JPS63220786A

JPS63220786A - 電動機のデイジタル速度制御方法

Info

Publication number: JPS63220786A
Application number: JP62052002A
Authority: JP
Inventors: Mikio Kamoshita; 幹雄鴨下; Kazuhiro Koseki; 和宏小関
Original assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1987-03-09
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1988-09-14
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JP2849085B2

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】（技術分野）本発明は電動機のディジタル速度制御方法に関し、より
詳細には、マイクロコンピュータを用いた電動機のディ
ジタル制御、例えば複写機等の読み取りスキャナの往復
駆動装置の制御に適用し得る電動機のディジタル速度制
御方法に関するものである。

（従来技術）マイクロコンピュータを用いた従来の電動機のディジタ
ル速度制御方法においては、その制御をＰＩＤ（比例積
分微分）補償器により行っている（例えば特開昭６０−
１７３６０３号）、この方法においては、比例定数、積
分定数、微分定数等の制御パラメータを有するので、目
標値に対して偏差が出る。また、電動機の状態値の１つ
である電流の検出をアナログディジタル変換回路によっ
て行う方法がある（例えば特開昭６１−９８１７１号）
が、この方法によると、アナログ変換回路の使用のため
ハードウェアのコストが高くなる。さらに、上記従来方
法においては、過電流防止回路を設けなければならない
、この過電流防止回路は第５図に示され、Ｖ　Ｃ０ＮＴ
は電動機の制御電圧、１１はアナログスイッチ、１２は
トランジスタ、ＶＣＣは電源、工３は電流検出用抵抗、
１４はコンパレータ、１５は電動機、Ｉａは電機子電流
、Ｖ　ＩＩＩａＮは比較電圧であり、電流１ａの最大値
を決める定数である。今、Ｐ点の電圧ＶｐはＶｐ＝Ｉａ
Ｒになる。

Ｖｓａｘ　＞　Ｖ　ｐの場合はコンパレータ１４の値が
高レベルになり、アナログスイッチ１１がオンになって
、電動機の制御電圧Ｖ　Ｃ０ＨＴがトランジスタ１２の
ベースに流れる。逆に、■＋ａ＊ｘ　＜　Ｖ　ｐの場合
にはコンパレータ１４の値は低レベルになり、アナログ
スイッチ１１がオフとなり、電動機の制御電圧Ｖ、。Ｎ
７の信号がトランジスタ１２のベースに流れないためト
ランジスタ１２はオフとなり、かつしたがって電流１ａ
は流れなくなる。

（目的）本発明は、上述した従来方法の欠点を解消するためにな
されたもので、その目的とするところは、電動機の目標
速度に対して偏差のない速度制御および電動機の入力電
圧と速度からの電流値の推定を行う電動機のディジタル
速度制御方法を提供することである。

（構成）本発明は上記の目的を達成させるため、電動機を駆動す
る手段と、該電動機の動作状態を指令する状態指令信号
を出力する状態指令手段と、前記電動機の速度を検出す
る手段と、マイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモ
リ、および前記マイクロプロセッサの処理手順が記憶さ
れているリードオンリーメモリ、前記状Ｂ！！令信呼信
号記電動機の速度を検出する信号を入力して前記駆動手
段に４える制御信号を演算する”フィクロコンピュータ
からなる電動機のディジタル速度制御装置を制御する電
動機のディジタル速度制御方法において、前記電動機の
実速度が目標値に対して偏差のないｉ適しギュレータ制
御によって行われることを特徴としたものである。

また、本発明は、他の態様において、電動機を駆動する
手段と、該電動機の動作状態を指令する状態指令信号を
出力する状態指令手段と、前記電動機の速度を検出する
手段と、マイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ
、および前記マイクロプロセッサの処理手順が記憶され
ているリードオンリーメモリ、前記状態指令信号と前記
電動機の速度を検出する信号を入力して１ｒ１記駆動駆
動に与える制御信号を演算するマイクロコンピュータか
らなる電動機のディジクル速度制御装置を制御する電動
機のディジタル速度制御方法において、前記電動機の実
速度が目標値に対して偏差のない最適レギュレータ制御
によって制御され、前記電動機の速度を検出した値、前
記駆動手段に与える制御信号の演算結果、前記電動機の
誘起電圧定数および電機子抵抗から、前記電流値を計算
し、この電流値が所定の大きさより大きい場合に、前記
所定の大きさ以下になるように、前記駆動手段に与える
制御信号を出力することを特徴とする特許である。

以下、本発明の一実施例に基づいて具体的に説明する。

第１図は本発明による制御方法を適用する電動機の速度
制御回路を示すブロック回路図である。

図において、１はマイクロコンピュータ、２はマイクロ
プロセッサ、３はリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、４
はランダムアクセスメモリ　（ＲＡＭ）で、さらに、５
は指令発生回路、６は駆動用インクフェイス回路、７は
駆動回路、８は電動機、９はインクリメンタルエンコー
ダ、１０は検出用インクフェイス回路、１１はパスライ
ンを示す。

このような構成において、指令発生回路５は電動機８の
状態を指令する状態指令信号を出力しかつ速度指令信号
等を発生する。この指令発生回路５の出力はパスライン
１１に接続されている。駆動用インタフェイス回路６は
マイクロコンピュータＪの演算結果のディジタル値を、
駆動回路７を構成するパワー半汀体、例えばトランジス
タを動作ざセるパルス状信号（制御信号）に変換する。

駆動回路７は前記パルス状信号に基づいて動作しかつ電
動機８に印加する電圧を制御する。この結果電動機８は
所望の速度で回転する。検出用インタフェイス回路１０
はインクリメンタルエンコーダ９の出力パルスを計数す
るカウンタを備え、インクリメンタルエンコーダ９の出
力を処理してディジタル数値に変換する。電動機８の回
転速度はインクリメンタルエンコーダ９とインタフェイ
ス回路１０とによって検出され、マイクロコンピュータ
１に取り込まれる。

次に、マイクロコンピュータ１で演算される、目標値に
対して出力の偏差がない最適レギュレータ演算方法につ
いて説明する。

一般的に、ＤＣサーボモータは次式のように、２次の状
態方程式に近位される。

で、ｌ　（ｔ）　；モータ電流、ω（ｔ）；モータ速度
、Ｕ（ｔ）；モータ入力電圧出力方程式は、Ｙ（ｔ）＝　Ｃ−Ｘ（ｔ）　　　　　　−・−・−・・
・（２）Ｃ＝　（ＣＩ＋、　Ｃａｔ）　　　　　）定数
行列また、その離散系の状態方程式は、Ｘ　（ｋ　＋　１）　＝ＰＸ　（ｋ）　　十Ｑｕ　（ｋ
）　−−＝１３１出力式は、Ｙ　（ｋ　）　−Ｃｘ　（
ｋ　）　　　　−・−・・・・−（４）ｕ（ｋ！Ｈモー
タ電圧第２図は本発明の目標値に対して出力の偏差がない最適
レギュレータのブロック図である。図において、Ｒ（ｋ
）は電動機８を目標速度で回転させるための速度指令で
あり、これは第１図の指令発生回路５により付与される
。Ｙ（ｋｌは第１図の検出用インタフェイス回路１０に
より検出された、電動機８のディジタル値に変換された
速度である。ｘ２（ｋ）は電動機８の状態ベクトルの１
つで、式（４）の定数行列ｃ−（Ｃ，、Ｃ，ｚ）Ｃ＝　
（０，１）とすると、Ｘｔ（ｋｌ−Ｙ（ｋ）となる。ｘ
、（ｋｌは同じく電動機８の状態ベクトルの１つであり
、電動機８に流れる電流を示している。本発明ではｕＱ
ｃ）のモータ入力電圧とＹ　（ｋ）によりＸＩ（ｋ）の
推定値′ＡＩ（ｋ）をオブザーバにより計算している（
このオブザーバに関しては後述する）。Ｘｏ（ｋ）はＲ
（ト））　−Ｙ　（ｋ）の積分値である。ＫＯ，Ｋｌ、
に２はリカチ式を解いて決定される最適ゲインベクトル
である。

上記（３）および（４）式より、次の状態方程式を作る
。

但し、５ｆｋ）＝Ｘ（ｋｌ−Ｘ（ｋ−１）　　　　・＝
−−−（６１ｄ　（ｋ）　＝　ｕ　（ｋ）　−ｕ　（ｋ
　−１）　　　−−−−−−−−４７）重み行列ＷＸは
、前記電動機８を制御する際の評価として、Ｊ＝Σ　（Ｙ
”　　（ｋｌ１＞＋ωｄ”（ｋ））・−（９）に島Ｑの評価関数を用い、Ｊを極小にする制御人力ｄ　（ｋｌ
を求める。ωは負でない重み計数である。

行列リカチ式は、Ｈ（Ｋ　＋　１）　−Ｐｉ　’　Ｈ（ｋ）ＰＩ−ＰＩ　
　’　　ＩＩ　　（ｋｌＱｌ（ω　＋Ｑ１’Ｈ（ｋ）０
戸ＩＱＩ　　’　　）Ｉ　　（ｋ）ＰＩ＋ＷＸ　・−・
−・−−−−・−０ＩＨ（０）＝Ｗ、、　　ｋ鴛０．　１．　２．−一一一一
・・式中のＨｌｋ）は３×３の対称行列で、反復計算の
進行に連れて安定解へ収束する。その定常解をＨとする
と、最適ゲインベクトルＧ＝　（ＫＯ，Ｋｌ。

Ｋ２）は、Ｇ＝（ω＋Ｑｌ　’　ＨＱＩ）弓Ｑ　１　’　）ｌ　Ｐ
　１・−・０υ上記ａω及び００式において、ＰＩ’は
ＰＩの転置行列、Ｑｌ’はＱｌの転置行列、（）−１は
逆行列である。以上で最適ゲインベクトルＫＯ，Ｋｌ。

Ｋ２を求めることができる。

次に、Ｘ、（ト））の推定値文、（ト））を求めるオブ
ザーバについて述べる。

Ｘ　’　（ｋ　＋　１）　−Ｐ　Ｘ　（ｋ）　＋　Ｑ　
ｕ　（ｋ）　　　　−−−−−−０３＾Ｙｏ（ｋ　＋１）　−ＣＸ６（ｋｌ１）　　　　　−−
−−−−−−Ｕｌ’ｘ　（ｋｌ　１）−交Ｏ（ｋｌ１）
十ＦｃＹ（ｋｌ１）−９°（ｋ　＋１））−・・・−・
・・０４１上式でＸ’（ｋ　＋１）はＸ　（ｋ　＋１）の暫定推定
値であり、時点にのＸ（ｋ）、ｕ（ｋ）から求められる
。Ｆはフィトバックにかける重みバクトルであり、有限
整定オブザーバの場合は、により求められる。

ｐｌ上でＬ（ｋｌが求まる。１ｔ（ｋ）は交！０１１−
’ｘｔ（ｋ）になる。

次に電動機８の電流を所定の大きさより流さないための
方法を述べる。

直流電動機の電圧方程式は電機子インダクタンスが小さ
い場合、Ｖ　＝　Ｉ　Ｒ＋　Ｋ　ｔ　ω−−−−・＝−ＱηＶ；
電動機電圧１；電動ａ電流 ■ン；電機子抵抗Ｋ［；誘起電圧定数 ω；モータ速度であり、電動機電流は、となる。ここで、■は第２図のり（ト））に、かつ同様
にωは第２図のＹ　（ｋ）に対応する（　ｕ　ｆｋ）　
、　Ｙ　（ｋｌはディジタル値に変換されたものである
）。

したがって、電動罐電流■、電機子抵抗Ｒ，誘起電圧定
数Ｋｔもディジタル値に変換して、それぞれＩｏ　＋　
Ｒｏ　＊　Ｋｔ＋としてＩｎを計算すれば良い。

今、電機子電流の最大値をＩＭＡＸｌｌ（ディジタル値
に変換された値）とすると、ＩＤ＞Ｉ）ＩＡＮＤの場合
、ｕ　（ｋｌ−Ｉ　ＭＡｘｎ−Ｒｏ　十Ｋｔｏ−Ｙ（ｋｌ
　　−−−−−−（２ｒＲとしてｕ　（ｋ）を駆動手段
に与えれば、０１式よりＩｎ””ＩＭＡｘｏになる。

第３図は第１図のマイクロコンピュータｌが処理する内
容を示すフローチャートであり、その処理手順はＲＯＭ
３に記憶されている。

今、電源が投入されると、最初に指令発生回路５の状態
指令をブロックＡで取り込む。尚、指令発生回路５は電
動ａ８の目標速度、回転方向、ストップ信号を発生する
。

次にブロックＢの処理に移る。このブロックＢではブロ
ックＡで取り込んだ状態指令信号のうち、電動機８のス
トップ信号があるかないかを判断する。ストップ信号が
ある場合にはブロックＪの処理に移り、駆動用インタフ
ェイス回路６に電動機８をストップさせる信号を送り、
プログラムを終了させる。ストップ信号がない場合には
ブロックＣの処理に移る。

ブロックＣの処理はブロックＡで取り込まれた状態指令
信号のうち、電動［８の回転方向をＣＷ回転（時計回転
）にするかＣＣＶ（反時計回転）にするかの判断ブロッ
クである。ＣＷ回転の場合は駆動用インタフェース回路
６にＣＷ回転の信号を送り、ブロックＤの処理に移る。

そうでない場合にはブロックにの処理に移り、駆動用イ
ンタフェイス回路６にＣＣＷ回転の信号を送つ°ζ、次
にブロックＤの処理に移る。

ブロックＤの処理はブロックＡで取り込まれた状態指令
信号のうちの電ａ機８０目標速度の（ｉｉ号により目標
速度Ｒ（ｋ）の計算を行う、尚、Ｒ（ｋ）は第２図のＲ
（ｋｌに対応する。次のブロックＥの処理に移る。

ブロックＥの処理は！動機８の回転速度をインクリメン
タルエンコーダ９と検出用・インタフェイス回路１０に
より読み込む９次にブロックＦの処理に移る。

ブロックＦの処理は始めにＸ　Ｏ（ｋｌの計算を行う。

尚、ＫＯは前述の最適ゲインベクトルである。次にブロ
ックＧの処理に移る。

ブロックＧの処理はオブザーバの計算であり、前述の（
２）式、α罎式、ａａ式より、ｆ、（ｋｌを求める。

Ｒ１（ｋ）はＸＩ（ｋ）の准定価であり、電動機８の電
流を推定している。次にブロックＨの処理に移る。

ブロックＨの処理はｕ（ｋ）の計算であり、電動機８に
与えるモータ入力電圧を計算する。尚、Ｋｌ。

Ｋ２ば前述の最適ゲインベクトルである０次にブロック
■の処理に移る。

ブロックＩの処理はＩｎの計算であり、ａｇ１式より求
める。次にブロックしの処理に移る。

ブロックしの処理は電動機８に流す電流の最大５１Ｈｉ
　ｌイＡＸＤとブロック■のＩｏと比較してＩ、が大き
い場合にはブロックＭの処理に移り、１ｏｌｌ＜鏝大値
以下の場合にはブロックＮの処理に移る。

ブロックＭの処理はｕ（ｋ）の計算であり、（２１式よ
り計算づる。次にブロックＮの処理に移る。

ブロックＮの処理はブロックＨまたはブロックＮのｕ　
（ｋｌに基づき第１図の駆動用インタフェイス回路６に
パルス状信号を出力する。そしてブロックＡの処理に戻
る。

以上のディジタル速度制御方法を行うと、第４図に示す
電動［８の過渡応答が得られる。すなわち、目標速度に
対して偏差のない＠＠機８の回転速度が得られ、また、
オーバーシュートも小さくすることができる。

上述した実施例によれば、マイクロコンピュータを使用
した速度制御のため、電動機や負荷が変わっても、プロ
グラムを変更するだけで最石な制御ができる。したがっ
て、制御回路をハードウェアで作る必要がなくなるので
、開発の効率化および共通化が図れる。また、評価関数
を用いて最適フィードバックゲインの調整および変更を
行う必要がなくなるので、開発期間が短縮できる。さら
に、オーバーシュートが小さく、目標値に対して速度偏
差がない制御であるため、複写機の読み取りスキャナの
駆動に使用した場合に、助走距離を短く、等倍誤差のな
いスキャナを提供できる。さらにまた、電流検出回路、
過電流防止回路が必要ないため、回路が簡単でかつコス
トダウンとなる。

（効果）叙上のごと（、本発明によれば、電動機の速度制御を目
標値に対して電動機の実速度が偏差のない最適レギュレ
ータ制御によって行い、また、電動機の電流値が所定の
大きさより大きい場合に、所定の大きさ以下になるよう
に駆動手段に与える制御４８号を出力するようにしたた
め、電動機の速度制御を目標速度に対して偏差なく行う
ことができ、また電流値を電動機の入力電圧と速度から
推定でき、さらに電動機に過電流が流れないように制御
することができるという効果を奏する電動機のディジタ
ル速度制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御方法を適用する電動機の速度
制御回路を示すブロック図、第２図は本発明の目標値に
対して出力の偏差がない最適レギュレータを示すブロッ
ク図、第３図は第１図のマイクロコンピュータが処理す
る内容を示すフロート・・マイクロコンピュータ、２・
・・マイクロプロセッサ、３・・・リードオンリーメそ
り　（ＲＯＭ）〜４゛°°ランダムアクセスメモリ　（
ＲＡＭ）　、５・・・指令発往回路、７・・・駆動回路
、８・・・電動機・第２図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電動機を駆動する手段と、該電動機の動作状態を
指令する状態指令信号を出力する状態指令手段と、前記
電動機の速度を検出する手段と、マイクロプロセッサ、
ランダムアクセスメモリ、および前記マイクロプロセッ
サの処理手順が記憶されているリードオンリーメモリ、
前記状態指令信号と前記電動機の速度を検出する信号を
入力して前記駆動手段に与える制御信号を演算するマイ
クロコンピュータからなる電動機のディジタル速度制御
装置を制御する電動機のディジタル速度制御方法におい
て、前記電動機の実速度が目標値に対して偏差のない最
適レギュレータ制御によつて制御されることを特徴とす
る電動機のディジタル速度制御方法。
（２）前記電動機の速度を検出した値と前記駆動手段に
与える制御信号の演算結果から、前記電動機の状態量の
１つである電流をオブザーバにより推定することを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項に記載の電動機のディ
ジタル速度制御方法。
（３）電動機を駆動する手段と、該電動機の動作状態を
指令する状態指令信号を出力する状態指令手段と、前記
電動機の速度を検出する手段と、マイクロプロセッサ、
ランダムアクセスメモリ、および前記マイクロプロセッ
サの処理手順が記憶されているリードオンリーメモリ、
前記状態指令信号と前記電動機の速度を検出する信号を
入力して前記駆動手段に与える制御信号を演算するマイ
クロコンピュータからなる電動機のディジタル速度制御
装置を制御する電動機のディジタル速度制御方法におい
て、前記電動機の実速度が目標値に対してて偏差のない
最適レギュレータ制御によつて制御され、前記電動機の
速度を検出した値、前記駆動手段に与える制御信号の演
算結果、前記電動機の誘起電圧定数および電機子抵抗か
ら、前記電流値を計算し、この電流値が所定の大きさよ
り大きい場合に、前記所定の大きさ以下になるように、
前記駆動手段に与える制御信号を出力することを特徴と
する電動機のディジタル速度制御方法。