ＤＣモータのPWM制御回路について

Question

PWMによるDCモータの制御についてお聞きしたいのですが、既設の駆動基板でDCモータを動かしているのですが、高速回転時の回転速度を落としたいと考えています。しかし、既設の駆動基板は外部よりパラメータ設定が出来ず(固定)、多層基板になっており解析出来ませんでした。(ブラックボックス化されている。)

モータのパルス波形を見たところ、高速回転時のON　Dutyは50％(f＝23kHzなのでON時間は約22μS)でした。従いまして、、既設の駆動基板からDCモータに行く２本のリード線の間にON Dutyを最大30％(ON時間：13μS)に制限させる別回路を設け回転速度を落としたいと考えています。

私が考えられる範囲での具体案としましては、なるべく部品点数を少なくしたいのですが、モータへ行く２本のリード線のうちの１本(正回転時の+側)にFETかトランジスタを割り込ませ、オペアンプ又はコンパレータを使い、正回転時の矩形波の立ち上がりを検出したら、割り込ませたFETかトランジスタを13μSだけONさせたいと思っていますが、電子回路そのものと、使用する電子部品の型式、定数及び13μSだけONさせる方法が分かりませんので教えて頂きたく思います。又、別によい方法がございましたら、ご教授願います。

駆動条件は以下のようになります。

(1)PWMのドライブ電圧：DC30V（正転時0～+30Vの矩形波、逆転時0～-30Vの矩形波、）
(2)駆動周波数：23kHZ（固定）
(3)低速回転時のON Duty：10％（正転・逆転あり）
(4)高速回転時のON Duty：50％（正転のみ）

Answer

回答３さんがとても良いアドバイスをしていると思います。

私はこの分野の専門家ではないので間違っているかもしれませんが

エンコーダが、速度フィードバックをしているのであれば、
そのフィードバックを、
リミッタを掛けたい回転数のとき、
制御系が出力しようとする、高速回転しているような
情報にしてしまえば、解決できると思います。

ブラックボックス（制御系）内の基準値（指令値）と
フィードバック値が一致してしまえば、
それ以上、高速回転させようとしないとしないと思います。

Answer

TTLレベルなら
分周して　パルスを　半分にしてしまうの手っ取りばやいと思うんだが
http://www1.rcn.ne.jp/~nm-matsui/timer_n1.htm

考え方としては
DC30V　前で　分周　するんだと思う
電気やさんっじゃないので突っ込まれても　回答できないが

こんなことで悩むより
自前でPWM制御回路を用意したほうが
いいと思う

Answer

>ﾓｰﾀがどこまで移動したかはｴﾝｺｰﾀﾞで見ていますが、
エンコーダは位置フィードバックだけでなく
常識的に速度フィードバックもしてるのだと思う

仮に、本装置の外部に強引に速度制御装置を取り付けたとして
本装置は何時まで経っても速度が上がらないのでどんどん速度を上げようとする
そのうちに速度偏差過大異常となって停止する事は予測できます

もし速度偏差異常検出していないならそれなりに解決可能かも知れません
差し当たって、簡易的な実験として

１　モータ軸を負荷から切り離して主回路線も外して低速で回してみる
　　当然の如くそのままでは位置偏差異常にはなるが
　　位置偏差異常が出る前に手で回してあげれば位置偏差異常は回避できる
　　（当然の如く、指令速度に近い速度で手で回す必要があります）

もし、速度偏差異常を検出しているなら↑の実験は出来ません
　　そんな高精度に手で回す事は不可能です
　　つまり、即速度偏差異常が出て停止してしまいます

２　モータ軸に適当なプーリか何かを付けてに重りをぶら下げて回してみます
　　（クレーンみたいに）
　　空荷と適当な重りを載せた場合とで速度を実測してみます
　　重りを載せて速度が遅くなるなら速度制御はしていないので見込みは有ります
　　重りを載せても速度が変わらないなら速度制御してるので見込みは有りません

先ず上記を確認するのが先決と思います
もし何らかの外付け速度制御装置を入手できたとしてもそれは粗大ゴミに化けますので

Answer

毎度ＪＯです。
ＰＷＭ出力の信号に加工を行う事は、処理が煩雑になり安定性を出すのに苦労します。

ＰＷＭ出力平均電圧はON-OFFのデューティー比と電源電圧の積で計算されます
ON-OFFのデューティー比50％で30Vなら、出力平均電圧は15Vです。本件のモータは「電圧制御」されていると思われます、
そこで電源電圧（今回は30V）を低下させる事により、最高回転時の出力平均電圧を低下させる事が出来ます、
この場合最低出力電圧も低下しますし逆転時の電圧も低下しますが、回路に加える変更が最低限で済みます

22μSを13μSに低下させるなら、電源電圧を17.7Vにすれば希望の出力平均電圧が得られます。

毎度ＪＯです。
>>どうしても外付けの回路で逃げたいのですが
少し考えて見ましたが、ＰＷＭのデューティを加工するのは難易度が上がります

ＰＷＭを加工するのであれば、ドライブ回路も考えねばなりません
１）今回のモターの消費電流（最大時）は如何ほどでしょうか？
２）正転・逆転共に、ＰＷＭの制御する最低出力平均電圧が下がっても良しとしますか？

毎度JOです。
フィードバック制御してるとの事なので、ＰＷＭをいくらいじっても無駄な事です、正常なフィードバックが掛っていれば「修正」されてしまいます

今回はモーターの「最高回転数」を抑えたいと思われます、
本体制御部に手を加えたく無いのであれば、このフィードバック回路を「故意」にエラーさせなければなりません
手っ取り早くするなら、エンコーダーの信号パルスを1.5倍とか2倍にする事ですかね
使用されているロータリーエンコーダは。１相ですか２相ですか？
１相なら　FVコンバータ→電圧増幅→VFコンバータ
２相ですと更に複雑な制御が必要になります

毎度ＪＯです。
>>「今回はモーターの「最高回転数」を抑えたいと思われます」
>>→そうなのです。今回の一番の課題です。

最初の質問に「最高回転数を抑えたい」と明記下されば、
今回の様な回りくどいやり取りをせずに済んだかも知れません
「現状はこうで」「この様にしたい」と言う表現が、結果的に解決への近道です

システムの概要は略分かりましたが、１相のエンコーダーが何に使われているか現物を見なければ分かりません
仮に２相のパルス数が２倍に出来たとしても、１相のパルスもを加工しなければ目的が達成出来ない、なんて事にもなりかねません

投稿中では、コントローラ本体には手を付けたくない理由が書かれていませんが、
「コントローラ本体」に手を付けて壊した場合を危惧されているのですか？

「２相のパルス数を２倍にする」と言う事は、コントローラ本体が故障した場合自力で修理する
と同等の技術力が必要です

今回の投稿を読み込んで見ると、システムは業務で動作してそうなので、壊す訳にも行かないでしょう
フィードバックの掛ったシステムは、ボビー感覚で「ちょいちょい」と改修する事は難しいですね

私が、コントローラ本体には手を付けずに、外部でパルス変換するのならマイコンで設計します（但し１相パルスが解析出来ての話）

4046の内部VCOは、今回の様な低速パルスには使用出来ない様です
http://www.onsemi.jp/pub_link/Collateral/MC74HC4046A-D.PDF

Answer

基板内部には過電圧保護とか過電流保護、フィードバック制御また加速コントロールなどいろいろとあると思うので外部での改造はお勧めしません。
基板内部でのコントロールを推奨します。
使用しているICを調べれば解析できるはずです。

どうしても外付けの回路ということでしたら
とりあえず抵抗を入れてみたらどうでしょうか。
直列に入れると電流が減りますのでパワーを半分にすることも可能です。
ただし、熱が出ますので抵抗のワッテージに注意が必要です。
それで動作させてエラーがでるなら何らかの監視をしているかもしれませんので、そうなるとコントローラー自体を改造しないといけません。

DCモータのPWM制御回路について