JPS6132682B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は自動制御装置特にデジタル方式によ
る自動制御装置に関する。

デジタル方式の自動制御装置では、被制御量に
応じた数のパルスを発生するパルス発生装置を用
意し、これを単位時間毎に計数して、目標値に応
じて設定されたパルス数と比較し、その偏差分に
基いて被制御量を調節するのが普通である。この
場合、目標値を広範囲にわたつて設定するとき、
したがつて被制御量が広範囲にわたつて変化する
ようなとき、パルス発生装置から発生される１パ
ルスの重みが当然異なつてくるので、全範囲にわ
たつて同じ精度で制御するのが極めて困難とな
る。

この発明は、被制御量が広範囲にわたつて変化
するときでも、常に同じ精度で制御可能とするこ
とを目的とする。

この発明の実施例を図によつて説明する。図の
実施例は無段変速機の出力回転数を予め設定した
目標回転数を一致させるように自動制御する場合
の例である。図において、１は入力パルスａが与
えられる入力端子、２は分周回路、３はクロツク
パルスCP₀を発する発振回路、４は目標回転数を
デジタル的に設定する設定器たとえばデジタルス
イツチ、５はマルチレートプライヤ、６はアンド
回路、７は可逆カウンタ、８は可逆カウンタの内
容を検出する検出器、９は不感部を設定する設定
器、たとえばデジタルスイツチ、１０は比較器、
１１はタイミング回路、１２，１３はラツチ記憶
回路（たとえばＤ型のフリツプフロツプ）、１
４，１５はアンド回路、１６は可逆カウンタ７に
プリセツトするための設定器たとえばデジタルス
イツチである。

入力パルスａは、無段変速機の出力回転によつ
て駆動されるロータリエンコーダ（パルスゼネレ
ータでもよい。）から発せられるパルスが与えら
れる。ここでは説明を簡単にするためロータリエ
ンコーダは無段変速機が１回転する毎に60個のパ
ルスが発生するように構成されたものが使用され
ているものとする。もちろんこれに限定されるも
のでない。設定器４はrpm単位で目標回転数を設
定する。たとえば目標回転数を1000rpmとして設
定したとすると、この1000がマルチレートプライ
ヤ５に与えられ、クロツクパルスCP₀をして、単
位時間（これを１秒とする）当り、1000M個（た
だしＭは１以上の数とする。）のパルスがパルス
CP₁として出力されるようになる。具体的には、
クロツクパルスCP₀の発振周波数をlMHzとし、
Ｍを100とすればパルスCP₁の周波数は100KHzと
なる。設定器１６による設定値Ｎは求めようとす
る精度に応じて任意に設定されるが、この例では
目標回転数の最大値が４桁であるから、これと同
じ桁数の1000（＝Ｎ）としてある。分周回路２の
分周値は前記したＭ、Ｎの関係よりＮ／Ｍに設定
する。前述の例から言えば、Ｎ＝1000、Ｍ＝100
としたので分周値は10となる。すなわち入力パル
スａの10パルス分をパルス幅とするパルスｂが分
周回路２から出力される。したがつてもし無段変
速機が1000rpmで回転しているとすれば、前述の
例から言えば、パルスｂの幅はＮ／Ｍ×１／１０００＝ １／１００（秒）となる。パルスｂはタイミング回路１ １に与えられ、パルスｂの立下りを検出したとき
若干の時間を置いてパルスｃを、続いてパルスｄ
を出す。パルスｄは分周回路２に与えられ、強制
的にリセツトして、再び次の入力パルスａからパ
ルスｂをＨレベルにしてさきの分周動作を繰返
す。これは本来の分周動作から言えば、入力パル
スａの10個分だけパルスｂはＬレベルとなるはず
であるが、これを前述のように強制的にリセツト
することによつて、後記するゲート時間の繰返し
周期を早めるようにする。パルスｄは可逆カウン
タ７にプリセツト読込み信号としても与えられ、
この信号によつて設定器１６に設定されてある設
定値Ｎ（＝1000）がプリセツトされる。

パルスｂとパルスCP₁とはアンド回路６に入力
され、パルスｂがＨレベルの期間中、パルスCP₁
がパルスCP₂として出力される。したがつてパル
スCP₂の単位時間（パルスｂがＨレベルの期間
中）における数は、設定器４による目標回転数を
Sn、無段変速機の出力回転数をRnとすれば Ｎ／Ｍ×１／Ｒｎ×Sn×Ｍ＝ＮＳｎ／Ｒｎ となる。もし出力回転数が目標回転数Snに一致
しているとすれば、パルスCP₂の数は単位時間当
りＮとなつてプリセツト値と一致する。

可逆カウンタ７はその内容が零になつたとき、
出力ｆを出す。この出力ｆを検出器８が受けたと
き増減速指示を意味する出力ｇを出す。この出力
ｇは前記パルスｄが検出器８にリセツト信号とし
て入つたときにリセツトされる。出力ｇは可逆カ
ウンタ７に可逆モードの決定のために与えられ
る。すなわち、出力ｇがＬレベルであれば可逆カ
ウンタ７はダウンモードにあり、出力ｆが発せら
れて、出力ｇがＨレベルとなるとアツプモードに
なる。したがつて可逆カウンタ７がその内容がＮ
にプリセツトされたときからアンド回路６からの
パルスCP₂が入力されると、このときはまだ出力
ｆは出ないから、出力ｇはＬレベルにあり、可逆
カウンタ７はダウンモードにあるから、パルス
CP₂はプリセツト値Ｎから減算されていく。もし
目標回転数と出力回転数が一致しているとする
と、単位時間当りのアンド回路６からのパルス数
が前述のようにＮであるから、単位時間を経過し
たときに、可逆カウンタ７の内容は零となる。こ
のとき出力ｆが出るにしても、続いてパルスｄが
出るので出力ｇはいぜんとしてＬレベルにある。
目標回転数より出力回転数が低いときは、パルス
ｂの幅は広くなるので、パルスｂの１パルス期間
中にパルスCP₂はＮ個以上となり、可逆カウンタ
７が次にプリセツトされるまでに、その内容が零
となる。これが零となると、出力ｇによつて以後
可逆カウンタ７はアツプモードとなつてこのとき
以後のパルスCP₂はアツプカウントされていく。

可逆カウンタ７のプリセツト値とパルスCP₂の
数の差の絶対値が出力ｈとして可逆カウンタ７か
ら出力され、比較器１０に入力されている。比較
器１０には不感帯領域を設定する設定値が出力ｉ
として入力され、出力ｈと比較される。不感帯を
仮りに±１％と設定したとする。プリセツト値Ｎ
が1000であれば、その１％は10であるから出力ｉ
は10なる値となる。そして比較器１０からは出力
ｈが出力ｉより大きい範囲では、Ｈレベルに、又
その逆の範囲ではＬレベルになる変速指示を意味
する出力ｊを出す。したがつて目標回転数と出力
回転数とが一致したとき、或いは出力回転数が目
標回転数に対して不感帯領域内にあるとすると
き、パルスＣが出る時期はＬレベルにある。又前
述のようにこの時期では出力ｇはＬレベルであ
る。その結果記憶回路１２，１３はいずれもその
記憶値は“０”であるからアンド回路１４，１５
からは何の出力も出ない。このことは無段変速機
を何ら増減速動作を起こさないことを意味する。

上述のように目標回転数より出力回転数が低い
ときは、パルスｂの１パルスの幅内で出力ｆが出
て可逆カウンタ７はアツプモードとなつて、以後
のパルスCP₂はアツプカウントされていく。出力
ｈはプリセツト値ＮとパルスCP₂との差の絶対値
であるから、出力回転数が不感帯領域から外れて
いるならば、パルスＣが出る時期では出力ｊはＨ
レベルにある笞である。又この時期には出力ｇが
Ｈレベルである。したがつてパルスＣが出たと
き、記憶回路１２，１３に出力ｇ，ｊのＨレベル
が記憶され、これから出力Ｋ，ｍが出る。そのた
めアンド回路１４から出力ｎが出る。この出力は
無段変速機をして増速させるべく調整するための
信号として利用される。具体的には無段変速機の
変速ハンドルを増速方向に回転させるべく、出力
ｎを用いる。

逆に目標回転数より出力回転数が高いときは、
パルスｂの幅が狭くなるので、パルスｂの１パル
ス幅内では出力ｆが出ることはなく可逆カウンタ
７はいぜんとしてダウンモードにある。そしてプ
リセツト値ＮとパルスCP₂の数の差が10以下とな
らないうちにパルスｂが終えんすれば、出力ｊは
いぜんとしてＨレベルにある。ここでパルスＣが
出ると、出力ｊのＨレベルが記憶回路１３に記憶
され、Ｈレベルの出力ｍを出す。このときは出力
ｇはＬレベルであるから、記憶回路１２からはＬ
レベルの出力ｋとは反転した出力がＨレベルと
して出力されるので、アンド回路１５から出力ｏ
が出る。この出力は前記とは逆に無段変速機を減
速させるための信号に利用する。以上によつて出
力回転数が目標回転数に到達するように（実際に
は不感帯領域内に到達するように）制御されてい
ることになるのである。

なお上記の説明から理解されるように、出力
ｎ，ｏは「１」、「０」の理論出力であり、またサ
ンプリング周期はパルスｂの幅に相当する。した
がつて出力ｎ，ｏが発せられるときに、出力回転
数が目標回転数と一致している確率は極めて小さ
い。そのため出力ｎ，ｏが前記したサンプリング
の都度、交互に出力される可能性は極めて高い。
このためハンチングが発生しやすくなる。しかし
前記のように不感帯領域を設定しておけば、サン
ブリングの際に出力回転数がこの不感帯領域内に
あれば、出力ｎ，ｏは発せられないから、前記し
たようなハンチングは何等発生しないようにな
る。

次に上記の構成の動作を具体的数値に基いて説
明する。今Ｎを1000、Ｍを100に又出力回転軸が
１回転する毎に60個のパルスが入力パルスａとし
て与えられるものとし、更に不感帯を±１％にそ
れぞれ設定したとする。目標回転数を1000rpmと
したとき、出力回転数が1000rpmであれば、出力
ｈは零となる。したがつて無段変速機は何ら増減
されない。しかしたとえば出力回転数が900rpm
であつたとすると、パルスｂの幅は １／９００×Ｎ／Ｍ＝11.11（ｍ秒） となる。この時間内に入るパルスCP₁の数は、 １／９００×Ｎ／Ｍ×1000×Ｍ＝1111パルス となる。したがつてパルスｂが立下がるまでに可
逆カウンタ７の内容が零になるときがあり、この
ときから、アツプモードとなる。又パルスｂが立
下がるときの出力ｈは1111−1000＝111となつて
いるので、出力ｊはＨレベルにあるため出力ｎが
出て増速調整が開始される。逆に出力回転数が
1050rpmであるとすると、パルスｂの幅は、 １／１０５０×Ｎ／Ｍ＝9.52（ｍ秒） この間に入るパルスCP₂の数は １／１０５０×Ｎ／Ｍ×1000×Ｍ＝952パルス となり、出力ｈは1000−952＝48が出力され、パ
ルスｂが立下がるとき出力ｊはＨレベルにあり、
又検出器８の出力ｇはＬレベルにあるから、パル
スｃが出たとき、アンド回路１５から出力ｏが出
て減速調整が開始される。もし出力回転数が不感
帯領域にあるとき、たとえば990rpmであるとす
ると、パルスｂの幅は10.10（ｍ秒）、この間のパ
ルスCP₂の数は1010パルスとなる。したがつて出
力ｈは1010−1010＝10となるから出力ｊはＬレベ
ルのままである。したがつて出力ｈ，ｏはいずれ
も出ない。同様に出力回転数が1010rpmであると
き、パルスｂの幅は9.90（ｍ秒）、この間に入る
パルスCP₂の数は990パルスとなる。したがつて
出力ｈは1000−990＝10となり、このときも出力
ｊはＬレベルのままである。すなわち出力回転数
と目標回転数との差が、目標回転数の±１％以内
であれば、増減速調整は何ら行なわれないし、又
＋１％であれば、パルスｂの１パルス中のパルス
CP₂の数には1010パルス、又−１％であれば990
パルスとなる。

次に上記と同じ設定条件において、目標回転数
を100rpmにしたとする。これは無段変速機の変
速比が10対１である場合である。このときの不感
部領域も、前回と同じく±１％であるとすれば、
設定器９から比較器１０に与えられる出力ｉは10
である。今出力回転数が100rpmで回転している
（つまり目標回転数に等しく回転している）とす
ると、パルスｂの幅は １／１００×Ｎ／Ｍ＝100（ｍ秒） この間に入るパルスCP₂の数は １／１００×Ｎ／Ｍ×100×Ｍ＝1000パルス となる。このときは何ら増減速調整は行なわれな
いことは前述のとおりである。

不感帯領域が±１％であるとしているので、今
出力回転数が99rpmであつたとすると、パルスｂ
の幅は101.01（ｍ秒）となり、この間に入るパル
スCP₂の数は、1010パルスとなる。このことは前
例における目標回転数が1000rpmであつて、出力
回転数がこれより１％低い990rpmであるとき
の、パルスCP₂の数と一致する。したがつてこの
ときは増減速は何ら行なわれない。そして出力回
転数がこれより更に少なくなれば、出力ｎが出る
ことは前述の例と全く同じである。又逆に出力回
転数が101rpmであつたとするとパルスｂの幅は
99.01（ｍ秒）、この間に入るパルスCP₂の数は
990パルスである。この場合も前例における目標
回転数が1000rpmであつて、出力回転数がこれよ
り１％高い1010rpmであるときのパルスCP₂の数
と一致する。したがつてこのときも増減速は行な
われないし、又これより更に出力回転数が多くな
れば、出力ｏが出ることは前述の例と全く同じて
ある。かくして目標回転数がどのように変更され
たとしても、設定された不感体領域はすべて同じ
百分率となり、その設定誤差はないし、又目標回
転数が広範囲に設定されても、いずれも同じ精度
が得られるようになる。

なおこの発明において分周回路２を用いて入力
パルスａを分周する理由は、もしこれを分周せ
ず、ひとつの入力パルスａのパルス幅時間を計測
時間とすると、たとえば被制御体の回転ムラなど
によつて入力パルスａに不規則な変動が生じた場
合、この計測時間にバラツキが生じる。そのため
正確な計測が期待できないようになる。これに対
し分周回路２を用いて分周パルスｂを求め、これ
によつて計測するようにすれば、入力パルスａに
不規則な変化が起きても、これが平均化されるの
で分周パルスｂの幅は常に安定するようになり、
したがつて計測時間を常に一定とすることができ
るようになつて都合がよい。

ここに第２図は目標回転数と出力回転数が一致
している場合の、第３図は設定回転数が目標回転
数よりも高い場合の、又第４図は設定回転数が目
標回転数よりも低い場合の、各タイムチヤートを
示す。又図の実施例は可逆カウンタを使用してい
るが、これに代えてダウンパルスカウンタとアツ
プパルスカウンタとを用意し、ダウンパルスカウ
ンタにＮをプリセツトしておき、アンド回路６か
らの入力パルスを始めにダウンパルスカウンタに
与え、これがオーバフローしたとき以後の入力パ
ルスをアツプパルスカウンタによつてカウントす
るようにしてもよく。このときはダウンパルスカ
ウンタのオーバフロー信号を出力ｆに、又ダウン
パルスカウンタとアツプパルスカウンタのカウン
ト値を出力ｈに利用すればよい。

なお、図の実施例では目標回転数を設定器４に
より設定される定値として扱つているが、被制御
量には無関係に変更されるもの、たとえば、別の
無段変速機の回転出力に追従制御することも可能
であり、この場合には前記別の無段変速機の回転
数が設定目標値となる。したがつてこの回転によ
つて駆動されるパルスゼネレータ或いはロータリ
エンコーダからのパルスから単位時間当りのパル
スを求め、これを設定器４からの出力に代えてマ
ルチレートプライヤ５に与えるようにして、目標
値設定部を構成すればよい。又前記別の無段変速
機によつて駆動されるパルスエンコーダの１回転
当りのパルス数と、入力パルスａを発生している
無段変速機によつて駆動されるパルスエンコーダ
の１回転当りのパルス数との比が前述の例にした
がつて１：Ｎとなるようにしておけば、前記別の
無段変速機によつて駆動されるパルスエンコーダ
からのパルスを直接パルスCP₁としてアンド回路
６のひとつの入力として与えるようにし、これに
よつて目標値設定部を構成すればよい。

以上の実施例はいずれも無段変速機の出力回転
数を自動制御する場合の例であつたが、これに限
られず、電圧、電流、電力更には流量その他を被
制御量とし、これらを、設定した目標値に調節す
るように自動制御することは可能である。

以上詳述したように、この発明によれば、目標
値並びに不感帯をデジタル的に設定する場合、そ
の設定誤差は生じないし、又目標値が広範囲にわ
たつて変更される場合でも、常に同じ精度が得ら
れるようになり、更に不感帯は外部から任意に設
定できるので、他の外部装置と組み合わせても最
適の制御系が得られるといつた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロツク線図
第２図乃至第４図は動作説明用のタイムチヤート
である。 １……入力端子、２……分周回路、４……目標
値設定器、５……マルチレートプライヤ、６……
アンド回路、７……可逆カウンタ、８……検出
器、９……不感帯設定器、１０……比較器、１１
……タイミング回路、１２，１３……記憶回路、
１６……プリセツト値設定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 任意に設定された値Ｎがプリセツトされるカ
   ウンタ装置と、目標値をＭ倍（ただしＮ＞Ｍ）し
   た数のパルスを単位時間当り発生するパルス発生
   装置と、被制御量に応じたパルスを入力とし、こ
   のパルスをＮ／Ｍに分周する分周回路と、前記分
   周回路からのパルスを入力とし、この入力パルス
   が終えんしたときから、次の前記被制御量に応じ
   たパルスが発生するまでにラツチ信号及びこれに
   続いて前記カウンタ装置をリセツトするリセツト
   信号を出すタイミング回路と、前記被制御量に応
   じたパルスのＮ／Ｍ箇に相当する時間内に前記パ
   ルス発生装置からのパルスを前記カウンタ装置に
   入力する入力回路と、不感帯設定器と、前記入力
   回路からのパルス数とプリセツト値Ｎとの差が前
   記不感帯設定器によつて設定された不感帯領域を
   逸脱しているときに被制御量変更指令を出す回路
   と、この回路からの被制御量変更指令を前記ラツ
   チ信号によつて記憶する第１の記憶回路と、前記
   ラツチ信号の発生時において、前記入力回路から
   のパルス数が、前記プリセツト値Ｎに到達する以
   前の第１の状態とプリセツト値Ｎをこたえた第２
   の状態とを、前記ラツチ信号によつて次のラツチ
   信号がでるまで継続して記憶する第２の記憶回路
   と、前記第１の記憶回路が記憶している前記被制
   御量変更指令に基づき、前記第２の記憶回路が前
   記第１の状態を記憶したとき、前記被制御量を減
   少する指令を、また前記第２の状態を記憶したと
   き、前記被制御量を増加する指令を、それぞれ次
   のラツチ信号が出るまで、継続して出力する回路
   とからなる自動制御装置。