JP2537347B2

JP2537347B2 - 速度制御装置

Info

Publication number: JP2537347B2
Application number: JP61119483A
Authority: JP
Inventors: 一恩田; 昌治名波
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1996-09-25
Anticipated expiration: 2011-09-25
Also published as: JPS62277083A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は速度制御装置に関し、特に、位相同期ルー
プ（PLL）回路を用いてモータの回転速度の制御するよ
うな速度制御装置に関する。

［従来の技術］第５図はPLL回路を用いた従来の速度制御装置の概略
ブロック図である。

まず、第５図を参照して、従来の速度制御装置につい
て説明する。位相差検出回路１には外部から指令パルス
が与えられるとともに、モータ６の回転数を検出するロ
ータリエンコーダ８から回転数に応じた回転信号が与え
られる。位相差検出回路１は指令パルスと回転信号との
位相差を検出し、その位相差に応じたパルス幅の検出信
号をループフィルタ２に与える。ループフィルタ２は検
出信号に含まれる高周波成分を除去し、位相差に応じた
パルス幅の検出信号をアナログ信号として位相進み回路
３に出力する。この位相進み回路３は位相余裕を確保す
るためのフィルタである。

位相進み回路３の出力は電流制御回路４に与えられ
る。この電流制御回路４にはモータ６に供給される電流
を検出する電流検出器７の検出信号が与えられる。電流
制御回路４はモータ６に生じる誘起電圧係数の影響など
を除去して電力増幅回路５からモータ６に供給される電
流を制御するものである。そして、電力増幅回路５は電
流制御回路４の出力に基づいて、モータ６を駆動する。
モータ６の回転数はロータリエンコーダ８によって検出
され、回転数に応じた回転信号が前述のごとく位相差検
出回路１に与えられる。

［発明が解決しようとする問題点］上述の第５図に示したPLL回路を用いた速度制御装置
は、高精度の回転数制御系に広く用いられている。しか
し、近年では、位相がロックした定常状態における回転
数の安定度とともに、始動，停止を高速に行なうという
用途が増大してきている。たとえば、磁気ディスクの検
査装置などにおいては、停止状態から回転数が3600rpm
になるまで２秒程度で始動し、定常状態（3600rpm）で
高精度に回転している状態において、ディスクの検査を
行ない、その後２秒程度で停止して一連の動作を終了す
る必要がある。

ところが、PLL回路は、位相がロックした後、あるい
は位相ロック付近における引込み動作は高精度でありか
つ高速に行なうことができるが、ロック状態から離れて
いる場合には、加速または減速トルクが小さく、このよ
うな急速な加減速には適していない。特に、第５図に示
したように安定性を確保するために位相進み回路３を設
けている場合には、ロック時に比較的高周波域の高いゲ
インの部分で使用されていて、安定度が保たれている。
しかし、急速加減速時には、電力増幅回路がほぼ飽和状
態で使用されるため、低周波域（直流）のゲインが要求
されるが、これが満足されないという欠点があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、定常状態にお
ける安定性を確保できるばかりでなく、始動，停止など
の急速な加減速にも追従して速度を制御できるような速
度制御装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］この発明は指令信号とエンコーダによって検出された
モータの回転信号との位相差を検出する位相差検出手段
と、位相差検出手段の検出信号から高域成分を除去する
ためのループフィルタと、ループフィルタの出力の位相
が進むように制御するためのコンデンサを含む位相制御
手段と、位相制御手段出力に基づいて、モータを駆動す
るモータ駆動手段とを含む位相同期結合ループからなる
速度制御装置において、指令信号とモータの回転信号と
の周波数差を検出する周波数差検出手段と、周波数差検
出手段が予め定める周波数差を検出したことに応じて、
コンデンサを無能化して位相進みをなくし、低周波数域
におけるゲインを上げるためのスイッチ手段とを備えて
構成される。

［作用］この発明の速度制御装置は、急加減速時において指令
信号とモータの回転信号との周波数差が大きくなること
を検出し、位相制御手段に含まれるコンデンサを無能化
して位相制御手段の直流ゲインを大幅に上げ、駆動手段
の最大出力でモータの加減速を行なうことにより、加減
速トルクを大きくできる。

［発明の実施例］第１図はこの発明の一実施例の概略ブロック図であ
り、第２図は第１図に示した周波数差検出回路の具体的
なブロック図であり、第３図は第１図に示した位相進み
回路とスイッチ手段の具体的なブロック図である。

第１図ないし第３図を参照して、この発明の一実施例
の構成について説明する。なお、第１図における位相差
検出回路１とループフィルタ２と位相進み回路３と電流
制御回路４と電力増幅回路５とモータ６と電流検出器７
とロータリエンコーダ８は前述の第５図と同じであり、
周波数差検出回路９とスイッチ手段10を設けた点が第５
図と異なる。周波数差検出回路９は位相差検出回路１に
与えらえる指令パルスとロータリエンコーダ８で検出さ
れたモータ６の回転数に応じた回転信号との周波数差を
検出するものである。周波数差検出回路９は指令パルス
と回転信号との周波数差が予め定める値以上になったと
き、スイッチ手段10を閉じ、位相進み回路３に含まれる
コンデンサＣの両端を短絡する。周波数差検出回路９は
第２図に示すように、指令パルスの周波数f1を電圧に変
換するf/V変換回路91と、回転信号の周波数f2を電圧に
変換するf/V変換回路92と、f/V変換回路91および92のそ
れぞれの出力を比較するコンパレータ93とによって構成
される。

また、位相進み回路３は第３図に示すように、演算増
幅器31を含む。演算増幅器31の一端は接地され、他端に
はコンデンサＣと抵抗R1とからなる直列回路と抵抗R2と
が並列接続されるとともに、この他端と出力端との間に
は抵抗R3が接続される。そして、コンデンサＣの両端に
はスイッチ手段10が接続される。このスイッチ手段10は
たとえばリレーやアナログスイッチなどによって構成さ
れる。

第４図はコンデンサの短絡時と非短絡時における位相
進み回路のゲイン対周波数特性を示す図である。

次に、第１図ないし第４図を参照して、この発明の一
実施例の具体的な動作について説明する。モータ６が停
止している状態において、ロータリエンコーダ８は回転
信号を出力しない。このとき、指令パルスが位相差検出
回路１に与えられると、周波数差検出回路９は指令パル
スと回転信号との周波数差を検出する。すなわち、周波
数差検出回路９のf/V変換回路91は指令パルスの周波数f
1を電圧V1に変換してコンパレータ93の一方入力端に与
える。一方、f/V変換回路92は回転信号の周波数f2を電
圧V2に変換するが、モータ６が回転していないため、ほ
ぼ0Vの電圧V2を出力してコンパレータ93の他方入力端に
与える。

コンパレータ93は電圧V1とV2とを比較し、両者の差が
大きいことを検出して、スイッチ手段10を閉じる。それ
によって、位相進み回路３のコンデンサＣが短絡されて
無能化される。このとき、抵抗R1をR2よりも小さくして
おくと、位相進み回路３は、第４図（ｂ）に示すよう
に、低周波域におけるゲインが大幅に増大する。このた
め、演算増幅器31はほぼ飽和状態で動作する。この演算
増幅器31の出力は電流制御回路４に対する電流指令値と
なるので、電流制御回路４はモータ６に最大電流を供給
するように電力増幅回路５によってモータ６を駆動させ
る。それによって、モータ６は急速に加速される。この
加速モードでは、PLL回路モードが全く動作せず、オー
プン状態で動作することになる。

モータ６が回転すると、ロータリエンコーダ８はその
回転数に応じた回転信号を出力して位相差検出回路１に
与える。周波数差検出回路９は指令パルスと回転信号と
の周波数が予め定める値以下になると、スイッチ手段10
を開く。それによって、位相進み回路３のコンデンサＣ
が有効化され、第４図（ａ）に示すように、演算増幅器
31の低周波域のゲインが低下し、位相進み回路３の位相
進み動作が作用し、前述の第５図で説明した定常のPLL
制御モードに移行する。

モータ６を減速させるための比較的周波数の低い指令
パルスが位相差検出回路１に与えられると、周波数差検
出回路９はロータリエンコーダ８からの比較的高い周波
数の回転信号と検出パルスとの周波数差を検出して、再
びスイッチ手段10を閉じる。それによって、位相進み回
路３のコンデンサＣが無能化され、演算増幅器31の低周
波域におけるゲインが増大し、加速時と同様にして、演
算増幅器31は飽和状態となる。そして、この演算増幅器
31の出力に基づいて、電流制御回路４は電力増幅回路５
に対して、最大電流でモータ６を減速させるように駆動
させる。その結果、モータ６は急速に減速される。

上述のごとく、この実施例によれば、モータ６の急加
減速時において、PLL制御モードを開放してオープン状
態によりモータ６を最大電流で駆動するようにしたの
で、ロック状態から離れても加速または減速時のトルク
を大きくすることができる。そして、定常状態では、モ
ータ６の回転数を指令パルスの位相にロックさせて高精
度に速度制御を行なうことができる。

なお、上述の実施例では、モータ６として回転型モー
タを用いた場合について説明したが、これに限ることな
くリニアモータの速度制御にもこの発明を適用できるこ
とは言うまでもない。

また、上述の実施例では、周波数差検出回路９をf/V
変換回路91,92とコンパレータ93とによって構成した
が、これに限ることなく、指令パルスとロータリエンコ
ーダ８からの検出パルスをそれぞれアップダウンカウン
タで計数し、それぞれの計数値を比較するようにしても
よい。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば、指令信号とエンコ
ーダによって検出されたモータの回転信号との周波数差
を検出し、周波数差が大きいときに位相制御手段に含ま
れるコンデンサを無能化させて、低周波域におけるゲイ
ンを大幅に増大してモータを駆動するようにしたので、
加減速時におけるトルクを極めて大きくすることができ
る。しかも、モータの回転数が正常状態になると、位相
制御手段のコンデンサを有効化するようにしたので、モ
ータの速度を高精度で制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略ブロック図である。
第２図は第１図に示した周波数差検出回路の具体的なブ
ロック図である。第３図は第１図に示した位相進み回路
とスイッチ手段の具体的なブロック図である。第４図は
コンデンサの短絡時と非短絡時における演算増幅器のゲ
イン対周波数特性を示す図である。第５図は従来の速度
制御装置の概略ブロック図である。図において、１は位相差検出回路、２はループフィル
タ、３は位相進み回路、４は電流制御回路、５は電力増
幅回路、６はモータ、７は電流検出器、８はロータリエ
ンコーダ、９は周波数差検出回路、10はスイッチ手段、
31は演算増幅器、91,92はf/V変換回路、93はコンパレー
タ、Ｃはコンデンサ、R1,R2,R3は抵抗を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】指令信号とエンコーダによって検出された
モータの回転信号との位相差を検出する位相差検出手段
と、前記位相差検出手段の検出信号から高域成分を除去する
ためのループフィルタと、前記ループフィルタの出力の位相が進むように制御する
ためのコンデンサを含む位相制御手段と、前記位相制御手段出力に基づいて、前記モータを駆動す
るモータ駆動手段とからなる位相同期結合ループから構
成された速度制御装置において、前記指令信号と前記モータの回転信号との周波数差を検
出する周波数差検出手段と、前記周波数差検出手段が予め定める周波数差を検出した
ことに応じて、前記コンデンサを無能化して位相進みを
なくし、低周波数域におけるゲインを上げるためのスイ
ッチ手段とを備えた、速度制御装置。