CN85108213A - 直流伺服电机的控制系统 - Google Patents

Abstract

直流伺服电机的锁相环控制系统包括：一个相位参考信号发生部分，一个相位控制部分，一个速度参考信号发生部分，一速度控制部分，一全加器，一产生电机转速控制信号的信号转换部分。电机控制伺服回路完全是基于数字基础构成的，伺服回路的伺服控制部分能由单片集成电路构成。

Description

本发明涉及用于直流伺服电机的锁相环式控制系统。根据本发明的系统可用于作为复印机（具有将复制文本放大或缩小的功能）扫描部分的驱动部件的直流伺服电机。

一般来说，在一台电子复印机器中，需要使光敏滚桶的线速度与对文本的扫描速度同步。在能够放大或缩小被复制文本的复印机中，这种同步通常是这样获得的，在作为驱动部件的电机（它同时驱动光敏滚桶和文本扫描部分）和从动部件之间插入齿轮式速度转换装置，并选择与放大系统相应的齿轮比。

然而，近来有一种增加复印机中的放大和缩小种类的趋势。如果利用齿轮式速度转换装置来实现增加放大和缩小的种类，速度转换装置的尺寸就必须加大。为了克服这种情况，已经提供了一种专为文本扫描用的伺服电机以便防止复印机尺寸的增加。但是，当设计这种伺服电机的控制装置时，必须保证能正确地进行速度控制，且起始上升特性必须是令人满意的等等。

已经有人提出利用数字技术来实现对伺服机构运行的控制，例如用控制模式的转换或速度指令的数字输入，并利用模拟技术提供模拟放大器和模拟相位补偿电路，来构成数字/模拟型控制系统。

然而，这种数字/模拟型控制系统有一个缺点，即需要数字/模拟转换器，并且在伺服回路中需要大量的电路元件，例如电容器，电阻器和类似器件，来进行增益调节和相位补偿，因此，增加了电路元件的数量，而且电路结构也变得复杂了。此外，这种数字/模拟型控制系统还有一个缺点，就是需要一个调节装置来调整电路元件的常数。这种系统的另一个缺点是需要精确计算电路结构成分，并且需要使用高精度的电路元件。除此之外，即使在同一控制系统中，当换用不同的电机或不同的负载时，必须改变电路的常数，这就增加了应付这种改变的负担。

在已公开但尚未审查的日本专利（公开）58-58559，58-103893，和58-555059号中披露了一种先有技术中的伺服电机的控制系统。

本发明的一个主要目的是提供一种用于直流伺服电机的改进的锁相环控制系统，其中，伺服回路是完全基于数字构成的，且伺服回路的常规部分可利用门阵列的结构作在一片集成电路上，而无需使用需要调节的模拟元件，高精度的模拟元件及类似元件。

本发明的另一个目的是通过确定伺服回路中的各个增益常数来实现直流伺服电机的平滑转动，而增益常数是根据构成伺服回路的控制理论导出的方程来确定的。

根据本发明的基本构思，提供一种用于直流伺服电机的锁相环控制系统，它包括：产生周期可任意选择的相位参考信号的装置;用来检测相位参考信号和直流伺服电机的转速信号之间的相位差以产生数字信号的相位控制装置;产生脉冲宽度可任意选择的速度参考信号的装置;利用速度参考信号检测转速信号周期以产生数字信号的速度控制装置;将相位控制装置和速度控制装置的输出相加的全加器;以及产生相应于在全加器中相加的结果的电机转速控制信号的信号转换装置。

根据本发明的另一构思，提供了直流伺服电机的锁相环控制装置，它包括：产生周期可任意选择的相位参考信号的装置;用来检测相位参考信号与直流伺服电机转速信号之间的相位差以产生数字信号的相位控制装置;产生脉冲宽度可任意选择的速度参考信号的装置;利用速度参考信号检测转速信号周期以产生数字信号的速度控制装置;将相位控制装置与速度控制装置的输出相加的全加器;直接寄存与直流伺服电机转速信号相关的数值的装置;用来选择寄存的数值或全加器中相加结果，并产生相应于选定的寄存值或全加器中相加结果的电机转速控制信号的信号转换装置。

根据本发明，可以获得一用于直流伺服电机的锁相环式控制系统，其中，伺服回路完全基于数字基础构成，且伺服回路的常规部分可利用门阵列技术作在一片集成电路上，而无需使用需调节的模拟元件，高精度的模拟元件或类似元件。

根据本发明，通过确定伺服回路的各个增益常数可实现直流伺服电机的平滑转动，增益常数是根据由构成伺服回路的控制理论导出的方程确定的。

在附图中：

图1是根据本发明实施方案的直流伺服电机的锁相环式控制系统的略图;

图2是图1所示系统的详细电路图;

图3是用于图2所示电路的时钟发生器的电路图;

图4示出了图3所示电路中使用的解码器中所进行的数字转换;

图5，6和7给出了图3所示电路中信号的波形;

图8示出了图2所示的电路中使用的全加器的工作情况;

图9示出了寄存器，门电路以及晶体管的工作和用于图2所示电路的电机运行之间的关系;

图10是图1所示系统的功能图;

图11是图1所示系统工作的流程图;

图12是图1所示系统的另一个详细电路图。

图1给出了根据本发明实施方案的直流伺服电机的锁相环式控制系统。图1所示系统的详细电路图示于图2。图2所示电路中所使用的时钟发生器的电路图示于图3。图1的系统包括一个指令部分2，一个振荡器3，一个相位参考信号发生部分41，一个相位控制部分42，一个速度参考信号发生部分51，一个速度控制部分52，一个相加部分6，一个具有脉冲宽度调制元件75和电机控制信号发生部分72的信号转换部分7，晶体管131，132，133和134，一台直流伺服电机11，和一旋转编码器12。例如，直流伺服电机是一台复印机中用于扫描原始文本的直流伺服电机。

在正旋转方向直流伺服电机11由开关晶体管132和133的导通来驱动。

旋转编码器12直接与直流电机11耦合，以提供检测转速的装置。旋转编码器12产生与电机11的转速成比例的信号S（12）。所产生的信号S（12）被提供给相位控制部分42中的锁存器424，速度控制部分52中的误码计数器523和锁存器524，以及速度参考信号发生部分51中的递减计数器512。

振荡器3是一个晶体振荡器，它所产生时钟脉冲S（3）用作为图1所示系统的工作参考信号。时钟脉冲S（3）将供给相位参考信号发生部分41中的递减计数器412，相位控制部分42中的时钟发生器422，速度参考信号发生部分51中的递减计数器512，速度控制部分52中的时钟发生器522，以及脉冲宽度调制装置71中的计数器711和D触发器713。

在图1系统中，指令部分2用来向图1系统中预先确定的部分提供数字数据或控制数据，这些数据是用来确定条件或工作模式的。指令部分2可包括一个微处理器21，一个只读存贮器22，一个随机存取存贮器，和一个地址锁存器24。

为了根据复印机的运行程序，以预定速度驱动原始文本扫描部分，指令部分在相位参考信号发生部分41中的寄存器411，相位控制部分42中的寄存器421，速度参考信号发生部分51中的寄存器511，速度控制部分52中的寄存器521和电机控制信号发生装置72中的寄存器721中设定必要的数字数据。

图1系统的指令部分2可以使用一台8085A（INTEL）微处理器，一个2764（INTEL）只读存贮器，一个8155（INTEL）随机存取存贮器，和一个74LS373（TI）地址锁存器。

下面将说明相位参考信号发生部分41的结构和工作。周期为T_p的信号从二分频电路413传送给相位参考信号发生部分41，此信号的周期T_p与信号S（12）的周期T相等，再以相位参考信号发生部分41传送给相位控制部分42中的计数器423。

由指令部分给寄存器411设定相应于周期T的数字数据并保持在411中。

可以给递减计数器412预置，它递减地对时钟脉冲S（3）进行计数。当给出一个错位信号时，寄存器411中置定的数字数据被预定在递减计数器412中，以使二分频电路413同时倒相。相位参考信号发生部分41重复上述工作。进而，二分频电路413的输出S（41）的周期T_p成为时钟脉冲S（3）的周期与寄存器411中置定的数字数据的乘积的一半。

下面说明相位控制部分42的结构和工作。相位控制部分42检测电机11的旋转相位并使检测到的旋转相位与相位参考信号发生部分41的输出信号S（41）的相位一致。相位控制部分42包括7位寄存器421，时钟发生器422，8位误码计数器423和8位锁存器424。

相位控制部分42的寄存器421中置定的数字数据n示于图4。图1系统各部分的信号波形示于图5，6和7。

时钟发生器422产生时钟信号S（422），此时钟信号是通过从振荡器3的时钟脉冲S（3）中减去与置定在寄存器421中的数字值相关的时钟脉冲数而得出的，并且时钟发生器422把所产生的时钟信号提供给误码计数器423来控制二分频电路输出的计数速度。

来自振荡器3的时钟脉冲S（3）被二分频电路4221分频，以产生信号S（4221），此信号被提供给4位计数器4222。计数器4222的4位输出2⁰，2¹，2²，2³传送给4位D触发器4223的相应数字D₀，D₁，D₂和D₃。由于把时钟脉冲S（3）提供给D触发器4223，所以D触发器4223的输出被延迟一个时钟周期。

D触发器4223输出翻转的Q₀，Q₁，Q₂和Q₃。计数器4222的输出2⁰，2⁴被输出以后，经一个时钟周期的延迟，翻转的输出Q₀和Q₃才从D触发器4223中输出出来。

计数器4222的4位输出2⁰，2¹，2²和2³被提供给“与·或”反向器门425的3输入“与”门4251，4252，4253和4254的一个输入端。D触发器4223的输出Q₀，Q₁，Q₂和Q₃被提供给三输入“与”门4251，4252，4253和4254的一个输入端。

把4位数字N（2³，2²，2¹，2⁰）和3位数字n（2²，2¹，2⁰）置定给寄存器421。把数字N的（2³，2²，2¹，2⁰）提供给“与”门4251，4252，4253和4254的剩下的一输入端。把“与”门4251到4254的输出提供给4输入“或非”门4255的输入端。

“或非”门4255的输出是“与/或”反向器门425的输入S（4255），它被提供给“与非”门4262的一个输入端。反向器4261将时钟脉冲S（3）反向，反向的时钟脉冲被提供给“与非”门4262的另一输入端。

当N＝10时，即N＝1×2³+0×2²+1×2¹+0×2⁰时，“与非”门4255的输出S（4255）为图5中所示的第7个波形。“与非”门4262的输出S（422）为图5中所示的最后一个波形。

四个“与非”门4251-4254中的每一个的三个输入中的一个输入端（N）是固定的。进而，由计数器4222的四个输出确定图3所示电路的一个周期，计数器对二分频电路4221的输出和D触发器电路4223的四个输出进行计数。上述周期等于时钟脉冲S（3）的32倍，也就是图5中的周期PERIOD〔S（3）×32〕。

上面描述的“与/或”反向器门电路425的结构是为了从32个时钟脉冲中减去N个时钟脉冲。这样“与非”门4262的输出S（422）就是从32个时钟脉冲中平均减去10个脉冲之后剩下的脉冲。

在寄存器421中置定的另外的数字n传送给译码器427，并转换成4位数据，其中，数字n相当于图4中的数字“1”。

译码器427的4位输出“1，2，3，4”被提供给计数器4281的低转高（Low-active）直接置定端，此计数器由能够直接置定的四个触发器电路的连接构成。

“与非”门4262的输出被提供给计数器4281的第一级触发电路的触发端T并通过反相器4282提供给“与非”门429。

计数器4281的四个触发器电路中每一个的输出都传送给“与非”门429。

这样，计数器4281构成1/2ⁿ分频电路，此计数器对“与非”门4262的输出进行计数。

假定时钟脉冲S（3）的频率是f（3），根据下列方程，可从“与非”门429中获得具有频率为f（429）的脉冲信号S（429）：

f（429）＝ (32-N)/32 · 1/(2ⁿ) ·f（3）

所获得的这个信号S（429）被提供给误码计数器423。误码计数器423是一个8位计数器，它在相位参考信号发生部分41的输出（41）的上升沿处开始对时钟发生器422的输出脉冲计数。

计数值S（423）不断增加直到满计数值255，这时，计数停止，且计数值保持在255，如图6第三个波形所示。当信号S（41）的电位变低时，计数器423被重新置零。误码计数器423的计数值S（423）被提供给锁存器424，并且被旋转编码器12的输出S（12）的上升沿锁存。进而，锁存器424中锁存的数值S（424）相应于相位差测量值△Q₁，△Q₂……，它们是相位参考信号S（41）的上升沿和旋转编码器12的输出S（12）的上升沿之间的时间差。

误码计数器423的输出S（423）的梯度或者是从0到255的计数值S（423）所用的时间t（255）是由置定给寄存器421的值N和n确定的。这表明相位差检测能力的范围是由数值N和n确定的。这就是说，相位控制部分的增益K₁（42）是由基于数值α的下列方程给出的：

K₁（42）＝ 255/(2π×α/T) （计数值/弧度）

换句话说，单位相位差的输出数的变化范围，即相位控制部分的增益，是根据数值N和n变化。

现在说明速度参考信号发生部分51和速度控制部分52的工作。当旋转编码器12以目标速度旋转时，寄存器511接收相应于输出信号周期t_a的数字，并保持之，而且把它提供给递减计数器512。

递减计数器512利用旋转编码器12的输出信号S（12）（图7）的上升沿预置寄存器511的设定值，并开始对时钟脉冲S（3）进行计数。

误码计数器523与输出S（12）的上升沿同步地重新置零，以成为备用状态。递减计数器512对已在寄存器511置定的值进行递减计数。这种递减计数的时间长度用t₁表示（图7）。

在输出借位信号S（借位）以后，计数器512停止计数，与此同时，将借位信号S（借位）送给误码计数器523，以启动对时钟发生器522输出的计数。因此，误码计数器523的计数值增加（图6）。从0计到255之后，8位误码计数器523停止计数并保持计数值255。同时将递减计数器512的借位信号S（借位）传送给脉冲宽度调制器71的“或非”门717的低转高（Low-active）端。

当旋转编码器12的输出S（12）的电位在上述计数期间上升时，误码计数器532的计数值被锁存器524锁定，并且该误码计数器523被重新置零。

寄存器521和时钟发生器522的结构与工作与相位控制部分442中的寄存器421和时钟发生器422相同。误码计数器523的计数的梯度或者是从0计到255所用的时间是由置定给寄存器521的数值N和n确定。

在电机11的速度增加，进而旋转编码器12的输出S（12）的周期缩短时，在误码计数器523或递减计数器512进行计数的同时，会发生信号电位的再次上升。在这种情况下，也把误码计数器523的“0”重新置给锁存器。

这样选择置给寄存器511的值，使得计数器512的计数时间长度t_l由下列方程给出：

t_v＝t_a-t_b/2

这是因为以电机11的目标速度旋转的旋转编码器12的输出信号周期t_a是从计数器512开始计数到达到误码计数器523的满计数值255的大约一半，即128，这段时间。

从0到255的数值是相对于从（t_a+t_b/2）到（t_a-t_b/2）这样的周期范围得到的，上述周期具有中心周期t_a，它是在电机11的目标速度时信号S（12）的周期，它是作为锁存器524的锁存值S（524）获得的，锁存器524在旋转编码器12的输出信号S（12）的每一上升沿时更新。所获得的值相应于数值：

1/(t_a+t_b/2) ～ 1/(t_a-t_b/2)

这是频率的形式，它是周期的倒数。

如上所述，t_b由N和n确定。这表明单位频率偏移的输出值的改变根据N和n变化，或者说相对于频率偏移的变化范围的可检测的范围，即速度偏移是变化的。

因此，速度控制部分的增益K₂（51，52）由包括β的下列方程表示：

$K_2\mathrm{=(51,52)=}\frac{\mathrm{255}}{\mathrm{2\pi (}\frac{1}{\mathrm{\pi -\beta /2}}-\frac{1}{\mathrm{T+\beta /2}})}$

（ (计数值)/(弧度/秒) ）

图7中波形的左侧表示当速度低于目标速度范围时的“较低速度”状态。图7中波形的中间部分表示速度在目标范围内的“在所期望的速度范围内”状态。图7波形的右侧部分表示速度高于目标速度范围时的“较高速度”状态。

加法器部分6包括具有进位功能的8位全加器61。全加器61在相位控制部分42的数值A和数值β＝S（524）-128之间执行相加运算，数值A是锁存器424的锁存值S（424）数值β是由反向器62使最高（二进制数）位S（524，MSB）反向，而从锁存器524的锁存值S（524）中导出的值。

把全加器61的输出S（61）表示成S（61）＝A+S（524）-128。A，S（524）和全加器61的输出S（61）之间的关系示于图8。在图8中，横坐标表示5（524）纵坐标表示S（61），横坐标和纵坐标之间的45°方向表示A。阴影区域表示S（61）可处的区域，在8位计算中的溢出区域S（溢出）和下溢区域S（下溢）由进位输出和S（524）的最高位MSB鉴别。在溢出区域S（溢出）和下溢区域S下溢进位变成“1”。在溢出区域S（溢出），最高位MSB等于1，在下溢区域S（下溢），最高位MSB等于0。

信号转换部分7包括脉冲宽度调制器71和电机控制信号发生部分72。

全加法器61的相加结果S（61）被提供给脉冲宽度调制器71的8位数字比较器712。全加法器的进位结果被提供给“与”门714和716的每一个输入端。

来自速度控制部分52的S（524）的最高位MSB被提供给“与”门714的低转高（Low-active）输入端和“与”门716的另一个输入端。

“与”门714的输出和误码计数器523的进位输出（当计数值达到255时，此进位输出变为“1”）被提供给D触发器713的低转高（Low-active）直接置位输入端。“与”门716的输出被提供给“或非”门717的另一个输入端。“或非”门717的输出被加到D触发器的低转高直接复位输入端R。

8位计数器711不断地对振荡器3的时钟脉冲S（3）计数。计数器711的输出S（711）的值从0到255周期地变化。输出S（711）被提供给比较器712，在此比较器中，将输出S（711）与S（16）进行比较。

当S（61）大于S（711）时，比较器712输出一个信号“1”。当S（61）小于S（711）时，比较器712输出一个信号“0”。比较器的输出的周期与计数器711的计数周期相同。比较器712的输出的脉冲宽度与S（61）的脉冲宽度成比例。比较器712的输出被提供给D触发器713的数据输入端D。

时钟脉冲S（3）被提供给D触发器713的触发输入端T。因此，触发器713输出一个具有比较器712的输出形状的波形，并消除电路工作的延迟引起的噪声。

脉冲宽度调制器71中具有门714到717。提供这些门的原因如下：当在全加法器61中发生溢出或下溢时，S（61）立即从255变到0或从0变到255。这是很不利的，由于S（61）的突然变化，比较器712输出的脉冲宽度发生突变，进而，控制系统变得不稳定了。而且，相位参考信号发生部分41的输出信号的周期与旋转编码器12的输出信号的周期之间的差在电机11的起动阶段或改变速度的阶段是很大的，因此，相位控制部分42的输出不是一个足够的相位差测量值。全加器61的输出在迅速增加或迅速减少时可以出现不必要的振荡来防止迅速增加到目标速度或迅速减少到目标速度，因此，在这方面S（61）的突然变化也是不利的。设置门714到717是为了消除上述缺点。

门714和715的功能如下：当全加器61中发生溢出时，也就是说门714的输出是“1”时，此外当电机处于加速状态时，也就是说误码计数器进位是1且电机11的速度低于可测量速度范围时，门714和715直接置位D触发器713使脉冲宽度调制器71的输出固定在最大脉冲宽度，即，频宽比为100%，而不考虑全加器61的输出情况。

门716和717的功能如下，当全加器61发生下溢时，即门716的输出是“1”时，或者当电机处于减速状态时，也就是说在计数器512处没有出现借位输出，且电机速度大于可测量的速度范围时，门716和717直接将D触发器713重新置零，以使脉冲宽度调制器71的输出固定在最小脉冲宽度，即频宽比为0%，而不考虑全加法器61的输出情况。

这样，在加速期间，电机11被加速至最大值，在减速期间，电机11停止驱动，因此，就可迅速达到目标速度，且可以实现系统的稳定控制。

电机控制信号发生部分72包括：一个二位寄存器721，“与”门722到725，和一个“与非”门726。寄存器721从指令部分2接收工作指令（X，Y）并保持接收到的工作指令。二位数据（X，Y）中的X被提供给门723，724和726。二位数据（X，Y）中的Y被提供给门722，725和726。脉冲宽度调制器71的输出被提供给门722和723。开关晶体管131，132，133和134的开/关状态由门722，723，724和725的输出控制。

寄存器721的数据（X，Y），门722到725的输出，晶体管131到134的开/关状态和电机11的运行之间的关系示于图9。在图中，“脉冲宽度调制”（PWM）表示与脉冲宽度调制器71输出的依存关系，这就是说，当电机正向旋转时，即，（X，Y）＝（0，1）时，或当电机反向旋转时，即，（X，Y）＝（1，0）时，电机的速度由脉冲宽度调制器71的输出决定。

图1的系统由图10所示的锁相环控制系统的方框图表示。在图10中，相位参考信号发生区41的输出信号S（41）的相位PH〔S（41）〕是整个系统的输入信号，旋转编码器12的输出信号S（12）的相位PH〔S（12）〕是整个系统的输出信号。输入信号和输出信号的差被送到相位控制部分42。相位控制部分的增益是K₁（42）。

具有增益K₂（51，52）的速度控制部分52的输出以负号形式加到相位控制部分42的输出中。K₃（71，131～134）是由晶体管131到134构成的桥式电路的增益。由于K₁（42）和K₂（51，52）相加的结果，加到电机上的电压相应于计数值从0到255的变化范围，从0伏变到V_M伏。因此，可得方程如下：

K₃（71，131～134）＝ 1/255 ·V_M

K（11）和T（11）是电机的常数。K₄（12）是每转一圈的脉冲数。

固有角频率ω（n）和阻尼常数C（阻尼）由下列方程表示：

$\mathrm{\omega \; (n)=}\sqrt{\frac{1}{\mathrm{T(11)}}{\mathrm{·K}}_1\mathrm{(42)·K}{}_3\mathrm{(71,131～134)·K}{}_4\mathrm{(12)·K(11)}}$

$\mathrm{C(阻尼)=}\frac{{\mathrm{1+K}}_2{\mathrm{(51,52)·K}}_3{\mathrm{(71,131～134)·K}}_4\mathrm{(12)·K(11)}}{2\sqrt{K_1{\mathrm{(42)·K}}_3{\mathrm{(71,131～134)·K}}_4\mathrm{(12)·K(11)·T(11)}}}$

常数K₃（71，131～134）由电机11上所加电压V（11）确定。常数K₄由旋转编码器12的脉冲数量确定。常数K（11）和T（11）由电机和所用负载来确定。常数K₁（42）由相位控制部分42中的寄存器421的设定数值N和n选择为所期望的值，而常数K₂（51，52）由速度控制部分52中的寄存器521的设定值N和n选择为所期望的值ω（n）和C（阻尼）可由寄存器421和521的设定值选为最佳值。

图1和图2所示的系统可用于具有放大和缩小功能的复印机。在进行这样一种复印机的操作中，相应于最佳ω（n）和C（阻尼）的值由指令部分2的工作来选择或计算，以便寄存在寄存器421和521中。此外，旋转指令被寄存在寄存器721中。寄存在寄存器421，521和721中的信息使得能够在恒定电机转速下稳定地旋转，并能获得原始文本的平滑扫描。

有可能用一数字/模拟转换器来代替脉冲宽度调制器，此数字/模拟转换器能输出电压相应于全加法器61的输出S（61）的模拟信号。当使用这样的一个数字/模拟转换器时，有可能用一个模拟开关，例如一个传输门来代替电机控制信号发生部分72中的门722到725，而且有可能用一个晶体管桥式电路代替开关晶体管131到134构成的桥式电路来获得一个线性放大器。

用于一台复印机的图1所示系统的运行流程图示于图11。在流程图中提供了用来检测扫描器原来位置的静止位置传感器和用来检测文本扫描开始时位置的图象位置传感器。移动距离m可以通过计数编码器脉冲的数量来检测，也可通过利用速度恒定性测量时间来检测。

是否开始复印的决定由步骤5来作出。在步骤S₂输入一放大因子M，并且在步骤S₃选择速度数据。在步骤S₄置定数据。在步骤S₅开始正向的旋转。图象位置传感器是否工作的决定在步骤S₆做出。在步骤S₇输入文本尺寸l，在步骤S₈输入移动距离m。m是否等于l的判断在步骤S₉做出。

在步骤S₁₀停止供电。在步骤S₁₁选择返回速度数据，在步骤S₁₂，置定这些数据。在步骤13开始反向旋转。静止位置传感器是否工作的决定在步骤S₁₄作出。在步骤S₁₅停止供电。整个过程从步骤S₁₅返回至步骤S₁。

就此而言，在电机速度改变时发生的振动可以由于脉冲宽度指定部分81的作用而得到缓和。

图12中给出了本发明的另一个实施方案，在图12的系统中，脉冲宽度调制器71的输出的频宽比可以直接被指定，因此，电机11可以开环运行。

在图12系统的脉冲宽度指定部分81中，有关电机速度或脉冲宽度的数据，即脉冲宽度调制器71的输出的频宽比被寄存在8位寄存器811中。被寄存的数值被提供给数据寄存器82，而且全加器61的输出S（61）也被提供给此数据寄存器82。在数据寄存器82中，电机控制信号发生部分72中的寄存器721的信号选择任何一个所提供的信号。

与图1情况不同，3位数据由指令部分2寄存在寄存器721。除（X，Y）以外的另一位是模式选择信号。当模式选择信号是“1”时，该系统以锁相环模式工作，在这一模式中，全加器61的输出S（61）的选择是由数据选择器82进行的，所选择的输出信号被提供给脉冲宽度调制器71中的比较器712，从而实现了锁相环控制。

当模式选择信号是“O”时，该系统以脉冲宽度直接指定模式工作，在这一模式中，寄存器811中的数据由数据选择器82选择，所选择的数据被提供给比较器712。

图12系统中脉冲宽度调制器71中的门电路与图1系统中的不同。在图12系统中，提供了“或”门7181和7182。“或”门7181和7182的输出被提供给“与非”门7183和7184的一个输入端。模式选择信号被提供给“与非”门7183和7184的另一个输入端。“与非”门的输出被提供给D触发器713的直接复位端。

当模式选择信号是“0”时，“与非”门7183和7184的输出的电位被固定在高电位，因此，D触发器713即没有直接置位，也没有复位。当模式选择信号是“1”时，“与非”门7183和7184的输出的电位与图2系统中的门715和716的输出电位相同，因此，根据锁相环控制的需要，D触发器713被置位成复位。

因此，在图12系统中，当模式选择信号是“1”时，如图1所示，实施锁相环控制，当模式选择信号是“0”时，计数器711中的值和寄存器811中的值在比较器712中比较，脉冲宽度与比较结果相应的信号被输出。进而，就可以进行不受旋转编码器12的输出影响的系统的开环运行。

例如，在电机的旋转方向发生变化或减速的情况下，就实现了电机空转的状态或动态制动状态，当使模式选择信号为“0”并在寄存器811中存入一个适当的值时，在反向旋转方向或类似方向可以施加制动电压。此外，当期望的时候，可以使电机平缓地起动。在图12的系统中，也可以用一个数字/模拟转换器来代替脉冲宽度调制器。当使用这样一个数字/模拟转换器时，存在寄存器811中的数值对应于应从数字/模拟转换器中输出的电平。

在图1的系统中，仅通过将简单计算求得的值寄存在寄存器中便实现了具有最佳控制特性的控制系统，并不会出现错误操作。这样，在图1系统中，无需对系统的运行进行调整。即使电机和负载条件改变了，通过简单地选择寄存在寄存器中的数值就可以了。因此，与先有技术的情况相比，这是很容易处置的，因为在先有技术的情况下，要选择模拟电路的电路常数。此外，只需要调整很少的部件。

在图2或图12的系统中，除了有振荡器3和开关晶体管131到134的情况，使用门阵列就可以很容易地实现单片集成，从而，就可实现一个只具有很少的部件，却可保持运行的高可靠性的控制系统。

当使用数字/模拟转换器代替脉冲宽度调制器时，此数字/模拟转换器部分不包括在门阵列结构中，但可以消除由脉冲宽度调制频率引起的电和声的噪声。

在图1系统中，由于电机启动后不久时便将最大电压加在其上，电机的速度可以很快达到目标速度。因此，在达到目标速度之前复印机的移动部件的初始移动距离可以减少，以致减少复印机的尺寸。

在图12的系统中，有可能减少制动距离，并通过逐渐增加速度来实现电机的平缓起动，而无需在电机起动期间施加最大动力。

Claims (10)

1、用于直流伺服电机的锁相环控制系统包括：

产生周期可任意选择的相位参考信号的装置；

检测所述相位参考信号和所述直流伺服电机的转速信号的相位差以产生一数字信号的相位控制装置；

产生脉冲宽度可任意选择的速度参考信号的装置；

利用所述速度参考信号检测所述转速信号以产生数字信号的速度控制装置；

将所述相位控制装置的输出与所述速度控制装置的输出相加的全加装置；

产生相应于全加器相加结果的电机转速控制信号的信号转换装置。

2、根据权利要求1的系统，其中，所述信号转换装置包括产生周期与全加器相加结果相应的脉冲宽度的脉冲宽度调制电路。

3、根据权利要求1的系统，其中，所述信号转换装置包括产生相应于全加器相加结果的电压信号的数字/模拟转换器。

4、根据权利要求1的系统，其中，所述的相位控制装置包括相对于整个输出值变化的范围，任意选择相位差检测能力的范围的装置。

5、根据权利要求1的系统，其中，所述速度控制装置包括：相对于整个输出值变化的范围任意选择周期检测能力的范围的装置。

6、用于直流伺服电机的锁相环控制系统包括：

产生周期可任意选择的相位参考信号的装置;

检测所述相位参考信号和所述直流伺服电机的转速信号之间的相位差以产生数字信号的相位控制装置;

产生脉冲宽度可任意选择的速度参考信号的装置;

利用所述速度参考信号检测所述转速信号周期的速度控制装置;

将所述相位控制装置的输出和所述速度控制装置的输出相加的全加装置;

直接寄存与所述直流伺服电机的转速信号相应的数值的装置。

信号转换装置，用于选择寄存值或全加器装置中的相加结果，并产生与所选择的寄存值或全加法器的相加结果相应的电机转速信号。

7、根据权利要求6的系统，其中，所述的信号转换装置包括：产生频宽比与输入信号的内容相应的脉冲信号的脉冲宽度调制电路。

8、根据权利要求6的系统，其中，所述信号转换装置包括：相应于输入信号的内容电压信号的数字/模拟转换器。

9、根据权利要求6的系统，其中，所述相位控制装置包括相应于输出信号的整个变化范围任意选择相位差检测能力的范围的装置。

10、根据权利要求6的系统，其中，所述速度控制装置包括：相对于输出值的整个变化范围任意选择周期检测能力的范围的装置。

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