JPH02246786A - 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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JPH02246786A
JPH02246786A JP1066732A JP6673289A JPH02246786A JP H02246786 A JPH02246786 A JP H02246786A JP 1066732 A JP1066732 A JP 1066732A JP 6673289 A JP6673289 A JP 6673289A JP H02246786 A JPH02246786 A JP H02246786A
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茂樹 森永
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
ータに適用して好適な速度制御装置に関する。
〔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、通電コイルの磁束鎖交数が回転子
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。
いま、゛駆動相のコイルの磁束鎖交数をK(θ)(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、磁束鎖交数と同じく、K(
θ)に比例してトルクリップルを発生する。
一方1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、あらかじめ回転体の回転位置に対応した1
7K(θ)の情報をROM (Read OnlyMe
mory)に記憶させておき、回転位置に対応したRO
Mから1/K(θ)の情報を得て、電流指令を1/K(
θ)・■τに補正することにより、一定のトルクを得る
というものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前掲特開昭55−79694号公報に記
載の発明において、磁束鎖交数の変化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、補正信号17K(0)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。
また、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が、このゴギ
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、ROMの固定データにもと
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、トルクリップルがあらかじめ判らない
場合は1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
次切り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、この手法によれば、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 
Access Memory)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、制御対象物が変わった場合でも、簡単にトル
クリップル、速度変動を減じることができ、また、必要
なRAMを最小限に押さ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、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
検出信号および、外部から与えられた速度指令信号の関
係から所定の電流あるいは電圧指令を前記移動体に付与
する速度制御手段と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
からの信号にもとづき速度を検出する速度検出回路(C
OUNT)と、前記速度指令信号および前記速度検出回
路(COUNT)から得られた速度信号を比較処理して
前記ドライバ(INV)を駆動す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、さらに前記調波成分検出手段によって検出され
た調波成分で制御系のゲインを可変ならしめる機能を具
備することにより達成できる。
〔作用〕
前記構成において、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、本発明を図示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
いずれでもよい、また、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めも移動体と称する
。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の相電流を切り換えるの
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
9通常6個のスイッチング素子で正、負それぞれ3個の
アームを構成し、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(Auto@atic Currant
 Regulator)で、電流トランスCTからの電
流検出値を得る。
MCはマイクロコンピュータで、後述する機能を有する
。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。速度制御手段
Cは、前記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とに伝え、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ALUでは、カウンタからの信号を受け、記憶部MR
YのROM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、前記のようにして算出された速
度誤差にもと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。さらに、演算部ALUでは、前記
のようにして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。ま
た、この調波成分の検出は、基本波成分と特にトリクリ
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
分等を対象にしておこなうものである。なお、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
。第3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またはカウンタ)のパルス数
を数え、これの逆値を1とることによって検出され、こ
のようにして得られた速度信号nfは、マイクロコンピ
ュータに取り込まれる。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、どの差から速度偏差信号n8を算出し、比例(P制
御)もしくは比例・積分制御(PI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niにもと
づいて与えられた電流指令Iaと電流トランスCTから
得られた電流検出値工1とから電流誤差Isを算出し、
自動電流調整装@ACRを介してモータMに電流を付与
するよう構成されている。なお、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3図破線枠で示した調波成分検出手段
10を有する。つまり、速度信号nz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制御)によって補正信号を作成し、これによって
電流指令Isを変化させるものである(つまり、制御系
のゲインを速度信号に内在する調波によって変えるもの
である)、IOA、IOB、Ionは、それぞれ第n1
水成分検出手段、第nz 次成分検出手段、第nm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つにまとめてさらに
基準の1を加え、電流指令Isに乗算する。また、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回おこなうものである。速度nff1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nzは、第4図に表わされる。
一般に、速度n□(θ)は、次式にしたがってそれぞれ
の周波数成分に展開することができる。
ただし、no・・・直流分、an・・・正弦の係数tb
n・・余弦の係数。
そして、任意の周波数成分に対するno、an。
b、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。
ただし、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。
さらに、nl PPRの速度変動Nは、次式で求められ
る。
第4図には、1回転分について示しであるが、次の回転
についても同様の変動モードを示し、これを繰り返す。
計算の起点は1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、またはブラ
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。なお、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。
1第5図は、第3図において1つの変動成分に着目した
例を示す。
すなわち、第5図は正弦項、余弦項の2つに分け、それ
ぞれ(5) 、 (6)式より正弦項係数と余弦項係数
とを算出し、これらの係数を指令正弦項係数と余弦項係
数とをOとして、比例・積分制御して補正正弦項係数C
+、補正余弦項係数D1を算出し、さらに被駆動部の位
置に応じた正弦値、余弦値を乗じて、補正信号を作り出
す方式である。
つまり、速度検出回路から得られたL個の速度情報より
任意調波の回転ムラの正弦項ANIをL   n=1 余弦項係数BNzを L  n=1 で算出し、これらの係数を指令正弦項係数、指令余弦項
係数をOとして比例・積分制御し、補正正弦項係数C1
,補正余弦項係数Diを次式で算出する。積分制御の例
で示す。
Ct(n )= C1(e−t)+ K−ANI   
  −(10)Di(n )= Dt(a−i)+ K
−BNI     −(11)ここで、(n)は今回の
計算値を、(n −1)は前回の計算値を示す。
さらに、両者に角度に対する正弦値と余弦値とをそれぞ
れ乗算した後、加算して補正信号CNを得る。
Nk                nk+1   
                   ・・・(12
)となる。
つまり、正弦項と余弦項とに分けて計算することによっ
て計算が容易となる。
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にあらかじめ格納しておく
ことで対処できる。また、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
を取り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、これをそのまま
利用可能である。
次に、第4図および第6図にもとづいてトルクリップル
を押さえ、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で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)にしたがって処理す
ることにより、第6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6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6図(c)に示す補正信号をトル
ク指令あるいは電流指令に乗算す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)を押さえるこ
とができるものである。前記θml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。したがって、一般には、前記系のゲイン等を
考慮して、0.1を計算し与えるのが好ましいが、θ、
五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できる
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。
一般に、モータのトルクリップルは、負荷に比例する。
前記の方式によれば、モータの負荷が変化しても、トル
クリップルの補正量は、自動的に増加するため、負荷の
変化に対する応答性がよい。
・第4図に本発明の速度リップル低減の具体的手法を示
す、(a)はモータの実際の速度変動モードを示してい
る。(b)はそれぞれのパルス間で1回の速度検出をお
こ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(
Q)の速度信号から求められた速度信号の基本波成分(
−水成分)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
(8)の調波成分は、周波数分析器により簡単に求める
ことができる。(f)および(g)は補正信号の変化分
によってつくられるトルクを示す。速度リップルを生せ
しめるモータのトルクリップルは、前記のトルクと相殺
して速度リップルを消滅あるいは減じることができる。
第7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、速度制御をおこなう間隔は、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おこなうのが一般的である
。前記第4図の例は、パルス周期と速度制御の周期とを
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、Nkj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個の速度情報にもとづき、それぞれ
の速度制御の領域内で前記式(5)ないしく7)にした
がって速度リップル(変動)の位相と絶対値とを算出し
、Nkの後に新たな補正信号を生成するものである。つ
まり、N1ないしNk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8図は前記したプロセス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D
Jおよび速度n1を取り込み、ステップ■で前記取り込
まれた速度指令nsと実際の速度njとから速度誤差n
oを計算(ne :nx  nj) Lt、さらにステ
ップ■で速度リップル(変動)の周波数成分の係数計算
を式(5)。
(6)にしたがっておこない、ANz(n)* BNi
(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Nh@nuの除去をおこない、ステ
ップ■で補正正弦項係数Ci (−) =補正余弦項係
数Dt(a)を算出する。そして、記憶要素(RAM)
に記録し、登録する。ステップ■では、補正信号の計算
をおこない、さらにステップ■では、補正信号と速度制
御のPI副制御出力との乗算によって電流指令Isを出
力する。
以上、−本発明の一実施例について述べたが、例えば自
動電圧調整装置!AcRを備えない速度制御装置の場合
には、電流出力の代りに電圧出力を与えても、本発明の
目的は達せられる。また、トルクが回転に同期していな
い場合でも1本発明の範囲で容易に達成できる。
〔発明の効果〕
以上1本発明は、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
速度検出信号および、外部から与えられた速度指令信号
の関係から所定の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と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
要素からの信号にもとづき、速度を検出する速度検出回
路(COUNT)と、前記速度指令信号および前記速度
検出回路(COUNT)から得られた゛速度信号を比較
処理して前記ドライバ(INV)を駆動するマイクロコ
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、さらに前記調波
成分検出手段によって検出された調波成分で速度制御系
のゲインを可変ならしめる機能を具備することにより、
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す
ることができる。
また、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との関係を示す図、第5図
は1つの調波成分検出手段の例を示す図、第6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7図は
周波数発電機からの信号をサンプリングする図、第8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。

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
    および、外部から与えられた速度指令信号の関係から所
    定の電流あるいは電圧指令を前記移動体に付与する速度
    制御手段と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にもとづき
    速度を検出する速度検出回路(COUNT)と、前記速
    度指令信号および前記速度検出回路(COUNT)から
    得られた速度信号を比較処理して前記ドライバ(INV
    )を駆動す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、さらに前記調波成分検出手段によつて検出され
    た調波成分で速度制御系のゲインを可変ならしめる機能
    を具備したことを特徴とする移動体の速度制御装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の発明において、速度制
    御系のゲインの変化は、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。 3、特許請求の範囲第1項記載の発明において、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。 4、移動体と、移動体を運転制御する制御手段と、移動
    体に対し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
    とを備えるものにおいて、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(
    PI制御)し、かつ制御系のゲインを前記と同一の調波
    成分で可変ならしめる構成としたことを特徴とする移動
    体の速度制御装置。 5、特許請求の範囲第4項記載の発明において、速度検
    出回路から得られたL個の速度情報より任意調波の2個
    の回転ムラの正弦波係数▲数式、化学式、表等がありま
    す▼、回転ムラの余弦項係数B▲数式、化学式、表等が
    あります▼ を算出し、これらの係数を指 令正弦項係数、指令余弦項係数を0として比例、積分制
    御し、補正正弦項係数C_1、補正余弦項係数D_1を
    算出した後、両者に角度に対する正弦値と余弦値とをそ
    れぞれ乗算した後、加算してゲイン可変項としたことを
    特徴とする移動体の制御装置。
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JPS59165983A (ja) * 1983-03-09 1984-09-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回転体の回転制御装置

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