操
作共にガタつきのないスムーズな移動操作が必要とな
る。例えば、ズーミングの超スロー操作において速度制
御ループの帰還量を小とすると画面上の映像のズーミン
グが一時止まったような感じとなる場合があり、不自然
なズーミングとなる。逆に通常あるいは高速移動操作に
おいて速度制御ループの帰還量を大とすると所定の位置
までの移動に時間を要することになる。本発明はこのよ
うな事情に鑑みなされたものであり、高速操作時にもス
ロー操作時にも自然な制御動作を可能にするサーボシス
テム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】本発明のサーボシステム
は位置制御ループと速度制御ループによりモータを駆動
制御するサーボシステムであって、該モータの回転速度
に応じた出力を発生するモータ回転速度検出手段と、該
モータの両端間電圧が大のときには前記モータ回転速度
検出手段からの出力値を小とし、該両端間電圧が小のと
きには前記モータ回転速度検出手段からの出力値を大と
する帰還量調整手段とを前記速度制御ループ内に設けて
なることを特徴とするものである。前記帰還量調整手段
としては電圧制御増幅器を用いることができる。

【０００６】また、前記帰還量調整手段は、前記モータ
回転速度検出手段からの出力の通過をオン／オフするア
ナログスイッチと、前記モータの両端間電圧に応じてこ
のアナログスイッチのオン／オフの期間を変化させるパ
ルス幅変調手段とからなるものとすることもできる。本
発明のサーボシステムは特に前記モータが雲台の所定の
動作部を駆動するものである場合に好適に使用すること
ができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施
例に係るサーボシステム内の回路を示すブロック図であ
る。このサーボシステムは制御機器10（例えば雲台を遠
隔操作するためのコントローラ）からの駆動信号を第１
の比較器12、第２の比較器14、および増幅器16を介して
モータ18（例えば雲台に設けられたカメラのズーム部駆
動モータ）に出力し、このモータ18を駆動するためのも
のである。

【０００８】モータ18はタコジェネレータ20およびポテ
ンショメータ22と連動し、これらによってモータ18の回
転速度および被操作物の位置が検出され、速度制御およ
び位置制御がなされるようになっている。すなわち、こ
のサーボシステムにおける位置制御ループはポテンショ
メータ22、第１の比較器12、増幅器16およびモータ18か
らなり、ポテンショメータ22から第１の比較器12に出力
される、被操作物の位置に応じた電圧値が、制御機器10
からの、目標値に応じた電圧値と一致するような方向に
モ−タ18を駆動するようになっている。

【０００９】また、このサーボシステムにおける速度制
御ループはタコジェネレータ20、後述する電圧制御増幅
器（ＶＣＡ）24、第２の比較器14、増幅器16およびモー
タ18からなり、タコジェネレータ20から電圧制御増幅器
24を介して第２の比較器14に出力されるモータ18の速度
に対応した電圧値が、比較器12からの電圧値と一致する
ように負帰還制御されるようになっている。

【００１０】ここで、本実施例において帰還量調整手段
として用いられる電圧制御増幅器24の作用について説明
する。電圧制御増幅器24にはモータ18の両端間電圧がコ
ントロール信号として入力されるようになっている。そ
して、電圧制御増幅器24は、この両端間電圧が大のとき
には第２の比較器14に入力されるモータ18の回転速度信
号の出力値（帰還量）を小とし、該両端間電圧が小のと
きには第２の比較器14に入力されるモータ18の回転速度
信号の出力値（帰還量）を大とするように電圧制御を行
なう。このモータ両端間電圧値と帰還量との増減関係は
直線的に変化する関係としてもよいし、ステップ的に変
化する関係としてもよい。

【００１１】この結果、モータ18の高速回転時には速度
制御が抑制傾向となる一方、モータ18の低速回転時には
充分な速度制御が得られるようになり、高速操作時にも
スロー操作時にも自然な制御動作が可能になる。図２は
本発明の第２の実施例に係るサーボシステム内の回路を
示すブロック図である。本実施例において前記第１の実
施例と同様の構成要素については同一の参照番号を付
し、その説明は省略する。

【００１２】本実施例は、帰還量調整手段として、第１
の実施例で用いられた電圧制御増幅器24に代えてアナロ
グスイッチ26とパルス幅変調手段（ＰＷＭ）28との組合
せを用いたことを特徴とするものである。一般に上述の
電圧制御増幅器に比べてパルス幅変調器は安価であるた
め、本実施例によればコストの削減が可能である。アナ
ログスイッチ26はタコジェネレータ20から第２の比較器
14への出力の通過をオン／オフするものである。すなわ
ち、モータ18の回転に対応したタコジェネレータ20から
の電圧信号はアナログスイッチ26がオンの場合にのみ、
タコジェネレータ20から第２の比較器14へ出力される。

【００１３】パルス幅変調器28にはモータ18の両端間電
圧がコントロール信号として入力されるようになってい
る。そして、パルス幅変調手段28は、この両端間電圧が
大のときには第２の比較器14に入力されるモータ18の回
転速度信号の出力値を小とし、該両端間電圧が小のとき
には第２の比較器14に入力されるモータ18の回転速度信
号の出力値を大とするようにアナログスイッチ26のオン
／オフ期間を変化させる。より具体的には、パルス幅変
調手段28は、モータ18の両端間電圧が大のときにはアナ
ログスイッチ26をオン／オフするためのパルス信号のデ
ューティー比を小とし、該両端間電圧が小のときには該
パルス信号のデューティー比を大とするように制御を行
なう。このモータ両端間電圧とデューティー比の関係は
直線的に変化する関係としてもよいし、ステップ的に変
化する関係としてもよい。

【００１４】図３は上述した第２の本実施例における制
御操作の一例を説明するためのグラフである。この図は
本実施例においてスロー操作（例えばモータ両端間電圧
2.5 Ｖ、回転数３rpm ）から高速操作（例えばモータ両
端間電圧７Ｖ、回転数50rpm ）に切り替えた際の制御を
示すものである。すなわち、この制御では、スロー操作
時においては前記パルス信号のデューティー比を80％と
し、帰還量を大とすることによってモータ18を、例えば
ポテンショメータの出力値２Ｖまで緩やかに、かつスム
ーズに駆動する一方、高速操作時においては前記パルス
信号のデューティー比を５％とし、帰還量を小とするこ
とにより、被操作物を目標位置まで速やかに移動せしめ
るようにしている。

【００１５】ここで、高速操作時にはモータのトルクが
大であるから負荷変動は起こり難く、したがって、速度
制御の必要性は小さい。また、速度が大きいので、がく
がくした動きは観察者には感知され難い。よって、高速
操作時に帰還量を小とすることの弊害は少ないといえ
る。この結果、スロー操作から高速操作への切換時にモ
ータの動作がぎこちなくなるようなことはなく、高速操
作時にもスロー操作時にも自然な制御動作が可能とな
る。なお、この図ではスロー操作から高速操作に切り替
えた際の制御操作を示したが、高速操作からスロー操作
に切り替えた際にもこれと逆の手順で制御操作を行なえ
ば同様の効果が得られる。

【００１６】なお、本発明のサーボシステムは上述した
実施例のものに限られず、種々の態様の変更が可能であ
る。例えば、上述の実施例においてはモータ回転速度検
出手段としてタコジェネレータを用いているが、モータ
回転数（回転角）を検出して、それに対応した電流また
は電圧を出力する検出器であればこれに限られるもので
はない。また、上述の実施例では雲台に設けられたカメ
ラのズーム部駆動モータを例示しいるが、本発明のサー
ボシステムとしてはこれに限られるもにではなく、雲台
のパンニングやチルティングの操作等にも勿論使用する
ことができ、また、雲台以外の他のモータ駆動する操作
部にも同様に使用することができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モータの回転速度に応じた出力を発生するモータ回転速
度検出手段と、該モータの両端間電圧が大のときには前
記モータ回転速度検出手段からの出力値を小とし、該両
端間電圧が小のときには前記モータ回転速度検出手段か
らの出力値を大とする帰還量調整手段とを速度制御ルー
プ内に設けたことにより、スロー操作と高速操作との切
換時にモータの動作がぎこちなくなることがなくなり、
高速操作時にもスロー操作時にも自然な制御動作が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るサーボシステムの
回路を示すブロック図

【図２】本発明の第２の実施例に係るサーボシステム内
の回路を示すブロック図

【図３】図２に示すサーボシステムにおける制御操作の
一例を示すグラフ

【符号の説明】 10 制御機器 12 第１の比較器 14 第２の比較器 16 増幅器 18 モータ 20 タコジェネレータ 22 ポテンショメータ 24 電圧制御増幅器 26 アナログスイッチ 28 パルス幅変調器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置制御ループと速度制御ループにより
   モータを駆動制御するサーボシステムにおいて、 該モータの回転速度に応じた出力を発生するモータ回転
   速度検出手段と、 該モータの両端間電圧が大のときには前記モータ回転速
   度検出手段からの出力値を小とし、該両端間電圧が小の
   ときには前記モータ回転速度検出手段からの出力値を大
   とする帰還量調整手段とを前記速度制御ループ内に設け
   てなることを特徴とするサーボシステム。
2. 【請求項２】 前記帰還量調整手段が電圧制御増幅器で
   あることを特徴とする請求項１記載のサーボシステム。
3. 【請求項３】 前記帰還量調整手段が、前記モータ回転
   速度検出手段からの出力の通過をオン／オフするアナロ
   グスイッチと、前記モータの両端間電圧に応じてこのア
   ナログスイッチのオン／オフの期間を変化させるパルス
   幅変調手段とからなることを特徴とする請求項１記載の
   サーボシステム。
4. 【請求項４】 前記モータが雲台の所定の動作部を駆動
   するものであることを特徴とする請求項１〜３のうちい
   ずれか１項記載のサーボシステム。