JPH07306111A - 慣性モーメント推定装置 - Google Patents

慣性モーメント推定装置

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JPH07306111A
JPH07306111A JP10033094A JP10033094A JPH07306111A JP H07306111 A JPH07306111 A JP H07306111A JP 10033094 A JP10033094 A JP 10033094A JP 10033094 A JP10033094 A JP 10033094A JP H07306111 A JPH07306111 A JP H07306111A
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JP
Japan
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output
electric motor
calculator
differential
inertia
Prior art date
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Pending
Application number
JP10033094A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Aihara
隆司 藍原
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電動機駆動系の慣性モーメントを推定する慣性
モーメント推定装置を提供する。 【構成】慣性モーメント推定装置20は、負荷トルク推
定手段2、加算演算器3、微分演算器4、減算演算器
5、乗算演算器6、負の符号で積分演算をする第1積分
演算器21、第1ゲイン調手段22で構成し、第1積分
演算器21の出力に比例して微分演算器4の微分ゲイン
を調節する第1ゲイン調手段22によりトルク推定値を
同定し、第1積分演算器21の出力より直接トルク推定
値TL *を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電動機とこの電動機
で駆動される負荷とで構成した電動機駆動系が有する慣
性モーメントを推定し、前記推定した慣性モーメントに
基づいて前記電動機の制御装置の制御パラメータの自動
調整、前記電動機の運転パターン等を決定,変更する慣
性モーメント推定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図5に、従来の電動機駆動系の慣性モー
メント推定装置のブロック構成図を示す。図5におい
て、電動機駆動系1内の電動機が発生する発生トルクT
a と負荷トルクTL との差が電動機の加速トルクとなっ
て前記電動機が加速され、その出力nは前記電動機の回
転速度である。
【0003】慣性モーメント推定装置10では、前記発
生トルクTa と負荷トルク推定手段2の出力の負荷トル
ク推定値TL * の和を加算演算器3で演算し、前記電動
機の回転速度nの微分値を微分演算器4で演算し、微分
演算器3の出力と加算演算器2の出力との差を減算演算
器5で演算し、減算演算器5の出力と加算演算器3の出
力の積を乗算演算器6で演算し、乗算演算器6の出力を
積分演算器7で積分し、微分ゲイン調節手段8により積
分演算器7の出力に比例して微分演算器4の微分ゲイン
を調節することで、積分演算器7の出力として慣性モー
メント推定値J * の逆数1/(J* )が同定され、逆数
演算器9により慣性モーメント推定値J * を得る構成で
ある。
【0004】図5に示した従来の電動機駆動系の慣性モ
ーメント推定装置10の動作を、以下に説明する。ま
ず、負荷トルクTL と負荷トルク推定値TL * とが等し
いと仮定する。この仮定は、負荷トルク推定手段2の応
答速度が十分に速いときに成立し、このときの減算演算
器5の出力値である誤差トルクTe は、式(1)で表さ
れる。
【0005】
【数1】
【0006】よって、誤差トルクTe と加算演算器3の
出力値との積、即ち、乗算演算器6の出力は、式(2)
で表される。
【0007】
【数2】
【0008】慣性モーメントJおよび慣性モーメント推
定値J* は正の値であるため、乗算演算器6の出力を積
分演算器7で積分することで慣性モーメント推定値J*
の逆数1/(J* )を得られ、逆数演算器9により慣性
モーメント推定値J* を得ている。図5において、負荷
トルク推定手段2としては電動機の回転速度nなどから
演算して得る負荷トルクオブザーバが知られている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の慣性モーメ
ント推定装置によると、例えば、電動機とこの動機で駆
動される負荷とで構成した電動機駆動系において、慣性
モーメントが大きくなればなるほど、慣性モーメント推
定値J* の逆数を扱う慣性モーメント推定装置内の逆数
演算器の出力が大きく変化し、この動作が不安定であ
り、また微分演算器の入力へ混入してくるノイズによっ
て慣性モーメント推定値J* は大きな誤差を発生してし
まうという問題があり、さらに積分演算器の入力信号に
は、式(2)で示すようにTacc の2乗の項が含まれる
ため、電動機の動作状態によっては慣性モーメント推定
値への収束時間が大きく変化してしまうという問題もあ
る。
【0010】この発明の目的は、上記問題点を解決し、
慣性モーメントの大小に関係なく慣性モーメント推定装
置が安定な動作を保つとともに、電動機制御系の動作状
態に無関係に、慣性モーメント推定値への収束時間がほ
ぼ一定になる慣性モーメント推定装置を提供することに
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】電動機と該電動機で駆動
される負荷とで構成した電動機駆動系が有する慣性モー
メントを推定する慣性モーメント推定装置において、こ
の第1の発明では、前記電動機の負荷トルク推定値を演
算する負荷トルク推定手段と、前記電動機の発生トルク
と前記負荷トルク推定値との加算演算をする加算演算器
と、前記電動機の回転速度の微分演算をする微分演算器
と、該微分演算器出力から前記加算演算器出力を減算演
算する減算減算器と、該減算演算器出力と前記加算演算
器出力との乗算演算をする乗算演算器と、該乗算演算器
出力を負の符号で積分演算をする第1積分演算器と、該
第1積分演算器出力に比例して前記微分演算器の微分ゲ
インを調節する第1ゲイン調節手段とを備え、第2の発
明では、前記電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷
トルク推定手段と、前記電動機の発生トルクと前記負荷
トルク推定値との加算演算をする加算演算器と、前記電
動機の回転速度の微分演算をする微分演算器と、該微分
演算器出力から前記加算演算器出力を減算演算する減算
演算器と、該減算演算器出力を前記加算演算器出力で除
算演算する除算演算器と、該除算演算器出力を負の符号
で積分演算する第2積分演算器と、該第2積分演算器出
力に比例して前記微分演算器の微分ゲインを調節する第
2ゲイン調節手段とを備え、第3の発明では、前記電動
機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推定手段
と、前記電動機の発生トルクと前記負荷トルク推定値と
の加算演算をする加算演算器と、前記電動機の回転速度
の微分演算をする微分演算器と、該微分演算器出力から
前記加算演算器出力を減算演算する減算演算器と、該減
算器演算出力を前記加算演算器出力で除算演算する除算
演算器と、該除算演算器出力を負の符号で積分演算する
第3積分演算器と、該第3積分演算器出力に比例して前
記微分演算器の微分ゲインを調節する第3ゲイン調節手
段と、前記第3積分演算器の積分ゲインを調節する積分
ゲイン調節手段とを備える。
【0012】
【作用】この発明によれば、第1、第2、第3積分演算
器において、負の符号で積分することで式(2)より第
1〜第3積分演算器出力(VI )は式(3)のように表
せる。
【0013】
【数3】
【0014】したがって、前記積分演算器出力を慣性モ
ーメント推定値J* とすれば、慣性モーメント推定値J
* は第1、第2、第3積分演算器の出力として直接得ら
れ、また慣性モーメントJが大きいときでも、慣性モー
メント推定装置が安定に動作することが共通の作用であ
る。また、第2の発明において、乗算演算器を除算演算
器に置き換え、該除算演算器の出力(Vd )は式(4)
のように表せる。
【0015】
【数4】
【0016】式(4)には、Tacc の2乗の項がないた
め、慣性モーメント推定値への収束時間は、電動機駆動
系の動作状態での変動は少ない。さらに、第3の発明で
は、式(4)では1/Jの項があるため、慣性モーメン
トJが大きいときは慣性モーメント推定値への収束時間
が長くなるのを、第3積分演算器の積分ゲインを前記積
分演算器自身の出力に比例させた積分ゲイン調節手段を
設けることで、改善するように作用している。
【0017】
【実施例】以下の実施例の説明において、図5と同一機
能のものには、同一符号を付して説明を省略し、図5と
異なる機能のものを中心に説明する。図1に、この発明
の第1の実施例を示す。慣性モーメント推定装置20で
は、第1積分演算器21は負の符号で積分演算をし、第
1ゲイン調節手段22により微分演算器4の微分ゲイン
を調節することにより慣性モーメント推定値J* の同定
を行うように構成している。したがって、上記作用の項
で述べたように、第1積分演算器21の出力は慣性モー
メント推定値J* となり、慣性モーメント推定値J*
直接推定できる。
【0018】図2に、この発明の第2の実施例を示す。
慣性モーメント推定装置30では、図1の乗算演算器6
に相当する部位が図2では除算演算器31になり、第2
積分演算器32は負の符号で積分演算をし、第2ゲイン
調節手段33により微分演算器4の微分ゲインを調節す
る。この構成により前記作用の項で述べたように、慣性
モーメント推定値への収束時間の電動機駆動系1の動作
状態による変動を少なくできる。
【0019】なお加算演算器3の出力がゼロ近くのとき
は演算ができないかまたは困難になるが、このような場
合は慣性モーメントを推定すること自体が原理的にでき
ないため演算を行わなければよい。図3に、この発明の
第3の実施例を示す。慣性モーメント推定装置40で
は、積分演算器41の積分ゲインが、積分ゲイン調節手
段43によって積分演算器41の出力に比例するように
させている。この構成によって電動機駆動系1の慣性モ
ーメントJが大きいときでも、慣性モーメント推定値へ
の収束時間が長くなるのを改善できる。
【0020】第3の実施例で、上述の慣性モーメント推
定値への収束時間が改善されることを以下に説明する。
式(4)および図3より、以下の式が求められる。
【0021】
【数5】
【0022】
【数6】
【0023】式(6)は、一般的には式(7)の微分方
程式で表される。
【0024】
【数7】
【0025】式(7)を変数分離法で解くと(8)式が
得られる。
【0026】
【数8】
【0027】式(8)の左辺を部分分数展開すると、式
(9a),(9b)に示す2通りの表現ができる。
【0028】
【数9】
【0029】式(9a),(9b)の2通りの表現に対
して式の両辺を積分すれば、やはり式(10a),(1
0b)に示す2通りの結果が得られる。
【0030】
【数10】
【0031】式(10c)のt0 は定数項ゆえに、式
(10a),(10b)両者について解くと、Xは式
(11)のようになる。
【0032】
【数11】
【0033】t0 は負の値を取ってもかまわないので、
C>eにもなり得る。式(11)のXの解は、第2積分
演算器の出力の初期値によってその後の挙動が異なり、
これを図4に示す。以上において、式(12)に示す公
式を用いている。
【0034】
【数12】
【0035】この公式においてf(x)>0でなければ
log関数が意味を持たない。式(10a),(10
b)の2通りの表現についてそれぞれの解が存在するの
は、このためである。また、必ずJ>0であるため図4
に示す領域は存在しない。収束値(b/a)=Jであ
り、J=J* となることが判る。また、式(5)から判
るようにJ≒J* 近傍では積分時定数Tの時間で収束す
る。
【0036】上述の第1〜第3の実施例において、第1
〜第3ゲイン調節手段、積分ゲイン調節手段としては、
例えば乗算器を利用することで実現できる。また第1〜
第3の実施例の説明では、慣性モーメントの推定を電動
機の発生トルクTa と負荷トルクTL とに基づいて行う
ようにしているが、ブラシレスモータ等のように電動機
電流が常に発生トルクに比例する場合には、前記電動機
電流に基づいて慣性モーメントの推定ができる。また、
電動機の発生トルクまたは電動機に供給する実電流の代
わりに、前記電動機を制御する電動機制御装置内のトル
ク指令値または電流指令値を用いてもよい。
【0037】
【発明の効果】この発明によれば、積分演算器を負の符
号で積分演算させることで直接慣性モーメントを推定で
き、また慣性モーメントが大きいときでも慣性モーメン
ト推定装置が安定に動作するので、推定した慣性モーメ
ントに基づいて電動機制御装置の制御パラメータの自動
調整、電動機の運転パターン等を決定,変更するが容易
となり、前記電動機制御装置から電動機駆動系に対する
最適な制御動作,制御応答を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示す慣性モーメント
推定装置のブロック構成図
【図2】この発明の第2の実施例を示す慣性モーメント
推定装置のブロック構成図
【図3】この発明の第3の実施例を示す慣性モーメント
推定装置のブロック構成図
【図4】式(11)の動作を説明するタイムチャート
【図5】従来例を示す慣性モーメント推定装置のブロッ
ク構成図
【符号の説明】
1…電動機駆動系、2…負荷トルク推定手段、3…加算
演算器、4…微分演算器、5…減算演算器、6…乗算演
算器、7…積分演算器、8…微分ゲイン調節手段、9…
逆数演算器、10,20,30,40…慣性モーメント
推定装置、21…第1積分演算器、22…第1ゲイン調
節手段、31…除算演算器、32…第2積分演算器、3
3…第2ゲイン調節手段、41…第3積分演算器、32
…第3ゲイン調節手段、43…積分ゲイン調節手段。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動機と該電動機で駆動される負荷とで構
    成した電動機駆動系が有する慣性モーメントを推定する
    慣性モーメント推定装置において、 前記電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推
    定手段と、 前記電動機の発生トルクと前記負荷トルク推定値との加
    算演算をする加算演算器と、 前記電動機の回転速度の微分演算をする微分演算器と、 該微分演算器出力から前記加算演算器出力を減算演算す
    る減算減算器と、 該減算演算器出力と前記加算演算器出力との乗算演算を
    する乗算演算器と、 該乗算演算器出力を負の符号で積分演算をする第1積分
    演算器と、 該第1積分演算器出力に比例して前記微分演算器の微分
    ゲインを調節する第1ゲイン調節手段とを備えたことを
    特徴とする慣性モーメント推定装置。
  2. 【請求項2】電動機と該電動機で駆動される負荷とで構
    成した電動機駆動系が有する慣性モーメントを推定する
    慣性モーメント推定装置において、 前記電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推
    定手段と、 前記電動機の発生トルクと前記負荷トルク推定値との加
    算演算をする加算演算器と、 前記電動機の回転速度の微分演算をする微分演算器と、 該微分演算器出力から前記加算演算器出力を減算演算す
    る減算演算器と、 該減算演算器出力を前記加算演算器出力で除算演算する
    除算演算器と、 該除算演算器出力を負の符号で積分演算する第2積分演
    算器と、 該第2積分演算器出力に比例して前記微分演算器の微分
    ゲインを調節する第2ゲイン調節手段とを備えたことを
    特徴とする慣性モーメント推定装置。
  3. 【請求項3】電動機と該電動機で駆動される負荷とで構
    成した電動機駆動系が有する慣性モーメントを推定する
    慣性モーメント推定装置において、 前記電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推
    定手段と、 前記電動機の発生トルクと前記負荷トルク推定値との加
    算演算をする加算演算器と、 前記電動機の回転速度の微分演算をする微分演算器と、 該微分演算器出力から前記加算演算器出力を減算演算す
    る減算演算器と、 該減算器演算出力を前記加算演算器出力で除算演算する
    除算演算器と、 該除算演算器出力を負の符号で積分演算する第3積分演
    算器と、 該第3積分演算器出力に比例して前記微分演算器の微分
    ゲインを調節する第3ゲイン調節手段と、 前記第3積分演算器の積分ゲインを調節する積分ゲイン
    調節手段とを備えたことを特徴とする慣性モーメント推
    定装置。
JP10033094A 1994-05-16 1994-05-16 慣性モーメント推定装置 Pending JPH07306111A (ja)

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JPH07306111A true JPH07306111A (ja) 1995-11-21

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JP (1) JPH07306111A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7781996B2 (en) 2006-06-23 2010-08-24 Fuji Electric Systems Co., Ltd. Speed control device for electric motor
JP2018511889A (ja) * 2015-03-31 2018-04-26 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft 慣性モーメントを推定する駆動装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7781996B2 (en) 2006-06-23 2010-08-24 Fuji Electric Systems Co., Ltd. Speed control device for electric motor
JP2018511889A (ja) * 2015-03-31 2018-04-26 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft 慣性モーメントを推定する駆動装置
US10044308B2 (en) 2015-03-31 2018-08-07 Siemens Aktiengesellschaft Drive apparatus with moment of inertia estimation

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