JPH0378485A - Ｄｃモータの制御方法 - 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ＤＣモータの制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ＤＣモータの制御方法はＤＣモータの駆動制御を
固定の条件で行っており、例えば第１２図に示すように
目標回転角速度Ω。に対して定常偏差補償器ｌにより定
常偏差の補償を行ってその出力信号に応じてＰＷＭ生成
器２によりＰＷＭ（パルス幅変調）パルスを生成し、こ
のＰＷＭパルスによりモータドライバ３でＤＣモータを
駆動している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記ＤＣモータの制御方法ではＤＣモータの駆動制御を
固定の条件で行っているので、ＤＣモータの負荷の軽重
や、ＤＣモータの同一負荷に対する環境変化等による負
荷量のドリフトにより、常に最適なりＣモータの立上げ
が困難である。ここに、最適なりＣモータの立上げとは
ＤＣモータの本体特性の許す範囲内でＤＣモータをめい
っばい急峻に立上げると同時にオーバーシュートを生じ
ないことを意味する０例えばＤＣモータでデータバック
アップ用磁気テープ記録装置の磁気テープを駆動する場
合にはＤＣモータの本体特性と磁気テープカートリッジ
との組合せでＤＣモータの立上り時間が大幅に変化して
しまい、磁気テープカートリッジの交換等によりＤＣモ
ータの負荷量が変化して常に最適なりＣモータの立上げ
が困難である。

本発明は上記欠点を改善し、ＤＣモータの本体特性の許
す範囲内で常に最適なりＣモータの立上げを行うことが
できるＤＣモータの制御方法を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

」二記目的を達成するため、本発明は第１図に示すよう
にＤＣモータの動作に先立ってＤＣモータを立上げてＤ
Ｃモータの立上り曲線を決めるパラメータを求め、この
パラメータに基づいてＤＣモータの駆動制御を行う。

〔実施例〕

第２図は本発明を実施したＤＣモータ制御装置の一例を
示す。

３相モータからなるＤＣモータ１１の回転がホールＩＣ
からなる回転検出器１２により検出され、このホールＩ
Ｃ１２からの回転検出信号によりタコパルス生成器１３
がＤＣモータ１１の回転速度に比例したタコパルスを生
成する。マイクロコンピュータ（ＣＰ　Ｕ）１４はタコ
パルス生成器１３からのタコパルスが入力され、ＰＷＭ
パルスを出力する。また、相切換え信号生成マトリック
ス回路１５はホール■Ｃ１２からの回転検出信号より相
切換え信号を生成し、相切換え回路１６はＣＰＵ１４か
らのＰＷＭパルスの相切換えを相切換え信号生成マトリ
ックス回路１５からの相切換え信号により行い、ドライ
バ１７は相切換え回路１６からの３相のＰＷＭパルスに
よりＤＣモータ１１を駆動し、電流検出抵抗１８はドラ
イバ１７の出力電流を検出する。電流制限器１９は電流
検出抵抗１８の検出値を基準値と比較し、電流検出抵抗
１８の検出値が基準値以上になったときにドライバ１７
に出力信号を出力してドライバ１７の出力電流を所定値
以下に制限する。

第３図はこのＤＣモータ制御装置の機能ブロック図を示
す。

ＣＰＵ１４は日本電気（株）製μＰ０７８３１２が用い
られ、機能的には定常偏差補償器２０．ＰＷＭ生成器２
１、非定常偏差ろ過器２２及び減算器２３を有する。

定常偏差補償器２０は第４図に示すようにＴ　［ｓｅｅ
］おきにサンプリングされたデータｕ（ｎＴ）が入力さ
れ、このデータｕ（ｎＴ）のｎはｎ番目のサンプリング
を意味していてｕ（ｎＴ）はｎ番目の入力データである
。入力データｕ　（ｎ　Ｔ）は増幅器２４によりＳ０倍
されて加算器２５で減衰器２６の出力信号Ｗ（ｎＴ　　
Ｔ）と加算され、加算器２７で増幅器２８の出力信号と
加算されて出力信号ｙ（ｎＴ）として出力される。また
、加算器２５の出力信号Ｗ（ｎＴ）は減衰器２６により
ｚ−Ｌ倍となって加算器２５に入力され、かつ減衰器２
６の出力信号Ｗ（ｎＴ−Ｔ）が増幅器２８でＢ。倍され
る。したがって。

ｙ　（ｎ　Ｔ）＝Ｗ（ｎ　Ｔ）＋　Ｂ、・Ｗ（ｎ　Ｔ　
−Ｔ）”（１）Ｗ（ｎ　Ｔ）　＝　８．３・ｕ　（ｎ　
Ｔ）＋Ｗ（ｎ　Ｔ　−Ｔ）”（２）Ｗ（ｎＴ）＝Ｓｏ−
ｕ（ｎＴ）＋Ｚ−１Ｗ（ｎＴ）”（３）となり、（４）
式を（１）に入れると。

ｙ（ｓ）＝（Ｋｐ＋Ｋｉ・−”ｕ（ｓ）Ｓ、＝＝　Ｋｐ
＋　Ｋｉ−Ｔ Ｂ、＝−Ｋｐ／Ｓ。

となり、一般に定常偏差補償器２０の入力信号ｅ　（ｔ
）と出力信号Ｖ　（ｔ）との関係は Ｖ（ｔ）＝Ｋｐ−ｅ（ｔ）＋Ｋｉｆ　ａ（ｔ’）ｄｔ’
と表わされる。

第３図に示すように上記非定常偏差ろ過器２２は加算器
２９〜３２、増幅器３３〜３７、減衰器３８．３９から
なるディジタルフィルタで構成され、タコパルス生成器
１３からのタコパルスにのる非定常的なジッターをろ過
する。減算器２３はＤＣモータ−１の目標回転角速度値
Ω。より非定常偏差ろ過器２ｚの出力信号Ω′を減算し
て誤差信号を求め、この誤差信号を定常偏差補償器２０
へ出力する。また、ドライバー７及びＤＣモータ−１の
伝達関数は１ Ｋ　１　＋　τ　Ｓ となる、（５）式をＳ−平面上で書き直すと、となる。

このＤＣモータ制御装置において非定常偏差ろ過器２２
は省略してもよい。その場合第５図に示すように制御要
素１４の伝達関数Ｇ　１　（ｓ）、制御対象１７゜１１
の伝達関数Ｈ（ｓ）は機械時定数をτとすればＧｘ（ｓ
）＝Ｋｐ十Ｋｉ／ｓ Ｋ　１＋τ　Ｓ となる。全体の伝達関数Ｇｓ（ｓ）は Ｋ・τ に０τ　　　　τ　　　　　　Ｋ・　τ（２ζ−□ω、
、）ω。・Ｓ＋ωｎ′ ｉ ｓ２＋２ζ・ω。・＋ω、、′ に′τ　　　　　　　　　　　　　　Ｋ′で　　　てと
なる。ここに、ζはダンピング定数、ω、は固有角周波
数である。

第６図ば−Ｊ−記ＣＰＵ１４の処理フローを示す。

ＤＣモータ１１は例えばデータバックアップ用磁気テー
プ記録装置の磁気テープを駆動するのに用いられる。Ｃ
ＰＵ１４は電源が投入されると、データバックアップ用
磁気テープ記録装置において磁気テープカートリッジ（
メディア）の挿入を検知するセンサからの信号により、
メディアが挿入された否かを判断する。ＣＰＵ１４はメ
ディアが挿入されていない場合にはその判断を繰り返し
て行い、メディアが挿入された場合にはイニシャライズ
動作を行う。

このイニシャライズ動作ではＣＰＵ１４はデユーティ比
５０％のＰＷＭパルスを相切換え回路１６へ出力してＤ
Ｃモータ１１を駆動し、タコパルス生成器１３からのタ
コパルスよりＤＣモータ１１が定常回転状態に到達した
か否かを判断する。そしてＣＰＵ１４はＤＣモータ１１
が定常回転状態に到達しなければその判断を繰り返して
行い、ＤＣモータ１１が定常回転状態に到達したならば
ＤＣモータ１１の定常回転数Ｎｘを記憶する０次にＣＰ
Ｕ１４はデユーティ比１００％のＰＷＭパルスを相切換
え回路１６へ出力してＤＣモータ１１を駆動した場合に
おけるＤＣモータ１１の回転角速度Ωｍを上記Ｎｘから
推定する。この場合ＣＰＵ１４はメディアの性質２発音
等によりΩｍを直接測定することができない。そこで、
ＣＰＵ１４はデユーティ比Ｘ％のＰＷＭパルスを相切換
え回路１６へ出力してＤＣモータ１１を駆動した場合に
おけるＤＣモータ１１の回転角速度をΩＸとすればΩｍ
とΩＸとの間に第７図に示すように００ Ωｍ　　ω□ＸΩＸ なる式が成立するので、この式により上記ＮｘからΩｍ
を推定する。これでイニシャル動作が完了し、ＣＰＵ１
４はＤＣモータ１１を停止させる。

なお、Ω薦とΩＸとの関係が上式のような線形性から外
れる場合でも、両者の非線形的な関係をある近似式で近
似（例えば折線近似）してこの近似式をＣＰＵに記憶も
しくはプログラムしておけば、上記推定と同様な方法で
ＮｘからΩｍを推定できる。

次にＣＰＵ１４は実際にＤＣモータ１１を駆動するが、
まず経験で定められた暫定パラメータζ、ω１で目標回
転角速度Ω。に応じてＤＣモータ１１を駆動し、機械時
定数τを計算する。ここで、−１／τ Ω（ｔ）＝Ωｍ（１ｅ　　　） であり、第８図に示すように任意の時刻ｔ１におけるＤ
Ｃモータ１１の回転角速度をΩい累積誤差をＳよとすれ
ば −（Ω重−Ω。）ｔ工 ＝τΩ（ｔ工） Ω、 Ω、ミΩ（ｔｌ） となる、そこで、ＣＰＵ１４はタコパルス生成器１３か
らのタコパルスにより時刻ｔ１にＤＣモータ１１の回転
角速度Ω１を測定し、このｔ１？Ω１と、常にモニタし
ているＳｌと、上記Ωｍ、Ω。とより上記（６）式でτ
を算出する。

次にＣＰＵ１４はτよりパラメータζ、ω、を計算して
パラメータＳ０．Ｂ、を計算し、このパラメータＳ、、
Ｂ、を用いて目標回転角速度Ω。に応じてＤＣモータ１
１を駆動する。この場合、ＣＰＵ１４は実際はパラメー
タＳ０．Ｂｏを算出する代りに、あらかじめ用意されて
いるテーブルを参照してΩｍ、τに対応するパラメータ
Ｓ、、Ｂ０を引き出す。

このようにＤＣモータの動作に先立ってＤＣモータを立
上げてＤＣモータの立上り曲線を決めるパラメータを求
め、このパラメータに基づいてＤＣモータを目標回転角
速度に応じて制御すればＤＣモータの本体特性の許す範
囲内で常に最適なりＣモータの立上げを行うことができ
る。

なお、ＣＰＵ１４はパラメータＳ。、Ｂｏを実際に計算
してもよい、この場合第９図に示すようにデユーティ比
１００％のＰＷＭパルスを相切換え回路１６へ出力して
ＤＣモータ１１を駆動した場合における時刻ｔ、までの
累積誤差を８２．ＤＣモータ１１に印加する電源電圧を
Ｖｃｃとすれば ２ となり、ＣＰＵ１４はこの式によりＫｉを決定する。

次にＣＰＵ１４はＥ”ＦＲＯＭにあらかじめ記憶されて
いるモータ定数Ｋを用いて固有角周波数ω。

を ω、＝Ｖ’Ｋｉ／Ｋ・τ なる式で算出し、ダンピング定数ζを０．７＜ζく２の
間でモータ特性とかかわりなく、例えばζ＝０．９に決
定する。次いで、ＣＰＵ１４はＫＰをＫｐ＝［２ζω。

τ−１コ なる式で算出し、パラメータＳ、、Ｂ、をＳ、＝Ｋｐ＋
Ｋ１−Ｔ １３０＝　　Ｋｐ／Ｓ。

なる式で算出する。

次に本発明を実施したＤＣモータ制御装置の他の例につ
いて説明する。

このＤＣモータ制御装置は上述のＤＣモータ制御装置に
おいて、ＣＰＵ１４がイニシャル動作でデユーティ比１
００％のＰＷＭパルスを相切換え回路１６へ出力してＤ
Ｃモータ１１を駆動し、ＤＣモータ１１の立上り曲線を
決めるパラメータを求める。すなわち、前述のように定
常偏差補償器２０の入力信号ｅ　（ｔ）と出力信号Ｖ　
（ｔ）との関係はｖ（ｔ）＝Ｋｐ−ｅ（ｔ）＋Ｋｉｆ　
ｅ（ｔ’）ｄｔ’と表わされ、ＣＰＵ１４がデユーティ
比１００％のＰＷＭパルスを相切換え回路１６へ出力し
てＤＣモータ１１に１２Ｖの駆動電圧をかけっばなしに
した時には となり、時刻ｔ０までの累積誤差Ｓ０は第１０図に示す
ように となる、また、第１１図に示すようなサンプリング時間
Ｔおきの各時間ｔ工？ｊ！？ｊ３におけるＤＣモータ１
１の回転角速度Ω１．Ω２．Ω、はΩ、＝Ωよ＋（Ω票
−Ω２）・−・・・（８）τ となり、（７）（８）式より となる。但し、ＤＣモータ１１の立上り曲線を決めるパ
ラメータが０膳とての２つであると仮定した。

そこで、ＣＰＵ１４はイニシャル動作でデユーティ比１
００％のＰＷＭパルスを相切換え回路１６へ出力してＤ
Ｃモータ１１を駆動し、Ω１．Ω２．Ω１をタコパルス
生成器１３からのタコパルスより求めて（９）式により
Ω扉を計算する。

次に、ＣＰＵ１４は Ωｒｒｒ　　　８０ なる累積誤差項定数を決定し、 ωｎ”＝Ｋｉ／Ｋ・τ ζ＝３．０（１以上の任意の値に設定）、’、Ｋｐ＝Ｋ
［２ζ（ω。τ）−１］より誤差項定数を決定する。モ
ータ定数にはあらかじめ工程でメモリに記憶させておく
。

しかる後、ＣＰＵ１４はＤＣモータ１１を停止させ、上
記パラメータに基づいて目標回転角速度Ω。に応じてＤ
Ｃモータ１１を駆動する。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば
電源投入時だけでなく、メディアの交換時又はＤＣモー
タの立上り毎にＤＣモータの立上り曲線を決めるパラメ
ータを求め、このパラメータに基づいてＤＣモータの駆
動制御を行うようにしてもよい。また、本発明はメディ
アの交換などでＤＣモータの負荷量が変化するレコード
プレーヤ。

コンパクト・ディスク装置、ビデオテープレコーダ、フ
ロッピーディスク装置等におけるＤＣモータを制御する
ようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によればＤＣモータの動作に先立っ
てＤＣモータを立上げてＤＣモータの立上り曲線を決め
るパラメータを求め、このパラメータに基づいてＤＣモ
ータの駆動制御を行うので。

ＤＣモータの本体特性の許す範囲内で常に最適なりＣモ
ータの立上げを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示すフローチャート、第２図は本発明
を実施したＤＣモータ制御装置の一例を示すブロック図
、第３図は同ＤＣモータ制御装置の機能ブロック図、第
４図は同ＤＣモータ制御装置における定常偏差補償器の
機能ブロック図、第５図は同ＤＣモータ制御装置におい
て非定常偏差ろ過器を省略した場合の伝達特性図、第６
図は上記同ＤＣモータ制御装置におけるＣＰＵの処理フ
ローを示すフローチャート、第７図乃至第１１図は本発
明の各実施例を説明するための特性図、第１２図は従来
のＤＣモータ制御装置を示すブロック図である。 １１・・・ＤＣモータ、１４・・・ＣＰＵ。 形４　幻 もＺ口 弔δ圀 形４図 形Ｖ謂 弗Ｇ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ＤＣモータの動作に先立ってＤＣモータを立上げてＤ
   Ｃモータの立上り曲線を決めるパラメータを求め、この
   パラメータに基づいてＤＣモータの駆動制御を行うこと
   を特徴とするＤＣモータの制御方法。