JP3230352B2 - 電動機の速度制御装置 - Google Patents

電動機の速度制御装置

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JP3230352B2 JP27632193A JP27632193A JP3230352B2 JP 3230352 B2 JP3230352 B2 JP 3230352B2 JP 27632193 A JP27632193 A JP 27632193A JP 27632193 A JP27632193 A JP 27632193A JP 3230352 B2 JP3230352 B2 JP 3230352B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電動機の速度制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】電動機の速度制御においては、速度検出
の精度を上げるため、電動機の回転子軸に取り付けられ
たインクリメントエンコーダからの図7に示す1F信号
(エンコーダ信号の周期毎の信号)の検出エッジを利用
して検出速度の演算を行っている。従って、速度検出周
期毎(ASR周期毎)に検出エッジが入ってこないよう
な、極低速状態では速度検出エッジが充分得られない。
ここで、図7に示す4F信号(4逓倍信号)により速度
検出を行う方法も考えられるが、この方法ではエンコー
ダの出力信号の相間の位相誤差が大きく、検出速度に大
きな誤差を含んでしまうおそれがある。従来はこれらの
速度情報に基づいてオブザーバ演算により負荷トルクや
速度の推定を行っていた。
【0003】なお、図7は前述したインクリメントエン
コーダより得た1F信号及び4逓倍信号(4F信号)
で、図中、A相、B相はエンコーダの出力信号である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のように従来で
は、1F信号に基づいて速度検出と負荷トルクオブザー
バの処理をしているため、エッジパルスの検出時刻の増
大に伴い速度制御系が不安定となり易い問題がある。
【0005】さらに、従来の負荷トルクオブザーバで
は、エッジパルスの発生時刻に対応させてモデルの速度
を使用して速度の平均化処理を行っていなかったため、
速度応答にオーバシュートやアンダーシュートが発生し
易かった。
【0006】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、迅速かつ正確に電動機の速度補償および外乱補償
ができ、しかも安定した速度制御を行うことかできる電
動機の速度制御装置を提供することを目的とする。
【0007】
【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発明は電動機の速度指令値と実速
度との偏差出力値を増幅するアンプと、このアンプの出
力値と負荷トルクの推定値との加算出力値をトルク指令
値とし、このトルク指令値と負荷トルクとの偏差出力値
で運転される電動機と、この電動機の回転子軸に取り付
けられたインクリメントエンコーダと、このエンコーダ
から出力される2相信号の各立上り、立下りのエッジに
基づいてエンコーダ信号の周期毎の信号で速度検出を行
う速度検出部と、前記トルク指令値と負荷トルクの推定
値との偏差出力値が供給される電動機モデルと、前記速
度検出エッジが検出されたときに電動機モデル出力の平
均化処理を行う平均化処理部と、前記速度検出部で検出
された最新の検出エッジを記憶し、その検出エッジに対
応した速度検出値と電動機モデルの平均化処理出力をセ
レクトする最新エッジセレクタ部と、この最新エッジセ
レクタ部によりセレクトされた速度検出エッジと電動機
モデル出力の平均化処理値との偏差値を導入して負荷ト
ルクの推定値を出力するオブザーバゲインとを備えたも
のである。
【0008】第2発明は電動機モデルの出力側に、電動
機モデル出力を一定サンプリング値遅らせる遅延部を設
けたことを特徴とするものである。
【0009】
【作用】4種類の速度検出エッジに基づいた速度検出回
路に対して、それぞれの4種類の信号に対応して負荷ト
ルクオブザーバの電動機モデル出力の平均化処理を実行
することにより、迅速に電動機の速度補償ができる。ま
た、速度検出遅れを考慮した電動機モデル出力を使用し
て平均化処理を行いオブザーバを構成することにより正
確な補償ができる。
【0010】
【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1において、11は第1偏差部で、この第1偏
差部11は速度指令値のωr*がプラス端に与えられ、
マイナス端には後述の実速度ωrが与えられる。第1偏
差部11の出力はアンプ12で増幅されて加算部13の
一端に与えられる。加算部13の他端には負荷トルクの
推定値Aτが与えられる。加算部13で加算された出
力はトルク指令値τ*として第2偏差部14のプラス
端に与えられ、そのマイナス端には負荷トルクτが与
えられる。第2偏差部14の出力値は電動機15の運転
に使用される。ここで第2偏差部14はモータにかかる
負荷外乱をブロック図でモデル化したものである。電動
機15の回転子軸には図示しないがインクリメントパル
スエンコーダが取り付けられている。このエンコーダは
出力に2相のパルス出力(A相、B相)を送出する。こ
の2相のパルス出力の各立上り、立下りのエッジデータ
をエッジ検出部24で検出し、立上り時のA,Bと立下
り時のA,Bの各相エッジによる速度を演算して4相1
F信号を得、この信号から最新のエッジを最新エッジセ
レクタ16で検出する。同図ではB相が検出されてい
る。
【0011】17は第3偏差部で、この第3偏差部17
のプラス端にはトルク指令値τM*が与えられ、マイナ
ス端には負荷トルク推定値ΛτLが与えられる。第3偏
差部17の出力は電動機モデル部18に供給される。モ
デル部18からは電動機モデル出力が送出されて遅延部
19に入力される。遅延部19は必ずしも必要としない
が最新エッジセレクタ16から送出される検出速度遅れ
を考慮するために、例えば1サンプリング値だけモデル
出力を遅らせるものである。遅延部19から送出された
モデル出力は最新エッジセレクタ16から送出される4
相に適合させるために、4つの速度の平均化処理部20
a,20b,20c,20dに供給される。これら平均
化処理部20a〜20dの出力は最新エッジセレクタ1
6の各相出力と第4〜第7偏差部21a〜21dで比較
され、その偏差出力値がオブザーバゲイン部22に与え
られる。オブザーバゲイン部22は入力された値に基づ
いて出力に負荷トルクの推定値ΛτL を得る。23は第
8偏差部で、この第8偏差部23のプラス端にはモデル
出力が与えられ、マイナス端には第4〜第7偏差部21
a〜21dの出力が与えられ、その偏差出力が実速度ω
rとして送出される。
【0012】図2Aは平均化処理部20aの詳細な構成
説明図で、31はサンプリング時間の逆数倍の係数部
32は乗算部、33は加算部、34は遅延部、35は1
/2倍の係数部、36は検出エッジ有無を切換えるスイ
ッチ、37は偏差部、38は除算部である。図2BはT
ASRとΔTとの関係を示すものである。
【0013】次に上記実施例の動作を述べる。第1偏差
部11は速度指令値ωr*と実速度ωrとの偏差分をア
ンプ12で増幅して加算部13に送出する。加算部13
は負荷トルク推定値Λτにアンプ12の出力値を加算
して出力にトルク指令値τ*を送出する。このトルク
指令値τ*は第2偏差部14で負荷トルクτと比較
され、その偏差分で電動機15が運転される。ここで第
2偏差部14はモータにかかる負荷外乱をブロック図で
モデル化したものである。電動機15の運転によりパル
スエンコーダが図3イ,ロに示すA相、B相のパルスを
送出する。このパルスの立上り、立下りの各エッジデー
タを図3ハ〜ヘのように検出する。各エッジデータは最
新エッジセレクタ16により最新エッジデータが選択さ
れて出力される。この出力値により検出速度の演算を行
うわけであるが、エッジの検出から速度の演算を行うま
でに1サンプリングの遅れを生じる。このため、検出速
度とモデル18の速度とを適合させるために、遅延部1
9で1サンプリング遅らせてから平均化処理部20a〜
20dを行って、速度の比較を第4〜第7偏差部21a
〜21dで行っている。
【0014】次にモデル出力の平均化処理について述べ
る。まず、速度検出ASRルーチンの周期と速度検出の
エッジデータが入ってくる周期は非同期である。これ
数式を用いて説明するに当たり、記号の定義を行う。
【0015】i:ASRルーチン割込信号に関するも
の、j:速度検出信号に関するもの、n:検出速度、例
えば(j−1):j期間の検出速度n(j−1)→j nM:モデルの出力、例えば(i−1):i期間のモデ
ル出力nM(i−1)→i θ:位相、例えばj点での位相θj θM:位相、例えばj点での位相θMj T:時刻、例えばj点での時刻Tj ここで、(j−1)からjの検出周期における平均速度
は次式で近似できる。
【0016】
【数1】
【0017】従って、(1)式に基づいてモデル出力の
平均化処理を行う方法を次に示す。
【0018】エッジの検出時刻はARS周期と同期して
ないため、エッジ検出時のモデルの回転位相角を図4を
参照して次式で求める。まず、時刻j点でのモデル出力
は次式で表される。
【0019】
【数2】
【0020】但し、T*は電動機モデルの機械時定
数、Trqはトルク指令(i−1)→期間である。
【0021】また、時刻i点でのモデル出力は(3)式
となる。
【0022】
【数3】
【0023】次に時刻jのモデルの位相(θj→θ
の変化分)をΔθ jとすると
【0024】
【数4】
【0025】
【数5】
【0026】以下同様にθM(i−1)→θMjの変化分
は次式で表すことができる。
【0027】
【数6】
【0028】また、θM(i−1)→θMiの変化分は次
式で表すことができる。
【0029】
【数7】
【0030】従って、ASR周期毎に検出エッジが無い
場合の平均化処理の一般式を図5を参照して求めて見
る。図5のように速度検出のエッジが得られたとする
と、前記式より(j−1)→k部分でのモデルの位相デ
ータは次式から求められる。
【0031】
【数8】
【0032】k→(k+1)部分でのモデルの位相デー
タは次式から求められる。
【0033】
【数9】
【0034】以下(k+1)→(k+2)から(i−
2)→(i−1)までも上記と同様の演算で求めること
ができる。そして(i−1)→i部分でのモデルの位相
データは次式から求められる。
【0035】
【数10】
【0036】従って式(1)に基づき式(8)〜(1
0)によりモータモデル出力の平均化処理の式が次式の
ように得られる。
【0037】
【数11】
【0038】つまり、式11によりモデル出力の平均化
処理が可能となる。
【0039】次に速度検出の遅れについて述べる。速度
検出のエッジデータが検出される時刻と同じ時刻に、電
動機モデル出力と検出速度の比較が可能であれば問題は
生じない。しかし、実際には検出速度はエッジデータの
検出の後速度の演算を行うために1サンプリングの遅れ
を生じてしまう。この遅れ分を考慮しないで検出速度と
電動機モデルの出力の比較を行っても検出速度の方が
1サンプリング分遅いデータとなってしまい比較しても
無意味となってしまう。このため、前述した実施例のよ
うに、電動機モデルの出力を遅延部で1サンプリング分
だけ遅らせて、その遅らせたデータを平均化処理すれば
検出速度との比較が有効となる。
【0040】次に上述のことを図6を用いて述べる。図
6において、実線は電動機の速度、○印は電動機モデル
の出力、破線は検出速度である。そして、(A):AS
Rルーチンの処理における(j−1)→j間の検出速度
演算では、同区間の演算速度を得るのはi点以降となっ
てここで速度検出の遅れが生じる。従って、(j−1)
→jの速度を実際には(j−1)′→j′で得ることに
なる。つまり、検出速度は破線A′→B′となる。
【0041】(B):ASRルーチンの処理において、
i点におけるモデルの出力とTiとトルク指令により
j′点でのモデルの速度演算では、モデルの出力はトル
ク指令より電動機の速度の予測値を演算しているので、
(j−1)′→j′のモデルの出力は実線A→Bとな
る。
【0042】(C):ASRルーチンの処理においてi
点におけるモデルの出力とトルク指令による(j+1)
点におけるモデルの予測度演算を行う。
【0043】(D):アンプ12によるトルク指令演算
は(i−2)〜(j−1)の区間で行って、(i−1)
〜(i)区間でトルク指令をセットする。
【0044】以上のことから電動機の検出速度とモデル
の出力の比較でモデルの出力を検出速度の時刻のデータ
に対応させるため、1サンプリング分、古いデータ(図
6においてA″→B″の速度データ)に基づいて演算す
ればモデルの出力の平均化処理データと、検出速度の遅
れを適合させることがでるようになる。
【0045】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
4F信号に基づいた速度検出に対し、それぞれの信号に
対応した負荷トルクオブザーバのモデルの出力の平均化
処理を実行することにより、早くかつ正確に電動機の速
度補償のおよび外乱補償ができる。また、負荷トルクオ
ブザーバのモデルの出力と、実際の検出速度の時間関係
を明確にし、各々の検出時刻に対応したモデルの出力を
使用することにより、より安定した速度制御を行うこと
ができる。
【0046】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示すブロック図。
【図2】Aは図1の平均化処理部の詳細図、Bは説明
図。
【図3】実施例におけるパルスエンコーダを用いた速度
検出手段の波形図。
【図4】エッジ検出時のモデルの回転位相角を説明する
ための図。
【図5】検出エッジが無い場合における平均化処理の一
般式を求めるときの説明図。
【図6】速度検出の遅れについての説明の図。
【図7】従来例のパルスエンコーダを用いた速度検出手
段の波形図。
【符号の説明】
11,14,17,21a〜21d,23…第1〜第8
偏差部 12…アンプ 13…加算部 15…電動機 16…最新エッジセレクタ18…電動機モデル 19…遅延部 20a〜20d…平均化処理部 22…オブザーバゲイン部 24…エッジデータ検出部

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動機の速度指令値と実速度との偏差出力
    値を増幅するアンプと、このアンプの出力値と負荷トル
    クの推定値との加算出力値をトルク指令値とし、このト
    ルク指令値と負荷トルクとの偏差出力値で運転される電
    動機と、この電動機の回転子軸に取り付けられたインク
    リメントエンコーダと、このエンコーダから出力される
    2相信号の各立上り、立下りのエッジに基づいてエンコ
    ーダ信号の周期毎の信号で速度検出を行う速度検出部
    と、前記トルク指令値と負荷トルクの推定値との偏差出
    力値が供給される電動機モデルと、前記速度検出エッジ
    が検出されたときに電動機モデル出力の平均化処理を行
    4つの平均化処理部と、前記速度検出部で検出された
    最新の検出エッジを記憶し、その検出エッジに対応した
    速度検出値と電動機モデルの平均化処理出力をセレクト
    する前記平均化処理部に対応して設けられる最新エッジ
    セレクタ部と、これらの最新エッジセレクタ部によりセ
    レクトされた速度検出エッジと電動機モデル出力の平均
    化処理値との偏差値を導入して負荷トルクの推定値を出
    力するオブザーバゲインとを備えたことを特徴とする電
    動機の速度制御装置。
  2. 【請求項2】 電動機モデルの出力側に、電動機モデル
    出力を一定サンプリング値遅らせる遅延部を設けたこと
    を特徴とする請求項1記載の電動機の速度制御装置。
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