JP3855452B2 - モータ制御回路 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度制御回路の出力として、D/A変換器を備えたモータ制御回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、モータ制御回路としては、特開平3−155384号公報に記載されたものが知られている。図4に従来のモータ制御回路を示す。
【0003】
図4において、28は周波数発電器であり、モータ27の回転に応じた周波数信号FGを発生する。
【0004】
1は、1/2分周器であり、前記周波数発電器28の信号FGを1/2分周し、1/2FG及び1/2FGNを出力する。
【0005】
2は、トリガパルス発生回路であり、インバータ29を介した基準クロックCKOの反転クロックCKON、前記1/2FG及び1/2FGNが印加され、トリガパルスT1、T2を発生する。具体的には、前記トリガパルス発生回路2において、前記1/2FGが立ち上がると、前記反転クロックCKONに同期して、該反転クロックCKONの1周期分だけ“L”となるトリガパルスT1が出力され、また、前記1/2FGNが立ち上がると(1/2FGが立ち下がると)、前記反転クロックCKONに同期して、該反転クロックCKONの1周期分だけ“L”となるトリガパルスT2が出力される。
【0006】
3は、RSフリップフロップであり、フリップフロップ接続されたNANDゲート4、5より構成され、該NANDゲート4の一方の入力には、前記トリガパルスT1が入力される。6は、カウンタであり、前記RSフリップフロップ3のQ1N出力及び前記基準クロックCKOが入力され、前記NANDゲート5の一方の入力に印加すべきカウンタ終了信号R1を出力する。具体的には、前記カウンタ6は、前記RSフリップフロップ3のQ1N出力の立ち下がりでリセットされ、カウント動作を開始し、カウント値が設定値に達したときに“L”のカウント終了信号R1を出力するものである。
【0007】
7は、RSフリップフロップであり、フリップフロップ接続されたNANDゲート8、9より構成され、該NANDゲート8の一方の入力には、前記トリガパルスT2が入力される。10は、カウンタであり、前記RSフリップフロップ7のQ2N出力及び前記基準クロックCKOが入力され、前記NANDゲート9の一方の入力に印加すべきカウンタ終了信号R2を出力する。具体的には、前記カウンタ10は、前記RSフリップフロップ7のQ2N出力の立ち下がりでリセットされ、カウント動作を開始し、カウント値が設定値に達したときに“L”のカウント終了信号R2を出力するものである。
【0008】
11は、回転速度誤差出力回路であり、NANDゲート12及びANDゲート13より構成され、前記モータ27の回転が設定回転数より速いことを示すファースト信号F、及び前記モータ27の回転が設定回転数より遅いことを示すスロー信号Sを出力する。具体的には、前記NANDゲート12は、前記RSフリップフロップ3のQ1N出力及び前記RSフリップフロップ7のQ2N出力の論理積演算の否定を行って、“L”の前記ファースト信号Fを出力し、また、ANDゲート13は、前記RSフリップフロップ3のQ1出力及び前記フリップフロップ7のQ2出力の論理積演算を行って、“H”の前記スロー信号Sを出力する。
【0009】
30は、合成回路であり、チャージポンプ回路31及び積分器19から構成されている。前記チャージポンプ回路31は、電源32、PNPトランジスタ33及びNPNトランジスタ34から構成されており、前記PNPトランジスタ33には、前記ファースト信号Fが印加され、また前記NPNトランジスタ34には、前記スロー信号Sが印加され、出力Doutを発生する。具体的には、ファースト信号F印加時には、前記PNPトランジスタ33がオンとなり、Doutは電源32の電圧Vccにほぼ等しい電圧となり、スロー信号S印加時には、前記NPNトランジスタ34がオンとなり、Doutは接地電圧にほぼ等しい電圧となり、また、ファースト信号F及びスロー信号Sともに印加されない場合には、Doutはハイ・インピーダンスの状態となり、前記積分器19の基準電圧20に等しい電圧となる。
【0010】
前記積分器19は、基準電圧20、演算増幅器21、抵抗22、23及びコンデンサ24、25から構成されており、前記チャージポンプ回路31の出力Doutに応じた電圧INTOを出力する。具体的には、前記ファースト信号F印加時には、基準電圧20より小さな電圧を出力し、スロー信号S印加時には、基準電圧20より大きな電圧を出力する。
【0011】
26は、ドライバであり、前記積分器19の出力INTOに応じて前記モータ27を駆動する。具体的には、INTOが前記基準電圧1/2Vccよりも小さい電圧の場合には前記モータ27を減速させ、前記基準電圧1/2Vccよりも大きな電圧の場合には前記モータ27を加速する。
【0012】
以上のごとく構成された図4の回路の各部波形は、図5に示すとおりである。図5において、前記RSフリップフロップ3のQ1N及び前記RSフリップフロップ7のQ2Nが“H”である基準周期Kは、前記モータ27が設定回転で回転するときFGの1周期Aとなるように設定されている。換言すれば、前記RSフリップフロップ3のQ1N及び前記RSフリップフロップ7のQ2Nが“H”である基準周期Kは、カウンタ6、10のカウント期間であるため、カウンタ6、10のカウント値は、カウント期間が前記FGの1周期Aとなるように設定されている。そして、図4の回路は、FGの1周期Aが基準周期Kと等しくなるように動作する。
【0013】
また、D/A変換器を用いたモータ制御回路として、特開昭59−12384に記載されたものが知られている。図6に従来のモータ制御回路を示す。
【0014】
図6において、周波数発電器28の信号FGは、制御回路35の端子1bに印加される。端子36は、回転数を設定するためにあり、FGパルスの周期Aが基準周期Kより大、すなわち回転数が遅い場合には、A−Kの期間、前記制御回路35の端子1dよりスロー信号Sが出力し、NPNトランジスタ34がオンし、抵抗37を通して、演算増幅器40、抵抗37、コンデンサ38、基準電圧20から構成される増幅器から電流を吸い込む。同時に、ANDゲート43が開き、アップダウンカウンタ44はカウントアップされ、前記FG信号の周期ごとにラッチ回路45によってラッチされる。前記ラッチ回路45の出力は、D/A変換器46に印加され、ここで、アナログの電流値に変換され、前記増幅器40から電流を吸い込む。この動作は、A>Kである限り繰り返され、前記D/A変換器46の吸い込み電流Icは増加し続け、前記NPNトランジスタ34による加速パルスと加算される。
【0015】
A<K、すなわち回転数が速い場合は、前述の逆の動作をし、K−Aの期間、前記制御回路35の端子1Cよりファースト信号Fが出力し、PNPトランジスタ33がオンし、抵抗37を通して、電流を流し出す。それと同時に、ANDゲート42が開き、前記アップダウンカウンタ44はカウントダウンされ、前記PNPトランジスタ33の減速パルスに流し込み電流Icが加算される。なお、端子47は、基準クロック入力端子であり、また41は、インバータである。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモータ制御回路では、以下のような問題点がある。
【0017】
従来の技術1のモータ制御回路においては、図5に示すDoutが基準電圧1/2Vccを中心としたパルス電圧であるため、積分器の出力にリプル成分が発生し、それにより、回転にむらが生ずることとなる。
【0018】
また、従来の技術2のモータ制御回路では、D/A変換器の分解能をnビットとすると、前記ファースト信号F及び前記スロー信号Sのそれぞれに対しては、n/2ビットの分解能しかないことになり、制御系の分解能が低下し、結果、制御系の安定性が低下する。
【0019】
また、設定回転数に達した場合には、1/2Vccが必要であるが、従来のD/A変換器では、絶対値精度が要求される。
【0020】
本発明は、上記問題点に鑑み、安定な回転数制御が可能なモータ制御回路とそれに適したD/A変換器の提供を目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明のモータ制御回路とD/A変換器は、モータの回転と設定回転数との差である回転速度誤差信号(ファースト信号及びスロー信号)を基準クロックによりカウントし、そのカウント数に応じた電圧を、外部で作成した基準電圧に対して、加算又は減算するD/A変換器を備え、その出力によって、モータの回転を制御する構造としたものである。
【0022】
これにより、従来の基準電圧に対して出力されるパルス電圧の幅によって、モータを制御する方式と比較して、積分器出力のリプル成分が低減でき、結果、安定な回転速度制御が可能という作用を有する。
【0023】
また、本発明のD/A変換器は、基準電圧に対して、カウント数に応じた電圧を加算及び減算するため、ファースト信号・スロー信号それぞれについて、nビット割り当てることが可能である。
【0024】
これにより、従来のD/A変換器と比較して、制御系の分解能を向上させることが可能という作用を有する。
【0025】
加えて、前記D/A変換器は、前記回転速度誤差信号を基準クロックによりカウントしたカウント数が設定値をこえると、基準電圧に対して、加算もしくは減算する電圧の比率を大きくするため、加算もしくは減算する電圧の比率の小さい範囲と比較して、D/A変換器の見かけ上の感度を向上させることが可能という作用を有する。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、モータに設けられた周波数発電器の出力から基準クロックに同期したトリガパルスを発生するトリガパルス発生回路と、前記トリガパルスより前記基準クロックをカウントし、カウント値が設定値に達したときにカウント終了信号を出力する第1のカウンタと、前記トリガパルス及び前記カウント終了信号に基づいて、前記モータが設定回転数より速く回転したことを示すファースト信号及び前記モータが設定回転数より遅く回転したことを示すスロー信号よりなる、回転速度誤差信号を出力する速度制御回路を備え、前記回転速度誤差信号を前記基準クロックによりカウントする第2のカウンタと、前記第2のカウンタの出力に応じたアナログ電圧を出力するD/A変換器とを備え、前記D/A変換器の出力によって、前記モータの回転を制御するため、従来の基準電圧に対して出力されるパルス電圧の幅によって、モータを制御する方式と比較して、積分器出力のリプル成分が低減でき、結果、回転むらが低減できるという作用を有する。
【0027】
本発明の請求項2に記載の発明は、速度制御回路がファースト信号としての回転速度誤差信号を出力した場合には、基準電圧に対して、第2のカウンタのカウント値に応じた電圧を加算(減算)したアナログ電圧を出力し、前記速度制御回路がスロー信号としての回転速度誤算信号を出力した場合には、前記基準電圧に対して、前記第2のカウンタのカウント値に応じた電圧を減算(加算)したアナログ電圧を出力することを特徴とするD/A変換器を有するため、従来のnビットD/A変換器では、ファースト信号、スロー信号それぞれにn/2ビットを割り当てていたのに比較して、ファースト信号、スロー信号それぞれにnビットを割り当てることができるため、同じビット数のD/A変換器においても制御系の分解能を向上させることができるという作用を有する。また、ファースト信号・スロー信号ともに入力されない状態、すなわち、定常状態において出力する基準電圧を外部で作成しているため、安定な電圧を得ることができるという作用を有する。
【0028】
本発明の請求項3に記載の発明は、第2のカウンタのカウント値が設定範囲内である場合には、基準電圧に対して加算又は減算する電圧の比率を小とし、また前記第2のカウンタのカウント値が設定範囲外である場合には、前記基準電圧に対して加算又は減算する電圧の比率を大とすることを特徴とする可変D/A変換器を備えているため、加算又は減算する電圧の比率の大きい範囲は、小さい範囲と比較して、D/A変換器の見かけ上の感度を上げることができるため、モータの回転数が設定回転数から大きくずれた場合に、設定値に速く収束させることができるという作用を有する。
【0029】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図1を用いて説明する。
【0030】
図1は、本発明の実施例における構成図で、図4に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【0031】
14は、ORゲートであり、ファースト信号Fをインバータ18によって反転した反転ファースト信号FNとスロー信号Sとの論理和をとる。具体的には、回転速度誤差信号が出力されていれば、その期間“H”を出力する。
【0032】
15は、カウンタであり、前記ORゲート14の出力が印加され、カウント動作をする。具体的には、前記FN信号もしくは前記S信号のどちらか一方でも印加されれば、ORゲート14の出力は“H”となり、その“H”の期間をカウンタ15はカウントする。すなわち、ファースト信号F及びスロー信号Sの幅をカウントする。また、カウント数がある設定された値以上となると、CAD信号を出力する。
【0033】
16は、D/A変換器であり、前記カウンタ15の出力とファースト信号F及びスロー信号Sが印加され、出力DAoutを発生する。具体的には、ファースト信号F印加時には、外部で作成された基準電圧17に対して、前記カウンタ15のカウント数に応じた電圧を加算した信号をDAoutとして出力し、スロー信号S印加時には、前記基準電圧17に対して、前記カウンタ15のカウント数に応じた電圧を減算した信号をDAoutとして出力する。
【0034】
これを図2を用いて、詳細に説明する。
図2は、本発明のD/A変換器の構成図である。
【0035】
基本的な動作としては、従来より知られているはしご形D/A変換器と同様であるが、入力として、はしご形抵抗103に電流源101に等しい電流Iを流し込むスロー側切換信号NSi(i=0,1,2・・・(n−1),n)と前記はしご形抵抗103から電流源102に等しい電流Iを吸い込むファースト側切換信号NFi(i=0,1,2・・・(n−1),n)があるため、DAには、基準電圧17に対して、NSi(i=0,1,2・・・(n−1),n)信号もしくはNFi(i=0,1,2・・・(n−1),n)信号に応じた電圧を加算もしくは減算した信号が出力される。DAは、抵抗104、105及び演算増幅器106から構成される反転増幅器によって増幅される。
【0036】
具体的には、107は、切換スイッチ群であり、前記カウンタ15の出力、ファースト信号F及びスロー信号Sが印加され、ファースト側切換信号NFi(i=0,1,2・・・(n−1),n)及びスロー側切換信号NSi(i=0,1,2・・・(n−1),n)を出力する。具体的には、ファースト信号印加時には、前記カウンタ15の出力に応じたNFi(i=0,1,2・・・(n−1),n)信号を出力し、スロー信号印加時には、前記カウンタ15の出力に応じたNSi(i=0,1,2・・・(n−1),n)信号を出力する。
【0037】
NFi(i=0,1,2・・・(n−1),n)信号印加時には、この信号に応じてスイッチbi(i=0,1,2・・・(n−1),n)がオン、オフする。スイッチがオンした箇所は、前記はしご形抵抗103より電流源102の電流Iを吸い込むため、DAは(数1)に示すように、前記基準電圧17よりも小さな電圧を出力する。
【0038】
【数1】
Figure 0003855452
【0039】
ここで、Rは、前記はしご形抵抗103を構成する抵抗の抵抗値であり、biは相当するビットの信号がオンならば、“1”となり、オフならば“0”となる。
【0040】
DA信号は、前記抵抗104、105及び前記演算増幅器106で構成される反転増幅器で増幅され、前記基準電圧17よりも大きな電圧DAoutを出力する。
【0041】
NSi(i=0,1,2・・・(n−1),n)信号印加時には、この信号に応じてスイッチai(i=0,1,2・・・(n−1),n)がオン、オフする。スイッチがオンした箇所は、前記はしご形抵抗103へ電流源101の電流Iを流し込むため、DAは(数2)に示すように、前記基準電圧17よりも大きな電圧を出力する。
【0042】
【数2】
Figure 0003855452
【0043】
ここで、Rは、前記はしご形抵抗103を構成する抵抗の抵抗値であり、aiは相当するビットの信号がオンならば、“1”となり、オフならば“0”となる。
【0044】
DA信号は、前記抵抗104、105及び前記演算増幅器106で構成される反転増幅器で増幅され、前記基準電圧17よりも小さな電圧DAoutを出力する。
【0045】
NFi(i=0,1,2・・・(n−1),n)信号及びNSi(i=0,1,2・・・(n−1),n)信号の両方とも印加されない時、すなわちモータの回転が設定回転数に等しい場合には、ai(i=0,1,2・・・(n−1),n)及びbi(i=0,1,2・・・(n−1),n)のスイッチは全てオフとなり、DAoutには、外部で作成された基準電圧1/2Vccが出力される。
【0046】
以上のように、ファースト信号印加時には、前記基準電圧17に対して、NFi(i=0,1,2・・・(n−1),n)に応じた電圧を減算した信号がDAとして出力され、反転増幅器で増幅される。結果、前記基準電圧17に対して、加算された信号が出力される。
【0047】
また、スロー信号印加時には、前記基準電圧17に対して、NSi(i=0,1,2・・・(n−1),n)に応じた電圧を加算した信号がDAとして出力され、反転増幅器で増幅される。結果、前記基準電圧17に対して、減算された信号が出力される。
【0048】
結果、ファースト信号F及びスロー信号Sそれぞれにnビットを割り当てることができるため、D/A変換器の分解能を向上することができる。
【0049】
また、前記カウンタ15よりCAD信号が出力されると、すなわち、該カウンタ15のカウント数が設定値を超えると、下位ビットより設定されたビット数の電流値が2倍となるため、前記基準電圧17に対して加算または減算される電圧の比率が大きくなる。
【0050】
前記D/A変換器16の出力DAoutは、積分器19に印加され、従来の方式1と同様に、積分器19の出力INTOによって、モータの回転は制御される。
【0051】
上記構成により、積分器19の出力INTOに含まれるリプル成分が低減される。また、基準電圧17に対してカウンタ15の出力に応じた電圧を加算もしくは減算する構成のnビットD/A変換器を使用しているため、ファースト信号F及びスロー信号Sそれぞれについて、nビットを有効に使用することができる。また、モータの回転が設定回転数から大きくはずれた場合には、基準電圧に対して加算もしくは減算する電圧の比率を大きくするため、D/A変換器の見かけ上の感度をあげることができる。
【0052】
以上のごとく構成された図1の回路の各部波形は、図3に示すとおりである。なお、上記構成の制御回路はカウンタ6、10の2段の構成としたが、特開平3−155384号及び特開平5−336779号公報と同様に、カウンタ1段の構成としても良いことはいうまでもない。
【0053】
【発明の効果】
上記の実施例の記載から明らかなように、本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
【0054】
請求項1記載の発明によれば、D/A変換器の出力によってモータの回転を制御するため、従来の基準電圧に対して出力されるパルス電圧の幅によってモータを制御する方式と比較して、積分器出力のリプル成分を低減することができ、結果、回転むらを小さくできるという効果が得られる。
【0055】
また、請求項2記載の発明によれば、基準電圧に対して、ファースト信号F及びスロー信号Sの幅に応じた電圧を加算もしくは減算するので、nビットD/A変換器において、前記ファースト信号F及び前記スロー信号Sのそれぞれに対して、nビットを割り当てることができるため、従来方式と比較して、同ビット数のD/A変換器を用いた場合、制御系の分解能を向上することができるという効果が得られる。また、定常状態において出力される基準電圧を外部で作成しているため、定常状態におけるD/A変換器の信号を安定とすることができ、結果、安定な回転制御を得られるという効果が得られる。
【0056】
また、請求項3記載の発明によれば、モータの回転が設定回転数から大きくはずれた場合には、加算もしくは減算する電圧の比率を大きくするため、比率の小さい範囲と比較して、D/A変換器の見かけ上の感度を上げることができ、結果、設定回転数への収束をはやめることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるモータ制御回路の構成図
【図2】本発明のD/A変換器構成図
【図3】本発明の一実施例によるモータ制御回路の各部波形図
【図4】従来例1のモータ制御回路の構成図
【図5】従来例1のモータ制御回路の各部波形図
【図6】従来例2のモータ制御回路の構成図
【符号の説明】
1 1/2分周器
2 トリガパルス発生回路
3、7 RSフリップフロップ
4、5、8、9、12 NANDゲート
6、10、15 カウンタ
11 回転速度誤差出力回路
13、42、43 ANDゲート
14 ORゲート
16、46 D/A変換器
17、20 基準電圧
18、29、41 インバータ
19 積分器
21、40、106 演算増幅器
22、23、37、39、104、105 抵抗
24、25、38 コンデンサ
26 ドライバ
27 モータ
28 周波数発電器
30 合成回路
31 チャージポンプ回路
32 電源
33 PNPトランジスタ
34 NPNトランジスタ
35 制御回路
36 回転数設定端子
44 アップダウンカウンタ
45 ラッチ回路
47 基準クロック入力端子
101、102 電流源
103 はしご形抵抗
107 演算増幅器

Claims (3)

  1. モータに設けられた周波数発電器の出力から基準クロックに同期したトリガパルスを発生するトリガパルス発生回路と、前記トリガパルスより前記基準クロックをカウントし、カウント値が設定値に達したときにカウント終了信号を出力する第1のカウンタと、前記トリガパルス及び前記カウント終了信号に基づいて、前記モータが設定回転数より速く回転したことを示すファースト信号及び前記モータが設定回転数より遅く回転したことを示すスロー信号よりなる、回転速度誤差信号を出力する回転速度誤差出力回路を備え、前記回転速度誤差信号を前記基準クロックによりカウントする第2のカウンタと、前記第2のカウンタの出力に応じたアナログ電圧を出力するD/A変換器とを備え、前記D/A変換器の出力によって、前記モータの回転を制御する構成としたモータ制御回路。
  2. D/A変換器は、前記回転速度誤差出力回路がファースト信号としての回転速度誤差信号を出力した場合には、基準電圧に対して、第2のカウンタのカウント値に応じた電圧を加算(減算)したアナログ電圧を出力し、前記回転速度誤差出力回路がスロー信号としての回転速度誤算信号を出力した場合には、前記基準電圧に対して、前記第2のカウンタのカウント値に応じた電圧を減算(加算)したアナログ電圧を出力することを特徴とする請求項1記載のモータ制御回路。
  3. D/A変換器は、第2のカウンタのカウント値が設定範囲内である場合には、基準電圧に対して加算又は減算する電圧の比率を小とし、また前記第2のカウンタのカウント値が設定範囲外である場合には、前記基準電圧に対して加算又は減算する電圧の比率を大とすることを特徴とする可変D/A変換器を備えた請求項1記載のモータ制御回路。
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