JPH07118928B2 - DC motor / servo mechanism - Google Patents

DC motor / servo mechanism

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JPH07118928B2
JPH07118928B2 JP61232756A JP23275686A JPH07118928B2 JP H07118928 B2 JPH07118928 B2 JP H07118928B2 JP 61232756 A JP61232756 A JP 61232756A JP 23275686 A JP23275686 A JP 23275686A JP H07118928 B2 JPH07118928 B2 JP H07118928B2
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克正 宮川
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流モータのサーボ機構に関する。The present invention relates to a servo mechanism for a DC motor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の直流モータのサーボ機構は、エンコーダの一対の
正弦波状アナログ位置信号を45度位相差を有する一対の
方形波状ディジタル信号に変換し、このディジタル信号
を直流モータのフィードバック信号として用いている。
A conventional DC motor servo mechanism converts a pair of sinusoidal analog position signals of an encoder into a pair of square wave digital signals having a phase difference of 45 degrees and uses the digital signals as feedback signals of the DC motor.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記のような一般のサーボ機構であると、直流モータの
静止時あるいは低速時において、例えば、直流モータの
回転角が第3図中、方形波状ディジタルフィードバック
信号FB1,FB2の(a)の範囲内にあるとき、上記回転角
度が(a)のどの位置にあるか判明せず、直流モータの
精度を上げることができなかった。また、モータ静止時
において、モータが1ステップ動き、カウンターがディ
ジタルフィードバック信号をカウントしてはじめてフイ
ードバック電圧がコントロール部にかかるため、応答性
が悪かった。
With the general servo mechanism as described above, when the DC motor is stationary or at a low speed, for example, the rotation angle of the DC motor is within the range (a) of the square wave digital feedback signals FB1 and FB2 in FIG. In the case of, the position of the rotation angle in (a) was not known, and the accuracy of the DC motor could not be improved. Further, when the motor is stationary, the motor moves one step, and the feedback voltage is applied to the control unit only after the counter counts the digital feedback signal, so that the response is poor.

本発明は上記欠陥を除去することを目的とするものであ
る。
The present invention aims to eliminate the above defects.

〔問題点を解決する手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するため、直流モータの回転方向に応じ
て90度位相差を有する一対の正弦波状アナログ位置信号
を出力するエンコーダと、該エンコーダの正弦波状アナ
ログ位置信号を45度位相差を有する一対の方形波状ディ
ジタル信号に変換する手段と、該ディジタル信号と前記
正弦波状アナログ位置信号に基づきゼロクロス点前後45
度においてほぼ直線に近い位置電圧信号から成る鋸歯状
波形電圧を造出する鋸歯波形造出手段と、前記ディジタ
ル信号のカウント値に基づき階段波形電圧を出力するD/
Aコンバータと、該D/Aコンバータの出力に前記鋸歯状電
圧波形を適宜な倍率で加え合わせることにより前記直流
モータの回転角に対し直線的に変化する電圧を得るよう
にするとともに、該電圧と直流モータへの回転指令電圧
との加算値を出力するようにした加算増幅器と、該加算
増幅器の出力を電流に変換して前記直流モータに供給す
る電圧電流変換増幅器とから構成したものである。
In order to achieve the above object, an encoder that outputs a pair of sinusoidal analog position signals having a 90-degree phase difference depending on the rotation direction of a DC motor, and a pair of sinusoidal analog position signals of the encoder that have a 45-degree phase difference. Means for converting into a square wave digital signal, and before and after the zero cross point based on the digital signal and the sine wave analog position signal.
The sawtooth waveform creating means for creating a sawtooth waveform voltage composed of a position voltage signal that is substantially linear in degrees, and D / that outputs a staircase waveform voltage based on the count value of the digital signal.
A converter and the output of the D / A converter by adding the sawtooth voltage waveform at an appropriate magnification to obtain a voltage that linearly changes with respect to the rotation angle of the DC motor, and The summing amplifier is configured to output an addition value to the rotation command voltage to the DC motor, and a voltage-current conversion amplifier that converts the output of the summing amplifier into a current and supplies the current to the DC motor.

〔作用〕[Action]

上記した構成において、直流モータ回転指令電圧により
直流モータが駆動されると、直流モータの出力軸の回転
運動は、正弦波状電圧から鋸歯状波形電圧に変換され、
この鋸歯状波形電圧はD/Aコンバータの階段波形電圧出
力と適宜な倍率で加算され、直流モータの回転角に対し
直線的に変化するフィードバックアナログ電圧となる。
この電圧は加算増幅器で直流モータ回転指令電圧に加算
され、該加算電圧は電流に変換されて直流モータに供給
される。加算増幅器は、フィードバックアナログ電圧と
モータ回転指令電圧との加算電圧が鋸歯状波形電圧のゼ
ロクロス点において、ゼロとなるように設定され、該ゼ
ロクロス点で正確に直流モータを停止させることができ
る。
In the above configuration, when the DC motor is driven by the DC motor rotation command voltage, the rotational movement of the output shaft of the DC motor is converted from the sinusoidal voltage to the sawtooth waveform voltage,
The sawtooth waveform voltage is added to the stepwise waveform voltage output of the D / A converter at an appropriate ratio to form a feedback analog voltage that changes linearly with the rotation angle of the DC motor.
This voltage is added to the DC motor rotation command voltage by the adding amplifier, and the added voltage is converted into a current and supplied to the DC motor. The summing amplifier is set so that the summed voltage of the feedback analog voltage and the motor rotation command voltage becomes zero at the zero cross point of the sawtooth waveform voltage, and the DC motor can be stopped accurately at the zero cross point.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明の構成を添付図面に示す実施例を参照して
詳細に説明する。
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings.

第1図において、2は直流モータ4の出力軸に連結され
た市販のエンコーダであり、モータ出力軸の回転によっ
て、第2図に示すように、ゼロボルトをセンターとする
近似正弦波A,Bを90度の位相差を有して出力するように
構成されている。モータの出力軸が正回転するときは、
A相の近似正弦波はB相の近似正弦波に対して90度位相
が進み、モータが逆回転するときは、反対に90度位相が
遅れるように設定されている。前記近似正弦波Aは、増
幅器6に入力され、前記近似正弦波Bは、増幅器8に入
力されるように構成されている。10,12は極性反転器、1
4はコンパレータであり、入力端Aには前記近似正弦波
Aが入力され、入力端Bには前記近似正弦波Bが入力さ
れるように結像され、A+B<0のとき“0"のLOW信号
を出力し、A+B>0のとき“1"のHigh信号を第2図に
示すように出力する。また、コンパレータ16の入力端A
には前記近似正弦波Aが入力され、入力端には前記近
似正弦波Bの極性反転出力が入力されるように結線さ
れ、A+<0のとき“0"のLOW信号を出力し、A+
>0のとき“1"のHigh信号を第2図に示すように出力す
る。コンパレータ14,16の方形波状デイジタル信号22,24
は反転器18,20により反転されて、マルチプレクサ26の
入力端22,24と、方向判別アップダウンパルス発生回路7
0に入力されるように構成されている。28,30,32,34は微
分回路、36,38,40,42はダイオード、44はオペアンプで
あり、D/A(デイジタルアナログ)コンバータ46の基準
電圧設定入力端に接続している。48は積分回路、50はア
ンプ、52は可変抵抗器、54はオペアンプ、56は電圧電流
変換増幅器、72はアップダウンカウンタである。
In FIG. 1, reference numeral 2 is a commercially available encoder connected to the output shaft of the DC motor 4. By rotating the motor output shaft, as shown in FIG. 2, approximate sine waves A and B centered at zero volts are generated. It is configured to output with a phase difference of 90 degrees. When the motor output shaft rotates forward,
The phase A approximate sine wave is set to have a phase advance of 90 degrees with respect to the phase B approximate sine wave, and when the motor rotates in the reverse direction, the phase 90 phase is delayed. The approximate sine wave A is input to the amplifier 6, and the approximate sine wave B is input to the amplifier 8. 10,12 is a polarity reversal device, 1
Reference numeral 4 denotes a comparator, which is imaged so that the approximate sine wave A is input to the input end A and the approximate sine wave B is input to the input end B. When A + B <0, LOW of "0" A signal is output, and when A + B> 0, a High signal of "1" is output as shown in FIG. Also, the input terminal A of the comparator 16
Is connected so that the approximate sine wave A is input to the input terminal and the inverted polarity output of the approximate sine wave B is input to the input terminal. When A + <0, a LOW signal of “0” is output, and A +
When> 0, a high signal of "1" is output as shown in FIG. Square wave digital signals from comparators 14 and 16, 22 and 24
Is inverted by the inverters 18 and 20, and the input ends 22 and 24 of the multiplexer 26 and the direction determination up / down pulse generation circuit 7
It is configured to enter 0. 28, 30, 32, 34 are differentiating circuits, 36, 38, 40, 42 are diodes, and 44 is an operational amplifier, which are connected to a reference voltage setting input terminal of a D / A (digital analog) converter 46. 48 is an integrating circuit, 50 is an amplifier, 52 is a variable resistor, 54 is an operational amplifier, 56 is a voltage-current conversion amplifier, and 72 is an up / down counter.

次に本実施例の作用について説明する。ライン74又は76
からモータ回転指令パルスが出力されると、該パルスは
アップダウンカウンタ72によってカウントされ、該カウ
ントディジタルデータがD/Aコンバータ46によってアナ
ログ電圧に変換されD/Aコンバータ46が、モータ回転指
令出力を出力し、該出力は加算増幅器54に入力される。
加算増幅器54の出力は、増幅器56によって電流に変換さ
れ、直流モータ4に供給されモータ4は回転を開始す
る。モータ4が回転すると、エンコーダ2は、第2図に
示すように2つの90度位相差を持った近似正弦波電圧A,
Bを出力する。この電圧A,Bと、反転器10,12によって反
転された電圧,は、マルチプレクサ26のチャンネル
C1,C2,C3,C4に印加される。これらのチャンネルC1,C2,C
3,C4は、入力端22,24のデイジタル信号によって制御さ
れるスイッチ60によって選択され、ゼロクロス点の前後
45度において、ほぼ直線に近い位置電圧信号から成る鋸
歯状波形電圧62が造出される。マルチプレクサ26の入力
端22,24が1,1のとき、チャンネルC1が選択され、0,1の
ときチャンネルC2が選択され、1,0のときチャンネルC3
が選択され、0,0のときチャンネルC4が選択されるよう
に設定されている。一方、直流モータ4の回転速度は、
微分回路28,30,32,34、マルチプレクタ26のチャンネル
選択手段、積分回路48、アンプ50、可変抵抗器52によっ
て速度電圧信号に変換される。一方、コンパレータ14,1
6のパルス信号は、回路70によって方向性を有するパル
スに変換され、該パルスはアップダウンカウンタ72によ
ってカウントされる。D/Aコンバータ46は、アップダウ
ンカウンタ72の出力をアナログ電圧信号に変換し、鋸歯
状波形電圧62とタイミングが一致する階段状波形電圧58
を出力する。加算増幅器54は、上記鋸歯状波形電圧62と
D/Aコンバータ46の階段状波形電圧出力58を適宜な倍率
で加算する。この加算電圧は、直流モータ4の出力軸の
回転角に対して直線的に変化するフィードバック電圧
信号64となる。この電圧信号64は、モータ回転指令電圧
に対して負の関係となるように設定されていため、増幅
器56は、回転指令電圧に対してフィードバック電圧信号
64の絶対値が増大するのに伴って出力電圧は減少し、回
転指令電圧とフィードバック電圧信号64の絶対値の大き
さが一致したところで増幅器54はゼロを出力する。この
増幅器54の出力によって直流モータ4は制御される。
尚、オペアンプ44は、近似正弦波電圧A,B,−A,−Bの絶
対値を取り出してD/A変換器46のリファレンス電圧とし
て供給し、エンコーダ2の出力電圧変動に関係なく鋸歯
状波形電圧62を滑らかに直線状に接ぐようにしている。
尚、64′は+1ステップ指令がきたときの電圧信号64で
ある。
Next, the operation of this embodiment will be described. Line 74 or 76
When the motor rotation command pulse is output from the, the pulse is counted by the up / down counter 72, the counted digital data is converted into an analog voltage by the D / A converter 46, and the D / A converter 46 outputs the motor rotation command output. Then, the output is input to the summing amplifier 54.
The output of the summing amplifier 54 is converted into a current by the amplifier 56 and supplied to the DC motor 4, so that the motor 4 starts rotating. When the motor 4 rotates, the encoder 2 causes the approximate sine wave voltage A, which has two 90 degree phase differences, as shown in FIG.
Output B. The voltages A and B and the voltage inverted by the inverters 10 and 12 are the channels of the multiplexer 26.
Applied to C1, C2, C3, C4. These channels C1, C2, C
3, C4 is selected by the switch 60 controlled by the digital signal of the input ends 22 and 24, and before and after the zero cross point.
At 45 degrees, a sawtooth voltage 62 consisting of a position voltage signal that is approximately linear is created. When the input terminals 22 and 24 of the multiplexer 26 are 1,1, the channel C1 is selected, when it is 0,1, the channel C2 is selected, and when it is 1,0, the channel C3 is selected.
Is selected and channel C4 is set to be selected when 0,0. On the other hand, the rotation speed of the DC motor 4 is
Differentiating circuits 28, 30, 32, 34, the channel selecting means of the multiplexor 26, the integrating circuit 48, the amplifier 50, and the variable resistor 52 convert the signals into speed voltage signals. On the other hand, the comparator 14,1
The pulse signal of 6 is converted into a directional pulse by the circuit 70, and the pulse is counted by the up / down counter 72. The D / A converter 46 converts the output of the up / down counter 72 into an analog voltage signal and outputs a stepped waveform voltage 58 whose timing matches the sawtooth waveform voltage 62.
Is output. The summing amplifier 54 is provided with the sawtooth waveform voltage 62 and
The stepwise waveform voltage output 58 of the D / A converter 46 is added at an appropriate magnification. This added voltage becomes a feedback voltage signal 64 that changes linearly with respect to the rotation angle of the output shaft of the DC motor 4. Since this voltage signal 64 is set to have a negative relationship with the motor rotation command voltage, the amplifier 56 uses the feedback voltage signal with respect to the rotation command voltage.
The output voltage decreases as the absolute value of 64 increases, and when the magnitudes of the absolute values of the rotation command voltage and the feedback voltage signal 64 match, the amplifier 54 outputs zero. The DC motor 4 is controlled by the output of the amplifier 54.
The operational amplifier 44 takes out the absolute values of the approximate sine wave voltages A, B, -A, -B and supplies them as a reference voltage of the D / A converter 46, and the sawtooth waveform regardless of the output voltage fluctuation of the encoder 2. The voltage 62 is connected smoothly and linearly.
Incidentally, 64 'is the voltage signal 64 when the +1 step command is received.

〔効果〕 本発明は上述の如く、直流モータの回転により90度位相
の異なる2つの近似正弦波電圧を出力するエンコーダの
出力を鋸歯状波形電圧に変換し、この鋸歯状波形電圧
と、階段状波形電圧とによって直線状に変化するフィー
ドバック信号を得るようにしたので、直流モータが1ス
テップ動く以前に復帰電圧がかかり応答性を向上するこ
とができ、しかも直流モータの静止位置を高精度にコン
トロールできる効果が存する。
[Effect] As described above, the present invention converts the output of the encoder that outputs two approximate sine wave voltages having different phases by 90 degrees by the rotation of the DC motor into the sawtooth waveform voltage, and the sawtooth waveform voltage and the stepwise waveform voltage. Since a feedback signal that changes linearly with the waveform voltage is obtained, the return voltage can be applied before the DC motor moves one step and the responsiveness can be improved, and the stationary position of the DC motor can be controlled with high accuracy. There is an effect that can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はブロック電子回路図、第2図は動作説明図、第
3図は説明図である。 2……エンコーダ,4……直流モータ,6,8……増幅器,10,
12……極性反転器,14,16……コンパレータ,18,20……反
転器,26……マルチプレクサ,28,30,32,34……微分回路,
36,38,40,42……ダイオード,44……オペアンプ,46……D
/Aコンバータ,48……積分回路,50……アンプ,52……可
変抵抗器,54……加算増幅器,56……電圧電流変換増幅
器,60……スイッチ,62……鋸歯状波形電圧
FIG. 1 is a block electronic circuit diagram, FIG. 2 is an operation explanatory diagram, and FIG. 3 is an explanatory diagram. 2 …… Encoder, 4 …… DC motor, 6,8 …… Amplifier, 10,
12 …… Polarity inverter, 14,16 …… Comparator, 18,20 …… Inverter, 26 …… Multiplexer, 28,30,32,34 …… Differentiation circuit,
36,38,40,42 …… Diode, 44 …… Op Amp, 46 …… D
/ A converter, 48 …… integrator circuit, 50 …… amplifier, 52 …… variable resistor, 54 …… summing amplifier, 56 …… voltage-current conversion amplifier, 60 …… switch, 62 …… sawtooth waveform voltage

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】直流モータの回転方向に応じて90度位相差
を有する一対の正弦波状アナログ位置信号を出力するエ
ンコーダと、該エンコーダの正弦波状アナログ位置信号
を45度位相差を有する一対の方形波状ディジタル信号に
変換する手段と、該ディジタル信号と前記正弦波状アナ
ログ位置信号に基づきゼロクロス点前後45度においてほ
ぼ直線に近い位置電圧信号から成る鋸歯状波形電圧を造
出する鋸歯波形造出手段と、前記ディジタル信号のカウ
ント値に基づき階段波形電圧を出力するD/Aコンバータ
と、該D/Aコンバータの出力に前記鋸歯状電圧波形を適
宜な倍率で加え合わせることにより前記直流モータの回
転角に対し直線的に変化する電圧を得るようにするとと
もに、該電圧と直流モータへの回転指令電圧との加算値
を出力するようにした加算増幅器と、該加算増幅器の出
力を電流に変換して前記直流モータに供給する電圧電流
変換増幅器とから成ることを特徴とする直流モータ・サ
ーボ機構。
1. An encoder that outputs a pair of sinusoidal analog position signals having a 90-degree phase difference depending on the direction of rotation of a DC motor, and a pair of squares that have a 45-degree phase difference between the sinusoidal analog position signals of the encoder. Means for converting into a wavy digital signal, and sawtooth waveform creating means for creating a sawtooth waveform voltage composed of a position voltage signal which is substantially linear at 45 degrees before and after the zero cross point based on the digital signal and the sinusoidal analog position signal. , A D / A converter that outputs a staircase waveform voltage based on the count value of the digital signal, and the rotation angle of the DC motor by adding the sawtooth voltage waveform to the output of the D / A converter at an appropriate magnification. On the other hand, the voltage that changes linearly is obtained, and the added value of the voltage and the rotation command voltage to the DC motor is output. Amplifier and a DC motor servo mechanism to convert the output of said summing amplifier to a current, characterized in that it consists of a voltage-current converting amplifier to be supplied to the DC motor.
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