JPH07177778A - モータ制御装置 - Google Patents
モータ制御装置Info
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- JPH07177778A JPH07177778A JP5325078A JP32507893A JPH07177778A JP H07177778 A JPH07177778 A JP H07177778A JP 5325078 A JP5325078 A JP 5325078A JP 32507893 A JP32507893 A JP 32507893A JP H07177778 A JPH07177778 A JP H07177778A
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- Japan
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- disturbance
- motor
- torque
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 外乱トルクによる回転速度変動を大幅に低減
するモータ制御装置を提供する。 【構成】 外乱推定器１は、モータ１００の回転速度検
出信号ｖおよびモータ１００に供給される駆動電流Ｉa
から外乱トルクτdを推定し、高域周波数成分を遮断し
て外乱推定信号ｄを出力する。修正器２は、外乱推定信
号ｄの外乱トルクτdに対する出力低下ならびに位相遅
れを特定の周波数において零とするように修正し、修正
信号ｄcを出力する。一方、制御器１１０は、回転速度
検出信号ｖと速度指令信号ｒの差に応じたトルク指令信
号Ｉcを出力する。トルク指令信号Ｉcは補正器３におい
て修正信号ｄcにより外乱トルクτdの影響を打ち消すよ
うに補正され、駆動電流Ｉaとしてモータ１００に供給
される。
するモータ制御装置を提供する。 【構成】 外乱推定器１は、モータ１００の回転速度検
出信号ｖおよびモータ１００に供給される駆動電流Ｉa
から外乱トルクτdを推定し、高域周波数成分を遮断し
て外乱推定信号ｄを出力する。修正器２は、外乱推定信
号ｄの外乱トルクτdに対する出力低下ならびに位相遅
れを特定の周波数において零とするように修正し、修正
信号ｄcを出力する。一方、制御器１１０は、回転速度
検出信号ｖと速度指令信号ｒの差に応じたトルク指令信
号Ｉcを出力する。トルク指令信号Ｉcは補正器３におい
て修正信号ｄcにより外乱トルクτdの影響を打ち消すよ
うに補正され、駆動電流Ｉaとしてモータ１００に供給
される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、モータの回転速度を一
定に保つように制御するモータ制御装置に関する。
定に保つように制御するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】モータの回転速度を一定に保つように制
御する場合、モータに印加される外乱トルク（トルクリ
ップル、軸摩擦、負荷変動等）によって回転速度変動が
生じるため、この外乱トルクによる回転速度変動をでき
るだけ低減することが重要である。
御する場合、モータに印加される外乱トルク（トルクリ
ップル、軸摩擦、負荷変動等）によって回転速度変動が
生じるため、この外乱トルクによる回転速度変動をでき
るだけ低減することが重要である。
【０００３】従来の速度制御装置では、外乱トルクの影
響は速度制御ループの働きにより抑制され、そのループ
ゲインを大きくするほど外乱抑制特性が向上し、外乱ト
ルクによる回転速度変動が低減される。しかしながら、
ループゲインを大きくしすぎると制御系が発振状態に陥
るため、外乱抑制特性の改善には限界があった。
響は速度制御ループの働きにより抑制され、そのループ
ゲインを大きくするほど外乱抑制特性が向上し、外乱ト
ルクによる回転速度変動が低減される。しかしながら、
ループゲインを大きくしすぎると制御系が発振状態に陥
るため、外乱抑制特性の改善には限界があった。
【０００４】近年、このような外乱トルクによるモータ
の回転速度変動を大幅に低減することのできる制御方式
として、外乱オブザーバを用いた種々の方式が提案され
ている。このような制御方式では、モータの回転速度を
指令通りに制御する速度制御ループに、外乱オブザーバ
を用いた外乱抑圧ループを付加している。すなわち、外
乱抑圧ループでは、まず、外乱オブザーバを用いて、モ
ータの入出力信号からモータに印加されている外乱トル
クを推定する。さらに、この推定量をモータの入力側に
帰還し、前述の外乱トルクが回転速度に及ぼす影響をキ
ャンセルする。その結果、外乱抑制特性に優れた高性能
な制御系が得られ、外乱トルクによる回転速度変動を大
幅に低減することができる。
の回転速度変動を大幅に低減することのできる制御方式
として、外乱オブザーバを用いた種々の方式が提案され
ている。このような制御方式では、モータの回転速度を
指令通りに制御する速度制御ループに、外乱オブザーバ
を用いた外乱抑圧ループを付加している。すなわち、外
乱抑圧ループでは、まず、外乱オブザーバを用いて、モ
ータの入出力信号からモータに印加されている外乱トル
クを推定する。さらに、この推定量をモータの入力側に
帰還し、前述の外乱トルクが回転速度に及ぼす影響をキ
ャンセルする。その結果、外乱抑制特性に優れた高性能
な制御系が得られ、外乱トルクによる回転速度変動を大
幅に低減することができる。
【０００５】しかしながら、上記方式による外乱抑制特
性の改善度には周波数特性が存在し、外乱オブザーバの
帯域以下の周波数領域においてのみ１次の低域遮断特性
で改善がなされる。一方、モータの回転速度変動の周波
数成分には、例えば、モータのトルクリップルに起因し
た成分（８極３相全波駆動モータの場合、回転周波数の
２４倍の周波数を持つ成分）などが顕著に存在する。し
たがって、このような周波数に対して外乱オブザーバの
帯域を十分高く設定できない場合には、この顕著な回転
速度変動成分を十分に抑制することができなかった。
性の改善度には周波数特性が存在し、外乱オブザーバの
帯域以下の周波数領域においてのみ１次の低域遮断特性
で改善がなされる。一方、モータの回転速度変動の周波
数成分には、例えば、モータのトルクリップルに起因し
た成分（８極３相全波駆動モータの場合、回転周波数の
２４倍の周波数を持つ成分）などが顕著に存在する。し
たがって、このような周波数に対して外乱オブザーバの
帯域を十分高く設定できない場合には、この顕著な回転
速度変動成分を十分に抑制することができなかった。
【０００６】このような課題を解決する方法として、例
えば、宮崎他、「外乱オブザーバを用いたＶＴＲ用モー
タの速度変動抑制制御方法」、電気学会システム・制御
研究会資料（１９９１）に記載されている方法がある。
この文献に記載されている方式は、１次の低域遮断特性
で表される従来の外乱抑圧ループの改善効果に、特定の
単一周波数ωnにおける回転速度変動成分を大幅に低減
する効果を付加したものである。その結果、周波数ωn
をトルクリップル周波数に設定することにより、トルク
リップルに起因する従来抑制しきれなかった顕著な回転
速度変動成分を十分に抑制することが可能となる。以
下、この方式について図面を参照しながら説明する。
えば、宮崎他、「外乱オブザーバを用いたＶＴＲ用モー
タの速度変動抑制制御方法」、電気学会システム・制御
研究会資料（１９９１）に記載されている方法がある。
この文献に記載されている方式は、１次の低域遮断特性
で表される従来の外乱抑圧ループの改善効果に、特定の
単一周波数ωnにおける回転速度変動成分を大幅に低減
する効果を付加したものである。その結果、周波数ωn
をトルクリップル周波数に設定することにより、トルク
リップルに起因する従来抑制しきれなかった顕著な回転
速度変動成分を十分に抑制することが可能となる。以
下、この方式について図面を参照しながら説明する。
【０００７】（図７）は、上記先行文献に記載されてい
る方式によるモータ制御装置の構成を示す制御ブロック
線図である。上記先行文献においては、モータを電圧駆
動する場合の制御ブロック線図にもとづいて説明がなさ
れているが、ここでは説明を簡単化するために、モータ
は電流駆動するものとして図示している。
る方式によるモータ制御装置の構成を示す制御ブロック
線図である。上記先行文献においては、モータを電圧駆
動する場合の制御ブロック線図にもとづいて説明がなさ
れているが、ここでは説明を簡単化するために、モータ
は電流駆動するものとして図示している。
【０００８】（図７）において、１００はモータ、１０
１、１０２はその伝達関数を示す制御ブロックであり、
ＪおよびＫtはモータ１００の慣性モーメントおよびト
ルク定数、ｓはラプラス演算子をそれぞれ表している。
また、τdはモータ１００に印加されている外乱トルク
である。１１０は、モータ１００の回転角速度の検出信
号ｖと速度指令信号ｒとの誤差信号ｅに比例あるいは積
分等の制御補償を行い、その結果に応じたトルク指令信
号Ｉcを出力する制御器である。なお、ここでは、モー
タ１００を駆動するための駆動アンプも制御器１１０に
含めて考えるとし、制御補償部と駆動アンプを合わせた
伝達関数をＨ（ｓ）とする。Ｈ（ｓ）は比例ゲイン、積
分ゲイン、駆動アンプの利得をそれぞれＫp、Ｋi、Ｋ
ampとすると、例えば（Ｋp＋Ｋi／ｓ）・Ｋampと表され
る。以上が基本的な速度制御系の構成である。
１、１０２はその伝達関数を示す制御ブロックであり、
ＪおよびＫtはモータ１００の慣性モーメントおよびト
ルク定数、ｓはラプラス演算子をそれぞれ表している。
また、τdはモータ１００に印加されている外乱トルク
である。１１０は、モータ１００の回転角速度の検出信
号ｖと速度指令信号ｒとの誤差信号ｅに比例あるいは積
分等の制御補償を行い、その結果に応じたトルク指令信
号Ｉcを出力する制御器である。なお、ここでは、モー
タ１００を駆動するための駆動アンプも制御器１１０に
含めて考えるとし、制御補償部と駆動アンプを合わせた
伝達関数をＨ（ｓ）とする。Ｈ（ｓ）は比例ゲイン、積
分ゲイン、駆動アンプの利得をそれぞれＫp、Ｋi、Ｋ
ampとすると、例えば（Ｋp＋Ｋi／ｓ）・Ｋampと表され
る。以上が基本的な速度制御系の構成である。
【０００９】次に外乱抑圧ループの構成について説明す
る。２００は外乱推定器、２０５は乗算器である。外乱
推定器２００において、２０１はモータ１００に印加さ
れる駆動電流Ｉaに所定の係数を掛ける乗算器、２０２
はモータ１００の回転角速度の検出信号ｖに所定の係数
を掛ける乗算器、２０３は微分器、２０４は伝達関数Ｆ
（ｓ）を持つ３次フィルタである。ここで、伝達関数Ｆ
（ｓ）は、高域遮断角周波数をωo、ノッチ角周波数を
ωn、減衰定数をζとしたとき、次の式で表される。
る。２００は外乱推定器、２０５は乗算器である。外乱
推定器２００において、２０１はモータ１００に印加さ
れる駆動電流Ｉaに所定の係数を掛ける乗算器、２０２
はモータ１００の回転角速度の検出信号ｖに所定の係数
を掛ける乗算器、２０３は微分器、２０４は伝達関数Ｆ
（ｓ）を持つ３次フィルタである。ここで、伝達関数Ｆ
（ｓ）は、高域遮断角周波数をωo、ノッチ角周波数を
ωn、減衰定数をζとしたとき、次の式で表される。
【００１０】 Ｆ(ｓ)={(ωo＋2ζωn)ｓ2＋2ζωoωnｓ＋ωoωn 2} /{ｓ3＋(ωo＋2ζωn)ｓ2＋(ωn 2＋2ζωoωn)ｓ＋ωoωn 2} （１） また、（図７）に示した制御ブロック線図において、Ｊ
n、Ｋtnはモータの慣性モーメントおよびトルク定数の
公称値、Ｉaはモータの駆動電流、τはモータの発生ト
ルク、τeは外乱トルクの推定信号である。
n、Ｋtnはモータの慣性モーメントおよびトルク定数の
公称値、Ｉaはモータの駆動電流、τはモータの発生ト
ルク、τeは外乱トルクの推定信号である。
【００１１】次に動作について説明する。まず基本的な
速度制御系において、モータ１００の回転角速度の検出
信号ｖは、制御器１１０において速度指令信号ｒと減算
比較され、その誤差信号ｅに比例・積分補償を行った
後、トルク指令信号Ｉcとして出力される。トルク指令
信号Ｉcは、乗算器２０５の出力と加算された後、駆動
電流Ｉaとしてモータに入力される。駆動電流Ｉaは制御
ブロック１０１でトルクτに変換され、モータ１００の
回転角速度ｖが速度指令値ｒと一致するように駆動制御
される。
速度制御系において、モータ１００の回転角速度の検出
信号ｖは、制御器１１０において速度指令信号ｒと減算
比較され、その誤差信号ｅに比例・積分補償を行った
後、トルク指令信号Ｉcとして出力される。トルク指令
信号Ｉcは、乗算器２０５の出力と加算された後、駆動
電流Ｉaとしてモータに入力される。駆動電流Ｉaは制御
ブロック１０１でトルクτに変換され、モータ１００の
回転角速度ｖが速度指令値ｒと一致するように駆動制御
される。
【００１２】一方、外乱推定器２００は、モータ１００
に印加される駆動電流Ｉaを検出し、乗算器２０１で係
数Ｋtnを掛ける。また、乗算器２０２は、モータの回転
角速度の検出信号ｖに係数Ｊnを掛け、その出力は微分
器２０３において微分される。３次フィルタ２０４には
乗算器２０１の出力から微分器２０３の出力を減算した
ものが入力され、その出力が外乱トルクの推定信号τe
となる。外乱推定器２００より出力された外乱トルクの
推定信号τeは、乗算器２０５において係数１／Ｋtnを
掛けられる。この乗算器２０５の出力は、前述のトルク
指令信号Ｉcと加算され、モータ１００に加わる外乱ト
ルクτdを打ち消すように働く。その結果、外乱トルク
τdによるモータ１００の回転速度変動が抑圧される。
に印加される駆動電流Ｉaを検出し、乗算器２０１で係
数Ｋtnを掛ける。また、乗算器２０２は、モータの回転
角速度の検出信号ｖに係数Ｊnを掛け、その出力は微分
器２０３において微分される。３次フィルタ２０４には
乗算器２０１の出力から微分器２０３の出力を減算した
ものが入力され、その出力が外乱トルクの推定信号τe
となる。外乱推定器２００より出力された外乱トルクの
推定信号τeは、乗算器２０５において係数１／Ｋtnを
掛けられる。この乗算器２０５の出力は、前述のトルク
指令信号Ｉcと加算され、モータ１００に加わる外乱ト
ルクτdを打ち消すように働く。その結果、外乱トルク
τdによるモータ１００の回転速度変動が抑圧される。
【００１３】（図７）に示した制御ブロック線図におい
て、モータの慣性モーメントおよびトルク定数がそれぞ
れ公称値と一致するとした場合、外乱トルクτdから回
転角速度ｖまでの伝達関数Ｇ（ｓ）は次式で表される。
て、モータの慣性モーメントおよびトルク定数がそれぞ
れ公称値と一致するとした場合、外乱トルクτdから回
転角速度ｖまでの伝達関数Ｇ（ｓ）は次式で表される。
【００１４】 Ｇ(ｓ)=−{１/(Ｊｓ)}/{１＋１/(Ｊｓ)・Ｋt・Ｈ(ｓ)}×{１−Ｆ(ｓ)} （２） 一方、外乱推定器２００および乗算器２０５で構成され
る外乱抑圧ループを取り除いた制御系、すなわち、従来
のＰＩ制御系の場合の外乱トルクτdから回転角速度ｖ
までの伝達関数Ｇc（ｓ）は次式で表される。
る外乱抑圧ループを取り除いた制御系、すなわち、従来
のＰＩ制御系の場合の外乱トルクτdから回転角速度ｖ
までの伝達関数Ｇc（ｓ）は次式で表される。
【００１５】 Ｇc(ｓ)=−{１/(Ｊｓ)}/{１＋１/(Ｊｓ)・Ｋt・Ｈ(ｓ)} （３） したがって、外乱抑圧ループによる外乱抑圧効果Ｅ
（ｓ）は、（２）式と（３）式とを比較することによ
り、 Ｅ(ｓ)=１−Ｆ(ｓ) =Ｅ1(ｓ)・Ｅ2(ｓ) （４） ここで、 Ｅ1(ｓ)=ｓ/(ｓ＋ωo) （５） Ｅ2(ｓ)=(ｓ2＋ωn 2)/(ｓ2＋2ζωnｓ＋ωn 2) （６） となる。
（ｓ）は、（２）式と（３）式とを比較することによ
り、 Ｅ(ｓ)=１−Ｆ(ｓ) =Ｅ1(ｓ)・Ｅ2(ｓ) （４） ここで、 Ｅ1(ｓ)=ｓ/(ｓ＋ωo) （５） Ｅ2(ｓ)=(ｓ2＋ωn 2)/(ｓ2＋2ζωnｓ＋ωn 2) （６） となる。
【００１６】Ｅ1（ｓ）は遮断角周波数ωoの１次の低域
遮断フィルタの伝達関数、Ｅ2（ｓ）はノッチ角周波数
ωn、減衰定数ζのノッチフィルタの伝達関数をそれぞ
れ表している。
遮断フィルタの伝達関数、Ｅ2（ｓ）はノッチ角周波数
ωn、減衰定数ζのノッチフィルタの伝達関数をそれぞ
れ表している。
【００１７】したがって、上記先行文献に記載されてい
る方式による制御装置では、角周波数ωo以下の周波数
範囲において１次の低域遮断特性で外乱トルクによる回
転速度変動が抑制され、さらに、角周波数ωnの回転速
度変動成分に対してノッチフィルタによる大幅な改善効
果が得られる。
る方式による制御装置では、角周波数ωo以下の周波数
範囲において１次の低域遮断特性で外乱トルクによる回
転速度変動が抑制され、さらに、角周波数ωnの回転速
度変動成分に対してノッチフィルタによる大幅な改善効
果が得られる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方式では、外乱推定器の動作を実現するために微分
器が必要である。理想的な微分器を実現することは困難
であり、また、微分処理は高周波成分に対してゲインが
大きいことから、回転角速度の検出値に含まれるノイズ
成分等を増幅してしまい、外乱トルクの推定に誤差を生
じてしまう。
来の方式では、外乱推定器の動作を実現するために微分
器が必要である。理想的な微分器を実現することは困難
であり、また、微分処理は高周波成分に対してゲインが
大きいことから、回転角速度の検出値に含まれるノイズ
成分等を増幅してしまい、外乱トルクの推定に誤差を生
じてしまう。
【００１９】さらに、外乱推定器を実現するためには乗
算器が多く必要であるため、これをアナログ回路等のハ
ードウェアで構成する場合には素子数の増加を招き、調
整も複雑になる。また、マイクロコンピュータを用いた
ソフトウェアサーボ方式で構成する場合には、処理が増
加することによって演算時間遅れが大きくなり、制御性
能の劣化につながる。
算器が多く必要であるため、これをアナログ回路等のハ
ードウェアで構成する場合には素子数の増加を招き、調
整も複雑になる。また、マイクロコンピュータを用いた
ソフトウェアサーボ方式で構成する場合には、処理が増
加することによって演算時間遅れが大きくなり、制御性
能の劣化につながる。
【００２０】本発明は、このような従来の課題を解決
し、外乱抑圧ループの構成に微分器を必要とせず、しか
も、トルクリップル等に起因した顕著な回転速度変動成
分を大幅に低減することのできるモータ制御装置を提供
するものである。
し、外乱抑圧ループの構成に微分器を必要とせず、しか
も、トルクリップル等に起因した顕著な回転速度変動成
分を大幅に低減することのできるモータ制御装置を提供
するものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、駆動信号により駆動されるモータと、モー
タの回転速度を検出し回転速度検出信号を出力する速度
検出手段と、回転速度検出信号と速度指令信号との差に
応じたトルク指令信号を出力する制御手段と、回転速度
検出信号と駆動信号よりモータに印加される外乱トルク
を推定した外乱推定信号を出力する外乱推定手段と、外
乱推定信号の特定の周波数の信号の大きさを修正した修
正信号を出力する修正手段と、修正信号によりトルク指
令信号を補正した駆動信号を出力する補正手段とを有し
て構成したものである。
するために、駆動信号により駆動されるモータと、モー
タの回転速度を検出し回転速度検出信号を出力する速度
検出手段と、回転速度検出信号と速度指令信号との差に
応じたトルク指令信号を出力する制御手段と、回転速度
検出信号と駆動信号よりモータに印加される外乱トルク
を推定した外乱推定信号を出力する外乱推定手段と、外
乱推定信号の特定の周波数の信号の大きさを修正した修
正信号を出力する修正手段と、修正信号によりトルク指
令信号を補正した駆動信号を出力する補正手段とを有し
て構成したものである。
【００２２】
【作用】本発明では上記のように構成することによっ
て、モータに印加されている外乱トルクを推定する処理
を外乱推定手段において行い、特定の周波数を持つ外乱
トルクに対する外乱抑制特性を大幅に改善するための処
理を修正手段において行うようにしている。その結果、
外乱推定手段には微分器を必要としない構成（例えば、
最小次元オブザーバの概念を利用したもの）を使用する
ことが可能となり、微分処理による悪影響が生じない。
て、モータに印加されている外乱トルクを推定する処理
を外乱推定手段において行い、特定の周波数を持つ外乱
トルクに対する外乱抑制特性を大幅に改善するための処
理を修正手段において行うようにしている。その結果、
外乱推定手段には微分器を必要としない構成（例えば、
最小次元オブザーバの概念を利用したもの）を使用する
ことが可能となり、微分処理による悪影響が生じない。
【００２３】
【実施例】（図１）は本発明の第１の実施例によるモー
タ制御装置の全体の構成を示すブロック図である。（図
２）は本発明の第１の実施例によるモータ制御装置の詳
細な構成を示す制御ブロック線図である。以下、図面を
参照しながら説明する。
タ制御装置の全体の構成を示すブロック図である。（図
２）は本発明の第１の実施例によるモータ制御装置の詳
細な構成を示す制御ブロック線図である。以下、図面を
参照しながら説明する。
【００２４】（図１）において、１００は駆動電流Ｉa
により駆動されるモータであり、外乱トルクτdが印加
されている。１０５はモータ１００の回転角速度を検出
し回転速度検出信号ｖを出力する速度検出器、１１０は
回転速度検出信号ｖと速度指令信号ｒを入力とし、これ
らの差に応じたトルク指令信号Ｉcを出力する制御器で
ある。１は回転速度検出信号ｖと駆動電流Ｉaから外乱
トルクτdを推定し外乱推定信号ｄを出力する外乱推定
器、２は外乱推定信号ｄを修正した修正信号ｄcを出力
する修正器、３はトルク指令信号Ｉcを修正信号ｄcによ
り補正し駆動電流Ｉaを出力する補正器である。以上が
本発明の第１の実施例によるモータ制御装置の全体の構
成である。
により駆動されるモータであり、外乱トルクτdが印加
されている。１０５はモータ１００の回転角速度を検出
し回転速度検出信号ｖを出力する速度検出器、１１０は
回転速度検出信号ｖと速度指令信号ｒを入力とし、これ
らの差に応じたトルク指令信号Ｉcを出力する制御器で
ある。１は回転速度検出信号ｖと駆動電流Ｉaから外乱
トルクτdを推定し外乱推定信号ｄを出力する外乱推定
器、２は外乱推定信号ｄを修正した修正信号ｄcを出力
する修正器、３はトルク指令信号Ｉcを修正信号ｄcによ
り補正し駆動電流Ｉaを出力する補正器である。以上が
本発明の第１の実施例によるモータ制御装置の全体の構
成である。
【００２５】次に、その詳細な構成について説明する。
（図２）において、１０１、１０２はモータ１００の伝
達関数を示す制御ブロックであり、１０３は減算器であ
る。制御ブロック中のＪおよびＫtはモータ１００の慣
性モーメントおよびトルク定数、ｓはラプラス演算子を
それぞれ表している。制御ブロック１０１および１０２
がモータ１００に対応し、外乱トルクτdは減算器１０
３を通してモータ１００に印加される。１１１は速度指
令信号ｒと回転速度検出信号ｖを減算比較し、その差に
相当する誤差信号ｅを出力する減算器、１１２は誤差信
号ｅに比例あるいは積分等の制御補償を行い、その結果
に応じたトルク指令信号Ｉcを出力する制御ブロックで
ある。なお、ここでは、モータ１００を駆動するための
駆動アンプも制御ブロック１１２に含めて考えるとし、
制御補償の伝達関数と駆動アンプの伝達関数を合わせて
Ｈ（ｓ）とする。Ｈ（ｓ）は比例ゲイン、積分ゲイン、
駆動アンプの利得をそれぞれＫp、Ｋi、Ｋampとする
と、例えば（Ｋp＋Ｋi／ｓ）・Ｋampと表される。減算
器１１１および制御ブロック１１２が制御器１１０に対
応する。以上が基本的な速度制御ループの構成である。
（図２）において、１０１、１０２はモータ１００の伝
達関数を示す制御ブロックであり、１０３は減算器であ
る。制御ブロック中のＪおよびＫtはモータ１００の慣
性モーメントおよびトルク定数、ｓはラプラス演算子を
それぞれ表している。制御ブロック１０１および１０２
がモータ１００に対応し、外乱トルクτdは減算器１０
３を通してモータ１００に印加される。１１１は速度指
令信号ｒと回転速度検出信号ｖを減算比較し、その差に
相当する誤差信号ｅを出力する減算器、１１２は誤差信
号ｅに比例あるいは積分等の制御補償を行い、その結果
に応じたトルク指令信号Ｉcを出力する制御ブロックで
ある。なお、ここでは、モータ１００を駆動するための
駆動アンプも制御ブロック１１２に含めて考えるとし、
制御補償の伝達関数と駆動アンプの伝達関数を合わせて
Ｈ（ｓ）とする。Ｈ（ｓ）は比例ゲイン、積分ゲイン、
駆動アンプの利得をそれぞれＫp、Ｋi、Ｋampとする
と、例えば（Ｋp＋Ｋi／ｓ）・Ｋampと表される。減算
器１１１および制御ブロック１１２が制御器１１０に対
応する。以上が基本的な速度制御ループの構成である。
【００２６】次に、外乱トルクτdの影響をキャンセル
するための外乱抑圧ループの構成について説明する。１
０はモータに供給される駆動電流Ｉaに所定の係数を掛
ける乗算器、１１は回転速度検出信号ｖに所定の係数を
掛ける乗算器、１２は加算器、１３は遮断角周波数がω
oである１次の高域遮断フィルタ、１４は減算器であ
る。（図２）に示しているように、外乱推定器１は乗算
器１０、乗算器１１、加算器１２、高域遮断フィルタ１
３および減算器１４で構成される。なお、Ｊn、Ｋtnは
モータ１００の慣性モーメントおよびトルク定数の公称
値を表している。２０は伝達関数Ｆi（ｓ）を持つ２次
フィルタ、２１は加算器である。（図２）に示している
ように、修正器２は２次フィルタ２０および加算器２１
で構成される。なお、伝達関数Ｆi（ｓ）は Ｆi(ｓ)=(2ζωn/ωo)ｓ2/(ｓ2＋2ζωnｓ＋ωn 2) （７） と表される。ここで、ωnは所定の角周波数であり、後
述のように角周波数がωnである外乱トルク成分による
回転速度変動成分が大幅に抑圧される。また、ζは角周
波数ωn近傍における外乱抑圧の程度を決定する正の定
数であり、通常、ζ＝０．１程度とする。３は補正器で
あり、３０は加算器、３１は乗算器である。外乱推定器
１、修正器２、補正器３により外乱抑圧ループが形成さ
れている。
するための外乱抑圧ループの構成について説明する。１
０はモータに供給される駆動電流Ｉaに所定の係数を掛
ける乗算器、１１は回転速度検出信号ｖに所定の係数を
掛ける乗算器、１２は加算器、１３は遮断角周波数がω
oである１次の高域遮断フィルタ、１４は減算器であ
る。（図２）に示しているように、外乱推定器１は乗算
器１０、乗算器１１、加算器１２、高域遮断フィルタ１
３および減算器１４で構成される。なお、Ｊn、Ｋtnは
モータ１００の慣性モーメントおよびトルク定数の公称
値を表している。２０は伝達関数Ｆi（ｓ）を持つ２次
フィルタ、２１は加算器である。（図２）に示している
ように、修正器２は２次フィルタ２０および加算器２１
で構成される。なお、伝達関数Ｆi（ｓ）は Ｆi(ｓ)=(2ζωn/ωo)ｓ2/(ｓ2＋2ζωnｓ＋ωn 2) （７） と表される。ここで、ωnは所定の角周波数であり、後
述のように角周波数がωnである外乱トルク成分による
回転速度変動成分が大幅に抑圧される。また、ζは角周
波数ωn近傍における外乱抑圧の程度を決定する正の定
数であり、通常、ζ＝０．１程度とする。３は補正器で
あり、３０は加算器、３１は乗算器である。外乱推定器
１、修正器２、補正器３により外乱抑圧ループが形成さ
れている。
【００２７】次に、（図２）を参照しながら動作につい
て説明する。まず、基本的な速度制御ループの動作につ
いて説明する。モータ１００には駆動電流Ｉaが供給さ
れており、制御ブロック１０１においてトルクτに変換
される。また、モータ１００には外乱トルクτdが印加
されており、減算器１０３においてトルクτから外乱ト
ルクτdを減じたものが実トルクとしてモータ１００の
回転に寄与し、制御ブロック１０２において回転角速度
に変換される。速度検出器１０５（（図２）では図示し
ていない）は、モータ１００の回転角速度を検出し、回
転速度検出信号ｖを出力する。回転速度検出信号ｖは、
減算器１１１において、速度指令信号ｒから減算され、
誤差信号ｅとなる。誤差信号ｅは、制御ブロック１１２
において、比例あるいは積分等の制御補償を行った後、
トルク指令信号Ｉcとなる。トルク指令信号Ｉcは、加算
器３０において後述の換算修正信号Ｉdを加算され駆動
電流Ｉaとなり、前述のようにモータ１００に供給され
る。以上が、基本的な速度制御ループの動作であり、こ
れらの動作を繰り返すことによりモータ１００の回転角
速度が速度指令信号ｒと一致するように回転駆動され
る。
て説明する。まず、基本的な速度制御ループの動作につ
いて説明する。モータ１００には駆動電流Ｉaが供給さ
れており、制御ブロック１０１においてトルクτに変換
される。また、モータ１００には外乱トルクτdが印加
されており、減算器１０３においてトルクτから外乱ト
ルクτdを減じたものが実トルクとしてモータ１００の
回転に寄与し、制御ブロック１０２において回転角速度
に変換される。速度検出器１０５（（図２）では図示し
ていない）は、モータ１００の回転角速度を検出し、回
転速度検出信号ｖを出力する。回転速度検出信号ｖは、
減算器１１１において、速度指令信号ｒから減算され、
誤差信号ｅとなる。誤差信号ｅは、制御ブロック１１２
において、比例あるいは積分等の制御補償を行った後、
トルク指令信号Ｉcとなる。トルク指令信号Ｉcは、加算
器３０において後述の換算修正信号Ｉdを加算され駆動
電流Ｉaとなり、前述のようにモータ１００に供給され
る。以上が、基本的な速度制御ループの動作であり、こ
れらの動作を繰り返すことによりモータ１００の回転角
速度が速度指令信号ｒと一致するように回転駆動され
る。
【００２８】次に外乱抑圧ループの動作について説明す
る。モータ１００の回転角速度を検出した回転速度検出
信号ｖは乗算器１１に入力され、係数ωoＪnを掛けられ
る。駆動電流Ｉaは乗算器１０に入力され、係数Ｋtnを
掛けられる。乗算器１０と乗算器１１の出力は加算器１
２において加算され、その出力は高域遮断フィルタ１３
において伝達関数ωo／（ｓ＋ωo）で表されるフィルタ
処理がなされる。高域遮断フィルタ１３の出力は、減算
器１４において乗算器１１の出力を減じられた後、外乱
推定信号ｄとして出力される。以上の動作が外乱推定器
１の動作に対応する。さらに、外乱推定信号ｄは２次フ
ィルタ２０に入力され、前述の伝達関数Ｆi（ｓ）で表
されるフィルタ処理がなされる。２次フィルタ２０の出
力は加算器２１において、２次フィルタ２０の入力と加
算され、修正信号ｄcとして出力される。２次フィルタ
２０および加算器２１の動作が修正器２の動作に対応す
る。さらに、修正信号ｄcは乗算器３１において係数１
／Ｋtnを掛けられ、換算修正信号Ｉdとなる。換算修正
信号Ｉdは前述のように加算器３０においてトルク指令
信号Ｉcに加算される。加算器３０および乗算器３１の
動作が補正器３の動作に対応する。以上の動作が外乱抑
圧ループの動作であり、換算修正信号Ｉdを用いてトル
ク指令信号Ｉcを補正することにより、外乱トルクτdが
回転速度変動に及ぼす影響を抑圧する。
る。モータ１００の回転角速度を検出した回転速度検出
信号ｖは乗算器１１に入力され、係数ωoＪnを掛けられ
る。駆動電流Ｉaは乗算器１０に入力され、係数Ｋtnを
掛けられる。乗算器１０と乗算器１１の出力は加算器１
２において加算され、その出力は高域遮断フィルタ１３
において伝達関数ωo／（ｓ＋ωo）で表されるフィルタ
処理がなされる。高域遮断フィルタ１３の出力は、減算
器１４において乗算器１１の出力を減じられた後、外乱
推定信号ｄとして出力される。以上の動作が外乱推定器
１の動作に対応する。さらに、外乱推定信号ｄは２次フ
ィルタ２０に入力され、前述の伝達関数Ｆi（ｓ）で表
されるフィルタ処理がなされる。２次フィルタ２０の出
力は加算器２１において、２次フィルタ２０の入力と加
算され、修正信号ｄcとして出力される。２次フィルタ
２０および加算器２１の動作が修正器２の動作に対応す
る。さらに、修正信号ｄcは乗算器３１において係数１
／Ｋtnを掛けられ、換算修正信号Ｉdとなる。換算修正
信号Ｉdは前述のように加算器３０においてトルク指令
信号Ｉcに加算される。加算器３０および乗算器３１の
動作が補正器３の動作に対応する。以上の動作が外乱抑
圧ループの動作であり、換算修正信号Ｉdを用いてトル
ク指令信号Ｉcを補正することにより、外乱トルクτdが
回転速度変動に及ぼす影響を抑圧する。
【００２９】次に、この外乱抑圧効果について数式を用
いて説明する。ただし、モータ１００の慣性モーメント
Ｊおよびトルク定数Ｋtはそれぞれの公称値Ｊn、Ｋtnに
等しいとし、単にＪ、Ｋtと表記する。
いて説明する。ただし、モータ１００の慣性モーメント
Ｊおよびトルク定数Ｋtはそれぞれの公称値Ｊn、Ｋtnに
等しいとし、単にＪ、Ｋtと表記する。
【００３０】まず、（図２）に示した制御ブロック線図
より、外乱推定信号ｄは、モータ１００の回転速度検出
信号ｖと駆動電流Ｉaを用いて次のように表される。
より、外乱推定信号ｄは、モータ１００の回転速度検出
信号ｖと駆動電流Ｉaを用いて次のように表される。
【００３１】 ｄ＝{ωo/(ｓ＋ωo)}・(ＫtＩa＋ωoＪｖ)−ωoＪｖ ＝{ωo/(ｓ＋ωo)}・(ＫtＩa−Ｊｓｖ) （８） 一方、（図２）中のモータ１００の部分の制御ブロック
線図より次の関係式が得られる。
線図より次の関係式が得られる。
【００３２】 τd＝ＫtＩa−Ｊｓｖ （９） したがって、外乱推定信号ｄは（８）、（９）式より ｄ＝{ωo/(ｓ＋ωo)}・τd （１０） となる。また、（１０）式を利用すると修正信号ｄcお
よび換算修正信号Ｉdは次のように表される。
よび換算修正信号Ｉdは次のように表される。
【００３３】 ｄc＝{１＋２ζωn/ωoｓ2/(ｓ2＋２ζωnｓ＋ωn 2)}・ｄ ＝{１＋２ζωn/ωoｓ2/(ｓ2＋２ζωnｓ＋ωn 2)}・{ωo/(ｓ＋ωo)}・τd （１１） Ｉd＝(１/Ｋt)・ｄc ＝{１＋２ζωn/ωoｓ2/(ｓ2＋２ζωnｓ＋ωn 2)} ・{ωo/(ｓ＋ωo)}・(１/Ｋt)τd （１２） （１１）式より、モータ１００に印加されている外乱ト
ルクτdから修正信号ｄcまでの伝達関数Ｑ（ｓ）は Ｑ(ｓ)＝ｄc/τd ＝{１＋２ζωn/ωoｓ2/(ｓ2＋２ζωnｓ＋ωn 2)}・{ωo/(ｓ＋ωo)} （１３） となる。（１３）式の右辺第１項は修正器２の伝達関数
であり、右辺第２項は遮断角周波数がωoである１次の
高域遮断フィルタの伝達関数、すなわち外乱トルクτd
から外乱推定信号ｄまでの伝達関数である。Ｑ（ｓ）の
周波数特性を計算すると、（図３）に示す周波数特性図
が得られる。この周波数特性図において、実線のグラフ
がＱ（ｓ）の周波数特性であり、破線のグラフは（１
３）式の右辺第２項の周波数特性、すなわち外乱トルク
τdから外乱推定信号ｄまでの伝達関数の周波数特性を
示している。なお、（図３）において、横軸はωnで規
格化した角周波数を表しており、ωo／ωn＝０．２、ζ
＝０．１として計算している。
ルクτdから修正信号ｄcまでの伝達関数Ｑ（ｓ）は Ｑ(ｓ)＝ｄc/τd ＝{１＋２ζωn/ωoｓ2/(ｓ2＋２ζωnｓ＋ωn 2)}・{ωo/(ｓ＋ωo)} （１３） となる。（１３）式の右辺第１項は修正器２の伝達関数
であり、右辺第２項は遮断角周波数がωoである１次の
高域遮断フィルタの伝達関数、すなわち外乱トルクτd
から外乱推定信号ｄまでの伝達関数である。Ｑ（ｓ）の
周波数特性を計算すると、（図３）に示す周波数特性図
が得られる。この周波数特性図において、実線のグラフ
がＱ（ｓ）の周波数特性であり、破線のグラフは（１
３）式の右辺第２項の周波数特性、すなわち外乱トルク
τdから外乱推定信号ｄまでの伝達関数の周波数特性を
示している。なお、（図３）において、横軸はωnで規
格化した角周波数を表しており、ωo／ωn＝０．２、ζ
＝０．１として計算している。
【００３４】この周波数特性図から、修正器２の伝達関
数は、角周波数ωnにおいて外乱推定信号ｄにおいて生
じている出力低下および位相遅れを修正し、これを零と
するように動作することがわかる。
数は、角周波数ωnにおいて外乱推定信号ｄにおいて生
じている出力低下および位相遅れを修正し、これを零と
するように動作することがわかる。
【００３５】一方、換算修正信号Ｉdは、トルクの次元
を持つ修正信号ｄcを駆動電流Ｉaと同じ次元に換算した
換算量に相当する。
を持つ修正信号ｄcを駆動電流Ｉaと同じ次元に換算した
換算量に相当する。
【００３６】以上の関係式を用いて、外乱トルクτdか
ら回転角速度までの伝達関数Ｇi（ｓ）を計算すると、
次のようになる。
ら回転角速度までの伝達関数Ｇi（ｓ）を計算すると、
次のようになる。
【００３７】 Ｇi(ｓ)＝[１−{１＋２ζωn/ωoｓ2/(ｓ2＋２ζωnｓ＋ωn 2)} ・{ωo/(ｓ＋ωo)}]×Ｇc(ｓ) ＝{(ｓ2＋ωn 2)/(ｓ2＋２ζωnｓ＋ωn 2)} ・{ｓ/(ｓ＋ωo)}・Ｇc(ｓ) （１４） ここで、Ｇc（ｓ）は外乱抑圧ループのない場合の外乱
トルクτdから回転角速度までの伝達関数であり、 Ｇc（ｓ）＝−{１/(Ｊｓ)}/{１＋１/(Ｊｓ)・Ｋt・Ｈ(ｓ)} （１５） と表される。
トルクτdから回転角速度までの伝達関数であり、 Ｇc（ｓ）＝−{１/(Ｊｓ)}/{１＋１/(Ｊｓ)・Ｋt・Ｈ(ｓ)} （１５） と表される。
【００３８】したがって、本発明の第１の実施例による
外乱抑圧効果は、（１４）式の右辺第１項および第２項
で表される伝達関数をそれぞれＥ1（ｓ）、Ｅ2（ｓ）と
おくと、Ｅ1（ｓ）・Ｅ2（ｓ）で表される。Ｅ1（ｓ）
・Ｅ2（ｓ）の周波数特性を計算すると、（図４）に示
す周波数特性図が得られる。（図４）において、横軸は
ωnで規格化した角周波数を表しており、ωo／ωn＝
０．２、ζ＝０．１として計算している。
外乱抑圧効果は、（１４）式の右辺第１項および第２項
で表される伝達関数をそれぞれＥ1（ｓ）、Ｅ2（ｓ）と
おくと、Ｅ1（ｓ）・Ｅ2（ｓ）で表される。Ｅ1（ｓ）
・Ｅ2（ｓ）の周波数特性を計算すると、（図４）に示
す周波数特性図が得られる。（図４）において、横軸は
ωnで規格化した角周波数を表しており、ωo／ωn＝
０．２、ζ＝０．１として計算している。
【００３９】Ｅ1（ｓ）は角周波数ωnにおいてゲインが
非常に小さくなるノッチフィルタの伝達関数を表してお
り、Ｅ2（ｓ）は角周波数ωoを遮断角周波数に持つ１次
の低域遮断フィルタの伝達関数を表している。このた
め、Ｅ1（ｓ）・Ｅ2（ｓ）の周波数特性は、（図４）か
ら明らかなように、両者の特性を合わせたものとなって
いる。伝達関数Ｇi（ｓ）の周波数特性のゲインが小さ
いほど、外乱トルクが回転速度変動に及ぼす影響が小さ
いことから、本発明の第１の実施例では、角周波数ωo
以下の低周波領域において、外乱トルクτdによる回転
速度変動を抑圧することができ、さらに、角周波数ωn
において外乱抑制特性にノッチが形成されることによ
り、この角周波数を持つ外乱トルクに対して回転速度変
動に及ぼす影響を大幅に低減することができる。
非常に小さくなるノッチフィルタの伝達関数を表してお
り、Ｅ2（ｓ）は角周波数ωoを遮断角周波数に持つ１次
の低域遮断フィルタの伝達関数を表している。このた
め、Ｅ1（ｓ）・Ｅ2（ｓ）の周波数特性は、（図４）か
ら明らかなように、両者の特性を合わせたものとなって
いる。伝達関数Ｇi（ｓ）の周波数特性のゲインが小さ
いほど、外乱トルクが回転速度変動に及ぼす影響が小さ
いことから、本発明の第１の実施例では、角周波数ωo
以下の低周波領域において、外乱トルクτdによる回転
速度変動を抑圧することができ、さらに、角周波数ωn
において外乱抑制特性にノッチが形成されることによ
り、この角周波数を持つ外乱トルクに対して回転速度変
動に及ぼす影響を大幅に低減することができる。
【００４０】このように本発明の第１の実施例によれ
ば、外乱推定器を構成するために微分器を必要とせず、
しかも、特定の周波数において外乱トルクの影響を大幅
に低減することが可能である。その結果、微分器による
高周波ノイズの影響を受けることなく、正確な外乱トル
クの推定および補正を行うことが可能となり、優れた外
乱抑圧効果によってモータの回転速度変動を大幅に低減
することができる。
ば、外乱推定器を構成するために微分器を必要とせず、
しかも、特定の周波数において外乱トルクの影響を大幅
に低減することが可能である。その結果、微分器による
高周波ノイズの影響を受けることなく、正確な外乱トル
クの推定および補正を行うことが可能となり、優れた外
乱抑圧効果によってモータの回転速度変動を大幅に低減
することができる。
【００４１】次に、外乱抑圧ループの構成を簡単化した
本発明の第２の実施例について説明する。
本発明の第２の実施例について説明する。
【００４２】（図５）は本発明の第２の実施例によるモ
ータ制御装置の全体の構成を示すブロック図である。
（図６）は本発明の第２の実施例によるモータ制御装置
の詳細な構成を示す制御ブロック線図である。以下、図
面を参照しながら説明する。
ータ制御装置の全体の構成を示すブロック図である。
（図６）は本発明の第２の実施例によるモータ制御装置
の詳細な構成を示す制御ブロック線図である。以下、図
面を参照しながら説明する。
【００４３】（図５）において、４は回転速度検出信号
ｖと駆動電流Ｉaから外乱トルクτdを駆動電流Ｉaに対
応した値に換算して推定し換算外乱推定信号ｄkを出力
する外乱推定器であり、（図１）に示した本発明の第１
の実施例による外乱推定器１とは、出力信号が異なる。
２は修正器であり、入力信号として外乱推定信号ｄの代
わりに換算外乱推定信号ｄkを用い、換算修正信号ｄkc
を出力する点が（図１）に示した本発明の第１の実施例
による構成と異なる。３は補正器であり、入力信号とし
て修正信号ｄcの代わりに換算修正信号ｄkcを用いる点
が（図１）に示した本発明の第１の実施例による構成と
異なる。その他の構成は（図１）に示した構成と同じで
あるので、同じ記号を付し重複した説明を省略する。以
上が、本発明の第２の実施例によるモータ制御装置の全
体の構成である。
ｖと駆動電流Ｉaから外乱トルクτdを駆動電流Ｉaに対
応した値に換算して推定し換算外乱推定信号ｄkを出力
する外乱推定器であり、（図１）に示した本発明の第１
の実施例による外乱推定器１とは、出力信号が異なる。
２は修正器であり、入力信号として外乱推定信号ｄの代
わりに換算外乱推定信号ｄkを用い、換算修正信号ｄkc
を出力する点が（図１）に示した本発明の第１の実施例
による構成と異なる。３は補正器であり、入力信号とし
て修正信号ｄcの代わりに換算修正信号ｄkcを用いる点
が（図１）に示した本発明の第１の実施例による構成と
異なる。その他の構成は（図１）に示した構成と同じで
あるので、同じ記号を付し重複した説明を省略する。以
上が、本発明の第２の実施例によるモータ制御装置の全
体の構成である。
【００４４】次に、その詳細な構成について説明する。
（図６）において、（図２）に示した本発明の第１の実
施例による詳細な構成と異なるのは、外乱推定器の構成
および補正器３の構成である。すなわち、本発明の第２
の実施例では、乗算器１０および乗算器３１を使用しな
い点、および、乗算器１１において乗じる係数が異なる
点、が本発明の第１の実施例と異なる。その他の構成は
（図２）に示した構成と同じであるので同じ記号を付
し、重複した説明を省略する。
（図６）において、（図２）に示した本発明の第１の実
施例による詳細な構成と異なるのは、外乱推定器の構成
および補正器３の構成である。すなわち、本発明の第２
の実施例では、乗算器１０および乗算器３１を使用しな
い点、および、乗算器１１において乗じる係数が異なる
点、が本発明の第１の実施例と異なる。その他の構成は
（図２）に示した構成と同じであるので同じ記号を付
し、重複した説明を省略する。
【００４５】次に動作について説明する。本発明の第１
の実施例と異なるのは外乱推定器の動作および補正器３
の動作であるので、ここでは、外乱抑圧ループの動作に
ついてのみ説明する。モータ１００の回転角速度を検出
した回転速度検出信号ｖは乗算器１１に入力され、係数
ωoＪn／Ｋtnを掛けられる。乗算器１１の出力は加算器
１２において駆動電流Ｉaと加算された後、高域遮断フ
ィルタ１３において、伝達関数ωo／（ｓ＋ωo）で表さ
れるフィルタ処理がなされる。高域遮断フィルタ１３の
出力は減算器１４に入力され、乗算器１１の出力を減じ
られた後、換算外乱推定信号ｄkとして出力される。以
上の動作が外乱推定器４の動作に対応する。次に、換算
外乱推定信号ｄkは修正器２に入力される。修正器２は
本発明の第１の実施例の場合と同様に動作し、換算修正
信号ｄkcを出力する。換算修正信号ｄkcは加算器３０に
おいて、トルク指令信号Ｉcに加算される。加算器３０
の動作が補正器３の動作に対応する。以上が、外乱抑圧
ループの動作であり、換算修正信号ｄkcを用いてトルク
指令信号Ｉcを補正することにより、外乱トルクτdが回
転速度変動に及ぼす影響を抑圧する。
の実施例と異なるのは外乱推定器の動作および補正器３
の動作であるので、ここでは、外乱抑圧ループの動作に
ついてのみ説明する。モータ１００の回転角速度を検出
した回転速度検出信号ｖは乗算器１１に入力され、係数
ωoＪn／Ｋtnを掛けられる。乗算器１１の出力は加算器
１２において駆動電流Ｉaと加算された後、高域遮断フ
ィルタ１３において、伝達関数ωo／（ｓ＋ωo）で表さ
れるフィルタ処理がなされる。高域遮断フィルタ１３の
出力は減算器１４に入力され、乗算器１１の出力を減じ
られた後、換算外乱推定信号ｄkとして出力される。以
上の動作が外乱推定器４の動作に対応する。次に、換算
外乱推定信号ｄkは修正器２に入力される。修正器２は
本発明の第１の実施例の場合と同様に動作し、換算修正
信号ｄkcを出力する。換算修正信号ｄkcは加算器３０に
おいて、トルク指令信号Ｉcに加算される。加算器３０
の動作が補正器３の動作に対応する。以上が、外乱抑圧
ループの動作であり、換算修正信号ｄkcを用いてトルク
指令信号Ｉcを補正することにより、外乱トルクτdが回
転速度変動に及ぼす影響を抑圧する。
【００４６】次に、本発明の第２の実施例による外乱抑
圧効果について数式を用いて説明する。ただし、モータ
１００の慣性モーメントＪおよびトルク定数Ｋtはそれ
ぞれの公称値Ｊn、Ｋtnに等しいとし、単にＪ、Ｋtと表
記する。
圧効果について数式を用いて説明する。ただし、モータ
１００の慣性モーメントＪおよびトルク定数Ｋtはそれ
ぞれの公称値Ｊn、Ｋtnに等しいとし、単にＪ、Ｋtと表
記する。
【００４７】まず、（図６）に示した制御ブロック線図
より、換算外乱推定信号ｄkは、モータ１００の回転速
度検出信号ｖと駆動電流Ｉaを用いて次のように表され
る。
より、換算外乱推定信号ｄkは、モータ１００の回転速
度検出信号ｖと駆動電流Ｉaを用いて次のように表され
る。
【００４８】 ｄk＝{ωo/(ｓ＋ωo)}・{Ｉa＋(ωoＪ/Ｋt)ｖ}−(ωoＪ/Ｋt)ｖ ＝{ωo/(ｓ＋ωo)}・{Ｉa−(Ｊ/Ｋt)ｓｖ} （１６） 一方、モータ１００について、（９）式で表される関係
式が成り立つ。この関係式を用いると（１６）式は次の
ように変形される。
式が成り立つ。この関係式を用いると（１６）式は次の
ように変形される。
【００４９】 ｄk＝{ωo/(ｓ＋ωo)}・(１/Ｋt)・τd （１７） したがって、換算修正信号ｄkcは ｄkc＝{１＋２ζωn/ωoｓ2/(ｓ2＋２ζωnｓ＋ωn 2)}・ｄ ＝{１＋２ζωn/ωoｓ2/(ｓ2＋２ζωnｓ＋ωn 2)} ・{ωo/(ｓ＋ωo)}・(１/Ｋt)・τd （１８） となる。（１８）式から明らかなように、本発明の第２
の実施例による換算修正信号ｄkcは、本発明の第１の実
施例の場合の換算修正信号Ｉdに相当していることがわ
かる。したがって、この換算修正信号ｄkcをそのままト
ルク指令信号Ｉcに加算することにより外乱トルクの補
正を行うことができ、その結果、本発明の第１の実施例
と全く同等の外乱抑圧効果を得ることができる。
の実施例による換算修正信号ｄkcは、本発明の第１の実
施例の場合の換算修正信号Ｉdに相当していることがわ
かる。したがって、この換算修正信号ｄkcをそのままト
ルク指令信号Ｉcに加算することにより外乱トルクの補
正を行うことができ、その結果、本発明の第１の実施例
と全く同等の外乱抑圧効果を得ることができる。
【００５０】このように本発明の第２の実施例によれ
ば、外乱推定器の構成に微分器が不要なだけでなく、外
乱抑圧ループに必要な乗算器の数も削減しており、より
簡単な構成にて優れた外乱抑圧効果を得ることができ
る。その結果、微分器による高周波ノイズの影響を受け
ることなく、正確な外乱トルクの推定および補正を行う
ことが可能となり、優れた外乱抑圧効果によってモータ
の回転速度変動を大幅に低減することができる。さら
に、乗算器の数を削減したことにより、アナログ回路等
のハードウェアで実現する場合には、回路の調整を簡略
化でき、また、ソフトウェアサーボ方式で実現する場合
には、ソフトウェア処理による演算時間遅れを短縮する
ことが可能である。
ば、外乱推定器の構成に微分器が不要なだけでなく、外
乱抑圧ループに必要な乗算器の数も削減しており、より
簡単な構成にて優れた外乱抑圧効果を得ることができ
る。その結果、微分器による高周波ノイズの影響を受け
ることなく、正確な外乱トルクの推定および補正を行う
ことが可能となり、優れた外乱抑圧効果によってモータ
の回転速度変動を大幅に低減することができる。さら
に、乗算器の数を削減したことにより、アナログ回路等
のハードウェアで実現する場合には、回路の調整を簡略
化でき、また、ソフトウェアサーボ方式で実現する場合
には、ソフトウェア処理による演算時間遅れを短縮する
ことが可能である。
【００５１】なお、前述の各実施例では、モータは電流
駆動されるものとして説明したが、モータが電圧駆動さ
れる場合にも、外乱推定器の構成を公知技術によって電
圧駆動に対応したものに変更することにより、容易に応
用が可能である。また、外乱推定器および修正器の構成
は、連続系の伝達関数を用いて説明したが、これを離散
系の伝達関数に変換することは公知技術を用いて容易に
行うことができ、この離散系の伝達関数を用いた構成に
もとづいて実現してもよい。さらに、外乱推定器には、
モータの回転角速度の検出信号およびモータの駆動電流
が入力されるとして説明したが、実質的にこれらに対応
した信号を用いれば良い。その他、本発明の主旨を変え
ずして種々の変更が可能である。
駆動されるものとして説明したが、モータが電圧駆動さ
れる場合にも、外乱推定器の構成を公知技術によって電
圧駆動に対応したものに変更することにより、容易に応
用が可能である。また、外乱推定器および修正器の構成
は、連続系の伝達関数を用いて説明したが、これを離散
系の伝達関数に変換することは公知技術を用いて容易に
行うことができ、この離散系の伝達関数を用いた構成に
もとづいて実現してもよい。さらに、外乱推定器には、
モータの回転角速度の検出信号およびモータの駆動電流
が入力されるとして説明したが、実質的にこれらに対応
した信号を用いれば良い。その他、本発明の主旨を変え
ずして種々の変更が可能である。
【００５２】
【発明の効果】以上のように、本発明のモータ制御装置
は、モータに印加されている外乱トルクを推定する処理
を外乱推定器で行い、特定の周波数を持つ外乱トルクに
対する外乱抑制特性を大幅に改善するための処理を修正
器で行うように処理を分離して構成したものであるた
め、外乱トルクの推定処理には微分処理を必要としない
構成を使用することが可能となり、微分処理による悪影
響が生じることなく優れた外乱抑圧効果を得ることがで
きる。しかも、外乱抑圧ループの構成に必要な乗算器の
数を削減しているため、制御機器への組み込みを容易に
行うことができる。特に、ハードウェアで実現する場合
には、回路調整を簡単化でき、ソフトウェアサーボ方式
で実現する場合には、ソフトウェア処理による演算時間
遅れを短縮し制御性能の劣化を防止することができる。
したがって、本発明のモータ制御装置によれば、制御特
性の優れた、しかも、安価かつ小型な制御機器を得るこ
とができる。
は、モータに印加されている外乱トルクを推定する処理
を外乱推定器で行い、特定の周波数を持つ外乱トルクに
対する外乱抑制特性を大幅に改善するための処理を修正
器で行うように処理を分離して構成したものであるた
め、外乱トルクの推定処理には微分処理を必要としない
構成を使用することが可能となり、微分処理による悪影
響が生じることなく優れた外乱抑圧効果を得ることがで
きる。しかも、外乱抑圧ループの構成に必要な乗算器の
数を削減しているため、制御機器への組み込みを容易に
行うことができる。特に、ハードウェアで実現する場合
には、回路調整を簡単化でき、ソフトウェアサーボ方式
で実現する場合には、ソフトウェア処理による演算時間
遅れを短縮し制御性能の劣化を防止することができる。
したがって、本発明のモータ制御装置によれば、制御特
性の優れた、しかも、安価かつ小型な制御機器を得るこ
とができる。
【図１】本発明の第１の実施例によるモータ制御装置の
全体の構成を示すブロック図
全体の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施例によるモータ制御装置の
詳細な構成を示す制御ブロック線図
詳細な構成を示す制御ブロック線図
【図３】本発明の第１の実施例による修正信号ｄcと外
乱トルクτdとの関係を示す周波数特性図
乱トルクτdとの関係を示す周波数特性図
【図４】本発明の第１の実施例による外乱抑圧効果を説
明する周波数特性図
明する周波数特性図
【図５】本発明の第２の実施例によるモータ制御装置の
全体の構成を示すブロック図
全体の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第２の実施例によるモータ制御装置の
詳細な構成を示す制御ブロック線図
詳細な構成を示す制御ブロック線図
【図７】従来のモータ制御装置の構成を示す制御ブロッ
ク線図
ク線図
１ 外乱推定器 ２ 修正器 ３ 補正器 １００ モータ １０５ 速度検出器 １１０ 制御器
Claims (10)
- 【請求項１】駆動信号により駆動されるモータと、前記
モータの回転速度を検出し回転速度検出信号を出力する
速度検出手段と、前記回転速度検出信号と速度指令信号
との差に応じたトルク指令信号を出力する制御手段と、
前記回転速度検出信号と前記駆動信号より前記モータに
印加される外乱トルクを推定した外乱推定信号を出力す
る外乱推定手段と、前記外乱推定信号の特定周波数の信
号の大きさを修正した修正信号を出力する修正手段と、
前記修正信号により前記トルク指令信号を補正した前記
駆動信号を出力する補正手段とを有して構成されたこと
を特徴とするモータ制御装置。 - 【請求項２】外乱推定手段は、高域周波数成分を遮断し
て外乱推定信号を出力するように構成したことを特徴と
する請求項１記載のモータ制御装置。 - 【請求項３】外乱推定手段は、回転速度検出信号に所定
の係数を乗じる第１の乗算手段と、駆動信号に所定の係
数を乗じる第２の乗算手段と、前記第１の乗算手段の出
力と前記第２の乗算手段の出力を加算する加算手段と、
前記加算手段に接続され、かつ１次の高域遮断特性を有
するフィルタ手段と、前記フィルタ手段の出力から前記
第１の乗算手段の出力を減算し、その結果を外乱推定信
号として出力する減算手段より構成されたことを特徴と
する請求項２記載のモータ制御装置。 - 【請求項４】修正手段は、外乱推定信号の出力低下およ
び位相遅れを特定周波数で零もしくは略零となるように
修正することを特徴とする請求項２記載のモータ制御装
置。 - 【請求項５】駆動信号により駆動されるモータと、前記
モータの回転速度を検出し回転速度検出信号を出力する
速度検出手段と、前記回転速度検出信号と速度指令信号
との差に応じたトルク指令信号を出力する制御手段と、
前記回転速度検出信号と前記駆動信号より前記モータに
印加される外乱トルクを前記駆動信号に対応した値に換
算して推定した換算外乱推定信号を出力する外乱推定手
段と、前記換算外乱推定信号の特定周波数の信号の大き
さを修正した換算修正信号を出力する修正手段と、前記
換算修正信号により前記トルク指令信号を補正した前記
駆動信号を出力する補正手段とを有して構成されたこと
を特徴とするモータ制御装置。 - 【請求項６】外乱推定手段は、高域周波数成分を遮断し
て換算外乱推定信号を出力するように構成したことを特
徴とする請求項５記載のモータ制御装置。 - 【請求項７】外乱推定手段は、回転速度検出信号に所定
の係数を乗じる乗算手段と、前記乗算手段の出力と駆動
信号を加算する加算手段と、前記加算手段に接続され、
かつ１次の高域遮断特性を有するフィルタ手段と、前記
フィルタ手段の出力から前記乗算手段の出力を減算し、
その結果を換算外乱推定信号として出力する減算手段よ
り構成されたことを特徴とする請求項６記載のモータ制
御装置。 - 【請求項８】修正手段は、換算外乱推定信号の出力低下
および位相遅れを特定周波数で零もしくは略零となるよ
うに修正することを特徴とする請求項６記載のモータ制
御装置。 - 【請求項９】修正手段の修正を行う特定周波数は、外乱
推定手段の高域遮断周波数より大きく選んだことを特徴
とする請求項２または請求項６記載のモータ制御装置。 - 【請求項１０】修正手段は、1＋(２ζωn/ωo)ｓ2／(ｓ
2＋２ζωnｓ＋ωn 2)（ここで、ｓはラプラス演算子、
ζは所定の正の定数、ωnは修正手段の修正を行う特定
周波数に対応した角周波数、ωoは外乱推定手段の高域
遮断周波数に対応した角周波数）なる伝達関数を有する
ことを特徴とする請求項２または請求項６記載のモータ
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5325078A JPH07177778A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | モータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5325078A JPH07177778A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | モータ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07177778A true JPH07177778A (ja) | 1995-07-14 |
Family
ID=18172908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5325078A Pending JPH07177778A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | モータ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07177778A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012217230A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | Brother Ind Ltd | モータ制御装置及び画像形成装置 |
| JP2014023370A (ja) * | 2012-07-23 | 2014-02-03 | Shibaura Institute Of Technology | ２慣性系の外乱オブザーバ及びこれを用いた速度制御装置 |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP5325078A patent/JPH07177778A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012217230A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | Brother Ind Ltd | モータ制御装置及び画像形成装置 |
| US8598816B2 (en) | 2011-03-31 | 2013-12-03 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Motor control apparatus and image forming apparatus |
| JP2014023370A (ja) * | 2012-07-23 | 2014-02-03 | Shibaura Institute Of Technology | ２慣性系の外乱オブザーバ及びこれを用いた速度制御装置 |
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