JPH027887A - 電動機の瞬時回転速度検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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て好適な電動
機の瞬時回転速度検出方法に関する。

〔従来の技術〕

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。

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。

（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
周波の一定周期の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 （ただし、Ｋ一定数） なる演算により速度を検出する方法（特開昭５８−４８
８６８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。

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、 τ１（ｉ＋１）　：　（ｉ＋１）番目のエンコーダパル
ス発生時点の負荷トルク推定値 ｎｌ（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 ｎＨｉ）：　ｎＨｔ）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
）。すわなち ＋　ｎ　ｆ（ｉ、ｊ−１） ・・・・・・（３） Ｊ　：電動機のイナーシャ τｒ（ｉ、ｊ）　ｉ　）ルク指令値 Ｔｎ　：エンコーダパルス間隔 ｎｆ（ｉ、Ｄ　：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０１０７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。

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。

第１０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。

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Δ
ｔ　（＝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。

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。

第１１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）カラタイミング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
まり期間り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Δもの時
間遅れ（無駄時間）を発生している。

第１１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ｔｉ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Δも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。

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
た問題点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は上記でのべた、 （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。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決するため、静止変換器を介して電動機な
どの負荷に電力を供給しその回転数などを制御するマイ
クロプロセッサを用いたディジタル制御装置において、
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ツジ）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
手段とを設けた。

〔作用〕

本発明では、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２図はその演算手法の原理説明図である
。

第２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ツジ）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ｔ８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もよ、、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（１＋１）における時間長Ｔ
”ａｔの間の平均回転速度Ｖｉを求める。

Ｖｔ　＝Ｋ　（Ｐｉ　／Ｔｄｉ）　　　　　　　　　・
・・・・・（５）但し、Ｋ：演算定数 Ｔｄｉ　：時間長（＝Ｔｓ　＋　ｔ　４　　　ｔ　ｉ、
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
。

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。

（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）　　　時　　　　を　　　　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Ｔ４．（
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５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
。

すなわち、時間長（Ｔ　ａ　ｓ　）の平均値Ｖｉ（ｘ（
ｉ）とおく）は、サンプル点（ｉ）からｍｌＴｓ時間経
過した点での瞬時値と見做してもよい。（時間長Ｔａｉ
のη時点での瞬時値に等しい）（ハ）＋　１する時間長
はほぼ一定 すなわち、 Ｔｄｉ−１夕Ｔ５さＴ’ａｉ◆ｌたＴ。

ただし、Ｔａ　＝　（１−ｍＨ＋ｍｉ＊＋）Ｔａ更に、
電動機の電流制御１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１ｔ（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ｉ　ｙ（ｔ）−ｉ
　（ｉ）（１−ｔ　／Ｔｓ）＋　ｉ　（ｉ＋１）　　ｔ
　／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。

電動機の機械系のブロック線図を第６図に、入力変数を
電動機のトルク電流１ｔ（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（９ａ、
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。

ｘ　（ｔ）　＝＝Ａｃ　ｘ　（ｔ）　十ｂ　ｃ　ｕ　（
ｔ）ｙ（ｔ）−ｃｃｘ（ｔ） ただし、 ｄτｄ（ｔ）　／ｄｔ＝　０ ｘ（ｔ）　＝　（ｎ（ｔ）、　　Ｔａ（ｔ））’（Ｔは
転置行列を意味する） ｕ（ｔ）＝ｉｙ（υ ・・・・・・（９ａ） ・・・・・・（９ｂ） ・・・・・・（１０） ・・・・・・（１１） ・・・・・・（１２） ｙ（ｔ） ＝ｎ（ｔ） ・・・・・・（１３） ｂ、＝〔φ／ＴＭ　　　０） ｃｃ　＝（１０） τ６はトルク、ｎは回転速度、 流（負荷電流）、φは磁束、ＴＭ ・・・・・・（１５） ・・・・・・（１６） １Ｔはトルク電 は機械時定数 連続時間系の状態方程式（９ａ）の解は、初期時間む。

での状態変数Ｘ　（ｔＯ）と連続な入力ｕ（ｔ）により ・・・・・・（１８） ただし、ｘ（ｉ＋１）　、ｘ（ｉ）はそれぞれ第５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５
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。

式（８）を式（１８）を代入して変形すると、ｔＯ （但しＺは積分変数）　　　　　・・・・・・（１７）
で与えられる。ここで、ｔ６＝　ｉ　７’　４．　　ｔ
　＝　（ｉ＋１）　Ｔａを代入すると式（１７）は式（
１８）となる。

ｃＴｄ ｘ　（ｉ＋１）　ｗ　ｅ　　　　　ｘ　（ｉ〕＋　ｉ　
（ｉ＋１） Ｚ／Ｔ、）　ｄｚ ＋　ｉ　（ｉ＋２）　Ｚ／Ｔｊ　ｄｚ 弐（１９）において入力変数Ｕ（、ｉ）を ・・・・・・（１９） ＋　１（ｉ）（１−ｍＬ））　／　２ 十ｍ＋−＋　（１（ｔ＋２３　ｍｉ＋＋十　ｉ　　（ｉ
＋１０２−ｍ五。、））／２）・・・・・・（２０） 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。

ｘ　（ｉ＋１）　−Ａ　ｘ　（ｉ）　＋　ｂ　Ｕ（ｉ）
　　　　・・・・・（２１ａ）ｙ　（＋）　＝　ｃ−ｘ
　（ｉ）　　　　　　　　　　・・・・”　（２１ｂ）
ただし、　ｘ（ｉ）　＝　（ｎ（ｉ）、　　ｒ−（ｉ）
）’・・・・・・（２２） ｙ（ｆ）　＝　ｎ（ｉ）　　　　　　　・・・・・・（
２３）ｂ＝（φＴｄ／ＴＭ　　　Ｏ）　　　　　　　　
　・・・・・・（２５）ｃ＝（１０）　　　　　　　　
　　　　　　　　・・・・・・（２６）ｎ（ｉ）：　　
（ｉ＋ｍｔ）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）ｒａ　（ｉ）
：　　（ｉ＋ｍｔ）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　　を推　゛　する火 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　　Ｃｏｎｔｒ
ｏｌ　　ｏｆ　　ＬｉｎｅａｒＭｕｌｔｉｐｌｅ　Ｉｎ
ｐｕｔ−Ｏｕｔｐｕｔ　ＳｙｓｔｅｍｓＪＴｈｅ　　Ｂ
ｅ１ｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｊｏｕ
ｒｎａｌ　　Ｖｏｌ、５０゜ｋ３（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。

τ、ＣＤ　＝　１　（Ｚ　（Ｄ＋　ｙ　（ｉ））　　　
　、１１．、、（２７，。

したがって、サンプル点（ｔ＋１）での推定値ｘ　（ｔ
＋１）式（１７）から、 で表せる。

式（２８）からサンプル点（ｉ＋１） での外乱トルク推 ル点（ｉ、ｏ）、　（ｉ、１）、・・・（ＬＪ）ｌ・・
・（ｉ＋ｌ、Ｏ）、・・・、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７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。

（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。

Ｔｄ　−ａ　（ｎａｔ＋＋＋ｎ＋１−ｍ１＋ｍ、＊＋）
Ｔｓ・・・・・・（３１） （２９）　、　（３０）式のように求まる。

（ｂ）　　式（２０）のＵ　（ｉ）を次のように置く。

＋　ｉ　（ｉ、　ｎｍｉ　　１）（１ｍ直））／２＋　
ｍｉｓｔ　　（ｉ（ｉ＋１．　ｎ　ｍｉｓｔ）ｍｉ４１
＋　ｉ　（ｉ＋１．　ｎａ＋、＋−１）（２−ｍ＝、＋
））　／　２＋１（ｉ）（ｌ　　ｍｌ）） ／２ ・・・・・・（３０） ・・・・・・（３２） サンプル点間の速度実際値ｎ（ｔ） 速度サンプ （Ｃ）　　式（３０）のｎ　（ｉ＋１）　（＝　ｎ　（
ｉ＋１．３）うに置く。

を次のよ す　　を　　するための、　　　転　　を推＋　ｉ（ｉ
、ｎ、１１）（１ｍＬ）） ／２ ・・・・・・（３３） 演算に要する時間をｍｃ（既知）としてｍｉ≧ｍｃＩｍ
、＜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８（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。

（（６）　　１３　ｍｉ≧ｍｃＯ時 （ａ）　　式（２０）のＵ　（ｉ）を次のように置く。

Ｕ　（ｉ） ＴＭ　　　　　　　　　　　２ ・・・・・・（３４） ただし、ｎ（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。

（６）　　　　演　に　する時間が無駄　間として及ぼ
＋　　ｉ　　（ｉ）“（１−ｍｃ−ｍｔ））　　／　２
　　（１−ｍｃ）＋　　（ｍｔ＋＋−ｍｃ）　　（ｉ（
ｉ＋２）（ｍ、、＋−ｍｃ）＋　ｉ　（ｉ＋１）“（２
−ｍｃ−ｍ＝、＋））　　／　２　（１−ｍｃ）］・・
・・・・（３５） ただし、サンプル値（ｉ）“と（ｉ＋１）“との間のト
ルク電流１ｔ（ｔ）を、サンプル点（ｔ）＃＋　（ｔ＋
１）での電流検出値ｉ　（ｉ）’、　　ｉ　（ｉ＋１）
“をもちいて１ｔ（ｔ）＝　１（ｔ）”（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。） ら）弐（３０）のｎ　（ｉ＋１）　（＝　ｎ　（ｉ＋１
）”）を次のように置く。

＋　ｉ　（ｉ）（２−ｍｃ＋ｍ＋））　／　２　（１−
ｍｃ）＋（１＋ｍｉ＋＋−ｍｃ）　（ｉ（ｉ）”（１−
ｍｔ、＋−ｍｅ）＋　ｉ　（ｉ＋１）（１−ｍｃ＋ｍｉ
＋＋）　）　／　２　（１−ｍｃ）　）・・・・・・（
３８） ただし、式（３５）により式（３７）を求めた。

（ｂ）　　式（３０）のｎ　（ｉ＋１）（＝　ｎ　（ｔ
＋１）“）に置く。

を次のよう ＋　　　　　　　（１＋ｍｃ−ｍ＝）　　（ｉ（ｉ＋１
）　　（１−ｍｃ＋ｍＡ）７Ｍ ＋　ｉ　（ｉ）’（１−ｍｅ−ｍｚ））／２（１−ｍｃ
）） ＋（ｍｃ−ｍｔ、）（ｉ（ｉ−１）’（−ｍｃ−ｍｌ）
＋　ｉ（ｉ）（２−ｍｃ＋ｍ＋）））　／　２　（１−
ｍｃ）・・・・・・（３７） ・・・・・・（３９） ただし、ｎ　（ｉ＋１）“はサンプル点（ｉ＋１）“度
の推定値を表す。

（（６）　　２　）　ｍ　ｉ＜　ｍｃの時（ａ）　　式
（２０）のＵ　（ｉ）を次のように置く。

Ｕ（ｉ） 時の速 ただし、ｎ　（ｉ＋１）“ の推定値を表す。

はサンプル点（ｉ＋１）“ 時の速度 エンコーダからのパルスが到 しなくなる の　　　　転　　を　　　′　　する　法ｍ１≧ｍｃ　
、ｍ、＜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）　、（ｂｌ）　＋・・・時間
長、検出した速度平均値との関係を第９（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）−１）二石幻旧二Δ片 （ａ）　　時間長Ｔｄとしては次の如くである。

式（３１）と同一〔すなわちＴｄ−！ｔ（ｎ　ａｔ＊ｔ
　＋　ｎ　ｂｉ−ｍｌ＋ｍｉ−＋）Ｔ５） （ｂ）　　式（２０）のＵ（ｉ）を次のように置く。

Ｕ（ｉ） （（１＋ｍｃ−ｍｔ）　　（ｔ（ｉ、ｎｅｔ−１）’（
１−ｍｃ−ｍ　五）Ｔｄ ＋　ｉ　（Ｌ　ｎｍｉ＋＋）（１−ｍｃ＋ｍ＋））　／
　２　（１−ｍｅ）＋（ｍｉ、−ｍｃ）　（ｉ（ｉ＋１
．　ｎ、ｉ、ｉ　−１）“（２−ｍｃ　−ｍｉ＋＋）＋
　ｉ　（ｉ＋１．　ｎａｉ＋＋）　（ｍｉ＋＋＋ｍｃ）
）　／　２　（１−ｍｅ）ただし、 式（３６）を用いて求めた。

（Ｃ）　　式（３０）のｎ　（ｉ＋１）　（＝　ｎ　（
ｔ＋１．ｊ）’）に置（。

−ｍ４）＋　ｔ　（Ｌｎｍ＝）（１−ｍｃ＋ｍ１））ｋ
＝（ｎ□＋１）　Ｔｓ ・・・・・・（４０） を次のよう ／　２　（１−ｍｃ） ２（１ｍｃ） ・・・・・・（４１） ２（１−ｍｃＪ （ｊ≧１） ・・・・・・（４２） ただし、ｎ　（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
。

（（７）−２）ユ計９シニ盆薩 （ａ）　　時間長Ｔｄとしては次の如くである。

式（３１）と同一〔すなわちＴｄα（ｎ　ｍ１ｓｔ　＋
　ｎ　ｂ！−ｍ＋＋ｍｔ＋＋）Ｔｓ：１ （ロ）式（２０）のＵ（ｉ）を次のように置く。

Ｕ（ｉ） （Ｃ）　　弐（３０）のｎ　（ｉ＋１）（ｎ　＝（ｉ＋
１．Ｏ）“）を次のように置く。

７Ｍ ＋　ｉ　〔ｔ、　ｎｍｉ　　１）（２ｍｃ＋ｍａ））　
／　２　（１ｍｃ）・・・・・・（４４） ＋　ｉ　（ｉ＋　ｎｕｔ−１）（２−ｍｃ＋ｍ＝））　
／　２　（１−ｍｃ）＋（１＋ｍｔ４＋−ｍｃ）　　（
ｉ（ｉ＋１．　ｎｍｉ＋１−２）（１ｍ１＋１−ｍｃ）
＋ｉ（ｉ＋１＋ｎｍｉ、＋−１）（１＋ｍｚ、＋　　ｍ
ｃ））／２（１ｍｃ）・・・・・・（４３） ただし、式（３６）を用いて求めた。

（ｊ≧１）　　　　・・・・・・前記（４２）式と同じ
。

ただし、ｎ　（ｉ＋１．０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。

〔実施例〕

第１図は本発明によ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２図はそれらの動作波形を示
す波形図である。

これらの図において、■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２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。

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。

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。

第３図に本発明の一実施例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
ラムは除いである。このプログラムに従って詳細な動作
を説明する。

いま、サンプル点（ｉ＋１）での割り込み信号がＣＰｔ
Ｊ８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３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（Ｐｉ）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（１１＋＋）を読み込み、メモリの中に用意しで
あるベ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
チエツクする。

ベ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７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
７図ｎｓｔ’）、およびその他のサンプル点数（第７図
のｎｂｔ（＝　ｎｙｉ　　ｎｅｔ））を求める。この場
合はベンディングフラグがなし）ので、それぞれｎｔｔ
””１．　　ｎ、＝６１ｒ　　ｎｂｆ＝Ｏと設定する。

以上の動作の後、ｍｉを求めＵ（ｉ−１）を演算式（２
０）から求め、このＵ（ｉ−１）と前回のトルク推定値
τ（ｉ−１）および演算式（５）にて求めた平均速度ｎ
　（ｉ）を用いて演算式（２７ａ）　、　（２７ｂ）に
よりトルク推定値τ（ｉ）を演算した後、瞬時速度ｎ　
（ｉ＋１）を式（３０）にて求める。

次に、ベンディングフラグがある場合、ベンディングフ
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７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７図のｎｍ１
）　、およびその他のサンプル点数（第７図のｎｂｉ（
”ｎＴｉ　　ｎ５ｉ）　）を求める。更に、ｍｌ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τ（ｔ−１）および演算式
（５）にて求めた平均速度ｎ　（ｉ）を用いて演算式（
２７ａ）　、　（２７ｂ）によりトルク推定値τ（ｉ−
１）を演算した後、瞬時速度ｎ（ｉ＋１）を式（３３）
にて求める。

サンプル点間にエンコーダパルスがない場合、ベンディ
ングフラグをセットし、演算式（４２）により瞬時速度
ｎ　（ｉ＋１）をもとめる。

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。

第４図に本発明方法を実施するための他の実施例（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３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
いである。このプログラムに従って第３図の実施例と異
なる動作のみ詳細に説明する。

第３図の実施例と異なる点は、ベンティングフラグがあ
る場合もない場合も演算したｍ、の値と演算時間による
無駄時間（ｍｃＴｓ）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。

ベンティングフラグがない場合（第４図その１）、ｍｉ
≧ｍＣの時　入力変数Ｕ　（ｔ−１）は式（３５）　。

瞬時速度は式（３７）で求める、 ｍ（＜ｍｃの時　入力変数Ｕ　（ｉ−１３は式（３８）
。

瞬時速度は式（３９）で求める、 また、ベンティングフラグがある場合（第４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、 ｍｔ＜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３図の実施例と同一であり、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。

〔発明の効果〕

この発明によれば、サンプル点間にインクリメント形エ
ンコーダのパルスがある場合はサンプル点毎に平均速度
からサンプル点での瞬時速度を推定検出し、サンプル点
間にパルスがない場合は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で平均速度を検出し、その値
を用いてサンプル点間にエンコーダパルスがない時のサ
ンプル点での瞬時速度を推定検出するようにしたことに
より、インクリメント形エンコーダを利用して電動機の
回転速度を検出する場合に発生する本質的な問題点（平
均化による無駄時間）、入力パルスと速度演算周期との
非同期により発生する問題点（無駄時間の発生とその無
駄時間が変動する）および速度演算時間による無駄時間
を補償できるため、サンプル点間でのインクリメント形
エンコーダからのパルスの有無にかかわらずサンプル点
での瞬時速度を精度よく推定検出でき、しかも従来のデ
ィジタル装置では実現困難であったアナログ装置の制御
性能（特に過度応答）を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１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ェアブロック図、第２図はハードウ
ェアのタイミング図、第３図、第４図はそれぞれこの発
明の実施例としてのプログラムのフローチャート、第５
図はサンプル点間の速度実際値９時間長、検出した速度
平均値との関係説明図、第６図は電動機の機械系のブロ
ック図、第７図、第８　（ａ）、　（ｂ）図、第９　（
ａ）、　（ｂ）図はそれぞれサンプル点間の速度実際値
１時間長。 検出した速度平均値との関係説明図、第１０図。 第１１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、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、Ｒ
ＡＭ代理人　弁理士　並　木　昭　夫 ＋Ｊ　１　図 第４’ｌ！ＪＫの２ １Ｉ２　図 第　８（ａ） 因 父（ｉ）” え（ｉ十１］“ π ８（ｂ）図 λＣｉ）” 父（ｉ＋１）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）電動機の瞬時回転速度検出方法において、或るサン
   プルタイミング（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における電動機の平均回転速度を
   現サンプルタイミングにおいて求めると共に、現サンプ
   ルタイミングにおける電動機トルク電流値を検出し、前
   記平均回転速度及び前記トルク電流値を用いて外乱トル
   クを推定し、この推定値と前記平均回転速度から現サン
   プルタイミングにおける電動機の瞬時回転速度を推定し
   て求めることを特徴とする電動機の瞬時回転速度検出方
   法。