JPS627789B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、基準信号の位相に同期するようにモ
ータの回転速度を制御するモータの速度制御装置
に関するものである。

このようなモータ速度制御装置は、たとえばビ
デオテープレコーダにおける回転シリンダモータ
の速度制御に使用されている。その従来例を第１
図に示す。同図において、１は被速度制御モー
タ、２はモータ１の回転速度に対応した周波数信
号イ（通常、１回転に50パルス程度）を発生する
第１の周波数信号発生器、３はその周波数信号イ
から回転速度に応じたアナログまたはデイジタル
信号ニを得る速度検出器、４はモータ１の回転位
相に対応した周波数信号ロ（通常、１回転に１パ
ルス）を発生する第２の周波数信号発生器、５は
位相同期の基準信号ハを発生する基準周波数信号
発生器、６は基準信号ハと第２の周波数信号ロと
の位相差に対応したアナログまたはデイジタル信
号を得る位相差検出器、７は位相差検出器６の出
力ホに含まれる低周波成分を増強するフイルタ
（第２図にその利得―周波数伝達特性を示す）、８
は速度検出器３の出力ニとフイルタ７の出力ヘを
合成する加算器、９は加算器８の出力トを制御信
号としてモータ１への供給電力を変化させる電力
増幅器である。

このような構成のモータの速度制御装置の制御
性能（外乱トルクに対するモータ１の速度変動の
程度を表わす周波数伝達特性）は第３図のように
なつている（グラフ上の位置が下になる程特性は
良い）。この特性は次の４つの領域から成り立つ
ている。

Ａ領域：モータ１の慣性モーメントによつて制御
性能が決まる周波数領域 Ｂ領域：速度検出器３の出力ニによつて、主に制
御される周波数領域（制御信号トにおい
て、速度検出器３の出力ニがフイルタ７
の出力ヘよりも大きく影響し、支配的と
なる領域） Ｃ領域：位相差検出器３とフイルタ７を通つた出
力ヘによつて主に制御される周波数領域
（制御信号トにおいて、フイルタ７の出
力ヘが速度検出器３の出力ニよりも大き
く、影響し支配的となる領域） Ｄ領域：Ｃ領域と同様であるが、フイルタ７の作
用によつて低周波成分の制御利得をさら
に増強した周波数領域 ビデオ用回転シリンダモータでは、再生画像の
安定性とジツタを小さくするために、交流的な速
度変動を小さくすると共に回転位相の定常的な偏
差（負荷トルクの定常的な変化に対する位相同期
点のずれ）をも小さくしなければならない。その
ために、フイルタ７を付加することにより直流お
よび低周波における制御利得を大きくして（第２
図参照）、第３図に示すように、低周波領域Ｄで
の制御性能を良好にしている。

しかし、第１図の様な構成では、位相を検出す
る第２の周波数信号発生器４の出力信号ロがモー
タ１の１回転に１回のパルスしか発生できないた
めに、位相制御を主体にできる周波数範囲（第３
図の_２以下のＣ領域とＤ領域）が低くおさえら
れてしまう。これは、速度制御の安定性を確保す
るために必要とされ、_２を大きくすることには
限界がある。そのために、_２以上の周波数領域
における制御性能を良好にするためには、第１の
周波数信号発生器２の１回転あたりの検出パルス
数を大きくする必要がある（通常、50程度）。し
かし、パルス数の増加には物理的な限界があり、
制御性能の向上がはかりにくかつた。その結果、
ジツタ（特に、_４から_３におけるジツタ）が
多く発生し問題となつていた。

本発明は、そのような点を考慮して、少ないパ
ルス数ながらも良好な制御性能が得られるように
したモータの速度制御装置を提供するものであ
る。以下に本発明を図示の実施例に基いて説明す
る。

第４図は本発明に係るモータの速度制御装置の
一実施例のブロツク構成図である。同図におい
て、１は被速度制御モータ、２はモータ１の回転
速度に対応した周波数信号イを発生する第１の周
波数信号発生器、３はその周波数信号イから回転
速度に応じたアナログまたはデイジタル信号ニを
得る速度検出器、４はモータ１の回転位相に対応
した周波数信号ロを発生する第２の周波数信号発
生器、５は位相同期の基準周波数信号ハを発生す
る基準周波数信号発生器、６は基準周波数信号ハ
と第２の周波数信号ロとの位相差に対応したアナ
ログまたはデイジタル信号ホを得る位相差検出
器、１１は速度検出器３の出力ニと位相差検出器
６の出力ホが入力されて両者を合成する第５図に
示すごとき利得―周波数特性のフイルタ機能を有
する信号処理手段であるところの合成・フイルタ
器、９はその合成・フイルタ器１１の出力トを制
御信号としてモータ１への供給電力を変化させる
電力増幅器である。

前記合成・フイルタ器１１は、第５図に示され
るように、周波数_１（_１＞_２）より低い周
波数成分を−20dB／decの特性にて増強し、_１
より高い周波数成分を所定利得（１以下を含む一
定値）にて増幅するようにしている。その結果、
第４図に示すモータの速度制御装置の制御性能
は、第６図に実線で示すごとき特性となる。ここ
に、 Ａ領域：モータ１の慣性モーメントによつて制御
性能が決まる周波数領域。

Ｂ領域：速度検出器３の出力ニによつて主に制御
される周波数領域（制御信号トにおい
て、速度検出器３の出力トが位相差検出
器６の出力ホよりも大きく影響し、支配
的となる領域） Ｅ領域：Ｂ領域と同様であるが、合成・フイルタ
器１１の作用により低周波成分の制御利
得を大きくした周波数領域（制御信号ト
において、速度検出器３の出力ニを−
20dB／decの特性にて増幅した信号が支
配的となる領域） Ｆ領域：位相差検出器６の出力ホを合成・フイル
タ器１１により、低周波成分を増強した
信号によつて主に制御される周波数領域
（制御信号トにおいて、位相差検出器６
の出力ホが速度検出器３の出力トよりも
大きく影響し、出力信号ホを−20dB／
decの特性にて増幅した信号が支配的と
なる領域） なお、第６図に示した制御性能は、小さな値に
なる程（グラフ上の位置が下になる程）良好な特
性となつている。

合成・フイルタ器１１の一構成例を第７図に示
す。同図において、１２は演算増幅器であり、そ
の入出力関係は、 〔信号ト〕＝−（R₃＋１／SC） ・（１／Ｒ_１〔信号ニ〕＋１／Ｒ_２〔信号ホ〕） となり、その特性は第５図に示すものと一致す
る。このように、積分作用（コンデンサＣの働
き）を利用するならば第５図の特性は容易に実現
できる。

次に、本発明のモータ速度制御装置の効果につ
いて、第６図を参照して説明する。第６図に示す
実線の特性が本発明のモータ速度制御装置によつ
て得られる制御性能であり、同図の一点鎖線の特
性は従来のモータ速度制御装置（第１図）によつ
て得られる制御性能である。その差は、Ｅ領域と
Ｆ領域に顕著に現われ、その制御性能は著しく改
善されている。すなわち、 〔Ｅ領域〕 速度検出器３の出力ニを−20dB／decの特性
で増強して帰還しているために制御性能が
20dB／decで向上している。

〔Ｆ領域〕 位相差検出器６の出力ホを−20dB／decの特
性で増強して帰還しているために制御性能は周
波数_２まで40dB／decと向上している。

このとき、制御系の安定性は周波数_１と_２
の間隔を十分に離すことによつて確保することが
でき、通常、 ２_２≦_１ に選定されている。さらに、_１と_３の間隔も
十分に離すことが好ましい（通常、２_１
３）。これは、制御性能の切換わりとなる折点周
波数における制御系の位相余裕を得るために必要
とされるものである。すなわち、_１と_２が近
接すると、その間の周波数領域における位相余裕
が小さくなり、制御性能特性にピークが生じ、ひ
どくなると発振・ハンテイングを生じることもあ
る。（_１と_３の関係についても同様である。） また、位相差検出器６の出力ホが支配的となる
領域Ｆの上限周波数_２は、従来と同程度または
それ以下に選定されているために、第２の周波数
信号発生器４のパルス数が少なくても制御系の位
相余裕は十分に確保できる。このときの制御性能
は、_２を小さめに選定しても従来例（第６図の
一点鎖線）よりも大幅に改善されている。

第８図に本発明の他の実施例を示す。同図にお
いて、モータ１、第１の周波数信号発生器２、速
度検出器３、第２の周波数信号発生器４、基準周
波数信号発生器５、位相差検出器６および電力増
幅器９は、第４図に示した実施例と同一であるの
で、ここでの詳細な説明は省略する。本例は、前
記第４図の実施例の合成・フイルタ器１１を第１
のフイルタ増幅器１３と第２のフイルタ増幅器１
４および合成器１５にておき換えてある。

第１のフイルタ増幅器１３の利得―周波数特性
を第９図に示す。第１のフイルタ増幅器１３は速
度検出器３の出力ニの周波数_１以下の低周波成
分を−20dB／decの特性にて増強し、_１より高
い周波数成分を所定利得（１以下も含む）にて増
幅している。また、第２のフイルタ増幅器１４の
利得―周波数特性を第１０図に示す。この第２の
フイルタ増幅器１４は位相差検出器６の出力ホの
周波数_２を含む領域内の周波数成分を−
20dB／decの特性にて増強するようにしている。
第１のフイルタ増幅器１３の出力チと第２のフイ
ルタ増幅器１４の出力リは合成器１５にて加え合
わされ、制御信号トを作り出している。その結
果、第８図の実施例の制御性能は第６図に示した
特性と同一となる。

第１０図に波線にて示すように、第２のフイル
タ増幅器１４の利得を高い周波数成分（図示の
_５以上）を大幅に減衰させるようにするならば、
位相差検出器６の発生する高周波のリツプル分
（不要な成分）の影響が小さくできるために、ジ
ツタの低減に効果がある。このとき、制御系の安
定性（位相余裕）を確保するためには_５を_２
より十分に離すことが望ましく、通常は_５２
_２に選定される。

このように、本発明のモータの速度制御装置は
極めて優れた制御性能を得ることができるため
に、定常位相変動やジツタの低減に著しい効果が
ある。従つて、本発明にもとづいて、特にビデオ
テープレコーダにおける回転シリンダモータの速
度制御装置を構成するならば、安定した再生画像
を容易に得ることができる。

なお、前述の本発明の実施例（第４図および第
８図）に使用した被速度制御モータ１、第１と第
２の周波数信号発生器２および４、速度検出器
３、基準周波数信号発生器５、位相差検出器６、
電力増幅器９、合成・フイルタ器１１、第１と第
２のフイルタ増幅器１３と１４および合成器１５
は、その機能を果たすものであれば他の各種の構
成を採用できることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のモータの速度制御装置のブロツ
ク構成図、第２図は１図のフイルタの伝達特性
図、第３図は従来例の制御性能を表わす特性図、
第４図は本発明の一実施例のブロツク構成図、第
５図は第４図における合成・フイルタ器の伝達特
性例図、第６図は本発明の制御性能を表わす特性
例図、第７図は合成・フイルタ器の一構成例を示
す回路図、第８図は本発明の他の実施例のブロツ
ク構成図、第９図および第１０図はそれぞれ第８
図における第１および第２のフイルタ増幅器の伝
達特性例図である。 １……モータ、２……第１の周波数信号発生
器、３……速度検出器、４……第２の周波数信号
発生器、５……基準周波数信号発生器、６……位
相差検出器、９……電力増幅器、１１……合成・
フイルタ器、１３……第１のフイルタ増幅器、１
４……第２のフイルタ増幅器、１５……合成器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被速度制御モータと、そのモータの回転速度
   に対応した第１の周波数信号を発生する第１の周
   波数信号発生手段と、前記第１の周波数信号にも
   とづいて前記モータの回転速度に対応した信号を
   得る速度検出手段と、前記モータの回転に対応し
   前記第１の周波数信号よりも低い周波数の第２の
   周波数信号を発生する第２の周波数信号発生手段
   と、基準周波数信号を発生する基準周波数信号発
   生手段と、前記第２の周波数信号と前記基準周波
   数信号の間の位相差に対応した信号を得る位相差
   検出手段と、前記速度検出手段の出力と前記位相
   差検出手段の出力を合成し、その両者に対応した
   制御信号を得る信号処理手段と、前記制御信号に
   応動して前記モータへの給電電力を変化させる電
   力増幅手段とを具備し、前記制御信号を周波数成
   分に分解するときに、第１の周波数_１より高い
   周波数（_１≦）の領域では前記速度検出手
   段の出力信号を所定利得（１以下を含む）にて増
   幅した信号が支配的となり、第２の周波数_２
   （_２＜_１）から前記第１の周波数_１の間の
   周波数（_２≦＜_１）の領域では前記速度
   検出手段の出力信号を−20dB／decまたは略−
   20dB／decの特性にて増強した信号が支配的とな
   り、さらに、前記第２の周波数_２よりも低い周
   波数（＜_２）の領域では前記位相差検出手
   段の出力信号を−20dB／decまたは略−20dB／
   decの特性にて増強した信号が支配的となるよう
   に、前記信号処理手段におけるフイルタ特性、増
   幅特性および合成特性を選定したことを特徴とす
   るモータの速度制御装置。 ２ 第１と第２の周波数_１，_２を、２_２≦
   _１としたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のモータの速度制御装置。 ３ 被速度制御モータと、そのモータの回転速度
   に対応した第１の周波数信号を発生する第１の周
   波数信号発生手段と、前記第１の周波数信号にも
   とづいて前記モータの回転速度に対応した信号を
   得る速度検出手段と、前記モータの回転位相に対
   応した第２の周波数信号を発生する第２の周波数
   信号発生手段と、基準周波数信号を発生する基準
   周波数信号発生手段と、前記第２の周波数信号と
   前記基準周波数信号の間の位相差に対応した信号
   を得る位相差検出手段と、前記速度検出手段の出
   力と前記位相差検出手段の出力を合成し、その両
   者に対応した制御信号を得る信号処理手段と、前
   記制御信号に応動して前記モータへの給電電力を
   変化させる電力増幅手段を具備し、かつ前記信号
   処理手段は、所要周波数以下の低周波数成分を、
   −20dB／decまたは略−20dB／decの特性にて増
   強し、所要周波数間の中間周波数成分を所定利得
   （１以下も含む）にて増幅する低域増強フイルタ
   手段を含めて構成され、前記速度検出手段の出力
   と位相検出手段の出力の両者を前記低域増強フイ
   ルタ手段に入力し、その出力信号を前記制御信号
   とするように構成したことを特徴とするモータの
   速度制御装置。 ４ 制御信号を周波数成分に分解するときに、第
   １の周波数_１より高い周波数（すなわち_１
   ≦）の領域では前記速度検出手段の出力信号を
   所定利得にて増幅した信号が支配的となり、第２
   の周波数_２（_２＜_１）から前記第１の周波
   数_１の間の周波数（_２＜＜_１）の領域
   では前記速度検出手段の出力信号を−20dB／dec
   または略−20dB／decの特性にて増幅した信号が
   支配的となり、さらに、前記第２の周波数_２よ
   りも低い周波数（＜_２）の領域では前記位
   相差検出手段の出力信号を−20dB／decまたは略
   −20dB／decの特性にて増幅した信号が支配的と
   なるように前記信号処理手段の増幅特性を選定し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   モータの速度制御装置。 ５ 第１と第２の周波数_１，_２を、２_２≦
   _１としたことを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載のモータの速度制御装置。 ６ 被速度制御モータと、そのモータの回転速度
   に対応した第１の周波数信号を発生する第１の周
   波数信号発生手段と、前記第１の周波数信号にも
   とづいて前記モータの回転速度に対応した信号を
   得る速度検出手段と、前記モータの回転位相に対
   応した第２の周波数信号を発生する第２の周波数
   信号発生手段と、基準周波数信号を発生する第２
   の周波数信号発生手段と、前記第２の周波数信号
   と前記基準周波数信号の間の位相差に対応した信
   号を得る位相差検出手段と、前記速度検出手段の
   出力信号に含まれる低周波数成分を高周波数成分
   よりも大きく増幅する第１のフイルタ増幅手段
   と、前記位相差検出手段の出力信号に含まれる低
   周波数成分を高周波数成分よりも大きく増幅する
   第２のフイルタ増幅手段と、前記第１と第２のフ
   イルタ増幅手段の出力を合成し、その両者に対応
   した制御信号を得る合成手段と、前記制御信号に
   応動して前記モータへの給電電力を変化させる電
   力増幅手段を具備し、かつ前記第１のフイルタ増
   幅手段は、所要周波数以下の低周波数成分を、−
   20dB／decまたは略−20dB／decの特性にて増強
   する領域と、所要周波数間の中間周波数成分を所
   定利得（１以下も含む）にて増幅する領域を有
   し、前記第２のフイルタ増幅手段は、所要周波数
   以下の低周波数成分を−20dB／decまたは略−
   20dB／decの特性にて増強する領域を有すること
   を特徴とするモータの速度制御装置。 ７ 制御信号を周波数成分に分解するときに、第
   １の周波数_１より高い周波数（すなわち_１
   ≦）の領域では前記速度検出手段の出力信号を
   所定利得にて増幅した信号が支配的となり、第２
   の周波数_２（_２＜_１）から前記第１の周波
   数_１の間の周波数（_２＜＜_１）の領域
   では前記速度検出手段の出力信号を−20dB／dec
   または略−20dB／decの特性にて増幅した信号が
   支配的となり、前記第３の周波数_２よりも低い
   周波数（＜_２）の領域では前記位相差検出
   手段の出力信号を−20dB／decまたは略−20dB／
   decの特性にて増幅した信号が支配的となるよう
   に前記第１と第２のフイルタ増幅手段の増幅特性
   を選定したことを特徴とする特許請求の範囲第６
   項記載のモータの速度制御装置。 ８ 第１と第２の周波数_１，_２を、２_２≦
   _１としたことを特徴とする特許請求の範囲第７
   項記載のモータの速度制御装置。