JPH0456553B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電動機の速度制御方法及び装置に係
り、特にマイクロコンピユータによる制御に好適
な、電動機の回転速度の測定ならびに制御を行う
ようにした、電動機の速度制御法及び装置に関す
るものである。

〔発明の背景〕

第１図は、一般的な電動機の速度制御装置の構
成を示すものである。

すなわち、速度制御装置は、所望する回転速度
の指令値を与える、速度指令手段に係る速度指令
部SC、電動機Ｍの回転速度に反比例した周期の
信号を発生する、回転速度検出手段に係るパルス
ジエネレータPG、このパルスジエネレータPGか
ら与えられる信号Spgを回転速度Vrに変換する、
回転速度変換手段に係る回転速度変換部Ｓ、前記
回転速度Vrを速度指令値に近付けるように電動
機Ｍの制御信号を発生する、制御信号発生手段に
係る制御信号発生部Ｃ、その制御信号を増幅し電
動機Ｍの駆動を行う、電動機駆動手段に係る駆動
部Ｄより構成されるものである。

ここで、上記回転速度変換部Ｓの方式として、
例えば、速度制御そのものに係るものではない
が、特公昭53−25265号公報に開示されている方
式がある。

第２図の回転速度測定説明図により、この方式
の原理を説明する。

すなわち、パルスジエネレータPGの信号Spg
が予め設定されている基準時間Tsを経過後に発
生するまでの時間Tpgと、その間の発生回数ｎと
を計数し、ｎ／Tpgの演算によりパルスジエネレ
ータPGの信号Spgを回転速度Vrに変換するもの
である。

次に、第３図は、さきに開発した、上述の方式
を電動機の速度制御装置の回転速度変換部に適用
し、マイクロコンピユータによつて装置を構成す
るようにした構成図を示すものである。

図で第１図と同一符号のものは同等構成を示す
ものであり、第１図における制御信号発生部Ｃ
を、マイクロコンピユータMCの制御信号発生処
理手段PCに、同じく回転速度変換部Ｓを回転速
度変換処理手段PSにして、その処理をそれぞれ
マイクロコンピユータMCの処理に置き換え、回
転速度変換処理手段PSの回転速度変換処理の時
間管理を行うクロツク信号発生器CLとカウンタ
CTを付加したものである。

ここで、パルスジエネレータPGの信号Spgは
マイクロコンピユータMCの割込み入力端子INT
に接続されているので、回転速度変換処理手段
PSに係る処理は、パルスジエネレータPGの信号
Spgにより起動する割込み処理である。また、制
御信号発生処理手段PCに係る処理は、回転速度
変換処理手段PSより出力される電動機Ｍの回転
速度Vrと速度指令部SCより与えられる速度指令
値Vcとの偏差に基づき、電動機Ｍの制御信号Sm
の発生を行うマイクロコンピユータMCの主処理
である。

また、第４図イおよびロは、第３図に示したマ
イクロコンピユータMCの回転速度変換処理手段
PSおよび制御信号発生処理手段PCにおける処理
に係るフローチヤートである。

すなわち、回転速度変換処理手段PSの処理は、
パルスジエネレータPGの信号Spgが発生する毎
に起動し、カウンタCTから与えられる時間デー
タTDと第２図で説明した、予め設定されている
基準時間Tsの比較を行うものである。

すなわち、時間データTDがTsに達していない
とき（Ts＞TD）には、パルスジエネレータSpg
の発生回数カウンタに係るパルスジエネレータ信
号計数メモリCnの値を１増加して回転速度変換
処理手段PSの処理を終了し、主処理に復帰する
ものである。その後同処理をパルスジエネレータ
信号Spgが発生する毎に行い、第２図における
（ｎ＋１）回目の回転速度変換処理手段PSの処理
では、時間データTDが基準時間Tsを上回つてい
る（Ts＜TD）ので、そのときの時間データTD
（第２図におけるTpg）とパルスジエネレータPG
の信号Spgの発生回数カウンタに係るパルスジエ
ネレータ信号計数メモリCnの値（ｎ）を用い、
次式により電動機Ｍの回転速度Vrを得ることが
できる。

Vr＝60／Ｐ・Td・Cn値／TD（rpm） ……(1) ここで、ＰはパルスジエネレータPGの１回転
当りのパルス数、Tdはクロツク発生器CLのクロ
ツク周期である。

この回転速度Vrの算出後、カウンタCTをリセ
ツトして時間データTDを零とし、パルスジエネ
レータPGの信号Spgの発生回数カウンタに係る
パルスジエネレータ信号計数メモリCnの値を初
期化して回転速度変換処理手段PSの処理を終了
し、ロに示した主処理に復帰するものである。

以上に説明した処理により、基準時間Tsを経
過する毎の電動機Ｍの回転速度Vrを得ることが
できる。

ここで、回転速度変換処理手段PSの処理を割
込み処理としたのは、パルスジエネレータPGの
信号Spgに対して実時間で処理を行なわれなけれ
ば、回転速度Vrの精度が確保されないためであ
る。

ここで回転速度変換処理手段PSの処理時間を
マイクロコンピユータMCの処理能力の限界と思
われる50μsecとし、パルスジエネレータPGの１
回転当りのパルス数Ｐを100（パルス／回転）とす
ると、基準時間Tsの間での割込み処理の残余時
間Tr、すなわち主処理の実行が可能な最大時間
は、後述の(2)式より、第５図に示したように回転
速度Vrの関数となる。

電動機の速度制御装置において、主処理は微
分、積分等の複雑な演算処理やＡ／Ｄ変換処理等
を行う必要があるため、その処理時間は、一般に
２〜3msec程度必要とされる。

主処理の処理時間、すなわち、必要な残余時間
Trを3mscとすると、そのときの回転速度Vrは、
第５図より、基準時間Tsが5msec，10msec，
20msecのとき、それぞれ4800rpm，8400rpm，
10200rpmとなる。

これらの回転速度は、各基準時間Tsにおける
マイクロコンピユータMCによつて制御可能な最
大回転速度Vrmaxである。

このことから、速度制御装置の速度制御範囲
は、基準時間Tsが大きい程広くなることがわか
る。

しかし、基準時間Tsが大きくなるということ
は、制御系のサンプリングタイムが大きくなるこ
とと同じであり、速度制御範囲を広くすると、全
速度制御範囲にわたり速度制御装置の応答が悪く
なることは明らかである。

したがつて、例えば電動ミシン等のように、特
に低速回転時に高い応答性が必要な速度制御装置
としては不適当であるという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、広い速度制御範囲で、精度よく速度
検出を行い、速度制御を行うようにした電動機の
速度制御方法と、その実施に直接使用される速度
制御装置の提供を、その目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明に係る電動機の速度制御方法は、電動機
に与える速度指令値と、電動機の速度に反比例し
た周期の信号SPgを発生するパルスジエネレータ
PGと、電動機の速度を検出するために与えられ
る所定長の基準時間と、この基準時間内に取込ま
れる前記信号SPgの数とこの基準時間との比率に
より電動機の速度を求め、この速度を前記速度指
令値に近づけるように電動機を駆動するようにし
た電動機の速度制御方法において、前記速度検出
のために設定される基準時間の長さを、前記速度
指令値もしくは電動機の回転速度の高低によつて
高速の場合には長く、低速の場合には短く可変と
し、変更された基準時間によつて電動機の回転速
度を検出するようにしたものである。

また、本発明に係る電動機の速度制御装置の構
成は、電動機に速度指令を与える速度指令手段
と、電動機に連動し当該電動機の回転速度に反比
例する周期の信号を発生する回転速度検出手段
と、基準となる時間を超えて発生する前記回転速
度検出手段の信号の時間間隔と信号数の比率より
電動機の回転速度を得る回転速度変換処理手段
と、一定の時間毎に信号を発生する基準時間を設
定し、かつ速度検出のために設定される基準時間
の長さを、速度指令値もしくは前記回速度変換処
理手段の回転速度変換処理により得られる電動機
の回転速度の高低によつて高速の場合には長く、
低速の場合には短く可変とする基準時間設定処理
手段と、速度指令手段より得られる速度指令値
に、前記回転速度変換処理手段より得られる電動
機の回転速度を近付けるように電動機の制御信号
を発生する制御信号発生処理手段と、制御信号発
生処理手段より与えられる信号を増幅し電動機の
駆動を行う電動機駆動手段とからなるものであ
る。

〔発明の実施例〕

まず、本発明に係るものの実施例を説明する前
に、その基本的技術について、第６図をあわせ、
さきに述べたところをも参照して、次に説明す
る。

パルスジエネレータPGの信号Spgの周期（第
２図のT₀）は、１回転当りのパルス数をＰ（パル
ス／回転）、回転速度をVr（rpm）にすると、
60／PVr（sec）となる。したがつて、基準時間
Ts中に発生するパルスジエネレータPGの信号
Spgの発生回数は、Ts／（60／PVr）であり、こ
の値に、割込み処理時間Tintを乗ずると、基準
時間Ts中の全割込み処理時間が求められる。

基準時間Ts中に主処理の実行が可能な時間、
すなわち処理残余時間Trは、基準時間Tsより割
込み処理時間Tintを差引いた値となり、次式で
与えられる。

Tr＝Ts−Ts／60／PVrTint（sec） ……(2) 上式より、残余時間Trにおける制御可能な最
大回転速度Vrmaxは上式を変形した次式で与え
られる。

Vrmax＝Ts−Tr／Ts・Tint×60／Ｐ（rpm） ……(3) ここで、さきにも述べたように、割込み処理時
間Tintを50μsec、パルスジエネレータPGの１回
転当りのパルス数を100パルス／回転とし、１サ
ンプリング中の割込み処理の処理残余時間（主処
理を行う処理時間）Trをパラメータとして、基
準時間Tsに対する最高回転速度Vrmaxの関係を
示したのが第６図である。

例えば、処理残余時間Trを3msecとすると、
最高回転速度Vrmaxが5000rpmのときには、基
準時間Tsは5msecとなり、また10000rpmのとき
には18msecとなる。

ここで基準時間Tsは短時間である程、速度制
御装置の制御応答性は高い。

したがつて、基準時間Tsを、電動機の回転速
度Vrに応じて、第６図の曲線に基づき可変とす
れば、速度制御範囲を狭めることなしに、低速時
の制御応答性を向上することができる。

次に、本発明に係る電動機の速度制御法の一実
施例を、その実施に供せられる速度制御装置の一
実施例とともに、第７図ないし第８図を参照して
説明する。

まず、第７図は、本発明の一実施例に係る電動
機の速度制御装置の構成図である。

図において、さきの第３図と同一符号は同等部
分を示すものであり、PTは基準時間設定処理手
段である。

すなわち、第７図の構成は、上述した原理に従
うものであり、その処理は、さきの第３図及び第
４図で説明したマイクロコンピユータMCの処理
に、基準時間設定処理手段PTの処理を付加する
ようにしたものである。

しかして、この基準時間設定処理手段PTの処
理では、回転速度変換処理手段PSの処理より得
られる電動機Ｍの回転速度Vrから、次式により
基準時間Tsを設定する。

Ts＝Tr／１−Tint・Ｐ・Vr／60＋Ｋ ……(4) 上式は、さきの(3)式を変形した式に、処理残余
時間Trの余裕時間の項である定数Ｋを付加した
ものである。定数Ｋは、電動機Ｍの回転速度Vr
の立上がり時定数より決定する。

第８図は、上記の構成の速度制御装置における
マイクロコンピユータMCの割込み処理のフロー
チヤートを示すものである。

割込み処理では、さきの第４図イで説明した回
転速度変換処理手段PSの処理を行い、この処理
から得られる電動機Ｍの回転速度Vrを、上記の
(4)式に代入し、基準時間Tsを求める基準時間設
定処理手段PTの処理を行うものである。

したがつて、次回の割込み処理では、新たに設
定された、すなわち変更の基準時間Tsを用いて
回転速度変換処理手段PSの処理を行うため、電
動機Ｍの回転速度Vrに応じて基準時間Tsを変化
させることが可能となる。

なお制御信号発生処理手段PC等の処理を行う
主処理は、第４図ロと同構成である。

ここで基準時間設定処理手段PTの処理は、割
込み処理として行うため、その処理を高速に行う
必要がある。

この処理方式として、例えば、回転速度Vrに
対する基準時間Tsのデータを（定数テーブルと
して）マイクロコンピユータMCのメモリ
（ROM）に予め格納しておき、基準時間設定処
理手段PTの処理では、そのデータの検索のみを
行うという処理方式が有効である。

また、基準時間設定処理手段PTの処理を、割
込み処理によつて行なわず、主処理によつて行う
という処理方式もある。

この処理方式では、基準時間設定処理手段PT
の処理によつて基準時間Tsを設定する時間と、
これが回転速度変換処理手段PSの処理に使用さ
れるまでに、主処理の処理時間分の遅れが生じる
が、処理残余時間Trを若干大きくして基準時間
Tsを設定することにより、支障なく動作させる
ことが可能なものである。

この処理方式は、そのデータ用に大な容量を必
要としないため、メモリ容量に制約がある場合に
有効である。

次に、本発明に係る電動機の速度制御方法の他
の実施例を、第９図ないし第１１図によつて説明
する。

しかして、その速度制御装置は、さきの第７図
と同様のものである。

制御信号発生処理手段PCの処理方式によつて
は、基準時間Tsが無段階に変化すると、積分定
数、ゲイン等の定数を基準時間Tsに応じて、演
算して求める必要が生じる場合が考えられる。

このような定数が増大する程、処理時間、プロ
グラム長が共に増大し好ましくないものである。

ここで、回転速度と基準時間の関係図である第
９図の曲線は、さきの(4)式の処理残余時間Tr
を4msec、割込み処理時間Tintを50μsec、パルス
ジエネレータPGのパルス数Ｐを100パルス／回
転、定数項Ｋを1msecとしたときの回転速度Vr
に対する基準時間Tsを示したものである。

ここで、基準時間Tsを、例えば同図の曲線
のように、低速域、、中速域、高速域と３段階の
値とし、各速度域に対し、基準時間Tsを選択し
て用いることにより、前述の種々の定数も各速度
域に対して１つずつ持てば良く、基準時間Tsに
応じた演算が不要となる。

すなわち、処理時間、プログラム長を大幅に短
縮できるものである。

本実施例を実現するマイクロコンピユータMC
の割込み処理、すなわち基準時間設定処理手段
PT及び回転速度変換処理手段PSの処理のフロー
チヤートをすものが第１０図であり、その主処理
のフローチヤートを示すものが第１１図である。

なお本実施例では、基準時間Tsを３段階とし
た例について説明したが、基準時間Tsの段数を
増せば、基準時間Tsの切換点以の回転速度に対
して、制御の応答性を、第９図により説明した曲
線に対応する応答性には、より近付ることがで
きるものである。

しかして、上記の各実施例に係るものは、基準
となる時間を電動機の回転速度に応じて可変とす
る方法であるが、これは、回転速度の指令値に応
じて可変とするようにしてもよいものである。

すなわち、第７図の構成において、基準時間設
定処理手段PTへの入力源を速度指令部SCからの
速度指令値Vcとするように構成することにより、
同様に速度制御を行うことができるものである。

なお、車両用デイジタル式走行速度表示装置と
題する実公昭53−31832号公報には、車両が発進
から加速の状態に移行したとき、車両速度の変化
が大きいため、その速度に数字表示の変化を追従
させるためには数字表示を行わしめる時間間隔を
短かくした方が望ましい旨の記載がある。一方、
前掲実公昭53−31832号公報には、車両が加速状
態を脱して定速走行状態に至つた場合に、上記の
加速時と同様に数字表示の時間間隔を短くする
と、数字表示の変化が早く読みづらいという不都
合を生じ、かかる不都合を回避するために、定速
走行時には車両速度の変化が小さいことに鑑みて
数字表示の時間間隔を長くすることによつて、加
速時にあるときにはその速度に充分追従して数字
表示を行わしめることができ、定速走行時には充
分安定した数字表示を行わしめることができる旨
の記載があり、これを実現するため実公昭53−
31832号公報では、予め設定された一定時間幅の
基準時間に対し、加速時には車速時間間隔を短く
とり、一方、車両が加速状態を脱して定速走行状
態に至つた場合には、車速表示時間間隔を長くと
るようにしている。

これに対し、本発明では、電動機の速度（指
令）の高低によつて基準時間の長さを可変とし、
具体的には、電動機の速度（指令）が速いときに
は、基準時間を長くし、電動機の速度（指令）が
低いときには、基準時間を短くすることにより、
即述した理由によつてマイクロコンピユータの処
理時間を広い速度範囲で確保して、速度指令範囲
の拡大を図ると同時に、低速領域での速度制御の
応答性を従来よりも向上させるようにしたもので
あつて、実公昭53−31832号公報に記載の車両用
デイジタル式走行速度表示装置とはその目的、構
成、効果のいずれの点でも相違している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電動機の回転速度を、速度制
御範囲の低速側では短時間に得ることができるの
で、速度制御の応答性の向上することができ、例
えば先に述べた電動ミシン等の停止精度を向上さ
せることができる。

また、マイクロコンピユータの処理時間を広い
速度範囲で確保できるので、速度制御範囲の拡大
が図れ、高速でも割込みの回数を少なくでき、マ
イクロコンピユータの処理時間を十確保すること
ができる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的な速度制御装置の構成図、第
２図は、従来公知の回転速度測定説明図、第３図
は、さきに開発した速度制御装置の構成図、第４
図のイ，ロは、第３図の速度制御装置におけるマ
イクロコンピユータ処理のフローチヤート図、第
５図は、回転速度と処理残余時間の関係図、第６
図は、基準時間と最高回転速度の関係図、第７図
は、本発明の一実施例に係る電動機の速度制御装
置の構成図、第８図は、第７図の速度制御装置に
おけるマイクロコンピユータの割込み処理のフロ
ーチヤート図、第９図は、回転速度と基準時間の
関係図、第１０図は、本発明の他の実施例に係る
電動機の速度制御方法に係るマイクロコンピユー
タの割込み処理のフローチヤート図、第１１図
は、その主処理のフローチヤート図である。 SC……速度指令部、PC……制御信号発生処理
手段、Ｄ……駆動部、PS……回転速度変換処理
手段、Ｍ……電動機、PG……パルスジエネレー
タ、PT……基準時間設定処理手段、MC……マ
イクロコンピユータ、CL……クロツク信号発生
器、CT……カウンタ、Cn……パルスジエネレー
タ信号計数メモリ、Spg……パルスジエネレータ
の信号、Ts……基準時間、Tpg……パルスジエ
ネレータの信号の時間間隔、TD……時間デー
タ、Vr……回転速度、Tr……処理残余時間、Vc
……速度指令値、Sm……制御信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電動機に与える速度指令値と、電動機の速度
   に反比例した周期の信号SPgを発生するパルスジ
   エネレータPGと、電動機の速度を検出するため
   に与えられる所定長の基準時間と、この基準時間
   内に取込まれる前記信号SPgの数とこの基準時間
   との比率により電動機の速度を求め、この速度を
   前記速度指令値に近づけるように電動機を駆動す
   るようにした電動機の速度制御方法において、 前記速度検出のために設定される基準時間の長
   さを、前記速度指令値もしくは電動機の回転速度
   の高低によつて高速の場合には長く、低速の場合
   には短く可変とし、変更された基準時間によつて
   電動機の回転速度を検出することを特徴とする電
   動機の速度制御方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、 前記基準時間を複数の速度領域毎に設定した基
   準時間データを格納した定数テーブルを設け、こ
   の設定テーブルに格納した基準時間データの一つ
   を電動機の回転数に応じて選択し、選択された基
   準時間データに基づいて速度を検出する電動機の
   速度制御方法。 ３ 電動機に速度指令を与える速度指令手段と、
   電動機に連動し当該電動機の回転速度に反比例す
   る周期の信号を発生する回転速度検出手段と、基
   準となる時間を超えて発生する前記回転速度検出
   手段の信号の時間間隔と信号数の比率より電動機
   の回転速度を得る回転速度変換処理手段と、一定
   の時間毎に信号を発生する基準時間を設定し、か
   つ速度検出のために設定される基準時間の長さ
   を、速度指令値もしくは前記回転速度変換処理手
   段の回転速度変換処理により得られる電動機の回
   転速度の高低によつて高速の場合には長く、低速
   の場合には短く可変とする基準時間設定処理手段
   と、速度指令手段より得られる速度指令値に、前
   記回転速度変換処理手段より得られる電動機の回
   転速度を近付けるように電動機の制御信号を発生
   する制御信号発生処理手段と、制御信号発生処理
   手段より与えられる信号を増幅し電動機の駆動を
   行う電動機駆動手段とからなることを特徴とする
   電動機の速度制御装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載のものにおいて、
   回転速度変換処理手段は、回転速度変換処理の時
   間管理を行う、クロツク信号発生器及びカウンタ
   を具備するものである電動機の速度制御装置。