(57)【要約】【課題】簡単な構成でさまざまな形式で複雑な目標速度指令を生成することができ、マイクロプロセッサの負担を小さくして多様なシステムに対応する。【解決手段】モータ１１５の速度をフィードバック制御するモータ速度制御装置において、モータ制御装置モータ１１５の速度に対応するモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）と、目標速度に対応する目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）とを入力して、モータ速度が目標速度に近づくようにモータ１１５を駆動するモータ速度制御手段１０８と、目標速度パルスを発生するモータ目標速度発生手段１０１とを備え、モータ目標速度発生手段１０１は、入力指令に比例した周波数のパルスを前記目標速度パルスとして出力する可変周波数発振器１０６と、可変周波数発振器１０６の入力指令として、外部入力パルスと可変周波数発振手段の出力位相差に応じた値及び直接周波数指令値の一方を選択するセレクタ１０５とを備える。【選択図】図１
2011061929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの速度をフィードバック制御するモータ制御装置であって、
前記モータ速度に比例した周波数のモータ速度パルスと、前記モータの目標速度に比例した周波数の目標速度パルスとを入力して、前記モータ速度が前記目標速度に近づくように前記モータを駆動する速度制御手段と、
前記目標速度パルスを発生する目標速度発生手段と、を備え、
前記目標速度発生手段は、
入力指令に比例した周波数のパルスを前記目標速度パルスとして出力する可変周波数発振手段と、
前記可変周波数発振手段の入力指令として、外部入力パルスと前記可変周波数発振手段の出力位相差に応じた値及び直接周波数指令値のどちらか一方を選択する選択手段と、
を備えたことを特徴とするモータ速度制御装置。
【請求項２】
前記目標速度発生手段は、
基本周波数を示す基本周波数指令が入力され、前記基本周波数を変調して変調周波数指令値を生成する変調手段を備え、
前記変調周波数指令値を、前記直接周波数指令値とすることを特徴とする請求項１に記載のモータ速度制御装置。
【請求項３】
前記変調手段は、
前記基本周波数を変調するための正弦波を発生する正弦波生成手段と、
前記正弦波の振幅と位相を設定する振幅位相設定手段と、
前記基本周波数指令と前記正弦波を加算して前記変調周波数指令値を生成する加算手段とを備え、
前記変調周波数指令値を、前記直接周波数指令値とすることを特徴とする請求項２に記載のモータ速度制御装置。
【請求項４】
前記変調手段は、
前記基本周波数を複数の周波数で変調するための正弦波を発生する複数の正弦波生成手段と、
前記複数の正弦波の振幅と位相を設定する振幅位相設定手段と、
前記基本周波数指令と前記複数の正弦波を加算して変調周波数指令値を生成する加算手段とを備え、
前記変調周波数指令値を、前記直接周波数指令値とすることを特徴とする請求項３に記載のモータ速度制御装置。
【請求項５】
前記速度制御手段は、
前記目標速度パルスにより前記モータ速度パルスの周波数を計測して、前記目標速度と前記モータ速度の速度差を出力する速度比較器と、
前記目標速度パルスと前記モータ速度パルスの位相差を出力する位相比較器とを備え、
前記速度差と位相差を所定の比で加算した結果に応じて前記モータを駆動すること、
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のモータ速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ速度制御装置に係り、特にモータの速度をフィードバック制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの速度を制御するのに、従来モータの回転速度（周波数）信号と目標速度信号あるいは位相基準信号を比較して、比較結果に基づいてモータ駆動信号に帰還するフィードバック制御技術が用いられてきた。
【０００３】
これをデジタル制御で行なう場合、この目標速度あるいは位相基準信号は、モータ速度や位相の検出器の構成や信号形態、さまざまな制御方法の種類などにより、いくつかの態様がある。これらは、たとえば外部から入力されるパルスであったり、所定の周波数の発振器を所定分周したパルスであったり、あるいは所定のデジタル値そのものであったりする。
【０００４】
特許文献１には、モータの回転周波数に比例した周波数信号を発生する周波数信号発生手段と、上記周波数信号からモータの回転速度情報を算出し所定の速度制御目標情報との比較演算により速度エラー信号を発生する速度エラー信号発生手段と、上記モータの回転位相制御のための位相エラー信号を発生する位相エラー信号発生手段と、上記速度エラー信号と上記位相エラー信号を加算する加算手段とを備え、上記加算信号をモータへ帰還するようにしたモータ制御装置において、外部同期信号を逓倍した第１の位相制御用基準信号を発生する手段と、安定なクロックを分周した第２の位相制御用基準信号を発生する手段と、上記２つの位相制御用基準信号をモードに応じて選択出力するスイッチ手段と、外部同期信号と第１の位相制御用基準信号との位相関係を所定の値にする遅延手段と、上記スイッチ手段の出力である位相制御用基準信号と上記周波数信号との位相比較を行ない、位相エラー信号を発生する位相エラー信号発生手段と、上記速度エラー信号と上記位相エラー信号を加算してモータへ帰還するようにしたことを特徴とするモータ制御装置が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載のものは、目標速度としては所定のデジタル値、位相基準信号としては外部同期信号の逓倍か、所定のクロックを分周したものかを選択するようになっている。しかしこれらの目標信号生成回路はそれぞれ独立したものになっており、回路規模が大きくなるし、汎用性も考慮されていないという問題がある。
【０００６】
また、目標速度として一定値でなく、所定の基準値を微小に変調した速度値を用いたい場合があり、従来、これに対応するためには、目標速度値や所定の分周比を、マイクロプロセッサのソフトウエアで可変して、所望の変調をかける必要があった。この場合、プロセッサのソフト負担が大きくなり、他の処理を圧迫したり、高価なプロセッサが必要になったりするという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、簡単な構成でさまざまな形式で複雑な目標速度指令を生成することができ、マイクロプロセッサの負担を小さくして多様なシステムに対応できるモータ速度制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、モータの速度をフィードバック制御するモータ制御装置であって、前記モータ速度に比例した周波数のモータ速度パルスと、前記モータの目標速度に比例した周波数の目標速度パルスとを入力して、前記モータ速度が前記目標速度に近づくように前記モータを駆動する速度制御手段と、前記目標速度パルスを発生する目標速度発生手段と、を備え、前記目標速度発生手段は、入力指令に比例した周波数のパルスを前記目標速度パルスとして出力する可変周波数発振手段と、前記可変周波数発振手段の入力指令として、外部入力パルスと前記可変周波数発振手段の出力位相差に応じた値及び直接周波数指令値のどちらか一方を選択する選択手段と、を備えたことを特徴とするモータ速度制御装置である
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のモータ速度制御装置において、前記目標速度発生手段は、基本周波数を示す基本周波数指令が入力され、前記基本周波数を変調して変調周波数指令値を生成する変調手段を備え、前記変調周波数指令値を、前記直接周波数指令値とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載のモータ速度制御装置において、前記変調手段は、前記基本周波数を変調するための正弦波を発生する正弦波生成手段と、前記正弦波の振幅と位相を設定する振幅位相設定手段と、前記基本周波数指令と前記正弦波を加算して前記変調周波数指令値を生成する加算手段とを備え、前記変調周波数指令値を、前記直接周波数指令値とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３に記載のモータ速度制御装置において、前記変調手段は、前記基本周波数を複数の周波数で変調するための正弦波を発生する複数の正弦波生成手段と、前記複数の正弦波の振幅と位相を設定する振幅位相設定手段と、前記基本周波数指令と前記複数の正弦波を加算して変調周波数指令値を生成する加算手段とを備え、前記変調周波数指令値を、前記直接周波数指令値とすることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のモータ速度制御装置において、前記速度制御手段は、前記目標速度パルスにより前記モータ速度パルスの周波数を計測して、前記目標速度と前記モータ速度の速度差を出力する速度比較器と、前記目標速度パルスと前記モータ速度パルスの位相差を出力する位相比較器とを備え、前記速度差と位相差を所定の比で加算した結果に応じて前記モータを駆動すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るモータ速度制御装置によれば、目標速度発生手段に入力指令に比例した周波数のパルスを前記目標速度パルスとして出力する可変周波数発振手段と、可変周波数発振手段の入力指令として、外部入力パルスと前記可変周波数発振手段の出力位相差に応じた値及び直接周波数指令値のどちらか一方を選択する選択手段とを設けるようにしたので、目標速度パルスの発生器として位相同期ループを使用し、外部入力パルス外部入力パルスに同期したパルスか、当該位相同期ループの可変周波数に直接周波数指令値を与えて生成したパルスかを選択できるようになり、直接周波数指令値を一定値でなく微小に変調して目標速度を精密に調整でき、簡単な構成でさまざまな形式で複雑な目標速度指令を生成することができ、マイクロプロセッサの負担を小さくでき、多様なシステムに対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例に係るモータ速度制御装置を示すブロック図である。
【図２】可変周波数発振器の構成を示すブロック図である。
【図３】分周器と位相比較器の構成例を示すブロック図である。
【図４】分周器と位相比較器の動作波形の例を示す波形図である。
【図５】変調手段の構成を示すブロック図である。
【図６】変調手段から出力される周波数指令と、それに応じて出力される目標速度パルスの波形例を示すグラフである。
【図７】位相比較器の構成を示すブロック図である。
【図８】位相比較器の内部動作例を示す波形図である。
【図９】速度比較器の構成を示すブロック図である。
【図１０】速度比較器の内部動作を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のモータ速度制御装置は、モータの速度をフィードバック制御するモータ制御装置であって、前記モータ速度に比例した周波数のモータ速度パルスと、前記モータの目標速度に比例した周波数の目標速度パルスとを入力して、前記モータ速度が前記目標速度に近づくように前記モータを駆動する速度制御手段と、前記目標速度パルスを発生する目標速度発生手段と、を備え、前記目標速度発生手段は、入力指令に比例した周波数のパルスを前記目標速度パルスとして出力する可変周波数発振手段と、前記可変周波数発振手段の入力指令として、外部入力パルスと前記可変周波数発振手段の出力位相差に応じた値及び直接周波数指令値のどちらか一方を選択する選択手段と、を備える。このため、目標速度パルスの発生器として位相同期ループを使って外部入力パルス外部入力パルス（あるいはその逓倍）に同期したパルスか、位相同期ループの可変周波数に直接周波数指令値を与えて生成したパルスかを選択できる。直接周波数指令値を用いると、この直接周波数指令値を一定値でなく微小に変調して目標速度を精密に可変でき、また、すでに外部入力パルスに相当するパルス発生器を持つシステムにもこの位相ループ同期を使うことでＮ逓倍した目標速度パルスを作ることができ、精密な速度制御ができる。
【００１６】
また、いずれの場合も共通な可変周波数発振器を使用しえいるので、回路コストを低減でき、さまざまな形式の目標速度システムに対応できるので、同じ回路構成を複数の機器に応用でき、設計が簡単になる。
【００１７】
また、本発明に係るモータ速度制御装の目標速度発生手段は、基本周波数を示す基本周波数指令が入力され、前記基本周波数を変調して変調周波数指令値を生成する変調手段を備え、前記変調周波数指令値を、前記直接周波数指令値とすることができる。このため、変調手段がない場合は、元の周波数指令値を生成するときに別の手段（たとえばマイクロプロセッサのソフトウエアなど）で変調しておく必要があるのに対して、変調手段を目標速度発生器の中に備えたので、外部システムの負担を小さくでき、簡易なシステム構成で複雑な制御が可能になる。
【００１８】
また、本発明に係るモータ速度制御装置の変調手段は、前記基本周波数を変調するための正弦波を発生する正弦波生成手段と、前記正弦波の振幅と位相を設定する振幅位相設定手段と、前記基本周波数指令と前記正弦波を加算して前記変調周波数指令値を生成する加算手段とを備え、前記変調周波数指令値を、前記直接周波数指令値とすることができる。このため、変調に正弦波を使用するから、他の任意の信号による変調よりも単純な回路で実現でき、また実用上、モータやそれで駆動される機構系のギヤ形状やシャフト偏心などの補正に用いることができる。多くの場合、前記偏芯等は正弦波状であるため、本発明が有効となる。また、本発明は、単純な回路であっても多くのシステムで利用できることとなる。
【００１９】
また、本発明に係るモータ速度制御装置の変調手段は、前記基本周波数を複数の周波数で変調するための正弦波を発生する複数の正弦波生成手段と、前記複数の正弦波の振幅と位相を設定する振幅位相設定手段と、前記基本周波数指令と前記複数の正弦波を加算して変調周波数指令値を生成する加算手段とを備え、前記変調周波数指令値を、前記直接周波数指令値とすることができる。このため、さらに複雑な変調波形を作ることができ、高次成分の補正も可能になり、さらに精密なモータ制御を行なうことができる。
【００２０】
そして、本発明に係るモータ速度制御装置の速度制御手段は、前記目標速度パルスにより前記モータ速度パルスの周波数を計測して、前記目標速度と前記モータ速度の速度差を出力する速度比較器と、前記目標速度パルスと前記モータ速度パルスの位相差を出力する位相比較器とを備え、前記速度差と位相差を所定の比で加算した結果に応じて前記モータを駆動することができる。このため、速度差や位相差に端数が生じず、駆動量が乱れにくいため精密な速度制御ができ、また、目標速度パルス目標速度パルス以外の計測クロックを必要としないので、回路が簡素化でき低コスト化を実現できる。
【実施例】
【００２１】
以下本発明に係るモータ速度制御装置について説明する。図１は実施例に係るモータ速度制御装置を示すブロック図である。実施例に係るモータ速度制御装置は、モータ目標速度発生手段１０１と、モータ速度制御手段１０８とを備える。モータ目標速度発生手段１０１は、周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）及び外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）を入力され、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）を出力する。変調手段１０３は周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）を変調する。モータ目標速度発生手段１０１は、位相比較器１０２（ＰＤ１）と、変調手段１０３（ＭＯＤ）と、ループフィルタ１０４（ＬＦ）と、セレクタ１０５（ＳＥＬ）と、可変周波数発振手段である可変周波数発振器１０６（ＤＣＯ）と、分周器１０７（１／Ｎ）とを備える。本例では周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）は変調手段１０３を単に通過するだけとすることができる。
【００２２】
セレクタ１０５は、図示しない選択指示により「Ｆ」側（周波数指令値に応じた値）か「Ｐ」側（外部入力パルスに応じた値）かを選択して、周波数指令（ｆｉｎ）を出力する。周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）はセレクタ１０５が「Ｆ」側のときに可変周波数発振器１０６（ＤＣＯ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）の周波数指令入力（ｆｉｎ）に接続される。
【００２３】
可変周波数発振器１０６は、周波数指令（ｆｉｎ）に比例した周波数の目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）を出力する。アナログ電圧による周波数指令に比例した周波数のパルスを出力するＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）がよく知られているが、これでもよい。ただし、周波数指令をデジタル値で与え、発振器もデジタルで構成したほうが周波数変動やばらつきがなく好適である。
【００２４】
図２は可変周波数発振器の内部構成を示すブロック図である。可変周波数発振器１０６は、周波数指令（ｆｉｎ）を加算器２０１とレジスタ２０２により累積加算して、そのケタあふれ（キャリ：ｃｙ）を出力パルスである目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）として出力する。レジスタ２０２はＤフリップフロップであり、所定のクロック（ｃｌｋ）が到来するごとに入力データを保持する。加算器２０１はレジスタ２０２の値と、周波数指令（ｆｉｎ）とを加算して加算結果をレジスタに出力するとともに、ケタあふれがあればキャリ（ｃｙ）を「１」にする。
【００２５】
キャリ（ｃｙ）の周波数（ｆｃｙ）、周波数指令（ｆｉｎ）、クロック（ｃｌｋ）の周波数（ｆｃｌｋ）の関係は、加算器とレジスタのビット数をｎビットとすると、
ｆｃｙ  ＝  ｆｉｎ  ＊  ｆｃｌｋ  ／  （２＾ｎ）
と表される。（ここで、＊は乗算、／は除算、＾はべき乗を表す。以下同じ。）
すなわち、周波数（ｆｃｙ）は周波数指令ｆｉｎに比例する。
【００２６】
たとえばｎ＝８ビット、ｆｃｌｋ＝１ＭＨｚとすると
ｆｃｙ＝ｆｉｎ／２５６［ＭＨｚ］
になる。ｆｉｎ＝１２８のとき５００ＫＨｚ、ｆｉｎ＝１のとき１／２５６［ＭＨｚ］＝３．９ＫＨｚである。
【００２７】
デジタル可変周波数発振器１０６の別の構成としては、カウンタの分周値を変える方法を採用するものがあるが、分周されたパルスの周波数は分周値の逆数に比例することになり、線形性がなく不都合な場合がある。（クロックをＭ分周すると周波数は１／Ｍになる）
この実施例のように累積加算による可変周波数発振器の構成にすることで、簡単に周波数指令値に比例した周波数のパルスを出力できるので扱いやすい。
【００２８】
図１に戻り、分周器１０７は、可変周波数発振器の出力である目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）をＮ分周する。位相比較器１０２（ＰＤ１）は、前記目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）をＮ分周したものと、外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）の位相差（ｐｅ１）を出力する。ループフィルタ１０４は、前記位相差（ｐｅ１）に対して所定ゲインの乗算や積分等を行ない、周波数制御値Ｐを出力する。
【００２９】
ここで、セレクタ１０５を「Ｐ」側を選択すると、周波数制御値Ｐは前記可変周波数発振器１０６の周波数指令（ｆｉｎ）となる。この場合、位相比較器１０２、ループフィルタ１０４、可変周波数発振器１０６と分周器１０７とで位相同期ループ（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）を構成する。すなわち外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）と目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）の周波数関係は、
ｆ（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）＝Ｎ＊ｆ（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）
となり、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）は外部出力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）をＮ逓倍した周波数で位相同期する。
【００３０】
図３は分周器と位相比較器の構成例を示すブロック図である。ここでは分周器１０７（Ｃｏｕｎｔ  Ｎ）は目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）をＮカウントするカウンタであり、そのカウント値（ｃｎｔ１）を出力するようになっている。カウント値（ｃｎｔ１）は目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）ごとに０からＮ−１まで上昇して０に戻る動作を繰り返す。
【００３１】
レジスタ３０１（Ｄ）は、外部出力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）が到来したときのカウント値（ｃｎｔ１）の値を保持する。減算器３０２（ＳＵＢ）は、定数Ｎ／２から前記レジスタ３０１に保持されたカウント値（ｃｎｔ１）の値を引き算して位相差（ｐｅ１）として出力する。
【００３２】
図４は分周器と位相比較器の動作波形の例を示す波形図である。目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）がちょうどＮ／２個分カウントされたとき、外部出力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）が到来すれば、位相差（ｐｅ１）は０である。それより早く外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）が到来すると、位相差は正の値になる。これは外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）の位相が進んでいる（つまり目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）のほうが遅れている）ことを示すので、位相差は正の値になり、その結果、可変周波数発振器１０６の周波数は増加する方向に動作する。
【００３３】
目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）がちょうどＮ／２個分カウントされる時刻より遅く外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）が到来すると位相差は負の値になる。これは外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）の位相が遅れている（つまり目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）のほうが進んでいる）ことを示すので、位相差は負の値になり、その結果、可変周波数発振器１０６の周波数は減少する方向に動作する。つまり、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）をＮ分周したパルスのちょうど真ん中を位相０とし、そこから１８０度の位相差に対してデジタル値Ｎ／２を出力する。
【００３４】
なお、Ｎは外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）に対する目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）の逓倍率を示すが、後に述べるように、この目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）でモータの速度や位相を計測することができる。したがってＮはなるべく大きいほうがよく、たとえば５１２や１０２４以上が好適である。
【００３５】
図１に戻り、モータ目標速度発生手段１０１から出力された目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）はモータ速度制御手段１０８に入力される。モータ速度制御手段１０８は、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）及びフィードバックされたモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）を入力され、駆動出力信号（ｄｒｉｖｅ）をモータ１１５に出力する。周波数発生器１１６（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）ではモータ１１５の回転速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）度に比例した周波数のモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）として出力する。１０８は、位相比較器１０９（ＰＤ２）と、係数乗算器１１０（Ｋｐ）と、速度比較器１１１（ＦＤ）と、係数乗算器１１２（Ｋｆ）と、加算器１１３（ＡＤＤ）と、ドライバ回路１１４（ＤＲＶ）とを備える。
【００３６】
モータ１１５は、モータ速度制御手段１０８の駆動出力信号（ｄｒｉｖｅ）により駆動される。一般的には回転モータであるが、直線運動するリニアモータでもかまわない。周波数発生器１１６（ＦＤ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）は、モータ１１５の速度を検出して、速度に比例した周波数のモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）を出力する。モータ速度制御手段１０８は、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）とモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）の周波数や位相を比較して、比較結果に応じて駆動出力ｄｒｉｖｅを制御することにより、モータ速度を制御する。
【００３７】
このようにして、本例実施例では、目標速度パルスの発生器として位相同期ループ（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）を使用して外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）（あるいはその逓倍）に同期したパルスか、その位相同期ループ（ＰＬＬ）の可変周波数（可変周波数発振器１０６で発生）に直接周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）を与えて生成したパルスかを選択できるようにしている。直接周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）を用いると、直接周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）を一定値でなく微小に変調することにより目標速度を精密に調整できる。また、すでに外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｐｕｌｓｅ）相当のパルス発生器を持つシステムにもこの移動同期ループ（ＰＬＬ）を使用することでＮ逓倍した目標速度パルスを作ることができ、この場合も精密な速度制御が可能になる。
【００３８】
また、本実施例によれば、上記どちらの場合も共通な可変周波数発振器１０６を使用するので、回路コストを低減できる。さらに上記のようにさまざまな形式の目標速度システムに対応できるので、同じ回路構成を複数の機器に応用でき、設計が簡単になる。
【００３９】
本例では、上記例で示した変調手段１０３で周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）を変調するようにすることができる。具体的には、一定値の周波数指令値である外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）に対して任意の信号成分で加減算、あるいは乗除算等を行なう。この信号成分は周期信号でもよいし、一過性の非周期成分でもよい。たとえば外乱性衝撃をキャンセルするような目標速度信号が生成できたならば、その信号を使うこともできる。
【００４０】
変調手段１０３がない場合は、元の周波数指令値である外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）を生成するときに別の手段（たとえばマイクロプロセッサのソフトウエアなど）で変調しておく必要がある。本実施例によれば、モータ目標速度発生手段１０１中に配置した変調手段１０３の中に備えたので、外部システムの負担を小さくできる。
【００４１】
次に変調手段１０３を使用する場合について説明する。この場合変調手段１０３を以下のように構成する。図５は変調手段の構成を示すブロック図である。本例では、ここでは変調信号として周期的な正弦波を用いるものとしている。変調手段１０３は、それぞれ４台のカウンタ６０４，６０９，６１４，６１９（Ｃｕｔ）と、加算器６０３，６０８，６１３，６１８と、正弦波発生器６０２，６０７，６１２，６１７（ｓｉｎ）と、計数乗算器６０１，６０６，６１１，６１６と、加算器６００，６０５，６１０，６１５を備える。これらは、下流からカウンタ６０４，６０９，６１４、加算器６０３，６０８，６１３，６１８、正弦波発生器６０２，６０７，６１２、計数乗算器６０１，６０６，６１１，６１６、加算器６００，６０５，６１０，６１５の順に接続されている。加算器６００には外部入力パルス（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）が入力され、加算器６００から加算器６０５、加算器６１０、加算器６１５の順に接続され、加算器６１５から周波数指令Ｆが出力される。
【００４２】
カウンタ６０４，６０９，６１４には、それぞれ所定周波数のクロック信号（ｆｃｌｋ１、ｆｃｌｋ２、ｆｃｌｋ３、ｆｃｌｋ４）が入力される。各カウンタ６０４，６０９，６１４，６１９では、前記クロック信号（ｆｃｌｋ１、ｆｃｌｋ２、ｆｃｌｋ３、ｆｃｌｋ４）を所定数繰り返しカウントする。このカウンタ出力が正弦波の角度入力に相当する。加算器６０３，６０８，６１３，６１８は、前記カウンタ６０４，６０９，６１４，６１９の出力に所定の位相値（ｐｈ１、ｐｈ２、ｐｈ３、ｐｈ４）を加算する。正弦波発生器６０２，６０７，６１２は、前記加算器６０３，６０８，６１３，６１８の出力すなわち角度相当の値を入力して、正弦波信号を生成する。具体的にはたとえばＲＯＭなどのメモリ手段に、正規化された（振幅が１の）正弦波データを格納しておくことで実現できる。
【００４３】
計数乗算器６０１，６０６，６１１，６１６は、前記正弦波データに所定の係数（ａ１、ａ２、ａ３、ａ４）を乗じる。各計数は振幅成分に相当する。加算器６００は、計数乗算器６０１の出力である正弦波データを基本周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）に加算する。これにより基本周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）にひとつの周波数・振幅・位相成分を持った正弦波を加算した。
【００４４】
変調手段１０３は、カウンタ６０４、加算器６０３、正弦波発生器６０２、計数乗算器６０１の列だけの構成とすることができる。この場合について説明する。図６は出力される周波数指令Ｆと、それに応じて出力される目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）の波形例を示す波形図である。周波数指令Ｆの中心値は、元の周波数指令値（ｅｘｔ＿ｆｒｑ）であり、それに対してひとつの正弦波成分が加わっている。目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）はＦを周波数としてパルスに変換したもので、正弦波により周波数変調される。
【００４５】
正弦波による変調であるので、任意な信号による変調よりも単純な回路で実現できる。またこれは、実用上モータやそれで駆動される機構系のギヤ形状やシャフト偏心などを補正することに用いられる。多くの場合それらは正弦波状であり、単純な回路であっても多くのシステムで利用できるメリットがある。
【００４６】
図５に示した加算器６０５以下の加算器６１０，６１５を備える構成は、高次の正弦波に対応するもので、機能的には前記カウンタ６０４、加算器６０３、正弦波発生器６０２、計数乗算器６０１の列と同様の作用をなし周波数ｆｃｌｋ１からｆｃｌｋ４、位相ｐｈ１からｐｈ４、振幅ａ１からａ４を適宜設定することで、高次成分まで含んだ変調を行なうことができる。また、図示しないが図６に示した波形よりさらに複雑な変調波形を作ることができる採用できることは明らかである。ここで、前述の機構系のギヤ形状やシャフト偏心も厳密には基本波だけでなく高次な成分も含むことがある。本発明ではそれら高次成分の補正も可能になるなど、さらに精密な制御に利用できる。
【００４７】
図１に戻り、モータ速度制御手段１０８には、位相比較器１０９及び速度比較器１１１を備える。位相比較器１０９（ＰＤ２）は、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）とモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）の位相差を測定する。図７は位相比較器の構成を示すブロック図である。位相比較器１０９は、カウンタ４０１と、レジスタ４０２と、減衰器４０３とを備える。カウンタ４０１は、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）をＮカウントしてそれを繰り返し、カウンタ値（ｃｈｔ２）を出力する。レジスタ４０２は、モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）が到来したときのカウンタ値（ｃｎｔ２）を保持する。減算器３０２は、前記レジスタ４０２の保持値から定数Ｎ／２を減じて位相差（ｐｅ２）を出力する。
【００４８】
図８は位相比較器の内部動作例を示すタイミングチャートである。モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）の到来時にカウンタ値（ｃｎｔ２）がＮ／２より小さければ、モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）の位相のほうが目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）（のＮ分周）位相よりも進んでいる。したがって位相差（ｐｅ２）としては負となり、モータを減速するように駆動することでモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）の位相を遅らせように制御される。
【００４９】
一方、モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）到来時にｃｎｔ２がＮ／２より大きければ、モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）の位相のほうが目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）（のＮ分周）位相よりも遅れている。したがって位相差（ｐｅ２）としては正となり、モータを加速するように駆動することでモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）の位相を進ませるように制御される。結局、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）をＮ分周した真ん中にモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）が来るようにモータ速度が制御される。このときの位相差はちょうど０であり端数がない。
【００５０】
図１に戻り、速度比較器１１１（ＦＤ）は、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）とモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）の周波数差を測定する。モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）パルスの周波数はモータ速度に比例しているので、結局目標速度とモータ速度を比較していることになる。図９は速度比較器の構成を示すブロック図である。速度比較器１１１は、カウンタ５０１と、レジスタ５０２と、減算器５０３とからなる。カウンタ５０１は、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）をカウントしてカウント値（ｃｎｔ３）を出力する。また、モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）が到来すると０にクリアされる。また一般にはカウンタ５０１のビット長は有限なので、モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）が到来しなくてもオーバフローしないように、所定値でリミットさせるのが好ましい。レジスタ５０２は、モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）が到来したとき、前記カウンタ５０１がクリアされる直前のカウント値（ｃｎｔ３）を保持する。すなわち、レジスタ５０２は、モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）の周期を目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）で測定した値となる。減算器５０３は、前記レジスタ５０２から定数Ｎを減じて、その結果を速度差（ｆｅ）として出力する。
【００５１】
図１０は速度比較器の内部動作を示す波形図である。２つめのモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）が到来したとき、その周期がＮより大きいので、速度差としては正の値が出力され、モータは加速方向に駆動される。モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）周期がＮより小さいとき、速度差としては負の値が出力され、モータは減速方向に駆動される。
モータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）周期がちょうどＮのとき、モータ速度は目標速度と等しいことになり、速度差はちょうど０が出力される。
【００５２】
このように、速度や位相が目標値と等しいときちょうど速度差や位相差が０になるのは、目標速度パルス目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）をモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）のちょうどＮ倍の周波数にし、目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）でモータ速度パルス（ｆｇ＿ｐｕｌｓｅ）周期や位相を測定しているからである。
【００５３】
これに対して、モータ速度パルスの周期を、それと無関係な高速クロックで計測してモータ速度とし、所定の目標値と比較する方法が従来一般的に用いられる。この場合は、目標値は整数とは限らないが、モータ速度の計測値は整数（クロック数）であるので、速度差は毎回小数が生じる。たとえば目標周期が１００．５で、モータ速度がちょうど目標値に等しくても、計測周期は１００と１０１が交互に生じるであろう。したがって速度差は＋０．５と−０．５が交互に生じ、これによりモータ駆動量が毎回微小に変化してモータ速度制御精度に影響する場合がある。
【００５４】
これに対して本モータ速度制御装置では、速度差データに端数が生じないので、駆動量が乱れず精密な速度制御が可能になる。また、目標速度パルス目標速度パルス（ｒｅｆ＿ｐｕｌｓｅ）以外の計測クロックを必要としないので、回路が簡素化でき低コストにできる。
【００５５】
図１に戻り、他の構成部分について説明する。係数乗算器１１０、１１２は、位相比較器１０９の出力（ｐｅ２）と速度比較器１１１の出力（ｆｅ）にそれぞれ、係数ＫｐとＫｆを乗じる。ＫｐやＫｆは速度制御の精度や安定性などを考慮して公知の設計手法により決定される。加算器１１３は、係数乗算器１１０と係数乗算器１１２の出力を加算してモータ駆動データとする。ドライバ回路１１４は、加算器１１３の出力をモータ印加電圧あるいは電流に変換してモータ駆動信号（ｄｒｉｖｅ）として出力しモータ１１５を駆動する。これらは公知の手段で実現できる。
【符号の説明】
【００５６】
１０１  モータ目標速度発生手段
１０２  位相比較器
１０３  変調手段
１０４  ループフィルタ
１０５  セレクタ
１０６  可変周波数発振器（可変周波数発振手段）
１０７  分周器
１０８  モータ速度制御手段
１０９  位相比較器
１１０  係数乗算器
１１１  速度比較器
１１２  係数乗算器
１１３  加算器
１１４  ドライバ回路
１１５  モータ
１１６  周波数発生器
２０１  加算器
２０２  レジスタ
３０１  レジスタ
３０２  減算器
４０１  カウンタ
４０２  レジスタ
４０３  減衰器
５０１  カウンタ
５０２  レジスタ
５０３  減算器
６００，６０５，６１０，６１５  加算器
６０１，６０６，６１１，６１６  計数乗算器
６０２，６０７，６１２，６１７  正弦波発生器
６０４，６０９，６１４，６１９  カウンタ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５７】
【特許文献１】特開平６−２３６６０２号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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