JP3511942B2 - モータの制御装置 - Google Patents

モータの制御装置

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JP3511942B2 JP08875299A JP8875299A JP3511942B2 JP 3511942 B2 JP3511942 B2 JP 3511942B2 JP 08875299 A JP08875299 A JP 08875299A JP 8875299 A JP8875299 A JP 8875299A JP 3511942 B2 JP3511942 B2 JP 3511942B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、負荷トルク変動に
よる回転速度変動を抑制するように制御するモータの制
御装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】負荷トルク変動の影響による回転速度変
動を抑制するモータの制御装置として、従来は図4に示
すような負荷トルクの推定手段を用いて負荷トルクの影
響を抑制する制御構成をもったものが提案されている。
以下、図面を参照しながら説明する。 【0003】図4において、4は制御対象となるモー
タ、5はトルク制御器、6は速度制御補償器、1は負荷
トルク推定手段、7はトルク加算手段である。なお、J
はモータと負荷の慣性、sはラプラス演算子、Tlは負
荷トルク、Tmはモータ駆動トルク、Taは加速トル
ク、ωはモータ速度、ωrefは速度指令、Tlp1は
第1の推定負荷トルク、Tref1は第1のトルク指
令、Tref2は第2のトルク指令である。 【0004】次に動作について説明する。モータ4の速
度ωは減算器8および負荷トルク推定手段1に出力され
る。減算器8では速度指令ωrefから速度ωを減算
し、その誤差を速度制御補償器6に出力する。速度指令
補償器6は入力された速度誤差を元に比例・積分補償
し、第2のトルク指令Tref2をトルク加算手段7に
出力する。トルク加算手段7は第2のトルク指令Tre
f2と負荷トルク推定手段1から出力された第1の推定
負荷トルクTlp1とを加算し、第1のトルク指令Tr
ef1としてトルク制御器5および負荷トルク推定手段
1に出力する。トルク制御器5は第1のトルク指令Tr
ef1とモータ駆動トルクTmが一致するよう駆動制御
する。 【0005】次に負荷トルク推定手段1の動作について
説明する。負荷トルク推定手段1はモータ4の速度ω
と、トルク加算手段7が出力した第1のトルク指令Tr
ef1から Tlp1=(Tref1−Jnsω)/(τs+1) ・・・(式1) となる。この式1により第1の推定負荷トルクTlp1
を推定し、出力する。ただしJnは慣性の公称値、τは
高域安定化のためのフィルタ時定数である。またトルク
制御器5の応答は十分速く、ほぼトルク指令に遅れなく
モータ駆動トルクを出力するとしている。 【0006】上記式1により推定された負荷トルクTl
p1を第2のトルク指令Tref2に加算して第1のト
ルク指令Tref1とすることにより負荷トルクTlの
影響を打ち消し、回転速度変動を抑制している。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、負荷トルク推定演算に速度の微分処理を
含むため、速度検出精度が低下する低速時に負荷トルク
推定誤差が増大し、動作が不安定となることがあった。
一般に速度検出はモータに取り付けたエンコーダが出力
するパルスをカウントし、一定のサンプリング周期毎に
カウント差を読み出すことで行うが、低速時にはカウン
ト差すなわちサンプリング周期内のパルス数が減少する
ために速度検出精度が低下してしまう。微分処理は高域
周波数のゲインを高めるため、精度の低下した速度の微
分は制御を非常に不安定にするのである。特にモータの
制御装置が位置決め制御を行うものでは、動作中に必ず
モータが停止する速度ゼロの状態があるため、これは大
きな課題であった。 【0008】また、制御対象であるモータもしくは負荷
が共振をもち、その共振周波数が推定負荷トルクによる
負荷トルク補償処理の帯域内にある場合、負荷トルク補
償処理が共振振動を励起してしまうことがあった。 【0009】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、低速時に負荷トルク推定誤差が増大し、
動作が不安定となることを回避するモータの制御装置を
提供することを目的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、第1のトルク指令と速度から負荷トルク
を推定する負荷トルク推定手段と、負荷トルク推定手段
が出力する第1の推定負荷トルクを低速時に減少させ第
2の推定負荷トルクとして出力する操作量減少手段と、
速度制御補償器が出力する第2のトルク指令と前記第2
の推定負荷トルクを加算しローパスフィルタもしくはノ
ッチフィルタもしくはその双方を通過させて第1のトル
ク指令とするトルク加算手段と、第1のトルク指令に基
づきモータの駆動トルクを制御するトルク制御器より構
成したものである。 【0011】上記手段によって、低速時に推定誤差が増
大している推定負荷トルクの加算量が減少され、動作が
不安定となることを回避することができる。 【0012】 【発明の実施の形態】上記の課題を解決するために本発
明は、第1のトルク指令と速度から負荷トルクを推定す
る負荷トルク推定手段と、負荷トルク推定手段が出力す
る第1の推定負荷トルクを低速時に減少させ第2の推定
負荷トルクとして出力する操作量減少手段と、速度制御
補償器が出力する第2のトルク指令と前記第2の推定負
荷トルクを加算しローパスフィルタもしくはノッチフィ
ルタもしくはその双方を通過させて第1のトルク指令と
するトルク加算手段と、第1のトルク指令に基づきモー
タの駆動トルクを制御するトルク制御器より構成したも
のである。 【0013】また、操作量減少手段の低速判定は速度サ
ンプリング周期内のエンコーダパルス数をもって行う構
成としたものである。 【0014】 【0015】このように、負荷トルク推定手段が出力す
る第1の推定負荷トルクを低速時に減少させ第2の推定
負荷トルクとして出力する操作量減少手段をもうけたも
のでは、低速時に推定誤差が増大している推定負荷トル
クの加算量が減少され、動作が不安定となることを回避
することができる。 【0016】また、操作量減少手段の低速判定を速度サ
ンプリング周期内のエンコーダパルス数をもって行う構
成としたものでは、エンコーダ分解能が変更された場合
でも速度検出精度が同じ程度に低下した時に操作量の減
少処理が始まるため、エンコーダによらず同一の安定性
を得ることができる。 【0017】さらに、トルク加算手段の出力にローパス
フィルタもしくはノッチフィルタもしくはその双方を通
過させて第1のトルク指令とするトルクフィルタを設け
たものでは、制御対象が共振を持つ場合でもトルクフィ
ルタにより共振を励起する周波数成分を除去することが
でき、負荷トルクの抑制と共振抑制を両立することがで
きる。 【0018】 【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。 【0019】(実施例1)図1は本発明の第1の実施例
におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図であ
り、基本的にはすでに説明した図4に示したものと同様
であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は
省略する。 【0020】負荷トルク推定手段1で推定された第1の
推定負荷トルクTlp1は操作量減少手段2を通過し、
その出力が第2の推定負荷トルクTlp2としてトルク
加算手段7に入力される。トルク加算手段7は第2のト
ルク指令Tref2と操作量減少手段2から出力された
第2の推定負荷トルクTlp2とを加算し、第1のトル
ク指令Tref1としてトルク制御器5および負荷トル
ク推定手段1に出力する。その他は図4と同様である。 【0021】次に操作量減少手段2の動作について説明
する。操作量減少手段2は図2に示すように、速度ωに
応じて出力値を制限するゲイン特性をもつ。すなわち、
速度の絶対値がV1より小さくなるにつれて出力を徐々
に減少させ、さらに絶対値がV2より小さくなると出力
を完全に0にするような特性をもつ。したがって操作量
減少手段2により、速度の絶対値がV1より小さくなる
につれ推定負荷トルクの加算量が徐々に減少され、さら
に絶対値がV2より小さくなると推定負荷トルクによる
補償を一切行わないようになり、低速時の負荷トルク推
定誤差の増大によって引き起こされる不安定動作を回避
することができる。 【0022】なお、操作量減少手段2の特性は図2に示
した直線状でなく曲線状であっても構わない。また、V
2=V1であってもよいし、V2=0であってもよく、
ほぼ同様の効果が得られる。 【0023】さらに、モータの制御装置が汎用的なもの
であり、取り付けられたエンコーダの分解能が異なるい
くつかのモータと組み合わされることがある場合には、
操作量減少手段2の低速判定を速度サンプリング周期内
のエンコーダパルス数をもって行う構成としてもよい。
エンコーダの分解能が変更された場合でも同一の安定性
を得ることができる。 【0024】(実施例2)図3は本発明の第2の実施例
におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図であ
り、基本的にはすでに説明した図1に示したものと同様
であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は
省略する。 【0025】負荷トルク推定手段1で推定された第1の
推定負荷トルクTlp1は操作量減少手段2を通過し、
その出力が第2の推定負荷トルクTlp2としてトルク
加算手段7に入力される。トルク加算手段7は第2のト
ルク指令Tref2と操作量減少手段2から出力された
第2の推定負荷トルクTlp2とを加算し、その出力を
ローパスフィルタ10もしくはノッチフィルタ9もしく
はその双方から成るトルクフィルタ3を通過させて第1
のトルク指令Tref1としてトルク制御器5および負
荷トルク推定手段1に出力する。その他は図1と同様で
ある。 【0026】このようにすれば、トルクフィルタ3の効
果によりモータの駆動トルクから共振を励起する周波数
成分を除去することができため、モータもしくは負荷が
共振をもつ場合であってもこれを抑制することができ
る。よって、第2の推定負荷トルクTlp2により負荷
トルクTlの影響を抑制すると同時に共振抑制を行うこ
とができる。 【0027】また本構成によれば、トルクフィルタ3は
負荷トルク推定手段2の出力のみに作用するのではな
く、速度制御補償器6の出力に対しても共通に作用する
ことなる。すなわちモータの駆動トルクに対してフィル
タが作用しており、速度制御補償器6の出力と負荷トル
ク推定手段2の出力のどちらか一方のみにフィルタを通
過させる場合に比べより高い共振抑制効果がある。 【0028】さらに負荷トルク補償と速度制御補償のフ
ィルタがトルクフィルタ3として共用されていることに
より、負荷トルク補償をしない場合にもトルクフィルタ
3を速度制御補償器6のためのフィルタとして有効に活
用することができる。それぞれ独立したフィルタを設け
る場合に比べ、アナログ回路等のハードウェアで実現す
る場合には回路構成を簡略化でき、また、ソフトウェア
で実現する場合はソフトウェア処理を簡略化することが
できる。 【0029】 【発明の効果】上記実施例の記載から明らかなように、
本願発明によれば、低速時に操作量を減少させること
で、負荷トルク推定誤差の増大によって引き起こされる
不安定動作を回避することができる。 【0030】また、低速判定を速度サンプリング周期内
のエンコーダパルス数をもって行う構成とすることで、
エンコーダ分解能が変更された場合でも同一の安定性を
得ることができる。 【0031】さらに、制御対象が共振をもつ場合でもト
ルクフィルタにより駆動トルクから共振を励起する周波
数成分が除去されるため、負荷トルク変動による速度変
動の抑制と共振による振動の抑制を両立することができ
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1の実施例のモータ制御装置の構成
を示すブロック図 【図2】本発明の第1の実施例における操作量減少手段
のゲイン特性図 【図3】本発明の第2の実施例のモータ制御装置の構成
を示すブロック図 【図4】従来の負荷トルク推定器を用いたモータ制御装
置の構成を示すブロック図 【符号の説明】 1 負荷トルク推定手段 2 操作量減少手段 3 トルクフィルタ 5 トルク制御器 6 速度制御補償器 7 トルク加算手段 9 ノッチフィルタ 10 ローパスフィルタ Tl 負荷トルク Tm モータ駆動トルク Tlp1 第1の推定負荷トルク Tlp2 第2の推定負荷トルク Tref1 第1のトルク指令 Tref2 第2のトルク指令
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−80081(JP,A) 特開 平5−252779(JP,A) 特開 平6−284762(JP,A) 特開 平2−307384(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 第1のトルク指令と速度から負荷トルク
    を推定する負荷トルク推定手段と、前記負荷トルク推定
    手段が出力する第1の推定負荷トルクを低速時に減少さ
    せ第2の推定負荷トルクとして出力する操作量減少手段
    と、速度制御補償器が出力する第2のトルク指令と前記
    第2の推定負荷トルクを加算しローパスフィルタもしく
    はノッチフィルタもしくはその双方を通過させて第1の
    トルク指令とするトルク加算手段と、前記第1のトルク
    指令に基づきモータの駆動トルクを制御するトルク制御
    器を備えたモータの制御装置。
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