JP3166219B2 - 電動機の速度制御装置 - Google Patents
電動機の速度制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は速度検出器にパルスエ
ンコーダを用いた速度制御系の極低速域における電動機
の速度制御装置に関するものである。
ンコーダを用いた速度制御系の極低速域における電動機
の速度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】低分解能のパルスエンコーダを用いた電
動機の速度制御系では、極低速域において、エンコーダ
パルス間隔が速度制御周期より長くなり、その速度制御
周期において正確な速度情報が得られなくなる。このた
め、極低速域では速度制御系が以下に述べるように不安
定になることが知られている。
動機の速度制御系では、極低速域において、エンコーダ
パルス間隔が速度制御周期より長くなり、その速度制御
周期において正確な速度情報が得られなくなる。このた
め、極低速域では速度制御系が以下に述べるように不安
定になることが知られている。
【０００３】電動機の回転軸に連結されたパルスエンコ
ーダは電動機の低速域で図８（ｃ）に示すようなパルス
を発生する。すなわち、電動機の低速域での時間ｔに対
する回転速度ｎMは図８（ａ）に示すように直線的に変
化するが、時間ｔに対する位置θは図８（ｂ）に示すよ
うに曲線的に変化する。従って、パルスエンコーダに得
られるパルスは時間ｔの経過とともにパルス間隔が図８
（ｃ）のように狭くなってくる。図８（ｃ）のパルス情
報からその情報が変化したときに、パルス間隔Ｔ p (j)と
パルス変化量とによりパルス間隔Ｔ p (j)間の平均速度ｎ
M (j)（図では符号ｎ M の上部に線分を付して示す）が図
８（ｄ）に示すように求まる。このため、パルス間隔Ｔ
p (j)が速度制御周期より長いと、この間の速度が検出で
きないため、前回値の平均速度ｎ M (j-1)（図では符号ｎ
M の上部に線分を付して示す）を使用する。そのため真
値速度ｎMとの偏差が大きくなり、速度制御が不安定と
なる。
ーダは電動機の低速域で図８（ｃ）に示すようなパルス
を発生する。すなわち、電動機の低速域での時間ｔに対
する回転速度ｎMは図８（ａ）に示すように直線的に変
化するが、時間ｔに対する位置θは図８（ｂ）に示すよ
うに曲線的に変化する。従って、パルスエンコーダに得
られるパルスは時間ｔの経過とともにパルス間隔が図８
（ｃ）のように狭くなってくる。図８（ｃ）のパルス情
報からその情報が変化したときに、パルス間隔Ｔ p (j)と
パルス変化量とによりパルス間隔Ｔ p (j)間の平均速度ｎ
M (j)（図では符号ｎ M の上部に線分を付して示す）が図
８（ｄ）に示すように求まる。このため、パルス間隔Ｔ
p (j)が速度制御周期より長いと、この間の速度が検出で
きないため、前回値の平均速度ｎ M (j-1)（図では符号ｎ
M の上部に線分を付して示す）を使用する。そのため真
値速度ｎMとの偏差が大きくなり、速度制御が不安定と
なる。
【０００４】上記のような速度制御の不安定を改善する
手段として特開平２−３０７３８４号公報がある。
手段として特開平２−３０７３８４号公報がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のようにパルスエ
ンコーダを用いた速度制御系では極低速域で速度制御系
が不安定になる。この問題は特にサーボモータ、エレベ
ータ等の位置決め精度が要求される用途では解決しなけ
ればならない。このため、従来ではレゾルバや高パルス
出力のエンコーダが用いられてきた。しかし、最近では
オブザーバを用いて低速域の速度を推定することによ
り、低分解能のエンコーダを用いても極低速域の速度制
御を安定に行うことができる方式が提案されている。と
ころが、これらの方式では極低速域での負荷トルク変動
に対する速度応答や電動機始動時のエンコーダの初期位
置の問題に対する検討がなされていない。例えば、電動
機を始動して極低速域で運転するとき、エンコーダの初
期位置により１パルス目のエンコーダ信号には位置誤差
を含むため、正確な平均速度が得られない。図９は初期
位置誤差がないときのエンコーダＡ相，Ｂ相の位置関係
を示す波形図で、図中、４逓倍信号はエンコーダのＡ，
Ｂ相信号の立ち上がり、立ち下がりを合成して４倍の信
号を速度検出回路（図示省略）で作る。図１０は初期位
置が有るときの波形図で、４逓倍の信号は上述と同じよ
うにして作成し、パルス間隔ＴPは平均速度ｎM （符号ｎ
M の上部の線分を省略して示す）を算出する。
ンコーダを用いた速度制御系では極低速域で速度制御系
が不安定になる。この問題は特にサーボモータ、エレベ
ータ等の位置決め精度が要求される用途では解決しなけ
ればならない。このため、従来ではレゾルバや高パルス
出力のエンコーダが用いられてきた。しかし、最近では
オブザーバを用いて低速域の速度を推定することによ
り、低分解能のエンコーダを用いても極低速域の速度制
御を安定に行うことができる方式が提案されている。と
ころが、これらの方式では極低速域での負荷トルク変動
に対する速度応答や電動機始動時のエンコーダの初期位
置の問題に対する検討がなされていない。例えば、電動
機を始動して極低速域で運転するとき、エンコーダの初
期位置により１パルス目のエンコーダ信号には位置誤差
を含むため、正確な平均速度が得られない。図９は初期
位置誤差がないときのエンコーダＡ相，Ｂ相の位置関係
を示す波形図で、図中、４逓倍信号はエンコーダのＡ，
Ｂ相信号の立ち上がり、立ち下がりを合成して４倍の信
号を速度検出回路（図示省略）で作る。図１０は初期位
置が有るときの波形図で、４逓倍の信号は上述と同じよ
うにして作成し、パルス間隔ＴPは平均速度ｎM （符号ｎ
M の上部の線分を省略して示す）を算出する。
【０００６】ここで、電動機を始動したときのエンコー
ダスリットの初期位置は不定であるため、１パルス目の
信号を入力するまでの時間ＴP1は正確な速度情報となら
ない。つまり、図１０のように初期位置誤差があると１
パルス目を入力するまでの時間ＴP1が短くなるので、平
均速度ｎM （符号ｎ M の上部の線分を省略して示す）を求
めると、実際の速度より早い速度を検出してしまうおそ
れがある。
ダスリットの初期位置は不定であるため、１パルス目の
信号を入力するまでの時間ＴP1は正確な速度情報となら
ない。つまり、図１０のように初期位置誤差があると１
パルス目を入力するまでの時間ＴP1が短くなるので、平
均速度ｎM （符号ｎ M の上部の線分を省略して示す）を求
めると、実際の速度より早い速度を検出してしまうおそ
れがある。
【０００７】また、負荷トルクが印加されている状態で
電動機を始動する場合、速度推定オブザーバではエンコ
ーダのパルス情報が入力されるまでは負荷トルクの推定
が実行できない。このため、オブザーバの速度推定はエ
ンコーダの１パルス目が入力されるまでは、負荷トルク
τL＝０として演算される。この演算が行われると、速
度推定誤差が発生する問題を持っている。
電動機を始動する場合、速度推定オブザーバではエンコ
ーダのパルス情報が入力されるまでは負荷トルクの推定
が実行できない。このため、オブザーバの速度推定はエ
ンコーダの１パルス目が入力されるまでは、負荷トルク
τL＝０として演算される。この演算が行われると、速
度推定誤差が発生する問題を持っている。
【０００８】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、エンコーダの初期位置誤差があっても正確な平均
速度を得ることができるとともに零速域での速度推定誤
差が生じないようにした電動機の速度制御装置を提供す
ることを目的とする。
ので、エンコーダの初期位置誤差があっても正確な平均
速度を得ることができるとともに零速域での速度推定誤
差が生じないようにした電動機の速度制御装置を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、第１発明は電動機と、この電動機の速
度をパルス出力として送出する速度検出器と、速度検出
器から出力されるパルス間隔での速度制御周期において
速度を推定する速度オブザーバとを備え、速度推定オブ
ザーバ（図４）より推定した速度推定値と速度設定値と
の偏差値が供給される速度アンプと、この速度アンプの
出力と速度推定オブザーバ（図４）より推定された負荷
トルク推定値とを加算してトルク指令を得る電動機の速
度制御において、速度推定オブザーバ（図４）は、トル
ク指令と負荷トルク推定値との偏差をオブザーバモデル
機械時定数で積分したモデル出力推定値を得る第１演算
部と、この第１演算部で得られたモデル出力推定値か
ら、速度検出器から出力されるパルス間隔における平均
値を得る第２演算部と、この第２演算部の出力と速度検
出器から出力されるパルス変化時に求まる平均値速度と
の偏差を算出する第１偏差部と、この第１偏差部に得ら
れる偏差値をオブザーバゲイン倍して前記負荷トルク推
定値を得るオブザーバゲイン部と、前記第１演算部のモ
デル出力推定値と前記第１偏差部の偏差値との偏差とし
て速度推定値を得る第２偏差部とにより構成され、 この
ような速度制御系において、速度検出器から１パルス目
のパルスが出力されたときに、第２演算部から出力され
るモデル出力推定値の平均値と、速度検出器から出力さ
れるパルス変化時（１パルス目入力時）に求まる平均値
速度を比較し、後者の平均値速度が前者のモデル出力推
定値の平均値より大きいときには、第１偏差部の両入力
に第２演算部から出力されるモデル出力推定値の平均値
を与えて、第１偏差部の偏差を零にすることにより、速
度制御を安定に行うことを特徴とするものである。
達成するために、第１発明は電動機と、この電動機の速
度をパルス出力として送出する速度検出器と、速度検出
器から出力されるパルス間隔での速度制御周期において
速度を推定する速度オブザーバとを備え、速度推定オブ
ザーバ（図４）より推定した速度推定値と速度設定値と
の偏差値が供給される速度アンプと、この速度アンプの
出力と速度推定オブザーバ（図４）より推定された負荷
トルク推定値とを加算してトルク指令を得る電動機の速
度制御において、速度推定オブザーバ（図４）は、トル
ク指令と負荷トルク推定値との偏差をオブザーバモデル
機械時定数で積分したモデル出力推定値を得る第１演算
部と、この第１演算部で得られたモデル出力推定値か
ら、速度検出器から出力されるパルス間隔における平均
値を得る第２演算部と、この第２演算部の出力と速度検
出器から出力されるパルス変化時に求まる平均値速度と
の偏差を算出する第１偏差部と、この第１偏差部に得ら
れる偏差値をオブザーバゲイン倍して前記負荷トルク推
定値を得るオブザーバゲイン部と、前記第１演算部のモ
デル出力推定値と前記第１偏差部の偏差値との偏差とし
て速度推定値を得る第２偏差部とにより構成され、 この
ような速度制御系において、速度検出器から１パルス目
のパルスが出力されたときに、第２演算部から出力され
るモデル出力推定値の平均値と、速度検出器から出力さ
れるパルス変化時（１パルス目入力時）に求まる平均値
速度を比較し、後者の平均値速度が前者のモデル出力推
定値の平均値より大きいときには、第１偏差部の両入力
に第２演算部から出力されるモデル出力推定値の平均値
を与えて、第１偏差部の偏差を零にすることにより、速
度制御を安定に行うことを特徴とするものである。
【００１０】第２発明は電動機と、この電動機の速度を
パルス出力として送出する速度検出器と、速度検出器か
ら出力されるパルス間隔での速度制御周期において速度
を推定する速度オブザーバとを備え、速度推定オブザー
バ（図４）より推定した速度推定値と速度設定値との偏
差値が供給される速度アンプと、この速度アンプの出力
と速度推定オブザーバ（図４）より推定された負荷トル
ク推定値とを加算してトルク指令を得る電動機の速度制
御において、 速度推定オブザーバ（図４）は、トルク指
令と負荷トルク推定値との偏差をオブザーバモデル機械
時定数で積分したモデル出力推定値を得る第１演算部
と、この第１演算部で得られたモデル出力推定値から、
速度検出器から出力されるパルス間隔における平均値を
得る第２演算部と、この第２演算部の出力と速度検出器
から出力されるパルス変化時に求まる平均値速度との偏
差を算出する第１偏差部と、この第１偏差部に得られる
偏差値をオブザーバゲイン倍して前記負荷トルク推定値
を得るオブザーバゲイン部と、前記第１演算部のモデル
出力推定値と前記第１偏差部の偏差値との偏差として速
度推定値を得る第２偏差部とにより構成され、 このよう
な速度制御系において、速度が非常に低速となり、速度
検出器から出力されるパルス入力がある一定時間変化し
ないとき（実施例では仮に判定レベルを定格速度の１／
２０００の値ｎ M ＊とし、速度検出値と比較して、本動
作を行う極低速レベルを規定して説明している）には、
電動機の平均値速度を零とみなして、第１偏差部にて第
２演算部から出力される平均値との偏差を得るようにす
ることにより、極低速域の速度制御を安定に行うことを
特徴とするものである。
パルス出力として送出する速度検出器と、速度検出器か
ら出力されるパルス間隔での速度制御周期において速度
を推定する速度オブザーバとを備え、速度推定オブザー
バ（図４）より推定した速度推定値と速度設定値との偏
差値が供給される速度アンプと、この速度アンプの出力
と速度推定オブザーバ（図４）より推定された負荷トル
ク推定値とを加算してトルク指令を得る電動機の速度制
御において、 速度推定オブザーバ（図４）は、トルク指
令と負荷トルク推定値との偏差をオブザーバモデル機械
時定数で積分したモデル出力推定値を得る第１演算部
と、この第１演算部で得られたモデル出力推定値から、
速度検出器から出力されるパルス間隔における平均値を
得る第２演算部と、この第２演算部の出力と速度検出器
から出力されるパルス変化時に求まる平均値速度との偏
差を算出する第１偏差部と、この第１偏差部に得られる
偏差値をオブザーバゲイン倍して前記負荷トルク推定値
を得るオブザーバゲイン部と、前記第１演算部のモデル
出力推定値と前記第１偏差部の偏差値との偏差として速
度推定値を得る第２偏差部とにより構成され、 このよう
な速度制御系において、速度が非常に低速となり、速度
検出器から出力されるパルス入力がある一定時間変化し
ないとき（実施例では仮に判定レベルを定格速度の１／
２０００の値ｎ M ＊とし、速度検出値と比較して、本動
作を行う極低速レベルを規定して説明している）には、
電動機の平均値速度を零とみなして、第１偏差部にて第
２演算部から出力される平均値との偏差を得るようにす
ることにより、極低速域の速度制御を安定に行うことを
特徴とするものである。
【００１１】
【作用】電動機速度が低速域になると、速度検出器から
のパルス間隔が速度制御周期より長くなって、正確な速
度情報が得られなくなってくる。このため、速度推定オ
ブザーバの速度推定の平均値の１パルス目のＳＥＡと速
度検出値の１パルス目のＳＰＤを比較する。ただし、Ｓ
ＥＡとＳＰＤは下記に示す。
のパルス間隔が速度制御周期より長くなって、正確な速
度情報が得られなくなってくる。このため、速度推定オ
ブザーバの速度推定の平均値の１パルス目のＳＥＡと速
度検出値の１パルス目のＳＰＤを比較する。ただし、Ｓ
ＥＡとＳＰＤは下記に示す。
【数６】 そして、ＳＥＡ＜ＳＰＤのときはＳＥＡ＝ＳＰＤとする
ことにより、１パルス目のエンコーダ初期位置誤差の影
響を少なくする。
ことにより、１パルス目のエンコーダ初期位置誤差の影
響を少なくする。
【００１２】また、零速域で一定時間、エンコーダパル
ス入力が変化しないときは速度検出値ｎM＝０（符号ｎ M
の上部の線分を省略して示す）として、速度推定オブザ
ーバ及び速度制御系の演算を実行する。これにより速度
推定値∧ｎ M の実速度への復帰を速くする。
ス入力が変化しないときは速度検出値ｎM＝０（符号ｎ M
の上部の線分を省略して示す）として、速度推定オブザ
ーバ及び速度制御系の演算を実行する。これにより速度
推定値∧ｎ M の実速度への復帰を速くする。
【００１３】
【実施例】以下この発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。まず、従来より用いられている負荷トルク推定
オブザーバ（最小次元オブザーバ）を用いた零速オブザ
ーバについて述べる。
明する。まず、従来より用いられている負荷トルク推定
オブザーバ（最小次元オブザーバ）を用いた零速オブザ
ーバについて述べる。
【００１４】（Ａ）速度推定の原理、最小次元オブザー
バによる負荷トルク推定オブザーバは図１に示すような
構成となっている。最小次元オブザーバではオブザーバ
ゲインｇは比例要素のみとなるので、負荷トルクτLが
印加されるとモデル出力推定値∧ｎM'(i)（図１では推
定値の記号∧は符号ｎM'の上部に付される）と速度ｎM
とに偏差が発生する。偏差は次式（１）式、（２）式で
表わされる。
バによる負荷トルク推定オブザーバは図１に示すような
構成となっている。最小次元オブザーバではオブザーバ
ゲインｇは比例要素のみとなるので、負荷トルクτLが
印加されるとモデル出力推定値∧ｎM'(i)（図１では推
定値の記号∧は符号ｎM'の上部に付される）と速度ｎM
とに偏差が発生する。偏差は次式（１）式、（２）式で
表わされる。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】完全次元オブザーバではオブザーバゲイン
ｇがＰＩ要素となるので、定常状態ではモデル出力推定
値∧ｎM'(i)（推定値の記号は前記と同様に符号の上部
に付される）と速度ｎMは等しくなる。ただし、負荷急
変時のような過渡時には成立しない。完全次元オブザー
バより調整要素が少ない最小次元オブザーバを用いて速
度推定を行うには（２）式を変形すると速度は次式のよ
うになる。
ｇがＰＩ要素となるので、定常状態ではモデル出力推定
値∧ｎM'(i)（推定値の記号は前記と同様に符号の上部
に付される）と速度ｎMは等しくなる。ただし、負荷急
変時のような過渡時には成立しない。完全次元オブザー
バより調整要素が少ない最小次元オブザーバを用いて速
度推定を行うには（２）式を変形すると速度は次式のよ
うになる。
【００１８】
【数３】
【００１９】（３）式の関係を図１に追加して速度を図
２のブロック図より推定する。
２のブロック図より推定する。
【００２０】（Ｂ）零速域での速度推定、 速度検出器としてパルスエンコーダを用いると、極低速
域では速度制御周期よりもエンコーダパルス間隔の方が
長くなる。図３にその関係を示す。図３において、Ｔｓ
は速度制御周期、Ｔｐはエンコーダパルスの周期、Ｔｄ
はＴｓとＴｐとの差である。エンコーダパルスが入力さ
れると、そのパルス周期Ｔｐより速度の平均値は次の
（４）式から求まる。
域では速度制御周期よりもエンコーダパルス間隔の方が
長くなる。図３にその関係を示す。図３において、Ｔｓ
は速度制御周期、Ｔｐはエンコーダパルスの周期、Ｔｄ
はＴｓとＴｐとの差である。エンコーダパルスが入力さ
れると、そのパルス周期Ｔｐより速度の平均値は次の
（４）式から求まる。
【００２１】
【数４】
【００２２】速度検出値はエンコーダパルス検出期間
（j-1〜j間）での平均値しか検出できないので、オブザ
ーバの構成もこのことを考慮して図４のような離散系で
構成する。この図４の最小次元オブザーバによる零速オ
ブザーバの構成図において、速度検出値は平均値ｎM(j)
（図４では符号ｎ M の上部には線分が付される）である
ため、モデル出力推定値∧ｎ M '(j)（図４では符号ｎ M の
上部に推定値記号∧が付される）もこの間の平均値とす
る。この平均値の偏差を用いて負荷トルク推定値∧τ
L (j)（図４では符号τ L の上部に推定値記号∧が付され
る）を推定する。パルス間隔における平均値は次の
（５）式で求める。
（j-1〜j間）での平均値しか検出できないので、オブザ
ーバの構成もこのことを考慮して図４のような離散系で
構成する。この図４の最小次元オブザーバによる零速オ
ブザーバの構成図において、速度検出値は平均値ｎM(j)
（図４では符号ｎ M の上部には線分が付される）である
ため、モデル出力推定値∧ｎ M '(j)（図４では符号ｎ M の
上部に推定値記号∧が付される）もこの間の平均値とす
る。この平均値の偏差を用いて負荷トルク推定値∧τ
L (j)（図４では符号τ L の上部に推定値記号∧が付され
る）を推定する。パルス間隔における平均値は次の
（５）式で求める。
【００２３】
【数５】
【００２４】ここで図４に示した最小次元オブザーバに
よる零速オブザーバを用いたこの発明の実施例について
述べる。図５はこの発明の一実施例を示すもので、図４
に示した構成図に偏差器、速度アンプおよび加算器を設
けたものである。
よる零速オブザーバを用いたこの発明の実施例について
述べる。図５はこの発明の一実施例を示すもので、図４
に示した構成図に偏差器、速度アンプおよび加算器を設
けたものである。
【００２５】図５において、トルク指令τM※(i)と負荷
トルク推定値∧τ L (j)（図５では符号τ L の上部に推定
値記号∧が付される）は偏差器１１に供給されて、その
偏差出力が第１演算部１２に入力される。第１演算部１
２は速度制御周期Ｔｓをモデル機械時定数ＴM※で割算
した割算部１２ａと、この割算部１２ａの出力と積分器
１２ｃの出力とを加算した加算器１２ｂとから構成され
ている。第１演算部１２で演算されて得られたモデル出
力推定値∧ｎM'(i)（図５では符号ｎ M ’の上部に推定値
記号∧が付される）は速度検出器のパルス間隔における
平均値を得る第２演算部１３に入力される。第２演算部
１３で演算された出力は第１偏差部１４のプラス入力端
に供給され、そのマイナス入力端にはパルスエンコーダ
１５により検出された速度検出出力の平均値が詳細を詳
述する第３演算部２３を介して供給される。
トルク推定値∧τ L (j)（図５では符号τ L の上部に推定
値記号∧が付される）は偏差器１１に供給されて、その
偏差出力が第１演算部１２に入力される。第１演算部１
２は速度制御周期Ｔｓをモデル機械時定数ＴM※で割算
した割算部１２ａと、この割算部１２ａの出力と積分器
１２ｃの出力とを加算した加算器１２ｂとから構成され
ている。第１演算部１２で演算されて得られたモデル出
力推定値∧ｎM'(i)（図５では符号ｎ M ’の上部に推定値
記号∧が付される）は速度検出器のパルス間隔における
平均値を得る第２演算部１３に入力される。第２演算部
１３で演算された出力は第１偏差部１４のプラス入力端
に供給され、そのマイナス入力端にはパルスエンコーダ
１５により検出された速度検出出力の平均値が詳細を詳
述する第３演算部２３を介して供給される。
【００２６】第１偏差部１４の偏差出力はオブザーバゲ
イン部１６に供給され、ここで所定倍されて出力に負荷
トルク推定値∧τ L (j)（図５では符号τ L の上部に推定
値記号∧が付される）を得る。また、第１偏差部１４の
偏差出力は第２偏差部１７のマイナス入力端に供給され
る。第２偏差部１７のプラス入力端にはモデル出力推定
値∧ｎ M '(i)（図５では符号ｎ M ’の上部に推定値記号∧
が付される）が供給され、その出力には速度推定値∧ｎ
M(i)（図５では符号ｎ M の上部に推定値記号∧が付され
る）が得られる。この速度推定値∧ｎ M (i)と速度設定値
はｎM※(i)は第３偏差部１８のマイナスおよびプラス入
力端に供給され、その偏差出力が比例ゲインＫWCの速度
アンプ１９に供給される。速度アンプ１９の出力と負荷
トルク推定値∧τ L (j)は加算器２０で加算してトルク指
令τM※を得る。このトルク指令τM※は第４偏差部２１
で負荷トルクとの偏差を取って電動機２２に供給してそ
れの速度制御を行う。
イン部１６に供給され、ここで所定倍されて出力に負荷
トルク推定値∧τ L (j)（図５では符号τ L の上部に推定
値記号∧が付される）を得る。また、第１偏差部１４の
偏差出力は第２偏差部１７のマイナス入力端に供給され
る。第２偏差部１７のプラス入力端にはモデル出力推定
値∧ｎ M '(i)（図５では符号ｎ M ’の上部に推定値記号∧
が付される）が供給され、その出力には速度推定値∧ｎ
M(i)（図５では符号ｎ M の上部に推定値記号∧が付され
る）が得られる。この速度推定値∧ｎ M (i)と速度設定値
はｎM※(i)は第３偏差部１８のマイナスおよびプラス入
力端に供給され、その偏差出力が比例ゲインＫWCの速度
アンプ１９に供給される。速度アンプ１９の出力と負荷
トルク推定値∧τ L (j)は加算器２０で加算してトルク指
令τM※を得る。このトルク指令τM※は第４偏差部２１
で負荷トルクとの偏差を取って電動機２２に供給してそ
れの速度制御を行う。
【００２７】図６は第３演算部２３の第１実施例を示す
もので、この第３演算部２３は第２演算部１３で演算さ
れた出力の１番目の出力ＳＥＡ（ＳＥＡについては前述
した）と、パルスエンコーダ１５から送出される平均値
の１番目のパルス出力ＳＰＤ（ＳＰＤについては前述し
た）との大小を比較するコンパレータ２４と、前記平均
値の１番目のパルス出力チェック部２５と、このチェッ
ク部２５の出力と前記コンパレータ２４の出力とが与え
られるアンド回路２６およびこのアンド回路２６のアン
ド出力で動作するリレー（図示省略）の切換接点２７と
から構成される。次にこの第３演算部２３の動作につい
て述べる。通常はリレーの切換接点２７は図示のように
接続されていて、平均値は第１偏差部１４に与えられて
いるが、コンパレータ２４がＳＥＡ＜ＳＰＤであると判
断したときにはコンパレータ２４の出力には「１」が送
出される。一方、チェック部２５も１番目のパルス出力
であるとチェックすると、出力に「１」が送出されてア
ンド回路２６に与えられる。アンド回路２６は両入力が
「１」となるので、アンド出力を生じ、この出力でリレ
ーを動作させて、その切換接点２７を図示とは異なる接
点側に一時的に切り換える。
もので、この第３演算部２３は第２演算部１３で演算さ
れた出力の１番目の出力ＳＥＡ（ＳＥＡについては前述
した）と、パルスエンコーダ１５から送出される平均値
の１番目のパルス出力ＳＰＤ（ＳＰＤについては前述し
た）との大小を比較するコンパレータ２４と、前記平均
値の１番目のパルス出力チェック部２５と、このチェッ
ク部２５の出力と前記コンパレータ２４の出力とが与え
られるアンド回路２６およびこのアンド回路２６のアン
ド出力で動作するリレー（図示省略）の切換接点２７と
から構成される。次にこの第３演算部２３の動作につい
て述べる。通常はリレーの切換接点２７は図示のように
接続されていて、平均値は第１偏差部１４に与えられて
いるが、コンパレータ２４がＳＥＡ＜ＳＰＤであると判
断したときにはコンパレータ２４の出力には「１」が送
出される。一方、チェック部２５も１番目のパルス出力
であるとチェックすると、出力に「１」が送出されてア
ンド回路２６に与えられる。アンド回路２６は両入力が
「１」となるので、アンド出力を生じ、この出力でリレ
ーを動作させて、その切換接点２７を図示とは異なる接
点側に一時的に切り換える。
【００２８】これにより、第１偏差部１４の両入力端に
は第２演算部１３の出力が供給されることになって偏差
は零になる。このため、１パルス目のエンコーダ初期位
置誤差の影響がなくなり、電動機を極低速で始動したと
きでも運転の安定性が高くなる。
は第２演算部１３の出力が供給されることになって偏差
は零になる。このため、１パルス目のエンコーダ初期位
置誤差の影響がなくなり、電動機を極低速で始動したと
きでも運転の安定性が高くなる。
【００２９】次に第３演算部２３の第２実施例を図７に
より述べる。図７において、３１はサンプルホールド
で、このサンプルホールド３１は速度検出値の平均値速
度ｎMn(j)（図７では符号ｎ M の上部には線分が付され
る）をホールドし、図示ホールド出力を得る。この出力
はコンパレータ３２の一方の入力に与えられ、その他方
の入力には、例えば定格速度の１／２０００の零速域の
値ｎMZ※を与える。コンパレータ３２の他方の入力ｎ MZ
※より一方の入力が小さいとき、コンパレータ３２は
「１」出力を送出して、アンド回路３３の第１入力に供
給される。３４はカウンタで、カウンタ３４は速度制御
周期信号（ｉ）をカウントして出力にｎCを送出する。
この出力ｎCはコンパレータ３５の一方の入力に与えら
れ、他方の入力には零速カウント値ｎZ（例えば、定格
速度の１／２０００のとき、エンコーダの４逓倍の信号
周期ＴPより長いカウント値とする。）が与えられる。
コンパレータ３５はｎZ＜ｎCのとき「１」出力を送出す
る。この出力はアンド回路３３の第２入力に供給され
る。アンド回路３３は第１，第２入力が「１」になると
アンド出力を送出し、このアンド出力でリレー（図示省
略）が動作してその切換接点３６が図示状態から異なる
接点に切り換わる。すなわち、前記コンパレータ３２の
他方の入力ｎ MZ ※より一方の入力が小さいとき、速度検
出器からのパルス入力がある期間（速度制御周期信号の
カウンタ出力ｎ C は、パルス入力にてリセットされるの
で、ある期間パルス入力が無ければ、カウントアップし
て行き、設定値ｎ Z より大きくなれば、極低速と判定す
る）入力されなければ、速度零と判定して、第１偏差部
１４の平均値速度を零としている。なお、３７は立ち上
がり検出部、３８はオア回路である。
より述べる。図７において、３１はサンプルホールド
で、このサンプルホールド３１は速度検出値の平均値速
度ｎMn(j)（図７では符号ｎ M の上部には線分が付され
る）をホールドし、図示ホールド出力を得る。この出力
はコンパレータ３２の一方の入力に与えられ、その他方
の入力には、例えば定格速度の１／２０００の零速域の
値ｎMZ※を与える。コンパレータ３２の他方の入力ｎ MZ
※より一方の入力が小さいとき、コンパレータ３２は
「１」出力を送出して、アンド回路３３の第１入力に供
給される。３４はカウンタで、カウンタ３４は速度制御
周期信号（ｉ）をカウントして出力にｎCを送出する。
この出力ｎCはコンパレータ３５の一方の入力に与えら
れ、他方の入力には零速カウント値ｎZ（例えば、定格
速度の１／２０００のとき、エンコーダの４逓倍の信号
周期ＴPより長いカウント値とする。）が与えられる。
コンパレータ３５はｎZ＜ｎCのとき「１」出力を送出す
る。この出力はアンド回路３３の第２入力に供給され
る。アンド回路３３は第１，第２入力が「１」になると
アンド出力を送出し、このアンド出力でリレー（図示省
略）が動作してその切換接点３６が図示状態から異なる
接点に切り換わる。すなわち、前記コンパレータ３２の
他方の入力ｎ MZ ※より一方の入力が小さいとき、速度検
出器からのパルス入力がある期間（速度制御周期信号の
カウンタ出力ｎ C は、パルス入力にてリセットされるの
で、ある期間パルス入力が無ければ、カウントアップし
て行き、設定値ｎ Z より大きくなれば、極低速と判定す
る）入力されなければ、速度零と判定して、第１偏差部
１４の平均値速度を零としている。なお、３７は立ち上
がり検出部、３８はオア回路である。
【００３０】上記のように構成された第２実施例におい
て、零速域（例えば定格速度の１／２０００以下におい
て）で一定時間（例えば１／２０００速度における４逓
倍信号周期ＴPより長い時間）エンコーダパルス入力が
変化しないときは、平均速度を「０」として第１偏差部
１４の入力に与える。これにより、速度推定オブザーバ
及び速度制御系の演算を実行すると速度推定値の実速度
への復帰を速くすることができる。
て、零速域（例えば定格速度の１／２０００以下におい
て）で一定時間（例えば１／２０００速度における４逓
倍信号周期ＴPより長い時間）エンコーダパルス入力が
変化しないときは、平均速度を「０」として第１偏差部
１４の入力に与える。これにより、速度推定オブザーバ
及び速度制御系の演算を実行すると速度推定値の実速度
への復帰を速くすることができる。
【００３１】上記した第１，第２実施例を用いて極低速
域での電動機の制御が完了したなら以下に述べるように
図５は動作される。トルク指令τM※(i)と負荷トルク推
定値∧τ L (i)との偏差をオブザーバモデル機械時定数Ｔ
M※で積分してモデル出力推定値∧ｎ M '(i)を得る。次
に、この∧ｎ M '(i)からパルス間隔における平均値を求
め、パルス変化時に求まる平均値速度ｎM(j)（符号ｎ M
の上部の線分は省略してある）との偏差を算出する。こ
の偏差をオブザーバゲイン（ｇ）倍して負荷トルク推定
値∧τ L (j)を求める。その後、オブザーバモデル出力推
定値∧ｎ M '(i)と第１偏差部１４の出力との偏差を減算
することによりパルス間の速度を推定して推定速度∧ｎ
M (i)を求める。この∧ｎ M (i)を速度アンプ１９にフィー
ドバック信号として供給して電動機の速度制御を行う。
なお、負荷トルク推定値∧τ L (j)を加算器２０で速度ア
ンプ１９の出力と加算してトルク指令を得ることにより
負荷外乱抑制が可能となる。
域での電動機の制御が完了したなら以下に述べるように
図５は動作される。トルク指令τM※(i)と負荷トルク推
定値∧τ L (i)との偏差をオブザーバモデル機械時定数Ｔ
M※で積分してモデル出力推定値∧ｎ M '(i)を得る。次
に、この∧ｎ M '(i)からパルス間隔における平均値を求
め、パルス変化時に求まる平均値速度ｎM(j)（符号ｎ M
の上部の線分は省略してある）との偏差を算出する。こ
の偏差をオブザーバゲイン（ｇ）倍して負荷トルク推定
値∧τ L (j)を求める。その後、オブザーバモデル出力推
定値∧ｎ M '(i)と第１偏差部１４の出力との偏差を減算
することによりパルス間の速度を推定して推定速度∧ｎ
M (i)を求める。この∧ｎ M (i)を速度アンプ１９にフィー
ドバック信号として供給して電動機の速度制御を行う。
なお、負荷トルク推定値∧τ L (j)を加算器２０で速度ア
ンプ１９の出力と加算してトルク指令を得ることにより
負荷外乱抑制が可能となる。
【００３２】上記実施例において、トルク指令τM※
（ｉ）は直流機制御の場合には電機子電流検出値を用
い、誘導機のベクトル制御の場合にはトルク分電流検出
値を使用する。また、各々の検出値でなく制御に用いる
指令値を流用してもよい。
（ｉ）は直流機制御の場合には電機子電流検出値を用
い、誘導機のベクトル制御の場合にはトルク分電流検出
値を使用する。また、各々の検出値でなく制御に用いる
指令値を流用してもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
パルスエンコーダの１パルス目の入力時の速度制御を安
定化させるために、第２演算部で演算された出力の１パ
ルス目の出力と、パルスエンコーダからの１パルス目の
出力とを比較し、後者より前者の方がより正確であると
仮定して平均値速度データとして第２演算部で演算され
た出力のモデル出力推定値の平均値を使用することによ
り、パルスエンコーダの初期位置誤差があっても正確な
平均速度を得ることができ、これにより電動機を始動し
て極低速で運転するときの安定性を高くすることができ
る。また、パルスエンコーダからのパルス入力がある一
定期間入力されないときには、平均値速度を零と仮定で
きるので、平均値速度を零とすることにより、零速域
（極定速域）での速度推定誤差が生じないようにして速
度推定値の実速度への復帰を速くすることができる。
パルスエンコーダの１パルス目の入力時の速度制御を安
定化させるために、第２演算部で演算された出力の１パ
ルス目の出力と、パルスエンコーダからの１パルス目の
出力とを比較し、後者より前者の方がより正確であると
仮定して平均値速度データとして第２演算部で演算され
た出力のモデル出力推定値の平均値を使用することによ
り、パルスエンコーダの初期位置誤差があっても正確な
平均速度を得ることができ、これにより電動機を始動し
て極低速で運転するときの安定性を高くすることができ
る。また、パルスエンコーダからのパルス入力がある一
定期間入力されないときには、平均値速度を零と仮定で
きるので、平均値速度を零とすることにより、零速域
（極定速域）での速度推定誤差が生じないようにして速
度推定値の実速度への復帰を速くすることができる。
【図１】速度推定の原理説明のブロック図。
【図２】速度推定の原理説明のブロック図。
【図３】エンコーダパルスと速度制御周期の関係を示す
説明図。
説明図。
【図４】最小次元オブザーバによる零速オブザーバの構
成図。
成図。
【図５】この発明の一実施例を示す構成説明図。
【図６】この発明の実施例の要部の詳細を示す第１実施
例の構成図。
例の構成図。
【図７】この発明の実施例の要部の詳細を示す第２実施
例の構成図。
例の構成図。
【図８】（ａ）は時間対速度の関係を示す特性図、
（ｂ）は時間対位置の関係を示す特性図、（ｃ）は時間
対パルス数の関係を示す特性図、（ｄ）は時間対速度平
均の検出値を示す特性図。
（ｂ）は時間対位置の関係を示す特性図、（ｃ）は時間
対パルス数の関係を示す特性図、（ｄ）は時間対速度平
均の検出値を示す特性図。
【図９】初期位置誤差がないときのエンコーダパルスの
タイムチャート。
タイムチャート。
【図１０】初期位置誤差があるときのエンコーダパルス
のタイムチャート。
のタイムチャート。
１２…第１演算部、１３…第２演算部、１４…第１偏差
部、１６…オブザーバゲイン、１７…第２偏差部、１９
…速度アンプ、２０…加算器、２４…コンパレータ、２
５…１番目パルスチェック部、２６…アンド回路、２７
…切換接点。
部、１６…オブザーバゲイン、１７…第２偏差部、１９
…速度アンプ、２０…加算器、２４…コンパレータ、２
５…１番目パルスチェック部、２６…アンド回路、２７
…切換接点。
Claims (2)
- 【請求項１】 電動機と、この電動機の速度をパルス出
力として送出する速度検出器と、速度検出器から出力さ
れるパルス間隔での速度制御周期において速度を推定す
る速度オブザーバとを備え、速度推定オブザーバより推
定した速度推定値と速度設定値との偏差値が供給される
速度アンプと、この速度アンプの出力と速度推定オブザ
ーバより推定された負荷トルク推定値とを加算してトル
ク指令を得る電動機の速度制御において、 速度推定オブザーバは、トルク指令と負荷トルク推定値
との偏差をオブザーバモデル機械時定数で積分したモデ
ル出力推定値を得る第１演算部と、 この第１演算部で得られたモデル出力推定値から、速度
検出器から出力されるパルス間隔における平均値を得る
第２演算部と、 この第２演算部の出力と速度検出器から出力されるパル
ス変化時に求まる平均値速度との偏差を算出する第１偏
差部と、 この第１偏差部に得られる偏差値をオブザーバゲイン倍
して前記負荷トルク推定値を得るオブザーバゲイン部
と、 前記第１演算部のモデル出力推定値と前記第１偏差部の
偏差値との偏差として速度推定値を得る第２偏差部とに
より構成され、 このような速度制御系において、速度検出器から１パル
ス目のパルスが出力されたときに、第２演算部から出力
されるモデル出力推定値の平均値と、速度検出器から出
力されるパルス変化時に求まる平均値速度を比較し、後
者の平均値速度が前者のモデル出力推定値の平均値より
大きいときには、第１偏差部の両入力に第２演算部から
出力されるモデル出力推定値の平均値を与えて、第１偏
差部の偏差を零にすることにより、速度制御を安定に行
う ことを特徴とする電動機の速度制御装置。 - 【請求項２】 電動機と、この電動機の速度をパルス出
力として送出する速度検出器と、速度検出器から出力さ
れるパルス間隔での速度制御周期において速度を推定す
る速度オブザーバとを備え、速度推定オブザーバより推
定した速度推定値と速度設定値との偏差値が供給される
速度アンプと、この速度アンプの出力と速度推定オブザ
ーバより推定された負荷トルク推定値とを加算してトル
ク指令を 得る電動機の速度制御において、 速度推定オブザーバは、トルク指令と負荷トルク推定値
との偏差をオブザーバモデル機械時定数で積分したモデ
ル出力推定値を得る第１演算部と、 この第１演算部で得られたモデル出力推定値から、速度
検出器から出力されるパルス間隔における平均値を得る
第２演算部と、 この第２演算部の出力と速度検出器から出力されるパル
ス変化時に求まる平均値速度との偏差を算出する第１偏
差部と、 この第１偏差部に得られる偏差値をオブザーバゲイン倍
して前記負荷トルク推定値を得るオブザーバゲイン部
と、 前記第１演算部のモデル出力推定値と前記第１偏差部の
偏差値との偏差として速度推定値を得る第２偏差部とに
より構成され、 このような速度制御系において、速度が非常に低速とな
り、 速度検出器から出力されるパルス入力がある一定時
間変化しないときには、電動機の平均値速度を零とみな
して、第１偏差部にて第２演算部から出力される平均値
との偏差を得るようにすることにより、極低速域の速度
制御を安定に行うことを特徴とする電動機の速度制御装
置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20031491A JP3166219B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 電動機の速度制御装置 |
| EP19920108454 EP0514847B1 (en) | 1991-05-20 | 1992-05-19 | System and method for controlling speed of electric motor in extremely low speed range using rotary pulse encoder |
| DE69218826T DE69218826T2 (de) | 1991-05-20 | 1992-05-19 | System und Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung von elektrischen Motoren in extrem niedrigen Geschwindigkeitsbereichen unter Verwendung eines rotierenden Pulskodierers |
| TW81103905A TW221535B (ja) | 1991-05-20 | 1992-05-19 | |
| US07/885,763 US5325460A (en) | 1991-05-20 | 1992-05-20 | System and method for controlling the speed of an electric motor in an extremely low speed range using a rotary pulse encoder |
| KR1019920008521A KR950014759B1 (ko) | 1991-05-20 | 1992-05-20 | 회전 펄스 인코더를 사용하여 극히 저속의 범위에서 전기 모터의 속도를 제어하기 위한 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20031491A JP3166219B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 電動機の速度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0549281A JPH0549281A (ja) | 1993-02-26 |
| JP3166219B2 true JP3166219B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=16422251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20031491A Expired - Fee Related JP3166219B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-08-09 | 電動機の速度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3166219B2 (ja) |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP20031491A patent/JP3166219B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0549281A (ja) | 1993-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |