JPH01283083A

JPH01283083A - モータ制御装置

Info

Publication number: JPH01283083A
Application number: JP1084612A
Authority: JP
Inventors: Baretsuto Shiiruzu Maikeru; マイケル　バレット　シールズ; Aaru Gaijingaa Baretsuto; バレット　アール　ガイジンガー
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-04-04
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1989-11-14
Also published as: US4816723A

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、モータの回転周波数及び位相を正確に制御す
るモータ制御装置、もっと詳しくいえば、連続的な広範
囲内の所望値にモータの位相を迅速且つ正確に制御しモ
ータの回転周波数を迅速且つ正確に調整することができ
るモータ制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

テープ記録部のキャプスタンを駆動するモータを有する
磁気記録装置のような種々の装置においては、モータの
回転周波数（速度）及び位相を所望値に迅速且つ正確に
調整しうろことが重要である。モータ及び位相固定ルー
プの複雑な動作のため、従来のモータ制御装置は、−ｉ
に速度制御ループとこれとは別の位相制御ループとの両
方を有するよう設計されている。

従来の速度制御ループは、一般にモータの回転周波数又
はモータの回転周期から誤差電圧を取出している。この
誤差電圧を帰還し基準電圧と比較して補正電圧を発生さ
せ、これをモータに加えている。

周波数・電圧変換を用いる従来タイプの速度制御ループ
においては、一定量の電荷が一般に周期毎に変形され、
この電荷を積分又は平均して誤差電圧を得ている。この
タイプの回路は、出力における入力周波数のりプル（小
変動）を小さくしうるが、応答動作が遅い（周波数・電
圧変換の速度が遅いため）欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

周期・電圧変換はもっと速く（すなはち、モータの１周
期の間に）行えるので、従来装置においては周波数・電
圧変換でなく周期・電圧変換がよく用いられている。し
かし、周期・電圧変換を用いる従来の速度制御ループは
、モータ速度が広範囲にわたる場合は不安定である。こ
の不安定の原因は、回転周期が回転周波数の逆数である
ため、周期から取出される誤差電圧信号はモータ速度に
対し直線的でなく逆比例的関係にあることである。

したがって、従来の周期・電圧変換タイプの速度制御ル
ープは（逆比例又は割算素子のような）強い非直線性素
子を有しており、このため、モータ速度が広範囲にわた
る場合にループの安定性を維持するのが困難である。よ
って、周期・電圧タイプの速度制御装置は、一般に、モ
ータが単一の速度のみ又は切替え可能な二、三種類の速
度をもつような装置に使用が限定されていた。モータが
２以上のスイッチで切替える動作速度をもつ場合は、通
常、モータ速度を切替える度に従来装置に別々にセット
されたループ変数（パラメータ）を切替える必要があっ
た。

したがって、本発明の課題は、モータ速度及び位相を連
続的な広範囲にわたって制御する場合に、早い速度及び
不変のループ変数でモータの速度及び位相を極めて正確
に制御しうる装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のモータ制御装置は速度制御ループと位相制御ル
ープを有し、各ループに、モータの回転周波数及び位相
を表わすクロック信号（Ｆ　ＴＡＣＨ）と、モータに対
する所望の動作速度（回転周波数）及び位相を表わす同
期（基準）クロック信号（ＦＳＹＮＣ）とを入力する。

速度制御ループは、信号Ｆ−ＴＭＣ１１及びＦ　５ＹＮ
Ｃ（以下、「周波数信号ｊという。）よりそれぞれアナ
ログ電圧信号Ｖ　ＴＡＣＨ及びＶ　５ＹＮＣを発生し、
これら２つの電圧信号の差に比例した誤差電圧信号を発
生する。

まず、各周波数信号を対応する周！ｔＪ１（周波数の逆
数）を表わすデジタル信号に変換する。それから、これ
ら各デジタル信号を対応周期の逆数（周波数）に比例す
る大きさをもつアナログ電圧信号に変換する。好適な実
施例では、周期を水晶クロック・カウンタでデジタル的
に測定し、逆作用をするように接続した高解像度の掛は
算（ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ）デジタル・アナログ変換
器によってアナログ電圧信号を発生する。すなわち、各
アナログ電圧信号は、２つの逆比例（割算）素子を連続
して用いる２段階処理によって作成する。これらの逆比
例素子が次々にもたらす非直線性は互いにほぼ相殺され
るので、このアナログ電圧信号はモータ速度（回転周波
数）と直線的に比例する。この周波数・電圧変換方法の
速度、精度及び直線性により、制御装置が一定不変のル
ープ変数及び広いループ帯域幅で連続的な広範囲にわた
ってモータの速度を制御することが可能となる。

本発明の位相制御ループは、傾斜波発生器及びサンプル
ホールド回路を有する。傾斜波発生器は、周波数に対応
する電圧Ｖ　５ＹＮＣを積分する。したがって、傾斜波
の振幅は周波数Ｆ−Ｓ’ｌ　Ｎ　Ｃが変動しても一定に
なり、この位相制御ループは連続的な可変速度動作に適
する。傾斜波電圧は信号Ｆ　ＴＡＣＨによってサンプリ
ングし、サンプリングした電圧を利得増幅器で増幅し、
増幅した電圧をモータに供給する。

〔実施例〕

第１図は本発明モータ制御装置の好適な実施例を示すブ
ロック図、第２図は第１図装置の動作を説明するための
波形図である。第２図′において、垂直軸は電圧、水平
軸は時間を示す。

本発明装置は、モータ（２５）の速度（回転周波数）及
び位相を制御するものである。通常のタコメータ（図示
せず）は、第２図に示すようなりロック信号Ｆ−Ｔ　Ａ
　ＣＨを発生する。この信号Ｆ　ＴＡＣＨは、モータ（
２５）の各周期（又は周期の一部）に１パルスが対応す
る一連のパルスより成る。したがって、各パルス間の時
間は、モータ（２５）の回転周期（又は該周期の既知の
分数）であり、一般に１ミリ秒のオーダー（程度）であ
る。

本発明装置は、速度制御ループ（１）及び位相制御ルー
プ（３）を有する。クロック信号Ｐ　ＴＡＣＨは、速度
制御ループ（１）及び位相制御ループ（３）に供給され
る。

同期クロック信号Ｐ　５ＹＮＣもまた、速度制御ループ
（１）及び位相制御ループ（３）に供給される。この信
号Ｆ　５ＹＮＣの周波数は、モータ（２５）の所望の回
転周波数である。本発明の重要な利点は、信号ＦｊＹＮ
Ｃの周波数が広範囲（例えば２０〜１の範囲）にわたっ
て連続的に変化しても、回路変数を切替えることな（モ
ータ（２５）を正確に制御できることである。

速度制御ループ（１）は、その振幅が所望モータ速度（
信号Ｆｊ　Ｙ　Ｎ　Ｃの周波数）と瞬間的な実際のモー
タ速度（信号Ｆ　ＴＡＣＨの周波数）との差に比例する
アナログ誤差電圧信号Ｖ　５ＰＥＥＤを発生する。位相
制御ループ（３）は、その振幅が信号Ｆ　５ＹＮＣとＦ
　ＴＡＣＨの位相差に比例するアナログ誤差電圧信号Ｖ
ＪＩ（ＡＳＥを発生する。これらの誤差電圧信号Ｖ　５
ＰＥＥＤとＶ−Ｐ　ｌｊＡ　Ｓ　Ｅを加算部（２１）　
テ合算し、加算部（２１）からの合算誤差信号をモータ
駆動増幅器（アンプ”）　（２３）に加え、このアンプ
（２３）からの増幅モータ制御信号をモータ（２５）に
供給する。

速度制御ループ（１）は、同一の周波数・電圧変換器（
５）及び（７）を有する。これらの変換器については、
第３図を参照してあとで詳しく述べる。各変換器（５）
及び（７）は、水晶クロック発振器（９）で発生した水
晶クロック信号（第１図の例では周波数がＩＭＩＨｚで
ある。）をクロック（ＣＬＫ）端子に入力する。

周波数・電圧変換器（５）は、信号Ｆ　５ＹＮＣを入力
してこれよりアナログ電圧信号Ｖ　５ＹＮＣを発生する
。周波数・電圧変換器（７）は、信号Ｆ　ＴＡＣＨを入
力してこれよりアナログ電圧信号Ｖ　ＴＡＣＨを発生す
る。これらの信号し５ＹＮＣ及びしＴＡＣＨの振幅は、
それぞれ信号Ｆ−５ＹＮＣ及びＦ　ＴＡＣＨの周波数に
比例する。信号Ｖ−ＴＡＣＨは差増幅器（１１）で信号
Ｌ　Ｓ　Ｙ　Ｎ　Ｃから差引かれ、差増幅器（１１）か
らの差信号は利得アンプ（１３）で増幅される。この増
幅された差信号は、誤差電圧信号Ｖ　Ｓｒ’ＥＥＤであ
る。

位相制御ループ（３）は、傾斜波発生器（１５）　、サ
ンプルホールド回路（１７）及び補正・利得アンプ（１
９）を有する。傾斜波発生器（１５）は、信号し５ＹＮ
Ｃを積分して傾斜波信号を作る。これを第２図に信号Ｖ
−ＲＡＭＰで示す。この積分は、信号ヒ５ＹＮＣの各周
期の始めからスタートする。第２図に示す例では、信号
Ｆ　５ＹＮＣは各周期に対して１つのパルスを有し、各
積分動作のスタートは信号Ｆ　５ＹＮＣの各パルスの前
縁に一致している。勿論、信号Ｆ　５ＹＮＣのＮ　（−
定数）個のパルスをモータの１周期に対応させ、信号Ｆ
−Ｓ　Ｙ　Ｎ　ＣのＮ番゛目のパルス毎に積分動作をス
タートさせるようにしてもよい。

周波数から取出された電圧信号Ｖ　５ＹＮＣは一定の電
圧ではなく積分されるので、信号Ｆ−５ＹＮＣの周波数
が変動しても、傾斜波信号しＲＡＭＰの最大振幅は一定
になるであろう。したがって、位相制御ループ（３）は
、モータ速度を連続的広範囲にわたって制御する場合に
、ループ変数を変えることなく安定に動作させるのに適
する。傾斜波発生器（１５）からの傾斜波信号はサンプ
ルホールド回路（１７）の入力端子に供給され、サンプ
ルホールド回路（１７）のサンプリング端子に信号Ｆ　
ＴＡＣＨが供給される。一般に、サンプルホールド回路
（１７）からのサンプルホールドされた信号（第２図の
Ｖ　ＳＡＭＰ）は、振幅が時間に対して変動する。例え
ば第２図に示すように、信号Ｖ−ＳＡＭＰの振幅は時点
１，１．間ではＡボルト、時点ｔｔ　ｔｓ間ではＢボル
ト、時点ｔ、以後はＣボルトとなる。サンプルホールド
された信号ＬＳ　Ａ　Ｍ　Ｐは、補正・利得アンプ（１
９）に供給される。

この増幅器（１９）は、全位相制御ループを安定化させ
るため通常のリード補償（ｌｅａｄ　ｃｏｍｐｅｎｓａ
ｔｉｏｎ）回路網を有する。補正・利得アンプ（１９）
の出力は、誤差電圧信号Ｖ　ＰＨＡＳＥである。位相制
御ループにより位相が固定（ロック）されると、信号Ｖ
　ＰＨＡＳＨの振幅はＣボルトになり、サンプルホール
ド回路（１７）は傾斜波信号の中間点でサンプリングを
するようになる。

傾斜波発生器（１５）　、サンプルホールド回路（１７
）及び補正・利得アンプ（１９）は、市販品より適当な
ものを選ぶことができる。

第３図は、第１図の周波数・電圧変換器の具体例を示す
ブロック図である。第３図の変換器はロード・リセット
論理回路（１００）及びデジタル・カウンタ（１０１）
を有し、これらはそれぞれ基準発振信号Ｆ　ＲＥＦによ
りクロック（計時）される。この基準発振信号は、第１
図の水晶発振器（９）によって供給されるクロック信号
に対応する。ロード・リセット論理回路（１００）は、
周波数を測定しようとする入力クロック信号Ｆ　ＩＮＰ
ＵＴ　（これは第１図の変換器（５）の人力信号Ｆ　５
ＹＮＣ，変換器（７）の入力信号Ｆ　ＴＡＣＩ＋に対応
する。）の各周期の前縁において、ロード（ｌｏａｄ）
パルス及びリセット・パルスヲ発生する。リセット・パ
ルスは、デジタル・カウンタ（１０１）に供給され、こ
れをリセットする。ロード・パルスは、掛は算デジタル
・アナログ変換器（１０２）に供給され、これにデジタ
ル・カウンタ（１０１）の内容をロード（入力）させる
。こうして、デジタル・カウンタ（１０１）は上記変換
器（１０２）に２進数Ｎを供給する。ただし、Ｎは、信
号ＰＪＮＰＵＴの周期を信号Ｆ　ＲＵＦの周期で割った
数である。数Ｎは、信号Ｆ　ＩＮＰＵＴの周波数と逆比
例関係にあるので、デジタル・カウンタ（１０１）は「
逆比例」素子（又は割算素子）と呼ぶのが適当である。

上記デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（１０２）は
、割算に対して通常のように構成された公知の掛は算（
ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ）変換器がよい。掛は算Ｄ／Ａ
変換器（１０２）の出力は、振幅が基準電圧信号■１Ｉ
ｉＦの振幅を他の信号の振幅で割ったものに比例するア
ナログ電流信号１　（ＩＬＩ？である。ここに、他の信
号とは、デジタル入力（２進数Ｎ）に比例する振幅をも
つアナログ信号である。出力信号■。８．は、演算増幅
器（オペアンプ”）　（１０３）の入力に供給される。

演算増幅器（１０３）の出力は、出力電圧信号しＯＵＴ
　（第１図の変換器（５）ノＶ　５ＹＮＣ。

変換器（７）のＶ　ＴＡＣＨに対応する。）である。基
準電圧信号■１ｌｔＦは、通常のように掛は算Ｄ／Ａ変
換器（１０２）に帰還される出力信号Ｖ　ＯＵＴの一部
である。

出力電圧信号しＯＵＴの振幅は２進数Ｎの大きさと逆比
例関係にあるので、出力電圧信号Ｖ　ＯＵＴの振幅は入
力信号Ｆ　ＩＮＰＵＴの周波数と直線的比例関係にある
。したがって、掛は算Ｄ／Ａ変換器（１０２）は、第３
図において第１の逆比例素子であるデジタル・カウンタ
（１０１）がもたらす非直線性を打消す作用をする第２
の逆比例素子である。よって、第１図の装置に用いる場
合、第３図の回路は、周波数からではなく周期から電圧
信号を取出す従来の速度制御ループを不安定化させるよ
うな強い非直線性を導入しない。更に、第３図の回路は
、第１図の装置に用いる場合、周期からではな（周波数
から電圧信号を取出す従来の速度制御ループよりも溝か
に早く（すなわち、這かに早い変換速度で）速度制御ル
ープ（１）を動作させることができる。

ロード・リセット論理回路（１００）　、デジタル・カ
ウンタ（１０１）　、掛は算Ｄ／Ａ変換器（１０２）及
び演算増幅器（１０３）は、市販品より適当なものを選
ぶことができる。

以上、本発明を好適な実施例について説明したが、本発
明は、特許請求の範囲内において種々の変形、変更をし
うるちのである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、モータ速度及び位相を連続的な広範囲
にわたって制御する場合に、ループ変数を切替える手間
を要せず、極めて迅速且つ正確にモータの速度及び位相
を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例を示すブロック図、第２
図は第１図の装置の動作を説明するための波形図、第３
図は第１図の周波数・電圧変換器の具体例を示すブロッ
ク図である。Ｆ　ＴＡＣＨ（Ｆ　ＩＮＰＵＴ）・・・・第１のクロッ
ク信号、Ｆ−ＳＹＮＣ（Ｆ　ＲＥＦ）・・・・第２のク
ロック信号、ＬＳＰＥＥＤ・・・・第１の誤差電圧信号
、（１）・・・・速度制御ループ、（１０１）・・・・
第１の逆比例素子（デジタル・カウンタ）　、（１０２
）・・・・第２の逆比例素子（掛は算Ｄ／Ａ変換器）　
、Ｖ　ＰＩＩＡＳＥ・・・・第２の誤差電圧信号、（３
）・・・・位相制御ループ、（２１）・・・・加算手段
、（２５）・・・・モータ。

Claims

【特許請求の範囲】１、モータの測定位相及び周波数を示す第１のクロック
信号と、該モータの所望の動作周波数を示す第２のクロ
ック信号とより、モータ制御信号を発生するモータ制御
装置であって、上記第１のクロック信号の周波数と上記第２のクロック
信号の周波数の差に比例する振幅をもつ第１の誤差電圧
信号を発生する速度制御ループを有し、該速度制御ループは、上記クロック信号の一方を入力し
、これを該速度制御ループに第１の非直線性を導入する
ように処理する第１の逆比例素子と、該第１の逆比例素
子の出力を入力し、上記速度制御ループに第１の非直線
性をほぼ打消す第２の非直線性を導入する第２の逆比例
素子とを有するモータ制御装置。２、モータの測定位相及び周波数を示す第１のクロック
信号と、該モータの所望の動作周波数を示す第２のクロ
ック信号とより、モータ制御信号を発生するモータ制御
１回路であって、上記第１のクロック信号の周波数と上記第２のクロック
信号の周波数の差に比例する振幅をもつ第１の誤差電圧
信号を発生する速度制御ループと、該速度制御ループに結合し、上記第１のクロック信号と
上記第２のクロック信号の位相差に比例する振幅をもつ
第２の誤差電圧信号を発生しうる位相制御ループと、上記第１の誤差電圧信号の振幅に比例する振幅をもつ第
１の信号を、上記第２の誤差電圧信号の振幅に比例する
振幅をもつ第２の信号に加算して、モータ制御信号を発
生する手段とを有するモータ制御装置。