JPH08126371A - モータの制御装置 - Google Patents

モータの制御装置

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JPH08126371A
JPH08126371A JP6259962A JP25996294A JPH08126371A JP H08126371 A JPH08126371 A JP H08126371A JP 6259962 A JP6259962 A JP 6259962A JP 25996294 A JP25996294 A JP 25996294A JP H08126371 A JPH08126371 A JP H08126371A
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/18Controlling the angular speed together with angular position or phase

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速な起動を可能とし、かつ外乱を学習中に
受けても安定な学習値を得ることのできるモータの制御
装置を提供することを目的とする。 【構成】 シリンダモータ1に係合した位置信号発生器
2及び周波数発電機4の出力は、それぞれコンパレータ
3及び5で2値化され、信号SPG及びSFGとなり、制御
プロセッサ20に取り込まれる。信号SPGは位相誤差信
号作成部7において基準信号SPRと位相比較され、また
信号SFGは速度カウンタ10において周期計測される。
これらは、コア部21においてフィルタ処理などされて
駆動回路17を介してシリンダモータ1を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モータの制御装置、特
に周波数発電機を有して、その出力によってモータの速
度制御を行うのに適したモータの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、モータの制御をソフトウェアによ
って行うことが多くなってきている。これは、低廉化、
付加機能の充実及び小型化をユーザから求められる中、
各機能に専用ハードウェアを設けるよりもハードウェア
の重複を避けられるため低廉化に有利であり、かつ同じ
コストでより多くの機能を製品に盛り込めるためであ
る。
【0003】また、上述のような付加機能の充実は、ユ
ーザからの指示によって制御される場合が多く、機構部
の制御を担当する制御プロセッサ単独で実現することは
困難であり、通常上位の通信機能を担当する「システム
・コントローラ」(以下、「シスコン」と略す)と呼ば
れるマイクロ・コンピュータによって支配して解決する
ことが一般的である。
【0004】また、上述の小型化によってモータの径は
小さくなり、負荷変動を充分に抑圧するだけの慣性モー
メントを得ることが困難となったうえに、本来正確であ
るべきモータの速度制御に使用する周波数発電機の着磁
パターンも微小化して着磁誤差(着磁ムラ)の影響を大
きく受けるようになってきた。
【0005】例えば、VTRのドラムサーボにおいて、
その速度の制御はFGパルスの立ち上がり又は立ち下が
りでパルス間距離を取り出し、その距離に基づいて行な
っている。本来、理想的には、FGパルス間の距離は等
間隔であるが、上述したように磁石の着磁ムラによって
各パルス間の距離が微妙に異なる。この距離(換言すれ
ば周期、従ってこれによる周波数)を速度に変換して安
定した走行をしたとしても、PG周期ごとに着磁ムラに
よる電圧波形が現われる。
【0006】これを除去するために速度サーボ系にハー
ド構成のフィルタを挿入することを行なっていたが、こ
のフィルタを入れるとサーボ制御の応答性が悪くなると
いう欠点がある。これらを解決するため、いわゆる「学
習制御」が多用されるようになってきた。
【0007】この学習制御を用いたものとして、例えば
特開昭64−26385号公報に示されているものがあ
る。図5はこの学習制御を用いた従来のモータの制御装
置のブロック略図を示すものであり、ビデオ・テープ・
レコーダのシリンダモータ(回転ヘッドを回転させるモ
ータを指す)の回転制御に応用した事例である。
【0008】図5において、1はシリンダモータ(以
下、単に「モータ」と呼ぶ)である。2は位置信号発生
器(以下「PG」と略す)であり、モータ1が1回転す
るたびに1発のパルスを出力する。4は周波数発電機
(以下「FG」と略す)であり、モータ1の回転速度の
検出パルスを1回転につき複数個出力する。3及び5
は、それぞれPG2及びFG3の出力を2値に変換する
ためのコンパレータである。6はサーボマイクロコンピ
ュータ、17はモータ1を駆動するための駆動回路であ
る。
【0009】以上のように構成された従来のモータの制
御回路について、以下にその動作を説明する。PG2の
出力をコンパレータ3によって2値化したPG信号SPG
は、位相誤差信号作成部7において、端子8から入力さ
れる基準周波数信号と位相比較され、位相誤差信号を作
成して加算器16に送る。
【0010】一方、FG4の出力はコンパレータ5にお
いて2値化され、FG信号SFGとして速度むら検出部9
と補正部12に送られる。起動時において、補正部12
は動作しておらず、速度むら検出部9の出力は速度誤差
信号作成部13を介してゲイン切換部14に入力され、
加算器16において位相誤差信号と加算され、駆動回路
17によってモータ1に駆動トルクを供給する。
【0011】この起動時において、ゲイン切換部13は
定常時の1/4〜1/2のゲインに設定されて、上述の
着磁誤差の影響をモータ1の回転に受けにくく設定して
いる。即ち、着磁ムラ成分を無視できる程度にゲインを
落として、モータ1を安定走行させ、PG間に生じる複
数の各FG信号SFG間の距離を合計し、平均値を出す。
この平均値から個々の距離がいくら異なっているかのず
れ量をメモリ11に記憶する。
【0012】さて、定常時にはゲイン切換部14のゲイ
ンを上げる(利得=1)。補正部12はFG信号SFG
に検出値からメモリ11に蓄えている値を引く。補正部
12の出力は速度誤差信号作成部13に与えられて速度
誤差信号が形成される。、この速度誤差信号はゲイン切
換部14を介して駆動回路17に送られる。ゲイン切換
部14の利得は先にも述べたように1である。このよう
にして、着磁誤差の影響を受けにくいモータ1の回転制
御を行うというものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、起動時に制御利得を1/4〜1/2に
落としているため、起動トルクが減少し、起動時間が長
くかかるという問題点がある。また、学習の処理を行っ
ている間にモータに外乱が加われば、その影響を受けた
学習値をそのまま記憶してしまうため、学習処理の効果
そのものが有効でなくなるという問題点がある。
【0014】本発明は上記の問題点を解決するもので、
高速な起動を可能とし、かつ外乱を学習中に受けても安
定な学習値を得ることのできるモータの制御装置を提供
することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のモータの制御装置は、モータと、このモータ
の回転に応じて該モータの1回転につき所定個数の回転
信号を出力する周波数発生手段と、この回転信号の周期
を計測して周期信号を出力する周期計測手段と、この周
期信号を予め定めた値と減算して誤差信号を出力する誤
差検知手段と、この誤差信号を所定の番地に格納する格
納手段と、この格納手段の内容を少なくとも2つ以上利
用してフィルタリングするフィルタ手段と、上記格納手
段の内容と上記誤差信号とを減算する減算手段と、この
減算手段の出力と上記フィルタ手段の出力と上記誤差信
号のいずれか1つを選択する選択手段と、この選択手段
の出力を演算及び加工して制御信号を作る制御手段と、
この制御信号に応じて上記モータの駆動トルクを変化さ
せる駆動手段とを備えるものである。
【0016】
【作用】このような構成によると、選択手段において、
起動時には誤差信号を、次にフィルタ手段の出力を、そ
して最終的には減算手段の出力を制御手段に送り、この
制御手段において演算及び加工して制御信号を作り、こ
の制御信号によってモータの駆動トルクを制御してモー
タの回転制御を行うこととなる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図1は本発明の一実施例における
モータの制御装置のブロック略図を示すものである。図
1において、モータ1、PG2、FG4、コンパレータ
3及び5、及び駆動回路17は、従来例におけるそれら
と同一であり、詳しい説明は省略する。従来例との違い
は、速度カウンタ10及びランダム・アクセス・メモリ
22(以下「RAM22」と略す)を新たに内蔵した制
御プロセッサ20の内部処理にある。
【0018】以上のように構成された本実施例のモータ
の制御装置につき、以下にその動作を図2の流れ図を参
照しながら説明する。
【0019】まず、ステップ101においてソフトウェ
ア・カウンタを構成する順番値FGNを0に設定する。
この順番値FGNは、図3に示すように、PG信号SPG
が入力される度に割り込みが発生して、即ちモータ1が
1回転する度に0に再設定される。この順番値FGN
は、PG信号の開始点からのFG信号の順番を表すもの
である。なお、次のステップ102以降の処理は、FG
信号SFGが入力されるごとに行われる。
【0020】さて、ステップ102において、FG信号
FGの入力を待ち、FG信号SFGが入力されれば、次の
ステップ103に処理を移す。ステップ103では、速
度測定値Nを読み込む。この測定値Nを求める方法とし
ては、FG信号SFGのパルス間隔を水晶発振出力を用い
て速度カウンタ10で計測することによって得られる。
このような速度カウンタ10は、通常、図1に示すよう
に制御プロセッサ20に専用ハードウェアとしてコア部
21の外に内蔵される。
【0021】次にステップ104において、速度目標値
0を測定値Nから減算し、これによって回転数のずれ
を検出し、誤差信号FGEとして出力する。ステップ1
05において、この誤差信号FGEの絶対値が所定の値
Aよりも大きいか否かを判別する。もし、誤差信号FG
Eの絶対値が値Aよりも大きい場合には誤差信号FGE
を速度駆動データFGDと置き換えているだけで出力す
る。これにより、例えば起動時等のようにモータ1が静
止状態から加速をする場合には、速度の誤差が著しく大
きいため、速やかに加速が行われることとなる。また、
外乱などによってモータ1が、不要に加速された場合も
同様である。
【0022】この後、ステップ112において順番値F
GNを1つ増加し、ステップ113において速度系の処
理を実行する。この速度系処理では、例えば、低域補償
フィルタやリプル・フィルタの処理と速度制御の利得を
乗算することが行われる。次にステップ114において
位相系の処理を実行し、再びステップ102に処理を戻
す。ここで、位相系処理は、速度の誤差が著しく大きい
ので、単に速度系処理の結果を駆動回路17に送るのみ
である。
【0023】さて、誤差信号FGEの絶対値が値Aより
も小さい場合には、ステップ107が実行され、外部指
令SLを読み込む。この外部指令SLは、学習のオン/
オフを指令するもので、例えばシスコンからの送られて
くる。例えば、上述の起動処理の完了直後は、学習が成
されていないので、外部指令SLは、論理”0”であ
り、ステップ108において判別されて、ステップ10
9が実行される。
【0024】このステップ109において、誤差信号F
GEは順番値FGNの指示するRAM22上の番地に格
納する。その後、ステップ110においてフィルタ処理
を行う。ここで行うフィルタ処理としては、N個のデー
タを揃えて、単純平均値を求めることで実現できる。こ
のようなフィルタ処理の計算式は、次式(1)で与えら
れる。
【0025】
【数1】
【0026】ここに、RAM(K)は、K番目のRAM
22の格納値である。
【0027】この(1)式をz変換すると、その伝達関
数G(z)は、次式(2)で与えられる。
【0028】
【数2】
【0029】ここに、zは複素変数である。
【0030】いま、一例として、N=2のときの(2)
式の伝達関数の利得の周波数特性を図4に示す。図4よ
り明らかなように、角周波数ω0/2とその奇数倍の周
波数において伝送零点を生じる。ここに、ω0は、標本
化角周波数であり、FG信号SFGの角周波数である。
【0031】このような伝送零点によって、この平均値
処理は、非巡回型のディジタル・フィルタ、特にノッチ
・フィルタとして機能し、伝送零点の周波数ω0/2と
上述の着磁誤差の周波数成分は一致し、着磁誤差の影響
を受けなくすることができる。なお、このフィルタ処理
に必要なデータ個数が揃わないときには、フィルタ出力
FGDを中間値処理する。
【0032】さて、このようなフィルタ処理を行った
後、ステップ112において順番値FGNを1つ増加し
た後、ステップ113において速度系処理を行う。この
速度系処理は、誤差信号FGEの絶対値が値Aよりも大
きい場合と同一である。
【0033】次にステップ114において、位相系処理
を実行する。位相誤差信号作成部7は、PG信号SPG
基準位相信号SPRとの位相比較を行い、位相誤差信号S
PEをコア部21に送っている。この位相誤差信号SPE
上述の速度系処理の結果とを所定の比で加算し、駆動回
路17に送る。これにより、モータ1の位相制御系を構
成する。この後、処理はステップ102に戻され、同様
の処理がN回繰り返される。
【0034】以上のようにしてモータ1が1回転する間
の誤差信号FGEがRAM22に格納されると、VTR
内に設けられているシステムコントローラ(図示せず)
は外部指令SLの論理値を”1”とする。このSL=1
が制御プロセッサ20に入力されると、ステップ108
において、処理はステップ111を選択し、RAM22
に格納しておいた1回転以上前の誤差信号FGEの値
(即ち学習値)と新たに検出した誤差信号FGEの値を
減算して速度駆動データFGDとする。着磁誤差による
誤差信号FGEの変動は、モータ1が何回転したかとは
無関係であるから、この処理により、誤差信号FGEに
含まれる着磁誤差の影響は除去されることとなる。
【0035】なお、本実施例では、フィルタ処理は単純
平均としたが、移動平均としても良い。また、さらに一
般にノッチ・フィルタ或いは反共振ピークを有するディ
ジタル・フィルタを構成しても良い。その他、本発明
は、種々変形実施可能である。
【0036】また、請求項1における周波数発生手段は
図1におけるFG4とコンパレータ5が対応し、周期計
測手段は図1における速度カウンタ10が対応し、格納
手段は図1におけるRAM22が対応し、フィルタ手段
は図2におけるステップ110が対応し、減算手段は図
2におけるステップ111が対応し、選択手段は図2に
おけるステップ105と108が対応し、制御手段は図
2におけるステップ113と114が対応し、駆動手段
は図1における駆動回路17が対応する。
【0037】
【発明の効果】以上のように本発明のモータの制御装置
は、学習を行う前にフィルタ処理によって着磁誤差によ
る速度誤差を除去することにより、安定した学習を行
え、かつ起動時においても、速度制御系の利得を下げる
必要がないので、より高速な起動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるモータの制御装置の
ブロック略図である。
【図2】同実施例におけるモータの制御装置の動作を示
す流れ図である。
【図3】同じく同実施例におけるモータの制御装置の動
作を示す流れ図である。
【図4】同実施例におけるフィルタ部の周波数特性図で
ある。
【図5】本発明の従来例におけるモータの制御装置のブ
ロック略図である。
【符号の説明】
1 シリンダモータ 2 PG 3、5 コンパレータ 4 FG 17 駆動回路 20 制御プロセッサ 21 RAM

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータと、 このモータの回転に応じて該モータの1回転につき所定
    個数の回転信号を出力する周波数発生手段と、 この回転信号の周期を計測して周期信号を出力する周期
    計測手段と、 この周期信号を予め定めた値と減算して誤差信号を出力
    する誤差検知手段と、 この誤差信号を所定の番地に格納する格納手段と、 この格納手段の内容を少なくとも2つ以上利用してフィ
    ルタリングするフィルタ手段と、 上記格納手段の内容と上記誤差信号とを減算する減算手
    段と、 この減算手段の出力と上記フィルタ手段の出力と上記誤
    差信号のいずれか1つを選択する選択手段と、 この選択手段の出力を演算及び加工して制御信号を作る
    制御手段と、 この制御信号に応じて上記モータの駆動トルクを変化さ
    せる駆動手段と、を備えるモータの制御装置。
  2. 【請求項2】 選択手段は、上記誤差信号が所定の範囲
    内の場合には上記誤差信号を出力し、それ以外の場合に
    は外部からの指令に応じて上記減算手段の出力と上記フ
    ィルタ手段の出力のいずれかを選択する請求項1に記載
    のモータの制御装置。
  3. 【請求項3】 フィルタ手段は、非再帰型のフィルタ構
    造を有することを特徴とする請求項1に記載のモータの
    制御装置。
  4. 【請求項4】 フィルタ手段は、平均値処理を行うこと
    を特徴とする請求項3に記載のモータの制御装置。
  5. 【請求項5】 フィルタ手段は、上記平均値処理が行え
    る個数の格納内容が揃うまでの間、予め定めた中間値を
    出力することを特徴とする請求項4に記載のモータの制
    御装置。
  6. 【請求項6】 周波数発生手段は、 上記モータの1回転を少なくとも4等分以下に分割した
    角度に応じたパルスとなる周波数信号を出力する周波数
    発電機と、 上記モータが1回転する毎に1発の位置信号を出力する
    位置検出手段と、から成り、かつ制御手段は、 所定の周波数の基準信号を出力する基準周波数源と、 上記位置信号と基準信号との位相誤差を検出する手段
    と、 この位相誤差と上記選択手段の出力とを合成する合成手
    段と、から成るモータの制御装置において、 格納手段は、上記パルスに応じた順番で上記誤差信号を
    格納し、かつ読みだしに際してはこの順番に従うことを
    特徴とする請求項1に記載のモータの制御装置。
  7. 【請求項7】 格納手段は、上記パルスを計数し、かつ
    上記位置信号に応じてリセットされる計数手段を含むこ
    とを特徴とする請求項6に記載のモータの制御装置。
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