JPS5886880A

JPS5886880A - モ−タの制御装置

Info

Publication number: JPS5886880A
Application number: JP56182836A
Authority: JP
Inventors: Makoto Akiyama; 良秋山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-11-13
Filing date: 1981-11-13
Publication date: 1983-05-24
Also published as: JPS648545B2

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、モータの速度制御性能
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、換言す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
る周波数発電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、周波数
発電機の出力周波数の約１Ａ２から１／！ｏ程度が制御
系の応答周波数め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、
基準周波間を可変して、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得、す
なわち、低速回転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生じ、上
記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だモータの制御装置を提供
せんとするもので、基準周波数を可変して、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
ループ利得を制御して、常に最高の制御性能を得ようと
するものである。

第１図は本発明の一実施例を示す要部ブロック図である
。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数信号ｆＦｄを発生する周波数発
電機３を備えたモータ、４は発振回路６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ｆＨはモータ
１の回転の基準周波数となる。６は基準周波数ｆＲと周
波数発電機３の出力周波数ｆＦＧを比較してモータ１の
回転の速度誤差信号をつ・くる速度誤差検出回路、７は
速度誤差信号の低域成分を増強して低域でのループ利得
を増大させるための低域補償回路で、その折点周波数ｆ
１は発振回路６の出力周波数ｆ。に比例して可変さ′れ
、また同時にその増幅度も可変される。すなわち、発振
回路６の出力周波数１０の値が２倍になると、低域補償
回路７の折点周波数ｆ１が２倍になるとともに増幅度も
２倍増大する。

８は低域補償回路７め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パス・フィルタで、そのカット
・オフ周波数ｆｒも発振回路５の出力周波数ｆ０に比例
して可変される。９はローパス・フィルタ８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。

以上述べたモータ１、周波数発電機３、速度誤差検出回
路６、低域補償回路７、ローパス・フィルタ８、および
駆動回路９で速度制御ループを構成し、モータ１は基準
周波数ｆＲに比例して回転制御される。

第２図、第３図は基準周波数ｆＨを可変して、モータ１
の回転速度を棒の速度に設定した時の、低域補償回路７
の伝達特性の変化、およびモータの制御特性（回転数変
動率）の変化を示す図であるＯ第２図、第３図において
、ａはムに、ｂはＢに７　　一対応する。ｆ、−ｆｌｏは低域補償回路７の折点周波数
でありｓ　ｆ２＋　ｆ２°は制御系のループを閉じた時
に生じる系のカット・オフ周波数で、ｆ、とｆ２まだは
ｆ、′とｆ２°の相乗平均は系の応答周波数（自然周波
数）を示す。

第３図のムの状態において、モータの制御特性を良好に
する為、例えばｆ２−ｆＦＧ　の様に、はぼ２その上限に近い値まで糸の応答周波数、すなわちループ
利得を上げであると仮定すると、基準周波数ｆＨを独に
してモータ１の回転速度を捧にしようとする場合１、も
しループ利得が一定で変化しない時は、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、低域補償回路７の特性
、すなわち平担部分の利得と折点周波数をともに外とす
ることにより、制御系のカット・オフ周波数を第３図の
Ｂに示す様に棒に下げることが出来る。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ｆ２°の比は１２倍となって、制御系の安
定性は保持される０第４図は速度誤差検出回路６の構成例で、１１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
でトリガされて基準周波数（クロック周波数）　ｆＨの
カウントを開始し、一定数カウントした後に動作を停止
して一定巾パルスτ。

を発生するカウンタ、１２はカウンタ１１の立下りエツ
ジでトリガされて基準周波数ｆＨのカウントを開始し、
一定数カウントした後に動作を停止して一定巾のパルス
τ２を発生するカウンタである。

１３はカウンタ１１とカウンタ１２の出力パルスを加算
する加算回路である。

第６図は速度誤差検出回路の動作を示すタイムチャート
で、同図（ａ）の、速度が基準周波数と同期している状
態で、周波数発電機３の出力周波数の周期１／ｆＦＧと
、カウンタ１１とカウンタ１２の出カパルス巾の和τ１
＋τ２が一致する様に動作する。

第６図（ｂ）はモータが遅すぎる場合で、周波数発電機
３の出力周波数の周期が大きくなり、その結９　　・　
　２ｅｌを発生する様子を示している。また同図（０）はモ
ータが速すぎる場合で、周波数発電機３の出力周波数の
周期が小さくなり、その結果、（τ１十τ２）、’ＦＧ
の巾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図は周波数によって、増幅度と折点周波数が制御さ
れる低域補償回路７の構成例で、スイッチド・キャパシ
タ２１を入力素子、抵抗値Ｒｆの抵抗２２を帰還素子と
した演算増幅器２３で構成される反転増幅器２４と、ス
イッチド・キャパシタ２５，２６で構成される等価抵抗
Ｒ，、Ｒ２とコンデンサ２７からなるラグ・リード・フ
ィルタ囚で構成される。２９はスイッチド・キャパシタ
２１゜２５．２６のスイッチングを行なうスイッチング
・パルス発生回路である。

第７図はスイッチド・キャパシタ２１，２５゜２６の構
成図で、電界効果トランジスタからなる電子スイッチ３
１，３２、およびコンデンサ３３で構成されている。

１０　・・− 第８図は入力周波数ｆ０によってトリガされ、電子スイ
ッチ３１．３２を交互にスイッチングして、コンデンサ
３３の充放電電流を制御するスイッチング・パルス発生
回路２９の出力波形のタイムチャートである。

一般に、スイッチド・キャパシタの等価抵抗値はスイッ
チング周期とスイノチド・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ソチド・キャパシ
タ２１，２５．２６を構成するコンデンサの容量をＣ１
，ｓ　ｃ２．０うとし、　さらにスイッチング周期をＴ
とすると、それぞれの等価抵抗値”　’　”２１　Ｒ３
は、それぞれ−。

て、スイッチング・パルス発生回路のスイッチング周波
数に反比例して変化する。

第６図において、反転増幅器２４の轡幅度Ｇ１は、となって、スイッチング周波数１０　に比例して変化す
る。一方、ラグ・リード・フィルタ２８の等価抵抗”２
　＋　Ｒ３もｆｏに反比例して変化するため、その折点
周波数ｆ、もスイッチング周波数ｆ０に比例して変化す
ることがわかる。今説明した低域補償回路７は第２図の
グラフに示した様に、例えばスイッチング周波数ｆ０を
汐とすることにより、折点周波数はｆ、からｆｌｏ（＝
−！＝）と棒の値に可変できることを示す。

第９図は周波数によってカット・オフ周波数が制御され
るローノ１＜ス・フィルタ８の構成例で、第７図と同様
の構成のスイッチド・キャパシタ４２゜４３からなる等
価抵抗と、コンデンサ４４　、４Ｂ、演算増幅器４６か
らなる電圧ホロワ回路で２次のアクティブ・ローパス・
フィルタを構成している。

スイッチド・キャパシタ４２．４３からなる等価抵抗の
値は、第７図のスイッチド・キャパシタで説明した様に
、スイッチング周波数ｆ０に反比例して制御されるため
１．この２次ローパス・フィルタのカット・オフ周波数
は玉イツチング周波数に比例して可変される。

第１０図は、第６図における反転増幅器２４とおきかえ
ても同様の動作を行なわせることのできるアッテネータ
の構成図で、スイッチド・キャパシタ６１、抵抗６２、
演算増幅器による電圧ホロワ回路５３で構成される。抵
抗６２の値をスイッチド・キャパシタ６１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。

以上の説明では、基準周波数として、発振回路６の出力
周波数ｆ０を分周した周波数ｆＲを用いたが、分周前の
周波数ｆ０を基準周波数としても同様の動作を行なわせ
ることが出来る。

以上述べた様に、本発明のモータの制御装置は、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・
オフ周波数を可変することができ、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・フィ
ルタのカット・オフ周波数との比も一定にできるため、
常にそめ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要部ブロック構成図、
第２図は高域補償回路の特性図、第３図はモータの制御
特性を示１す図、第４図は速度誤差検出回路の構成例図
、第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は速度誤差検出回路の
動作を説明するためのタイムチャート、第６図は低域補
償回路の構成例図、第７図はスイソチド・キヤ・２シタ
の構成例図、第８図はスイッチング・パルス発生回路の
タイムチャート、第９図はローパス・フィルタの構成例
図、第１０図はアッテネータの構成例図である。１・・・・・・モータ、３・・・・・・周波数発電機、
４−・・・・・分周回路、６・・・・・・発振回路、６
・・・・・・速度誤差検出回路、７・・・・・・低域補
償回路、８・・・・・・ローパス・フィルタ、９・・・
・・・駆動回路、２１．２５，２６，５１・・・・・・
スイッチド・キャパシタ。第２図第３図固液＆（Ｈ冨）第５図第７図第８図第９図４第１Ｏ図 φＩ　す２

Claims

【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
機を備えたモータと、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速、度誤差信号を出力す
る速度誤差検出手段と、該速度誤差検出手段の出力信号
に含ま４れる低い周波数成分を増強するための低域補償
手段と、該低域補償手段の出力信号に含まれるリップル
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
駆動手段を含めて構成されるモータの速度制御ループを
具備し、かつ前記モータの回転数に比例した周波数信号
で前記低域補償手段の折点周波数と増幅度を制御するよ
うに構成したことを特徴とするモータの制御装置。（−基準周波数信号または、その整数倍の周波数をもつ
周波数信号で、前記低域補償手段の折点周波数と増幅度
を制御するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項記載のモータの制御装置。（３）基準周波数信号を発振器の出力周波数信号を分周
することによって得、前記発振器の出力周波数信号で、
前記低域補償手段の折点周波数と増幅度を制御するよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項また
は第（榊項記載のモータの制御装置。に）基準周波数信号をｉ振器の出力周波数信号を分周す
ることによって得、前記発振器の出力周波数信号で、前
記低域補償手段の折点周波数と増幅度を制御するととも
に、前記フィルタ手段のカット・オフ周波゛数を制御す
るようにしたこ。とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または第（２
）項記載のモータの制御装置。（に）低域補償手段を、スイッチド・キぎノζ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
、ツチド・キャパシタで構成される等価抵抗とコンデン
サを直列にして構成されるうグ・リード・フィルタで構
成したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項また
は第（２）項記載のモータの制御装置。（６）低域補償手段を、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と、スイ
ッチド・岑ヤパシタで構成される等価抵抗とコンデンサ
を直列にして構成されるラグ・リード・フィルタで構成
したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または
第（匈項記載のモータの制御装置。（７）　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にしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項または第（功項記載のモー
タの制御装置。