JP2529185B2

JP2529185B2 - モ−タ制御回路

Info

Publication number: JP2529185B2
Application number: JP60107462A
Authority: JP
Inventors: 省造藤井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1985-05-20
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: JPS61266084A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は直流モータの回転速度制御と位置決め制御を
行うモータ制御回路に関するものである。

従来の技術近年、事務機器のメカニズム駆動には、動作の高速
化、高精度の位置決めを実現するために直流モータと、
上記直流モータの制御回路が使用されるようになってき
た。

以下、図面を参照しながら、上述した従来のモータ制
御回路の一構成例について説明する。

第９図は従来のモータ制御回路の構成を示すものであ
る。第９図において１は直流モータ、２は直流モータ１
と直接又は間接的に結合され、直流モータ１によって駆
動される回転部材、2aは回転部材２の回転軸、2bは回転
部材２の突起であり、３は強制停止レバー、3aは強制停
止レバー３の軸、3bは軸3aを中心に強制停止レバーを摺
動させる強制停止レバー駆動装置である。４は端子ａ、
端子ｂを備え、直流モータ１と直接又は間接的に結合さ
れ、直流モータ１の回転に伴い互いにπ/2位相の異なる
２つの周期的な位置信号を端子ａ、端子ｂに出力する位
置検出器である。５は端子ａに印加された上記位置信号
を入力とするコンパレータ、６は端子ｂに印加された上
記位置信号を入力とするコンパレータであり、７は端子
ａ、端子ｂに印加された上記２つの位置信号と、コンパ
レータ５とコンパレータ６の出力である２つの位置パル
スを入力とし、直流モータ１の回転角速度に比例した信
号である速度信号を出力する速度信号発生器である。16
はコンパレータ６の出力である上記位置パルスを入力と
し、予め設定された一連の制御手順に従ってディジタル
信号である速度指令を端子ｃに、回転方向指令を端子ｄ
に次々に出力し、また強制停止レバー駆動装置３に強制
停止レバー駆動指令を出力する制御装置である。８は制
御装置16から端子c,端子ｄを介して受信した上記速度指
令、回転方向指令に応じてアナログ信号である速度指令
信号を出力する速度指令信号発生器であり、９は制御装
置16から受信した上記速度指令がゼロの場合はスイッチ
素子10をオン状態、スイッチ素子11をオフ状態にし、上
記速度指令がゼロ以外の場合はスイッチ素子10をオフ状
態、スイッチ素子11をオン状態にするスイッチ切換回路
である。12は直流モータ１に電力を供給する電力増幅器
であり、13は上記速度信号と上記速度指令信号を加算し
速度誤差信号を発生し、スイッチ素子11を介して電力増
幅器12に上記速度誤差信号を伝える加算器である。14は
端子ａに印加された上記位置信号に進み補償器であり、
その出力はスイッチ素子10を介して電力増幅器12に伝え
られる。

以上のように構成されたモータ駆動回路について以下
その動作について説明する。上記従来例の動作として、
通常動作と初期位置設定動作があるが、まず通常動作に
ついて説明する。以下の説明で端子ａに印加される上記
位置信号をV_a、端子ｂに印加される上記位置信号をV_b、
コンパレータ５とコンパレータ６の出力をそれぞれ上記
位置パルスP_a，P_bとし、上記速度信号をV₇、上記速度指
令信号をV₈とする。上記通常動作の場合は強制停止レバ
ー３と回転部材２及び突起2bの位置関係は第９図に示し
た状態にあり、回転部材２は矢印A,矢印Ｂ両方向に自在
に直流モータ１によって駆動される。いま、制御装置16
が端子ｃにゼロ以外の上記速度指令と、端子ｄに第９図
のＡ方向を表わす回転方向指令を出力すると、速度指令
信号発生器８は上記速度指令信号V₈を出力し、スイッチ
切換回路９はスイッチ素子10をオフ状態、スイッチ素子
11をオン状態すなわち回転速度制御状態とし、直流モー
タ１は電力増幅器12から電力の供給を受け回転を開始
し、回転部材２をＡ方向に駆動する。位置検出器４は直
流モータ１の回転に伴い、第２図に示すように疑似正弦
波である上記２つの位置信号V_a，V_bを出力し、コンパレ
ータ５、コンパレータ６は上記２つの位置信号V_a，V_bに
従い上記２つの位置パルスP_a，P_bをそれぞれ出力する。
速度信号発生器７は第３図に示すように直流モータ１の
Ａ方向の回転速度に比例した上記速度信号V₇を出力す
る。加算器13は上記速度信号V₇と上記速度指令信号V₈を
加算して上記速度誤差信号を出力し、電力増幅器12は上
記速度誤差信号の極性が負の時に直流モータ１をＡ方向
に加速し、上記極性が正のときＢ方向に加速、すなわち
Ａ方向に減速する。従って直流モータ１は V₇＋B₈≒０（１）なる関係が成立するように制御される。直流モータ１の
回転速度は第３図から上記速度信号V₇に比例するのであ
るから、上記速度指令信号V₈によって直流モータ１の回
転速度が制御されるのである。また制御装置16が上記回
転方向指令を反転すると速度指令信号発生器８は上記速
度指令信号V₈の極性を反転させるため、直流モータ１は
回転部材２をＢ方向に駆動し、またその回転速度は式
（１）に従い上記速度指令信号V₈によって同様に制御さ
れる。

次に第２図に示したＣ点に位置決めする場合について
説明する。上述した回転速度制御状態で制御装置16は上
記位置パルスP_bを計数し、Ｄ′点に示す立上りを検出す
ると速度指令ゼロを出力する。スイッチ切換回路９は上
記速度指令ゼロを検知するとスイッチ素子10をオン状態
に、スイッチ素子11をオフ状態に、すなわち位置決め制
御状態にする。位相補償器14は、モータ制御回路の安定
性を満足するために上記位置信号V_aに進み補償を行い、
その出力を電力増幅器12に伝達する。いま、直流モータ
１が第２図のＤ点の位置にあれば、上記位置信号V_aの極
性が負であるから電力増幅器12は直流モータ１をＡ方向
に加速し、また直流モータ１がＥ点の位置にあれば、上
記位置信号V_aの極性が正であるから電力増幅器12は直流
モータ１をＢ方向に加速する。従って直流モータ１はＣ
点に、回転部材２はＣ点に対応する位置にそれぞれ位置
決めされる。

上述したように制御装置16は直流モータ１の現在位置
から目的位置までの回転量を上記位置パルスP_bを計数す
ることによって検知する。従って回転部材２を任意の目
的位置から次の目的位置へと次々に回転移動、位置決め
を行うためには、まず回転部材２を基準となる初期位置
に設定し、位置決め制御を行う初期位置設定動作が必要
である。

以下に、上記初期位置設定動作について説明する。制
御装置16は上記強制停止レバー駆動指令を出力し、強制
停止レバー３と回転部材２及び突起2bを第５図に示す位
置関係にし、Ａ方向に直流モータ１を駆動する上記速度
指令と上記回転方向指令を出力する。回転部材２はＡ方
向に駆動され、やがて第５図に示すように突起2bが強制
停止レバー３に押し当てられると回転部材２が強制停止
状態となり、直流モータ１も第10図に示すようにＭ点の
強制停止位置に停止される。上記強制停止状態では第10
図に示す様に上記位置パルスP_bに立上り、立下りが発生
しなくなる。制御装置16は予め設定された一定時間上記
位置パルスP_bに立上りが検出できないと上記強制停止状
態になったと判断し、上記速度指令にゼロを出力して位
置決め制御状態にすると共に、強制停止レバー駆動装置
3bに強制停止レバー３を駆動させ、回転部材２との位置
関係を第９図に示す位置にする。直流モータ１は強制停
止レバー３が外れると第10図Ｍ点に示す強制停止位置か
らＬ点に示す初期位置に移動し、位置決め制御される。
制御装置16は上記Ｌ点を初期位置、すなわち最初の基準
点として、次々に目標位置に回転、位置決めが可能とな
る。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、上記のような構成では直流モータ１が
第11図のＲに示す範囲内の位置で強制停止状態となった
場合、上記強制停止状態に続く位置決め制御状態となっ
たときに上記モータ制御回路が正帰還回路となってしま
うため、上記位置決め制御が不安定となり直流モータ１
が暴走し、目標とする初期位置であるＬ点に確実に位置
決めすることが不可能になるという問題点を有してい
た。従って直流モータ１の上記強制停止位置は第11図の
Ｑに示す位置信号の半周期の幅をもつ範囲内でなければ
ならず、直流モータ１と回転部材２、さらに強制停止レ
バー３の取り付け位置に高い精度が必要となる。さらに
Ｑに示す範囲内であっても強制停止位置がＳ点に示すよ
うに上記位置信号V_bのゼロクロス点付近にある場合に、
強制停止レバー３、回転部材２、突起2bのもつ弾力性、
直流モータ１のトルクリプルなどの影響により直流モー
タ１が上記強制停止状態で微小振動を起こしたとき、第
12図に示すように位置パルスP_bが誤ったパルスを発生し
てしまうため、制御装置16が直流モータ１の強制停止状
態を検出できなくなるという問題点を有していた。

本発明は上記問題点を鑑み、直流モータ１の強制停止
位置が第11図のＱに示す範囲のみならずＲに示す範囲内
に位置する場合にも適確な初期位置設定ができ、さらに
直流モータ１に上記微小振動が発生した場合にも強制停
止状態にあることを制御装置が検出し正確な初期位置設
定を行うモータ制御回路を提供するものである。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するために本発明のモータ制御回路
は回転部材と、上記回転部材を駆動する直流モータと、
上記直流モータの回転に伴い互いにπ/2の位相差を持つ
２つの位置信号を発生する手段と、上記直流モータに回
転速度制御と位置決め制御を行い、２つの位置パルスを
発生するモータ駆動回路と、上記回転部材の目標とする
初期位置から上記回転部材を上記位置パルスの数パルス
相当の回転角だけ回転させた位置で上記回転部材を強制
停止させる強制停止機構と、上記２つの位置パルスを入
力とする制御装置とを有し、上記制御装置は初期位置設
定動作において上記２つの位置パルスの立上り又は立下
りから上記直流モータの強制停止状態を検知し、そのと
きの上記２つの位置パルスの状態から上記直流モータの
停止位置を判断し、上記目標とする初期位置まで上記２
つの位置パルスから上記直流モータの回転量を算出しな
がら回転させ、上記目標とする初期位置に位置決めさせ
るという制御手順を備えたものである。

作用本発明は上記した構成によって、初期位置設定動作に
おいて上記２つの位置パルスの少なくとも１つの位置パ
ルスに立上り又は立下りが検出されないことから強制停
止状態にあることを検知するものであるから、上記直流
モータが微小振動を起こし、上記２つの位置パルスのい
ずれか１つの位置パルスに誤ったパルスが発生しても正
しく強制停止状態にあることが検知できる。また、上記
強制停止状態において上記２つの位置パルスの状態を検
出し、そのときの上記直流モータの強制停止位置を判断
した後、直ちに上記目標とする初期位置までの回転速度
制御に移り、上記強制停止位置に応じて上記２つの位置
パルスを計数しながら上記直流モータを駆動し、上記目
標とする初期位置に位置決め制御するものであるから、
モータ駆動回路は常に安定で暴走することなく上記目標
とする初期位置に確実に初期位置設定されることとな
る。

実施例以下、本発明のモータ制御回路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におけるモ
ータ制御回路を示すものである。第１図において、第９
図に示した従来のものと同一箇所には同一番号を付して
説明を省略する。ただし、特許請求の範囲で言うモータ
駆動回路は本実施例では位相補償器14と速度信号発生器
７と速度指令信号発生器８とスイッチ切換回路９と加算
器13とスイッチ素子10、11と電力増幅器12からなる回路
のことである。15はコンパレータ５とコンパレータ６の
出力である２つの位置パルスを入力とし、予め設定され
た一連の制御手順に従ってディジタル信号である速度指
令を端子ｃに、回転方向指令を端子ｄに次々に出力し、
また強制停止レバー駆動装置３に強制停止レバー駆動指
令を出力する制御装置である。

以上のように構成されたモータ駆動装置は、その動作
として通常動作と初期位置設定動作を行うのが、直流モ
ータ１の回転速度制御と位置決め制御から成る通常動作
については上記従来のものと同じである。

以下、初期位置設定動作について第４図に示した制御
手順に従って説明する。以下の説明で、端子ａに印加さ
れる位置信号をV_a、端子ｂに印加される位置信号をV_b、
コンパレータ５の出力を位置パルスP_a、コンパレータ６
の出力を位置パルスP_bと記述する。

まず、制御装置15はステップ17で強制停止レバー駆動
装置3bに強制停止レバーを駆動させ、回転部材２との位
置関係を第５図に示す状態にし、ステップ18で直流モー
タ１が回転部材２を第５図Ａ方向に駆動するように上記
速度指令と上記回転方向指令を出力し、ステップ19,20
でカウンターとタイマーをそれぞれリセットする。直流
モータ１は速度制御され、回転部材２をＡ方向に回転さ
せ、やがて第６図に示すように目標とする初期位置であ
るＦ点を通過し、Ｈ点で強制停止状態となる。制御装置
15はステップ21,22,23,24によって時間T₁の間上記位置
パルスP_bに立上りが検出されないことから直流モータ１
が強制停止状態にあることを検知し、ステップ25で上記
２つの位置パルスP_a，P_bの値を検出する。強制停止位置
は第７図のＩに示す範囲にあるが、範囲ＩはさらにI₁，
I₂，I₃，I₄に示す４つの範囲に分割され、上記２つの位
置パルスP_a，P_bの値により上記強制停止位置が上記I₁〜
P₄のどの範囲内にあるかが判定でき、第７図で目標とす
る初期位置Ｆ点までの移動すべき距離が判明する。本例
では強制停止状態からＢ方向に回転するとすれば、I₁〜
P₃の範囲では上記位置パルスの２つ目の立上りであるＧ
点で、I₄の範囲では３つ目の立上りであるＧ点で回転速
度制御から位置決め制御に切り換えればＦ点で位置決め
されることになる。従って制御装置15はステップ26,27,
28で上記２つの位置パルスに基づく移動量をＮに設定
し、ステップ29で第６図に示すようにＢ方向に回転速度
制御を行わせ、ステップ30でＮ回目の上記位置パルスP_b
の立上り、すなわち第６図，第７図のＧ点で位置決め制
御に切り換え、上記目標とするＦ点に位置決めする。最
後にステップ31で強制停止レバー３を突起2bから外し、
通常動作状態とする。

次に強制停止位置が第８図に示すように上記位置信号
V_bのゼロクロス付近にあり、直流モータ１が微小振動を
起こしたために上記位置パルスP_bに誤ったパルスが発生
した場合について説明する。ステップ24で予め設定した
一定数以上のパルスが上記位置パルスP_bに検出される
と、制御装置は次に上記位置パルスP_aの立上りを検出す
る。ステップ32〜37で、予め設定された一定時間T₂の間
上記位置パルスP_aに立上りが検出されないと制御装置15
は直流モータ１が強制停止状態にあると検知する。この
場合、強制停止位置は第７図に示したJ₁点かJ₂点付近に
あるが、上記位置パルスP_bに誤ったパルスが入力され続
けているので、直ちに上記位置パルスP_bの立上り回数で
Ｆ点までの距離を規定することはできない。そこで、ま
ず上記位置パルスP_aに基づいて直流モータ１をＢ方向に
回転させ、上記位置パルスP_bが正常な状態になった後、
上記位置パルスP_bを計数する。すなわち制御装置15はス
テップS38でＢ方向の上記回転方向指令と上記速度指令
を出力し、第８図に示すように直流モータ１をＢ方向に
回転させ、ステップ39で上記位置パルスP_aの立上り、す
なわち第７図，第８図のＫ点を検出し、しかる後にステ
ップ40で移動量をＮに設定し、ステップ29,30でＧ点ま
で回転速度制御を行い、上記目標とする初期位置Ｆ点に
位置決めするのである。また直流モータ１の微小振動に
よって上記位置パルスP_aに誤ったパルスが発生した場合
には、上記ステップ17〜31の制御手順で正確な初期位置
設定が行われる。

さらに、上記２つの位置パルスP_a，P_bがいずれもパル
スを発生し続ける場合は、何らかの事故の発生が考えら
れ、ステップ41で誤動作処理が行われる。

以上のように本実施例によれば上記２つの位置パルス
を入力とする制御装置を備え、初期位置設定動作におい
て上記２つの位置パルスの少くとも１つの位置パルスに
立上りが検出されないことから強制停止状態になったこ
とを検知し、上記２つの位置パルスがいずれも一定数以
上のパルスを出力することから誤動作状態にあることを
検知することにより、直流モータの微小振動によって強
制停止状態の判断を誤ることが無く、しかも何らかの事
故が発生した時に速やかに誤動作処理を行うことができ
る。さらに、強制停止状態において上記２つの位置パル
スの状態によって強制停止位置を判定し、しかる後逆方
向に回転速度制御をかけ、上記判定に基づいて上記２つ
の位置パルスを適切に計数しながら目標とする初期位置
まで移動させ、位置決めするものであるから、モータ制
御回路は常に安定であり暴走することが無く、また強制
停止位置が、第７図の強制停止域Ｉに示すように上記位
置信号の一周期に相当する幅をもつ予め設定された範囲
内にあれば、必ず正確に初期位置設定を行うことができ
る。すなわち直流モータと回転部材、突起、強制停止レ
バーの取付けに高い精度を要求せずとも、信頼性の高
い、正確な初期位置設定が行えるものである。

なお、本実施例において位置検出器４は疑似正弦波を
出力とする位置検出器としたが、三角波を出力とする位
置検出器としてもよい。

また本実施例では電力増幅器12は直流モータ１に電力
を供給する電力増幅器としたが、直流モータ１に電力を
供給するチョッパ装置としてもよい。

発明の効果以上のように本発明はモータ制御回路において、互い
にπ/2位相の異なる２つの位置パルスを入力とする制御
装置を設け、初期位置設定動作において上記２つの位置
パルスから直流モータが強制停止状態となったことを検
知し、その時の停止位置を上記２つの位置パルスから判
定し、上記判定に基づいて上記２つの位置パルスを適切
に計数しながら上記直流モータを目標とする初期位置ま
で回転させ、位置決めを行うものであるから、上記直流
モータと回転部材、さらに回転部材を強制停止させる強
制停止機構に高い寸法精度を要求する必要が無く、また
上記直流モータの微小振動にも影響を受けないため、極
めて安価に実現することができ、しかも常に信頼性の高
い、正確な初期位置設定が行えるものであるからその効
果は絶大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるモータ制御回路のブ
ロック図、第２図は同回路の位置信号と位置パルスの波
形図、第３図は同じく速度信号発生器の特性図、第４図
は同じく制御手順を示すフローチャート、第５図は同じ
く回転部材と強制停止レバーの位置関係図、第６図は同
じく初期位置設定動作を示す波形図、第７図は同じく初
期位置と強制停止位置の関係を示す波形図、第８図は同
じく直流モータ微小振動時の初期位置設定動作を示す波
形図、第９図は従来のモータ制御回路のブロック図、第
10図は同じく初期位置設定動作を示す波形図、第11図は
同じく初期位置と強制停止位置の関係を示す波形図、第
12図は同じく直流モータ微小振動時の初期位置設定動作
を示す波形図である。１……直流モータ、２……回転部材、2b……突起、３…
…強制停止レバー、3b……強制停止レバー駆動装置、４
……位置検出器、5,6……コンパレータ、７……速度信
号発生器、８……速度指令信号発生器、９……スイッチ
切換回路、10,11……スイッチ素子、12……電力増幅
器、13……加算器、14……位相補償器、15,16……制御
装置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円周上の一箇所に初期位置検出部材を有す
る回転部材と、上記初期位置検出部材に当たることにより上記回転部材
の一方向の回転を強制的に阻止し、上記回転部材の回転範囲を規定する回転部材停止機構
と、上記回転部材停止機構を駆動し、上記回転部材停止機構
が上記回転範囲を規定する強制停止状態と、上記回転部
材停止機構が上記回転範囲を規定せず、上記回転部材が
自在に回転できる通常動作状態とを選択する回転部材停
止機構駆動装置と、上記回転部材を駆動する直流モータと、上記直流モータの回転軸に直接又は間接的に結ばれ、上
記直流モータの回転に応じて互いにπ/2の位相差を持つ
２つの周期的位置信号を発生する位置検出手段と、上記二つの位置信号を波形整形して上記直流モータの単
位回転角を表す二つの位置パルスを出力するコンパレー
タと、上記直流モータの目標とする回転角速度を表す速度指令
と、上記直流モータの回転方向を表す回転方向指令と、
上記２つの位置信号と上記２つの位置パルスを入力と
し、上記直流モータに電力を供給し、上記速度指令と上
記回転方向指令に応じて上記直流モータに回転速度制御
か又は位置決め制御を行うモータ駆動回路と、上記モータ駆動回路に上記速度指令と上記回転方向指令
を与え上記回転速度制御を行わせると共に上記回転部材
停止機構駆動装置に強制停止指令を与え上記強制停止状
態とし、上記可動部材と上記直流モータの回転が阻止さ
れたことを上記２つの位置パルスから検出すると上記回
転方向指令を反転し上記モータ駆動回路に逆方向の上記
回転速度制御を行わせ、上記可動部材を目標とする初期
位置まで移動させ上記直流モータを位置決め制御させる
制御装置を備え、制御装置は、上記２つの位置パルスの立上り又は立下り
を検出する手段と、予め設定した一定時間の経過を検出
するタイマー手段を具備し、上記２つの位置パルスの少
くともいずれか一つの位置パルスに上記一定時間立上り
又は立下りが検出されないことから上記直流モータの停
止を判断することを特徴とするモータ制御回路。
【請求項２】制御装置は上記直流モータが停止したこと
を検出すると、上記２つの位置パルスの状態から上記直
流モータの停止位置を判断し、上記回転方向指令を反転
し、上記速度指令を出力し、上記モータ駆動回路に回転
速度制御を行わせ、上記２つの位置パルスから上記直流
モータの回転量を計数しながら目標とする初期位置まで
回転させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のモータ制御回路。