JPH10201273A - Ｐｉｄ制御回路の定常偏差測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＤＣモータをＰＩＤ制御する制御装置におい
て生じる定常偏差を、ＰＩＤ制御回路単体で短時間に測
定できるようにする。 【解決手段】 ＰＩＤ制御回路１０がＤＣモータの回転
位置を検出するセンサからの検出信号ＶＳと外部からの
指令信号ＶＲとを受けてその偏差を比例・微分する信号
処理回路１８と比例・微分後の信号を更に比例・積分す
る積分回路１９とから構成されている場合、積分回路１
９を構成するオペアンプＯＰ３の反転入力端子と出力端
子との間に抵抗器Ｒ０を接続し、検出信号ＶＳ及び指令
信号ＶＲとして同一の信号を入力して、抵抗器Ｒ０の両
端電圧Ｖ(13)を測定する。そして、この電圧値Ｖ(13)に
抵抗器Ｒ４と抵抗器Ｒ０との抵抗比（Ｒ４／Ｒ０）を乗
じて、定常偏差を求める。この結果、ＰＩＤ制御回路１
０を用いたＤＣモータの制御装置全体で生じる定常偏差
を、ＰＩＤ制御回路１０単体で短時間に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＣモータをＰＩ
Ｄ制御する制御装置において制御系が静的状態にあると
きに生じる定常偏差を測定する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０に示すように、ＤＣモータＭを動
力源とするアクチュエータ５６を利用して制御対象を制
御する制御装置は、一般に、ＤＣモータＭの回転状態を
検出するロータリエンコーダ等のセンサ５８と、ＤＣモ
ータＭのモータ巻線両端に正・負の電源電圧を夫々印加
するための合計４個のスイッチ素子がＨブリッジ状に接
続され各スイッチ素子のオン・オフ状態を制御すること
により電流方向及び電流量を制御可能な駆動回路（所謂
Ｈブリッジ回路）５４と、上記センサ５８からの出力信
号（以下、検出信号ともいう）ＶＳと外部から入力され
る指令信号ＶＲとの偏差を比例・積分・微分処理して、
検出信号ＶＳを指令信号ＶＲに一致させるための制御信
号を発生するＰＩＤ制御回路５０と、このＰＩＤ制御回
路５０からの制御信号に応じて駆動回路５４内の各スイ
ッチ素子をＯＮ・ＯＦＦさせてＤＣモータＭの回転方向
及び回転速度等を制御するＰＷＭ回路５２とから構成さ
れている。

【０００３】また、こうした制御装置では、指令信号Ｖ
Ｒが一定となり検出信号ＶＳが安定した静的状態でも、
ＰＩＤ制御回路５０を構成する回路素子のばらつき等に
より、指令信号ＶＲと検出信号ＶＳとに偏差（定常偏
差）ＶＥが生じることがある。そして、この定常偏差Ｖ
Ｅは、静的状態での制御誤差となるため、従来では、制
御装置の定常偏差を測定し、その測定結果に従いＰＩＤ
制御回路５０を調整することで、定常偏差ＶＥをなくす
ようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、定常
偏差ＶＥを実際に測定する際には、ＰＩＤ制御回路５０
をアクチュエータ５６を含む制御系全体を構成した測定
装置内に組み込み、ＰＩＤ制御回路５０に指令信号ＶＲ
を入力してＤＣモータＭを駆動させ、そのとき得られる
検出信号ＶＳと指令信号ＶＲとの偏差ＶＥを測定するよ
うにしていた。つまり、従来では、ＰＩＤ制御回路５０
を用いた制御系全体を構築して、ＤＣモータＭを実際に
駆動することにより、定常偏差ＶＥを測定するようにし
ていた。

【０００５】しかしこのような従来の測定方法では、Ｐ
ＩＤ制御回路５０に指令信号ＶＲ（一定値）を入力して
制御を開始した後、制御系が静的状態となって、センサ
５８からの出力が安定するまで、定常偏差ＶＥを測定す
ることができなかった。そして、この待ち時間は、ＰＩ
Ｄ制御回路５０、及び該回路からの制御信号に応じてＤ
ＣモータＭを駆動する駆動系（つまりＰＷＭ回路５２及
び駆動回路５４）やアクチュエータ５６自体の時定数で
決まり、この時定数が大きい程、定常偏差の測定に時間
がかかることになる。

【０００６】このため、従来では、定常偏差ＶＥを測定
しながらＰＩＤ制御回路５０を調整する調整作業に時間
がかかるといった問題があった。また従来の測定方法で
は、ＰＩＤ制御回路５０を用いた制御系全体を構成しな
ければならないため、定常偏差測定用の装置が大きくな
るといった問題もある。

【０００７】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、ＤＣモータをＰＩＤ制御する制御装置におい
て生じる定常偏差を、ＰＩＤ制御回路単体で短時間に測
定できるようにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１に記載の定常偏差測定方法におい
ては、ＰＩＤ制御回路をその動作を表すブロック線図で
記述した際に比例・積分・微分処理を行うＰＩＤ動作部
からの出力信号のＫ倍がＰＩＤ動作部の入力へ負帰還さ
れるように、ＰＩＤ制御回路に負帰還用の回路素子を接
続するか、該回路素子と同一作用を持つ制御機能（デジ
タル制御系の場合）を追加し、且つ、検出信号及び指令
信号として同一の信号をＰＩＤ制御回路に入力する。そ
して、ブロック線図でＰＩＤ動作部から出力される出力
信号に対応したＰＩＤ制御回路内の電圧を測定し、その
測定した電圧値と負帰還の利得Ｋとの積から定常偏差を
求める。

【０００９】以下、この理由について、ＤＣモータを位
置制御する制御装置を例にとり説明する。まず、図１０
に示した一般的なＤＣモータの制御装置を位置制御系と
してブロック線図で記述すると、基本的には、図２に示
す如く表すことができる。

【００１０】即ち、図１０に示す制御系は、ＰＩＤ制御
回路５０，ＰＷＭ回路５２及び駆動回路５４の挙動を表
す制御回路部２と、アクチュエータ５６内でのＤＣモー
タＭの挙動を表す制御対象部４と、センサ５８の挙動を
表すセンサ部６とに分けられる。

【００１１】そして、制御回路部２では、まず、指令信
号ＶＲに、制御回路部２（ここではＰＩＤ制御回路５
０）を構成する回路素子のばらつき等によって生じるオ
フセットの誤差成分Ｖoffa（理想値：０）が加算される
と共に、制御回路部２（ここではＰＩＤ制御回路５０）
内での指令信号ＶＲに対する増幅利得の誤差成分Ｋ１
（理想値：１）が乗算され、センサ出力信号（検出信
号）ＶＳとの偏差が算出されることになる。そして、こ
の偏差は、制御回路部２内での比例・積分・微分動作を
表すＰＩＤ動作部｛Ｔｃ(s) ｝に入力されて、比例・積
分・微分処理（ＰＩＤ処理）される。また、ＰＩＤ処理
後の信号には、制御回路部２（ここではＰＩＤ制御回路
５０を含む駆動系全体）の回路設計上から加えられるオ
フセットＶoffbが加算され、更に、増幅利得Ａが乗算さ
れて、制御対象４に出力されることになる。

【００１２】なお、ＰＩＤ動作部｛Ｔｃ(s) ｝は、図３
（ａ）に示す如く、偏差に比例した信号成分を処理する
比例処理部｛ＫP ｝と、偏差を積分処理する積分処理部
｛１／（ｓ・ＴI ）｝と、偏差を微分処理する微分処理
部｛ｓ・ＴD ｝とからなり、これら各部による比例・積
分・微分処理後の信号を加算して出力する。

【００１３】また制御対象部４では、制御回路部２から
の出力によりＤＣモータＭが駆動されるため、ＤＣモー
タＭの挙動（回転角速度）を表すモータ部｛Ｔｍ(s) ｝
と、この出力（回転角速度）を回転位置に変換する積分
部｛１／ｓ｝とにより記述される。そして、モータ部
｛Ｔｍ(s) ｝は、図３（ｂ）に示すようになる。

【００１４】即ち、ＤＣモータＭのモータ巻線には駆動
回路５４を介して駆動電圧が印加されるため、モータ部
｛Ｔｍ(s) ｝では、まず、その駆動電圧である制御回路
部４からの信号から、ＤＣモータＭの回転角速度に誘起
電圧定数ＫE を乗じた逆起電圧分が減じられる。また、
モータ巻線には、巻線の抵抗ＲａとインダクタンスＬに
応じた電流が流れることから、上記のように逆起電圧分
が減じられた信号には、モータ巻線の特性に対応した係
数｛１／Ｒａ｝，｛１／（１＋ｓ・τｅ）｝が乗じら
れ、これがモータ電流となる。但し、τｅは抵抗Ｒａと
インダクタンスＬとにより決定されるモータ巻線の時定
数である。

【００１５】そして、モータ電流は、トルク定数ＫT を
乗じることにより、モータトルクに変換される。またＤ
ＣモータＭは、通電によりモータトルクが発生すると、
モータ軸のイナーシャＪによる遅れを伴って回転角速度
が発生するため、モータトルクは、その遅れを表す係数
｛１／（ｓ・Ｊ）｝を乗じることにより回転角速度に変
換される。そして、この回転角速度は、上記のように誘
起電圧定数ＫE を乗じることにより逆起電圧に変換され
ると共に、上記積分部｛１／ｓ｝に出力されて、回転位
置に変換される。

【００１６】次に、センサ部６は、制御対象部４からの
出力（つまりＤＣモータＭの回転位置）を検出するもの
であるため、図３（ｃ）に示すように所定の比例定数Ｋ
S を乗じるセンサ素子部Ｔｓ(s)により表される。そし
て、このセンサ部６からの出力は、検出信号ＶＳとして
制御回路部２にフィードバックされる。

【００１７】このようにＤＣモータをＰＩＤ制御する制
御系をその動作を表すブロック線図で記述した場合、制
御回路部２に指令信号ＶＲを入力したときの検出信号Ｖ
Ｓは、次式(1) の如く表すことができる。

【００１８】

【数１】

【００１９】そして、従来は、このように制御対象を取
り付けた状態で、指令信号ＶＲを一定にしてＤＣモータ
Ｍを駆動し、ＤＣモータＭが静的状態となったときの検
出信号ＶＳを測定することにより、定常偏差を求めてい
た。この従来の測定方法において、指令信号ＶＲをｖｒ
０、検出信号ＶＳをｖｓ０、上記各オフセットの誤差成
分Ｖoffa，Ｖoffbをｖoffa０，ｖoffb０とすると、検出
信号ｖｓ０は、最終値の定理を用いて、次式(2) の如く
記述できる。

【００２０】

【数２】

【００２１】そして、(2) 式において、

【００２２】

【数３】

【００２３】となるから、センサ信号ｖｓ０は、次式
(5) のように表される。 ｖｓ０＝Ｋ１・ｖｒ０＋Ｋ１・Ｖoffa０ …(5) 従って、従来の測定方法において求められる定常偏差
（ｖｓ０−ｖｒ０）は、次式(6) のように表される。

【００２４】 （ｖｓ０−ｖｒ０）＝（Ｋ１−１）・ｖｒ０＋Ｋ１・voffa０ …(6) この結果、静的状態でのＤＣモータによる制御系の定常
偏差は、制御系を構成するＰＩＤ制御回路内の回路素子
によって生じるオフセットの誤差成分Ｖoffaと、ＰＩＤ
制御回路内の回路素子によって生じる指令値に対する増
幅利得の誤差成分Ｋ１とで決まり、ＤＣモータを含むア
クチュエータや制御系の他のパラメータは関与しないこ
とが判る。従って、ＤＣモータをＰＩＤ制御する制御装
置では、ＰＩＤ制御回路単体で定常偏差を測定できるこ
とになる。

【００２５】次に、本発明では、このようにＰＩＤ制御
回路単体で定常偏差を測定するために、図１に示す如
く、ＰＩＤ制御回路をブロック線図で記述したときの制
御回路部２において、ＰＩＤ動作部｛Ｔｃ(s) ｝からの
出力信号ＶｅのＫ倍をＰＩＤ動作部｛Ｔｃ(s) ｝の入力
へ負帰還させ、検出信号ＶＳとして指令信号ＶＲと同一
の信号を入力して、そのときＰＩＤ動作部｛Ｔｃ(s) ｝
から出力される出力信号Ｖｅを測定する。

【００２６】この測定時の出力電圧Ｖｅは、次式(7) の
如く表される。

【００２７】

【数４】

【００２８】そして、前述と同様に、指令信号ｖｒ０，
オフセットｖoffa０に対して、定常状態での出力電圧ｖ
ｅ０を、最終値の定理を用いて表すと、次式(8) とな
る。

【００２９】

【数５】

【００３０】そして、この(8) 式と、制御回路部２に制
御対象部４及びセンサ部６を接続したときに得られる定
常偏差の測定結果を表す前述の(6) 式とを比較すれば、
定常偏差は、次式(9) のように求めることができる。 定常偏差＝Ｋ・ｖｅ０ …(9) そこで本発明では、上記(9) 式に従い、ＰＩＤ制御回路
に負帰還用の回路素子を実際に取り付けて測定したＰＩ
Ｄ動作部｛Ｔｃ(s) ｝からの出力信号Ｖｅに対応する電
圧値と負帰還の利得Ｋとの積から定常偏差を得るように
しているのである。

【００３１】従って、本発明によれば、従来のようにＰ
ＩＤ制御回路にセンサやアクチュエータを実際に取り付
けて制御系を構成することなく、ＰＩＤ制御回路単体で
定常偏差を測定することができ、しかも、この測定のた
めには、ＰＩＤ制御回路に負帰還用の回路素子を接続
（デジタル制御系の場合には負帰還用の機能を追加）し
て、ＰＩＤ制御回路内の電圧を測定するだけでよいた
め、定常偏差測定用の装置構成を極めて簡単にすること
ができる。

【００３２】また、ＤＣモータを含むアクチュエータの
時定数やＰＩＤ制御回路からＤＣモータに至る駆動系の
時定数に影響されることなく定常偏差を測定することが
できるので、定常偏差を短時間で測定できる。そして、
このように定常偏差を短時間で測定できるので、定常偏
差をなくすために定常偏差を測定しながらＰＩＤ制御回
路の回路定数を調整する際の調整作業も効率よく行うこ
とができるようになる。

【００３３】ここで、ＤＣモータをＰＩＤ制御する制御
装置において使用されるＰＩＤ制御回路としては、指令
信号と検出信号とを受ける入力側に、これら各信号の偏
差を比例・微分する信号処理回路を備え、制御信号を出
力する出力側に、信号処理回路からの出力信号を反転入
力端子に受けてこの信号を比例・積分するオペアンプか
らなる積分回路を備えたものが知られているが、このよ
うなＰＩＤ制御回路において、定常偏差を測定する際に
は、請求項２に記載のように、負帰還用の回路素子とし
て、積分回路を構成するオペアンプの出力端子と反転入
力端子との間に抵抗器Ｒ０を接続し、ＰＩＤ動作部から
の出力信号に対応した電圧として、その抵抗器Ｒ０の両
端電圧ＶＸを測定し、負帰還の利得Ｋとして、信号処理
回路の直流利得を決定する抵抗値ＲＸと抵抗器Ｒ０の抵
抗値との比ＲＸ／Ｒ０を用いて、この比ＲＸ／Ｒ０と測
定した電圧値ＶＸとの積ＶＸ・ＲＸ／Ｒ０から、定常偏
差を求めるようにすればよい。

【００３４】つまり、後述する実施例において明らかに
するが、上記のような信号処理回路と積分回路とから構
成されたＰＩＤ制御回路をブロック線図で記述すると、
その基本構成は、図２に示した制御回路部２と同様にな
る。そして、積分回路の反転入力端子と出力端子との間
に抵抗器Ｒ０を接続すれば、ブロック線図におけるＰＩ
Ｄ動作部の出力を入力側に負帰還する回路が形成され、
静的状態での負帰還の利得Ｋは、信号処理回路側で直流
成分（換言すれば偏差の比例成分）を通過させる直流利
得を決定する抵抗値ＲＸと抵抗器Ｒ０の抵抗値との比Ｒ
Ｘ／Ｒ０に対応し、しかも、ＰＩＤ動作部の出力は抵抗
器Ｒ０の両端電圧に対応することになる。

【００３５】従って、信号処理回路と積分回路とから構
成されたＰＩＤ制御回路の定常偏差を測定する際には、
請求項２に記載の方法を利用することにより、定常偏差
を極めて簡単に、しかも短時間で測定することが可能に
なる。次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項１に
記載の定常偏差測定方法を実現する装置であって、ＰＩ
Ｄ制御回路をその動作を表すブロック線図で記述した際
に前記比例・積分・微分処理を行うＰＩＤ動作部からの
出力信号のＫ倍が該ＰＩＤ動作部の入力へ負帰還される
ように、ＰＩＤ制御回路に追加される負帰還用の機能又
は回路素子と、検出信号及び指令信号として同一の信号
をＰＩＤ制御回路に入力する信号入力手段と、ＰＩＤ制
御回路をブロック線図で記述したときにＰＩＤ動作部か
ら出力される出力信号に対応したＰＩＤ制御回路内の電
圧を測定する電圧測定手段と、その電圧測定手段にて測
定された電圧値と前記負帰還の利得Ｋとの積を演算し
て、その演算結果を定常偏差として出力する定常偏差演
算手段とから構成される。

【００３６】従って、請求項３に記載の定常偏差測定装
置によれば、請求項１に記載の測定方法を利用してＰＩ
Ｄ制御回路単体で定常偏差を測定することができ、例え
ば、定常偏差演算手段からの出力信号を所定の表示装置
に入力して定常偏差を表示するようにすれば、定常偏差
が零になるようにＰＩＤ制御回路を調整する作業を、そ
の表示内容を確認しながら行うことが可能になる。ま
た、本発明の定常偏差測定装置によれば、ＰＩＤ制御回
路に負帰還用の回路素子を接続（デジタル制御系の場合
には負帰還用の機能を追加）するだけで定常偏差を測定
でき、従来のようにＰＩＤ制御回路をＤＣモータを実際
に制御する装置内に組み込む必要がないので、定常偏差
測定装置の構成を簡単にし、且つ小型化することができ
る。

【００３７】また次に、請求項４に記載の発明は、検出
信号と指令信号との偏差を比例・微分する信号処理回路
と、信号処理回路からの出力信号を反転入力端子に受け
てこの信号を比例・積分するオペアンプからなる積分回
路と、を備えたＰＩＤ制御回路の定常偏差を測定するた
めの装置であり、請求項３に記載の装置において、負帰
還用の回路素子を、ＰＩＤ制御回路内の積分回路を構成
するオペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続
される抵抗器Ｒ０により構成し、電圧測定手段によりそ
の抵抗器Ｒ０の両端電圧ＶＸを測定し、定常偏差演算手
段により、信号処理回路の直流利得を決定する抵抗値Ｒ
Ｘと抵抗器Ｒ０の抵抗値との比ＲＸ／Ｒ０と、測定した
電圧値ＶＸとの積ＶＸ・ＲＸ／Ｒ０を、定常偏差として
演算することを特徴とする。

【００３８】この結果、請求項４に記載の定常偏差測定
装置によれば、請求項２に記載の測定方法を実現して、
信号処理回路と積分回路とからなるＰＩＤ制御回路の定
常偏差を測定することができるようになり、請求項３に
記載の装置と同様の効果を得ることができる。

【００３９】なお、定常偏差を測定するに当たって、Ｐ
ＩＤ制御回路に同一の検出信号ＶＳ及び指令信号ＶＲを
入力する際には、これら各信号を個々に入力するように
してもよいが、ＰＩＤ制御回路におけるこれら各検出信
号の入力端子を短絡し、その短絡部分に定常偏差測定用
の信号を入力するようにしてもよい。そして、このよう
にすれば、各入力端子に対して同一の信号を簡単且つ確
実に入力することが可能になる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図面と
共に説明する。図４は、図１０に示したＤＣモータの制
御装置においてＤＣモータを位置制御するために使用さ
れるＰＩＤ制御回路１０の一例を表す電気回路図であ
る。

【００４１】図４に示す如く、本実施例のＰＩＤ制御回
路１０は、大きく分けて、センサからの検出信号ＶＳ及
び指令信号ＶＲを受けてこれら各信号の偏差を比例・微
分するための信号処理回路１８と、この信号処理回路１
８からの出力を比例・積分するための積分回路１９とか
ら構成されている。

【００４２】そして、積分回路１９は、信号処理回路１
８からの出力が反転入力端子に入力されると共に、この
反転入力端子と出力端子とが比例・積分用のコンデンサ
Ｃ13及びコンデンサＣ12と抵抗器Ｒ12との直列回路によ
り夫々接続され、更に、非反転入力端子に基準電圧Ｖre
f2が印加されたオペアンプＯＰ３により構成されてい
る。

【００４３】また信号処理回路１８は、検出信号ＶＳを
入力するためのバッファを構成するオペアンプＯＰ２
と、このオペアンプＯＰ２を介して入力された検出信号
ＶＳを比例・微分するためにオペアンプＯＰ２の出力端
子に夫々一端が接続された抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣ
11と抵抗器Ｒ11との直列回路からなる比例・微分回路１
８ａと、抵抗器Ｒ１を介して反転入力端子に指令信号Ｖ
Ｒを受けると共に、反転入力端子と出力端子とが抵抗器
Ｒ２を介して接続され、更に非反転入力端子に基準電圧
Ｖref1が印加されたオペアンプＯＰ１からなる反転増幅
回路１８ｂと、この反転増幅回路１８ｂによる反転増幅
後の指令信号と比例・微分回路１８ａによる比例・微分
後の検出信号とがオペアンプＯＰ３に加算して入力され
るように、一端がオペアンプＯＰ１の出力に接続され、
他端が比例・微分回路１８ａを構成する抵抗器Ｒ４及び
コンデンサＣ１１と抵抗器Ｒ１１との直列回路の他端と
共にオペアンプＯＰ３の反転入力端子に接続された抵抗
器Ｒ３とから構成されている。

【００４４】なお、このように構成されたＰＩＤ制御回
路１０は、指令信号ＶＲが一定で、ＶＲ＝ＶＳのとき
に、積分回路１９を構成するオペアンプＯＰ３の反転入
力端子に入力される加算信号が零となるように、通常
は、反転増幅回路１８ｂ及び積分回路１９を構成する各
オペアンプＯＰ１，ＯＰ３の非反転入力端子に印加され
る基準電圧Ｖref1，Ｖref2には、同一電圧（Ｖref1＝Ｖ
ref2）が設定され、しかも、上記各抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の
抵抗値には、次式(10)を満足する抵抗値が設定される。

【００４５】 （Ｒ２／Ｒ１）・（Ｒ４／Ｒ３）＝１ …(10) そして、ＰＩＤ制御回路１０は、検出信号ＶＳと指令信
号ＶＲとを一致させるために、その偏差を比例・微分・
積分処理した信号を生成し、これをＤＣモータのＰＩＤ
制御用の制御信号として出力するが、その動作特性は、
ＰＩＤ制御回路１０を構成する上記各回路素子により決
定され、各回路素子の特性にばらつきがあると、ＰＩＤ
制御回路１０を図１０に示した制御装置に組み込んでＤ
Ｃモータを実際に制御した際に定常偏差が生じてしまう
ことになる。このため、こうしたＰＩＤ制御回路１０で
は、定常偏差を発生させることのないように、例えば回
路素子のトリミング等によって、その動作特性を微調整
する必要があり、この調整作業の際には、定常偏差を測
定する必要がある。

【００４６】そして、本実施例では、こうした調整作業
等に必要な定常偏差の測定をＰＩＤ制御回路１０単体で
行うために、積分回路１９を構成するオペアンプＯＰ３
の反転入力端子と出力端子との間に接続される偏差測定
用の抵抗器Ｒ０と、この抵抗器Ｒ０の両端電圧を測定す
る電圧計１３と、ＰＩＤ制御回路１０における検出信号
ＶＳの入力端子と指令信号ＶＲの入力端子とを短絡させ
て、各端子に同一の指令信号ＶＲ（一定値）を入力する
指令信号発生回路１５と、電圧計１３にて測定された抵
抗器Ｒ０の両端電圧Ｖ(13)及び抵抗器Ｒ４と抵抗器Ｒ０
との比Ｒ４／Ｒ０を用いて、次式(11)に従い定常偏差を
求める演算回路１７とからなる測定装置が使用される。

【００４７】 定常偏差＝（Ｒ４／Ｒ０）・Ｖ(13) …(11) 以下、このような測定装置を用いて定常偏差を測定でき
る理由について説明する。まず、図４に示すＰＩＤ制御
回路１０の挙動をブロック線図で記述するために、ＰＩ
Ｄ制御回路１０の動作に影響を与えるパラメータを、τ
１，τ２，Ｔｉ，Ｔｄ，Ｋ１，Ｋとして、下記のように
定義する。

【００４８】

【数６】

【００４９】そして、制御対象となるアクチュエータ側
での時定数により決定される制御系全体の動作周波数帯
ｆに対し、信号処理回路１８側での微分特性及び時定数
を表すＴｄ，τ１、及び、積分回路１９側での積分特性
及び時定数を表すＴｉ，τ２、を夫々決定する回路素子
が、

【００５０】

【数７】

【００５１】の条件を満足することを前提として、ＰＩ
Ｄ制御回路１０の挙動を近似すると、ＰＩＤ制御回路１
０は、図５に示すブロック線図で記述できる。なお、図
５において、Ｖoff1，Ｖoff2，Ｖoff3は、夫々、ＰＩＤ
制御回路１０を構成する各オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，
ＯＰ３の入力オフセット電圧を表し、ｉＢＭ1 ，ｉＢＭ
2 は、夫々、オペアンプＯＰ１，ＯＰ３の反転入力端子
における入力バイアス電流を表す（図４参照）。

【００５２】このように図５に示したＰＩＤ制御回路１
０のブロック線図の基本構成は、図２に示したＤＣモー
タの位置制御系のブロック線図と同じであり、異なる点
は、検出信号ＶＳと指令信号ＶＲとの偏差をとる減算部
の前に低域通過フィルタ「１／｛ｓ・（Ｔｄ−τ１）＋
１｝」のブロックが入るだけである。そして、この低域
通過フィルタのブロックは、静的状態での定常偏差には
影響しないので、図２に示したブロック線図で記述され
る基本的なＰＩＤ制御回路と同様に、ＰＩＤ動作部｛Ｔ
ｃ(s) ｝の出力を入力側に負帰還させて、ＰＩＤ動作部
｛Ｔｃ(s) ｝からの出力Ｖｅを測定するようにすれば、
定常偏差を求めることができる。

【００５３】一方、オペアンプＯＰ３の反転入力端子と
出力端子との間に定常偏差測定用の抵抗器Ｒ０を接続
し、検出信号ＶＳと指令信号ＶＲとに同一の信号を入力
するようにした場合のブロック線図は、図６に示す如く
なり、定常時には、ＰＩＤ動作部｛Ｔｃ(s) ｝の出力が
Ｋ倍されてその入力側に負帰還されることになる。な
お、このときの負帰還の利得Ｋは、信号処理回路１８で
の比例利得を決定する抵抗器Ｒ４と抵抗器Ｒ０との抵抗
比Ｒ４／Ｒ０である。また、図６に示すブロック線図に
おけるＰＩＤ動作部｛Ｔｃ(s) ｝からの出力Ｖｅは、電
圧計１３にて測定される抵抗器Ｒ０の両端電圧Ｖ(13)に
等しい。つまり、図６のブロック図において、「ＰＩＤ
出力（制御信号）」が図４の「ＯＰ３出力電圧」なの
で、図６より、 Ｖｅ＝Ｖ（ＰＩＤ出力）−（Ｖref2＋Ｖoff3） ＝Ｖ（ＯＰ３出力）−（ＶＯＰ３反転入力） ＝Ｖ(13) となる。

【００５４】従って、本実施例のように、ＰＩＤ制御回
路１０の積分回路１９を構成するオペアンプＯＰ３の反
転入力端子と出力端子との間に抵抗器Ｒ０を接続して、
ＰＩＤ制御回路１０に検出信号ＶＳ及び指令信号ＶＲと
して同一の信号を入力し、抵抗器Ｒ０の両端電圧Ｖ(13)
を測定するようにすれば、前述の(11)式を用いて、ＰＩ
Ｄ制御回路１０を含むＤＣモータ制御装置全体で生じる
定常偏差を求めることができるようになる。

【００５５】そして、このように定常偏差を測定する本
実施例の測定装置によれば、ＰＩＤ制御回路１０の積分
回路１９に抵抗器Ｒ０を接続して、検出信号ＶＳ及び指
令信号ＶＲとして同一の信号を入力するだけでよく、従
来のようにＰＩＤ制御回路１０を含む制御系全体を構成
する必要がないため、その構成を極めて簡単にすること
ができる。また、ＰＩＤ制御回路１０からＤＣモータに
至る駆動系やＤＣモータを含むアクチュエータの時定数
に影響されることなく定常偏差を測定できるので、定常
偏差の測定時間を短くできる。

【００５６】なお、本実施例では、定常偏差の測定時に
は、積分回路１９に接続した定常偏差測定用の抵抗器Ｒ
０の両端電圧を、電圧計１３を用いて直接測定するもの
として説明したが、例えば、指令信号ＶＲ０（一定）を
入力して、ＰＩＤ制御回路１０からの出力信号（電圧）
を、抵抗器Ｒ０の抵抗値をＲ０（Ａ），Ｒ０（Ｂ）とい
うように変えて２回測定し、その測定した電圧値Ｖ
（Ａ），Ｖ（Ｂ）と各抵抗値とを用いて次式(12) Ｖref2＋Ｖoff3 ＝{Ｖ(Ａ)・Ｒ０(Ｂ)−Ｖ(Ｂ)・Ｒ０(Ａ)}／{Ｒ０(Ｂ）−Ｒ０(Ａ)} …(12) によりＶref2＋Ｖoff3を求めた後、ＰＩＤ制御回路１０
からの出力信号から、所定の抵抗器Ｒ０を接続したとき
の抵抗器Ｒ０の両端電圧Ｖ(13)を間接的に求めるように
してもよい。なお、(12)式は、下記の関係式から設定し
たものである。

【００５７】 （指令信号ＶＲ０での定常偏差） ＝{Ｒ４／Ｒ０(Ａ)}・{Ｖ(Ａ)−(Ｖref2＋Ｖoff3)} ＝{Ｒ４／Ｒ０(Ｂ)}・{Ｖ(Ｂ)−(Ｖref2＋Ｖoff3)} 以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は、
上記実施例のＰＩＤ制御回路１０のみに適用可能なもの
ではなく、ＤＣモータ制御のためのＰＩＤ制御回路であ
れば、図１〜図３を用いて説明した理由により、定常偏
差を測定することができる。

【００５８】例えば、図７は、制御信号の出力側には前
記実施例と全く同様に構成された積分回路１９を備え、
検出信号ＶＳと指令信号ＶＲとの入力側には、前記信号
処理回路１８とは異なる信号処理回路２８を備えたＰＩ
Ｄ制御回路２０を表す。そして、このＰＩＤ制御回路２
０において、信号処理回路２８は、検出信号ＶＳと指令
信号ＶＲとの偏差（ＶＳ−ＶＲ）を増幅するオペアンプ
ＯＰ11からなる差動増幅回路２８ａと、この差動増幅回
路２８ａからの出力を比例・微分する比例・微分回路２
８ｂとから構成されている。

【００５９】また、差動増幅回路２８ａは、オペアンプ
ＯＰ11と、オペアンプＯＰ11の反転入力端子に指令信号
ＶＲを入力する抵抗器Ｒ33と、オペアンプＯＰ11の反転
入力端子と出力端子とを接続する抵抗器Ｒ34と、オペア
ンプＯＰ11の非反転入力端子にセンサからの検出信号Ｖ
Ｓを入力する抵抗器Ｒ31と、オペアンプＯＰ11の非反転
入力端子に基準電圧Ｖref11 を印加する抵抗器Ｒ32とか
ら構成され、比例・微分回路２８ｂは、オペアンプＯＰ
11の出力端子と積分回路１９を構成するオペアンプＯＰ
３の反転入力端子との間に接続された抵抗器Ｒ15，及び
コンデンサＣ21と抵抗器Ｒ21との直列回路からなる。

【００６０】そして、このように構成されたＰＩＤ制御
回路２０においても、ＰＩＤ制御回路１０の動作に影響
を与えるパラメータを、τ１，τ２，Ｔｉ，Ｔｄ，Ｋ
１，Ｋとして、下記のように定義し、

【００６１】

【数８】

【００６２】制御対象となるアクチュエータ側での時定
数により決定される制御系全体の動作周波数帯ｆに対
し、Ｔｄ，τ１、及び、Ｔｉ，τ２が、夫々、前記実施
例と同様の条件を満足することを前提として、ＰＩＤ制
御回路２０の挙動を近似すれば、その動作を表すブロッ
ク線図は、図８に示すように、図２に示した基本的なＰ
ＩＤ制御回路のブロック線図と同様の構成となる。

【００６３】従って、このＰＩＤ制御回路２０において
も、図７に示すように、積分回路１９を構成するオペア
ンプＯＰ３の反転入力端子と出力端子との間に定常偏差
測定用の抵抗器Ｒ０を接続し、検出信号ＶＳと指令信号
ＶＲとの入力端子を短絡して、これら各入力端子に同一
の信号を入力し、抵抗器Ｒ０の両端電圧を電圧計１３等
にて測定するようにすれば、上記実施例と同様、その測
定した電圧値Ｖ(13)から定常偏差を求めることができる
ようになる。

【００６４】つまり、オペアンプＯＰ３の反転入力端子
と出力端子との間に定常偏差測定用の抵抗器Ｒ０を接続
し、検出信号ＶＳと指令信号ＶＲとに同一の信号を入力
するようにした場合のブロック線図は、図９に示す如く
なり、定常時には、ＰＩＤ動作部｛Ｔｃ(s) ｝の出力が
Ｋ倍されてその入力側に負帰還されることになるため、
前記実施例と同様、抵抗器Ｒ０の両端電圧Ｖ(13)と負帰
還の利得Ｋとの積Ｖ(13)・Ｋを求めることにより、定常
偏差を得ることができる。

【００６５】なお、このときの負帰還の利得Ｋは、信号
処理回路２８にて直流利得を決定する抵抗値と、抵抗器
Ｒ０の抵抗値との比であり、前述のように「（Ｒ15／Ｒ
０）・（Ｒ33／Ｒ34）・Ｋ１」となるが、ＰＩＤ制御回
路２０が、差動増幅回路２８ａを構成する各抵抗器Ｒ31
〜Ｒ34の抵抗値が全て同じ（Ｒ31＝Ｒ32＝Ｒ33＝Ｒ34）
になるように設計されていれば、負帰還の利得Ｋは、抵
抗器Ｒ15と抵抗器Ｒ０との抵抗比（Ｒ15／Ｒ０）とな
る。また、図８，図９において、Ｖoff11は、夫々、オ
ペアンプＯＰ11の入力オフセット電圧を表し、ｉＢＭ
ｍ，ｉＢＭｐは、夫々、オペアンプＯＰ１の反転入力端
子及び非反転入力端子の入力バイアス電流を表す（図７
参照）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による定常偏差測定時のＰＩＤ制御回
路の動作を表すブロック線図である。

【図２】 一般的なＤＣモータの位置制御系の動作を表
すブロック線図である。

【図３】 図２におけるＰＩＤ動作部｛Ｔｃ(s) ｝，モ
ータ部｛Ｔｍ(s) ｝及びセンサ素子部｛Ｔｓ(s) ｝の詳
細を表す説明図である。

【図４】 実施例のＰＩＤ制御回路１０の構成を表す電
気回路図である。

【図５】 図４に示したＰＩＤ制御回路１０の動作を表
すブロック線図である。

【図６】 図４に示したＰＩＤ制御回路１０の定常偏差
測定時の動作を表すブロック線図である。

【図７】 実施例のＰＩＤ制御回路２０の構成を表す電
気回路図である。

【図８】 図７に示したＰＩＤ制御回路２０の動作を表
すブロック線図である。

【図９】 図７に示したＰＩＤ制御回路２０の定常偏差
測定時の動作を表すブロック線図である。

【図１０】 ＤＣモータをＰＩＤ制御する制御装置全体
の構成を表すブロック図である。

【符号の説明】

２…制御回路部 ４…制御対象部 ６…センサ部 １０，２０…ＰＩＤ制御回路 １８，２８…信号処理
回路 １９…積分回路 Ｒ０…抵抗器（定常偏差測定用）
１３…電圧計 １５…指令信号発生回路 １７…演算回路 ＶＳ…
検出信号 ＶＲ…指令信号

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＤＣモータの回転状態を検出するセンサ
   からの検出信号と外部から入力される指令信号との偏差
   を比例・積分・微分処理して各信号を一致させるための
   制御信号を発生するＰＩＤ制御回路を備えたＤＣモータ
   用制御装置において、前記指令信号が一定で制御系が静
   的状態にあるときに生じる前記検出信号と前記指令信号
   との定常偏差を、前記ＰＩＤ制御回路単体で測定する定
   常偏差測定方法であって、 前記ＰＩＤ制御回路をその動作を表すブロック線図で記
   述した際に前記比例・積分・微分処理を行うＰＩＤ動作
   部からの出力信号のＫ倍が該ＰＩＤ動作部の入力へ負帰
   還されるように、前記ＰＩＤ制御回路に負帰還用の回路
   素子を接続するか又は該回路素子と同一作用を持つ制御
   機能を追加すると共に、 前記検出信号及び指令信号として同一の信号を前記ＰＩ
   Ｄ制御回路に入力して、 前記ブロック線図で前記ＰＩＤ動作部から出力される出
   力信号に対応した前記ＰＩＤ制御回路内の電圧を測定
   し、 該測定した電圧値と前記負帰還の利得Ｋとの積から前記
   定常偏差を得るようにしたことを特徴とするＰＩＤ制御
   回路の定常偏差測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のＰＩＤ制御回路の定常
   偏差測定方法において、 前記ＰＩＤ制御回路が、前記検出信号と前記指令信号と
   の偏差を比例・微分する信号処理回路と、該信号処理回
   路からの出力信号を反転入力端子に受けて該信号を比例
   ・積分するオペアンプからなる積分回路と、を備える場
   合に、 前記負帰還用の回路素子として、前記積分回路を構成す
   るオペアンプの出力端子と反転入力端子との間に抵抗器
   Ｒ０を接続し、 前記ＰＩＤ動作部からの出力信号に対応した電圧とし
   て、前記抵抗器Ｒ０の両端電圧ＶＸを測定し、 前記負帰還の利得Ｋとして、前記信号処理回路の直流利
   得を決定する抵抗値ＲＸと前記抵抗器Ｒ０の抵抗値との
   比ＲＸ／Ｒ０を用い、 該比ＲＸ／Ｒ０と前記測定した電圧値ＶＸとの積ＶＸ・
   ＲＸ／Ｒ０から、前記定常偏差を得ることを特徴とする
   ＰＩＤ制御回路の定常偏差測定方法。
3. 【請求項３】 ＤＣモータの回転状態を検出するセンサ
   からの検出信号と外部から入力される指令信号との偏差
   を比例・積分・微分処理して各信号を一致させるための
   制御信号を発生するＰＩＤ制御回路を備えたＤＣモータ
   用制御装置において、前記指令信号が一定で制御系が静
   的状態にあるときに生じる前記検出信号と前記指令信号
   との定常偏差を、前記ＰＩＤ制御回路単体で測定する定
   常偏差測定装置であって、 前記ＰＩＤ制御回路をその動作を表すブロック線図で記
   述した際に前記比例・積分・微分処理を行うＰＩＤ動作
   部からの出力信号のＫ倍が該ＰＩＤ動作部の入力へ負帰
   還されるように、前記ＰＩＤ制御回路に追加される負帰
   還用の機能又は回路素子と、 前記検出信号及び指令信号として同一の信号を前記ＰＩ
   Ｄ制御回路に入力する信号入力手段と、 前記ブロック線図で前記ＰＩＤ動作部から出力される出
   力信号に対応した前記ＰＩＤ制御回路内の電圧を測定す
   る電圧測定手段と、 該電圧測定手段にて測定された電圧値と前記負帰還の利
   得Ｋとの積を演算し、該演算結果を定常偏差として出力
   する定常偏差演算手段と、 を備えたことを特徴とするＰＩＤ制御回路の定常偏差測
   定装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のＰＩＤ制御回路の定常
   偏差測定装置において、 前記ＰＩＤ制御回路は、前記検出信号と前記指令信号と
   の偏差を比例・微分する信号処理回路と、該信号処理回
   路からの出力信号を反転入力端子に受けて該信号を比例
   ・積分するオペアンプからなる積分回路と、を備え、 前記負帰還用の回路素子は、前記積分回路を構成するオ
   ペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続される
   抵抗器Ｒ０からなり、 前記電圧測定手段は、該抵抗器Ｒ０の両端電圧ＶＸを測
   定し、 前記定常偏差演算手段は、前記信号処理回路の直流利得
   を決定する抵抗値ＲＸと前記抵抗器Ｒ０の抵抗値との比
   ＲＸ／Ｒ０と、前記測定した電圧値ＶＸとの積ＶＸ・Ｒ
   Ｘ／Ｒ０を、前記定常偏差として演算することを特徴と
   するＰＩＤ制御回路の定常偏差測定装置。