(57)【要約】【課題】従来のフィードバックループの制御方法は、フィードバックループのループゲインを固定値としているので、動特性と静特性とを両立することができず、動特性及び静特性のいずれか一方を犠牲にする必要がある。【解決手段】本発明によるフィードバックループの制御方法は、制御偏差εである角度差Ｎθ−φに対応した処理信号ＫＥ１ｓｉｎ（Ｎθ−φ）の大きさを監視し、この処理信号ＫＥ１ｓｉｎ（Ｎθ−φ）の大きさに応じて第１及び第２ループ内増幅器１０７，１０８のいずれか一方のみを接続状態とすることで、回転位置信号変換回路１００のループゲインを第１ゲイン１０７ａと第２ゲイン１０８ａとで切り替える。【選択図】図２
2009059063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御偏差（ε）が零となるように動作するフィードバックループを用い、
偏差監視部（１０５）が、前記制御偏差（ε）の大きさを監視し、
ゲインセレクタ（１０６）が、前記制御偏差（ε）の大小に応じて、前記フィードバックループのループゲインを、予め設定された第１ゲイン（１０７ａ）と前記第１ゲイン（１０７ａ）よりも大きな第２ゲイン（１０８ａ）とで切り替えることを特徴とするフィードバックループの制御方法。
【請求項２】
前記フィードバックループは、第１及び第２ループ内増幅器（１０７，１０８）を介して回転検出センサ（１）からのアナログ位置信号（ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎＮθ，ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｃｏｓＮθ）をトラッキング方式でデジタル位置信号（φ）に変換する回転位置信号変換回路（１００）であり、
前記制御偏差（ε）は、前記アナログ位置信号（ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎＮθ，ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｃｏｓＮθ）と前記デジタル位置信号（φ）とから得られる出力信号（ＫＥ１ｓｉｎ（Ｎθ−φ））であることを特徴とする請求項１記載のフィードバックループの制御方法。
【請求項３】
前記フィードバックループは、第１及び第２ループ内増幅器（１０７，１０８）を介して前記制御偏差（ε）を電圧制御発振器（１０９）に入力するとともにこの電圧制御発振器（１０９）からのパルス信号（１０９ａ）をカウンタ（１１０）にてカウントすることで、外部からのアナログ入力（２００Ａ）をデジタル出力（２００Ｄ）に変換するＡ／Ｄ変換回路（２００）であり、
前記制御偏差（ε）は、前記デジタル出力（２００Ｄ）がＤ／Ａ変換器（１１１）により変換されたアナログ信号（１１１ａ）と前記アナログ入力（２００Ａ）との間の偏差であることを特徴とする請求項１記載のフィードバックループの制御方法。
【請求項４】
前記フィードバックループは、第１及び第２ループ内増幅器（１０７，１０８）を介して前記制御偏差（ε）をモータ（３２０）に入力し該モータ（３２０）を駆動するサーボモータドライバ回路（３００）であり、
前記制御偏差（ε）は、外部からの位置指令（３００Ａ）と回転位置検出手段（３１０）によって検出された検出位置（３１０Ｄ）との間の偏差であることを特徴とする請求項１記載のフィードバックループの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィードバックループの制御方法に関し、特に、制御偏差の大きさを監視し、この制御偏差の大小に応じて、フィードバックループのループゲインを、予め設定された第１ゲインと前記第１ゲインよりも大きな第２ゲインとで切り替えることで、フィードバックループの動特性と静特性とを両立できるようにするための新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたこの種のフィードバックループの制御方法としては、例えば非特許文献１等に示されているフィードバックループの制御方法が用いられている。図５は、従来のトラッキング方式の回転位置信号変換回路１００を示すブロック図である。図において、例えばレゾルバ等の回転検出センサ１には、励磁用増幅器２を介して励磁信号源３が接続されており、励磁信号源３からの励磁信号Ｅｓｉｎωｔは前記励磁用増幅器２によって増幅されて入力電圧Ｅ１・ｓｉｎωｔとして前記回転検出センサ１に印加されている。そして、前記入力電圧Ｅ１・ｓｉｎωｔによって回転検出センサ１の励磁コイル（図示せず）が励磁され、入力角度Ｎθに応じて回転検出センサ１の出力コイル（図示せず）からアナログ位置信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎＮθ，ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｃｏｓＮθが出力される。
【０００３】
回転検出センサ１の出力端子には回転位置信号変換回路１００（Ｒ／Ｄ変換器）が接続されている。この回転位置信号変換回路１００は、第１及び第２乗算器１０１，１０２と、減算器１０３と、同期検波器１０４と、ループ内増幅器１０７と、電圧制御発振器１０９と、カウンタ１１０と、Ｄ／Ａ変換器１１１とから構成されており、全体として制御偏差εを零とするフィードバックループを形成している。なお、この回転位置信号変換回路１００での制御偏差εは、前記アナログ位置信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎＮθ，ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｃｏｓＮθと、後述するデジタル位置信号φとから得られる出力信号ＫＥ１ｓｉｎ（Ｎθ−φ）である。
【０００４】
前記アナログ位置信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎＮθ，ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｃｏｓＮθは、前記第１及び第２乗算器１０１，１０２と前記減算器１０３との処理を経て処理信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（Ｎθ−φ）に変換される。この処理信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（Ｎθ−φ）は、前記同期検波器１０４において前記励磁信号Ｅｓｉｎωｔの成分が除去されるとともに、前記ループ内増幅器１０７において増幅されて、前記電圧制御発振器１０９に入力される。
【０００５】
前記電圧制御発振器１０９は、前記励磁信号Ｅｓｉｎωｔの成分が除去された後の出力信号ＫＥ１ｓｉｎ（Ｎθ−φ）、すなわち制御偏差εの大きさに応じた周波数のパルス信号ｄφ／ｄｔを出力し、カウンタ１１０は前記パルス信号ｄφ／ｄｔのパルスをカウントすることでデジタル位置信号φを出力する。デジタル位置信号φは前記Ｄ／Ａ変換器１１１に入力され、前記Ｄ／Ａ変換器１１１でアナログ信号ｓｉｎφ，ｃｏｓφに変換されて、前記第１及び第２乗算器１０１，１０２にフィードバックされる。
【０００６】
ところで一般的に、フィードバックループの特性として、高周波での入力角度変化に対する追従性を示す動特性と、入力角度の周波数が零のときの出力の安定性を示す静特性とがある。動特性を良くするためには、フィードバックループのループゲイン、すなわち前記ループ内増幅器１０７の増幅率を大きくすればよく、静特性を良くするためには、前記ループ内増幅器１０７の増幅率を小さくすればよい。これは、トラッキング方式の回転位置信号変換回路１００に限らず、その他のフィードバックループでも同様である。
【０００７】
【非特許文献１】日本電機工業会技術資料ＪＥＭ−１８７（平成５年１２月２０日  社団法人  日本電機工業会  発行）の１０頁の解説図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような従来のフィードバックループの制御方法では、フィードバックループのループゲインを固定値としているので、動特性と静特性とを両立することができず、動特性及び静特性のいずれか一方を犠牲にする必要がある。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、フィードバックループの動特性と静特性とを両立できるフィードバックループの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るフィードバックループの制御方法は、制御偏差が零となるように動作するフィードバックループを用い、偏差監視部が、前記制御偏差の大きさを監視し、ゲインセレクタが、前記制御偏差の大小に応じて、前記フィードバックループのループゲインを、予め設定された第１ゲインと前記第１ゲインよりも大きな第２ゲインとで切り替える。
また、前記フィードバックループは、第１及び第２ループ内増幅器を介して回転検出センサからのアナログ位置信号をトラッキング方式でデジタル位置信号に変換する回転位置信号変換回路であり、前記制御偏差は、前記アナログ位置信号と前記デジタル位置信号との間の角度差である。
また、前記フィードバックループは、第１及び第２ループ内増幅器を介して前記制御偏差を電圧制御発振器に入力するとともにこの電圧制御発振器からのパルス信号をカウンタにてカウントすることで、外部からのアナログ入力をデジタル出力に変換するＡ／Ｄ変換回路であり、前記制御偏差は、前記デジタル出力がＤ／Ａ変換器により変換されたアナログ信号と前記アナログ入力との間の偏差である。
前記フィードバックループは、第１及び第２ループ内増幅器を介して前記制御偏差をモータに入力し該モータを駆動するサーボモータドライバ回路であり、前記制御偏差は、外部からの位置指令と回転位置検出手段によって検出された検出位置との間の偏差であることを特徴とする請求項１記載のフィードバックループの制御方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のフィードバックループの制御方法によれば、偏差監視部が、前記制御偏差の大きさを監視し、ゲインセレクタが、前記制御偏差の大小に応じて、フィードバックループのループゲインを予め設定された第１ゲインと前記第１ゲインよりも大きな第２ゲインとで切り替えるので、フィードバックループの動特性と静特性とを両立できる。
また、前記フィードバックループは、回転検出センサからのアナログ位置信号をトラッキング方式でデジタル位置信号に変換する回転位置信号変換回路に適用できるので、高周波信号に対する追従遅れを少なくし、周波数ゼロでも出力データのチャタリングを抑えることができる。
また、前記制御偏差を電圧制御発振器に入力するとともにこの電圧制御発振器からのパルスをカウントすることで、外部からのアナログ入力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路に適用できるので、高周波信号に対する追従遅れを少なくし、周波数ゼロでも出力データのチャタリングを抑えることができる。
また、外部からの位置指令と回転位置検出手段によって検出された検出位置との偏差に応じてモータを駆動するサーボモータドライバ回路に適用できるので、モータを急峻な動作に対応させることができ、静止時のモータの振動を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるトラッキング方式の回転位置信号変換回路１００を示すブロック図である。なお、従来の回転位置信号変換回路１００と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。図において、例えばレゾルバ等の回転検出センサ１には、励磁用増幅器２を介して励磁信号源３が接続されており、励磁信号源３からの励磁信号Ｅｓｉｎωｔは前記励磁用増幅器２によって増幅されて入力電圧Ｅ１・ｓｉｎωｔとして前記回転検出センサ１に印加されている。そして、前記入力電圧Ｅ１・ｓｉｎωｔによって回転検出センサ１の励磁コイル（図示せず）が励磁され、入力角度Ｎθに応じて回転検出センサ１の出力コイル（図示せず）からアナログ位置信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎＮθ，ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｃｏｓＮθが出力される。
【００１３】
回転検出センサ１の出力端子には回転位置信号変換回路１００（Ｒ／Ｄ変換器）が接続されている。この実施の形態１の回転位置信号変換回路１００は、第１及び第２乗算器１０１，１０２と、減算器１０３と、同期検波器１０４と、偏差監視部１０５と、ゲインセレクタ１０６と、第１及び第２ループ内増幅器１０７，１０８と、電圧制御発振器１０９と、カウンタ１１０と、Ｄ／Ａ変換器１１１とから構成されており、全体として制御偏差εを零とするフィードバックループを形成している。なお、この回転位置信号変換回路１００での制御偏差εは、前記アナログ位置信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎＮθ，ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｃｏｓＮθと、後述するデジタル位置信号φとから得られる出力信号ＫＥ１ｓｉｎ（Ｎθ−φ）である。
【００１４】
前記アナログ位置信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎＮθ，ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｃｏｓＮθは、前記第１及び第２乗算器１０１，１０２と前記減算器１０３との処理を経て処理信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（Ｎθ−φ）に変換される。この処理信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（Ｎθ−φ）は、前記同期検波器１０４において前記励磁信号Ｅｓｉｎωｔの成分が除去されるとともに、前記第１及び第２ループ内増幅器１０７，１０８で増幅されて、前記電圧制御発振器１０９に入力される。
【００１５】
前記電圧制御発振器１０９は、前記励磁信号Ｅｓｉｎωｔの成分が除去された後の出力信号ＫＥ１ｓｉｎ（Ｎθ−φ）、すなわち制御偏差εの大きさに応じた周波数のパルス信号ｄφ／ｄｔを出力し、カウンタ１１０は前記パルス信号ｄφ／ｄｔのパルスをカウントすることでデジタル位置信号φを出力する。デジタル位置信号φは前記Ｄ／Ａ変換器１１１に入力され、前記Ｄ／Ａ変換器１１１でアナログ信号ｓｉｎφ，ｃｏｓφに変換されて、前記第１及び第２乗算器１０１，１０２にフィードバックされる。
【００１６】
ところで、一般的にフィードバックループの特性として、高周波での入力角度変化に対する追従性を示す動特性と、入力角度の周波数が零のときの出力の安定性を示す静特性とがある。動特性を良くするためにはフィードバックループのループゲインを大きくすればよく、静特性を良くするためにはループゲインを小さくすればよい。
【００１７】
次に、図２は、図１の偏差監視部１０５とゲインセレクタ１０６との動作を示す説明図である。ここで、図１で示した第１ループ内増幅器１０７の増幅率は所定の第１ゲイン１０７ａであり、前記第２ループ増幅器１０８の増幅率は前記第１ゲイン１０７ａよりも大きな第２ゲイン１０８ａである。前記偏差監視部１０５は、制御偏差εの大きさ（前記励磁信号Ｅｓｉｎωｔの成分が除去された後の出力信号ＫＥ１ｓｉｎ（Ｎθ−φ）の電圧レベル）を監視し、前記ゲインセレクタ１０６は、前記偏差監視部１０５によって検出された前記電圧レベルに応じて、前記第１及び第２ループ内増幅器１０７，１０８のいずれか一方のみを接続状態にする。すなわち、図２に示すように、制御偏差εが切替えレベル１よりも小さい場合に前記ループゲインが第１ゲイン１０７ａとされ、制御偏差εが切替えレベル１以上の場合に前記ループゲインが第２ゲイン１０８ａとされる。なお、前記偏差監視部１０５は、出力信号ＫＥ１ｓｉｎ（Ｎθ−φ）の電圧レベルに応じて２値のデジタル信号を出力するコンパレータ等によって構成され、前記ゲインセレクタ１０６は、コンパレータからの信号に応じて第１及び第２ループ内増幅器１０７，１０８のいずれか一方のみを接続状態とするリレー回路等によって構成される。
【００１８】
このようなフィードバックループの制御方法によれば、制御偏差εの大きさを監視し、この制御偏差εの大小に応じて、フィードバックループのループゲインを、予め設定された第１ゲイン１０７ａと前記第１ゲイン１０７ａよりも大きな第２ゲイン１０８ａとで切り替えるので、フィードバックループの動特性と静特性とを両立できる。
また、回転検出センサ１からのアナログ位置信号ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｓｉｎＮθ，ＫＥ１ｓｉｎωｔ・ｃｏｓＮθをトラッキング方式でデジタル位置信号φに変換する回転位置信号変換回路１００に適用できるので、高周波信号に対する追従遅れを少なくし、周波数ゼロでも出力データのチャタリングを抑えることができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２によるＡ／Ｄ変換回路２００を示すブロック図である。なお、実施の形態１の構成と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。実施の形態１では、発明の適用例として回転位置信号変換回路１００を説明したが、本発明はその他の一般的なＡ／Ｄ変換回路２００にも適用できる。すなわち、第１及び第２ループ内増幅器１０７，１０８を介して制御偏差εを電圧制御発振器１０９に入力するとともにこの電圧制御発振器１０９からのパルス信号１０９ａをカウンタ１１０にてカウントすることで、外部からのアナログ入力２００Ａをデジタル出力２００Ｄに変換するＡ／Ｄ変換回路２００において、偏差監視部１０５により前記制御偏差εの大きさを監視し、この制御偏差εの大きさに応じてゲインセレクタ１０６により前記第１及び第２ループ内増幅器１０７，１０８のいずれか一方のみを接続状態にすればよい。なお、このフィードバックループにおける制御偏差εは、前記デジタル出力２００ＤがＤ／Ａ変換器１１１により変換されたアナログ信号１１１ａと前記アナログ入力２００Ａとの間の偏差である。
【００２０】
このようなフィードバックループの制御方法では、外部からのアナログ入力２００Ａをデジタル出力２００Ｄに変換するＡ／Ｄ変換回路２００に適用できるので、Ａ／Ｄ変換回路２００の動作を向上でき、高周波信号に対する追従遅れを少なくし、周波数ゼロでも出力データのチャタリングを抑えることができる。
【００２１】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３によるサーボモータドライバ回路３００を示すブロック図である。なお、実施の形態１の構成と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。実施の形態１，２では、発明の適用例として信号の変換回路１００，２００を説明したが、本発明はサーボモータドライバ回路３００にも適用できる。すなわち、外部からの位置指令３００Ａと回転位置検出手段３１０によって検出された検出位置３１０Ｄとの間の偏差である制御偏差εを、第１及び第２ループ内増幅器１０７，１０８を介してモータ３２０に入力することで該モータ３２０をサーボ駆動するサーボモータドライバ回路３００において、偏差監視部１０５により前記制御偏差εの大きさを監視し、この制御偏差εの大きさに応じてゲインセレクタ１０６により前記第１及び第２ループ内増幅器１０７，１０８のいずれか一方のみを接続状態にすればよい。なお、前記回転位置検出手段３１０は、モータ３２０の回転を検出するタコジェネレータ３１１と、積分動作を行うボールねじ３１２とから構成される。
【００２２】
このようなフィードバックループの制御方法では、外部からの位置指令３００Ａと回転位置検出手段３１０によって検出された検出位置３１０Ｄとの間の偏差に応じてモータ３２０を駆動するサーボモータドライバ回路３００に適用できるので、サーボモータドライバ回路３００の動作を向上でき、モータ３２０を急峻な動作に対応させることができ、静止時のモータ３２０の振動を抑えることができる。
【００２３】
なお、実施の形態１〜３では、制御偏差εに応じてループゲインが第１及び第２ゲイン１０７ａ，１０８ａで切り替えられる場合を説明したが、切り替えられるループゲインの数は３以上でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１によるトラッキング方式の回転位置信号変換回路を示すブロック図である。
【図２】図１の偏差監視部とゲインセレクタとの動作を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるＡ／Ｄ変換回路を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３によるサーボモータドライバ回路を示すブロック図である。
【図５】従来のトラッキング方式の回転位置信号変換回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  回転検出センサ
１００  回転位置信号変換回路
１０７，１０８  第１及び第２ループ内増幅器
１０７ａ，１０８ａ  第１及び第２ゲイン
１０９  電圧制御発振器
１０９ａ  パルス信号
１１０  カウンタ
１１１  Ｄ／Ａ変換器
１１１ａ  アナログ信号
２００  Ａ／Ｄ変換回路
２００Ａ  アナログ入力
２００Ｄ  デジタル出力
３００  サーボモータドライバ回路
３００Ａ  位置指令
３１０  回転位置検出手段
３１０Ｄ  検出位置
３２０  モータ
【図１】
2009059063.tif 000003
【図２】
2009059063.tif 000004
【図３】
2009059063.tif 000005
【図４】
2009059063.tif 000006
【図５】
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