JPS6310667B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はモータの速度制御装置、更に詳しく
は、モータの回転数をサンプルホールド装置で電
圧に変換して速度誤差情報を得ることによつてモ
ータを制御する速度制御装置に関するものであ
る。

サンプルホールド装置は、モータ回転数、特に
タコジエネレータなどで得られる回転数に比例す
る回転パルスのような時間的情報を電圧などのア
ナログ情報に変換する非常にすぐれた手段である
と言える。即ち位相遅れが少なくまた得られるア
ナログ量は高域遮断特性が良好でリツプルが少な
い。つまり理想的なフイルタの特性を有するもの
と言える。従つて従来よりモータの速度制御装置
にも広く使用されてきた。

しかしながらサンプルホールド装置に使用する
コンデンサなどを含む電子部品の温度特性、経時
変化により動作点がずれ、モータ回転数のドリフ
トが発生し易いという欠点があつた。

これを第１図の如き従来例で説明する。第１図
は従来のサンプルホールド回路を含んだモータ制
御装置である。１は速度制御されるモータ、２は
この回転数を検出し回転数に比例する周波数信号
を出力するタコジエネレータ、３は該周波数信号
を波形整形する波形整形回路、４は該波形整形回
路３の出力（これを回転パルスと称する）からそ
の１周期に１組のサンプルパルス及びリセツトパ
ルスを作るサンプルリセツトパルス発生回路、５
は定電流充電回路によつて充電され上記リセツト
パルスによつて放電されるコンデンサを含む鋸歯
状波発生回路、６は該コンデンサの電圧を受ける
バツフア回路、７は前記サンプルパルスによつて
開閉され前記バツフア回路６の出力をホールドコ
ンデンサ８に転送するよう構成されたサンプルス
イツチ、９は前記ホールドコンデンサ８の電圧を
受けるバツフア回路、１０は該バツフア回路９の
出力と基準電圧１１を比較し増幅する誤差増幅回
路、１２は該誤差増幅回路１０の出力に従つてモ
ータ１を駆動するモータ駆動回路である。なおサ
ンプルホールド回路とは破線で囲んだ回路領域１
３を指すものとする。

ここでサンプルホールド回路１３の動作を説明
しておく。第２図は従来の速度制御装置のサンプ
ルホールド回路の動作を説明するタイムチヤート
である。第２図ａは波形整形回路３の出力の回転
パルスの波形である。第２図ｂは回転パルスの立
ち下りで作られるサンプルパルスの波形である。
第２図ｃはサンプルパルスに引続いて作られるリ
セツトパルスの波形である。なおサンプルパルス
及びリセツトパルスはいずれもサンプルリセツト
パルス発生回路４で作られる。第２図ｄは上記リ
セツトパルスによつてリセツトされる鋸歯状波で
ある。第２図ｅはこの鋸歯状波をサンプルパルス
で制御されるサンプルスイツチ７でサンプルしホ
ールドするホールドコンデンサ８の電圧波形であ
る。

以上のようにサンプルホールド回路１３は回転
パルスのような時間情報を電圧の如きアナログ情
報に変換するに理想的な回路と言える。しかしな
がら本回路において例えば鋸歯状波を作る定電流
充電回路の充電電流Isあるいは充放電コンデンサ
Csの値が温度変化や経時変化によつて変えれば
当然鋸歯状波の傾斜が変わつてくるので結果的に
モータ１の回転数が変わつてしまうという欠点が
ある。

第３図は従来の速度制御装置のサンプルホール
ド回路の鋸歯状波の温度変化や経時変化に起因す
る変動を説明する図である。図中実線の鋸歯状波
は変動する以前のものであり、破線の鋸歯状波は
前記充電電流Isが△Isだけ増加するか、あるいは
充放電コンデンサの容量Csが△Csだけ減少した
後のものである。当然その結果鋸歯状波の充電の
傾斜は大きくなるので、サンプルホールドされる
鋸歯状波のピーク値（即ちこれが速度情報に対応
する）を等しく与えるためには、変動後の回転パ
ルスの一周期は△Ｔだけ短くならなくてはいけな
い。即ちモータ１はそれに対応する量だけ速く回
転するようになる。今ここに前記充電電流Is、充
放電コンデンサの容量Cs、回転パルスの一周期
Ｔ、鋸歯状波ピーク値Ｅ（一定）とすれば、 Ｔ＝Ｅ×Cs／Is という式が成立するので、充電電流Isがａ％増加
すればＥを一定とするような回転パルスの一周期
T′はａが微小であれば、 T′＝Ｅ×Cs／Is×（１＋ａ／100） ≒Ｅ×Cs／Is（１−ａ／100）＝Ｔ（１−ａ／100） となり、周期の減少量△Ｔもまたａ％となる（モ
ータ１の回転数がａ％速くなる）。

また充放電コンデンサの容量Csの値がａ％減
少しても同様に T′＝Ｅ×Cs×（１−ａ／100）／Is＝Ｔ（１−ａ／100
） となり、全く同じように周期がａ％減少する。

また上記実施例とは異つて定電圧と抵抗を使つ
てコンデンサに充電するような鋸歯状波発生回路
の場合でも、充電曲線は指数曲線となるが、定電
圧値、抵抗値、コンデンサの容量の変化に対して
同様の事柄が発生することは明らかである。

さらに又、リセツトパルスによるリセツト区間
（リセツトパルス巾）は回転パルスの一周期の中
に含まれるので、リセツトパルス巾の変化はその
まま周期の変化となつて表われるのも見逃すこと
が出来ない。従つて通常リセツトパルス巾は必要
最小限にしているが、その影響は零とは言えな
い。

本発明はかかる欠点をほぼ完全に除去したサン
プルホールド回路による速度制御装置を提案する
ものであつて、以下その一実施例を図面に基づい
て説明する。

第４図は本発明のサンプルホールド回路を含ん
だ速度制御装置のブロツク図である。図中第１図
に示す従来例と等価な部分には同一の番号を付け
その説明も省く。２１は水晶発振器のような安定
な発振出力を有する発振回路を含む基準周波数信
号発生回路、２２は波形整形回路３の出力の回転
パルスの例えば立下がりをトリガ信号として回転
パルスの一周期に１つサンプルパルスを作るサン
プルパルス発生回路、２３は上記サンプルパルス
の後縁又は後縁より一定微小時間後にトリガされ
前記基準周波数信号発生回路２１の出力信号（以
後これをクロツクパルスと呼ぶ）をＫ個（Ｋは整
数）までカウントし、カウント中は例えば“１”
レベル、カウント終了後は例えば“０”レベルを
出力するようなＫ進カウンタを主体として構成さ
れる一定巾パルス発生回路、５は従来例と同様に
定電流充電回路（充電電流Is）で充電され、前記
一定巾パルス発生回路２３の出力の一定巾パルス
によつて放電される充放電コンデンサ（容量Cs）
を含む鋸歯状波発生回路である。以下は従来例と
同様である。なお第４図の破線で囲んだ回路領域
で本発明に係わるサンプルホールド回路２４が構
成される。

第５図は第４図に示す本発明の速度制御装置の
サンプルホールド回路２４の動作を説明するタイ
ムチヤートである。第５図ａは回転パルスの波
形、第５図ｂは例えば回転パルスの立下りでトリ
ガされサンプルパルス発生回路２２で作られるサ
ンプルパルスの波形であり、このサンプルパルス
は回転パルスの立下りを微分して作つても良い
し、またワンシヨツトモノマルチバイブレータで
作つても良い。とにかく回転パルスの一周期に１
つ作られるものである。第５図ｃは一定巾パルス
発生回路２３で作られる一定巾パルスの波形であ
り、クロツクパルスの一周期をτとし、τが充分
微小であつて整数Ｋが充分大きければ上記一定パ
ルス巾は極めて高い精度が与えられることにな
り、その巾はほぼKτになる。この一定巾パルス
は鋸歯状波発生回路５の充電コンデンサをリセツ
トするリセツトパルスになるものであつて、その
巾はモータ１を実定速回転制御する際の回転パル
スの基準周期T₀と比較して僅かにdT₀だけ小さい
ように設定する。即ち、 Kτ＝T₀−dT₀（一定） となるようにする。第５図ｄは鋸歯状波発生回路
５で作られる鋸歯状波であり、第５図ｅはこれの
ピーク値をサンプルホールドして得たホールドコ
ンデンサ８の電圧波形である。

このように構成することによつて回転パルスの
一周期のうちその大部分が一定巾パルス（パルス
巾Kτ）で占められるため、鋸歯状波の比重は極
めて小さくなり、鋸歯状波発生回路５の温度変
化、経時変化による影響は非常に微小となり無視
し得る程度のものになる。

第６図は本発明の速度制御装置のサンプルホー
ルド回路の鋸歯状波の温度変化や経時変化に起因
する変動を説明する図である。図中実線で示すも
のが変動する前の鋸歯状波であり破線で示すもの
が前記充電電流Isが△Isだけ増加するか、あるい
は充放電コンデンサの容量Csが△Csだけ減少す
るような変動をうけた後の鋸歯状波である。図示
のようにその結果鋸歯状波の充電の傾斜は大きく
なるので、等しいピーク電圧Ｅを得るためには変
動後の回転パルスの一周期は△Ｔだけ短くなつて
はいるが、従来例と比較してその量は格段に小さ
くなつている。即ちモータ１の速度増加分も格段
に小さなものになつている筈である。今ここに
Kτの大きさを回転パルス基準準周期T₀の90％
（即ち前記dT₀を10％）と設定した場合、充電電
流Isがａ％増加するか、もしくは充放電コンデン
サの容量Csがａ％減少すれば、鋸歯状波ピーク
値Ｅを一定とするような周期は T′＝Kτ＋Ｅ×Cs／Is（１−ａ／100） で与えられる。一方、回転パルス周期Ｔが基準周
期T₀に等しい時には Ｅ×Cs／Is＝10／100T₀ であり、また Kτ＝90／100T₀ であるから T′＝90／100T₀＋10／100T₀（１−ａ／100） ＝T₀−10／100×ａ／100T₀ となつて、前記変動の影響はａ％の更に10％にな
る。即ち従来例に比べ周期の変動量は10分の１と
なることが明らかになる。今、さらにKτの大き
さを回転パルス基準周期T₀の99％に設定すれば、
変動の影響は従来例と比べ実に100分の１になる。
この程度の変動は実際のモータの定速回転制御に
際してはほぼ無視してもさしつかえないものであ
ると言えよう。

なお上記実施例では鋸歯状波発生回路に定電流
源と充放電コンデンサを使用したもので説明した
が、定電圧源と抵抗と充放電コンデンサを使用し
た定電圧充電型の鋸歯状波発生回路でも同じ効果
が期待できることは明白である。

また更に、従来例で述べたリセツトパルスの巾
の変化による回転周期の変化も本発明では発生し
なくなるのは明らかである。なぜならばクロツク
パルスの周期τが極めて高精度なものであれば、
リセツトパルスの巾（一定巾のパルスの巾）は
Kτで常に一定であるからである。

なおまた本発明のサンプルホールド回路２４の
鋸歯状波の充電区間は従来例に比べ非常に短くな
つているため、その充電曲線の傾斜が大きくなつ
ている。このことは、時間情報の回転速度からア
ナログ情報の電圧への変換ゲインが高いことを意
味する。従つてその分だけ後段の誤差増幅回路１
０のゲインは低くすることが出来る。その結果も
し仮に温度変化、経時変化によつて基準電圧１１
の値が変動したとしても、それによつて発生する
回転数変動は従来例の場合よりもはるかに小さな
ものになり、実質的には無視できるようなものに
なる。

このように本発明の速度制御装置はサンプルホ
ールド装置の利点を生かしながら、かつ回転速度
の変動をほぼ無視できる程度に小さくすることが
できる。従つて回転パルスの位相と水晶発振器な
ど精度の高い発振器によつて作られた基準信号の
位相とを比較し、得られる位相情報によつて位相
制御を合せてかけるような場合においては、速度
制御系のドリフトを非常に小さくできるので、位
相同期範囲の減小などの問題点がなくなり、安定
な位相制御をかけることが可能となる。もし位相
制御を併用するとき、速度制御系で温度変化、経
時変化などに起因してその動作点が大きく変動す
れば、最悪の場合には位相同期引込みされないよ
うになつてしまうという問題が発生する。本発明
はこのように位相制御を併用する場合にも大きな
効果が期待できる。

次に本発明を具体的実施例について説明する。
第７図は本発明の速度制御装置の一定巾パルス発
生回路２３の一実施例である。図中３１はクロツ
クパルス入力端子CK、出力端子、クリア端
子CLをもつＫ進カウンタ、３２はサンプルパル
スの後縁、例えば立下りをトリガ信号としてサン
プルパルスに引続いて、もしくは一定微小時間後
に負の微分パルスを発生する微分回路、３３は該
負の微分パルスでセツトされ、上記端子出力
でリセツトされるRSフリツプフロツプで、正論
現出力端子Ｑを持つものである。なおＱ端子は前
記Ｋ進カウンタのCL端子に接続されている。

今サンプルパルスの例えば立下りが与えられる
と微分回路３２によつて負の微分パルスがサンプ
ルパルスに引続いて、もしくは一定微小時間後に
作られる。これによりRSフリツプフロツプ３３
がセツトされ、そのＱ端子が“１”レベルを出力
する。Ｑ端子は前記Ｋ進カウンタ３１のCL端子
に接続されているため、Ｋ進カウンタ３１のクリ
ア（リセツト）は解除され、CK端子より入つて
くるクロツクパルスをカウントし始める。カウン
ト中は端子の出力は“１”レベルであり、Ｋ
個のクロツクパルスをカウントし終わるとその瞬
間端子の出力は“１”レベルから“０”レベ
ルに変化する。その結果RSフリツプフロツプ３
３はリセツトされ、Ｑ端子出力は“１”レベルか
ら“０”レベルに変わる。これは新たにサンプル
パルスの例えば立下りが再び与えられるまで保持
され、その間前記カウンタ３１はクリア（リセツ
ト）状態を保持する。以上の結果RSフリツプフ
ロツプ３３の出力（Ｑ端子出力）から巾Kτの一
定巾パルスを与えることができる。

なお前記微分回路３２の説明で負の微分パルス
をサンプルパルスの後縁より一定微小時間後に発
生させるようにした理由は、該サンプルホールド
回路において鋸歯状波をサンプルした後に多少の
余裕時間をもつてリセツトしたいからである。即
ち電子回路の応答時間差によつてサンプルが完全
に終了する前にリセツトが始まるのは都合が悪い
ので、それを完全に防止したいためである。

第８図はモータ１の設定回転数を変更するため
に本発明で前述した一定巾パルス発生回路２３と
置換すべき可変巾パルス発生回路を示す。例えば
オーデイオデイスクプレーヤ用のモータは331/3
RPMと45RPMの２スピードで回転する必要があ
る。本発明の場合は従来例のように回転数を変え
るのに鋸歯状波発生回路５の定数を変更したり
（例えばコンデンサ容量を変えたり）、基準電圧１
１を変えたりすることはなく、一定巾パルス発生
回路２３のカウンタのカウント数を変更すること
で実現している。図中４１はプリセツト入力端子
を有するプログラマブルカウンタであり、プリセ
ツト入力のＸ端子（複数）に通常は２進数で設定
される数値をカウントし終えると端子より
“０”レベルが出力されるようなものである。な
お４２はプログラマブルカウンタ４１のカウント
数のプリセツトを行なうための設定回路で、スイ
ツチ群４３と“１”レベルを与えるための抵抗群
４４から構成される。

本方式によればカウンタのカウント数が固定で
なく自在に変更することが可能であるので、前記
一定巾のパルス発生回路のパルス巾は自在に変更
でき、その結果回転パルスの基準周期T₀は他の
どの部分を変更することなく変更することが可能
となる。即ち、モータ１の基準回転数の設定をデ
イジタル的にプリセツト可能とすることができ
る。

以上述べてきたように、本発明によるモータの
速度制御装置の特徴をまとめると以下のようにな
る。

(1) 位相おくれが少なく、すぐれたフイルタ特性
を有するサンプルホールド装置を使用しながら
も、基準周波数信号発生回路として水晶発振器
の如き精度の高い発振器を用い、これを基準と
してその回転数を制御できるため、回転数のド
リフトの少ないすぐれた速度制御を実現するこ
とができる。

(2) 回転数をデイジタル的に自在に可変すること
ができるので、回転数の設定の数が多いモータ
の速度制御に適する。

(3) 位相同期制御を併用する場合、速度制御系の
ドリフトが少なくなるため位相同期範囲の減少
などの問題点が発生しにくい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のサンプルホールド回路を含んだ
モータの速度制御装置のブロツク図、第２図は従
来の速度制御装置のサンプルホールド回路の動作
を説明するタイムチヤート、第３図は従来の速度
制御装置のサンプルホールド回路の鋸歯状波の温
度変化や経時変化に起因する変動を説明する図、
第４図は本発明のサンプルホールド回路を含んだ
速度制御装置のブロツク図、第５図は本発明の速
度制御装置のサンプルホールド回路の動作を説明
するタイムチヤート、第６図は本発明の速度制御
装置のサンプルホールド回路の鋸歯状波の温度変
化や経時変化に起因する変動を説明する図、第７
図は本発明の速度制御装置の一定巾パルス発生回
路の一実施例を示すブロツク図、第８図はモータ
の設定回転数を変更するために一定巾パルス発生
回路と置換すべき可変巾パルス発生回路のブロツ
ク図である。 １…モータ、２…タコジエネレータ、４…サン
プルリセツトパルス発生回路、５…鋸歯状波発生
回路、７…サンプルスイツチ、８…ホールドコン
デンサ、２１…基準周波数信号発生回路、２２…
サンプルパルス発生回路、２３…一定巾パルス発
生回路、２４…サンプルホールド回路、３１…Ｋ
進カウンタ、３２…微分回路、３３…RSフリツ
プフロツプ、４１…プログラマブルカウンタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 速度制御されるモータと、上記モータの回転
   数に比例する周波数の回転信号を取り出すタコジ
   エネレータと、上記回転信号の１周期に１回のサ
   ンプルパルスを発生するサンプルパルス発生回路
   と、上記モータの回転の基準となるべきクロツク
   信号を出力する基準周波数信号発生回路と、上記
   サンプルパルスをトリガ信号とし上記クロツク信
   号をカウント開始し、任意の整数Ｋ個カウントす
   る間は第１のレベルを保ち、Ｋ個カウント終了後
   は直ちに第２のレベルとなるようなＫ進カウンタ
   を含み、デジタル的に任意のパルス巾を設定可能
   にした一定巾パルス発生回路と、上記一定巾パル
   スによつて、リセツトされる充放電コンデンサを
   含む鋸歯状波発生回路と、上記サンプルパルスに
   よつて制御され、かつ上記充放電コンデンサに蓄
   えられた電圧を転送するサンプルスイツチと、上
   記転送される電圧を受けるホールドコンデンサ
   と、上記ホールドコンデンサに蓄えられた電圧に
   従つて上記モータを駆動するモータ駆動回路とを
   具備してなるモータの速度制御装置。