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新コアBOOKS シリーズ 5 【シリーズ一覧へ】

DCモータ活用の実践ノウハウ

ビギナーのための制御回路設計入門

谷腰 欣司 著
A5判 240ページ
定価2,376円(税込)
JAN9784789832779

2000年4月20日発行

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■ 正誤情報


 DCモータは電池で動く機器のほとんどに使われている一般的な部品です.動力の必要なプラモデルにはほとんど小形のDCモータが入っています.電池をつなげばすぐに動くDCモータですが,これを,回転数やトルクを一定にして安定に動かすには,電子回路の力を借りなければなりません.
 DCモータに関する書籍も世の中にはいっぱいありますが,制御回路に焦点をしぼって解説したものはあまり見かけません.本書では,DCモータの基本特性から始まり,回転数を安定にするためのサーボ技術を紹介し,PWMによるドライブ法,正逆転制御などを解説しています.動作原理をわかりやすく解説するために,まずディスクリート素子を使って説明し,さらに現実的な回路としてICを使った例を紹介しています.マイコンを使ってDCモータを制御することが多いので,その制御の実例をアセンブラで記述して理解の助けとしています.


目次

第1章 DCモータの基本特性を学ぶ
 ●モータの種類とその分類
  モータの大きさと出力パワーの関係 / モータの入力電力とは /
  モータの出力を数式で表す / DCモータの構造 /
  モータにはいろいろな専門用語がある
 ●モータの回転特性を確かめる
  トルク対回転数の特性を見る / モータの電流波形を観察する
 ●モータの回転数を変えるには
  回転数を抵抗で切り替える / 回転数をダイオードで切り替える /
  電流増幅トランジスタを加える / OPアンプを使う
 ●モータを制御するための基礎知識
  モータは発電機 / 逆起電圧を観測する / モータの基本特性 /
  回転数とトルクと電流の相関関係 / モータの電流と回転数を算出するには
 ●モータを正逆転する方法

第2章 回転数を制御する方法
 ●回転数を安定化するための考え方
  モータ内部の電圧降下を補償する考え方 / サーボ技術の利用
 ●モータの回転数を検出する方法
  モータ電流のリプルを測定して回転数を検出する /
  モータの逆起電圧を利用して回転数を検出する /
  直流発電機(DCタコジェネレータ)による回転数の検出 /
  ACタコジェネレータと周波数発電機による回転数の検出 /
  光学式回転数センサを使った回転数の検出
 ●モータのトルクとは
 ●モータの特性をトルク計で測ると
 ●市販モータの特性を測る

第3章 モータ自身の特性を利用した回転数の検出と制御
 ●ブリッジ・サーボ(電子ガバナ)による回転数の安定化
  ブリッジ回路の働き / ブリッジ・サーボを模疑する /
  ブリッジ・サーボ回路の実際 / トランジスタを使ったブリッジ・サーボ /
  トランジスタによる実用回路の実験
 ●比例電流制御による回転数の安定化
  比例電流制御の考え方 / 実現するための具体的な回路 /
  ICを使った具体的な設計例 / 比例電流制御法はモータ選びが決め手 /
  モータの定数は温度によって変化する
 <コラム> 上手なモータの選び方-制御には機械的な時定数の小さいモータを選ぶ

第4章 サーボ技術を使って本格手的に回転数を制御する
 ●回転の安定化を考える…DCサーボ
  DCサーボで回転数を安定にする方法 / トランジスタによるシンプルな構成を考える /
  トランジスタによる本格的なDCサーボ回路 / OPアンプによるDCサーボ回路
 ●DCサーボをさらに進めたF-Vサーボ
  FGサーボの基本構成 / F-Vコンバータの構成 /
  実際のF-Vサーボの構成 / F-Vサーボの実用設計例
 ●F-Vサーボ専用ICを使ったモータ制御回路
 ●F-V制御専用ICを使った定速制御回路
 ●実験で学ぶF-V制御回路
  各部の信号波形

第5章 安定性の高いディジタル制御法
 ●ディジタル・サーボとは
  ディジタル制御とアナログ制御 / ディジタル制御法のいろいろ
 ●比較制御をディジタル的に処理するPLL制御とは
  一般のPLLとモータ制御に使われるPLLの違い / PLL制御の基本的な考え方 /
  PLL制御とFGサーボを組み合わせる / クォーツ・ロックのPLL制御
 ●PLL制御のやさしい理論
 ●モータ制御回路の設計例
  PLL制御モータの実験 / PLL制御にはロック範囲がある /
  Fサーボ,PサーボのD-Aコンバータ / 回転数は水晶発振周波数で決まる /
  PLL制御回路の各部の信号波形 / オールインワン型のPLL ICを使う

第6章 サーボ系の感度と安定度を高める技術
 ●サーボ系のゲインを決めるには
  モータの基本特性を確認する / 負荷変動率を抑えるためのゲインは /
  必要なゲインは負荷変動率の逆数
 ●過渡的な特性を改善するには
  モータ単体の応答特性 / サーボ系を作ると二次遅れ系になってしまう /
  二次遅れ系の制御特性 / 位相補償を行うには / 位相進み回路の構成方法
 ●実験で確かめてみよう
  位相補償がない場合 / 適切な位相補償を施すと / 位相補償が十分でない場合
 ●現実的な位相補償
  外乱にも周波数特性がある / FGサーボにおける実例 / 位相の遅れ,進み補償 /
  ステップ応答で調べるのが効果的 / サーボ系のボード線図とは
 ●DCモータの立ち上がり特性と伝達関数
  DCモータの特性 / モータの伝達関数とは / KM,ωMの求め方

第7章 PWM制御によるモータの省力化ドライブ法
 ●PWM(Pulse Width Modulation)とは
  モータをパルスで動かしてみる / モータに高速パルス列を加えてみる /
  スイッチング制御の利点 / 回転数はデューティ・サイクルで制御する
 ●汎用ICで構成したPWM回路
 ●PWMによる実際の効率アップを確かめてみる
  リニアな制御の消費電力 / PWM制御時の消費電力 /
  実際の効率アップはどのくらいになっているか
 <コラム> モータの出力と効率
 ●専用ICを使ったPWM制御回路の設計

第8章 位置決め制御への応用……モータの正逆転制御
 ●モータを正転,逆転させる技術
  2電源を使う場合の基本回路 / 1電源で正転,逆転を行うには /
  専用ICも使いやすくなっている
 ●モータのシャフト位置を検出する技術
 ●位置決め制御の実際
  ポテンショメータによる位置決め制御
 <コラム> 位置決め制御に適したモータ
 ●位置決め制御系の簡単な理論
 ●正逆転回路のいろいろ
  OPアンプとパワー・トランジスタの正逆転回路 /
  モータの正逆転制御ICを使った駆動回路 /
  厚膜ハイブリッドICを使った正逆転制御回路
 <コラム> Cool MOS FETとは

第9章 マイコンによるモータ制御の基礎知識
 ●マイコンをどう使うか
  もっとも簡単なON/OFF制御 / マイコンによる典型的な回転数の制御 /
  マイコンによる位置決め制御
 ●マイコンとモータのインターフェース
  I/Oポートの準備 / モータのON/OFF制御 /
  D-Aコンバータによるモータの駆動 /
  FGおよびシャフト・エンコーダとのインターフェース /
  絶対位置を検出するアブソリュート・エンコーダ
 ●マイコンに適した位置検出センサ
  …相対位置検出であればインクリメンタル・エンコーダが使える
 ●位置検出用エンコーダとマイコンのインターフェース

第10章 マイコンによるモータ制御の実際
 ●KC80シリーズ・マイコンを使ったモータ制御
 ●DCモータをパルス電圧で駆動する
  モータ制御のためのシステム構成 / パルス・ドライブのしかた /
  ソフトウェアで制御するためのプログラムの書き方 /
  モータ・ドライバにおける割り込み処理 / 実際のマイコンを使った制御回路
 ● D-Aコンバータを使ったDCモータの回転数制御
  全体構成のブロック図 / マイコン制御のDCモータ駆動回路 /
  プログラムの実行時の動作 / 回転数制御の基本的な考え方 /
  メモリ・マップ・イメージとプログラムの概要 / プログラム全体の流れ /
  回転数制御のための制御データの演算 / プログラムの動作と説明

第11章 実用に役立つモータ制御のノウハウ
 ●ノイズの発生を抑えるには
 ●電子回路側の電源変動を抑えるには
 ●起動時のラッシュ電流を抑えるには
 ●立ち上がり時間を速くするには
 ●ブレーキ作用をつけるには
  ブレーキをかける原理 / 逆起電圧を積極的に利用する
 ●ステップおよび低速駆動の方法
 ●トランジスタの電力負担を小さくするには
 ●電源と直接接続する場合の保護対策
 ●電池で動かす場合の注意点
 ●電源の極性に依存しない一定方向回転のモータ
 ●モータにタコジェネレータ機能をもたせる時分割駆動法
 ●複数のモータの同期運転

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