JP2565831Y2 - モータ制御回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、位置コマンドがパルス
信号列として与えられ、最終位置コマンドが、上記パル
ス列を所定時間だけ与えた時の上記パルス信号のパルス
数として与えられる、モータ制御回路に関する。詳細に
は、モータが最終位置コマンドで指定された位置に到達
し、停止したことを判断する設定完了信号発生手段の改
良に関する。

【０００２】図７および図８を参照して従来のモータ制
御回路を説明する。図７に示すように、従来のモータ制
御回路は位置コマンドθはパルス列として与えられ、そ
のパルス列を積算したものとモータの回転量θ’の偏差
Ωを出力する偏差カウンタ（４０）と、一方の入力端子
に上記偏差カウンタ（４０）の出力Ωが入力される減算
手段（４２）と、この減算手段（４２）の出力に基づい
て所定のパルスデューティ比のＰＷＭ波を発生し、モー
タ（４６）を駆動するＰＷＭ／インバータ（４４）と、
モータ（４６）の回転を検出するエンコーダ（４８）
と、エンコーダ（４８）の出力からモータの実際の回転
速度に対応する信号ω’を発生するＦ／Ｖ変換手段（５
０）と、上記出力Ωに基づいてモータが速度一定の平衡
領域に入ったことを判断する設定完了信号発生手段（５
２）から構成されている。

【０００３】偏差カウンタ（４０）は並列／直列入力ア
ップダウンカウンタで構成され、その加算入力には位置
コマンドθとしてモータ（４６）を例えば３０００ｒｐ
ｍである一定量回転させるようなパルス列が時系列に入
力され、減算入力にはエンコーダ（４８）が出力するモ
ータの回転量θ’が入力される。そして、入力パルス数
を積算カウントして、回転量θ’との偏差Ωを出力す
る。各時点における偏差Ωは、その時点までのパルスの
数と、実際にモータが回転した角度θ’の差に対応す
る。

【０００４】Ｆ／Ｖ変換手段（５０）はモータ（４６）
の回転速度に対応するパルス列を例えばアナログ電圧
ω’に変換し、ＰＷＭ／インバータ（４４）にフィード
バックする。この速度制御ループによりモータ（４６）
が定速制御される。位置コマンドとしてのパルス列のパ
ルス頻度である速度コマンドωは、図８に示すように、
スタート時点で立ち上がり、最終目標位置に到達すると
立ち下がる。図８の実速度ω’の波形を参照すると、速
度コマンドωが立ち上がるタイミングでは、モータ制御
回路はオープンループに近い状態にあって、減算手段
（４２）はモータ（４６）を例えば３０００ｒｐｍで回
転させるような指令値をそのまま出力する。このため、
速度コマンドωが立ち上がるタイミングでは、非常に大
きいループ利得でＰＷＭ／インバータ（４４）が制御さ
れ、モータ（４６）は高トルクで起動される。この後、
Ｆ／Ｖ変換手段（５０）を介してモータ（４６）の実速
度ω’が減算手段（４２）にフィードバックされて、モ
ータ（４６）の実速度ω’が速度コマンドωが指定する
速度ωに追従するように定速駆動される。この従来技術
および本考案においては、速度コマンドは偏差カウンタ
（４０）に入力されるパルス列のパルス頻度ωに対応
し、位置コマンドθはパルスの数として与えられ、最終
目標としての位置コマンドは、パルス列を送る時間をＴ
とすると、ωＴとして与えられる。他方、パルス列の送
信開始時刻からある時点ｔにおける位置コマンドはθ＝
ωｔとして与えられる。すなわち位置コマンドは時間と
ともに増大し、最終目標値ωｔになる。 モータの回転開
始時には、ω’は小さいので、減算手段（４２）の出力
はほぼΩに等しく、図８に示すようにω’は急速に立ち
上がる。しかし、ω’が大きくなると、減算の出力はΩ
−ω’になり、図８の実速度に示すように速度平衡領域
に達する。この領域では各時間ｔでの位置コマンドωｔ
が増大し、それを実際の回転角度θ’が実際の回転速度
ω’で追っている。 すなわち、実際の回転速度ω’は速
度コマンドではなく、定速回転をさせるための負帰還量
である。定速回転の回転速度を定める量は偏差カウンタ
（４０）に入力されるパルス列 のパルス頻度であり、こ
れは速度コマンドωに対応する。

【０００５】上記のような位置／速度制御するモータ制
御回路では、フィードバック系の応答遅れに基づいて、
速度コマンドωの立ち上がりおよび立ち下がりのタイミ
ングにおいてオーバシュートが発生し、モータ（４６）
の実速度ω’が振動する（図８の実速度ω’の波形参
照）。このため、偏差カウンタ（４０）の出力は速度コ
マンドωの立ち上がり、立ち下がりの近傍において大き
な値を出力する。そしてその後に速度平衡領域に入り、
その出力の変動は小さくなる。

【０００６】設定完了信号発生手段（５２）は偏差カウ
ンタ（４０）の出力Ωを所定値±Δで閾値検知（図８の
波形Ｃ参照）し、これを反転して設定完了信号ＥＮＤを
出力する。前記したように、速度コマンドωが立ち下が
るタイミングにおいて偏差カウンタ（４０）の出力が大
きな値になり、その後この偏差カウンタ（４０）の出力
の立ち上がりのタイミングによりモータ（４６）が速度
平衡領域に入ったことを判断することができる。すなわ
ち、各時点における位置コマンドと各時点におけるモー
タの実際の回転角の偏差が所定値以下である速度平衡領
域に入ったことを判断できる。

【０００７】

【考案が解決すべき課題】従来のモータ制御回路の設定
完了信号発生手段は何等かの理由で偏差カウンタの出力
が低下すると、モータが回転中にもかかわらずＥＮＤ信
号を出力することがあり、シーケンス制御に不都合があ
った。この問題は特にモータを低速制御する際に顕著で
あり、下限速度が制限される問題を有している。

【０００８】また、上記の問題を解決するため、モータ
回転中に偏差カウンタ(40)出力Ωが振動しないようにモ
ータ制御する場合には制御が煩雑となる問題があった。
従って、本考案の目的は簡素な構成、かつ信頼性の高い
設定完了信号発生手段を備えるモータ制御回路を提供す
ることにある。また、モータの下限速度が制限されない
設定完了信号発生手段を備えるモータ制御回路を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の考案は偏差カ
ウンタ出力とモータ実速度に基づいて負荷の位置設定が
完了したことを判断する点を主要な特徴とする。請求項
２の考案は偏差カウンタ出力、モータ実速度および速度
コマンドに基づいて負荷の位置設定が完了したことを判
断する点を主要な特徴とする。

【００１０】

【作用】偏差カウンタ出力とモータ実速度に基づいて負
荷の位置設定が完了したことを判断する請求項１の構成
は、モータ回転中の偏差カウンタ出力低下による誤判断
を防止する。偏差カウンタ出力、モータ実速度および速
度コマンドに基づいて負荷の位置設定が完了したことを
判断する請求項２の構成は、低速駆動時の実速度変動に
起因する誤判断を防止すると共に実速度を閾値検知する
ことによるタイミング遅れを補償する。

【００１１】

【実施例】図１乃至図３を参照して本考案の第１の実施
例を説明する。図１に示すように、本考案のモータ制御
回路は位置コマンドθはパルス列として与えられ、その
パルス列を積算したものとモータの回転量θ’の偏差Ω
を出力する偏差カウンタ（１０）と、一方の入力端子に
上記偏差カウンタ（１０）の出口Ωが入力される減算手
段（１２）と、この減算手段（１２）の出力に基づいて
所定のパルスデューディ比のＰＷＭ波を発生し、モータ
（１６）を駆動するＰＷＭ／インバータ（１４）と、モ
ータ（１６）の回転位置を検出するセンサ（１８）と、
センサ（１８）の出力からモータ（１６）の実際の回転
速度に対応する信号ω’を発生しそれを上記減算手段
（１２）の他方の入力端子に入力するＦ／Ｖ変換手段
（２０）と、偏差カウンタ（１０）の出力Ωおよび実速
度ω’に基づいてモータ（１４）の負荷が予定の位置に
位置決めされ停止したことを判断する設定完了信号発生
手段（２２）から構成される。Ｆ／Ｖ変換手段（２０）
の機能は図７のＦ／Ｖ変換手段（５０）の機能と同じで
あるので説明を省略する。これら偏差カウンタ（１
０）、ＰＷＭ／インバータ（１４）の一部、Ｆ／Ｖ変換
手段（２０）、設定完了信号発生手段（２２）等はソフ
トウェアにより構成することもできる。

【００１２】偏差カウンタ（１０）は並列／直列入力ア
ップダウンカウンタで構成され、その加算入力には位置
コマンドθとしてモータ（１６）を例えば３０００ｒｐ
ｍで、一定量回転させるようなパルス列が時系列に入力
され、減算入力にはセンサ（１８）が出力するモータの
回転量θ’が入力される。そして入力パルス数を積算カ
ウントして回転量θ’との偏差Ωを出力する。モータ
（１６）が定速駆動される場合には、速度コマンドωが
ｔ時間入力されると、モータ（１６）はθ＝ωｔだけ回
転する。なお、本明細書においては便宜的にωを速度コ
マンドが指定する速度の値、即ちコマンド速度にも使用
する。速度コマンドは、上記パルス列のパルス頻度に対
応する。

【００１３】Ｆ／Ｖ変換手段(20)はモータ(16)の回転速
度に対応するパルス列を例えばアナグロ電圧ω’に変換
し、ＰＷＭ／インバータ(14)にフィードバックする。こ
の速度制御ループによりモータ(16)が定速制御される。
図２の速度コマンドωの波形を参照すると、速度コマン
ドωが立ち上がるタイミングでは、実施例のモータ制御
回路はオープンループに近い状態にあって、減算手段(1
2)はモータ(16)を例えば３０００ｒｐｍで回転させるよ
うな指令値をそのまま出力する。このため、速度コマン
ドωが立ち上がるタイミングでは、非常に大きいループ
利得でＰＷＭ／インバータ(14)が制御され、モータ(16)
は高トルクで起動される。この後、Ｆ／Ｖ変換手段(20)
を介してモータ(16)の実速度ω’が減算手段(12)にフィ
ードバックされて、モータ(16)の実速度ω’が速度コマ
ンドωが指定する速度ωに追従するように定速駆動され
る。

【００１４】上記のように位置／速度制御するモータ制
御回路では、フィードバック系の応答遅れに基づいて、
速度コマンドωの立ち上がりおよび立ち下がりのタイミ
ングにおいてオーバシュートが発生し、モータ(16)の実
速度ω’が振動する（図２の実速度ω’の波形参照）。

【００１５】設定完了信号発生手段(22)は偏差カウンタ
(10)の出力Ωを所定値±Δで閾値検知し、図２の波形Ｃ
に示す信号を生成する。また、Ｆ／Ｖ変換手段(20)の出
力、即ち実速度ω’を所定値±Δで閾値検知し、図２の
波形Ｂに示す信号を生成する。そして、これら信号Ｂ、
Ｃの反転信号Ｂ*、Ｃ*をアンド論理して、モータ(16)が
予定された位置に設定され、停止したことを判断する設
定完了信号ＥＮＤを出力する。

【００１６】偏差カウンタ(10)の出力Ωを閾値検知した
信号Ｃは、図２のＣに示すように、タイミングａ、ｃ、
ｄにおいて”Ｌ”レベルとなるため、信号Ｃの反転信号
Ｃ*をＥＮＤ信号とする従来例では、モータが回転して
いるタイミングｃで設定完了信号ＥＮＤが出力される。
これに対して、本実施例は信号Ｂ、Ｃの反転信号Ｂ*、
Ｃ*をアンド論理して、設定完了信号ＥＮＤを生成する
ため、タイミングｃが”Ｌ”レベルのＥＮＤ信号が得ら
れる。なお、図２の波形Ｂに示すタイミングｊの”Ｌ”
レベルは信号Ｃの”Ｈ”レベルによって阻止され、ＥＮ
Ｄ信号として現れない。

【００１７】図３はモータ(16)を例えば３０ｒｐｍとい
うような極めて低い速度で駆動する場合の速度コマンド
ωの波形、実速度ω’の波形、偏差カウンタの出力Ωの
波形を示している。上記のように極めて低い速度でモー
タ(16)が駆動される場合には、モータ(16)のステータお
よびロータ構造に起因するトルクむらが顕著になって、
モータ(16)の実速度ω’は図示するように複雑に変動
し、速度コマンドωに対応しないものとなる。そして、
速度コマンドωがゼロでないレベルにあるタイミングに
おいて、モータ(16)の実速度ω’が所定値±Δの範囲に
低下するような極端な場合には、図３の波形Ｂのタイミ
ングｆに示す”Ｌ”レベルがＥＮＤ信号に現れる。従っ
て、本実施例の下限速度は実速度ω’が所定値±Δを下
回らない範囲に制限される。

【００１８】次に、図４乃至図６を参照して、本考案の
第２の実施例を説明する。本実施例は、第１の実施例の
前記した下限速度の制限を解消するものであって、位置
コマンドθはパルス列として与えられ、そのパルス列を
積算したものとモータの回転量θ’の偏差Ωを出力する
偏差カウンタ（１０）と、一方の入力端子に上記偏差カ
ウンタ（１０）の出力が入力される減算手段（１２）
と、この減算手段（１２）の出力に基づいて所定のパル
スデューティ比のＰＷＭ波を発生し、モータ（１６）を
駆動するＰＷＭ／インバータ（１４）と、モータ（１
６）の回転を検出するセンサ（１８）と、センサ（１
８）の出力からモータ（１６）の実際の回転速度に対応
する信号ω’を発生しそれを上記減算手段（１２）の他
方の入力端子に入力するＦ／Ｖ変換手段（２０）と、偏
差カウンタ（１０）の出力Ωと実速度ω’および速度コ
マンドωの有無に基づいて、モータ（１４）の負荷が予
定の位置に位置決めされ、停止したことを判断する設定
完了信号発生手段（２４）から構成される。これらの要
素は設定完了信号発生手段（２４）を除いて第１の実施
例に使用したものと同一であるので、同一の符号を使用
し、説明を省略する。なお、偏差カウンタ（１０）、Ｐ
ＷＭ／インバータ（１４）の一部、Ｆ／Ｖ変換手段（２
０）、設定完了信号発生手段（２４）等は第１の実施例
と同様にソフトウェアにより構成することもできる。

【００１９】設定完了信号発生手段(24)は偏差カウンタ
(10)の出力Ωを所定値±Δで閾値検知し、図５の波形Ｃ
に示す信号を生成する。また、Ｆ／Ｖ変換手段(20)の出
力、即ち実速度ω’を所定値±Δで閾値検知し、図５の
波形Ｂに示す信号を生成する。さらに、速度コマンドω
の有無を検知して、図５の波形Ａに示す信号を生成す
る。なお、速度コマンドωの波形が振動的でないため信
号Ａの生成に閾値検知は不要である。そして、これら信
号Ａ、Ｂ、Ｃの反転信号Ａ*、Ｂ*、Ｃ*をアンド論理し
て、設定完了信号ＥＮＤを出力する。

【００２０】本実施例は信号Ａ、Ｂ、Ｃの反転信号Ａ
*、Ｂ*、Ｃ*をアンド論理して、設定完了信号ＥＮＤを
生成するため、図５の波形Ｃに示すタイミングｃが”
Ｌ”レベルとなるＥＮＤ信号が得られる。また、偏差カ
ウンタ(10)の出力Ωを閾値検知するために発生する波形
Ｃの立ち上がりの遅れ（図５の波形Ｃに示すタイミング
ｂ参照）に基づく”Ｌ”レベルが阻止され、ＥＮＤ信号
として現れない。同様にこのことは波形Ｂの立ち上がり
の遅れすなわち、実速度の遅れに対しても、効果があ
る。

【００２１】図６はモータ(16)を例えば３０ｒｐｍとい
うような極めて低い速度で駆動する場合の本実施例の速
度コマンドωの波形、実速度ω’の波形、偏差カウンタ
の出力Ωの波形等を示している。速度コマンドωがゼロ
でないレベルにあるタイミングにおいて、モータ(16)の
実速度ω’が所定値±Δの範囲に低下するような極端な
場合には、信号Ｂはタイミングｆにおいて”Ｌ”レベル
になる。信号Ｂ、Ｃの反転信号Ｂ*、Ｃ*のみのアンド論
理によりＥＮＤ信号を生成する先の実施例では、信号Ｃ
のタイミングｃの”Ｌ”レベルにより、信号Ｂのタイミ
ングｆの”Ｌ”レベルがＥＮＤ信号に現れるが、本実施
例では速度コマンドωから生成される信号Ａの反転信号
Ａ*によりさらにアンド論理するためＥＮＤ信号に現れ
ない。

【００２２】従って、本実施例では設定完了信号発生手
段(24)の性能による下限速度の制限が解消される。続い
て、本実施例の設定完了信号発生手段(24)をソフトウェ
ア構成する場合のフローを説明する。

【００２３】 (1) スタート (2) 速度コマンドω＝０ ；ｙｅｓ(3)、ｎｏ(6)のステップに進む (3) 偏差カウンタ出力Ω＜Δ；ｙｅｓ(4) ｎｏ(6)のステップに進む (4) 実速度ω’＜Δ ；ｙｅｓ(5) ｎｏ(6)のステップに進む (5) ＥＮＤ信号ｏｎ ；(7)のステップに進む (6) ＥＮＤ信号ｏｆｆ ；(7)のステップに進む (7) 終了

【００２４】なお、メインルーチンへの復帰が早くなる
ように、ハード構成のアンド論理回路に対応するステッ
プ(2)〜(4)のうちのステップ(2)から処理するのが好ま
しい。その理由は、速度コマンドω≠０である範囲にお
ける処理がステップ(2)からステップ(6)に直ちに移行
し、コンピュータの処理時間が短縮されるためである。
以上、本考案の実施例を説明したが、本考案は上記実
施例に限定されるものではなく、アナログ構成すること
も可能である。また、モータの回転量を検出するセンサ
の限定をも受けない。

【００２５】

【考案の効果】本考案のモータ制御回路は、モータの負
荷が所定の位置に設定され、さらに停止したことを判断
するＥＮＤ信号の生成に偏差カウンタ出力と実速度を使
用するため、モータが定常回転することによって偏差カ
ウンタ出力が低下する場合にもＥＮＤ信号が出力されな
い。また、ＥＮＤ信号の生成に偏差カウンタ出力、実速
度および速度コマンドを使用する場合には前記の効果の
他、モータを極めて低い速度で駆動する際に発生する実
速度変動に起因する誤判断が防止され、モータの下限速
度の制限が解消される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例のブロック図。

【図２】モータを高速駆動するときの第１の実施例の波
形図。

【図３】モータを低速駆動するときの第１の実施例の波
形図。

【図４】本考案の第２の実施例のブロック図。

【図５】モータを高速駆動するときの第２の実施例の波
形図。

【図６】モータを低速駆動するときの第２の実施例の波
形図。

【図７】従来例のブロック図。

【図８】モータを高速駆動するときの従来例の波形図。

【符号の説明】

１０、４０ 偏差カウンタ １２、４２
減算手段 １４、４４ ＰＷＭ／インバータ １６、４６
モータ １８ センサ ２０、５０
Ｆ／Ｖ変換手段 ２２、２４、５２ 設定完了信号発生手段 ４８ エン
コーダ

Claims (4)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス列から成る位置コマンドを加算入
   力し、モータの回転量を減算入力する偏差カウンタと、 この偏差カウンタ出力により制御されるＰＷＭ／インバ
   ータと、 モータの実速度および回転量を検知する手段と、 偏差カウンタ出力とモータ実速度に基づいて負荷の位置
   設定が完了したことを判断する設定完了信号発生手段と
   を少なくとも備えるモータ制御回路。
2. 【請求項２】 パルス列から成る位置コマンドを加算入
   力し、モータの回転量を減算入力する偏差カウンタと、 この偏差カウンタ出力により制御されるＰＷＭ／インバ
   ータと、 モータの実速度および回転量を検知する手段と、 偏差カウンタ出力、モータ実速度および速度コマンドの
   有無に基づいて負荷の位置設定が完了したことを判断す
   る設定完了信号発生手段とを少なくとも備えるモータ制
   御回路。
3. 【請求項３】 位置コマンドθはパルス列として与えら
   れ、そのパルス列を積算したものとモータの回転量θ’
   の偏差Ωを出力する偏差カウンタ（１０）と、一方の入
   力端子に上記偏差カウンタ（１０）の出力Ωが入力され
   る減算手段（１２）と、この減算手段（１２）の出力に
   基づいて所定のパルスデューティ比のＰＷＭ波を発生
   し、モータ（１６）を駆動するＰＷＭ／インバータ（１
   ４）と、モータ（１６）の回転位置を検出するセンサ
   （１８）と、センサ（１８）の出力からモータ（１６）
   の実際の回転速度に対応する信号ω’を発生しそれを上
   記減算手段（１２）の他方の入力端子に入力するＦ／Ｖ
   変換手段（２０）と、偏差カウンタ（１０）の出力Ωお
   よび実速度ω’に基づいてモータ（１４）の負荷が予定
   の位置に位置決めされ停止したことを判断する設定完了
   信号発生手段（２２）から成ることを特徴とするモータ
   制御回路。
4. 【請求項４】 前記設定完了信号発生手段をソフトウェ
   ア構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のモ
   ータ制御回路。