electric cam by dual pll motor speed control

●2重ループPLLモータ速度制御系による電子カム・デモ装置

2009/8/27(木)
By 舞鶴高専　電子制御工学科　町田研究室
町田、神原(2ES)、西本(5S)

　ＰＬＬモータ制御は、古くはアナログレコードプレーヤのストロボクォーツロック(33.3回転)の時代から賞用されてきました。しかし、加減速を含む場合は、①偏差が生じ、ロックが外れやすく振動する。②安定するまでに時間がかかる。欠点がありました。新しく特許出願中の「２重ＰＬＬモータ速度制御系」は高速移動体との通信技術を応用した「スーッと高速に立ち上がり、ピタッと偏差なく追従する」新生代のＰＬＬモータ制御系です。

　ここでは、2重ループPLLモータ速度制御系の効果が良く分かる「電子カム」について紹介します。内容は、機械式カムと全く同じ加減速回転パターンを実現するということですが、これはすなわちもっと柔軟な加減速回転パターンを実現(再現)できるということで、例えばクランク-スライダ機構を用いれば、任意のVVT(Variable Valve Timing：可変バルブタイミング)をフライバイワイヤで実現できる見込みがあります。VVTは燃焼効率すなわち燃費の改善に有効な手段でエコにつながります。

　この他、2重ループPLLモータ速度制御系は加減速を含むモーション制御に適用できると考えており、超精密な用途に最適です。例えば、新明和工業の円盤記憶媒体検査装置(エアスピンドルモータ)、ケーブル巻き取り装置(巻き太り対策)、工作機械の多軸同期制御 (PLLは最高級に属する)などなどが考えられます。
　詳しくは、ぜひ町田までお問い合わせください。

●電子カム・デモ装置の動作説明

下の写真の左側の上側が「定加減速カム」(基準円に対して頂点では接線速度が1.5倍になります)です。モータにより一定速度で回転しますが、接線速度は定加減速を繰り返します。
左側の下側が、「定加減速カム」により駆動される「マスタ円盤」です。「定加減速カム」は直線レール上をスライドし、実験装置を斜めに設置することにより、重力で「マスタ円盤」に押し付けられ、回転を伝達しています。
　「マスタ円盤」にはロータリーエンコーダが取り付けてあり、加減速する回転パルスを出力します。
右側(下)は「スレーブ円盤」です。ロータリエンコーダ付モータにより、PLLモータ速度制御されています。すなわち、「マスタ円盤」からの回転パルスに同期して、そのとおりに回転します。

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■従来の(一重)PLLモータ速度制御系による実験

　下の写真をクリックしてください。WMV8形式の動画が再生されます。
従来の(一重)PLLモータ速度制御系による実験の様子です。
最初は「マスタ円盤」と「スレーブ円盤」のピンクのマークが一致していますが、しだいにずれていってしまいます。加減速に追従できなくて位相スリップしてしまったと考えられます。位相スリップしてしまっては、もう位相情報が失われてしまうわけですから、元には戻せません(戻すためには別に積分が必要で、それはもう「速度制御ではなく位置制御」と言えます)。

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■特許出願中の二重PLLモータ速度制御系による実験

　下の写真をクリックしてください。WMV8形式の動画が再生されます。
特許出願中の二重PLLモータ速度制御系による実験の様子です。
「マスタ円盤」と「スレーブ円盤」のピンクのマークが、いつまでも一致しています。これは2重PLLが高速に追従するのと、位相偏差が打ち消されているのでスリップが起こりにくくなっている(起こっていない)からだと考えられます。
　なお、わずかに角度差がありますが、これは初期角度合わせが完全ではないからです。近い将来に、初期位置センサ(円盤のZ相)を設け、自動初期値合わせができるように改造したいと考えています。

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