JPS6349809A - サ−ボ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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（Ｆ
Ｃ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
所定のエツ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ツジ（前縁）から次
のリーディングエツ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、エツジの数を増加させてやる必要がある。

エツ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
グエツジとトレイリングエツジ（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
報を得ようとしてする方法がある。

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ツ
ジとトレイリングエツ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
出力信号のデユーティ比が５０　：　５０にならないた
め、制御系に速度発電器の出力信号の周波数の外乱とな
ってあられれ、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０ＭＯ３（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逓倍後のデユーティ比が
正確に５０　：　５０になっていなくても、デユーティ
比が５０　：　５０になっているかのようにデユーティ
ずれを補正し、さらにデユーティ比がずれたことによる
検出ゲインずれをも補正して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
出力補正手段と、前記算出結果からゲインの補正を行わ
せるゲイン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ユーティ比のずれを演算器に
よって補正し、さらにデユーティ比のずれによる検出ゲ
インのずれをも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ユ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ＦＣ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。）１）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、
ブフロ。

ブ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・ツク端子２３ａ、２４ａはクロック端子２ｂに接
続されている。ＥＸ−ＯＲゲート２５の出力端子は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（ｄｌはＥＸ−ＯＲゲート２５の出力信号
波形であり、第３図（Ｃ１の信号の両エツジにおいてク
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（ｄｌ
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にオフセントが存在するため、速
度発電機２の出力信号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の出力信号のデユーティ比は
第３図（Ｃ）に示すように５０　：　５０とはならずに
デユーティ比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
デユ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が設定速度が回転していて２逓倍後の
デユーティ比が４５　：　５５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１０％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１
０％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１０％短い値となり、時刻ｔ４から時刻ｔ
５までの時間間隔は正規の値より１０％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１
０％短くなっていることから速度が１０％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１０％長くなっていることから速度が１
０％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、起動時にはデユーティ比のずれに
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逓倍後のデユーティが正確に５０　：
　５０になっていなくても充分なデユーティ比が確保で
きるとともに、デユーティ比のずれによる検出ゲインの
ずれも設定したゲインの値にすることができ、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）
をへ区間、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
デユ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によるデユーティ比のすれがなけ
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ユーティ比が５０
　：　５０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区間の周期のすれた値を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２
１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ＩＪ　５　ｂ
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ユーティ
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
期の値に一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をもとにして演算器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によるデユーティ比
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なる。

・−−−−−−（２） 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逓倍後のデユーティ比は
５０　：　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４０
２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１回終
了したかどうかを判断し、１回終了していなければブロ
ック４０３にもどる。１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。

０Ａ＝Ａ−Ｄ＋ΔＡ　　　　　　　　・−・・−・・・
・・・・（３）０、＝Ｂ−Ｄ−ΔＡ　　　　　　　　　
　−・−・−（４１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、ＯＡはへ区間の速度誤差出力、
ＯＢはＢ区間の速度誤差出力である。

第４図のフローチャートにより増幅器２１のオフセット
によるデユーティ比の補正を行うこができる。しかし、
Ａ区間、Ｂ区間での測定周期を補正値ΔＡにより補正す
るため、設定速度でのへ区間、Ｂ区間の周期はそれぞれ
（Ｄ−ΔＡ）、（Ｄ＋ΔＡ）となる。そのため、Ａ区間
、Ｂ区間での検出ゲインはデユーティ比が５０　：　５
０のときに比べそれぞれ（Ｄ−ΔＡ）／Ｄ、（Ｄ＋ΔＡ
）／Ｄ倍となる。

例えば、デユーティ比が４５　：　５５であれば補正値
ΔＡは基準速度データＤの１０％の値となり、Ａ区間、
Ｂ区間の検出ゲインはデユーティ比５０　：　５０のと
き、すなわちΔＡがＯのときに比べそれぞれ０．９゜１
．１倍となる。したがって、同じ速度誤差でも検出ゲイ
ンがＡ区間とＢ区間で異なるため、演算器５ａが算出す
る速度誤差出力もＡ区間とＢ区間で違ったものとなる。

そのため、速度発電機２の出力信号の周波数の外乱とな
り制御系としては好ましくない。

デユーティ比のずれによるＡ区間、Ｂ区間の検出ゲイン
は、デユーティ比が５０　：　５０のときのと比べてそ
れぞれ（Ｄ−ΔＡ）／Ｄ、　　（Ｄ＋ΔＡ）／Ｄ倍とな
る。このことより、Ａ区間での検出ゲインのずれを補正
するには算出した誤差出力ＯＡに（Ｄ−ΔＡ）／Ｄの逆
数を乗じればよい。また、Ｂ区間での検出ゲインのずれ
を補正するには算出した誤差出力ＯＢに（Ｄ＋ΔＡ）／
Ｄの逆数を乗しればよい。すなわち、検出ゲイン補正後
の誤差出力Ｇ。Ａ＋　　Ｇ、、は（５）、　（６）式で
表される。

第５図はデユーティ比のずれによるへ区間、Ｂ区間の検
出ゲインの違いを、デユーティ比の補正値ΔＡを基にし
て速度誤差を算出する際に補正するフローチャートであ
る。ここでは、第４図のフローチャートによりデユーテ
ィ比のずれの補正は終了し、補正値ΔＡは算出されてい
るものとする。

まず、ブロック５０１では演算器５ａは周期検出を行っ
た周期データを周期検出器７から読み込み、周期検出を
行った区間がＡ区間であるかＢ区間であるかをチャンネ
ルセレクタ４から読み込む。そして、ブロック５０２に
移行し、周期検出区間がＡ区間かＢ区間であるかを判断
し、へ区間であればブロック５０２に、Ｂ区間であれば
ブロック５０６に移行する。

ブロック５０１で周期検出した区間がＡ区間であったと
すると、ブロック５０２の判断によりブロック５０３に
移行し、２逓倍時の速度誤差を（３）式に基づいて算出
する。すなわち、Ａ区間の周期の値Ａより基準速度デー
タＤを減算し、さらに補正値ΔＡを加算して誤差出力Ｏ
Ａを算出している。このブロックでは、デユーティ比の
ずれを補正している。

つぎに、ブロック５０４に移行し、検出ゲインの補正を
（５）弐に基づいて算出する。すなわち、誤差出力ＯＡ
に基準速度データＤを乗じ、さらに乗算結果を基準速度
データＤから補正値ΔＡを減算した値で除して誤差出力
ＣＯａを算出している。このブロックでは検出ゲインの
補正を行っている。

ブロック５０５では、ブロック５０３．５０４によりデ
ユーティ比補正と検出ゲイン補正を行った誤差出力Ｇ。

Ａをディジタル−アナログ変換器１０に出力する。

一方、ブロック５０１で周期検出した区間がＢ区間であ
ったとすると、ブロック５０２の判断によりブロック５
０６に移行し、２逓倍時の速度誤差を（４）式に基づい
て算出する。すなわち、Ｂ区間の周期の値Ｂより基準速
度データＤを減算し、さらに補正値ΔＡを減算して誤差
出力ＯＢを算出している。

このブロックでは、デユーティ比のずれを補正している
。

つぎに、ブロック５０７に移行し、検出ゲインの補正を
（６）式に基づいて算出する。すなわち、誤差出力ＯＢ
に基準速度データＤを乗じ、さらに乗算結果を基準速度
データＤから補正値ΔＡを加算した値で除して誤差出力
Ｇ。Ｂ？Ｃ算出している。このブロックでは検出ゲイン
の補正を行っている。

ブロック５０７では、ブロック５０６．５０７によりデ
ユーティ比補正と検出ゲイン補正を行った誤差出力Ｇ。

Ｂをディジタル−アナログ変換器１ｏに出力する。

このように、速度発電機２の出力信号の２逓倍時に生ず
るデユーティ比のずれと検出ゲインのずれを、（２）式
より求めた補正値ΔＡを用いて、（３）。

（４）、　（５１，（６）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
生ずるデユーティ比のずれを、速度発電機の出力信号の
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ユーティ比のずれの
影響を受けない誤差出力を出力することができ、さらに
デユーティ比がずれることによる検出ゲインのずれも出
力補正データを用いて補正するようにしているのでより
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　４
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と、前記
算出結果からゲインの補正を行わせるゲイン補正手段を
具備したこ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
て生ずるデユーティ比のずれを、速度発電機の出力信号
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て、
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ユーティ比のず
れの影響を受けない誤差出力を出力でき、さらにデユー
ティ比がずれることによる検出ゲインのずれも出力補正
データを用いて補正するようにしているので、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図は本発明の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、第５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・・・・・・モーフ、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、１）・・・・・・パワー
アンプ。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１老込　２　図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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と、前記算出結果からゲインの補
   正を行わせるゲイン補正手段を具備してなるサーボ装置
   。
2. （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. （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を比較してその
   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。