JPH07120217B2 - Motor control circuit - Google Patents
Motor control circuitInfo
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- JPH07120217B2 JPH07120217B2 JP2216316A JP21631690A JPH07120217B2 JP H07120217 B2 JPH07120217 B2 JP H07120217B2 JP 2216316 A JP2216316 A JP 2216316A JP 21631690 A JP21631690 A JP 21631690A JP H07120217 B2 JPH07120217 B2 JP H07120217B2
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Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、モータ制御回路に係り、特にスピン安定方式
で回転運用され、回転速度に変更の生ずる条件下で人工
衛星の搭載機器をデスパン制御の下に一定方向に指向さ
せるべくDCモータの位置（回転角）制御を行うモータ制
御回路に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a motor control circuit, and in particular, it performs a de-span control of an on-board device of an artificial satellite under a condition in which a rotational operation is performed by a spin stable method and a rotational speed is changed. The present invention relates to a motor control circuit that controls the position (rotation angle) of a DC motor so that the DC motor can be directed in a fixed direction.
（従来の技術） 周知のように、この種のDCモータによる位置（回転角）
制御にはアナログ方式のものとディジタル方式のものと
あるが、基本的にはDCモータの位置検出値を位置指令値
に一致させるように構成される。(Prior Art) As is well known, the position (rotation angle) of this type of DC motor
There are two types of control, an analog type and a digital type. Basically, the position detection value of the DC motor is made to match the position command value.
（発明が解決しようとする課題） ところで、スピン安定方式の人工衛星では、搭載機器た
とえばアンテナを一定方向に指向させるため人工衛星の
スピン（回転）を打ち消す逆方向の回転を与え、定速度
での回転状態を保ったまま目標方向への位相制御を行う
デスパン制御がDCモータによって行われるが、対象が高
指向性アンテナであるときは高精度な位置制御が要求さ
れる。しかも、衛星のスピンは一定不変ではなく変更さ
れるので、デスパン制御は回転速度に変更が生ずる条件
下で行わなければならない。アナログ方式でこれを実現
するとすれば、必然的に高価となり、また回路が複雑化
し面倒な調整を要し信頼性の点でも問題がある。従っ
て、ディジタル方式で実現することが望まれる。(Problems to be Solved by the Invention) By the way, in a spin-stabilized artificial satellite, in order to orient an on-board device, for example, an antenna in a fixed direction, a reverse rotation is applied to cancel the spin (rotation) of the artificial satellite, and The DC motor performs the despan control that controls the phase in the target direction while maintaining the rotation state. However, when the target is a highly directional antenna, highly accurate position control is required. Moreover, since the satellite spin is not constant and is changed, the despan control must be performed under the condition that the rotation speed is changed. If this is realized by an analog method, it will inevitably be expensive, and the circuit will become complicated, requiring troublesome adjustment, and there is a problem in terms of reliability. Therefore, it is desired to realize the digital method.
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、その
目的は、スピン安定方式で運用され回転速度に変更の生
ずる人工衛星の搭載機器を一定方向に指向させる条件下
での位置（回転角）制御をディジタル方式によって高精
度になし得るモータ制御回路を提供することにある。The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a position (rotation angle) under a condition in which a device mounted on a satellite that is operated by a spin stable system and changes in rotation speed is directed in a certain direction. ) It is to provide a motor control circuit capable of performing control with high accuracy by a digital method.
（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明のモータ制御回路は
次の如き構成を有する。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the motor control circuit of the present invention has the following configuration.
即ち、本発明のモータ制御回路は、スピン安定方式の人
工衛星の搭載機器をデスパン制御の下で一定方向に指向
させるDCモータを制御するモータ制御回路であって、前
記DCモータの回転軸に連結され回転軸が１回転するごと
に回転基準とする１個のポジションパルスと回転角に対
応した個数のレートパルスとを出力し前記DCモータの回
転部分とともに前記搭載機器を所定の方向に指向させる
デスパン部を構成するロータリエンコーダと；前記ポジ
ションパルス以後のレートパルスの個数を係数して求め
たモータの位置と外部から与えられる指令位置との差を
位置誤差として検出する位置誤差検出部と；外部から与
えられ前記人工衛星のスピン安定動作における回転速度
に比例した周波数のパルスによる指令速度の周波数を前
記位置誤差に応じて変化させる周波数変化付与回路と；
前記レートパルスの周波数と前記周波数変化付与回路で
変化させた指令速度の周波数との周波数差を検出する周
波数誤差検出部と；前記周波数誤差検出部で検出した周
波数差に応じて前記DCモータを前記デスパン部に所定の
指向方向を与えるように駆動制御するモータ駆動回路
と；を備えたことを特徴とするものである。That is, the motor control circuit of the present invention is a motor control circuit for controlling a DC motor that directs a device mounted on a spin-stabilized artificial satellite in a certain direction under de-span control, and is connected to the rotating shaft of the DC motor. Every time the rotary shaft rotates once, one position pulse serving as a rotation reference and a number of rate pulses corresponding to the rotation angle are output to direct the mounted device in a predetermined direction together with the rotating portion of the DC motor. A rotary encoder that constitutes a unit; a position error detection unit that detects a difference between a position of the motor obtained by calculating the number of rate pulses after the position pulse and a command position given from the outside as a position error; Depending on the position error, the frequency of the command speed given by a pulse having a frequency proportional to the rotation speed in the spin stable operation of the artificial satellite is given. A frequency change applying circuit for reduction;
A frequency error detection unit for detecting a frequency difference between the frequency of the rate pulse and the frequency of the command speed changed by the frequency change giving circuit; and the DC motor according to the frequency difference detected by the frequency error detection unit. A motor drive circuit for controlling the drive so as to give a predetermined pointing direction to the despan portion.
（作 用） 次に、前記の如く構成される本発明のモータ制御回路の
作用を説明する。(Operation) Next, the operation of the motor control circuit of the present invention configured as described above will be described.
本発明では、モータの位置（回転角）及び回転速度のセ
ンサとしてロータリエンコーダを用いる。ロータリエン
コーダは、周知のように、モータの位置情報と回転速度
情報を高精度なディジタル信号として出力する。そし
て、指令位置との位置誤差を検出する回路、その位置誤
差に応じて指令速度を変化させる回路、周波数差（即
ち、変更された回転速度）を求める回路及びモータを駆
動制御する回路は、全てディジタル回路で構成できる。In the present invention, a rotary encoder is used as a sensor for the position (rotation angle) and rotation speed of the motor. As is well known, the rotary encoder outputs motor position information and rotation speed information as highly accurate digital signals. The circuit that detects the position error from the command position, the circuit that changes the command speed according to the position error, the circuit that determines the frequency difference (that is, the changed rotational speed), and the circuit that controls the drive of the motor are all It can be composed of digital circuits.
即ち、本発明のモータ制御回路は、位置情報と回転速度
情報とをフィードバックするディジタルサーボループを
備えたものであり、回転速度に変更が生じても、ロータ
リエンコーダの最小ディジットの制度で位置情報をなし
得、しかも分解能はロータリエンコーダの分解能を細か
くすることで容易に向上させ得るという優れた特徴を有
する。That is, the motor control circuit of the present invention is provided with a digital servo loop that feeds back position information and rotation speed information. Even if the rotation speed changes, the position information is obtained with the accuracy of the minimum digit of the rotary encoder. It has the excellent feature that it is not possible and the resolution can be easily improved by making the resolution of the rotary encoder fine.
（実 施 例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Examples) Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例に係るモータ制御回路を示
す。第１図において、ロータリエンコーダ２は、光学式
エンコーダで、これはDCモータ１の回転軸に連結され、
回転軸が１回転する間に回転基準とする１個のポジショ
ンパルスPPと、360゜を12ビットで表現する4096個（212
個）のレートパルスPPとを出力する。FIG. 1 shows a motor control circuit according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the rotary encoder 2 is an optical encoder, which is connected to the rotary shaft of the DC motor 1,
One position pulse PP that serves as a rotation reference during one rotation of the rotation axis and 4096 (2 12
Output) rate pulse PP.
ポジションパルスPPは、具体的にはエンコーダの先頭識
別パルスで、このPPを原点としてRPをカウントすれば、
回転する人工衛星本体と、DCモータ１とロータリエンコ
ーダ２の回転部でなるデスパン部との位置関係の基準と
なる。また、DCモータ１は人工衛星本体と逆方向回転
し、太陽、地球および人工衛星を含む慣性空間に対して
DCモータ１およびロータリエンコーダ２が相対的に静止
するようにデスパン制御される。The position pulse PP is specifically the head identification pulse of the encoder. If you count RP with this PP as the origin,
It serves as a reference for the positional relationship between the rotating artificial satellite body and the despan portion that is the rotating portion of the DC motor 1 and the rotary encoder 2. In addition, the DC motor 1 rotates in the opposite direction to the artificial satellite body, and with respect to the inertial space including the sun, the earth, and the artificial satellite.
Despan control is performed so that the DC motor 1 and the rotary encoder 2 are relatively stationary.
位置誤差検出部３には、ポジションパルスPPとレートパ
ルスRPの他、図外のデスパン制御部から指令位置信号を
構成するターゲットパルスTPとフェイズクロックPCとが
入力される。ターゲットパルスTPは１個のパルスで、前
述した慣性空間に対して前述のデスパン部を指向させ、
これと結合する搭載機器を所定の方向に指向させる場合
の基準とする信号である。つまり、TPはデスパン部の指
向方向の基準を与える信号である。フェイズクロックPC
は、Srをスピンレート［rpm］としたとき（Sr/60）×10
12［HZ］の周波数をもつパルス列である。位置誤差検出
部３は、ポジションパルスPPを基準にレートパルスRPの
個数（DCモータの位置）を求める例えば12ビットの第１
カウンタと、ターゲットパルスTPを基準にフェイズクロ
ックPCの個数（指令位置）を求める同じく12ビットの第
２カウンタと、両カウンタのカウント値の差値（位置誤
差）ｕを求める第３カウンタとで基本的に構成される。In addition to the position pulse PP and the rate pulse RP, a target pulse TP and a phase clock PC that form a command position signal are input to the position error detector 3 from a despan controller not shown. The target pulse TP is one pulse, and the above-mentioned de-span part is directed to the above-mentioned inertial space,
This is a signal that serves as a reference when the on-board equipment coupled to this is directed in a predetermined direction. That is, TP is a signal that gives a reference for the pointing direction of the despan portion. Phase Clock PC
Is (S r / 60) x 10 when S r is the spin rate [rpm]
It is a pulse train with a frequency of 12 [H Z ]. The position error detector 3 obtains the number of rate pulses RP (the position of the DC motor) based on the position pulse PP, for example, a 12-bit first
Basically consists of a counter, a 12-bit second counter that determines the number of phase clocks PC (command position) based on the target pulse TP, and a third counter that determines the difference value (positional error) u between the count values of both counters. Is composed of
この構成による具体的動作は、この位置誤差検出部３
で、PPをプリセット入力、RPをクロック入力としたダウ
ンカウンタとしての第１カウンタの出力と、TPをプリセ
ット入力、PCをクロック入力とした第２カウンタの出力
とを第３のカウンタとしての加算器に入力して演算し位
置誤差utを求める。この位置誤差ｕは、デスパン部を指
向させたい方向と、現在デスパン部が指向している方向
との角度差を示す。The specific operation of this configuration is performed by the position error detection unit 3
Then, the output of the first counter as a down counter with PP as the preset input and the RP as the clock input, and the output of the second counter with the TP as the preset input and PC as the clock input as the third counter Input to and calculate the position error ut. The position error u indicates an angular difference between the direction in which the despan portion is desired to be directed and the direction in which the despan portion is currently directed.
周波数変化付与回路４には、前記位置誤差ｕの他、図外
のデスパン制御部から指令速度信号たるスピンクロック
SCが入力される。本実施例では、この指令速度信号（S
C）と前述した指令位置信号（PC、TP）とは、人工衛星
本体が慣性空間に対して１回転するごとに１個のパルス
を出力する太陽高センサ（サンセンサ）のパルス（サン
パルス）を入力として動作する位相同期回路（PLL）の
出力を利用している。In addition to the position error u, the frequency change imparting circuit 4 includes a spin clock which is a command speed signal from a despan controller not shown.
SC is input. In this embodiment, this command speed signal (S
C) and the above-mentioned command position signal (PC, TP) input the pulse (sun pulse) of the sun height sensor (sun sensor) that outputs one pulse each time the artificial satellite body makes one revolution with respect to the inertial space. It uses the output of a phase locked loop (PLL) that operates as.
更に具体的には、PCは、人工衛星がある角度回転するご
とに発生するパルス、TPはサンパルスと位相同期するパ
ルスにデスパン部を指向させたい角度だけのオフセット
を加えたものである。なお、SCは人工衛星の回転速度と
比例した周波数のパルスでPCと同じでもよいが、必ずし
もサンパルスと位相同期している必要はない。この周波
数変化付与回路は、レートマルチプライヤと若干の付加
回路とで構成される。スピンクロックSCはレートマルチ
プライヤの入力クロックであり、その周波数ｆは例えば
ｆ＝（Sr/60）×1019［HZ］である。位置誤差ｕは例え
ば12ビットのディジタル値からなり、レートマルチプラ
イヤの設定値（いわゆるレート入力）として機能する。
これは、レートマルチプライヤの出力クロックｙが ｙ＝f/2＋（f/2n）×ｕ ……（１） となるように、付加回路を介してレートマルチプライヤ
に印加される。即ち、この周波数変化付与回路４、位置
誤差ｕが零であるときはレートパルスRPの基準であるス
ピンクロックSCの1/2の周波数のクロックを出力する
が、位置誤差ｕが零ではないある値のときはその誤差に
比例して周波数が増減するクロックを出力する。位置誤
差のフィードバックを行おうとするのである。More specifically, PC is a pulse that is generated each time the satellite rotates by a certain angle, and TP is a pulse that is phase-synchronized with the sun pulse, with an offset by the angle at which the despan portion is directed. The SC is a pulse whose frequency is proportional to the rotation speed of the satellite and may be the same as the PC, but it does not necessarily have to be in phase synchronization with the sun pulse. This frequency change giving circuit is composed of a rate multiplier and some additional circuits. The spin clock SC is an input clock of the rate multiplier, and its frequency f is, for example, f = (S r / 60) × 10 19 [H Z ]. The position error u is composed of, for example, a 12-bit digital value and functions as a set value for a rate multiplier (so-called rate input).
This is applied to the rate multiplier via the additional circuit so that the output clock y of the rate multiplier becomes y = f / 2 + (f / 2n ) × u (1). That is, when the position error u is zero, the frequency change applying circuit 4 outputs a clock having a frequency half that of the spin clock SC which is the reference of the rate pulse RP, but the position error u is not zero. When, the clock whose frequency increases or decreases in proportion to the error is output. It tries to give feedback of the position error.
つまり、周波数変化付与回路４は、前述した位置誤差ｕ
をレートマルチプライヤに対するレートセレクト入力と
し、またSCをクロック入力として演算を行わしめること
により、位置誤差ｕに対応してSCの周波数を変化させた
クロックを出力するように動作する。That is, the frequency change imparting circuit 4 uses the position error u described above.
Is used as a rate select input to the rate multiplier, and SC is used as a clock input to perform an operation, so that a clock in which the frequency of SC is changed corresponding to the position error u is output.
ここに、式（１）において、ｎは、付加回路の構成等で
定まる任意の自然数である。その妥当な値は後述する
が、付加回路は、次の点を考慮して構成する。まず、本
発明の目的が高精度な位置制御にあるから、位置誤差ｕ
の小さな変化に対し出力クロックｙに大きな周波数変化
が現れるようにする。一方、そうすると、逆に位置誤差
の変化が大きく、例えば−180度から＋180度に変化する
ような場合には収束しないケースが生ずる。位置誤差の
フィードバックゲインは、要求精度を満足するには所定
値以上必要であるが、それは平衡点付近において満たさ
れていれば良く、平衡点を十分に離れたところではリニ
アに増加する必要はなく一定値で良い。つまり、位置誤
差ｕが大きい場合は出力クロックｙ周波数はある値で飽
和するようにするのである。Here, in the equation (1), n is an arbitrary natural number determined by the configuration of the additional circuit. The appropriate value will be described later, but the additional circuit is configured in consideration of the following points. First, since the object of the present invention is highly accurate position control, the position error u
A large frequency change appears in the output clock y with respect to a small change. On the other hand, if so, on the contrary, the case where the position error largely changes and, for example, changes from −180 degrees to +180 degrees may not converge. The feedback gain of the position error needs to be a predetermined value or more to satisfy the required accuracy, but it needs to be satisfied near the equilibrium point, and it is not necessary to increase linearly when the equilibrium point is sufficiently separated. A fixed value is sufficient. That is, when the position error u is large, the frequency of the output clock y is saturated at a certain value.
周波数誤差検出部５には、周波数変化付与回路４の出力
クロックｙとレートパルスRPとが入力される。この周波
数誤差検出部５、カウンタとラッチ回路とで基本的に構
成される。カウンタでは、例えば２周期分のレートパル
スRPをクロックとして用い出力クロックｙを計数し周波
数差を出力する。この周波数差はレートパルスRPの２周
期ごとにラッチ回路にラッチされる。ラッチ回路は周波
数誤差Ｗを８ビットのディジタル信号として出力する。
回転速度（レート）のフィードバックを行おうとするの
である。なお、周波数誤差Ｗは、レートをｄθ/dt［rad
/sec］とすれば、レートパルスRPの周波数ｇ［HZ］が ｇ＝（212/2π）×（θ/dt） ……（２） であるから、 Ｗ＝ｙ×（2/g）−27 ……（３） である。なお、８ビットの最上位ビットは極性符号であ
ることは勿論である。The output clock y of the frequency change applying circuit 4 and the rate pulse RP are input to the frequency error detector 5. The frequency error detector 5, the counter and the latch circuit are basically formed. The counter uses the rate pulse RP for two cycles as a clock, counts the output clock y, and outputs the frequency difference. This frequency difference is latched in the latch circuit every two cycles of the rate pulse RP. The latch circuit outputs the frequency error W as an 8-bit digital signal.
It tries to give feedback of the rotation speed (rate). It should be noted that the frequency error W is defined as the rate dθ / dt [rad
/ sec], the frequency g [H Z ] of the rate pulse RP is g = (2 12 / 2π) × (θ / dt) (2), so W = y × (2 / g) -27 7 (3) Needless to say, the most significant 8 bits are a polarity code.
モータ駆動回路６には、前記８ビットの周波数誤差Ｗの
他、図外のデスパン制御部からドライバクロックが供給
される。モータ駆動回路６は、ドライバクロックの１パ
ルス幅δを単位として周波数誤差の値、即ち、８ビット
のビットパターンに対応したパルス幅の電圧パルス（極
性を含む）を発生し、その電圧パルスのパルス幅の期間
内DCモータ１に駆動電流を供給する。その結果、DCモー
タ１は正転または逆転駆動され、その位置（回転角）θ
が制御される。ここに、モータ駆動回路６は、パルス幅
変調（PWM）回路を中心に構成されるのであり、そのPWM
信号の周波数Ｔは、ドライバクロックの周波数をＦ（Ｆ
＝2048HZ）とすれば、 Ｔ＝（F/28）×Ｗ［HZ］ ……（４） である。In addition to the 8-bit frequency error W, the motor drive circuit 6 is supplied with a driver clock from a despan controller not shown. The motor drive circuit 6 generates a frequency error value in units of 1 pulse width δ of the driver clock, that is, a voltage pulse (including polarity) having a pulse width corresponding to an 8-bit bit pattern, and the pulse of the voltage pulse is generated. The drive current is supplied to the DC motor 1 within the width period. As a result, the DC motor 1 is driven in forward or reverse rotation, and its position (rotation angle) θ
Is controlled. Here, the motor drive circuit 6 is mainly composed of a pulse width modulation (PWM) circuit.
The frequency T of the signal is the frequency of the driver clock F (F
= 2048H Z ), T = (F / 2 8 ) × W [H Z ] ... (4).
以上のように、本発明のモータ制御回路は、簡単に高精
度なディジタル信号の得られるロータリエンコーダ２を
センサとして用い、位置θ［rad］とレートd0θ/dt［ra
d/sec］をフィードバックするディジタルサーボループ
を構成するが、次にこの系に妥当なフィードバックゲイ
ン及びこれと回路設計上のフィードバックパラメータと
の関係を求め、実際に得られる特性を明らかにする。As described above, the motor control circuit of the present invention uses the rotary encoder 2 that can easily obtain a highly accurate digital signal as a sensor, and uses the position θ [rad] and the rate d0θ / dt [ra
A digital servo loop that feeds back [d / sec] is constructed. Next, the feedback gain appropriate for this system and the relation between it and the feedback parameter in the circuit design are sought, and the characteristics actually obtained are clarified.
モータ駆動回路６は、パルス電流を給すると説明した
が、PWM信号を平均化処理した制御電流Ｖに基づきアナ
ログ電流を供給しても良いのであって、以下に説明する
回路解析ではその制御電圧Ｖを用いる。この制御電圧Ｖ
は、 と表せる。Although it has been described that the motor drive circuit 6 supplies the pulse current, the motor drive circuit 6 may supply the analog current based on the control current V obtained by averaging the PWM signal. In the circuit analysis described below, the control voltage V is supplied. To use. This control voltage V
Is Can be expressed as
デスパン制御でのDCモータ１の伝達特性は第２図に示す
ようになる。第２図において、ｓはラプラス演算子、Kt
は発生トルク［Ｎ・M/アンペア］、Ｌはインダクタンス
［ヘンリ］、Ｒは抵抗［オーム］、Ｊは負荷（アンテ
ナ）のイナーシャ［kg・m2］Kbは逆起電力［Volt/（rad
/sec）］である。そうすると、伝達関数は、 となる。The transfer characteristic of the DC motor 1 in the despan control is as shown in FIG. In FIG. 2, s is the Laplace operator, K t
Is the generated torque [N · M / ampere], L is the inductance [henry], R is the resistance [ohm], J is the load (antenna) inertia [kg · m 2 ] K b is the back electromotive force [Volt / (rad
/ sec)]. Then, the transfer function becomes Becomes
ところで、サーボループで得られる制御電圧Ｖと指令位
置REFP［rad］、指令速度REFrとは、位置フィードバッ
クゲインをKP［Volt/rad］、レートフィードクゲインを
Kr［Volt/（rad/sec）］とすると、 Ｖ＝KP×（REFP−θ）＋Kr×（REFr−ｄθ/dt） ……
（７） と関係つけられるので、式（６）と同（７）とから次の
式（８）なる特性方程式が得られる。By the way, for the control voltage V, command position REF P [rad], and command speed REF r obtained by the servo loop, position feedback gain is K P [Volt / rad], rate feed gain is
If K r [Volt / (rad / sec)], then V = K P × (REF P −θ) ＋ K r × (REF r −dθ / dt) ……
Since it is related to (7), the following characteristic equation (8) can be obtained from the equations (6) and (7).
JLs3＋JRS2＋Kt（Kb＋Kr）ｓ＋KtKP＝０ ……（８） 式（８）は３次の方程式であるから、その根を次のよう
に定める。JLs 3 + JRS 2 + K t (K b + K r ) s + K t K P = 0 (8) Since equation (8) is a cubic equation, its root is determined as follows.
式（９）を根とする方程式は、 （ｓ＋λ）（s2＋２ξωｓ＋ω２）＝０ ……（10） となるので、式（８）と式（10）から、根と係数の関係
は次のようになる。 Since the equation having the root of the equation (9) is (s + λ) (s 2 + 2ξωs + ω 2 ) = 0 (10), from the equations (8) and (10), the relation between the root and the coefficient is as follows. Like
R/L＝２ξω＋λ ……（11） ここで、時間応答として望ましいと思われるξ、ωを与
えて、KP、Kr及びλを求める。なお、式（11）の拘束条
件があるので、λは自由に選べないが、λ、ξが正であ
れば系は安定であり、その系は非減衰振動数ωを有す
る。R / L = 2ξω ＋ λ (11) Here, given ξ and ω which are considered to be desirable as the time response, K P , K r and λ are obtained. Note that λ cannot be freely selected because of the constraint condition of the equation (11), but if λ and ξ are positive, the system is stable, and the system has an undamped frequency ω.
式（11）から λ＝R/L−２ξω ……（14） 式（12）から 式（13）から、 となるが、望ましい応答としてξ＝１（臨海制動）、ω
＝0.5［rad/sec］を選ぶと、 λ≒1235、Kr≒8.5、KP≒2.4 ……（17） となる。つまり、Kr≒8.5、KP≒2.4のフィードバックを
行えば非減衰振動数ω＝0.5［rad/sec］を持つ安定な系
が実現できる。From equation (11) λ = R / L-2 ξω (14) From equation (12) From equation (13), However, the desired response is ξ = 1 (marine braking), ω
= 0.5 [rad / sec], λ ≈ 1235, K r ≈ 8.5, K P ≈ 2.4 …… (17). In other words, a stable system with an undamped frequency ω = 0.5 [rad / sec] can be realized by performing feedback with K r ≈8.5 and K P ≈2.4.
ところが、前記式（５）によれば、フィードバックが非
線形になっている。そこで、平衡点まわりで式（６）の
線形化を行い、フィードバックパラメータとフィードバ
ックゲインとの関係を求める。However, according to the equation (5), the feedback is non-linear. Therefore, the equation (6) is linearized around the equilibrium point to find the relationship between the feedback parameter and the feedback gain.
位置フィードバックゲインKP、レートフィードバックケ
インKrはそれぞれ であるから、これと式（５）とから次の式（19）と同
（20）を得る。Position feedback gain K P and rate feedback cane K r are respectively Therefore, the following equations (19) and (20) are obtained from this and the equation (5).
式（19）と同（20）から、フィードバックパラメータと
して扱えるのは、ｎとデューティたるδ×Ｆである。ｎ
は自然数であり、またδ×Ｆは連続には変化できない
が、これらを変化させることによって等価的にKP、Krを
変化させ得ることが解る。そこで、Sr＝20rpm時の平衡
状態において、前記値KP＝2.4、同Kr＝8.4を実現するよ
うなｎとδ×Ｆを求める。 From equation (19) and equation (20), the feedback parameter that can be handled is n and the duty δ × F. n
Is a natural number, and δ × F cannot be continuously changed, but it is understood that by changing these, K P and K r can be changed equivalently. Therefore, in the equilibrium state at S r = 20 rpm, n and δ × F are calculated so as to realize the above-mentioned values K P = 2.4 and K r = 8.4.
8.5＝14.5×δ×Ｆ ……（22） となるから、この連立方程式を解くと、δ×Ｆ≒0.58、
ｎ≒13が得られる。つまり、δ×Ｆ＝0.58、ｎ＝13を選
べば、ξ＝１、ω＝0.5の応答特性を持つ安定な系、即
ち、式（７）において十分時間が経過すればREFP−θが
零に収束し目標の位置と速度に収束するような系を実現
できる。 8.5 = 14.5 x δ x F (22) Therefore, solving this simultaneous equation gives δ x F ≈ 0.58,
n≈13 is obtained. That is, if δ × F = 0.58 and n = 13 are selected, a stable system with a response characteristic of ξ = 1 and ω = 0.5, that is, REF P −θ becomes zero after a sufficient time has passed in equation (7). It is possible to realize a system that converges to and converges to the target position and velocity.
しかし、この段階では安定な系を実現できたというのみ
で、後述するようにオフセットΔθのため所望の位置精
度を得ることができない。そこで、δ×Ｆ＝0.5とした
場合に、位置精度を0.1度以下となし得るｎの値を求め
る。However, at this stage, it is only possible to realize a stable system, and it is not possible to obtain a desired positional accuracy due to the offset Δθ as described later. Therefore, when δ × F = 0.5, the value of n that can achieve the positional accuracy of 0.1 degrees or less is calculated.
DCモータのダイナミクスと当該サーボループのダイナミ
クスを合わせた系のダイナミクスを時間領域の微分方程
式で表現すると次のようになる。The dynamics of the system that combines the dynamics of the DC motor and that of the servo loop can be expressed as a differential equation in the time domain as follows.
なお、x1＝d2θ/dt2、x2＝ｄθ/dt、x3＝θである。 Note that x 1 = d 2 θ / dt 2 , x 2 = dθ / dt, and x 3 = θ.
ここで、平衡状態では、x1＝０、x2＝πSr/60であるか
ら、式（25）から となり、オフセットΔθが生ずる。そこで、式（23）か
ら となるので、この式（27）と前記式（５）とからオフセ
ットΔθは となる。式（28）から、0.1度以下の位置精度を得るに
必要なｎの値は ｎ＜３ ……（29） でなければならないことになる。ｎの値を小さくするこ
とは、前記式（１）から理解できるように、位置誤差ｕ
の小さな変化に対してｙの周波数変化を大きくするこ
と、つまり、位置フィードバックゲインKPを大きくする
ことを意味する。要するに、前記付加回路は、位置誤差
ｕは例えば12ビットのディジタル値であるが、その中の
下位数ビットを位置誤差情報としてレートマルチプライ
ヤに供給するように、その下位数ビットについて論理操
作を与える若干の論理回路と結線の接続変更（所謂ジャ
ンパー配線）によって構成される。位置誤差ｕの下位数
ビットを用いるのであるから、位置誤差ｕの変化が大き
う場合は当然に飽和することになる。ｎの値を小さくす
れば、結果として周波数変化付与回路４の出力段に飽和
回路を設けたことになるのである。Here, in the equilibrium state, x 1 = 0 and x 2 = πS r / 60, so from equation (25) And an offset Δθ occurs. Therefore, from equation (23) Therefore, from this equation (27) and the equation (5), the offset Δθ is Becomes From equation (28), the value of n required to obtain a positional accuracy of 0.1 degree or less must be n <3 (29). Reducing the value of n means that the position error u
This means increasing the change in frequency of y with respect to a small change in, that is, increasing the position feedback gain K P. In short, the position error u is a 12-bit digital value, for example, but the additional circuit gives a logical operation to the lower order bits so that the lower order bits of the position error u are supplied to the rate multiplier as position error information. It is configured by changing the connection of some logic circuits and connections (so-called jumper wiring). Since the lower several bits of the position error u are used, the position error u is naturally saturated when the change is large. If the value of n is made small, a saturation circuit is provided at the output stage of the frequency change applying circuit 4 as a result.
一方、ｎの値を小さくすることは位置誤差情報として扱
えるビット数が減少することを意味する。つまり、位置
制御がステップ状となり、円滑な制御が困難となる。On the other hand, decreasing the value of n means that the number of bits that can be handled as position error information decreases. That is, the position control is stepwise, and smooth control becomes difficult.
そこで、ｎの値を大きくする方策を考える。それは、周
波数誤差Ｗは８ビットのディジタル値であるが、実際に
得られた周波数誤差をＷ′（８ビット）とすると、 Ｗ＝Gd×Ｗ′ ……（30） なるドライバ指定値ゲインGdを考えるのである。つま
り、周波数誤差検出部５には式（30）を実現する回路が
設けられる。すると、制御電圧Ｖは、式（５）に代え
て、 を用いることになり、式（28）は次のように変形され
る。Therefore, a method of increasing the value of n will be considered. The frequency error W is an 8-bit digital value, but if the actually obtained frequency error is W ′ (8 bits), then W = G d × W ′ (30) Think of d . That is, the frequency error detector 5 is provided with a circuit that realizes the equation (30). Then, the control voltage V is replaced by the formula (5) and Equation (28) is transformed as follows.
Gdの値は、「２」、「４」、「８」、「16」……等であ
るが、例えばGd＝８の時、0.1度以下の位置精度を得る
に必要なｎは ｎ＜６ ……（33） であれば良いことになり、ｎを３以上に大きくできる。 The value of G d is “2”, “4”, “8”, “16”, etc., but for example, when G d = 8, n required to obtain a positional accuracy of 0.1 degrees or less is n <6 ...... (33) is good, and n can be increased to 3 or more.
ｎの値は、単独では定まらず、δ×ＦやGdをある値に設
定して始めて定まるのであるが、δ×Ｆ＝0.5、Gd＝８
と定めて数値シミュレーションした結果、及び、具体的
な回路試験の結果、過渡応答、位置精度（0.1度以下）
及び回路実現性等を考慮するとｎ＝４が妥当である。第
３図は周波数変化付与回路４の入出力特性図である。位
置誤差ｕが±0.088degの範囲内では出力クロックｙの周
波数はリニアに変化するが、この範囲を越えると出力ク
ロックｙの周波数は のの一定値になるようにしてある。第４図及び第５図に
は位置誤差ｕが収束制御される様子の計算機シミュレー
ション結果（第４図（ａ）、第５図（ａ））、及び、回
路試験結果（第４図（ｂ）、第５図（ｂ））を示してあ
る。なお、DCモータの伝達特性では、Kt＝1.1［Nm/アン
ペア］、Kb＝1.13［Volt/（rad/sec）］、Ｒ＝68［オー
ム］、Ｌ＝0.055［ヘンリ］、Ｊ＝0.01561kg・m2（但
し、回路試験ではＪ＝0.0078kg・m2）を用いた。The value of n is not determined by itself, but is determined only after setting δ × F or G d to a certain value. δ × F = 0.5, G d = 8
Numerical simulation results, and specific circuit test results, transient response, position accuracy (0.1 degrees or less)
Also, considering circuit feasibility, etc., n = 4 is appropriate. FIG. 3 is an input / output characteristic diagram of the frequency change applying circuit 4. The frequency of the output clock y changes linearly within the range of the position error u of ± 0.088 deg. It is set to a constant value of. FIGS. 4 and 5 show computer simulation results (FIG. 4 (a), FIG. 5 (a)) showing how the position error u is converged and controlled, and circuit test results (FIG. 4 (b)). , FIG. 5 (b)). In the transfer characteristic of the DC motor, K t = 1.1 [Nm / Amp], K b = 1.13 [Volt / (rad / sec)], R = 68 [ Ohm], L = 0.055 [Henry], J = .01561 kg · m 2 (however, the circuit testing J = 0.0078kg · m 2) was used.
位置誤差が正の側にあるときは、第４図（ａ）に示すよ
うに、計算機シミュレーションによれば、位置誤差は一
定の割合（−20deg/sec）で減少し、オフセットΔθ＝
0.1deg以下のある値に収束する。また位置誤差が負の側
にあるときは、第５図（ａ）に示すように、計算機シミ
ュレーションによれば位置誤差は一定の割合（＋10deg/
sec）で減少し、オフセットΔθ＝0.1deg以下のある値
に収束する。一方、回路試験動作によれば、第４図
（ｂ）及び第５図（ｂ）に示すように、いずれの場合も
速やかに零度に収束制御される。なお、第４図（ｂ）及
び第５図（ｂ）は100msごとの値をプロットしたもので
ある。When the position error is on the positive side, as shown in FIG. 4 (a), according to the computer simulation, the position error decreases at a constant rate (−20 deg / sec), and the offset Δθ =
It converges to a value less than 0.1deg. Further, when the position error is on the negative side, as shown in FIG. 5 (a), the position error is constant at a certain rate (+10 deg /
sec) and decreases to a certain value of offset Δθ = 0.1 deg or less. On the other hand, according to the circuit test operation, as shown in FIGS. 4 (b) and 5 (b), the convergence control is promptly performed to zero degree in any case. Note that FIG. 4 (b) and FIG. 5 (b) are plots of values every 100 ms.
（発明の効果） 以上説明したように、本発明のモータ制御回路によれ
ば、スピン安定方式の人工衛星の搭載機器をデスパン制
御により一定方向に指向させるDCモータを制御するモー
タ制御回路において、モータの位置（回転角）及び回転
速度のセンサとしてロータリエンコーダを用い、位置情
報と回転速度情報とをフィードバックするディジタルサ
ーボループを備えて回転速度に変化が生じてもDCモータ
の位置制御を行うことを可能とすることにより、回転速
度に変化が生じてもロータリエンコーダの最小ディジッ
トの精度で位置制御をなし得、しかも分解能はロータリ
エンコーダの分解能を細かくすることで容易に向上させ
得るという優れ効果がある。(Effects of the Invention) As described above, according to the motor control circuit of the present invention, in the motor control circuit that controls the DC motor that directs the equipment mounted on the spin-stabilized artificial satellite in a certain direction by the despan control, A rotary encoder is used as a sensor for the position (rotation angle) and rotation speed of the DC motor, and a digital servo loop that feeds back position information and rotation speed information is provided to control the position of the DC motor even if the rotation speed changes. By making it possible, even if the rotation speed changes, the position control can be performed with the accuracy of the minimum digit of the rotary encoder, and the resolution can be easily improved by making the resolution of the rotary encoder fine. .
第１図は本発明の一実施例に係るモータ制御回路の構成
ブロック図、第２図はDCモータの伝達特性図、第３図は
周波数変化付与回路の入出力特性図、第４図及び第５図
は位置誤差の収束制御特性図である。 １……DCモータ、２……ロータリエンコーダ、３……位
置誤差検出部、４……周波数変化付与回路、５……周波
数誤差検出部、６……モータ駆動回路。FIG. 1 is a configuration block diagram of a motor control circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a transfer characteristic diagram of a DC motor, FIG. 3 is an input / output characteristic diagram of a frequency change giving circuit, FIG. 4 and FIG. FIG. 5 is a convergence control characteristic diagram of the position error. 1 ... DC motor, 2 ... rotary encoder, 3 ... position error detection unit, 4 ... frequency change giving circuit, 5 ... frequency error detection unit, 6 ... motor drive circuit.
Claims (1)
スパン制御の下で一定方向に指向させるDCモータを制御
するモータ制御回路であって、前記DCモータの回転軸に
連結され回転軸が１回転するごとに回転基準とする１個
のポジションパルスと回転角に対応した個数のレートパ
ルスとを出力し前記DCモータの回転部分とともに前記搭
載機器を所定の方向に指向させるデスパン部を構成する
ロータリエンコーダと；前記ポジションパルス以後のレ
ートパルスの個数を計数して求めたモータの位置と外部
から与えられる指令位置との差を位置誤差として検出す
る位置誤差検出部と；外部から与えられ前記人工衛星の
スピン安定動作における回転速度に比例した周波数のパ
ルスによる指令速度の周波数を前記位置誤差に応じて変
化させる周波数変化付与回路と；前記レートパルスの周
波数と前記周波数変化付与回路で変化させた指令速度の
周波数との周波数差を検出する周波数誤差検出部と；前
記周波数誤差検出部で検出した周波数差に応じて前記DC
モータを前記デスパン部に所定の指向方向を与えるよう
に駆動制御するモータ駆動回路と；を備えたことを特徴
とするモータ制御回路。1. A motor control circuit for controlling a DC motor for directing a device mounted on a spin-stabilized artificial satellite in a certain direction under de-span control, wherein the rotating shaft is connected to the rotating shaft of the DC motor. Each time the rotor rotates, one rotary position pulse and a number of rate pulses corresponding to the rotation angle are output to form a de-span portion that directs the mounted device in a predetermined direction together with the rotating portion of the DC motor. An encoder; a position error detector for detecting a difference between the position of the motor obtained by counting the number of rate pulses after the position pulse and a command position given from the outside as a position error; the artificial satellite given from the outside Frequency change that changes the frequency of the command speed by a pulse having a frequency proportional to the rotation speed in the spin stable operation of the robot according to the position error A frequency error detecting section for detecting a frequency difference between the frequency of the rate pulse and the frequency of the command speed changed by the frequency change applying circuit; and a frequency error detecting section for detecting a frequency difference detected by the frequency error detecting section. DC
And a motor drive circuit for controlling the drive of the motor so as to give a predetermined directivity direction to the despan portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2216316A JPH07120217B2 (en) | 1990-08-16 | 1990-08-16 | Motor control circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2216316A JPH07120217B2 (en) | 1990-08-16 | 1990-08-16 | Motor control circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0498506A JPH0498506A (en) | 1992-03-31 |
| JPH07120217B2 true JPH07120217B2 (en) | 1995-12-20 |
Family
ID=16686619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2216316A Expired - Lifetime JPH07120217B2 (en) | 1990-08-16 | 1990-08-16 | Motor control circuit |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JPH07120217B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6043261B2 (en) * | 1980-10-30 | 1985-09-27 | ファナック株式会社 | Spindle rotation position control method |
| JP2768696B2 (en) * | 1988-08-31 | 1998-06-25 | 東芝メカトロニクス株式会社 | Servo motor control device |
| JPH02122310A (en) * | 1988-11-01 | 1990-05-10 | Juki Corp | Positioning device |
-
1990
- 1990-08-16 JP JP2216316A patent/JPH07120217B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0498506A (en) | 1992-03-31 |
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