JP3622703B2 - パルス列生成方法とその装置およびこれを用いたモ−タ回転速度指令生成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意のデュ−ティと周波数を有するパルス列を生成するパルス列生成方法とその装置およびこれを用いたモ−タ回転速度指令生成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、図9に示す基本三角波を基にスレッショルド電圧レベル+Vaを時間軸に対して任意に変化させ、前記基本三角波と前記スレッショルド電圧レベルが一致する点で例えばウィンドコンパレ−タ(図示せず)を用いて前記一致点に応じたパルス幅を有する所望のパルス列を生成していた。
【0003】
このようなパルス列の使用方法としては、このパルス列をモータの制御に用いるPWM回路に入力し、このPWM回路で電圧に変換してモ−タ回転速度指令電圧を生成し、パルス列のパルス数で回転量を決定し、パルス列の周波数で回転速度を決定してモ−タの回転制御を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の構成では下記問題点を有していた。
【0005】
すなわち、前述の所望のパルス列をPWM回路にて速度指令電圧に変換してモータの制御を行う方法では、パルス列のパルス数で回転量を決定してパルス列の周波数で回転速度を決定しているステッピングモ−タの回転を制御することはできなかった。
【0006】
また、基本三角波とスレッショルド電圧値との交点によりパルスを生成するときによくコンパレ−タが用いられるが、前記基本三角波と前記スレッショルド電圧値とを前記コンパレ−タの入力として両入力信号の一致検出を行いパルス列生成を実施する場合、前記2つの入力信号はアナログ信号でノイズが重畳するのが常であり、この影響によりコンパレ−タの不要な出力反転が発生しないように不感帯をつくり、ヒステリシスをもたせているので、モ−タの回転速度を精度良く制御できなかった。
【0007】
これに加えて、パルス列生成因子である前記基本三角波と前記スレッショルド電圧レベルは、アナログ信号であるため回路自体や経年変化や周囲環境温度によるアナログ誤差を含むので、精度よい所望のパルス列生成を得ることができず最終のモ−タ回転速度を精度良く制御できなかった。
【0008】
本発明は上記問題点を解決するもので、経年変化や周囲環境温度等による影響を少なくでき、精度のよいパルス列の生成を行えるパルス列生成方法とその装置を提供するものである。
【0014】
また、請求項1記載の本発明は、デジタル信号である基準クロック信号を出力する基準クロック発生手段と、前記基準クロック信号を入力して予め設定されたそれぞれの設定値までカウントし、それぞれの設定値になった時に出力信号を出力するとともにカウント値を初期化する2つのカウンタ手段と、前記2つのカウンタ手段の設定値を異ならせるとともに書き換える書き換え手段をとを備え、前記カウンタ手段の出力信号をフリップフロップ回路のリセット入力とセット入力にそれぞれ 1 対 1 に接続し、前記フリップフロップ回路の出力信号をパルス列とするとともに、前記カウンタ手段の予め設定されたカウントアップ設定値を次のカウントアップ設定値に書き換えた後に、現在のカウンタ積算値と書き換えたカウントアップ設定値とを比較し、現在のカウンタ積算値が書き換えたカウントアップ設定値以上の値の場合、かつ、カウンタ手段がアップカウント処理の場合に、現在のカウンタ積算値をリセットするパルス列生成装置である。
【0015】
また、請求項2記載の本発明は、デジタル信号である基準クロック信号を出力する基準クロック発生手段と、前記基準クロック信号を入力して予め設定されたそれぞれの設定値までカウントし、それぞれの設定値になった時に出力信号を出力するとともにカウント値を初期化する2つのカウンタ手段と、前記2つのカウンタ手段の設定値を異ならせるとともに書き換える書き換え手段をとを備え、前記カウンタ手段の出力信号をフリップフロップ回路のリセット入力とセット入力にそれぞれ 1 対 1 に接続し、前記フリップフロップ回路の出力信号をパルス列とするとともに、前記カウンタ手段の予め設定されたカウントダウン設定値を次のカウントダウン設定値に書き換えた後に、現在のカウンタ積算値と書き換えたカウントダウン設定値とを比較し、現在のカウンタ積算値が書き換えたカウントダウン設定値以下の値の場合、かつ、カウンタ手段がダウンカウント処理の場合に、現在のカウンタ積算値をリセットするパルス列生成装置である。
【0016】
また、請求項3記載の本発明は、モータへの電力を制御するPWM回路として、入力信号を電圧に変換するPWM変換手段と、信号に極性を付加する極性付加手段を有し、請求項1または2に記載のフリップフロップ回路の出力信号を前記PWM変換手段に入力するモ−タ回転速度指令生成装置である。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、2つのカウンタ手段の設定値を異ならせているので、これら設定値の差に相当するデジタル信号である基準クロック信号間隔のパルスを生成でき、この設定値を随時書き換えることにより任意の周波数・デュ−ティを正確に有するパルス列を生成することができる。
【0018】
また、カウント目標設定値を1対2の比に設定するので、デュ−ティを50%に正確に制御できる。
【0019】
そして、本発明によるパルス列を用いればステッピングモ−タの回転位置(角度)と速度の制御を行うことができるとともに、従来の基本三角波を用いて速度指令電圧を生成するものに比べて、より確実に精度良く制御することができる。
【0020】
さらに、生成された任意のデュ−ティを有するパルス列をPWM変換手段と極性付加手段により加工し、指令電圧を生成するので、従来の基本三角波を用いて速度指令電圧を生成する場合よりもアナログ誤差を小さくできるので、モ−タの回転速度をより精度良く、制御することができる。
【0021】
(実施の形態)
次に、本発明の実施の形態例について説明を行う。
【0022】
第一の実施の形態例を図1と図3と図4を用いて説明する。
【0023】
まず、図4において、CPU(図示せず)はラッチ回路7を用い、デ−タバスの所定のビットをHIGH(1)またはLOW(0)に設定しておいて、WRITEM端子に、ゲートをLOW信号時にアクティブにする(アクティブLOW)信号をセットしてモ−タを回転させる方向を書き込む。
【0024】
このラッチ回路7の前述のビットに対応した出力がサ−ボアンプ(図示せず)に伝達されてモ−タ回転方向が定まる。
【0025】
このモ−タ回転方向設定状態は、モ−タの回転方向を変更するまでは設定を変更する必要はない。
【0026】
次に、図1に示すような1周期(t1+t2)秒でt1=t2秒の幅を即ち、デュ−ティ50%を有するパルス列を生成する場合について説明を行う。
【0027】
まず、図3に示すように第1のカウンタ1と第2のカウンタ2を備えている。
【0028】
CPU(図示せず)は、第1のカウンタ1をチップセレクトし、データバス上に第1のカウンタのカウント目標設定値としてパルスOFF時間t1秒をデジタル信号である基準クロックの1周期時間で除算した値(もしもこの値が小数点以下の値を含む場合は四捨五入して整数値とした値)をセットして、次にWRITE信号をパルス的にLOW(アクティブLOW)信号にすることで第1のカウンタに書き込む。
【0029】
次に、同様にしてCPUにより、第2のカウンタ2をチップセレクトし、データバス上に第2のカウンタ2のカウント目標設定値としてパルスON時間t2秒をセットし、次にWRITE信号をパルス的にLOW(アクティブLOW)信号にすることで第2のカウンタに書き込む。
【0030】
本実施の形態例の場合、t1=t2秒の幅、即ちデュ−ティ50%を有するパルス列を生成するので、前記第1のカウンタ1のカウント目標設定値の2倍の値を第2のカウンタ2のカウント目標設定値として書き込む。
【0031】
このように、パルス周期(t1+t2)秒のパルスを生成する場合、パルス幅t1秒を作るのが第1のカウンタであり、パルス周期を(t1+t2)秒とするのが第2のカウンタとなる。
【0032】
この時、CPUは図3のSTART信号をアクティブLOWにする。
【0033】
この瞬間、図3の第1のカウンタ1と第2のカウンタ2が同時に基準クロック数のカウント動作を開始し、また、最終出力OUTはLOWレベル状態からの開始となる。
【0034】
常時、(第1のカウンタ1のカウント目標設定値)<(第2のカウンタ2のカウント目標設定値)とするので、前記基準クロック数のカウント動作開始後、目標設定値到達時に第1のカウンタ1がカウント完了状態となりカウント完了出力O1を出力する。
【0035】
この出力信号がRSフリップフロップ3のセット入力SとなりRSフリップフロップ3の出力OUTの論理がLOW状態からHIGH状態へと切り替わる。
【0036】
次に、第1のカウンタ1の目標設定値より第2のカウンタ2の目標設定値が大きいので、第1のカウンタ1からのカウント完了出力O1からそれぞれの目標設定値の差に相当する基準クロック数が経過した時、すなわち、第2のカウンタ2の目標設定値までカウント動作が行われた時、第2のカウンタ2もカウント完了状態となり、カウント完了出力O2を出力する。
【0037】
この出力信号がRSフリップフロップ3のリセット入力RとなりRSフリップフロップ3の出力OUTの論理がHIGH状態からLOW状態へと切り替わる。
【0038】
この時、前記RSフリップフロップ3の出力OUTの論理をHIGH状態からLOW状態へと切り替えた前記カウント完了出力O2は第1のカウンタ1と第2のカウンタ2のカウント動作開始(それぞれのカウンタの現在カウント値のリセットも兼ねる)信号ともなっていて再び、前述のパルス周期(t1+t2)秒に合致したパルス列生成を行う動作を開始させる。
【0039】
ここで、例えばモ−タを等速度回転させ続ける場合はパルス周期(t1+t2)秒の値は各パルスにおいて同値でよいのでCPUが介在することなく図3のハ−ドウェアでモ−タを等速度回転させ続けることができる。
【0040】
一方、モ−タを停止状態からあるいは等速度回転状態から加速あるいは減速させたいときはパルスデュ−ティとなる時間t1秒とt2秒の比は変化させずにモ−タやそのモ−タを用いた機構に合致させた加減速特性データテ−ブル(図示しない)あるいは加減速特性式(図示せず)により求められた値に合致した値を各カウンタのカウントアップの目標設定値としてセットするため、CPUが図3のバスとWRITE信号等を制御して第2のカウンタ2のカウント目標設定値として書き換えた後に前記求めた値の半分の値を第1のカウンタ1のカウント目標設定値として書き換える。
【0041】
この後、CPUが図3のSTART信号をアクティブLOWにする。
【0042】
この瞬間、図3の第1のカウンタ1と第2のカウンタ2が同時に基準クロック数のカウント動作を開始する。
【0043】
この後の図3の回路動作は前述している内容と同じなので割愛する。
【0044】
前述の加減速特性テ−ブル(図示しない表)あるいは加減速特性式(図示せず)に合致するモ−タ回転速度変化となるようにCPUはリアルタイムに前記(第1のカウンタ1のカウント目標設定値)<(第2のカウンタ2のカウント目標設定値)を書き換え、この後、CPUが図3のSTART信号をパルス的にアクティブLOWにする工程をモ−タ回転速度が等速度になるまで続ける。
【0045】
モ−タの回転方向を反転させる場合は必ずモ−タ速度を0即ち、ほぼ停止状態にした後図4のラッチ回路の所定出力ビットを反転させて実施している。
(実施の形態2)
本実施の形態例2を以下に説明する。
【0046】
本実施の形態例は前述の説明において、所望のパルス1周期(t1+t2)秒で、図2に示すように第2のカウンタ2のカウント目標設定値より小さい設定値を第1のカウンタ1のカウント目標設定値とするという条件だけでパルスデュ−ティを可変とするものである。
【0047】
その他の動作内容は第一の実施例に即し前述の詳細な説明と同じなので説明を割愛する。
(実施の形態3)
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態例3について説明を行う。
【0048】
実施の形態例3は、カウンタのカウント動作としてカウントアツプ動作の場合を説明する。
【0049】
まず、前述の実施の形態例1又は2においては第1のカウンタ1と第2のカウンタ2のカウント目標設定値を書き換えた場合、CPUが図3のSTART信号をアクティブLOWにして、図3の第1のカウンタ1と第2のカウンタ2を同時にリセットして、基準クロック数のカウント動作を再開始するものである。
【0050】
この場合、CPUによるカウンタ1あるいはカウンタ2のカウント積算値を強制的にリセツトすることによりパルス出力が停止あるいは乱調になってしまう。
【0051】
この課題を解決するための本発明の実施の形態3を図3と図5と図6と図7を用いて説明する。
【0052】
図3において、第1のカウンタ1の目標設定値より第2のカウンタ2の目標設定値が大きいので、第1のカウンタ1からのカウントアップ出力O1からそれぞれの目標設定値の差に相当する基準クロック数が経過した時、すなわち、第2のカウンタ2の目標設定値までカウント動作が行われた時、第2のカウンタ2もカウントアツプ状態となり、カウントアツプ出力O2を出力する。
【0053】
この出力信号がRSフリツプフロツプ3のリセツト入力RとなりRSフリツプフロツプ3の出力OUTの論理がHIGH状態からLOW状態へと切り替わる。
【0054】
この時、前記RSフリツプフロツプ3の出力OUTの論理をHIGH状態からLOW状態へと切り替えた前記カウントアツプ出力O2は第1のカウンタ1と第2のカウンタ2のカウント動作開始(それぞれのカウンタの現在カウント値のリセットも兼ねる)信号ともなつていて再び、前述のパルス周期 (t1+t2)秒に合致したパルス生成を行う動作を開始させる。
【0055】
本発明の実施の形態3はCPUによるカウンタ1あるいはカウンタ2のカウント積算値を強制的にリセツトすることは行わず、ハードウェアの系だけで、すなわち、前述のカウントアツプ出力O2でのみ第1のカウンタ1と第2のカウンタ2のカウント動作開始(それぞれのカウンタの現在カウント値のリセツトも兼ねる)信号とし、前述のパルス周期(t1+t2)秒に合致したパルス列生成を行う動作を継続させるものである。
【0056】
ところが、図5において、カウントアツプ中の現在のカウンタ値、つまりカウンタ値が図のtclkの区間(便宜的に)アとイの区間内において、CPUが第2のカウンタの設定値を現在設定値より小さな値を第2のカウンタの次の設定値としてカウンタ2に書き込んだ瞬間、現在のカウンタ(積算)値は第2のカウンタの目標設定値(第2のカウンタの次の設定値)より大きな値となつてしまう。
【0057】
この場合、現在のカウンタ(積算)値は第2のカウンタのハードウェア的なビット数による有限カウント値に到達するまで、即ちカウントオーバーフロー状態となるまでカウントして初めて、リセット状態となる。
【0058】
つまり、図5の区間(便宜的に)アとウの区間内においてパルス列出力動作停止という状態が発生してしまう。
【0059】
この状態を回避するために本発明の実施の形態3においては、図6のアルゴリズムに示すようにカウンタの目標設定値を更新した場合は、次に現在のカウンタ積算値を読み込み両者を比較して、カウンタ積算値が大きければ積算カウンタ値をリセットするものである。
【0060】
このことにより、図5の区間(便宜的に)アとウの区間内で示されるパルス列出力動作停止という区間を発生しないものである。
【0061】
次に、カウンタのカウント動作がカウントダウンの動作の場合も本発明の実施の形態例3と同じ技術的思想で実現可能であり、図7に示すアルゴリズムに従い、カウンタの目標設定値を更新した場合は、次に現在のカウンタ積算値を読み込み両者を比較して、カウンタ積算値が小さければ積算カウンタ値をリセツトするものである。
【0062】
このことにより、前述と同様にカウントダウン動作においても、図示しないが図5の区間(便宜的に)アとウの区間内で示されるパルス列出力動作停止という区間と同様なカウントダウン動作における該区間を発生することがないものである。
(実施の形態4)
次に、本発明をモータの制御装置に適用する実施の形態例を図2、3,4、8を用いて説明する。
【0063】
本実施の形態例4の構成を図8に示す。
【0064】
図2に示す出力OUTを図3のOUT出力として取り出し、この図3のOUT出力(図2のOUT出力でもある)を図8に示すPWM変換部4の入力信号とするものである。
【0065】
ここで、本実施の形態例では速度に比例したパルスデュ−ティを必要とするため、図2に示すOUT出力を用いている。
【0066】
即ち、図2に示すパルス幅t2をPWM変換し速度電圧指令とするものである。
【0067】
速度指令を電圧で実施する場合は電圧の正負でモ−タの回転方向を決定するため、図8のPWM変換部4の出力信号を極性付加部5に入力しかつ、CPUが極性付加部5内のスイッチ6を切り替えることにより所望の回転方向の速度指令電圧CVを生成するものである。
【0068】
前記スイッチ6の切換は速度指令電圧がほぼ0のとき即ち、ほぼ停止状態にした後、図4に示すラッチ回路7の所定出力ビットを反転させて実施している。
【0069】
このように、第1のカウンタ1と第2のカウンタ2に設定するそれぞれのカウント目標設定値は所望のパルス周期(t1+t2)秒と所望のパルスデュ−ティ(t1/t2)とを意味するものである。
【0070】
なお、実施の形態例1(パルス列のパルス数で回転量をパルス列の周波数で回転速度が決定されるステッピングモ−タの回転を制御する装置に適用されるケース)においては、パルスデュ−ティは直接モ−タ制御に影響しないので理想的なパルスデュ−ティ50%としている。
【0071】
従って、1周期(t1+t2)秒でt1=t2秒であり第2のカウンタ2のカウント目標設定値は第1のカウンタ1のカウント目標設定値の2倍の値としている。
【0072】
また、実施の形態例2ではパルスデュ−ティを可変とするので1周期(t1+t2)秒で、第2のカウンタ2のカウント目標設定値は第1のカウンタ1のカウント目標設定値より大きい値としている。
【0073】
さらに実施の形態例4では実施の形態例2で生成された任意のパルスデュ−ティを有するパルス列をPWM変換器部と極性付加部により加工し指令電圧を生成するので従来の基本三角波を用いて速度指令電圧を生成する場合よりもアナログ誤差を小さくできるので、モ−タの回転速度をより精度良く、制御することができる。
【0074】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、任意の周波数・デュ−ティ(例えば50%デューティ)を有するパルス列を生成することができる。そこで、これをステッピングモ−タの回転制御に用いれば精度良く滑らかに回転させることができ、かつ位置決めを従来のものより確実に精度よく実施できる。
【0075】
さらに、本発明によれば、フリップフロップ回路の出力信号を入力して電圧へ変換するPWM変換手段と、極性を付加する極性付加手段を有するので、任意の周波数で、任意のデュ−ティを有するパルス列を生成でき、このパルス列をPWM変換器部と極性付加部により加工し指令電圧を生成するので従来の基準三角波を用いて速度指令電圧を生成する場合よりもアナログ誤差を小さくできるので、モ−タの回転速度をより精度良く、制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例におけるパルス列生成を説明するタイミングチャ−ト
【図2】本発明の実施の形態例におけるパルス列生成を説明するタイミングチャ−ト
【図3】本発明の実施の形態例におけるパルス列生成回路の説明図
【図4】本発明の実施の形態例におけるモ−タ回転方向を制御する回路の説明図
【図5】カウンタ目標設定値の更新時を説明するタイミングチャート
【図6】アップカウント時におけるカウンタ目標設定値更新時の要部フローチャート
【図7】ダウンカウント時におけるカウンタ目標設定値更新時の要部フローチャート
【図8】本発明の実施の形態例におけるPWM回路部の説明図
【図9】基本三角波によりパルス列を生成する従来例を示す図
【符号の説明】
1 第1のカウンタ
2 第2のカウンタ
3 RSフリップフロップ回路
4 PWM変換器部
5 極性付加部
6 スイッチ
7 ラッチ回路
Claims (3)
- デジタル信号である基準クロック信号を出力する基準クロック発生手段と、前記基準クロック信号を入力して予め設定されたそれぞれの設定値までカウントし、それぞれの設定値になった時に出力信号を出力するとともにカウント値を初期化する2つのカウンタ手段と、前記2つのカウンタ手段の設定値を異ならせるとともに書き換える書き換え手段をとを備え、前記カウンタ手段の出力信号をフリップフロップ回路のリセット入力とセット入力にそれぞれ 1 対 1 に接続し、前記フリップフロップ回路の出力信号をパルス列とするとともに、前記カウンタ手段の予め設定されたカウントアップ設定値を次のカウントアップ設定値に書き換えた後に、現在のカウンタ積算値と書き換えたカウントアップ設定値とを比較し、現在のカウンタ積算値が書き換えたカウントアップ設定値以上の値の場合、かつ、カウンタ手段がアップカウント処理の場合に、現在のカウンタ積算値をリセットするパルス列生成装置。
- デジタル信号である基準クロック信号を出力する基準クロック発生手段と、前記基準クロック信号を入力して予め設定されたそれぞれの設定値までカウントし、それぞれの設定値になった時に出力信号を出力するとともにカウント値を初期化する2つのカウンタ手段と、前記2つのカウンタ手段の設定値を異ならせるとともに書き換える書き換え手段を備え、前記カウンタ手段の出力信号をフリップフロップ回路のリセット入力とセット入力にそれぞれ 1 対 1 に接続し、前記フリップフロップ回路の出力信号をパルス列とするとともに、カウンタ手段の予め設定されたカウントダウン設定値を次のカウントダウン設定値に書き換えた後に、現在のカウンタ積算値と書き換えたカウントダウン設定値とを比較し、現在のカウンタ積算値が書き換えたカウントダウン設定値以下の値の場合、かつ、カウンタ手段がダウンカウント処理の場合に、現在のカウンタ積算値をリセットするパルス列生成装置。
- モータへの電力を制御するPWM回路として、入力信号を電圧に変換するPWM変換手段と、信号に極性を付加する極性付加手段を有し、請求項1または2記載のフリップフロップ回路の出力信号を前記PWM変換手段に入力するモ−タ回転速度指令生成装置。
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JPH09163759A (ja) | デジタルpwm制御装置 |
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