JPH0382386A - 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、電動モータ等制御対象装置に供給される電流
のデユーティ比を制御することによって制御対象装置の
作動速度を制御する速度制御装置に関するものである。

従来の技術 装置の作動速度を、負荷、電源電圧９周辺部度等運転条
件の変動にかかわらず正確に所望の大きさに制御するこ
とが、種々の技術分野において必要となる。そのために
、制御対象装置の作動速度の誤差に応じて制御対象装置
への供給電流のデユーティ比を制御することにより、作
動速度を制御するチエ−ティ比制御式速度制御装置が広
く使用されている。この装置は、一般に、（ａ）速度制
御が行われなければ生じるであろう制御対象装置の作動
速度と目標速度との差に対応した速度誤差信号を発生さ
せる速度誤差信号発生器と、（ロ）基準信号を発生させ
る基準信号発生器と、（Ｃ）それら速度誤差信号発生器
および基準信号発生器に接続され、速度誤差信号と基準
信号とを比較して比較信号を発生させる比較器と、（イ
）その比較器と前記制御対象装置との間に接続され、比
較信号に対応してデユーティ比が変わる電流を供給する
ことにより、制御対象装置に供給されるエネルギを制御
するエネルギ制御装置とを含むように構成される。

ＤＣモータのＰＷＭｉｉｌＩＩＩＩ装置（パルス幅変調
制御装置）がその−例である。この装置の基準信号とし
ては、三角波が最も一般的に使用されており、速度誤差
信号としては、例えば、モータに取り付けられたロータ
リエンコーダの出力信号の周波数と発振器の発振周波数
とをＰＬＬ回路（フェーズロックドループ回路）により
比較して得られる出力信号が採用可能である０発振器の
発振周波数を一定に保てばＤＣモータを定速回転させる
ことができ、発振周波数を変化させれば回転数も変化す
る。

制御対象装置は、電動モータ等電気エネルギによって作
動するものに限られるわけではなく、例えば、油圧シリ
ンダの作動速度を制御するためにもデユ−ティ比制御式
速度制御装置を使用することができる。この場合には、
作動油の圧力や流量を制御するこによって油圧シリンダ
への供給エネルギを制御することができ、圧力や流量を
制御する電磁制御弁への供給電流のデユーティ比を制御
することによって油圧シリンダの作動速度を制御し得る
のである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来のデユーティ比制御式速度制御装置
には、制御対象装置の負荷の変動幅が広い場合には作動
速度を精度よく制御し得ないという問題があった。負荷
の変動幅が広い場合には、デユーティ比を広い範囲で変
更しなければ作動速度を所望の大きさに制御し得ないの
であるが、そのように広い範囲において各構成要素の特
性を最適にすることは困難であるため、結局、負荷の変
動幅が広い場合には制御対象装置の作動速度を精度良く
制御することはできないのである。

そのため、従来は、制御対象装置の慣性モーメントや慣
性質量を大きくし、負荷の変動幅を狭くすることが行わ
れていたが、この場合には装置コストが高くなるという
別の問題が生じる。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり
、負荷の変動幅が広い場合でも制御対象装置の作動速度
を精度良く制御し得、しかも、安価な速度制御装置を得
ることを課題として為されたものである。

課題を解決するための手段 そして、本発明の要旨は、前記（ａ）速度誤差信号発生
器、（ｂ）基準信号発生器、（Ｃ）比較器および（イ）
エネルギ制御装置を含むデユーティ比制御式速度制御装
置において、基準信号発生器に、制御対象装置の負荷の
大小に応じて基準信号を変更する基準信号変更器を接続
したことにある。

例えば、クラッチによって負荷が制御対象装置から切り
離されることにより負荷の変動が生じる場合には、クラ
ッチの状態に基づいて負荷の変動を検出することができ
る。このように、負荷の変動と関連した何らかの信号が
得られる場合には、基準信号変更器をその信号に応じて
基準信号を変更するものとすることができる。そして、
負荷の変動と関連した信号が得られない場合には、負荷
の変動自体を検出する検出器を設け、その検出器を基準
信号変更器に接続すればよい。ただし、いずれの場合で
も、基準信号変更器は制御対象装置の負荷の大小に応じ
て基準信号を精度よく変更するものである必要はない。

次の作用の項において詳細に説明するように、基準信号
の変更は、速度制御装置が本来の速度制御機能を果たす
際における誤差信号発生器等構成要素の作動範囲が狭く
て済むようにするために行うものであり、基準信号の変
更精度が悪くても速度制御精度が悪くなるわけではない
からである。

速度誤差信号発生器が交流信号を発生させるものである
場合には、基準信号発生器を直流信号を発生させるもの
とすることも可能であるが、基準信号発生器は基準信号
として三角波等の交流信号を発生するものとされるのが
普通である。この場合には基準信号変更器は、交流信号
の振幅と平均値との両方を変更するものとすることが望
ましいが、いずれか一方のみを変更するものとしても本
発明の効果が得られる。

作用 本発明に係る速度制御装置においては、速度誤差信号発
生器が、速度制御が行われなければ生じるであろう制御
対象装置の作動速度と目標速度との差に対応した速度誤
差信号を発生させる。この速度誤差信号が比較器におい
て基準信号と比較され、その結果得られた比較信号に基
づいて制御対象装置に供給される電流のデユーティ比が
制御されることにより、制御対象装置に供給されるエネ
ルギが制御されて、制御対象装置の作動速度が制御され
る。つまり、負荷等の運転条件の比較的小さい変動に対
しては、制御対象装置に供給されるエネルギが速度誤差
を消滅させるのに適した量だけ変更され、それによって
制御対象装置の作動速度が精度よく目標速度に合致させ
られるのである。

しかし、負荷に大きな変動が生じた場合には、基準信号
変更器が負荷の大小に応じて基準信号を変更する。その
ため、速度誤差信号が変化しなくても制御対象装置に供
給されるエネルギが変えられ、負荷の大幅な変動にもか
かわらず速度誤差はそれほど大きくならない。

したがって、速度誤差信号発生器の作動範囲は比較的狭
くて済み、その範囲においては高い精度で本来の機能を
果たし得るため、負荷が大幅に変動する場合でも高い精
度で制御対象装置の作動速度を目標速度に合致させるこ
とができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は負荷の大幅な
変動に対しては、従来は一定とされていた基準信号を変
更することによって、制御対象装置に供給されるエネル
ギを大幅に変更するようにしたものであり、それによっ
て負荷が大幅に変動した場合でも速度誤差信号の大幅な
変動を回避し得る。したがって、負荷の大幅な変動にも
かかわらず速度制御装置の制御精度が低下することはな
く、制御対象装置の作動速度を高精度で所望の大きさに
制御し得る。

そして、基準信号変更器を設けることによるコストの上
昇は、制御対象装置の慣性モーメントや慣性ｐｉｔ量を
大きくする場合のコストの上昇に比較して遥かに小さく
て済むため、大きなコスト低減効果を得ることができる
。

実施例 以下、本発明をＤＣモータの定速制御装置に適用した場
合の一実施例を詳細に説明する。

第１図において、１０は回転速度が一定に保たれるべき
ＤＣモータである。ＤＣモータ１０には負荷１２．１４
が接続されている。負荷１２は常時ＤＣモータｌＯに接
続されているが、負荷１４はクラッチ１６によってＤＣ
モータ１０から切り離し可能である。

ＤＣモータ１０は、電源回路２０から供給されるパルス
状電流によって駆動されるが、電源回路２０はパワート
ランジスタ２２を含み、このパワートランジスタ２２の
ＯＮ、ＯＦＦ制御・により供給電流のデユーティ比が変
えられ、それによってＤＣモータ１０の回転速度が変え
られるようになっている。

ＤＣモータ１０には、ロータリエンコーダ２６が取り付
けられており、ＤＣモータ１０の回転速度に比例した周
波数の出力信号を発生させる。ロータリエンコーダ２６
は、発振器２８と共にＰＬＬ回路３０に接続されている
０発振器２８としては、ＲＣ発振器、水晶発振器等適宜
のものを使用することが可能である。ＰＬＬ回路３０は
ロータリエンコーダ２６の出力信号と発振器２８の出力
信号との周期を比較し、速度制御が行われなければ生じ
るであろう両周期の差、すなわち速度誤差に対応した電
圧の出力信号Ｖ　ＰＬＬを発生させる。

ＰＬＬ回路３０は比較器３４に接続されているが、この
比較器３４にはさらに三角波発生器３６が増幅器３８を
介して接続されている。三角波発生器３６からの入力信
号■、が増幅器３８により増幅された出力信号Ｖ（１ｕ
？が比較器３４に供給されるようになっているのである
。比較器３４は増幅器３８の出力信号■。ｕ７とＰＬＬ
回路３ｏの出力信号Ｖ　ＦＬＬとを比較し、ＶＰＬＬ　
＞ＶＯＩ＋？　（７）間ハイレベルとなる比較信号■。

を出力する。

増幅器３８の負帰還回路４０には、固定抵抗器４２と直
列に硫化カドミウムセル４６が設けられている。この硫
化カドミウムセル４６は発光ダイオード４日と共にフォ
トカプラ４４を構成しており、発光ダイオード４８の発
光量が多いほど硫化カドミウムセル４６の抵抗値が減少
して、増幅器３８のゲインが減少する。

増幅器３８の負帰還端子には、固定抵抗器５０゜５２を
介して電源回路のハイレベル端子５４が接続され、バイ
アス電圧ｖｌが印加されるようになっている。そして、
固定抵抗器５２には、固定抵抗器５０と並列に複数の固
定抵抗器５６．５８゜６０．６２が接続されており、こ
れら固定抵抗器がスイッチ回路６４により選択的にアー
スされることによってバイアス電圧ｖ３が変更される。

上記フォトカプラ４４およびスイッチ回路６４はコント
ローラ７０によって制御される。コントローラ７０は、
前記クララチエ６の断、接をも制御するものであり、ク
ラッチ１６を遮断した低負荷状態においては、発光ダイ
オード４８への印可電圧を低くするとともに、固定抵抗
器５６．５８゜６０および６２の合成抵抗値が大きくな
るようにスイッチ回路６４を制御する。固定抵抗器５６
゜５８．６０および６２の抵抗値はすべて同じとし、ス
イッチ回路６４によってアースされる固定抵抗器の数を
変えてこれら複数の固定抵抗器の合成抵抗値を変更する
ことも可能であるが、これら固定抵抗器の抵抗値を互い
に異ならせ、アースされる固定抵抗器の数および組み合
わせを変えれば、増幅器３８のバイアス電圧Ｖ、の変更
可能段数が増大する。

なお、図示の例では、負荷１４がクラッチ１６により切
り離されるか否かによってＤＣモータ１０の負荷が２段
階に変わるのみであるが、本速度制御装置は汎用性を有
するものとされており、発光ダイオード４８の発光量と
固定抵抗器５６等の合成抵抗値とが広い範囲で変更可能
とされている。

次に作動を説明する。

負荷１４がクラッチ１６によりＤＣモータ１０に接続さ
れた高負荷状態においては、基準信号たる増幅器３８の
出力信号■。ＥＩＴが第２図に示す状態となり、負荷１
４が切り離された低負荷状態においては出力信号Ｖ。Ｕ
！が第３図に示す状態となる。

高負荷状態においては、コントローラ７０により発光ダ
イオード４８への供給電圧が低くされて増幅器３８のゲ
インが小さくされ、出力信号Ｖ。Ｕ？である三角波の高
さが低くされる。それと同時に、固定抵抗器５６等の合
成抵抗値が小さくされて、増幅器３８のバイアス電圧ｖ
１が低くされる。そのため、比較器３４からの比較信号
■。が第２図の下部に実線で示すように、比較的パルス
幅の広いパルス信号となる。そして、トランジスタ２２
は、比較信号Ｖ、がＯＮの間導通するため、電源回路２
０からＤＣモータ１０に供給される電流のデユーティ比
が大きくなる。

ロータリエンコーダ２６の出力信号の周期が発振器２８
の出力信号の周期と一致している間、ＤＣモータ１０は
正規の回転数で回転する。この状態で、ＰＬＬ回路３０
の出力信号Ｖ　ＰＬＬが第２図に実線で示す大きさであ
り、比較器３４からの比較信号ｖ０のパルス幅が第２図
の下部に実線で示す大きさであるとする。

この状態から何らかの理由でＤＣモータ１０の負荷が増
大すれば、ＤＣモータ１０の回転速度が低下し、ロータ
リエンコーダ２６の出力信号の周期が発振器２８の出力
信号の周期より長くなる。

そのため、ＰＬＬ回路３０の出力信号Ｖ　ＰＬＬが第２
図に破線で示すようにその周期の変動分だけ大きくなり
、比較器３４からの比較信号Ｖゎのパルス幅が第２図の
下部に破線で示すように広くなる。

その結果、電源回路２０からＤＣモータｌＯに供給され
る電流のデユーティ比が大きくなって、ＤＣモータ１０
に供給されるエネルギが大きくなり、回転速度が増大す
る。それによってロータリエンコーダ２６の出力信号の
周期が発振器２８の出力信号の周期と一致するに至れば
、ＰＬＬ回路３０の出力信号Ｖ　ＰＬＬの値はそのとき
の値に保たれ、ＤＣモータ１０は再び正規の回転速度で
回転する状態となる。

同様にＤＣモータｌＯの負荷が僅かに減少した場合には
、ＰＬＬ回路３０の出力信号ＶＰＬＬが小さくなり、比
較器３４からの比較信号Ｖｏのパルス幅が小さくなって
、ＤＣモータ１０への供給電流が負荷の変動分だけ小さ
くされ、ＤＣモータ１０の回転速度は正規の大きさに保
たれる。

それに対して、負荷１４がクラッチ１６により切り離さ
れればＤＣモータ１０の負荷が大幅に低減するのである
が、それと同時にコントローラ７０による発光ダイオー
ド４８およびスイッチ回路６４の制御により、増幅器３
８のゲインとバイアス電圧Ｖ、とが第３図に示すように
共に増大させられる。

そのため、ＰＬＬ回路３０の出力電圧Ｖ　ＰＬＬが第２
図に示す場合とほぼ同じ高さであっても、比較器３４か
らの比較信号ＶＤのパルス幅は第３図の下部に示すよう
に著しく狭くなる。したがって、電源回路２０からＤＣ
モータ１０に供給される電流のデユーティ比が大幅に小
さくなり、供給されるエネルギが負荷の大きさにほぼ見
合った量となる。そのため、ＤＣモータ１０の回転速度
は負荷の大幅な減少にもかかわらずほぼ正規の大きさに
保たれ、ロータリエンコーダ２６の出力信号の周期と発
振器２８の出力信号の周期とはほぼ一致することとなり
、ＰＬＬ回路３０の出力信号Ｖ　ＰＬＬは大幅には変わ
らない。

このように、負荷の一部がＤＣモータｌＯから切り離さ
れた場合には、増幅器３８のゲインおよびバイアス電圧
Ｖ、が共に変更されることにより、ＤＣモータ１０への
供給電流が変動後の負荷の大きさにほぼ見合った大きさ
となるのであり、負荷の大幅な変動にもかかわらず、Ｐ
ＬＬ回路３０の出力信号Ｖ　ＰＬＬには大幅な変化は生
じないのである。増幅器３８のゲインとバイアス電圧ｖ
ＩＩとが従来と同様に一定である場合には、負荷が大幅
に変動したときＤＣモータ１０への供給電流を大幅に変
えるために、ＰＬＬ回路３０の出力信号Ｖ　ＰＬＬを大
幅に変える必要がある。このような場合にもＰＬＬ回路
３０の出力信号Ｖ　ＰＬＬがロータリエンコーダ２６の
出力信号の周期の誤差（発振器２８の出力信号の周期と
の差）に正確に対応する大きさとなるようにＰＬＬ回路
３０を構成することは容易ではなく、そのため、負荷の
大幅な変動を伴う場合には、ＤＣモータ１０の回転速度
を正確に正規の大きさに保つことは容易ではない。それ
に対して、本実施例においては、上記のようにＰＬＬ回
路３０の出力信号Ｖ　ＰＬＬの大幅な変動を伴うことな
くＤＣモータ１０の回転速度を正規の大きさに保ち得る
ため、負荷変動が大きい場合でも回転速度の制御精度が
低下することはない。

しかも、本実施例においては、負荷の増大時には増幅器
３８のゲインが小さくされて三角波の勾配が緩やかにさ
れるため、ＰＬＬ回路３０の出力信号Ｖ　ＰＬＬの単位
変化ｌ５たりの比較信号Ｖｏのパルス幅の変化量が大き
くなる。高負荷時には低負荷時に比較して、同じ大きさ
の速度誤差を消滅させるためにエネルギを大きく変える
必要があるため、上記のようにパルス幅の変化率が大き
くなることは好都合なことである。

以上の説明から明らかなように、本実施例においては、
ＰＬＬ回路３０が速度誤差信号（Ｖ　ＰＬＬ）を発生さ
せる速度誤差信号発生器を構成している。

また、三角波発生器３６と増幅器３８とが基準信号を発
生させる基準信号発生器を構成し、フォトカブラ４４．
固定抵抗器５６．５８，６０．６２゜スイッチ回路６４
およびコントローラ７０が、基準信号発生器からの基準
信号を制御対象装置の負荷の大小に応じて変更する基準
信号変更器を構成している。さらに、比較器３４が速度
誤差信号（ＶＰＬＬ　）と基準信号（Ｖｏｕｙ　）とを
比較して比較信号（■、）を発生させる比較器を構成し
、電源回路２０が比較信号に対応してデユーティ比が変
わる電流を制御対象装置に供給するエネルギ制御装置を
構成している。

以上、本発明の一実施例を詳細に説明したが、これは文
字通り例示であり、本発明はこの他にも当業者の知識に
基づいて種々の変形、改良を施した態様で実施し得るも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるＤＣモータの定速制御
装置を示すブロック図である。第２図および第３図はそ
れぞれ第１図の装置の作動を説明するためのグラフであ
る。 １０：ＤＣモータ １６、クラッチ ２６：ロータリエンコーダ ３０：ＰＬＬ回路 ３６、三角波発生器 ４０：負帰還回路 ４６　硫化カドミウムセル ４８二発光ダイオード ６４：スイッチ回路 １２．１４：負荷 ２０：電源回路 ２８：発振器 ３４：比較器 ３８：増幅器 ４４：フォトカプラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　速度制御が行われなければ生じるであろう制御対象装
   置の作動速度と目標速度との差に対応した速度誤差信号
   を発生させる速度誤差信号発生器と、基準信号を発生さ
   せる基準信号発生器と、 それら速度誤差信号発生器および基準信号発生器に接続
   され、速度誤差信号と基準信号とを比較して比較信号を
   発生させる比較器と、 その比較器と前記制御対象装置との間に接続され、前記
   比較信号に対応してデューティ比が変わる電流を供給す
   ることにより、制御対象装置に供給されるエネルギを制
   御するエネルギ制御装置とを含む速度制御装置において
   、 前記基準信号発生器に、前記制御対象装置の負荷の大小
   に応じて前記基準信号を変更する基準信号変更器を接続
   したことを特徴とする速度制御装置。