JPH01308188A - 移動体の速度制御装置 - Google Patents

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係り、特に運転時に速
度変動してはならない制御機器、例えば、ＶＴＲ用モー
タに好適な移動体の速度制御装置に関するものである。

〔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、１〜ルクリツプル）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る。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、速度を自由に、
しかも、簡単に変えることができ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り種々の問題
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）となるという欠点
を有している。

回転むらは、速度制御系のゲインによって変化するため
、回転むらの低減は、速度制御系のゲインを強めること
によって達成できる。しかし、速度制御系のゲインを強
め過ぎると、系が不安定になり、かえって回転むらを増
加する場合もあり、回転むらを低減させるための最適な
ゲインが存在する。この回転むらに影響を与える速度制
御系のゲインの最適値は、モータの１〜ルク定数や抵抗
。

アナログ系を含む場合は、速度制御系のゲイン等によっ
て影響を受ける。ゲインの最適値は、温度。

使用した抵抗の抵抗値のばらつきなどによって変わるた
め、個々の制御系で異なる値となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術の制御においては、最悪の条件下でも系が不安
定にならないような制御ゲインの値を選択して与えてい
るため、通常の温度もしくは抵抗のばらつきのない制御
装置では、最小の回転むらで運転できないという問題が
あった。

本発明の目的は、温度ならびに移動体のばらつきにかか
わらず最小の回転むらで運転できる移動体の速度制御装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、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との関係から適切な電流あ
るいは電流指令を」二記移動体に与える速度制御装置と
を具備するものにおいて、上記速度制御装置は、上記速
度指令信号と速度検出信号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と、上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と、上記速度指令
信号と上記速度検出回路から得られた速度信号とを比較
処理して上記ドライバを駆動させるマイクロコンピュー
タとを含み、該マイクロコンピュータは、上記速度指令
信号と速度検出信号との差である速度誤差を演算し、そ
の速度誤差にゲインを乗算して上記ドライバの駆動信号
を得る演算手段と、少なくとも２つ以上の過去の速度誤
差の値より速度誤差量を演算する速度誤差量演算手段と
、上記速度誤差量に応じて速度制御のゲインの値を変え
る手段とを具備する構成どして達成するようにした。

〔作用〕 上記構成で、少なくとも２つ以上の過去の速度誤差の値
より得られた速度誤差量により回転むらの値を把握し、
それによって速度制御のゲインを変えることによって、
温度変化や抵抗素子のばらつきにかかわらず、絶えず最
小の回転むらのゲインて移動体を運転させることができ
る。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図〜第５図によって詳細に
説明する。

第１図は本発明の移動体の速度制御′！Ａ置の一実施例
を示す基本ブロック図であり、移動体をフラジモータと
した場合を示しである。第１図において、Ｍは移動体で
あるブラシレスモータで、回転形、直進形（リニアモー
タ形）いずれてもよく、さらに、ブラシの有無を問わな
いが、ここではブラシレスの例を示す。ＰＳはモータＭ
の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の相電流を切り換えるのに用いられる。モータＭ
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２つの相巻線に電流を流すように通常
構成されている。ＥはモータＭの回転軸に取り付けたエ
ンコーダ等からなる速度検出器である。速度検出器Ｅは
エンコーダの他に周波数発電機、タコジェネレータ、パ
ルスジェネレータ等を採用し得る。

ＩＮＶはモータＭ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２つの相巻線に電流を流し
、また、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　Ｃｕｒｒｅｎ
ｔ　Ｒｅｇｕ　Ｑ　ａｔｅｒ）で電流トランスＣＴで得
られる電流を受けるように構成しである。ＭＣはマイク
ロコンピュータで後述する機能を持っている。Ｃ０ＵＮ
Ｔは速度検出回路で、実際はカウンタから構成してあり
、エンコーダＥのパルス間隔を測定するものである。実
際にはエンコーダＥのパルス間に入る基準発振器（図示
せず）のパルス数をカウントするカウンタで構造しであ
る。速度制御装置Ｃは、マイクロコンピュータＭＣ，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ている。

そして、速度検出回路Ｃ０ＵＮＴで得られたエンコーダ
Ｅのパルス幅の情報はマイクロコンビュ−タＭＣに取り
込まれて速度に変換され、速度指令信号との差に応して
電流指令の大きさを制御し、また、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ＩＮＶに伝え、マイクロコンピュータＭＣはその信号
を処理してドライバＩＮＶ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も
のである。

第２図は第１図のマイクロコンピュータＭＣの一実施例
を示す構成図である。速度検出回路Ｃ０ＵＮＴで得られ
た情報を取り込んで演算する演算部ＭＰＵ、プログラム
等を記憶するリード・オンリ・メモリＲＯＭ　、データ
等を記憶するランダム・アクセスメモリＲＡＭ、アナロ
グ・ディジタル・コンバータＤＡＣよりなり、アナログ
・ディジタル・コンバータＤＡＣの出力は自動電流調整
回路Ａ、　ＣＲに入力する。

第８図は比例ゲイン可変の一実施例を示すブロック図で
ある。速度信号Ｎｉは、速度検出器Ｅのパルス間隔に入
る基準発振器のパルス数を数えることによって得られる
同期信号Ｔｉ　がマイクロコンピュータＭＣに取り込ま
れた後、Ｋ　／　Ｔ　ｔ　の演算（第３図ではＦ／Ｖ変
換と称す）によって求められる。マイクロコンピュータ
ＭＣ内では、ソフト的な処理手法によって、速度指令信
号Ｎｓと速度信号Ｎｚとの差から速度誤差ＮＥを演算し
、比例制御（必要に応じて積分、微分を適用）処理後、
新たな電流指令■３を出力する。自動電流調整回路ＡＣ
Ｒはハードで構成され、電流指令工、と電流トランスＣ
Ｔから得られた電流検証値Ｉｚ　とから電流誤差工。を
算出し、自動電流調整回路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。なお、第３図ではドラ
イバが省略しである。

これらの全体的な構成は従来知られているものとほぼ同
様の構成であるが、本実施例では、第３図破線枠で示し
た新規な速度誤差量の演算とそれに応じて速度制御系の
比例ゲインを変える手段とを有する。

第４図はマイクロコンピュータＭＣの比例ゲインに対す
るモータＭの回転むら（ワウフラッタ）を示した線図て
、比例ゲインを大きくすることによって回転むらは小さ
くなる。しかし、比例ゲインが一定値を超えると、制御
系が不安定になって発振し、かえって回転むらが悪くな
る。第４図において、（イ）の曲線は、この種制御装置
、モータの量産品の標準の特性を示すが、モータ、制御
系の温度特性、自動電流調整回路Ａ（、Ｒ系がアナログ
であるため、抵抗等の素子のばらつきにより最悪の場合
、（ロ）の曲線のような特性の制御装置、モータも含ま
れる。この場合、標準品の設定値であるＡ点（一般には
最適値Ｃより若干余裕を見てＡ点に設定する）に比例ゲ
インを設定すると、最悪品では発振してしまうために、
これまで最悪品でも発振しないＢ点に比例ゲインを設定
せざるを得す、このため、大多数を占める標準品である
（イ）の曲線の回転むらが増加するという欠点があった
。

第３図の破線内で示した新規な速度誤差量の演算とそれ
に応じて速度制御系の比例ゲインを変える手段は、第４
図の（イ）、（ロ）の曲線で示した機器のばらつきに制
御装置、モータに対して常に回転むらが小さくなる条件
で運転させ得る機能を持たせることができる。

つまり、速度誤差量の演算によって回転むら（ワウフラ
ッタ）を把握することができれば、第４図（イ）、（ロ
）の曲線の特性にかがわらず最低のワウフラッタの点Ｃ
，Ｄで運転させることが可能である。

回転むらは、マイクロコンピュータＭＣで演算された速
度指令信号Ｎｓと速度信号Ｎｚとの差の速度誤差ＮＥの
交流分である。いま、エンコーダＥのパルス毎に速度制
御を行い、速度誤差量（回転むら）の演算をＴパルス毎
に行うとすると、速度誤差量（回転むら）ＷＦは、エパ
ルス毎に次式によって演算できる。

・・・（１） ここで、（１）式の１・・・ｉ内の第２項は速度誤差の
直流分であり、前回の１個のパルスより算出される値で
ある。つまり、ＷＦは速度誤差ＮＥの交流分の平均値で
求めることができる。

第５図は上記手段を実施するためのマイクロコンピュー
タＭＣのプログラムの一実施例を示すフローチャー１〜
で、】−っのエンコーダＥのパルス間隔に１回の速度制
御動作を行う。ステップので速度指令信号Ｎｓ　を取り
込み、ステップ■でエンコーダＥの周期Ｔ、より速度Ｎ
、を演算し、ステップ■で速度誤差ＮＥを演算する。ス
テップ■では（１）式に基づく速度誤差量を演算するた
め、各エンコーダパルス毎の計算を行う。ステップ■で
は速度誤差量の演算が所定の周期行われたかどうかを判
別し、もし、」二記の周期に達していなければ、ステッ
プ０，０で従来と同様の比例項による電流指令の演算、
出力を行う。ステップ■で速度誤差量の周期に達してい
るときは、ステップ■で速度誤差量（回転むら）を演算
する。さらにステップ■、■で速度誤差量の前回データ
との比較を行い、速度誤差量が増加（Ｙに相当）の場合
は、ステップ■で比例ゲインの前前回データと前回デー
タの差を求め、ステップ１０でそれが正がどうかを判別
し、前回データが大きい場合は、ステップ０て乱調に向
っているため、ステップＯでゲインを弱め、また、前回
データが小さい場合には、ステップｏ’、ｏでゲインを
強めるようにして回転むらの最適値である第４図のＣ点
及びＤ点の動作点のゲインに合わせる。ステップ■で速
度誤差量が減少（Ｎに相当）の場合も同様にしてステッ
プ■′。

Ｏ′、■または０′、■で第４図のＣ点及びＤ点の動作
点へ向うゲインを選択するようにする。以上の動作によ
って常に最適なゲインで運転することができる。

以上の速度制御量の初期の比例ゲインの設定は、従来と
同様第４図のＢ点に選択するとよい。さらに回転むらの
最低点り点、Ｃ点は、急激な外乱に対しては弱く、つま
り系が不安定になりゃすく、発振する恐れがあるが、速
度誤差Ｎｐ、速度誤差量ＷＦが一定値を越えた場合ある
いは速度誤差ＮＥ、速度誤差量ＷＦの変化分（微係数）
が一定値を越えた場合、初期設定の比例ゲインに戻すこ
とによって安全、かつ、小さい回転むらの速度制御装置
を提供できる。

なお、速度誤差量ＷＦは、（１）式で示したように、平
均値を算出したが、実効値でもなく、また、ピークホー
ルド値でもよい。また、速度誤差の中に含まれる回転位
置に対する任意の調波成分（ブラシレスモータではスイ
ッチング周期もしくはコキンタ１〜ルクの周波数を基本
周波数とする）をフーリエ積分によって算出した値でも
実用に供し得る。つまり速度誤差及び速度より求められ
る量で回転むらの関数となる量であれば可能である。

なお、以」二は比例制御について述べたが、比例積分、
微分制御を持つ速度制御装置についても同様である。こ
の場合、比例、積分、微分の各ゲインを選択的に変化さ
せて速度誤差量を最小化することによって最小の回転む
らとすることができる。

〔発明の効果〕

以」二説明した本発明によれば、速度誤差量の大きさに
応じて速度制御のゲインを変えることによって移動体の
回転むらを低減することができ、高定速性が要求される
ＶＴＲ等に好適な移動体であるモータの速度制御装置を
提供できるという効果があり、リニアタイプのモータに
も適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の移動体の速度制御装置の一実施例を示
す基本ブロック図、第２図は第１−図のマイクロコンピ
ュータの一実施例を示す構成図、第３図は比例ゲイン可
変の一実施例を示すブロック図、第４図はマイクロコン
ピュータの比例ゲインに対するモータの回転むらを示し
た線図、第５図は第１図のマイクロコンピュータのプロ
グラムの一実施例を示すフローチャー１−である。 Ｍ・ブラシレスモータ、ＰＳ・・磁極位置検出器、Ｅ・
・速度検出器（エンコーダ）、ＩＮＶ　　ドライバ（イ
ンバータ）、ＡＣＲ自動電流調整回路、ＣＴ　　電流１
＼ランス、ＭＣ・マイクロコンピュータ、Ｃ０ＵＮＴ　
・速度検出回路、Ｃ・・速度制御回路。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．　移動体の移動速度を検出する速度検出要素と、該
   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と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とを具備す
   るものにおいて、前記速度制御装置は、前記速度指令信
   号と速度検出信号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と、前記速度指令信号と前
   記速度検出回路から得られた速度信号とを比較処理して
   前記ドライバを駆動させるマイクロコンピュータとを含
   み、該マイクロコンピュータは、前記速度指令信号と速
   度検出信号との差である速度誤差を演算し、該速度誤差
   にゲインを乗算して前記ドライバの駆動信号を得る演算
   手段と、少なくとも２つ以上の過去の速度誤差の値より
   速度誤差量を演算する速度誤差演算手段と、前記速度誤
   差量に応じて速度制御のゲインの値を変える手段とを具
   備することを特徴とする移動体の速度制御装置。
2. ２．　前記速度指令信号と速度検出信号の差である速度
   誤差によって前記ドライバの駆動信号を得る演算の周期
   を前記少なくとも２つ以上の過去の速度の値より速度誤
   差量を演算し、それに応じて速度制御のゲインの値を演
   算する周期より短かくする特許請求の範囲第１項記載の
   移動体の速度制御装置。
3. ３．　前記速度誤差量は、前記少なくとも２つ以上の過
   去の速度の速度誤差量の直流分を除いた値の変動分の値
   の平均値としてある特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の移動体の速度制御装置。
4. ４．　前記速度制御のゲインは、初期設定値を持つとと
   もに、前記速度誤差量を最少ならしめるように制御され
   る特許請求の範囲第１項記載の移動体の速度制御装置。
5. ５．　前記速度誤差量は、１個の速度誤差より任意の変
   動成分を前記移動体のスイッチ周波数及びコギングトル
   クの周波数を演算値とした特許請求の範囲第１項記載の
   移動体の速度制御装置。
6. ６．　前記速度制御のゲインは、初期設定値を持ち、前
   記速度誤差量の変動値もしくは前記速度誤差量の値によ
   って初期ゲインに復帰させる機能を備えている特許請求
   の範囲第１項記載の移動体の速度制御装置。