JPH0223081A - 速度制御装置 - 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
る速度制御ｌｌ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、速度全電機を回転体に連結することなく、回転体
の固定子巻線に誘起される交番電圧を矩形波に波形整形
した信号（ＦＣ信号）を用いる方法（例えば、「位置検
出素子を省略したブラシレス直流モータ駆動方式Ｉ　　
Ｎｔｉｏｎａｌ　ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔｐ６
１４　　Ｖｏｌ、３３　Ｎｏ、５　　ＯＣＴ、１９１１
７）があり、ＦＣ信号の周波数もしくは繰り返し１７１
期のみを速度情報として用いて速度制御を行ない、節１
１’ｔな構成で回転体を比較的安定に速度制御すること
ができる、（例えば、特公昭５７−１８４３４号公報に
示されている。） ところで、この周波数あるいは周期検出方式は固定子巻
線に誘起された交番電圧を矩形波信号になるまでに十分
増幅し、その矩形波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、増幅後の交番
電圧の矩形波信号のリーディングエツジＣ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、より高精度な制ｊｎを実現しようとすると
、一定の回転速度において固定子巻線に誘起される交番
電圧を同じにし、矩形波信号の周期をより正確なものに
しなければならない。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成において、例えば回転子
に１２極（６極対）、固定子に９コイルよりなる回転体
を３．（■半波方式の駆・助力式を用いて回転させたと
き、固定子巻線に誘起される交番電圧を増幅して得られ
る矩形波信号の周期は、回転子の着は精度、ｒｉ２１転
子・固定子の取付精度などのバラツキにより、１周期ご
とに正規の周期より長い周期・短い周期が交互に現われ
るため、制御系に矩形波信号の周波数の１／２の周波数
の外乱となって現われ、制御特性が悪化してしまうとい
う問題があった。特に、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ
）のシリングモータのように高精度な回転が要求される
制御系では、外乱の周波数が制御系の慣性領域にもかか
わらず問題となっていた。

また、■産時には調整をほとんど行なわないので、全数
においてＦＧ信号の周期を正確に管理しておくことば困
難であった。

本発明は上記問題点に鑑み、固定子巻線に誘起される交
番電圧より得られた矩形波信号の周期が定速回転時にお
いて異なっていても、矩形波信号の周期が一定であるか
のように矩形波信号の周期のずれを補正し、高精度な制
御を行う速度制御装置を実現せんとするものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の速度制御装置は、回
転体の速度情報を有する交流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′セ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ｉ駆動手段と、前記交流信号の連続する
周期検出値の第１の周期検出値と正規値から第１の偏位
量を、第２の周期検出値と前記正規イ直から第２の偏位
量を算出し、前記第１．第２の偏位量の減算値が略一定
であるときにその算出結果から前記基＄値の補正を行な
わせる誤差出力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固定子ω線に誘起される
交番電圧より得られた矩形波信号の周期が定速回転時に
おいて異なっていても、矩形波信号の周期が一定である
かのように矩形波信号の周期のずれを演算器によって補
正するようにしているので、誘起される交番電圧より得
られた矩形波信号の周期がずれていても制御系に外乱と
なって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速度制御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、ここではプロセッサを用いて実現している。

モータｌの固定子巻線（図示」±−ず）に誘起される交
番電圧信号が波形整形回路２に人力される。波形整形回
路２の出力はチャンぶルセＬ”９３ａ、演算２Ｓ３ｂ、
メモリ３ｃ、周ｊｊＪｌ検出器３ｄ、データバス４，５
．６からなるプＩ′ｌセッサ３のチャンネルセレクタ３
ａに供給され、前記チャンネルセレクタ３ａは前記プロ
セッサ３のメモリ３ｃ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ハス４を介して前記プロ
セッサ３のメモリ３Ｃに供給される。

また、前記波形整形回路２が出力信号を出力すると、前
記チャンネルセレクタ３ａのタイミング信号出力端子３
ｅからタイミング信号が出力され周期検出器３ｄに供給
される。前記周期検出器３ｄは前記タイミング信月出力
端子３ｅから出力されるタイミング信号の周期、すなわ
ち、前記波形整形回路２の出力信号の周期を測定しデー
タバス６を介して前記プロセッサ３のメモリ３Ｃに供給
する。前記メモリ３Ｃはチャンネルセレクタ３ａ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３では前記周期検出器３ｄより
データバス６を介して前記プロセッサ３のメモリ３Ｃ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３ｂ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５を介してディジ
タル−アナログ変換器７に供給している。前記ディジタ
ル−アナログ変換器７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。）８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図は周期補正の動作説明をするための信号波形図で
あり、モータ１が定速回転しているときの信号波形図で
ある。第２図（ａ）は固定子巻線に誘起された交番電圧
の信号波形（ＦＣ信号）を示したもので、第２図（ロ）
は波形整形器２の出力信号波形、第２図（Ｃ）はチャン
ネルセレクタ３ａのタイミング信号出力端子３ｅから出
力されるタイミング信号であり、その周期を測定して速
度情報としている。第２図（ｄ）は演算器３ｂにより算
出された速度誤差信号であり、モータｌの回転速度が定
速にもかかわらず、速度誤差信号が一定値ではなくＦＣ
信号が入力されるごとに°０°より大きくなったり小さ
くなったりしている。これは、ＦＣ信号の周期が常に一
定ではな（１周期ごとに変化し、正規の値より大きくな
ったり小さくなったりしているからである０例えば、モ
ータｌが設定速度で回転しているとき、連続するＦＣ信
号の波形整形後の周期をＰＩ、Ｐ２とし、Ｐｌ：Ｐ２の
比が９８：１０２になっているとすると、周期検出器３
ｄの周期Ｐ１の検出値は第２図の時刻ｔ１から時刻Ｌ２
までの時間間隔となり、正規の値より２％短い値となる
。また、周期検出器３ｄの周期Ｐ２の検出値は時刻ｔ２
から時刻ｔ３までの時間間隔であり、周期の値は正規の
値より２％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２％短い値となり、時刻Ｌ４から時刻Ｌ５
までの時間間隔は正規の値より２％長い値となる。した
がって、連続するＦＧ倍信号周期は正規の周期の値より
短い区間と長い区間が交互に現れる。

すなわちＦＣ信号の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３の演算器３
ｂ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２％短くなっ
ていることから速度が２％速くなったときの速度誤差出
力となり、時刻Ｌ２から時刻ｔ３までの区間では周期が
２％長くなっていることから速度が２％遅（なったとき
の速度誤差出力となる。そのため、モータｌ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。

しかしながら、第１図に示した本発明の実施例ではモー
タ１が定速回転しているときにＦＧ倍信号周期の比が正
確に１００：１００になっていなくても周期のずれを補
正することにより充分な周期の比が確保でき、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。

連続するＦＣ信号の第１のＦＧ倍信号区間をＡ区間、第
２のＦＣ信号の区間をＢ区間とすると、モータｌがＦＣ
信号の１周期で制御されており、ＦＧ倍信号周期が交互
にずれた状態で制御が行なわれている。このときに、Ｆ
Ｃ信号の１／２の周波数でのモータ１の制御特性は慣性
領域である。

制御系の安定性より、制御領域はＦＧ周波数の約１／２
０程度であるので、ＦＣ周波数の１／２の周波数での外
乱応答特性は制御領域に比べ約１／１０になっている。

それにもかかわらず、ＦＧ倍信号周期のずれにより誤差
信号としてはモータ１の本来の応答により得られる値よ
り大きくなっている０通常ＦＧ信号の１／２の周波数で
のモータｌの応答はほとんど外乱の影容を受けず、その
結果として誤差出力の値もほぼ一定となる。

この特性を用いて、連続するＦＧ倍信号周期が交互に太
き（なったり小さくなったりしたときには、その原因が
モータ１の応答ではなくＦＧ倍信号よる周期のずれであ
るものと判断して補正するようにする。

ここで、ＦＣ信号の周期の比にずれがなければ、へ区間
とＢ区間の周期の値は同じとなる。しかし、ＦＣ信号作
成時においてＰＧ倍信号周期の比が１００　：　１００
からずれるため、Ａ区間とＢ区間の周期の値は同じとは
ならずに周期のずれに応じた値だけずれてしまう。へ区
間における周期のずれＵを−ΔＡとすると、Ｂ区間での
周期のずれ量はΔＡとなる。すなわち、ＦＧ倍信号周期
のずれ星はへ区間、Ｂ区間の周期の差より求めることが
でき、（１）式で表される。

−Ａ ΔＡ＝　　　　　　　　　　　　　・・・・・・（１）
ここで、Ａ、ＢはそれぞれＡ区間、Ｂ区間の周ルーの値
を示す。また、へ区間、Ｂ区間に応じたメモリ３ｃのア
ドレスの選択はチャンネルセレクタ３ａのアドレス更新
１３号に基づいて行われる。

したがって、ＦＣ信号の周期のずれΔＡを求め、各区間
において基に’Ａ　ｌｉｉの補正を行なう。すなわち、
Ａ区間においては基準値に−ΔＡの演算を行い、Ｂ区間
においては基準値に＋ΔＡの演算を行えばＦＧ倍信号周
期のずれを補正することができる。

基準値の補正は（２）、　（３１式であられされる。

ＤＡ＝Ｄ−ΔＡ　　　　　　　　・・・・・・（２）Ｄ
Ｂ＝Ｄ−ΔＡ　　　　　　　　・・・・・・（３）ここ
で、ではあらかじめ決められた回転速度の基準値であり
、ＤＡ、Ｄ、３はそれぞれＡ区間、Ｂ区間の補正後の基
準値である。

第２図（ｅ）は上記方法により求めた周期補正量であり
、Ａ区間では負の１１へとなりＢ区間では正の値となっ
ている。

以上の計算式に基づくプロセッサ３によるＦＣ信号周期
ずれ補正のフｌｌｌ−チャートを第３図に示す。

ここでは、へ区間とＢ区間の周期検出の検出精度を高（
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から除外する。平均化の回数
をｎとすれば、へ区間、Ｂ区間の平均値はそれぞれ て（１）式は（４）式のようになる。

ΔＡ＝ ・・・・・・（４） まず、ブロック３０１では連続するＦＣ信号の周期を計
算し、ブロック３０２ではＦＣ信号の周期より偏位置を
求め、連続するＦＣ信号の偏位置の差がほぼ一定である
かどうかを判断する。偏位置の差がほぼ一定でなければ
モータ１の回転速度が変化しており、定速になるまでＦ
Ｇ倍信号周期の補正を行なわずに１周期の値をもとにモ
ータ１を制御する。モータｌが定速で回転するようにな
れば、ブロック３０３でＡ区間、Ｂ区間それぞれの周期
を計測し、ブロック３０４で０回終了したかどうかを判
断し、０回終了していなければブロック３０３にもどる
。ｎ＠終了すればプロ、り３０５においてへ区間、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Ｉ／２して補正量ΔＡ
のイ１６を求めている。ブロック３０６において補正後
の基ｃ１１値ＤＡ、ＤＢを求めている。補正後の基準値
ＤＡ、Ｄ、が求まった後では、ブ「１ツク３０７のＦＣ
周１すＩ補正の制御へ移行する。

ＦＧ周周期正の制御へ移行した後の演算器３ｂの速度誤
差出力の演算式は（２）、　（３１式゛ご求めた補正後
の基準値ＤＡ、Ｄ、を用いて（５）、　（６１式のよう
になる。

０Ａ＝Ａ−ＤＡ　　　　　　　　　・・・・・・（５）
ＯＢ＝Ｂ−ＤＢ　　　　　　　　　・・・・・・（６）
ここで、ＯＡはＡ区間の速度誤差出力、０゜はＢ区間の
速度誤差出力である。

このように、ＦＣｄａ号の周期のずれを、（４）式より
求めた補正値ΔＡを用いて、（２）、　（３）式のよう
に回転速度の基準値を補正するので、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、ＦＣ信号の周期のずれ
を連続するＦＣ信号の周期の値の偏位量の差がほぼ一定
になることより検出し、出力補正データとしてプロセッ
サ３のメモリ３ｃに格納しているので、定速回転時には
、出力補正データを用いて速度誤差を算出するのでＦＣ
信号の周期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、高精度な制御が実現できる。

なお、本実施例ではＦＣ信号の作成に回転体の固定子巻
線に誘起される交番電圧を用いたが、他の方法により作
成されたＦＣ信号でもＦＣ信号の１／２の周波数におい
て周期のずれがあるものであれば本発明は十分な効果を
発渾する。

また、プロセッサを用いてチャンネルセレクタ。

演算器、メモリ、周期検出器を構成したが、各々個別の
ハードウェアで構成しても何等差しつかえない。

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
信ぢの周期を検出する周期検出手段と、前記周期検出１
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τγ器と、前記誤差出力に
基づいて前記回転体にＵ動電力を供給する駆動手段と、
前記交流信号の連続する周期検出値の第１の周期検出値
と正Ｍｌ値から第１の偏位量を、第２の周期検出値と前
記正規値から第２の偏位量を算出し、前記第１．第２の
偏位置の減算値が略一定であるときにその算出結果から
前記基準値の補正を行なわせる誤差出力補正手段をｐ：
備したことを特徴とするもので、ＦＣ信号の１／２の周
波数ので生じる周期のずれを連続するＦＧ倍信号周期の
値の偏位置の差がほぼ一定になることより検出し、基準
補正データとしてプロセッサ３０メモリ３Ｃに格納して
いるので、定速回転時には、基準値補正データを用いて
速度誤差を算出するのでＦＣ信号の周期のずれの影響を
受けない誤差出力を出力することができ、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速度制御装置のブロ
ックダイアグラム、第２図は回路動作を説明するための
信号波形図、第３図は基準値補正動作を説明するための
フローチャートである。 ｌ・・・・・・モータ、２・・・・・・波形整形器、３
・・・・・・プロセッサ、３ａ・・・・・・チャンネル
セレクタ、３ｂ・・・・・・演算器、３Ｃ・・・・・・
メモリ、３ｄ・・・・・・周期検出器、４．５．６・・
・・・・データバス、７・・・・・・ディジタル−７−
１−ロク変換器、８・・・・・・パワーアンプ。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第１図 区 Ｃｑ 派 第 図

Claims (2)

【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、前記交流信号の連続
   する周期検出値の第１の周期検出値と正規値から第１の
   偏位量を、第２の周期検出値と前記正規値から第２の偏
   位量を算出し、前記第１、第２の偏位量の減算値が略一
   定であるときにその算出結果から前記基準値の補正を行
   なわせる誤差出力補正手段とを具備してなる速度制御装
   置。
2. （２）回転体の速度情報を有する交流信号の少なくとも
   ２周期にわたって周期検出手段が周期検出を行なうごと
   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請求項（１）記載の速度制
   御装置。