JPS6082077A - 電動機の速度制御方法及び装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本元明は、電動機の速度制御方法及び装置に係り、特に
マイクロコンピュータによる制御に好適な、電動機の回
転速度の測定ならびに制御を行うようにした、電動機の
速度制御方法及び装置に関するものである。

〔発明の背景〕

第１図は、一般的な電動機の速度制御装置の構成を示す
ものである。

すなわち、速度制御装置は、所望する回転速度の指令値
を与える、速度指令手段に係る速度指令部ＳＣ％　電動
機Ｍの回転速度に反比例した周期の信号を発生する、回
転速度構出手段に係るパルスジエイ・レータＰＧ、　こ
のパルスジェネレータＰＧから与えられる信号Ｓｐｇを
回転速度’ＩＪｒに変換する、回転速度変換手段に係る
回転速度変換部Ｓ１前記回転速度ｖｒを速度指令値に近
付けるように電動機Ｍの制御信号を発生する、制御信号
発生手段に係る制御信号発生手段巾その制御信号を増幅
し電動機Ｍの駆動を行う、電動機駆動手段に係る駆動部
りより構成されるものである。

ここで、上記回転速度変換部Ｓの方式として、例えば、
速度制御そのものに係るものではないが、特公昭５３−
２５２６５号公報に開示されている方式第２図の回転速
度測定説明図にょシ、この方式の原理を説明する。

すなわちミパルスジエネレータＰＧの信号ｓｐｇが予め
設定されている基準時間ＴＳを経過後に発生するまでの
時間’Ｉ’ｐｇと、その間の発生回数ｎとを計数し、ｎ
／ｌｒｐｇの演算によシバルスジェネレータＰＧの信号
ｓｐｇを回転速度Ｖｒに変換するものでるる。

次に、第３図は、さきに開発した、上述の方式を電動機
の速度制御装置の回転速度変換部に適用し、マイクロコ
ンピュータによって装置を構成するようにした値成図を
示すものである。

図で第１図と同一符号のものは同号悄成を示すものであ
り、第１図における制御信号発生部Ｃを、マイクロコン
ピュータＭＣの制御信号発生処理手段ＰＣに、同じく回
転速度変換部Ｓを回転速度変換処理手段ＰＳにして、そ
の処理をそれぞれマイクロコンピュータＭＣの処理に置
き換え、回転速度変換処理手段ＰＳの回転速度変換処理
の時間管理を行うクロック信号発生器ＣＬとカウンタｃ
Ｔを付加したものである。

ここで、パルスジェネレータＰＧの信号Ｓｐｇはマイク
ロコンピュータＭＣの割込み入力端子ＩＮＴに接読され
ているので、回転速度変換処理手段ＰＳに係る処理は、
パルスジェネレータＰＧの信号Ｓｐｇによ逆起動する割
込み処理である。

また、制御信号発生処理手段ＰＣに係る処理は、回転速
度変換処理手段ＰＳよシ出力される電動機Ｍの回転速度
ｖｒと速度指令部ＳＣより与えられる速度指令値ＶＣと
の偏差に基づき、電動機Ｍの制御信号Ｓｍの発生を行う
マイクロコンピュータＭＣの主処理である。

また、第４図（イ）および（ロ）は、第３図に示したマ
イクロコンピュータＭＣの回転違反変換処理手段ＰＳお
よび制御信号発生処理手段ＰＣにおける処理に係るフロ
ーチャートである。

すなわち、回転速度変換処理手段ＰＳの処理は、パルス
ジェネレータＰＧの信号Ｓｌｕｇが発生する毎に起動し
、カウンタＣＴから与えられる時間デ−タＴＤと第２図
で説明した、予め設定されている基準時間ＴＳの比較を
行うものである。

すなわち、時間データＴ　ＤがＴＳに達していないとき
（ＴＳ＞ＴＤ’）には、パルスジェネレータ信号Ｓｐｇ
の発生回数カウンタに係るパルスジェネレータ信号計数
メモＩＪ　Ｃｎの値を１増加して回転速度変換処理手段
１）　Ｓの処理を終了し、主処理に復帰するものである
。その後同処理をパルスジェネレータ信号８ｐｇが発生
する毎に行い、第２図における（ｎ＋１）回目の回転速
度変換処理手段ＰＳの処理では、時間データＴＤが基準
時間ＴＳを上回っている（ＴＳ＜ＴＤ＞ので、そのとき
の時間データＴＤ　（第２図におけるＴｐ’ｇ）とパル
スジェネレータＰＧの信号Ｓｐｇの発生回数カウンタに
係るパルスジェネレータ信号計数メモリＣｎＯ値（ｎ）
を用い、次式により電動機Ｍの回転速度ｖｒを得ること
ができる。

ここで、ＰはパルスジェネレータＰＧの１回転当りのパ
ルス数、Ｔｄはクロック発生器ＣＬのクロック周期であ
る。

この回転速度■ｒの算出後、カウンタＣＴをリセットし
て時間データＴＤを零とし、パルスジェネレータＰＧの
信号Ｓｐｇの発生回数カウンタに係るパルスジェネレー
タ信号計数メモＩＪ　Ｃｎの値を初期化して回転速度変
換処理手段ＰＳの処理を終了し、（ロ）に示した主処理
に復帰するものである。

以」二に説す」した処理により、基準時間Ｉｌｌ　ｓを
経過する毎に電動機Ｍの回転速度ｖｒを倚ることができ
る。

ここで、回転速度変換処理手段ＰＳの処理を割込み処理
としたのは、パルスジェネレータＰＧの信号Ｓｐｇに対
して実時間で処理を行なわなければ、回転速度■ｒの精
度が確保されないためである。

ここで回転速度変換処理手段ＰＳの処理時間をマイクロ
コンピュータＭＣの処理能力の限界と思われる５０μｓ
印とし、パルスジェネレータＰＧの１回転当９のパルス
数Ｐを１００（パルス／回転）とすると、基準時間ＴＳ
の間での割込み処理の残余時１ｖ１Ｔｒ　、すなわち主
処理の実行が可能な最大時間は、後述の（２）式よシ、
第５図に示したように回転速度■ｒの関数となる。

電動、戟の速度制御装置において、主処理は微分。

積分等の複雑な演算処理やＡ／Ｄ変挨処理等を行う必要
があるため、その処理時間は、一般に２〜３ｍ５ｅＣ程
度必要とされる。

主処理の処理時間、すなわち、必要な残余時間Ｔｒを３
ｍｇｆ３ｔｌｉとすると、そのときの回転速度■ｒは、
第５図よシ、基準時間ＴＳが５　ｍ　５ｅＫｉ、　１０
　ｍ５ｅｃ。

２０ｍ５ｅＯのとき、それぞれ４．ｓｏｏｒｐｍ、　８
．４（ｌＱｒｐｌｌｌ。

１０．２００ｒＦとなる。

これらの回転速度は、各基準時間ＴＳにおけるマイクロ
コンピュータＭＣによって制御可能な最大回転速度■ｒ
ｍａＸ　である。

このことから、速度制御装置の速度制御範囲は、基準時
間ＴＳが大きい程広くなることがわη・る。

しかし、基準時間ＩＩ＋　３が大きくなるということは
、制御系のサンプリングタイムが大きくなることと同じ
であり、速度制御範囲を広くすると、全速度制御範囲に
わたシ速度制御装置の応答が悪くなることは明らかであ
る。

したがって、例えば電動ミシン等のように、特に低速回
転時に高い応答性が必要な速度制御装置としては不適当
であるという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、広い速度制御範囲で、精度よく速度検出を行
い、速度’＋ｌｉ制御を行うようにした電動機の速度制
御方法と、その実施に直接使用される速度制御装置の提
供を、その目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明に係る電動機の速度制御方法は、所望する回転速
〆の指令値と、゛電動機の回転速度に反比例した周期の
信号に係り、基準となる時間を超えて発生する信号まで
の時間間隔と当該時間間隔内の信号の敢との比率により
変換して得られる回転速度の値とを近付けるように、電
動機の制御信号を発生させ、この制御信号によシ醒動機
を駆動せしめるようにした電動機の速度制御方法におい
て、上記の基準となる時間を、上記回転速度の指令値、
もしくは電動機の回転速度に応じて可変としたものであ
る。

また、本発明に係る電動機の速度制御装置の構成は、電
動機の回転速度の指令値を与える速度指令手段と、’を
動禄に連動し当該電＠熾の回転速度に反比例する周期の
信号を発生する回転速度検出手段と、基準となる時間を
超えて発生する前記回転速度検出手段の信号の時間間隔
と信号数の比率より電動機の回転速度を得る回転速度変
換処理手段と、一定の時間毎に市゛号を発生する基準時
間及び、速匿指令値もしくは前記回転速度変換処理手段
の回転速度変換処理により侍られる電動機の回転速度に
応じた変更基準時間を設定する基準時間設定処理手段と
、速度指令手段よシ与えられる速度指令値に、前記回転
速度変換処理手段より与えられる電動機の回転速度を近
付けるように電動機の制御信号を発生する制御信号発生
処理手段と、制御信号発生処理手段より与えられる信号
を増幅し一′Ｋｉ、動１幾の駆動を行う電動機駆動手段
とからなるものである。

なお付記すると、本発明に係るものは、パルスジェネレ
ータのパルス数及びその時間間隔の比率によシ、電動機
の回転速度の測定を行う際の基準時間を、電動機の回転
速度、もしくは速度指令値に応じて可変とすることによ
り、その目的を達成するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

丑ず、本発明に係るものの実施例を説明する前に、その
基本的技術について、第６図をあわせ、さきに述べたと
ころをも参照して、次に説明する。

パルスジェネレータＰＧの信号ｓｐｇの周期（第２図の
ＴＯ）は、１回転当シのパルス数をＰ（パルス／回転）
、回転速度をＶｒ（ｒｐｍ）にすると、６０／ＰＶｒ　
（ｓｅａ）となる。したがって、基準時間ＴＳ中に発生
するパルスジェネレータＰＧの信号Ｓｐ’ｇの発生回数
は、Ｔ　Ｓ　／（６０／ＰＶｒ）であり、この値に１、
割込み処理時間Ｔｉｎｔを乗すると、基準時間ＴＳ中の
全割込み処理時間がめられる。

基準時間ＴＳ中に主処理の実行が可能な時間、すなわち
処理残余時間Ｔｒは、基準時間Ｔｓよシ割込み処理時間
’］：’ｉｎｔを差引いた値となシ、次式％式％ 上式より、残余時間Ｔｒにおける制御可能な最大回転速
度■ｒｍａＸは上式を変形した次式で与えられる。

ここで、さきにも述べたように、割込み処理時間’ｆ’
　ｉ　ｎ　ｔ　ｆ　５０μ％、ハルスジエネレータＰＧ
の１回転当シのパルス数を１００パルス／回転とし、１
サンプリング中の割込み処理の処理残余時間（主処理を
行う処理時間＞Ｔｒをパラメータとして、基準時間ｌ１
ｌｓに対する最高回転速度Ｖ　ｒ　ｍａ　Ｘの関係を示
したのが第６図である。

例えば、処理残余時間Ｔｒをａｍｓｅｃとすると、最高
回転速度ｖｒｍａＸが５，０００ｒｐｍのときには、基
準時間ＴＳは５ｍ５８ｃとなり、また１０．００Ｏｒｐ
ｍのときには１８ｍ鍜となる。

ここで基準時間Ｔｓは短時間である程、速度制御装置の
制御応答性は高い。

したがって、基準時間Ｉｌｌ　ｓを、電動機の回転速度
ＶｒＫ応じて、第６図の曲線に基づき可変とすれば、速
度制Ｈ’＄１囲を狭めることなしに、低速時の制御応答
性を向上することができる。

次に、本発明に係る電動機の゛速度制＠ｊ方法の一芙泥
例を、その実施に供せられる速度制御装置の一実施例と
ともに、第７図ないし第８図を参照して説明する。

まず、第７図は、本発明の一笑／／ｌＩｉ四〇に係る電
動機の速度制御装置の、溝成図である。

図において、さきの第３図と同一符号は同等部分を示す
もので、１．１）Ｔは基準時間設定処理手段である。

すなわち、第７図の構成は、上述した原理に従うもので
あシ、その処理は、さきの第３図及び第４図で説明した
マイクロコンピュータＭＣの処ｕに、基準時間設定処理
手段ＦＴの処理を伺加するようにしたものである。

しかして、この基準時間設定処理手段ＰＴの処理では、
回転速度変換処理手段Ｐｓの処理より得られる電動機Ｍ
の回転速度■ｒから、次式により基準時間ＴＳを設定す
る。

上式は、さきの（３）式を変形した式に、処理残余時間
Ｔｒの余裕時間の項である定数１ぐを伺加したものであ
る。定数には、電動機Ｍの回転速度ｖｒの立上が９時定
数よシ決定する。

第８図は、上記の構成の速度制御装置におけるマイクロ
コンピュータＭＣの割込み処理のフローチャートを示す
ものである。

割込み処理では、さきの第４図（イ）で説明した回転速
＝＝換処理手段ＰＳの処理を行い、この処理から得られ
る電動機Ｍの回転速度■ｒを、上記の（４）式に代入し
、基準時間ＴＳをめる基準時間設定処理手段ＰＴの処理
を行うものである。

したがって、次回の割込み処理では、新たに設定された
、すなわち変更の基準時間ＴＳを用いて回転速度変換処
理手段ＰＳの処理を行うため、電動機Ｍの回転速度■ｒ
に応じて基準時間ＴＳを変化させることが可能となる。

なお制御信号発生処理手段ＰＣ等の処理を行う主処理は
、第４図（ロ）と同構成である。

ここで奏準時間設定処理手段ＰＴの処理は、割込み処理
として行うため、その処理を高速に行う必要がある。

この処理方式として、例えば、回転速度■ｒに対する基
ｉ＄待時間１　ｓのデータを（定数テーブルとシテ）マ
イクロコンピュータＭＣのメモ１バＲＯＭ）に予め格納
しておき、基準時間設定処理手段ＰＴの処理では、その
データの検索のみを行うという処理方式が有効である。

また、基準時間設定処理手段ＰＴの処理を、割込み処理
によって行なわず、主処理によって行うという処理方式
もある。

この処理方式では、基準時間設定処理手段ＰＴの処理に
よって基準時間ＴＳを設定する時間と、これが回転速度
変換処理手段ＰＳの処理に使用される１でに、主処理の
処理時間分の遅れが生じるが、処理残余時間Ｔｒを若干
大きくして基準時間ＩＩＩ　ｓを設定することによシ、
支障なく動作させることが可能なものである。

この処理方式は、そのデータ用に大きな容量を必要とし
ないため、メモリ容量に制約がある場合に有効である。

次に、本発明に係る電動機の速度制御方法の他の実ノ旭
例を、第９図ないし第１１図によって説明する。

しかして、その速度制御装置は、さきの第７図と同様の
ものである。

制御信号発生処理手段ＰＣの処理方式によっては、基準
時間Ｉｌｌ　ｓが無段階に変化すると、積分定数、ゲイ
ン等の定数を基準時間ＴＳに応じて、演算してめる必要
が生じる場合が考えられる。

このような定数が増大する程、処理時間、プログラム長
が共に増大して好ましくないものである。

ここで、回転速度と基準時間の関係図である第９図の曲
線■は、さきの（４）式の処理残余時間Ｔｒを４ｍ５ｅ
ｃ、割込み処理時間Ｔｉｎｔを５０　μｓｅＣ，ノＺル
スジエネレータＰＧのパルス数Ｐを１００パルス／回転
、定数項■（を１ｍ５ｆ３０としたときの回転速度ｖｒ
に対する基準時間ＴＳを示しだものである。

ここで、基準時間Ｔ’Ｓを、世」えば同図の曲線■のよ
うに、低速域、中速域、高速域と３段階の値とし、各速
度域に対し、基準時間ＴＳを選択して用いることにより
、前述の種々の定数も各速度域に対して１つずつ持てば
良く、基準時間Ｔｓに応じた演算が不要となる。

すなわち、処理時間、プログラム長を大幅に短縮できる
ものである。

本芙施夕１］を実現するマイクロコンピュータＭＣの割
込み処理、すなわち基準時間設定処理手段ＰＴ及び回転
速度変換処理手段ＰＳの処理のフローチャートを示すも
のが第１０図であり、その主処理のフローチャートを示
すものが第１１図である。

なお本実施例では、基準時間ＴＳを３段階とした例につ
いて説明したが、基準時間ＴＳの段数を増せば、基準時
間ＴＳの切換点以下の回転速度に対して一制御の応答性
を＼第９図によシ説明した曲線■に対応する応答性に、
よシ近付けることができるものである。

しかして、上記の各実施例に係るものは、基準となる時
間を電動機の回転速度に応じて可変とする方法であるが
、これは、回転速度の指令値に応じて可変とするように
してもよいものである。

すなわち、第７図の構成において、基準時間設定処理手
段ＰＴへの入力源を速度指令部ＳＣからの速度指令値Ｖ
Ｃとするように構成することによシ、同様に速度制御を
行うことができるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電動機の回転速度を、速度制御範囲の
低速側では短時間に得ることができるので、速度制御の
応答性を向上することができる。

マタ、マイクロコンピュータの処理時間を広い速度範囲
で確保できるので、速度制御範囲の拡大が図れる等の効
果があるー 図面／″′′簡単明 第１図は、一般的な速度制御装置の構成図、第２図は、
従来公知の回転速度測定説明図、第３図は、さきに開発
した速度面］＃装置の構成図、第４図の（イ）、（ロ）
は、第３図の速度制御装置におけるマイクロコンピュー
タ処理のフローチャート図、第５図は、回転速度と処理
残余時間の関係図、第６図は、基準時間と最高回転速度
の関係図、第７図は、本発明の一実施例に係る峨動截の
速度制御装置の構成図、第８図は、第７図の速度制御装
置におけるマイクロコンピュータの割込み処理のフロー
チャート図、第９図は、回転速度と基準時間の関係図、
第１０図は、本発明の他の実施例に係る電動機の速度制
御方法に係るマイクロコンピュータの割込み処理のフロ
ーチャート図、第１１図は、その主処理のフローチャー
ト図である。

ＳＣ・・・速度指令部、ＰＣ・・・制御信号発生処理手
段、Ｄ・・・駆動部、ＰＳ・・・回転速度変換処理手段
、Ｍ・・・電動機、ＰＧ・・・パルスジェネレータ、Ｐ
Ｔ・・・基準時間設定処理手段、ＭＣ・・・マイクロコ
ンピュータ・ＣＬ・・・クロック信号発生器、ＣＴ・・
・カウンタ、Ｃｎ・・・パルスジェネレータ信号計数メ
モリ、Ｓｐｇ・・・パルスジェネレータの信号、ＴＳ・
・・基準時間、Ｔｐｇ・・・パルスジェネレータの信号
の時間間隔、ＴＤ・・・時間データ、■ｒ・・・回転速
度、Ｔｒ・・・処理残余時間、ＶＣ・・・速度指令値、
Ｓｍ・・・制御信号。

（ほか１名）゛− 裾１図 弔２０ 率３霞 噌６目 （ヒＰｍ） ０　５　１０　１５　２０　ｌ５ Ｔ５　（ｔｎｓｅｃ） 兎′１図 卒８図 害１ｊ込み便理人口 割込み憩理旧口 第９図 ｍｃ：ｐｃ） ０　２５００５０００　’７５００　１００００　１２
５００ｖ、　（ＶＰ爪） 宅１０図 害１１ｖ５カ、タリ、王里人口 雪１１ヘフト定浬す口 ろ１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所望する回転速度の指令値と、電動機の回転速度に
   反比例した周期の信号に係り、基準となる時間を超えて
   発生する信号までの時間間隔と当該時間間隔内の信号の
   数との比率により変換して得られる回転速度の値とを近
   付けるように、電動機の制御信号を発生させ、この制御
   信号にょシミ動機を駆動せしめるようにした電動機の速
   度制御方法において、上記の基準となる時間を、上記回
   転速度の指令値、もしくは電動機の回転速度に応じて可
   変としたことを特徴とする電動機の速度制御方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、回転速
   度変換の基準となる時間を、別途に格納した定数テーブ
   ルを検索して得るようにしたものである電動機の速度制
   御方法。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、電動機
   の回転速度を２領域以上の複数領域に区分し、回転速度
   変換の基準となる時間を、各領域に対して、それぞれ一
   定値となるように、２段階以上の値数段の値としたもの
   である電動機の速度制御方法。 ４．１％許請求の範囲第１項記載のものにおいて、回転
   速度変換及び制御信号発生の各処理を、少なくともマイ
   クロコンピュータにより行うようにしたものである電動
   機の速度制御方法。 ５、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、基準と
   なる時間に応じて、制御信号発生処理における積分定数
   及びゲインもしくは、それらのうちのいずれかを可変と
   したものである電動機の速度制御方法。 ６、電動機の回転速度の指令値を与える速度指令手段と
   、電動機に連動し当該′電動愼の回転速度に反比例する
   周期の信号を発生する回転速度検出手段と、基準となる
   時間を超えて発生する前記回転速度検出手段の信号の時
   間間隔と信号数の比率より電動機の回転速度を得る回転
   速度変換処理手段と、一定の時間毎に信号を発生する基
   準時間及び、速度指令値もしくは前記回転速度変換処理
   手段の回転速度変換処理により得られる電動機の回転速
   度に応じた変更基準時間を設定する基準時間設定処理手
   段と、速度指令手段よシ与えられる速度指令値に、前記
   回転速度変換処理手段よシ与えられる電動機の回転速度
   を近付けるように電動機の制御信号を発生する制御信号
   発生処理手段と、制御信号発生処理手段よシ与えられる
   信号を増幅し電動機の駆動を行う電動機駆動手段とから
   なることを時機とする電動機の速度制御装置。 ７、特許請求の範囲第６項記載のものにおいて、回転速
   度変換処理手段を、回転速度変換処理の時間管理を行う
   、クロック信号発生器及びカウンタを具備するものとし
   たものである電動機の速度制御装置。