JPH04281381A - Detecting device for momentary position, momentary speed and momentary acceleration of motor, and control method for motor using momentary position value, momentary speed value and momentary acceleration value - Google Patents

Detecting device for momentary position, momentary speed and momentary acceleration of motor, and control method for motor using momentary position value, momentary speed value and momentary acceleration value

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JPH04281381A
JPH04281381A JP3033015A JP3301591A JPH04281381A JP H04281381 A JPH04281381 A JP H04281381A JP 3033015 A JP3033015 A JP 3033015A JP 3301591 A JP3301591 A JP 3301591A JP H04281381 A JPH04281381 A JP H04281381A
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Abstract

PURPOSE:To improve a response of a control system by calculating more accurate and less delay momentary position (rotary angle), momentary speed and momentary acceleration in a motor control system using pulse generating means such as a pulse encoder, etc. CONSTITUTION:State observing means 101 estimates a state variable 106 at the time of generating a pulse from pulse generating means immediately before a sampling timing for a state equation with three variables of a rotating speed 102 of a motor, a position 103 of the motor and a load disturbance torque 104 as state variables 106, with a motor torque 105 as a system input and with the position 103 as an output at each sampling timing. Momentary position calculating means 113, etc., detects a momentary value 114 of the position of the motor at the timing based on the equation from the variables 106, and a time difference 108 from the pulse generating time point measured by time difference measuring means 107 to the sampling timing. Accordingly, more accurate momentary values are obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、回転角又は位置検出用
センサとしてパルスエンコーダ、ロータリエンコーダ或
いはパルスジェネレータ等のパルス発生手段を用いた電
動機制御における電動機の位置(回転角)の瞬時値、速
度及び加速度の検出装置、ならびに瞬時位置値・瞬時速
度値・瞬時加速度値を用いた電動機の制御方法に関する
[Industrial Application Field] The present invention relates to the instantaneous value and speed of the position (rotation angle) of a motor in motor control using pulse generating means such as a pulse encoder, rotary encoder, or pulse generator as a rotation angle or position detection sensor. The present invention also relates to an acceleration detection device and a method of controlling an electric motor using instantaneous position values, instantaneous velocity values, and instantaneous acceleration values.

【0002】0002

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】パワー
エレクトロニクスを利用した電動機の可変速駆動分野に
おいては、制御の高性能化、高信頼化、高機能化への要
求からマイクロコンピュータを適用したディジタル制御
方式の採用が盛んである。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] In the field of variable speed drive of electric motors using power electronics, due to the demand for higher performance, higher reliability, and higher functionality of control, digital Control methods are increasingly being adopted.

【0003】その多くの場合、制御精度の観点から高精
度の速度検出、加速度検出或いは位置(回転角)検出を
行う必要があり、いわゆるパスルジェネレータ、パルス
エンコーダ或いはロータリエンコーダ(以下、エンコー
ダと呼ぶ)を用いて、電動機の位置(回転角)が直接検
出され、更に、その検出値を用いて周波数という物理量
を求めることにより電動機の速度、加速度の検出が行わ
れている。
In many cases, it is necessary to perform highly accurate speed detection, acceleration detection, or position (rotation angle) detection from the viewpoint of control accuracy, and so-called pulse generators, pulse encoders, or rotary encoders (hereinafter referred to as encoders) are used. The position (rotation angle) of the electric motor is directly detected using this method, and the speed and acceleration of the electric motor are detected by using the detected value to obtain a physical quantity called frequency.

【0004】しかし、上述のようにエンコーダを用いる
方法においては、図9に示されるように、エンコーダが
、本来連続量である回転角θを、エンコーダの分解能で
規定される極めて荒い離散値である積算値θn として
出力する。このため、任意のサンプリングタイミングt
(例えば図9のt1 )における検出値θn において
、マクロ的には検出の遅れ(例えば図9の無駄時間Δt
1 )が発生し、ミクロ的には真の回転角に対してエン
コーダ分解能で最大1量子化幅分の量子化誤差が発生す
る(例えば図9の「θ(t1 )−θ(t1 −Δt1
 )」)。従って、例えばエンコーダ出力を用いて回転
角或いは位置の制御を行う場合に、これらの検出遅れや
量子化誤差のために制御の応答が劣化したり、安定性や
制御精度が損われるという問題点を有している。
However, in the method using an encoder as described above, as shown in FIG. 9, the encoder converts the rotation angle θ, which is originally a continuous quantity, into extremely rough discrete values defined by the resolution of the encoder. Output as integrated value θn. Therefore, any sampling timing t
In the detected value θn at (for example, t1 in FIG. 9), there is a macroscopic detection delay (for example, the dead time Δt in FIG. 9).
1) occurs, and microscopically, a quantization error of up to one quantization width occurs at the encoder resolution with respect to the true rotation angle (for example, "θ(t1) - θ(t1 - Δt1" in Figure 9).
)”). Therefore, for example, when controlling the rotation angle or position using encoder output, there are problems such as deterioration of control response and loss of stability and control accuracy due to detection delay and quantization error. have.

【0005】一方、エンコーダ出力を用いた速度検出の
方法としては、■一定期間内にエンコーダが発生するパ
ルス数を計数し、それを計数した期間(時間)で割る方
法、■エンコーダが発生するパルスとパルスの間隔(周
期)を計測し、その逆数をとって速度とする方法等があ
る。このほかにも、例えば「特開昭58−48868号
」に開示される方法では、一定サンプリング期間内のパ
ルス数とそのパルスが発生するのに要した正味の時間が
計測され、それでパルス数が除されることによって、高
精度な速度検出が実現されている。しかし、これらの方
法で得られる速度検出値はいずれも各々の計測期間内に
おける平均速度を計測した結果として得られる値であっ
て、従来の速度発電機を用いた速度検出に比べて、その
検出値には時間平均による遅れが含まれることになり、
これが制御系の応答や安定性に関して種々の悪影響を生
ぜしめてしまうという問題点を有している。
On the other hand, methods of speed detection using encoder output include: 1) counting the number of pulses generated by the encoder within a certain period and dividing it by the counted period (time); 2) counting the pulses generated by the encoder There is a method of measuring the interval (period) between pulses and taking the reciprocal of the pulse to obtain the speed. In addition, for example, in the method disclosed in ``Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-48868,'' the number of pulses within a certain sampling period and the net time required to generate the pulses are measured, and the number of pulses is then calculated. Highly accurate speed detection is realized by dividing the speed. However, the speed detection values obtained by these methods are all values obtained as a result of measuring the average speed within each measurement period, and compared to speed detection using a conventional speed generator, the speed detection value is The value will include a delay due to time averaging,
This poses a problem in that it causes various adverse effects on the response and stability of the control system.

【0006】そこで「特開平2−7887号」では、「
特開昭58−48868号」に開示されている方法で検
出した平均速度に加えて、状態観測器論理に基づいて推
定された負荷外乱トルク及び電動機の出力トルクとから
サンプリング時点における瞬時速度を演算して求めるよ
うにしている。 この方法では、一旦、平均速度が求められてから瞬時速
度が計算される。しかし、速度センサとしてパルスジェ
ネレータの出力パルスを計数することはその計数期間内
における電動機軸の回転角度を計測していることであっ
て、それを時間で除して得られる速度は文字通り平均速
度であり、電動機の過渡現象を記述する状態方程式の中
に現れる電動機速度ωとは似て非なるものである。言い
換えれば平均速度は現象を表現する上の概念のひとつで
あって、現実の物理現象、特に過渡現象を記述するのに
は必ずしも適切ではない。例えば、加速過程にある場合
と減速過程にある場合では、平均速度が等しくともその
物理現象(一例として、時間平均期間の始点と終点にお
ける瞬時速度)は全く異なったものであり、そのような
平均速度から将来の瞬時速度を演算することにはおのず
から限界がある。
[0006] Therefore, in "Unexamined Japanese Patent Publication No. 2-7887", "
In addition to the average speed detected using the method disclosed in JP-A No. 58-48868, the instantaneous speed at the sampling point is calculated from the load disturbance torque and motor output torque estimated based on state observer logic. I try to ask for it. In this method, once the average speed is determined, the instantaneous speed is calculated. However, counting the output pulses of a pulse generator as a speed sensor means measuring the rotation angle of the motor shaft within the counting period, and the speed obtained by dividing this by time is literally the average speed. This is similar to and different from the motor speed ω that appears in the equation of state that describes the transient phenomena of the motor. In other words, average velocity is one of the concepts used to express phenomena, and is not necessarily appropriate for describing actual physical phenomena, especially transient phenomena. For example, even if the average velocity is the same in the acceleration process and in the deceleration process, the physical phenomena (for example, the instantaneous velocity at the start and end points of the time averaging period) are completely different, and such an average There are naturally limits to calculating future instantaneous speed from speed.

【0007】また、サーボ等のモーションコントロール
においては、従来の主流であった電流制御系をマイナー
ループにもつ速度制御系に代わって、加速度という状態
量に着目した加速度制御系を構成する方式が学会論文等
(例えば、堀:「加速度制御形サーボ系の提案」電気学
会論文誌D,107 昭和62−12)で発表されてい
る。この場合、加速度を検出する方式として速度発電機
(タコジェネレータ)の出力をアナログ信号の形で微分
するのが最も一般的ではあるが、微分動作がノイズに対
して敏感であることから純粋な微分動作を適用すること
は困難である。このため、実際には、速度がアナログ回
路で不完全微分されたものが加速度として使用される。 或いは、制御系がディジタルシステムで構成される場合
には、ソフトウェアによる演算処理で加速度が算出され
る場合もある。しかし、これらの方法では、理想的な加
速度量を得ることが困難で、また得られた加速度に遅れ
が含まれるという問題点を有している。特にパルスジェ
ネレータを使用して速度検出を行う場合に加速度を直接
検出することは事実上不可能である。
[0007] In addition, in motion control for servos, etc., instead of the conventional speed control system that has a current control system in a minor loop, a method of configuring an acceleration control system that focuses on a state quantity called acceleration has been proposed by an academic society. It has been published in papers, etc. (for example, Hori: "Proposal of an acceleration-controlled servo system", Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, D, 107, 1986-12). In this case, the most common method for detecting acceleration is to differentiate the output of a speed generator (tacho generator) in the form of an analog signal, but since differential operation is sensitive to noise, pure differential It is difficult to apply the behavior. Therefore, in reality, velocity obtained by incompletely differentiating it using an analog circuit is used as acceleration. Alternatively, if the control system is configured as a digital system, the acceleration may be calculated by software calculation processing. However, these methods have problems in that it is difficult to obtain an ideal amount of acceleration, and the obtained acceleration includes a delay. In particular, when speed detection is performed using a pulse generator, it is virtually impossible to directly detect acceleration.

【0008】一方、特にサンプル値制御で構成されるデ
ィジタル制御系においては、電動機制御に現代制御理論
のひとつである状態観測器理論を適用した方法として、
電動機の負荷外乱トルクを状態観測器(オブザーバ)に
より推定する方法がある。この状態観測器では、電動機
の電気〜機械系のモデルの入力として、例えば電動機の
出力トルク実際値或いは電力変換器へのトルク指令値が
用いられている。これらの使い分けとしては、主として
現実に電動機を動力学的に駆動しているトルク実際値を
使って状態観測器内のモデルを駆動することが第1とさ
れ、交流電動機の駆動装置の場合のようにトルク実際値
が直接検出できない場合や検出できる場合でも検出値に
大きなリプル等が含まれているために制御系の外乱にな
る場合、或いはトランジスタインバータのように電流制
御系の応答が速いために指令値を実際値とみなしえるよ
うな場合には、電力変換器へのトルク指令値の瞬時値又
は平均値が状態観測器の入力として用いられている。し
かし、この方法では、電気系→機械系へのダイナミクス
が考慮されないという問題点を有している。
On the other hand, especially in digital control systems consisting of sample value control, a method that applies state observer theory, which is one of the modern control theories, to motor control is as follows:
There is a method of estimating the load disturbance torque of an electric motor using a state observer. In this condition observation device, for example, the actual output torque value of the motor or the torque command value to the power converter is used as an input to the electric-mechanical model of the motor. The first way to use these methods is to drive the model in the condition observation device using the actual value of the torque that actually dynamically drives the motor. In some cases, the actual torque value cannot be directly detected, or even if it can be detected, the detected value contains large ripples that cause disturbance to the control system, or the response of the current control system is fast, such as with a transistor inverter. In cases where the command value can be considered as the actual value, the instantaneous value or average value of the torque command value to the power converter is used as an input to the condition observation device. However, this method has a problem in that the dynamics from the electrical system to the mechanical system is not considered.

【0009】加えて、マイクロコンピュータを用いたデ
ィジタル制御系では、制御対象の状態量の検出、制御演
算等が時系列に行われるために、検出から制御までの無
駄時間が存在し、検出値に含まれる遅れ(図9参照)と
もあいまって制御性能を損なったり、或いは充分な制御
性能を発揮しえないという問題点を有している。
In addition, in a digital control system using a microcomputer, detection of state quantities of a controlled object, control calculations, etc. are performed in chronological order, so there is dead time from detection to control, and the detected value Coupled with the delay involved (see FIG. 9), this poses a problem in that control performance is impaired or sufficient control performance cannot be demonstrated.

【0010】本発明は、より正確で遅れの少ない瞬時位
置(回転角)、瞬時速度及び瞬時加速度の演算を可能と
して、制御系の応答改善を図ることを目的とする。
An object of the present invention is to improve the response of a control system by making it possible to calculate instantaneous position (rotation angle), instantaneous velocity, and instantaneous acceleration with more accuracy and less delay.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、電動機に取り
付けられたパルスエンコーダ、ロータリエンコーダ或い
はパルスジェネレータ等のパルス発生手段からのパルス
に基づいて電動機の位置又は回転角を検出する位置検出
手段を有する電動機の制御装置を前提とする。同手段は
、例えばエンコーダパルスをカウントするカウンタであ
り、同カウンタは、例えばサンプリングタイミング毎に
リセットされて、各サンプリング周期におけるエンコー
ダパルスの積算値を演算する。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides position detection means for detecting the position or rotation angle of an electric motor based on pulses from a pulse generating means such as a pulse encoder, a rotary encoder, or a pulse generator attached to the electric motor. This assumes an electric motor control device with a The means is, for example, a counter that counts encoder pulses, and the counter is reset, for example, at each sampling timing, and calculates an integrated value of encoder pulses in each sampling period.

【0012】図1は、本発明の第1の態様にかかる本発
明のブロック図である。時間差計測手段107は、サン
プリングタイミング毎に、その直前のパルス発生手段か
らのパルスの発生時点から当該サンプリングタイミング
までの時間差108を計測する。
FIG. 1 is a block diagram of the invention according to a first aspect of the invention. The time difference measuring means 107 measures, at each sampling timing, the time difference 108 from the point in time when a pulse is generated from the immediately preceding pulse generating means to the sampling timing.

【0013】状態観測手段101は、電動機の回転速度
102、位置又は回転角103及び負荷外乱トルク10
4の3変数を状態変数106とし、システム入力を電動
機トルク105、システム出力を位置又は回転角103
とした状態方程式に対して、サンプリングタイミング毎
に、時間差計測手段107によって計測された時間差1
08に基づいて、その直前のパルス発生手段からのパル
スの発生時点における状態変数106を推定する。この
推定は、前回のサンプリングタイミング時に推定された
状態変数に基づいて行われる。
The state observation means 101 monitors the rotation speed 102, position or rotation angle 103, and load disturbance torque 10 of the motor.
4 are the state variables 106, the system input is the motor torque 105, and the system output is the position or rotation angle 103.
For the state equation, the time difference 1 measured by the time difference measuring means 107 at each sampling timing is
08, the state variable 106 at the time of generation of the pulse from the pulse generation means immediately before is estimated. This estimation is performed based on the state variables estimated at the previous sampling timing.

【0014】瞬時位置演算手段113は、サンプリング
タイミング毎に、状態観測手段101により推定された
状態変数106及び時間差計測手段107によって計測
された時間差108から状態方程式に基づいて、当該サ
ンプリングタイミングにおける電動機の位置又は回転角
の瞬時値114を演算する。この場合の演算は、状態方
程式から導出される遷移行列から求まる式によって行わ
れる。
The instantaneous position calculation means 113 calculates the electric motor at each sampling timing based on a state equation based on the state variable 106 estimated by the state observation means 101 and the time difference 108 measured by the time difference measurement means 107. An instantaneous value 114 of the position or rotation angle is calculated. The calculation in this case is performed using an expression determined from a transition matrix derived from a state equation.

【0015】ここで、瞬時位置演算手段113の代わり
に、当該サンプリングタイミングにおける電動機の速度
の瞬時値110を演算する瞬時速度演算手段109を有
するように構成することもできる。
Here, instead of the instantaneous position calculating means 113, it is also possible to have an instantaneous speed calculating means 109 for calculating the instantaneous value 110 of the speed of the electric motor at the sampling timing.

【0016】更に、これらの代わりに、当該サンプリン
グタイミングにおける電動機の加速度の瞬時値112を
演算する瞬時加速度演算手段111を有するように構成
することもできる。
Furthermore, instead of these, it is also possible to have an instantaneous acceleration calculation means 111 for calculating the instantaneous value 112 of the acceleration of the electric motor at the sampling timing.

【0017】また、瞬時位置演算手段113、瞬時速度
演算手段109又は瞬時加速度演算手段111を任意に
組み合わせることもできる。次に、本発明の第2の態様
について説明する。第2の態様では、上述の第1の態様
における状態変数106として、前述の電動機の回転速
度102、位置又は回転角103及び負荷外乱トルク1
04の3変数に、更に電動機トルクを加えた4変数が使
用される。そして、システムの出力は、第1の態様と同
じく位置又は回転角103とされるが、システムの入力
が電動機トルクの指令値とされる点が異なる。
Furthermore, the instantaneous position calculating means 113, the instantaneous velocity calculating means 109, or the instantaneous acceleration calculating means 111 can be arbitrarily combined. Next, a second aspect of the present invention will be explained. In the second aspect, the state variables 106 in the first aspect are the rotation speed 102, position or rotation angle 103 of the electric motor, and load disturbance torque 1.
Four variables are used, which are the three variables of 04 and the electric motor torque. The output of the system is the position or rotation angle 103 as in the first aspect, but the difference is that the input of the system is the command value of the motor torque.

【0018】次に、本発明の第3の態様について説明す
る。第3の態様では、上述の本発明の第1の態様又は第
2の態様において、瞬時速度演算手段又は瞬時加速度演
算手段は、各サンプリングタイミングの時点ではなく、
それより更に制御演算等に要する時間に相当する所定時
間だけ遅れた時点における位置若しくは回転角、速度又
は加速度の瞬時値を演算する構成とされる。
Next, a third aspect of the present invention will be explained. In the third aspect, in the first aspect or the second aspect of the present invention described above, the instantaneous velocity calculation means or the instantaneous acceleration calculation means is not performed at each sampling timing,
The system is configured to calculate the instantaneous value of the position, rotation angle, velocity, or acceleration at a time delayed by a predetermined time corresponding to the time required for control calculations, etc.

【0019】[0019]

【作用】本発明では、位置又は回転角の検出用センサと
してパルスエンコーダ等のパスル発生手段を用いた電動
機の制御システムにおいて、パルス発生手段の動作が電
動機の回転角をきわめて分解能の粗い量子化された情報
として出力するが、パルス発生手段からのパルスの発生
時点においてはその出力回転角情報と実際の電動機の回
転角が一致するという点に着目し、パルス発生手段から
のパルスの発生時点における電動機の状態方程式を構築
したことにより、当該パルス発生時点におけるシステム
の状態変数(瞬時値)を実際の物理現象により則した状
態観測器によって推定し、そこから上記パルスの発生時
点とは非同期のサンプリングタイミングにおける瞬時位
置若しくは回転角、瞬時速度を推定するので、検出のた
めの無駄時間を含まないより正確な瞬時値が得られる。
[Operation] In the present invention, in a motor control system using a pulse generating means such as a pulse encoder as a sensor for detecting a position or a rotation angle, the operation of the pulse generating means quantizes the rotation angle of the motor with extremely coarse resolution. However, focusing on the fact that the output rotation angle information matches the actual rotation angle of the motor at the time the pulse is generated from the pulse generation means, By constructing the state equation of Since the instantaneous position, rotation angle, and instantaneous velocity are estimated, more accurate instantaneous values can be obtained that do not include wasted time for detection.

【0020】また、従来はパルス発生手段からのパルス
の積算値をそのまま使用した場合の位置又は回転角の検
出分解能がパルス発生手段の分解能そのままのいわば整
数値であったのに対して、本発明により得られるサンプ
リングタイミング毎の位置又は回転角の瞬時値は、推定
演算の精度を別にすれば、みかけ上は小数点以下を含ん
だ連続量として得ることができる。このため、従来のよ
うなパルス発生手段の分解能に起因する量子化誤差の影
響を受けない。
Furthermore, in the conventional method, when the integrated value of pulses from the pulse generating means is used as it is, the detection resolution of the position or rotation angle is an integer value, which is the same as the resolution of the pulse generating means. The instantaneous value of the position or rotation angle obtained at each sampling timing can be obtained apparently as a continuous quantity including decimal points, apart from the accuracy of the estimation calculation. Therefore, it is not affected by quantization errors caused by the resolution of the pulse generating means as in the prior art.

【0021】一方、加速度を速度の微分によらず他の状
態変数から演算で求めることから、微分動作にかかわる
問題点を回避できるとともに、遅れのない瞬時加速度を
得ることができる。
On the other hand, since the acceleration is determined by calculation from other state variables without relying on velocity differentiation, problems associated with differential operation can be avoided, and instantaneous acceleration without delay can be obtained.

【0022】更に、この考え方を拡張して制御系の演算
に要する無駄時間だけ遅延させた時点の瞬時値を演算し
これを制御演算で使用することにより、検出・制御演算
等の無駄時間に起因する制御系の応答改善を図ることが
できる。
Furthermore, by extending this idea and calculating the instantaneous value at the point in time delayed by the dead time required for calculations in the control system and using this in the control calculation, it is possible to eliminate The response of the control system can be improved.

【0023】[0023]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
つき説明する。まず、具体的な実施例につき説明する前
に、本発明の原理的な実施例の構成及び動作原理につき
説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, before describing specific embodiments, the basic structure and operating principle of the embodiments of the present invention will be explained.

【0024】図2は、本発明による実施例の第1の原理
構成図である。同図に表される系からわかるように、第
1の原理構成では、電動機の速度ω、負荷外乱トルクτ
d 及びエンコーダの出力パルス積算値に換算した電動
機の回転角θが状態変数ベクトルχ1 とされる。そし
て、システムの入力として電動機トルクτM 、システ
ムの出力として電動機の回転角θを選んだ後述する下記
の数1式の(1) 式、(2) 式で表される状態方程
式に基づいて、後述する図4のタイミングチャートにお
けるサンプリングタイミングt=t1 の直前のエンコ
ーダパルス発生時点(t=t1−Δt1 )における上
記状態変数ベクトルの推定値  外1  (以下、文章
中におい
FIG. 2 is a first principle configuration diagram of an embodiment according to the present invention. As can be seen from the system shown in the figure, in the first principle configuration, the motor speed ω, the load disturbance torque τ
d and the rotation angle θ of the motor converted to the integrated output pulse value of the encoder are set as the state variable vector χ1. Then, the motor torque τM is selected as the input of the system, and the rotation angle θ of the motor is selected as the output of the system. In the timing chart of FIG.

【0025】[0025]

【外1】[Outside 1]

【0026】ては「χ1’」で代用する)が、下記の数
2式の(3)式で示される状態観測器アルゴリズムを用
いて演算される。つぎに、サンプリングタイミングt=
t1 における電動機の回転角(位置)θの瞬時値が、
数1式の(1) 式の状態方程式から導出される遷移行
列Φによって構成される下記の数2式の(4) 式に上
記状態変数の推定値χ1’が適用されて演算によって求
められる。また、サンプリングタイミングt=t1 に
おける電動機の速度ωの瞬時値が、上記状態変数の推定
値χ1’から下記の数2式の(5) 式で表される代数
演算によって求められる。 更に、電動機の加速度dω/dtの瞬時値が、上記推定
値χ1’から下記の数2式の(6a),(6b) 式で
表される代数演算によって求められる。
(substituted by "χ1'") is calculated using the state observer algorithm shown in equation (3) of equation 2 below. Next, sampling timing t=
The instantaneous value of the rotation angle (position) θ of the motor at t1 is
The estimated value χ1' of the state variable is applied to the equation (4) of the following equation 2, which is formed by the transition matrix Φ derived from the state equation of equation (1) of the equation 1, and calculated. Further, the instantaneous value of the speed ω of the electric motor at the sampling timing t=t1 is obtained from the estimated value χ1' of the state variable by an algebraic operation expressed by the following equation (5) of Equation 2. Furthermore, the instantaneous value of the acceleration dω/dt of the electric motor is determined from the above estimated value χ1' by algebraic calculations expressed by the following equations (6a) and (6b).

【0027】[0027]

【数1】[Math 1]

【0028】[0028]

【数2】[Math 2]

【0029】上述の第1の原理構成の動作について説明
する。今、電動機の回転角センサとしてのエンコーダパ
ルスの積算値θn は、図9において前述したように、
エンコーダの分解能で規定される量子化により、真の回
転角θに対して、下式(7) にて表される量子化誤差
を含んでいる。
The operation of the above-mentioned first principle configuration will be explained. Now, the integrated value θn of the encoder pulses as a rotation angle sensor of the electric motor is as described above in FIG.
Due to quantization defined by the resolution of the encoder, the true rotation angle θ includes a quantization error expressed by the following equation (7).

【0030】     θn ≦θ≦θn +1          
                        ・
・・・・(7) 即ち、エンコーダパルスの積算値θn
 には最大1量子化幅分の誤差が含まれていることにな
る。従って、これをそのまま使用すると正しい位置(回
転角)検出は行うことができない。また、エンコーダの
出力に基づいて周波数情報が演算され速度検出が行われ
る場合には、その演算により得られる速度量は、時間積
分を時間でわったもの即ち平均値でしかなく、正しい速
度検出、更には加速度検出も行えない。
[0030] θn ≦θ≦θn +1

...(7) That is, the integrated value θn of encoder pulses
contains an error equivalent to a maximum of one quantization width. Therefore, if this is used as is, accurate position (rotation angle) detection cannot be performed. Furthermore, when speed detection is performed by calculating frequency information based on the output of the encoder, the speed amount obtained by the calculation is only the time integral divided by time, that is, the average value, and correct speed detection and Furthermore, acceleration cannot be detected.

【0031】しかるに、一定の回転角ごとにパルスを発
生するというエンコーダ本来の動作は積分動作であって
、そこから得られるエンコーダ出力パルスの積算値θn
 は、図9から明らかなように、エンコーダパルスの発
生時点(例えば図9のt=t1 −Δt1 )において
、量子化誤差やエンコーダの分解能に関係なく真の回転
角θという実際の物理量と完全に一致する。そして、そ
の時点における積算値θn の微分が電動機速度にほか
ならない。このような事実に着目して、従来から用いら
れてきた速度或いは平均速度の代わりに、エンコーダパ
ルスの入力時点における電動機の回転角をシステムを記
述する状態方程式の出力として考えると、数1式の(1
),(2) 式の状態方程式で表されるような関係が成
立する。換言すれば、エンコーダパルスの入力時点であ
れば、直接検出可能で確実な情報であるエンコーダパル
スの積算値θn を用いて、次に説明する状態観測器に
関する制御理論に基づいて、状態変数ベクトルχ1 を
推定することができる。ここで「確実な」とは、回転角
(位置)θ以外の他の状態変数例えば回転速度ωをパル
スエンコーダを用いて計測した値は、エンコーダパルス
の積算値θn を時間で除したもの即ち平均速度にほか
ならず、状態方程式(1),(2) 式に現れる速度ω
とは必ずしも等価な状態量ではないのに対して、エンコ
ーダパルスの入力時点であればエンコーダパルスの積算
値θn は状態方程式(1),(2) 式に現れる出力
θと厳密に一致するという意味である。
However, the original operation of an encoder that generates pulses at every fixed rotation angle is an integral operation, and the integrated value θn of encoder output pulses obtained from this is an integral operation.
As is clear from Fig. 9, at the time of occurrence of the encoder pulse (for example, t = t1 - Δt1 in Fig. 9), is completely different from the actual physical quantity of the true rotation angle θ, regardless of the quantization error or encoder resolution. Match. The differential of the integrated value θn at that point is nothing but the motor speed. Focusing on this fact, if we consider the rotation angle of the motor at the time of input of the encoder pulse as the output of the state equation that describes the system instead of the speed or average speed that has been conventionally used, we can obtain the equation of Equation 1. (1
), (2) The relationship expressed by the equation of state holds true. In other words, at the input point of the encoder pulse, the state variable vector χ1 is calculated using the integrated value θn of the encoder pulse, which is directly detectable and reliable information, based on the control theory regarding the state observer described below. can be estimated. Here, "reliable" means that other state variables other than rotational angle (position) θ, such as rotational speed ω, measured using a pulse encoder are calculated by dividing the integrated value θn of encoder pulses by time, that is, the average value. The velocity ω, which is nothing but the velocity and appears in the state equations (1) and (2),
is not necessarily an equivalent state quantity, but it means that at the time of encoder pulse input, the integrated value θn of encoder pulses exactly matches the output θ appearing in state equations (1) and (2). It is.

【0032】制御理論では、(1),(2) 式が可観
測であれば、システムの出力y1 から状態変数ベクト
ルχ1 を推定することが可能であり、また、任意の時
刻の状態からその後の状態を演繹的に算出することがで
きる。そこで、(1),(2) 式の可観測性を検証す
る。
In control theory, if equations (1) and (2) are observable, it is possible to estimate the state variable vector χ1 from the output y1 of the system, and from the state at any time, the subsequent The state can be calculated a priori. Therefore, we will verify the observability of equations (1) and (2).

【0033】状態方程式(1),(2) 式で表される
システムが可観測であることの必要十分条件は、下記の
数3式である(8) 式で定義される行列N1 の階数
(rank) が行列A1 (数1式参照)の次数(こ
の場合、3)と等しいこと、であることが知られている
The necessary and sufficient condition for the system expressed by the state equations (1) and (2) to be observable is the following equation 3. rank) is equal to the order (in this case, 3) of the matrix A1 (see Equation 1).

【0034】[0034]

【数3】[Math 3]

【0035】従って、数1式の状態方程式(1),(2
) 式で表されるシステムは可観測であり、係数行列K
1 を適当に選ぶことで、数2式の(3) 式に基づき
、状態変数ベクトルχ1 を任意の応答で推定すること
ができる。そこで、図4のタイミングチャートのt=t
1 で示されるサンプリングタイミングで、エンコーダ
のパルス数に換算した数1式の(1) 式の状態方程式
における電動機の回転角θのt=t0 −Δt0 〜t
=t1 −Δt1 間における変化分Δθ(必ずしも整
数にはならないし、ならなくともよい)と、今回のサン
プリングタイミングt=t0 〜t1 までの間に発生
したエンコーダパルスの積算値θn (言うまでもなく
θn は整数であり、状態変数の差Δθに対するシステ
ムの出力である)との差に基づいて、t=t1 −Δt
1 の時点における状態変数の推定値χ1’が演算され
る。
Therefore, the state equations (1) and (2
) is observable and has a coefficient matrix K
By appropriately selecting 1, the state variable vector χ1 can be estimated with an arbitrary response based on Equation (3) of Equation 2. Therefore, t=t in the timing chart of FIG.
At the sampling timing shown by 1, the rotation angle θ of the motor in the state equation of equation (1) converted to the number of encoder pulses is t=t0 −Δt0 ~t
= t1 - Δt1 (not necessarily an integer, and does not have to be) and the integrated value θn of encoder pulses generated between the current sampling timing t=t0 and t1 (needless to say, θn is t = t1 - Δt
The estimated value χ1' of the state variable at time 1 is calculated.

【0036】次にt=t1 −Δt1 時点における状
態変数の推定値χ1’から、t=t1 における状態変
数の推定値χ1’が下記の数4式の(9) 式に基づい
て演算される。
Next, from the estimated value χ1' of the state variable at the time t=t1 - Δt1, the estimated value χ1' of the state variable at t=t1 is calculated based on equation (9) of Equation 4 below.

【0037】[0037]

【数4】[Math 4]

【0038】具体的には、(9) 式より前述の数2式
の(4) 式が得られ、これによりt=t1 における
瞬時位置(回転角の瞬時値)θが得られる。なお、(9
) 式は、t=t1 −Δt1 〜t1 でτM が一
定とした場合のものである。
Specifically, from equation (9), equation (4) of the above-mentioned equation 2 is obtained, and thereby the instantaneous position (instantaneous value of rotation angle) θ at t=t1 is obtained. In addition, (9
) The formula is for the case where t=t1 -Δt1 to t1 and τM is constant.

【0039】また、(9) 式より前述の数2式の(5
) 式が得られ、これによって、t=t1 における瞬
時速度ωが得られる(τMは上述のように仮定)。更に
、(9) 式より前述の数2式の(6a)式が得られ、
これによって、t=t1 におけるτd の瞬時値が計
算され(τM は上述のように仮定)、数1式の(1)
 式の状態方程式の一部である前述の数2式の(6b)
 式により、t=t1 における加速度dω/dtt=
t1を求めることができる。
Furthermore, from equation (9), (5
) is obtained, which gives the instantaneous velocity ω at t=t1 (τM assumed as above). Furthermore, from equation (9), equation (6a) of the above-mentioned equation 2 can be obtained,
As a result, the instantaneous value of τd at t=t1 is calculated (τM is assumed as above), and the equation (1) of Equation 1 is calculated.
(6b) of Equation 2 above, which is part of the state equation of Eq.
According to the formula, acceleration dω/dtt= at t=t1
t1 can be found.

【0040】任意の時点におけるシステムの状態(状態
変数)から数4式の(9) 式によってそれ以後の状態
を求める方法は公知であって、例えば古田・佐野著「基
礎システム理論」(コロナ社)等に詳しい。
A method of determining the subsequent state from the state (state variable) of the system at an arbitrary point in time using equation (9) of Equation 4 is well known. ) etc.

【0041】次に、図3は、本発明による実施例の第2
の原理構成図である。同図に表される系からわかるよう
に、第2の原理構成では、上述の第1の原理構成で示し
た状態変数ベクトルχ1 の構成要素に電動機トルクτ
M が加えられている。そして、システムの入力を電動
機トルクτM の代わりにその制御装置のトルク指令値
τ* として、下記の数5式の(10)式、(11) 
式で表される状態方程式が仮定され、第1の原理構成の
場合と同様な演算が行われることによって、サンプリン
グ時点における電動機回転角(位置)θ、速度ω及び加
速度dω/dtの瞬時値が求められる。即ち、下記の数
6式の(12)式で表される状態観測器アルゴリズムに
基づき、サンプリングタイミングt=t1 直前のエン
コーダパルス発生時点(t=t1 −Δt1 )におけ
る上記状態変数ベクトルの推定値  外2  (以下、
文章中では
Next, FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. As can be seen from the system shown in the figure, in the second principle configuration, the motor torque τ is added to the component of the state variable vector χ1 shown in the first principle configuration.
M has been added. Then, using the system input as the torque command value τ* of the control device instead of the motor torque τM, the following Equations (10) and (11) of Equation 5 are used.
By assuming the state equation expressed by the following equation and performing the same calculations as in the first principle configuration, the instantaneous values of the motor rotation angle (position) θ, speed ω, and acceleration dω/dt at the sampling time are obtained. Desired. That is, based on the state observer algorithm expressed by Equation (12) of Equation 6 below, the estimated value of the state variable vector at the encoder pulse generation time (t=t1 - Δt1) immediately before sampling timing t=t1 is calculated. 2 (hereinafter,
In the text

【0042】[0042]

【外2】[Outside 2]

【0043】「χ2’」で代用する。)が演算され、更
に、サンプリングタイミングt=t1 における電動機
の回転角(位置)θの瞬時値が、数6式の(13)式に
上記状態変数の推定値χ2’が適用されて演算によって
求められる。また、サンプリングタイミングt=t1 
における電動機の速度ωの瞬時値が、上記状態変数の推
定値χ2’から下記の数6式の(14)式で表される代
数演算によって求められる。更に電動機の加速度dω/
dtの瞬時値が、サンプリングタイミングt=t1 に
おける状態変数ベクトルχ2 の推定値χ2’から数6
式の(15a),(15b),(15c) 式で表され
る代数演算によって求められる。
[0043] "χ2'" is substituted. ) is calculated, and furthermore, the instantaneous value of the rotation angle (position) θ of the motor at the sampling timing t=t1 is calculated by applying the estimated value χ2' of the state variable to Equation (13) of Equation 6. It will be done. Also, sampling timing t=t1
The instantaneous value of the speed ω of the electric motor at is determined from the estimated value χ2' of the state variable by an algebraic operation expressed by the following equation (14) of Equation 6. Furthermore, the acceleration of the electric motor dω/
The instantaneous value of dt is calculated from the estimated value χ2' of the state variable vector χ2 at sampling timing t=t1 using Equation 6.
It is obtained by algebraic operations expressed by equations (15a), (15b), and (15c).

【0044】[0044]

【数5】[Math 5]

【0045】[0045]

【数6】[Math 6]

【0046】上述の数5式の(10),(11) 式で
表される第2の原理構成における状態方程式についても
、第1の原理構成の場合と同様、これらが可観測であれ
ば、システムの出力y2 から状態変数ベクトルχ2 
を推定することが可能であり、また、任意の時刻の状態
からその後の状態を演繹的に算出できる。そこで、(1
0),(11) 式の可観測性についても、数3式の(
8) 式と同様にして検証を行うと、次の(16)式の
ようになる。
As for the equation of state in the second principle configuration expressed by equations (10) and (11) of Equation 5 above, as in the case of the first principle configuration, if these are observable, then State variable vector χ2 from system output y2
It is possible to estimate the following state, and the subsequent state can be calculated a priori from the state at any time. Therefore, (1
Regarding the observability of equations 0) and (11), the equation (
8) When verified in the same manner as Equation 8), the following Equation (16) is obtained.

【0047】[0047]

【数7】[Math 7]

【0048】従って、数5式の(10),(11) 式
の状態方程式で表される第2の原理構成におけるシステ
ムについても可観測であり、状態観測器による状態変数
の推定及び任意時点の状態変数からその後の状態変数を
演繹的に演算することができる。即ち、t=t1 にお
ける状態変数ベクトルχ2 の推定値χ2’は次の数8
式の(17),(18)式にて求めることができる。
Therefore, the system in the second principle configuration expressed by the state equations (10) and (11) of Equation 5 is also observable, and the state variables can be estimated by a state observer and Subsequent state variables can be calculated a priori from a state variable. That is, the estimated value χ2' of the state variable vector χ2 at t=t1 is expressed by the following equation 8.
It can be obtained using equations (17) and (18).

【0049】[0049]

【数8】[Math. 8]

【0050】(17)式から前述の数6式の(13),
(14),(15a),(15b) 式が得られ、t=
t1 におけるτM ,τd の瞬時値が計算されると
ともに、t=t1 における瞬時位置(回転角)θ及び
瞬時速度ωが求まる。
From equation (17), equation (13) of the above-mentioned equation 6,
Equations (14), (15a), (15b) are obtained, and t=
The instantaneous values of τM and τd at t1 are calculated, and the instantaneous position (rotation angle) θ and instantaneous velocity ω at t=t1 are determined.

【0051】更に、上述のτM ,τd の瞬時値から
、数5式の(10)式の状態方程式の一部である前述の
数6式の(15c) 式によって、t=t1 における
加速度dω/dtt=t1を求めることができる。
Furthermore, from the instantaneous values of τM and τd mentioned above, the acceleration dω/ dtt=t1 can be obtained.

【0052】次に、本発明の第3の原理構成について説
明する。第3の原理構成については特には図示しないが
、上述の第1の原理構成又は第2の原理構成の拡張とし
て構成される。
Next, the third basic configuration of the present invention will be explained. Although the third principle configuration is not specifically illustrated, it is configured as an extension of the above-described first principle configuration or second principle configuration.

【0053】第3の原理構成では、上述の第1又は第2
の原理構成において、エンコーダのパルス発生時点にお
ける状態変数ベクトルの推定値から演算する瞬時位置(
回転角)・瞬時速度・瞬時加速度の時刻が、サンプリン
グ周期の開始時点即ちサンプリングタイミングt=t1
 とされずに、各瞬時値の検出演算及びその演算に基づ
くシステムの制御演算等に要する時間Δtc だけ遅延
させられた時点t=t1 +Δtc とされ(図4参照
)、その時点での各々の瞬時値が演算されてシステムの
制御演算に使用される。これが第3の原理構成の特徴で
ある。
[0053] In the third principle configuration, the above-mentioned first or second
In the principle configuration, the instantaneous position (
The times of rotation angle), instantaneous velocity, and instantaneous acceleration are at the start of the sampling period, that is, at the sampling timing t=t1
Instead, it is assumed that the time t=t1 +Δtc is delayed by the time Δtc required for the detection calculation of each instantaneous value and the system control calculation based on the calculation (see Figure 4), and each instantaneous value at that point is The values are calculated and used for system control calculations. This is the feature of the third principle configuration.

【0054】即ち、前述の第1又は第2の原理構成の各
アルゴリズムでは、計測(サンプリング)周期内の最後
のエンコーダパルス発生時点の状態変数の推定値から、
その直後のサンプリング周期の開始時点における瞬時値
が、その状態方程式に基づいて予測演算された。しかる
に、その予測する時点を、サンプリング周期の開始時点
とせずに、各種検出演算、制御演算等の所要時間だけ遅
らせた時点としても、その瞬時値を同様に演算すること
ができる。そこで、第3の原理構成ではこれを利用して
、制御系に存在する無駄時間がキャンセルされるように
、サンプリングタイミングより遅らせた時点の瞬時位置
(回転角)、瞬時速度、瞬時加速度を演算して利用する
ことによって、これらの無駄時間に起因する制御の応答
改善を図ることを可能としている。
That is, in each algorithm of the first or second principle configuration described above, from the estimated value of the state variable at the time of the last encoder pulse generation within the measurement (sampling) period,
The instantaneous value at the start of the immediately subsequent sampling period was predictively calculated based on the state equation. However, the instantaneous value can be calculated in the same way even if the predicted time is not set as the start time of the sampling period but delayed by the time required for various detection calculations, control calculations, etc. Therefore, in the third principle configuration, this is used to calculate the instantaneous position (rotation angle), instantaneous velocity, and instantaneous acceleration at a time delayed from the sampling timing so that the dead time existing in the control system is canceled. By using this method, it is possible to improve the control response caused by these wasted times.

【0055】以上、第1〜第3の原理構成に基づく本発
明の実施例の具体的構成について詳細に説明する。図5
に本発明の具体的な実施例の構成図、図4にその動作タ
イミングチャートを示す。
The specific configuration of the embodiment of the present invention based on the first to third principle configurations will be described in detail above. Figure 5
4 shows a configuration diagram of a specific embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows its operation timing chart.

【0056】電動機軸に取り付けられた位置(回転角)
検出用のエンコーダの2相パルスA、Bは、位相判別回
路501において、電動機の回転方向によって決まる上
記2相パルスの位相に応じて、後段のアップダウンカウ
ンタ502へのアップカウント信号Pup又はダウンカ
ウント信号Pdownに変換される。
[0056] Position attached to motor shaft (rotation angle)
The two-phase pulses A and B of the encoder for detection are sent to the up-down counter 502 as an up-count signal Pup or down-count in the phase discrimination circuit 501, depending on the phase of the two-phase pulses determined by the rotational direction of the motor. It is converted into a signal Pdown.

【0057】アップダウンカウンタ502は、上記アッ
プカウント信号Pup、ダウンカウンタ信号Pdown
によって、エンコーダパルスを、正転方向をプラス、逆
転方向をマイナスとして積算し、同カウンタは、一定周
期Tsで発生されるサンプリングタイミング信号Sによ
って0にリセットされる。
The up/down counter 502 receives the up count signal Pup and the down counter signal Pdown.
As a result, the encoder pulses are integrated with positive values in the forward direction and negative values in the reverse direction, and the counter is reset to 0 by the sampling timing signal S generated at a constant period Ts.

【0058】時間計測用カウンタ503は、一定周波数
のシステムクロックFをカウントすることにより、シス
テムクロックに換算した時間計測器として機能し、アッ
プカウント信号Pup、ダウンカウント信号Pdown
の論理和信号によって0にリセットされる。
The time measurement counter 503 functions as a time measurement device converted into a system clock by counting the system clock F having a constant frequency, and outputs an up count signal Pup and a down count signal Pdown.
It is reset to 0 by the OR signal of .

【0059】データラッチ504及び505は、それぞ
れサンプリングタイミング信号Sによって同信号でリセ
ットされる直前のアップダウンカウンタ502の積算値
θn及び時間計測用カウンタ503のカウント値Δtを
ラッチする。
Data latches 504 and 505 respectively latch the integrated value θn of the up/down counter 502 and the count value Δt of the time measurement counter 503 immediately before being reset by the sampling timing signal S.

【0060】マイクロコンピュータ506は、サンプリ
ングタイミング信号Sによって一定周期Tsで起動され
るプログラムにおいて、データバス507を介してデー
タラッチ504及び505に保持されたエンコーダパル
スの積算値θn及び時間計測用カウンタ503のカウン
ト値Δtを読み込んで、後述のようなアルゴリズムによ
って瞬時位置(回転角)、瞬時速度、瞬時加速度等の検
出演算及び制御演算を行う。
The microcomputer 506, in a program started at a constant period Ts by the sampling timing signal S, calculates the integrated value θn of encoder pulses held in the data latches 504 and 505 via the data bus 507 and the time counter 503. The count value Δt is read, and detection calculations and control calculations for instantaneous position (rotation angle), instantaneous velocity, instantaneous acceleration, etc. are performed using an algorithm as described below.

【0061】なお、実際に電動機を駆動するための電力
変換器やその制御アルゴリズム等については、本発明の
直接の対象とするものでないことからここでは簡単のた
め図示や説明を省略してある。
Note that the power converter for actually driving the electric motor, its control algorithm, etc. are not directly covered by the present invention, so illustrations and explanations thereof are omitted here for the sake of brevity.

【0062】上述の具体的な実施例の構成において、マ
イクロコンピュータ506が実行する第1の処理動作例
について、図6のプログラムのフローチャートにより説
明する。この処理動作は、前述の本発明の第1の原理動
作に対応している。
In the configuration of the above-described specific embodiment, a first example of the processing operation executed by the microcomputer 506 will be explained with reference to the program flowchart shown in FIG. This processing operation corresponds to the first principle operation of the present invention described above.

【0063】サンプリングタイミング信号Sによってマ
イクロコンピュータ506が起動した図6のフローチャ
ートで表されるプログラムにおいて、以下の各ステップ
の処理が順次実行される。
In the program shown in the flowchart of FIG. 6 in which the microcomputer 506 is activated by the sampling timing signal S, the following steps are sequentially executed.

【0064】始めに、データラッチ504、505に保
持されたエンコーダパルスの積算値θn 及び時間計測
用カウンタ3のカウント値Δt1 が読み込まれる(ス
テップS1 )。
First, the integrated value θn of encoder pulses held in the data latches 504 and 505 and the count value Δt1 of the time counter 3 are read (step S1).

【0065】前回サンプリングタイミングの直前のエン
コーダパルス入力時点から今回サンプリングタイミング
直前のエンコーダパルス入力時点までの正味の時間tw
 が、データラッチ505に保持される時間計測用カウ
ンタ503のカウント値の前回値Δt0 と今回値Δt
1 から下記(19)式により求められる(ステップS
2)。
Net time tw from the encoder pulse input point immediately before the previous sampling timing to the encoder pulse input point immediately before the current sampling timing
is the previous value Δt0 and the current value Δt of the count value of the time measurement counter 503 held in the data latch 505.
1 by the following equation (19) (step S
2).

【0066】     tw =Δt0 +Ts−Δt1      
                       ・・
・・・(19)ただし、Ts:サンプリング周期 前回t=t0 −Δt0 時点における状態変数ベクト
ルの推定値χ1’とエンコーダのパルスカウント数θn
 及びステップS2にて求められたtw 等から、今回
t=t1 −Δt1 における状態変数ベクトルの推定
値χ1’が数2式の(3) 式に基づいて推定される(
ステップS3)。
tw =Δt0 +Ts−Δt1
・・・
...(19) However, Ts: estimated value χ1' of the state variable vector at the previous sampling period t = t0 - Δt0 and encoder pulse count number θn
From tw and the like obtained in step S2, the estimated value χ1' of the state variable vector at this time t=t1 -Δt1 is estimated based on equation (3) of Equation 2 (
Step S3).

【0067】(4),(5),(6a)及び(6b)式
に基づき、上記ステップS3にて推定された状態変数ベ
クトルχ1’(t1 −Δt1 )を用いて、今回サン
プリングタイミングt=t1 における瞬時位置(回転
角)θ、瞬時速度ω、瞬時加速度dω/dtが計算され
る(ステップS4)。
Based on equations (4), (5), (6a) and (6b), the current sampling timing t=t1 is determined using the state variable vector χ1' (t1 - Δt1) estimated in step S3 above. The instantaneous position (rotation angle) θ, instantaneous velocity ω, and instantaneous acceleration dω/dt are calculated at (step S4).

【0068】次に、マイクロコンピュータ506が実行
する第2の処理動作例について、図7のプログラムのフ
ローチャートにより説明する。この処理動作は、前述の
本発明の第2の原理構成に対応している。
Next, a second example of the processing operation executed by the microcomputer 506 will be explained with reference to the program flowchart shown in FIG. This processing operation corresponds to the second principle configuration of the present invention described above.

【0069】サンプリングタイミング信号Sによってマ
イクロコンピュータ506が起動した図7のフローチャ
ートで表されるプログラムにおいて、以下の各ステップ
の処理が順次実行される。
In the program shown in the flowchart of FIG. 7 in which the microcomputer 506 is activated by the sampling timing signal S, the following steps are sequentially executed.

【0070】データラッチ504及び505に保持され
たエンコーダパルスの積算値θn 及び時間計測用カウ
ンタ503のカウント値Δt1 が、それぞれ読み込ま
れる(ステップS5)。
The integrated value θn of encoder pulses held in the data latches 504 and 505 and the count value Δt1 of the time measurement counter 503 are respectively read (step S5).

【0071】前回サンプリングタイミング直前のエンコ
ーダパルス入力時点から今回サンプリングタイミングの
直前のエンコーダパルス入力時点までの正味の時間tw
 が、データラッチ505に保持される時間計測用カウ
ンタ503のカウント値の前回値Δt0 と今回値Δt
1 から前述の(19)式により求められる(ステップ
S6)。
Net time tw from the encoder pulse input point immediately before the previous sampling timing to the encoder pulse input point immediately before the current sampling timing
is the previous value Δt0 and the current value Δt of the count value of the time measurement counter 503 held in the data latch 505.
1 by the above-mentioned equation (19) (step S6).

【0072】前回t=t0 −Δt0 時点における状
態変数ベクトルの推定値χ2’とエンコーダのパルスカ
ウント数θn 及びステップS6において求められたt
w 等から、今回t=t1 −Δt1 における状態変
数ベクトルの推定値χ2’が数6式の(12)式に基づ
いて推定される(ステップS7)。
The estimated value χ2' of the state variable vector at the previous time t=t0 -Δt0, the encoder pulse count number θn, and the t obtained in step S6
From w etc., the estimated value χ2' of the state variable vector at the current time t=t1 -Δt1 is estimated based on Equation (12) of Equation 6 (Step S7).

【0073】(13),(14),(15a),(15
b) 及び(15c) 式に基づいて、上記ステップS
7にて推定された状態変数ベクトルχ2’(t1 −Δ
t1 )を用いて、今回サンプリングタイミングt=t
1 における瞬時位置(回転角)θ、瞬時速度ω及び瞬
時加速度dω/dtが計算される。
(13), (14), (15a), (15
b) and (15c) Based on formulas, the above step S
The state variable vector χ2'(t1 −Δ
t1), the current sampling timing t=t
1, the instantaneous position (rotation angle) θ, instantaneous velocity ω, and instantaneous acceleration dω/dt are calculated.

【0074】最後に、マイクロコンピュータ506が実
行する第3の処理動作例について、図8のプログラムの
フローチャートにより説明する。この処理動作は、前述
の本発明の第3の原理構成に対応している。
Finally, a third example of the processing operation executed by the microcomputer 506 will be explained with reference to the program flowchart shown in FIG. This processing operation corresponds to the third principle configuration of the present invention described above.

【0075】サンプリングタイミング信号Sによってマ
イクロコンピュータ506が起動した図8のフローチャ
ートで表されるプログラムにおいて、以下の各ステップ
の処理が順次実行される。
In the program shown in the flowchart of FIG. 8 in which the microcomputer 506 is activated by the sampling timing signal S, the following steps are sequentially executed.

【0076】データラッチ504及び505に保持され
たエンコーダパルスの積算値θn 及び時間計測用カウ
ンタ503のカウント値Δt1 が、それぞれ読み込ま
れる(ステップS9)。
The integrated value θn of encoder pulses held in the data latches 504 and 505 and the count value Δt1 of the time measurement counter 503 are respectively read (step S9).

【0077】前回サンプリングタイミング直前のエンコ
ーダパルス入力時点から今回サンプリングタイミングの
直前のエンコーダパルス入力時点までの正味の時間tw
 が、データラッチ505に保持される時間計測用カウ
ンタ503のカウント値の前回値Δt0 と今回値Δt
1 から、前述の(19)式によって求められる(ステ
ップS10)。
Net time tw from the encoder pulse input point immediately before the previous sampling timing to the encoder pulse input point immediately before the current sampling timing
is the previous value Δt0 and the current value Δt of the count value of the time measurement counter 503 held in the data latch 505.
1 by the above-mentioned equation (19) (step S10).

【0078】前回t=t0 −Δt0 時点における状
態変数ベクトルの推定値χ1’又はχ2’とエンコーダ
のパルスカウント数θn 及びステップS10 にて求
めたtw 等から、今回t=t1 −Δt1 における
状態変数ベクトルの推定値χ1’又はχ2’が、数2式
の(3) 式又は数6式の(12)式に基づいて推定さ
れる(ステップS11 )。
From the estimated value χ1' or χ2' of the state variable vector at the previous time t=t0 - Δt0, the pulse count number θn of the encoder, tw obtained in step S10, etc., the state variable vector at the current time t=t1 - Δt1 is calculated. The estimated value χ1' or χ2' is estimated based on Equation (3) of Equation 2 or Equation (12) of Equation 6 (Step S11).

【0079】(4),(5),(6a),(6b) 式
又は(13),(14),(15a),(15b),(
15c) 式に基づき、上記ステップS11 において
推定されたt=t1 −Δt1 における状態変数ベク
トルχ1’(t1 −Δt1 )又はχ2’(t1 −
Δt1 )を用いて、下記(20)式で示されるΔt’
 だけ遅延された時点、即ち、t=t1 +Δtc に
おける瞬時位置(回転角)θ、瞬時速度ω及び瞬時加速
度dω/dtが計算される(ステップS12 )。
(4), (5), (6a), (6b) or (13), (14), (15a), (15b), (
15c) Based on the equation, state variable vector χ1'(t1-Δt1) or χ2'(t1-Δt1) at t=t1-Δt1 estimated in step S11 above.
Δt' expressed by the following equation (20) using Δt1)
The instantaneous position (rotation angle) θ, instantaneous velocity ω, and instantaneous acceleration dω/dt at the time delayed by t=t1 +Δtc are calculated (step S12).

【0080】     Δt’ =Δt1 +Δtc        
                       ・・
・・・(20)但し、Δtc :検出、制御演算等によ
る制御系の無駄時間 上記ステップS12 で求められたt=t1 +Δtc
 における瞬時位置(回転角)θ、瞬時速度ω、瞬時加
速度dω/dtを用いて制御演算が実行される。
[0080] Δt' = Δt1 + Δtc
・・・
...(20) However, Δtc: Dead time of the control system due to detection, control calculation, etc. t=t1 +Δtc found in step S12 above
Control calculations are performed using the instantaneous position (rotation angle) θ, instantaneous velocity ω, and instantaneous acceleration dω/dt at .

【0081】以上に示した具体的実施例により、前述の
第1〜第3の原理構成に基づく本発明の特徴的動作が実
現される。
The specific embodiments described above realize the characteristic operations of the present invention based on the first to third principle configurations described above.

【0082】[0082]

【発明の効果】本発明によれば、位置又は回転角の検出
用センサとしてパルスエンコーダ等のパルス発生手段を
用いた電動機の制御システムにおいて、パルス発生手段
の動作が電動機の回転角をきわめて分解能の粗い量子化
された情報として出力するが、パルス発生手段からのパ
ルスの発生時点においてはその出力回転角情報と実際の
電動機の回転角が一致するという点に着目し、当該パル
ス発生時点における電動機の状態方程式を構築したこと
により、上記パルス発生時点におけるシステムの状態変
数(瞬時値)を実際の物理現象により則した状態観測器
によって推定し、そこから上記パルスの発生時点とは非
同期のサンプリングタイミングにおける瞬時位置若しく
は回転角、瞬時速度を推定するので、検出のための無駄
時間を含まないより正確な瞬時値を得ることが可能とな
る。
According to the present invention, in a motor control system using a pulse generating means such as a pulse encoder as a sensor for detecting a position or rotation angle, the operation of the pulse generating means can detect the rotation angle of the motor with extremely high resolution. Although it is output as coarse quantized information, we focused on the fact that the output rotation angle information matches the actual rotation angle of the motor at the time the pulse is generated from the pulse generation means, and By constructing the state equation, the state variables (instantaneous values) of the system at the time of the pulse generation can be estimated using a state observation device that is more in line with the actual physical phenomenon, and from there, Since the instantaneous position, rotation angle, and instantaneous velocity are estimated, it is possible to obtain more accurate instantaneous values that do not include wasted time for detection.

【0083】また、従来はパルス発生手段からのパルス
の積算値をそのまま使用した場合の検出分解能がパルス
発生手段の分解能そのままのいわば整数値であったのに
対して、本発明により得られるサンプリングタイミング
毎の瞬時値は、推定演算の精度を別にすれば、みかけ上
は小数点以下を含んだ連続量として得ることができる。 このため、従来のようなパルス発生手段の分解能に起因
する量子化誤差の影響を受けないという効果を有する。
Furthermore, whereas conventionally, when the integrated value of pulses from the pulse generating means was used as it was, the detection resolution was an integer value that corresponded to the resolution of the pulse generating means, whereas the sampling timing obtained by the present invention was Apart from the accuracy of the estimation calculation, the instantaneous value for each can be obtained as a seemingly continuous quantity including decimal points. For this reason, it has the effect of not being affected by quantization errors caused by the resolution of the pulse generating means as in the prior art.

【0084】一方、加速度を速度の微分によらず他の状
態変数から演算で求めることから、微分動作にかかわる
問題点を回避できるとともに、遅れのない瞬時加速度を
得ることが可能となる。
On the other hand, since the acceleration is determined by calculation from other state variables without relying on velocity differentiation, problems associated with differential operation can be avoided, and instantaneous acceleration without delay can be obtained.

【0085】更に、この考え方を拡張して制御系の演算
に要する無駄時間だけ遅延させた時点の瞬時値を演算し
これを制御演算で使用することにより、検出・制御演算
等の無駄時間に起因する制御系の応答改善を図ることが
可能となる。
Furthermore, by extending this idea and calculating the instantaneous value at the point in time delayed by the dead time required for calculations in the control system and using this in the control calculation, it is possible to eliminate This makes it possible to improve the response of the control system.

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

【図1】本発明の第1の態様にかかる本発明のブロック
図である。
FIG. 1 is a block diagram of the invention according to a first aspect of the invention.

【図2】本発明の実施例の第1の原理構成図である。FIG. 2 is a first principle configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例の第2の原理構成図である。FIG. 3 is a second principle configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例のタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart of an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の具体的実施例の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a specific embodiment of the present invention.

【図6】具体的実施例の第1の処理動作フローチャート
である。
FIG. 6 is a first processing operation flowchart of a specific example.

【図7】具体的実施例の第2の処理動作フローチャート
である。
FIG. 7 is a second processing operation flowchart of a specific example.

【図8】具体的実施例の第3の処理動作フローチャート
である。
FIG. 8 is a third processing operation flowchart of a specific example.

【図9】従来例の問題点の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of problems in the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101    状態観測手段 102    電動機の回転速度 103    電動機位置 104    負荷外乱トルク 105    電動機トルク 106    状態変数 107    時間差計測手段 108    時間差 109    瞬時速度演算手段 110    瞬時速度値 111    瞬時加速度演算手段 112    瞬時加速度値 113    瞬時位置演算手段 114    瞬時位置値 101 Status observation means 102 Rotational speed of electric motor 103 Motor position 104 Load disturbance torque 105 Electric motor torque 106 State variables 107 Time difference measuring means 108 Time difference 109 Instantaneous speed calculation means 110 Instantaneous speed value 111 Instantaneous acceleration calculation means 112 Instantaneous acceleration value 113 Instantaneous position calculation means 114 Instantaneous position value

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差(108)を計測する時間差計測
手段(107)と、電動機の回転速度(102)、位置
又は回転角(103)及び負荷外乱トルク(104)の
3変数を状態変数(106)とし、システム入力を電動
機トルク(105)、システム出力を前記位置又は回転
角(103)とした状態方程式に対して、前記サンプリ
ングタイミング毎に、その直前の前記パルス発生手段か
らのパルスの発生時点における前記状態変数(106)
を推定する状態観測手段(101)と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段(101)により
推定された状態変数(106)及び前記時間差計測手段
(107)によって計測された時間差(108)から前
記状態方程式に基づいて、該サンプリングタイミングに
おける電動機の位置又は回転角の瞬時値(114)を演
算する瞬時位置演算手段(113)と、を有することを
特徴とする電動機の瞬時位置検出装置。
1. In a motor control device having a position detection means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generation means attached to the motor, the pulse generation means immediately before the pulse generation is detected at each sampling timing. A time difference measuring means (107) for measuring the time difference (108) from the time point when a pulse is generated from the means to the sampling timing, and the rotation speed (102), position or rotation angle (103) of the electric motor, and load disturbance torque (104). For the state equation in which the three variables are the state variables (106), the system input is the motor torque (105), and the system output is the position or rotation angle (103), at each sampling timing, the pulse immediately before the state variable (106) at the time of generation of the pulse from the generation means;
from the state variable (106) estimated by the state observation means (101) and the time difference (108) measured by the time difference measurement means (107) at each sampling timing. An instantaneous position detecting device for an electric motor, comprising an instantaneous position calculating means (113) for calculating an instantaneous value (114) of the position or rotation angle of the electric motor at the sampling timing based on the state equation.
【請求項2】  電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差(108)を計測する時間差計測
手段(107)と、電動機の回転速度(102)、位置
又は回転角(103)及び負荷外乱トルク(104)の
3変数を状態変数(106)とし、システム入力を電動
機トルク(105)、システム出力を前記位置又は回転
角(103)とした状態方程式に対して、前記サンプリ
ングタイミング毎に、その直前の前記パルス発生手段か
らのパルスの発生時点における前記状態変数(106)
を推定する状態観測手段(101)と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段(101)により
推定された状態変数(106)及び前記時間差計測手段
(107)によって計測された時間差(108)から前
記状態方程式に基づいて、該サンプリングタイミングに
おける電動機の速度の瞬時値(110)を演算する瞬時
速度演算手段(109)と、を有することを特徴とする
電動機の瞬時速度検出装置。
2. In a motor control device having a position detection means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generation means attached to the motor, at each sampling timing, the pulse generation means immediately before the A time difference measuring means (107) for measuring the time difference (108) from the time point when a pulse is generated from the means to the sampling timing, and the rotation speed (102), position or rotation angle (103) of the electric motor, and load disturbance torque (104). For the state equation in which the three variables are the state variables (106), the system input is the motor torque (105), and the system output is the position or rotation angle (103), at each sampling timing, the pulse immediately before the state variable (106) at the time of generation of the pulse from the generation means;
from the state variable (106) estimated by the state observation means (101) and the time difference (108) measured by the time difference measurement means (107) at each sampling timing. An instantaneous speed detection device for a motor, comprising: instantaneous speed calculation means (109) for calculating an instantaneous value (110) of the speed of the motor at the sampling timing based on the state equation.
【請求項3】  電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差(108)を計測する時間差計測
手段(107)と、電動機の回転速度(102)、位置
又は回転角(103)及び負荷外乱トルク(104)の
3変数を状態変数(106)とし、システム入力を電動
機トルク(105)、システム出力を前記位置又は回転
角(103)とした状態方程式に対して、前記サンプリ
ングタイミング毎に、その直前の前記パルス発生手段か
らのパルスの発生時点における前記状態変数(106)
を推定する状態観測手段(101)と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段(101)により
推定された状態変数(106)及び前記時間差計測手段
(107)によって計測された時間差(108)から前
記状態方程式に基づいて、該サンプリングタイミングに
おける電動機の加速度の瞬時値(112)を演算する瞬
時加速度演算手段(111)と、を有することを特徴と
する電動機の瞬時加速度検出装置。
3. In a motor control device having a position detecting means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generating means attached to the motor, the pulse generation means immediately before each sampling timing is detected. A time difference measuring means (107) for measuring the time difference (108) from the time point when a pulse is generated from the means to the sampling timing, and the rotation speed (102), position or rotation angle (103) of the electric motor, and load disturbance torque (104). For the state equation in which the three variables are the state variables (106), the system input is the motor torque (105), and the system output is the position or rotation angle (103), at each sampling timing, the pulse immediately before the state variable (106) at the time of generation of the pulse from the generation means;
from the state variable (106) estimated by the state observation means (101) and the time difference (108) measured by the time difference measurement means (107) at each sampling timing. An instantaneous acceleration detection device for an electric motor, comprising an instantaneous acceleration calculation means (111) for calculating an instantaneous value (112) of the acceleration of the electric motor at the sampling timing based on the state equation.
【請求項4】  電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び負
荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力を
電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は回
転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタイ
ミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパル
スの発生時点における前記状態変数を推定する状態観測
手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態観
測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測手
段によって計測された時間差から前記状態方程式に基づ
いて、該サンプリングタイミングにおける電動機の位置
又は回転角の瞬時値を演算する瞬時位置演算手段と、を
有することを特徴とする電動機の瞬時位置検出装置。
4. In a motor control device having a position detection means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generation means attached to the motor, at each sampling timing, the immediately preceding pulse generation is detected. A time difference measuring means that measures the time difference from the time when a pulse is generated from the means to the sampling timing, and four variables of the motor rotation speed, position or rotation angle, motor torque, and load disturbance torque are used as state variables, and the system input is state observation means for estimating the state variable at the time point at which a pulse is generated from the pulse generation means immediately before each sampling timing, with respect to a state equation in which the torque command value and system output are the position or rotation angle; and, for each sampling timing, calculate the instantaneous value of the position or rotation angle of the motor at the sampling timing based on the state equation from the state variable estimated by the state observing means and the time difference measured by the time difference measuring means. An instantaneous position detecting device for an electric motor, comprising instantaneous position calculating means for calculating.
【請求項5】  電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び負
荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力を
電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は回
転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタイ
ミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパル
スの発生時点における前記状態変数を推定する状態観測
手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態観
測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測手
段によって計測された時間差から前記状態方程式に基づ
いて、該サンプリングタイミングにおける電動機の速度
の瞬時値を演算する瞬時速度演算手段と、を有すること
を特徴とする電動機の瞬時速度検出装置。
5. In a motor control device having a position detection means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generation means attached to the motor, at each sampling timing, the immediately preceding pulse generation is detected. A time difference measuring means that measures the time difference from the time when a pulse is generated from the means to the sampling timing, and four variables of the motor rotation speed, position or rotation angle, motor torque, and load disturbance torque are used as state variables, and the system input is state observation means for estimating the state variable at the time point at which a pulse is generated from the pulse generation means immediately before each sampling timing, with respect to a state equation in which the torque command value and system output are the position or rotation angle; and an instant for calculating an instantaneous value of the speed of the electric motor at each sampling timing based on the state equation from the state variable estimated by the state observing means and the time difference measured by the time difference measuring means. An instantaneous speed detection device for an electric motor, comprising speed calculation means.
【請求項6】  電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び負
荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力を
電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は回
転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタイ
ミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパル
スの発生時点における前記状態変数を推定する状態観測
手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態観
測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測手
段によって計測された時間差から前記状態方程式に基づ
いて、該サンプリングタイミングにおける電動機の加速
度の瞬時値を演算する瞬時加速度演算手段と、を有する
ことを特徴とする電動機の瞬時加速度検出装置。
6. In a motor control device having a position detection means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generation means attached to the motor, the pulse generation means immediately before the pulse generation means is detected at each sampling timing. A time difference measuring means that measures the time difference from the time when a pulse is generated from the means to the sampling timing, and four variables of the motor rotation speed, position or rotation angle, motor torque, and load disturbance torque are used as state variables, and the system input is state observation means for estimating the state variable at the time point at which a pulse is generated from the pulse generation means immediately before each sampling timing, with respect to a state equation in which the torque command value and system output are the position or rotation angle; and an instant for calculating the instantaneous value of the acceleration of the electric motor at each sampling timing based on the state equation from the state variable estimated by the state observing means and the time difference measured by the time difference measuring means. An instantaneous acceleration detection device for an electric motor, comprising: acceleration calculation means.
【請求項7】  電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角及び負荷外乱トルクの
3変数を状態変数とし、システム入力を電動機トルク、
システム出力を前記位置又は回転角とした状態方程式に
対して、前記サンプリングタイミング毎に、その直前の
前記パルス発生手段からのパルスの発生時点における前
記状態変数を推定する状態観測手段と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段により推定された
状態変数及び前記時間差計測手段によって計測された時
間差から前記状態方程式に基づいて、該サンプリングタ
イミングより更に前記所定時間だけ遅れた時点における
電動機の位置又は回転角の瞬時値を演算する瞬時位置演
算手段と、を有し、該瞬時位置演算手段によって演算さ
れた瞬時位置値又は回転角値を電動機の制御演算に用い
る、ことを特徴とする瞬時位置値を用いた電動機の制御
方法。
7. In a control device for a motor having a position detection means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generation means attached to the motor, at each sampling timing, the immediately preceding pulse generation is detected. A time difference measuring means for measuring the time difference from the time when a pulse is generated from the means to the sampling timing, three variables of the rotation speed, position or rotation angle of the electric motor, and load disturbance torque are used as state variables, and the system input is the electric motor torque,
a state observation means for estimating the state variable at the time of generation of a pulse from the pulse generation means immediately before each sampling timing, for a state equation in which the system output is the position or the rotation angle; and the sampling timing At each time, the position or rotation angle of the electric motor at a time point further delayed by the predetermined time from the sampling timing is determined based on the state equation from the state variable estimated by the state observation means and the time difference measured by the time difference measurement means. instantaneous position calculation means for calculating the instantaneous value of the instantaneous position value, and the instantaneous position value or rotation angle value calculated by the instantaneous position calculation means is used for control calculation of the electric motor. A method of controlling electric motors.
【請求項8】  電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角及び負荷外乱トルクの
3変数を状態変数とし、システム入力を電動機トルク、
システム出力を前記位置又は回転角とした状態方程式に
対して、前記サンプリングタイミング毎に、その直前の
前記パルス発生手段からのパルスの発生時点における前
記状態変数を推定する状態観測手段と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段により推定された
状態変数及び前記時間差計測手段によって計測された時
間差から前記状態方程式に基づいて、該サンプリングタ
イミングより更に前記所定時間だけ遅れた時点における
電動機の速度の瞬時値を演算する瞬時速度演算手段と、
を有し、該瞬時速度演算手段によって演算された瞬時速
度値を電動機の制御演算に用いる、ことを特徴とする瞬
時速度値を用いた電動機の制御方法。
8. In a motor control device having a position detection means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generation means attached to the motor, at each sampling timing, the immediately preceding pulse generation is detected. A time difference measuring means for measuring the time difference from the time when a pulse is generated from the means to the sampling timing, three variables of the rotation speed, position or rotation angle of the electric motor, and load disturbance torque are used as state variables, and the system input is the electric motor torque,
a state observation means for estimating the state variable at the time of generation of a pulse from the pulse generation means immediately before each sampling timing, for a state equation in which the system output is the position or the rotation angle; and the sampling timing Based on the state equation from the state variable estimated by the state observation means and the time difference measured by the time difference measurement means, the instantaneous value of the speed of the motor at a time point further delayed by the predetermined time from the sampling timing is calculated. instantaneous velocity calculation means for calculating the
A method for controlling an electric motor using an instantaneous speed value, characterized in that the instantaneous speed value calculated by the instantaneous speed calculating means is used for control calculation of the electric motor.
【請求項9】  電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角及び負荷外乱トルクの
3変数を状態変数とし、システム入力を電動機トルク、
システム出力を前記位置又は回転角とした状態方程式に
対して、前記サンプリングタイミング毎に、その直前の
前記パルス発生手段からのパルスの発生時点における前
記状態変数を推定する状態観測手段と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段により推定された
状態変数及び前記時間差計測手段によって計測された時
間差から前記状態方程式に基づいて、該サンプリングタ
イミングより更に前記所定時間だけ遅れた時点における
電動機の加速度の瞬時値を演算する瞬時加速度演算手段
と、を有し、該瞬時加速度演算手段によって演算された
瞬時加速度値を電動機の制御演算に用いる、ことを特徴
とする瞬時加速度値を用いた電動機の制御方法。
9. In a control device for a motor having a position detection means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generation means attached to the motor, at each sampling timing, the immediately preceding pulse generation is detected. A time difference measuring means for measuring the time difference from the time when a pulse is generated from the means to the sampling timing, three variables of the rotation speed, position or rotation angle of the electric motor, and load disturbance torque are used as state variables, and the system input is the electric motor torque,
a state observation means for estimating the state variable at the time of generation of a pulse from the pulse generation means immediately before each sampling timing, for a state equation in which the system output is the position or the rotation angle; and the sampling timing At each time, based on the state equation from the state variable estimated by the state observation means and the time difference measured by the time difference measurement means, the instantaneous value of the acceleration of the motor at a time point further delayed by the predetermined time from the sampling timing. A method for controlling an electric motor using an instantaneous acceleration value, characterized in that the instantaneous acceleration value calculated by the instantaneous acceleration calculation means is used for control calculation of the electric motor.
【請求項10】  電動機に取り付けられたパルス発生
手段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を
検出する位置検出手段を有する電動機の制御装置におい
て、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パル
ス発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリング
タイミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
電動機の回転速度、位置又は回転角及び負荷外乱トルク
の3変数を状態変数とし、システム入力を電動機トルク
、システム出力を前記位置又は回転角とした状態方程式
に対して、前記サンプリングタイミング毎に、その直前
の前記パルス発生手段からのパルスの発生時点における
前記状態変数を推定する状態観測手段と、請求項7に記
載の瞬時位置演算手段、請求項8に記載の瞬時速度演算
手段又は請求項9に記載の瞬時加速度演算手段のうち少
なくとも1つと、を有し、前記瞬時位置演算手段によっ
て演算された瞬時位置値若しくは回転角値、前記瞬時速
度演算手段によって演算された瞬時速度値又は前記瞬時
加速度演算手段によって演算された瞬時加速度値のうち
少なくとも1つを電動機の制御演算に用いる、ことを特
徴とする瞬時位置値、瞬時速度値又は瞬時加速度値の少
なくとも1つを用いた電動機の制御方法。
10. In a control device for an electric motor having a position detection means for detecting the position or rotation angle of the electric motor based on pulses from a pulse generation means attached to the electric motor, at each sampling timing, the pulse generation means immediately before the time difference measuring means for measuring the time difference from the time point at which the pulse is generated from the means to the sampling timing;
For a state equation in which the three variables of motor rotation speed, position or rotation angle, and load disturbance torque are state variables, the system input is the motor torque, and the system output is the position or rotation angle, at each sampling timing, a state observation means for estimating the state variable at the time of generation of a pulse from the pulse generation means immediately before; and instantaneous position calculation means according to claim 7, instantaneous velocity calculation means according to claim 8, or instantaneous velocity calculation means according to claim 9. and at least one of the instantaneous acceleration calculation means described above, the instantaneous position value or rotation angle value calculated by the instantaneous position calculation means, the instantaneous velocity value calculated by the instantaneous velocity calculation means, or the instantaneous acceleration calculation A method for controlling an electric motor using at least one of an instantaneous position value, an instantaneous velocity value, or an instantaneous acceleration value, characterized in that at least one of the instantaneous acceleration values calculated by the means is used for control calculation of the electric motor.
【請求項11】  電動機に取り付けられたパルス発生
手段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を
検出する位置検出手段を有する電動機の制御装置におい
て、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パル
ス発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリング
タイミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
電動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び
負荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力
を電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は
回転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタ
イミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパ
ルスの発生時点における前記状態変数を推定する状態観
測手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態
観測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測
手段によって計測された時間差から前記状態方程式に基
づいて、該サンプリングタイミングより更に前記所定時
間だけ遅れた時点における電動機の位置又は回転角の瞬
時値を演算する瞬時位置演算手段と、を有し、該瞬時位
置演算手段によって演算された瞬時位置値又は回転角値
を電動機の制御演算に用いる、ことを特徴とする瞬時位
置値を用いた電動機の制御方法。
11. In a motor control device having a position detecting means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generating means attached to the motor, the pulse generation means immediately before each sampling timing is detected. time difference measuring means for measuring the time difference from the time point at which the pulse is generated from the means to the sampling timing;
For the state equation, the four variables of motor rotation speed, position or rotation angle, motor torque, and load disturbance torque are set as state variables, and the system input is the command value of the motor torque, and the system output is the position or rotation angle. a state observation means for estimating the state variable at the time of generation of a pulse from the pulse generation means immediately before each sampling timing; and a state variable estimated by the state observation means and the time difference measurement for each sampling timing. instantaneous position calculation means for calculating an instantaneous value of the position or rotation angle of the motor at a time point further delayed by the predetermined time from the sampling timing based on the state equation from the time difference measured by the means; A method for controlling an electric motor using an instantaneous position value, characterized in that an instantaneous position value or a rotation angle value calculated by an instantaneous position calculating means is used for control calculation of the electric motor.
【請求項12】  電動機に取り付けられたパルス発生
手段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を
検出する位置検出手段を有する電動機の制御装置におい
て、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パル
ス発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリング
タイミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
電動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び
負荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力
を電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は
回転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタ
イミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパ
ルスの発生時点における前記状態変数を推定する状態観
測手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態
観測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測
手段によって計測された時間差から前記状態方程式に基
づいて、該サンプリングタイミングより更に前記所定時
間だけ遅れた時点における電動機の速度の瞬時値を演算
する瞬時速度演算手段と、を有し、該瞬時速度演算手段
によって演算された瞬時速度値を電動機の制御演算に用
いる、ことを特徴とする瞬時速度値を用いた電動機の制
御方法。
12. In a motor control device having a position detection means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generation means attached to the motor, at each sampling timing, the immediately preceding pulse generation is detected. time difference measuring means for measuring the time difference from the time point at which the pulse is generated from the means to the sampling timing;
For the state equation, the four variables of motor rotation speed, position or rotation angle, motor torque, and load disturbance torque are set as state variables, and the system input is the command value of the motor torque, and the system output is the position or rotation angle. a state observation means for estimating the state variable at the time of generation of a pulse from the pulse generation means immediately before each sampling timing; and a state variable estimated by the state observation means and the time difference measurement for each sampling timing. instantaneous speed calculation means for calculating an instantaneous value of the speed of the motor at a time point further delayed by the predetermined time from the sampling timing based on the state equation from the time difference measured by the means, the instantaneous speed calculation means; A method for controlling an electric motor using an instantaneous speed value, characterized in that the instantaneous speed value calculated by the means is used for control calculation of the electric motor.
【請求項13】  電動機に取り付けられたパルス発生
手段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を
検出する位置検出手段を有する電動機の制御装置におい
て、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パル
ス発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリング
タイミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
電動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び
負荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力
を電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は
回転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタ
イミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパ
ルスの発生時点における前記状態変数を推定する状態観
測手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態
観測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測
手段によって計測された時間差から前記状態方程式に基
づいて、該サンプリングタイミングより更に前記所定時
間だけ遅れた時点における電動機の加速度の瞬時値を演
算する瞬時加速度演算手段と、を有し、該瞬時加速度演
算手段によって演算された瞬時加速度値を電動機の制御
演算に用いる、ことを特徴とする瞬時加速度値を用いた
電動機の制御方法。
13. In a motor control device having a position detection means for detecting the position or rotational angle of the motor based on pulses from a pulse generation means attached to the motor, the pulse generation means immediately before each sampling timing is detected. time difference measuring means for measuring the time difference from the time point at which the pulse is generated from the means to the sampling timing;
For the state equation, the four variables of motor rotation speed, position or rotation angle, motor torque, and load disturbance torque are set as state variables, and the system input is the command value of the motor torque, and the system output is the position or rotation angle. a state observation means for estimating the state variable at the time of generation of a pulse from the pulse generation means immediately before each sampling timing; and a state variable estimated by the state observation means and the time difference measurement for each sampling timing. instantaneous acceleration calculation means for calculating an instantaneous value of the acceleration of the motor at a time point further delayed by the predetermined time from the sampling timing based on the state equation from the time difference measured by the means, the instantaneous acceleration calculation means; A method for controlling an electric motor using an instantaneous acceleration value, characterized in that the instantaneous acceleration value calculated by the means is used for control calculation of the electric motor.
【請求項14】  電動機に取り付けられたパルス発生
手段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を
検出する位置検出手段を有する電動機の制御装置におい
て、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パル
ス発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリング
タイミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
電動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び
負荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力
を電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は
回転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタ
イミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパ
ルスの発生時点における前記状態変数を推定する状態観
測手段と、請求項11に記載の瞬時位置演算手段、請求
項12に記載の瞬時速度演算手段又は請求項13に記載
の瞬時加速度演算手段のうち少なくとも1つと、を有し
、前記瞬時位置演算手段によって演算された瞬時位置値
若しくは回転角値、前記瞬時速度演算手段によって演算
された瞬時速度値又は前記瞬時加速度演算手段によって
演算された瞬時加速度値のうち少なくとも1つを電動機
の制御演算に用いる、ことを特徴とする瞬時位置値、瞬
時速度値又は瞬時加速度値の少なくとも1つを用いた電
動機の制御方法。
14. In a motor control device having a position detecting means for detecting the position or rotation angle of the motor based on pulses from a pulse generating means attached to the motor, the pulse generation means immediately before each sampling timing is detected. time difference measuring means for measuring the time difference from the time point at which the pulse is generated from the means to the sampling timing;
For the state equation, the four variables of motor rotation speed, position or rotation angle, motor torque, and load disturbance torque are set as state variables, and the system input is the command value of the motor torque, and the system output is the position or rotation angle. a state observation means for estimating the state variable at the time of generation of a pulse from the pulse generation means immediately before each sampling timing; an instantaneous position calculation means according to claim 11; and an instantaneous velocity calculation means according to claim 12. or at least one of the instantaneous acceleration calculating means according to claim 13, and an instantaneous position value or rotation angle value calculated by the instantaneous position calculating means, and an instantaneous velocity calculated by the instantaneous velocity calculating means. or at least one of the instantaneous acceleration values calculated by the instantaneous acceleration calculation means is used for control calculation of the electric motor. How to control an electric motor.
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WO2013088533A1 (en) * 2011-12-14 2013-06-20 株式会社安川電機 Motor control device and motor system

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