JP3294644B2 - モータ制御装置 - Google Patents

モータ制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、DCブラシレスモータ
の回転数制御を行うモータ制御装置に関する。
【0002】近年、例えばコンピュータの外部記憶装置
としてのファイル装置では、記録媒体であるディスクを
回転させるものとして、スピンドル機構を具備してお
り、長時間使用が可能なDCブラシレスモータが採用さ
れる。このようなDCブラシレスモータを、短時間で起
動させると共に、高精度で回転させる必要がある。
【0003】
【従来の技術】図5に、従来のモータ制御装置の構成図
を示す。図5はDCブラシレスモータの回転数制御を行
うための制御系ブロック図を示したものである。
【0004】図5において、モータ(DCブラシレスモ
ータ)11の回転を、ホール素子又はホールIC等の極
位置信号発生器(P)12で極位置信号を発生させて検
出する。例えば、8極の場合、モータ11の1回転(1
周)について4パルスを発生させる。
【0005】この極位置信号は、位相検出器13で、基
準クロックと比較されて、該基準クロックに対する位相
θが検出される。この位相θは、位相比較器14により
位相基準信号と比較され、位相フィードバックゲインG
θを積算して出力される。
【0006】一方、極位置信号発生器(P)12からの
極位置信号は、角速度検出器15を通して角速度
θ’(’は微分を示す)が検出される。この角速度θ’
は、角速度比較器16で角速度基準信号と比較され、角
速度フィードバックゲインGθ’を積算して出力され
る。
【0007】位置フィードバックゲインGθと角速度フ
ィードバックゲインGθ’とは、加算器17により加算
されてモータ11を回転数制御するものである。
【0008】この場合、極位置信号の立ち上り(又は立
ち下り)の時間間隔は、モータ11における磁石の着磁
むらや、極位置信号発生器12のホール素子の位置誤差
等がなく、一様回転している時には等間隔となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、磁石の着磁
むらやホール素子等の取り付け位置誤差によって極位置
信号は不均一なパルスとなる。従って、均一な基準クロ
ックをもとに位相検出を行うと、モータ11が一様回転
をしている場合であっても位相信号が変動するので振動
的な回転となる。また、モータ11の回転部の慣性モー
メントが十分小さい場合には不均一なパルスに応じて一
周に渡りむらのある回転に制御されることになる。
【0010】そのため、これらに対して従来は極位置信
号を分周器18,19でそれぞれ分周し、1周1パルス
に落として着磁むらやホール素子の取り付け位置誤差の
影響を受けない信号とし、位相信号、角速度信号を検出
する方法が行われている。
【0011】しかし、この方法では位相、角速度信号は
1周に1度の割合でしか検出されないため、回転数精
度、回転むら精度を十分に上げることができないという
問題がある。
【0012】そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされ
たもので、モータの高精度な回転数制御を行うモータ制
御装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題は、モータの一
回転における所定数の位置信号を検出して複数のパルス
信号を生成し、該パルス信号に基づいて回転位相及び速
度を検出してフィードバックすることにより該モータの
回転数制御を行うモータ制御装置において、前記複数の
パルス信号又はその何れかのパルス信号より、前記モー
タの前記回転位相を検出する位相検出手段と、該複数の
パルス信号より、該モータの回転子の回転位置のそれぞ
れ同一位置に対応するパルス信号の時間間隔を各独立に
検出する分周手段と、該それぞれパルス信号の時間間隔
より、それぞれの速度信号を各独立に生成する速度検出
手段と、該それぞれの速度信号を所定回転ごとに切り替
える速度切替手段と、で構成することにより解決され
る。そして、適宜、隣接する前記複数のパルス信号に対
応する前記速度信号の差分をそれぞれ検出してそれぞれ
の加速度信号を生成する加速度検出手段と、該各加速度
信号を所定回転ごとに切り替えて前記モータにフィード
バックさせる加速度切替手段と、を設ける。
【0014】
【作用】上述のように、モータの回転子の一回転におけ
るパルス信号より回転位相を検出すると共に、回転子の
回転位置のそれぞれ同一位置におけるパルス信号の時間
間隔を各独立に検出する。そして、各時間間隔より速度
信号を検出し、これを所定回転ごとに切替えることによ
り、得られる速度と回転位相とをフィードバックしてモ
ータの回転数制御を行う。
【0015】または、各速度信号のうち隣接する信号の
差分から加速信号を生成し、これを切替えて該回転位
相、速度、加速度をフィードバックしてモータの回転数
制御を行う。
【0016】これにより、複数のパルス信号におけるパ
ルス間隔ごとに速度信号、加速度信号が更新されること
となり、複数のパルス信号の一群ごとに更新が行われる
従来のモータ制御に比べて高精度に回転数制御を行うこ
とが可能となる。
【0017】
【実施例】図1に、本発明の第1実施例の構成図を示
す。図1は例えば3相8極のDCブラシレスモータ21
の回転数制御を行う場合の位相、角速度、角加速度の検
出に、何れかの1相のみを用いるフィードバック制御系
のブロック図を示したものである。この場合、モータ2
1には相数に対応したセンサが備えられている。
【0018】図1において、1相のみのセンサによるモ
ータ21の一回転における極の位置信号が、パルス発生
器(P)22により4パルス(8極による)極位置信号
として検出される。この極位置信号は、タイミング信号
発生器23に入力されると共に、分周手段を構成する4
つの分周器24A 〜24D に入力される。タイミング信
号発生器23は、各分周器24A 〜24D にリセット信
号を送出する。
【0019】この分周器24A 〜24D は、極位置信号
の同一位置におけるパルス信号の時間間隔を各独立に検
出する。すなわち、各位置における4パルス中の同一位
置の1パルス間の時間間隔が4通り検出されることにな
る。
【0020】ここで、分周器24A で得られる同一位置
のパルス信号は位相検出器25に入力され、基準クロッ
ク信号に基づいてモータ21の回転位相θA が検出され
る。この回転位相θA は比較器26で位相基準信号と比
較され、位相フィードバックゲインGθが積算されて加
算器27に入力される。
【0021】また、分周器24A 〜24D で検出された
時間間隔は、速度検出手段を構成するそれぞれ角速度検
出器28A 〜28D に入力され、それぞれ角速度θ’A
〜θ’D (’は微分を示す)が検出されて速度切替手段
である角速度切替器29に入力される。角速度切替器2
9は、タイミング信号発生器23からの1/4周ごとの
選択信号により順次更新され、逐次比較器30で角速度
基準信号と比較されて角速度フィードバックゲインG
θ’が積算されて加算器31に入力される。
【0022】また、角速度検出器28A 〜28D からの
角速度信号のうち、極位置信号の隣接するパルスの2つ
の角速度信号が、それぞれ角加速度検出器32A 〜32
D において差分が検出されて角加速度信号θA ”〜
θD ”(”は2回微分を示す)生成されて加速度切替手
段である角加速度切替器33に入力される。
【0023】角加速度切替器29は、タイミング信号発
生器23からの1/4周ごとの選択信号により順次更新
され、逐次比較器34で角加速度基準信号と比較されて
角加速度フィードバックゲインGθ”が積算されて加算
器31に入力される。
【0024】そして、加算器31では速度を積算した速
度信号と加速度を積算した加速度信号を加算し、さらに
加算器27で位相を積算した位相信号を加算してモータ
21にフィードバックされる。
【0025】そこで、図2に、図1の動作タイムチャー
トを示す。図2において、モータ21の一回転における
極位置信号(4つのパルス信号)がA〜D順で繰り返え
されて得られ、(図2(A))、それらの立ち下り(立
ち上りでもよい)で各分周器24A 〜24D において1
パルス間の時間間隔が検出される(図2(B)〜
(E))。この場合、極位置信号はA〜Dの順で繰り返
されることから、信号A0 と一周遅れたA1 、及びB0
とB1 、C0 とC1 、D0 とD1 の時間間隔は、前述の
モータ21における着磁むら、取り付け位置の誤差の影
響を受けないものである。
【0026】そこで、分周器24A のパルス信号より回
転位相θを検出し(図2(F)、各分周器24A 〜24
D からのそれぞれ1周1パルスにおける同一位置のパル
ス間隔から角速度信号θ’を生成する。極位置信号A〜
Dは1/4周ずつずれていることから、時間的に切り換
えることにより、精度の良向な角速度信号θ’が1/4
周ごとに更新されることになる。すなわち、精度の良好
な角速度信号を1周の間に4回得ることができる(図2
(G))。
【0027】そして、回転位相信号による位相信号と、
1/4周ごとに更新される速度信号を加算してモータ2
1にフィードバックするだけにおいても、該モータ21
の回転数制御を高精度に行うことができる。
【0028】また、分周器24A 〜24D において信号
0 とA1 、B0 とB1 、C0 とC 1 、D0 とD1 より
得られた高精度の角速度信号の隣接した信号の差分から
角加速度信号を得るとにより、該角速度信号は1周分の
遅れを有しているのに対し、それらの差から得た角加速
度信号が1/4周遅れであり、1周の間に精度のよい角
加速度信号θA ”〜θD ”が4回得られることとなる
(図2(H))。そして、この角加速度信号θA ”〜θ
D ”を用いて、前述の位相信号、角速度信号と共にモー
タ21にフィードバックすることにより、より高い周波
数帯域の制御を行うことができる。
【0029】なお、角速度フィードバック系を除いて、
位相フィードバック系と角加速度フィードバック系とに
よっても、モータ21の回転数制御を高精度に行うこと
ができる。
【0030】次に、図3に本発明の第2実施例の構成図
を示す。図1は1相を用いるフィードバック系を示した
ものであり、図3は3相を用いるフィードバック系のブ
ロック図を示したものである。
【0031】図3において、3相のDCブラシレスモー
タ21の相に対応して設けられたセンサによるモータ一
回転における極の位置信号が、パルス発生器(P)31
により、U相、V相、W相の相ごとに4パルスの極位置
信号として、分周器32U ,32V ,32W に入力され
ると共に、U相の極位置信号がタイミング信号発生器3
3に入力される。また、タイミング信号発生器33より
分周器32U 〜32Wにリセット信号を送出する。
【0032】分周器32U 〜32W では、極位置信号を
時系列分けて各相で1周1パルスを得、各相における1
パルス間の時間間隔を検出する。分周器32U によるパ
ルス信号Uは、位相検出器34により基準のクロックで
回転位相信号を得、比較器35で位相基準信号と比較し
て位相フィードバックゲインを積算して加算器36に入
力される。
【0033】一方、分周器32U 〜32W で検出される
時間間隔は、角速度検出器37U ,37V ,37W に入
力されて角速度信号θU ’,θV ’,θW ’が生成さ
れ、それぞれ角速度切替器38でタイミング信号発生器
33からの選択信号で切り替えられる。そして、比較器
39で角速度基準信号と比較され、角速度フィードバッ
クゲインGθ’を積算して加算器40に入力される。
【0034】また、角速度信号θU ' 〜θW ’は、隣接
の信号と共に各角加速度検出器41 U ,41V ,41W
に入力されて差分で角加速度信号θU ”,〜θW ”が生
成される。この角加速度信号θU ”〜θW ”が角加速度
切替器42でタイミング信号発生器33からの選択信号
で切り替えられ、比較器43で角加速度基準信号と比較
されて角加速度フィードバックゲインGθ”を積算して
加算器40に入力される。
【0035】そして、位相信号、角速度信号及び角加速
度信号をモータ21にフィードバックして高精度に回転
数制御を行うものである。
【0036】そこで、図4に、図3の動作タイムチャー
トを示す。但し、動作原理は図1と同様であり、図4に
ついて簡単に説明する。図4において、各相の極位置信
号U,V,W(図4(A)〜(C))が、分周器32U
〜32W でその立ち上り(立ち下りでもよい)を検出さ
れて各相で1周1パルスの位相信号が生成される(図4
(D)〜(F))。そして、位相検出器34で回転位相
信号θU を得(図4(G))、角速度検出器37U 〜3
W で角速度信号θU ’,θV ’,θW ’を生成すると
共に(図4(H))、角加速度検出器41U 〜41W
角加速度信号θ U ”,θV ”,θW ”を生成するもので
ある(図4(I))。
【0037】すなわち、これら回転位相信号θU 、角速
度信号θU ’〜θW ’、角加速度信号θU ”〜θW ”に
よる位相信号、角速度信号、角加速度信号がモータ21
の1/3周ごとに更新されることになり、高精度の回転
数制御を行うことができるものである。ところで、図4
のフィードバック系と、図1のフィードバック系とを併
用すれば、モータ21にフィードバックされる各信号
は、(1/3)×(1/4)より1/12周ごとに更新
されることとなり、さらに高帯域の回転数制御を行うこ
とができるものである。
【0038】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、モータの
一回転により発生された複数のパルス信号をそれぞれ1
周1パルスに分周して検出した時間間隔から、角速度を
検出することにより、また隣接するパルス信号における
角速度の差分より角加速度を検出することにより、モー
タの着磁むらやセンサの取り付け位置誤差によらず、一
回転中で前記パルス信号数に応じた位相、角速度、角加
速度を更新することができ、高精度に回転数制御を行う
ことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の構成図である。
【図2】図1の動作タイムチャートである。
【図3】本発明の第2実施例の構成図である。
【図4】図3の動作タイムチャートである。
【図5】従来のモータ制御装置の構成図である。
【符号の説明】
21 モータ 22 パルス発生器 23 タイミング信号発生器 24A 〜24D 分周器 25 位相検出器 26,30,34 比較器 27,31 加算器 28A 〜28D 角速度検出器 29 角速度切替器 32A 〜33D 角加速度検出器 33 角加速度切替器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータ(21)の一回転における所定数
    の位置信号を検出して複数のパルス信号を生成し、該パ
    ルス信号に基づいて回転位相及び速度を検出してフィー
    ドバックすることにより該モータの回転数制御を行うモ
    ータ制御装置において、 前記複数のパルス信号の又はその何れかのパルス信号よ
    り、前記モータの前記回転位相を検出する位相検出手段
    (25,34)と、 該複数のパルス信号より、該モータ(21)の回転子の
    回転位置のそれぞれ同一位置に対応するパルス信号の時
    間間隔を各独立に検出する分周手段(24A 〜24D
    32U ,32V ,32W )と、 該それぞれパルス信号時間間隔より、それぞれの速度信
    号を各独立に生成する速度検出手段(28A 〜28D
    37U ,37V ,37W )と、 該それぞれの速度信号を所定回転ごとに切り替える速度
    切替手段(29,39)と、 を具備することを特徴とするモータ制御装置。
  2. 【請求項2】 隣接する前記複数のパルス信号に対応す
    る前記速度信号の差分をそれぞれ検出してそれぞれの加
    速度信号を生成する加速度検出手段(32A〜32D
    41U ,41V ,41W )と、 該各加速度信号を所定回転ごとに切り替えて前記モータ
    にフィードバックさせる加速度切替手段(33,42)
    と、 を設けることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装
    置。
  3. 【請求項3】 モータ(21)の一回転における所定数
    の位置信号を検出して複数のパルス信号を生成し、該パ
    ルス信号に基づいて回転位相及び加速度を検出してフィ
    ードバックすることにより該モータの回転数制御を行う
    モータ制御装置において、 前記複数のパルス信号又はその何れかのパルス信号よ
    り、前記モータの前記回転位相を検出する位相検出手段
    (25,34)と、 該複数のパルス信号より、それぞれ回転子の同一位置に
    おけるパルス信号の時間間隔を各独立に検出する分周手
    段(24A 〜24D ,32U ,32V ,32W)と、 該それぞれの時間間隔のうち、時間的に隣接する時間間
    隔の差分をそれぞれ検出して、それぞれの加速度信号を
    生成する加速度検出手段(32A 〜32D ,41U ,4
    V ,41W )と、 該加速度信号を所定回転ごとに切り替えて前記モータに
    フィードバックさせる加速度切替手段(33,42)
    と、 を具備することを特徴とするモータ制御装置。
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