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    公开号:WO1992009016A1
    申请号:PCT/JP1991/001473
    申请日:1991-10-29
    公开日:1992-05-29
    发明作者:Yasuaki Tohyama
    申请人:Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.；
    IPC主号:G05B13-00
    专利说明:
    [0001] 十 明 細 書
    [0002] 発 明 の 名 称
    [0003] 速度制御装置お よ び 予測器
    [0004] 技術分野 、
    [0005] 本発 明 は 回転体 の速度検 出信号を 周期計測 し て 得 ら れ る 速度 検 出値 に 基づ いて 回転体を 駆動す る 速度制御装置、 お よ び、 サ ン プ リ ン グ さ れた 複数 の サ ン プ ルデ ー タ か ら 現時点 に お け る サ ン プ リ ン グ前 の デ ー タ の正確な 変化率を得 る 予測器 に 関 す る も の で あ る。
    [0006] 背景技術
    [0007] 従来 よ り、 回転体 の デ ィ ジ タ ル式速度制御装置 は 磁気記録再 生装置 に お い て多用 さ れて い る。
    [0008] 以下 に、 磁気記録再生装置に お け る キ ヤ プス タ ン モ ー タ の 回 転速度制御系 の動作説 明 を 行 う。
    [0009] モ ー タ に取 り 付 け ら れた 周波数発電機か ら 正 弦波 信号が出 力 さ れ る。 こ の 信号 は モ ー タ の 回転速度に依存 し た 周 期を 有 し て お り、 さ ら に、 F G 信号増幅器 に よ り 増幅お よ び波形整形 さ 方形波信号 と な る。 F G 信号増幅器 の 出力 は速度誤差検 出器 に 入 力 さ れ 入力信号 の 周期がカ ウ ン タ に よ り 量子化 さ れ る。 滅 箕器で は、 そ の 量子化 さ れ た カ ウ ン ト 値か ら 基準値発生器よ り 出 力 さ れ る 基準周 期デ ー タ が減箕 さ 速度誤差が出力 さ れ る。 検 出 さ れ た速度誤差 は デ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ に よ り 速度制御領域 で の ゲ イ ン補償が行わ れた 後に D Z A変換器 に 入力 さ D / A 変換器 の 出 力 は モ ー タ 駆動回路に 供給 さ ^ モ ー タ の 速度制 御が行われ る。 と こ ろ で、 上記の構成 に お け る 各 ブ ロ ッ ク を 伝達閔数表示 し、 こ れを も と に 回転体 の 速度制御系 に お け る 制御限界周波数に つ い て說 明 す る。
    [0010] モ一タ の伝達閼数 は、 ト ル ク 定数 K t ( g c m / A ) と、 憤 性 モ一メ ン ト J ( g — c m · s e c · s e c r a d )、 お よ び ラ プ ラ ス 演算子 s に よ り 表 さ れ る。 モ ー タ の 面転速度 は一 回転あ た り Z 偭の 歯数を有す る 周波数発電機に よ り 速度検出信 号 に 変換 さ 入 出力 サ ン ブ ラ， カ ウ ン タ お よ び移動平 均要素 に よ り 入力信号の周斯が計測 さ れる。
    [0011] 力 ゥ ン タ に 供給 さ れ る 基準 ク ロ ッ ク の周波数を F c k ( Η ζ ) 、 サ ン プ リ ン グ周 期を T ( s e c ) と す る と、 カ ウ ン タ の伝達 関数 G c は次式で表 さ れ る。
    [0012] K d · ( 1 - e - 3 τ )
    [0013] G c
    [0014] s Τ
    [0015] た だ し、
    [0016] F c k T
    [0017] K d ( 2 )
    [0018] 2 - π
    [0019] 1 力 ゥ ン タ に よ り 量子化 さ れた 速度検出信号の周期計測値か ら 基準值が滅算 さ ^ 速度誤差が箕出 さ れる。 箕出 さ れた 速度誤 差 は伝達関数 G f を有す る デ ィ ジ タ ル フ ィ ルタ に入力 さ 速 度制御領域で のゲ イ ン 捕償が行わ D ノ A変換器 の入力 バ ッ フ ァ に よ り 構成 さ れ る 0 次 ホ ル ダ に 供給 さ れ る。
    [0020] 0 次 ホ ル ダ の伝達関数 G h は次式で表さ れる。
    [0021] 1 - e - s T
    [0022] G h ( 3 ) s T 0 次 ホ ル ダ の 出 力 は、 変換ゲ イ ン K x を 有す る D Z A 変換器 に よ り ア ナ ロ グ電圧 に 変換 さ そ の 出力 は伝達 コ ン ダ ク タ ン ス g m ( A / V ) を 有 す る モ ー タ 駆動回路 に 供給 さ そ の 出 力 電流 に よ り モ ー タ の 速度制御が行われ る。 、
    [0023] な お、 D ノ A変換器 の変換ゲ イ ン K X は変換 ビ ッ ト 数 を n、 供給電圧を V c c と す る と、 次式で 表 さ れ る。
    [0024] V c c
    [0025] K ( 4 )
    [0026] 2 "
    [0027] 上述 の各部 の 伝達関数の 中 で、 位相特性が サ ン プ リ ン グ周 期 T に 依存す る の は、 カ ウ ン タ 部 と ホ ル ダ で あ り、 任意の 周波数 f で の 両者 の 位相特性 0 c, 6 11 は （ 1 )式 （ 3 )式 よ り 次 の よ う に 表 さ れ る。
    [0028] ^ c = - 7Γ · f · T ··· ( 5 )
    [0029] Θ = - π - f · T - ( 6 ) さ て、 一般的に 制御系が安定 に 動作す る た め に は、 開 ル一プ ゲ イ ン 力、' 0 d B と な る 周波数 に お い て 4 0 〜 6 0 度 の位相余裕 が必要 で あ る 力、 そ の 周波数 に お い て慣性 プ ロ ッ ク 内 の 慣性項 が支配 的 と な り、 こ の 周波数 に お い て 9 0 度の 位相遅れが生 じ る。 し た が っ て、 こ の 周波数 に お い て 6 0 度の 位相余裕 を 得 る た め の 必要条件 は次式で表 さ れ る。
    [0030] %
    [0031] ^ c + ^ h I ≤ ( 7 )
    [0032] 6
    [0033] こ の 条件 に よ り モ ー タ を 安定 に 制御可能 な 制御限界周波数 F l imは、 F G 周波数 F f g を 用 い て 次式で表 さ れ る。 F f g
    [0034] F 1 i B = "· ( 8 )
    [0035] 1 2
    [0036] 上述 の ご と く、 モ ー タ を安定 に制御可能 な 制御限界周波数 は、 F G 周波数に よ り 規制 さ れて し ま う。 こ の た め ¾ 速度誤差検出 器 に速度検出信号を入力す る 前に遁倍回路を設 け、 サ ン プ リ ン グ周期 T を 2 分の 1 に す る こ と に よ り、 制御限界周波数を F G 周波数 の 6 分 の 1 ま で広 げ る こ と が可能で あ る。
    [0037] し か し な が ら、 速度検出 信号 の一周期の 時藺が、 速度誤差検 出 か ら D Z A変換器へ の 出力 ま で に要す る 時間 の倍以上 で な け れ ば通倍法を 用 い る こ と は で き な い。
    [0038] す な わ ち、 F G 周波数が比較的高 い場合 に は制御限界周波数 は （ 8 )式で示 さ れ る よ う に F G 周波数の 1 2 分の 1 が理 ¾上 の 限界値で あ つ ； to
    [0039] と こ ろ で、 民生甩 V T R 等に お い て は、 キ ヤ プス タ ン モ ー タ の 駆動方式 と して、 ダ イ レ ク ト · ド ラ イ ブ方式が多用 さ れて お り、 モ ー タ 特有の ト ル ク リ ッ プルが回転ム ラ の 要因 と な っ て、 ワ ウ ' フ ラ ッ ク を 悪化 さ せ る こ と と な る。
    [0040] こ の ト ル ク リ ッ プル は、 モ ー タ の 1 回転周期 に依存 し てお り、 通常 こ の 面転周期の整数倍の高調波成分を 有 し て い る。
    [0041] こ の 特有の 性質を利用 し て、 モ ー タ の 回転周期に 依存 し た ト ル ク リ ッ プ ルを取 り 除 く 方法 と し て、 操 り 返 し 制御 （ ま た は 学 習 制御 と 呼 ばれ る。 ；) を適用 し た例が報告 さ れて い る （ 「 シ ス テ ム と 制御 j , V o l . 3 0, N o. 1 , P 3 4 〜 4 1 , 1 9 8 6 ) .
    [0042] し か し な が ら、 繰 り 返 し 制御を適用 し た 制御方式 に お い て は、 モ ー タ の 回転周期 に 依存 し た ト ル ク リ ツ プ ルを 取 り 除 く 効果 は あ る も の の、 学習機構 の実現 に は多 く の メ モ リ ま た は シ フ ト レ ジ ス タ を必要 と し、 さ ら に 制御系 の 安定性 を得 る た め に 複雑 な 高次 の フ ィ ル タ 等 に よ り 構成 さ れた 捕償器 を必、要 と し て い た。 す な わ ち、 従来 の 操 り 返 し 制御 の実現 に お い て コ ス ト 面 に お け る デ メ リ ッ ト も 大 き か っ た。
    [0043] 本発 明 は、 上記従来 の 問題点 を解決す る も の で、 遁倍法を 用 い る こ と がで き な い と き に も、 安定 に 速度制御が可能な 速度制 御装置 を提供 す る こ と を 目 的 と す る。
    [0044] 発 明 の 開示
    [0045] こ の 目 的 を 達成 す る た め に 本発明 の速度制御装置 は、
    [0046] 回転体 の 速度に 応 じ た 速度検 出信号 の周期計測に よ り 前記 回 転体 の 各計測 区間 で の 平均速度 を検 出 す る 速度検出 手段 と、 前記速度検 出手段 の 出力 デ ー タ と 基準周期デ ー タ と か ら 平均 速度誤差を 箕 出 す る 速度誤差算 出手段 と、
    [0047] 特定 の 計測 区間 に 対す る 平均速度誤差 と、 そ れ以前 の 平均速 度誤差 と か ら 瞬時速度誤差 を 予測す る 予測手段 と、
    [0048] 前記 予測手段 の 出力 を 累積加算 し、 平均値デ ー タ を 出力 す る 誤差平均化手段 と、
    [0049] 特定 の メ モ リ を 選択 す る メ モ リ 選択手段 と、
    [0050] 前記 誤差平均化手段 の 出力 デ ー タ と、 前記 メ モ リ 選択手段 に よ り 選択 さ れ た 特定 の メ モ リ の デー タ と を 加算 し、 そ の 結果 を 前記 メ モ リ に 格納 する 誤差格納手段 と、
    [0051] 前記 メ モ リ よ り 以前 に 選択 さ れた 特定 の メ モ リ の デ ー タ に 1 よ り 小 さ い定数を 乗 じ た後、 前記瞬時誤差 予測手段 の 出 力 デ ー タ を加算す る 補償誤差算出手段 と、
    [0052] 前記補償誤差算 出手段の 出力 デ ー タ に 基づい て前記回転体 を 駆動す る 駆動手段 と、 を備え て い る。
    [0053] 本発 明 は上記 し た構成に よ り、 従来に 比べ！：位相余裕 を大 き く と る こ と がで き る と と も に周期的 な外乱 を効率よ く 抑圧す る こ と がで き る 速度制御装置を提供で き る。
    [0054] 図面の 簡単な 説明
    [0055] 第 1 図 は本発 明 の 実施例に お け る 速度制御装置 の構成を 示す ブ 口 ッ ク Ik 第 2 図 は 同実施例の 予測器 2 0 の 内部構成を 示す ブ ロ ッ ク k 第 3 図 は同実旃例の 学習器 3 0 の 内部構成を 示す ブ 口 ッ ク k 第 4 図 は同実施例 の動作説明 の た め の タ イ ム チ ヤ一 ト、 第 5 図 は 同実施例 に お け る 学習器 3 0 の ブ ロ ッ ク 線 Ik 第 6 図 は 予測器 2 0 お よ び学習器 3 0 の処理 を実行す る た めの フ ロ ー チ ャ ー ト、 第 7 図 は 図 6 の フ ロ ー チ ヤ 一 ト に 対 応 し た プ ロ ッ ク 第 8 図 は従来例 と 本発明 の 実施例 に お け る 位相特性 の 比較図 で あ る。
    [0056] 発明 を 実旌す る た め の 最良 の形態
    [0057] 以下、 本発明 の実施例に つ い て、 図面を 参照 し な が ら 説明 す る。
    [0058] 第 1 図 は本発明 の一実施例に お け る 速度制御装置 の基本 プ ロ ッ ク 図 2 は図 1 の 予測器 2 0 の 詳細 図 3 は図 1 の 学習 器 3 0 の 詳細 図を 示 し た も の で あ る。
    [0059] 第 1 図 に お い て、 F G 信号増幅器 3 の 出力信号 b は カ ウ ン タ 4 に入力 さ 基準 ク ロ ッ ク に よ り 量子化 さ れ る。 カ ウ ン タ 4 の カ ウ ン ト デ ー タ お よ び基準値発生器 5 の 基準値デ ー タ は滅箕 器 6 に 供給 さ カ ウ ン タ 4 の カ ウ ン ト デ ー タ か ら 基準値デ ー タ が減算 さ れ て、 そ の 演算結果デ ー タ が第 1 の メ モ リ 7 に 供給 さ れ る。 第 1 の メ モ リ 7 の 出力 デー タ は、 予測器 2 0 に 入力 さ そ の 出力 デ ー タ は学習器 3 0 に 供給 さ れ る。、
    [0060] 第 2 図に お い て、 第 1 の 予測器 2 2 に は、 第 1 の メ モ リ 7 お よ び第 2 の メ モ リ 2 1 の デ ー タ が供給 さ ^ 予測演算が行わ れ た 後 に、 第 1 の メ モ リ 7 の デー タ が第 2 の メ モ リ 2 1 に 供給 さ れ る。 第 2 の 予測器 2 5 に は、 第 4 の メ モ リ 2 4 お よ び第 1 の メ モ リ 7 の デ ー タ が供耠 さ ^ 予測演箕が行わ れた 後に、 第 3 の メ モ リ 2 3 の デ ー タ が第 4 の メ モ リ 2 4 に 供給 さ れ る。 第 3 の 予測器 2 6 に は、 第 2 の 予測器 2 5 お よ び第 1 の 予測器 2 2 の 出力 デー タ が供給 さ 予測演算が行わ れ る。 予 測演箕結果 は 学習 器 3 0 に 供耠 さ れ る。
    [0061] 第 3 図 に お い て、 前述の 予測演算結果 は第 2 加算器 3 7 お よ び 誤差平均化手段 3 2 に 供給 さ れて い る。 誤差平均化手段 3 2 に よ り 平均化 さ れ た 出 力 デ ー タ は、 第 1 加算器 3 3 に 入力 さ れ る。 第 1 加箕器 3 3 で は メ モ リ 選択手段 3 4 に よ り メ モ リ 群 か ら 選択 さ れ た 特定 の メ モ リ の デ ー タ と 誤差平均化手段 3 2 の 出 力 デ ー タ と を 加算 し、 加箕桔果を 同 メ モ リ に格納す る。 補償器 3 5 で は メ モ リ 選択手段 3 4 に よ り 選択 さ れた 特定 の メ モ リ に 乗数 k を乗 じ た 後、 第 5 の メ モ リ 3 6 に 演算結果を 出力 す る。 第 2 加算器 3 7 で は、 前述 の 予測演箕結果、 す な わ ち第 3 の 予 測器 2 6 の 出力 デ ー タ と 第 5 の メ モ リ 3 6 の 出力 と を 加箕 し、 デ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ 1 4 に 出力 す る。
    [0062] な お、 予測器 2 0 は、 第 2 の メ モ リ 2 1 〜第 3 の 予測器 2 6 に よ り、 学習器 3 0 は誤差平均化手段 3 2 〜第 2 加算器 3 7 に よ り 構成 さ れお り、 F G 信号増幅器 3 から の 出力信号 b が制御 信号 と し て 入力 さ れて い る。
    [0063] ま た、 デ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ 1 4 に も サ ン プ リ、ン グ信号 と し て F G 信号増幅器 3 の 出 力信号 b が入力 さ れて い る。
    [0064] 以上 の ょ ゔ に構成 さ れた 速度制御装置に つ い て、 第 1 図〜第 4 図を も と に 動作説明 を行 う。
    [0065] 第 4 図 は F G 信号 b と モ ー タ 1 の 速度誤差 と の 関係を 表 し た も の で あ り、 モ ー タ 1 の 回転速度が遅 く な っ て き て い る 状態 を 表 し て い る。
    [0066] ま ず、 F G 信号 b の リ ー デ ィ ン グ エ ッ ジ が到来す る と、 第 1 の メ モ リ 7 の デー タ は第 2 の メ モ リ 2 1 に 転送 さ 第 3 の メ モ リ 2 3 の デ ー タ は第 4 の メ モ リ 2 4 に転送 さ れ る。 す なわ ち、 第 2 の メ モ リ 2 1 , 第 4 の メ モ リ 2 4 に は 常 に 第 1 の メ モ リ Ί , 第 3 の メ モ リ 2 3 に 入力 さ れた 一面 前 の デ ータ が格納 さ れ る。 こ れ は第 1 の 予測器 2 2 お よ び第 2 の 予測器 2 5 の 予測動作 に 備え た も の で あ る。
    [0067] つ ぎ に、 第 1 の 予測器 2 2 に お い て、 第 1 の メ モ リ 7 の デ ー タ の 3 倍の デ ー タ か ら 第 2 の メ モ リ 2 1 の デー タ が滅算 さ れ た 後、 2 で除算 さ れ る （ す な わ ち、 第 1 の メ モ リ 7 の 出力か ら第 2 の メ モ リ 2 1 の 出力 を滅算 し て 1 ノ 2 倍 し た も の に、 第 1 の メ モ リ 7 の 出力を 加箕する。 ）。 こ の演箕結果 は第 3 の メ モ リ 2 3 に 格納 さ れ る。 第 2 の予測器 2 5 で は、 第 1 の メ モ リ 7 の 2 倍の デー タ から 第 4 の メ モ リ 2 4 の デー タ が減箕 さ れ る （ す な わ ち、 第 1 の メ モ リ 7 の 出力 か ら 第 4 の メ モ リ 2 4 の 出力 を 滅箕 し た も の に、 第 1 の メ モ リ 7 の 出力 を 加箕す る。 ）。 最後 に、 第 3 の 予 測器 2 6 に お い て、 第 2 の 予測器 2 5 の 出 力 デ ー タ お よ び第 1 の 予 測器 2 2 の 出 力 デ ー タ と の加重平均値 が箕 出 さ 出力 さ れ る。 、
    [0068] 以上 の 一連 の処理 の 意味 を第 4 図 を も と に 説 明す る。
    [0069] 時刻 t 7に お い て、 F G 信号 b の リ ーデ ィ ン グ エ ツ ジ が到来 し、 速度検 出器 1 7 で の処理が終了 し て い る も の と す る。 こ の 時点 に お い て、 第 1 の メ モ リ 7 に は 時刻 t 5か ら 時刻 t 7ま で の 区 間 に お け る モ ー タ 1 の 平均速度 に 依存 し た 速度誤差デ ー タ が格納 さ れて い る。 同様 に、 第 2 の メ モ リ 2 1 に は、 時刻 t 3か ら 時刻 t 5ま で の 区 間 に お け る モ ー タ 1 の 平均速度に 依存 し た 速度誤差 デ ー タ が格納 さ れ て い る。
    [0070] こ こ で、 時刻 t 3〜 t 7ま で の モ ー タ 1 の 速度検出 信号 の 2 サ ィ ク ル間の瞬時速度が直線近似 で き る も の と す る と、 第 1 の メ モ リ 7 に 格納 さ れて い る デ ー タ は時刻 t 6^ つ ま り 時刻 t 5〜 t 7の 中間点 で の瞬時速度誤差 e 2を表 し、 第 2 の メ モ リ 2 1 の デ ー タ は 時刻 t つ ま り 時刻 t 3〜 t 5の 中 間点 で の 瞬時速度誤差 e 1を表 す こ と に な る。
    [0071] 従 っ て、 時刻 t 7で の瞬時速度誤差 予測値 R 0は以下の 式で 示 さ れ る。
    [0072] ( e 2 - e 1 )
    [0073] R 0 = e 2 + ( 9 )
    [0074] 2
    [0075] す な わ ち、 第 1 の 予測器 2 2 か ら は （ 9 )式 で表 さ れ る 瞬時速度 誤差予測値 R 0が出力 さ れ る。
    [0076] と こ ろ で、 第 4 の メ モ リ 2 4 に は時刻 t 5に お け る 瞬時速度誤 差予測値 R 1が格納 さ れて い る。 第 2 の 予 測器 2 5 で は時刻 t 5 に お け る 瞬時速度誤差予測値 R 1、 時刻 t 6で の瞬時速度誤差 e 2よ り 以下の 式で 表 さ れ る 瞬時速度誤差予測値 R 2を 出力 す る。
    [0077] R 2 = e 2+ ( e 2- R l) 、 - ( 1 0 ) す な わ ち、 （ 9 )式 に よ り、 前回 （ 時刻 t 5 ) 箕出 し た 瞬時速度誤 差 予測値 R 1が今 回 の 計箕に 反映 さ れ る こ と に な る。
    [0078] 第 3 の 予測器 2 6 で は上述の 如 く 箕出 さ れた 瞬時速度誤差 予 測値 R 0お よ び R 2を加重平均 し、 最終的な睽時速度誤差予測値 R を 出 力 す る。
    [0079] 以上 よ り、 第 1 の予測器 2 2 の伝達閩数 P r 1 を Z 演箕子 を 用 い て表す と、
    [0080] 3 — Z _ 1
    [0081] P r 1 = … （11)
    [0082] 2
    [0083] 同様 に 第 2 の 予測器 2 5 の 伝達閲数 P r 2 は、
    [0084] 4 一 3 Z - 1 + Z - 2
    [0085] P r 2 = ··· (12)
    [0086] 2
    [0087] よ っ て、 第 3 の 予測器 2 6 の伝達関数 P r n を 一般式で 表す と、
    [0088] a - P r l + b - P r 2
    [0089] P r n
    [0090] a + b
    [0091] a - ( 3 - Z - 1 ) + b - ( 4 - 3 Z - ' + Z "2 )
    [0092] 2 · ( a + b )
    [0093] ··· (13 a ) た だ し、 任意 の実数 a, b は以下の 条件を 満た す も の と す る。
    [0094] a + b = 1, a ≥ 0, b ≥ 0
    [0095] こ こ で、 例え ば a = l) 0. 5 と 選 ぶ と 第 3 の 予測器 2 6 の 伝 達関数 P r 3 は、
    [0096] ( P + P 2 )
    [0097] P r 3
    [0098] 4 Z 十 Z - 2
    [0099] (13) と な る。
    [0100] つ ま り、 （13)式 で 示 さ れ る 処理を 行 う こ と に よ り、 第 1 図 の 予 測器 2 0 の 処理 を 行 う こ と が で き る。
    [0101] な お、 こ こ で は （ 13 a ) 式 の 分子 の係数が整数に な る よ う に a = b = 0. 5 と し た 力 こ れ に 限 っ た も の で は な く、 例え ば a = 1, b = 0 な ど と し て も よ い。 た だ し、 一般的 に b > a と し た と き に は 2 サ ン プ ル前 の デ ー タ の重み が大 き く な り、 位相 余裕 は大 き く な る が、 高域 で の ゲ イ ン余裕がや や低下す る。 逆 に a > b と し た と き に は位相余裕 は あ ま り 大 き く な ら な い が、 高域で の ゲ イ ン 余裕 は ほ と ん ど 低下 し な い。 よ っ て、 目 的 に 応 じ て a, b を 選択 す る 必要があ る。 す な わ ち、 位相 余裕 を 確保 す る の か、 ゲ イ ン 余裕 を 確保す る の か、 と い う 目 的別 に 最適 な 重 み係数 a, b を 選択 す る 必要があ る。
    [0102] つ ぎ に、 学 習器 3 0 の動作説 明 を 行 う。 回転体 の 歯数 を N と す る と、 1 回転周期の 間に 速度検出 信号が N 回検出 さ れ る。 さ ら に、 平均化 回数 を N avgと す る と、 学習 R A M群 で必要 な R A M の 数 は N r ( = N / N avg) と な り、 従来必要で あ っ た R A M 数 N の N avg分 の 1 に 削滅す る こ と が 可能 で あ る。
    [0103] い ま、 第 3 の 予 測器 2 6 か ら 出力 が得 ら れた 状態 で あ る と す る。 誤差平均化手段 3 2 で は、 誤差 の 累積加箕 を 開始す る。 累 積加箕 さ れた 誤差 の平均化が終了す る ま で、 す な わ ち、 累積加 算 回数 n が （ n < N a vg ) の 間 は学習 R A M群 は選択 さ れず、 第 5 の メ モ リ 3 6 の デ ー タ と 第 3 の予測器 2 6 の 出力 が加算 さ デ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ 1 4 に 出力 さ れ る。 誤差平、均化手段 3 2 に よ り 誤差の 累積加算が終了、 す な わ ち、 累積加算回数 n が （ n = N avg) と な る と、 誤差平均化手段 3 2 では累積加箕さ れた 誤 差を平均化す る。 つ ま り、 第 3 の予測器 2 6 の出力 を E iと す る と、 誤差平均化手段 3 2 の 出力 E avgは次式で表 さ れ る。
    [0104] 1 N a V g
    [0105] E avg = ∑ E i - (14)
    [0106] N avg i =l
    [0107] 誤差 の平均化が終了 す る と、 誤差平均化手段 3 2 は平均化 さ れ た誤差 E avgを 出力 す る。 一方、 メ モ リ 選択手段 3 4 に よ り、 学習 R A M群か ら 特定 の R A M が選択さ れ る。
    [0108] 以下 に、 R A M の選択方法の 説明 を行 う。 こ こ で、 前回選択 さ れた R A M 力、' R A M k - 1で あ る とす る。 こ の と き ポ イ ン タ は前 回 ィ ン ク リ メ ン ト さ れ て い る の で、 ボ イ ン タ 値 n pは （ n P = k ) を 示 し て い る。 し た が っ て、 今回 は ポ イ ン タ 値 （ n P = k ) で 示 さ れ る R A M kが選択 さ ボ イ ン タ は再び ィ ン ク リ メ ン ト さ れ る。 こ の と き、 も し イ ン ク リ メ ン ト さ れた ポ イ ン タ 値 n pが学習 R A M の数 N rよ り 大 き ければ、 す なわ ち、 （ k + 1 > N r) で あ れば、 ポ イ ン タ は リ セ ッ ト さ れ る。
    [0109] 以上の処理 に よ り、 モ ー タ 1 の 1 面耘周期を モ ー ド と し て R
    [0110] A M l〜 R A M Nrを サ イ ク リ ツ ク に選択す る こ と が可能で あ る。
    [0111] R A M kが選択 さ れ る と、 前述 の誤差平均化手段 3 2 の 出力 と 選択 さ れた R A M k0 デー タ と が加箕 さ そ の演箕結果が再び R A M kに 格納 さ れ る。 以上 で学習器 の学 習動作 は終了す る。 つ ぎ に、 デ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ 1 4 に実際 に 出力 す る 誤差デ ー タ の 箕 出方法 の 説 明 を 行 う。
    [0112] ま ず、 メ モ リ 選択手段 3 4 に よ り 今回学 習 し た R A M kよ り 1 回 前 に 学習 し た、 R A M k- 1が選択 さ れ る。 こ こ で、 モ ー タ 1 に よ る 位相遅 れ を補償す る た め に、 今 回学習 し た R A M kを 選択せ ず、 1 回前 に 学習 し た R A M k- 1を選択 す る。
    [0113] 以下 に、 位相進 め の た め の 位相置 の箕出 方法 を 説 明 す る。
    [0114] R A M 1 つ 分 の 位相進 め を行 っ た 場合、 進 め た 位相量 に 対応 し た 進 み の む だ時間 T i n cは、 次式で 表 さ れ る。
    [0115] N a V g
    [0116] T ine = ··· (15)
    [0117] F f g
    [0118] 補償器 3 5 で は、 メ モ リ 選択手段 3 4 に よ り 選択 さ れ た R A M k- 1の デー タ に あ ら か じ め 決 め ら れ た定数 k を 乗 じ、 第 5 の メ モ リ 3 6 に 格納す る。 こ こ で、 定数 k の値 は 1 よ り 小 さ い任意 の 値を 選択 す る こ と が で き、 1 に 近づ く ほ ど学 習効果 は 大 き く な る が、 制御系 の 安定性の 確保 が困難 と な る。
    [0119] 第 5 図 は第 1 図 の 学習器 3 0 を Z 演算子 を用 い て 表 し た プ ロ ッ ク 図 で あ り、 学 習器部の 伝達関数 G Lを Z 演箕子 Z お よ び ラ ブ ラ ス 演箕子 s を 用 い て 表す と 次式で 示 さ れ る。
    [0120] 1 - ( 1 - e s T · k ) Z - N r
    [0121] G L = … (16)
    [0122] 1 一 Z - N Γ
    [0123] ( 16 )式 よ り サ ー ボ系 の 制御帯域 内 に お い て、 k が 1 に 近づ く に つ れて 分母 の 第 2 項 は ゼ ロ に 近づ く が、 1 よ り 小 さ く な る に つ れて ゲ イ ン G Lは 1 に 近づ き、 学 習効果が な く な る こ と が容易 に わ 力、 る。
    [0124] つ ま り、 学習効果 と サ ー ボ系 の 安定性 は互 い に ト レ ー ド オ フ の 関係に あ る た め、 一般的に は k を 0. 9 以上の 値 と す る。
    [0125] つ ぎ に、 第 5 の メ モ リ 3 6 の デ ー タ と 第 3 の、予測器 2 6 の 出 力 と を 加算 し、 デ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ 1 4 に 出力 す る。
    [0126] こ の よ う に、 学習器 3 0 の各部の 処理に よ り、 予測器 2 0 の 出 力 か ら 補償誤差が箕出 さ れ る。
    [0127] つぎ に、 上述の 予測器 2 0 お よ び学習器 3 0 の処理を ソ フ ト ゥ ユ ア に よ り 実現 す る こ と を想定 し、 各プ ロ ッ ク 図で の 処理 を 実現す る フ ロ ー チ ャ ー ト を 第 6 図 に、 こ の フ ロ ー チ ャ ー ト に 対 応 し た ブ ロ ッ ク 図 を第 7 図 に示 し、 処理の 説明 を行 う。
    [0128] こ こ で、 用 い ら れて い る カ ウ ン ト 値 は第 1 図 の カ ウ ン タ 4 の 出 力、 基準値 は第 1 図 の基準値発生器 5 の 出力 で あ り、 メ モ リ 1 〜 メ モ リ N r は 第 7 図 の メ モ リ 1 〜 メ モ リ N r に 対応 し て い る。 た だ し、 メ モ リ 4 は テ ン ポ ラ リ 一 の メ モ リ と す る。 第 1 図 の 滅箕器 6, 予測器 2 0 , 学習 器 3 0 で 0 演箕お よ びデ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ 1 4 は、 マ イ ク ロ プ ロ セ ッ サ の 有す る 箕術論理演箕 ュ ニ ッ ト （ A L U ) に よ り 容易 に実行可能で あ る。
    [0129] な お、 演算 の簡素化 を図 っ て、 （1 3 )式を 変形 し て （1 7 )式の 形 で 実現 す る も の と す る。
    [0130] 3 + Z ― 2
    [0131] P 3 = 1 Z + ( 1 7 )
    [0132] 4
    [0133] ま ず、 処理 ブ ラ ン チ 6 0 0 に お い て、 第 1 図 の F G 信号増幅 器 3 の 出力信号 b の リ ーデ ィ ン グェ ッ ジ が到来 し て い る か ど う か を判断す る。 こ の と き 到来 し て い れば、 処理 ブ ロ ッ ク 6 0 1 に お い て カ ウ ン ト 値 か ら 基 準 値 が減 算 さ そ の 滅 算桔 果 は メ モ リ 1 に 転 送 さ れ る。 到来 し て い な け れ ば 処 理 を 終 了 す る。 処 理 ブ ロ ッ ク 6 0 2 で は メ モ リ 1 か ら メ モ リ 2 の デ ー タ が 滅箕 さ そ の 缄 算 結果 は メ モ リ 4 に 転送 さ れ る。 さ ら に、 処 理 プ ロ ッ ク 6 0 3 で は メ モ リ 1 の デ ー タ の 3 倍 の デ ー タ が レ ジ ス タ に 転 送 さ れ る。 こ の 処 理 で は、 一 度 メ モ リ 1 の デ ー タ を レ ジ ス タ に 転送 し、 レ ジ ス タ に メ モ リ 1 の デ ー タ を 2 面 加箕 す る こ と に よ り、 乗箕 命 令 を 用 い ず に メ モ リ 1 の デ ー タ の 3 倍 の デ ー タ を レ ジ ス タ に 転 送す る こ と が で き る。 処 理 ブ ロ ッ ク 6 0 4 で は、 レ ジ ス タ の 値 に メ モ リ 3 の デ ー タ が 加算 さ 再 び レ ジ ス タ に 転 送 さ れ る。 処理 プ ロ ッ ク 6 0 5 で は レ ジ ス タ の 値 が 2 回 右 に シ フ ト さ 再 び レ ジ ス タ に 転 送 さ れ る。 処 理 ブ ロ ッ ク 6 0 6 で は レ ジ ス タ の 値 に メ モ リ 4 の デ ー タ が加 算 さ そ の 結果 は メ モ リ 4 に 格 納 さ れ る。
    [0134] 処 理 ブ ロ ッ ク 6 0 7 で は メ モ リ 4 の デ ー タ が レ ジ ス タ に 転 送 さ れ る。 こ の 処理 は、 次 の 学 習 器 3 0 で の 演算 に 備 え た も の で あ る。
    [0135] 処 理 ブ ロ ッ ク 6 0 8 で は 予 測 器 2 0 で の 次 回 の 計 算 に 備 え て メ モ リ 2 の デ ー タ を メ モ リ 3 へ メ モ リ 1 の デ ー タ を メ モ リ 2 へ 転送 す る。
    [0136] 以 上 の 処理 ブ ラ ン チ 6 0 0 〜 処理 ブ ロ ッ ク 6 0 8 の 簡 単 な 箕 術 演 箕 に よ り、 第 1 図 の 予 測 器 2 0 の 処 理 を 実 現 可 能 で あ る。
    [0137] つ ぎ に、 学 習 器 3 0 で の 処 理 の 説 明 を 行 う。
    [0138] 誤 差 平 均 化 手 段 3 2 は、 処理 ブ ラ ン チ 6 0 9 〜 処 理 プ ロ ッ ク 6 1 2 に よ り 構成 さ れ て い る。 処 理 ブ ラ ン チ 6 0 9 で は、 累 積 加 算 さ れ た 誤 差 を 平均 化 す る タ イ ミ ン グ で あ る か ど う か を 判 断 す る。 平均化 の タ イ ミ ン グ で な け れ ば、 処 理 ブ ロ ッ ク 6 1 0 に よ り メ モ リ 5 の デ ー タ に メ モ リ 4 の デ ー タ を 加 箕 し、 結果 を メ モ リ 5 に 格納 す る。 そ し て、 処理 ブ ロ ッ ク 6 2 、0 に ジ ャ ン プ す る。
    [0139] 平均 化 の タ イ ミ ン グ で あ れ ば、 処 理 ブ ロ ッ ク 6 1 1 に よ り 累 積 加算 さ れ た メ モ リ 5 の デ ー タ を 平 均化 面 数 N a v gで 除箕 す る。 そ の 除 箕結果 は レ ジ ス タ に 格納 さ れ る。 な お、 こ の 平均化 画 数 も、 2 の n 乗 に と る こ と に よ り シ フ ト 演箕 に よ り 実 行 可能 で あ る。 処 理 ブ ロ ッ ク 6 1 2 で は、 累 積 加算用 の メ モ リ 5 を ク リ ア し て、 つ ぎ の 累積加箕 に 備 え て い る。
    [0140] メ モ リ 選択 手段 3 4 は 処 理 ブ ロ ッ ク 6 1 3 〜 処理 ブ ロ ッ ク 6 1 8 に よ り 構 成 さ れ て い る。
    [0141] 処理 ブ ロ ッ ク 6 1 3 で は ボ イ ン タ 1 を ィ ン ク リ メ ン ト す る。 つ ぎ に、 処理 ブ ラ ン チ 6 1 4 に お い て ポ イ ン タ 1 の 値 が 学 習 R A M の 数 N r よ り 大 き い か ど う か を 判断す る。 こ の と き 大 き け れ ば、 処理 ブ ロ ッ ク 6 1 5 に よ り ポ イ ン タ 1 を リ セ ッ ト す る。 そ し て、 処理 ブ ロ ッ ク 6 1 6 に ジ ャ ン プ す る。 小 さ い と き に は、 処 理 ブ ロ ッ ク 6 1 6 に よ り、 そ の ボ イ ン タ 値 に 対応 し た メ モ リ N pを 選 択 す る。 処理 ブ ロ ッ ク 6 1 7 で は 選択 さ れ た メ モ リ N p に レ ジ ス タ 値 を 加 箕 し、 再 び メ モ リ N pに 格納 す る。 処理 ブ ロ ッ ク 6 1 8 で は ボ イ ン タ 1 よ り 1 小 さ い 値 を 有 す る ボ イ ン タ 2 に よ り メ モ リ N P - 1を 選 択 す る。
    [0142] 補償 器 3 5 は、 処理 ブ ロ ッ ク 6 1 9 に よ り 構成 さ れ て い る。 処 理 ブ ロ ッ ク 6 1 9 で 選択 さ れ た メ モ リ N p - 1に 定数 k を 乗 算 し、 そ の 結 果 を メ モ リ 6 に 格 納 す る。 こ こ で、 定 数 k は、 シ フ ト 演 算 が 可 能 な 値 を 選択 す る。 処 理 ブ ロ ッ ク 6 2 0 で は、 メ モ リ 4 の デ ー タ と メ モ リ 6 の デ ー タ を 加箕 し、 そ の 結果 を メ モ リ 4 に 格 納 す る。 以 上 の 演 算 に よ り 学 習 器 3 0 、の 処 理 が 終 了 す る。
    [0143] 最 後 に、 処 理 ブ ロ ッ ク 6 2 1 に よ り、 メ モ リ 4 の デ ー タ が デ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ 1 4 に 出 力 さ れ る。
    [0144] な お、 一連 の 演 算処 理 に お い て、 乗算命 令 を 用 い ず に 加 減 箕 お よ び シ フ ト 演算 に よ り 処 理 を 行 っ て い る た め、 処 理 時 間 は 非 常 に 短 く、 む だ 時 間 要 素 は ほ と ん ど 生 じ な い。
    [0145] 第 8 図 は、 従 来 例 の 「 カ ウ ン タ 4 + ホ ル ダ 」 と 本 実施例 の 「 予 測器 2 0 + ホ ル ダ 」 の 位 相 特 性 を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た 結 果 で あ り、 サ ン プ リ ン グ 周 期 T を 1 m s と し て い る。 こ こ で、 本 実 施例 で の 位 相 遅 れ量 は、 従来 例 の 2 分 の 1 と な っ て い る。
    [0146] し た が っ て、 本 発 明 に よ れ ば （ 14 )式 で 示 さ れ る 予 測 演 箕 を ソ フ ト ウ ユ ア 演 箕 に よ り 実行 す る こ と に よ り、 （ 5 )式 で 示 さ れ る 力 ゥ ン タ 部 の 位相 遅 れ 量 を 理 論 上 ゼ ロ に す る こ と が で き る。
    [0147] 本 発 明 で の 位 相 特性 は 次 式 で 表 さ れ る .
    [0148] Θ c = 0 - ( 5 ) ' よ っ て、 （ 5 ) ' , ( 6 ), ( 7 )式 よ り モ ー タ を 安 定 に 制御 可能 な 制 御 限界周 波 数 F l imは F G 周波 数 F f g を 用 い て 次 式 で 表 さ れ る。
    [0149] F f g
    [0150] F 1 i m ( 8 )
    [0151] 6
    [0152] 上 述 の ご と く、 本 発 明 に よ れ ば、 （14)式 で 示 さ れ る 予 測演 箕 を ソ フ ト ゥ Λ ァ 演算に よ り 実行す る こ と に よ り、 （ 5 )式で示 さ れ る カ ウ ン タ 部 の 位相遅れを取 り 除 く こ と がで き る。
    [0153] し た が つ て、 理論上、 モ ー タ を安定 に制御可能な 制御限界周 波数を 遁倍法 を用 い ずに、 F G の 周波数 の 6 分、の 1 ま で 延 ばす こ と が可能で あ る。
    [0154] さ ら に、 学習器 3 0 に よ り 面転体 の 面転周期 に 同期 し た外乱 を 抑圧 す る こ と がで き る た め、 従来 よ り 安定に 回転体 の 速度制 御 を行 う こ と が可能で あ る。
    [0155] 産業上 の 利用 可能性
    [0156] 以上 の よ う に本発明 は、 従来 の構成から 新た に 予測器 2 0 と、 学習器 3 0 と を設 け、 予測器 2 0 に 入力 さ れた 複数 の速度誤差 か ら 現時点で の瞬時速度誤差を 予測す る こ と に よ り サ ン プ リ ン グ に よ る 位相遅れを取 り 除 く こ と が で き、 学習 器 3 0 に よ り そ の 瞬時速度誤差か ら 面転体 の 面転周期に依存 し た ト ル ク リ ッ ブ ル成分を 除去 す る こ と に よ り 外乱を 大幅に 抑圧す る こ と がで き る。
    [0157] ま た、 従来 の 2 倍の 周波数 ま で安定性を 維持 し つ つ制御帯域 を 広 げ る こ と が可能で あ る。
    [0158] 予測器 2 0 単独 で は、 サ ン プ リ ン グ さ れ た複数の サ ン ブルデ 一タ カ、 ら 現時点に お け る サ ン プ リ ン グ前の デー タ の 正確 な変化 率 を 得 る こ と が可能で あ る。
    [0159] さ ら に、 予測器 2 0 お よ び学 習器 3 0 で の処理を ソ フ 卜 ゥ ュ ァ 演箕 に よ り 行 っ て い る た め、 ハ ー ド ウ ヱ ァ の 追加が必要な く、 そ の実用 効果 は極 めて 大 き い。
    权利要求:
    Claims
    請 求 の 範 囲
    回転体 の速度に 応 じ た 速度検 出信号 の周期計測に よ り 前 記 回転体 の 各計測 区間 で の 平均速度を 検出 す る 速度検出 手 段 と、 、
    前記速度検 出手段 の 出力 デ ー タ と 基準周期デ ー タ と か ら 平均速度誤差 を 箕出 す る 速度誤差箕出 手段 と、
    特定 の 計測 区間 に 対 す る 平均速度誤差 と、 そ れ以前 の 平 均速度誤差 と か ら 瞬時速度誤差 を 予測 す る 予測手段 と、 前記予 測手段 の 出力 を 累積加算 し、 平均値デ ー タ を 出 力 す る 誤差平均化手段 と、
    特定 の メ モ リ を 選択 す る メ モ リ 選択手段 と、
    前記誤差平均化手段 の 出力デ ー タ と、 前記 メ モ リ 選択手 段 に よ り 選択 さ れ た 特定 の メ モ リ の デ ー タ と を 加箕 し、 そ の 結果を 前記 メ モ リ に 格納 す る 誤差格納手段 と、
    前記 メ モ リ よ り 以前 に選択 さ れた特定の メ モ リ の デー タ に 1 よ り 小 さ い 定数を 乗 じ た 後、 前記瞬時誤差 予測手段 の 出力 デー タ を 加算す る 補償誤差算出手段 と、
    前記補償誤差算出手段 の 出力 デ ー タ に基づい て 前記 回 転 体 を駆動 す る 駆動手段 と、 を備え た 速度制御装
    予測手段 は、 連続 し た 3 つ の 各計測 区間 の平均速度誤差 か ら 瞬時速度誤差 を 予 測す る 特許請求 の範 囲第 1 項記載 の 速度制御装 a
    3. メ モ リ 選択手段 は、 速度検出 信号を 分周 し た 周期 ご と に ボ イ ン タ で示 さ れ る 特定の メ モ リ の選択お よ び 前記 ボ イ ン タ の ィ ン ク リ メ ン ト を 行 い、 前記 ボ イ ン タ の値が回転体 の 1 回転 に 対応 し た 最大値を 越え た と き に は、 前記ボ イ ン タ の 値を リ セ ッ ト す る 特許請求の 範囲第 1 項記載 の速度制御 連続的に変化す る ア ナ ロ グ量を 2 点 サ ン プ リ ン グ す る こ と に よ り 得 ら れた 2 つ の デー タ の差分値に 基づ く 第 1 の デ ー タ と 前記第 1 の デー タ の 1 サ ン プル前 の第 2 の デ ー タ が 入力 さ 前記第 1 の デー タ と 前記第 2 の デー タ と の差分 値 の 2 分 の 1 の デ ー タ に前記第 1 の デ ー タ を加箕す る こ と に よ り 第 3 の デー タ を 箕出す る 第 1 の 予測器 と、
    前記第 1 の デー タ と 前記第 3 の デー タ の 1 サ ン プ ル前 の 第 4 のデ ー タ が入力 さ れ前記第 1 の デ ー タ と 前記第 4 の デ ー タ と の 差分値に 前記第 1 のデ ー タ を 加箕 し て第 5 の デ一 タ を 出力 す る 第 2 の 予 測器 と、
    前記第 3 の デ ー タ と 前記第 5 の デー タ の 重み付き 平均値 を 箕出 す る 第 3 の 予測器 と、 を 備え た 予測器。
    类似技术:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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