JPH0678579A - モータイナーシャ推定装置およびオートチューニング方法 - Google Patents
モータイナーシャ推定装置およびオートチューニング方法Info
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- JPH0678579A JPH0678579A JP4284096A JP28409692A JPH0678579A JP H0678579 A JPH0678579 A JP H0678579A JP 4284096 A JP4284096 A JP 4284096A JP 28409692 A JP28409692 A JP 28409692A JP H0678579 A JPH0678579 A JP H0678579A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 イナーシャ変動量を直接推定できるようにす
るとともにチューニング回数を低減したものである。 【構成】 積分要素、加算部および除算部から構成され
るイナーシャ推定部２１に速度制御アンプ２のアンプ出
力ｉA＊、モータ速度ｎMおよび負荷トルク推定オブザー
バ８からの負荷トルク推定値τL∧が入力される。イナ
ーシャ推定部２１は上記入力値を演算して出力にイナー
シャ変動量Ｋを出力する。
るとともにチューニング回数を低減したものである。 【構成】 積分要素、加算部および除算部から構成され
るイナーシャ推定部２１に速度制御アンプ２のアンプ出
力ｉA＊、モータ速度ｎMおよび負荷トルク推定オブザー
バ８からの負荷トルク推定値τL∧が入力される。イナ
ーシャ推定部２１は上記入力値を演算して出力にイナー
シャ変動量Ｋを出力する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はモータイナーシャ（モ
ータの慣性モーメント）の推定装置および速度制御アン
プと負荷トルク推定オブザーバのオートチューニング方
法に関するものである。
ータの慣性モーメント）の推定装置および速度制御アン
プと負荷トルク推定オブザーバのオートチューニング方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】速度制御系の速度制御（ＰＩ）アンプの
ゲインの決定方法や最近広く用いられるようになった負
荷トルク推定オブザーバの設計において、モータの慣性
モーメントが明確でないと、正確な調整が不可能とな
り、速度応答にオーバーシュートが発生したり、不安定
な要因となる場合がある。また、エンコーダを用いた速
度制御系では、エンコーダパルス間隔が速度制御周期よ
り長くなるような極低速域の特性改善のために、近年零
速域の速度推定方法の研究が活発に行われている。これ
らの速度推定方法にはモータの慣性モーメントが使用さ
れており、モデルと実機との誤差は速度推定誤差の要因
となり、制御性能の改善効果を劣化させることになる。
ゲインの決定方法や最近広く用いられるようになった負
荷トルク推定オブザーバの設計において、モータの慣性
モーメントが明確でないと、正確な調整が不可能とな
り、速度応答にオーバーシュートが発生したり、不安定
な要因となる場合がある。また、エンコーダを用いた速
度制御系では、エンコーダパルス間隔が速度制御周期よ
り長くなるような極低速域の特性改善のために、近年零
速域の速度推定方法の研究が活発に行われている。これ
らの速度推定方法にはモータの慣性モーメントが使用さ
れており、モデルと実機との誤差は速度推定誤差の要因
となり、制御性能の改善効果を劣化させることになる。
【０００３】図２１は負荷トルク推定オブザーバを用い
た速度制御系を示すブロック図で、１は速度設定値ｎM
＊とモータ速度ｎMとの偏差をとる偏差部で、この偏差
部１の偏差出力は速度制御アンプ（ＰＩ又はＰのみ）２
に供給される。速度制御アンプ２の出力ｉA＊は加算部
３の一方の端子に供給され、他方の端子には後述の負荷
トルク推定オブザーバのトルク電流推定値ｉT∧（以下
推定値の表現には符号∧を付す）が供給される。加算部
３の出力はトルク電流指令ｉT＊として電流制御系４に
供給され、その出力にトルク電流ｉTを得る。このトル
ク電流ｉTはトルク係数Ｋτの定数部５に入力され、そ
の出力にトルク指令τMを得る。このトルク指令τMは偏
差部６で負荷トルクτLと突き合わせ、その偏差出力を
モータ７に供給してモータ７の速度制御を行う。
た速度制御系を示すブロック図で、１は速度設定値ｎM
＊とモータ速度ｎMとの偏差をとる偏差部で、この偏差
部１の偏差出力は速度制御アンプ（ＰＩ又はＰのみ）２
に供給される。速度制御アンプ２の出力ｉA＊は加算部
３の一方の端子に供給され、他方の端子には後述の負荷
トルク推定オブザーバのトルク電流推定値ｉT∧（以下
推定値の表現には符号∧を付す）が供給される。加算部
３の出力はトルク電流指令ｉT＊として電流制御系４に
供給され、その出力にトルク電流ｉTを得る。このトル
ク電流ｉTはトルク係数Ｋτの定数部５に入力され、そ
の出力にトルク指令τMを得る。このトルク指令τMは偏
差部６で負荷トルクτLと突き合わせ、その偏差出力を
モータ７に供給してモータ７の速度制御を行う。
【０００４】前記トルク電流ｉTは最小次元の負荷トル
ク推定オブザーバ８のトルク係数のモデル値Ｋτ＊の定
数部９を介して偏差部１０のプラス端に供給される。偏
差部１０のマイナス端にはオブザーバゲインＬ１の定数
部１１から出力される負荷トルク推定値τL∧が供給さ
れる。偏差部１０の出力はモータのモデル機械時定数Ｔ
M＊の積分要素部１２に入力され、出力にオブザーバ推
定速度ｎM∧を得る。この推定速度ｎM∧はモータ速度ｎ
Mとの偏差を偏差部１３で得た後、オブザーバゲインＬ
１の定数部１１に入力される。オブザーバゲインＬ１の
定数部１１から出力される負荷トルク推定値τL∧はト
ルク係数のモデル値Ｋτ＊の逆数部１４により出力にト
ルク電流推定値ｉT∧を得る。この推定値ｉT∧は加算部
３に供給される。
ク推定オブザーバ８のトルク係数のモデル値Ｋτ＊の定
数部９を介して偏差部１０のプラス端に供給される。偏
差部１０のマイナス端にはオブザーバゲインＬ１の定数
部１１から出力される負荷トルク推定値τL∧が供給さ
れる。偏差部１０の出力はモータのモデル機械時定数Ｔ
M＊の積分要素部１２に入力され、出力にオブザーバ推
定速度ｎM∧を得る。この推定速度ｎM∧はモータ速度ｎ
Mとの偏差を偏差部１３で得た後、オブザーバゲインＬ
１の定数部１１に入力される。オブザーバゲインＬ１の
定数部１１から出力される負荷トルク推定値τL∧はト
ルク係数のモデル値Ｋτ＊の逆数部１４により出力にト
ルク電流推定値ｉT∧を得る。この推定値ｉT∧は加算部
３に供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図２１に示した負荷ト
ルク推定オブザーバを用いた速度制御系のブロック図に
おいて、負荷トルク推定オブザーバを用いて外乱補償を
行ったときの負荷トルクの影響とモータイナーシャ変動
の影響について述べる。なお、電流制御系は応答が速い
として無視する。
ルク推定オブザーバを用いた速度制御系のブロック図に
おいて、負荷トルク推定オブザーバを用いて外乱補償を
行ったときの負荷トルクの影響とモータイナーシャ変動
の影響について述べる。なお、電流制御系は応答が速い
として無視する。
【０００６】まず、速度制御アンプ２のアンプ出力ｉA
＊以降の関係式を求めると以下のような式になる。
＊以降の関係式を求めると以下のような式になる。
【０００７】
【数１】
【０００８】
【数２】
【０００９】
【数３】
【００１０】（１）式より負荷トルク推定値τL∧を求
めると、（４）式のようになる。
めると、（４）式のようになる。
【００１１】
【数４】
【００１２】次に（３）式よりトルク指令τMを求める
と、（５）式のようになる。
と、（５）式のようになる。
【００１３】
【数５】
【００１４】（５）式を（４）式に代入すると、（６）
式のようになる。
式のようになる。
【００１５】
【数６】
【００１６】（６）式を（２）式に代入すると、次の関
係式の（７）式が得られる。
係式の（７）式が得られる。
【００１７】
【数７】
【００１８】（７）式からモータ速度ｎMを求めると、
（８）式のようになる。
（８）式のようになる。
【００１９】
【数８】
【００２０】（８）式よりｉA＊、τLからｎMまでのブ
ロック図は図２２のようになる。図２２において、オブ
ザーバゲインＬ１を十分に大きな値に設定すると、負荷
トルクτLからモータ速度ｎMまでの伝達関数は零と近似
できる。つまり、負荷トルク推定オブザーバは外乱抑制
効果があることが判る。また、アンプ出力ｉA＊からモ
ータ速度ｎMまでの伝達関数ＧANは次の（９）式で近似
できる。
ロック図は図２２のようになる。図２２において、オブ
ザーバゲインＬ１を十分に大きな値に設定すると、負荷
トルクτLからモータ速度ｎMまでの伝達関数は零と近似
できる。つまり、負荷トルク推定オブザーバは外乱抑制
効果があることが判る。また、アンプ出力ｉA＊からモ
ータ速度ｎMまでの伝達関数ＧANは次の（９）式で近似
できる。
【００２１】
【数９】
【００２２】これにより、トルク指令τMに対するモー
タ速度ｎMは、オブザーバのモデル機械時定数ＴM＊に制
約されることになる。以上により、負荷トルク推定オブ
ザーバより得られる負荷トルク推定値τL∧を用いてト
ルク指令τMを補償すると次に示す効果が得られる。
タ速度ｎMは、オブザーバのモデル機械時定数ＴM＊に制
約されることになる。以上により、負荷トルク推定オブ
ザーバより得られる負荷トルク推定値τL∧を用いてト
ルク指令τMを補償すると次に示す効果が得られる。
【００２３】（１）負荷外乱を抑制できる、（２）モー
タイナーシャが変化しても、応答はオブザーバモデルで
規定される。
タイナーシャが変化しても、応答はオブザーバモデルで
規定される。
【００２４】前記オブザーバゲインＬ１の大きさは速度
制御周期や速度検出サンプリング時間の制約、検出ノイ
ズ等の影響により限界がある。このため、上述した効果
に対しても制限が生じ、モータイナーシャ変動に対する
ロバスト性が劣化する。そこで、速度制御性能を向上さ
せるためにはイナーシャを推定する必要がある。次に、
負荷トルク推定オブザーバを用いたモータイナーシャ推
定法について検討して見る。図２１に示したモータ部分
のみのブロック図を書くと図２３のようになる。図２３
より（１０）式が求まる。
制御周期や速度検出サンプリング時間の制約、検出ノイ
ズ等の影響により限界がある。このため、上述した効果
に対しても制限が生じ、モータイナーシャ変動に対する
ロバスト性が劣化する。そこで、速度制御性能を向上さ
せるためにはイナーシャを推定する必要がある。次に、
負荷トルク推定オブザーバを用いたモータイナーシャ推
定法について検討して見る。図２１に示したモータ部分
のみのブロック図を書くと図２３のようになる。図２３
より（１０）式が求まる。
【００２５】
【数１０】
【００２６】（１０）式より負荷トルクτLを求める
と、（１１）式のようになる。
と、（１１）式のようになる。
【００２７】
【数１１】
【００２８】ここで、モデル機械時定数ＴM＊を用いた
モデルを考えて見ると、次の（１２）式が得られる。
モデルを考えて見ると、次の（１２）式が得られる。
【００２９】
【数１２】
【００３０】負荷トルクτLを測定することはできない
が、オブザーバを用いて推定できるものと仮定すると、
（１０），（１２）式よりイナーシャ変動Ｋ＝ＴM／ＴM
＊は次の（１３）式のようにして求められる。
が、オブザーバを用いて推定できるものと仮定すると、
（１０），（１２）式よりイナーシャ変動Ｋ＝ＴM／ＴM
＊は次の（１３）式のようにして求められる。
【００３１】
【数１３】
【００３２】つまり、負荷トルクτLが測定できれば、
図２４のモータモデルより得られるオブザーバ速度推定
値ｎM∧とモータ速度ｎMとの比よりイナーシャ変動が求
められる。ここで、トルク係数Ｋτ＝Ｋτ＊＝１と仮定
して、τM、ｎM、τL∧の関係を図２１より求めると、
図２５のようになる。
図２４のモータモデルより得られるオブザーバ速度推定
値ｎM∧とモータ速度ｎMとの比よりイナーシャ変動が求
められる。ここで、トルク係数Ｋτ＝Ｋτ＊＝１と仮定
して、τM、ｎM、τL∧の関係を図２１より求めると、
図２５のようになる。
【００３３】図２５から負荷トルク推定オブザーバより
得られる負荷トルク推定値τL∧は（１１）式に示すよ
うな逆システムより負荷トルクを推定し、その後にフィ
ルタを追加することにより求められる。図２５より次の
（１４）式が得られる。
得られる負荷トルク推定値τL∧は（１１）式に示すよ
うな逆システムより負荷トルクを推定し、その後にフィ
ルタを追加することにより求められる。図２５より次の
（１４）式が得られる。
【００３４】
【数１４】
【００３５】次に、（１１）式を（１４）式に代入する
と、（１５）式が得られる。
と、（１５）式が得られる。
【００３６】
【数１５】
【００３７】いま、負荷トルクτLが一定で、イナーシ
ャ誤差（ＴM−ＴM＊）も一定の状態を考えて見る。この
とき、速度変動があると、イナーシャ誤差に比例した変
動量Ｓ（ＴM−ＴM＊）・ｎMが負荷トルク推定値τL∧に
現れる。つまり、イナーシャ誤差がある状態で、速度の
ステップ応答を行うと、トルク推定値τL∧はイナーシ
ャ誤差により変動することになる。つまり、負荷トルク
τLの推定値としてτL∧を直接用いることはできない。
そこで、速度変化時には、速度変化前の負荷トルク推定
値τL∧をホールドしておいて使用すれば、ほぼ負荷ト
ルクτLを推定することが可能となる。なお、速度変化
の検出法は種々考えられ、例えば、アンプ出力ｉA＊
は、加減速時のみ出力されるので、ｉA＊の変化を検出
することにより、速度変化検出を行うことができる。
ャ誤差（ＴM−ＴM＊）も一定の状態を考えて見る。この
とき、速度変動があると、イナーシャ誤差に比例した変
動量Ｓ（ＴM−ＴM＊）・ｎMが負荷トルク推定値τL∧に
現れる。つまり、イナーシャ誤差がある状態で、速度の
ステップ応答を行うと、トルク推定値τL∧はイナーシ
ャ誤差により変動することになる。つまり、負荷トルク
τLの推定値としてτL∧を直接用いることはできない。
そこで、速度変化時には、速度変化前の負荷トルク推定
値τL∧をホールドしておいて使用すれば、ほぼ負荷ト
ルクτLを推定することが可能となる。なお、速度変化
の検出法は種々考えられ、例えば、アンプ出力ｉA＊
は、加減速時のみ出力されるので、ｉA＊の変化を検出
することにより、速度変化検出を行うことができる。
【００３８】また、上記の他にイナーシャ推定法として
次のような方法もある。いま、図２２において、トルク
係数Ｋτは変動しないとしてＫτ＝Ｋτ＊とする。一
方、機械時定数のノミナル値（モデルの値ＴM＊）と実
際値の比をＫ＝ＴM／ＴM＊とする。そして、ＴM＊／Ｌ
１＝Ｔｘ＊とおいて、図２２を変形すると図２６のよう
になる。図２６より、オブザーバゲインＬ１の大きさに
制約があると、負荷トルクτLの影響がモータ速度ｎMに
現れるとともに、アンプ出力ｉA＊からモータ速度ｎMま
での伝達関数にＫ＝ＴM／ＴM＊の影響が現れ、速度応答
がモータのモデル機械時定数ＴM＊のみで決定できなく
なる問題がある。
次のような方法もある。いま、図２２において、トルク
係数Ｋτは変動しないとしてＫτ＝Ｋτ＊とする。一
方、機械時定数のノミナル値（モデルの値ＴM＊）と実
際値の比をＫ＝ＴM／ＴM＊とする。そして、ＴM＊／Ｌ
１＝Ｔｘ＊とおいて、図２２を変形すると図２６のよう
になる。図２６より、オブザーバゲインＬ１の大きさに
制約があると、負荷トルクτLの影響がモータ速度ｎMに
現れるとともに、アンプ出力ｉA＊からモータ速度ｎMま
での伝達関数にＫ＝ＴM／ＴM＊の影響が現れ、速度応答
がモータのモデル機械時定数ＴM＊のみで決定できなく
なる問題がある。
【００３９】また、イナーシャを自動的に推定する、い
わゆるオートチューニング方法も考えられている。この
オートチューニング方法には大別すると次の２つの方法
がある。
わゆるオートチューニング方法も考えられている。この
オートチューニング方法には大別すると次の２つの方法
がある。
【００４０】（１）同定信号を加えて制御対象（モータ
のイナーシャ）を同定し、その結果より制御理論に基づ
いて自動的にゲイン、時定数を決定する方法。
のイナーシャ）を同定し、その結果より制御理論に基づ
いて自動的にゲイン、時定数を決定する方法。
【００４１】（２）ステップ応答における特徴量を用い
てファジイによるオートチューニングを行う方法。
てファジイによるオートチューニングを行う方法。
【００４２】上記（１）の方法は同定用信号を加えるた
めに、出力に外乱としての影響が出る問題がある。
（２）の方法はオーバーシュート量、振幅減衰比、整定
時間比等の特徴量を検出して、ファジイ制御により同定
して行く方法であるが、同定するまでのチューニング回
数が多い問題がある。
めに、出力に外乱としての影響が出る問題がある。
（２）の方法はオーバーシュート量、振幅減衰比、整定
時間比等の特徴量を検出して、ファジイ制御により同定
して行く方法であるが、同定するまでのチューニング回
数が多い問題がある。
【００４３】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、イナーシャ変動量を直接推定できるようにすると
ともにその推定が短時間でできるようにし、また同定信
号を不要として、チューニング回数を低減したモータイ
ナーシャの推定装置および速度制御アンプと負荷トルク
推定オブザーバのオートチューニング方法を提供するこ
とを目的とする。
ので、イナーシャ変動量を直接推定できるようにすると
ともにその推定が短時間でできるようにし、また同定信
号を不要として、チューニング回数を低減したモータイ
ナーシャの推定装置および速度制御アンプと負荷トルク
推定オブザーバのオートチューニング方法を提供するこ
とを目的とする。
【００４４】
【課題を解決するための手段および作用】この発明は上
記の目的を達成するために、第１発明は速度制御アンプ
の出力およびモータ速度を、積分要素、加算部および除
算部からなるモータイナーシャ推定回路で演算した後、
無負荷のモータイナーシャを推定することを特徴とする
ものである。
記の目的を達成するために、第１発明は速度制御アンプ
の出力およびモータ速度を、積分要素、加算部および除
算部からなるモータイナーシャ推定回路で演算した後、
無負荷のモータイナーシャを推定することを特徴とする
ものである。
【００４５】第２発明は前記モータイナーシャ推定回路
に負荷トルク推定値をさらに入力したものである。
に負荷トルク推定値をさらに入力したものである。
【００４６】第３発明はモータイナーシャ推定回路に第
１，第２積分要素と、第１，第２積分要素の出力を加算
した後、モータ速度で割算したものである。
１，第２積分要素と、第１，第２積分要素の出力を加算
した後、モータ速度で割算したものである。
【００４７】第４発明はオブザーバゲインの逆数部の出
力と第１積分要素の出力との偏差出力からモータモデル
速度を得るようにしたものである。
力と第１積分要素の出力との偏差出力からモータモデル
速度を得るようにしたものである。
【００４８】第５発明は速度制御アンプ出力と負荷トル
ク推定値とを加算してトルク指令を得、このトルク指令
と負荷トルクとの偏差をとってモータのモデル機械時定
数からなる積分要素に入力し、その出力にオブザーバ推
定速度を得、この推定速度とモータ速度とを除算したこ
とを特徴とするものである。
ク推定値とを加算してトルク指令を得、このトルク指令
と負荷トルクとの偏差をとってモータのモデル機械時定
数からなる積分要素に入力し、その出力にオブザーバ推
定速度を得、この推定速度とモータ速度とを除算したこ
とを特徴とするものである。
【００４９】第６発明は速度制御アンプ出力が入力され
るモータのモデル機械時定数からなる積分要素と、この
積分要素の出力と負荷トルク推定値が入力されるオブザ
ーバゲインの逆数部の出力との偏差からモータ速度を得
るようにしたものである。
るモータのモデル機械時定数からなる積分要素と、この
積分要素の出力と負荷トルク推定値が入力されるオブザ
ーバゲインの逆数部の出力との偏差からモータ速度を得
るようにしたものである。
【００５０】第７発明は負荷トルク推定値と負荷トルク
の偏差出力をモータのモデル機械時定数からなる積分要
素に入力して、その出力にオブザーバ推定速度を得、こ
の推定速度とモータ速度とを除算したものである。
の偏差出力をモータのモデル機械時定数からなる積分要
素に入力して、その出力にオブザーバ推定速度を得、こ
の推定速度とモータ速度とを除算したものである。
【００５１】第８発明は第７発明に速度制御アンプ出力
が入力されるモータのモデル機械時定数からなる積分要
素と、この積分要素の出力と負荷トルク推定値が入力さ
れるオブザーバゲインの逆数部の出力との偏差から得た
モータ速度を与えたものである。
が入力されるモータのモデル機械時定数からなる積分要
素と、この積分要素の出力と負荷トルク推定値が入力さ
れるオブザーバゲインの逆数部の出力との偏差から得た
モータ速度を与えたものである。
【００５２】第９発明は第７発明にオブザーバゲインの
逆数部を設けたものである。
逆数部を設けたものである。
【００５３】第１０発明は第８発明にオブザーバゲイン
の逆数部を設けたものである。
の逆数部を設けたものである。
【００５４】第１１発明はイナーシャ推定回路の出力で
速度制御アンプおよび負荷トルク推定オブザーバのチュ
ーニングを行うようにしたものである。
速度制御アンプおよび負荷トルク推定オブザーバのチュ
ーニングを行うようにしたものである。
【００５５】第１２発明はイナーシャ推定回路のチュー
ニングも行うようにしたものである。 第１３発明は速
度設定値とモータ速度との偏差を増幅する速度制御アン
プと、この速度制御アンプ出力が供給される電流制御系
と、この電流制御系から出力されるトルク電流をトルク
指令としてモータに印加してモータを制御する速度制御
系において、前記電流制御系の出力が供給される負荷ト
ルク推定オブザーバを設け、この負荷トルク推定オブザ
ーバから得られる負荷トルク推定値を速度変化前データ
をラッチして負荷トルク相当値を得、前記速度制御アン
プ出力と負荷トルク相当値との偏差出力をモータの機械
時定数からなる積分要素に入力し、その出力に得られた
オブザーバ速度推定値とモータ速度とを除算部で除算し
たことを特徴とするものである。
ニングも行うようにしたものである。 第１３発明は速
度設定値とモータ速度との偏差を増幅する速度制御アン
プと、この速度制御アンプ出力が供給される電流制御系
と、この電流制御系から出力されるトルク電流をトルク
指令としてモータに印加してモータを制御する速度制御
系において、前記電流制御系の出力が供給される負荷ト
ルク推定オブザーバを設け、この負荷トルク推定オブザ
ーバから得られる負荷トルク推定値を速度変化前データ
をラッチして負荷トルク相当値を得、前記速度制御アン
プ出力と負荷トルク相当値との偏差出力をモータの機械
時定数からなる積分要素に入力し、その出力に得られた
オブザーバ速度推定値とモータ速度とを除算部で除算し
たことを特徴とするものである。
【００５６】第１４発明は第１３発明に 負荷トルク推
定値と負荷トルク相当値の偏差出力をモータの機械時定
数からなる積分要素に入力し、その出力に得られたオブ
ザーバ速度推定値とモータ速度とを除算部で除算したこ
とを設けたものである。
定値と負荷トルク相当値の偏差出力をモータの機械時定
数からなる積分要素に入力し、その出力に得られたオブ
ザーバ速度推定値とモータ速度とを除算部で除算したこ
とを設けたものである。
【００５７】第１５発明は第１４発明に オブザーバゲ
インの逆数部を積分要素と並列に設けて、その出力を積
分要素の出力に加算したことを設けたものである。
インの逆数部を積分要素と並列に設けて、その出力を積
分要素の出力に加算したことを設けたものである。
【００５８】第１６発明は速度設定値とモータ速度との
偏差を速度制御アンプで増幅したのち、この速度制御ア
ンプ出力を電流制御系に供給し、この電流制御系から出
力されるトルク電流をトルク指令としてモータに印加し
てモータを制御する速度制御方法において、イナーシャ
推定部の出力で速度制御アンプ、負荷トルク推定オブザ
ーバおよびイナーシャ推定部のチューニングを行うよう
にしたことを特徴とするものである。
偏差を速度制御アンプで増幅したのち、この速度制御ア
ンプ出力を電流制御系に供給し、この電流制御系から出
力されるトルク電流をトルク指令としてモータに印加し
てモータを制御する速度制御方法において、イナーシャ
推定部の出力で速度制御アンプ、負荷トルク推定オブザ
ーバおよびイナーシャ推定部のチューニングを行うよう
にしたことを特徴とするものである。
【００５９】
【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
するに、図２１と同一部分は同一符号を付してその説明
を省略する。図１において、２１は詳細を後述するイナ
ーシャ推定部で、このイナーシャ推定部２１には速度制
御アンプ２のアンプ出力ｉA＊、モータ速度（実速度）
ｎMおよび負荷トルク推定オブザーバ８からの負荷トル
ク推定値τL∧が入力される。イナーシャ推定部２１は
これら入力値を積分要素、加算部、除算部で構成される
演算部によりイナーシャ変動量Ｋを直接推定する。
するに、図２１と同一部分は同一符号を付してその説明
を省略する。図１において、２１は詳細を後述するイナ
ーシャ推定部で、このイナーシャ推定部２１には速度制
御アンプ２のアンプ出力ｉA＊、モータ速度（実速度）
ｎMおよび負荷トルク推定オブザーバ８からの負荷トル
ク推定値τL∧が入力される。イナーシャ推定部２１は
これら入力値を積分要素、加算部、除算部で構成される
演算部によりイナーシャ変動量Ｋを直接推定する。
【００６０】次にモータイナーシャ推定部のタイミング
チャートを図２０に示す。図２０では１回の加減速運転
にてイナーシャ推定を行う例を示している。図２０にお
いて、モータイナーシャ誤差がある状態で加減速運転を
行うとすると、時点ａでｎM＊が入力され、モータは回
転を始める。このときτL∧推定も開始され、ＴM＊／Ｌ
１の時定数で推定が完了する。ＴMとＴM＊に誤差がある
ため、τL∧はその誤差分を補償するためτL以上の値と
なる。
チャートを図２０に示す。図２０では１回の加減速運転
にてイナーシャ推定を行う例を示している。図２０にお
いて、モータイナーシャ誤差がある状態で加減速運転を
行うとすると、時点ａでｎM＊が入力され、モータは回
転を始める。このときτL∧推定も開始され、ＴM＊／Ｌ
１の時定数で推定が完了する。ＴMとＴM＊に誤差がある
ため、τL∧はその誤差分を補償するためτL以上の値と
なる。
【００６１】時点ｂになると、加速中はτL′の推定を
停止し、加速完了後の安定したτL∧をτL′として使用
する。
停止し、加速完了後の安定したτL∧をτL′として使用
する。
【００６２】時点ｃになると、ｎM＊＝０となり、減速
を開始する。減速開始にて、τL′は開始前の値をホー
ルドする。
を開始する。減速開始にて、τL′は開始前の値をホー
ルドする。
【００６３】時点ｄになると、イナーシャ推定部よりイ
ナーシャ誤差Ｋ又はＫ−１が出力される。その後、時点
ｅで減速が完了し、イナーシャ推定も完了する。なお、
ノイズ等を考慮するときにはイナーシャ推定完了後のＫ
データを数点平均化処理すればよい。
ナーシャ誤差Ｋ又はＫ−１が出力される。その後、時点
ｅで減速が完了し、イナーシャ推定も完了する。なお、
ノイズ等を考慮するときにはイナーシャ推定完了後のＫ
データを数点平均化処理すればよい。
【００６４】次に、無負荷時の負荷トルクτL＝０での
イナーシャ変動量Ｋの算出法を検討してイナーシャ推定
部２１の具体的な実施例を導く。図２６より次の（１
６）式が得られる。
イナーシャ変動量Ｋの算出法を検討してイナーシャ推定
部２１の具体的な実施例を導く。図２６より次の（１
６）式が得られる。
【００６５】
【数１６】
【００６６】（１６）式よりＫｎMを求めると、次の
（１７）式が得られる。
（１７）式が得られる。
【００６７】
【数１７】
【００６８】（１７）式よりイナーシャ変動量Ｋは次の
（１８）式より得られる。
（１８）式より得られる。
【００６９】
【数１８】
【００７０】（１８）式よりイナーシャ変動量Ｋを求め
る具体的な第１実施例を示すと図２のようになる。図２
において、２２はアンプ出力ｉA＊が入力される第１積
分要素で、この第１積分要素２２はトルク係数のモデル
値とモータのモデル機械時定数との関係を積分するブロ
ックである。第１積分要素２２は上記関係を積分して出
力にモデル速度ｎM＊″を得る。このｎM＊″は偏差部２
３でモータ速度ｎMとの偏差をとって第２積分要素２４
に入力される。第２積分要素２４はオブザーバゲインＬ
１とモデル機械時定数ＴM＊との関係を積分し、その出
力とｎM＊とを加算部２５で加算する。加算により得ら
れたＫ・ｎMの出力は除算部２６でモータ速度ｎMで除し
て、その出力にイナーシャ変動量Ｋを得る。
る具体的な第１実施例を示すと図２のようになる。図２
において、２２はアンプ出力ｉA＊が入力される第１積
分要素で、この第１積分要素２２はトルク係数のモデル
値とモータのモデル機械時定数との関係を積分するブロ
ックである。第１積分要素２２は上記関係を積分して出
力にモデル速度ｎM＊″を得る。このｎM＊″は偏差部２
３でモータ速度ｎMとの偏差をとって第２積分要素２４
に入力される。第２積分要素２４はオブザーバゲインＬ
１とモデル機械時定数ＴM＊との関係を積分し、その出
力とｎM＊とを加算部２５で加算する。加算により得ら
れたＫ・ｎMの出力は除算部２６でモータ速度ｎMで除し
て、その出力にイナーシャ変動量Ｋを得る。
【００７１】上記図２は無負荷時のイナーシャ推定であ
ったが、次に負荷時のイナーシャ推定について述べる。
ここでは、負荷トルクτLがある一定値であると仮定す
る。図２６より、定常状態ではτL／Ｌ１というオフセ
ットを発生するために、アンプ出力ｉA＊はそのオフセ
ット分τL／Ｌ１を打ち消すような指令値となり、ｎ
M＊′はオフセットを加算した値（ｎM＊′＝ｎM＋τL／
Ｌ１）となる。このため、ｎM＊′≠ｎMとなり、前記図
２のイナーシャ推定法が使用できなくなる。
ったが、次に負荷時のイナーシャ推定について述べる。
ここでは、負荷トルクτLがある一定値であると仮定す
る。図２６より、定常状態ではτL／Ｌ１というオフセ
ットを発生するために、アンプ出力ｉA＊はそのオフセ
ット分τL／Ｌ１を打ち消すような指令値となり、ｎ
M＊′はオフセットを加算した値（ｎM＊′＝ｎM＋τL／
Ｌ１）となる。このため、ｎM＊′≠ｎMとなり、前記図
２のイナーシャ推定法が使用できなくなる。
【００７２】負荷トルクτLを実測することはできない
が、負荷トルク推定オブザーバで負荷トルク推定値τL
∧を推定しているため、次にτL∧を用いる方法を考え
る。いま、負荷トルクτLが一定値であれば、加速，運
転を一度実行すれば、負荷トルク推定値τL∧の推定が
完了する。このτL∧をラッチし、τL∧／Ｌ１をオフセ
ット値として使用すれば、負荷時のイナーシャ推定が可
能となる。その具体的な第２実施例を図３に示す。図２
と同一部分は同一符号を付して示す。図３において、２
７は負荷トルク推定値τL∧の推定後にラッチするスイ
ッチで、このスイッチ２７がラッチすると、その出力τ
L′∧がオブザーバゲインＬ１の逆数部２８に入力され
る。この逆数部２８の出力は第１積分要素２２の出力と
偏差部２９で偏差がとられて、その出力が偏差部２３と
加算部２５に与えられる。なお、前記τL′∧は加速運
転後の推定完了したτL∧のラッチデータである。
が、負荷トルク推定オブザーバで負荷トルク推定値τL
∧を推定しているため、次にτL∧を用いる方法を考え
る。いま、負荷トルクτLが一定値であれば、加速，運
転を一度実行すれば、負荷トルク推定値τL∧の推定が
完了する。このτL∧をラッチし、τL∧／Ｌ１をオフセ
ット値として使用すれば、負荷時のイナーシャ推定が可
能となる。その具体的な第２実施例を図３に示す。図２
と同一部分は同一符号を付して示す。図３において、２
７は負荷トルク推定値τL∧の推定後にラッチするスイ
ッチで、このスイッチ２７がラッチすると、その出力τ
L′∧がオブザーバゲインＬ１の逆数部２８に入力され
る。この逆数部２８の出力は第１積分要素２２の出力と
偏差部２９で偏差がとられて、その出力が偏差部２３と
加算部２５に与えられる。なお、前記τL′∧は加速運
転後の推定完了したτL∧のラッチデータである。
【００７３】次に上記図３の実施例の詳細な動作説明を
図４のタイミングチャートを用いて述べる。なお、
τL′∧とＫ算出には１／ｎMの除算を含むために、ｎM
＝０を考慮した方法を検討する必要がある。図４のタイ
ミングチャートは加減速を数回繰り返してイナーシャ推
定を行う方法を例にとって述べる。図４において、速度
設定が時点ａ〜ｃ、ｄ〜ｆ、ｇ〜ｉの間にある設定値ｎ
M＊が入力されるとする。このとき、負荷トルクτLはあ
る一定値が印加されているとする。モータ機械時定数
（モータイナーシャ）ＴMは例えばＴM＊，２・ＴM＊、
４・ＴM＊と変化すると言える。
図４のタイミングチャートを用いて述べる。なお、
τL′∧とＫ算出には１／ｎMの除算を含むために、ｎM
＝０を考慮した方法を検討する必要がある。図４のタイ
ミングチャートは加減速を数回繰り返してイナーシャ推
定を行う方法を例にとって述べる。図４において、速度
設定が時点ａ〜ｃ、ｄ〜ｆ、ｇ〜ｉの間にある設定値ｎ
M＊が入力されるとする。このとき、負荷トルクτLはあ
る一定値が印加されているとする。モータ機械時定数
（モータイナーシャ）ＴMは例えばＴM＊，２・ＴM＊、
４・ＴM＊と変化すると言える。
【００７４】時点ａのとき、ｎM＊が入力される。ＴM＝
ＴM＊のため、良好な速度制御が実行されて、ｎMのオー
バーシュートは小さい。このとき、負荷トルクオブザー
バが動作し、τL∧推定を開始する。
ＴM＊のため、良好な速度制御が実行されて、ｎMのオー
バーシュートは小さい。このとき、負荷トルクオブザー
バが動作し、τL∧推定を開始する。
【００７５】時点ｂのとき、時点ａ〜ｃの中間点のｎM
安定状態でのτL∧をラッチし、相当値τL′∧をホール
ドする。
安定状態でのτL∧をラッチし、相当値τL′∧をホール
ドする。
【００７６】時点ｃのとき、ｎM＊がＯＦＦし、ｎMは減
速停止する。
速停止する。
【００７７】時点ｄのとき、２回目のｎM＊が入力され
る。ＴM＝２・ＴM＊のため、速度制御アンプの調整が最
適状態からずれるために、ｎMのオーバーシュートが大
きくなる。また、イナーシャ誤差を補償するために、オ
ブザーバ出力τL∧が変化する。時点ｂでホールドした
τL′∧を用いて、図３のＫ・ｎMを求める演算を開始す
る。
る。ＴM＝２・ＴM＊のため、速度制御アンプの調整が最
適状態からずれるために、ｎMのオーバーシュートが大
きくなる。また、イナーシャ誤差を補償するために、オ
ブザーバ出力τL∧が変化する。時点ｂでホールドした
τL′∧を用いて、図３のＫ・ｎMを求める演算を開始す
る。
【００７８】時点ｅのとき、ｎM＝０の時は、Ｋ演算に
除算を含むために、オーバーフローが発生する。これを
除去するために、ｎMがある値以上となる時点ｅにてＫ
演算を開始する。
除算を含むために、オーバーフローが発生する。これを
除去するために、ｎMがある値以上となる時点ｅにてＫ
演算を開始する。
【００７９】時点ｆのとき、ｎM＊がＯＦＦし、ｎMは減
速停止する。このとき、ｎM＝０となることを考慮し
て、Ｋ演算を中止する。ただし、Ｋデータはそれまでの
値をホールドしておく。
速停止する。このとき、ｎM＝０となることを考慮し
て、Ｋ演算を中止する。ただし、Ｋデータはそれまでの
値をホールドしておく。
【００８０】時点ｇのとき、３回目のｎM＊が入力され
る。ＴM＝４・ＴM＊のため、ｎMのオーバーシュートは
さらに激しくなる。ＫｎM演算を実行する。
る。ＴM＝４・ＴM＊のため、ｎMのオーバーシュートは
さらに激しくなる。ＫｎM演算を実行する。
【００８１】時点ｈのとき、ｎMがある値以上になる
と、時点ｈにてＫ演算する。
と、時点ｈにてＫ演算する。
【００８２】時点ｉにおいて、ｎM＊がＯＦＦする、前
記時点ｆと同一の動作となる。
記時点ｆと同一の動作となる。
【００８３】上記図４のタイミングチャートは運転停止
の繰り返しによる方法であるが、ある一定回転数におけ
る加減速運転でも同様のイナーシャ推定が可能である。
図５に上記図４の条件におけるイナーシャ推定のシミュ
レーション結果を示す。シミュレーション条件として
は、ＩＭ２２ＫＷ、ＧＤ2３〔Ｋｇｍ2〕、定格トルク１
８.２〔Ｋｇ・ｍ〕、定格回転数１１８０〔ｒｐｍ〕、
速度制御アンプωｃ＝２０〔ｒａｄ／ｓ〕に調整（アン
プＰゲインのみ）、速度設定２.５％、負荷トルク５％
に設定した。
の繰り返しによる方法であるが、ある一定回転数におけ
る加減速運転でも同様のイナーシャ推定が可能である。
図５に上記図４の条件におけるイナーシャ推定のシミュ
レーション結果を示す。シミュレーション条件として
は、ＩＭ２２ＫＷ、ＧＤ2３〔Ｋｇｍ2〕、定格トルク１
８.２〔Ｋｇ・ｍ〕、定格回転数１１８０〔ｒｐｍ〕、
速度制御アンプωｃ＝２０〔ｒａｄ／ｓ〕に調整（アン
プＰゲインのみ）、速度設定２.５％、負荷トルク５％
に設定した。
【００８４】次に具体的な第３実施例について述べる。
前記（１０）式〜（１３）式より図６の実施例が得られ
る。なお、簡単のため、電流制御系を無視し、トルク係
数Ｋτ＝Ｋτ＊＝１とする。図６において、３１はｉA
＊とτL∧とを加算して出力にトルク指令τMを得る加算
部で、加算部３１の出力τMは偏差部３２のプラス端に
与えられる。偏差部３２のマイナス端には速度変化前デ
ータをラッチするスイッチ３３Ｓを介して負荷トルク相
当値τL′が与えられる。偏差部３２の偏差出力はモデ
ル機械時定数ＴM＊の積分要素３３に入力され、出力に
オブザーバ速度推定値ｎM1∧を得る。この推定値は除算
部３４でｎMで除算されて出力にイナーシャ変動量Ｋを
得る。
前記（１０）式〜（１３）式より図６の実施例が得られ
る。なお、簡単のため、電流制御系を無視し、トルク係
数Ｋτ＝Ｋτ＊＝１とする。図６において、３１はｉA
＊とτL∧とを加算して出力にトルク指令τMを得る加算
部で、加算部３１の出力τMは偏差部３２のプラス端に
与えられる。偏差部３２のマイナス端には速度変化前デ
ータをラッチするスイッチ３３Ｓを介して負荷トルク相
当値τL′が与えられる。偏差部３２の偏差出力はモデ
ル機械時定数ＴM＊の積分要素３３に入力され、出力に
オブザーバ速度推定値ｎM1∧を得る。この推定値は除算
部３４でｎMで除算されて出力にイナーシャ変動量Ｋを
得る。
【００８５】前記（２）式の関係よりｎMは次の（１
９）式のようになる。
９）式のようになる。
【００８６】
【数１９】
【００８７】（１９）式を用いると、第３実施例は次の
図７に示す第４実施例のように変形できる。図７は図６
に、積分要素３５、オブザーバゲインの逆数部３６およ
び偏差部３７を追加したもので、偏差部３７の偏差出力
にｎMを得るものである。
図７に示す第４実施例のように変形できる。図７は図６
に、積分要素３５、オブザーバゲインの逆数部３６およ
び偏差部３７を追加したもので、偏差部３７の偏差出力
にｎMを得るものである。
【００８８】図７において、オブザーバゲインＬ１を十
分大きな値と考えると、Ｔｘ＊＝ＴM＊／Ｌ１≒０と近
似できる。そこで、（１５）式の一次遅れ部を無視する
と、イナーシャ変動量Ｋは次の（２０）式より求められ
る。
分大きな値と考えると、Ｔｘ＊＝ＴM＊／Ｌ１≒０と近
似できる。そこで、（１５）式の一次遅れ部を無視する
と、イナーシャ変動量Ｋは次の（２０）式より求められ
る。
【００８９】
【数２０】
【００９０】（２０）式よりイナーシャ推定部の第５実
施例が図８に示すように得られる。図８において、４１
は負荷トルク推定値τL∧と速度変化前データをラッチ
するスイッチ４２により得られた負荷トルク相当値（ラ
ッチデータ）τL′との偏差をとる偏差部で、この偏差
部４１の出力は積分要素４２に入力される。積分要素４
２からはオブザーバ速度推定値ｎM3∧を得る。この推定
値とｎMとを除算部４３で除算して出力にイナーシャ変
動量Ｋ−１を得る。
施例が図８に示すように得られる。図８において、４１
は負荷トルク推定値τL∧と速度変化前データをラッチ
するスイッチ４２により得られた負荷トルク相当値（ラ
ッチデータ）τL′との偏差をとる偏差部で、この偏差
部４１の出力は積分要素４２に入力される。積分要素４
２からはオブザーバ速度推定値ｎM3∧を得る。この推定
値とｎMとを除算部４３で除算して出力にイナーシャ変
動量Ｋ−１を得る。
【００９１】上記第５実施例において、負荷トルクτL
が一定の状態なら、負荷トルク推定値τL∧と速度変化
前のτL（ラッチデータτL′）の偏差をモデル時定数Ｔ
M＊で積分し、実速度ｎMで除算することにより、イナー
シャ誤差（Ｋ−１）が求まる。また、第４実施例でｎM
を検出すれば、図９に示す第６実施例のようなイナーシ
ャ推定部が得られる。この第６実施例は第５実施例に積
分要素４４、オブザーバゲインの逆数部４５および偏差
部４６を追加したものである。
が一定の状態なら、負荷トルク推定値τL∧と速度変化
前のτL（ラッチデータτL′）の偏差をモデル時定数Ｔ
M＊で積分し、実速度ｎMで除算することにより、イナー
シャ誤差（Ｋ−１）が求まる。また、第４実施例でｎM
を検出すれば、図９に示す第６実施例のようなイナーシ
ャ推定部が得られる。この第６実施例は第５実施例に積
分要素４４、オブザーバゲインの逆数部４５および偏差
部４６を追加したものである。
【００９２】次に図６〜図９に示す負荷トルク相当値τ
L′の検出法について検討して見る。（１５）式より明
らかなようにイナーシャ誤差がある状態で加減速運転を
行うと、負荷トルクオブザーバにより推定したトルク推
定値τL∧には、イナーシャ誤差を相殺する補償トルク
分が含まれる。そのため、加減速運転中は、τL∧の安
定データをτL′にホールドしておく必要がある。
L′の検出法について検討して見る。（１５）式より明
らかなようにイナーシャ誤差がある状態で加減速運転を
行うと、負荷トルクオブザーバにより推定したトルク推
定値τL∧には、イナーシャ誤差を相殺する補償トルク
分が含まれる。そのため、加減速運転中は、τL∧の安
定データをτL′にホールドしておく必要がある。
【００９３】加減速中は速度アンプ出力ｉA＊として、
モデルＴM＊を加減速させるトルク指令が出力される。
そのため、このｉA＊がある値以上にて加減速中と判断
するとよい。ｉA＊のオーバーシュート、アンダーシュ
ートを考慮して、ｉA＊の絶対値をとり、フィルタを通
して平滑化する。｜ｉA｜と｜ｉA｜Fのオアをとってコ
ンパレータで加減速中の検出を行う。このようにした検
出回路を図１０に示す。そして、この図１０のタイミン
グチャートを図１１に示す。図１０，図１１により、得
られた加減速中信号により、τL∧をホールドすること
により、安定したτL′を検出することができる。
モデルＴM＊を加減速させるトルク指令が出力される。
そのため、このｉA＊がある値以上にて加減速中と判断
するとよい。ｉA＊のオーバーシュート、アンダーシュ
ートを考慮して、ｉA＊の絶対値をとり、フィルタを通
して平滑化する。｜ｉA｜と｜ｉA｜Fのオアをとってコ
ンパレータで加減速中の検出を行う。このようにした検
出回路を図１０に示す。そして、この図１０のタイミン
グチャートを図１１に示す。図１０，図１１により、得
られた加減速中信号により、τL∧をホールドすること
により、安定したτL′を検出することができる。
【００９４】図６と図８に示した第３と第５実施例のモ
ータイナーシャ推定部におけるｎM1∧とｎM3∧は加減速
開始点における実速度ｎMSからの速度偏差を出力する。
そのため、Ｋを求めるときに単純にｎMで除算すること
ができない。そこで、ｎMとしては加減速開始点におけ
る初期値ｎMSを引いた値を用いる必要がある。また、ｎ
M＝０の時には除算がオーバーフローするため、除算の
演算はｎM′がある値以上で実行する。図１２にｎM′検
出回路を示す。図１２において、５１は偏差部、５２は
加減速開始時データをホールドするスイッチ、５３は除
算部である。なお、第４実施例と第６実施例のものは加
減速時の速度偏差のみを検出するので、加減速開始点に
てｎM2∧とｎMあるいはｎM∧とｎMをクリアしておけば
よい。
ータイナーシャ推定部におけるｎM1∧とｎM3∧は加減速
開始点における実速度ｎMSからの速度偏差を出力する。
そのため、Ｋを求めるときに単純にｎMで除算すること
ができない。そこで、ｎMとしては加減速開始点におけ
る初期値ｎMSを引いた値を用いる必要がある。また、ｎ
M＝０の時には除算がオーバーフローするため、除算の
演算はｎM′がある値以上で実行する。図１２にｎM′検
出回路を示す。図１２において、５１は偏差部、５２は
加減速開始時データをホールドするスイッチ、５３は除
算部である。なお、第４実施例と第６実施例のものは加
減速時の速度偏差のみを検出するので、加減速開始点に
てｎM2∧とｎMあるいはｎM∧とｎMをクリアしておけば
よい。
【００９５】図１３，図１４は第３実施例のシミュレー
ションの特性図、図１５，図１６は第５実施例のシミュ
レーションの特性図である。
ションの特性図、図１５，図１６は第５実施例のシミュ
レーションの特性図である。
【００９６】次に第７および第８実施例について述べ
る。負荷トルクτLが一定の状態で、また、すでにτL∧
推定が完了していると仮定すると、（１５）式のτLに
かかる一次遅れ要素を無視することができる。このと
き、（１５）式よりイナーシャ誤差（Ｋ−１）は次のよ
うに（２１）式により求められる。
る。負荷トルクτLが一定の状態で、また、すでにτL∧
推定が完了していると仮定すると、（１５）式のτLに
かかる一次遅れ要素を無視することができる。このと
き、（１５）式よりイナーシャ誤差（Ｋ−１）は次のよ
うに（２１）式により求められる。
【００９７】
【数２１】
【００９８】ここで、τLをτL′に置換すると、次の
（２２）式になる。
（２２）式になる。
【００９９】
【数２２】
【０１００】（２２）式より第７実施例のモータイナー
シャ推定部は前記第５実施例の図８にオブザーバゲイン
の逆数部４７と加算部４８を追加した図１７であり、ま
た、第８実施例のモータイナーシャ推定部は前記第６実
施例の図９にオブザーバゲインの逆数部４７と加算部４
８を追加した図１８である。
シャ推定部は前記第５実施例の図８にオブザーバゲイン
の逆数部４７と加算部４８を追加した図１７であり、ま
た、第８実施例のモータイナーシャ推定部は前記第６実
施例の図９にオブザーバゲインの逆数部４７と加算部４
８を追加した図１８である。
【０１０１】上記のように構成することにより、イナー
シャ誤差（Ｋ−１）の推定時間の高速化を図ることがで
きる。
シャ誤差（Ｋ−１）の推定時間の高速化を図ることがで
きる。
【０１０２】次に図１に示したイナーシャ推定部のイナ
ーシャ変動量Ｋを速度制御アンプ２と負荷トルク推定オ
ブザーバ８に与えて、モータ速度制御系のオートチュー
ニング方法について、図１９により述べる。
ーシャ変動量Ｋを速度制御アンプ２と負荷トルク推定オ
ブザーバ８に与えて、モータ速度制御系のオートチュー
ニング方法について、図１９により述べる。
【０１０３】モータイナーシャ変動量Ｋが推定できる
と、実機モータの機械時定数ＴMは次の（２３）式で求
められる。
と、実機モータの機械時定数ＴMは次の（２３）式で求
められる。
【０１０４】ＴM＝Ｋ・ＴM＊………（２３） （２３）式より求められるＴMを用いて、速度制御アン
プゲインとオブザーバのモデル機械時定数を調整するこ
とにより、速度制御系のオートチューニングが可能とな
る。次にその方法を述べる。
プゲインとオブザーバのモデル機械時定数を調整するこ
とにより、速度制御系のオートチューニングが可能とな
る。次にその方法を述べる。
【０１０５】（１）速度制御アンプの調整法 速度制御系を一次遅れ系に近似したときの速度アンプ調
整法は次のように行われている。
整法は次のように行われている。
【０１０６】（イ）ゲインＫｐ、 Ｋｐ＝ＴM・ωｃ………（２４） ωｃは速度制御系に要求される応答周波数でボード線図
での折点角周波数である。
での折点角周波数である。
【０１０７】（ロ）積分時定数ＴI、 ＴI＝４〜５／ωｃ………（２５） 係数４〜５はオーバーシュート量を小さくしたいとき
は、もっと大きな値に調整する。
は、もっと大きな値に調整する。
【０１０８】前記（２３）式よりモータ機械時定数が推
定できるので、（２３）式を（２４）式に代入すること
により、速度制御アンプのゲインＫｐを決定することが
できる。これにより、モータイナーシャが変動しても、
速度制御系の応答を要求される応答周波数に調整するこ
とが可能となる。
定できるので、（２３）式を（２４）式に代入すること
により、速度制御アンプのゲインＫｐを決定することが
できる。これにより、モータイナーシャが変動しても、
速度制御系の応答を要求される応答周波数に調整するこ
とが可能となる。
【０１０９】ただし、負荷トルク推定オブザーバにより
外乱抑制を行うと、オブザーバにより等価的に速度制御
アンプに直列にＰＩ要素が現れるので、速度制御アンプ
をゲインＫｐのみの構成としてもよい。このときは、速
度応答のオーバーシュートを小さくすることが可能とな
る。
外乱抑制を行うと、オブザーバにより等価的に速度制御
アンプに直列にＰＩ要素が現れるので、速度制御アンプ
をゲインＫｐのみの構成としてもよい。このときは、速
度応答のオーバーシュートを小さくすることが可能とな
る。
【０１１０】（２）負荷トルク推定オブザーバの調整法 （２３）式より求めたＴMにモデル機械時定数ＴM＊を置
換すればよい。つまり、ＴM＊をＫ倍することにより、
オブザーバ部のモデル機械時定数のチューニングを行う
ことができる。
換すればよい。つまり、ＴM＊をＫ倍することにより、
オブザーバ部のモデル機械時定数のチューニングを行う
ことができる。
【０１１１】（３）イナーシャ推定部の調整法 イナーシャ推定部にもモデル機械時定数ＴM＊を使用し
ているので、（２３）式より求めたＴMに置換すること
によりチューニングを行うことができる。
ているので、（２３）式より求めたＴMに置換すること
によりチューニングを行うことができる。
【０１１２】（４）図１９には図示しないが、イナーシ
ャ変動量Ｋにはフィルタを挿入して、Ｋを滑らかに変化
させる。これにより運転中のチューニングをスムーズに
行うことが可能となる。
ャ変動量Ｋにはフィルタを挿入して、Ｋを滑らかに変化
させる。これにより運転中のチューニングをスムーズに
行うことが可能となる。
【０１１３】次に、第９実施例について述べる。図１に
示した第１実施例では、負荷トルク推定オブザーバの負
荷トルク推定値ｉT∧を速度制御アンプ出力ｉA＊と加算
して、最終的にトルク電流指令ｉT＊を出力している。
この手段は外乱抑制効果やイナーシャ変動のロバスト性
等の効果を有するが、イナーシャ推定だけに限定すれ
ば、トルク推定値を速度制御アンプ出力に加算する必要
はない。そこで、従来の速度制御系に負荷トルク推定オ
ブザーバをイナーシャ推定のためのみ付加したものが、
第９実施例である。第９実施例を図２７により述べる。
図２７において、加算部３を省いて速度制御アンプ出力
をトルク電流指令ｉT＊として電流制御系４に入力す
る。
示した第１実施例では、負荷トルク推定オブザーバの負
荷トルク推定値ｉT∧を速度制御アンプ出力ｉA＊と加算
して、最終的にトルク電流指令ｉT＊を出力している。
この手段は外乱抑制効果やイナーシャ変動のロバスト性
等の効果を有するが、イナーシャ推定だけに限定すれ
ば、トルク推定値を速度制御アンプ出力に加算する必要
はない。そこで、従来の速度制御系に負荷トルク推定オ
ブザーバをイナーシャ推定のためのみ付加したものが、
第９実施例である。第９実施例を図２７により述べる。
図２７において、加算部３を省いて速度制御アンプ出力
をトルク電流指令ｉT＊として電流制御系４に入力す
る。
【０１１４】図２８はオートチューニグの他の実施例を
示すもので、この図２８においても加算部３を省いて速
度制御アンプ出力をトルク電流指令ｉT＊として電流制
御系４に入力する。図２７および図２８の方式では、速
度制御アンプ出力ｉA＊は加減速時の加減速トルク補償
を行い、かつ負荷トルクτLの補償も兼ねることにな
る。そのため、負荷トルクτLが印加されている場合、
速度制御アンプ出力ｉT＊にベース分として負荷トルク
τL分が出力されることになる。このため、図１０に示
すような速度制御アンプ出力ｉA＊を使用した加減速検
出が不可能となる。（特に、図２１に示す負荷トルク推
定値τL∧が負荷トルクτLを補償するために、加減速中
以外は速度制御アンプ出力ｉA＊はほぼ零となる。）そ
こで、図２７、図２８に示した速度制御系を構成すると
きは、一例として図２９Ａに示すように加減速中の検出
回路に変更する必要がある。図２９Ａにおいて、６０は
変化率検出回路で、この回路６０にはモータ速度ｎMと
変化率設定値とが入力され、出力には加減速中の信号が
送出される。また、図２９Ｂはモータ速度ｎMと加減速
中検出信号との関係を示すタイムチャートである。な
お、図３０はイナーシャ推定回路を変形した第１０実施
例を示すものである。このイナーシャ推定回路としては
図８、図１３の場合も考えられる
示すもので、この図２８においても加算部３を省いて速
度制御アンプ出力をトルク電流指令ｉT＊として電流制
御系４に入力する。図２７および図２８の方式では、速
度制御アンプ出力ｉA＊は加減速時の加減速トルク補償
を行い、かつ負荷トルクτLの補償も兼ねることにな
る。そのため、負荷トルクτLが印加されている場合、
速度制御アンプ出力ｉT＊にベース分として負荷トルク
τL分が出力されることになる。このため、図１０に示
すような速度制御アンプ出力ｉA＊を使用した加減速検
出が不可能となる。（特に、図２１に示す負荷トルク推
定値τL∧が負荷トルクτLを補償するために、加減速中
以外は速度制御アンプ出力ｉA＊はほぼ零となる。）そ
こで、図２７、図２８に示した速度制御系を構成すると
きは、一例として図２９Ａに示すように加減速中の検出
回路に変更する必要がある。図２９Ａにおいて、６０は
変化率検出回路で、この回路６０にはモータ速度ｎMと
変化率設定値とが入力され、出力には加減速中の信号が
送出される。また、図２９Ｂはモータ速度ｎMと加減速
中検出信号との関係を示すタイムチャートである。な
お、図３０はイナーシャ推定回路を変形した第１０実施
例を示すものである。このイナーシャ推定回路としては
図８、図１３の場合も考えられる
【０１１５】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
速度制御アンプ出力、負荷トルク推定値および実速度を
入力してイナーシャ変動量を直接推定することができる
ようになるとともに、イナーシャ推定を短時間に行うこ
とができる。また、イナーシャ変動量を推定することに
より、速度制御アンプと負荷トルク推定オブザーバのオ
ートチューニングを少ない回数で行うことができる利点
がある。
速度制御アンプ出力、負荷トルク推定値および実速度を
入力してイナーシャ変動量を直接推定することができる
ようになるとともに、イナーシャ推定を短時間に行うこ
とができる。また、イナーシャ変動量を推定することに
より、速度制御アンプと負荷トルク推定オブザーバのオ
ートチューニングを少ない回数で行うことができる利点
がある。
【図１】この発明の実施例を示すブロック図。
【図２】この発明の具体的な第１実施例を示すブロック
図。
図。
【図３】この発明の具体的な第２実施例を示すブロック
図。
図。
【図４】図３の動作説明のタイミングチャート。
【図５】イナーシャ推定のシミュレーション結果を示す
特性図。
特性図。
【図６】この発明の具体的な第３実施例を示すブロック
図。
図。
【図７】この発明の具体的な第４実施例を示すブロック
図。
図。
【図８】この発明の具体的な第５実施例を示すブロック
図。
図。
【図９】この発明の具体的な第６実施例を示すブロック
図。
図。
【図１０】加減速中の検出回路図。
【図１１】図１０のタイミングチャート。
【図１２】ｎM′検出回路図。
【図１３】第３実施例のシミュレーションの特性図。
【図１４】第３実施例のシミュレーションの特性図。
【図１５】第５実施例のシミュレーションの特性図。
【図１６】第５実施例のシミュレーションの特性図。
【図１７】この発明の具体的な第７実施例を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図１８】この発明の具体的な第８実施例を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図１９】この発明のオートチューニングの実施例を示
すブロック図。
すブロック図。
【図２０】図１の動作を述べるタイミングチャート。
【図２１】従来例の速度制御系を示すブロック図。
【図２２】アンプ出力、負荷トルクからモータ速度まで
のブロック図。
のブロック図。
【図２３】モータ部のブロック図。
【図２４】モデルのブロック図。
【図２５】オブザーバ部の変形例を示すブロック図。
【図２６】図２２の変形例を示すブロック図。
【図２７】第９実施例を示すブロック図。
【図２８】オートチューニングの他の実施例を示すブロ
ック図。
ック図。
【図２９】Ａは加減速中の検出回路のブロック図、Ｂは
タイムチャート。
タイムチャート。
【図３０】第１０実施例を示すブロック図。
２…速度制御アンプ ４…電流制御系 ７…モータ ８…負荷トルク推定オブザーバ ２１…イナーシャ推定部 ｎM＊…速度設定 ｎM…モータ速度 ｉA＊…速度アンプ出力 ｉT＊…トルク電流指令 ｉT…トルク電流 τM…トルク指令 τL…負荷トルク ｎM∧…オブザーバ速度推定値 τL∧…負荷トルク推定値 ｉT∧…トルク電流推定値 Ｋτ…トルク係数 Ｋτ＊…トルク係数のモデル値 ＴM…モータ機械時定数 ＴM＊…モータのモデル機械時定数 Ｌ１…オブザーバゲイン
Claims (16)
- 【請求項１】 速度設定値とモータ速度との偏差を増幅
する速度制御アンプと、この速度制御アンプの出力と負
荷トルク推定オブザーバにより得られたトルク電流推定
値とを加算する加算部と、この加算部の加算出力が供給
される電流制御系と、この電流制御系から出力されるト
ルク電流をトルク指令としてモータに印加してモータを
制御する速度制御系において、 前記速度制御アンプの出力およびモータ速度を、積分要
素、加算部および除算部からなるモータイナーシャ推定
部に入力して演算し、無負荷のモータイナーシャを推定
することを特徴とするモータイナーシャ推定装置。 - 【請求項２】 前記負荷トルク推定オブザーバから得ら
れた負荷トルク推定値を前記モータイナーシャ推定部に
入力して演算し、負荷時のモータイナーシャを推定する
ようにした請求項１記載のモータイナーシャ推定装置。 - 【請求項３】 前記モータイナーシャ推定部は速度制御
アンプの出力が入力されるトルク係数とモータモデル機
械時定数との関係を有する第１積分要素と、この第１積
分要素の出力に得られるモータモデル速度とモータ速度
との偏差出力が供給され、オブザーバゲインとモデル機
械時定数との関係を有する第２積分要素と、この第２積
分要素と第１積分要素とを加算し、その加算値をモータ
速度で除算する除算部とを設けたことを特徴とする請求
項１記載のモータイナーシャ推定装置。 - 【請求項４】 負荷トルク推定値が供給されるオブザー
バゲインの逆数部と、この逆数部の出力と前記第１積分
要素の出力との偏差から速度設定値を得るようにした請
求項３記載のモータイナーシャ推定装置。 - 【請求項５】 速度制御アンプ出力と負荷トルク推定値
とを加算してトルク指令を得、このトルク指令と負荷ト
ルクとの偏差をとって、モータのモデル機械時定数から
なる積分要素に入力し、その出力にオブザーバ推定速度
を得、この推定速度とモータ速度とを除算部で除算した
ことを特徴とする請求項１記載のモータイナーシャ推定
装置。 - 【請求項６】 速度制御アンプ出力が入力されるモータ
のモデル機械時定数からなる積分要素と、この積分要素
の出力と負荷トルク推定値が入力されるオブザーバゲイ
ンの逆数部の出力との偏差からモータ速度を得てなるこ
とを特徴とする請求項５に記載のモータイナーシャ推定
装置。 - 【請求項７】 負荷トルク推定値と負荷トルク相当値の
偏差出力をモータの機械時定数からなる積分要素に入力
し、その出力に得られたオブザーバ速度推定値とモータ
速度とを除算部で除算したことを特徴とする請求項１記
載のモータイナーシャ推定装置。 - 【請求項８】 負荷トルク推定値と負荷トルク相当値の
偏差出力をモータの機械時定数からなる積分要素に入力
し、その出力にオブザーバ速度推定値を得、速度制御ア
ンプ出力が入力されるモータのモデル機械時定数からな
る積分要素と、この積分要素の出力と負荷トルク推定値
が入力されるオブザーバゲインの逆数部の出力との偏差
からモータ速度を得、前記オブザーバ速度推定値とモー
タ速度とを除算部で除算したことを特徴とする請求項１
記載のモータイナーシャ推定装置。 - 【請求項９】 オブザーバゲインの逆数部を積分要素と
並列に設けてその出力を積分要素の出力に加算したこと
を特徴とする請求項７に記載のモータイナーシャ推定装
置。 - 【請求項１０】 オブザーバゲインの逆数部をオブザー
バ速度推定値を得る積分要素と並列に設けてその出力を
その積分要素に加算したことを特徴とする請求項８に記
載のモータイナーシャ推定装置。 - 【請求項１１】 イナーシャ推定部の出力で速度制御ア
ンプおよび負荷トルク推定オブザーバのチューニングを
行うようにした請求項１記載のオートチューニング方
法。 - 【請求項１２】 イナーシャ推定部の出力で速度制御ア
ンプ、負荷トルク推定オブザーバおよびイナーシャ推定
部のチューニングを行うようにした請求項１記載のオー
トチューニング方法。 - 【請求項１３】 速度設定値とモータ速度との偏差を増
幅する速度制御アンプと、この速度制御アンプ出力が供
給される電流制御系と、この電流制御系から出力される
トルク電流をトルク指令としてモータに印加してモータ
を制御する速度制御系において、前記電流制御系の出力
が供給される負荷トルク推定オブザーバを設け、この負
荷トルク推定オブザーバから得られる負荷トルク推定値
を速度変化前データをラッチして負荷トルク相当値を
得、前記速度制御アンプ出力と負荷トルク相当値との偏
差出力をモータの機械時定数からなる積分要素に入力
し、その出力に得られたオブザーバ速度推定値とモータ
速度とを除算部で除算したことを特徴とするモータイナ
ーシャ推定装置。 - 【請求項１４】 負荷トルク推定値と負荷トルク相当値
の偏差出力をモータの機械時定数からなる積分要素に入
力し、その出力に得られたオブザーバ速度推定値とモー
タ速度とを除算部で除算したことを特徴とする請求項１
３記載のモータイナーシャ推定装置。 - 【請求項１５】 オブザーバゲインの逆数部を積分要素
と並列に設けて、その出力を積分要素の出力に加算した
ことを特徴とする請求項１４記載のモータイナーシャ推
定装置。 - 【請求項１６】 速度設定値とモータ速度との偏差を速
度制御アンプで増幅したのち、この速度制御アンプ出力
を電流制御系に供給し、この電流制御系から出力される
トルク電流をトルク指令としてモータに印加してモータ
を制御する速度制御方法において、イナーシャ推定部の
出力で速度制御アンプ、負荷トルク推定オブザーバおよ
びイナーシャ推定部のチューニングを行うようにしたこ
とを特徴とするオートチューニング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4284096A JPH0678579A (ja) | 1992-06-26 | 1992-10-22 | モータイナーシャ推定装置およびオートチューニング方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16812692 | 1992-06-26 | ||
| JP4-168126 | 1992-06-26 | ||
| JP4284096A JPH0678579A (ja) | 1992-06-26 | 1992-10-22 | モータイナーシャ推定装置およびオートチューニング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0678579A true JPH0678579A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=26491955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4284096A Pending JPH0678579A (ja) | 1992-06-26 | 1992-10-22 | モータイナーシャ推定装置およびオートチューニング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0678579A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998028837A1 (fr) * | 1996-12-20 | 1998-07-02 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Regulateur de moteur |
| WO2002049201A1 (fr) * | 2000-12-14 | 2002-06-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dispositif d'evaluation des constantes d'une machine |
| JP2008148402A (ja) * | 2006-12-07 | 2008-06-26 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 電力変換装置 |
| CN103580574A (zh) * | 2012-07-25 | 2014-02-12 | 东芝施耐德变换器公司 | 电动机控制装置 |
-
1992
- 1992-10-22 JP JP4284096A patent/JPH0678579A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998028837A1 (fr) * | 1996-12-20 | 1998-07-02 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Regulateur de moteur |
| US6157156A (en) * | 1996-12-20 | 2000-12-05 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Motor controller |
| WO2002049201A1 (fr) * | 2000-12-14 | 2002-06-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dispositif d'evaluation des constantes d'une machine |
| GB2376303A (en) * | 2000-12-14 | 2002-12-11 | Mitsubishi Electric Corp | Machine constant estimation device |
| GB2376303B (en) * | 2000-12-14 | 2004-07-14 | Mitsubishi Electric Corp | Machine constant estimation device |
| JP2008148402A (ja) * | 2006-12-07 | 2008-06-26 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 電力変換装置 |
| CN103580574A (zh) * | 2012-07-25 | 2014-02-12 | 东芝施耐德变换器公司 | 电动机控制装置 |
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