JPH05300781A - 電動機の速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極低速域の速度制御系の安定化を図ったもの
である。 【構成】 電動機と負荷が弾性軸で結合されている２慣
性系のモデル１７の回転速度をパルスエンコーダ３６で
検出する。このパルスエンコーダ３６の出力値と、電動
機のトルク指令とから速度推定オブザーバ部３１により
速度推定値を得る。この推定値は近似負荷トルク推定オ
ブザーバ部１８と高速軸トルク推定部２６の速度信号と
なる。オブザーバ部１８とトルク推定部２６の出力は偏
差検出部２５に供給される。偏差検出部２５の出力には
負荷加速度信号が得られ、この信号が速度制御系にフィ
ードバック信号として供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電動機と負荷が弾性軸
で結合されている２慣性ねじり振動系において、速度検
出器にパルスエンコーダを用いた速度制御系の極低速域
における電動機の速度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にパルスエンコーダを用いた電動機
の速度制御系では極低速域において、エンコーダパルス
間隔が速度制御周期より長くなり、その速度制御周期に
おいて正確な速度情報が得られなくなる。このため、極
低速域では速度制御系が以下に述べるように不安定にな
ることが知られている。

【０００３】電動機の回転軸に連結されたパルスエンコ
ーダは電動機の低速域で図２（ｃ）に示すようなパルス
を発生する。すなわち、電動機の低速域での時間ｔに対
する回転速度ω_Mは図２（ａ）に示すように直線的に変
化するが、時間ｔに対する位置θは図２（ｂ）に示すよ
うに曲線的に変化する。従って、パルスエンコーダに得
られるパルスは時間ｔの経過とともにパルス間隔が図２
（ｃ）のように狭くなってくる。図２（ｃ）のパルス情
報からその情報が変化したときに、パルス間隔Ｔ_Pjとパ
ルス変化量とによりパルス間隔Ｔ_Pj間の平均速度ω_Mjが
図２（ｄ）に示すように求まる。このため、パルス間隔
Ｔ_Pjが速度制御周期より長いと、この間の速度が検出で
きないため、前回値の平均速度ω_Mj-1を使用する。その
ため真値速度ω_Mとの偏差が大きくなり、速度制御が不
安定となる。

【０００４】上記のような速度制御の不安定を改善する
手段として特開平２−３０７３８４号公報がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のようにパルスエ
ンコーダを用いた速度制御系では極低速域で速度制御系
が不安定になるが、この問題はエレベータや鉄鋼の圧延
機、ロボットのアームなど電動機と負荷が剛性の低い軸
で結合されている２慣性ねじり振動系の速度制御におい
ても同様に発生する。また、ねじり振動が発生すると、
速度応答が上げられない問題もある。

【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、極低速域の速度推定とねじり振動抑制が可能とな
るようにして速度制御系を安定化させることができるよ
うにした電動機の速度制御装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、電動機と負荷が弾性軸で結合されてい
る２慣性ねじり振動系の電動機を速度制御するものにお
いて、前記電動機の速度をパルス出力として送出する速
度検出器と、最小次元の負荷トルク推定値オブザーバを
速度制御周期と速度検出周期とにおける離散系モデルに
変換し、前記速度検出器から出力されるパルス間隔での
速度を推定する速度推定オブザーバ部と、前記電動機の
トルク指令と電動機の速度とが入力され、電動機と負荷
の機械時定数の和をモデル機械時定数に設定し、最小次
元オブザーバまたは完全次元オブザーバで負荷トルクを
推定して、出力に負荷トルク推定値を得る近似負荷トル
ク推定オブザーバ部と、前記電動機のトルク指令と電動
機の速度を微分した値とを減算し、出力に高速の軸トル
ク推定値を得る高速軸トルク推定部と、この高速軸トル
ク推定部からの推定値と前記近似負荷トルク推定オブザ
ーバ部からの負荷トルク推定値とを減算し、出力に負荷
加速度相当の値を得る減算部と、この減算部の出力に得
られた負荷加速度相当の値が入力されるダンピング決定
用のアンプと、速度指令と前記電動機の速度との偏差出
力が供給される第１の制御アンプと、この第１の制御ア
ンプの出力と前記ダンピング決定用のアンプの出力との
偏差出力が供給され、トルク指令にフィードバック補償
を行う第２の制御アンプと、この第２の制御アンプの出
力と前記近似負荷トルク推定オブザーバ部からの負荷ト
ルク推定値出力とが供給され、両出力を加算して前記電
動機のトルク指令にフィードフォワード補償を行うとと
もに電動機の速度を制御する出力を送出する加算部とを
備えたものである。

【０００８】

【作用】電動機の速度が低速域になると、速度検出器か
らのパルス間隔が速度制御周期より長くなって、正確な
速度情報が得られなくなる。最小次元の負荷トルク推定
値オブザーバを用いてパルス間の速度を推定して推定速
度を得る。この推定速度を速度情報とする。この速度情
報を微分した値と電動機のトルク指令とから高速軸トル
ク推定値を得る。この高速軸トルク推定値と近似負荷ト
ルク推定オブザーバ部からの負荷トルク推定値から負荷
加速度相当の値を得る。この値はダンピング決定用のア
ンプに入力して増幅し、そのアンプからの出力を用いて
電動機のトルク指令にフィードバック近似負荷加速度制
御を行う。これとともに負荷トルク推定値を電動機のト
ルク指令に加算してフィードフォワード補償を行う。

【０００９】

【実施例】以下この発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１において、１１は電動機の速度指令ω_M＊
と、後述の速度推定オブザーバ部の速度推定値との偏差
を得る偏差検出部で、この偏差検出部１１の出力値はゲ
インＫｗｃの第１の制御アンプ１２で増幅されて第１の
減算部１３のプラス入力端に供給される。第１の減算部
１３のマイナス入力端にはダンピング決定用のアンプ１
４からの出力値が供給されて、その減算部１３の出力に
は両値の減算値が得られる。この減算値は第２の制御ア
ンプ１５で増幅して電動機のトルク指令にフィードバッ
ク補償を行う。第２の制御アンプ１５の出力は加算部１
６の第１入力端に供給され、その第２入力端には後述の
負荷トルク推定値が供給される。この加算部１６は負荷
トルク推定値をトルク指令に加算してフィードフォワー
ド補償を行う。加算部１６の出力端に得られた電動機の
トルク指令は２慣性モデル１７に供給される。

【００１０】１８は近似負荷トルク推定オブザーバ部
で、このオブザーバ部１８は電動機のトルク指令がプラ
ス入力端に供給される偏差検出部１９と、この偏差検出
部１９の出力が供給される速度制御周期Ｔｓをモデル機
械時定数Ｔｍ＊で割算した割算部２０と、この割算部２
０の出力値と加算部２１の前回出力値のホールド値２２
の値が加えられる加算部２１と、この加算部２１の出力
値がプラス入力端に供給され、マイナス入力端速度推定
値が供給される偏差検出部２３と、この検出部２３の出
力を増幅するアンプ２４から構成され、アンプ２４の出
力（負荷トルク推定値）は偏差検出部１９のマイナス入
力端に供給される。アンプ２４の負荷トルク推定値は前
記加算部１６に供給されるとともに偏差検出部２５のマ
イナス入力端に供給される。

【００１１】２６は高速軸トルク推定部で、この推定部
２６は速度推定値がプラス入力端に供給される偏差検出
部２７と、前記速度推定値の前回値のホールド値を偏差
検出部２７のマイナス入力端に供給する前回値ホールド
出力２８と、偏差検出部２７の出力が供給される微分時
定数部２９と、この微分時定数部２９の出力がマイナス
入力端に、プラス入力端に電動機のトルク指令が供給さ
れる偏差検出器３０とから構成される。この高速軸トル
ク推定部２６から出力される高速軸トルク推定値は偏差
検出部２５のプラス入力端に供給される。この偏差検出
部２５の出力端に負荷加速度（負荷の加速度トルク）ト
ルク値が得られる。この負荷加速度トルク値はゲインＫ
_PFのダンピング決定用のアンプ１４で増幅されて減算部
１３に供給される。

【００１２】３１は速度推定オブザーバ部で、このオブ
ザーバ部３１は次のように構成されている。電動機のト
ルク指令と軸トルク推定値は偏差検出部３２のプラスお
よびマイナス入力端に供給される。偏差検出部３２の出
力は第１演算部３３に供給される。第１演算部３３は速
度制御周期Ｔｓをモデル機械時定数Ｔ_M＊で割算する割
算部３３ａと、この割算部３３ａの出力と加算部３３ｃ
の前回出力値のホールド値３３ｂの出力とを加算する加
算部３３ｃとから構成される。この第１演算部３３は出
力にモデル出力推定値を演算して得る。このモデル出力
推定値はパルス間隔における平均値を得る第２演算部３
４に供給される。この第２演算部３４で演算された出力
値は偏差検出部３５のプラス入力端に供給され、そのマ
イナス入力端にはパルスエンコーダ３６により検出され
た速度検出出力の平均値が供給される。偏差検出部３５
の偏差出力はオブザーバゲイン部３７に供給され、ここ
で所定倍されて出力に軸トルク推定値を得る。偏差検出
部３５の偏差出力は偏差検出部３８のマイナス入力端に
供給され、プラス入力端には前記モデル出力推定値が供
給される。偏差検出部３８の偏差出力には速度推定値が
得られ、この値は偏差検出部１１のマイナス入力端、近
似負荷トルク推定オブザーバ部１８と高速軸トルク推定
部２６に供給される。

【００１３】上記のように構成された実施例において、
速度推定オブザーバ部３１のモデル機械時定数Ｔ_M＊は
電動機機械時定数Ｔ_Mに設定し、近似負荷トルク推定オ
ブザーバ部１８のモデル機械時定数Ｔｍ＊は電動機と負
荷の機械時定数の和Ｔ_M＋Ｔ_Lに設定し、高速軸トルク推
定部２６の微分時定数Ｔ_M＊は電動機機械時定数Ｔ_Mに設
定する。

【００１４】速度推定オブザーバ部３１で得られた速度
推定値を第１の制御アンプ１２のフィードバック信号と
して使用するとともにこの速度推定値は近似負荷トルク
推定オブザーバ部１８と高速軸トルク推定部２６の速度
信号としても使用する。高速軸トルク推定部２６から得
られる軸トルク推定値と近似負荷トルク推定オブザーバ
部１８から得られる負荷トルク推定値の偏差出力を負荷
加速度信号としてゲインＫ_PFのダンピング決定用のアン
プ１４を通して第１の制御アンプ１２の出力より減算す
る。これにより、２慣性系ねじり振動の抑制を行う。ま
た、負荷トルク推定値を電動機のトルク指令に供給して
いる。このため、負荷外乱の抑制効果が向上する。

【００１５】なお、近似負荷トルク推定オブザーバ部１
８により速度制御系にはＰＩ要素が現れるため、アンプ
は比例ゲインのみでもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
電動機と負荷が弾性軸で結合されている２慣性系におい
て、速度検出器にパルスエンコーダを用いた速度制御系
の極低速域における速度推定とねじり振動抑制が可能と
なり、以て速度制御系の安定化を図ることができる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】ａは時間対速度の関係を示す特性図、ｂは時間
対位置の関係を示す特性図、ｃは時間対パルス数の関係
を示す特性図、ｄは時間対速度平均の検出値を示す特性
図。

【符号の説明】

１２…第１の制御アンプ １３…減算部 １４…ダンピング決定用のアンプ １５…第２の制御アンプ １７…２慣性系のモデル １８…近似負荷トルク推定オブザーバ部 ２５…偏差検出部 ２６…高速軸トルク推定部 ３１…速度推定オブザーバ部 ３６…パルスエンコーダ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機と負荷が弾性軸で結合されている
   ２慣性ねじり振動系の電動機を速度制御するものにおい
   て、 前記電動機の速度をパルス出力として送出する速度検出
   器と、最小次元の負荷トルク推定値オブザーバを速度制
   御周期と速度検出周期とにおける離散系モデルに変換
   し、前記速度検出器から出力されるパルス間隔での速度
   を推定する速度推定オブザーバ部と、 前記電動機のトルク指令と電動機の速度とが入力され、
   電動機と負荷の機械時定数の和をモデル機械時定数に設
   定し、最小次元オブザーバまたは完全次元オブザーバで
   負荷トルクを推定して、出力に負荷トルク推定値を得る
   近似負荷トルク推定オブザーバ部と、 前記電動機のトルク指令と電動機の速度を微分した値と
   を減算し、出力に高速の軸トルク推定値を得る高速軸ト
   ルク推定部と、 この高速軸トルク推定部からの推定値と前記近似負荷ト
   ルク推定オブザーバ部からの負荷トルク推定値とを減算
   し、出力に負荷加速度相当の値を得る減算部と、 この減算部の出力に得られた負荷加速度相当の値が入力
   されるダンピング決定用のアンプと、 速度指令と前記電動機の速度との偏差出力が供給される
   第１の制御アンプと、 この第１の制御アンプの出力と前記ダンピング決定用の
   アンプの出力との偏差出力が供給され、トルク指令にフ
   ィードバック補償を行う第２の制御アンプと、 この第２の制御アンプの出力と前記近似負荷トルク推定
   オブザーバ部からの負荷トルク推定値出力とが供給さ
   れ、両出力を加算して前記電動機のトルク指令にフィー
   ドフォワード補償を行うとともに電動機の速度を制御す
   る出力を送出する加算部とを備えたことを特徴とする電
   動機の速度制御装置。