JPH03212183A - 自動制御装置 - 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、位相ループ制御を使用するシステム系の自動
制御装置に関する。

〔概　　要〕

位相ループ制御を使用するシステム系の自動制御装置は
制御対象物から出力される出力信号を基準信号と比較し
、両信号の位相差からその誤差分を補うことにより制御
対象物の速度や位置等を基準値に自動的に制御するもの
である。このような自動制御では基準値に完全に一致す
る制御はできず基準値に対して一定の差（定常偏差）を
生じる。

この為、上記位相差を補う際積分回路を使用するが、こ
の場合には制御処理に時間を要する。

本発明は制御対象物からの出力が基準値より小さい状態
が所定時間継続する場合に制御対象物からの出力を増加
し、定常偏差をなくし且つ短時間で制御対象物を基準値
に自動制御するものである。

〔従来の技術〕

位相ループ制御を使用する自動制御装置として、例えば
モータの回転速度制御装置等が知られている。例えばこ
の制御はエンコーダにより検出したモータの回転速度デ
ータを位相比較器へ出力し、基準データと比較してその
位相差をアナログデータに変換してモータ駆動回路へ出
力しモータの定速回転を自動的に制御するものである。

第７図は従来の自動制御装置の制御ブロック線図であり
、例えば制御対象が上側のモータの回転速度制御の場合
には同図に示す制御対象システム６はモータの駆動回路
であり、検出器７はエンコダであり、８は位相比較器を
示す。また、９は制御装置を示す。

モータ等の制御対象システムが駆動を開始し、検出器７
により制御対象システム６から出力される速度データ等
の出力データｃ　（ｔ）が検出されると、検出された出
力データは位相比較器８において基準信号ｒ　（ｔ）と
位相比較され、この位相差データｅ　（ｔ）は制御装置
９により信号増幅処理やアナログ信号への変換処理が実
行され制御対象システム６へ出力される。そして、この
信号に基づいて制御対象システム６は例えばモータの回
転速度制御を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような自動制御装置においては制ｍｆｆ１標値と制
御対象システム６からの出力値ｃ　（ｔ）の完全一致は
得られず一定の誤差を生じる。すなわち、この状態を一
般に定常偏差と呼ぶが、この偏差は上記位相差ｅ　（ｔ
）−ｒ　Ｄ）　−ｃ　（ｔ）をラプラス変換により解析
するとｅ　（ｔ）のラプラス変換Ｅ（ｓ）は、 Ｅ（Ｓ）　＝Ｒ（Ｓ）　−Ｃ（Ｓ） となる。ここで、上記Ｇ（ｓ）は制御対象システム６→
検出器７→位相比較器８→制御装置９の閉ループの一巡
伝達関数であり、制御装置９の伝達関数をＧｌ（Ｓ）と
し、制御対象システム６の伝達関数をＧｚ（Ｓ）とした
場合ｃｓ＝ｃ＋（ｓ）・Ｇ２（Ｓ）である。上記Ｅ（ｓ
）が定常偏差となる。

そこで、上記制御装置９（９ｃ）に積分要素（１／５）
９ａ及びその出力の増幅部９ｂを並列に接続した制御装
置９′を使用した自動制御装置が考案されている。第８
図はこの制御装置９′を挿入した自動制御装置のブロッ
ク線図である。しかし、この場合には制御が不安定にな
ると共に、制御対象システム６を基準値に一致される為
に長時間を要する。このことを示す計算式が以下である
。

すなわち、上記定常偏差Ｅ（ｓ）は時間ｔを無限大にし
た時の偏差と考えられるからラプラス変換の最終値の定
理から、 ここで過渡状態から徐々に定常状態に変化するステップ
応答による偏差は入力Ｒ（Ｓ）がｐ、　／Ｓで表される
ことから定常偏差は上記第２式より■十に０ となる。但し、Ｋｏは　　Ｋｏ　＝４２　ｔｍ　　Ｇ　
ｔｓ＋このことからフィードバックゲイン（−巡伝達関
数Ｇ　（Ｓ）を積分回路９ａにより大きくすればするほ
ど定常偏差を小さくできることがわかる。しかし、上記
Ｋ。を大きくすると高次遅れ系負荷の場合制御目標値に
対して出力値が上下に大きくふれ制御が不安定になる。

また、この場合この積分要素の計数をＫｉとし、仮に定
常偏差があるとすると積分項の出力は、Ｋ０＝Ｋｐ−ｅ
（ｔ）　十Ｋｔ　Ｓ　ｏｅ（ｔ）ｄｔ但し、Ｋ、は制御
装置９Ｃのゲインを示す。

したがって、積分項の出力は時間と共に増大し制御目標
値とシステムからの出力値の差はフィードバック量の増
加により定常偏差が制御目標値に達するが制御時間は長
くなる。

本発明の課題は定常偏差をなくし且つ短時間で安定した
フィードバック制御を行うことができるようにすること
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の手段は次の通りである。

位相比較／加算手段１（第１図の本発明のブロック図を
参照、以下同様）は、制御目標値ｒ　（ｔ）と制御出力
値Ｃ（ｔ）との位相差を比較しその位相差を検出すると
共に推移データｙ　（ｔ）の出力がある時はこの推移デ
ータｙ　（ｔ）を加えて制御誤差データｅ　（ｔ）を出
力する。

第１の位相補償手段２は上記位相比較器ｌから出力され
る制御誤差データｅ　（ｔ）を増幅してシステムの適切
な駆動出力を得ると共に、予め設定された制御中心値ｇ
（０）及び上記制御誤差データｅ　（ｔ）から制御中心
値ｇ（０）のデータを差し引いた制御出力データｘ　（
ｔ）を出力する。

システム制御手段３は上記第１の位相補償手段２から出
力される制御出力データｘ　（ｔ）に従って、制御対象
である例えばキャプスタンモータ等の回転制御等を行う
。

比較器４は上記第１の位相補償手段２から出力される制
御中心値ｇ（０）と制御出力データＸ（１）を比較し、
その差分を検出し制御推移値χ（ｔ）−ｇ　（ｏ）を出
力する。

第２の位相補償手段５は例えば誤差検出手段５ａと位相
補償部５ｂよりなり、誤差検出手段５ａは上記位相比較
器１から出力される制御誤差データｅ　（ｔ）が一定時
間所定値以下であると位相補償部５ｂへ指示信号を出力
し、位相補償部５ｂは上記指示信号が出力された時上記
比較器４から出力される制御推移値ｘ　（ｔ）　−ｇ　
（ｏ）に位相補償処理を施し推移データｙ　（ｔ）を上
記位相比較器１へ出力する。

〔作　　用〕

本発明の手段の作用は次の通りである。

位相比較／加算手段１はシステム制御手段３からの制御
出力データｃ　（ｔ）と制御目標値ｒ　（ｔ）との位相
差を検出しこの位相差である制御誤差データｅ　（ｔ）
に基づいて第１の位相補償手段２は上記システム制御手
段３へ制御出力データｘ　（ｔ）を出力し、制御対象の
例えば回転速度制御等を行この制御の間、第２の位相補
償手段５は上記位相比較器／加算手段１から出力される
制御誤差データｅ　（ｔ）が所定値以下のレベルで一定
時間継続するかの判断を行い、この制御誤差データｅ（
１）が所定値以下のレベルで一定時間継続すると比較器
４から供給される制御推移値ｘ　（ｔ）ｇ（０）から推
移データｙ　（ｔ）を作成し、この推移データｙ　（ｔ
）を上記位相比較／加算手段１へ出力する。一方、制御
誤差データｅ　（ｔ）が所定値以下のレベルで一定時間
継続して出力されない時は推移データｙ　（ｔ）も位相
比較器１へ出力されない。

したがって、定常偏差をなくし極めて短時間で安定して
制御対象物を制御目標値ｒ　（ｔ）に自動フィードバッ
ク制御することができる。

〔実　施　例〕

以下、第２図乃至第５図を参照しなから一実施例を説明
する。

第２回は一実施例の自動制御装置としてキャプスタンモ
ータの回転速度制御装置の制御ブロック線図である。同
図において、キャプスタンモータの回転速度制御装置１
１は主制御ループ及び副制御ループで構成されている。

主制御ループはキャプスタンモータ１２、パルスジェネ
レータ１３、波形成形／分周回路１４、位相比較器１５
、パルス幅／電圧変換回路１６、加算器１７、誤差増幅
／位相補償回路１日、キャプスタンモータ駆動回路１９
で構成され、副制御ループは、上記加算器１７、誤差増
幅／位相補償回路１８、減算器２０、制御偏差増幅／位
相補償回路２１、及び誤差検出器２２で構成されている
。また、誤差検出器２２は誤差基準信号発生器２３、比
較器２４、遅延回路２５で構成されている。

キャプスタンモータ駆動回路１９はキャプスタンモータ
１２へ駆動信号を出力する回路であり、例えばＶＴＲ（
ビデオテープレコーダ）等に使用される。キャプスタン
モータ１２は上記駆動信号に従って一定速度に回転制御
され、パルスジェネレータ１３はキャプスタンモータ１
２の例えば回転軸に取り付けられ、キャプスタンモータ
１２の回転速度を検出する。

波形整形／分周回路１４は不図示の制御回路からのモ〜
りの速度指令により分周比を可変し、且つパルスジェネ
レータ１３からの脈波形を方形波に波形整形する。この
モータの速度指令は例えばＶＴＲを映像再生動作させる
場合か、又は早送りする場合、スロー送りする場合等に
基づいて出力される。

位相比較器１５は波形整形／分周回路１４からの出力信
号と不図示のドラムモータからの基準信号（制御目標値
ｒ（ｔ））が入力し、両信号に含まれる位相Φ１、Φ２
を比較し、その位相差データ（φ−ＤＡＴＡ）をパルス
幅／電圧変換回路１６へ出力する。パルス幅／電圧変換
回路１６は入力する位相差データ（φ−ＤＡＴＡ）を対
応する電圧値のアナログデータに変換し抵抗Ｒ２を介し
て加算器１７へ出力する。

加算器１７は上記パルス幅／電圧変換回路１６から出力
される電圧値のデータと、制御偏差増幅／位相補償回路
２１から出力される後述する推移データｙ　（ｔ）及び
抵抗Ｒ３を介して供給されるサーボ用制御信号を加算処
理し誤差増幅／位相補償回路１８へ出力する。また、加
算器Ｉ７の出力信号は比較器２４へも出力される。

誤差増幅／位相補償回路１８は加算器１７から入力した
信号に基づいて誤差増幅及び位相補償を行う。すなわち
、予め設定される制御中心値ｇ（ｏ）のデータと制御誤
差データｅ　（ｔ）とにより制御出力データｘ　（ｔ）
を作成しキャプスタンモータ駆動回路１９及び減算器２
０へ出力する。

尚、制御中心値ｇ　（ｏ）のデータは例えば前述のよう
にＶＴＲが映像再生している場合のキャプスタンモータ
１２の回転制御中心値ｇ　（ｏ）のデータに対応する。

また、この制御中心値ｇ（０）のデータは減算器２０の
みへ出力する。

一方、上記比較器２４は上記加算器１７から出力される
制御誤差データｅ　（ｔ）と誤差基準信号発生器２３か
ら出力される誤差基準信号とを比較し、誤差基準信号よ
り加算器１７から出力される制御誤差データｅ　（ｔ）
のレベルが低い時は遅延回路２５ヘハイ信号を出力する
。この遅延回路２５は上記ハイ信号が入力した後所定時
間（１）内にハイ信号の入力が停止されない場合には制
御偏差増幅／位相補償回路２１へ指示信号を出力する。

一方、前述の誤差増幅／位相補償回路Ｉ８から出力され
た制御出力データｘ　（ｔ）と制御中心値ｇ　（ｏ）の
データは減算器２０で減算処理され、制御偏差値ｇ　（
ｏ）　−ｘ　（ｔ）として制御偏差増幅／位相補償回路
２１へ出力される。制御偏差増幅／位相補償回路２１は
上記遅延回路２５がら指示信号が供給された時制御偏差
値ｇ　（ｏ）　−ｘ（１）を増幅及び位相補償処理し、
抵抗Ｒ１を介して加算器１７へ出力する。

以上の構成のキャプスタンモータの回転速度制御装置に
おいて、以下に第３圀のフローチャートにより動作説明
する。

先ず、位相比較器１５へ供給する制御目標値ｒ（１）を
出力する不図示のドラムモル夕からの出力を零とし、ま
た制御偏差増幅／位相補償回路２１から出力される推移
データｙ　（ｔ）の出力を零とする（ステップ（以下Ｓ
で示す）１）。次に、誤差増幅／位相補償回路１８から
出力する制御中心値ｇ　（ｏ）を同しく誤差増幅／位相
補償回路１８から出力される制御出力データｘ　（ｔ）
と等しくする（Ｓ２）。すなわち、キャプスタンモータ
駆動回路１９へ出力される制御出力データｘ　（ｔ）を
誤差増幅／位相補償回路１８に予め設定される制御中心
値ｇ（０）に合わせる。

次に、ドラムモータから基準信号として制御目標値ｇ（
ｔ）の信号を出力する（Ｓ３）。この制御目標値ｒ　（
ｔ）のパルス信号が出力されることにより、位相比較器
１５は制御目標値ｒ　（ｔ）の信号と波形整形／分周回
路１４を介してキャプスタンモータＩ２の回転位相パル
ス信号とを位相比較し、両信号の位相差Φ−ＤＡＴＥ出
力をパルス幅／電圧変換回路１６へ出力しく３４）、前
述のように供給される位相差信号をアナログ信号である
対応する電圧値のデータに変換して加算器１７へ供給す
る。加算器１７では上記のように初期時制御偏差増幅／
位相補償回路２１から推移データｙ　（ｔ）が出力され
ていないことから、加算器１７から出力される制御誤差
データｅ　（ｔ）は誤差増幅７泣相補償回路１８で対応
する制御出力データｘ　（ｔ）に変換されキャプスタン
モータ駆動回路１９へ出力される（Ｓ５）。キャプスタ
ンモータ駆動回路１９は供給される制御出力データＸ（
１）に従ってキャプスタンモータ１２を回転制御する。

上記処理によりパルスジェネレータ１３からはキャプス
タンモータ１２の回転速度に対応したパルス信号が出力
され、以後主制御ループ及び副制御ループによる回転速
度制御が開始される（Ｓ６）すなわち、位相比較器１５
では制御目標値ｒ　（ｔ）と上記パルスジェネレータ１
３からの出力を波形整形／分周回路１４を介して出力さ
れる出力信号と比較し、上記のようにパルス幅／電圧変
換回路１６を介して加算器１７がら制御誤差データｅ（
Ｉｌ、）を出力する。この制御誤差データｅ　（ｔ）が
誤差基準信号発生器２３から出力される誤差基準信号よ
りレベルが大きい時は比較器２４からハイ信号が出力さ
れることはなく、誤差増幅／位相補償回路１８→キヤプ
スタンモ一タ駆動回路１９の主制御ループによる回転速
度制御が行われる（３４〜Ｓ６）。

一方、上記制御誤差データｅ　（ｔ）が誤差基準信号発
生器２３から出力される誤差基準信号よりレベルが小さ
い時は比較器２４からハイ信号が出力され（３７がＹ（
イエス））、遅延回路２５ヘハイ信号が出力されること
から遅延回路２５は所定時間比較器２４からハイ信号が
出力し続けるか否かを判断する。上記所定時間ハイ信号
が出力し続ける時は遅延回路２５は制御偏差増幅／位相
補償回路２１へ指示信号を出力する（Ｓ８、）。すなわ
ち、誤差基準信号発生器２３から出力される誤差基準信
号は前述の定常偏差の値に対応しており、この定常偏差
が所定時間続くか否かを比較回路２４及び遅延回路２５
で上記のように判断し、所定時間以上続く場合早期にキ
ャプスタンモータ１２を制御目標値ｒ　（ｔ）に一致さ
れるべく制御偏差増幅／位相補償回路２１へ指示信号を
出力する。

一方、誤差増幅／位相補償回路１８は制御誤差データｅ
　（ｔ）に基づいて動作を行い、上記のように制御出力
データｘ　（ｔ）をキャプスタンモータ駆動回路１９へ
出力しキャプスタンモータ１２の回転駆動制御を行う（
Ｓ９．５ＩＯ１Ｓ１１）。

また、制御偏差増幅／位相補償回路２１では減算器２０
から出力される制御偏差ｒ（ｏ）−ｘ（１）のデータを
増幅処理及び位相補償処理を行って推移データｙ　（ｔ
）として加算器１７へ出力する（Ｓ１２．１３）。加算
器１７ではパルス幅／電圧変換回路１６から出力される
制御誤差データｅ　（ｔ）に推移データｙ　（ｔ）を加
算処理し比較器１７及び誤差増幅／位相補償回路１８へ
出力する（３１４）。この処理により制御誤差データｅ
　（ｔ）が零になったか否かの判断を行い、制御誤差デ
ータ（ｅｔ）が零でなければ上記主制御ループ及び副制
御ループにより同様の処理を繰り返す（３７〜５１４）
。

上記副制御ループの制御処理を詳しく説明する図が第４
図（ａ）〜（Ｃ）の制御ブロック線図である。

尚、同図（ａ）〜（Ｃ）においてループ１１は主制御ル
ープを示し、ループ１２は副制御ループを示す。ここで
、例えば誤差増幅／位相補償回路１８に予め設定される
制御中心値ｇ　（ｏ）がＶＴＲを映像再生する時の中心
値であり、その値を“８パとする。

そして、同図（ａ）に処理ように制御出力値ｃ　（ｔ）
が“９“であり、制御目標値ｒ　（ｔ）が１０”の場合
を制御例とする。尚、この場合の制御目標値ｒ　（ｔ）
は例えばＶＴＲを早送りする場合の制御目標値である。

この場合には制御誤差データｅ（１）は同図に示すよう
に“′１”となり、誤差増幅／位相補償回路１８から制
御出力データｘ　（ｔ）として“９”がキャプスタンモ
ータ駆動回路１９へ出力される。しかし、上記のように
誤差増幅／位相補償回路１８に予め設定されている制御
中心値ｇ　（ｏ）は“８′”であるので減算器２０によ
り制御偏差ｘ　（ｔ）　　ｇ　（ｏ）として“１”が制
御偏差増幅／位相補償回路２１へ出力される。そして、
さらに比較器２４で制御誤差データｅ　（ｔ）が所定値
より小さい状態、すなわちこの場合には１゛°である状
態が所定時間継続すると上記制御偏差増幅／位相補償回
路２１から推移データｙ（１）として“１゛が加算器１
７に加算される。

この状態を示す図が同図（ｂ）である。

このようにして上記推移データｙ　（ｔ）が加算される
と、制御誤差データｅ　（ｔ）は“２パとなり、制御中
心値ｇ（０）との差は′°２”となる。

この為、同図（Ｃ）に示すようにキャプスタンモータ駆
動回路１９へは制御目標値ｒ　（ｔ）の“１０”が出力
され、キャプスタンモータ１２を例えば早送り状態の回
転速度に制御できる。また、この状態では加算器１７へ
推移データｙ　（ｔ）が“２″として出力され続は以後
安定してキャプスタンモータ１２を回転駆動制御できる
。

この効果を示す図が第５図、第６図である。第５図は同
図に示す誤差基準値をこえて所定時間も経過後本実施例
の副制御ループ１２を使用しない場合の例であり、この
場合には制御目標値ｒ　（ｔ）とは定常偏差を保持した
制御出力データｘ　（ｔ）がキャプスタンモータ駆動回
路１９へ出力され続けることになる。また、第６図は同
図に示す誤差基準値をこえて所定時間を経過後本実施例
の副制御ループ１２を使用した場合の例であり、この場
合には上記時間り経過後短時間で制御目標値ｒ（１）に
達することが同図よりわかる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、定常偏差をなくし且つ短時間で安定し
た自動制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック図、 第２図は一実施例のキャプスタンモータの回転制御装置
のシステムブロック図、 第３図は、一実施例のモータの回転制御装置の動作を示
すフローチャート、 第４図（ａ）〜（Ｃ）は一実施例のモータの回転制御装
置の制御ブロック線図、 第５図、第６図はキャプスタンモータの制御特性図、 第７図、第８図は従来の自動制御装置のシステムブロッ
ク図である。 ■・・・位相比較／加算手段、 ２・・・第１の位相補償手段、 システム制御手段、 ・比較器、 ・第２の位相補償手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御目標値と制御システムの出力値の位相差を比較しそ
   の位相差を検出すると共に推移データを加算して制御誤
   差データを作成する位相比較／加算手段と、予め設定さ
   れている中心値のデータと該中心値のデータから前記位
   相比較／加算手段から出力される制御誤差データを差し
   引いた制御出力データを出力する第１の位相補償手段と
   、該第１の位相補償手段から出力される制御出力データ
   に従って制御対象の自動制御を行うシステム制御手段と
   、前記第１の位相補償手段から出力される前記制御中心
   値と制御出力データを比較しその差分を検出し制御推移
   値を出力する比較器と、前記位相比較／加算手段から出
   力される制御誤差データが所定時間一定値以下である時
   前記比較器からの制御推移値のデータに基づき前記位相
   比較／加算手段へ推移データを出力する第２の位相補償
   手段とを有することを特徴とする自動制御装置。