JPS589281Y2 - モ−タサ−ボ回路 - Google Patents

モ−タサ−ボ回路

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JPS589281Y2
JPS589281Y2 JP1976145336U JP14533676U JPS589281Y2 JP S589281 Y2 JPS589281 Y2 JP S589281Y2 JP 1976145336 U JP1976145336 U JP 1976145336U JP 14533676 U JP14533676 U JP 14533676U JP S589281 Y2 JPS589281 Y2 JP S589281Y2
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上沼光男
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、動作の安定性と消費電力の低減を図ったラジ
オコントロール(以下ラジコンという)装置女どのモー
タサーボ回路に関するものである。
各種制御対象の動作量を制御するのに、従来よりモニタ
サーボ回路が多く用いられている。
例えば、電波により飛行機、ボートあるいは自動車など
の模型の走行体を遠隔操縦するラジコン装置にかいては
、送信機から発射されるパルス変調された制御電波を被
操縦体に塔載した受信機により受信し、前記パルス幅に
応じてモータサーボ回路のサーボモータの回転角を制御
し、操縦を行う構成となっている。
この制御方法は、制御電波のチャンネル数が多くとれ、
さらにチャンネル間の干渉がなく操作しやすいなどの利
点を有していることから、現在のラジコン装置に多く採
用されている制御方法である。
ところで、上述したモータサーボ回路は、従来より第1
図に示すように構成されている。
この第1図にかいて、図示しない受信機により受信され
、波形整形された人力パルスSが、入力端子t1に与え
られる。
渣た、MMは、前記入力パルスSの前縁によりトリガさ
れるパルス発生部としての単安定マルチバイブレータ(
以下モノマルチという)であり、後述するサーボモータ
の回転軸にその回転軸が連結されるとともに、一方の固
定端子に電源+Vが接続され、他方の固定端子が接地さ
れている可変抵抗VRにより、出力パル曳幅が制御され
るようになる。
さらにインバータIN1.IN2、ノア回路N R1、
N R2、及びオア回路ORにより排他的オア論理をと
るパルス幅比絞細が緬威されてトリ、前記入力パルスS
が前記インバー’pIN10入力端子及びノア回路NR
2の一方の入力端子に入力され、モノマルチMMの出力
パルスMが、前記インバータIN2の入力端子及びノア
回路NR1の一方の入力端子に入力されるようになって
いる。
したがって、前記オア回路ORには、前記入力パルスS
とモノマルチMMの出力パルスMとの論理値が一致しな
い期間出力が得られる。
すなわち、第2図a、bに示すように、入力パルスS1
に対して、モノマルチMMの出力パルスM1のパルス幅
が狭い場合は、ノア回路NR1の出力端子に第2図Cに
示すように前記両パルスのパルス幅の差に応じたパルス
が得られ、このパルスがオア回路ORに出力される。
また、第2図a、bに示すよウニ、入力パルスS2に対
してモノマルチMM(7)出力パルスM2のパルス幅が
広い場合は、ノア回路NR2の出力端子に、第2図dに
示すように前記両パルスのパルス幅の差に応じたパルス
が得られ、このパルスがオア回路ORに出力される。
しかして、前記オア回路ORから出力された第2図c1
あるいは第2図dに示すパルスが、パルス発生部を構成
するパルスストレッチャ回路PSに導入され、ここで前
記パルスの幅が、第2図eに示すように所定の倍率で伸
張される。
一方、前記ノア回路NR1、NR2の各出力は、フリッ
プフロップFFのセット端子S及びリセット端子Rに入
力されているので、前記ノア回路NR1に第2図Cに示
す出力が生じた場合、すなわチ、入力パルスSの幅が、
モノマルチMMの出力パルスMよりも広い場合には、前
記フリップフロップFFがセットされ、出力端子QK”
1”が生ずる。
したがって、アンド回路ADIで前記フリップフロップ
FFの出力端子Qの出力とパルスストレッチャ回路PS
の出力とのアンド論理がとられ、このアンド回路AD1
の′1”出力が、サーボモータMTとともにサーボモー
タ部を構成する駆動回路PAに与えられて、駆動回路P
Aにより、サーボモータMTが、前記パルスストレッチ
ャ回路PSの出力パルス幅に応じて一定の方向に回転駆
動される。
しかして、前記サーボモータMTにより、例えば被操縦
体のエンジンのスロットルバルブの開度やラダーの操舵
角などが操作されることになる。
ところで、前記サーボモータMTの回転軸は、前記モノ
マルチMMの出力パルスMの幅を決定する可変抵抗VR
の回転軸と連結されているので、前記サーボモータMT
の回転角度に応じて、可変抵抗VRの抵抗値が変化する
ようになる。
この抵抗値の変化の方向は、前記モノマルチMMの出カ
バヘスMのパルス幅が、前記入力パルスSに一致する方
向、すなわち、上述の例では、モノマルチMMの出力パ
ルスMのパルス幅が広がる方向に変化する。
このようにして、制御電波の数周期にわたって、可変抵
抗VRの抵抗値が制御され、入力パルスSとモノマルチ
MMの出力パルスMとのパルス幅が合致すると、オア回
路ORからの出力信号が無くなり、サーボモータMTの
回転が停止し、送信機側で意図した操作量に応じて、例
えばエンジンのスロットルバルブが開き、操縦が行われ
るのである。
同様にして、前記入力パルスSに比して、モノマルチM
Mの出力パルスMのパルス幅が広い場″合は、アンド回
路AD2に”1′″出力が生じ、これによって、サーボ
モータMTが反対方向に回転し、モノマルチMMの出力
パルスMのパルス幅カ狭くなる方向に前記可変抵抗VR
の抵抗値が変化し、前記入力パルスSとモノマルチMM
の出力パルスMのパルス幅が一致するようになる1でサ
ーボモータMTが回転し、操縦が行われる。
すなわち、第1図に示す構成のモータサーボ回路は、入
力されたパルスと内部で生成したパルスとのパルス幅を
比較し、その差に応じてサーボモータ部を駆動するとと
もに、前記内部で生成するパルスのパルス幅を修正し、
両パルスのパルス幅が一致する1で前記サーボモータを
駆動することによって操縦を行っているものである。
この場合、制御の精度は、前記入力パルスSとモノマル
チMMの出力パルスMとのパルス幅の差を検出する能力
にかかつているが、回路定数を適宜選定することによっ
て、パルス幅の差を検出できない範囲、いわゆる不感帯
を1〜2μs程度に狭くでき、高精度の制御を行うこと
が可能となり分解能のよいサーボ機構が構成できる。
しかしながら、受信機で受信され、波形整形されて入力
端子t1に繰り返し与えられる入力パルスSには、受信
機の内部雑音などに起因するパルス幅のゆらぎ、いわゆ
るジッタ現象が生じやすい。
このジッター現象の発生原因をラジコン装置について考
えれば、次のようになる。
所定の周期(フレーム周期)で送信機側から送られてく
る制御電波を受信すれば、第6図aに示すような検波出
力が得られる。
そしてこの検波出力を弁別レベルLで弁別し、波形整形
することにより、第6図b −nに示す各チャネルの制
御信号が得られ、この制御信号が各チャネルごとに第2
図aに示す入力パルスSとして、入力端子t1に入力さ
れる。
この場合、第6図aに示す検波出力の立上り、あるいは
立下りの波形は、必ずしもなめらかとはなって督らず、
例えば第6図pに拡大して示すように、一般には凹凸の
ある波形となっている。
したがって、前述した内部雑音などが前記検波出力にわ
ずかでも重畳されると、弁別レベルLにかかる検波出力
の立上り位置がずれ、第6図b=nに示す入力パルスS
のパルス幅が変動する。
゛しかもこの内部雑音等は、入力パルスの基底レベルに
対して常に同一方向に重畳されるものではなく、前記基
底レベルを中心に増減を繰返すのが一般的である。
これにより入力パルスSのパルス幅が規定のパルス幅を
中心に増減し、いわゆるジッター現象となる。
さらにこのジッター現象を引き□起す内部雑音等は、フ
レーム周期や、それよりも短い周期で頻発する。
とくに、ラジコン装置のように、電波により制御信号を
作る場合などは、前記受信機の内部雑音とともに空中雑
音が多く存在し、前記ジッター現象をさけることは困難
である。
例えば、受信機のSN比のとくに悪化しやすい制御可能
範囲の限界距離近くに被操縦体があるような場合は、2
0〜40μs程度のパルス幅のゆらぎが生じてし15゜ このようなジッター現象が生ずると、前記ノア回路N
R1* N R2からパルスが出力され、フリップフロ
ップFFがセット、リセット動作を繰り返し、サーボモ
ータMTが左右に交互に駆動されるようになる。
すなわち、前記サーボモータMTが、前記ジッター現象
に感応して振動し、゛操縦の安定性がそこなわれてし1
う。
また一般に、モータ類にあっては、その起動電流が比較
的大きいので、上述したジッター現象によって、サーボ
モニタMTが左右方向の不要な回転動作を繰り返すと、
不要な電流が多く消費され、電源の消耗をはやめるとい
う問題点がある。
このような問題点を解決するためには、前述した不感帯
を広くとり、モータサーボ回路が、前記ジッター現象に
感応しないようにすればよいが、この場合は、分解能が
悪<hす、制御精度が低下してしまうという別の問題が
生ずる。
さらにまた、一般にこの種の制御方法に使用する受信機
には、受信出力の安定化を図るために、AGC回路が設
けられているが、被操縦体が電界強度の急変する場所に
突入した場合、・例えば周囲環境によつ・て直接波と反
射波がほぼ180°の位相差をもって合成されるような
場所に、前記被操縦体が突入したような場合は、前記A
GC回路の時定数により、前記電界強度の急変にAGC
回路が追従できなくなり、受信電波中から必要とするパ
ルスを正確に抽出できずに、パルス幅が大幅にずれたパ
ルスを出力するようになり、このパルスによりモータサ
ーボ回路が誤動作し、制御不能になるという問題点があ
る。
そこで本考案は、上述した問題点を解消するためになさ
れたものであり、入力されたパルスと内部で生成したパ
ルスとのパルス幅が、制御の数周期にわたって連続して
同方向にずれた場合に、はじめてサーボモータを駆動す
るようにし、前述したジッター現象、あるいは受信機の
AGC回路の時定数にもとづく誤信号などによる誤動作
をなくし、制御精度を低下させることなく制御の安定化
を図るとともに、消費電力の低下を図ったサーボモータ
回路を提供することを目的とするものである。
以下、第1図と同一機能の部分には、同一符号を付して
示す図面を参照して、本考案によるモータサーボ回路の
一実施例を説明する。
第3図にトいてFF11〜FF13は、それぞれ入力端
子りとクロック端子CPを有し、クロック端子CPに、
インバータIN3により反転されたオア回路ORの出力
パルスが与えられると、入力端子りに与えられている“
1”又はa Onの信号を読込み、これを出力端子Qに
転送するフリップフロップである。
唾た、出力端子Qには、前記出力端子Qの反転出力が得
られるようになっている。
□ しかして、前記フリップフロップFF11〜FF1
3を3個縦続接続することにより、3ピツトのシフトレ
ジスタが構成され、アンド回路AD3.AD4からなる
ゲート部のゲート信号を作っている。
すなわち、AD3は、前記フリップフロップFF、1〜
FF13の各出力端子Qの出力、パルスストレッチャ回
路PSの出力及びインバータ1N3の出力が与えられる
アンド回路であり% AD4は、前記フリップフロップ
FF11〜FF13の各出力端子Qの出力、パルススト
レッチャ回路PS及びインバータIN3の出力が与えら
れるアンド回路である。
この場合前記インバータ■N3の出力をアンド回路AD
3.AD 4に導入しであるのは、オア回路ORに出
力がある間、アンド回路AD3.AD4に出力が生じな
いようにし、前記オア回路ORの出力パルスに雑音など
が含1れている場合のサーボモータMTの誤動作を防止
するためである。
次に、上述した構成になる本考案によるモータサーボ回
路の動作について述べる。
前述した第2図a = dに示すように、図示しない受
信機から入力端子t1に与えられる入力パルスSのパル
ス幅が、モノマルチMMの出力パルスMのパルス幅より
も広い場合は、両者のパルス幅の差に応じたパルスがパ
ルス幅比較部を構成するノア回路NR1の出力端子に出
力され、前記入力パルスSのパルス幅が、前記出力パル
スMのパルス幅よりも狭い場合は、両者の差に応じたパ
ルス幅のパルスがパルス幅比較部を構成するノア回路N
R2の出力端子に出力される。
しかして、今、ノア回路NR1に第4図aに示すように
第1番目のパルスP1が出力されると、このパルスPl
によりフリップフロップFF、1の出力端子Qに“l”
信号が生ずる。
また、前記パルスP1は、オア回路ORを介してパルス
発生部とシテのパルスストレッチャ回路PSに与えられ
ているので、ここでパルス幅が伸長され、パルスストレ
ッチャ回路PSの出力端子に、第4図Cに示すパルスが
得られる。
このパルスストレッチャ回路PSの出力パルスと、前記
フリップフロップFF1.の出力端子Qの出力とは、ア
ンド回路AD3に与えられているが、このアンド回路A
D3の他の入力端子に与えられているフリップフロップ
FF12.FF13の出力端子Qの出力が“0”である
ので、アンド回路AD3にはなんら出力が生ぜず、この
周期においては、サーボモータMTは駆動されない。
次に、次の周期において、ノア回路NR2の出力端子に
第4図すに示すように、パルスP2が出力されると、こ
のパルスP2によって、フリップフロップFF1□の出
力端子Qのn l pp出力がフリップフロップFF1
2に転送され、その出力端子Qを61”にする。
しかしながら、フリップフロップFF1、は、入力端子
りに与えられているノア回路NR1の出力″″0”を読
み込んで、その出力端子Qは°゛0”となる。
この場合、前記各フリップフロップFF1□ 〜FF、
3の出力端子Qは、出力端子Qの反転された信号として
、それぞれ、″1″゛″′0”、″lppを出力してい
る。
したがって、前記パルスP2が第4図Cに示すように、
パルスストレッチャ回路PSにより伸長されて、アンド
回路AD3.AD4に与えられても、アンド回路ADa
tAD4ではアンド論理が成立せず、サーボモータMT
が駆動されることはない。
すなわち、ジッター現象などによって、入力パルスSの
パルス幅がゆらぎ、前記ノア回路NR1゜NR2に、例
えば交互にパルスが出力されても、サーボモータMTは
駆動されず、制御の安定性が保たれることになる。
一方、ノア回路NR1の出力端子に、第4図aに示すよ
うに連続する3周期にわたってパルスP3〜P5が出力
された場合、これらのパルスP3〜P5により、前記フ
リップフロップFF11〜FF13の出力端子Qに順次
”1”信号が出力され、これらの出力がゲート信号とし
てアンド回路AD3に与えられる。
したがって、前記パルスP5が、パルスストレッチャ回
路PSにより、第4図Cに示すよう伸長されてアンド回
路AD3に与えられると、ここでアンド論理が成立し、
第4図dに示すように、前記パルスストレッチャ回路P
S、の出カパル、ス駆動回路PAに与えられ、サーボモ
ータMTが一定の方向に駆動されて、被制御対象、例え
ばエンジンのスロットルバルブの開度が調整され、制御
動作が行われる。
同時に、前記サーボモータMTの回転により、その回転
軸と連結されている可変抵抗VRの回転軸が操作され、
モノマルチMMの出力パルスMのパルス幅を広げる方向
に前記可変抵抗VRの抵抗値が変化する。
同様にして、ノア回路NR2の出力端子に、第4図aに
示すように、連続した3周期にわたってパルスP6〜P
8が出力されると、このパルスP6〜Il?8によって
、フリップフロップFF11の入力端子りに与えられて
いるノア回路NR,のt Oj″出力、フリップフロッ
プFF1、〜FF13に順次転送されるようになり、前
記パルスpsが発生した時点で、前記フリップフロップ
FF1、〜FF13の出力端子Qがすべてt″0”にな
る。
したがって、フリップフロップFF1l−FF13の出
力端子Qは、すべて111”になり、第4図eに示すよ
うにパルスストレッチャ回路PSの出力ハルスカ、アン
ド回路AD4を通って駆動回路PAに入り、サーボモー
タMTが逆方向に回転される。
さらに、次の周期においても、ノア回路NR2の出力端
子に、第4図aに示すようにパルスP9が出力されると
、このパルスP9が出力される以前の2周期においそも
、ノア回路NR2の出力端子にパルスP8゜P7が出力
されていることから、フリップフロップFF1□〜FF
13の出力端子4には11”が出力され、アンド回路A
D4でアンド論理が成立し、パルスストレッチャ回路P
Sの出力パルスが、第4図eに示すように駆動回路PA
に入力される。
このようにして、ノア回路NR1,NR2のいずれかの
出力端子にパルスが出力されると、それ以前の2周期に
同じノア回路の出力端子にパルスが出力されている場合
にのみ、パルスストレッチャ回路PSの出力パルスが駆
動回路PAに与えられ、サーボモータMTが駆動されて
制御動作が行われるのである。
ところで、正規の操作によって、人力パルスSと出力パ
ルスMのパルス幅が3周期にわたって、例えば入力パル
スSの幅がパルスMよりも犬である状態が続き、モータ
MTが駆動されて両パルスS、Mの幅が一致し、定常状
態であるところに、単発性の雑音が入力パルスSに重畳
すると、この雑音によって、モータMTが回転してしま
う場合がある。
しかしながら、ジッター現象に基づく入力パルスSのパ
ルス幅のゆらぎに比し、この単発性の雑音の発生頻度は
非常に少ない。
したがって、この単発性の雑音に起因してモータMTが
回転しても、それに要する消費電力はわずかである。
また、単発性の雑音が発生した次の周期には、入力パル
スSのパルス幅が正常に戻るので、その2周期後にはモ
ータMTが逆回転してモノマルチMMの出力パルスMの
幅が元に戻り、両パルスS、Mが平衡状態となって、制
御の安定性が損われることもない。
すなわち、フレーム周期よりもかなり長い周期で発生す
るような単発性の雑音等によって、モータMTが誤動作
す□ることもあるが、その発生頻度は少なく、実用上は
、問題がない。
したがって、第2図a t bに示すように、ジッター
現象などに起因して生ずるようなパルスP 1 sP2
が与えられた場合には、サーボモータMTが動作せず、
安定した制御が行われるのである。
また、例えばラジコン装置などにおいて、被制御体が電
界強度の急変するような領域に入り、受信機のAGC回
路の時定数によって、前記入力端子t1に誤信号が与え
られた場合にあっても、連続した3周期にわたって、前
記誤信号が入力しなければ前記サーボモータMTは駆動
されない。
したがって、前記誤信号によって、サーボモータMTが
誤動作するような状態はほとんどなくなり、常に正確な
制御動作が行われるようになる。
さらに、サーボモータMTが不要に駆動されることがな
くなるのでこむだな駆動電流が流れず、電源の節約が図
れて、低消費電力形のモータサーボ回路が構成できるの
である。
渣たさらにJジッター現象などに対してサーボモータM
Tが作動しないことから、人力パルスSとモノマルチM
Mの出力パルスMのパルス幅の識別不能帯域、すなわち
、不感帯をきわめて狭く設定でき、分解能を低下させる
ことなく、制御の安定性を向上できるという特長を有す
ることになる。
ところで、ラジコン装置などにかいては、周囲状況に応
じて、前記不感帯の幅を適宜切り替える必要が生ずる場
合がある。
このような場合には、フリップフロップを多段縦続接続
してなるゲート信号発生部を次のように構成する。
すなわち、第5図に示すように、ノア回路NR1,NR
2の出力を、それぞれアンド回路A D5’5AD6を
介して、2系統に分けて設けられたフリップフロップF
F2.〜FF23 tFF31〜FF33からなるシフ
トレジスタに導入し、前記アンド回路AD5.AD6の
他方の入力端子を共通に接続して、切替回路CXの出力
端子と接続する。
この切替回路CXには、前記オア回路ORの出力パルス
カ導入されて、この出力パルスのパルス幅が、外部から
任意に切替えられる設定値を超えた場合に、前記アンド
回路AD5.AD6にtt 111信号を出力し、この
アンド回路AD5.AD6を開くように構成する。
しかして、前記切替回路の設定値を切替えることにより
、前記不感帯の幅を任意に調整できるようになる。
さらに、第3図、あるいは第5図に示す実施例では、入
力パルスSとモノマルチMMの出力パルスMのパルス幅
が引き続く3周期にわたって同方向にずれた場合に、サ
ーボモータMTを駆動するようにしているが、前記パル
ス幅が、伺周期にわたって同方向にずれた場合にサーボ
モータMTを駆動させるようにするかは、アンド回路A
D3゜AD4に対するゲート信号発生部としてのシフト
レジスタを構成するフリップフロップの数を増減させる
ことによって、必要に応じて適宜に変更できるものであ
る。
また、本考案によるモータサーボ回路は、ラジコン装置
にかぎらず、一般の制御回路にも適用できることは、い
うまでもない。
そのほか、本考案は上記し、かつ、図面に示した実施例
に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲
で種々変形して実施できるものである。
以上述べたように、本考案によるモータサーボ回路は、
入力パルスと、これと比較するパルスとのパルス幅が、
同方向に連続して複数回ずれた場合にはじめて、サーボ
モータを駆動するようにしているので、ジッター現象な
どのように、入力パルスに対してそのパルス幅を増減さ
せるような雑音成分等によっては、前記サーボモータが
駆動されず、制御精度を低下させることなくきわめて安
定して制御動作を行うことが可能となるものである。
また、サーボモータに不要な起動電流が流れないので、
電源の消耗が少なく、低消費電力で、正確な制御が行え
、経済的にも得られる効果はきわめて犬である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来のモータサーボ回路を示す構成図、第2
図a”eは、従来のモータサーボ回路の動作を説明する
ためのタイミング図、第3図は、本考案によるモータサ
ーボ回路の一実施例を示す構成図、第4図a”−eは、
同実施例の動作を説明するためのタイミング図、第5図
は、本考案によるモータサーボ回路の他の実施例を示す
要部構成図、第6図a−pは、ジッター現象を説明する
ための図である。 MM・・・・・・単安定マルチバイブレータ(モノマル
チ)、VR・・・・・・可変抵抗、I N 1 t I
N 2・・・・・・インバータ、N R1t N R
2・・・・・・ノア回路、OR・・・・・・オア回路、
F F 11 □F F 13 ・・・・・・フリップ
フロップ、PS・・・・・・パルスストレッチャ回路%
A D 3 + A D 4・・・・・・アンド回路
、MT・・・・・・サーボモータ。

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. (1)周期的に与えられる人力パルスに同期して外部信
    号により調整されたパルス幅のパルスを出力する第1の
    パルス発生部と、このパルス発生部の出力パルスと前記
    入力パルスとのパルス幅を比較し、両者のパルス幅が不
    一致の場合にパルスを出力するパルス幅比較部と、j1
    7)パルス幅比較部の出力パルスが導入され、前記入力
    パルスの連続した少なくとも2周期にわたり、人力パル
    スと前記第1のパルス発生部の出力パルスのいずれか一
    方が他方のパ゛ルス幅よりも広い場合にゲート信号を出
    力するゲート信号発生部と、前記パルス幅比較部の出力
    パルスに応じたパルス幅のパルスを出力する第2のパル
    ス発生部と、前記ゲート信号発生部の出力ゲート信号に
    より開き、前記第2のパルス発生部の出力パルスを通過
    させるゲート部と、このゲート部の出力に応じて回転駆
    動され、その回転角度に応じて前記第1のパルス発生部
    の出力パルス幅を調整するようになるサーボi“−夕部
    とを具備してなることを特徴とするモータサーボ回路。
  2. (2)前記ゲート信号発生部は、前記パルス幅比較部の
    出力パルス幅が設定値を超えた場合に作動する構成にな
    ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第(1)項
    記載のモータサーボ回路。
JP1976145336U 1976-10-30 1976-10-30 モ−タサ−ボ回路 Expired JPS589281Y2 (ja)

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JPS5364895U JPS5364895U (ja) 1978-05-31
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JP1976145336U Expired JPS589281Y2 (ja) 1976-10-30 1976-10-30 モ−タサ−ボ回路

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JPS55120392A (en) * 1979-03-09 1980-09-16 Futaba Corp Motor servocircuit

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