JPS5832412B2 - 回転制御系における位相同期用基準信号形成方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転制御系における位相同期用基準信号形成方
式に係り、ターンテーブル等の回転体の起動引込時位相
同期用基準信号と回転検出信号の位相差を弁別し、常に
位相同期用基準信号が引込完了時の基準信号と回転検出
信号との相対位相関係に近似する如く回転検出信号をも
とにしてリセットされる分周器より基準信号を形成する
ことにより、回転制御系の位相結合系の引込時間を短縮
し得た位相同期用基準信号形成方式を提供することを目
的とする。

第１図は回転制御系の１例のブロック系統図を示す。

同図中、１は位相同期用基準信号（以下単に基準信号と
いう）入力端子で、これより入来した基準信号は位相比
較器２に供給され、ここで後述するトーンホイルパルス
と位相比較され、その位相差に応じてレベルの異なる位
相誤差信号として出力される。

この位相誤差信号は、トーンホイルパルスよりターンテ
ーブル７の回転速度と所定の基準回転速度との誤差を検
出する速度検出器９よりの速度誤差信号と加算回路３に
て加算された後、ブレーキ駆動アンプ（又は直流モータ
駆動アンプ）４を経てうず電流ブレーキ５（又は直流モ
ータ６）に印加されターンテーブル７の回転速度及び回
転位相を制御する。

これにより、ターンテーブル７はその回転を安定に、か
つ、正確に設定回転数に制御せしめられる。

ターンテーブル７の駆動源としてはシンクロナスモータ
又は直流モータが用いられる。

シンクロナスモータを用いたＡＣサーボ系ではモータの
回転が弾性ベルトで伝達されターンテーブル７の回転は
初期制御回転数より数多程度高めに設定される。

ターンテーブル７にはうず電流ブレーキ５が設けられて
おり、電流でブレーキ負荷が制御され弾性ベルトののび
の範囲で負荷トルクによって回転数が制御される。

直流モータの場合はモータに直結してターンテーブル７
を駆動しており、モータの電圧又は電流を制御すること
により回転数を制御する。

またターンテーブル７の回転検出としては、最も簡単に
はマグネットと磁気ヘッド８とを回転軸付近に対向させ
て回転によってマグネットが固定されたヘッド８の前を
通過する毎にパルス、すなわちトーンホイルパルスを得
ることができる。

このパルスの周期は回転数に応じて変化する。

回転制御系としては上記の位相結合制御系以外に速度制
御系だけでも構成できるが、この場合の条件としては安
定な中心周波数を有する速度検出器があることと、十分
なループゲインを得ることが必要である。

本例の如く簡単な回転検出系では中心周波数が数１０Ｈ
ｚ程度であるため、速度検出器がサンプルホールド系を
含む場合が多く全体での位相特性が高周波で急激に遅れ
るため、十分なループゲインを得ることができない。

従って回転の正確さを確保するためには第１図に示す如
き位相結合系が用いられる。

第２図Ａは速度検出器９の出力速度誤差信号、同図Ｂは
位相比較器２の出力位相誤差信号を示す。

普通の位相結合ループでは基準信号の位相が不変である
ため、モータの起動から引込みを見ると第２図Ａ、Ｂで
示す如くになる。

起動時はターンテーブルの回転速度は遅いため、速度誤
差信号は正極性となるが、検出器９の非直線性により＋
■□を出力する。

また、起動時ターンテーブル７の制御は主として速度誤
差信号に影響され、加速される。

加速によりターンテーブル７と基準信号の周波数が近接
するに従って位相誤差信号のビート周波数が第２図Ｂに
示す如く低下する。

しかる後に速度検出器９のリニアな範囲に回速されて＋
Ｖｍより低レベルの速度誤差信号が出力され、ターンテ
ーブル７はほぼ基準速度に近い回転速度とされるが位相
基準信号が不変であるため、回転速度は目標値まで上が
っても位相の一致するところまで再度変化せしめられ位
相を主とした制御が行なわれる。

他方、位相比較器２のリニアな動作範囲はトラペゾイド
波形の傾斜部のみで極めて狭く、第２図Ｂに示す如く負
極性に飽和した位相誤差信号が出力される。

同図Ａ、Ｂでは目標物の位相が遅れているため、ターン
テーブル７は更に回転速度を上昇せしめられていく。

しかる後に位相比較器２のリニアな動作範囲に入り、振
動しながら引込まれる。

この場合、位相比較器２の出力位相誤差信号はループの
低域の利得をかせぐ目的の位相遅れ特性を有するループ
フィルタ（図示せず）を通じて駆動アンプ４に加えられ
る。

ここで、ループフィルタは、低域利得上昇のため遮断周
波数の低い場合、後述する如く、引込み時間を要する。

ところで、ＶＴＲ等における回転制御系としては、ター
ンテーブル７の代りにヘッドドラム、キヤプスタンを入
力基準同期信号又はコントロールパルスに位相結合する
方式が使用されている。

この場合の基準信号と制御目標との対応関係は、スイッ
チングポイント（画面の切換点）の設定上１通りで定め
られた位相関係の確保が必要であり、基準信号の位相を
シフトして任意に位相結合することはできなかった。

このため、位相誤差信号系又は基準信号系に次のような
工夫をして引込時間の短縮を図っている。

すなわち、１例として、位相誤差増幅系には通常ドリフ
トに対して誤差を減少するために、直流ループゲインの
上昇と安定度を確保するための前記ループフィルタ（遅
相フィルタ）が挿入されており、このフィルタの時定数
により系の応答が遅くなっていたため引込時間が長くな
っていた。

そこで、引込時間の短縮を図るべくモータ起動時第３図
Ａ、Ｂに示す如くループフィルタの周波数特性を拡大し
ていた。

第３図Ａにおいて、入力端子１０、出力端子１１間に接
続された抵抗Ｒ１，出力端子１１と接地間に直列に接続
されたコンデンサＣ及び抵抗Ｒ２よりなるフィルタの抵
抗Ｒ１に互いに逆方向のダイオードＤ１．Ｄ２が並列接
続されている。

これにより、誤差信号の振幅がダイオードＤ１．Ｄ２の
閾値よりも犬なる起動時は、ダイオードＤ１又はＤ２が
オンとなり、時定数が変化し周波数特性が拡大する。

位相結合系の引込時はダイオードＤ１．Ｄ２はオフとな
る。

また、第３図Ｂに示す回路は、上記ダイオード１）１．
Ｄ２の代りに抵抗Ｒ２と接地間にトランジスタＴｒのコ
レクタ・エミッタを接続したものである。

この場合は、例えばトーンホイルパルスを積分した信号
をトランジスタＴｒノベースに印加することにより、起
動時トランジスタＴ、はオフとなり、そのコレクタ・エ
ミッタ間のインピーダンスが最大となり、ループフィル
タの周波数特性が拡大する。

引込時は、トランジスタＴｒがオンとされるから、ルー
プフィルタの周波数特性は所定の特性となる。

これにより、過渡的な状態で位相誤差信号が飽和してい
る起動時フィルタの時定数を短かくすることにより応答
を速めて位相結合の速度を速め、結合の後は時定数を長
くしてループの安定が図られる。

また、位相結合時、位相比較器のリニアリティの狭さか
ら最終引込付近までは非線形動作となり、収れん時ハン
チングによって引込整定までに時間がかかつていた。

この対策として、位相比較器の入力傾斜台形波（トラペ
ゾイド波）の位置を比較誤差信号でコントロールするマ
イナーループを形成し、引込動作時位相比較器のリニア
動作領域を拡大しリニア動作の状態で最終位相に結合さ
せる方法がとられていた。

すなわち、第３図Ｃにおいて、入力端子１２より入来し
た基準信号は単安定マルチバイブレーク及びトラペゾイ
ド波発生回路１３に供給され、ここである時間遅延され
かつトラペゾイド波にされた後位相比較器１４に供給さ
れる。

位相比較器１４には入力端子１５よりサンプルパルスが
印加されており、このパルス印加時上記トラペゾイド波
は位相比較器１４よりゲート出力され、ホールド回路１
６に供給されここで次のサンプルパルス印加時までホー
ルドされる。

このホールド回路１６の出力信号は位相誤差信号として
出力される一方、上記回路１３中の単安定マルチバイブ
レークに帰還され、サンプルパルスがトラペゾイド波の
傾斜部位置に早くくるようにトラペゾイドの傾斜部を移
相する。

これにより、９込時間を短縮することができる。

一方、ビデオプレーヤの回転制御系においては、回転数
の絶対精度を確保する必要があるため、回転制御系を位
相結合ループとして基準信号に水晶発振器等の周波数の
安定な発振源を用いる構成とする。

この場合、起動から位相結合完了までに位相誤差信号と
速度誤差信号が同時に形成され位相誤差信号系の低周波
応答特性が引込時に悪影響を及ぼし、引込時間が長くな
っていた。

そこで、引込時間を短縮すべくビデオプレーヤの場合も
第３図Ａ−Ｃに示す如き方法を採用していた。

然るに、上記の各方法は目的に応じて並列的に使用する
ことができるが、いずれもアナログ的な制御動作である
ため、引込時間を大幅に短縮できないという欠点があっ
た。

また、前述したようにＶＴＲ等の回転制御系における基
準信号と制御目標との対応関係は、定められた１通りの
位相関係の確保が必要であるため、トラペゾイド波の傾
斜部の位相をサンプリングパルスの位置に移相して一致
せしめた後、これらの位相関係を保ちつつもとの基準信
号の位相に戻す必要がある。

しかしながら、ビデオプレーヤの如く再生専用機で、回
転の絶対的精度は必要であるが特に位相を上記のように
定められた１通りの位相関係とする必要はないシステム
においては、上記のもとの基準信号の位相に戻す動作は
必要でない。

従って、特にビデオプレーヤの回転制御系においては、
結合の位相を任意に選んで引込時間をより短縮すること
が可能である。

本発明は上記の点に着目し前記欠点を除去したものであ
り、第４図以下と共にその１実施例につき説明する。

第４図は本発明方式の■実施例のブ爾ツク系統図を示す
。

同図中、第１図と同一部分には同一符号を付し、その説
明を省略する。

本発明は特に基準信号の位相、すなわち最終位相結合の
状態が定まっていない回転制御系における基準信号形成
方式であって、位相結合ループで位相誤差信号の影響を
少なくするためには位相誤差信号の振幅が小さく最終値
に近い程良好である点に鑑み、引込みの過渡期間、基準
信号がトラペゾイド波形の傾斜部を主にサンプリングす
る如くしたものである。

第４図において、１８は水晶発振器で、これより例えば
３１．５ＫＨｚの第５図Ａに示す如きパルスａを分周器
１９へ発振出力する。

この分周器１９は所定周波数の基準信号を、パルス整形
回路２０を経て位相比較器２及び後述するアンド回路２
７に夫々印加する。

分局器１９の出力信号波形は第５図Ｂにｂで示す如くに
なり、またパルス整形回路２０の出力基準信号波形は同
図Ｈにｈで示す如く、パルスｂとは逆相のパルスとなる
。

基準信号としては回転検出系でターンテーブル７の１回
転宛１パルスをヘッド８により検出しているため、回転
数が９００ ｒ、ｐ、ｍの場合は１５Ｈｚ、 ｌ ８０
０ ｒ、ｐ、ｍの場合は３０Ｈｚが必要とされる。

しかし、パルスａの発振周波数としては回路の構成上１
５Ｋｌｌｚ又は３０ＫＨｚ程度となるため、分周器１９
が設けられている。

分周器１９の分周比ｎは、３１．５Ｋ）［ｚのパルスａ
より周波数ｆＲＢＦが１５Ｈｚの基準信号を使用する場
合は２１００であり、３０Ｈｚの基準信号を使用する場
合はｎ二１０５０となる。

上記分周器１９にはリセットパルス入力端子があり、リ
セットパルスの低レベル期間分周器１９のカウントが停
止されるべく構成されている。

分周器１９はリセットされることにより、出力はハイレ
ベルとなるものとする。

本発明方式はこの分周器１９に後述するフリップフロッ
プ２８より入来するリセットパルスを、トーンホイルパ
ルスの位相と位相基準信号の位相との差で形成し、分周
器１９の出力パルスｂをトーンホイルパルス位相に関係
づけることにより、モータ６の起動から引込までの過程
で位相誤差信号が初期スピードアップ時の最大加速を妨
げるのを防止したものである。

一方、ターンテーブル７の回転軸からヘッド８により検
出された第５図Ｃに示す如きトーンホイルパルスＣは、
単安定マルチバイブレーク２１に印加され、これをトリ
ガする。

トリガされた単安定マルチバイブレーク２１より第５図
りに示す如く所定期間ハイレベルの方形波ｄが出力され
、単安定マルチバイブレーク２２に印加され、その立下
りでこれをトリガする一方、フリップフロップ２８のセ
ット端子に印加され、その立上りでこれをセット状態と
する。

トリガされた単安定マルチバイブレーク２２より第５図
Ｅに示す如く所定期間ハイレベルの方形波ｅが出力され
、位相比較器２３に供給される一方、トラペゾイド波形
形成回路２５に供給され、ここでその立下り時点より所
定勾配の傾斜部を有する第５図Ｆに示す如きトラヘソイ
ド波形ｆが形成される。

従って、トーンホイルパルスＣ出力時より単安定マルチ
バイブレーク２１．２２により所定時間遅延された後直
線的に電圧が上昇するトラペヅイド波形ｆが形成される
ことになる。

ここで、遅延量は単安定マルチバイブレータ２１．２２
とトラペゾイド波形ｆの傾斜部中点までの時間が略速度
検出器の中心周波数となるよう選定しである。

トラペゾイド波形ｆは位相比較器２、波形整形回路２６
に夫々供給される。

上記位相比較器２３に供給された方形波ｅは、上記方形
波ｄを印加せしめられてサンプルパルスを発生するサン
プルパルス発生回路２４よりの出力パルスによりサンプ
リングされ、速度誤差信号として加算回路３に印加され
る。

すなわち、単安定マルチバイブレーク２Ｌ２２、位相比
較器２３、サンプルパルス発生回路２４は速度検出器を
構成している。

一方、波形整形回路２６より第５図Ｇに示す如く、入力
トラペゾイド波形ｆの傾斜部に相当する期間のみローレ
ベルの方形波ｇが取り出され、前記アンド回路２７に印
加され、ここで前記パルスｈと論理積をとられる。

従って、アンド回路２７の出力信号波形は第５図■にｉ
で示す如くになり、フリップフロップ２８のリセット端
子に印加され、その立上りでこれをリセットする。

このフリップフロップ２８の出力信号波形は、第５図Ｊ
に示す如くリセット時ローレベルの方形波ｊとなり、分
局器１９のリセットパルスとしてそのローレベルの期間
分周器１９のカウント動作を停止させる。

また、位相比較器２に供給されたトラペゾイド波形ｆは
、ここで基準信号りによりサンプリングされて位相誤差
信号として出力される。

信号ｆとｈとの位相関係は、ターンテーブル７が所定速
度で回転する最終引込時はパルスｈがトラペゾイド波形
ｆの傾斜部の略中夫に常に位置するような位相関係とな
る。

一方、起動時はターンテーブル７の回転速度は最終速度
にくらべて小であるため、トラヘソイド波形ｆの周期は
犬であり、よってパルスｈはトラペゾイド波形ｆの傾斜
部以外に位置する。

いま、ターンテーブル７の回転速度が最終速度ｆｏの１
倍のときとすると、パルスｈはトラペゾイド波形ｆの傾
斜部以外に位置するため、アンド回路２７よりパルスｉ
が得られフリップフロップ２８がリセットされ、分局器
１９はそのカウント動作を停止せしめられる。

この状態において、次のトーンホイルパルスＣが入来す
ると、単安定マルチバイブレーク２１の出力パルスｄの
立上りによってフリップフロップ２８がセットされ、分
局器１９はカウント動作を開始する。

この分周器１９の動作開始時より時刻Ｔ。

（一定）経過すると分周ｉ１９はローレベルで一定幅の
パルスｂを第５図Ｂに示すように出力する。

このとき、単安定マルチバイブレーク２１，２２、トラ
ペゾイド波形ｆの立上り時間の総時間が適当であると、
上記パルスｂ及びこれより得られたパルスｈは上記トラ
ペゾイド波形ｆの傾斜部の中央付近に位置するよう出力
される。

更に時刻Ｔ。

経過すると再び分周器１９よりパルスｂが出力されるが
、このパルスｂはトラペゾイド波形ｆの傾斜部には位置
せず、フリツプフロツプ２８は再度リセットされ、分周
器１９のカウント動作を停止させる。

そして次のトーンホイルパルスＣの入来により再び分周
器１９は動作せしめられ、パルスｈは波形ｆの傾斜部付
近に位置する。

以下、同様の動作が繰り返され、引込の過渡期間ターン
テーブル７の速度が加速されながら基準信号（サンプル
パルス）ｈは第６図Ａに示す如く、トラペゾイド波形ｆ
の傾斜部と他の部分とを交互に繰り返しサンプリングす
る。

しかる後にターンテーブル７の速度が最終速度に近接す
ると、基準信号りは第６図Ｂに示す如く、波形ｆの傾斜
部にすべて位置するため、これ以後フリップフロップ２
８の出力リセットパルスｊは常にハイレベルとなり、分
周器１９より所定の一定周期毎にパルスｂを出力させる
。

上記実施例において、最終位相引込時、位相誤差が最終
値に近くなっているため、位相誤差信号は第７図Ｂに示
すようになり、前記従来の位相誤差信号（第２図Ｂに示
す）にくらべて振動が少なくなり短時間での引込みが可
能となる。

また位相比較器２３の出力速度誤差信号は第７図Ａに示
す如くになる。

上述の如く、本発明になる回転制御系における位相同期
用基準信号形成方式は、基準信号位相に回転体の回転を
同期結合させる回転制御系において、上記回転体の回転
を検出しその回転速度に応じた周期の回転検出信号を出
力する回転検出手段と、所定の一定周期毎に一定幅のパ
ルスを出力するパルス発生手段と、上記回転検出信号を
入力信号として受けこれを上記パルスの周期に相当する
時間遅延すると共に波形整形する信号形成手段と、上記
信号形成手段の出力信号とパルス発生手段の出力パルス
との位相を弁別し、これらが引込完了時の相対位相関係
に近似していないときは次の上記回転検出信号が入来す
るまで上記パルス発生手段を非動作状態とし、上記パル
ス発生手段より信号形成手段の出力信号との相対位相関
係が引込完了時のそれに近似するパルスを上記回転検出
信号に関連づけて前記基準信号として出力せしめる制御
手段とよりなるため、特に基準信号の位相、すなわち最
終位相結合の状態が特に定まっていない回転制御系の引
込時間を短縮することができ、上記基準信号はデジタル
的動作により形成されるので、従来にくらべて回路動作
が確実でしかも高速に行なうことができ、信頼性を向上
できる等の特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転制御系の１例のブロック系統図、第２図Ａ
、Ｂは夫々第１図の速度誤差信号、位相誤差信号波形図
、第３図Ａ、Ｂ、Ｃは夫々従来の回転制御系の引込時短
綿のための回路、ブロック系統図、第４図は本発明方式
のｌ実施例のブロック系統図、第５図Ａ−Ｊ及び第６図
Ａ、Ｂは夫々第４図の動作説明用信号波形図、第７図Ａ
、Ｂは夫々第４図の速度誤差信号及び位相誤差信号の波
形図である。 ２．１４．２３・・・・・・位相比較器、９・・・・・
・速度検出器、１３，２１．２２・・・・・・単安定マ
ルチバイブレーク、１８・・・・・・水晶発振器、１９
・・・・・・分周器、２５・・・・・・トラベゾイド波
形形成回路、２７・・・・・・アンド回路、２８・・・
・・・フリップフロップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基準信号位相に回転体の回転を同期結合させる回転
   制御系において、上記回転体の回転を検出しその回転速
   度に応じた周期の回転検出信号を出力する回転検出手段
   と、所定の一定周期毎に一定幅のパルスを出力するパル
   ス発生手段と、上記回転検出信号を入力信号として受け
   これを上記パルスの周期に相当する時間遅延すると共に
   波形整形する信号形成手段と、該信号形成手段の出力信
   号と該パルス発生手段の出力パルスとの位相を弁別し、
   これらが引込完了時の相対位相関係に近似していないと
   きは次の上記回転検出信号が入来するまで該パルス発生
   手段を非動作状態とし、該パルス発生手段より該信号形
   成手段の出力信号との相対位相関係が引込完了時のそれ
   に近似するパルスを上記回転検出信号に関連づけて前記
   基準信号として出力せしめる制御手段とよりなることを
   特徴とする回転制御系における位相開基用基準信号形成
   方式。