JPH02246785A - 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 本発明は回転体の回転速度が所望値になるように制御す
る速度制御装置に関する。

従来の技術 従来より回転体の回転速度を所望の値に制御する方法と
して、速度発電機を回転体に連結することなく、回転体
の固定子巻線に誘起される交番電圧を矩形波に波形整形
した信号（ＦＣ信号）を用いる方法（例えば、「位置検
出素子を省略したブラシレス直流モータ駆動方式」ナシ
ョナル　テクニカル　レポートＰ６１４　Ｖｏｌ、３３
　Ｎａ５０ＣＴ、１９８７）があり、ＦＧ倍信号周波数
もしくは繰り返し周期のみを速度情報として用いて速度
制御を行ない、簡単な構成で回転体を比較的安定に速度
制御することができる。（例えば、特公昭５７−１８４
３４号公報に示されている。） ところで、この周波数あるいは周期検出方式は固定子巻
線に誘起された交番電圧を矩形波信号になるまでに十分
増幅し、その矩形波信号の所定のエツジが速度情報を有
しているものとみなして誤差出力信号を発生する。

例えば代表的な周期検出方式においては、増幅後の交番
電圧の矩形波信号のリーディングエツジ（前縁）から次
のリーディングエツジまでの期間にクロックパルスを計
数することによって、回転体の回転速度に依存した計数
値を得て、この計数値をもとにパルス幅変調信号（チッ
ッパ型の駆動法を探る場合に使用される。）を作り出し
たり、あるいは前記計数値をアナログ電圧に変換したり
して誤差出力を得ている。

したがって、より高精度な制御を実現しようとすると、
一定の回転速度において固定子巻線に誘起される交番電
圧を同じにし、矩形波信号の周期をより正確なものにし
なければならない。

発明が解決しようとする！ｌＢ しかしながら上記のような構成において、例えば回転子
に１２極（６８ｉ対）、固定子に９コイルよりなる回転
体を３相半半波式の駆動方式を用いて回転させたとき、
固定子巻線に誘起される交番電圧を増幅して得られる矩
形波信号の周期は、回転子の着磁精度、回転子・固定子
の取付精度などのバラツキにより、１周期ごとに正規の
周期より長い周期・短い周期が交互に現われるため、制
御系に矩形波信号の周波数の１／２の周波数の外乱とな
って現われ、制御特性が悪化してしまうという問題があ
った。特に、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）のシリン
ダモータのように高精度な回転が要求される制御系では
、外乱の周波数が制御系の慣性領域にもかかわらず問題
となっていた。

また、量産時には調整をほとんど行なわないので、全数
においてＦＧ倍信号周期を正確に管理しておくことは困
難であった。

本発明は上記問題点に鑑み、固定子巻線に誘起される交
番電圧より得られた矩形波信号の周期が定速回転時にお
いて異なっていても、矩形波信号の周期が一定であるか
のように矩形波信号の周期のずれを補正し、高精度な制
御を行う速度制御装置を実現せんとするものである。

ｉ１題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の速度制御装置は、回
転体の速度情報を有する交流信号の周期を検出する周期
検出手段と、前記周期検出手段の検出値を格納するメモ
リ手段と、前記検出値と基準値から誤差出力を算出する
演算器と、前記誤差出力に基づいて前記回転体に駆動電
力を供給する駆動手段と、前記メモリ手段に格納されて
いる連続する第１．第２の周期検出値と前記基準値から
第１．第２の偏位量を算出し、前記第１．第２の偏位量
の減算値が略一定であるときにその算出結果から前記誤
差出力の補正値を算出する補正値算出手段と、前記補正
値により各周期検出時点において前記演算器に周期検出
による誤差出力の補正を行わせる誤差出力補正手段と、
誤差出力補正手段の出力が略一定であることを監視する
モニタ手段を具備したことを特徴とするものである。

作用 本発明は上記した構成によって固定子巻線に誘起される
交番電圧より得られた矩形波信号の周期が定速回転時に
おいて異なっていても、矩形波信号の周期が一定である
かのように矩形波信号の周期のずれを演算器によって補
正するようにしているので、誘起される交番電圧より得
られた矩形波信号の周期がずれていても制御系に外乱と
なって現れず高精度な制御を行うことができる。

実施例 以下、本発明の一実施例の速度制御装置につぃて図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示したブロックダイア
グラムであり、ここではプロセッサを用いて実現してい
る６回転体１の固定子巻線（図示せず）に誘起される交
番電圧信号が波形整形器２に入力される。波形整形器２
の出力信号はチャンネルセレクタ３ａ、演算器３ｂ、メ
モリ３ｃ、周期検出器３ｄ、データバス４，５．６から
なるプロセッサ３のチャンネルセレクタ３ａに供給され
る。前記チャンネルセレクタ３ａは前記プロセンサ３の
メモリ３Ｃのアドレス更新信号を発生し、アドレス更新
信号はコントロールバス４を介して前記プロセッサ３の
メモリ３ｃに供給される。

また、前記波形整形器２の出力信号は周期検出器３ｄに
供給される。前記周期検出器３ｄは前記波形整形器２の
出力信号の周期を測定し、データバス６を介して前記プ
ロセッサ３のメモリ３Ｃに供給する。前記メモリ３Ｃは
チャンネルセレクタ３ａのアドレス更新信号に基づいた
アドレスに周期検出値を格納する。

ここで、周期検出器３ｄの一構成例について説明する０
周期検出器３ｄは基準クロック信号をカウントするカウ
ンタとラッチ回路より構成され、波形整形器２の出力信
号の立ち上がりエツジが周期検出器３ｄに入力されると
、カウンタのカウント値がラッチ回路にラッチされ、そ
の俊速やかにカウンタはリセットされる。すなわち、波
形整形器２の立ち上がりエツジから次の立ち上がりエツ
ジまでの周期を基準クロック信号でカウントしたカウン
ト値がラッチ回路に格納されることになる。

これは、波形整形器２の出力信号の周期を基準クロック
信号を用いて、ディジクル的に計測していることである
。

次に、前記プロセッサ３では前記周期検出器３ｄよりデ
ータバス６を介して前記プロセッサ３のメモリ３ｃに記
憶されている周期検出値とあらかじめ設定している速度
基準値より演算器３ｂが回転体１の速度誤差出力を算出
し、その算出結果をデータバス５を介してディジタル−
アナログ変換器７（図中においてはＤ−Ａ変換器と表示
されている。）に供給している。前記ディジタル−アナ
ログ変換器７の出力は電力増幅器（図中においてはパワ
ーアンプと表示されている。）８によって増幅されて前
記回転体ｌに駆動電力として供給されている。

第２図は周期補正の動作説明をするための信号波形図で
あり、回転体ｌが定速回転しているときの信号波形図で
ある。第２図ａは固定子巻線に誘起された交番電圧の信
号波形（ＦＣ信号）を示したもので、第２図すは波形整
形器２の出力信号波形、第２図Ｃは波形整形器２の出力
信号より作成した立ち上がり信号波形であり、その周期
を測定して速度情報としている。第２図ｄは演算器３ｂ
により算出された速度誤差信号波形であり、回転体ｌの
回転速度が定速にもかかわらず、速度誤差信号が一定値
ではなくＦＧ倍信号入力されるごとに、“０°より太き
（なったり小さくなったりしている。これは、ＦＣ信号
の周期が常に一定ではなく１周期ごとに変化し、正規の
値より大きくなっ。

たり小さくなったりしているからである。例えば、回転
体ｌが設定速度で回転しているとき、連続するＦＧ倍信
号波形整形後の周期をＰＩ、Ｐ２とし、Ｐｌ：Ｐ２の比
が９８　：１０２になっているとすると、周期検出器３
ｄの周！ｔＩＩＰ１の検出値は第２図の時刻ｔ１から時
刻Ｌ２までの時間間隔となり、正規の値より２％短い値
となる。また、周期検出器３ｄの周期Ｐ２の検出値は時
刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間間隔であり、周期の値は
正規の値より２％長い値となる。

さらに、時刻ｔ３から時刻Ｌ５までの次の周期において
も同様となり、時刻ｔ３から時刻Ｌ４までの時間間隔は
正規の値より２％短い値となり、時刻ｔ４から時刻ｔ５
までの時間間隔は正規の値より２％長い値となる。した
がって、連続するＦＧ倍信号周期は正規の周期の値より
短い区間と長い区間が交互に現れる。

すなわちＦ−Ｇ信号の周期の値が正規の値より短い区間
と長い区間が現れる信号を用いてプロセッサ３の演算器
３ｂが速度誤差出力を算出すると、時刻Ｂから時刻ｔ２
までの時間間隔を計測した区間では周期が２％短くなっ
ていることから速度が２％速くなったときの速度誤差出
力となり、時刻（２から時刻Ｌ３までの区間では周期が
２％長くなっていることがら速度が２％遅くなったとき
の速度誤差出力となる。そのため、回転体１が設定速度
で回転しているにもががゎらず誤差出力は大きくなった
り小さくなったりし、制御系として好ましくない。

しかしながら、第１図に示した本発明の実施例では回転
体１が定速回転しているときに、ＦＣ信号の周期の比が
正確に１００＝１００になっていなくても、周期のずれ
を補正することにより充分な周期の比を確保することが
でき、高精度な制御が実現できるように構成されており
、以下そのもようについて説明する。

連続するＦＣ信号の第１のＦＣ信号の区間をへ区間、第
２のＦＣ信号の区間をＢ区間とすると、回転体１はＦＧ
倍信号１周期で６制御されており、ＦＣ信号の周期が交
互にずれた状態で制御が行なわれている。このときに、
ＦＣ信号の１／２の周波数における回転体１の制御特性
は慣性領域であり、制’１Ｂ　領域がＦＣ信号の周波数
の１／１２程度であることから、ＦＣ信号の１／２の周
波数における外乱抑制特性は制御領域に比べ約１／６に
なっている。それにもかかわらず、ＦＣ信号の周期のず
れにより誤差信号としては回転体１の本来の応答により
得られる値より大きくなっている。通常ＦＧ倍信号１／
２の周波数での回転体１の応答はほとんど外乱の影響を
受けず、その結果、誤差出力の値もほぼ一定となる。

ＦＧ倍信号１／２の周波数での回転体１の誤差出力の値
がほぼ一定となるという特性を用いて、ＦＣ信号の周期
のずれを検出する。すなわち、連続するＦＣ信号の周期
が交互に大きくなったり小さくなったりしたときには、
その原因が回転体Ｉの応答ではなくＦＧ倍信号よる周期
のずれであるものと判断して補正するようにする。

回転体ｌの回転速度が一定であるときに、ＦＣ信号の周
期の比にずれがなければ、Ａ区間とＢ区間の周期の値は
同じとなる。しかし、ＦＣ信号作成時においてＦＣ信号
の周期の比が１００　：　１００からずれるため、Ａ区
間とＢ区間の周期の値は同じとはならずに周期のずれに
応じた値だけずれてしまう、へ区間における周期のずれ
量を−ΔＡとすると、Ｂ区間での周期のずれ量はΔＡと
なる。すなわち、ＦＧ倍信号周期のずれ量はＡ区間、Ｂ
区間の偏位量の差より求めることができ、（１）式で表
される。

ここで、Ａ、ＢはそれぞれＡ区間、Ｂ区間の周期の値を
、Ｄは速度基準値を示す、このとき、制御系のゲインは
ゲイン切り換え手段により通常時より小さく設定されて
いる。また、へ区間５　Ｂ区間に応じたメモリ３ｃのア
ドレスの選択はチャンネルセレクタ３ａのアドレス更新
信号に基づいて行われる。

したがって、（１１式によりＦＧ倍信号周期のずれΔＡ
を求め、Ａ区間においては測定した周期の値より求めた
偏位量に＋ΔＡの演算を行い、Ｂ区間においては測定し
た周期の値より求めた偏位量に−ΔＡの演算を行えばＦ
Ｃ信号の周期のずれを補正することができる。

第２図ｅは上記方法により求めた周期補正値であり、Ａ
区間でシよ負の値となりＢ区間では正の値となっている
。

ここで、チャンネルセレクタ３ａの動作を第３図を用い
て説明する。

第３図のブランチ３０１では、回転体ｌのＦＧ倍信号プ
ロセッサ３に入力されたがどうかの判断を行なっており
、ＦＧ倍信号入力されていなければ再びブランチ３０１
を実行して、ＦＧ倍信号到来を待つ、ＦＣ信号が入力さ
れていれば、処理ブロック３０２に移行し、処理ブロッ
ク３０２ではチャンネルカウンタＣをインクリメントす
る。そして、ブランチ３０３に移行し、チャンネルカウ
ンタＣが偶数か奇数かの判断を行なう。チャンネルカウ
ンタＣが偶数であれば、処理ブロック３０４に移行しメ
モリ３ｃのアドレスをＡ区間のアト゛レスにする。ブラ
ンチ３・０３においてチャンネルカウンタＣが奇数であ
れば、処理ブロック３０５に移行しメモリ３ｃのアドレ
スをＢ区間のアドレスにする０以上のようにして、Ａ区
間、Ｂ区間に対応するメモリ３ｃのアドレスはチャンネ
ルセレクタ３ａにより決定される。

次に、（１）式の計算式に基づくプロセッサ３によるＦ
Ｃ信号周期ずれ補正のフローチャートを第４図に示す。

ここでは、Ａ区間とＢ区間の周期検出の検出精度を高く
するため（１回の測定ではノイズなどに対して弱いため
）数回測定したものを平均化するものとし、大きく周期
が異なるものは平均データから除外する。平均化の回数
をｎとすれば、Ａ区間、Ｂ区間における偏位量の平均値
はそれぞれｂｌ　　　　　　　　　　　　　ｊ＝１れる
。ここで、ＡｉはＡ区間の検出周期を、ＢｌはＢ区間の
検出周期を表している。よって、（１）式は（２）式の
ようになる。

・・・・・・（２） まず、処理ブロック４０１では連続するＦＣ信号の周期
を計算し、ブランチ４０２ではＦＧ倍信号周期より偏位
量を求め、連続するＦＧ倍信号偏位量の差がほぼ一定で
あるかどうかを判断する。

偏位量の差がほぼ一定でなければ回転体ｌの回転速度が
変化しており、定速になるまでＦＧ倍信号周期の補正を
行なわずに１周期の値をもとに回転体１を制御する。

次に、処理ブロック４０３ではチャンネルセレクタ３ａ
により指定されたＡ区間、Ｂ区間それぞれの偏位量を算
出し、ブランチ４０４でｎ回終了したかどうかを判断し
、ｎ回終了していなければ処理ブロック４０３にもどる
。ｎ回終了すれば処理ブロック４０５においてＡ区間、
Ｂ区間それぞれの偏位量の平均を求めた後、Ｂ区間の平
均値からＡ区間の千−均値を減算し、減算結果を１／２
して補正値ΔＡの値を求めている。補正値ΔＡはメモリ
３ｃに格納され、以後の誤差出力算出時に用いられる。

補正値ΔＡが求まった後では、処理ブロック４０６のＦ
Ｇ周期補正の制御へ移行する。

ＦＧ周期補正の制御へ移行した後の演算器３ｂの速度誤
差出力の演算式は（３）、　（４１弐のようになる。

０Ａ＝Ａ−Ｄ＋ΔＡ　　　　　　　　・旧・・（３）０
８＝Ｂ−Ｄ−ΔＡ　　　　　　　　・・・・・・（４）
ここで、ＯＡはＡ区間の速度誤差出力、０８はＢ区間の
速度誤差出力である。

第４図のフローチャートでは、Ａ、８区間のそれぞれの
偏位量より補正値ΔＡを求めたが、各々の周期より求め
ることも可能である。すなわち、（１）、　（２）式に
おいて速度基準値りを考慮しなければＡ、　　Ｂ区間そ
れぞれの周期の検出値のみから補正イ直を求めているこ
とになる。

このように、ＦＣ信号の周期のずれを、（２）式より求
めた補正値ΔＡを用いて、（３）、　（４）式のように
速度誤差出力を補正するので、高精度な制御が可能とな
る。また、ＦＧ周期補正の制御に移行した後は、固定値
による補正動作であるので、補償フィルタ（例えばトラ
ップフィルタ）のように制御系へ悪影響を及ぼすことは
ない。

次に、ＦＣ周期補正の制御に移行した後は、補正値の演
算は行なわれないので、なんらかの原因により補正値が
ずれた場合の動作について説明する。

第５図にモニタ手段の動作を説明するためのフローチャ
ートを示す。

処理ブロック５０１において、Ａ区間、Ｂ区間における
誤差出力ＯＡ、ＯＢを算出する。（この処理ブロックは
速度制御処理でｔテなゎれるのでその結果を用いてもよ
い、）そして、処理プロ・ンク５０２において、Ａ区間
、Ｂ区間それぞれの誤差出力０Ａ、０．の差の絶対値を
求め、その値があるしきい値Ｓ以下であるかどうかの判
断を行なう。

誤差出力０Ａ、０８の差の絶対値がしきい値Ｓ以下であ
れば処理ブロンク５０３に移行し、モニタ０Ａ、０８に
“０″を代入して終了する。ブランチ５θ２において、
誤差出力ＯＡ、ＯＢの差の絶対値がしきい値Ｓ以上であ
れば処理ブロンク５０４に移行し、モニタカウンタＲを
インクリメントする。ブランチ５０５において、モニタ
ヵウンタＲの値がＮＲ（モニタカウンタＲのしきい値）
より小さければ終了し、ＮＲより大きければ処理ブロッ
ク５０６に移行し、補正値ΔＡを再計算する処理を行な
う。

このように、補正値ΔＡがずれた場合でもモニタ手段を
設けることにより、再度補正値の算出を行なうので同等
問題なく対応することができる。

以上のように本実施例によれば、ＦＧ倍信号周期のずれ
を連続するＦＣ信号の周期の値の偏位量がほぼ一定にな
ることより検出し、誤差出力補正値としてプロセッサ３
のメモリ３ｃに格納しているので、定速回転時には、誤
差出力補正値を用いて速度誤差を算出するのでＦＣ信号
の周期のずれの影響を受けない誤差出力を出力すること
ができ、高精度な制御が実現できる。また、補正値ΔＡ
がずれた場合でもモニタ手段を設けることにより、再度
補正値の算出を行なうので同等問題なく対応することが
できる。

なお、本実施例ではＦＧ倍信号作成に回転体の固定子巻
線に誘起される交番電圧を用いたが、他の方法により作
成されたＦＣ信号でもＦＣ信号の１／２の周波数におい
て周期のずれがあるものであれば本発明は十分な効果を
発揮する。

また、プロセッサを用いてチャンネルセレクタ。

演算器、メモリ、周期検出器、誤差出力補正手段。

ゲイン切り換え手段を構成したが、各々個別のハードウ
ェアで構成しても何等差しつかえない。

発明の効果 以上のように本発明は、回転体の速度情報を有する交流
信号の周期を検出する周期検出手段と、前記周期検出手
段の検出値を格納するメモリ手段と、前記検出値′、ｌ
！：基準値から誤差出力を算出する演算器と、前記誤差
出力に基づいて前記回転体に駆動電力を供給する駆動手
段と、前記メモリ手段に格納されている連続する第１．
第２の周期検出値と前記基準値から第１．第２の偏位量
を算出し、前記第１．第２の偏位量の減算値が略一定で
あるときにその算出結果から前記誤差出力の補正値を算
出する補正値算出手段と、前記補正値により各周期検出
時点において前記演算器に周期検出による誤差出力の補
正をｊテわせる誤差出力補正手段と、誤差出力補正手段
の出力が略一定であることを監視するモニタ手段を具備
したことを特徴とするもので、ＦＣ信号の１７２の周波
数ので生じる周期のずれを連続するＦＧ倍信号周期の値
の偏位量がほぼ一定になることより検出し、誤差出力補
正値としてプロセッサ３のメモリ３Ｃに格納しているの
で、定速回転時には、誤差出力補正値を用いて速度誤差
を算出するのでＦＣ信号の周期のずれの影響を受けない
誤差出力を出力することができ、高精度な制御が実現で
きるというきわめて大なる効果を奏する。また、補正値
ΔＡがずれた場合でもモニタ手段を設けることにより、
再度補正値の算出を行なうので同等問題なく対応するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における速度制御装置のブロ
ックダイアダラム、第２図は回路動作を説明するための
信号波形図、第３図はチャンネルセレクタの動作を説明
するためのフローチャート、第４図は誤差出力補正手段
の動作を説明するためのフローチャート、第５図はモニ
タ手段の動作を説明するためのフローチャートである。 １・・・・・・モータ、２・・・・・・波形整形器、３
・・・・・・プロセンサ、３ａ・・・・・・チャンネル
セレクタ、３ｂ・・・・・・演算器、３ｃ・・・・・・
メモリ、３　ｄ　−、−・・・周期検出器、４．５．６
・・・・・・データバス、７・・・・・・ディジタルア
ナログ変ｔａ器、８・・・・・・パワーアンプ。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第 図 回 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体の速度情報を有する交流信号の周期を検出
   する周期検出手段と、前記周期検出手段の検出値を格納
   するメモリ手段と、前記検出値と基準値から誤差出力を
   算出する演算器と、前記誤差出力に基づいて前記回転体
   に駆動電力を供給する駆動手段と、前記メモリ手段に格
   納されている連続する第１、第２の周期検出値と前記基
   準値から第１、第２の偏位量を算出し、前記第１、第２
   の偏位量の減算値が略一定であるときにその算出結果か
   ら前記誤差出力の補正値を算出する補正値算出手段と、
   前記補正値により各周期検出時点において前記演算器に
   周期検出による誤差出力の補正を行わせる誤差出力補正
   手段と、誤差出力補正手段の出力が略一定であることを
   監視するモニタ手段を具備してなる速度制御装置。
2. （２）回転体の速度情報を有する交流信号の少なくとも
   ２周期にわたって周期検出手段が周期検出を行なうごと
   に周期検出手段の検出値を格納するメモリ手段のアドレ
   スを更新するとともに演算器に前記メモリ手段の該当ア
   ドレスに格納された周期データと基準値を比較してその
   大小に応じた誤差出力を駆動手段に送出せしめるチャン
   ネルセレクタを具備してなる特許請求の範囲第１項記載
   の速度制御装置。
3. （３）モニタ手段が誤差出力補正手段の出力が略一定で
   ないと判断したときに再度補正値の演算を行なうことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の速度制御装置。