JP3402017B2

JP3402017B2 - 速度検出制御装置

Info

Publication number: JP3402017B2
Application number: JP27075995A
Authority: JP
Inventors: 康弘山本
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1995-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 2003-04-28
Anticipated expiration: 2015-10-19
Also published as: JPH09113528A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、誘導機のベクト
ル制御装置に係わり、特にロータリーエンコーダ等のパ
ルス発生器を利用した速度検出方式において、回転速度
が極低速域での運転が可能な速度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在では、ディジタル演算器が高性能に
構成されるようになってきたため、モータ及び負荷の機
械系のモデルを制御演算器の内部に持って、モデルの挙
動を演算することができるようになってきている。この
ため、上記演算器の高性能化により、可変速駆動装置を
用いて電動機を速度制御する用途において、負荷急変時
の速度低下を抑制するインパクトドロップ補償が、例え
ば鉄鋼の圧延設備などで実施されるようになって来てい
る。

【０００３】この制御原理として、モデルの速度と検出
速度とから負荷トルクを推定する負荷トルクオブザーバ
が提案され、現在盛んに使用されている。負荷トルクオ
ブザーバに関しても、種々な方式が提案されているが、
以下最小次元負荷トルクオブザーバを使用した例で説明
する。この負荷トルクオブザーバの原理ブロック図を図
３に示す。また、この負荷トルクオブザーバを発展さ
せ、ロータリーエンコーダのパルス間隔が速度制御周期
より長くなるような極低速域を改善する速度オブザーバ
の方式も提案されている。この速度オブザーバの制御ブ
ロック図を図４に示す。

【０００４】前記負荷トルクオブザーバは速度検出デー
タとモデル速度を比較しているが、極低速域では、ロー
タリーエンコーダの発生するパルス周期が非常に長くな
り、制御周期毎にパルスが発生しない期間がでてくるた
め、速度検出データが連続して得られなくなってしま
う。このような間欠的な速度検出条件では、トルクオブ
ザーバの演算自体が停止してしまい、システム全体も正
常に動作しなくなる。このような極低速域での対策は論
文などにもいまだ発表されていない。

【０００５】まず、エンコーダパルスを用いた速度検出
方式の原理について述べるに、図５に示すロータリーエ
ンコーダを使用した速度制御系について考える。図５に
おいて、１１は速度指令と速度検出との偏差を採る偏差
器で、この偏差器１１の偏差出力を速度制御部１２を介
してモータドライバ１３に供給する。１４はモータドラ
イバ１３により駆動されるモータである。１５はモータ
１４の速度を検出するロータリーエンコーダで、このロ
ータリーエンコーダ１５が出力する２相エンコーダ信号
は速度演算部１６に供給される。速度演算部１６の出力
には速度検出信号が得られる。

【０００６】速度演算部１６は図６に示すように構成さ
れていて、そのタイミングチャートは図７のようにな
る。なお、２相エンコーダ信号は図７（ａ），（ｂ）に
示すように９０°位相差のある方形波である。図６にお
いて、Ａ１はロータリエンコーダの２相パルス信号ＰＰ
Ａ，ＰＰＢの波形整形を行い、パルス信号の立ち上が
り、立ち下がりエッジの時刻（ｊ）にエッジトリガ信号
ＥＤＧを発生する波形整形回路である。また、この波形
整形回路Ａ１はパルスのエッジの種類を判定し、正転、
反転に対応した位相カウンタＡ２のアップ、ダウン制御
信号Ｄ／Ｕも出力する。この波形整形回路Ａ１から出力
されるエッジトリガ信号により位相カウンタＡ２はロー
タリエンコーダの回転位相に相当してアップ、ダウンす
る。Ａ３は時間を計測するための基準クロック信号発生
部で、この発生部Ａ３で得られた基準クロック信号は基
準時刻カウンタＡ４と速度制御周期タイマＡ５に供給さ
れる。この基準時刻カウンタＡ４は基準クロック信号発
生部Ａ３の信号をカウントアップして、時刻を出力す
る。また、速度制御周期タイマＡ５は速度演算ルーチン
の開始信号を発生し、速度演算周期Ｔｓ毎にサンプリン
グ（以下サンプルと称す）トリガ（ｉ）を出力するもの
である。

【０００７】Ａ６はサンプルトリガ（ｉ）の直前のパル
スエッジ（ｊ）での位相角を保持する第１ダブルラッ
チ、Ａ７は前回のサンプル（ｉ−１）の直前のパルスエ
ッジ（ｊ−１）での位相角を保持する第２ダブルラッチ
である。Ａ８は第１、第２ダブルラッチＡ６とＡ７のサ
ンプル値を減算して｛（ｊ−１），（ｊ）｝間の位相差
を求める第１減算器である。Ａ９はサンプル（ｉ）の直
前のパルスエッジ（ｊ）の発生時刻をラッチする第３ダ
ブルラッチ、Ａ１０は前回のサンプル（ｉ−１）の直前
のパルスエッジ発生時（ｊ−１）の時刻をラッチする第
４ダブルラッチである。Ａ１１は第３、第４ダブルラッ
チＡ９とＡ１０のサンプル値を減算し、｛（ｊ−１），
（ｊ）｝間の時間差を計算する第２減算器である。Ａ１
３は除算器で、第１減算器Ａ８の出力位相差を、第４減
算器Ａ１１の出力時間差で除算することにより、速度検
出値を出力するものである。なお、除算器Ａ１３の演算
は、次の（１）式により行われる。

【０００８】 ω_M(j-1→j)={θ_M(j)-θ_M(j-1)}／{ｔ(j)-ｔ(j-1)} ……（１） ω_M(j-1→j)：検出速度 θ_M（ｘ）：ｘのエンコーダエッジの発生時の回転位相
角ｔ（ｘ）：ｘのエンコーダエッジの発生時の時刻本来は、（１）式の演算はパルスエッジ（ｊ）が発生し
た直後に演算が可能であるが、実際には速度検出結果を
利用して速度制御演算を行うのは、タイマＡ５のＴｓの
時間周期（サンプル時刻をｉで示す）毎に実行する図７
の符号Ｂ１で示した速度制御演算ルーチンにおいてであ
る。そのため、実際にはパルスの発生時刻ではなく、サ
ンプル時刻（ｉ）から始まる速度制御ルーチンの先頭
（図７の符号Ｂ２で示す）で速度演算が行われている。

【０００９】また、計測パルスの選択に関しては、速度
検出の精度のためにはできるだけパルス間隔を広く取る
必要があり、かつ、検出時間遅れも少なくするために
（ｉ−１）の直前のパルスエッジ｛ここでは（ｊ−１）
と定義する｝と、（ｉ）の直前のパルスエッジ｛（ｊ）
と定義する｝とを使用するとよい。このように、サンプ
リング周期の直前の（ｊ）のデータをラッチする方式を
ブロック図で記述するため、図６に符号Ａ６で示すよう
なダブルラッチの記号を使用した。図６において、ＳＷ
１はエッジの発生周期毎にラッチし、次のパルスエッジ
まで値を保持し、これをさらにＳＷ２により（ｉ）の時
刻でラッチすることにより、前述の（ｉ）の時刻の直前
のパルスエッジのデータを選択してラッチすることが可
能となる。なお、図６ではラッチタイミングの種類を判
別しやすくするために、異なったラッチの記号で記述し
ているが、どちらもデータ保持としての機能は同じであ
る。

【００１０】次に極低速域のロータリーエンコーダの出
力パルスについて述べる。ある程度の速度から速度が低
下し、零速度に到達する場合のタイミングチャートを図
８に示す。ロータリーエンコーダの出力パルスは、速度
が低下するにつれて間隔が長くなり、零速になるとパル
スが発生しなくなる。ここで、サンプル間隔とパルスの
有無により図８は３種類の領域に分類できる。

【００１１】分類１（正常動作）：エンコーダパルスｊ
がサンプル周期間Ｔ_S毎に常に発生している場合、この
場合は、速度検出がサンプル毎に検出可能である。

【００１２】分類２（極低速域）：分類１と次の分類３
との間には、サンプル周期毎にはパルスが発生しない
が、Ｔ_max以内には次のパルスが発生する条件が存在す
る。この場合は、極低速で回転していると判断する。

【００１３】分類３（零速域）前回のエンコーダパルス
の発生時刻から、Ｔ_maxの設定時刻より長い間次のパル
スが発生しない場合、この場合は前記（１）式の速度演
算を中止し、速度検出値を零に設定する。

【００１４】前述した負荷トルクオブザーバの方式は、
上記分類の内（分類１）の期間のみしか正常に動作でき
ない。そのため、サンプル周期間にパルスが発生せず速
度検出ができなければ、負荷トルクオブザーバの値は更
新されず前回値がずっと保持されたままになる。このよ
うな従来方式の負荷トルクオブザーバの構成を図９に示
す。この図９は図３の負荷トルクオブザーバと図６の速
度検出方式とを組み合わせたものである。図９におい
て、２１は速度検出部、２２はモデル速度演算部、２３
は平均化処理部、２４は負荷トルク推定部である。速度
検出部２１は図６に示す速度検出方式に次の構成要件が
追加されたものである。

【００１５】零速判定部Ａ１２、切り替えスイッチＡ１
４及びＳＲラッチＡ１５を追加する。零速判定部Ａ１２
は、第４減算器Ａ１１の出力である時間差が設定零速検
出期間Ｔ_max以内に制限するリミッタＬＩＭと、Ｔ_maxを
オーバした場合にはＺ（ｊ−１→ｊ）の零速検出信号
を”１”にするコンパレータＣＯＰとで構成される。な
お、リミッタＬＩＭは前記（１）式の分母がオーバフロ
ーしないように制限するものである。切り替えスイッチ
Ａ１４は、零速判定部Ａ１２のコンパータＣＯＰの出力
Ｚ（ｊ−１→ｊ）が”１（零速検出）”の場合、除算器
Ａ１３の速度演算結果を強制的に零に切り替える動作を
行うものである。ＳＲラッチＡ１５は波形整形回路Ａ１
のエッジトリガｊによりセットし、速度制御周期タイマ
Ａ５のサンプルトリガ信号によりリセットするもので、
このＳＲラッチの機能は、サンプル周期（ｉ−１→ｉ）
の期間に１つ以上のパルスエッジが存在する場合には、
サンプルタイミング（ｉ）の時点で”１”を出力し、サ
ンプル時の演算直後にリセットされる。これにより、後
述する負荷トルクオブザーバのデータの更新の可否を制
御することができる。

【００１６】次に機械系のモデル速度演算部２２につい
て述べる。この機械系のモデル速度演算部２２は、トル
ク指令τ＊と負荷トルク推定値∧τ_L（以下推定値には
∧印を付す）との差を求める第５減算器２２１と、サン
プル周期Ｔｓとモータや負荷の慣性などより求められる
機械的時定数Ｔ_M＊との比を乗算する係数乗算器２２２
と、この係数乗算器２２２の出力をサンプル周期毎に積
算する累算器２２３とにより構成される。前記機械系の
モデル速度演算部２２は出力にサンプル時刻ｉの時点で
のモデル速度ω_M'（ｉ）を送出する。

【００１７】２３は平均化処理部で、特にモデル速度の
平均化処理演算を行う。負荷トルクオブザーバにおいて
は、モデル速度と検出速度との差を求める後述する減算
器Ａ２２が必要である。しかし、速度検出ω_M（ｊ−１
→ｊ）は（ｊ−１→ｊ）期間の平均値で出力されるのに
対し、モデル速度ω_M'（ｉ）は時刻（ｉ）の瞬時値であ
る。このため、速度検出期間の時間的な整合が取れな
い。そこで、モデル速度についても、速度検出期間（ｊ
−１→ｊ）と同一期間での平均値ω_M'（ｊ−１→ｊ）を
求めるものである。この処理部内では、次のＡ１８から
Ａ２１により構成されており、モデル速度の平均値を演
算する。Ａ１８はモデル位相角出力部で、この出力部Ａ
１８は、モデル速度ω_M'（ｉ）にサンプル周期期間Ｔｓ
を乗算して、サンプル期間の進み角に変換する乗算器２
２４と、その進み角の位相角を累算し出力にモデルの位
相角θ_M'（ｉ）を送出する累算器２２５とで構成され
る。

【００１８】Ａ１９は第５ダブルラッチで、この第５ダ
ブルラッチＡ１９はモデル位相角出力部Ａ１８の出力位
相角を第１ダブルラッチＡ６と同一のタイミングでラッ
チする。Ａ２０は第６ダブルラッチで、第２ダブルラッ
チＡ７と同一のタイミングで第５ダブルラッチＡ１９の
前回値を保持するものである。Ａ２１は第５、第６ダブ
ルラッチＡ１９とＡ２０との位相差を零速判定部Ａ１２
の時間差で除算し、出力にモデル平均速度ω_M'（ｊ−１
→ｊ）を送出する除算器である。

【００１９】最後に負荷トルク推定部２４について述べ
る。Ａ２２は減算器で、この減算器Ａ２２は平均化処理
部２３の出力であるモデル速度の平均値ω_M'（ｊ−１→
ｊ）と速度検出ω_M（ｊ−１→ｊ）との差を演算し誤差
速度を演算するものである。Ａ２３は切り替えスイッチ
で、このスイッチＡ２３はＳＲラッチＡ１５が”１（パ
ルスが発生している）”である場合には、減算器Ａ２２
の誤差速度を選択出力し、ＳＲラッチＡ１５の出力が”
０（パルスが欠けている）”場合は減算器Ａ２２の出力
を無視して、前回値を続けて出力するものである。Ａ２
４は係数乗算器で、この係数乗算器Ａ２４は切り替えス
イッチＡ２３により選択された速度誤差にオブザーバゲ
インＧ１を乗算して出力に負荷トルク推定値∧τ_Lを出
力するものである。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述した負荷トルクオ
ブザーバ方式では、回転速度が十分に速くてパルスがサ
ンプル周期毎に発生する場合には、図９に示す切り替え
スイッチＡ２３は、検出誤差を毎回更新することができ
るため、常に最新の負荷トルク推定値が得られるように
なる。しかし、回転速度が極低速域や零速検出領域にな
るとサンプル周期毎にパルスが発生しなくなり、負荷ト
ルク推定値は前回値を保持してしまう。このようなとき
には、従来は負荷トルクの推定ができないという現象が
生じてしまう問題がある。

【００２１】上記のように極低速域で負荷トルクオブザ
ーバの推定が停止してしまうと、インパクトドロップ補
償や、零速オブザーバの性能の低下という問題も引き起
こしてしまう恐れがある。もし、負荷トルクの推定限界
速度を引き下げることができれば、極低速域の特性が改
善可能となり、特に、ロボットや工作機械の位置決めな
どのように低速域での特性が要求される用途などの特性
向上に有効である。

【００２２】次に負荷トルクオブザーバを用いた極低速
域の速度推定の場合の問題点について述べる。動摩擦ト
ルクに比べ静止摩擦トルクの値が大きい場合には、零速
域で回転していないにもかかわらず、速度推定は回転し
ていると推定する現象が発生する。この対策としては、
速度制御周期毎にエンコーダパルスが検出できたと仮定
したときの速度予測値を用いて、速度推定値にリミッタ
をかけている。

【００２３】モータが逆転から正転に変化する場合の速
度変化を図１０に示す。なお、図１０においては、分か
りやすいように速度制御演算は無視して、一定トルク指
令状態と近似してある。ここで、図１０の（ａ）時点で
は逆転状態であり、トルク指令が正方向に与えられてい
るため、トルク指令と動摩擦トルクとの差により、回転
速度は減速して行く。速度が低下するにつれてエンコー
ダパルスの発生間隔は長くなり、ついに図１０の（ｂ）
時点で発生しなくなる。速度検出はこの時点が最終値と
なり、このときのモデル速度との差より負荷トルクを推
定したものが保持されてしまう。ところが、図１０の
（ｃ）時点で実回転速度が零になると動摩擦トルクが静
止摩擦トルクに変化するため、負荷トルクが急に大きく
なる。そして、モータトルクと釣り合うため零速のまま
となってしまう。しかし、速度検出がないため、負荷ト
ルクオブザーバは、上記摩擦トルクの変動を推定でき
ず、図１０の（ｂ）時点の値を相変わらず保持したまま
の状態となる。

【００２４】このことが要因となって、次のような速度
推定の誤差が生じてくる。モデル速度はモータトルクか
ら推定負荷トルクを減算した推定加速トルクを機械時定
数に乗じて積分して求めているが、速度検出と、推定負
荷トルクが図１０の（ｂ）時点以降保持された状態のま
まなので、いつまでたってもモデル速度は直線的に変化
し続ける。そして、図１０の時点（ｃ）を過ぎても正転
に変化してそのまま推定値は加速して行くことになる。
このように、エンコーダパルスが無くなる極低速域で負
荷トルク推定を保持し続けると、静止摩擦により実速度
は零であるにもかかわらず、速度オブザーバの推定速度
が加速してしまう異常を発生する。

【００２５】この状態を最終パルスの発生時刻から現在
の制御時間までの時間差を用いて、エンコーダパルスが
発生しない場合にも、ちょうど今パルスが発生した場合
の予測速度を計算して、予測値にリミットをかけた具体
的な制御ブロックを図１１に示す。図１１は図９に予測
速度演算部３０と推定速度リミッタ部３１を設けたもの
で、予測速度演算部３０は第３ダブルラッチＡ９間の入
出力の減算器３０ａと除算器３０ｂからなり、推定速度
リミッタ部３１はω_M'（ｉ）とΔωとの減算器３１ａ
と、この減算器３１ａの出力を前記予測速度演算部３０
から出力される予測速度でリミットをかけるリミッタ３
１ｂとから構成される。ここで、Δθ_PPはエンコーダの
パルス間隔の角度である。

【００２６】この図１１のように構成すると、速度推定
値は予測速度により制限されるが、このリミッタのかか
っている期間でもモデル速度は前述のように加速したま
まとなっている（トルク制御モードなどのように、トル
ク指令が一定の場合）。そこで、リミッタ条件下では、
次に速度検出が可能になったときに異常にならないよう
に、モデル速度の値も零速付近に補正しておかねばなら
ない問題がある。このように、従来は負荷トルクの推定
ができない現象と、零速時の速度推定の異常現象が生じ
る問題があった。

【００２７】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、エンコーダパルスが速度制御周期毎に発生しない
ような極低速域や零速判定域においても、補正動作開始
が早くなるようにして安定に動作させるようにした速度
検出制御装置を提供することを目的とする。

【００２８】

【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発明に使用する可変速駆動装置
は、次のように構成されている。電動機の回転軸に取り
付けられたエンコーダからの出力パルスをカウントして
回転位相を検出し、エンコーダの出力パルスから位相と
発生時刻をラッチして、前回のラッチデータとの位相差
と時間差により速度検出部で速度検出を行う。一方、ト
ルク指令とトルク推定との差である加速トルクと負荷の
慣性による機械時定数によりモデル速度演算部でモデル
速度を演算し、このモデル速度演算出力の平均値を前記
速度検出部でラッチした時間差の期間だけ第１の平均化
処理部で演算する。この第１の平均化処理部からのモデ
ル速度の平均値と前記速度検出部からの速度検出出力と
を減算し、その差をゲイン部を介して出力にトルク推定
出力を送出する負荷トルク推定部とを備えたものであっ
て、このように構成された可変速駆動装置には以下のよ
うな構成が設けられている。

【００２９】前記エンコーダからの出力パルスが発生し
ないとき、最終発生パルスの時刻と現在時刻との期間に
おけるモデル速度出力の平均値を演算する第２の平均化
処理部を設け、前記エンコーダからの出力パルスが発生
しないとき、エンコーダの１パルス相当の位相差を最終
発生パルスの時刻と現在時刻の差の時間で除算器で除算
して、予測速度を得る予測速度演算部を設け、前記速度
検出部からの速度検出出力が供給され、前記予測速度演
算部からの予測速度により、前記速度検出出力を一定の
範囲内に保持するリミッタ回路を設け、このリミッタ回
路のリミット範囲と同じ範囲に設定され、前記モデル速
度演算部からのモデル速度出力が設定値より大きいこと
を検出するコンパレータ回路と、このコンパレータ回路
の出力が生じたときに、前記第１の平均化処理部の平均
値出力を第２の平均化処理部の平均値出力に切り替える
第１の切り替えスイッチと、この第１の切り替えスイッ
チにより切り替えられる平均値出力と前記モデル速度演
算部出力および前記リミッタ回路からの出力と零速度を
前記予測速度演算部に設けられた零速判定部からの零速
判定出力により切り替えて前記負荷トルク推定部に入力
する第２および第３の切り替えスイッチと、前記モデル
速度演算部からのモデル速度と前記負荷トルク推定部に
入力された差出力との減算から推定速度を得る減算部と
を備えてなることを特徴とするものである。

【００３０】第２発明は、前記コンパレータ回路は前記
減算部から得られた推定速度出力に応じて切り替えられ
ることを特徴とするものである。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下発明の実施の形態を図面に基
づいて説明するに、図９と同一部分は同一符号を付して
示す。図１は発明の実施の第１形態を示すブロック構成
図で、この図１はパルスが間欠的に発生する極低速域で
エンコーダパルスの発生しない期間と、完全に停止した
期間とにおいて有効な対策をおこなった形態である。こ
の第１形態の場合を述べる前にまず、モータは極低速域
において回転しており、エンコーダパルスが時たま発生
する条件について考える。パルスが発生しないサンプル
周期間では速度検出はできないが、次の条件を仮定し
て、従来と同様な速度演算を行ってみる。

【００３２】仮定１：サンプル時刻（ｉ）の直後にエン
コーダパルスが発生するものと仮定し、ｔ（ｊ＋１）＝
ｔ（ｉ）と近似する。

【００３３】仮定２：位相差としてロータリーエンコー
ダの１パルス相当の角度Δθ_PPが仮定１での（ｊ→ｊ＋
１）期間に発生する。ここで、Δθ_PPは前回の速度検出
ω_Mと同一の符号を持つものとする。

【００３４】上記のように仮定すると、（ｉ）の時刻に
パルスが発生したと仮定した場合の（ｊ→ｉ）区間の速
度は次の（２）式で計算できる。

【００３５】 ω_M（ｊ→ｉ）＝Δθ_PP／（ｔ（ｉ）−ｔ（ｊ）） … （２） Δθ_PP＝２π／（１回転の相パルス数） … （３）パルスが発生しなくなった当初のサンプル時点では｛ｔ
（ｉ）−ｔ（ｊ）｝の時間間隔が短いため、前回の速度
検出のホールド値ω_M（ｊ−１→ｊ）に比較して（２）
式の値はかなり大きな値となる。しかし、実際のモータ
の回転速度がω_M（ｊ−１→ｊ）の値より小さい場合に
は、しばらくすると（２）式の値がω_M（ｊ−１→ｊ）
より小さくなってくる。もし、実際のモータが前回の速
度検出のホールド値ω_M（ｊ−１→ｊ）の速度で回り続
けているならば、丁度（ｉ）の時刻で１個以上のパルス
が発生する筈である。また、これより速度が速くなって
いる場合には（ｉ）の時刻より前に１個以上のパルスが
発生しなければならない。このように（２）式の値が前
回値より小さくなっても、まだエンコーダのパルスが発
生しないということから、現在の回転速度はω_M（ｊ−
１→ｊ）以下と判断できる。

【００３６】ここで、速度検出は正負の場合があるの
で、常に正の値である（２）式の計算結果と、その負の
値との間に前回の速度検出のホールド値ω_M（ｊ−１→
ｊ）が存在するようにリミットして速度検出を補正した
ものを有効な速度検出情報として使用する。

【００３７】以上述べた速度情報を用いて、負荷トルク
オブザーバを更新することができるとともに速度推定が
できる構成のブロック図が図１である。この図１におい
て、まず、前述した仮定１の条件を設定し、（２）式の
分母である時間ｔ（ｊ→ｉ）を求めるため、（ｉ）のサ
ンプル時の基準時刻カウンタＡ４の基準時刻と、前回の
発生エッジの時刻ｔ（ｊ）（第３ダブルラッチＡ９の出
力）との差を、減算器Ｃ１で減算する。この時間差を用
いて零速判定部Ｃ２により零速判定する。また、前記時
間差は除算器Ｃ３に供給され、ここで、（２）式の分子
に相当するΔθ_PP（１パルス位相）をΔｔ（ｊ→ｉ）で
除算し、上限速度をリミッタ回路Ｃ５に設定する。リミ
ッタ回路Ｃ５の下限速度は定数回路３０を介して設定す
る。前記零速判定部Ｃ２の零速判定結果Ｚ₀（ｊ→ｉ）
が“１”の場合は（零速の場合）、強制的に（２）式の
結果を零とし、零速判定部Ｃ２の判定結果が“０”の場
合はモータが回転中と判断する。なお、減算器Ｃ１、零
速判定部Ｃ２および除算器Ｃ３とで予測速度演算部２５
が構成される。

【００３８】モデル速度側も（２）式と同じ期間の平均
値を求める必要があるため、減算器Ｃ９により位相差Δ
θ_M’（ｊ→ｉ）を求め、この位相差を除算器Ｃ１０に
より除算器Ｃ３と同じ時間で除算し、第２の平均化処理
部２６を構成する。この第２の平均化処理部２６の出力
と第１の平均化処理部２３ａの出力は切り替えスイッチ
ＴＳＷ１の「１」側と「０」側に供給される。この切り
替えスイッチＴＳＷ１の出力はコンパレータ回路ＣＰ１
の出力により選択される。コンパレータ回路ＣＰ１には
モデル速度ω_M’が供給され、このモデル速度ω_M’がコ
ンパレータ回路ＣＰ１に設定された予測速度以上になる
と（すなわちモデル速度が異常加速した判定したと
き）、「１」出力が生じて切り替えスイッチＴＳＷ１の
出力として「１」側を選択する。これにより、平均モデ
ル速度が切り替えられるため、負荷トルク推定部２４へ
の入力が変化し、トルク推定を再開する。

【００３９】ＴＳＷ２，ＴＳＷ３は零速判定部Ｃ２が零
速であると検出したとき（「１」のとき）に「１」側に
切換える切り替えスイッチである。

【００４０】上記のように構成することにより、パルス
が間欠的に発生する場合には、リミッタ回路Ｃ５、コン
パレータ回路ＣＰ１、切り替えスイッチＴＳＷ１が動作
し、パルスが零速判定期間Ｔmax以上休止した場合に
は、切り替えスイッチＴＳＷ２，ＴＳＷ３が動作するよ
うになり、さらに、回転が低下し、停止した場合にはパ
ルスが発生しない時間より零速判定部Ｃ２で零速を検出
できるが、エンコーダパルスが発生しない期間でも、最
終検出パルスによる検出速度より正確な速度情報を利用
してトルク推定を更新するようになる。これにより、ト
ルク推定の極低速域での動作停止期間が従来より短くな
り、低速域での特性が改善される。

【００４１】図１の回路による補償動作をパルスが間欠
的に発生する極低速域で実際には極低速であるのに対し
てモデル速度が異常に加速する場合について述べる。モ
デル速度はパルスが無い場合でも継続して演算してお
り、モデル速度の第１の平均化処理部２３ａの積分出力
部Ａ１８ではモデル速度を積分し続けている。そこでま
ず、エンコーダパルスが発生しない状態のまま、最後の
パルス（ｊ）の発生時刻のモデル位相と現在のモデル位
相との差を減算器Ｃ９により求める。次に、この位相差
がエンコーダの１パルス間隔相当の位相差より大きくな
った場合を考えてみる。もし、前回の検出速度が今も継
続して維持されているならば、このとき、エンコーダも
同時に次のパルスを出力する筈である。しかし、モデル
速度が１パルス分進んだのにエンコーダパルスが発生し
ない場合はモデル速度の方が実速度より高い速度である
と判断できる。つまり、モデル速度と実速度の大小関係
という情報が得られるようになる。そこで、このような
情報があるのなら、これを用いてトルク推定を更新する
こともでき、より正確な方向にトルク推定が補正可能と
なる。トルク推定を行うためには、速度検出側も何らか
の値が必要であるが、今回のようにパルスが無い場合
は、予測速度以下に実速度は存在するので、最終パルス
による速度検出値を予測速度以下に制限して使用する。
このように予測値で、前回検出値の保持速度を制限すれ
ばより正確な速度検出情報となるこのように予測速度を
用いて速度の検出側、モデル側とも補正をすることが特
徴である。

【００４２】次に、上記第１形態において、速度推定が
できることについて述べる。通常のパルスが発生してお
り、正常に速度が検出されている場合は、モデル速度か
ら、速度検出Δωと第１の平均化処理部２３ａによるモ
デル速度ω_M’の推定値との差を減算器Ｅ１で減算し
て、その出力に推定速度∧ω_Mを得る。また、エンコー
ダから出力パルスが発生していないが、最終パルスから
のモデルの位相差がエンコーダの１パルス相当の位相差
より大きい場合には、モデル速度から予測速度に制限さ
れた速度検出値と第２の平均化処理部２６の出力値との
差を減算することにより速度推定を行う。これにより、
エンコーダからの出力パルスが発生せず、かつ零速判定
もされていない極低速域において、実速度より明らかに
モデル速度の方が高速である条件下で、速度推定がより
正確な方向に修正が可能となる。

【００４３】図２はこの発明の実施の第２形態を示すブ
ロック構成図で、この第２形態はコンパレータ回路ＣＰ
１への入力に推定速度を供給したもので、この推定速度
の場合においても、第１形態とほぼ同様な作用効果が得
られる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
エンコーダパルスが速度制御周期毎に発生しないような
極低速域や零速判定域においても、負荷トルク推定が可
能となり、負荷トルク推定の誤差が少なくなる効果が得
られるとともに、速度推定を行う用途に関しては、動摩
擦と静摩擦トルクが、大きく異なる場合に発生する零速
時の速度推定の異常現象が抑制され、速度推定が零速に
収束される効果が得られる。また、この発明によれば、
モデル速度や速度推定をコンパレータ回路の比較設定値
としたので、切り替えスイッチ動作出力を得るのが早く
することができ、極低速域での補正動作開始を早くでき
るようになり、安定に動作する利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の第１形態を示すブロック構成
図。

【図２】この発明の実施の第２形態を示すブロック構成
図。

【図３】負荷トルクオブザーバの原理ブロック図。

【図４】速度オブザーバの制御ブロック図。

【図５】ロータリエンコーダを用いた速度制御系のブロ
ック図。

【図６】モータ回転速度検出部のブロック構成図。

【図７】図６のタイミングチャート。

【図８】零速度に到達する場合のタイミングチャート。

【図９】従来例の負荷トルクオブザーバのブロック構成
図。

【図１０】逆転から正転に変化する場合の速度変化を示
す特性図。

【図１１】予測値にリミットをかけた具体的な制御ブロ
ック構成図。

【符号の説明】

２１…速度検出部２２…モデル速度演算部２３…平均化処理部２３ａ…第１の平均化処理部２４…負荷トルク推定部２５…予測速度演算部２６…第２の平均化処理部ＴＳＷ１〜ＴＳＷ３…切り替えスイッチＣ２…零速判定部Ｃ５…リミッタ回路ＣＰ１…コンパレータ回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機と、この電動機の回転軸に取り付
けられたエンコーダと、このエンコーダからの出力パル
スをカウントして回転位相を検出し、エンコーダの出力
パルスから位相と発生時刻をラッチして前回のラッチデ
ータとの位相差と時間差により速度検出を行う速度検出
部と、トルク指令とトルク推定との差である加速トルク
と負荷の慣性による機械時定数によりモデル速度を演算
するモデル速度演算部と、このモデル速度演算部からの
モデル速度出力が供給され、このモデル速度出力の平均
値を前記速度検出部でラッチした時間差の期間だけ演算
する第１の平均化処理部と、この第１の平均化処理部か
らのモデル速度の平均値と前記速度検出部からの速度検
出出力との差を入力し、その要素の出力にトルク推定出
力を送出する負荷トルク推定部とを備えた可変速駆動装
置において、前記エンコーダからの出力パルスが発生しないとき、最
終発生パルスの時刻と現在時刻との期間におけるモデル
速度出力の平均値を演算する第２の平均化処理部と、前
記エンコーダからの出力パルスが発生しないとき、エン
コーダの１パルス相当の位相差を最終発生パルスの時刻
と現在時刻の差の時間で除算して予測速度を演算する予
測速度演算部と、前記速度検出部からの速度検出出力が
供給され、前記予測速度演算部からの予測速度により、
前記速度検出出力を一定の範囲内に保持するリミッタ回
路と、このリミッタ回路のリミット範囲と同じ範囲に設
定され、前記モデル速度演算部からのモデル速度出力が
設定値より大きいことを検出するコンパレータ回路と、
このコンパレータ回路の出力が生じたときに、前記第１
の平均化処理部の平均値出力を第２の平均化処理部の平
均値出力に切り替える第１の切り替えスイッチと、この
第１の切り替えスイッチにより切り替えられる平均値出
力と前記モデル速度演算部出力および前記リミッタ回路
からの出力と零速度を前記予測速度演算部に設けられた
零速判定部からの零速判定出力により切り替えて前記負
荷トルク推定部に入力する第２および第３の切り替えス
イッチと、前記モデル速度演算部からのモデル速度と前
記負荷トルク推定部に入力された差出力との減算から推
定速度を得る減算部とを備えてなることを特徴とする速
度検出制御装置。
【請求項２】前記コンパレータ回路は前記減算部から
得られた推定速度出力に応じて切り替えられることを特
徴とする請求項１記載の速度検出制御装置。