JPS6233601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、速度制御装置などにおいて速度変化
検出用として使用される周波数弁別回路に関す
る。

従来、ビデオテープレコーダ（VTR）の回転
ヘツド駆動用モータ，テープ駆動用キヤプスタン
モータなどの定速回転を要する機器においては、
回転ヘツド、キヤプスタンなどの回転体の回転速
度を検出し、検出した速度信号に応じて回転体の
駆動モータを制御して所定の一定速を得るように
した、いわゆるサーボ制御方式が一般に採用され
ている。

このようなサーボ制御方式の一例を第１図に示
す。すなわち、駆動用モータ１によつて駆動され
る回転体（例えばVTRの回転ヘツドなど）２の
回転速度を、モータ１に内蔵された周波数発生器
３からの信号を検出器４によつて検出し、回転体
２の回転速度に比例した周波数の正弦波信号Ａを
得、この正弦波信号Ａを周波数弁別回路５に供給
して周波数の弁別を行ない、この正弦波信号Ａの
周波数、すなわち回転体２の回転速度に応じた誤
差電圧Ｅを弁別出力として出力させ、この誤差電
圧Ｅをモータ駆動増幅器６に供給して駆動モータ
１の回転速度を制御させることにより回転体２の
回転速度が所定の一定値に保たれるように構成さ
れている。

ところで、このようなサーボ制御方式において
は、周波数弁別回路５の性能が全体の特性に大き
な影響を与えるが、特にモータ１での外乱に対し
てこのサーボ系の制御性を高める（すなわち、外
乱によるモータ１の回転速度変動を低減させる）
ためには、この周波数弁別回路５での周波数変動
を微細に弁別するためのサンプルレート、すなわ
ち周波数発生器３からの検出信号Ａの周波数を十
分高くする必要がある。

そのため、従来は十分高いレートの周波数を発
生する周波数発生器３をモータ１に取付けなけれ
ばならず、従つて、装置が大形化したり、装置の
コストが増大するなどの欠点があつた。

そこで、このレートを低減させるために、例え
ば第２図に示すような周波数弁別回路が従来提案
されていた。第２図において、１０１は第１図に
おける検出器４からの正弦波信号Ａが供給される
入力端子、１０２は誤差電圧Ｅが出力される出力
端子、１０３はリミツタ増幅器、１０４はパルス
形成器、１０５，１０６はそれぞれτ_１とτ_２の
時定数を有するモノマルチ（単安定マルチバイブ
レータ）、１０７は三角波発生器、１０８はサン
プルホールド回路である。

次に、第３図の波形図によつて動作の説明をす
る。

端子１０１から供給された正弦波信号Ａは、リ
ミツト増幅器１０３で十分増幅され、デユーテイ
比がほぼ50％の矩形波信号Ｐに整形されて出力さ
れる。この矩形波信号Ｐはパルス形成器１０４に
入力され、この矩形波信号Ｐの立上り部分及び立
下り部分で交互に比較的パルス幅の狭いパルスＱ
が形成されて出力される。従つて、入力の正弦波
信号Ａの周波数を_０とすれば、このパルス形成
器１０４からのパルスＱの周波数はその２倍の２
_０となる。

このようにして２倍の周波数に逓倍されたパル
スＱはモノマルチ１０５に供給されると共にサン
プリング信号としてサンプルホールド回路１０８
のサンプリング入力に供給される。

まず、モノマルチ１０５は、入力パルスＱでト
リガされてパルス幅がτ_１の矩形波信号Ｒを出力
し、ついでモノマルチ１０６は、この矩形波信号
Ｒの立下り部分でトリガされてパルス幅がτ_２の
矩形波信号Ｓを出力する。

そして三角波発生器１０７は、この信号Ｓでト
リガされて信号Ｓの立下り時刻より時間に比例し
て一定の傾斜で立上る三角波信号Ｔを発生する。
この信号Ｔはサンプルホールド回路１０８の被サ
ンプリング入力に供給される。

従つて、サンプルホールド回路１０８の出力に
は、三角波信号ＴをパルスＱでサンプルし、サン
プリング期間中ホールドした誤差電圧Ｅが得られ
ることになる。

ここで、モノマルチ１０５，１０６の時定数τ
_１，τ_２とパルスＱの周波数２_０の関係を １／２_０＞τ_１＋τ_２ となるように定めれば、パルスＱは三角波信号Ｔ
の傾斜部分をサンプルすることになり、従つて、
誤差電圧Ｅは、パルスＱの周波数変化、すなわち
回転体２の回転速度の変化に応じた電圧となる。

この誤差電圧Ｅはモータ駆動増幅器６からモー
タ１に供給されるので、モータ１は負帰還制御さ
れて回転体２はその回転速度が所定の一定値にな
るように制御されることになる。

以上の動作から明らかなように、この従来例に
よれば入力信号Ａの周波数が_０であつても、そ
れの２倍の周波数２_０のサンプル・レートで周
波数弁別ができることになり、簡単な構成の周波
数発生器を用いても十分に微細な速度誤差を得る
ことができ、従つて、制御性能の高いサーボ制御
系を小形に、しかもローコストで得ることができ
るので、一部の制御装置にはこの方法が広く採用
されていた。

しかしながら、この従来方法では、リミツタ増
幅器１０３でのいわゆるリミツタ・アンバランス
や、周波数発生器３での発生信号のひずみなどに
よつて、リミツタ増幅器１０３から出力される矩
形波信号Ｐのデユーテイ比が第３図に破線で示す
ように50％でなくなり、このためパルス形成器１
０４から出力されるパルスＱに周波数_０の入力
信号Ａが漏洩してパルスＱの間隔に周波数_０の
変動を与えてしまうという問題点があつた。

従つて、この従来例では、第３図に示すよう
に、漏洩した周波数_０の成分が弁別されて出力
され、パルスＱによるサンプルごとに交互に電圧
が変動した状態の誤差電圧E′を発生してしまう
ことになり、このため、サーボ制御系に適用した
際、この漏洩した成分によつてモータ１の制御状
態が擾乱され、かえつて回転むらが惹起されてし
まうという欠点があつた。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、サンプルレートを入力信号の２倍にして周波
数変動を微細に弁別できるようにした方式の回路
において、入力信号の基体周波数成分が弁別出力
信号に漏洩するのを防止できるようにした周波数
弁別回路を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、入力信号
からその２倍の周波数のパルス信号を得、このパ
ルス信号の時間間隔に比例した値を有する誤差信
号を入力信号の半周期ごとに交互に弁別して得た
第１と第２の信号を加算して弁別出力信号を得る
点を特徴とする。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第４図は、本発明による周波数弁別回路の一実
施例で、第５図は、その動作説明用の波形図であ
る。

なお、この第４図の実施例で、１０１，１０
２，１０３，１０５，１０６，１０７はそれぞれ
入力端子，出力端子，リミツタ増幅器，モノマル
チ，モノマルチ，三角波発生器であつて、これら
はいずれも第２図の従来例と同じであり、その動
作も第２図の場合とまつたく同じである。

図において、１１０，１１１は共にパルス形成
器，１１２はORゲート，１１３，１１４は共に
サンプルホールド回路，１１５は加算回路であ
る。

次に、動作について説明する。

まず、端子１０１から供給された正弦波の入力
信号Ａは、リミツタ増幅器１０３で増幅され、デ
ユーテイ比がほぼ50％の矩形波信号Ｐに整形され
て出力される。

この矩形波信号Ｐはパルス形成器１１０と１１
１に供給される。

これにより、第５図に示すように、パルス形成
器１１０からは、矩形波信号Ｐの立上り部分で、
またパルス形成器１１１からは、矩形波信号Ｐの
立下り部分でそれぞれ比較的パルス幅の狭い第１
と第２のパルスQ₁，Q₂が形成されて出力され
る。

これらパルス形成器１１０，１１１からのパル
スQ₁，Q₂はORゲート１１２に供給され、この
ORゲート１１２からは第５図に示すようにパル
スQ₁とQ₂が論理加算されたパルスQ₀が出力され
る。このパルスQ₀は、入力信号Ａの周波数を
_０とすれば、その周波数は２倍の２_０であるこ
とは言うまでもない。

このパルスQ₀はモノマルチ１０５に入力され
るが、このモノマルチ１０５，及びそれに続くモ
ノマルチ１０６，三角波発生器１０７の動作は第
２図で述べたとまつたく同じであつて、モノマル
チ１０５からはパルスQ₀でトリガされてパルス
幅がτ_１の矩形波信号Ｒが出力され、モノマルチ
１０６からは信号Ｒでトリガされてパルス幅がτ
_２の矩形波信号Ｓが出力され、三角波発生器１０
７からは信号Ｓでトリガされて時間に比例して一
定の傾斜で立上る三角波信号Ｔが出力される。

そして、この三角波信号Ｔは、第１と第２のサ
ンプルホールド回路１１３，１１４の被サンプリ
ング入力に供給される。

一方、これらサンプルホールド回路１１３，１
１４のサンプリング信号として、サンプルホール
ド回路１１３のサンプリング入力にはパルス形成
回路１１０からのパルスQ₁が、またサンプルホ
ールド回路１１４のサンプリング入力にはパルス
形成回路１１１からのパルスQ₂が供給される。

従つて、これらサンプルホールド回路１１３，
１１４の出力には、三角波信号Ｔをそれぞれパル
スQ₁，Q₂でサンプルし、サンプリング期間中ホ
ールドした誤差電圧E₁，E₂が得られることにな
る。

このうち、誤差電圧E₁は、第５図の波形図か
ら明らかなように、矩形波信号Ｐの低レベルの期
間、即ち入力信号Ａの一方の半周期T₂の時間誤
差に比例した値をもつて出力され、他方、、誤差
電圧E₂は、矩形波信号Ｐの高レベルの期間、即
ち入力信号Ａの他方の半周期T₁の時間誤差に比
例した値をもつて出力される。従つて、入力信号
Ａの一周期にわたる時間誤差は、その半周期単位
で半周期毎に交互に弁別されて、誤差電圧E₁，
E₂として出力されることになる。

このあと、これら誤差電圧E₁，E₂は加算回路
１１５に供給されて加算され、出力端子１０２に
誤差電圧E₀を発生する。

この結果、リミツタ増幅器１０３のリミツタ・
アンバランスや、周波数発生器３（第１図）での
発生信号Ａのひずみなどによつて、リミツタ増幅
器１０３からの矩形波信号Ｐのデユーテイ比が50
％でなくなり、そのためORゲート１１２から出
力されるパルスQ₀に周波数_０の不要成分が漏
洩しても、これらサンプルホールド回路１１３，
１１４からはその不要成分は一切弁別されず、従
つて、加算回路１１５からは回転体２（第１図）
の速度変動にのみもとづく入力信号Ａの半周期毎
の時間誤差が正しく弁別された誤差電圧E₀（第
５図E₀）が出力される。

ところで、第２図の従来例で、矩形波信号Ｐの
デユーテイ比が50％でなくなつたときに、誤差電
圧E′として周波数_０の成分が漏洩したものが
現れるようになつてしまうのは、第３図から明ら
かなように、ただ１個のサンプルホールド回路１
０８で、周波数が２_０のパルスＱにより直接、
サンプルレート２_０でサンプリングしているか
らである。しかして、この第４図の実施例では、
サンプルホールド回路を１１３と１１４の２個用
い、これらの一方のサンプルホールド回路１１３
は矩形波信号Ｐの立上り部だけのパルスQ₁によ
りサンプリングを行い、他方のサンプルホールド
回路１１４は矩形波信号Ｐの立下り部分だけのパ
ルスQ₂によりサンプリングを行うようになつて
あおり、この為、これらサンプルホールド回路１
１３と１１４は、それらのサンプリングのタイミ
ングがほぼ180゜の位相差をもつものの、それら
双方共に、そのサンプルレートは_０となつてい
る。そして、サンプルレートが_０となつている
結果、これらの回路の出力は、周期T₀＝（１／
_０）の間は変化し得ないものとなり、当然のこと
として周波数_０の成分が現れることはない。

こうして、この第４図の実施例によれば、各サ
ンプルホールド回路１１３，１１４の出力に周波
数_０の成分が現われないようにした上で、これ
らの出力E₁，E₂を加算回路１１５で加算し、こ
れにより結果的にサンプルレートが２_０となつ
ていて、しかも周波数_０の成分を全く含まない
誤差電圧E₀が得られることになる。

この誤差電圧E₀はモータ駆動増幅器６からモ
ータ１に供給されるので（第１図）、モータ１は
負帰還制御されて、回転体２はその回転速度が所
定の一定値になるように制御されることになる。

さて、第５図では、入力信号Ａに周波数変動が
含まれていない（或いは含まれていても極く僅か
で図には現れない）場合のものであるが、次に第
１図のサーボ系でモータ１に回転数変動が現れ、
入力信号Ａの周波数が上昇方向に変動したとす
る。

そうすると、このときには第６図に示すように
なり、入力信号Ａの周期T₀が増加してゆき、こ
れに伴つて三角波信号Ｔのサンプリング値も増加
し、誤差電圧E₁，E₂はそれぞれステツプ状に上
昇する。そして、これらの誤差電圧E₁，E₂の合
成結果として、入力信号Ａの変化にステツプ状に
追従してゆく誤差電圧E₀が得られることにな
る。

以上の説明から明らかなように、この実施例に
よれば、入力信号Ａの周波数_０に対し、実質的
にその２倍の２_０のサンプル・レートで周波数
弁別でき、しかも従来から問題になつていた周波
数_０の不要成分の発生を完全に抑えることがで
きるから、被制御体の速度変動にもとづく真の速
度誤差だけを高レートで微細に弁別することがで
き、従つて、サーボ系の制御性能を著しく高める
ことができる。

なお、第４図はいわゆるアナログ回路で構成し
た本発明の実施例であるが、モノマルチ１０５，
１０６，及び三角波発生器１０７の代りに、パル
スQ₀の相隣り合うパルスの時間間隔に応じて所
定のクロツクを計数する従来から公知のカウンタ
回路を使用し、サンプルホールド回路１１３，１
１４を、上記カウンタ回路で計数したデータをサ
ンプリング入力Q₁，Q₂に応じてラツチして保持
するラツチ回路で構成し、さらに加算回路１１５
をいわゆるフルアダー回路で構成して、上記ラツ
チ回路からの出力データをデイジタル的に加算
し、このフルアダー回路からの加算出力データを
デイジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換して、その
アナログ量に応じた電圧を端子１０２に出力する
ようにしたデイジタル回路構成としても良く、こ
の実施例によれば第４図に示した実施例と全く同
じ効果が得られる上、IC化が可能になるのでロ
ーコスト化、小形化が容易になるという優れた作
用効果が期待できる。

以上説明したように、本発明によれば、入力信
号の２倍のサンプリングレートで周波数弁別が可
能になる上、弁別出力に入力信号の周波数成分が
漏洩するのを完全に防止することができるから、
従来技術の欠点を除きサーボ制御方式の速度制御
装置などに適用した場合に回転検出用の周波数発
生器の周波数を高くしなくても充分な制御応答性
を得ることができ、しかもモータの制御に擾乱を
生じることのない高性能の周波数弁別回路を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサーボ制御方式による回転速度制御装
置の一例を示すブロツク図、第２図は周波数弁別
回路の従来例を示すブロミク図、第３図はその動
作説明用の波形図、第４図は本発明による周波数
弁別回路の一実施例を示すブロツク図、第５図は
その動作説明用の波形図、第６図は同じく誤差を
生じたときの動作を示す波形図である。 １０３……リミツタ増幅器、１０５，１０６…
…モノマルチ、１０７……三角波発生器、１１
０，１１１……パルス形成器、１１２……ORゲ
ート、１１３，１１４……サンプルホールド回
路、１１５……加算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 矩形波状に整形された被弁別信号の立上り部
   で第１のパルス信号を発生する第１のパルス形成
   器と、該被弁別信号の立下り部で第２のパルス信
   号を発生する第２のパルス形成器と、上記第２の
   パルス信号から第１のパルス信号までの時間間隔
   に比例した値を有する誤差信号を上記第１のパル
   ス信号によつてサンプリングする第１のサンプル
   ホールド回路と、上記第１のパルス信号から第２
   のパルス信号までの時間間隔に比例した値を有す
   る誤差信号を上記第２のパルス信号によつてサン
   プリングする第２のサンプルホールド回路とを設
   け、これら第１と第２のサンプルホールド回路の
   出力を加算して弁別出力信号を得るように構成し
   たことを特徴とする周波数弁別回路。