JPH05176579A

JPH05176579A - モーターの速度制御装置

Info

Publication number: JPH05176579A
Application number: JP3338095A
Authority: JP
Inventors: Makoto Azuma; 信東
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-07-13

Abstract

(57)【要約】【目的】キャプスタンモーター等に好適なモーターの
速度制御装置に関し、モーター１回転を１周期とする周
期的な速度変動だけでなく、リール台の摺動抵抗等のラ
ンダムな外乱を原因とする速度変動をも検出し、打ち消
すことのできるモーターの速度制御装置を提供する。【構成】キャプスタンモーター１の回転速度を検出し
た速度検出出力ｗ０を、速度設定回路８における回転速
度の目標値と比較し、第１の調節系７にてトルク指令ｅ
ｃ０を得る。積分器９は、トルク指令ｅｃ０により得ら
れるべきキャプスタンモーター１の回転速度を示す模擬
出力ｗ１を出力する。速度検出出力ｗ０と模擬出力ｗ１
とを比較し、常時キャプスタンモーター１の速度変動△
ｗを検出する。第２の調節系１１では、△ｗからキャプ
スタンモーター１へのトルク指令ｅｃ０を補正する補正
信号ｅｃ１を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録再生機器等に
適用されるモーターの速度制御装置に関し、特にキャプ
スタンモーターに加わる外乱トルク成分によって生じる
回転ムラを補正することにより、テープ走行速度の乱れ
を低減させることに特徴を有するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＶＨＳムービーあるいは８ｍｍビ
デオカメラ等と呼ばれるカメラ一体型のＶＴＲ（以下Ｖ
ＣＲと略称する）の需要拡大に伴い、商品価値の一要素
である再生音声信号のワウフラッターについても、より
低いものが要求されるようになってきた。

【０００３】以下に従来のＶＣＲのキャプスタンモータ
ーの速度制御装置について説明する。図３はそのブロッ
ク図を示すものである。図３において、１はキャプスタ
ンモーターであり、２はキャプスタンモーター１の駆動
用ドライブ回路である。３は前記キャプスタンモーター
１に取り付けられた周波数発電機（以下ＦＧと略称す
る）であり、キャプスタンモーター１の回転速度が高ま
るに従って出力信号の周波数が高くなっていくパルス波
形を出力する。４はＦＧ３の出力信号を入力とし、その
信号の周波数に応じたＤＣレベルに変換するＦＶ変換器
である。一方８はキャプスタンモーター１の回転速度を
設定する速度設定回路であり、キャプスタンモーター１
の回転速度は、この設定値になるように制御される。５
は前記ＦＶ変換器４の出力値と前記速度設定回路８の設
定値とを減算し、速度誤差信号を求める誤差検出器であ
る。６はワウフラッター低減用の一種のフィルターであ
る。７は前記フィルター６からの速度誤差信号を増幅
し、ドライブ回路２のトルク指令ｅｃ０を演算する第一
の調節系である。ドライブ回路２はトルク指令ｅｃ０に
基づき、キャプスタンモーター１の回転速度が設定値に
なるようキャプスタンモーター１を駆動する。

【０００４】以上のように構成されたモーターの速度制
御装置は、キャプスタンモーターの回転速度の変動を打
ち消すように、検出した速度と設定値の速度との誤差を
フィードバックし、誤差を小さくするように制御してい
る。しかし、上記制御装置は負帰還フィードバック系を
構成しており、ループゲインを一定以上のものにする
と、制御不能の状態（これをハンチングと称する）に陥
るため、どこまでもゲインを上げて速度変動を小さくし
ていける訳ではない。

【０００５】誤差検出器５の後に設置されているフィル
ター６は、この問題点を考慮して設けられたものであ
り、キャプスタンモーター１の１回転を１周期とする負
荷に対してループゲインをあげて、速度変動を小さくし
ようとするものであり、図４にその具体的構成を示す。

【０００６】フィルター６は次式（数１）で示される演
算をするフィルター６１を正帰還する構成になってい
る。

【０００７】

【数１】

【０００８】ここで、Ｎ；モーター１回転のサンプル回数ｎ；モーター１回転の各サンプル時刻番号Ｗｎ；時刻ｎに対応したゲイン定数Ｌ；データーのサンプリング周期ｓ；ラプラスの演算子である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＶＣＲのワ
ウフラッターを悪くする要因についてはいろいろある
が、一口に言えば、キャプスタンモーターの走行の乱れ
によるものと言える。この走行の乱れの原因となるキャ
プスタンモーターの走行負荷には、（１）周期的変動をするもの（２）ランダムな変動をするものがある。（１）としては、モーターのドライブ回路に起
因するものが考えられ、（２）としてはリール台の摺動
抵抗、すなわちリール台の摩擦力がある。これらの走行
負荷の大半はリール台の摩擦力であるので、走行負荷は
ほとんどランダムな外乱として振舞っている。

【００１０】このため、上記従来のキャプスタンモータ
ー１回転を１周期とする周期的な負荷による速度変動を
制御の対象とするものにおいては、リール台の摩擦力な
どのキャプスタンモーターの回転周期に関係しないラン
ダムな外乱が加わることによる速度変動の抑制にはほと
んど効果がないという問題がある。

【００１１】また（数１）で示されるフィルター６１を
実現するためには、ｎ個の速度データーを記憶するメモ
リーが必要となるうえ、演算も複雑になり処理に時間を
要するという問題点もある。

【００１２】本発明は上記問題点を解決するもので、従
来のような周期的な負荷による速度変動をのみ対象とし
たフィルターを用いる構成ではなく、キャプスタンモー
ターに加わるランダムな外乱をその主な対象として速度
制御を行うとともに、周期的な負荷に対しても速度制御
を行なうことのできるフィードバックループを備えたモ
ーターの速度制御装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のモーターの速度制御装置は、モーターの回
転速度を検出し、その回転速度に応じた第１の速度信号
を出力する速度検出手段と、前記第１の速度信号と予め
定められた前記モーターの回転速度の目標値とを比較す
ることにより得られた誤差信号に基づいて、前記モータ
ーを所定の回転速度に駆動するためのトルク指令を作成
する第１の調節手段と、前記トルク指令によって前記モ
ーターが外乱成分のない状態で駆動された場合に得られ
るべきモーターの回転速度に応じた第２の速度信号を出
力する速度信号発生手段と、前記第１と第２の速度信号
とを比較して、その差異に基づいた補正信号を出力する
第２の調節手段と、前記トルク指令を前記補正信号に基
づいて補正し、前記モーターを駆動するトルク補正指令
を出力する補正手段とを備えている。

【００１４】

【作用】上記構成では、トルク指令に基づいて実際に駆
動されたモーターから得られる第１の速度信号と、前記
トルク指令によってモーターが駆動された場合に得られ
るべきモーターの回転速度に応じた第２の速度信号とを
比較することにより、従来検出していなかった外乱によ
る速度変動を求めている。そしてこの速度変動を常時連
続して検出し、その変動がなくなるような新たなフィー
ドバックループを組むことにより、ループゲインを上げ
ることなく、ランダムな外乱の抑圧をすることができ
る。

【００１５】

【実施例】以下本発明のモーターの速度制御装置につい
て、その実施例を示す図面を参照しながら詳しく説明す
る。図１において、１はキャプスタンモーター、２はド
ライブ回路、３はＦＧ、４はＦＶ変換器、８は速度設定
回路、５は誤差検出器、７は第１の調節系であり、以上
は従来と同様のものであるが、誤差検出器５で検出され
た誤差信号は、トルク指令ｅｃ０を演算する第一の調節
系７に直接入力し、従来のようにワウフラッター低減用
のフィルターは用いていない。

【００１６】９は点線で囲んだブロック１３を模擬した
積分器であり、第一の調節系７のトルク指令ｅｃ０が加
算器１５を通して入力される。１２は減算器であり、Ｆ
Ｖ４より出力される速度検出出力ｗ０から、積分器９の
模擬出力ｗ１を減算し、その結果△ｗを出力する。１１
は速度検出出力ｗ０と模擬出力ｗ１との偏差Δｗを入力
とする第二の調節系であり、補正信号ｅｃ１を出力す
る。１０は減算器であり、第２の調節系１１の補正信号
ｅｃ１と第１の調節系７のトルク指令ｅｃ０を減算し、
ドライブ回路２に実際のキャプスタンモーター１へのト
ルク補正指令ｅｃを出力する。１４は偏差Δｗ入力とす
るアンプであり、その出力は加算器１５にてトルク指令
ｅｃ０と加算している。

【００１７】ここで、ブロック１３を積分器９で模擬す
る理由を以下に説明する。一般にモーター力学系の運動
方程式は、次式で近似される。

【００１８】

【数２】

【００１９】ここで、上式において、Ｔ；モーターの発生トルクＪ；モーターメカ系のイナーシャｓ；ラプラスの演算子ｗ０；モーターの回転速度 β ；粘性摩擦係数Ｔ０；その他のｗ０によらない外乱トルク成分とする。

【００２０】（数２）のアンダーラインで示した部分
が、モーターメカ系の外乱によるトルク成分を意味す
る。係数βの大部分は、既に説明したリール台の摩擦に
よるものであるが、実際には一定の係数とはならず、た
えずその値を変化させながら回転を続けている。したが
って、現実には（数２）のアンダーライン部分が、すべ
てｗ０によらない外乱成分と考えることができる。

【００２１】その『ｗ０によらない外乱成分』をＴ１と
すると、

【００２２】

【数３】

【００２３】となり、（数２）は、

【００２４】

【数４】

【００２５】となる。（数４）から、

【００２６】

【数５】

【００２７】となり、外乱を含めた印加トルク（Ｔ−Ｔ
１）を積分した結果がモーターの回転速度となるのであ
る。したがってＦＶ変換器４から出力される速度検出出
力ｗ０は（数５）で表わされる。

【００２８】これに対し、積分器９は上記（数２）にお
いて、外乱成分Ｔ１のない印加トルクＴにより駆動され
るキャプスタンモーターの回転速度を出力するものであ
り、

【００２９】

【数６】

【００３０】に基づいて演算を行う。ここで実際のモー
ター速度検出出力ｗ０から、外乱が入らなかったと仮定
したときのモーターの回転速度を示す模擬出力ｗ１を、
減算器１２で減算した結果の偏差Δｗは、外乱成分によ
るモーター回転速度成分ということになる。その値が０
であることがメカニズムとして理想であるが、それは不
可能であって、外乱の多いメカほどこの偏差Δｗが大き
いことになる（以下、このΔｗを外乱速度と呼ぶことに
する）。したがって、この外乱速度Δｗは先に説明した
ように、周期成分もあればランダム成分もあるが、その
外乱速度Δｗが０になるようにフィードバック制御を行
なうようにすれば、モーターの速度変動を抑えることが
できるのである。

【００３１】さて、積分器９と減算器１２とを合わせ
て、一種の外乱速度検出器と考えることができる。検出
された外乱速度Δｗを０とするように、第二の調節系１
１を設置する。第二の調節系の伝達関数Ｇｃ１として
は、（数７）のようにする。

【００３２】

【数７】

【００３３】ここで、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は定数とする。
そして第二の調節系１１から出力される補正信号ｅｃ１
を、前記第一の調節系７のトルク指令ｅｃ０から減算器
１０により減算する。こうして得られたトルク補正指令
ｅｃを実際のキャプスタンモーター１へのトルク指令と
する。

【００３４】ブロック１３の部分が積分器だとすると、
積分器９とブロック１３との両方の初期値が一致してい
なければ、実際の速度と積分器９の出力とは永久に一致
しない。そこで、外乱速度Δｗをアンプ１４に入力し、
さらに積分器９へフィードバックさせ、疑似出力ｗ１を
速度検出出力ｗ０と一致するようにレベルあわせしてお
く。

【００３５】さて、以下に図２を用いて具体的な制御動
作を説明する。だだし、第二の調節系１１の伝達関数の
定数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３のゲイン配分は、説明を簡単にす
るため、Ｋ１＝Ｋ３＝０とし、比例要素のみの場合で説
明する。

【００３６】いま時刻ｔ１で、ステップ状の外乱トルク
Ｔｌがモーター負荷に加算されたとする。このとき実際
のキャプスタンモーター１の速度検出出力ｗ０と積分器
９の疑似出力ｗ１にくいちがいが発生し、ただちに外乱
速度Δｗがランプ状に立ち上がって検出される。する
と、第二の調節系１１により、補正信号ｅｃ１がランプ
状に立ち上がり、トルク指令ｅｃ０と減算され、トルク
補正指令ｅｃが出力される。ここで、（Ｔｌ−ｅｃ１）
を考えると点線で示した外乱トルクＴｌのレベルは、実
質的に実線のように軽減され、時刻ｔ２にいたる。

【００３７】以上のように本実施例におけるモーターの
速度制御装置では、キャプスタンモーターの外乱速度△
ｗをアナログ的に常時検出し、外乱速度△ｗが０になる
ようフィードバック制御するように構成してある。この
ため、リール台の摺動抵抗によるランダムな速度変動は
もちろん、キャプスタンモーターの１回転で１周期とな
る負荷による速度変動に対しても好適な速度制御を行な
うことができる。また従来のように、ワウフラッター低
減用のフィルターを用いる構成でもないので、演算回路
が大規模化するようなこともない。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明は、トルク指令に基
づいて実際に駆動されたモーターから得られる第１の速
度信号と、前記トルク指令によってモーターが駆動され
た場合に得られるべきモーターの回転速度に応じた第２
の速度信号とを比較することにより、従来検出していな
かった外乱による速度変動を求めている。そしてこの速
度変動を常時連続して検出し、その変動がなくなるよう
に、実際のモーターを駆動するトルク指令を補正する新
たなフィードバックループを組むことにより、ループゲ
インを上げることなく、外乱を打ち消すことがきるので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるモーターの速度制御装
置のブロック図

【図２】同装置の動作を説明するためのタイミングチャ
ート

【図３】従来のモーターの速度制御装置のブロック図

【図４】同装置に用いられている外乱抑制用フィルター
のブロック図

【符号の説明】

１キャプスタンモーター２ドライブ回路３周波数発電器４Ｆ／Ｖ変換器５誤差検出器６フィルター７第一の調節系８速度設定回路９積分器１０減算器１１第二の調節系１２減算器１５加算器６１フィルター６２加算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モーターの回転速度を検出し、その回転
速度に応じた第１の速度信号を出力する速度検出手段
と、前記第１の速度信号と予め定められた前記モーター
の回転速度の目標値とを比較することにより得られた誤
差信号に基づいて、前記モーターを所定の回転速度に駆
動するためのトルク指令を作成する第１の調節手段と、
前記トルク指令によって前記モーターが外乱成分のない
状態で駆動された場合に得られるべきモーターの回転速
度に応じた第２の速度信号を出力する速度信号発生手段
と、前記第１と第２の速度信号とを比較して、その差異
に基づいた補正信号を出力する第２の調節手段と、前記
トルク指令を前記補正信号に基づいて補正し、前記モー
ターを駆動するトルク補正指令を出力する補正手段とを
備えたモーターの速度制御装置。