JPH0475488A - ディジタルサーボ装置 - 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 本発明は磁気記録再生装置などに用いられる回転体の速
度および位相制御を行なうディジタルサーボ装置に関す
る。

従来の技術 回転体に取り付けられた周波数発電機の出力信号（以下
、ＦＣ信号と称す）の周期を所望の周期になるよに速度
制御が行なわれ、さらに、回転体に取り付けられた位置
を表す信号と基準位相信号との位相差を所望の値になる
ように位相制御が行なわれるディジタルサーボ装置にお
いて、回転速度が所望の回転速度になっていない起動時
には、位相系の引込時間を短くするため、ある一定の回
転速度に達するまで位相制御系の出力を位相が同期した
出力に固定する方法が提案されている（特開昭５７−７
５３３．２１号公報）。

以下、従来のディジタルサーボ装置に一例について図面
を参照しながら説明する。

第４図は従来例のディジタルサーボ装置のブロック図で
ある。以下その構成とともにその動作を説明すると、回
転体１０回転情報は周波数発電機２で取り出され、ＦＧ
信号が出力され、速度検出手段３に入力される。速度検
出手段３は既に周知の方法であり、基準クロック信号を
用いてＦＧ信号の周期を計測することにより回転体ｌの
回転速度を検出する。速度検出手段３の速度検出値は速
度誤差算出手段４に加えられ、速度検出手段３により検
出された周期と内部の基準周期とより速度誤差を夏出し
、必要であればゲイン補正などの処理を行なう０判別手
段５は速度誤差賞出手段４により算出された速度誤差が
所定の範囲内であるかどうかの判断を行なう。判別手段
５は比較回路などにより容易に構成することができる。

判別手段５の出力はディジタルフィルタ９に入力される
。

一方、回転体１の位置信号は位置検出手段６により取り
出され、その位置信号は位相検出手段７に入力され、位
相検出手段７は位置信号と基準位相信号の位相差を基準
クロック信号により計測することにより位相差の検出を
行ない、位相誤差夏用手段８は位相検出手段７により検
出された位相差と所望の位相差より位相誤差を算出し、
必要であればゲイン補正などの処理を行ない、その出力
はディジタルフィルタ９に入力され、ディジタルフィル
タ９は位相誤差夏用手段８の出力を比例処理と積分処理
をすることにより低域補償の機能を実現する。また、デ
ィジタルフィルタ９の出力は判別手段５により制御され
る。合成手段１１は速度誤差算出手段４の出力をディジ
タルフィルタ９の出力にある比率で加算するもので、そ
の出力は駆動手段１２に与えられる。これらの構成要素
はほとんどマイクロプロセッサにより実現丈るこおが可
能である。駆動手段１２により回転体１１．を回転する
。

第５図にディジタルフィルタのブロック図を示す。まず
端子１０’　１から入力データが入力され、ブロック１
０２により定数倍される。ブロック１０３ではブロック
１０２の出力データの累積加算を行ない累積結果をメモ
リに格納する。ここで、Ｚ４は１サンプル遅延を表す記
号である。ブロック１０４ではブロック１０３の累積結
果を定数倍し、ブロック１０５においてブロク１０４の
出力データとブロック１０２の出力データの加算を行な
いディジタルフィルタの出力データとして出力端子１０
６より出力する、したがって、位相制御が行なわれるま
でに位相誤差算出手段８の出力が累積加算されると異常
な出力が累積されるため、位相引込時間が長くなる。

つぎに、第６図のタイムチャートについて第５図ととも
に説明する。

第６図において、信号波形ａ“は周波数発電機２より出
力されるＦＧ倍信号あり、信号波形すは速度誤差算出手
段４の速度誤差出力をアナログ量として表したものであ
り、信号波形Ｃ”は判別手段５の出力信号である。信号
波形ｄ“は位置検出手段６の出力信号であり、信号波形
ｅ“は基準位相信号よ゛り作成された台形波信号であり
、信号波形ｆ゛は位相誤差算出手段８の位相誤差出力で
あり、出力をアナログ量として表している。信号波形ｇ
°はディジタルフィルタ９の出力であり、信号波形ｈ′
は合成手段１１の出力であり、速度誤差算出手段４の出
力波形ｂ′とディジタルフィルタ９の出力波形ｇ°を合
成したものである。したがって、信号波形ｈ°が駆動手
段１２の入力信号となり、回転体１が回転する。

まず、回転体ｌが起動し始めるとＦＣＣ信号炉速度検出
手段３より出力される。そして、時刻ｔ１において位置
検出手段６より位置検出信号ｄ゛が出力されると位相誤
差算出手段８は基準位相信号ｅ°から位相誤差（信号波
形ｆ’）を算出し、ディジタルフィルタ９に出力する。

ここで、回転体１の回転速度が所定の範囲内でないので
、すなわち判別手段５の出力が′Ｌ”であるので、位相
誤差算出手段８の出力は信号波形ｆ“に示すように“０
．５′　に固定される。したがって、ディジタルフィル
タ９の出力も信号波形ｇ”に示すように０．５′に固定
され、その結果、合成手段１１により合成された信号は
信号波形ｈ′に示すように“０′にはならずにほぼ０，
２５”となる。

その結果、駆動手段１２への指令信号は最加速信号とな
らないので回転体１は最加速されない。また、位置信号
が入力される時刻ｔ６においても同様である。

時刻Ｌ２にＦＧ倍信号速度検出手段３に入力され速度検
出が行なわれると、速度誤差算出手段４により速度誤差
が算出されるが、まだ所定の回転速度に達していないの
で速度誤差算出手段４の出力は信号波形すのように最加
速指令の値を持続する。ＦＧ倍信号入力される時刻１３
，１．．１５１７．１８においても同様である。

つぎに、時刻ｔ、においても同様にＦＣ信号が速度検出
手段３に入力され、速度誤差算出手段４により速度誤差
が算出されるが、回転体１の回転速度が所定の回転速度
に達しているので判別手段５の出力は信号波形Ｃ“のよ
うに“Ｈ゛になる。

また、合成手段１１の出力も、信号波形ｂ゛とｇｏの合
成した信号波形ｈ°となる。

時刻り、では回転体ｌの回転速度が所定の回転速度に達
しているので、合成手段１１の出力は速度制御１位相制
御それぞれの誤差出力の合成となる。

すなわち、位相制御の出力が固定されたものでな（、本
来の制御出力になる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、回転体の起動時に
は、その回転速度が制御範囲内でなく、位相制御の出力
が中心値に固定されるため、速度制御の出力と位相制御
の出力を合成した駆動手段への出力は、回転体を最加速
する値にはならない。

たとえば、速度制御と位相制御の出力の合成比を１＝１
とし、速度制御の出力・を“０°位相制御の出力を“０
．５°　（ここでは回転体を最加速する出力を′０゛、
最減速する出力を“１′とし動作点の出力を“０．５°
としている。）とすると、駆動手段への出力は“０．２
５“となり、最加速出力である“０°にならない。その
ため、回転体の回転速度が設定速度になるまでに時間が
かかるという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するディジタルサーボ装
置を提供するのを目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明のディジタルサーボ装
置は、回転体の回転速度に応じて周波数の変化する回転
速度信号の周期より速度を検出する速度検出手段と、前
記速度検出手段の検出速度と基準速度とにより速度誤差
を算出する速度誤差算出手段と、前記回転体の回転位相
と基準位相とにより位相を検出する位相検出手段と、前
記位相検出手段の検出位相より位相誤差を算出する位相
誤差算出手段と、前記位相誤差算出手段の位相誤差出力
を低減補屓するディジタルフィルタと、前記速度誤差算
出手段の速度誤差出力が所定の範囲内であることを判別
する判別手段と、前記速度誤差算出手段の速度誤差出力
と前記ディジタルフィルタの出力を合成する合成手段と
、前記・合成手段の出力により前記回転体を駆動する駆
動手段と、前記回転体の起動時に前記ディジタルフィル
タをリセットするとともに前記回転体を最加速させる出
力信号を前記ディジタルフィルタから出力させ、前記判
別手段の出力により前記ディジタルフィルタを動作させ
る出力制御手段を具備した構成よりなる。

また、第２の発明として回転体の回転速度に応じて周波
数の変化する回転速度信号の周期より速度を検出する速
度検出手段と、前記速度検出手段の検出速度と基準速度
とにより速度誤差を算出する速度誤差算出手段と、前記
回転体の回転位相と基準位相とにより位相を検出する位
相検出手段と、前記位相検出手段の検出位相より位相誤
差を算出する位相誤差算出手段と、前記位相誤差算出手
段の位相誤差出力を低減補償するディジタルフィルタと
、前記速度誤差算出手段の速度誤差出力が制御範囲内、
低速側、高速側であることを判別する判別手段と、前記
速度誤差算出手段の速度誤差出力と前記ディジタルフィ
ルタの出力を合成する合、成手段と、前記合成手段の出
力により前記回転体を駆動する駆動手段と、前記判別手
段の出力が低速側のときには前記ディジタルフィルタを
リセットするとともに前記回転体を最加速させる出力信
号を出力させ、前記判別手段の出力が高速側のときには
前記ディジタルフィルタをリセットするとともに前記回
転体を！ｌ減速させる出力信号を出力させ、前記判別手
段の出力が制御範囲内のときには前記ディジタルフィル
タを動作させる出力制御信号とを具備するという構成よ
りなるものである。

作用 本発明は上記した構成によって、起動時の回転体の回転
速度がある一定の回転速度に達していないときに、位相
制御の出力も回転体を最加速させる出力すことにより回
転体をできるだけ速く設定速度にすることができ、また
、ディジタルフィルタをリセットしていることにより、
位相制御を動作させてからの位相引込を悪化さ廿ること
もない。

また、起動時だけでなくとも、回転体の回転速度が制御
範囲より高速、あるいは低速になったときにも、位相制
御の出力を最減速または最加速させる出力にすることに
より回転体をできるだけ速く設定速度にすることができ
る。

実施例 以下、本発明の第１の実施例のディジタルサーボ装置に
ついて図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例のディジタルサーボ装置のブ
ロック図である。第４図の従来例と同一機能のものには
同一符号を付して説明を省略する。

回転体１２周波数発電機２．速度検出手段３．速度誤差
算出手段４１判別５１位置検出手段６１位相検出手段７
１位相誤差算出手段８．ディジタルフィルタ９１合成手
段１１．駆動手段１２等の個々の機能は同一であり、第
４図と異なる点は判別手段５とディジタルフィルタ９と
の間に出力制御手段１０が付加されたもので、第４図と
同様にこれらの構成要素はほとんどマイクロプロセッサ
により実現することが可能である。

出力制御手段１０を中心とした構成と動作を説明すると
、速度誤差算出手段４により算出された速度誤差が所定
の範囲内であるかどうかを判断する判別手段５の出力は
出力制御手段１ｏに入力される。

一方、ディジタルフィルタ９は位相誤差算出手段８の出
力を比例処理と積分処理をすることにより低減補償の機
能を実現するが、このディジタルフィルタ９の出力は出
力制御手段１ｏにより制御される。

つぎに、第２図のタイムチャートを用いてその動作を説
明する。第２図において、信号波形ａは周波数発電機２
より出力されるＦＧ倍信号信号波形すは速度誤差算出手
段４の速度誤差出力をアナログ量として表したもの、信
号波形Ｃは判別手段。

５の出力信号、信号波形ｄは位置検出手段６の出力信号
、信号波形ｅは基準位相信号より作成された台形波信号
、信号波形ｆは位相誤差算出手段８の位相誤差出力で、
出力をアナログ量として表している。信号波形ｇはディ
ジタルフィルタ９の出力、信号波形りは合成手段１１の
出力であり、速度誤差算出手段４の出力波形すとディジ
タルフィルタ９の出力波形ｇを合成したものである。し
たがって、信号波形りが駆動手段１２に入力信号となり
、回転体１が回転する。

時刻ｔ１において位置検出手段６より位置検出信号ｄが
出力されると位相誤差算出手段８は基準位相信号ｅから
位相誤差（信号波形ｆ）を算出し、ディジタルフィルタ
９に出力する。ここで、回転体１の回転速度が所定の範
囲内でないので、すなわち判別手段５の出力が“Ｌ”　
（信号波形Ｃ）であるので、ディジタルフィルタ９の出
力は出力制御手段１０により信号波形ｇに示すように最
加速出力である０゛に固定されるとともにディジタルフ
ィルタ９はリセットされる（すなわち積分項がクリアさ
れる）。したがって、速度誤差算出手段４とディジタル
フィルタ９の出力信号す９ｇを合成する合成手段１１の
出力信号は信号波形りに示すように“０′になる。その
結果、駆動手段１２への指令信号は最加速信号となり、
回転体１は最加速される。また、位置信号が入力される
時刻ｔ６においても同様である。

時刻ｔ２にＦＣ信号ａ゛が速度検出手段３に入力され速
度検出が行なわれると、速度誤差算出手段４により速度
誤差が算出されるが、まだ所定の回転速度に達していな
いので速度誤差算出手段４の出力は信号波形すのように
最加速指令の値を持続する。ＦＣ信号が入力される時刻
１３，１４゜ｔ５においても同様である。

つぎに、時刻ｔ７においても同様にＦＣ信号が速度検出
手段３に入力され、速度誤差算出手段４により速度誤差
が算出されるが、回転体１の回転速度が所定の回転速度
に達しているので判別手段５の出力は信号波形Ｃのよう
に“Ｈｏになる。また、合成手段１１の出力も、ディジ
タルフィルタ９の出力が“０゛に固定されなくなり、信
号波形すとｇの合成した信号波形りとなる。ここで、位
相誤差算出手段８の出力がディジタルフィルタ９により
フィルタリングされた出力が速度誤差出力に加算されて
いるので、位相引込が速やかに行なわれる。

時刻ｔ７以降では回転体ｌの回転速度が所定の回転速度
に達しているので、判別手段５の出力は“Ｈｏとなり、
第６図の従来のディジタルサーボ装置と同様に合成手段
１１の出力は速度制御１位相制御それぞれの誤差出力の
合成となる。すなわち、位相制御の出力が固定されたも
のでなく、本来の制御出力になる。

以上のように、起動時において回転体１の回転速度が所
定の回転速度に達するまで、位相制御系の出力を最加速
出力に固定することにより、回転体ｌの起動時間を短く
することができる。また、位相制御系のディジタルフィ
ルタ９を起動時はりセットしているので、位相制御が動
作しはしめても悪影響を及ぼすことなく位相引込を速や
かに行なうことができる。

つぎに本発明の第２の実施例のディジタルサーボ装置に
ついて第３図を用いて説明する。

第２の実施例の構成は第１の実施例で説明した第１図と
同じブロック構成で実現することができる。ここで、第
１の実施例とは判別手段５と出力制御手段１０の機能が
異なるので、以下その機能について説明する。

判別手段５は速度誤差算出手段４の出力が所定の範囲（
制御範囲）内であるかどうかを判別し、範囲内であれば
“Ｍ゛を出力する。また、範囲外であるときには高速ま
たは低速のどちらになっているかを判別し、高速のとき
には“Ｈｏを、低速のときには“Ｌ″を出力する。

出力制御手段１０は判別手段５の出力が′Ｍのときには
ディジタルフィルタ９を動作させ、“Ｈｏのときにはデ
ィジタルフィルタ９をリセットするとともにその出力を
最減速指令である１′にする。また、判別手段５の出力
が“Ｌのときにもディジタルフィルタ９をリセットする
とともにその出力を最加速指令である“０゛にする。

以上の動作を第３図のタイムチャートを用いて説明する
。信号波形ａ２は周波数発電機２より出力されるＦＧ倍
信号あり、信号波形ｂ２は速度誤差算出手段４の速度誤
差出力をアナログ量として表したものであり、信号波形
Ｃ２は判別手段５の出力信号である。信号波形ｇ２はデ
ィジタルフィルタ９の出力であり、出力をアナログ量と
して表している。信号波形ｈ２は合成手段１１の出力で
あり、速度誤差算出手段４の出力波形ｂ２とディジタル
フィルタ９の出力波形ｇ２を合成したものである。した
がって、信号波形ｈ２が駆動手段１２の入力信号となり
、回転体ｌが回転する。

まず、時刻ｔ、までは速度誤差算出手段４の出力が低速
側の制御範囲外であるので判別手段５の出力は“Ｌ　と
なり、ディジタルフィルタ９はリセットされ、その出力
も出力制御手段１０により最加速出力である“０°を出
力する。従って、合成手段１２の出力である信号波形ｈ
２の出力も０　となる。

時刻ｔ１からｔ２までは回転体１の回転速度が制御範囲
内にあるので判別手段５の出力は“Ｍ′となり、ディジ
タルフィルタ９のリセットが解除され、通常の動作とな
り、そのときの位相誤差出力をフィルタリングした値が
出力される。第３図では位相誤差出力がほぼ中心値あた
りにあるものとして扱っている。

時刻ｔ２からｔ８までは回転体１の回転速度が高速側の
制御範囲外にあるので判別手段５の出力は°Ｈ′となり
、ディジタルフィルタ９はリセットされ、その出力も出
力制御手段１０により最減速出力である“１゛を出力す
る。したがって、合成手段１２の出力である信号波形ｈ
２の出力も１′　となる。

また、時刻Ｌ３以降は回転体ｌの回転速度が制御範囲内
にあるので判別手段５の出力は′Ｍ°となり、ディジタ
ルフィルタ９のリセットが解除され、通常の動作となり
、そのときの位相誤差出力をフィルタリングした値が出
力される。

以上のように、回転体の回転速度が制御範囲よす高速に
、あるいは低速になったときに、位相制御の出力を最減
速または最加速させる出力にすることにより回転体をで
きるだけ速く設定速度にすることができる。

発明の効果 本発明のディジタルサーボ装置は上述のように、回転体
の回転速度に応じて周波数の変化する回転速度信号の周
期より速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手
段の検出速度と基準速度とにより速度誤差を算出する速
度誤差算出手段と、前記回転体の回転位相と基準位相と
により位相を検出する位相検出手段と、前記位相検出手
段の検出位相より位相誤差を算出する位相誤差算出手段
と、前記位相誤差算出手段の位相誤差出力を低域補償す
るディジタルフィルタと、前記速度誤差算出手段の速度
誤差出力が所定の範囲内であることを判別する判別手段
と、前記速度誤差算出手段の速度誤差出力と前記ディジ
タルフィルタの出力を合成する合成手段と、前記合成手
段の出力により前記回転体を駆動する駆動手段と、特に
前記回転体の起動時に前記ディジタルフィルタをリセッ
トするとともに前記回転体を最加速させる出力信号を前
記ディジタルフィルタから出力させ、前記判別手段の出
力により前記ディジタルフィルタを動作させる出力制御
手段とを備えることにより、起動時に回転体の回転速度
がある一定の回転速度に達していないときに、位相制御
の出力を回転体を最加速させる出力にすることにより回
転体をできるだけ速（設定速度にすることができ、また
、ディジタルフィルタをリセットしていることにより、
位相制御を動作させてからの位相引込動作を悪化させる
ことなく、大なる効果を発揮するものである。

また第２の発明として、判別手段が速度誤差算出手段の
速度誤差出力が制御範囲内、低速側、斉速側であること
を判別し、出力制御手段が前記判別手段の出力が低速側
のときには前記デイジタルフィルタをリセットするとと
もに前記回転体を最加速させる出力信号を出力させ、前
記判別手段の出力が高速側のときには前記ディジタルフ
ィルタをリセントするとともに前記回転体を最減速させ
る出力信号を出力させ、前記判別手段の出力が制御範囲
内のときには前記ディジタルフィルタを動作させるよう
にする手段を備えることにより、回転体の回転速度が制
御範囲より高速に、または低速になったときに、位相制
御の出力を最減速または最加速させる出力にすることに
より回転体をできるだけ速く設定速度にすることができ
るという効果も発揮できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のディジタルサーボ装置のブ
ロック図、第２図、第３図は同じくそれぞれ第１．第２
の実施例の動作を説明するためのタイムチャート、第４
図は従来例のディジタルサーボ装置のブロック図、第５
図は同しくディジタルフィルタのブロック図、第６図は
同じく動作を説明するためのタイムチャートである。 ■・・・・・・回転体、２・・・・・・周波数発電機、
３・・・・・・速度検出手段、４・・・・・・速度誤差
算出手段、５・・・・・・判別手段、９・・・・・・位
置検出手段、７・・・・・・位相検出手段、８・・・・
・・位相誤差算出手段、９・・・・・ディジタルフィル
タ、１０・・・・・・出力制御手段、１１・・・・・・
合成手段、１２・・・・・・駆動手段。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第２図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体の回転速度に応じて周波数の変化する回転
   速度信号の周期より速度を検出する速度検出手段と、前
   記速度検出手段の検出速度と基準速度とにより速度誤差
   を算出する速度誤差算出手段と、前記回転体の回転位相
   と基準位相とにより位相を検出する位相検出手段と、前
   記位相検出手段の検出位相より位相誤差を算出する位相
   誤差算出手段と、前記位相誤差算出手段の位相誤差出力
   を低域補償するディジタルフィルタと、前記速度誤差算
   出手段の速度誤差出力が所定の範囲内であることを判別
   する判別手段と、前記速度誤差算出手段の速度誤差出力
   と前記ディジタルフィルタの出力を合成する合成手段と
   、前記合成手段の出力により前記回転体を駆動する駆動
   手段と、前記回転体の起動時に前記ディジタルフィルタ
   をリセットするとともに前記回転体を最加速させる出力
   信号を前記ディジタルフィルタから出力させ、前記判別
   手段の出力により前記ディジタルフィルタを動作させる
   出力制御手段を具備してなるディジタルサーボ装置。
2. （２）回転体の回転速度に応じて周波数の変化する回転
   速度信号の周期より速度を検出する速度検出手段と、前
   記速度検出手段の検出速度と基準速度とにより速度誤差
   を算出する速度誤差算出手段と、前記回転体の回転位相
   と基準位相とにより位相を検出する位相検出手段と、前
   記位相検出手段の検出位相より位相誤差を算出する位相
   誤差算出手段と、前記位相誤差算出手段の位相誤差出力
   を低域補償するディジタルフィルタと、前記速度誤差算
   出手段の速度誤差出力が制御範囲内、低速側、高速側で
   あることを判別する判別手段と、前記速度誤差算出手段
   の速度誤差出力と前記ディジタルフィルタの出力を合成
   する合成手段と、前記合成手段の出力により前記回転体
   を駆動する駆動手段と、前記判別手段の出力が低速側の
   ときには前記ディジタルフィルタをリセットするととも
   に前記回転体を最加速させる出力信号を出力させ、前記
   判別手段の出力が高速側のときには前記ディジタルフィ
   ルタをリセットするとともに前記回転体を最加速させる
   出力信号を出力させ、前記判別手段の出力が制御範囲内
   のときには前記ディジタルフィルタを動作させる出力制
   御手段を具備してなるディジタルサーボ装置。
3. （３）ディジタルフィルタは入力データに係数を乗算し
   て得られる比例項と、前記入力データを累算して得られ
   る累算項と、前記累算項に係数を乗算して得られる積分
   項と、前記比例項と前記積分項の加算結果を出力するよ
   うに構成してなる請求項１または２記載のディジタルサ
   ーボ装置。