JP3019359B2 - Detection method of instantaneous rotation speed of motor - Google Patents

Detection method of instantaneous rotation speed of motor

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JP3019359B2
JP3019359B2 JP02105446A JP10544690A JP3019359B2 JP 3019359 B2 JP3019359 B2 JP 3019359B2 JP 02105446 A JP02105446 A JP 02105446A JP 10544690 A JP10544690 A JP 10544690A JP 3019359 B2 JP3019359 B2 JP 3019359B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、静止電力変換器を介して電動機などの負
荷に電力を供給し、電動機のトルク,回転速度を制御す
るマイクロプロセッサを用いたディジタル制御装置にお
いて、該電動機の瞬時速度を求める際に用いた好適な電
動機の瞬時回転速度検出方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a digital using a microprocessor which supplies electric power to a load such as an electric motor via a static electric power converter and controls the torque and the rotation speed of the electric motor. The present invention relates to a suitable method for detecting an instantaneous rotational speed of a motor used in obtaining an instantaneous speed of the electric motor in a control device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

サーボモータの回転形位置検出器の代表例としてのエ
ンコーダの一つにインクリメント形エンコーダがある。
これは、例えば光学式のものであると、光線の投光素子
と受光素子の間に、板面に光を通すスリットを構成され
た回転円板を配置し、該回転円板がモータの回転と共に
回転するにつれて、スリットのある個所では光を通し、
ない個所では光を遮断するようにしておき、その光の通
過、遮断の回数から、回転により通過するスリット数を
単純にカウントするものである。
One of the encoders as a typical example of a rotary position detector of a servomotor is an incremental encoder.
In the case of an optical type, for example, a rotating disk having a slit through which light passes through a plate surface is arranged between a light emitting element and a light receiving element, and the rotating disk rotates the motor. As it rotates with, light passes through where there is a slit,
Light is cut off at places where there is no light, and the number of slits passing by rotation is simply counted based on the number of times the light passes and is cut off.

かかるインクリメント形エンコーダを用いて電動機の
回転速度を検出する方法として以下の従来方法がある。
As a method for detecting the rotation speed of the electric motor using such an incremental encoder, there is the following conventional method.

(イ)一定の測定時間内に到来するエンコーダからのス
リット数カウント結果を表わす入力パルスを積算計数す
る方法 (ロ)入力パルスが所定個数計数される間に発生する高
周波の一定周期に基準パルスの個数を計数し、この計数
した基準パルスの個数の逆数を計算する方法 (ハ)一定時間(T)内に到来するエンコーダからの入
力パルスの個数(Q)と、一定時間経過直前の入力パル
ス到来時点から一定時間経過時点までの間に発生した高
周波の一定周期の基準パルスの個数(P)とを計数し、
一定時間ごとに、基準パルスの個数(P)の前回の計数
値Pn-1および今回の計数値Pnと、入力パルスの個数
(Q)の今回の計数値Qnとから なる演算により速度を検出する方法(特開昭58−48868
号公報参照) (ニ)一定時間(T)以内にエンコーダからのパルスが
到来している間は上記(ハ)の方式と同一原理に基づい
た方法で速度を検出し、一定時間(T)以内にエンコー
ダからのパルスが到来しなくなる低速では上記(ハ)の
方式では速度が検出できなくなるため、以下の方法によ
り速度を推定検出する方法。
(B) A method of integrating and counting input pulses representing the result of counting the number of slits coming from an encoder within a certain measurement time. (Ii) A reference pulse is generated at a constant frequency of a high frequency generated while a predetermined number of input pulses are counted. Counting the number and calculating the reciprocal of the counted number of reference pulses (c) The number (Q) of input pulses from the encoder arriving within a certain time (T) and the arrival of input pulses immediately before the lapse of a certain time Counting the number (P) of high-frequency fixed-cycle reference pulses generated between the time and a certain time;
At regular time intervals, the number of reference pulses (P) from the previous count value Pn- 1 and the current count value Pn, and the number of input pulses (Q) from the current count value Qn A method of detecting the speed by an arithmetic operation (see Japanese Patent Application Laid-Open No.
(D) While a pulse from the encoder arrives within a certain time (T), the speed is detected by a method based on the same principle as the method (c), and within a certain time (T) Since the speed cannot be detected by the method (c) at a low speed at which the pulse from the encoder does not arrive, the speed is estimated and detected by the following method.

すなわち低速での速度検出方法として、エンコーダパ
ルスが発生した時点ごとに負荷トルクを推定し、すなわ
ち、(i+1)番目のエンコーダパルスが発生した時点
において、 n1(i):i〜(i+1)番目のエンコーダパルス発生時
点間のモータ速度の平均値 1(i):n1(i)の推定値 kp,ki:比例、積分ゲイン の演算を行い、一定時間(T)ごとに、負荷トルク推定
を一定として、速度推定値fを次のようにして求める
(一般に 印を付したものは推定値を示す)。すなわち J:電動機のイナーシャ τr(i,j):トルク指令値 Tn:エンコーダパルス間隔 f(i,j):速度検出値が得られた時点からjTs期間経
過後の時点の速度推定値(「速度推定オブザーバを用い
たディジタルサーボ」電気学会論文誌D 107巻12号参
照) 以上の従来方法において、方法(イ)〜(ハ)はすべ
て計測時間内の平均速度値を検出しているため、速度制
御ループ内に平均化による無駄時間(平均値が求まった
時点と速度が実際にその平均値をとっている時点との間
のずれ)が発生し、更に従来方法(ニ)では速度が低下
して一定時間(T)とエンコーダの発生パルスの周期が
近ずくにつれて検出の無駄時間の変化幅が大きくなり、
これらが制御性能を低下させる原因となっている。
That is, as a speed detection method at a low speed, the load torque is estimated every time an encoder pulse is generated. That is, at the time when the (i + 1) th encoder pulse is generated, n1 (i): Average value of motor speed between the generation points of the i-th (i + 1) th encoder pulse 1 (i): Estimated value of n1 (i) kp, ki: Calculate proportional and integral gain (T), load torque estimated value Is fixed, the speed estimation value f is obtained as follows (generally, Those marked with indicate estimated values). Ie J: Inertia of the motor τr (i, j): Torque command value Tn: Encoder pulse interval f (i, j): Speed estimation value at the time after the elapse of jTs from the time when the speed detection value was obtained (“speed estimation Digital Servo Using Observer ”, IEEJ Transactions on Electronics, Vol. 107, No. 12) In the conventional methods described above, all of the methods (a) to (c) detect the average speed value within the measurement time. A dead time due to the averaging (a difference between the time when the average value is obtained and the time when the speed actually takes the average value) occurs in the loop, and the speed decreases in the conventional method (d). As the fixed time (T) approaches the period of the pulse generated by the encoder, the range of change in the dead time of detection increases,
These cause the control performance to deteriorate.

平均化による無駄時間というのは次のようなことを云
うのである。
The dead time due to the averaging means the following.

第6図において、速度が時間に対して直線的に変化し
ているものとし、或るタイミングt1において速度がAで
あり、次のタイミングt2において速度がBであるとする
と、その平均値は(A+B)/2である。しかし、この平
均値が求まる時点はタイミングt2であるが、速度が実際
に(A+B)/2である時点は、tMである。
In FIG. 6, assuming that the speed changes linearly with respect to time, the speed is A at a certain timing t1, and the speed is B at the next timing t2, the average value is ( A + B) / 2. However, the time when the average value is obtained is the timing t2, and the time when the speed is actually (A + B) / 2 is tM.

つまり平均化により平均値(A+B)/2を得た時点
(タイミングt2)というのは、速度が実際に平均値(A
+B)/2を示している時点(タイミングtM)とはΔt
(=t2−tM)だけの時間遅れがあるということであり、
この時間遅れΔtを無駄時間という。無駄時間Δtが大
きいほど、実際の速度値とのずれが大きくなるわけであ
り、速度を検出して行う制御にとって制御性能の低下を
もたらす原因になる。
In other words, the point in time when the average value (A + B) / 2 is obtained by averaging (timing t2) means that the speed is actually the average value (A
+ B) / 2 (at timing tM) is Δt
(= T2-tM).
This time delay Δt is called dead time. The larger the dead time Δt is, the larger the deviation from the actual speed value is, which causes a decrease in control performance for control performed by detecting the speed.

また一定時間(T)とエンコーダの発生パルスの周期
が近づくにつれて検出の無駄時間の変化幅が大きくなる
というのは次のようなことを云うのである。
The reason why the change width of the detection dead time increases as the fixed time (T) approaches the period of the pulse generated by the encoder is as follows.

第7図(a)において、或るタイミングt1と次のタイ
ミングt2との間(一定時間T)における平均値というの
は、タイミングt1の直前に到来したパルス(エンコーダ
の発生パルス)からタイミングt2が経過するまでに到来
したパルスまでのパルス個数の時間平均値、つまり期間
Lの間の平均値を云うこととしているので、その平均値
の検出タイミングは本来tLであるべき所を、タイミング
t2で検出しているので、その間にΔtの時間遅れ(無駄
時間)を発生している。
In FIG. 7 (a), the average value between a certain timing t1 and the next timing t2 (constant time T) means that the timing t2 starts from the pulse (encoder generated pulse) that arrives immediately before the timing t1. Since the time average value of the number of pulses up to the arriving pulse, that is, the average value during the period L, is referred to, the detection timing of the average value should be tL.
Since detection is performed at t2, a time delay of Δt (dead time) occurs during the detection.

第7図(b)は、一定時間(T)とエンコーダの発生
パルスの周期が近づいてきた場合を示しており、その結
果、同様にして発生する無駄時間Δtが同じ一定時間T
(タイミングt1と次のタイミングt2との間)に対して相
対的に拡大していることが認められるであろう。このよ
うに無駄時間Δtの幅が変化することを指して上述のよ
うに云うのである。
FIG. 7 (b) shows a case where the period of the generated pulse of the encoder is approaching the fixed time (T), and as a result, the dead time Δt similarly generated is the same fixed time T.
It will be noted that the expansion is relatively large with respect to (between timing t1 and the next timing t2). As described above, the width of the dead time Δt is changed as described above.

また、上記(ニ)の方法では、一定時間(T)以内に
エンコーダからのパルスが到来している間は従来の
(ハ)方式と同一原理に基づいた方法で速度を検出して
いるので上記に述べた問題があり、更に低速での速度を
推定する方法では、上記(4)式で示すように、エンコ
ーダパルス間隔(Tn)内の一定時間(T)ごとに求めた
速度推定値を積算した値をエンコーダパルス間隔(Tn)
で除した値を平均速度の推定値としているため、エンコ
ーダパルスの発生時点と速度推定演算時点との非同期に
よる演算誤差が発生し、正確に速度を推定できないとい
っと問題点がある。
In the above method (d), the speed is detected by a method based on the same principle as the conventional method (c) while the pulse from the encoder arrives within the fixed time (T). In the method of estimating the speed at a lower speed, the speed estimation value obtained at every fixed time (T) within the encoder pulse interval (Tn) is integrated as shown in the above equation (4). Value obtained is the encoder pulse interval (Tn)
Is used as the estimated value of the average speed, a calculation error occurs due to the asynchronous between the point of generation of the encoder pulse and the point of time of the speed estimation calculation, and there is a problem that the speed cannot be estimated accurately.

そこで上記でのべた、 (a)一定時間(T)以内にエンコーダからのパルスが
到来している時に発生する問題、 すなわち、平均速度値を検出しているために発生する
無駄時間、および速度が低下して一定時間(T)とエン
コーダの発生パルスの周期が近ずくにつれて発生する検
出の無駄時間の変化幅の増大により、制御性能が低下す
る、 (b)一定時間(T)以内にエンコーダからのパルスが
到来しなくなる低速で発生する問題、 すなわち、一定時間(T)ごとに正確に速度が推定検
出できない、 という問題を解決するため、特願昭63−156697号におい
て、以下に述べる如き電動機の瞬時回転速度検出方法が
提案されている。
Therefore, as described above, (a) the problem that occurs when a pulse from the encoder arrives within a certain time (T), that is, the dead time and the speed that occur due to detection of the average speed value are: The control performance decreases due to an increase in the variation width of the detection dead time which occurs as the period of the generated pulse decreases and the period of the pulse generated by the encoder approaches. (B) From the encoder within the predetermined time (T) In order to solve the problem that occurs at a low speed at which no pulse arrives, that is, the problem that the speed cannot be accurately estimated and detected at regular time intervals (T), Japanese Patent Application No. 63-156697 discloses a motor as described below. Has been proposed.

この検出方法は、電動機の回転軸に取り付けられたイ
ンクリメント形エンコーダが発生したパルスを予め定め
られた一定期間Tsにおいてカウントして積算する積算手
段と、或るサンプルタイミングの経過直前の入力パルス
(エンコーダパルス)の到来時点(パルスの立ち上がり
エッジ)から当該タイミングパルスの経過時点までの時
間長を計測する時間長計測手段と、前記積算手段による
パルスの積算値と前記時間長計測手段により計測された
時間長を用いて電動機の平均回転速度を演算する演算手
段と、電動機の負荷電流検出手段と、検出した負荷電流
値と前記演算手段により求めた平均回転速度から或るサ
ンプルタイミングにおける電動機の瞬時回転速度を推定
演算する推定演算手段とにより実行される。
This detecting method includes an integrating means for counting and integrating pulses generated by an increment type encoder attached to a rotating shaft of a motor for a predetermined period Ts, and an input pulse (encoder immediately before a lapse of a certain sample timing). Pulse), a time length measuring means for measuring a time length from the arrival time (rising edge of the pulse) to the elapse of the timing pulse, an integrated value of the pulse by the integrating means, and a time measured by the time length measuring means. Calculating means for calculating the average rotation speed of the motor using the length, load current detection means for the motor, and the instantaneous rotation speed of the motor at a certain sample timing from the detected load current value and the average rotation speed obtained by the calculation means. And an estimating operation means for estimating the operation.

この既提案にかかる電動機の瞬時回転速度検出方法で
は、先ず電動機の平均的回転速度を演算する必要がある
が、第12図はその演算手法の原理説明図である。
In the method for detecting the instantaneous rotational speed of the electric motor according to the already proposed method, it is necessary to first calculate the average rotational speed of the electric motor. FIG. 12 is a diagram illustrating the principle of the operation method.

第12図を参照する。予め定められた一定期間Tsにおい
てインクリメント形エンコーダが発生したエンコーダパ
ルス1〜Piをカウントして積算する積算手段によりその
積算値Piを得る。また或るサンプルタイミングの経過直
前の入力パルス(エンコーダパルス)の到来時点(パル
スの立ち上がりエッジ)から当該タイミングパルスの経
過時点までの時間長を計測する時間長計測手段により、
そのタイミングパルスとして(i)を選択したときの時
間長tiと、タイミングパルスとして(i+1)を選択し
たときの時間長ti+1を求め、電動機の平均回転速度を演
算する演算手段において、以下の(5)式により、サン
プルタイミング(i+1)における時間Tdiの間の平均
回転速度Viを求める。
Referring to FIG. An integrated value Pi is obtained by an integrating means for counting and integrating the encoder pulses 1 to Pi generated by the increment type encoder during a predetermined period Ts. Further, time length measuring means for measuring the time length from the arrival time (rising edge of the pulse) of the input pulse (encoder pulse) immediately before the lapse of a certain sample timing to the lapse of the timing pulse,
A calculating means for calculating a time length t i when (i) is selected as the timing pulse and a time length t i + 1 when selecting (i + 1) as the timing pulse, and calculating the average rotation speed of the electric motor, The average rotation speed Vi during the time T di at the sample timing (i + 1) is obtained by the following equation (5).

Vi=K(Pi/Tdi) ……(5) 但し、K:演算定数 Tdi:時間長(=Ts+ti−ti+1) ……(6) このようにして先ず電動機の平均的回転速度を演算す
る。
Vi = K (Pi / T di ) (5) where K: operation constant T di : time length (= Ts + t i −t i + 1 ) (6) In this way, first, the average rotation of the motor is performed. Calculate the speed.

次に検出した負荷電流値と上記の演算手段により求め
た平均回転速度からサンプルタイミングでの瞬時回転速
度を推定演算する手段の作用を以下の手順で説明する。
Next, the operation of the means for estimating and calculating the instantaneous rotation speed at the sample timing from the detected load current value and the average rotation speed obtained by the calculation means will be described in the following procedure.

(1) 瞬時回転速度を推定演算するための前提条件 (2) 電動機の機械系の連続時間系での状態方程式,
出力方程式 (3) 上記(1),(2)から離散時間系の状態方程
式,出力方程式の導出 (4) 上記(3)から瞬時回転速度を推定演算する方
法 (5) 一定時間(T)以内にエンコーダからのパルス
が到来しなくなる速度での瞬時回転速度を推定演算する
方法 (6) 速度演算時間による無駄時間の影響を補償する
ための、瞬時回転速度を推定演算する方法 (7) 速度演算時間による無駄時間の影響を補償する
ための、一定時間(T)以内にエンコーダからのパルス
が到来しなくなる低速での瞬時回転速度を推定演算する
方法 以下、順を追って説明する。
(1) Prerequisites for estimating and calculating the instantaneous rotational speed (2) State equation in continuous time system of the mechanical system of the motor,
Output equation (3) Derivation of state equation of discrete time system and output equation from (1) and (2) above (4) Method of estimating and calculating instantaneous rotational speed from above (3) (5) Within fixed time (T) (6) Method for estimating and calculating instantaneous rotation speed at a speed at which pulses from the encoder no longer arrive (6) Method for estimating and calculating instantaneous rotation speed to compensate for the effect of dead time due to speed calculation time (7) Speed calculation A method for estimating and calculating the instantaneous rotation speed at a low speed at which no pulse from the encoder arrives within a certain time (T) in order to compensate for the effect of the dead time due to time.

(1) 瞬時回転速度を推定演算するための前提条件 サンプル点間の速度実際値n(t)、速度サンプル点
(i),(i+1),…、前述した時間長Tdi(以下単
に時間長ということがある)、検出した速度平均値との
関係を第8図に示す。一般に制御系の応答周波数に対し
て、制御のサンプル周期(Ts)を十分に小さく設定して
いるので、次の仮定が成り立つと考えてもよい。
(1) Preconditions for estimating and calculating the instantaneous rotational speed The actual speed n (t) between the sample points, the speed sample points (i), (i + 1) ,. FIG. 8 shows the relationship with the detected speed average value. Generally, since the control sample period (Ts) is set sufficiently small with respect to the response frequency of the control system, the following assumption may be satisfied.

(a) 前述した時間長(Tdi)内の速度の変化はほぼ
一定 すなわち、時間長(Tdi)の平均値Vi(〔i〕とお
く)は、サンプル点(i)からmiTs時間経過した点での
瞬時値と見做してもよい。(時間長Tdiの1/2時点での瞬
時値に等しい) (b) 相隣接する時間長はほぼ一定 すなわち、 Tdi-1TdiTdi+1Td ただし、Td(1−mi+mi+1)Ts ……(7) とおける。
(A) substantially constant change in speed within the aforementioned time length (T di) That is, (put a [i]) mean value Vi of time length (T di) is the sample point from (i) m i Ts time It may be regarded as an instantaneous value at a point where the time has passed. (Equal to the instantaneous value at half the time length T di ) (b) Adjacent time lengths are almost constant. That is, T di-1 T di T di + 1 T d where T d (1-m i + m i + 1 ) Ts (7)

更に、電動機の電流制御系は一次遅れで近似でき、し
かも機械時定数(TM)と電流制御系の時定数(Ta)と
の関係は、TM≫Taであるため、以下の線形化を行って
も速度に与える影響は少ない。すなわち、サンプル点
(i)と(i+1)との間のトルク電流iT(t)を、サ
ンプル点(i),(i+1)での電流検出値i〔i〕,i
〔i+1〕をもちいて iT(t)=i〔i〕(1−t/Ts)+i〔i+1〕/Ts ……(8) で表すことができる。ただし、時間tはサンプル点
(i)からの経過時間である。
Further, since the current control system of the motor can be approximated by a first-order lag, and the relationship between the mechanical time constant (TM) and the time constant (Ta) of the current control system is TM≫Ta, the following linearization is performed. Also has little effect on speed. That is, the torque current i T (t) between the sample points (i) and (i + 1) is converted to the detected current values i [i], i at the sample points (i) and (i + 1).
Using [i + 1], it can be expressed as i T (t) = i [i] (1-t / Ts) + i [i + 1] / Ts (8) Here, the time t is the elapsed time from the sample point (i).

(2) 電動機の機械系の連続時間系での状態方程式,
出力方程式 電動機の機械系のブロック線図を第9図に、入力変数
を電動機のトルク電流iT(t)、出力変数を速度n
(t)、状態変数を速度、外乱トルクτ(t)とおい
た場合の連続時間系の状態方程式、出力方程式を式(9
a,9b)に示す。ただしu(t)は入力ベクトル、y
(t)は出力ベクトル、x(t)は状態ベクトルを表わ
す。
(2) State equation of the mechanical system of the motor in a continuous time system,
Output equation The block diagram of the mechanical system of the motor is shown in FIG. 9, the input variable is the torque current i T (t) of the motor, and the output variable is the speed n.
(T), the state variable is velocity, and the disturbance torque τ d (t) is the continuous-time state equation and the output equation are as follows:
a, 9b). Where u (t) is an input vector, y
(T) represents an output vector, and x (t) represents a state vector.

(t)=Acx(t)+bcu(t) ……(9a) y(t)=ccx(t) ……(9b) ただし、 dτ(t)/dt=0 ……(10) x(t)=〔n(t),τ(t)〕 (Tは転置行列を意味する) ……(11) u(t)=iT(t) ……(12) y(t)=n(t) ……(13) bc=〔φ/TM 0〕 ……(15) cc=〔1 0〕 ……(16) τはトルク、nは回転速度、iTはトルク電流(負荷
電流)、φは磁束、TMは機械時定数 (3) 上記(1),(2)項から離散時間系の状態方
程式,出力方程式の導出 連続時間系の状態方程式(9a)の解は、初期時間t0
の状態変数x(t0)と連続な入力u(t)により で与えられる。ここで、t0=iTd,t=(i+1)Tdを代
入すると式(17)は式(18)となる。
(T) = A c x ( t) + b c u (t) ...... (9a) y (t) = c c x (t) ...... (9b) However, dτ d (t) / dt = 0 ...... (10) x (t) = [n (t), τ d (t)] T (T means transposed matrix) (11) u (t) = i T (t) (12) y (t) = n (t) (13) b c = [φ / TM 0] (15) c c = [10] (16) τ d is torque, n is rotation speed, i T is torque current (load current), φ is magnetic flux, TM machine time constant (3) above (1), (2) the state equation of the discrete-time system from claim, the solution of the derived continuous-time state equation of output equation (9a), the state variable at the initial time t 0 x (t0) and continuous input u (t) Given by Here, when t 0 = iT d and t = (i + 1) T d are substituted, Expression (17) becomes Expression (18).

ただし、〔i+1〕、〔i〕はそれぞれ第8図に
おける仮想サンプル点(i)′,(i+1)′での状態
変数を表す。なお仮想サンプル点というのは、第8図か
ら分かるように、実際のサンプル点とサンプル点との間
に位置し、その間の平均速度に丁度一致するタイミング
(時点)のことで、これをこのように呼んだのである。
Here, [i + 1] and [i] represent the state variables at the virtual sample points (i) ′ and (i + 1) ′ in FIG. 8, respectively. As can be seen from FIG. 8, the virtual sample point is a timing (time point) that is located between the actual sample point and the sample point and exactly coincides with the average speed therebetween. I called.

式(8)を式(18)を代入して変形すると、 とおくと式(21a),(21b)で示す状態方程式、出力方
程式が得られる。
By transforming equation (8) by substituting equation (18), Then, a state equation and an output equation represented by equations (21a) and (21b) are obtained.

〔i+1〕=A(i)+bU〔i〕 ……(21a) 〔i〕=c〔i〕 ……(21b) ただし、〔i〕=〔〔i〕,〔i〕〕 ……(22) 〔i〕=〔i〕 ……(23) b=〔φTd/TM 0〕 ……(25) c=〔1 0〕 ……(26) 〔i〕:(i+mi)Ts時点つまり仮想サンプル点での
速度の瞬時値(=サンプル点(i+1)で検出できる速
度平均値) 〔i〕:(i+mi)Ts時点つまり仮想サンプル点で
の外乱トルクの瞬時値(=サンプル点(i+1)で検出
できる外乱トルクの平均値) (4) 上記(3)項から瞬時回転速度を推定演算する
方法 上記式(21a),(21b)において(c,A)は可観測で
あることが明らかであるため、外乱トルクのオブザーバ
が構成できる。ここでは、文献(B.Gopinath,「On the
Control of Linear Multiple Input−Output Syst
ems」The Bell System Technical Journal Vol.50,N
o.3(1971))に基づき最小次元オブザーバを設計する
と、仮想状態変数を(27a)式のように置いて、外乱ト
ルクの推定値は式(27b)で求まる。
[I + 1] = A (i) + bU [i] (21a) [i] = c [i] (21b) where [i] = [[i], d [i]] T () 22) [i] = [i] ... (23) b = [φTd / TM 0] ... (25) c = [1 0] ... (26) [i] :( i + m i) the instantaneous value of the velocity at Ts time clogging virtual sampling point (= sample point (i + 1 D ) [i]: (i + m i ) instantaneous value of disturbance torque at Ts, that is, a virtual sample point (= average value of disturbance torque detectable at sample point (i + 1)). Method for estimating and calculating the instantaneous rotation speed from the term (3) Since it is clear that (c, A) is observable in the above equations (21a) and (21b), an observer of the disturbance torque can be configured. Here, the literature (B. Gopinath, “On the
Control of Linear Multiple Input-Output Syst
ems '' The Bell System Technical Journal Vol.50, N
When a minimum-dimensional observer is designed based on o.3 (1971), the estimated value of the disturbance torque is obtained by equation (27b), with the virtual state variables set as in equation (27a).

したがって、サンプル点(i+1)での推定値〔i
+1〕は、式(17)から、 で表せる。
Therefore, the estimated value [i at the sample point (i + 1)
+1] is given by equation (17). Can be represented by

式(28)からサンプル点(i+1)での外乱トルク推
定値 瞬時速度推定値(〔i+1〕)が次の(29),(30)
式のように求まる。
From equation (28), the estimated disturbance torque at the sample point (i + 1) The instantaneous speed estimated value ([i + 1]) is calculated by the following (29) and (30).
It is found like an expression.

(5) 一定時間(T)以内にエンコーダからのパルス
が到来しなくなる速度での瞬時回転速度を推定演算する
方法 サンプル点間の速度実際値n(t)、速度サンプル点
(i,0),(i,1),…(i,j),…(i+1,0),…、時
間長(この場合は仮想サンプル点から次の仮想サンプル
点までの時間長)、検出した速度平均値との関係を第14
図に示す。式(20),(21),(30)のアルゴリズムを
以下のように変更する。
(5) Method for estimating and calculating the instantaneous rotation speed at a speed at which no pulse from the encoder arrives within a fixed time (T), the actual speed n (t) between the sample points, the speed sample point (i, 0), (I, 1), ... (i, j), ... (i + 1,0), ..., the time length (in this case, the time length from the virtual sample point to the next virtual sample point), and the detected speed average value Relationship No. 14
Shown in the figure. The algorithm of equations (20), (21), and (30) is changed as follows.

(a) 時間長(仮想サンプル点から次の仮想サンプル
点までの時間長)Tdを次のように置く。
(A) The time length (time length from the virtual sample point to the next virtual sample point) Td is set as follows.

Td(nai+1+nbi−mi+mi+1)Ts ……(31) (b) 式(20)のU〔i〕を次のように置く。Td (n ai + 1 + n bi −m i + m i + 1 ) Ts (31) (b) U [i] in Expression (20) is set as follows.

(c) 式(30)の〔i+1〕(=〔i+1,j〕)
を次のように置く。
(C) [i + 1] (= [i + 1, j]) in equation (30)
As follows.

ただし、〔i+1,j〕はパルスが存在し平均速度が
求められたサンプル点後の瞬時速度の推定値を表す。
Here, [i + 1, j] represents an estimated value of the instantaneous speed after the sample point at which the pulse is present and the average speed is obtained.

(6) 速度演算に要する時間が無駄時間として及ぼし
影響を補償するための、瞬時回転速度を推定演算する方
法 演算に要する時間をmc(既知)としてmi≧mc,mi<mc
の場合のサンプル点間の速度実際値n(t)、速度サン
プル点(i),(i+1),…、時間長、検出した速度
平均値との関係を第10(a),(b)図にそれぞれを示
す。式(20),(30)のアルゴリズムを以下のように変
更する。
(6) for the time required for speed calculation to compensate for the effects exerted as dead time, m i ≧ mc the time required for the method operations for estimating the instantaneous rotational speed as mc (known), m i <mc
The relationship between the actual speed n (t) between sample points, the speed sample points (i), (i + 1),..., The time length, and the detected speed average value in the case of FIG. Are shown below. The algorithm of equations (20) and (30) is changed as follows.

〔(6)−1〕mi≧mcの時 (a) 式(20)のU〔i〕を次のように置く。[(6) -1] When m i ≥ mc (a) Put U [i] in equation (20) as follows.

ただし、サンプル値(i)″と(i+1)″との間の
トルク電流iT(t)を、サンプル点(i)″,(i+
1)での電流検出値i〔i〕″,i〔i+1〕″をもちい
て iT(t)=i〔i〕″〔1−t/((1−mc)Ts)〕 +i〔i+1〕t/((1−mc)Ts) ……(36) で表し、式(36)を求めた。(時間tはサンプル点
(i)″からの経過時間である。) (b) 式(30)の〔i+1〕(=〔i+1〕″)
を次のように置く。
However, the torque current i T (t) between the sample values (i) ″ and (i + 1) ″ is changed to the sample points (i) ″, (i +
Using the current detection values i [i] ″, i [i + 1] ″ in 1), i T (t) = i [i] ″ [1-t / ((1-mc) Ts)] + i [i + 1] t / ((1-mc) Ts) Expression (36) was obtained by the expression (36) (time t is the elapsed time from the sampling point (i) ″) (b) Expression (30) ) Of [i + 1] (= [i + 1] ″)
As follows.

ただし、〔i+1〕″はサンプル点(i+1)″時
の速度の推定値を表す。
Here, [i + 1] ″ represents the estimated value of the velocity at the sample point (i + 1) ″.

〔(6)−2〕mi<mcの時 (a) 式(20)のU〔i〕を次のように置く。[(6) -2] When m i <mc (a) U [i] in equation (20) is set as follows.

ただし、式(35)により式(37)を求めた。 However, the equation (37) was obtained from the equation (35).

(b) 式(30)の〔i+1〕(=〔i+1〕″を
次のように置く。
(B) [i + 1] (= [i + 1] ″ in Equation (30) is set as follows.

ただし、〔i+1〕″はサンプル点(i+1)″時
の速度の推定値を表す。
Here, [i + 1] ″ represents the estimated value of the velocity at the sample point (i + 1) ″.

(7) 速度演算に要する時間が無駄時間として及ぼす
影響を補償するための、一定時間(T)以内にエンコー
ダからのパルスが到来しなくなる低速での瞬時回転速度
を推定演算する方法 mi≧mc,mi<mcの場合のサンプル点間の速度実際値n
(t)、速度サンプル点(i),(i+1),…、時間
長、検出した速度平均値との関係を第16(a),(b)
図にそれぞれ示す。式(20),(30)のアルゴリズムを
以下のように変更する。
(7) A method for estimating and calculating the instantaneous rotational speed at a low speed at which no pulse from the encoder arrives within a certain time (T) for compensating the effect of the time required for the speed calculation as a dead time m i ≧ mc , m i <mc, actual speed n between sample points
(T), the relationship between the speed sample points (i), (i + 1),..., The time length, and the detected speed average value are shown in 16 (a) and (b).
Each is shown in the figure. The algorithm of equations (20) and (30) is changed as follows.

〔(7)−1〕mi≧mcの時 (a) 時間長Tdとしては次の如くである。[(7) -1] When m i ≥ mc (a) The time length Td is as follows.

式(31)と同一〔すなわちTd(nai+1+nbi−mi+m
i+1)Ts〕 (b) 式(20)のU〔i〕を次のように置く。
Same as equation (31) [Td (n ai + 1 + n bi −m i + m
i + 1 ) Ts] (b) U [i] in equation (20) is set as follows.

ただし、式(36)を用いて求めた。 However, it was determined by using equation (36).

(c) 式(30)の〔i+1〕(=〔i+1,
j〕″)を次のように置く。
(C) [i + 1] in equation (30) (= [i + 1,
j] ″) as follows.

ただし、〔i+1,j〕″はパルスが存在し平均速度
が求められたサンプル点後の瞬時速度の推定値を表す。
Here, [i + 1, j] ″ represents an estimated value of the instantaneous speed after the sample point at which the pulse exists and the average speed is obtained.

〔(7)−2〕mi<mcの時 (a) 時間長Tdとしては次の如くである。[(7) -2] When mi <mc (a) The time length Td is as follows.

式(31)と同一〔すなわちTd(nai+1+nbi−mi+m
i+1)Ts〕 (b) 式(20)のU〔i〕を次のように置く。
Same as equation (31) [Td (n ai + 1 + n bi −m i + m
i + 1 ) Ts] (b) U [i] in equation (20) is set as follows.

ただし、式(36)を用いて求めた。 However, it was determined by using equation (36).

(c) 式(30)の〔i+1〕(=〔i+1,
0〕″)を次のように置く。
(C) [i + 1] in equation (30) (= [i + 1,
0] ″) as follows.

ただし、〔i+1,j〕はパルスが存在し平均速度が
求められたサンプル点の瞬時速度の推定値を表す。
Here, [i + 1, j] represents the estimated value of the instantaneous speed at the sample point where the pulse exists and the average speed is obtained.

第11図は上述の既提案にかかる検出方法を実施するた
めの装置の一例を示すブロック図、第12図はそれらの動
作波形を示す波形図である。
FIG. 11 is a block diagram showing an example of a device for implementing the detection method according to the above-mentioned proposal, and FIG. 12 is a waveform diagram showing operation waveforms of the devices.

これらの図において、1は電動機軸に取り付けられた
インクリメント形エンコーダであり、回転速度に比例し
た周波数を有したパルスを発生する。2は波形整形回路
であり、エンコーダ1からのパルスを一定時間幅の矩形
パルスに整形する。3は入力パルスカウント回路であ
り、波形整形回路2の出力パルスをカウントする。4は
基準パルスカウント回路であり、基準パルスA(第12図
に示すタイミングクロック)をカウントする。5,6はラ
ッチ回路であり、サンプルタイミングパルスBによる保
持指令によりカウント回路3,4の計数内容を保持する。
In these figures, reference numeral 1 denotes an increment type encoder attached to a motor shaft, which generates a pulse having a frequency proportional to a rotation speed. Reference numeral 2 denotes a waveform shaping circuit which shapes a pulse from the encoder 1 into a rectangular pulse having a fixed time width. An input pulse counting circuit 3 counts output pulses of the waveform shaping circuit 2. Reference numeral 4 denotes a reference pulse counting circuit, which counts reference pulses A (timing clock shown in FIG. 12). Latch circuits 5 and 6 hold the count contents of the count circuits 3 and 4 in response to a hold command by the sample timing pulse B.

7はタイマ回路であり、基準パルスAを予め定めた時
間(Ts)に相当する個数だけをカウントするごとにサン
プルタイミングパルスBを出力するとともに、このサン
プルタイミングパルスBによりラッチ回路5,6がカウン
ト回路3,4の計数内容を正常に保持するに足りるだけの
僅かな時間遅れで補助タイミングパルスCを発生する。
補助タイミングパルスCはカウント回路3の零クリア信
号として使用される。カウンタ回路4は入力パルスの変
化により零クリアされる。
Reference numeral 7 denotes a timer circuit, which outputs a sample timing pulse B each time the reference pulse A is counted by a number corresponding to a predetermined time (Ts), and the latch circuits 5, 6 are counted by the sample timing pulse B. The auxiliary timing pulse C is generated with a slight time delay sufficient to hold the count contents of the circuits 3 and 4 normally.
The auxiliary timing pulse C is used as a zero clear signal of the count circuit 3. The counter circuit 4 is cleared to zero by a change in the input pulse.

8はCPU、9はメモリである。電動機の回転速度ある
いはトルクを制御するためには、これら以外にハードウ
ェアが必要であるが、ここでは瞬時速度を検出するのに
必要な最低限のハードウェアを示している。
8 is a CPU and 9 is a memory. In order to control the rotation speed or the torque of the electric motor, other hardware is required. However, here, the minimum hardware necessary to detect the instantaneous speed is shown.

第13図の既提案にかかる瞬時速度検出方法のプログラ
ムのフローチャートを示す。これは瞬時速度を検出する
ためのプログラムを示し、電動機の速度制御を行うのに
必要な制御プログラムは除いてある。このプログラムに
従って詳細の動作を説明する。
13 shows a flowchart of a program of the instantaneous speed detection method according to the proposed method of FIG. This shows a program for detecting the instantaneous speed, and excludes a control program necessary for controlling the speed of the electric motor. The detailed operation will be described according to this program.

いま、サンプル点(i+1)での割り込み信号がCPU8
に与えられたとすると、速度制御プログラムを実行する
前にCPU8は第13図のプログラムを実施し、瞬時速度を演
算する。先ず、トルク電流i〔i+1〕を検出する。そ
の後、ラッチ回路5の内容である入力パルス積算値(P
i)を読み込み、この値が1以上かどうかを判定する、
すなわちサンプル点間にエンコーダ1からの出力パルス
(以下、エンコーダパルスと云うことがある)があった
かどうかを判定する。サンプル点間にエンコーダパルス
があった場合、ラッチ回路6の内容である積算時間(t
i+1)を読み込み、メモリの中に用意してあるペンディ
ングフラグがあるかどうか、すなわち前回はサンプル点
間にエンコーダパルスがあったかどうかをチェックす
る。
Now, the interrupt signal at the sample point (i + 1) is
, Before executing the speed control program, the CPU 8 executes the program of FIG. 13 to calculate the instantaneous speed. First, a torque current i [i + 1] is detected. Then, the input pulse integrated value (P
i) to determine whether this value is 1 or more,
That is, it is determined whether or not there is an output pulse from the encoder 1 (hereinafter, sometimes referred to as an encoder pulse) between sample points. If there is an encoder pulse between the sample points, the integrated time (t
i + 1 ) is read to check whether there is a pending flag prepared in the memory, that is, whether there was an encoder pulse between sample points last time.

ペンディングフラグがない場合、平均速度を演算式
(5)により求める。その後、サンプル点間にエンコー
ダパルスがあった時のサンプル点から次の同一状態、す
なわちサンプル点間にエンコーダパルスがあった時のサ
ンプル点までのサンプル点数(第14図のnTi)、サンプ
ル点間にエンコーダパルスがあった時のサンプル点から
平均速度を瞬時値とみなした場合にその瞬時値が存在す
るサンプル点間の次のサンプル点までのサンプル点数
(第14図nai),およびその他のサンプル点数(第14図
のnbi(=nTi−nai))を求める。この場合はペンディ
ングフラグがないので、それぞれnTi=1,nai=1,nbi
0と設定する。
If there is no pending flag, the average speed is obtained by equation (5). Thereafter, the number of sample points from the sample point when there was an encoder pulse between the sample points to the next same state, ie, the sample point when there was an encoder pulse between the sample points (n Ti in FIG. 14), the sample point If the average speed is regarded as an instantaneous value from the sample point when there is an encoder pulse between them, the number of sample points from the sample point where the instantaneous value exists to the next sample point (n ai in Fig. 14), and others (N bi (= n Ti −n ai ) in FIG. 14) is obtained. In this case, since there is no pending flag, n Ti = 1, n ai = 1, n bi =
Set to 0.

以上の動作の後、miを求めてU〔i−1〕を演算式
(20)から求め、このU〔i−1〕と前回のトルク推定
および演算式(5)にて求めた平均速度〔i〕を用い
て演算式(27a),(27b)によりトルク推定値 を演算した後、瞬時速度〔i+1〕を式(30)にて求
める。
After the above operation, mi is obtained and U [i-1] is obtained from the arithmetic expression (20), and this U [i-1] and the previous torque estimated value are obtained. And the average speed [i] obtained by the arithmetic expression (5) and the torque estimated value by the arithmetic expressions (27a) and (27b). Is calculated, the instantaneous speed [i + 1] is obtained by Expression (30).

次に、ペンディングフラグがある場合、ペンディング
フラグをリセットし、平均速度を演算式(5)により求
める。その後、サンプル点間にエンコーダパルスがあっ
た時のサンプル点から次の同一状態、すなわちサンプル
点間にエンコーダパルスがあった時のサンプル点までの
サンプル点数(第14図のnTi)、サンプル点間にエンコ
ーダパルスがあった時のサンプル点から平均速度を瞬時
値とみなした場合にその瞬時値が存在するサンプル点間
の次のサンプル点までのサンプル点数(第14図の
nai),およびその他のサンプル点数(第14図のnbi(=
nTi−nai))を求める。更に、miを求め、U〔i−1〕
を演算式(32)から求め、このU〔i−1〕と前回のト
ルク推定値 および演算式(5)にて求めた平均速度〔i〕を用い
て演算式(27a),(27b)によりトルク推定値 を演算した後、瞬時速度〔i+1〕を式(33)にて求
める。
Next, if there is a pending flag, the pending flag is reset, and the average speed is calculated by the equation (5). Thereafter, the number of sample points from the sample point when there was an encoder pulse between the sample points to the next same state, ie, the sample point when there was an encoder pulse between the sample points (n Ti in FIG. 14), the sample point If the average speed is regarded as an instantaneous value from the sample point when there is an encoder pulse in between, the number of sample points from the sample point where the instantaneous value exists to the next sample point (Fig. 14
n ai ) and other sample points (n bi (=
n Ti −n ai )). Further, mi is calculated and U [i-1]
Is calculated from equation (32), and this U [i-1] and the previous estimated torque value And the average speed [i] obtained by the arithmetic expression (5) and the torque estimated value by the arithmetic expressions (27a) and (27b). Is calculated, the instantaneous speed [i + 1] is obtained by Expression (33).

サンプル点間にエンコーダパルスがない場合、ペンデ
ィングフラグをセットし、演算式(42)により瞬時速度
〔i+1〕をもとめる。
If there is no encoder pulse between the sample points, the pending flag is set, and the instantaneous speed [i + 1] is obtained from the arithmetic expression (42).

以上の動作をサンプル点毎に繰り返すことにより、サ
ンプル点での瞬時速度を推定演算できる。
By repeating the above operation for each sample point, the instantaneous speed at the sample point can be estimated and calculated.

第15図に既提案にかかる方法を実施するための他の具
体例(演算時間による無駄時間(mc Ts)が無視できな
い場合)のプログラムのフローチャートを示す。これも
第13図と同様に瞬時速度を検出するためのプログラムを
示し、電動機の速度制御を行うのに必要な制御プログラ
ムは除いてある。このプラグラムに従って第13図の具体
例と異なる動作のみ詳細に説明する。
FIG. 15 shows a flowchart of a program of another specific example (when the dead time (mc Ts) due to the calculation time cannot be ignored) for implementing the method according to the proposal. This also shows a program for detecting the instantaneous speed, similarly to FIG. 13, except for a control program necessary for controlling the speed of the electric motor. According to this program, only operations different from the specific example of FIG. 13 will be described in detail.

第13図の具体例と異なる点は、ペンティングフラグが
ある場合もない場合も演算したmiの値と演算時間による
無駄時間(mc Ts)との大小関係により、入力変数U
〔i−1〕と瞬時速度の演算式が異なることである。具
体的には、以下の点である。
The difference from the embodiment of Figure 13, the magnitude relationship between the absence may have pen computing flags dead time according to the value and operation time of the calculated m i (mc Ts), the input variable U
The difference is that the formula for calculating the instantaneous speed is different from [i-1]. Specifically, it is as follows.

ペンティングフラグがない場合(第15図その1)、 mi≧mcの時 入力変数U〔i−1〕は式(35),瞬時
速度は式(37)で求める、 mi<mcの時 入力変数U〔i−1〕は式(38),瞬時
速度は式(39)で求める、 また、ペンティングフラグがある場合(第15図その
2)、 mi≧mcの時 入力変数U〔i−1〕は式(40),瞬時
速度は式(41)で求める、 mi<mcの時 入力変数U〔i−1〕は式(43),瞬時
速度は式(44)で求める、 他の動作は第13図の具体例と同一であり、これらの動
作をサンプル点毎に繰り返すことにより、サンプル点で
の瞬時速度を推定演算できる。
When there is no penning flag (Fig. 15, part 1), when m i ≧ mc, the input variable U [i-1] is obtained by equation (35), and the instantaneous speed is obtained by equation (37). When m i <mc input variable U [i-1] of the formula (38), the instantaneous velocity is obtained by equation (39), also when there is a pen computing flag (Fig. 15 Part 2), the input variables U when m i ≧ mc [ i-1] of the formula (40), the instantaneous velocity is obtained by equation (41), the input variables U when m i <mc [i-1] is obtained by equation (43), the instantaneous speed of the formula (44), The other operations are the same as those in the specific example of FIG. 13. By repeating these operations for each sample point, the instantaneous speed at the sample point can be estimated and calculated.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

本発明は、超低速から高速にわたる広い速度範囲にお
いて正しく電動機の瞬時回転速度を検出しようとするも
ので、特に低速領域における従来技術の項でも述べた課
題の解決を目的とするものである。すなわち本発明が解
決しようとする課題は以下の4点である。
The present invention aims to correctly detect the instantaneous rotational speed of an electric motor in a wide speed range from an extremely low speed to a high speed, and an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem in the low-speed region. That is, the problems to be solved by the present invention are the following four points.

1)従来技術では前記式(7)において示すように、時
間長(仮想サンプル点から次の仮想サンプル点までの時
間長)Tdで相隣接する時間長は、ほぼ一定とみなしてい
るが、低速においては必ずしもこの仮定は成立しないた
め、外乱トルクの推定に誤差を生じるので、この点を解
決すること。
1) In the prior art, as shown in the above equation (7), adjacent time lengths with a time length (time length from a virtual sample point to the next virtual sample point) Td are regarded as substantially constant, At low speeds, this assumption does not always hold, which causes an error in the estimation of the disturbance torque.

2)エンコーダパルスのパルス間隔が制御装置のサンプ
ル期間よりも長くなくような低速においては、外乱トル
クの推定器の収束性も低下し、これをもとに推定する瞬
時速度も誤差が大きくなるのでこの点を解決すること。
2) At low speeds where the pulse interval of the encoder pulse is not longer than the sample period of the control device, the convergence of the disturbance torque estimator is also reduced, and the error in the instantaneous speed estimated based on this is also large. To solve this point.

従来技術では電動機の平均回転速度の演算手段におい
て定義されている時間長Tdを用いて、Tdの中点を仮想サ
ンプル点と定義し、この仮想サンプル点間の時間長T
aを、 Tai=Tdi/2+Tdi+2/2 として変数と定義し、このTaiを用いて外乱トルクの推
定器(オブザーバ)を構成している。このTaiに応じて
オブザーバの極配置を行っていることから、エンコーダ
パルスがまばらになる低速回転時においても推定器の動
作を不安定にすることがない。すなわち電動機の回転速
度によらず、推定器の動作の保証ができるとしている。
In the prior art, the midpoint of Td is defined as a virtual sample point using the time length Td defined by the means for calculating the average rotation speed of the motor, and the time length T between the virtual sample points is defined.
a is defined as a variable as T ai = T di / 2 + T di +2 / 2, and an estimator (observer) of a disturbance torque is configured using T ai . Since the poles of the observer are arranged according to this T ai , the operation of the estimator does not become unstable even during low-speed rotation where the encoder pulses are sparse. That is, the operation of the estimator can be guaranteed regardless of the rotation speed of the electric motor.

しかしながらこの方式では、エンコーダパルスの間隔
がサンプル期間長Tsより短くなる速度において、次に述
べる理由により外乱トルク推定器の推定値に誤差を生じ
る。以下、説明の簡略化のため、「エンコーダパルスの
間隔がサンプル期間長Tsと等しくなる速度」を『同期速
度』と定義して用いる。
However, in this method, at a speed at which the interval between encoder pulses is shorter than the sample period length Ts, an error occurs in the estimated value of the disturbance torque estimator for the following reason. Hereinafter, for the sake of simplicity, the “speed at which the interval between encoder pulses is equal to the sample period length Ts” is defined and used as “synchronous speed”.

同期速度以下では、サンプル期間内に検出されるエン
コーダパルス数は0または±1(回転方向により+か−
をとる)であり、平均速度Viは時間長Tdiの逆数,すな
わち次式で求められ、速度が一定の場合(エンコーダパ
ルス間隔も一定)、Tdiも絶えず一定値Tdとなる。
Below the synchronous speed, the number of encoder pulses detected within the sample period is 0 or ± 1 (+ or-depending on the rotation direction).
The average speed Vi is obtained by the reciprocal of the time length T di , that is, the following formula. When the speed is constant (the encoder pulse interval is also constant), the T di also becomes a constant value T d constantly.

Vi=K・(1/Tdi)=K・(1/Td) 但しKは定数 しかし、同期速度以上では、あるサンプル期間内に到
来するエンコーダパルス数Piが、隣接するサンプル期間
内のエンコーダパルス数より±1だけ増減していること
が起こり得て、このときのTdiは隣接するTdよりも±1
のエンコーダパルス分だけ長く(または短く)なり、こ
のTdiを用いて算出されるTaの長さもまた増減する。
Vi = K · (1 / T di ) = K · (1 / T d ) where K is a constant. However, above the synchronous speed, the number of encoder pulses Pi arriving within a certain sample period becomes smaller than the encoder within an adjacent sample period. It is possible that the number of pulses is increased or decreased by ± 1 from the number of pulses, and T di at this time is ± 1 more than the adjacent T d.
Only the encoder pulses become longer (or shorter), also increases or decreases the length of the T a which is calculated using this T di.

この関係を第19図に示す。 This relationship is shown in FIG.

同図において、サンプル期間長Ts、Ts、Tsに
は、それぞれエンコーダパルスが1個しか含まれていな
い(エンコーダパルス数Piが1)のに、たまたまサンプ
ル期間長Tsにおいては、エンコーダパルスが2個含ま
れている(エンコーダパルス数Piが2)ことが認められ
るであろう。同期速度以上では、その速度によって、こ
ういうことがたまたま起こり得るのである。
In the figure, although the sampling period lengths Ts, Ts, and Ts each include only one encoder pulse (the number of encoder pulses Pi is 1), the sampling period length Ts happens to include two encoder pulses. It will be noted that it is included (the encoder pulse number Pi is 2). Above the sync speed, depending on that speed, this can happen by chance.

すると第19図において、Tdiは、隣接のTd+1やTd-1
りもエンコーダパルス1個分長くなり、その結果、Tdi
を用いて計算されるTaiとTai-1が、Tdiでなく他のもの
を用いないで計算されるTai+1やTai-2,Tai-3よりも長く
算出されていることが分かるであろう。
Then, in FIG. 19, T di becomes longer by one encoder pulse than the adjacent T d + 1 or T d−1 , and as a result, T di
T ai and T ai-1 calculated using are calculated longer than T ai + 1 , T ai-2 , and T ai-3 calculated without using other than T di You will see that.

即ち、以上のようにして、同期速度以上では電動機の
回転速度が一定であっても、Taが変動することがある。
この速度変動に因らないTaの変動は、外乱トルク推定器
の推定値に誤差を生じさせる。外乱トルク推定値τ
〔i〕の演算式を、前記(27a),(27b)式より次に
示す。
That is, as described above, Ta may fluctuate even when the rotation speed of the electric motor is constant above the synchronous speed.
Variation of inline not T a on the speed fluctuation causes an error in the estimated value of the disturbance torque estimator. Disturbance torque estimate τ
The operation expression of d [i] is shown below from the expressions (27a) and (27b).

Z〔i+1〕=Z〔i〕+・(Tdi/TM)・(τ〔i〕−U〔i〕) τ〔i〕=Z〔i〕+・y〔i〕 =(λ−1)TM/Tai (ここでy〔i〕=n〔i〕,λ;推定器の極(設定
値)) この式中のTaiが変動することにより、が変動
し、外乱トルク推定値が変動することになる。そこで、
このようにして外乱トルク推定値に誤差を発生すること
があるので、この点を解決すること。
Z [i + 1] = Z [i] + i · (T di / TM) · (τ d [i] −U [i]) τ d [i] = Z [i] + i · y [i] i = (Λ-1) T M / T ai (where y [i] = n [i], λ; pole of the estimator (set value)) When T ai in this equation fluctuates, i fluctuates. The disturbance torque estimated value will fluctuate. Therefore,
In this way, an error may be generated in the disturbance torque estimation value.

3)上記2)と同様な低速では、速度の低下に応じて外
乱トルクや瞬時速度の推定に必要なデータ数や演算ステ
ップ数が増加する。所が制御装置では、保持できるデー
タ数が許容される演算ステップ数に制約があるため、あ
る速度以下においては、そのような多量のデータ数は保
持できず、演算ステップ数も許容できなくなるので、本
方式は実用的ではなくなるので、それに代わる実用的な
方式を提案すること。
3) At a low speed similar to 2), the number of data and the number of calculation steps required for estimating the disturbance torque and the instantaneous speed increase as the speed decreases. However, in the control device, the number of data steps that can be held is limited in the number of calculation steps that can be allowed.Below a certain speed, such a large amount of data cannot be held and the number of calculation steps cannot be tolerated. This method is no longer practical, so propose a practical alternative.

4)外乱トルクの推定演算、瞬時速度の演算には、電動
機のトルク電流値が必要となるが、電動機の線電流より
これを求める場合、線電流からトルク電流へ変換するた
めの演算が必要となる。また、電流制御系は、ディスク
リート回路で構成される場合も多く、この時には演算を
行うCPUへのインターフェース回路が必要となり、一般
に装置のコストアップとなる。そこで、かかるコストア
ップなしに本方式を実現すること。
4) The torque current value of the motor is required for the estimation calculation of the disturbance torque and the calculation of the instantaneous speed. However, when the torque current value is obtained from the line current of the motor, the calculation for converting the line current into the torque current is required. Become. Further, the current control system is often constituted by a discrete circuit, and in this case, an interface circuit to the CPU for performing calculations is required, which generally increases the cost of the device. Therefore, the present method should be realized without such cost increase.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

1)或るサンプルタイミングと次のサンプルタイミング
との間の時間長を従来のように一定とするのではなく、
変数としてとらえ、可変サンプリング時間の離散値系の
状態方程式をもとにする外乱トルク推定器(CPU)を設
ける。従来は固定サンプリング時間の離散値系の状態方
程式をもとにする外乱トルクの推定器を用いていたのを
改善するわけである。
1) Rather than keeping the time length between one sample timing and the next sample timing constant as in the prior art,
A disturbance torque estimator (CPU) is provided, which is regarded as a variable and is based on a state equation of a discrete value system with a variable sampling time. This is an improvement over the use of a disturbance torque estimator based on the state equation of a discrete value system with a fixed sampling time.

2)外乱トルクの推定器(オブザーバ)において設定さ
れている極配置を、電動機の速度に応じて可変する。即
ち電動機の速度が低下したときは、該推定器における応
答を速めるように極配置を変える手段(CPU)を設け
る。
2) The pole arrangement set in the disturbance torque estimator (observer) is varied according to the speed of the motor. That is, when the speed of the motor decreases, means (CPU) for changing the pole arrangement is provided so as to increase the response in the estimator.

Tai値によって極配置を行ってる場合、先に定義した
同期速度以上では、電動機の回転速度が一定であって
も、Taが変動することがあり、それによりトルク推定値
に誤差を伴ってしまう。そこで、かかる誤差の発生を抑
制するために、Tai値ではなく、電動機の平均速度値を
用いて、任意に極配置を行う。このように、電動機の平
均速度を用いて極配置を行えば、Taiを用いた極配置に
おいて、電動機速度一定時においても発生することのあ
る外乱トルク推定器によるトルク推定値の誤差を抑制で
きる。ただしTai値は、同期速度以上では変動を伴いな
がらもほぼ一定値(=Ts)となるのに対し、平均速度は
増加し続けるので、この速度以上における推定器の動作
の安定性を保証するアルゴリズムを設ける必要がある。
When pole arrangement is performed by the T ai value, above the synchronous speed defined above, even if the rotation speed of the motor is constant, T a may fluctuate, thereby causing an error in the torque estimation value with an error. I will. Therefore, in order to suppress the occurrence of such an error, the pole arrangement is arbitrarily performed using the average speed value of the electric motor instead of the Tai value. As described above, if the pole arrangement is performed using the average speed of the motor, in the pole arrangement using T ai , it is possible to suppress the error of the torque estimation value by the disturbance torque estimator that may occur even when the motor speed is constant. . However T ai value, whereas a substantially constant value even accompanied by variation (= Ts) is a synchronous speed or higher, the average speed continues to increase, to ensure the stability of the estimator of the operation in the speed or An algorithm must be provided.

3)電動機速度が或る一定値以下の低速度になると、本
発明による電動機の瞬時回転速度検出方法をそれまで採
っていたのを止め、電動機の回転速度の検出に用いるエ
ンコーダからのエンコーダパルスの到来毎に、該電動機
の回転速度を表すものとして、一定期間にわたる一定の
速度値出力とそれ以後次のエンコーダパルスの到来する
までの期間にわたる速度零と出力との組み合わせからな
る出力信号を出力して、それを該電動機の回転速度とし
て検出する電動機の回転速度検出方法を採用し、電動機
速度が或る一定値以下の低速度から回復して高速度にな
ると、もとの本発明による電動機の瞬時回転速度検出方
法に戻す如き手段(CUP)を設ける。
3) When the motor speed becomes lower than a certain constant value, the method for detecting the instantaneous rotation speed of the motor according to the present invention is stopped and the encoder pulse from the encoder used for detecting the rotation speed of the motor is stopped. At each arrival, an output signal consisting of a combination of a constant speed value output over a certain period and a speed zero and an output over a period until the next encoder pulse arrives is output as an indication of the rotation speed of the motor. Then, a method of detecting the rotation speed of the motor, which detects the rotation speed as the rotation speed of the motor, is adopted. Provide means (CUP) for returning to the instantaneous rotation speed detection method.

4)電動機のトルク電流指令値が与えられて該トルク電
流の実際値を指令値に一致させるトルク電流値制御が行
われている場合には、外乱トルクの推定ひいては電動機
の瞬時回転速度の推定を行うのに必要な現サンプルタイ
ミングにおける電動機トルク電流値として、トルク電流
実際値が制御によりトルク電流指令値に近づくのに要す
る期間だけ、該トルク電流指令値を遅延させて用いるこ
ととし、そのための遅延手段を設ける。
4) When a torque current command value of the motor is given and torque current value control for matching the actual value of the torque current to the command value is performed, the estimation of the disturbance torque and the estimation of the instantaneous rotation speed of the motor are performed. As the motor torque current value at the current sample timing required to perform, the torque current command value is delayed and used for a period required for the actual torque current value to approach the torque current command value by control, and the delay for that is used. Means are provided.

〔作用〕[Action]

1)電動機の回転速度の検出に用いるエンコーダからの
到来パルス間隔と制御装置のサンプリング間隔が接近し
た場合や、サンプリング間隔に比べて長くなったりした
場合に、時間長(仮想サンプル点から次の仮想サンプル
点までの時間長)Tdで相隣接した時間長の長さが大きく
変化するが、可変サンプリング時間の離散値系の状態方
程式をもとにした外乱トルク推定器を用いることによ
り、推定誤差が小さくなり、ひいては電動機の瞬時回転
速度の検出精度が向上する。
1) When the pulse interval from the encoder used for detecting the rotation speed of the motor and the sampling interval of the control device are close to each other or are longer than the sampling interval, the time length (from the virtual sampling point to the next virtual The length of the time length adjacent to each other changes greatly with T d ), but the estimation error can be estimated by using a disturbance torque estimator based on the state equation of a discrete-valued system with variable sampling time. And the accuracy of detecting the instantaneous rotational speed of the motor is improved.

2)エンコーダからの到来パルス間隔が制御装置のサン
プリング間隔よりも長くなるような低速度では、離散値
系の状態方程式のサンプリング期間がのびるためにサン
プリングの無駄時間がのびる。低速時にサンプリングの
無駄時間がのびてもその影響が小さいように外乱トルク
推定器において設定されている極配置を応答が高くなる
ように変える。
2) At low speeds where the pulse interval from the encoder is longer than the sampling interval of the control device, the sampling period of the discrete-value state equation extends, so that the sampling dead time increases. The pole arrangement set in the disturbance torque estimator is changed so that the response is increased so that the influence of the sampling dead time at low speed is small.

電動機の平均回転速度を用いてを決定することに
より、外乱トルク推定器の推定誤差を抑制し、ひいては
電動機の瞬時回転速度の検出精度が向上する。
By determining i using the average rotation speed of the motor, the estimation error of the disturbance torque estimator is suppressed, and the accuracy of detecting the instantaneous rotation speed of the motor is improved.

3)エンコーダからの到来パルス間隔が制御装置のサン
プリング間隔よりも長くなるような低速時においては、
外乱トルク,瞬時速度の指定に必要なデータ量と演算量
が速度の低下に対応して大きくなる。制御装置の物理的
な制約から、それらの保持可能な量には当然制限があ
り、ある適切な量に抑えられるので必要なデータ量と演
算量の全部を保持することはできず、従って本発明によ
る方法を有効に実施することはできない。
3) At low speeds where the pulse interval from the encoder is longer than the sampling interval of the control device,
The amount of data and the amount of calculation required for designating the disturbance torque and the instantaneous speed increase as the speed decreases. Due to the physical limitations of the control device, the amount that can be held is naturally limited, and it is not possible to hold all of the necessary data amount and calculation amount because it can be suppressed to a certain appropriate amount. Cannot be effectively implemented.

そこで本発明による方法に代えて、所謂F/V変換方式
(周波数Fを電圧Vに変換して出力する方法)と類似の
方法による検出方法を低い速度では採用する。つまり、
エンコーダからのエンコーダパルスの到来毎に、該電動
機の回転速度を表すものとして、一定期間にわたる一定
の速度値出力とそれ以後次のエンコーダパルスの到来す
るまでの期間にわたる速度零の出力との組み合わせから
なる出力信号を出力して、それを該電動機の回転速度と
して検出する。
Therefore, instead of the method according to the present invention, a detection method based on a method similar to a so-called F / V conversion method (a method of converting a frequency F into a voltage V and outputting the same) is employed at a low speed. That is,
Each time an encoder pulse from the encoder arrives, a combination of a constant speed value output over a certain period of time and a zero speed output over a period until the next encoder pulse arrives is used to represent the rotation speed of the electric motor. And outputs it as a rotation speed of the electric motor.

ここで、一定期間にわたる一定の速度値出力とそれ以
後次のエンコーダパルスの到来するまでの期間にわたる
速度零の出力との組み合わせが、前記周波数Fに相当
し、エンコーダパルスの到来から次のエンコーダパルス
の到来までの全期間て前記一定期間にわたる一定の速度
値出力を平均化したものが前記電圧Vに相当するわけで
ある。
Here, a combination of a constant speed value output over a certain period and a zero speed output after that until the next encoder pulse arrives corresponds to the frequency F, and corresponds to the frequency F. The average of the constant speed value output over the constant period over the entire period up to the arrival of the signal V corresponds to the voltage V.

4)トルク電流指令値を実際値と同等と見なせるように
遅延されると、外乱トルクの推定演算および、瞬時速度
の演算を遅延したトルク電流指令値で実行できるため、
電動機の線電流の検出、および該線電流のトルク電流へ
の変換のための演算が不要となる。
4) If the torque current command value is delayed so as to be regarded as equivalent to the actual value, the estimation calculation of the disturbance torque and the calculation of the instantaneous speed can be executed with the delayed torque current command value.
The calculation for detecting the line current of the electric motor and converting the line current into the torque current is not required.

〔実施例〕 第2図は、エンコーダパルスの間隔と制御装置のサン
プリング間隔が近接した場合の時間的諸量の関係説明図
である。
[Embodiment] FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between various temporal quantities when the interval between encoder pulses and the sampling interval of the control device are close to each other.

同図では、平均速度の演算対象としての時間長Tdにお
いて、i番目のそれとその前後のものとでは、その長さ
が約2倍異なる。また、制御装置のサンプリング間隔に
比べてエンコーダパルスの間隔が大きくなるような低速
時においては、わずかな速度変化が時間長を大きく変え
る。
In the figure, in the time length Td as a calculation target of the average speed, the length between the i-th one and the one before and after it is about twice different. Further, at a low speed in which the interval between encoder pulses is larger than the sampling interval of the control device, a slight change in speed greatly changes the time length.

先にも述べたように、エンコーダパルスの間隔と制御
装置のサンプリング間隔が近接する如き電動機の速度よ
りも、更に小さい電動機速度を検出する場合、互いに近
接する時間長(例えばTdiとTdi+1やTdi-1)はほぼ等し
いという既提案にかかる検出方法で前提とした条件は成
立しないため、時間長Tdは離散系の変数としてとりあつ
かう必要がある。そこで新たに、仮想サンプル点から次
の仮想サンプル点までの時間長Taを次式のごとく定義す
る。
As described above, when detecting a motor speed that is smaller than the motor speed such that the interval between the encoder pulses and the sampling interval of the control device are close to each other, a time length close to each other (for example, T di and T di + Since the condition assumed in the detection method according to the proposed method that 1 and T di-1 ) are almost equal is not satisfied, the time length T d needs to be dealt with as a variable of a discrete system. Therefore new, the time length T a from the virtual sample point to the next virtual sample points define as follows.

Tai=Tdi/2+Tdi+1/2 ……(45) この場合の入力変数U〔i〕は、時間長Tai内のトル
ク電流値i(t)の平均値なので次式を表わすことがで
きる。
T ai = T di / 2 + T di +1/2 (45) Since the input variable U [i] in this case is the average value of the torque current value i (t) within the time length T ai , the following equation must be expressed. Can be.

ここでトルク電流値i(t)は、制御装置のサンプリ
ング点での検出値をもとにして線形近似の式である前記
(2)式を演算することにより求めるものである点は従
来のそれと同じである。
Here, the torque current value i (t) is obtained by calculating the equation (2) which is a linear approximation based on the detection value at the sampling point of the control device. Is the same.

次に外乱トルクの推定値 は次式で求まる。Next, the estimated value of the disturbance torque Is obtained by the following equation.

(ここで〔i+1〕を今回値とすれば〔i〕は前回値を
指す) ここで、=(λ−1)TM/Tai ……(47c) ただしλは推定器において設定されている極で|λ|
<1である。
(If [i + 1] is the current value, [i] indicates the previous value.) Here, i = (λ−1) TM / T ai (47c) where λ is a pole set in the estimator and | λ |
<1.

これをもとに第1の課題を解決する本発明の一実施例
としてのプログラムのフローチャートを示したのが第1
図である。既提案にかかる検出方法と比べて時間長Tai
を変数にしたことにより正確な演算を実施することが可
能になっている。
The flowchart of the program as one embodiment of the present invention for solving the first problem based on this is shown in the first embodiment.
FIG. Time length T ai
By using as a variable, it is possible to perform an accurate calculation.

第2の課題を解決する本発明の一実施例を第3図を参
照して説明する。この実施例では、ある電動機速度n0
では外乱トルクの推定器に設定されている極の値を一定
の極の値λとし、その速度以下においては、極の値を
λから徐々に0に近づける。
An embodiment of the present invention for solving the second problem will be described with reference to FIG. In this embodiment, the pole value set in the disturbance torque estimator is set to a constant pole value λ 0 up to a certain motor speed n 0 , and below that speed, the pole value is gradually increased from λ 0. Approach 0.

n0はエンコーダパルスのパルス間隔がサンプリング間
隔と一致するときの電動機速度とし、次式で表わせる。
n 0 is the motor speed when the pulse interval of the encoder pulse matches the sampling interval, and can be expressed by the following equation.

n0以下の速度における極の絶対値λは次式による。 The absolute value λ of the pole at a speed of n 0 or less is given by

上式においてλは極の絶対値の下限値である。 In the above equation, λ 1 is the lower limit of the absolute value of the pole.

第3の課題を解決する本発明の一実施例を第4図に示
す。
One embodiment of the present invention for solving the third problem is shown in FIG.

同図は、ある電動機速度以下においては、エンコーダ
パルスが入力した時点毎に、或る一定の期間だけ或る一
定の値の速度検出値を出力し、それ以後、次のエンコー
ダパルスが入力する直前までは速度を零とみなし、結果
的にその全期間の平均値を速度検出値とする、いわゆる
前述のF/V変換方式的な速度検出方式を採用し、前記の
電動機速度以上の速度では、外乱トルク推定器にもとづ
いた電動機の瞬時速度検出方式を採用するというアルゴ
リズムを示している。
The figure shows that at a certain motor speed or lower, a speed detection value of a certain value is output for a certain period every time an encoder pulse is input, and thereafter, immediately before the next encoder pulse is input. Until then, the speed is regarded as zero, and as a result, the average value of the entire period is used as the speed detection value, so-called F / V conversion type speed detection method described above is adopted. Fig. 4 shows an algorithm that employs a motor instantaneous speed detection method based on a disturbance torque estimator.

以下に詳細を説明する(ただし、現在の速度はエンコ
ーダパルスの間隔がサンプル期間よりも長い低速時を前
提としている)。前回のサンプル期間にエンコーダのパ
ルスが入力されると、第4図において、のルーチンへ
進む。先に述べた前提よりペンディングフラグはセット
されているので、のルーチンへ進む。
Details will be described below (provided that the current speed is a low speed in which the interval between encoder pulses is longer than the sample period). When an encoder pulse is input during the previous sampling period, the routine proceeds to the routine shown in FIG. Since the pending flag has been set according to the above-described premise, the routine proceeds to the routine.

次にエンコーダのパルス間隔より、その間の平均速度
を演算し、それが、あらかじめ定めた速度nL以下であれ
ば、のルーチンへ進む。このような速度においてはPi
=1であることより、平均速度はパルス間隔Tdで決まる
ため、Tdがある時間長Tdmaxを越えた時は平均速度がnL
以下であると判断する。従ってTdはTdmaxを越えるとそ
の大きさは意味を持たなくなるので、nTiがTdmaxに見合
った値を越したならば、のルーチンへ進むフラグを用
意し、nTiのカウントを中止することで、たとえば停止
付近のようにTdが限りなく大きくなる場合でも、処理可
能となる。
Then the pulse interval of the encoder calculates an average speed of between, it is equal to or less than the speed n L a predetermined, proceeds to the routine. At these speeds Pi
= From it is 1, the average velocity is determined by the pulse interval T d, T d is the time length T d max average speed is n L when exceeded
It is determined that: Thus T d is exceeds T d max because the size is meaningless, if n Ti is beyond the value commensurate with the T d max, prepared flags proceeds to routine, the count of n Ti By canceling, even if Td becomes infinitely large, for example, near a stop, processing can be performed.

のルーチンでは、前述のいわゆるF/V変換方式的な
速度検出を行うための最初のルーチンで、まず速度検出
値としてnLを一定期間出力する(この時の極性は前回値
と一致させ)。またnLを出力する期間を管理するための
カウンタKを1に初期化する。またF/Vフラグをセット
する。
In the routine, the first routine for performing a so-called F / V conversion method specific speed detection described above, the n L predetermined period to output (polarity at this time is consistent with the previous value) as first speed detection value. Further, a counter K for managing a period for outputting n L is initialized to one. Also set the F / V flag.

次のサンプル期間ではパルスが入力されないのでの
ルーチンへ進む。前回のサンプル期間においてF/Vフラ
グがセットされているので、のルーチンへ進む。ここ
ではパルスが入力されていないのでペンディングフラグ
をセットした後、カウンタKの値によって速度検出値
として、nLを出力するか、零とするかを決める。
In the next sample period, since no pulse is input, the routine proceeds to the routine. Since the F / V flag has been set in the previous sampling period, the routine proceeds to the routine. After setting the pending flag the pulse is not input here, as the speed detection value by the value of the counter K, whether to output the n L, decide whether to zero.

このF/Vモードの速度検出動作を第5図を用いて説明
する。エンコーダのパルス間隔Tdより電動機の平均速度
Viを求めると 次に同図のTd′間における速度検出値の平均値Vi′
は、 (なお、第5図ではKmax=2に相当する) 今、Td≫Ts(但しTsはサンプリング期間)という仮定
のもとではTd≒Td′となる。そこで(50)式と(51)式
が一致するようにnLを決めると、 となり、F/Vモードの速度検出方式においても、正しく
平均速度を検出することが可能である。ところで一度第
4図のルーチンにおいて、F/Vモードの速度検出方式
になると、外乱トルクの推定演算は実施しないが、F/V
モードの速度検出方式からもとの速度の推定方式に復帰
した時に、外乱トルクの推定器の初期値が必要となる。
The speed detection operation in the F / V mode will be described with reference to FIG. Average speed of motor from pulse interval Td of encoder
When you ask for Vi Next, the average value Vi ′ of the detected speed values during T d ′ in FIG.
Is (It corresponds to Kmax = 2 in FIG. 5.) Now, under the assumption that T d ≫Ts (where Ts is a sampling period), T d ≒ T d ′. Then, when n L is determined so that the equations (50) and (51) match, Thus, also in the F / V mode speed detection method, it is possible to correctly detect the average speed. By the way, in the routine of FIG. 4, once the speed detection method of the F / V mode is used, the estimation calculation of the disturbance torque is not performed.
When returning from the mode speed detection method to the original speed estimation method, the initial value of the disturbance torque estimator is required.

そこでF/Vモードの速度検出方式にあるルーチン,
において、推定値の初期値の演算を実施する。ここで
は上記(47b)式をもとにするが、ここで は速度調節器の出力とし、〔i〕はnLとしてZ〔i〕
を演算より求める。
Therefore, the routine in the F / V mode speed detection method,
In, the calculation of the initial value of the estimated value is performed. Here, based on the above equation (47b), Is the output of the speed controller, [i] is n L and Z [i]
Is obtained by calculation.

第2の課題を解決する本発明の実施例を追加して次に
説明する。
Next, an embodiment of the present invention for solving the second problem will be described.

第20図は、かかる一実施例を示すフローチャートであ
る。図中、点線で囲まれた部分が本発明による追加部分
である。この例では、先ず平均速度(Viとする)を検出
し、平均速度Viが先に定義した同期速度以下であれば、
=(λ−1)Vi・TM/K ……(60) (ただし、Kは平均速度算出のための定数) Vi=K・Pi/Td (Pi;Td内に検出されたエンコーダパルス数) として求め、平均速度Viが同期速度以上であれば、
=(λ−1)TM/Ts(=一定値) ……(61) とするアルゴリズムを採用することとしている。同期速
度以下では、回転速度一定の時には平均速度の検出値Vi
は、 Vi=K・(1/Td)=K・(1/Tai) この速度範囲においては、一定速度の時には上記した
様にTdiは一定値Tdであるから、 Tai=Td/2+Td/2=Td で求められるので、(60)式は結局、 =(λ−1)TM/Tai となる。
FIG. 20 is a flowchart showing such an embodiment. In the figure, a portion surrounded by a dotted line is an additional portion according to the present invention. In this example, first, the average speed (referred to as Vi) is detected, and if the average speed Vi is equal to or less than the synchronous speed defined above,
The i i = (λ-1) Vi · TM / K ...... (60) ( although, K is the average constant for velocity calculation) Vi = K · Pi / T d (Pi; is detected within T d If the average speed Vi is equal to or higher than the synchronous speed, i
I = (λ−1) TM / Ts (= constant value) (61) Below the synchronous speed, when the rotation speed is constant, the average speed detection value Vi
In this speed range, at a constant speed, T di is a constant value T d as described above, so that T ai = T is given by: Vi = K · (1 / T d ) = K · (1 / T ai ) Since it is obtained by d / 2 + Td / 2 = Td , the equation (60) eventually becomes i = (λ-1) TM / Tai .

すなわちこの例は、第22図に示すように、(60)式,
(61)式から分かるように、全速度範囲において推定器
の極をλ一定値とするものであるが、平均速度値を用い
ていることから、推定トルク値に誤差を伴うことがな
い。
That is, in this example, as shown in FIG.
As can be seen from equation (61), the pole of the estimator is set to a constant value λ in the entire speed range. However, since the average speed value is used, the estimated torque value does not involve an error.

第2の課題を解決する更に別の実施例を第21図を参照
して説明する。第21図は、かかる実施例を示すフローチ
ャートである。
Still another embodiment for solving the second problem will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a flowchart showing such an embodiment.

第21図に示した実施例は、回転むらの発生しやすい低
速時には、を変化させない様に、エンコーダパルス
間隔が長くなって推定器の極が変化しても推定器の安定
性が保証されるを与えておく。そして速度が高くな
るのに合わせて推定器の応答が速くなる様に、徐々に推
定器の極を変えて行き、高速時には推定器の応答が実用
的な速さとなる様にした例である。
In the embodiment shown in FIG. 21, the stability of the estimator is ensured even at a low speed at which rotation unevenness is likely to occur, even if the encoder pulse interval becomes longer and the pole of the estimator changes, so that i does not change. keep giving that i. In this example, the poles of the estimator are gradually changed so that the response of the estimator becomes faster as the speed increases, and the response of the estimator becomes practical at high speed.

図中、V1,V2が低速,中速,高速の切れ目の指定速度
であり、平均速度値がV1以下の時にはを一定値
(同期速度以上において極は1に近いλ1とする)と
し、中速時には次式に従って平均速度値Viに合わせて推
定器の応答が速くなる様に極λiを徐々にλ2(零に近
い値)に近付く様に配置し、これにより推定器が充分速
い応答となるV2以上の高速時にはは再び一定値
(極はλ2に配置)としている。
In the figure, V1 and V2 are designated speeds of the low speed, medium speed and high speed breaks, and i is a constant value i when the average speed value is equal to or less than V1.
(The pole is assumed to be λ1 close to 1 above the synchronous speed.) At the medium speed, the pole λi is gradually set to λ2 (a value close to zero) so that the response of the estimator becomes faster in accordance with the average speed value Vi according to the following equation. At high speeds above V2 where the estimator has a sufficiently fast response, i is again a constant value of 2
(The poles are located at λ2).

ただし、V1,V2は同期速度以上に指定して、上記した
様に同期速度以下にてエンコーダパルス間隔が長くなっ
て推定器の極が変化しても、推定器を動作させる範囲内
では推定器の安定性が保証できる様にしている。極の配
置の様子は第23図を参照されたい。
However, if V1 and V2 are specified to be equal to or higher than the synchronization speed, and if the encoder pulse interval becomes longer and the poles of the estimator change below the synchronization speed as described above, the estimator remains within the operating range of the estimator. To ensure the stability of See FIG. 23 for the arrangement of the poles.

Vi<V1;=(λ1−1)TM/Ts= ……(71) V1<Vi<V2;=(λi−1)TM/Ts ……(72) ただし、λi=λ1+(λ2−λ1)・(Vi−V1)/
(V2−V1) V2<Vi;i=(λ2−1)TM/Ts=2 ……(73) 上記二つの実施例共に、微速で速度検出値がほぼ零と
見なせる速度範囲を予め設定して、この速度範囲におい
ては推定器の動作を停止して速度検出値を零としてい
る。(図中のV0がこれに相当する。) 第4の課題を解決する本発明の一実施例を第17図、第
18図を参照して説明する。
Vi <V1; i = (λ1-1) TM / Ts = i (71) V1 <Vi <V2; i = (λi-1) TM / Ts (72) where λi = λ1 + (λ2- λ1) ・ (Vi-V1) /
(V2−V1) V2 <Vi; i = (λ2-1) TM / Ts = 2 (73) In both of the above two embodiments, a speed range in which the speed detection value can be regarded as almost zero at a very low speed is set in advance. In this speed range, the operation of the estimator is stopped and the detected speed value is set to zero. (V0 in the figure corresponds to this.) One embodiment of the present invention for solving the fourth problem is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG.

第17図は、電動機のトルク電流指令値が与えられて、
該トルク電流の実際値を指令値に一致させるトルク電流
値制御がCPUにより行われている場合に、このトルク電
流指令値とトルク電流実際値との間の関係を示したタイ
ミングチャートである。
FIG. 17 shows that the torque current command value of the motor is given,
5 is a timing chart showing a relationship between the torque current command value and the actual torque current value when the CPU performs torque current value control for matching the actual value of the torque current to the command value.

同図において、サンプリング期間Tsにおいて、CPUが
出力する電流指令値は一定値である為、サンプリング期
間の最初の値(○印)が保持される。電流実際値はこれ
に追従し、一次遅れに近似したものが、同図の実線のグ
ラフである。この実線をサンプリング期間において直線
近似したものが同図の点線のグラフで、これは1サンプ
リング期間遅延させた電流指令値同士を結んだものと一
致する。従って電流指令値と実際値が同図に見られるご
とき関係で近似される場合には、1サンプリング期間遅
延した電流指令値で、各サンプリングタイミング毎に検
出した電流実際値を近似させることができる。
In the figure, since the current command value output by the CPU is a constant value during the sampling period Ts, the initial value (indicated by a circle) of the sampling period is held. The actual current value follows this and is approximated by a first-order lag, as shown by the solid line graph in FIG. The solid line obtained by linearly approximating the solid line in the sampling period is the dotted line graph in the same figure, which coincides with the connection of the current command values delayed by one sampling period. Therefore, when the current command value and the actual value are approximated by the relationship as shown in the figure, the current actual value detected at each sampling timing can be approximated by the current command value delayed by one sampling period.

第18図は、1サンプリング期間遅れたトルク電流指令
値を用いて、第1図や第4図に示した外乱トルク電流演
算及び瞬時速度演算を実行するフローチャート(つまり
第5の課題を解決する本発明の一実施例)を示す。
FIG. 18 is a flowchart for executing the disturbance torque current calculation and the instantaneous speed calculation shown in FIGS. 1 and 4 using the torque current command value delayed by one sampling period (that is, the flowchart for solving the fifth problem). (Example of the invention) is shown.

ここで、トルク電流値制御などを実行するCPUには、
普通レジスタAが用いられているので、これを利用し、
トルク電流指令値をこのレジスタAに一旦格納しておき
(第18図のステップS2)、次回のサンプリング期間に、
それをトルク電流検出値として読み込み(ステップS
1)、演算を実行するわけである。
Here, the CPU that executes torque current value control and the like includes:
Usually, register A is used.
The torque current command value is temporarily stored in this register A (step S2 in FIG. 18), and during the next sampling period,
Read it as the detected torque current value (step S
1) Perform the operation.

なお、ここでは、トルク電流指令値を1サンプリング
期間遅延させたものをトルク電流検出値として用いる実
施例を説明したが、電流制御系の構成によっては、電流
指令値と実際値との間の関係が変わるので、それに応じ
て遅延時間も変化させる必要がある。
Here, the embodiment in which the torque current command value delayed by one sampling period is used as the torque current detection value has been described. However, depending on the configuration of the current control system, the relationship between the current command value and the actual value may be determined. Therefore, it is necessary to change the delay time accordingly.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

1)第1の課題を解決するための発明によれば、エンコ
ーダパルスをもとにした離散値系の状態方程式におい
て、サンプリング時間を可変にすることで、エンコーダ
パルスの間隔が制御装置のサンプル期間よりも長くなる
ような低速度時においても、外乱トルクをより正しく推
定できる。その結果、極めて低速度まで精度が良く、ま
た検出遅れの小さい速度検出器を実現することができ
る。
1) According to the invention for solving the first problem, in the state equation of the discrete value system based on the encoder pulse, the sampling time is made variable so that the interval between the encoder pulses becomes the sampling period of the control device. The disturbance torque can be more correctly estimated even at a low speed where the length becomes longer. As a result, it is possible to realize a speed detector with high accuracy up to extremely low speed and small detection delay.

2)第2の課題を解決するための発明によれば、外乱ト
ルクの推定器に設定されている極を、速度に応じて可変
としたため、中速度以上ではシステムの安定性から極を
定め、離散値の状態方程式のサンプリング期間が増大し
て応答性が問題となる低速時においては、応答を高くす
る極にすることができ、システム設計に大幅な柔軟性を
与え得るという利点がある。
2) According to the invention for solving the second problem, since the pole set in the disturbance torque estimator is made variable according to the speed, the pole is determined from the stability of the system above the medium speed, At a low speed when the sampling period of the discrete state equation increases and the response becomes a problem, the pole can be made to have a high response, and there is an advantage that a great deal of flexibility can be given to the system design.

更に、低速時にエンコーダパルス間隔が長くなってサ
ンプル期間内にエンコーダパルスが到来しないような速
度においても、外乱トルク推定器を安定に動作させて、
瞬時速度を検出できる効果を、外乱トルク推定値及び瞬
時速度検出値に誤差を伴うことなしに、得ることが可能
となる。
Furthermore, even at a speed at which the encoder pulse interval becomes longer at a low speed and the encoder pulse does not arrive within the sample period, the disturbance torque estimator is operated stably,
The effect that the instantaneous speed can be detected can be obtained without causing an error in the disturbance torque estimated value and the instantaneous speed detected value.

3)第3の課題を解決するための本発明によれば、超微
速時においてはF/Vモードによる速度検出方式に切り換
えるために、制御装置に超微速時には所要のデータ数が
多すぎて保持できないなどのハード上の制約があって
も、全速度領域にわたって正しい実用的な速度検出値を
得ることができるという利点がある。
3) According to the present invention for solving the third problem, in order to switch to the speed detection method in the F / V mode at the time of extremely low speed, the control device requires too many data at the time of extremely low speed. There is an advantage that a correct and practical speed detection value can be obtained over the entire speed range, even if there is a hardware restriction such that the speed cannot be held.

4)第4の課題を解決するための発明によれば、CPU内
部のデータであるトルク電流指令値を用いて外乱トルク
の推定演算,瞬時速度の演算を実行するため、電動機の
電流実際値をCPUに取り込むためのインターフェイス回
路が不要になり、また、電動機の線電流からトルク電流
へ変換する演算も不要になることから、高性能であるだ
けでなく、安価な速度検出器を実現することができる。
4) According to the invention for solving the fourth problem, since the estimation calculation of the disturbance torque and the calculation of the instantaneous speed are performed using the torque current command value which is the data inside the CPU, the actual current value of the motor is calculated. Since an interface circuit for loading into the CPU is not required, and an operation for converting the line current of the motor into a torque current is not required, not only high performance but also an inexpensive speed detector can be realized. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は第1の課題を解決する本発明の一実施例を示す
フローチャート、第2図はエンコーダからのパルス間隔
と制御装置のサンプル期間が接近した状態のもとにおけ
るサンプル点間の速度実際値、時間長、検出した平均速
度等の関係説明図、第3図は第2の課題を解決する本発
明の一実施例を示す特性図、第4図は第3の課題を解決
する本発明の一実施例を示すフローチャート、第5図は
F/Vモードの電動機速度検出方式を示す説明図、第6
図、第7図はそれぞれ従来技術における問題点を説明す
るための説明図、第8図はサンプル点間の速度実際値、
時間長、検出した平均速度等の関係説明図、第9図は電
動機の機械系のブロック図、第10(a),(b)図はサ
ンプル点間の速度実際値、時間長、検出した平均速度等
の関係説明図、第11図はこの発明による検出方法を実施
するための速度検出回路のハードウエアブロック図、第
12図はハードウエアのタイミング図、第13図は既提案に
かかる速度検出方法を示すフローチャート、第14図はサ
ンプル点間の速度実際値、時間長、検出した平均速度等
の関係説明図、第15図は既提案にかかる他の速度検出方
法を示すフローチャート、第16(a),(b)図はサン
プル点間の速度実際値、時間長、検出した平均速度等の
関係説明図、第17図はトルク電流指令値とトルク電流実
際値との間の関係の一例を示したタイミングチャート、
第18図は第4の課題を解決する本発明の一実施例を示す
フローチャート、第19図は、速度一定(エンコーダパル
スの間隔が一定)の時に瞬時回転速度検出演算に用いる
時間長Td,Taが、エンコーダパルス間隔がサンプル期間
長Tsより短くなる速度以上においては変動しうることの
説明図、第20図は第2の課題を解決する本発明の実施例
を追加して示すフローチャート、第21図は第2の課題を
解決する本発明の他の実施例を示すフローチャート、第
22図は第2の課題解決のための一実施例における速度と
極の関係を示す特性図、第23図は第2の課題解決のため
の他の実施例における速度と極の関係を示す特性図、で
ある。 符号の説明 1……インクリメント形エンコーダ、2……波形整形回
路、3……入力パルスカウント回路、4……基準パルス
カウント回路、5,6……ラッチ回路、7……タイマ回
路、8……CPU、9……ROM,RAM
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the present invention for solving the first problem. FIG. 2 is a flowchart showing the actual speed between sample points when the pulse interval from the encoder and the sample period of the control device are close to each other. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a value, a time length, a detected average speed, etc. FIG. 3 is a characteristic diagram showing an embodiment of the present invention for solving the second problem, and FIG. 4 is a present invention for solving the third problem. FIG. 5 is a flowchart showing one embodiment of the present invention.
Explanatory drawing showing the motor speed detection method in F / V mode, FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a problem in the prior art, and FIG. 8 is an actual speed value between sample points.
FIG. 9 is a block diagram of a mechanical system of an electric motor, and FIGS. 10A and 10B are actual speed values between sample points, a time length, and a detected average. FIG. 11 is a hardware block diagram of a speed detection circuit for implementing a detection method according to the present invention.
FIG. 12 is a timing diagram of hardware, FIG. 13 is a flowchart showing a speed detection method according to the proposed method, FIG. 14 is an explanatory diagram showing a relationship between an actual speed between sample points, a time length, a detected average speed, and the like. FIG. 15 is a flowchart showing another speed detection method according to the proposed method. FIGS. 16 (a) and 16 (b) are explanatory diagrams showing the relationship between the actual value of speed between sample points, time length, detected average speed, and the like. The figure is a timing chart showing an example of the relationship between the torque current command value and the actual torque current value,
FIG. 18 is a flowchart showing an embodiment of the present invention for solving the fourth problem, and FIG. 19 is a time length Td, Ta used for the instantaneous rotation speed detection calculation when the speed is constant (the interval between encoder pulses is constant). However, FIG. 20 is an explanatory diagram showing that the encoder pulse interval may fluctuate at a speed higher than the speed at which the encoder pulse interval becomes shorter than the sample period length Ts. FIG. FIG. 4 is a flowchart showing another embodiment of the present invention for solving the second problem,
FIG. 22 is a characteristic diagram showing the relationship between speed and pole in one embodiment for solving the second problem, and FIG. 23 is a characteristic diagram showing the relationship between speed and pole in another embodiment for solving the second problem. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Incremental encoder, 2 ... Waveform shaping circuit, 3 ... Input pulse count circuit, 4 ... Reference pulse count circuit, 5,6 ... Latch circuit, 7 ... Timer circuit, 8 ... CPU, 9… ROM, RAM

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−117479(JP,A) 特開 昭59−6782(JP,A) 特開 昭60−171464(JP,A) 特公 平8−17588(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-117479 (JP, A) JP-A-59-6782 (JP, A) JP-A-60-171464 (JP, A) 17588 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02P 5/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】或るサンプルタイミングを現サンプルタイ
ミングとして、この現サンプルタイミングと、前回のサ
ンプルタイミングと、の間の期間における電動機の期間
平均的な平均回転速度を現サンプルタイミングにおいて
求める第1の段階と、 或るサンプルタイミングと次のサンプルタイミングとの
間の期間は一定とは限らず、可変期間として、少なくと
も、現サンプルタイミングと前回のサンプルタイミング
との間の期間である第1の期間と、前回のサンプルタイ
ミングと前々回のサンプルタイミングとの間の期間であ
る第2の期間とを記憶しておき、第1の期間の中心の時
点を現仮想サンプルタイミングとし、第2の期間の中心
の時点を前回の仮想サンプルタイミングとするとき、現
仮想サンプルタイミングの平均トルク電流値を、現サン
プルタイミングのトルク電流検出値と前回サンプルタイ
ミングのトルク電流検出値とから演算する第2の段階
と、 前記第1の段階で求めた平均回転速度と前記第2の段階
で求めた現仮想サンプルタイミングの平均トルク電流値
とを用いて、外乱トルクの推定器により外乱トルクを推
定する第3の段階と、 前記第3の段階で推定した外乱トルクの推定値と、前記
第2の段階で求めた現仮想サンプルタイミングの平均ト
ルク電流値と、既知の電動機機械系のイナーシャと、よ
り現仮想サンプルタイミングにおける電動機回転速度の
時間変化率を求める第4の段階と、 現仮想サンプルタイミングから現サンプルタイミングに
至るまでの時間経過と、前記第4の段階で求めた電動機
回転速度の時間変化率と、より現サンプルタイミングに
おける電動機の回転速度変化分を求める第5の段階と、 前記第5の段階で求めた電動機の回転速度変化分を前記
第1の段階において求めた電動機の期間平均的な平均回
転速度に加算することにより、現サンプルタイミングに
おける電動機の瞬時回転速度を推定演算する第6の段階
と、 から成ることを特徴とする電動機の瞬時回転速度検出方
法。
A first sample time is defined as a current sample timing, and a period average rotational speed of the motor during a period between the current sample timing and the previous sample timing is obtained at the current sample timing. The period, the period between a certain sample timing and the next sample timing is not always constant, and the variable period includes at least a first period which is a period between the current sample timing and the previous sample timing. , A second period which is a period between the previous sample timing and the last two sample timings is stored, a time point at the center of the first period is set as a current virtual sample timing, and a time point at the center of the second period is stored. When the time point is the previous virtual sample timing, the average torque current value at the current virtual sample timing is A second step of calculating from the torque current detection value of the sample timing and the torque current detection value of the previous sample timing; an average rotation speed obtained in the first step; and a current virtual sample timing obtained in the second step. A third step of estimating the disturbance torque by a disturbance torque estimator using the average torque current value of the above, an estimated value of the disturbance torque estimated in the third step, and a value obtained in the second step. A fourth step of obtaining the average torque current value of the current virtual sample timing, the inertia of the known motor-mechanical system, and the time rate of change of the motor rotation speed at the current virtual sample timing; and And the time change rate of the motor rotation speed obtained in the fourth step, and A fifth step of obtaining a change in the rotation speed of the motor, and adding the change in the rotation speed of the motor obtained in the fifth step to a period-average average rotation speed of the motor obtained in the first step. A sixth step of estimating and calculating the instantaneous rotational speed of the motor at the current sample timing.
【請求項2】請求項1に記載の電動機の瞬時回転速度検
出方法であって、電動機の外乱トルク推定に用いる外乱
トルク推定手段の極配置を、電動機の平均回転速度が相
対的に低速であるとき、変更して該外乱トルク推定手段
における応答速度を速めることを特徴とする電動機の瞬
時回転速度検出方法。
2. The method for detecting an instantaneous rotational speed of an electric motor according to claim 1, wherein the pole arrangement of the disturbance torque estimating means used for estimating the disturbance torque of the electric motor is such that the average rotational speed of the electric motor is relatively low. And changing the disturbance torque estimating means to increase the response speed.
【請求項3】請求項1又は2に記載の電動機の瞬時回転
速度検出方法を第1の速度検出方法とし、電動機の平均
回転速度の検出に用いる電動機回転軸直結のエンコーダ
からのエンコーダパルスの到来毎に、該電動機の速度検
出値として、一定期間にわたる一定の速度検出値出力
と、それ以後次のエンコーダパルスの到来するまでの期
間にわたる速度零の出力との組み合わせからなる信号
を、電動機の平均回転速度として検出する電動機の回転
速度検出方法を第2の速度検出方法とし、電動機の平均
回転速度が或る一定限度以下の低速度になったときに、
電動機の回転速度検出方法を、前記第1の方法から第2
の方法に切り替えることを特徴とする電動機の瞬時回転
速度検出方法。
3. A method for detecting an instantaneous rotational speed of an electric motor according to claim 1 or 2, wherein an arrival of an encoder pulse from an encoder directly connected to an electric rotating shaft used for detecting an average rotational speed of the electric motor. Each time, as a detected speed value of the motor, a signal consisting of a combination of a fixed speed detection value output over a certain period and a zero speed output over a period until the next encoder pulse arrives is used as an average of the motor. The rotation speed detection method of the motor to be detected as the rotation speed is a second speed detection method, when the average rotation speed of the motor has become a low speed below a certain limit,
The method for detecting the rotation speed of the motor is the second method from the first method.
A method for detecting an instantaneous rotational speed of an electric motor, characterized by switching to the method of (1).
【請求項4】請求項1,2又は3に記載の電動機の瞬時回
転速度検出方法であって、現サンプルタイミングの電動
機のトルク電流検出値として、前回のサンプルタイミン
グもしくはそれ以前のサンプルタイミングにおけるトル
ク電流指令値を使用することを特徴とする電動機の瞬時
回転速度検出方法。
4. The method for detecting an instantaneous rotational speed of a motor according to claim 1, wherein the detected torque current value of the motor at a current sample timing is a torque at a previous sample timing or at a previous sample timing. A method for detecting an instantaneous rotational speed of a motor, wherein a current command value is used.
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