JP2000069778A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機速度をフィードバック制御する場合の
速度検出誤差を、できる限り抑制し得るようにする。 【解決手段】 速度検出器４に対してローパスフィルタ
（ＬＰＦ）５０３を設けることにより速度検出値の高周
波成分を抑制するとともに、トルク制御手段モデル５０
４と電動機モデル５０５とを設けて電動機速度を推定す
ることにより、ＬＰＦ５０３を設けたことによる遅れの
補償を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電動機速度を高
精度に制御可能な制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置の従来例を図５に示す。す
なわち、商用電源１，インバータ２，電動機３，速度検
出器４および速度指令を受けてインバータ２に電力供給
指令を与える制御装置５等から構成される。また、制御
装置５は速度検出器４からの速度検出値Ｎｄｅｔを速度
指令値Ｎ^* に追従させる速度調節器５０１と、この速度
調節器５０１の出力であるトルク指令値よりインバータ
２への電力供給指令を演算するトルク調節器５０２とか
ら構成されている。なお、図５を伝達関数で示すと図６
のようになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電動機の速度検出器と
しては、パルスエンコーダ（ＰＥとも略記する）が良く
用いられるが、ＰＥの分解能やデューティずれによる検
出ノイズや、信号伝送経路に混入する信号ノイズによ
り、速度検出器の出力である速度検出値に誤差が含ま
れ、この誤差を含む速度検出値を速度指令値に追従させ
るよう制御装置が動作するため、電動機の速度リプルや
トルクリプルが発生する。特に、早い応答が要求される
サーボモータの場合には、速度検出周期を短くする必要
があるため、ＰＥの１パルスに対する速度検出値の変化
量が大きくなり、速度リプルやトルクリプルの振幅が大
きくなるという問題が発生している。

【０００４】図７に速度検出器にＰＥを用いた場合の速
度検出周期と速度検出値との関係を示す。同図（ａ）は
速度検出周期がＴｓ、同図（ｂ）はＴｓ／２の場合を示
している。なお、これは、速度検出周期内の電動機の位
置変化量が微小な場合の例であり、速度検出値は速度検
出周期内の位置変化量を検出周期で除した値として表わ
される。つまり、速度検出周期が半分になれば１パルス
当たりの速度検出値が２倍になるため、速度応答を早め
るために速度検出周期を早くすると速度検出値の変化が
急激となり、この速度検出値を速度指令値に追従させよ
うと速度調節器が動作することから、トルク指令値にリ
プルが発生し、電動機の速度リプルやトルクリプルが発
生する、というわけである。

【０００５】このため、従来は、高分解能，高精度で高
価な速度検出器を用い、このような速度リプルやトルク
リプルの抑制を図るようにしているのが普通である。し
たがって、この発明の課題は高価な速度検出器を用いる
ことなく、速度リプルやトルクリプルの抑制を図ること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項１の発明では、電動機と、この電動機の速
度検出手段と、電動機の速度指令値と前記速度検出手段
よりの速度検出値とから電動機のトルク指令値を求める
速度制御手段と、そのトルク指令値にもとづき前記電動
機を制御するトルク制御手段とを備えた電動機制御装置
において、前記速度検出値を入力されるローパスフィル
タと、前記トルク指令値を入力される電動機のトルク制
御手段モデルと、このトルク制御手段モデルの出力から
電動機速度を推定する電動機モデルと、この電動機モデ
ルの出力である速度推定値を入力されるハイパスフィル
タと、このハイパスフィルタの出力と前記ローパスフィ
ルタの出力とを加算する加算手段とを設け、この加算手
段の出力を前記速度制御手段に入力するようにしてい
る。

【０００７】請求項２の発明では、電動機と、この電動
機の速度検出手段と、電動機の速度指令値と前記速度検
出手段からの速度検出値とから電動機のトルク指令値を
求める速度制御手段と、そのトルク指令値にもとづき前
記電動機を制御するトルク制御手段とを備えた電動機制
御装置において、前記速度検出値を入力されるローパス
フィルタと、前記トルク指令値から電動機速度を推定す
る電動機モデルと、この電動機モデルの出力である速度
推定値を入力されるハイパスフィルタと、このハイパス
フィルタの出力と前記ローパスフィルタの出力とを加算
する加算手段とを設け、この加算手段の出力を前記速度
制御手段に入力するようにしている。上記請求項１また
は２の発明においては、前記ローパスフィルタ，ハイパ
スフィルタの時定数をそれぞれほぼ等しくすることがで
きる（請求項３の発明）。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図である。図５に示すものとの相違点は、
制御装置５内に、速度検出値を入力されるローパスフィ
ルタ（ＬＰＦとも略記する）５０３、トルク指令値を入
力される電動機のトルク制御手段モデル５０４、このモ
デル５０４の出力から電動機速度を推定する電動機モデ
ル５０５、このモデル５０５の出力である速度推定値を
入力されるハイパスフィルタ（ＨＰＦとも略記する）５
０６、上記ＬＰＦ５０３の出力とＨＰＦ５０６の出力と
を加算する加算器５０７等を付加した点にある。

【０００９】すなわち、速度検出器４により速度検出値
が得られ、ＬＰＦ５０３により速度検出値の高周波成分
が抑制され、トルク制御手段モデル５０４と電動機モデ
ル５０５とにより電動機の速度推定値が得られ、ＨＰＦ
５０６によりＬＰＦ５０３の出力の遅れを補償する値が
得られ、加算器５０７によりＬＰＦ５０３の出力とＨＰ
Ｆ５０６の出力とが加算され、速度調節器５０１におい
て加算器５０７の出力を速度指令値に追従させるために
必要なトルク指令値が演算され、トルク調節器５０２に
て電力供給指令値が演算され、インバータ２にて商用電
源から電力供給指令値に従う電力が電動機３に供給さ
れ、電動機３が駆動される。

【００１０】図１の如く構成する根拠について、以下に
説明する。まず、従来例を示す図５を伝達関数で表現し
た図６において、速度実際値Ｎと速度検出値Ｎｄｅｔと
の間に、 Ｎｄｅｔ＝Ｎ＋ΔＮ …（１） なる関係があるものとする。なお、ΔＮは速度検出誤差
である。ここで、Ｇａｓｒ（ｓ）を速度調節器の伝達関
数、σをトルク制御手段の遅れ、Ｊを電動機のイナーシ
ャとして、速度指令値（Ｎ^* ）と速度実際値（Ｎ）との
関係を示すと、図６から、 Ｎ＝Ｇａｓｒ（ｓ）・Ｎ^* ／｛（１＋ｓσ）ｓＪ＋Ｇａｓｒ（ｓ）｝ …（２） Ｎ＝−Ｇａｓｒ（ｓ）・ΔＮ／｛（１＋ｓσ）ｓＪ＋Ｇａｓｒ（ｓ）｝ …（３） なる関係が成立する。

【００１１】これに対し、図１を伝達関数を用いて表現
すると、図２のようになる。この図２において、Ｔ_L を
ＬＰＦの時定数、Ｔ_H をＨＰＦの時定数として、ＮとＮ
^* ，ＮとΔＮとの間にはそれぞれ次式のような関係が成
立する。 Ｎ＝Ｇａｓｒ（ｓ）・（１＋ｓＴ_L ）（１＋ｓＴ_H ）・Ｎ^* ／〔（１＋ｓσ）ｓＪ（１＋ｓＴ_L ）（１＋ｓＴ_H ）＋Ｇａｓｒ（ｓ）× ｛ｓＴ_H （１＋ｓＴ_L ）＋（１＋ｓＴ_H ）｝〕 …（４） Ｎ＝−Ｇａｓｒ（ｓ）・（１＋ｓＴ_H ）・ΔＮ ／〔（１＋ｓσ）ｓＪ（１＋ｓＴ_L ）（１＋ｓＴ_H ）＋Ｇａｓｒ（ｓ）× ｛ｓＴ_H （１＋ｓＴ_L ）＋（１＋ｓＴ_H ）｝〕 …（５）

【００１２】ここで、ＬＰＦの時定数，ＨＰＦの時定数
を等しくＴ₀ とすると、（４）式は（６）式、（５）式
は（７）式にそれぞれ変形できる。 Ｎ＝Ｇａｓｒ（ｓ）・Ｎ^* ／｛（１＋ｓσ）ｓＪ＋Ｇａｓｒ（ｓ）｝ …（６） Ｎ＝｛１／（１＋ｓＴ₀ ）｝〔−Ｇａｓｒ（ｓ）・ΔＮ／｛（１＋ｓσ）ｓＪ ＋Ｇａｓｒ（ｓ）｝〕 …（７） すなわち、（６）式は（２）式と等しく、（７）式は
（３）式に時定数Ｔ₀ のＬＰＦが追加されたものと等し
くなる。このことは、図１のように構成することで、速
度指令値に対する速度応答を損なうことなく、速度検出
誤差に対する速度応答の影響を緩和できることを示して
いる。また、ＬＰＦの時定数，ＨＰＦの時定数が互いに
ほぼ等しい場合でも、その効果は変わらないことを示し
ている。

【００１３】図３はこの発明の第２の実施の形態を示す
構成図である。この例の図１との相違点は、トルク指令
値を入力とする電動機のトルク制御手段モデル５０４を
省略した点にある。したがって、ここでは電動機の速度
推定値を電動機モデル５０５から得るようにしている。
すなわち、トルク制御手段の遅れσとＬＰＦの時定数Ｔ
_L が充分離れている場合、次の（８）式が成立する。 ｛１／（１＋ｓσ）｝・｛１／（１＋ｓＴ_L ）｝ ≒１／｛１＋ｓ（σ＋Ｔ_L ）｝ …（８） そこで、図１からトルク制御手段モデル５０４を省略し
て、図３の如くする代わりにＨＰＦ５０６として、 Ｔ₀ ’＝σ＋Ｔ_L …（９） で表わされるような時定数Ｔ₀ ’を持つものを用いるこ
とにより、図１の場合と同様の効果を得ようとするもの
である。

【００１４】図４はこの発明の第３の実施の形態を説明
するブロック線図である。これは、図１と等価なブロッ
ク線図となる構成を示している。このような構成にして
も、その効果は変わらない。このことは、図３と等価な
ブロック線図となる構成を用いた場合も同様である。

【００１５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、速度検出値の
高周波成分を抑制するＬＰＦを入れることで、速度検出
誤差による速度検出値の急激な変化を抑制し、速度リプ
ルやトルクリプルの発生を抑制することが可能となり、
電動機のトルク制御手段モデルと電動機モデルとにより
電動機速度を推定することで、ＬＰＦの遅れを補償する
ことが可能となる。請求項２の発明によれば、速度検出
値の高周波成分を抑制するＬＰＦを入れることで、速度
検出誤差による速度検出値の急激な変化を抑制し、速度
リプルやトルクリプルの発生を抑制することが可能とな
り、電動機モデルにより電動機速度を推定することで、
ＬＰＦの遅れを補償することが可能となる。請求項３の
発明によれば、請求項１，２の発明において、ＬＰＦの
時定数とＨＰＦの時定数とをそれぞれほぼ等しくするこ
とで、ＬＰＦによる速度検出遅れの成分を補正すること
ができ、速度指令に対する速度応答を損なうことなく速
度制御を実現できるなどの利点がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図２】図１を伝達関数で表現したブロック図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図４】図２と等価な伝達関数ブロック図である。

【図５】従来例を示す回路図である。

【図６】図５を伝達関数で表現したブロック図である。

【図７】速度検出周期と速度検出値との関係説明図であ
る。

【符号の説明】

１…商用電源、２…インバータ、３…電動機、４…速度
検出器、５…制御装置、５０１…速度調節器、５０２…
トルク調節器、５０３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、
５０４…トルク制御手段モデル、５０５…電動機モデ
ル、５０６…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、５０７…加
算器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機と、この電動機の速度検出手段
   と、電動機の速度指令値と前記速度検出手段よりの速度
   検出値とから電動機のトルク指令値を求める速度制御手
   段と、そのトルク指令値にもとづき前記電動機を制御す
   るトルク制御手段とを備えた電動機制御装置において、 前記速度検出値を入力されるローパスフィルタと、前記
   トルク指令値を入力される電動機のトルク制御手段モデ
   ルと、このトルク制御手段モデルの出力から電動機速度
   を推定する電動機モデルと、この電動機モデルの出力で
   ある速度推定値を入力されるハイパスフィルタと、この
   ハイパスフィルタの出力と前記ローパスフィルタの出力
   とを加算する加算手段とを設け、この加算手段の出力を
   前記速度制御手段に入力することを特徴とする電動機制
   御装置。
2. 【請求項２】 電動機と、この電動機の速度検出手段
   と、電動機の速度指令値と前記速度検出手段からの速度
   検出値とから電動機のトルク指令値を求める速度制御手
   段と、そのトルク指令値にもとづき前記電動機を制御す
   るトルク制御手段とを備えた電動機制御装置において、 前記速度検出値を入力されるローパスフィルタと、前記
   トルク指令値から電動機速度を推定する電動機モデル
   と、この電動機モデルの出力である速度推定値を入力さ
   れるハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出力
   と前記ローパスフィルタの出力とを加算する加算手段と
   を設け、この加算手段の出力を前記速度制御手段に入力
   することを特徴とする電動機制御装置。
3. 【請求項３】 前記ローパスフィルタ，ハイパスフィル
   タの時定数をそれぞれほぼ等しくすることを特徴とする
   請求項１または２のいずれかに記載の電動機制御装置。