JP2001045780A - モータの速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータへのエンコーダ取付精度の不具合に基
づく速度検出に現れる速度リップルの影響を受けない速
度制御をする。 【解決手段】 速度指令と検出速度の偏差をＰＩ演算す
る速度アンプを有する速度制御系において、速度検出器
（エンコーダ＋速度演算回路）４からの検出速度に含ま
れる速度リップルと逆位相の交流成分Ｓｉｎ（Ｈ−π−
△Ｚ）に乗算器６でゲイン回路７からのゲインＫを掛
け、加算器５で検出速度に加算器５で加算し、加算器５
から出力される検出速度に含まれる速度リップルが零と
なるように位相△Ｚ及びゲインＫを調節する。速度リッ
プルが零となるので、速度アンプから出力されるトルク
指令にトルクリップルが発生しない。このため、速度リ
ップルの影響を受けないモータの速度制御が可能とな
る。

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、速度検出リップ
ルに基づくトルクリップルがなくなるようにモータを制
御するモータの速度制御方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】モータの速度制御は図２３に示すよう
に、速度指令と検出速度の偏差を速度アンプ２を有する
ＰＩ速度制御系により速度偏差がなくなるように制御す
る。また、図２４に示すように、モータモデル部１１，
オブザーバゲイン部１２を用いて負荷トルク推定を行う
負荷トルクオブザーバ１０を含む速度制御系，或は図２
５に示すようにモータモデル部１１，オブザーバゲイン
部１２及びモデル速度平均処理部１３からなる速度推定
機能を持つ負荷トルクオブザーバ１０’を含む速度制御
系で制御している。

【０００３】モータ速度の検出は図２７に示すように、
モータシャフトに取付けたパルスピックアップ（エンコ
ーダ）４１とパルスピックアップのパルス列からモータ
速度を演算する速度演算回路４２とからなる速度検出器
４により検出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記パルスピックアッ
プはモータシャフトの正中心に正確に取付ける必要があ
るが、機械的精度の問題，取付方法によっては、正中心
より外れ、結果として検出速度誤差がでることになる。
この検出誤差は図２６に示すように、回転周期に同期し
た周波数の正弦波状の速度リップルとなって現れる。こ
の速度リップルは図２７に示すように速度偏差検出器１
を通り速度制御アンプ２で演算増幅されるので、速度制
御ループ内では顕著なトルクリップルを含んだトルク指
令となって現れる。

【０００５】この発明は、上記課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、検出速度に現れる
エンコーダの取付精度の不具合に基づく速度リップルを
打ち消し速度リップルの影響を受けない速度制御を可能
としたモータの速度制御方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、モータシャ
フトに取付けられたエンコーダとこのエンコーダパルス
から検出速度を演算する速度演算回路からなる速度検出
器と、速度指令と検出速度との偏差をＰＩ演算する速度
アンプを有するモータの速度制御装置において、速度検
出器から出力される検出速度に含まれる速度リップルと
逆位相の正弦波成分を演算する速度リップル補正演算部
と、この逆位相の正弦波成分を速度検出から出力される
検出速度に加算する手段を設け、逆位相の正弦波成分の
位相と振幅を調整することにより速度リップルのない速
度制御をすることを特徴とする。

【０００７】または、速度検出器から出力される検出速
度に含まれる速度リップルと逆位相の正弦波成分を演算
し、さらにこの逆位相の正弦波成分に速度検出器から出
力される検出速度に応じたゲインまたは速度リップル除
去後の検出速度に応じたゲインで重みづけをして重みづ
けした逆位相の正弦波成分を出力する速度リップル補正
演算部と、重みづけした逆位相の正弦波成分を速度検出
器から出力される検出速度に加算する手段とを有し、逆
位相の正弦波成分の位相と振幅および重みづけを調整す
ることによりモータ速度が変わっても速度リップルが発
生しないようにしたことを特徴とする。

【０００８】上記各装置の制御系は、ＰＩ速度制御系ま
たは負荷トルクオブザーバを含む速度制御系あるいはモ
デル速度平均処理部を持つ負荷トルクオブザーバを含む
速度制御系とすることができる。

【０００９】負荷トルクオブザーバを含む速度制御系に
適用する場合は、補正された検出速度を負荷トルクオブ
ザーバー及び／又はＰＩ演算部に適用することができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】モータの速度制御における速度リ
ップルはパルスピックアップ（エンコーダ）の取付誤差
によるものなので、モータの回転位相によりその大きさ
が決まる。そこで、エンコーダのＺ相信号（１回転に１
パルス決まった位相で出力する信号）を用いて回転位相
を把握し、その回転位相に基づいて速度リップルの補正
量を与え速度リップルを除去する。

【００１１】図１は、エンコーダのＺ相信号と速度検出
値を積分して得られる位相情報の関係を示したものであ
る。エンコーダのＺ相信号を用いれば、絶対回転位相が
把握できるので、これに基づき発生した速度リップルを
打ち消すように速度リップル成分と逆位相の正弦波成分
（補正量）を速度検出器の演算結果（検出速度）に重畳
する。（図２） 検出速度に重畳する補正量は、パルスピックアップの取
付誤差の程度や取付方法によっても影響を受けるので、
定量的に把握するのは難しい。そこで、実際にモータを
運転した時の補正後の速度リップルが零になるように補
正量の位相と振幅のゲインを調整してその補正量を決め
る。 実施の形態１ 図３に速度リップルの補正の方法のタイムチャートを、
図４に実施の形態１に係わるブロック図を示す。

【００１２】パルスピックアップの取付誤差による速度
リップルは、パルスピックアップのＺ相パルスと同期し
て現れる。従ってこのＺ相パルスを基準にして検出した
速度リップルと逆位相の速度リップル成分を補正後の成
分が零になるように調整する。

【００１３】補正量は（１）式で表される。

【００１４】 補正量＝Ｋ＊Ｓｉｎ（Ｈ−π−△Ｚ）………（１） Ｋ：補正量を決めるゲイン △Ｚ：Ｚ相パルスからの補正位相量 Ｈ：回転位相 図４に示すように、乗算器６，ゲイン回路７を有する速
度リップル補正演算部Ａと加算器５を設け、パルスピッ
クアップのＺ相パルスと同期した逆位相の速度リップル
成分Ｓｉｎ（Ｈ−π−△Ｚ）とゲイン回路７からのゲイ
ンＫを乗算器６で掛け、逆位相の速度リップル成分の位
相△ＺとゲインＫを調節して加算器５で速度検出器４か
らの検出速度の速度リップル成分が零となるように補正
して速度制御を行う。

【００１５】以下に実施の形態１にかかる実施例を示
す。

【００１６】実施例１ 図８に示すように、従来の図２３に示したＰＩ速度制御
系において、速度検出器４に加算器５を接続し、上記速
度リップル補正演算部Ａにより検出速度の速度リップル
成分がなくなるように補正して速度制御する。

【００１７】実施例２ 図９に示すように、従来の図２４に示した負荷トルクオ
ブザーバ１０を含む速度制御系において、速度検出器４
に加算器５を接続し、上記速度リップル補正演算部Ａに
より検出速度の速度リップル成分がなくなるように補正
して速度制御する。

【００１８】実施例３ 図１０に示すように従来の図２４に示した負荷トルクオ
ブザーバ１０を含む速度制御系において、減算器１６に
入力する検出速度を、速度検出器４と加算器１６との間
に加算器５を接続し、上記速度リップル補正演算部Ａに
より検出速度の速度リップル成分がなくなるように補正
して速度制御する。上記速度リップル補正演算部Ａと加
算器５を設けて検出速度の速度リップル成分がなくなる
ように補正して速度制御する。

【００１９】この場合、速度偏差検出器１には速度リッ
プルを含む検出速度が入力するので、速度アンプ２から
速度リップルを含むトルク指令が出力するが、オブザー
バゲイン部１２は減算器１５の出力が零となるように負
荷トルク推定値を加算器１４に出力するため、加算器１
４から出力されるトルク指令はトルクリップル成分が除
去されたものとなる。

【００２０】実施例４ 図１１に示すように従来の図２４に示した負荷トルクオ
ブザーバ１０を含む速度制御系において、速度偏差検出
器１に入力する検出速度のみを、速度検出器４と偏差検
出器１との間に加算器５を接続し、上記速度リップル補
正演算部Ａにより検出速度の速度リップル成分がなくな
るように補正して速度制御する。

【００２１】この場合、減算器１６には速度リップルを
含む検出速度が入力するが、加算器１４から出力される
トルク指令にはリップル成分が入ることはない。

【００２２】実施例５ 図１２に示すように従来の図２５に示したモデル速度平
均処理部１３を持つ負荷トルクオブザーバ１０’を含む
速度制御系において、速度検出器４に加算器５を接続
し、上記速度リップル補正演算部Ａにより検出速度の速
度リップル成分がなくなるように補正して速度制御す
る。 実施の形態２ 上記実施の形態１（図４）により速度リップルを補正す
る場合、リップルの周波数が低くなる低速領域で補正の
効果が現れない場合がある。この対策として実施の形態
２は、図４の補正方式に更に速度による重みづけを行う
ものである。図５にこの重みづけ関数の一例を、図６に
補正前の検出速度にて重みづけゲインＳを決めて速度リ
ップルの補正をする場合のブロック図を示す。

【００２３】補正量は（２）式で表される。

【００２４】 補正量＝Ｓ＊Ｋ＊Ｓｉｎ（Ｈ−π−△Ｚ）………（２） Ｓ：速度によって変わるゲイン Ｋ：補正する振幅器を決めるゲイン △Ｚ：Ｚ相パルスからの補正位相量 Ｈ：回転位相 図６に示すように、乗算器６，８とゲイン回路７及び重
み関数器９を有する速度リップル補正演算部Ｂと加算器
５を設ける。重みづけ関数器９は補正前の検出速度を入
力すると、図５の特性でゲインＳを出力する。このゲイ
ンＳは乗算器６から出力される位相及びゲインが調節さ
れた逆位相の速度リップル成分Ｋ＊Ｓｉｎ（Ｈ−π−△
Ｚ）に乗算器８で乗算され、加算器５で検出速度に加算
され、検出速度の速度リップルを補正する。

【００２５】検出速度の速度リップル成分はモータ速度
に比例するが、乗算器６から出力される逆位相の速度リ
ップル成分に重みづけ関数器９から出力されるモータ速
度に比例したゲインＳが乗算されているので、速度が変
化しても加算器５から速度リップル成分が出力されな
い。

【００２６】以下に実施の形態２にかかる実施例を示
す。

【００２７】実施例６ 図１３に示すように、従来の図２３に示したＰＩ速度制
御系において、速度検出器４に加算器５を接続し、上記
速度リップル補正演算部Ｂにより検出速度をその速度リ
ップル成分がなくなるように補正して速度制御する。

【００２８】実施例７ 図１４に示すように、従来の図２４に示した負荷トルク
オブザーバ１０を含む速度制御系において、速度検出器
４に加算器５を接続し、上記速度リップル補正演算部Ｂ
により検出速度を速度リップル成分が零となるように補
正して速度制御する。

【００２９】実施例８ 図１５に示すように従来の図２４に示した負荷トルクオ
ブザーバ１０を含む速度制御系において、減算器１６に
入力する検出速度を、速度検出器４と加算器１６との間
に加算器５を接続し、上記速度リップル補正演算部Ｂに
より検出速度を速度リップル成分が零となるように補正
して速度制御する。

【００３０】この場合、速度偏差検出器１には速度リッ
プルを含む検出速度が入力するので、速度アンプ２から
速度リップルを含むトルク指令が出力するが、オブザー
バゲイン部１２は減算器１６の出力が零となるように負
荷トルク推定値を加算器１４に出力するため、加算器１
４から出力されるトルク指令はトルクリップル成分が除
去されたものとなる。

【００３１】実施例９ 図１６に示すように従来の図２４に示した負荷トルクオ
ブザーバ１０を含む速度制御系において、速度偏差検出
器１に入力する検出速度のみを、速度検出器４と速度偏
差器１との間に加算器５を接続し、上記速度リップル補
正演算部Ｂにより検出速度を速度リップル成分が零とな
るように補正して速度制御する。

【００３２】この場合、減算器１６には速度リップルを
含む検出速度が入力するが、加算器１４から出力される
トルク指令にはリップル成分が入ることはない。

【００３３】実施例１０ 図１７に示すように従来の図２５に示したモデル速度平
均処理部１３を持つ負荷トルクオブザーバ１０’を含む
速度制御系において、速度検出器４と速度偏差器１との
間に加算器５を接続し、上記速度リップル補正演算部Ｂ
により検出速度を速度リップル成分が零となるように補
正して速度制御する。 実施の形態３ 図７に補正後の検出速度にて重みづけゲインＳを決めて
速度リップルの補正をする速度リップル補正演算部Ｃを
示す。上記実施の形態２（図６）は補正前の検出速度で
ゲインを決めているが、図７のように補正後の検出速度
でゲインを決めても図６の場合と同様に速度の変化に関
係なく速度リップルを除去することができる。

【００３４】以下に実施の形態３にかかる実施例を示
す。

【００３５】実施例１１ 図１８に示すように、従来の図２３に示したＰＩ速度制
御系において、速度検出器４に加算器５を接続し、上記
速度リップル補正演算部Ｃにより検出速度をその速度リ
ップル成分がなくなるように補正して速度制御する。

【００３６】実施例１２ 図１９に示すように、従来の図２４に示した負荷トルク
オブザーバ１０を含む速度制御系において、速度検出器
４に加算器５を接続し、上記速度リップル補正演算部Ｃ
により検出速度をその速度リップル成分がなくなるよう
に補正して速度制御する。

【００３７】実施例１３ 図２０に示すように従来の図２４に示した負荷トルクオ
ブザーバ１０を含む速度制御系において、減算器１６に
入力する検出速度を、速度検出器４と加算器１６との間
に加算器５を接続し、上記速度リップル補正演算部Ｃに
より検出速度をその速度リップル成分がなくなるように
補正して速度制御する。

【００３８】この場合、速度偏差検出器１には速度リッ
プルを含む検出速度が入力するので、速度アンプ２から
速度リップルを含むトルク指令が出力するが、オブザー
バゲイン部１２は減算器１６の出力が零となるように負
荷トルク推定値を加算器１４に出力するため、加算器１
４から出力されるトルク指令はトルクリップル成分が除
去されたものとなる。

【００３９】実施例１４ 図２１に示すように従来の図２４に示した負荷トルクオ
ブザーバ１０を含む速度制御系において、速度偏差検出
器１に入力する検出速度のみを、速度検出器４と加算器
１６との間に加算器５を接続し、上記速度リップル補正
演算部Ｃにより検出速度をその速度リップル成分がなく
なるように補正して速度制御する。

【００４０】この場合、減算器１６には速度リップルを
含む検出速度が入力するが、加算器１４から出力される
トルク指令にはリップル成分が入ることはない。

【００４１】実施例１５ 図２２に示すように従来の図２５に示したモデル速度平
均処理部１３を持つ負荷トルクオブザーバ１０’を含む
速度制御系において、速度検出器４と加算器１６との間
に加算器５を接続し、上記速度リップル補正演算部Ｃに
より検出速度をその速度リップル成分がなくなるように
補正して速度制御する。

【００４２】

【発明の効果】この発明は、上述のとおり構成されてい
るので、下記の効果を奏する。 （１）速度検出器からの速度リップルを補正し、トルク
リップルのない速度制御が可能となる。 （２）エンコーダのＺ相信号を用いて回転位相を把握
し、その回転位相に基づいて速度リップルの補正量を与
える方式となっているので、エンコーダをモータシャフ
トの正中心に取付調節する場合に比し簡単で手間を要し
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】速度検出器より得られ位相情報とＺ相パルスの
関係を示すタイムチャート。

【図２】速度検出器の取付誤差を補正した制御系の一例
を示すブロック図。

【図３】速度リップル補正方法を示すタイムチャート。

【図４】実施の形態１にかかる速度リップル補正ブロッ
ク図。

【図５】速度と速度リップル検出ゲインの関係を示すグ
ラフ。

【図６】実施の形態２にかかる速度リップル補正ブロッ
ク図。

【図７】実施の形態３にかかる速度リップル補正ブロッ
ク図。

【図８】実施例１にかかる速度制御ブロック図。

【図９】実施例２にかかる速度制御ブロック図。

【図１０】実施例３にかかる速度制御ブロック図。

【図１１】実施例４にかかる速度制御ブロック図。

【図１２】実施例５にかかる速度制御ブロック図。

【図１３】実施例６にかかる速度制御ブロック図。

【図１４】実施例７にかかる速度制御ブロック図。

【図１５】実施例８にかかる速度制御ブロック図。

【図１６】実施例９にかかる速度制御ブロック図。

【図１７】実施例１０にかかる速度制御ブロック図。

【図１８】実施例１１にかかる速度制御ブロック図。

【図１９】実施例１２にかかる速度制御ブロック図。

【図２０】実施例１３にかかる速度制御ブロック図。

【図２１】実施例１４にかかる速度制御ブロック図。

【図２２】実施例１５にかかる速度制御ブロック図。

【図２３】従来例１にかかる速度制御ブロック図。

【図２４】従来例２にかかる速度制御ブロック図。

【図２５】従来例３にかかる速度制御ブロック図。

【図２６】速度検出に現れる速度リップルを説明するグ
ラフ。

【図２７】従来速度制御系の一例を示すブロック図。

【符号の説明】

２…速度アンプ ４…速度検出器 ７…ゲイン回路 ９…重み関数器 １１…モータモデル部 １２…オブサーバゲイン部 １３…モデル速度平均処理部 Ｍ…モータ Ａ，Ｂ，Ｃ…速度検出補正演算部

フロントページの続き (72)発明者 吉田 康宏 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 小玉 貴志 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 森 雅之 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 Ｆターム(参考） 5H004 GA07 GA40 HA08 HB08 JA04 JB03 JB15 JB17 JB22 JB29 JB30 KB02 KB04 MA19 5H550 BB06 DD01 GG03 JJ04 JJ24 JJ25 KK08 LL07 9A001 KK32

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータシャフトに取付けられたエンコー
   ダとこのエンコーダパルスから検出速度を演算する速度
   演算回路からなる速度検出器と、速度指令と検出速度と
   の偏差をＰＩ演算する速度アンプを有するモータの速度
   制御装置において、 速度検出器から出力される検出速度に含まれる速度リッ
   プルと逆位相の正弦波成分を演算する速度リップル補正
   演算部と、 この逆位相の正弦波成分を速度検出器から出力される検
   出速度に加算する手段を設け、 逆位相の正弦波成分の位相と振幅を調整することにより
   検出速度に含まれる速度リップルを補正し、速度リップ
   ルのない速度制御をすることを特徴とするモータの速度
   制御装置。
2. 【請求項２】 モータシャフトに取付けられたエンコー
   ダとこのエンコーダパルスから検出速度を演算する速度
   演算回路からなる速度検出器と、速度指令と検出速度と
   の偏差をＰＩ演算する速度アンプを有するモータの速度
   制御装置において、 速度検出器から出力される検出速度に含まれる速度リッ
   プルと逆位相の正弦波成分を演算し、さらにこの逆位相
   の正弦波成分に速度検出器から出力される検出速度に応
   じたゲインで重みづけをして重みづけした逆位相の正弦
   波成分を出力する速度リップル補正演算部と、 この重みづけされた逆位相の正弦波成分を速度検出器か
   ら出力される検出速度に加算する手段とを有し、 逆位相の正弦波成分の位相と振幅および重みづけを調整
   することによりモータ速度が変わっても速度リップルの
   ない速度制御をすることを特徴とするモータの速度制御
   装置。
3. 【請求項３】 モータシャフトに取付けられたエンコー
   ダとこのエンコーダパルスから検出速度を演算する速度
   演算回路からなる速度検出器と、速度指令と検出速度と
   の偏差をＰＩ演算する速度アンプを有するモータの速度
   制御装置において、 速度検出器から出力される検出速度に含まれる速度リッ
   プルと逆位相の正弦波成分を演算し、さらにこの逆位相
   の正弦波成分に速度リップル除去後の検出速度に応じた
   ゲインで重みづけををして重みずけした逆位相の正弦は
   成を出力する速度リップル補正演算部と、 この重みづけされた逆位相の正弦波成分を速度検出器か
   ら出力される検出速度に加算する手段とを有し、 逆位相の正弦波成分の位相と振幅および重みづけを調整
   することにより広範囲に渡って速度リップルのない速度
   制御系を構成することを特徴とするモータの速度制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 速度制御系は負荷トルクオブザーバを含み、補正された
   検出速度は負荷トルクオブザーバー用と速度アンプ用の
   速度偏差検出器に入力することを特徴とするモータの速
   度制御方式。
5. 【請求項５】 請求項１において、 速度制御系は負荷トルクオブザーバを含み、補正された
   検出速度は負荷トルクオブザーバー用の速度偏差検出器
   のみに入力されることを特徴とするモータの速度制御方
   式。
6. 【請求項６】 請求項１において、 速度制御系は負荷トルクオブザーバを含み、補正された
   検出速度は速度アンプ用の速度偏差検出器のみに入力さ
   れることを特徴とするモータの速度制御方式。
7. 【請求項７】 請求項１において、 速度制御系はモデル速度平均処理部を持つ負荷トルクオ
   ブザーバを含むことを特徴とするモータの速度制御方
   式。
8. 【請求項８】 請求項２において、 速度制御系は負荷トルクオブザーバを含み、補正された
   検出速度は負荷トルクオブザーバー用と速度アンプ用の
   速度偏差検出器に入力することを特徴とするモータの速
   度制御方式。
9. 【請求項９】 請求項２において、 速度制御系は負荷トルクオブザーバを含み、補正された
   検出速度は負荷トルクオブザーバー用の速度偏差検出器
   のみに入力されることを特徴とするモータの速度制御方
   式。
10. 【請求項１０】 請求項２において、 速度制御系は負荷トルクオブザーバを含み、補正された
    検出速度は速度アンプ用の速度偏差検出器のみに入力さ
    れることを特徴とするモータの速度制御方式。
11. 【請求項１１】 請求項２において、 速度制御系はモデル速度平均処理部を持つ負荷トルクオ
    ブザーバを含むことを特徴とするモータの速度制御方
    式。
12. 【請求項１２】 請求項３において、 速度制御系は負荷トルクオブザーバを含み、補正された
    検出速度は負荷トルクオブザーバー用と速度アンプ用の
    速度偏差検出器に入力されることを特徴とするモータの
    速度制御方式。
13. 【請求項１３】 請求項３において、 速度制御系は負荷トルクオブザーバを含み、補正された
    検出速度は負荷トルクオブザーバー用の偏差検出器のみ
    に入力されることを特徴とするモータの速度制御方式。
14. 【請求項１４】 請求項３において、 速度制御系は負荷トルクオブザーバを含み、補正された
    検出速度は速度アンプ用の速度偏差検出器のみに入力さ
    れることを特徴とするモータの速度制御方式。
15. 【請求項１５】 請求項３において、 速度制御系はモデル速度平均処理部を持つ負荷トルクオ
    ブザーバを含むことを特徴とするモータの速度制御方
    式。