JPS6135183A - Accelerating/decelerating controller of dc motor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To linearly accelerate or decelerate a DC motor at a high speed for a desired time by previously calculating a voltage proportional to a load torque, a voltage proportional to accelerating or decelerating current, and a voltage proportional to an induced voltage, superposing them and supplying it. CONSTITUTION:When a switch 22 is shifted to 22-2 side, a flip-flop 62 is set, and a clock pulse from an oscillator 68 is supplied to the up terminal of a counter 63. When the all bits of the counter 63 become ''1'', the output of a NAND gate 69 becomes ''L'' to close an AND gate 64. Then, when the switch 22 is returned to 22-1 side, a flip-flop 62 is reset, thereby supplying a clock pulse to the down terminal of the counter 63. When the all bits of the counter 63 become ''0'', an AND gate 65 is closed. An amplifier 23 adds the voltages of input 23-4-23-1 to supply it to a motor 24.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、直流電動機の加減速制御装置に係り、特に小
容量の直流サーボモータを急速に加減速するのに好適な
加減速制御装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an acceleration/deceleration control device for a DC motor, and particularly to an acceleration/deceleration control device suitable for rapidly accelerating/decelerating a small-capacity DC servo motor.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

直流電動機を第３図の速度特性に示すように時刻ｉ＝Ｑ
に起動し、一定速度Ｎｏで運転した後、時刻ｔ＝Ｔに減
速し、停止させることは種々の用途に広く用いられる。As shown in the speed characteristics of the DC motor in Figure 3, at time i=Q
It is widely used in various applications to start the motor at a certain speed, operate at a constant speed No., and then decelerate and stop the motor at time t=T.

直流電動機のこのような運転は、例えば第４図に示すよ
うな回路を使用して行われる。第４図において、２１は
速度Ｎ、を規定する指令電圧であり、時刻ｔ＝０にスイ
ッチ２２を２２−１側から２２−２側に倒すと、増幅器
２３の入力端子２３−１に指令電圧２１が与えられ、増
幅器２３の出力端子２３−２に電圧Ｅｏが出力される。Such operation of the DC motor is performed using, for example, a circuit as shown in FIG. In FIG. 4, 21 is a command voltage that defines the speed N, and when the switch 22 is turned from the 22-1 side to the 22-2 side at time t=0, the command voltage is applied to the input terminal 23-1 of the amplifier 23. 21 is given, and a voltage Eo is output to the output terminal 23-2 of the amplifier 23.

この電圧Ｅｏは、直流電動機２４に直接に加えられる。This voltage Eo is applied directly to the DC motor 24.

時刻ｔ＝’１’に、スイッチ２２を２２−２側から２２
−１側にもどすと増幅器２３の出力電圧２３−２は「０
」にもどる。この電圧Ｅｏの変化を第５図（ａ）に示し
ている。なお、第５図の）、（Ｃ）はこの時の直流電動
機２４の速度Ｎおよび電流■、の変化を示すもので速度
Ｎは時刻ｔ＝０よりに向って機械的時定数ＴＭで指数関
数的に立上つて行く。At time t='1', turn the switch 22 from the 22-2 side to the 22-2 side.
When the output voltage 23-2 of the amplifier 23 is returned to the −1 side, the output voltage 23-2 of the amplifier 23 becomes “0.
Return to ``. This change in voltage Eo is shown in FIG. 5(a). 5) and (C) show the changes in the speed N and current 2 of the DC motor 24 at this time, and the speed N becomes an exponential function with a mechanical time constant TM from time t=0. stand up and go.

ここで、Ｒ１〔Ω〕　：電動機の電機子抵抗τ１．（Ｋ
ｙ−（７）〕　：電動機の負荷トルクＪ：〔〜・−〕：
負荷および電動機の慣性能率 ｇ　ｒ　Ｃａｎ潰２〕二重力による加速度（９８０ｃｍ
／武２）。Here, R1 [Ω]: Armature resistance of the motor τ1. (K
y-(7)]: Load torque J of the motor: [~・-]:
Load and motor inertia factor gr Can collapse 2] Acceleration due to double force (980 cm
/ Take 2).

数的に減少する。また、停止時には、ｔ−４’以後速度
Ｎ、電流■、は図のような経過をたどって「０」となり
、停止する。Decrease numerically. Further, at the time of stopping, after t-4', the speed N and the current {circle around (2)} follow the course as shown in the figure and become "0", and the motor stops.

このような加減速制御方式は、簡単ではあるが短かい加
速時間を必要とする用途には適用し難いという問題点が
ある。すなわち、小容量の直流サーボモータ、特にコア
レス形のモータにおいては、電機子抵抗凡、が大きいた
め、運転速度ＮＯにより決まる駆動電圧ＥＯでは十分な
加速電流を流し得ないからである。これは、第５図（ｂ
）よりわかるように、機械的時定数ＴＭの数倍の時間を
待たないと、目標とする運転速度Ｎｏに達しないからで
。Although such an acceleration/deceleration control method is simple, there is a problem in that it is difficult to apply to applications that require a short acceleration time. That is, in a small-capacity DC servo motor, especially a coreless type motor, the armature resistance is large, and therefore a sufficient accelerating current cannot flow with the drive voltage EO determined by the operating speed NO. This is shown in Figure 5 (b
), the target operating speed No. cannot be reached unless a period of time several times the mechanical time constant TM is waited.

ある。be.

従って、短かい加速時間を必要とする用途には、従来か
ら第６図に示すような速度発電機４１による帰還をほど
こした制御方式が採用されている。Therefore, for applications that require a short acceleration time, a control system that provides feedback using a speed generator 41 as shown in FIG. 6 has conventionally been adopted.

すなわち、第６図（ａ）は、その概略の回路図、同図（
ｂ）は等価ブロックダイヤグラムであるが、時刻ｔ＝０
において、スイッチ２２を２２−１側から２２−２側に
倒すと、増幅器２３の入力端子２３−１に指令電圧２１
が与えられ、出力端子２３−２に電圧Ｅｏが出力される
。すると、直流電動機２４は加速を開始する。電動機２
４０回転開始に伴い速度発電機４１からの帰還電圧が増
幅器２３のもう一方の入力端子２３−３に与えられる。That is, FIG. 6(a) is a schematic circuit diagram thereof, and FIG.
b) is an equivalent block diagram, but at time t=0
When the switch 22 is turned from the 22-1 side to the 22-2 side, the command voltage 21 is applied to the input terminal 23-1 of the amplifier 23.
is applied, and a voltage Eo is output to the output terminal 23-2. Then, the DC motor 24 starts accelerating. Electric motor 2
At the start of the 40th rotation, the feedback voltage from the speed generator 41 is applied to the other input terminal 23-3 of the amplifier 23.

すると、入力端子２３−１に加えられる指令電圧２１と
、入力端子２３−３への帰還電圧とが釣合ったところで
加速が終り、電動機は速度Ｎｏで運転される。Then, the acceleration ends when the command voltage 21 applied to the input terminal 23-1 and the feedback voltage to the input terminal 23-3 are balanced, and the electric motor is operated at speed No.

第６図山）の等価ブロックダイヤグラムから明らかなよ
うに、この釣合いの状態では （Ｅｎ　−Ｎ（ｌＫ２）　・Ｋｔ　＝Ｅ。As is clear from the equivalent block diagram of Fig. 6), in this equilibrium state (En -N(lK2) ・Kt = E.

となるから、与えるべき指令電圧Ｅｉはでおる。Therefore, the command voltage Ei to be given is given.

時刻ｔ＝０において、スイッチ２２を２２−２側に倒し
た瞬間には、速度発電機４１からの帰還は「０」である
から、直流電動機２４にはＥ　ＲＫ　ｌを差引いて得ら
れる が加速に寄与する加速電流である。この加速電流工、。At time t=0, at the moment when the switch 22 is turned to the 22-2 side, the feedback from the speed generator 41 is "0", so the DC motor 24 has an acceleration which can be obtained by subtracting E RK l. This is the accelerating current that contributes to This acceleration electrician.

１は、速度発電機帰還を行わない場合の「することにな
る。第７図にこの場合の電圧Ｅ。、速度Ｎ０、電流波彫
工、を示している。第７図では、われることを示してい
る。Figure 7 shows the voltage E, speed N0, and current wave carving in this case. ing.

このように速度発電機帰還を用いる方法は、加減速時間
の短かい急速な加減速を実現し、且つ運転中の速度変動
を小さくするという効果をもつ。The method of using speed generator feedback in this way has the effect of realizing rapid acceleration/deceleration with short acceleration/deceleration times and of reducing speed fluctuations during operation.

しかし、一方では速度発電機を必要とするため、高価と
なり装置の占有スペースが大きくなるという欠点がある
。特に、小型のサーボモータの場合、狭小な空間に取付
けることを要求されるので、速度計発電機による占有ス
ペースの増大が装置の構成を著しく困難にするという問
題がある。However, since it requires a speed generator, it is expensive and the device occupies a large space. In particular, in the case of a small servo motor, it is required to be installed in a narrow space, so there is a problem in that the increased space occupied by the speedometer generator makes the construction of the device extremely difficult.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、速度計発電機を使用することなく、高速な加
減速を実現するのに加え、直流電動機の能力を最大限に
利用した直線的な加減速を実現することができる安価で
占有スペースの小さい直流電動機の加減速制御装置を提
供することを目的とする。The present invention achieves high-speed acceleration/deceleration without using a speedometer generator, as well as linear acceleration/deceleration that takes full advantage of the capabilities of a DC motor. The present invention aims to provide a small acceleration/deceleration control device for a DC motor.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、直流電動機を駆動する増幅器の入力に１負荷
トルクに比例した大きさを有する電圧、必要とする加減
速電流に比例した大きさの電圧、直流電動機の発生する
誘起電圧に比例した大きさを有する電圧の三つの電圧を
予め計算して重畳して加えることにより、直流電動機を
所望の時間に直線的に加減速し得るように構成したもの
である。The present invention applies to the input of an amplifier that drives a DC motor a voltage proportional to the load torque, a voltage proportional to the required acceleration/deceleration current, and a voltage proportional to the induced voltage generated by the DC motor. By calculating in advance and superimposing and applying three voltages having different voltages, the DC motor can be linearly accelerated or decelerated at a desired time.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第１図は本発明の実施例を示す回路図であり、第２図は
その動作を示すタイムチャートである。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a time chart showing its operation.

第１図において、スイッチ６１は運転に先立ち制御装置
の初期化を行うために設けられたもので、このスイッチ
６１を６１−１側から６１−２側に倒し、再び６１−１
側に戻すことにより、フリップフロップ６２およびカウ
ンタ６３がリセットされ、初期状態とされる。In FIG. 1, a switch 61 is provided to initialize the control device prior to operation, and by flipping the switch 61 from the 61-1 side to the 61-2 side, the switch 61 is turned back to the 61-1 side.
By returning it to the side, the flip-flop 62 and the counter 63 are reset to the initial state.

初期化の後、時刻ｔ　＝９にスイッチ２２を２２−１側
から２２−２側に倒すと、フリップフロップ６２はセッ
トされた状態になり、その出力６２−１は６Ｌ”よりｔ
ｔ　Ｈ”の電圧になる。この′Ｈ″の電圧は増幅器２３
の入力端子２３−４に加えられる。また、ＡＮＤゲート
６４を通って増幅器２３の入力端子２３−５に加えられ
る。６８はクロックパルスを発生する発振器であり、フ
リップフロップ６２の出力６２−１がＨ″になると、こ
の発振器６８から発生されるクロックパルスはＡＮＤゲ
ート６４．６６を通ってアップダウン・カウンタのアッ
プ側の入力端子６３−１に加えられる。これにより、カ
ウンタ６３はマスタクロックのカウントを開始する。カ
ウンタ６３のカラン、トが進行して全ビットが′１″の
状態になると、カウンタ６３のフル状態検出用ＮＡＮＤ
ゲート６９の出力が“Ｈ″から°゛Ｌ″になる。これに
より、ＡＮＤゲート６４が閉じられ、増幅器２３の入力
端子２３−５に与えられる電圧は「０」になる。After initialization, when the switch 22 is turned from the 22-1 side to the 22-2 side at time t = 9, the flip-flop 62 becomes set and the output 62-1 becomes t from 6L''.
t H" voltage. This 'H' voltage is the voltage of the amplifier 23.
is applied to the input terminal 23-4 of. It is also applied to the input terminal 23-5 of the amplifier 23 through an AND gate 64. 68 is an oscillator that generates a clock pulse, and when the output 62-1 of the flip-flop 62 becomes H'', the clock pulse generated from the oscillator 68 passes through an AND gate 64.66 to the up side of the up/down counter. As a result, the counter 63 starts counting the master clock. When the count of the counter 63 progresses and all bits become '1', the counter 63 becomes full. NAND for detection
The output of the gate 69 changes from "H" to "L". As a result, the AND gate 64 is closed and the voltage applied to the input terminal 23-5 of the amplifier 23 becomes "0".

また、カウンタ６３はカウント動作を停止する。Further, the counter 63 stops counting operation.

アップダウン・カウンタ６３の４ビツトのカウント出力
６３−３〜６（最下位ビットを６３−３、最上位ビット
を６３−６とする）は、夫々増幅器２３の入力端子２３
−７〜１０に与えられる。増幅器２３を演算増幅器で構
成し、入力端子２３−７．８，９．１０にそれぞれ接続
されている入力抵抗の比を１．　：　２　：　４　：　
８にすると、カウンタ６３のカウント内容に比例した電
圧が増幅器に入力される。The 4-bit count outputs 63-3 to 63-6 (the least significant bit is 63-3 and the most significant bit is 63-6) of the up/down counter 63 are input to the input terminal 23 of the amplifier 23, respectively.
-7 to 10. The amplifier 23 is composed of an operational amplifier, and the ratio of the input resistances connected to the input terminals 23-7.8 and 9.10 is set to 1. : 2 : 4 :
When it is set to 8, a voltage proportional to the count contents of the counter 63 is input to the amplifier.

時刻ｔ　＝　’ｌ’において、スイッチ２２を２２−２
側から２２−１側に戻すと、フリップフロップ５２はリ
セット状態になり、その出力６２−１はＨ”からＩＩ　
Ｌ　ＩＩになる。これにより、増幅器２３の入力端子２
３−４に加えられていた電圧は「０」になる。フリップ
フロップ６２のもう一方の出力６２−２は′Ｌ＃からＩ
Ｌ　ＨＩＩになり、そのａｔ　Ｈｎ信号はＡＮＤゲート
６５を通って演算増幅器６Ｂで極性が反転された後増幅
器２３の入力端子２３−６に与えられる。また、出力端
子６２−２がＩＬ　ＨＩＩになることにより、発振器６
８から発生されるクロックパルスはＡＮＤゲート６５゜
６７を通ってアップダウン・カウンタ６３のダウン側の
入力６３−２に加えられる。これにより、カウンタ６３
はカウントフルの状態から減算を開始し始める。カウン
タ６３の減算が継続して全ビットが「０」の状態になる
と、カウンタのヌル状態検出用ＮＡＮＤゲート６Ａの出
力がＨ″から”Ｌ”になりＡＮＤゲート６５が閉じられ
る。これにより、増幅、器２３の入力端子２３−６　ｊ
／Ｃ与えられる電圧は「０」になり、捷だカウンタ６３
は減算動作を停止する。At time t = 'l', switch 22 is set to 22-2
22-1 side, the flip-flop 52 enters the reset state and its output 62-1 changes from H'' to II
Become L II. As a result, the input terminal 2 of the amplifier 23
The voltage applied to 3-4 becomes "0". The other output 62-2 of the flip-flop 62 is 'L# to I
The at Hn signal passes through the AND gate 65, has its polarity inverted by the operational amplifier 6B, and is then applied to the input terminal 23-6 of the amplifier 23. In addition, since the output terminal 62-2 becomes IL HII, the oscillator 6
The clock pulses generated from 8 are applied to the down side input 63-2 of up/down counter 63 through AND gate 65.67. As a result, the counter 63
starts subtraction from the count full state. When the counter 63 continues to subtract and all bits become "0", the output of the NAND gate 6A for detecting the null state of the counter goes from "H" to "L" and the AND gate 65 is closed. , input terminal 23-6 j of the device 23
The voltage applied to /C becomes "0", and the counter 63
stops the subtraction operation.

以上の動作における各部の出力波形を示すと第２図に示
すようなものとなる。The output waveforms of each section in the above operation are shown in FIG. 2.

第２図（ａ）は、発振器６８から発生さｉするクロック
パルスであり、一定の周波数で連研１的に発生している
ことを示している。同図（ｂ）はスイッチ２２の状態を
示し、時刻ｉ＝Ｑに２２−１側から２２−２側に倒すこ
とにより運転の指令が与えられ、時刻ｔ−Ｔに逆に２２
−１側に戻すことＫより停止の指令が与えられることを
示している。同図（Ｃ）は増幅器２３の入力端子２３−
４に与えられる入２４に与える。同図（Ｃ）は、増幅器
２３の入力端子２３−７へ１０に与えられるカウンタ６
８がらの信号の合成信号でらり、カラ／り６８がクロッ
クパルスを加算または減算することにより、階段状に増
減する。また、カウンタ６３がフルの状態で動機２４の
誘起電圧に相当する電圧Ｎ　ｏ　Ｋ　ｚ　　となる。同
図（ｅ）、　（ｆ）は、増幅器２３ノ入７Ｊ２３−５　
。FIG. 2(a) shows clock pulses generated from the oscillator 68, and shows that they are generated continuously at a constant frequency. Figure (b) shows the state of the switch 22. At time i=Q, a driving command is given by turning it from the 22-1 side to the 22-2 side, and at time t-T, it is turned to the 22-2 side.
Returning to the -1 side indicates that a stop command is given from K. The same figure (C) shows the input terminal 23- of the amplifier 23.
It is given on 4th and given on 24th. In the same figure (C), the counter 6 is applied to the input terminal 23-7 of the amplifier 23.
A composite signal of 8 signals increases or decreases in a stepwise manner by adding or subtracting clock pulses. Further, when the counter 63 is full, the voltage N o K z corresponds to the induced voltage of the motive force 24 . Figures (e) and (f) are 7J23-5 with 23 amplifiers.
.

２３−６に与えられる入力電圧であり、カウンタ６３が
ヌルの状態からフルの状態、またはフルのこれらの入力
端子は増幅されてＲ，１，。。または−几ａ　Ｉｄｓａ
となり、直流電動機に加減速電流を供給する。但し、 である。同図位）は、以上の入力電圧を合成した電圧で
おり、これが増幅されて直流電動機２４に与えられると
、直流電動機２４は同図（ｈンのように、所望の時間に
直線的に加減速される。23-6, these input terminals of counter 63 are amplified from the null state to the full state, or R,1,. . or - 几a Idsa
This supplies acceleration/deceleration current to the DC motor. However, . The voltage shown in the same figure (h) is a voltage that is a composite of the above input voltages, and when this is amplified and applied to the DC motor 24, the DC motor 24 is applied linearly at a desired time as shown in the figure (h). Slowed down.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、速度計
発電機を使用することなく、高速の加減速を直線的に、
所望の時間に行うことができるので、安価で占有面積が
小さくしかも直流電動機の能力を最大限に利用する制御
装置を構成することができる。As is clear from the above description, according to the present invention, high-speed acceleration and deceleration can be performed linearly without using a speedometer generator.
Since the control can be performed at a desired time, it is possible to construct a control device that is inexpensive, occupies a small area, and makes maximum use of the capability of the DC motor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は実施
例の各部の入出力波形を示す波形図、第３図は本発明が
達成しようとする直流電動機の速度一時間線図、第４−
は従来装置の回路図、第５図は第４図の従来装置によっ
て電動機に与えられる電圧、電流と電動機速度の関係を
示す図、第６図は他の従来装置の回路図とブロックダイ
ヤグラム、第７図は第６図の従来装置によって電動機に
与えられる電圧、電流と電動機速度の関係を示す図でお
る。 ２２・・・運転−停止スイッチ、２３・・・増幅器、２
４・・・直流電動機、６１・・・リセット・スイッチ、
６２・・・７リツプΦ７０ツブ、６３・・・アップダウ
ン・カウンタ、６４〜６７・・・ＡＮＤゲート、６８・
・・発振器、６９，６Ａ・・・ＮＡＮＤゲート、６Ｂ・
・・演算増幅器。Fig. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a waveform diagram showing input/output waveforms of each part of the embodiment, and Fig. 3 is a speed per hour line of a DC motor that the present invention aims to achieve. Figure, No. 4-
is a circuit diagram of a conventional device, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between voltage and current given to the motor by the conventional device of FIG. 4, and motor speed, FIG. 6 is a circuit diagram and block diagram of another conventional device, and FIG. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the voltage and current applied to the motor by the conventional device shown in FIG. 6, and the speed of the motor. 22... Run-stop switch, 23... Amplifier, 2
4...DC motor, 61...Reset switch,
62...7 lip Φ70 knob, 63...up/down counter, 64-67...AND gate, 68...
...Oscillator, 69,6A...NAND gate, 6B.
...Operation amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １、直流電動機とこの直流電動機を駆動するための増巾
器を備えた直流電動機の加減速制御装置において、可逆
カウンタとこの可逆カウンタにクロックパルスを供給す
る発振器を設け、運転開始から停止まで継続する電圧に
加え、上記加逆カウンタのカウント値に比例した直流電
圧と、この可逆カウンタが加算中または減算中のみ継続
する直流電圧を合成して上記増幅器に入力するように構
成し、直流電動機を加速または減速することを特徴とす
る直流電動機の加減速制御装置。1. In an acceleration/deceleration control device for a DC motor that is equipped with a DC motor and an amplifier for driving the DC motor, a reversible counter and an oscillator that supplies clock pulses to the reversible counter are provided, and the system continues from the start of operation to the stop. In addition to the voltage of An acceleration/deceleration control device for a DC motor, which is characterized by acceleration or deceleration.