JPH0340588B2

JPH0340588B2 -

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Publication number: JPH0340588B2
Application number: JP56171494A
Authority: JP
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1991-06-19
Also published as: JPS5875490A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は半導体例えばサイリスタ、トランジス
タなどを用い、そのオン−オフ制御によりモータ
の速度を制御する方法およびその制御装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

一般にサイリスタ（以下SCRと称す）を用い
て直流モータを制御する場合には、第５図に示す
ように交流電源１より供給される交流電圧は変圧
器２で所定電圧に調整され、モータ駆動用SCR
３の陽極と陰極間に印加される。そのSCR３を
動作させるためのゲート信号は、例えばモータ速
度制御回路４で後述する鋸歯状波電圧と速度設定
器５からの設定電圧との関係により作り出され、
この信号がSCR３のゲートに入力されると、
SCR３の陽極と陰極間は導通状態となるから、
モータ６は駆動される。なお７はモータ速度帰還
回路を示す。

第６図は第５図の各部の電圧波形を示すもの
で、第６図ａに示すVoはSCR３に印加される交
流電圧、同図ｂに示すV_Nはモータ速度制御回路
４で発生する鋸歯状波電圧で、この電圧はモータ
の回転数の変化に伴つて立上り傾斜またはレベル
が変化するように設定されている。同図ｃに示す
V_GはSCR３のゲートに印加する信号電圧で、前
記鋸歯状波電圧V_Nと、速度設定器５による設定
電圧E_bとの交点ｉ，ｊで立上る矩形状の信号で
ある。したがつてモータ６の端子電圧は逆起電力
の印加された第６図ｄに示す波形V_Mとなる。

上記原理から速度設定器５の設定電圧E_bのレ
ベルが変化すると、SCR３の点弧位置すなわち
ｉ，ｊ点が変化するため、これに伴つてSCR３
のゲート信号電圧の立上り時期も変化してモータ
速度を制御する。またモータ６の回転が変化した
場合には、前記のように鋸歯状波電圧V_Nの形状
は変化するので、SCR３の点弧位置も変化して
所定の一定速度に制御される。前記モータ速度帰
還回路７はモータ回転による逆起電力をフイード
バツクして速度を検出するものであるが、他に例
えばタコジエネレータをモータ軸に装着してその
出力を見ても良い。

この他、従来の技術としては特開昭53−91312
号公報記載の方法がある。この方法はモータのフ
イードバツクの値と目標値との差から、ある演算
式を用いて点弧角に比例した値を求め、予めマイ
コンのプログラム内に記憶されている点弧角の内
の一つを選択し、この値を計数器にセツトして予
定の速度でカウントを行い予定のカウントに達し
たときに点弧パルスを発生する方法であり、そし
て３相交流源の各相においてゼロクロス信号を発
生させるようにし、この信号を読み取つて点弧す
べき整流器を選択し、また同上点弧原理にモータ
の極性を判断する機能を組み合わせてモータの回
転速度及び方向を制御できるようにした方法であ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第５図に示す従来の制御回路はアナログ回路で
構成されているため、上記性能を満足するには非
常に多数の部品を必要とし、かつ経年変化による
動作特性の変動、温度変化および電源変化などの
外乱による速度変動等が問題であるばかりでな
く、これに対する保護回路は非常に複雑で、高価
となるなどの諸欠点がある。

また上記特開昭53−91312号公報記載における
点弧角の求め方は、速度基準からの入力パラメー
タ或いは実際の電動機端子電圧を検出して、プロ
グラムに記憶されている演算処理に基づいて予め
設定されている一群の点弧角テーブルから一つの
点弧角データを選択することによる。この点弧角
データはSCRの点弧時期に比例するデータ、即
ち後に計数器にセツトされるデータであるが、こ
のテーブルを利用する方法では負荷変動に対する
遅れ等の問題がある。

本発明は上記諸欠点を解消し、複雑な速度設定
のシーケンスを容易に行い、かつより一層に信頼
性の高い速度制御を行うことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点は、基準電圧に基づいて整形され
た鋸歯状の充放電電圧（V_S）とモータの速度帰
還電圧（V_M）との交点時期にてモータ駆動用サ
イリスタの点弧パルスを発生させることにより達
成される。

すなわち本発明は、以下の第１乃至第３のステ
ツプを有することを特徴とする。第１のステツプ
は速度設定器から出力される基準電圧（V_A）と
Ｄ／Ａ変換器の出力電圧（V_D）とを第１の比較
器にて比較し、その比較出力に応じた信号を再び
このＤ／Ａ変換器に入力し、その入力信号をＤ／
Ａ変換器して再び出力電圧（V_D）を得るループ
を形成し、こうして出力電圧（V_D）を基準電圧
（V_A）に一致させようとするステツプである。第
２のステツプは第１のステツプで得られる出力電
圧（V_D）を充電及び放電を行う回路（具体的に
は第１図の充電用コンデンサ１７及び放電用ダイ
オード１６並びに電流制御抵抗１８を具備する回
路）に投入して鋸歯状の充放電電圧（V_S）に整
形するステツプである。第３のステツプは第２の
ステツプにて得られる充放電電圧（V_S）とモー
タ速度帰還電圧（V_M）とを第２の比較器にて比
較し、充放電電圧（V_S）とモータ速度帰還電圧
（V_M）との交点時期にてモータ駆動用サイリスタ
の点弧パルスを発生させるステツプである。

〔作用〕

第１のステツプにおいて、先ず速度設定器から
基準電圧（V_A）が出力される。この出力電圧
（V_A）はＤ／Ａ変換器の出力電圧（V_D）と第１の
比較器において比較され、この比較器からは出力
信号（S_V）が発生する。この比較結果（S_V）に
応じた信号（S_D）は、前記のＤ／Ａ変換器に入力
されて、その入力信号（S_D）をＤ／Ａ変換して再
び出力電圧（V_D）を得る。こうして第１の比較
器〜Ｄ／Ａ変換器間のループを形成して出力電圧
（V_D）を基準電圧（V_A）に一致させようとする。
この出力電圧（V_D）は第２のステツプに移り、
充電及び放電を行う回路に投入されて鋸歯状の充
放電電圧（V_S）となる（この動作の詳細は後述
の実施例を参照）。次いで第３のステツプに移り、
この充放電電圧（V_S）とモータ速度帰還電圧
（V_M）とを第２の比較器において比較し、両電圧
の交点時期にてモータ駆動用サイリスタの点弧パ
ルスを発生させることになる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面について説明する。

第１図において、Ａは中央演算装置８と、一連
のシーケンスプログラムを記憶するメモリ
（ROM）９と、一時、データを記憶しておくメ
モリ（RAM）１０とからなるマイクロコンピユ
ータシステムすなわち主制御部である。Ｂはモー
タ６を駆動するサイリスタ（以下、SCRという）
３と、電源１に接続されたトランス２からの交流
電圧が反転する毎にゼロクロス信号S_Zを発生する
パルス発生回路１２と、前記SCR３の点弧時期
を決定するタイマ発生回路１３とからなるモータ
駆動部である。ＣはＤ／Ａ変換器１４と、この
Ｄ／Ａ変換器１４の出力電圧V_Dと速度設定器５
の出力電圧V_Aとを比較する比較器（CP₁）１５
と、Ｄ／Ａ変換器１４、充電用コンデンサ１７及
び放電用ダイオード１６にて作られる鋸歯状の所
望波形充放電電圧V_Sをモータ速度帰還回路７か
らの電圧V_Mと比較する比較器（CP₂）１９と、
スイツチ２１とからなる速度設定部である。前記
Ｄ／Ａ変換器１４と比較器１９との間には電流制
限抵抗１８が設けられている。また前記主制御部
Ａとモータ駆動部Ｂ及び速度設定Ｃとの間にはイ
ンターフエイス回路２０が設けられている。なお
第１図の各部における電圧の波形は第２図に示す
とおりである。

次に上記のような構成からなる本実施例の作用
を第２図乃至第４図を参照して説明する。

電源１が投入されると、第３図のプログラムの
フローチヤートに基づいて動作が開始され、先ず
初期設定ステツプ３１にて所期設定が行われる。
次いでS_Dの演算出力ステツプ32に至り、サブルー
チンLP₁がはじまる。ステツプ32では比較器１５
からの信号S_Vに応じてインターフエイス回路２
０を経由し、Ｄ／Ａ変換器１４へ信号値S_Dを入力
し、信号値S_Dを演算処理する。この演算処理がサ
ブルーチンLP₁であつて、このLP₁は信号値S_Dを
Ｄ／Ａ変換器１４にてＤ／Ａ変換して出力される
V_Dを、速度設定器５からの電圧V_Aに一致させる
ように比較器１５→インターフエイス回路２０→
Ｄ／Ａ変換器１４→比較器１５のループ内（第１
図参照）を巡回する。このようなS_Dの演算出力ス
テツプ32の処理はスイツチ２１からのスイツチ信
号S_Mの取り込み判定ステツプ32においてスイツ
チ信号S_Mの取り込みがあるまで（ONになるま
で）繰返し続行される。

スイツチ信号S_Mは例えばモータの駆動信号で
あつて、スイツチ（S_W）２１が入つたか（ONさ
れたか）、入つていないか（OFF状態か）の判定
がこのステツプ33にて行われる。スイツチ信号
S_Mを取り込むと、次にゼロクロス信号S_Zの割り
込み入力待ちステツプ34に進む。ゼロクロス信号
S_Zは、トランス２を経た交流出力電圧V_O（第２図
のａ）が反転する毎にパルス発生回路１２から発
生する（第２図のｂ。発生時点を同図ｂに矢印に
て示してある）。その割り込みが検出されると第
４図の割り込みプログラムに従つて所定の動作、
すなわちS_Z割り込みルーチンを実行し、しかる後
第３図のＪに復帰することになる。

次にタイマースタート信号S_Tの出力ステツプ35
に進む。ここではタイマースタート信号S_Tがイン
ターフエイス回路２０から出力されてこれにより
タイマ発生回路１３が作動する。タイマ発生回路
１３はSCR３の点弧時期を決定するものであつ
て、タイマパルスS_Pを発生させる。タイマパルス
S_Pは第２図ｃに示すように適宜、間歇的に発生す
るようになつている。タイマパルスS_Pの割り込み
入力待ちステツプ36はこのタイマパルスS_Pの割り
込み入力を検出するものである。この割り込み入
力が検出されるまで、スイツチ信号S_Mの取り込
み判定ステツプ37においてスイツチ信号S_Mの入
力を常時監視することになる。タイマパルスS_Pの
割り込み信号を検知すると第４図の割り込みプロ
グラム（S_P割り込みルーチン）に処理を移す。ス
イツチ２１がOFFになると、ステツプ38にてタ
イマースタート信号S_TをOFFにし、サブルーチ
ンLP₁に復帰することになる。前記タイマパルス
S_Pはゼロクロス信号S_Zの周期より充分に小さい値
で、本実施例では約100μsである。

第４図に示す割り込みプログラムでは、まず、
割り込み判定ステツプ41において割り込み要素の
判定を行う。ここでは第３図のステツプ34による
割り込み要素即ちゼロクロス信号S_Zの割り込み
か、同図ステツプ36による割り込み要素即ちタイ
マパルスS_Pの割り込みかを判定し、前者の場合は
同図のステツプ34の後、第４図のS_Z割り込みルー
チンに入り、後者の場合は第３図のステツプ36の
後、第４図のS_P割り込みルーチンに入る。

ゼロクロス信号S_Zの割り込みの場合には、（S_D
−Ｎ）出力ステツプ42においてデジタル信号S_D−
Ｎ（Ｎは充放電用増減定数）の出力を行い、コン
デンサ１７の電圧をダイオード１６に通して放電
を開始する（第２図ｄ、波形V_Dの４２参照）。次
いで遅延時間設定ステツプ43において、所定時間
（約１ｍ sec）この状態を保持する（第２図ｄ、
波形V_Dの４３参照）。こうして充分に放電させた
後に（S_D＋Ｎ）出力ステツプ44において、デジタ
ル信号S_D＋Ｎの出力を行う（第２図ｄ、波形V_D
の４４参照）。更にサブルーチンLP₁で速度設定
電圧V_Aに一致させるようにS_Dの演算処理ステツ
プ45においてデジタル信号S_Dを修正する（第２図
ｄ、波形V_Dの４５参照）。しかる後第３図のＪに
復帰させる。このときコンデンサ１７の電圧V_S
は第２図ｄに示すように、修正されたデジタル信
号S_Dに基づいてＤ／Ａ変換器１４から出力される
電圧V_Dに向つて充電を開始する。

第１図の放電用ダイオード１６、充電用コンデ
ンサ１７及び電流制御抵抗１８の組合せにより、
V_Dが高位にあるときは電流は電位の高所から低
所に流れるのでV_Sが充電用コンデンサ１７に至
り次第にV_Sが高位になる（第２図ｄのV_S線の上
昇傾向参照）。V_SがV_Dに至るまでは放電用ダイオ
ード１６を流れない。電流は電位の関係で前述の
如き放電が開始されるときはV_Dが低位になるが、
V_Dが低位にあるときはV_SがV_Dよりも高位にある
期間は放電用ダイオード１６を介してV_S→V_D方
向へ電流が流れ次第にV_Sが低位になる（第２図
ｄのV_S線の下降傾向参照）。こうしてV_Dに従つて
V_Sは鋸歯状波形となる。

ところで前記充放電用増減定数Ｎは第２図ｄに
図示するＫ点、Ｌ点、具体的にはモータ駆動サイ
リスタSCR３へのゲート信号出力の時期を決定
する因子であり、V_DとV_M（モータ速度帰還電圧）
との関係から本実施例ではＮ＝６を用いている。

タイマパルス信号S_Pの割り込みの場合には、初
めにタイマパルス信号S_Pの数（第２図ｃ参照）を
S_P信号数カウントステツプ46にてカウントする。
このカウントはモータのSCR３の点弧をオフに
するタイミングを見る為のものであつて、要する
に何ケ目のパルスかを単純に数える。次いでS_Cの
取り込み判定ステツプ47に入り、比較器１９の出
力信号S_Cの取り込みにより、コンデンサ１７の充
放電電圧V_S（＝所望波形電圧）とモータ速度帰還
電圧V_Mとのレベルをチエツクする。信号S_Cは後
記するＫ点、Ｌ点（第２図ｄ参照）の交点検出用
信号（従つてステツプ47は今、SCR３を点弧す
るべきか否か、の判断を行う）であつて第４図及
び第２図ｅに表わされるように１、０信号であ
る。V_SとV_Mを比較し、V_S≧V_Mなら１、V_S＜V_M
なら０となる。V_Mは第２図ｄに表わされる通り
である。V_Sは前述のV_Dの関係から第２図ｄに表
わされるような所望波形電圧となつている。こう
してステツプ47、48においてV_MとV_Sの一致点で
SCR３をトリガさせる処理が実行される。本実
施例においてはS_C信号が１の場合、即ちV_S≧V_M
を検出した時（第２図ｄのＫ、Ｌ点）、S_G ON
ステツプ48にてモータ駆動サイリスタSCR３へ
ゲート信号S_Gを出力してモータ６に駆動電力を与
える（第２図ｆの上向き矢印参照）。こうして第
２図ｄのV_SとV_Mの交点Ｋ、ＬにおいてSCR３に
ゲートON信号S_Gを出力することとなる。

次いでタイマパルス信号S_Pの割り込み毎に、カ
ウントしたパルス信号S_Pの数が予め設定された最
終カウント数（第２図ｃ参照）に達したか否かの
チエツクをS_P信号数＝最終判定ステツプ49にて行
う。これが最終に達していればS_G OFFステツ
プ50にてゲート信号S_Gをオフにし（第２図ｆの下
向き矢印参照）、次いでS_P信号数カウンタクリヤ
ステツプ51にてタイマパルス信号S_Pのカウンタを
クリヤする。しかる後このルーチンは第３図のプ
ログラム（ステツプ36の後ろ）に復帰される。上
記タイマパルス最終カウント位置は次のゼロクロ
ス信号S_Zの入力以前に設定されていることが必要
である。

本実施例では50Hzの交流電源１を使用した場
合、ゼロクロス信号S_Zは10ｍｓ毎にえられるの
で、デイジタル信号S_Dの演算は10ｍｓ毎に実行さ
れることになる。また本実施例ではモータ駆動に
必要なフローチヤートについて述べたが、他の
種々の処理をプログラム化して挿入すれば、非常
に汎用性の高い機能を持たせることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、モータの
回転が負荷の急変により変化しても、これに伴つ
てモータ速度帰還電圧が変化し、この変化量に応
じて点弧出力も変化するので、信頼性の高いモー
タの速度制御を行うことができる。またマイクロ
コンピユータを用いることにより、他の種々のプ
ログラム処理を同時に行うことができ、かつ複雑
な速度設定のシーケンスを容易に行うことが可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のモータ速度制御方法の一実施
例を示す制御回路のブロツク図、第２図は同実施
例の各部の電圧波形図、第３図及び第４図は同実
施例の動作を示すプログラムのフローチヤート
図、第５図は従来のアナログ回路によるモータ速
度制御回路のブロツク図、第６図は第５図の各部
の電圧波形図である。Ａ……主制御部、Ｂ……モータ駆動部、Ｃ……
速度設定部、３……モータ駆動サイリスタ、６…
…モータ、７……モータ帰還回路、８……中央演
算処理装置、９……シーケンスプログラムメモ
リ、１０……データメモリ、１２……パルス発生
回路、１３……タイマ発生回路、１４……Ｄ／Ａ
変換器、１５，１９……比較器。

Claims

【特許請求の範囲】１速度設定器から出力される基準電圧（V_A）
とＤ／Ａ変換器の出力電圧（V_D）とを比較し、
その比較出力に応じた信号を再び該Ｄ／Ａ変換器
に入力し該信号をＤ／Ａ変換して再び出力電圧
（V_D）を得るループを形成することにより出力電
圧（V_D）を基準電圧（V_A）に一致させようとす
る第１のステツプ、該第１のステツプにて得られる出力電圧（V_D）
を充電用コンデンサ、放電用ダイオード及び抵抗
を含む充放電回路に投入して鋸歯状の充放電電圧
（V_S）に整形する第２のステツプ、並びに該第２のステツプにて得られる充放電電圧
（V_S）とモータ速度帰還電圧（V_M）とを比較し、
充放電電圧（V_S）とモータ速度帰還電圧（V_M）
との交点時期にてモータ駆動用サイリスタの点弧
パルスを発生させる第３のステツプを有すること
を特徴とするモータの速度制御方法。