JPH01218380A - 移動体の速度制御装置 - Google Patents

移動体の速度制御装置

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JPH01218380A
JPH01218380A JP63039424A JP3942488A JPH01218380A JP H01218380 A JPH01218380 A JP H01218380A JP 63039424 A JP63039424 A JP 63039424A JP 3942488 A JP3942488 A JP 3942488A JP H01218380 A JPH01218380 A JP H01218380A
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常博 遠藤
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邦夫 宮下
Seiichi Narishima
誠一 成島
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は移動体の速度制御装置に関し、特に運転1時に
速度変動してはならない制御機器、例えばVTR用モー
タに適用されるものである。
〔従来の技術〕
VTR(ビデオテープレコーダ)用の駆動モータの速度
は一定であることが望まれている。速度変動(回転むら
、速度リップル、トルクリップル)があると、画像が乱
れ、VTRとしての信頼性。
品位が著しく損なわれてしまう。
従来この種装置は直流モータを主として使用していたが
、近年では速度を自由に、しかも簡単に変えることの出
来るブラシレスモータを採用する例が増加している。
ブラシレスモータは、機械的なブラシがないのでブラシ
やコンミテータの摩耗あるいは摩耗粉による種々の問題
点が除去される反面、120度通電方式のブラシレスモ
ータにおいては通電コイルの磁束叉交数が回転子の位置
によって異なり、これに起因してトルクリップルが発生
し、運転時の回転むら(速度変動)となる。
今、駆動相のコイルの磁束叉交数を K(0)(θは移動体の位置) とすると。
発生トルクは、 K(θ)I(Iはコイルに流す電流) となり、電流が一定の場合、磁束叉交数と同じくK(θ
)に比例してトルクリップルを発生する。
i方、回転体の回転位置に応じて電流を1/にθにする
例が特開昭55−79694号公報に開示されている。
この方法は、予め回転体の回転位置に対応した1/K(
θ)の情報をROM (Read 0nly Memo
ry)に記憶させておき、回転位置に対応したROMか
ら17K(θ)の情報を得て、′電流指令を1/K(θ
)・Iτに補正することにより一定のトルクを得るもの
である。
又、コアを有するブラシレスモータではコギングトルク
によっても大きな回転むらが発生する。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記公開公報記載の発明において、磁束叉交数の変化K
(θ)は、永久磁石の着磁状態、コイルの配置や巻装状
態のバラツキによって変化するために、補正信号17K
(θ)を個々のモータにおいて正確に検知するのが困難
である。
更に、コア付きモータにあっては前記のコギングトルク
が発生するが、このコギングトルクの大きさや位相が着
磁のバラツキ、組立誤差により大きく変動するのでRO
Mの固定データに基づいてトルクリップル、速度変動を
完全に補正することは不可能である。
コギングトルク、トルクリップルが予め判らない場合は
、回転子の位置に対応して独立の速度制御用の積分項を
設け、回転子の位置に応じてこれらの積分項を順次切換
えてゆく学習制御の手法によりトルクリップルを押える
ことは可能である。
しかし、この手法によ九ば1周波数発電機FG(Fre
quency Generator)のパルス数に応じ
たランダムアクセスメモリRA M (Random 
AccessMemory )が必要であり、複雑かつ
高価になるという問題点を有している。
本発明は、制御対象物が変った場合でも簡単にトルクリ
ップル、速度変動を減じることができ。
又、必要なRAMを最小限に押えた移動体の速度制御装
置を得ることを目的としている。
〔課題を解決するための手段] 前記目的は、種々の解決手段があるが、代表的なものと
して1例えば、移動体と、この移動体の移動速度を検出
する速度検出要素と、この速度検出要素から得られた速
度検出信号と外部から与えられた速度指令信号の関係か
ら適切な電流あるいは電圧指令を前記移動体に付与する
速度制御手段を具備するものにおいて、前記速度制御手
段は、指令速度に応じた大きさの電流あるいは電圧を付
与するドライバ(INV)と、前記速度検出要素からの
信号から速度を検出する速度検出回路(COUNT)と
、前記速度指令信号と前記速度検出回路(COUNT)
から得られた速度信号を比較処理して適切に前記ドライ
バ(INV)を駆動させるマイクロコンピュータ(MC
)とを含み、かつ前記マイクロコンピュータは前記速度
検出回路から得られた速度変動モードに内在する調波成
分検出手段を含み、更に、これによって検出された調波
成分を減じる補正値を前記ドライバに付与する電流ある
いi電圧に加える機能を具備させたことにより達成でき
る。
〔作用〕
前記構成で、調波成分検出手段は電動機の実際の速度変
動モードに内在する調波(周波数)成分を検出できるの
で、これによって検出された調波成分を除去あるいは減
じるよう、電子的手段(マイクロコンピュータ)によっ
てドライバに付与する電流あるいは電圧指令を調整する
ように作用させることができる。
〔実施例〕 以下本発明の実施例について説明する。
第1図は移動体をブラシレスモータとした速度制御装置
である。
Mは移動体になるモータで1回転内で周期的にトルク変
動、速度変動する。このモータMは回転形、直進形いず
れでもよく、更にブラシの有無は問わないが、ブラシレ
スの方が都合がよい、又、モータは負荷と結合され、負
荷との結合において速度変動するものも移動体と称する
。PSはモータMの特に回転子の位置を検出する磁極位
置検出器で、これはモータMの相電流を切換えるのに用
いられる。モータの内部構成については図示していない
が、ブラシレスモータは回転子の位置を電子的に検出し
、回転子の位置に応じて選択された二つの相巻線に電流
を流すよう通常構成されている。EはモータMの回転軸
に取付けたエンコーダ等から成る速度検出器である。速
度検出器はエンコーダの外に周波数発電機、タコジェネ
レータ。
パルスジェネレータ等が採用され得る。
INVはモータを駆動するドライバであるインバータで
通常6個のスイッチング素子で正、負それぞれ3個のア
ームを構成させ、選択された二つの相巻線に電流を流し
、又、その大きさを変えられるものである。ACRは自
動電流調整回路(Automatic Current
 Regulator)で電流トランスCTで得られた
電流検出値を受けるよう構成している。MCはマイクロ
コンピュータで後述する機能をもつ、C0UNTは速度
検出回路で、実際はカウンタから構成されており、一定
のサンプリング時間で検出されたパルス数あるいはパル
ス間隔を検出することによって行なわれる。速度制御手
段Cは前記のマイクロコンピュータMC1自動電流調整
回路ACR,ドライバ(インバータ)INV。
速度検出回路C0UNTで主要部が構成される。
そして、速度検出回路C0UNTで得られた速度をマイ
クロコンピュータMCに伝え、磁極位置検出器PSから
の信号を同じくマイクロコンピュータMCとドライバI
NVに伝え、マイクロコンピュータMCは前記信号を処
理してドライバのスイッチング素子のオン、オフ制御と
、電流値の大きさを調整するように機能する。
マイクロコンピュータMCは第2図に示した内部機能を
有する。すなわち、演算部ALU、カウンタCNT、D
/AコンバータDAおよび記憶部MRYを具備している
。カウンタCNTはエンコーダEからのパルス信号の周
期を計り、これの逆数として速度検出をする。演算部A
LUではカウンタからの信号を受け、記憶部MRYのR
OMに記憶させている指令速度と比較し、速度誤差を算
出する0次いで、これによって算出された速度誤差に基
づき補正信号を作成する。そして、この補正信号を随時
記憶部MRYのRAMに記憶し、新規なデータに順次更
新する。更に、演算部ALUでは前記で検出された実際
のモータMの速度モードに内在している調波成分を検出
する要素を有している。又、この調波成分の検出は基本
波成分と特にトルクリップルを生じさせる例えば第3次
あるいは第5次調波成分等を対象にして行なうものであ
る。尚、前記カウンタCNTは外付けのものを示してい
るが、マイクロコンピュータMC内蔵のものでもよい。
第3図は速度制御装置の具体化されたブロック図である
。この図において速度信号は、速度検出器(エンコーダ
)Eのパルス間隔に入る基準発振器(マイクロコンピュ
ータに内在するクロック又はカウンタ)のパルス数を数
え、これの逆値をとることによって検出され、これによ
って得られた速1度信号nxはマイクロコンピュータに
取込まれる。マイクロコンピュータ内ではソフト的な処
理手法によって、速度指令nsと速度信号n□の差から
速度偏差信号noを算出し、比例・積分制御(PI副制
御処理後に新たな電流指令Isを出力する。電流制御系
はハードで構成され、速度指令nsに基づいて与えられ
た電流指令Isと電流トランスCTから得られた電流検
出値工□とから電流誤差Ieを算出し、自動電流調整装
置ACRを介してモータMに電流を付与するように構成
される。
尚、第3図ではインバータが省略されている。
これらの全体的な構成は従来知られているものであるが
、本発明は第2図破線枠で示した新規な要素である調波
成分検出手段10を有する。つまり、速度信号nt、あ
るいは速度偏差信号neに内在する任意の調波(周波数
)成分を算出し、これに比例制御(P制御)、もしくは
比例・積分制御(PI副制御によって補正信号を作成し
、これを前記の電流指令Isに加えるものである。10
A。
10B、Ionはそれぞれ第n1火成分検出手段。
第n2吹成分検出手段、第nk次成分検出手段である。
そして、それぞれの検出手段にPI制御要素が接続され
、その出力信号である補正信号を1つにまとめて電流指
令Isに加えるものである。
それぞれの出力信号はそれぞれパラレルに電流指令Is
に与えてもよい、又、検出すべき任意の調波成分および
数は個々の対象モータに対し、自由に変えることが可能
である。
第4図にモータMの1回転当りにおける速度変動状況を
示す、1回転当りのエンコーダEが発生するパルス数は
NKであり、速度検出のための演算は1パルス間隔にお
いて1回行なうものである。
速度n1はエンコーダEのそれぞれのパルス間隔に入る
マイクロコンピュータ内蔵の基準発振器のパルス数の逆
数で求めることができる。実際は速度検出のカウンタで
計測し、速度信号n、は第4図に表わされる。
一般に速度n、(θ)は次式に従ってそれぞれの周波数
成分に展開することができ・る。
但し、no・・・直流分g aa・・・正弦の係数g 
bn・・・余弦の係数。
そして、任意の周波数成分に対するnog andb、
の絶対値は次式で表わされる。
1回転当りnk個のパルスを発生するエンコーダEを用
いた第4図の例において、1回転にnIP P R(P
ulse Per Revolution)の速度変動
分は次式で求められる。
但し、Nk・・・1回転当りのパルス数、nfn・・・
n番目パルスとn−1番目のパルス間の速度、更に、n
z PPRの速度変動Nは次式で求められる。
第3図には1回転分について示しであるが1次の回転に
ついても同様の変動モードを示し、これを繰かえす。
計算の起点は回転子の基準位置である。基準位置はエン
コーダEによって与えられる基準信号。
又は、ブラシレスモータの場合はホール素子によって与
えられる回転子の磁極位置検出信号を利用して検知する
ようにしている。尚、直流機でエンコーダ等を用いない
ものにあっては基準位置を別に設け、任意の位置を設定
するように構成してもよい。
前述の手法においては、正弦波あるいは余弦波情報を必
要とするが、これはROMに予め格納しておくことで対
処できる。又、後述のように、ブラシレスモータの各相
に流す電流を正弦波状に与えるドライブ方式を取入れて
いるものにおいては、ROM内に既に正弦波および余弦
波情報を有しているので、これ誉そのまま利用可能であ
る。
次に第4図および第5図に基づいてトルクリップルを押
え、速度リップルを除去する手法について説明する。こ
の図はトルクリップルが2つの周波数成分である場合を
示しているが、多数の周波数(調波)成分がある場合で
も同様の手法にてリップルを除去することができる。多
くの場合、速度リップル、トルクリップルには複数の周
波数(調波)成分を含んでいるので、それらの周波数成
分に対し、別個に対処することになる。
速度リップル(速度変動)は、前記エンコーダEから得
られた信号を式(5)ないしく7)に従って処理するこ
とにより、第4図(a)に示す波形として検出できる。
この速度リップルの零クロス点は計算開始位置である基
準位置HPより通常onだけ遅れて発生する。実際は、
この零クロス点から1回転分の検出動作を始めるもので
ある。この速度リップルを発生させる原因であるトルク
リップルは第4図(b)のように速度リップルに対し逆
相で、θn1だけ進んだ波形である。これは、トルクリ
ップルがあってもモータの慣性等の影響で速度リップル
として直ちに現われないことから理解される。このトル
クリップルと逆相の第4図CQ)に示す補正信号をトル
ク指令あるいは電流指令に加えることにより、トルクリ
ップルを除去でき、速度リップル(変動)を押えること
ができるものである。前記θntはサーボ系のゲイン、
モータのイナーシャ、トルクリップルの周波数等によっ
て異なるが、低周波数成分の場合は無視できる程度であ
る。従って一般には前記系のゲイン等を考慮してθn1
を計算し与えるのが好ましいが、θn1が非常に小さい
場合は、単に速度リップルと逆相の補正信号を与えても
相当の効果を期待することが出来るし、あるいは低速・
低周波数の場合は満足すべき効果を達成することができ
る。
第5図に本発明の速度リップル低減の具体的手法を示し
ている。(a)はモータの実際の速度変動モードを示す
、(b)はそれぞれのパルス間で1回の速度検出を行な
うことを示している。
(c)はそれぞれのパルス間隔毎に求められた速度信号
(電流信号)でデジタル的に階段状になる。
(d)は(c)の速度信号から求められた速度信号の基
本波成分(−火成分)である、(e)は同じく(c)か
ら求められた速度信号の第n火成分である。これらの(
d)および(e)の調波成分は既知の周波数分析器によ
り簡単に求めることができる。このように調波成分が求
められるので(f)および(g)に示す補正信号(電流
)を加えることによりこれらの調波成分は相殺され、消
滅するので、これに起因するトルクリップル(速度リッ
プル)は消滅あるいは減じることができる。
第6図にこれらの速度制御系をデジタル方式で構成する
一例を示す、一定速度で回転させねばならないVTR用
モータ等において速度制御を行う間隔はエンコーダある
いは周波数発電機FGから得られるパルス周期あるいは
その数倍の間隔で行うのが一般的である。前記第5図の
例はパルス周期と速度制御の周期を等しくした場合を示
すもので、Nk回目の速度制御のための計算に際しては
Nk1回目のエンコーダあるいは周波数発電機の信号周
期の情報をデータとして使用する。一方、補正制御のサ
ンプリング周期は速度制御の周期より長くするのがよい
、これは、速度制御のサンプリングN1ないしNk個の
速度情報に基づき、それぞれの速度制御の領域内で前記
式(5)ないしく7)に従って速度リップル(変動)の
位相と絶対値を算出し、Nkの後に新たな補正信号を生
成するものである。つまり、NlないしNbの間は同一
の位相と絶対値として補正信号を作成するのが簡便であ
る。特に、この手法によれば、NlないしNkの独立し
た速度情報を独立して個々のRAM領域に格納する必要
がないので低周波数成分の場合においてはRAM容量を
大幅に低減できる。一方、内在する周波数成分が多い場
合、前記補正制御の周期はそれぞれの周波数成分毎に変
えた方がよい。
特に、高い周波数成分に対してはその周波数成分に補正
制御の周期を好ましい周期にすることにより、応答性が
著しく向上するので積極的に変えるべきである。
第7図は前述した本発明の手法をマイクロコンピュータ
によって実行するためのフローチャートを示している0
図面を参照し説明すると、ステップ■および■で速度指
令n3および速度n、を取込み、ステップ■で前記取込
まれた速度指令nsと実際の速度n1から速度誤差ne
を計算(ne=ns−nz)し、更にステップ■でP制
御のための比例項PをP=に−noで計算する0次に、
ステップ■にて速度リップル(変動)の周波数成分の係
数計算を式(5)、(6)に従って行ない、 ANI(
n)、BNl (n)を求める。ステップ■では、1回
転まで計算したかどうか判定し、1回転までの計算が終
了した場合、式(5)、(6)のNk。
nlの除去を行、ないステップ■でANI (n) e
BN五(n)として記憶要素(RAM)に記録し、登録
する。ステップ■では前記計算によって得られた速度制
御の計算結果と、補正信号となる補正項の和を電流指令
Isを出力する。この補正項は1つ前の係数ANI (
n −1) 、Bsx(n −1)を使って計算する。
又、角度θは周波数発電機FGのパルスカウンタから求
められ、この角度θに正弦値および余弦値を乗算し、更
に補正のゲインKlを乗することで補正項が求められる
。これが本発明を実施するための一手法である。
次に、ブラシレスモー、夕を正弦波電流で駆動する方法
が知られている。以下は2相モータを例にして説明する
ものである。固定子巻線として、電気角で90度位相の
異なるα相、β相の巻線を有する場合、α相、β相にそ
れぞれに回転子の回転角θに応じた位置パターンである
sinα、 cosαの信号と、一方、速度制御系の電
流指令工、から得られる電流指令I 5sinαあるい
はI 5cO8αがそれぞれの巻線α、βに付与すると
、それぞれの巻線α、βにはEosinα、 Eoco
sαなる誘起電圧が発生する。これにより、このモータ
のトルクは次式%式% 但し、ω・・・モータ速度、Ki・・・トルク定数、K
・・・定数。
モータトルクはこの式に従うことから明らかなように、
回転子の回転角とは無関係に一定となる。
ただし、それぞれの巻線α、βに電流指令を付与、する
ための増幅器にオフセットがある場合は次の影響が生じ
る。ここでは、巻線αに直流成分工0が重畳した場合に
ついて考えてみる。まずモータトルクTは、 T=〔(IF・sinα十工o)・Eosinα十工F
CO8α・Eocosα〕/に@。
=Ip−Eo/にω+Io−Eosina      
    −(9)となり、第2項で表わせる脈動分が生
じる。
第2項の脈動は、極数をPとしたとき。
P / 2  P P R(Pulse Per Ra
volution)となり、モータに速度リップルが生
じる。
この速度リップルを発生するブラシレスモータにも前記
本発明の解決手法は適用できる。
式(5)ないしく7)からP/2  PPHの速度リッ
プルを算出し、それぞれの巻線α、βに対する指令電流
に逆の直流分を加えることによりP/2PPR成分の速
度(トルク)リップルを減じることができる。
この場合は、直流成分の相殺補正するだけであるので計
算が簡単でそれに要する時間が短縮され。
又、RAMの容量を減じることが可能である。
この発明は電動機単体に留まるのではなく、負荷と結合
された状態での速度脈動を除去するものに適用され、又
、スタテイクなものに対しても内在する調波成分が問題
となる機器に適用可能である。
〔発明の効果〕
本発明は前述のように、移動体と、この移動体の移動速
度を検出する速度検出要素と、この速度検出要素から得
られた速度検出信号と外部から与えられた速度指令信号
の関係から適切な電流あるいは電圧指令を前記移動体に
付与する速度制御装置を具備するものにおいて、前記速
度制御装置は。
指令速度に応じた大きさの電流あるいは電圧を付与する
ドライバ(INV)と、前記速度検出要素からの信号か
ら速度を検出する速度検出回路(COU N T)と、
前記速度指令信号と前記速度検出回路(COUNT)か
ら得られた速度信号を比較処理して適切に前記ドライバ
(INV)を駆動させるマイクロコンピュータ(MC)
とを含み、かつ前記マイクロコンピュータは前記速度検
出回路から得られた速度変動モードに内在する調波成分
検出手段を含み、更に、これによって検出された調波成
分を減じる補正値を前記ドライバに付与する電流あるい
は電圧に加える機能を具備させたので、電動機の速度変
動を減じることができ、高定速性が要求されるVTR等
に好適な電動機の速度制御装置を提供できるものである
又、この発明はリニアタイプの電動機にも適用され得る
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示すもので、第1図は基本ブ
ロック図、第2図はマイクロコンピュータの内部構成図
、第3図は調波成分検出手段を含む回路構成図、第4図
はエンコーダ信号と速度信号の関係を示す図、第5図は
速度リップルを相殺する手法説明のための波形図、第6
図は周波数発電機からの信号をサンプリングする図、第
7図は速度変動を低減するためのマイクロコンピュータ
の処理フローを示す図である。 M・・・電動機、PS・・・ポジションセンサ、E・・
・エンコーダ、C0UNT・・・速度検出回路、MC・
・・マイクロコンピュータ、ACR・・・自動電流調整
回路、C・・・制御装置、INV・・・ドライバ、IS
・・・電流指令。 I゛′亀 巷 第 2 口 早 3 口 璽コ音酩ト久本発明で付tXJz収た鉤′i44 目 第 6 口 第7図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、移動体と、この移動体の移動速度を検出する速度検
    出要素と、この速度検出要素から得られた速度検出信号
    と外部から与えられた速度指令信号の関係から適切な電
    流あるいは電圧指令を前記移動体に付与する速度制御手
    段を具備するものにおいて、 前記速度制御手段は、指令速度に応じた大きさの電流あ
    るいは電圧を付与するドライバ(INV)と、前記速度
    検出要素からの信号から速度を検出する速度検出回路(
    COUNT)と、前記速度指令信号と前記速度検出回路
    (COUNT)から得られた速度信号を比較処理して適
    切に前記ドライバ(INV)を駆動させるマイクロコン
    ピュータ(MC)とを含み、かつ前記マイクロコンピユ
    ータは前記速度検出回路から得られた速度変動モードに
    内在する調波成分検出手段を含み、更に、これによつて
    検出された調波成分を減じる補正値を前記ドライバに付
    与する電流あるいは電圧に加える機能を具備させたこと
    を特徴とする移動体の速度制御装置。 2、被制御機器を駆動する制御装置と、この制御装置か
    ら与えられた指令値に基づき、前記被制御機器に電流あ
    るいは電圧を付与するドライバと、被制御機器の実際の
    動作状態を電流あるいは電圧として検出する要素とを含
    み、 前記制御装置は、前記要素から検出された電気信号に含
    まれている調波成分を検出する手段と、この手段によつ
    て検出された調波成分を相殺する補正信号を生成する機
    能を具備していることを特徴とする被制御機器の制御装
    置。 3、前記特許請求の範囲第1項記載の補正値は、検出さ
    れた調波成分の逆相であることを特徴とする移動体の速
    度制御装置。 4、前記特許請求の範囲第1項記載の移動体は、回転あ
    るいは直線的に移動する電動機であることを特徴とする
    電動機の速度制御装置。 5、前記特許請求の範囲第4項記載の電動機はブラシレ
    スモータであることを特徴とする電動機の速度制御装置
    。 6、移動体と、移動体を運動制御する制御手段と、移動
    体に指令速度に応じた電流あるいは電圧を付与するドラ
    イバと、移動体の移動速度を検出する速度検出要素とを
    備えたものにおいて、前記制御手段は速度検出要素から
    得られた速度変動モードに内在する調波、成分検出手段
    を含み、検出された調波成分毎に比例・積分制御(以下
    PI制御という)し、かつ前記指令速度と速度検出要素
    から得られた実際の速度信号とで求めた速度偏差信号に
    PI制御して得た電流指令に前記調波成分毎にPI制御
    したその補正信号を加えるように構成したことを特徴と
    する移動体の速度制御装置。 7、移動体と、移動体を運転制御する制御手段と、移動
    体に指令速度に応じて電流あるいは電圧を付与するドラ
    イバと、移動体の移動速度を検出する速度検出要素とを
    備えたものにおいて、前記制御手段は速度検出要素から
    得た速度変動に内在する調波成分(速度リップル)に対
    応したトルクリップルを検出機能をもち、更に、このト
    ルクリップルと逆相の補正値を前記指令速度に応じた電
    流あるいは電圧に加えるように構成したことを特徴とす
    る移動体の速度制御装置。 8、前記特許請求の範囲第7項記載のトルクリップルは
    速度リップルに対して逆相で所定の角度(θ_n_1)
    だけ進んだものであることを特徴とする移動体の速度制
    御装置。
JP63039424A 1988-02-24 1988-02-24 移動体の速度制御装置 Expired - Fee Related JPH0799951B2 (ja)

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