JP2712665B2 - 回転体の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は磁気記録再生装置などに用いられる回転体の
速度および位相制御を行なう回転体の制御装置に関する
ものである。

従来の技術 回転体の制御装置は回転体に取り付けられた周波数発
電機の出力信号（以下FG信号と称す）の周期を所望の周
期になるように制御する速度制御と、回転体に取り付け
られた位置を表す信号（以下、PG信号と称する）と基準
位相信号との位相差を所望の値になるように制御する位
相制御を行なう。

例えば、磁気記録再生装置のシリンダモータでは、モ
ータに取り付けられた周波数発電機は１回転に６パルス
のFG信号を発生し、またPG信号は１回転に１パルス発生
する。シリンダモータは30Hzで回転するのでFG信号の周
波数は180Hzとなり、基準周期は1/80secである。したが
って、FG信号の周期が1/180secになるように速度制御が
行なわれる。また、PG信号の周波数は30Hzであり、基準
位相信号と所定の位相差になるように位相制御が行なわ
れる。

速度制御の誤差出力と位相制御の誤差出力はおのおの
の合成比で合成され、シリンダモータの駆動回路に出力
され、駆動回路の出力によりシリンダモータは駆動され
回転制御が行なわれる。

しかしながら、速度制御出力，位相制御出力の合成出
力と駆動回路との間で生じるオフセットや負荷などによ
り、定常速度偏差，定常位相偏差を生じる。定常速度偏
差は位相制御が速度制御系の積分項として動作するので
ほとんど生じないが、速度制御の定常速度偏差を補正す
るように位相制御系が動作するため、位相制御の誤差出
力にその補正分が現われ、位相誤差出力の中心値がずれ
てしまう。特に、位相制御系の利得は速度制御系の利得
より大きいため、定常速度偏差が小さくても定常位相偏
差として大きく現われるので、大きな定常位相偏差を生
じる原因となる。

定常位相偏差は位相制御系に対して積分項がないので
位相制御の利得分の１だけ残ってしまう。そのため、PG
信号と基準位相信号の位相差を設定値通りにすることが
できない。それで、位相誤差出力に低減での誤差出力を
補償するように低域補償フィルタが挿入される。このフ
ィルタにより、定常位相偏差をなくすようにしている。

この低域補償フィルタをディジタルフィルタで構成す
ると第９図のようになる。このフィルタをディジタルで
構成するのは、速度制御，位相制御がディジタルで処理
されており、フィルタの動作をディジタル的に処理する
ことができれば、フィルタの動作を含めて制御のすべて
をディジタルIC化できるからである。また、フィルタや
ディジタル化することにより部品のバラツキや温度変化
などにより起こる特性の変化をなくすことができる。

ここで、第９図のディジタルフィルタの動作について
説明する。まず端子1101から入力データが入力され、乗
算器1102により定数倍される。累算加算を行なうブロッ
ク1103では乗算器1102の出力データの累積加算を行ない
累積結果をメモリに格納する。ここで、Z^-1は１サンプ
ル遅延を表す記号である。乗算器1104ではブロック1103
の累積結果を定数倍し、加算器1105において乗算器1104
の出力データと乗算器1102の出力データの加算を行ない
ディジタルフィルタの出力データとして出力端子1106よ
り出力する。

累積加算を行なうブロック1103において、メモリに格
納されている累積データは定常速度偏差や定常位相偏差
を補償するためのデータであるので、定常速度偏差や定
常位相偏差の値に応じて大きくなったり小さくなったり
する。したがって、大きな負荷がかかっていたり、速度
偏差が大きいときなどは、メモリに格納される累積デー
タは大きい値となる。

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では、速度偏差や位相
偏差が大きいときには、それらを補償する低域補償フィ
ルタの累積データが大きい値となり、累積データを格納
しているメモリが格納できる最大値を越えてしまうこと
がある。そのため、メモリに格納される値は上限または
下限値に固定されてしまい、その結果、累積項による補
償ができなくなり偏差が残ってしまう。定常位相偏差が
残るということは位相制御の性能が悪化したことであ
り、極端な場合には、位相ロックがかからず、位相制御
が正常に動作しないという問題があった。

課題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回転体の制御装
置は、回転体の速度情報を有する信号を周波数弁別する
周波数弁別手段と、前記回転体の位置情報を有する信号
と基準位相信号発生手段より出力される基準位相信号と
の位相比較を行なう位相比較手段と、前記位相比較手段
の出力を補償するディジタルフィルタと、前記ディジタ
ルフィルタのオーバーフローを検出するオーバーフロー
検出手段と、前記オーバーフロー検出手段の出力信号に
より前記周波数弁別手段の出力を補正する出力補正手段
と、前記ディジタルフィルタの出力と前記出力補正手段
の出力を合成する合成手段と、前記合成手段の出力によ
り前記回転体を駆動する駆動手段とを具備して構成され
ている。

作用 本発明は上記した構成によって、オフセットや負荷な
どにより生ずる定常速度偏差，定常位相偏差を補償する
ディジタルフィルタの累積項のオーバーフローを検出
し、その検出出力によって速度制御系の出力信号を補正
することにより、定常速度偏差を速度制御系で取り除く
ようにしているので、低域補償フィルタは位相制御系の
定常位相偏差を取り除くように動作すればよく、定常速
度偏差によって低域補償フィルタをオーバーフローさせ
ることなく動作させることができる。したがって、定常
位相偏差もほぼなくすことができる。

実施例 以下、本発明の一実施例の回転体の制御装置について
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回転体の制御装置
のブロック図である。１は回転体（モータ）であり、２
はモータ１の回転情報を取り出す周波数発電機であり、
FG信号が出力される。３はFG信号の周波数弁別を行なう
周波数弁別手段であり、その出力は出力補正手段11（後
述）に入力されている。４は出力補正手段11の出力とデ
ィジタルフィルタ10（後述）の出力との合成を行なう合
成手段である。５は合成手段４のディジタルデータ出力
が入力されるディジタル−アナログ変換器であり、６は
そのアナログ信号を増幅するパワー増幅器であり、その
出力によってモータ１が駆動される。以上のループによ
り速度制御系が構成される。

次に、７はモータ１の位置信号を取り出す位置検出手
段であり、その位置信号（PG信号）は位相比較器８に入
力される。また、位相比較器８には基準位相信号発生手
段９より出力される基準位相信号が入力される。位相比
較器８の出力はディジタルフィルタ10に入力され、低域
補償が行なわれる。ディジタルフィルタ10はフィルタ処
理後の出力を合成手段４に、オーバーフロー検出信号を
出力補正手段11に送出する。出力補正手段11はディジタ
ルフィルタ10のオーバーフロー検出信号に基づき、周波
数弁別手段３の出力データの補正を行なう。以上のルー
プにより位相制御系が構成される。

第２図は周波数弁別手段３の動作を説明するためのタ
イムチャートであり、ａはFG信号であり、ｂは周波数弁
別を行なうための台形波であり、FG信号ａが入力された
時刻において台形波ｂの値をサンプリングすることによ
り速度誤差出力ｃを得ている。台形波ｂはFG信号により
サンプリングされた後、次のFG信号の台形波を作るため
に新たに基準周期が設定される。速度誤差出力ｃはFG信
号ａの周期が基準周期より短いときには正の誤差出力
を、長いときには負の誤差出力を出力する。

第３図は、以上の周波数弁別手段３の動作をソフトウ
ェアで実現した場合のフローチャートであり、処理301
においてFG信号が入力されたかどうかの判断を行ない、
FG信号が入力されていれば処理302に移行し、FG信号が
入力されていなければ処理307に移行する。処理302では
FG信号の周期を算出している。前記のFG信号が入力され
たときのベースカウンタのカウント値をNSB、今回のFG
信号が入力された時点のベースカウンタのカウント値を
NSAとすると、FG信号の周期PER_Sは（１）式により得ら
れる。

PER_S＝NSB−NSA ……（１） ここで、ベースカウンタは基準クロック信号をダウン
カウントする巡回型カウンタとして動作しているものと
して扱っている。

次に、処理303において、処理302で求めたFG信号の周
期PER_Sと基準周期REF_Sを用いて（２）式により速度誤
差ERR_Sを求めている。

ERR_S＝REF_S−PER_S ……（２） そして、処理304において速度誤差ERR_Sが規定の範囲
に入るようにリミット処理を行ない、処理305におい
て、合成手段４に速度誤差ERR_Sを出力する。そのあ
と、次のFG信号の処理の基準として処理306において、
今回のFG信号が入力されたときのベースカウンタのカウ
ント値NSAをNSBに格納しなおし、周波数弁別手段３の動
作を終了する。

処理301においてFG信号が入力されていない場合には
処理307において前回のFG信号が入力されてから、次のF
G信号が入力されるべき許容時間を越えているかどうか
の判断を行ない、もし越えていれば処理308においてモ
ータ１を最加速する速度誤差出力を出力補正手段11を介
して合成手段４に出力して終了し、越えていなければ何
もせずに終了する。

以上のように、速度誤差ERR_Sは測定したFG信号の周
期PER_Sが基準周期REF_Sより短ければ正の値を、長けれ
ば負の値を出力する。

第４図は、位相比較手段８を説明するためのタイムチ
ャートであり、ａは基準位相信号であり、ｂは基準位相
信号ａより作成される位相比較を行なうための台形波で
あり、PG信号ｃが入力された時刻において台形波ｂをサ
ンプリングすることにより位相誤差出力ｄを得ている。
位相誤差出力ｃは基準位相信号ａとPG信号ｃの位相差が
所定の位相差より短いときには正の誤差出力を、長いと
きには負の誤差出力を出力する。

第５図は位相比較手段８の動作をソフトウェアで実現
した場合のフローチャートであり、処理501において基
準位相信号発生手段９から基準位相信号（REF_P）が入
力されたかどうかの判断を行ない、基準位相信号が入力
されていれば処理502に移行し、基準位相信号が入力さ
れていなければ処理503に移行する。処理502では基準位
相信号が入力された時刻のベースカウンタのカウント値
CN1をメモリN_REFに格納している。処理503ではPG信号
が入力されたかどうかの判断を行ない、PG信号が入力さ
れていれば処理504に移行し、PG信号が入力された時刻
のベースカウンタのカウント値CN2をメモリNPAに格納し
ている。処理505では位相誤差ERR_Pを（３）式により得
ている。

ERR_P＝N_REF_P−（N_REF−NPA） ……（３） ここで、N_REF_Pは基準位相差を表すカウント値であ
る。

次に、処理506において位相誤差ERR_Pが規定の範囲に
入るようにリミット処理を行ない、処理507においてデ
ィジタルフィルタ10に位相誤差ERR_Pを出力する。以上
で位相比較手段８の動作を終了する。

処理503においてPG信号が入力されていない場合には
何もせずに終了する。

次に、第６図にディジタルフィルタ10のブロック図を
示す。入力端子601から入力データが入力され、ブロッ
ク602により定数倍される。ブロック603では入力端子60
1から入力される入力データの累積加算を行ない、累積
結果をメモリに格納する。ブロック604ではブロック603
の累積結果を定数倍し、ブロック603においてブロック6
04の出力データとブロック602の出力データの加算を行
ない、ディジタルフィルタの出力データとして出力端子
606より出力する。

また、ブロック603において累積結果を格納するメモ
リかオーバーフローしたときには、オーバーフロー出力
端子607からオーバーフロー検出信号が出力される。オ
ーバーフロー検出信号にはオーバーフローの極性を示す
データを含んでいる。

第７図はディジタルフィルタ10の動作をソフトウェア
で実現した場合のフローチャートであり、処理701にお
いて、第６図に示す入力端子601に入力されたデータD1
をメモリMIに格納する。処理702では、メモリMIのデー
タと定数C1を乗算し、その乗算結果をメモリM2に格納す
る。処理703ではこれまでの累積結果が格納されている
メモリMIのデータと入力データD1の加算を行ないその加
算結果をメモリMIに再格納する。処理704では、メモリM
Iに格納された加算結果が、メモリMIが格納できる最大
または最小値を越えているかどうか、すなわちオーバー
フローしているかどうかの判断を行なっている。メモリ
MIがオーバーフローしていなければ処理705に移行し、
累積結果であるメモリMIのデータと定数C2を乗算し、そ
の乗算結果をメモリM3に格納する。そして、処理706で
はメモリM2とメモリM3のデータを加算して、その加算結
果をディジタルフィルタ10の出力データとして出力す
る。

処理704において、メモリMIがオーバーフローしてい
れば処理707に移行し、オーバーフローが最大または最
小値のどちらかを越えたかを判断する。すなわち、オー
バーフローの極性を判断している。メモリMIのオーバー
フローが最大値であるときには処理708に移行し、メモ
リMIの値を最大値にセットし、さらに正のオーバーフロ
ー信号を第６図に示す出力端子607から出力し、処理705
に移行する。メモリMIのオーバーフローが最小値である
ときには処理709に移行し、メモリMIの値を最小値にセ
ットし、さらに負のオーバーフロー信号を出力端子607
から出力する。そのあと、処理705に移行する。以上の
ようにしてソフトウェアでディジタルフィルタの処理が
行なわれる。

次に、オーバーフロー検出信号の出力により周波数弁
別手段３の出力を補正する出力補正手段11について説明
する。第８図は出力補正手段11をソフトウェアで実現し
た場合のフローチャートであり、処理801においてディ
ジタルフィルタ10より出力されるオーバーフロー信号を
取り込み、ディジタルフィルタ10のメモリMIがオーバー
フローしたかどうかを判断し、オーバーフローしていな
ければ処理は終了する。ディジタルフィルタ10がオーバ
ーフローしていれば処理802に移行する。処理802ではオ
ーバーフロー信号の極性が正かどうかの判断を行ない、
正であれば処理803に移行する。処理803では以下の処理
を行なう。

オーバーフロー信号の極性が正であるので、モータ１
の回転速度が基準周期で設定した回転速度より早くなっ
ている。したがって、周波数弁別手段３の出力を出力補
正手段11により、モータ１の回転速度が減速するように
補正する。モータ１の回転速度が現在の回転速度より遅
くなればディジタルフィルタ10のオーバーフローは解除
される。したがって、（４）式に示すように速度誤差ER
R_Sを補正すればよい。

ERR_S_C＝ERR_S＋ΔＣ ……（４） ここで、ERR_S_Cは速度誤差ERR_Sを出力補正手段11に
より補正した値であり、ΔＣは補正値である。定数速度
偏差が大きく、（４）式による補正を１回行なっただけ
ではディジタルフィルタ10のオーバーフローが改善され
ないときには（４）式による補正を繰り返し行ない、累
積値を格納しているメモリMIの値がほぼ“0"になるま
で、すなわち動作中心になるまで行なえば、位相制御系
による引込レンジは大幅に改善される。

処理802でのオーバーフロー信号の極性が負であると
きには、処理804において処理803で行なった処理と同様
の処理を行ない、モータ１の回転速度を加速するように
する。すなわち、（４）式で用いた補正値ΔＣを速度誤
差ERR_Sから減算すればよく、（５）式のように表わさ
れる。

ERR_S_C＝ERR_S−ΔＣ ……（５） 以上のように、定常速度偏差により生じる位相制御系
の低域補償フィルタ（ディジタルフィルタ10）のオーバ
ーフローを、速度制御系の出力信号を補正することによ
り定常速度偏差を取り除き、ディジタルフィルタ10がオ
ーバーフローしないようにすると共に、ディジタルフィ
ルタ10の動作点が中心付近になるようにすることができ
るので、動作範囲の広い低域補償動作を行なうことがで
きる。

本実施例では、各々の処理をソフトウェアで構成した
場合について説明したが、同様の動作が行なえるように
ハードウェアで構成してもなんら差しつかえない。

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信
号を周波数弁別する周波数弁別手段と、前記回転体の位
置情報を有する信号と基準位相信号発生手段より出力さ
れる基準位相信号との位相比較を行なう位相比較手段
と、前記位相比較手段の出力を補償するディジタルフィ
ルタと、前記ディジタルフィルタのオーバーフローを検
出するオーバーフロー検出手段と、前記オーバーフロー
検出手段の出力により前記周波数弁別手段の出力を補正
する出力補正手段と、前記ディジタルフィルタの出力と
前記出力補正手段の出力を合成する合成手段と、前記合
成手段の出力により前記回転体を駆動する駆動手段とを
具備しているので、定常速度偏差により生じる位相制御
系の低域補償フィルタ（ディジタルフィルタ）のオーバ
ーフローを、速度制御系の出力信号を補正値を用いて補
正することにより定常速度偏差を取り除き、ディジタル
フィルタがオーバーフローしないようにすると共に、デ
ィジタルフィルタの動作点が中心付近になるようにする
ことができるので、動作範囲の広い低域補償動作を行な
うことができ、大なる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における回転体の制御装置の
ブロック図、第２図は周波数弁別手段の動作を説明する
ためのタイムチャート、第３図は周波数弁別手段をソフ
トウェアで構成した場合のフローチャート、第４図は位
相比較手段の動作を説明するためのタイムチャート、第
５図は位相比較手段をソフトウェアで構成した場合のフ
ローチャート、第６図はディジタルフィルタのブロック
図、第７図はディジタルフィルタをソフトウェアで構成
した場合のフローチャート、第８図は出力補正手段の動
作を説明するためのフローチャート、第９図は従来のデ
ィジタルフィルタのブロック図である。 １……モータ、２……速度発電機、３……周波数弁別手
段、４……合成手段、５……ディジタル−アナログ変換
器、６……パワーアンプ、７……位置検出手段、８……
位相比較手段、９……基準位相信号発生手段、10……デ
ィジタルフィルタ、11……出力補正手段。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体の速度情報を有する信号を周波数弁
   別する周波数弁別手段と、前記回転体の位置情報を有す
   る信号と基準位相信号発生手段より出力される基準位相
   信号との位相比較を行なう位相比較手段と、前記位相比
   較手段の出力を低域補償するディジタルフィルタと、前
   記ディジタルフィルタのオーバーフローを検出するオー
   バーフロー検出手段と、前記オーバーフロー検出手段の
   出力信号によって前記周波数弁別手段の出力を補正する
   出力補正手段と、前記ディジタルフィルタの出力と前記
   出力補正手段の出力を合成する合成手段と、前記合成手
   段の出力により前記回転体を駆動する駆動手段とを具備
   したことを特徴とする回転体の制御装置。
2. 【請求項２】ディジタルフィルタは、入力データに係数
   を乗算して得られる比例項と、前記入力データを累算し
   て得られる累算項と、前記累算項に係数を乗算して得ら
   れる積分項と、前記比例項と前記積分項の加算を行なう
   加算項とより成り、前記加算項の出力を出力信号とする
   ことを特徴とする請求項（１）記載の回転体の制御装
   置。
3. 【請求項３】オーバーフロー検出手段は、ディジタルフ
   ィルタの積分項が所定の上限値または下限値を越えたこ
   とを検出することを特徴とする請求項（２）記載の回転
   体の制御装置。
4. 【請求項４】出力補正手段は、ディジタルフィルタのオ
   ーバーフローを検出するオーバーフロー検出手段の出力
   信号の極性に応じて周波数弁別手段の出力に補正値を加
   減することを特徴とする請求項（３）記載の回転体の制
   御装置。