JPH04193083A - 速度制御装置 - 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］ 本発明は、電動機の速度制御装置に係り、特にコギング
トルクや負荷変動による外乱等により生じる速度脈動を
低減する必要のあるプリンタ、複写機、ＶＴＲ等に使用
される電動機の速度制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来、外乱による影響を抑制する手法として外乱オブザ
ーバを用いた補償法がある。

これは、電動機電流と電動機速度とから外乱オブザーバ
に湿り外乱を推定し、外乱骨に相当する補償電流を加え
ている。

上記従来技術は、過去の外乱推定値を記憶する記憶要素
を有していないため、オブザーバにより推定した外乱に
相当する補償電流を、外乱推定終了時に出力しなければ
ならない。ところがオブザーバには推定遅れが存在する
ため、推定した外乱の時刻と、それに基づいた補償電流
を加える時刻との間には時間的な遅れが生じる。

特に、外乱が周期的に変動する場合には、外乱とその補
償量との間に位相的な遅れが生じ、十分な補償効果を得
ることができず、電動機の速度制御に適用すると周期的
な速度脈動として現われるという問題があった。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、主としてステップ状で、周期性を有し
ない外乱変動を補償するのに適したものであり、周期的
な外乱変動に対しては、オブザーバの推定遅れにより外
乱の位相とその補償量との位相がずれるため十分な補償
効果を得ることができない。

このため、電動機の速度制御に適用すると周期的な速度
脈動が表れるという問題があった。

本発明の目的は、外乱に対して十分な補償を行い、電動
機の速度脈動を低減できる電動機の速度制御装置を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、電源からの電力を電動機に
供給する駆動装置と、上記電動機の速度を検出する速度
検出手段と、上記速度検出手段によって検出される検出
速度と指令速度とに基づいて、上記駆動装置を動作させ
る速度制御手段とを有する電動機の速度制御システムに
おいて、外乱に対する補償量決定手段と、得られた補償
量を記憶する記憶手段とを設け、補償量を上記速度制御
手段の出力に加えることとしたものである。

［作　用コ 補償しようとする外乱に対して、補償量決定手段により
補償量を求め、得ら九た補償量を記憶手段により記憶し
、外乱位相に応してその位相毎に異なる補償量を出力す
るため、各補償量については外乱が一定値とみなせるの
で位相遅れなしに、十分な外乱補償を行うことができる
。

［実施例］ 以下１本発明の実施例を第１図〜第３図により説明する
。

第１図は、第１の実施例を示し、本発明をブラシレス直
流モータの速度制御装置に適用した全システムの回路の
構成を示したものである。

これは、電源１の電力を、駆動装置である電力変換装置
１２によって変換し、二相モータである同期モータ３を
駆動するものである。

そして、速度制御方法については、速度指令１１に従っ
て、速度制御装置２７が電流指令を電流制御器Ｗ１２に
出力する。電流制御器ｆｆ［１２は、指令に従って電力
変換装置１３を制御する。

同期モータ３の速度を制御する速度制御システムは、速
度制御装置２７と電力変換装Ｗ１３とを有する。

速度制御装置２７は、マイクロコンピュータ４、マイク
ロコンピュータ４からの電流指令を、デジタル量からア
ナログ量に変換するＤ／Ａ変換器５−１．５−２を有す
る。

電流制御装置１２は、同期モータの電流を指令どおり制
御する電流制御器６−１；　６−２、その出力と三角波
発振器７の出力である三角波とを比較するコンパレータ
８−１．８−２を有する。

電力変換装置１３は、電流制御装置１２の出力によりイ
ンバータ２を駆動するためのドライバー９−１．９−２
とインバータ２とを有するものである。

また、同期モータ３のロータ３−１には、速度制御装置
２７に含まれる、同期モータ′の回転位置や速度を検出
するためのエアコーダ１０が取り付けである。

マイクロコンピュータ４の構成を第４図に示す。

マイクロコンピュータ４は、ｃｐＵ２ｓと、速度指令１
１を受付ける入力インタフェース２２と、記憶部２３と
、Ｄ／Ａ変換器５−１．５−２へ電流指令を出力する出
力インタフェース２４とを有する。

記惚部２３は、補償量を記憶する要素であるメモリを複
数持つ記憶手段４−１と−ＣＰＵによって実行されるプ
ログラム２６とを有する。

マイクロコンビコータ４とそれに含まれるプログラムと
はｍ周期モータ３を能動するのに必要な各種の手段、す
なわち速度制御手段４−４．補償量決定手段、速度指令
１１の取り込み手段（図示せず）、エンコーダ］Ｏの信
号に基づいた速度検出手段４−３１回転位石検出手段４
−２、ロータの回転位置に対応して記憶されている補償
量を切り換えて出力する８力手段２１、電流指令の二相
変換４−５、Ｄ／Ａ変換器５−１．５−２への出力手段
（図示せず）を実行する。

補償量決定手段は、電流指令平均値（１）を求め、この
平均値とトルク定数（ｋ、ｔ）の積を求める手段１８と
、加速度推定値（ａ）を求め、この推定値と慣性モーメ
ント（Ｊ）の積を求める手段１９と、外乱トルク推定値
に一次遅れ演算を行う手段１６と、記憶手段から庁１カ
された補償量をトルク定数で割る手段２ｏとを有する。

次に、マイクロコンビコータ４の動作について説明する
。

記憶手段４−１の補償量を記憶する要素の数をＮとする
。

回転位置検出手段４−２は、エンコーダパ）Ｉｉスをカ
ウントするＮ進カウンタである。

速度検出手段４−３は、エンコーダパルスノ時間間隔を
測定し回転角度をこの時間で割ることにより速度を検出
するものである３ 速度制御手段４−４は、速度指令１１と検出速度１２の
差を比例積分し出力するものである。

二相変換４−５は、直流レベルの電流指令に、電機角に
応じた正弦波と余弦波をそれぞれ乗算し、二相モータで
ある同期モータへの電流指令を作成する。　本実施例で
は、周期外乱に対する補償に特徴がある。

以下その動作について説明する。

周期外乱の要因として、コギングトルクのようなロータ
の位置に関連して発生する外乱を考え、このような外乱
が１回転当りｍ回発生するものとする。すなわち、１回
転当り、ｍ周期の外乱があるとする。

また、周期外乱の１！？１期をＮ分割して補償すること
とし、記憶手段４−１に含まれる補償量を記憶する要素
の数をＮ個とする。

エンコーダ１０は、１回転当りｍ　Ｘ　Ｎパルスのもの
を選ぶ。すると、回転位置検出手段４−２であるＮ進カ
ウンタでエンコーダパルスをカウントすることにより、
周期外乱の位相とカウンタの値を１対１に対応づけるこ
とができる。

このカウンタの値と記憶手段４−１に含まれるＮ個の補
償量を記憶する要素につけられる番号とを対応させるこ
とにより、周期外乱のそれぞれの位相と補償量を記憶す
る要素とが対応づけられる。

以下、第２図により演算内容について説明する。

現在回転位置がＮ進カウンタの値で３の位置にあるとす
る。このとき、Ｎ進カウンタの値が０゜１．２のときの
エンコーダパルスの間の時間をＴ０、Ｔ１、Ｔ２とし、
出力した電流指令の値を１０゜１１．１２とする。

このとき、Ｎ進カウンタが１の位置における外乱トルク
を推定する。

Ｎ進カウンタが１の位置における加速度推定値ａ　　１
　＝　４　　π・（Ｔｏ−７２）／（＋＋ｒＮ４１　・
（ＴＩ＋７２）　・（ＴＯ＋Ｔｌ））電流指令平均値ｉ
１＝　（ｉｏ＋２ｉ１＋ｉ２）／４から、求める外乱ト
ルクを求めるものとする。

モータの慣性モーメントＪ、トルク定数ｋｔを使って、
外乱トルクの推定値は、 ｒｌ＝ｋｔ−ｉｌ　　Ｊ−ａｌとなる。

そして、このｉｌにに／　（Ｓ＋ｋ）の−次遅れフィル
タに相当する演算を行い１番の番号の補償量を記憶する
要素の値を修正する。そして外乱補償としては、現在の
位置である３番の補償量を記憶する要素の値を出力する
。

これにより、それぞれの補償量を記憶する要素は周期外
乱の１周期毎に１回修正され、最終的には外乱と等しい
値に収束し、周期外乱に対して遅れのない補償を行える
。

なお、１次遅れフィルタのｋの値はそれぞれの補償量記
憶要素で異なる値に選んでもよい。

第３図は、本発明の第２の実施例に係る全システムの回
路の構成図である。

第１の実施例とは９周期外乱の推定法のみが異なり、他
は等しい構成となっている。

本実施例では、電流指令の代りに補償を加える前の電流
指令を用い、外乱トルクと補償トルクとのトルク差を推
定し、これを積分することに上り外乱トルクを推定する
。

以下、第４図により演算内容について説明する。

現在、回転位置がＮ進カウンタの値で３の位置にあると
する。

このとき、Ｎ進カウンタの値が０．１．２のときのエン
コーダパルス間の時間をＴＩＯ，Ｔ１．１．。

Ｔ１２とし、補償を加える前の電流指令の値をｉｌＯ。

ｉ、１］、ｉ１２とする。このとき、Ｎ進カウンタが１
の位置における、外乱トルクと補償トルクとのトルク差
を推定する。

Ｎ進カウンタが１の位置における加速度推定値ａｌ＝４
　ｚ（Ｔｏ−Ｔ２）／（ｍＮ−ＴＩ・（Ｔ１＋Ｔ２）　
・（ＴＯ＋ＴＩ）） 補償を加える前の電流指令の平均値 ｉ　１ｌ＝（ｉ　１０＋　２・ｉ　１ｌ−ｉ−１１２）
／　４から上記のトルクの差を求めるものとすう。

モータの慣性モーメンに、Ｊ、トルク定ｅｋｔを使って
、外乱トルクと補償トルクとのトル９差の推定値ｖ１１
＝ｋｔ・１１１−Ｊ−ａｌ　を求める。

二のｔ１１に積分演算を行い１＠の番号の補償量記憶要
素の値を修正する。

外乱補償としては、現在力位Ｔである２３番の番号の補
償量を記憶する要素の値を出力する１゜これにより、そ
れぞれの補償量を記憶する要素は周期外乱の１周期毎に
１回修正され、最終的には外乱と等しい値に収束し、周
期外乱に対して遅れのない補償を行える。

この結果、周期外乱による電動機の速度脈動を遅れなく
抑制できるので、速度制御における回転むら低減の効果
がある。

なお、積分演算の定数にの値は、それぞれの補償量記憶
要素で異なる値に選んでもよい。

以上のように本発明は構成されているため、補償しよう
とする外乱に複数個の補償量記憶要素を対応させて、外
乱位相に応じてその位相毎に異なる補償量記憶要素を出
力でき、各補償量記憶要素については外乱が一定値とみ
なせるので位相遅れなしに、半分な外乱補償を行うこと
ができる。

また、検出速度と速度制御手段の出力から、外乱トルク
と補償量による補償トルクのトルク差を電動機モデルを
使って推定し、トルク差が０に収束するように補償量を
修正することにより、最終的にトルク差がＯとなり補償
量による補償トルクが外乱トルクと等しくなるので、外
乱の影響を低減することができる。

また、検出速度と速度制御手段の出力に補償量を加えた
出力とから、電動機モデルを使って直接外乱トルクを推
定した場合には、補償量による一補償トルクが外乱トル
クに収束するよう補償量を修正することにより、外乱の
影響を低減することができる。

また、コギングトルクによる外乱の様なロータの回転位
置に依存する周期外乱の場合には、ロータの回転位置を
検出する回転位置検出手段によるロータの回転位置信号
により補償量を切り換えることにより、外乱位相に対応
させた切り換えを行うことができる。

、　第６図に、第３の実施例である本発明に係る速度制
御装置を有するＶ　Ｔ、Ｒの構成を示す。

本実施例は、ＶＴＲのドラムの速度制御に本発明を適用
したものである。

ビデオ・カセット６３に巻かれているテープ上の画像デ
ータをドラム６１上のビデオ用回転へッド６２で読み取
る。そして、このドラム６１の速度制御を本発明に係る
速度制御袋＠６０で行なうものである。

この構成によれば、画像のみだれの少ないＶＴＲを提供
することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、外乱に対して十分な補償を行い、電動
機の速度脈動を低減できる電動機の速度制御装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の回路の構成図、第２図
は本発明の第１の実施例の動作の説明図、第３図は本発
明の第２の実施例の回路の構成図、第４図は本発明の第
２の実施例の動作の説明図、第５図は本発明に係るマイ
クロコンピュータの構成図、第６図は本発明の第３の実
施例の構成図である。 １・・電源、２・・・インバータ、３・・同期モータ、
４・・マイクロコンピュータ、１０・・・エンコーダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電源からの電力を電動機に供給する駆動装置と、上
   記電動機の速度を検出する速度検出手段と、上記速度検
   出手段によって検出される検出速度と指令速度とに基づ
   いて、上記駆動装置を動作させる速度制御手段とを有す
   る電動機の速度制御システムにおいて、 外乱に対する補償量決定手段と、得られた補償量を記憶
   する記憶手段とを設け、補償量を上記速度制御手段の出
   力に加えることを特徴とする電動機の速度制御システム
   。 ２、請求項１記載の電動機の速度制御システムにおいて
   、 上記補償量決定手段は、外乱の位相に対応させて補償量
   を決定し、上記出力手段は、外乱位相に対応させて補償
   量を上記速度制御手段の出力に加えることを特徴とする
   電動機の速度制御システム。 ３、電動機の速度を検出する速度検出手段と、上記速度
   検出手段によって検出される検出速度と指令速度とに基
   づいて、電動機に電力を供給する駆動装置を動作させる
   速度制御手段とを有する電動機の速度制御装置において
   、 外乱に対する補償量決定手段と、得られた補償量を記憶
   する記憶手段とを設け、補償量を上記速度制御手段の出
   力に加えることを特徴とする電動機の速度制御装置。 ４、請求項３記載の電動機の速度制御装置において、 上記補償量決定手段は、外乱の位相に対応させて補償量
   を決定し、上記出力手段は、外乱位相に対応させて補償
   量を上記速度制御手段の出力に加えることを特徴とする
   電動機の速度制御装置。 ５、請求項１または２記載の電動機の速度制御システム
   において、 上記補償量決定手段は、上記検出速度と上記速度制御手
   段の出力とから、外乱トルクと補償量による発生する補
   償トルクとのトルク差を推定し、トルク差が０に収束す
   るように補償量を決定することを特徴とする電動機の速
   度制御システム。 ６、請求項１または２記載の電動機の速度制御システム
   において、 上記補償量決定手段は、上記検出速度と上記速度制御手
   段の出力に補償量を加えた出力とから外乱トルクを推定
   し、補償量により発生する補償トルクが外乱トルクに収
   束するように補償量を決定することを特徴とする電装機
   の速度制御システム。 ７、請求項１、２、５または６記載の電動機の速度制御
   システムにおいて、 上記電動機のロータの回転位置を検出する回転位置検出
   手段を有し、上記出力手段は、ロータの回転位置に対応
   して記憶手段に記憶されている補償量を切り換えて出力
   することを特徴とする電動機の速度制御システム。 ８、請求項１、２または５記載の電動機の速度制御シス
   テムにおいて、 上記補償量決定手段は、補償量の修正を積分演算で行う
   積分演算手段を有することを特徴とする電動機の速度制
   御システム。 ９、請求項１、２または６記載の電動機の速度制御シス
   テムにおいて、 上記補償量決定手段は、補償量の修正を一次遅れ演算で
   行う手段を有することを特徴とする電動機の速度制御シ
   ステム。 １０、請求項１、２、５または８記載の電動機の速度制
   御システムにおいて、 上記速度検出手段は、一定角度（θ）回転するのに要す
   る時間を測定し（得られた結果を時刻順にＴ０、Ｔ１、
   Ｔ２とする）、 上記補償量決定手段は、それぞれの時間中の、速度制御
   手段の出力をｉ１０、ｉ１１、ｉ１２としたときの、時
   間Ｔ１での加速度ａ１、速度制御手段の出力の平均値＠
   ｉ＠１１を、 ａ１＝２θ・（Ｔ０−Ｔ２）／｛Ｔ１・（Ｔ１＋Ｔ２）
   ・（Ｔ０＋Ｔ１）｝＠ｉ＠１１＝（ｉ１０＋２・ｉ１１
   ＋ｉ１２）／４で求める手段と、 電動機の慣性モーメントをＪ、トルク定数をＫｔとした
   時に、時間Ｔ１における外乱トルクと補償量による補償
   トルクとのトルク差τ１を、τ１１＝ｋｔ・＠ｉ＠１１
   −Ｊ・ａ１で求める手段とを有することを特徴とする電
   動機の速度制御システム。 １１、請求項１、２、６または９記載の速度制御システ
   ムにおいて、 上記速度検出手段は、一定角度（θ）回転するのに要す
   る時間を測定し（得られた結果を時刻順にＴ０、Ｔ１、
   Ｔ２とする）、 上記補償量決定手段は、それぞれの時間中の、速度制御
   手段の出力に補償量を加えた出力をｉ０、ｉ１、ｉ２と
   したときの、時間Ｔ１での加速度ａ１、速度制御手段の
   出力に補償量を加えた出力の平均値＠ｉ＠１を、 ａ１＝２θ・（Ｔ０−Ｔ２）／｛Ｔ１・（Ｔ１＋Ｔ２）
   ・（Ｔ０＋Ｔ１）｝ ｉ１＝（ｉ０＋２・ｉ１＋ｉ２）／４ で求める手段と、 電動機の慣性モーメントをＪ、トルク定数をＫｔとした
   時に、時間Ｔ１における外乱トルクをτ１＝ｋｔ・ｉ１
   −Ｊ・ａ１ で求める手段とを有することを特徴とする電動機の速度
   制御装置。