JPH06261576A - モータ制御装置 - Google Patents

モータ制御装置

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JPH06261576A
JPH06261576A JP5049128A JP4912893A JPH06261576A JP H06261576 A JPH06261576 A JP H06261576A JP 5049128 A JP5049128 A JP 5049128A JP 4912893 A JP4912893 A JP 4912893A JP H06261576 A JPH06261576 A JP H06261576A
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JP
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motor
changed
control
gain
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JP5049128A
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English (en)
Inventor
Akihisa Kusano
昭久 草野
Tomohiro Nakamori
知宏 中森
Izumi Narita
泉 成田
Yuzo Kiyono
友蔵 清野
Tatsuto Tachibana
達人 橘
Kaoru Sato
馨 佐藤
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の回転数に対して安定して制御すること
を目的とする。 【構成】 モータ1の回転数を変化させるためにPLL
制御IC10への入力信号の周波数を分周器14によっ
て変化させるときに、その分周比に従って、ゲイン調整
回路G1により速度制御出力AFCに対するゲインを制
御してどの回転数においても周波数−ゲイン特性を同一
にするとともに、APCシフト回路P1により基準電圧
ref を変化させてどの回転数においても安定した動作
点でモータ1を定常運転する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はPLLモータ制御装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図9は、従来例の構成を示す回路図であ
り、1はブラシレスDCモータ、2はモータ1の回転数
を検知するエンコーダ、3はブラシレスDCモータのド
ライブIC(ここでは東芝製TA7259)、4〜6は
モータのロータ位置を検知するホール素子、7〜9は抵
抗、10はPLL制御IC(ここでは東芝製TC920
3)、11はCPU、12はオペアンプ、13は基準信
号を生成するための信号源、14は分周器、15,1
9,20,22,51,52は抵抗である。
【0003】まずPLL制御IC10について説明す
る。PLL制御IC10は、CPINに入る信号を基準
として、FGINから入力される検出信号の速度偏差を
検出し、速度制御信号であるAFC信号を出力する。こ
こでPLL制御ICとして用いられている東芝製TC9
203では、図2(a)に示すようにFGINから入力
する検出信号の角周波数(FGINの入力周波数×2
π)が目標角周波数W0 (2π×CPIN信号の周波数
/3456)と等しければAFC出力は約2.5V程度
の出力であるが、+3.4%以上でその出力は0V、−
3.9%以下では+5Vとなってしまう。したがって入
力信号ωに対するAFC出力の伝達関数は次のようにな
る。
【0004】
【数1】
【0005】一方APC信号は図2(b)に示した関係
で出力される位相制御信号である。このAPC信号は、
図2(c)に示すように、CPIN信号に3456分周
をほどこして生成した基準信号ω0 を2分周したものと
FGINの入力信号ωを2分周した信号との位相差を検
出して生成される。したがって入力信号ωに対するAP
C出力の伝達関数は次のようになる。
【0006】
【数2】
【0007】ここでPはモータ1回転あたりのエンコー
ダの出力パルス数、Dはエンコーダ出力信号の分周比
(=エンコーダ出力周波数÷FGIN入力周波数)、S
はjω(ただしjは虚数を表わす)である。
【0008】ここでドライブIC3について説明する。
【0009】ドライブIC3はブラシレスモータ駆動用
のICでモータ1のロータ位置をホール素子4〜6で検
知し、モータ1の励磁する相を切換える。モータ1の励
磁電流は抵抗9に流れる。またドライブIC3はゲイン
が15のアンプを内蔵しており、図9に示すように抵抗
9に発生した電圧を抵抗9によってフィードバックする
ことによってモータ1は定電流駆動される。
【0010】次に図9に示した従来例の動作について説
明する。
【0011】モータ1の回転数は、エンコーダ2で検知
され分周器41で8分周されてPLL制御IC10のF
GINに入力する。PLL制御ICはCPINに入力す
る信号とFGINに入力する信号とを前述したように比
較し、速度が遅いときはAFC出力を大きくし、位相が
遅れたときはAPC出力を大きくする。AFC出力やA
PC出力が変化すると、オペアンプ12およびドライブ
IC3に内蔵されたアンプ3aによってその出力が増幅
されてモータ1の駆動電流が変化しモータ回転数および
位相は常に一定に保たれる。CPINに入力する信号は
信号源13の出力を分周器14で分周したもので、その
分周比はCPU11によって信号SIG1,SIG2を
用いて制御されている。分周器14の分周比が3のとき
の回転数は分周比が4のときの回転数の4/3倍にな
り、分周比が5のときの回転数は分周比が4のときの回
転数の4/5倍となる。モータ1の回転数は次式で示さ
れる。
【0012】
【数3】
【0013】ここでf0 は信号源13から出力される信
号の周波数、D14は分周器14の分周比(3または4ま
たは5)、D41は分周器41の分周比8、Pはモータ1
が1回転する間にエンコーダ2が出力するパルス数であ
る。
【0014】また、CPU11から出力されるSIG7
はモータのスタート,ストップの切換え信号であり、S
IG7がLowでスタートとする。
【0015】分周器14によって回転数を切換えた時の
周波数−ゲイン特性は図4に示すようになる。同図にお
いて、−40dB/decadeの傾きの部分が(2)
式で表わされるAPC出力によるゲインであり、−20
dB/decadeの部分は(1)式のAFC出力によ
るゲインである。(1)式を見ればわかるようにAFC
のゲインは目標角周波数W0 に反比例するため、回転数
が上がるとゲインが下がる。
【0016】図6は、モータ電流IM とAPC出力との
関係を説明するために図9の一部を抜き出した図であ
り、各部の電圧値,電流値,抵抗値を示したものであ
る。図6に示した値を用いてモータ電流IM は次式で表
わされる。
【0017】
【数4】
【0018】ここで、定常回転時においては、VAFC
CC/2,Vref =VCC・R104/(R104+R1
05)とすることができる。すなわち、定常回転時にお
いてはモータ電流IM はAPC出力についての1次関数
となっているので、図7の実線のグラフのように回転数
が上がりモータ電流IM が増えるとAPC出力も上が
り、逆に回転数が下がりモータ電流IM が減るとAPC
出力も小さくなる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、次のような欠点があった。すなわち、(4)式
で示したようにモータ電流IM はAPC出力についての
1次関数となっている。そして定常運転時においては図
7の実線で示すように、分周比が5でモータ電流IM
C のときにはAPC出力はVCC/2付近で変化する。
【0020】ところでPLL制御IC10の出力段には
図3で示す構成のラダー抵抗が用いられている。このよ
うなラダー抵抗においては、その特性上、上位のビット
が反転するときの量子化誤差は下位のビットが反転する
ときによりも大きくなる傾向にある。例えば、8ビット
データが7FH(01111111)から80H(10
000000)になるときの変化分は基準単位VCC/2
56に対してかなり大きな誤差を持っている。
【0021】したがって、図7の実線で示すように、分
周比が5で定常運転をしているときには、APC出力が
CC/2付近すなわち8ビットの7FH(011111
11)付近で変化するために、MSB(最上位ビット)
を含めた全ビットが反転する場合が多く、その場合には
量子化誤差が大きいために回転が不安定になりやすいと
いう問題点があった。この回転が不安定になる傾向は、
反転するビットが上位ビットであればある程大きくなる
ために、定常運転においては、MSBを含めた全ビット
が反転する分周比が5のときが最も不安定になりやす
く、その次がMSBを除く全てのビットが反転する分周
比が3のときであり、上位の2ビットが反転しない分周
比が4のときが最も安定している。
【0022】すなわち、上記従来例においては、定常運
転時に量子化誤差の大きい上位ビットが反転する状態が
生じて回転が不安定になるという問題点があった。
【0023】さらに、PLL制御IC10の速度制御出
力AFCの伝達関数は、(1)式で示したように目標角
速度ω0 に反比例するために、図4で示すように回転数
の変化に伴って制御系のゲインが変化してしまう。この
ため、上記従来例では制御の安定度が悪くなるという問
題点があった。
【0024】本発明の目的は複数の回転数に対して安定
した制御を行うことができるモータ制御装置を提供する
ことにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに本発明はモータに接続されたエンコーダからの出力
信号と基準信号とを比較して速度制御信号および位相制
御信号を生成し、該位相制御信号の出力段にラダー抵抗
を用いたD/Aコンバータを有するPLLモータ制御手
段と、前記速度制御信号および前記位相制御信号を基準
電圧と比較して、当該比較結果に対応した電流を前記モ
ータに供給する増幅段とを具えるモータ制御装置におい
て、前記エンコーダからの出力信号または前記基準信号
の周波数を変化させて前記モータの回転数を変化させる
回転数切換え手段と、該回転数切換え手段の出力に応じ
て前記基準電圧を変化させる基準電圧制御手段とを具備
したことを特徴とするものである。
【0026】
【作用】本発明によれば、回転数切換え手段によってモ
ータの回転数を変化させた場合、基準電圧制御手段が基
準電圧を変化させて量子化誤差の小さなポイントに位相
制御信号の動作点を移動させる。
【0027】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
【0028】図1は本発明の一実施例の構成を示す回路
図であり、従来例と同じ構成要素には同一符号を付して
あり、また、16〜18および22〜27は抵抗、3
1,32はアナログスイッチ、33,34はトランジス
タである。
【0029】本実施例と従来例との違いは、抵抗17,
18とアナログスイッチ31,32よりなるゲイン調整
回路G1がついたことと、抵抗22〜27とトランジス
タ33,34からなるAPC出力シフト回路P1がつい
たことである。
【0030】本実施例の基本的な動作は従来例と同様で
あるので、ゲイン調整回路G1とAPCシフト回路P1
の動作について説明する。
【0031】まずゲイン調整回路G1について説明す
る。(1)式で示したようにPLL制御IC10の速度
制御出力AFCは、目標角速度ω0 に反比例するため図
4に示す通り回転数の変化に伴い、制御系のゲインが変
化して制御の安定度が悪くなってしまう。そこで、AF
C出力のゲインを決定する抵抗16に抵抗17および抵
抗18を並列に接続し、回転数に応じてアナログスイッ
チ31,32をオン/オフすることで、AFC出力のゲ
インのみを変化させる。
【0032】例えば分周器14の分周比が4のとき、ア
ナログスイッチ31をオン、アナログスイッチ32をオ
フにして、図4の実線に示す周波数特性が得られたとす
る。この状態で分周比を3にすると、図4の破線のよう
にゲインが下がってしまう。従って分周比が4の時の周
波数特性と等しくなるように抵抗18の値を設定してお
き、アナログスイッチ32を信号SIG3によってオン
状態にすることによりゲインを上げる。また、分周比が
5の時は回転数が小さくなるのでゲインが上昇してしま
うが(図4の一点鎖線)、アナログスイッチ31,32
を信号SIG3よびSIG4によって共にオフにしてし
まうことで、ゲインを下げ、周波数特性を分周比4のと
きと同じにすることができる。
【0033】以上のようにして、回転数が変化しても安
定な周波数特性を維持することができる。
【0034】次にAPC出力シフト回路P1について説
明する。従来例では図7の実線に示す特性であったた
め、回転数が変化してモータ電流が変化するとAPCの
出力電圧が変化してしまい、D/Aの量子化誤差が増大
するポイントを通る可能性があったが、信号SIG5お
よびSIG6によってトランジスタ33,34をオン/
オフして、モータ電流IM にあわせてVref を変化させ
ればAPCの出力電圧を所望のポイントに移動すること
ができる。
【0035】図7を用いて具体的に説明する。分周器1
4の分周比が3のときのモータ電流をIa とすると、従
来例においてはAPC出力はVCC3/4となり、この出
力は(最上位−1)ビット目が反転するところに当た
り、不安定になる。そこで(4)式においてIM =I
a ,APC=VCC5/8と代入してVref の値を求め
る。この求めたVref の値にすれば、APC出力とモー
タ電流の関係は図7の点線のようにシフトし、IM =I
a のときのAPC出力は分周比が4のときと同様にVCC
5/8となり、安定な動作が実現される。また、分周比
が5のときは、(4)式にIM =Ib ,APC=VCC
/8と代入することで求めたVref にすることで図7の
一点鎖線のようにシフトさせ、APC出力電圧を同じく
CC5/8にすることができる。
【0036】以上説明してきたように本実施例によれば
回転数が変化しても、サーボ系の周波数特性を安定に保
ち、しかもAPC出力の動作点も上位ビットの反転しな
い安定な部分にシフトさせることで安定したモータ制御
を実現できる。
【0037】図8は本発明の他の実施例の構成を示す回
路図であり、図1と同じ構成要素については同一符号を
付してある。また同図において、42,43はアナログ
スイチ、44,45は抵抗、46は分周比が12,1
5,20と切換え可能な分周器である。
【0038】図1に示した実施例では分周器14で信号
源13の信号の分周比を変化させることでモータの回転
数を切換えたが、本実施例では、エンコーダ2の出力を
分周する分周器46の分周比を変化させることで回転数
を切換える。本実施例のモータの回転数は次式で示され
る。
【0039】
【数5】
【0040】ここで、D46は分周器46の分周比(12
または 15 または 20),D47は分周器47の
分周比4、Pはモータ1回転当たりのエンコーダ2が出
力するパルス数である。
【0041】本実施例においてもPLL制御IC10の
FGIN入力信号ωに対するAFC出力の伝達関数と、
ωに対するAPC出力の伝達関数とはそれぞれ(1)式
と(2)式で示される。また、本実施例においてはエン
コーダ2の分周比を切換えているので、回転数に応じて
AFCによるゲインと同様にAPCゲインも変化する。
したがってゲイン調整を行わない場合の周波数特性は図
5のようになる。すなわち、この場合に、ゲインの周波
数特性を一定に保つには、AFCゲインとAPCゲイン
の両方を調整しなければならないので、図8に示すよう
に全体のゲインを決定する抵抗19に、抵抗44,45
と、信号SIG10,SIG11によって制御されるア
ナログスイッチ42,43からなるゲイン調整回路G2
を接続してある。例えば分周器46の分周比を15から
12に変化させると、回転数は12/15倍になり、サ
ーボ系のゲインは15/12倍になるので、ゲイン調整
回路G2を用いてゲインを12/15倍にすれば回転数
は変化してもサーボ系の周波数特性は常に一定に保たれ
る。
【0042】APCシフト回路P1の出力電圧Vref
ついては図1の実施例と同じく(4)式を用いて決定す
る。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転数の変化に伴って基準電圧Vref をシフトさせる手段
を設け、さらに制御系のゲインを変化させる手段を設け
ることで複数の回転数について安定した制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示す回路図である。
【図2】PLL制御ICの動作説明図である。
【図3】ラダー抵抗による8ビットD/Aコンバータの
回路図である。
【図4】従来例の周波数−ゲイン特性の説明図である。
【図5】本発明の他の実施例の周波数−ゲイン特性の説
明図である。
【図6】モータ電流とAPC出力の関係式の説明図であ
る。
【図7】モータ電流とAPC出力の関係を示す図であ
る。
【図8】本発明の他の実施例の構成を示す回路図であ
る。
【図9】従来例の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
1 モータ 2 エンコーダ 3 ドライブIC 9,15〜25,44,45 抵抗 10 PLL制御IC 11 CPU 12 オペアンプ 13 信号源 14,41 分周器 31,32,42,43 アナログスイッチ 33,34 ドランジスタ G1,G2 ゲイン調整回路 P1 APCシフト回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清野 友蔵 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 橘 達人 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 佐藤 馨 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータに接続されたエンコーダからの出
    力信号と基準信号とを比較して速度制御信号および位相
    制御信号を生成し、該位相制御信号の出力段にラダー抵
    抗を用いたD/Aコンバータを有するPLLモータ制御
    手段と、前記速度制御信号および前記位相制御信号を基
    準電圧と比較して、当該比較結果に対応した電流を前記
    モータに供給する増幅段とを具えるモータ制御装置にお
    いて、 前記エンコーダからの出力信号または前記基準信号の周
    波数を変化させて前記モータの回転数を変化させる回転
    数切換え手段と、 該回転数切換え手段の出力に応じて前記基準電圧を変化
    させる基準電圧制御手段とを具備したことを特徴とする
    モータ制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のモータ制御装置におい
    て、前記回転数切換え手段の出力に応じて前記増幅段の
    ゲインを変化させるゲイン制御手段を具えたことを特徴
    とするモータ制御装置。
JP5049128A 1993-03-10 1993-03-10 モータ制御装置 Pending JPH06261576A (ja)

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Cited By (5)

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