JPS58130784A - モ−タの制御装置 - Google Patents

モ−タの制御装置

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JPS58130784A
JPS58130784A JP57010692A JP1069282A JPS58130784A JP S58130784 A JPS58130784 A JP S58130784A JP 57010692 A JP57010692 A JP 57010692A JP 1069282 A JP1069282 A JP 1069282A JP S58130784 A JPS58130784 A JP S58130784A
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motor
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speed
proportion
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Makoto Akiyama
良 秋山
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H02P23/22Controlling the speed digitally using a reference oscillator, a speed proportional pulse rate feedback and a digital comparator

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、いくつかの設定回転速度をもつ、または連続
的に回転速度を変えて使用するモータの制御装置に関す
るもので、それぞれの設定回転数6 ・\− と対応させて、制御ループ利得を自動的に可変し常にそ
の設定回転数において可能な最大ループ利得を得て、モ
ータの制御性能を最大限にひき出そうとするものである
一般にモータ制御系を設計する際、モータの外乱に対す
る回転数変動率を小さくしたり、応答時間をはやくした
りするために、できるだけ制御ループの利得を大きく設
計するのが普通であるが。
通常は、制御ループの利得の最大値、いいかえると、制
御系の可能なカット・オフ周波数の最大値は、モータの
回転数に比例した周波数を出力する周波徴発1に機の出
力周波数の値によって、限定される。例えば、一般的に
サンプル・アンド・ホールド式の速度ディスクリミネー
タを用いたモータ制御系では9周波数発電機の出力周波
数の約1/12から1/20程度が制御系の応答周波数
の最大の限界値であると考えられる。
以上の理由から、常に最高の制御特性を得るためには、
基準周波数を可変して、モータの回転数設定を変えるた
びに、それぞれの回転数に対応する制御ループ利1(I
、すなわち、低速回It、時には低い制御ループ利得を
、高速回転時には高い制御ループ利得を設定する必要が
牛じl −)’、 RLi基準周波数を切換えると同時
に制御ループ利得も切換える必要があった。
本発明は以上の欠点をなくしたモータの制御装置を提供
するもので、ノ、(準用波数を1″T変してモータの回
転数を変える時、その回転数に応じて自動的に制御系の
ループ利得を割付11シて、常に最高の制御性能を得よ
うとするものである。
第1図は本発明の実施例を示すブロック図である。同図
において、1はディスク2を回転させ。
かつその回転数に比例した周波教化”1fFGを発生す
る周波数発電機3をイボjえだモータ、4は発振回路5
の出力周波数を分周する分周回路であり。
その出力周波数fRはモータ1の回転の基糸周波数とな
る。6は基準周波数fRと周波数発電機3の出力周波数
fFGとの位相を比較して位相誤差信号をつくる位相比
較回路、7はモータ1の基準回転数に対する速度誤差信
号を検出する速度誤差検出回路である。 8は発振回路
6の出力周波数fcに比例して、すなわち基準周波数f
Rに比例して。
増幅度が制御される増幅器、9は周波数fCの2乗の値
に比例して増幅度が制御される増幅器、1゜は増幅器8
と9の出力を加算するための加算回路である。  11
は加算回路10の出力に含まれる雑音やリップル成分を
除去するだめのローノくス・フィルタで、そのカット・
オフ周波数f、も発振回路5の出力周波数fcに比例し
て可変される。
12はローパス・フィルタ11の出力電圧を増幅してモ
ータ1に電流を供給するだめの駆動回路である。
以上述べだモータ19周波数発電機3.速度誤差検出回
路7.増幅器8.加算回路10.ローノ(ス・フィルタ
11 、 $?よび駆動回路12で速度制御ループが構
成されている。一方、モータ12周波数発電機39位相
比較回路6.増幅器9.加算回路101ローパス・フィ
ルタ11.および駆動回路12で位相制御ループが構成
され、モータ1は基準周波数fHに比例して回転制御さ
れる。
第2図は、最高(限界)の制御′1、冒′1゛を紺持し
だま壕、モータ1の回転数を16に町弯し、た時のモー
タの制御特性(回転数変動率)の悴・化を示すI・Xl
で、Aは可変前、Bは可変後の状態に対応する。
第2図において、al  はディスク2を含むモータ1
の慣性モーメントに、a2.b2は速度制御ループの速
度帰還利得に、捷たa3. b3は位相制御ループの位
相帰還利得にそれぞれ対応する。
fl、f2.f′l およびf二 は、そtlそれ順に
a2とa3. alと&2. b2とb3.およびal
とb2の交点として求められ、flとf2.またはf;
とf二の相乗平均は系の応答周波数(自然周波数)を示
す、。
aの文字のついた項iL速度可変前に、bの文字のつい
た項は速度可変後に対応し、利金的なモータの制御特性
は実線で描いたグラフAとBに対応する。
第2図のAの状態において、モータの制御特性ぼその上
限に近い値1での応答周波数、すなわち9ベー二′ ループ利得を」二げであると仮定すると、基準周波数f
Rをhにしてモーターの回転速度を%にしようとする場
合、もし両ループ利得が一定で変化しない時は7周波数
発電機3の出力周波数と制御系のカット・オフ周波数の
比が限界値の半分の6倍となって、制御系の動作は不安
定となる。
このため、第2図に示すように9位相系のループ利得を
12dB下げ、同時に速度系のループ利得をedB下げ
ることにより(第2図の制御特性図上では2回転数変動
率がそれぞれ12dB、esdBの上昇となって示され
る。)、制御系のカット・オフ周波数をf からf;へ
;つまり%に下げることができる。その結果、周波数発
電機3の出力周波数fFGと、制御系のカット・オフ周
波数f二との比は12倍に保たれ、5制御系の安定性は
確保される。
第3図は速度誤差検出回路7の構成例で、21は周波数
発電機3の出力周波数の立上り、または立下がりエツジ
でトリガされてクロック周波数(本説明の場合2発振回
路6の出力周波数fc)のカウントを開始し、一定数カ
ウントし、#r&に動作を停止して一定幅のパルスで1
 を発生ずるカウンタ、22はカウンタ21のへr下が
りエツジでトリガされクロック周波数fcのカウントを
開始し1、一定数カウントした後に動作を停止して一定
幅のパルスτ2を発生するカウンタである1、23はカ
ウンタ21.カウンタ22の出力パルスを加算する加算
回路である。
第4図は速度誤差検出回路7の動作を示すタイムチャー
トで、同図(A)の速度同期かかかっている状態で2周
波数発電機3の出力周波数の周期1/fFGと、カウン
タ21とカウンタ22の出力パルス幅の和τ1+τ2が
一致する様に動作する。
第4図(B)はモータが遅すぎる場合で、周波数発電機
3の出力周波数の同期が入きくなり、その結果、’z#
FG −(τ1+τ2)の幅のモータ加速ノ2ルスe1
  を発生する様子を示している1、−まだ同図(qは
モータが速すぎる場合で9周波数発電機3の出力周波数
の周期が小きくなり、その結果、(τ1+τ2)−’/
fFGの幅のモータ減速パルスe2を発生する様子を示
している。
第6図は位相比較回路6の構成例で、通常よく用いられ
るデジタル式の位相比較器31と加算回路32で構成さ
れている。
第6図は位相比較器31と2位相誤差出力Paを出力す
る加算回路の動作を示すタイムチャートで、同第6図(
8)t (B) t (Qはそれぞれ周波数発電機3の
出力周波数fFGが基準周波数fRを基準に。
位相差なしの状態9位相遅れの状態2位相進みの状態に
対応する。
第7図は周波数によって増幅度が制御される増幅器8の
構成例で、スイッチド・キャパシタ41で構成される等
価抵抗を入力素子、抵抗値Rfの抵抗42を帰還素子と
した演算増幅器43および増幅器の動作点を決定するた
めの基準電圧源44で構成される反転増幅1器46と、
スイッチド・キャパシタ41のスイッチングを行なうス
イッチングパルス発生回路46で構成されている。
第8図はスイッチド・キャパシタ41の構成側図で、電
子スイッチ51.62およびコンデンサ63で構成され
ている1゜ 第9図は入力周波数f(2によってトリガされ。
電子ヘイ・チ51.’52を交′!’7にヘイ・チ・グ
して、コンデンサ63の充放電電流を制御1t(Iする
スイッチングパルス発生回路46の出力波形のタイムチ
ャートである3、 一般に、スイッチト・キャパシタの等価抵抗値はスイッ
チング周期とスイッチト・キャパシタを構成するコンデ
ンサの容量の比で表わされるため、スイッチド・キャパ
シタ41を構成するコンデンサの容量をCとし、さらに
スイッチング周期をTとすると、等価抵抗値RにT/C
となり、21r、foとすると、 R=□となって、Rはスイッチン 2πefc11C グ周波数に反比例して変化する。
第7図において、反転増幅器46の増幅度Gは、となっ
て、スイッチング周波数fcに比例して変化する。
13、。
第10図は周波数fcの2乗の値に比例して増幅度が制
御される増幅器9の構成例で、61と62は第7図の反
転増幅器46と同様の構成をもつ反転増幅器、63もス
イッチングパルス発生回路4θと同様の構成をもつスイ
ッチングパルス発生回路である。
増幅器61.62の増幅度G1.G2は、それぞれの帰
還抵抗をR1,R2とすると、 G1=2π・fc@CIIR1 G2=2π・fcllC・R2 となって、総合的な増幅度G12は。
G12−G1ΦG2=4・π2C2・R1・R2・f6
となり、スイッチング周波数fcの2乗に比例して変化
する。
以上のことから、モータの回転数を%にするために発振
(ロ)路5の出力周波数fcをHにして2.基準周波数
fRを%にすることにより、増幅器8の増幅度は!・2
に減少(−esdB)l、、また同時に増幅器9の増幅
度は乞に減少(−12dB)して。
第2図で説明した様に制御特性の安定性は確保される。
第11図は周波数によ一〕てそのノノットーオフ周波数
が制御されるローパス・フィルタ11の構成例で、71
はスイッチングパルス発生回路46と同様の構成のスイ
ッチングパルス発生回路である。
72.73は第8図と同様の構成のスイッチド・キャパ
シタからなる等価抵抗で、コンデンサ74゜76、演算
増幅器76からなる電圧ホロワ回路と共に2次のアクテ
ィブ・ローパス・フィルタラ構成する。
スイッチド・キャパシタ72.73からなる等価抵抗の
値は、第8図のスイソチト・キャパシタで説明した様に
、スイッチング周波数/Cに反比例して制御されるだめ
、この2次ローパス・フィルタのカット・オフ周波数k
lスイッチング周波数に比例して可変される。
第12図はスイッチング周γ1ν数に比例してその伝達
利得が制御されるアッテネータの構成側図て、動作点を
決定するだめの基準電圧源81.スイソチド・キャパシ
タ82.抵抗83.演豹増幅器による゛電圧ホロワ回路
84で構成されている。抵抗83の値をスイソチド・キ
ャパシタ82の等価抵抗値より十分に小さく設定するこ
とにより、伝達利得はほぼスイッチング周波数に比例し
て制御される。このため入出力電圧の位相関係を考慮し
ておけば、このアッテネータを、第7図で説明した反転
増幅器46.さらには増幅器8.9のかわりに用いても
同様の動作を行なわせることができる。
以上の説明ではスイッチングパルス発生回路46゜63
.71は独立したものとして扱ったが、1つのスイッチ
ングパルス発生回路ですべてのスイッチド・キャパシタ
をスイッチングする構成にしても良い。
また、演算増幅器の動作点を決定するだめの基準電圧源
44.81も共通にしても良い。
第13図は周波数によって増幅度が制御される増幅器の
挿入箇所を変えた場合の本発明の別の実施例で、この場
合も、増幅器の入出力電圧の位相関係を考慮する必要は
あるが、この場合の増幅器91.92は共に第7図に示
したものと同一構成や簡単となる。
この場合も、速度制御ループは増幅器92を1個だけ含
み、位相制御ループは91.92の2個の増幅器を含み
前の実施例と智価な!1月′1をすることがわかる。
以上述べた様に9本発明のモータの制御装デtは。
モータの基準周波数すなわち回転数に比例して。
制御系のカット・オフ周波数、およびローパス・フィル
タのカット・オフ周波数を11変することができ、その
結果、いかなる回転数設定においても。
周波数発電機の出力周波数と制御系のカット・オフ周波
数の比、さらにはローパス・フ、fルタのカット・オフ
周波数との比も一定にできるため、常にその回転数にお
ける最大のループ利得を得ることができて、最高の性能
を発揮することができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブ[1ツク構成図、第
2図はモータの制御特性を示す図、第3図17 “−/ および第4図(A) 、 (B) 、 (Qは速度誤差
検出回路の構成図およびその動作説明のだめのタイムチ
ャート第6図および第6図(5)、 (B) 、 ((
:’lは位相比較回路の構成図および、その動作説明の
ためのタイムチャート、第7図は周波数で制御される増
幅器の構成例図、第8図はスイソチド・キャパシタの構
成例図、第9図はスイッチングパルス発生回路の出力パ
ルスのタイムチャート、第10図は周波数で制御される
増幅器の他の構成例図、第11図はローパス−フィルタ
の構成例図、第12図はアッテネータの構成例図、第1
3図は本発明の他の実施例を示すブロック構成図である
。 1・・・・・・モータ、3・・・・・・周波数発電機、
4・・・−・・分周回路、5・・・・・・発振回路、6
・・・・・・位相比較回路、7・・・・・・速度誤差検
出回路、8,9・川・・増幅器、1゜・・・・・・加算
回路、11・・・・・・ローパス会フィルタ、12・・
・・・・駆動回路、41.72,73.82・山・・ス
イッチ・キャパシタ、91.92・・・・・・増幅器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名第2
図 用オ較 (/Il) 第3図 第4図 第5図 I 「−”−/−−−−−” ’m L−−−−−−−    −、−−一−−−−−J16

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)回転数に応じた周波数信号を発生する周波数発電
    機を備えだモータと、前記周波数発電機の出力周波数4
    1’? ”’Jを入力として速度誤差信号を出力する速
    度誤差検出手段と、基準周波数信号と前記周波数発電機
    の出力周波数信号を比較して位相誤差信号を出力する位
    相比較手段と、該位相比較手段の出力信号と前記法1」
    ′V誤差検出手段の出力信号を加算する加力手段と、該
    加算手段の出力信号に含まれる1月プル成分を除去する
    だめのフィルタ手段と、該フィルタ手段の出力電圧を増
    幅して前記モータに駆動電流を供給する駆動手段を具備
    し、かつ前記モータ、周波数発電機、速度誤差検出手段
    。 加算手段、フィルタ手段および駆動手段を含めて速度制
    御ループを構成し、前記モータ、周波数発電機9位相比
    較手段、加算手段、フィルタ手段。 駆動手段を含めて位相制御ループを構成し前記速度制御
    ループのループ利得を、前記モータの回転数に比例して
    可変し、かつ前記位相制御ループのループ利得を、前記
    モータの回転数の2乗に比例して可変するように構成し
    たことを特徴とするモータの制御装置。 (2、特許請求の範囲第(1)項の記載において、速度
    制御ループのループ利得を、前記基準周波数の整数倍の
    周波数の値に比例して町変し、かつ前記位相制御ループ
    のループ利得を、前記基準周波数の整数倍の周波数の値
    の2乗に比例して可変するように構成したことを特徴と
    するモータの制御装置。 (3)特許請求の範囲第(1)項または第(2)項の記
    載において、基準周波数を発振器の出力周波数信号を分
    周することによって得、速度制御ループのループ利得を
    、前記発振器の出力周波数の値に比例して可変し、かつ
    前記位相制御ループのループ利得を、前記発振器の出力
    周波数の値の2乗に比例して可変するように構成したこ
    とを特徴とするモータの制御装置8 (4)特許請求の範囲第(3)項の記載において、発振
    器の出力周波数で速度制御ループ、位相制御ループの両
    方のループ利得を制御するとともに、フィルタ手段のカ
    ット・オフ周波数を制御するように構成したことを特徴
    とするモータの制御装置。 (6)%許請求の範囲第(1)項または第(2)項の記
    載において、速度制御ループが、スイッチド・キャパシ
    タで構成される等価抵抗を入力素子とした反転増幅器を
    含めて構成されていることを特徴とするモータの制御装
    置。 (6)特許請求の範囲第(1)項または第(2)項の記
    載において、速度制御ループが、スイッチド・キャパシ
    タで構成される等価抵抗を入力素子としたアッテネータ
    を含めて構成されていることを特徴とするモータの制御
    装置。 (7)特許請求の範囲第(1)項または第(2)項の記
    載において、位相制御ループが、スイッチド・キャパシ
    タで構成される等価抵抗を入力素子とした反転増幅器を
    2個含めて構成されていることを特徴とするモータの制
    御装置。 (8)特許請求の範囲第(1)項または第(2)項の記
    載にシタで構成される等価抵抗を入力素r・とじたアッ
    テネータを2個含めて構成されていることを毛徴とする
    モータの制御装置i/、1.。 (9)特許請求の範囲第(1)項または第(2)項の記
    載において、位相制御ループが、スイソチト・キャパシ
    タで構成される等価抵抗を人力素子とした反転増幅器と
    、スイソチド・キャパシタで構成される等価抵抗を入力
    素子とした反転増幅器と、スイッチド・キャパシタで構
    成される19仙I抵抗を入力素子としたアッテネータを
    含めて構成さ′11でいることを特徴とするモータの制
    御装め′。 (1o)特許請求の範囲第(1)項または第(2)項の
    記載において、フィルタ手段を構成する抵抗をスイッチ
    ド・キャパシタで構成される等価抵抗としたことを特徴
    とするモータの制御装置。
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