JPH0345188A - Controller for motor - Google Patents

Controller for motor

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JPH0345188A
JPH0345188A JP1179561A JP17956189A JPH0345188A JP H0345188 A JPH0345188 A JP H0345188A JP 1179561 A JP1179561 A JP 1179561A JP 17956189 A JP17956189 A JP 17956189A JP H0345188 A JPH0345188 A JP H0345188A
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中沢 弘一
Toshikazu Nemoto
根本 寿和
Yoshihiro Matsumoto
松本 義廣
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  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To eliminate the delay of the speed of a motor or the vibration of the same by a method wherein a voltage, impressed on the motor upon starting, is increased gradually to determine the control constant of the speed control of a speed control means by a voltage, impressed on the motor when the rotation of the same is started, whereby the speed of the motor is controlled. CONSTITUTION:A voltage, impressed on a motor 1 upon starting the same, is increased gradually to estimate a load for the motor 1 by a voltage, impressed on the same when the rotation of the motor 1 is started, to control the speed of the motor 1 employing the control constant of the operational control of a speed control means 4, which is obtained experimentally and previously in accordance with the magnitude of the load or obtained by calculation. In this case, the optimum control constant is determined in accordance with the load of the motor 1 upon starting the same. According to this method, the speed of the motor may be controlled without any delay of the speed of the motor or vibration of the same even under no load condition or loaded condition.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はモータの速度を負荷が変化しても滑らかに制御
するためのモータ制御装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a motor control device for smoothly controlling the speed of a motor even when the load changes.

従来の技術 近年、工場での無人化、自動化が進むにつれて無人の自
走車が多く使用されるようになってきている。この様な
自走車は蓄電池で駆動され、一定速度で走行し、滑らか
な起動、停止制御が要求される。そのモータの制御装置
は一般的には第4図のように構成されている。第4図に
おいて、1はモータ、2はモータ1の回転量に比例して
パルスを発生するエンコーダ、3はモータ1の速度指令
を与える速度指令手段、4はエンコーダ2のパルス信号
から速度を計算してモータ1の回転速度としモータlの
回転速度が速度指令に追従するようにモータ1への印加
電圧を計算してPWM信号を出力する速度制御手段、5
はPWM信号を増幅してモータ1に電力を供給する駆動
手段である。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, unmanned, self-propelled vehicles have come into widespread use as factories become increasingly unmanned and automated. Such self-propelled vehicles are powered by storage batteries, run at a constant speed, and require smooth start-up and stop control. The motor control device is generally constructed as shown in FIG. In Fig. 4, 1 is the motor, 2 is an encoder that generates pulses in proportion to the amount of rotation of the motor 1, 3 is a speed command means that gives a speed command for the motor 1, and 4 is a speed controller that calculates the speed from the pulse signal of the encoder 2. speed control means for calculating the voltage applied to the motor 1 and outputting a PWM signal so that the rotation speed of the motor 1 follows the speed command;
is a driving means that amplifies the PWM signal and supplies power to the motor 1.

速度制御手段4はアナログ回路で構成される場合もあり
、またディジタル回路で構成されることもある。ディジ
タル回路で構成される場合は、例えば、「システムと制
御JVO1,26、No。
The speed control means 4 may be composed of an analog circuit or a digital circuit. If it is composed of digital circuits, for example, "System and Control JVO 1, 26, No.

11、pp、695〜703.1983で述べられてい
るような方法がある。ディジタル回路で構成される場合
の速度制御手段4の速度制御ブロック線図を第3図に示
す。
11, pp. 695-703.1983. A speed control block diagram of the speed control means 4 when constructed from a digital circuit is shown in FIG.

第3図のブロック線図において、破線で囲まれた部分は
モータのブロック線図である。Ktはモータの誘起電圧
定数、Keはモータのトルク定数、Jはモータと負荷の
慣性モーメント、RとLはモータの巻線の抵抗とインダ
クタンスである。
In the block diagram of FIG. 3, the portion surrounded by broken lines is a block diagram of the motor. Kt is the induced voltage constant of the motor, Ke is the torque constant of the motor, J is the moment of inertia of the motor and load, and R and L are the resistance and inductance of the motor windings.

速度の検出は一定サンプリング時間内に入ってくるエン
コーダのパルス数で計算する方法と、エンコーダのパル
スの周期を基準クロックで計数してその逆数を計算する
ことにより速度を計算する方法とがあるが、いずれの方
法でもかまわない。以上のように計算した速度をKf倍
して指令速度と比較し、その速度偏差をKp倍した値と
速度偏差を積算してKi倍した値とを加算し、さらに検
出速度の変化分をKd倍した値を減算し、その結果をK
v倍してPWM出力を計算する。Kf、Kp、Ki、K
d、kvは制御定数である。PWM信号出力値vpは以
下の式で計算する。
There are two ways to detect speed: one is to calculate the number of encoder pulses that come in within a certain sampling time, and the other is to calculate the speed by counting the cycle of encoder pulses using a reference clock and calculating the reciprocal. , either method is fine. The speed calculated above is multiplied by Kf and compared with the command speed, the value obtained by multiplying the speed deviation by Kp and the value obtained by integrating the speed deviation and multiplied by Ki are added, and then the change in detected speed is calculated by Kd. Subtract the multiplied value and use the result as K
Calculate the PWM output by multiplying by v. Kf, Kp, Ki, K
d and kv are control constants. The PWM signal output value vp is calculated using the following formula.

Vp=〈KpXE+KiXI−KdxD)XKvE:速
度偏差で速度指令と検出速度との差I:積分項で速度偏
差Eを積算した値 D:加速度で検出速度を差分した値 発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような方法では自走車のように無
負荷で走行するときと、重量物を積載あるいは牽引して
走行するときとで状態が大きく異なるような場合は、無
負荷の状態に合わせて制御定数を設定していると、負荷
がかかったときには速度指令に対して遅れが大きくなり
、また負荷がかかった状態に合わせて制御定数を設定し
ていると、無負荷の状態では振動的になることがあると
いう問題点を有していた。
Vp=〈KpXE+KiXI-KdxD) However, with the above method, if the conditions differ greatly between when driving without a load, such as when driving a self-propelled vehicle, and when driving while carrying or towing a heavy object, it is necessary to adjust the If the control constants are set, there will be a large delay with respect to the speed command when a load is applied, and if the control constants are set according to the load condition, vibrations will occur in the no-load condition. There was a problem that this could happen.

本発明は上記問題点に鑑み、無負荷でも負荷がかかった
状態でも速度の遅れや振動がないように速度を制御しよ
うとするものである。
In view of the above-mentioned problems, the present invention attempts to control the speed so that there is no speed delay or vibration whether under no load or under load.

課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するために、モータと、モータ
の回転量に比例してパルスを発生するエンコーダと、モ
ータの速度指令を与える速度指令手段と、エンコーダの
パルス信号から速度を計算してモータの回転速度としモ
ータの回転速度が速度指令に追従するようにモータへの
印加電圧を計算してPWM信号を出力する速度制御子°
段と、PWM信号を増幅してモータに電力を供給する駆
動手段とからなるモータ制御装置において、モータの起
動時にモータへの印加電圧を漸次増加し、モータが回転
し始めるときの印加電圧から速度制御手段の速度制御の
制御定数を決定しモータの速度を制御している。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention provides a motor, an encoder that generates pulses in proportion to the amount of rotation of the motor, speed command means that gives a speed command of the motor, and pulses of the encoder. A speed controller that calculates the speed from the signal, sets the motor's rotational speed, calculates the voltage applied to the motor, and outputs a PWM signal so that the motor's rotational speed follows the speed command.
In a motor control device consisting of a drive unit that amplifies a PWM signal and supplies power to the motor, the voltage applied to the motor is gradually increased when the motor is started, and the speed is adjusted from the applied voltage when the motor starts rotating. A control constant for speed control of the control means is determined to control the speed of the motor.

作   用 モータに負荷がかかって負荷トルクが大きくなるとモー
タに電流を多く流さなければならないので起動時のモー
タの印加電圧は負荷の大きさによって変わってくる。本
発明はモータの起動時にモータへの印加電圧を漸次増加
し、モータが回転し始めるときの印加電圧から負荷の大
きさを推定して、負荷の大きさに応じてあらかじめ実験
的に求めておいた、あるいは計算により求めた速度制御
手段の演算制御の制御定数を用いてモータの速度を制御
している。したがって、モータの起動時に負荷に応じて
最適な制御定数を決めているので、無負荷でも負荷がか
かった状態でも速度の遅れや振動がないように速度制御
を行うことができる。
When a load is applied to the motor and the load torque increases, a large amount of current must flow through the motor, so the voltage applied to the motor at startup varies depending on the size of the load. The present invention gradually increases the voltage applied to the motor when starting the motor, estimates the load size from the applied voltage when the motor starts rotating, and calculates the load size experimentally in advance according to the load size. The speed of the motor is controlled using control constants for the arithmetic control of the speed control means, which have been determined or calculated. Therefore, since the optimum control constant is determined according to the load when starting the motor, the speed can be controlled without speed delay or vibration even when there is no load or under load.

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しなから
説明すも。
EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明のモータの制御装置の構成国、第2図は
速度制御のフローヂャートである。まず第1図について
説明する。第1図において、1はモータ、2はモータの
回転量に比例してパルスを発生するエンコーダである。
FIG. 1 shows the constituent countries of the motor control device of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart of speed control. First, FIG. 1 will be explained. In FIG. 1, 1 is a motor, and 2 is an encoder that generates pulses in proportion to the amount of rotation of the motor.

3はモータの速度指令を与える速度指令手段であり、3
1は速度指令データを計算するCPU、32はCPU3
1の処理プログラムを記憶しているROM、33はCP
U31が演算処理実行時に一時的に使用するRAM、3
4はセンサなどの信号を入力したり外部へ信号を出力す
るためのIloである。4はエンコーダのパルス信号か
ら速度を計算してモータの回転速度としモータの回転速
度が速度指令に追従するようにモータ1への印加電圧を
計算してPWM信号を出力する速度制御手段であり、4
1は速度制御の演算処理を行うCPU、42はCPU4
1の処理プログラムを記憶しているROM、43はCP
U41が演算処理実行時に一時的に使用したりCPU3
1とデータの受渡しを行うための2ボ一トRAM、44
はエンコーダ2からのパルスをカウントするカウンタで
ある。5はPWM信号を増幅してモータに電力を供給す
る駆動手段であり、51はモータ1を駆動するための直
流電源、52は直流電源から流れる電流を検出するため
の抵抗、53は抵抗52で検出された電流を制限するた
めの電流制限回路、54.55.56.57はモータ1
に電流を流すためのパワーMO8FET、58はCPU
41で計算されたPWM信号のパルス幅データに比例し
たパルス幅信号に変換し増幅してパワーMO8FET5
4.55.56.57にゲート信号を送るPWM回路、
60.61.62.63はフリーホイールダイオードで
ある。
3 is a speed command means for giving a speed command to the motor;
1 is a CPU that calculates speed command data, 32 is a CPU 3
1 is a ROM that stores the processing program, 33 is a CP
RAM used temporarily by U31 when executing calculation processing, 3
4 is Ilo for inputting signals from sensors and outputting signals to the outside. 4 is a speed control means that calculates the speed from the pulse signal of the encoder, sets it as the rotational speed of the motor, calculates the voltage applied to the motor 1, and outputs a PWM signal so that the rotational speed of the motor follows the speed command; 4
1 is a CPU that performs speed control calculation processing, 42 is a CPU 4
1 is a ROM that stores the processing program, 43 is a CP
Used temporarily by U41 when executing arithmetic processing, or by CPU3
1 and a 2-bot RAM for exchanging data, 44
is a counter that counts pulses from the encoder 2. 5 is a driving means for amplifying the PWM signal and supplying power to the motor; 51 is a DC power supply for driving the motor 1; 52 is a resistor for detecting the current flowing from the DC power supply; 53 is a resistor 52; Current limiting circuit for limiting the detected current, 54.55.56.57 is motor 1
Power MO8FET for passing current to, 58 is CPU
The pulse width data of the PWM signal calculated in step 41 is converted into a pulse width signal proportional to the pulse width data, amplified, and then sent to the power MO8FET5.
4. PWM circuit that sends a gate signal to 55.56.57,
60.61.62.63 are freewheeling diodes.

次にその動作について説明する。第1図において、今モ
ータ1が停止しているものとする。外部からl1034
にモータ1を起動しである速度で回転させるためのセン
サ信号が入ってくると、CPU31はあらかじめプログ
ラムされた処理内容をROM32から読み取り実行し速
度指令データを2ボ一トRAM43に書き込む。CPU
41はROM42に記憶されている第2図のフローチャ
ートに示される内容のプログラムを実行する。
Next, its operation will be explained. In FIG. 1, it is assumed that the motor 1 is currently stopped. l1034 from outside
When a sensor signal is received to start the motor 1 and rotate it at a certain speed, the CPU 31 reads the preprogrammed processing content from the ROM 32, executes it, and writes speed command data to the two-bit RAM 43. CPU
41 executes a program stored in the ROM 42 and having the contents shown in the flowchart of FIG.

次に、第2図のフローチャートに従って説明する。CP
U41は2ボ一トRAM43から、CPU31からの速
度指令データを読み取ると、ある値のPWM信号のパル
ス幅データをPWM回路58に送り、PWM回路58で
はパルス幅データに比例したパルス幅信号に変換し、増
幅してパワーMO3FET54.55、またはパワーM
O3FET56.57にゲート信号を送り、モータ1に
電圧を印加する。CPU41はカウンタ44のデータを
読み取り、カウンタ44の値が変化しているかを調べる
。カウンタ44の値が変化していれば速度が変化してい
ることになる。カウンタ44の値が変化していなければ
速度が変化していないのでPWM信号のパルス幅データ
を前回よりもある決められた値だけ大きくしてPWM回
路58に送る。PWM回路58では前回と同様にそのパ
ルス幅データに比例したパルス幅信号に変換し、増幅し
てパワーMO3FET54.55、またはパワーMO8
FET56.57にゲート信号を送り、モータ1に電圧
を印加する。CPU41は前回と同様にカウンタ44の
値を読み取り速度が変化しているかを調べる。速度が変
化していなければ同じ処理を繰り返しモータ1への印加
電圧をあげていく。速度が変化した場合にはモータ1が
回転し始めたと判断し、そのときのPWM信号のパルス
幅データから第3図の速度制御のブロック線図に示した
ような、tlf l定数Kf、Kp、Kf、Kd、kv
を設定し、カウンタ44からデータを読み取り速度を計
算して第3図の速度制御のブロック線図のような従来と
同様の計算を行いモータ1への印加電圧を計算してPW
M信号のパルス幅データをPWM出力回路58に出力し
、この計算を繰り返して速度制御をおこなう。PWM信
号のパルス幅データから決められる制御定数Kf、Kp
、Ki、Kd、kvは負荷の大きさに応じてあらかじめ
実験的に求めておいた、あるいは計算により求めた値を
ROM42にテーブルとして記憶している。
Next, the process will be explained according to the flowchart shown in FIG. C.P.
When the U41 reads the speed command data from the CPU 31 from the 2-bot RAM 43, it sends the pulse width data of a PWM signal of a certain value to the PWM circuit 58, and the PWM circuit 58 converts it into a pulse width signal proportional to the pulse width data. and amplify it to power MO3FET54.55 or power M
Send gate signals to O3FETs 56 and 57 and apply voltage to motor 1. The CPU 41 reads the data of the counter 44 and checks whether the value of the counter 44 has changed. If the value of the counter 44 is changing, it means that the speed is changing. If the value of the counter 44 has not changed, the speed has not changed, so the pulse width data of the PWM signal is increased by a certain value from the previous time and sent to the PWM circuit 58. As in the previous case, the PWM circuit 58 converts the pulse width data into a pulse width signal proportional to the pulse width data, amplifies it, and sends it to the power MO3FET54.55 or the power MO8.
Send gate signals to FETs 56 and 57 to apply voltage to motor 1. Similarly to the previous time, the CPU 41 reads the value of the counter 44 and checks whether the speed has changed. If the speed does not change, the same process is repeated and the voltage applied to the motor 1 is increased. If the speed changes, it is determined that the motor 1 has started rotating, and from the pulse width data of the PWM signal at that time, the tlf l constants Kf, Kp, Kf, Kd, kv
, read the data from the counter 44, calculate the speed, perform calculations similar to the conventional method as shown in the block diagram of speed control in Figure 3, calculate the voltage applied to the motor 1, and set PW.
The pulse width data of the M signal is output to the PWM output circuit 58, and this calculation is repeated to perform speed control. Control constants Kf and Kp determined from pulse width data of PWM signal
, Ki, Kd, and kv are stored in the ROM 42 as a table in the form of a table, which is determined experimentally or calculated in advance depending on the magnitude of the load.

以上のように本実施例によればモータの起動時にモータ
への印加電圧を漸次増加し、モータが回転し始めるとき
の印加電圧から負荷の大きさを推定して、最適な制御定
数を決めているので、無負荷でも負荷がかかった状態で
も速度の遅れや振動がないように速度制御を行うことが
できる。
As described above, according to this embodiment, the voltage applied to the motor is gradually increased when the motor is started, the load size is estimated from the applied voltage when the motor starts rotating, and the optimal control constant is determined. Therefore, speed control can be performed to avoid speed delays and vibrations even when there is no load or when a load is applied.

本実施例においては、DCモータを駆動しているがAC
モータでも同様であることはいうまでもない。また速度
制御手段の制御ブロック線図には速度のマイナーループ
である電流制御ループが含まれていないが電流を検出し
て電流制御ループをいれた場合であってもなんら問題は
ない。
In this embodiment, a DC motor is driven, but an AC
Needless to say, the same applies to motors. Further, although the control block diagram of the speed control means does not include a current control loop which is a minor speed loop, there is no problem even if a current control loop is included by detecting the current.

発明の効果 以上のように本発明によればモータの起動時にモータへ
の印加電圧を漸次増加し、モータが回転し始めるときの
印加電圧から負荷の大きさを推定して、最適な制御定数
を決めているので、無負荷でも負荷がかかった状態でも
速度の遅れや振動がないように速度制御を行うことがで
きるという効果が得られる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the voltage applied to the motor is gradually increased when the motor is started, the load size is estimated from the applied voltage when the motor starts rotating, and the optimum control constant is determined. Since the speed is determined, it is possible to control the speed so that there is no speed delay or vibration even when there is no load or under load.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例のモータの制御装置の構成図
、第2図は同速度制御のフローチャート、第3図はディ
ジタル回路で構成される場合の速度制御手段の速度制御
ブロック線図、第4図は一般的なモータの制御装置の構
成図である。 1・・・・・・モータ、2・・・・・・エンコーダ、3
・・・・・・速度指令手段、4・・・・・・速度制御手
段、5・・・・・・駆動手段。
Fig. 1 is a block diagram of a motor control device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a flowchart of the same speed control, and Fig. 3 is a speed control block diagram of a speed control means configured with a digital circuit. , FIG. 4 is a block diagram of a general motor control device. 1...Motor, 2...Encoder, 3
... speed command means, 4 ... speed control means, 5 ... drive means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] モータと、前記モータの回転量に比例してパルスを発生
するエンコーダと、前記モータの速度指令を与える速度
指令手段と、前記エンコーダのパルス信号から速度を計
算してモータの回転速度とし前記モータの回転速度が前
記速度指令に追従するように前記モータへの印加電圧を
計算してPWM信号を出力する速度制御手段と、前記P
WM信号を増幅して前記モータに電力を供給する駆動手
段とからなるモータ制御装置において、モータの起動時
に前記モータへの印加電圧を漸次増加し、前記モータが
回転し始めるときの印加電圧から前記速度制御手段の演
算制御の制御定数を決定しモータの速度を制御するよう
にしたことを特徴とするモータの制御装置。
a motor; an encoder that generates pulses in proportion to the amount of rotation of the motor; a speed command means that provides a speed command for the motor; a speed control means for calculating a voltage applied to the motor and outputting a PWM signal so that the rotational speed follows the speed command;
In a motor control device comprising driving means for amplifying a WM signal and supplying power to the motor, the voltage applied to the motor is gradually increased when the motor is started, and the voltage applied to the motor is increased from the voltage applied when the motor starts rotating. A motor control device characterized in that the speed of the motor is controlled by determining a control constant for calculation control of a speed control means.
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