JPS648541B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、速度基準として水晶発振器の出力の
ように安定な周波数を用いて回転数安定度を高
め、さらに速度制御ループの中に低域補償回路を
挿入して負荷安定度を高めて、実質的に速度制御
ループのみの１ループの制御回路であるにかかわ
らず、位相制御をかけた場合とほとんど同一の特
性を実現するようにしたモータの速度制御装置に
関するものである。

従来のレコードプレーヤ等の音響機器に用いら
れるモータとして、普及機には電圧を速度基準と
した速度制御モータを用いているが、この方式は
周囲の温度変化や、部品の経年変化に対して十分
安定な基準電圧をつくるのが難しく、また定常負
荷に対して速度偏差を生じるという問題点を含ん
でいる。

この問題を解決するために、高級機では速度制
御ループにさらに位相制御ループを加えて、定常
負荷に対する安定性を高めているが、この方式は
速度制御ループ、位相制御ループの２つの制御ル
ープからなり、その２つの制御ループの動作が互
に影響を及ぼしあうため、調整が難しく、構成も
複雑になり、さらに周囲温度の変化や部品の経年
変化に対して動作点が移動して、同期範囲が減少
する等の種々の問題が存在している。

本発明は上述の従来の問題点を解決し得るモー
タの速度制御装置を提供するものである。以下、
本発明を図示の実施例に基いて説明する。第１図
は本発明の一実施例を示す要部ブロツク図であ
る。同図において、１はブラシレス型直流モータ
のごとき被速度制御モータ、２はモータ１の回転
数に比例した周波数の信号を発生する周波数発電
機、３は周波数発電機２の出力波形を整形するた
めの波形整形回路である。４は水晶発振器の出力
のように安定な周波数を発生するための基準周波
数信号発生回路である。５は波形整形回路３の出
力信号の立下りをトリガ信号とし、クロツク信号
である基準周波数信号発生回路４の出力パルスを
Ｎ個（ただし、Ｎは整数）カウントしている間
は、“１”レベルを保ち、Ｎ個カウントを終えた
後に”Ｏ”レベルとなるようなＮ進カウンタで構
成される第１の一定パルス幅発生回路、６はその
一定パルス幅発生回路５の出力信号の立下りをト
リガ信号とし、クロツク信号（基準周波数信号発
生回路４の出力パルス）をＭ個（Ｍは整数）カウ
ントしている間は”１”レベルを保ち、Ｍ個カウ
ントを終えた後に”０”レベルとなる様なＭ進カ
ウンタで構成される第２の一定パルス幅発生回路
である。７は上記第１の一定パルス幅発生回路５
と第２の一定パルス幅発生回路６の出力パルスを
合成してモータ１の速度誤差に対応するパルス幅
に変換するためのパルス合成回路、８はパルス合
成回路７のパルス状の出力を平滑して直流電圧に
変換するためのフイルタ回路、９はフイルタ回路
８の出力の低周波成分（直流を含む）を増強する
ための低域補償回路、１０は低域補償回路の出力
を電力増幅するためのモータ駆動回路である。な
お、前述の第１の一定パルス幅発生回路５と第２
の一定パルス幅発生回路６およびパルス合成回路
７とで速度誤差検出回路１１を構成している。

以上に述べたモータ１、周波数発電機２、波形
整形回路３、速度誤差検出回路１１、フイルタ回
路８、低域補償回路９およびモータ駆動回路１０
とで速度制御ループを構成している。

第２図は前記速度誤差検出回路１１の具体的な
構成例を示す図で、図中の２１はクロツク入力端
子CK、出力端子、クリヤ端子CLを持つＮ進
カウンタ、２２はＢ点へ入る信号の立下りを微分
する微分回路、２３は”０”レベルのトリガー信
号でリセツトとセツト動作を行なうリセツトセツ
トフリツプフロツプ（以下、RSフリツプフロツ
プと略記する）回路である。

最初、RSフリツプフロツプ回路２３が”０”
状態でＱ端子が”０”レベルであると仮定し、Ｂ
点に信号が入力されたとすると、その信号は微分
回路２２で微分され、その出力でRSフリツプフ
ロツプ回路２３を”１”状態にセツトし、Ｑ端子
を”１”レベルにする。Ｑ端子はＮ進カウンタ２
１のCL端子と接続されているため、Ｎ進カウン
タ２１はクリヤ（リセツト）が解除されて、CK
端子（Ａ点）に入力されているクロツクパルスの
カウントを開始し、Ｎ個クロツクパルスをカウン
トし終えた瞬間に端子が”１”レベルから”
０”レベルへ変わり、RSフリツプフロツプ回路
２３にリセツトをかけて、その内部状態を”０”
状態にし、次に新たにＢ点に信号が入るまでＱ端
子を”０”レベルに保つ。すなわち、Ｂ点への入
力信号をトリガとして、クロツクパルスの周期τ
とカウント数Ｎの積Nτで決定される時間だけ”
１”レベルとなる第１の一定パルス幅発生回路５
を構成する。

第２の一定パルス幅発生回路６の内容は、カウ
ント数ＮをＭに変更しただけで他の構成は第１の
一定パルス幅発生回路５と同一である。

２４と２５はOR回路とAND回路、２６，２７
はPNPトランジスタ３０とNPNトランジスタ３
１のベースに電流を供給するための抵抗、２８と
２９は各トランジスタのリーク電流を防止するた
めの抵抗である。

上記OR回路２４、AND回路２５、抵抗２６，
２７，２８，２９およびトランジスタ３０，３１
で構成されるパルス合成回路７はＧ点が次のよう
な３つの状態となるように構成されている。すな
わち、図中のＣ点、Ｆ点が共に”１”レベルの時
はトランジスタ３０がオフ、トランジスタ３１が
オンとなることで電流吸い込みモードになり、ま
た、Ｃ点、Ｆ点が共に”０”レベルの時、トラン
ジスタ３０はオン、トランジスタ３１はオフの電
流ふき出しモードになり、そして、Ｃ点、Ｆ点の
レベルが一致していない時はトランジスタ３０，
３１の両方がオフとなつて、いわゆる高インピー
ダンスモードになる様な３ステートの状態を持
つ。

第３図、第４図および第５図は本実施例の動作
時のタイムチヤートを示したもので、第３図はモ
ータが速すぎる場合、第４図はモータが遅すぎる
場合、第５図はモータが定常回転の場合を示して
いる。それらの図面中の記号Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｇは第
１図、第２図中の記号と対応している。

第３図の場合、周波数発電機２の出力周波数
（Ｂ点の周波数）が₁であるとする。Ａ点でのク
ロツクパルスの周期τと、第１の一定パルス幅発
生回路５と第２の一定パルス幅発生回路６を構成
するＮ進カウンタとＭ進カウンタのカウント数Ｎ
とＭは一定で、 Nτ＋Mτ＝１／o ………(1) （ただし、oはモータ１が定常回転の時の周波
数発電機２の出力周波数） の関係を満たすように設定しておくと、 τ₁＝（Ｎ＋Ｍ）τ−１／₁＝１／o−１／₁……
…(2) の値の期間だけＣ点、Ｆ点は共に”１”レベルと
なるのでＧ点は電流吸い込みモードとなつてフイ
ルタ回路８から電流を吸い込んでフイルタ回路８
の出力電圧を下げ、低域補償回路９、モータ駆動
回路１０を経てモータ１の回転数を遅くして、周
波数発電機２の出力周波数を引き下げようとす
る。

第４図のモータが遅すぎる場合、周波数発電機
２の出力周波数が₂であるとすると、 τ₂＝１／₂−（Ｎ＋Ｍ）τ＝１／₂−１／o……
…(3) の値の期間だけＣ点、Ｆ点は共に”０”レベルと
なるので、Ｇ点は電流ふき出しモードとなつて、
フイルタ回路８へ電流を流し込んでフイルタ回路
８の出力電圧を上げ、低域補償回路９、モータ駆
動回路１０を経てモータ１の回転数を上げて、周
波数発電機２の出力周波数を引き上げようとす
る。

第５図のモータ１が定常回転で回転している場
合は、Ｃ点、Ｆ点が共に同一レベルになる期間が
なく、従つてトランジスタ３０，３１は共にオフ
状態を続けて高インピーダンス状態になり、Ｇ点
での電流の出入りはなくなつて、フイルタ回路８
の出力電圧は一定に保たれる。その結果、モータ
１の回転数も一定に保たれる。

以上の説明から明らかなように、定速状態では
周波数発電機２の出力周波数を_Gとすれば、 １／_G＝（Ｎ＋Ｍ）τ ………(4) の関係が常に成り立つことがわかる。

第６図はモータ１の回転数を調整するために、
前述の第１の一定パルス幅発生回路５と置換すべ
き可変パルス幅発生回路４１の構成例を示す図で
ある。同図において、２２と２３は前に述べた微
分回路とRSフリツプフロツプ回路である。４２
はプリセツト入力端子を持つプログラマブルカウ
ンタの各種ゲート回路などで構成されるプリセツ
トカウンタで、プリセツト入力端子に２進数で設
定された値をカウントし終えると端子から”
０”レベルの出力がでる様に構成されている。４
３はプリセツトカウンタ４２のプリセツトを行な
うための設定回路で、これは複数個のスイツチ４
４と、”１”レベルを与えるための複数個の抵抗
４５で構成されている。

なお、プリセツトカウンタ４２のプリセツト入
力端子はそれぞれ2⁰、2¹、………2ⁿの桁に対応
し、スイツチ４４によつて所望の桁が選択され所
望のパルス幅を得ることができる。

本構成を採用すれば、第３図乃至第５図のタイ
ムチヤートで説明したように、常に速度制御がか
かり、第５図の状態で安定するように、すなわち
前記(4)式の関係が成り立つように動作するので、
スイツチ４４を操作してプリセツトカウンタ４２
のカウント数Ｎを変化させると、周波数発電機２
の出力周波数_Gすなわちモータ１の回転数を変え
ることができる。

以上の説明では、第１の一定パルス幅発生回路
５のＮを可変にした場合を説明したが、第２の一
定パルス幅発生回路６のＭを可変にしても、また
ＮとＭの両方を可変にしても同様の機能を持たせ
ることができる。

第７図は演算増幅器５１、抵抗５２と５３、コ
ンデンサ５４、基準電源５５で構成されるアクテ
イブフイルタの構成例を示し、これは前記低域補
償回路９として動作する。これは第８図に例示す
る周波数特性のごとく、低域ほど利得が増大する
様に動作し、速度制御ループに組入れることによ
り低域ほど帰還量が増大するようになつている。

第９図および第１０図はモータの制御特性の例
を示すグラフで、第９図中のＡ，Ｂはそれぞれ低
域補償回路９がない場合と、ある場合のトルクの
外乱周波数−速度変動特性を示すボード線図、第
１０図中のＣ，Ｄはそれぞれ低域補償回路９がな
い場合と、ある場合の負荷トルク−速度変化特性
を示すグラフである。

これは、制御系の帰還量が低域ほど増大し、直
流域では実用上ほぼ無限大（演算増幅器５１の裸
利得によつて決定される。）となるために、第１
０図のＤに示す様に、制御範囲内では、いかなる
負荷トルクでも速度変化は殆んど零となり、位相
制御をかけた場合と殆んど同一の特性となる。

以上の説明から明らかなように、本発明は次の
ような数々のすぐれた特長を有する。

(1) 構成の簡単な速度制御ループのみの１ループ
の制御回路であるにかかわらず、位相制御をか
けた場合と殆んど同一の負荷特性を持たせるこ
とができ、また、以上の結果として位相制御を
かけた場合のように速度制御ループと位相制御
ループの動作点が互に干渉しあうことはなく、
周囲温度変化や部品の経年変化による回路の動
作点の変動もなくなる。

(2) 速度誤差検出はデジタル的に行なつているの
で、ビツト誤差以外の検出誤差は発生せず、ク
ロツクパルスとして水晶発振器の出力のような
安定な周波数信号を用いることにより、モータ
の回転速度の安定度と精度は水晶発振器の安定
度と精度と同等にすることができる。

(3) 速度誤差検出回路の出力（パルス合成回路の
出力）端子は、電流吸い込みモード、電流ふき
出しモード、高インピーダンスモードの３つの
状態を持ち、定速時には高インピーダンスモー
ドとなつて安定するので、電流の出入りがな
く、したがつて、リツプル等が発生せず、フイ
ルタ回路８の時定数を小さくしても、なめらか
な制御ができる。

(4) 回転速度を調整するために、速度誤差検出回
路を構成するカウンタのカウント数を変えて
も、速度誤差検出回路の出力端子は自動的に高
インピーダンスモードとなつて安定するため動
作点調整の必要がない。

(5) 速度誤差検出回路は全てデジタル回路で構成
できるため、IILまたはＣ−MOS等のIC化に適
しており、従来のサンプリング方式による速度
誤差検出回路のように外付けのコンデンサ等も
不要になりコストダウンがはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部ブロツク
図、第２図は本発明で使用し得る速度誤差検出回
路の構成例を示す図、第３図、第４図および第５
図は速度誤差検出回路の動作時のタイムチヤー
ト、第６図は本発明で使用し得る可変パルス幅発
生回路の構成例を示す図、第７図および第８図は
低域補償回路の一例を示す図とその周波数特性
図、第９図および第１０図は本発明による特性改
善効果の例を説明するための特性図である。 １……モータ、２……周波数発電機、３……波
形整形回路、４……基準周波数信号発生回路、
５，６……一定パルス幅発生回路、７……パルス
合成回路、８……フイルタ回路、９……低域補償
回路、１０……モータ駆動回路、１１……速度誤
差検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータと、該モータの回転数に比例した周波
   数信号を発生する周波数信号発生手段と、該周波
   数信号発生手段の出力信号波形を整形する波形整
   形手段と、クロツクパルスを発生する基準周波数
   信号発生手段と、前記波形整形手段の出力信号の
   立上がり、または立下がり時点から、前記基準周
   波数信号発生手段が発生するクロツクパルスをＮ
   個（Ｎは整数）カウントする間は第１レベルを保
   ち、Ｎ個カウントを終えた後に第２レベルとなる
   ように構成した第１の一定パルス幅発生手段と、
   前記第１の一定パルス幅発生手段の出力信号の立
   上がり、または立下がり時点から、前記と同一の
   基準周波数信号発生手段が発生するクロツクパル
   スをＭ個（Ｍは整数）カウントする間は第１レベ
   ルを保ち、Ｍ個カウントを終えた後に第２レベル
   となるように構成した第２の一定パルス幅発生手
   段と、前記第１の一定パルス幅発生手段の出力信
   号と前記第２の一定パルス幅発生手段の出力信号
   の２つの信号を入力信号とし、かつその２つの入
   力信号がともに第１レベルの時は第１状態の出力
   信号を、またその２つの入力信号がともに第２レ
   ベルの時は第２状態の出力信号を、またその２つ
   の入力信号が互いに異なるレベルの時は第３状態
   の出力信号を発生するパルス合成手段と、前記パ
   ルス合成手段の出力信号を平滑するためのフイル
   タ手段と、該フイルタ手段の出力信号の直流を含
   む低周波成分を増強するためのローパス・フイル
   タで構成される低域補償手段と、該低域補償手段
   の出力信号を増幅し、かつ前記モータに電力を供
   給するためのモータ駆動手段を具備したことを特
   徴とするモータの速度制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、第１および
   第２の一定パルス幅発生手段を、クロツクパルス
   のカウント入力端子、カウント出力端子、および
   リセツト入力端子をもち、かつそれぞれのカウン
   ト数に対応したクロツクパルスをカウントするカ
   ウンタと、外部から入力されるトリガ信号の立ち
   上がりもしくは立ち下がりを検出するための微分
   回路と、前記カウンタの出力信号と前記微分回路
   の出力信号の２つの信号を入力信号とし、かつそ
   の出力信号が前記カウンタをリセツトするように
   接続したリセツトセツトフリツプフロツプ回路で
   構成したことを特徴とするモータの速度制御装
   置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項の記載に
   おいて、第１の一定パルス幅発生手段と第２の一
   定パルス幅発生手段を構成するカウンタのうち少
   なくとも一方のカウンタのカウント数をプログラ
   ム可能なプログラマブルカウンタとし、かつ外部
   からの設定により、そのプログラマブルカウンタ
   を制御可能にしたことを特徴とするモータの速度
   制御装置。 ４ 特許請求の範囲第１項、第２項または第３項
   のいずれかの記載において、パルス合成手段の出
   力信号の３つの状態を”０”レベル、”１”レベ
   ル、”高インピーダンス”レベルとし、かつ第３
   状態の出力信号を”高インピーダンス”レベルと
   し、また第１状態の出力信号と第２状態の出力信
   号を、それぞれ前記３レベルのうち”高インピー
   ダンス”レベルを除く互いに異なる論理レベルと
   することを特徴とするモータの速度制御装置。