JPS648544B2 - - Google Patents

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JPS648544B2
JPS648544B2 JP56176878A JP17687881A JPS648544B2 JP S648544 B2 JPS648544 B2 JP S648544B2 JP 56176878 A JP56176878 A JP 56176878A JP 17687881 A JP17687881 A JP 17687881A JP S648544 B2 JPS648544 B2 JP S648544B2
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JP
Japan
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frequency
capacitor
signal
frequency signal
motor
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JP56176878A
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JPS5879483A (ja
Inventor
Makoto Akyama
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、いくつかの設定回転速度をもつ、ま
たは連続的に回転速度を変えて使用するモータの
制御装置に関するもので、それぞれの設定回転数
と対応させて、制御ループ利得を自動的に可変
し、常にその設定回転数において可能な最大ルー
プ利得を得、かつ最適なタツピングを得るように
して、モータの制御性能を最大限にひき出そうと
するものである。
一般にモータ制御系を設計する際、モータの外
乱に対する回転数変動率を小さくしたり、応答時
間をはやくしたりするために、できるだけ制御ル
ープの利得を大きく設計するのが普通であるが、
通常は、制御ループの利得の最大値、いいかえる
と、制御系の可能なカツトオフ周波数の最大値
は、モータの回転数に比例した周波数を出力する
周波数発電機の出力周波数の値によつて限定され
る。例えば、一般的にサンプル・アンド・ホール
ド式の速度デイスクリミネータを用いたモータ制
御系では、周波数発電機の出力周波数の約1/12か
ら1/20程度が制御系の応答周波数の最大の限界値
であると考えられる。
以上の理由から、常に最高の制御特性を得るた
めには、基準周波数を可変して、モータの回転数
設定を変えるたびに、それぞれの回転数に対応す
る制御ループ利得、すなわち低速回転時には低い
制御ループ利得を、高速回転時には高い制御ルー
プ利得を設定する必要が生じ、上記基準周波数を
切換えると同時に制御ループ利得も切換え、かつ
最適なダンピングを保持する為、ゲイン交点の位
相余有を決定するフイルタ(本発明の場合、高域
補償フイルタ)の折点周波数も切換える必要があ
つた。
本発明は以上の欠点をなくしたモータの制御装
置を提供せんとするもので、基準周波数を可変し
て、モータの回転数を変える時、その回転数に応
じて自動的に制御系のループ利得を制御して、常
に最高の制御性能を得ようとするものである。
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はデイスク2を回転
させ、かつ、その回転数に比例した周波数信号
FGを発生する周波数発電機3を備えたモータ、
4は発振回路5の出力周波数を分周する分周回路
であり、その出力周波数Rはモータ1の回転の基
準周波数となる。6は基準周波数Rと周波数発電
機3の出力周波数FGを比較してモータ1の回転
の位相誤差信号をつくる位相比較回路、7は位相
誤差信号の高域成分を増強して(高域の位相を進
めて)制御系全体にダンピングを付加するための
高域補償回路で、その折点周波数1(増幅度が増
加をはじめるか、または位相が進みはじめる周波
数)は発振回路5の出力周波数cに比例して可変
され、また同時にその増幅度も可変される。すな
わち、発振回路5の出力周波数cの値が2倍にな
ると、高域補償回路7の折点周波数1が2倍にな
るとともに増幅度も2倍増大する。
8は高域補償回路7の出力に含まれる雑音やリ
ツプル成分を除去するためのローパスフイルタ
で、そのカツトオフ周波数rも発振回路5の基準
周波数cに比例して可変される。9はローパスフ
イルタ8の出力電圧を増幅してモータ1に電流を
供給するための駆動回路である。
以上述べたモータ1、周波数発電機3、位相比
較回路6、高域補償回路7、ローパスフイルタ8
および駆動回路9で位相制御ループを構成し、モ
ータ1は基準周波数Rに比例して回転制御され
る。
第2図、第3図は基準周波数Rを可変して、モ
ータ1の回転速度を1/2の速度に設定した時の高
域補償回路7の伝達特性の変化、およびモータの
制御特性(回転数変動率)の変化を示す図であ
る。
第2図、第3図において、aはAに、bはBに
対応する。11′は高域補償回路7の折点周波
数であり、22′は制御系のループを閉じた時
に生じる系のカツトオフ周波数で、12、また
1′と2′の相乗平均は系の応答周波数(自然周
波数)を示す。
第3図のAの状態において、モータの制御特性
を良好にする為に、例えば2FG/12の様に、ほぼ その上限に近い値まで系の応答周波数、すなわち
ループ利得を上げてあると仮定すると、基準周波
Rを1/2にしてモータ1の回転速度を1/2にしよ
うとする場合、もしループ利得が一定で変化しな
い時は、周波数発電機3の出力周波数と制御系の
カツトオフ周波数の比が限界値の半分の6倍とな
つて、制御系の動作は不安定となる。
このため、第2図に示すように、高域補償回路
7の特性、すなわち傾斜部分の利得と折点周波数
をともに1/2とすることにより、制御系のカツト
オフ周波数を第3図のBに示す様に1/2に下げる
ことが出来る。その結果、周波数発電機3の出力
周波数FG′と、制御系のカツトオフ周波数2′の比
は12倍となつて、制御系の安定性は保持される。
第4図は周波数によつて、増幅度と折点周波数
が制御される高域補償回路7の構成例を示す図で
ある。同図において、11は電界効果トランジス
タ(FET)で構成される電子スイツチ11a,
11bとコンデンサ11cで構成されるスイツチ
ド・キヤパシタで、コンデンサ11cの容量を
Cp、スイツチング周期をTとした時、その等価抵
抗値Rpは、Rp=T/Cpで表わされる。12は発
振回路5の出力周波数cを入力として、その周期
T(T=1/2πc)で電子スイツチ11aと11bの スイツチング動作を交互に繰り返して行なわせる
ためのスイツチングパルス発生回路で、第5図に
その出力パルスφ1,φ2のタイムチヤートを示す。
13は演算増幅器で、抵抗値Rfの帰還抵抗1
4をもつことから、スイツチド・キヤパシタ1
1、抵抗14、演算増幅器13で構成される反転
増幅回路の増幅度Gpは、 Gp=Rf/Rp=Cp・Rf/T=2π・c・Cp・Rf となつて、発振回路5の出力周波数cに比例して
変化することがわかる。
15はスイツチド・キヤパシタ11と同様に、
電子スイツチ15a,15bとコンデンサ15c
で構成されるスイツチド・キヤパシタで、コンデ
ンサ15cの容量をC1とした時、その等価抵抗
値R1は、R1=T/C1で表わされる。16は容量
C2の微分コンデンサ、17は発振防止用コンデ
ンサ18と、抵抗値Rdの抵抗19を帰還素子に
もつ演算増幅器である。
スイツチド・キヤパシタ15、コンデンサ1
6,18、抵抗19および演算増幅器17で高域
の増強回路(位相進み回路)を構成し、コンデン
サ18の影響を無視すれば、その伝達関数(S)
は、 (S)=Rd/R1(1+C2・R1・S) =C1・Rd/T(1+C2/C1+S) となり、この回路の折点周波数1は、 1=C1/C2・T×1/2π=c・C1/C2 となつて、折点周波数1も発振回路5の出力周波
cに比例して変化する。
第6図は、第4図の高域補償回路7の特性を示
す図で、発振回路5の出力周波数cを1/2とした
時、折点周波数が1から1′(=1/2)と1/2の値
に 可変される例を示している。Hは発振防止コンデ
ンサ18によつて決定される周波数で、通常は1
から遠くはなれて設定される。
以上説明したように、第4図の高域補償回路7
は、周波数によつて制御される反転増幅回路と高
域の増強回路によつて構成されているので、その
総合特性は第2図で示した様に、傾斜部分の増幅
度と折点周波数が同時に制御されることがわか
る。
第7図は高域補償回路7の他の構成例を示す図
で、これは第4図における発振防止用のコンデン
サ18を除去し、そのかわりに、微分コンデンサ
16に抵抗21を直列に挿入したもので、第6図
と同様の特性を得ることができる。
第8図は、第7図における抵抗21を、電子ス
イツチ31a,31bとコンデンサ31cで構成
されるスイツチド・キヤパシタ31とおきかえた
もので、スイツチド・キヤパシタ15と31を同
じスイツチングパルスで駆動することにより、第
6図の説明では固定であつた周波数Hも同時に制
御可能となる。その結果、1Hの比を一定に保
つたまま、折点周波数を可変できる様になるた
め、1Hの比を10倍程度の関係になる様に設定
することにより、高域の発振防止は当然のこと、
高域のループ利得を適当な値(適正ダンピングが
得られる位相進み量を確保したまま、高域利得を
下げる。)に抑制して、より安定な制御を実現す
ることができる。
第9図aは周波数によつて、そのカツトオフ周
波数が制御されるローパスフイルタ8の構成例で
ある。同図において、41は電子スイツチ41
a,41bとコンデンサ41cによつて構成され
るスイツチド・キヤパシタ、42は電子スイツチ
42a,42bとコンデンサ42cによつて構成
されるスイツチド・キヤパシタで、コンデンサ4
3,44および演算増幅器45で2次の正帰還型
フイルタを構成する。スイツチド・キヤパシタ4
1,42は第4図の説明に用いたスイツチングパ
ルス発生回路12でスイツチングされ、そのスイ
ツチング周期に比例した等価抵抗値をもつ。第9
図bは同図aの等価回路である。スイツチド・キ
ヤパシタによる等価抵抗41′,42′はスイツチ
ング周波数に逆比例するため、この2次ローパス
フイルタのカツトオフ周波数はスイツチング周波
数に比例して可変される。
以上述べた様に、本発明のモータ制御装置は、
モータの基準周波数、すなわち回転数に比例し
て、制御ループの利得、高域補償フイルタの折点
周波数、ローパスフイルタのカツト・オフ周波数
をすべて同時に変えることが出来る。
すなわち、いかなる設定回転数においても、
周波数発電機の出力周波数、制御ループのゲイ
ン交点周波数、高域補償フイルタの折点周波
数、ローパス・フイルタのカツト・オフ周波数
それぞれの相互の関係(周波数比)を一定と出来
る為、常に制御ループのゲイン交点での位相余有
は一定値とすることが出来、常に最適なダンピン
グ値が保持されて、安定な性能を発揮することが
出来る。
【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
構成図、第2図は高域補償回路の特性図、第3図
はモータの制御特性を示す図、第4図は高域補償
回路の構成例図、第5図はスイツチングパルス発
生回路の出力パルスのタイムチヤート、第6図は
第4図の高域補償回路の特性図、第7図および第
8図は高域補償回路の他の構成例図、第9図a,
bはローパスフイルタの構成例とその等価回路図
である。 1……モータ、3……周波数発電機、4……分
周回路、5……発振回路、6……位相比較回路、
7……高域補償回路、8……ローパスフイルタ、
9……駆動回路、11,15,31,41,42
……スイツチド・キヤパシタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 回転数に応じた周波数信号を発生する周波数
    発電機を備えたモータと、基準周波数信号と前記
    周波数発電機の出力周波数信号を比較して位相誤
    差信号を出力する位相比較手段と、該位相比較手
    段の出力信号を増幅し、かつその出力信号に含ま
    れている高い周波数成分の位相を進めるための高
    域補償手段と、該高域補償手段の出力信号に含ま
    れるリツプル成分を除去するためのフイルタ手段
    と、該フイルタ手段の出力電圧を増幅して前記モ
    ータに駆動電流を供給する駆動手段を含めて構成
    されるモータの位相制御ループを具備し、かつ前
    記高域補償手段を、外部の制御信号によつて増幅
    度が制御される可変増幅器と、同じく外部の制御
    信号によつて折れ点周波数が制御されるハイパ
    ス・フイルタで構成し、かつ前記高域補償手段を
    前記モータの回転数に比例した周波数信号で制御
    するようにしたことを特徴とするモータの制御装
    置。 2 特許請求の範囲第1項の記載において、前記
    基準周波数信号の整数倍の周波数をもつ周波数信
    号で、前記高域補償手段の折点周波数と増幅度を
    制御するようにしたことを特徴とするモータの制
    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、前記基準周波数信号を発振器の出力周波
    数信号を分周することによつて得、前記発振器の
    出力周波数信号で、前記高域補償手段の折点周波
    数と増幅度を制御するようにしたことを特徴とす
    るモータの制御装置。 4 特許請求の範囲第1項または第2項の記載に
    おいて、前記基準周波数信号を発振器の出力周波
    数信号を分周することによつて得、前記発振器の
    出力周波数信号で、前記高域補償手段の折点周波
    数と増幅度を制御するとともに、前記フイルタ手
    段のカツトオフ周波数を制御するようにしたこと
    を特徴とするモータの制御装置。 5 特許請求の範囲第1項または第2項の記載に
    おいて、前記高域補償手段を、スイツチド・キヤ
    パシタで構成される等価抵抗を入力素子とした反
    転増幅器と、スイツチド・キヤパシタで構成され
    る等価抵抗とコンデンサの並列素子を入力素子と
    した反転増幅器を含めて構成したことを特徴とす
    るモータの制御装置。 6 特許請求の範囲第1項または第2項の記載に
    おいて、前記高域補償手段を、スイツチド・キヤ
    パシタで構成される等価抵抗を入力素子とした反
    転増幅器と、コンデンサと抵抗の直列素子をスイ
    ツチド・キヤパシタで構成される等価抵抗と並列
    にして構成される合成素子を入力素子とした反転
    増幅器を含めて構成したことを特徴とするモータ
    の制御装置。 7 特許請求の範囲第1項または第2項の記載に
    おいて、前記高域補償手段を、スイツド・キヤパ
    シタで構成される等価抵抗を入力素子とした反転
    増幅器と、スイツチド・キヤパシタで構成される
    等価抵抗とコンデンサの直列素子を、さらに別の
    スイツチド・キヤパシタで構成される等価抵抗と
    並列にして構成される合成素子を入力素子とした
    反転増幅器を含めて構成したことを特徴とするモ
    ータの制御装置。 8 特許請求の範囲第1項または第2項の記載に
    おいて、前記フイルタ手段を構成する抵抗をスイ
    ツチド・キヤパシタで構成される等価抵抗にした
    ことを特徴とするモータの制御装置。
JP56176878A 1981-11-04 1981-11-04 モ−タの制御装置 Granted JPS5879483A (ja)

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JPS5879483A JPS5879483A (ja) 1983-05-13
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