JPH0681538B2 - 回転体の制御装置 - Google Patents

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回転体の制御装置に関するも
のである。

従来の技術 回転体の制御装置は回転体に取り付けられた周波数発電
機の出力信号（以下、FG信号と称す）の周期を所望の周
期になるように制御する速度制御と、回転体に取り付け
られた位置を表す信号（以下、PG信号と称する）と基準
位相信号との位相差を所望の値になるように制御する位
相制御を行なう。

例えば、磁気記録再生装置のシリンダモータでは、モー
タに取り付けられた周波数発電機は１回転に６パルスの
FG信号を発生し、またPG信号は１回転に１パルス発生す
る。シリンダモータは30Hzで回転するのでFG信号の周波
数は180Hzとなり、基準周期は1/180secである。したが
って、FG信号の周期が1/180secになるように速度制御が
行なわれる。また、PG信号の周波数は30Hzであり、基準
位相信号と所定の位相差になるように位相制御が行なわ
れる。

速度制御の誤差出力と位相制御の誤差出力はおのおのの
合成比で合成され、シリンダモータの駆動回路に出力さ
れ、駆動回路の出力によりシリンダモータは駆動され回
転制御が行なわれる。

しかしながら、速度制御出力，位相制御出力の合成出力
と駆動回路との間で生じるオフセットや負荷などによ
り、定常速度偏差，定常位相偏差を生じる。定常速度偏
差は位相制御が速度制御系の積分項として動作するので
ほとんど生じないが、速度制御の定常速度偏差を補正す
るように位相制御系が動作するため、位相制御の誤差出
力にその補正分が現われ、位相誤差出力の中心値がずれ
てしまう。特に、位相制御系のゲインは速度制御系のゲ
インより大きいため、定常速度偏差が小さくても定常位
相偏差として大きく現われるので、大きな定常位相偏差
を生じる原因となる。

定常位相偏差は位相制御系に対して積分項がないので位
相制御のゲイン分の１だけ残ってしまう。そのため、PG
信号と基準位相信号の位相差を設定値どうりにすること
ができない。それで、位相誤差出力に低域での誤差出力
を補償するように低域補償フィルタが挿入される。この
フィルタにより、定常位相偏差をなくすようにしてい
る。

この低域補償フィルタをディジタルフィルタで構成する
と第９図のようになる。このフィルタをディジタルで構
成するのは速度制御，位相制御がディジタルで処理され
ており、フィルタの動作をディジタル的に処理すること
ができれば、フィルタの動作を含めて制御のすべてをデ
ィジタルIC化できるからである。また、フィルタをディ
ジタル化することにより部品のバラツキや温度変化など
により起こる特性の変化をなくすことができる。

ここで、第９図のディジタルフィルタの動作について説
明する。まず1101端子から入力データが入力され、1102
により定数倍される。1103では1102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、Z
^-1は１サンプル遅延を表す記号である。1104では1103の
累積結果を定数倍し、1105において1104の出力データと
1102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1106より出力する。

累積加算を行なうブロック1102において、メモリに格納
されている累積データは定常速度偏差や定常位相偏差を
補償するためのデータであるので、定常速度偏差や定常
位相偏差の値に応じて大きくなったり小さくなったりす
る。したがって、大きな負荷がかかっていたり、速度偏
差が大きいときなどは、メモリに格納される累積データ
は大きい値となる。

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、速度偏差や位相偏
差が大きいときには、それらを補償する低域補償フィル
タの累積データが大きい値となり、累積データを格納し
ているメモリが格納できる最大値を越えてしまうことが
ある。そのため、メモリの値は上限または下限値に固定
されてしまい、その結果、累積項による補償ができなく
なり偏差が残ってしまう。定常位相偏差が残るというこ
とは位相制御の性能が悪化したことであり、極端な場合
には、位相ロックがかからず、位相制御が正常に動作し
ないという問題があった。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の回転体の制御装置
は回転体の速度情報を有する信号を周波数弁別する周波
数弁別手段と、前記回転体の位置情報を有する信号と基
準位相信号発生手段より出力される基準位相信号の位相
比較を行なう位相比較手段と、前記位相比較手段の出力
を補償するディジタルフィルタと、前記ディジタルフィ
ルタの出力と前記周波数弁別手段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、前記ディジタルフィルタのオーバーフロ
ーを検出するオーバーフロー検出手段と、前記オーバー
フロー検出手段の出力により前記周波数弁別手段の基準
周期を補正する基準周期補正手段を具備したことを特徴
とするものである。

作用 本発明は上記した構成によって、オフセットや負荷など
により生ずる定常速度偏差，定常位相偏差を補償するデ
ィジタルフィルタの累積項のオーバーフローを検出し、
その検出出力によって速度制御系の基準周期を補正する
ことにより、定常速度偏差を速度制御系で取り除くよう
にしているので、低域補償フィルタは位相制御系の定常
位相偏差を取り除くように動作すればよく、定常速度偏
差によって低域補償フィルタをオーバーフローさせるこ
となく動作させることができる。したがって、定常位相
偏差もほぼなくすことができる。

実施例 以下、本発明の一実施例の回転体の制御装置について図
面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例を示した回転体の制御装置の
ブロック図である。１は回転体（モータ）であり、２は
モータ１の回転情報を取り出す周波数発電機であり、FG
信号が出力される。３はFG信号の周波数弁別を行なう周
波数弁別手段である。４は周波数弁別手段３の出力が入
力されディジタルフィルタ９（後述）の出力との合成を
行なう合成手段である。５は合成手段４のディジタルデ
ータ出力が入力されるディジタル−アナログ変換器であ
り、６はそのアナログ信号を増幅するパワー増幅器であ
り、その出力によってモータ１が駆動される。以上のル
ープにより速度制御系が構成される。

次に、７はモータ１の位置信号を取り出す位置検出手段
であり、その位置信号（PG信号）は位相比較器８に入力
される。また、位相比較器８には基準位相信号発生手段
９より出力される基準位相信号が入力される。位相比較
器８の出力はディジタルフィルタ10に入力され、低域補
償が行なわれる。ディジタルフィルタ10はフィルタ処理
後の出力を合成手段４に、オーバーフロー検出信号を基
準周期補正手段11に送出する。基準周期補正手段11はデ
ィジタルフィルタ10のオーバーフロー検出信号に基づ
き、周波数弁別手段３の基準周期データの補正を行な
う。以上のループにより位相制御系が構成される。

第２図は周波数弁別手段３の動作を説明するためのタイ
ムチャートであり、ａはFG信号であり、ｂは周波数弁別
を行なうための台形波であり、FG信号ａが入力された時
刻において台形波ｂの値をサンプリングすることにより
速度誤差出力ｃを得ている。台形波ｂはFG信号によりサ
ンプリングされた後、次のFG信号の台形波を作るために
新たに基準周期が設定される。速度誤差出力ｃはFG信号
ａの周期が基準周期より短いときには正の誤差出力を、
長いときには負の誤差出力を出力する。

第３図は、以上の周波数弁別手段３の動作をソフトウェ
アで実現した場合のフローチャートであり、処理301に
おいてFG信号が入力されたかどうかの判断を行ない、FG
信号が入力されていれば処理302に移行し、FG信号が入
力されていなければ処理307に移行する。処理302ではFG
信号の周期を算出している。前のFG信号が入力されたと
きのベースカウンタのカウント値をNSB、今回のFG信号
が入力された時点のベースカウンタのカウント値をNSA
とすると、FG信号の周期PER_Sは（１）により得られ
る。

PER_S＝NSB−NSA ……（１） ここで、ベースカウンタは基準クロック信号をダウンカ
ウントする巡回型カウンタとして動作しているものとし
て扱っている。

次に、処理303において、処理302で求めたFG信号の周期
PER_Sと基準周期REF_Sを用いて（２）式により速度誤差
ERR_Sを求めている。

ERR_S＝PER_S−REF_S ……（２） そして、処理304において速度誤差ERR_Sが規定の範囲に
入るようにリミット処理を行ない、処理305において合
成手段４に速度誤差ERR_Sを出力する。そのあと、次のF
G信号の処理の基準として処理306において、今回のFG信
号が入力されたときのベースカウンタのカウント値NSA
をNSBに格納しなおし、周波数弁別手段３の動作を終了
する。

処理301においてFG信号が入力されていない場合には処
理307において前回のFG信号が入力されてから、次のFG
信号が入力されるべき許容時間を越えているかどうかの
判断を行ない、もし越えていれば処理308においてモー
タ１を最加速する速度誤差出力を加算手段４に出力して
終了し、越えていなければ何もせずに終了する。

以上のように、速度誤差ERR_Sは測定したFG信号の周期P
ER_Sが基準周期REF_Sより短ければ正の値を、長ければ
負の値を出力する。

第４図は、位相比較手段８を説明するためのタイムチャ
ートであり、ａは基準位相信号であり、ｂは基準位相信
号ａより作成される位相比較を行なうための台形波であ
り、PG信号ｃが入力された時刻において台形波ｂをサン
プリングすることにより位相誤差出力ｄを得ている。位
相誤差出力ｃは基準位相信号ａとPG信号ｃの位相差が所
定の位相差より短いときには正の誤差出力を、長いとき
には負の誤差出力を出力する。

第５図は、以上の位相比較手段８の動作をソフトウェア
で実現した場合のフローチャートであり、処理501にお
いて基準位相信号発生手段９から基準位相信号（REF_
P）が入力されたかどうかの判断を行ない、基準位相信
号が入力されていれば処理502に移行し、基準位相信号
が入力されていなければ処理503に移行する。処理502で
は基準位相信号が入力された時刻のベースカウンタのカ
ウント値CN1をメモリN_REFに格納している。処理503で
はPG信号が入力されたかどうかの判別を行ない、PG信号
が入力されていれば処理504に移行し、PG信号が入力さ
れた時刻のベースカウンタのカウント値CN2をメモリNPA
に格納している。処理505では位相誤差ERR_Pを（３）式
により得ている。

ERR_P＝N_REF−NPA−N_REF_P ……（３） 次に、処理506において位相誤差ERR_Pが規定の範囲に入
るようにリミット処理を行ない、処理507においてディ
ジタルフィルタ10に位相誤差ERR_Pを出力する。以上で
位相比較手段８の動作を終了する。

処理503においてPG信号が入力されていない場合には何
もせずに終了する。

次に、第６図にディジタルフィルタ10のブロック図を示
す。入力端子601から入力データが入力され、ブロック6
02により定数倍される。ブロック603では入力端子601か
ら入力される入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。ブロック604ではブロック603の累積
結果を定数倍し、ブロック605においてブロック604の出
力データとブロック602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606より
出力する。

また、ブロック603において累積結果を格納するメモリ
がオーバーフローしたときには、オーバーフロー出力端
子607からオーバーフロー検出信号が出力される。オー
バーフロー検出信号はオーバーフローの極性を示すデー
タを含んでいる。

第７図はディジタルフィルタ10の動作をソフトウェアで
実現した場合のフローチャートであり、処理701におい
て入力端子601に入力されたデータD1をメモリMIに格納
する。処理702では、メモリMIのデータと定数C1を乗算
し、その乗算結果をメモリM2に格納する。処理703では
これまでの累積結果が格納されているメモリMIと入力デ
ータD1の加算を行ないその加算結果をメモリMIに再格納
する。処理704では、メモリMIに格納された加算結果
が、メモリMIが格納できる最大または最小値を越えてい
るかどうか、すなわちオーバーフローしているかどうか
の判断を行なっている。メモリMIがオーバーフローして
いなければ処理705に移行し、累積結果であるメモリMI
のデータと定数C2を乗算し、その乗算結果をメモリM3に
格納する。そして、処理706ではメモリM2とメモリM3の
データを加算して、その加算結果をディジタルフィルタ
10の出力データとして出力する。

処理704において、メモリMIがオーバーフローしていれ
ば処理707に移行し、オーバーフローが最大または最小
値のどちらを越えたかを判断する。すなわち、オーバー
フローの極性を判断している。メモリMIのオーバーフロ
ーが最大値であるときには処理708に移行し、メモリMI
の値を最大値にセットし、さらに正のオーバーフロー信
号を出力端子605から出力する。そのあと、処理705に移
行する。メモリMIのオーバーフローが最小値であるとき
には処理709に移行し、メモリMIの値を最小値にセット
し、さらに負のオーバーフロー信号を出力端子605から
出力する。そのあと、処理705に移行する。以上のよう
にしてソフトウェアでディジタルフィルタの処理が行な
われる。

次に、オーバーフロー検出信号の出力により周波数弁別
手段３の基準周期を補正する基準周期補正手段11につい
て説明する。第８図は基準周期補正手段11をソフトウェ
アで実現した場合のフローチャートであり、処理801に
おいてディジタルフィルタ10より出力されるオーバーフ
ロー信号を取り込み、ディジタルフィルタ10のメモリMI
がオーバーフローしたどうかを判断し、オーバーフロー
していなければ処理は終了する。オーバーフローしてい
れば処理802に移行する。処理802ではオーバーフロー信
号の極性が正かどうかの判断を行ない、正であれば処理
803に移行する。処理803では以下の処理を行なう。

オーバーフロー信号の極性が正であるときには、モータ
１の回転速度が基準周期で設定した回転速度より早すぎ
るためであるので、基準周期の値を現在設定されている
値より大きくすることにより、モータ１の回転速度を現
在の回転速度より遅くすればディジタルフィルタ10のオ
ーバーフローは解除される。したがって、（４）式のよ
うに基準周期を補正すればよい。

REF_S_C＝REF_S＋ΔＣ ……（４） ここで、ΔＣは補正値である。定常速度偏差が大きく、
（４）式による補正を１回行なっただけではディジタル
フィルタ10のオーバーフローが改善されないときには
（４）式による補正を繰り返し行ない、累積値を格納し
ているメモリMIの値がほぼ‘0'になるまで、すなわち動
作中心になるまで行なえば、位相制御系による引込レン
ジは大幅に改善される。

処理802でのオーバーフロー信号の極性が負であるとき
には、処理804において処理803で行なった処理と同様の
処理を行なう。すなわち、（４）式で用いた補正値ΔＣ
をREF_Sから減算すればよく、（５）式のように表され
る。

REF_S_C＝REF_S−ΔＣ ……（５） 以上のように、定常速度偏差により生じる位相制御系の
低域補償フィルタのオーバーフローを、速度制御系の基
準信号（ここでは基準周期）を補正することにより定常
速度偏差を取り除き、ディジタルフィルタがオーバーフ
ローしないようにすると共に、ディジタルフィルタの動
作点が中心付近になるようにすることができるので、動
作範囲の広い低域補償動作を行なうことができる。

本実施例では、各々の処理をソフトウェアで構成した場
合について説明したが、同様の動作が行なえるようにハ
ードウェアで構成してもなんら差しつかえない。

発明の効果 以上のように本発明は、回転体の速度情報を有する信号
を周波数弁別する周波数弁別手段と、前記回転体の位置
情報を有する信号と基準位相信号発生手段より出力され
る基準位相信号の位相比較を行なう位相比較手段と、前
記位相比較手段の出力を補償するディジタルフィルタ
と、前記ディジタルフィルタの出力と前記周波数弁別手
段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、前記ディジタル
フィルタのオーバーフローを検出するオーバーフロー検
出手段と、前記オーバーフロー検出手段の出力により前
記周波数弁別手段の基準周期を補正する基準周期補正手
段を具備したことを特徴とするもので、定常速度偏差に
より生じる位相制御系の低域補償フィルタのオーバーフ
ローを、速度制御系の基準信号（ここでは基準周期）を
補正することにより定常速度偏差を取り除き、ディジタ
ルフィルタがオーバーフローしないようにすると共に、
ディジタルフィルタの動作点が中心付近になるようにす
ることができるので、動作範囲の広い低域補償動作を行
なうことができ、大なる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回転体の制御装置のブロッ
ク図、第２図は周波数弁別手段の動作を説明するための
タイムチャート、第３図は周波数弁別手段をソフトウェ
アで構成した場合のフローチャート、第４図は位相比較
手段の動作を説明するためのタイムチャート、第５図は
位相比較手段をソフトウェアで構成した場合のフローチ
ャート、第６図はディジタルフィルタのブロック図、第
７図はディジタルフィルタをソフトウェアで構成した場
合のフローチャート、第８図は基準周期補正手段の動作
を説明するためのフローチャート、第９図は従来のディ
ジタルフィルタのブロック図である。 １……モータ、２……速度発電機、３……周波数弁別手
段、４……合成手段、５……ディジタル−アナログ変換
器、６……パワーアンプ、７……位置検出手段、８……
位相比較手段、９……基準位相信号発生手段、10……デ
ィジタルフィルタ、11……基準周期補正手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体の速度情報を有する信号を周波数弁
   別する周波数弁別手段と、前記回転体の位置情報を有す
   る信号と基準位相信号発生手段より出力される基準位相
   信号の位相比較を行なう位相比較手段と、前記位相比較
   手段の出力を補償するディジタルフィルタと、前記ディ
   ジタルフィルタの出力と前記周波数弁別手段の出力を合
   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、前記ディジタルフィルタのオ
   ーバーフローを検出するオーバーフロー検出手段と、前
   記オーバーフロー検出手段の出力により前記周波数弁別
   手段の基準周期を補正する基準周期補正手段とを具備し
   たことを特徴とする回転体の制御装置。
2. 【請求項２】ディジタルフィルタのオーバーフローを検
   出するオーバーフロー検出手段の出力信号の極性に応じ
   て周波数弁別手段の基準周期を加減する基準周期補正手
   段を具備する請求項（１）記載の回転体の制御装置。