JPS648543B2 - - 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に関するもので
あり、更に詳しくいえば、ジヤイロスコープ用の
モータの速度を一定に保つデジタル制御装置に関
するものである。

精密なデータを得るためには、二軸ジヤイロス
コープ・フライホイールの速さを精密に制御する
ことが必要である。漂遊磁界のランダムな影響、
モータの震動に起因する震動、片側引き寄せおよ
び等弾力性などの影響を解消するために、反復で
きる向きにあるフライホイールの位置をある基準
で同期させることにより、ジヤイロスコープのド
リフト動作を最適にできることが確認されてい
る。前記影響はランダムな同期「ロツクイン」角
度に関連させられる。このロツクイン角度は、ジ
ヤイロスコープモータ附勢信号の前縁部とジヤイ
ロスコープ軸ピツクアツプ信号の間の角度として
定義される。

二軸ジヤイロスコープのジヤイロスコープモー
タを駆動するために種々の技術が開発されてお
り、その１つに誘導電動機駆動機と、ジヤイロス
コープの速度とロツクイン角度を制御する閉ルー
プサーボ機構とを利用する技術がある。ある先行
技術は復調、波形整形、アナログ−デジタル変換
およびパワーバツフアなどを含むことを要求して
いる。この先行技術によりジヤイロスコープの速
度制御が改善されたが、供給電圧のリツプルを通
じてモータに供給される同期高調波周波数変調駆
動信号の発生と、所要のサーボ機構のアナログ部
とアナログ−デジタル変換部の接地効果に大きな
制約がある。それらの周波数変調効果により、二
軸ジヤイロスコープにしばしば用いられる調整さ
れたモータの丁番機構を介して同期運動した時に
ドリフトを大きく修正する。

本発明は、ジヤイロスコープモータの速度を精
密に制御し、基準クロツクに対してフライホイー
ルを同期させるとともに、フライホイール速度の
高調波において周波数変調効果を生ずる主要な機
構をなくす全デジタル・ジヤイロスコープモータ
速度制御装置を提供するものである。

また、本発明のようにデジタル方式でジヤイロ
スコープモータ速度を制御することにより、集積
回路を用いるより信頼度の高い回路を実現できる
とともに、アナログをベースとしている先行技術
よりも電力消費量が少なくなるという利益も得ら
れる。

本発明の速度制御装置をこの明細書ではジヤイ
ロスコープモータに関連して説明するが、他の種
類のモータの速度制御も同様に行うことができる
ことを理解すべきである。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第１図は本発明のモータ速度制御装置のブロツ
ク図を示すものである。ジヤイロスコープモータ
とすることができるモータ１０の入力端子に電源
リード１２が接続される。このモータの出力軸１
３にはフライホイール１４が連結されているのが
示されている。磁気検出器１６が出力軸１３の各
回転を検出できるように、出力軸１３またはフラ
イホイール１６には磁気素子がとりつけられ、ま
たは一体に組込まれる。もちろん、光学的検出器
またそれに類似の軸ピツクアツプを同様に用いる
こともできる。モータ１０の出力軸１３の１回転
ごとに磁気検出器１６がパルスを検出器リード１
８を介して本発明明の速度制御回路２０の第１入
力端子へ与える。速度制御回路２０はモータ１０
の速度を制御するのに用いられる方形波出力を発
生する。リード１２に与えられるこの方形波出力
の周波数は、公称周波数に、クロツク基準方形波
の立上り縁部から磁気検出器１６からのパルスが
発生された時までの経過時間に比例する量をプラ
スまたはマイナスした周波数である。磁気検出器
１６からのパルスはモータ１０の出力軸１３の１
回転ごとに発生される帰還信号である。このパル
スがクロツク基準が発生される率と同じ率で発生
されるとすると、モータ速度は正しく同期されて
いることになる。クロツク基準入力の発生率と磁
気検出器１６により発生されるパルスの率との差
により出力周波数が変化する。この周波数変化に
よりモータ速度を一定に保つために磁気検出器の
出力パルスの発生率の修正を行う。モータ１０が
二軸ジヤイロスコープ用のモータである場合に
は、速度制御回路２０は、フライホイールの位置
をクロツク基準に対して反復できる方向に同期さ
せることにより、ドリフト動作を最適にする。以
下の説明においては、速度制御回路２０のいくつ
かの回路点にアルフアベツトをつけて示すことに
する。それらの回路点は第３図に示されているタ
イミング波形図に示されているアルフアベツトに
対応する。

磁気検出器１６により発生されたパルスはリー
ド１８を介してスタート／ストツプ・スイツチン
グ回路２２の第１端子２４（Ｂ点）へ与えられ
る。クロツク信号がリード２６を介して回路２２
の第２の入力端子（Ａ点）へ与えられる。本発明
の典型的な用途である二軸ジヤイロスコープモー
タの速度制御においては、クロツク信号の周波数
は150Hzとすることができる。このクロツク信号
の前縁部はスイツチング回路２２をターンオンさ
せてスタート信号を発生させる。このスタート信
号はリード２８を介して12ビツトアツプ／ダウン
カウンタ３０の第１入力端子（Ｃ点）へ与えられ
る。スイツチング回路２２の第１端子２４に与え
られたパルス入力により、その出力リード３２に
ストツプ信号が発生される。このストツプ信号は
カウンタ３０のカウント動作を停止させる。第１
のクロツク信号の周波数と異なる周波数を有する
第２のクロツク信号がリード４２に与えられる。
二軸ジヤイロスコープへの本発明の応用において
は、第１のクロツク信号の周波数が150Hzである
のに対して、第２のクロツク信号の周波数は
9.8MHzとすることができる。第２のクロツク信
号は分周器３１へ与えられる。この分周器は第１
のクロツク信号の周波数の約３倍の周波数を有す
るパルス列を発生するように構成されている。二
軸ジヤイロスコープモータへの応用においては、
第２のクロツク信号の周波数9.8MHzを約64分の
１に分周して、その周波数を154kHzにすること
ができる。スイツチング回路２２は、リード２６
を介してＡ点に与えられる第１のクロツク信号の
前縁部と、端子２４（Ｂ点）に与えられる磁気検
出器１６の出力パルスの前縁部との間の経過時間
だけオン状態に保たれる。時間は「ロツクイン」
角に対応する。カウンタ３０はスイツチング回路
２４がオンになつている時間をカウント値に変え
るから、ロツクイン角度は、分周器３１からの出
力のうちのどれだけのサイクルがカウンタ３０に
与えられたかにより測定される。次の処理に対し
てカウントをバツフアできるように、保持レジス
タ３６がリード３４を介してカウンタ３０へ接続
される。いいかえれば、スイツチング回路３２の
スタート／ストツプ・スイツチングの結果発生さ
れた誤差信号がカウント値に変えられてレジスタ
３６に貯えられる。線７０を介して与えられる公
称カウント・プラスマイナス誤差信号に対応する
このカウントはアツプカウンタ４０のプリセツ
ト・カウントを定める。このカウンタ４０はリー
ド３８により保持レジスタ３６に接続される。こ
のプリセツト・カウントは、カウンタ４０の入力
端子４７に加えられたパルス信号のどれだけの数
のサイクルがカウンタ４０によりカウントされ
て、一連のあふれパルスを発生するかを定める。
それらのあふれパルスはカウンタ４０の出力リー
ド４８（Ｄ点）を介してカウンタ制御器／パルス
発生器５０へ与えられる。カウンタ４０の入力端
子４７に与えられる信号はリード４２と分周器４
４を介して与えられるクロツク信号である。ここ
で説明しているジヤイロスコープモータの速度制
御においては、分周器４４は２分の１分周器であ
る。カウンタ４０はあふれるまでプリツト・カウ
ントからカウント数を増加させられ、あふれたら
あふれパルスを発生して、そのあふれパルスをリ
ード４８を介してカウンタ制御器／パルス発生器
５０へ与える。このカウンタ制御器／パルス発生
器５０は受けたあふれパルスの周波数の２分の１
に等しい周波数の出力パルス列を出力リード１２
（Ｆ点）に生ずる。カウンタ制御器／パルス発生
器５０はスイツチング回路２２と、カウンタ３０
と、レジスタ３６と、カウンタ４０との動作を同
期させる機能も行う。

カウンタ制御器／パルス発生器５０はリード４
８を介してあふれパルスを受けるたびにロード信
号を発生し、そのロード信号をリード５２（Ｅ
点）を介してアツプカウンタ４０へ与える。この
ロード信号の目的は、レジスタ３６に保持されて
いるカウントをカウンタ４０へ転送させて、出力
周波数の次の半サイクルのタイミングをスタート
させることである。

カウンタ制御器／パルス発生器５０の別の出力
がリード６２を介して転送制御回路６０の入力端
子（Ｇ点）へ与えられる。この出力は転送制御路
６０の「レデイ」信号として機能する。転送制御
回路６０の動作時には、出力信号の各周期中のあ
ふれパルス２個に対して１個の「レデイ」パルス
が発生される。こうすることによりモータ１０の
巻線中に直流分が生ずることが防がれる。転送制
御回路６０の２つの入力端子に「レデイ」信号が
与えられると、回路６０は可能化信号を発生し
て、その信号を線６５（Ｈ点）を介して保持レジ
スタ３６へ与える。この可能化信号により、レジ
スタ３６はカウンタ３０のカウントを受けること
ができる。リード６５と並列に接続されている出
力リード６４を介して、転送制御器６０はクリヤ
信号を転送制御回路５６へ与える。このクリヤ信
号はリード６６を介してスイツチング回路２２へ
与えられて回路２２をクリヤし、カウンタ３０か
らのカウントの保持レジスタ３６への転送を終ら
せる。リード７０がリード６４に並列に接続さ
れ、リード７０に存在するロード信号により第１
のクロツク基準信号の各サイクルごとに、カウン
タ３０に内部プリセツト・カウントをロードさせ
る。転送制御回路５６の第１の入力端子６７へは
その回路５６の動作を同期させる第１のクロツク
信号が与えられる。第１のクロツク信号に同期さ
れた転送制御回路５６は、レデイ信号をリード５
８（Ｉ点）を介して転送制御回路６０へ与えられ
る。リード５８と６２を介してレデイ信号を受け
ると、転送制御回路６０はレデイ信号を発生し
て、それを保持レジスタ３６へ与える。

第１図に示されている回路の通常の動作におい
ては、モータ１０の出力軸１３の回転速度が第１
のクロツク信号により与えられる基準周波数に同
期する。

したがつて、以上の説明から、モータ１０の出
力軸１３が１回転するたびに磁気検出器１６がパ
ルスを発生する。このパルスの発生時刻は一定周
波数の第１のクロツクパルスの前縁部発生時刻と
比較される。この時間差は、分周器３１により与
えられるはるかに高い周波数によつて、カウンタ
３０においてカウントされる。一定周波数の各サ
イクルごとに、カウンタ３０には、リード７０を
介して与えられる「ロツド」信号に応じて、プリ
セツト・カウントがロードされる。このプリセツ
ト・カウントは公称モータ速度に対応する。それ
から、カウンタ３０はスイツチング２２により発
生され、検出された時間差に比例する量だけカウ
ント値を増加し、または減少する。このカウンタ
３０のカウント値は、第１のクロツク信号の１サ
イクルごとに１回、保持レジスタ３６へ送られ
る。保持レジスタ３６に貯えられたカウント値は
カウンタ４０へプリセツト入力として送られる。
したがつて、カウンタ４０はこのプリセツトカウ
ント値からフルカウント値までカウントして、端
子２４に与えられた入力パルスと第１のクロツク
パルスの前縁部との間の時間差に比例する周波数
の出力信号をカウンタ制御器／パルス発生器５０
から発生させる。この出力信号はリード１２を介
してモータ１０へ与えられ、モータ１０の出力軸
１３の位置差を零にするようにモータ１０を駆動
する。

第２図はスタート／ストツプ・スイツチング回
路２０の詳細な論理ブロツク回路図である。矢印
のつけられているリードは、共通の引き上げバイ
アス（５ボルト）供給端子へ電圧降下抵抗を介し
て接続されるリードを示すものである。入力端子
２４に与えられたパルス入力はナンドゲート７２
を介してフリツプフロツプ７４へ与えられ、この
フリツプフロツプをセツトする。第１のクロツク
方形波の前縁部がリード７８を介してフリツプフ
ロツプ７６へ与えられて、このフリツプフロツプ
をセツトするフリツプフロツプ７４，７６が共に
セツトされると、それらのフリツプフロツプのセ
ツト出力が３つのナンドゲート８４を通過する。
第１のクロツク信号の前縁部によりナンドゲート
の出力端子８２が高レベルにされ、入力端子２４
に与えられたパルス入力がその端子８２を低レベ
ル状態にする。ナンドゲート８４への信号の発生
順序が、スイツチング回路２０の出力周波数が高
くなるか、低くなるかを決定する。

アツプ／ダウンカウンタ３０はいくつかのカウ
ンタ・モジユール３１，３２，３３で構成され
る。それらのカウンタ・モジユールは通常は集積
回路で構成される。それらの集積回路はモトロー
ラ（Motorola）、ナシヨナル・セミコンダクタ
（National Semiconductor）およびテキサス・
インスツルメント（Texa Instrument）などの
メーカーからLS669という標準部品番号をつけて
発売されている。カウンタ３０は、端子８２に存
在する誤差信号に比例する量だけプラスまたはマ
イナスされた公称デジタル数を発生する。この数
は、第１のクロツク基準方形波の立下り縁部に続
く時刻にカウンタ３０にロードされる。誤差信号
は第１のクロツク基準信号の立上り縁部の近くで
生じ、カウンタ３０が予めセツトされている値か
らアツプカウントまたはダウンカウントできるよ
うにする。第１のクロツク基準信号が高レベルの
時、または入力端子２４にパルスが与えられる前
に第１のクロツク基準信号がフリツプフロツプ７
６をセツトした時に、カウンタ３０は常にアツプ
カウントする。誤差信号が低レベルになると、カ
ウンタ３０はカウント動作をストツプし、次のロ
ードが行われるまでカウント値をそのまま保つ。
端子８２からの誤差信号はナンドゲート８６を介
してカウンタ３０へ与えられる。このナンドゲー
トは第１のクロツク基準信号に同期され、第１の
クロツク信号の誤つた縁部でロツクインされるこ
とを阻止する。

カウンタ３０の出力はラツチ８８，９０へ送ら
れる。それらのラツチは集積回路で構成でき、前
記した諸メーカーから部品番号LS174として入手
できる。それらのラツチへのカウントの転送は、
カウンタ３０がロードされて誤差測定の新しいサ
イクルを開始するのと同時に行われる。

アツプカウンタ４０はカウンタ部品９２，９
４，９６より成るカウンタ列で構成される。それ
らのカウンタ部品９２，９４，９６は部品回路
LS163Aとして市販されている集積回路を用いる
ことができる。カウンタ４０へはレジスタ３６に
保持されているカウントが、リード１２に与えら
れる出力信号の周波数の２倍の周波数で与えられ
る。カウンタ４０へは端子４７に与えられる信号
がクロツク信号として与えられる。カウンタ４０
のクロツク制御は連続して行われ、禁止されるこ
とは決してない。カウンタ４０へ与えられる数が
大きくなると、その出力周波数は高くなる。カウ
ンタ４０はプリセツト値からカウント動作を始め
て、あふれるまで続ける。カウンタ４０があふれ
ると、フリツプフロツプ９３の出力端子にロード
信号が発生され、そのロード信号はリード５２に
より送られ、保持レジスタ３６からカウンタ４０
へ再びロードさせる。

フリツプフロツプ１００の出力は、相互に接続
されて転送制御回路６０を構成しているフリツプ
フロツプ１０２，１０４を駆動する。フリツプフ
ロツプ１０４の出力１０６はフリツプフロツプ７
４と７６のクリヤ動作を同期させるとともに、ア
ツプ／ダウンカウンタ３０へのロードと、保持レ
ジスタ３６へのカウント値の転送を同期させる。
それらの動作は、第１クロツク基準信号が高レベ
ルから低レベルに変化した後で、フリツプフロツ
プ９５の出力１００が最初に高レベルになつた時
に行われる。それらのクリヤ動作、ロード動作お
よび転送動作は、第１のクロツク基準波形の約
180度の位置で起り、そこから誤差信号が発生さ
れる。モータ１０の巻線中に直流成分が発生され
ることを防ぐためには、出力周波数が完全なサイ
クルに関してのみ変化することを必要とする。

第２図を参照しての説明を完全にするために
は、転送制御回路５６がナンドゲート５７とフリ
ツプフロツプ５８で構成され、このナンドゲート
は前記した諸メーカーから部品番号LS00として
供給されている集積回路で構成される、というこ
とを述べねばならない。

禁止信号がリード１０８へ与えられると、この
装置は、モータ１０を同期速度以上の速度で動作
させるために、電源を投入するのに用いられる最
初の段階にある。リード１０８に与えられる禁止
信号が高レベル状態に保たれると、入力端子２４
に与えられたパルス入力の作用が禁止され、公称
値より大きい数をアツプ／ダウンカウンタ３０に
ロードすることにより、出力周波数は公称周波数
よりわずかに高い値にさせられる。リード１０８
に与えられている信号が低レベルの時は、出力端
子と入力端子の間のループが閉じられてモータ速
度は第１のクロツク基準信号の周波数に同期させ
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のモータ速度制御装置のブロツ
ク図、第２図は第１図に示されている回路の詳細
な論理回路、第３図は第１図に示されている回路
の種々の点における信号のタイミング波形図であ
る。 １６……検出器、２２……スタート／ストツプ
スイツチング回路、３０……アツプ／ダウンカウ
ンタ、３１，４４……分周器、３６……保持レジ
スタ、４０……アツプカウンタ、５０……カウン
タ制御器／パルス発生器、５６，６０……転送制
御器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２軸の周りの傾きを検知するためのジヤイロ
   ホイール、およびこのジヤイロホイールを駆動す
   るための駆動軸を有し、入力信号の周波数に比例
   した速度を有するように構成された２軸ジヤイロ
   スコープモータと、 前記駆動軸の周期的回転に応じて信号を形成す
   る検出手段と、 クロツク信号の始めと検出手段の信号との間の
   時間間隔中に計数して前記時間間隔に対応した計
   数値を得る第１カウンタ手段と、 前記第１カウンタ手段の計数値がロードされ前
   記時間間隔に比例した周波数を有するオーバーフ
   ローパルスを形成する第２カウンタ手段と、 前記モータを駆動するために前記第２カウンタ
   手段の出力に接続されて前記時間間隔が零にされ
   てモータ速度を一定に維持しかつ基準値に対する
   位相を維持するようにする発生手段と、 前記第１および第２カウンタ手段の間に接続さ
   れてクロツクサイクル中の前記第１カウタ手段の
   計数値を格納し、かつこの計数値をクロツクサイ
   クルの最後に前記第２カウンタ手段に転送するレ
   ジスタ手段と、 前記検出手段と前記第１カウンタ手段との間に
   接続され前記クロツク信号の前縁で計数を開始し
   前記検出手段の信号発生によつて計数を終了する
   スイツチング手段と、 前記第２カウンタ手段の出力に接続され前記第
   ２カウンタ手段への計数値転送を制御する転送手
   段とをそなえたジヤイロスコープモータ速度制御
   装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、 前記オーバーフローパルスの予め定められた公
   称周波数を有効化するために前記第１カウンタ手
   段にプリセツト計数値をロードする手段をそなえ
   たジヤイロスコープモータ速度制御装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、 第２のクロツク信号発生手段と、 入力に第２のクロツク信号が与えられる複数の
   周波数分割手段をそなえ、 この周波数分割手段の出力が前記第１および第
   ２のカウンタ手段を各別に駆動するようにしたジ
   ヤイロスコープモータ速度制御装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の装置において、 前記第１カウンタ手段がアツプ・ダウンカウン
   タであるジヤイロスコープモータ速度制御装置。 ５ クロツク信号を発生するクロツク信号源と、 ２軸の周りの傾きを検知するためのジヤイロホ
   イールを持つたジヤイロモータ、および前記ジヤ
   イロホイールを駆動する駆動軸を有し、前記ジヤ
   イロモータが前記入力信号の周波数に比例した速
   度を有するようにした２軸ジヤイロスコープモー
   タと、 前記駆動軸の周期的回転に応じて信号を形成す
   る検出手段と、 前記クロツク信号源および前記検出手段の各々
   に接続され、前記クロツク信号の前縁に応動して
   所定時間にわたりターンオンし前記検出手段信号
   の発生に応動してターンオフするスイツチング手
   段と、 前記所定時間に対応する計数値まで増加するた
   め前記所定時間の間作動する第１カウンタ手段
   と、 計数値がオーバーフローしたのち出力にパルス
   を発生する第２カウンタ手段と、 前記第１および第２カウンタ手段の間に接続さ
   れクロツクサイクルの間前記第１カウンタの計数
   値を格納しこの計数値を前記第２のカウンタに転
   送するレジスタ手段と、 前記第２カウンタ手段の出力に接続され前記第
   ２カウンタ手段から引出されたオーバーフローパ
   ルスの周波数を有するパルス信号を発生するパル
   ス発生手段と、 前記パルス発生手段の出力を前記モータに接続
   して前記時間を零に向けて減じ、前記モータを定
   速維持させかつ基準値に対する位相を維持させる
   手段と、 前記発生手段からの入力を有するとともに前記
   スイツチング手段、前記第１カウンタ手段および
   前記第２カウンタ手段の各出力を有しそれ等相互
   間の信号転送を制御する転送制御手段とをそなえ
   たジヤイロスコープモータ速度制御装置。