JPH0731174A - 外乱負荷トルク推定方式 - Google Patents
外乱負荷トルク推定方式Info
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- JPH0731174A JPH0731174A JP5191826A JP19182693A JPH0731174A JP H0731174 A JPH0731174 A JP H0731174A JP 5191826 A JP5191826 A JP 5191826A JP 19182693 A JP19182693 A JP 19182693A JP H0731174 A JPH0731174 A JP H0731174A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 トルク定数の変化する制御系において外乱ト
ルクを推定する外乱負荷トルク推定方式を提供する。 【構成】 電動機の外乱負荷トルクを外乱トルクオブザ
ーバにおいて、電動機に入力される磁束指令に一次フィ
ルタをかけることにより電動機の推定磁束値を算出し、
該推定磁束値をもとに外乱トルクオブザーバ中のトルク
定数を変化させ（ステップＳ２）て外乱負荷トルクを推
定する。
ルクを推定する外乱負荷トルク推定方式を提供する。 【構成】 電動機の外乱負荷トルクを外乱トルクオブザ
ーバにおいて、電動機に入力される磁束指令に一次フィ
ルタをかけることにより電動機の推定磁束値を算出し、
該推定磁束値をもとに外乱トルクオブザーバ中のトルク
定数を変化させ（ステップＳ２）て外乱負荷トルクを推
定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トルク定数の変化する
制御系の外乱負荷トルク推定方式、特に誘導電動機の外
乱負荷トルクを推定する外乱負荷トルク推定方式に関す
る。
制御系の外乱負荷トルク推定方式、特に誘導電動機の外
乱負荷トルクを推定する外乱負荷トルク推定方式に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、同期電動機を用いた機械の速度、
位置、あるいは力等の制御を行なう制御系において、外
乱負荷トルク（以下、外乱トルクという）を求める際
に、外乱トルクオブザーバを用いて外乱トルクを推定す
る外乱負荷トルク推定方式が知られている。
位置、あるいは力等の制御を行なう制御系において、外
乱負荷トルク（以下、外乱トルクという）を求める際
に、外乱トルクオブザーバを用いて外乱トルクを推定す
る外乱負荷トルク推定方式が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来の外乱負荷
トルク推定方式においては、その制御系により駆動され
る同期電動機のトルク定数が一定であることを基にして
外乱トルクの推定を行なっている。しかしながら、一般
に電動機のトルク定数は磁束に対する依存性を有してい
るため、例えば誘導電動機のように磁束が変化するシス
テムにおいては、その磁束の変化に応じてトルク定数が
変化して一定に定まらず、従来のトルク定数が一定であ
ることを前提とした外乱負荷トルク推定方式では外乱ト
ルクを正確に推定することができないという問題点を有
している。
トルク推定方式においては、その制御系により駆動され
る同期電動機のトルク定数が一定であることを基にして
外乱トルクの推定を行なっている。しかしながら、一般
に電動機のトルク定数は磁束に対する依存性を有してい
るため、例えば誘導電動機のように磁束が変化するシス
テムにおいては、その磁束の変化に応じてトルク定数が
変化して一定に定まらず、従来のトルク定数が一定であ
ることを前提とした外乱負荷トルク推定方式では外乱ト
ルクを正確に推定することができないという問題点を有
している。
【０００４】そこで、本発明は前記した従来の外乱負荷
トルク推定方式の問題点を解決し、トルク定数の変化す
る制御系において外乱トルクを推定する外乱負荷トルク
推定方式を提供することを目的とする。
トルク推定方式の問題点を解決し、トルク定数の変化す
る制御系において外乱トルクを推定する外乱負荷トルク
推定方式を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、電動機の外乱負荷トルクを外乱トルクオ
ブザーバにおいて、電動機に入力される磁束指令に一次
フィルタをかけることにより電動機の推定磁束値を算出
し、該推定磁束値をもとに外乱トルクオブザーバ中のト
ルク定数を変化させて外乱負荷トルクを推定するもので
ある。
成するために、電動機の外乱負荷トルクを外乱トルクオ
ブザーバにおいて、電動機に入力される磁束指令に一次
フィルタをかけることにより電動機の推定磁束値を算出
し、該推定磁束値をもとに外乱トルクオブザーバ中のト
ルク定数を変化させて外乱負荷トルクを推定するもので
ある。
【０００６】
【作用】本発明によれば、電動機に入力される磁束指令
から電動機の実際の磁束を推定し、この推定磁束値をも
とにトルク定数を算定する。この推定磁束値は、磁束指
令に対して、電動機の磁束指令と発生磁束との間の一次
遅れの関係を表す一次フィルタをかけることにより求め
ることができる。そして、この推定磁束値に比例定数を
乗することによりトルク定数を算定する。このトルク定
数を用いた外乱トルクオブザーバは、変化する磁束に対
応してトルク定数が変化するため、磁束が変化するシス
テムにおいても、正確に外乱負荷トルクを推定すること
ができる。
から電動機の実際の磁束を推定し、この推定磁束値をも
とにトルク定数を算定する。この推定磁束値は、磁束指
令に対して、電動機の磁束指令と発生磁束との間の一次
遅れの関係を表す一次フィルタをかけることにより求め
ることができる。そして、この推定磁束値に比例定数を
乗することによりトルク定数を算定する。このトルク定
数を用いた外乱トルクオブザーバは、変化する磁束に対
応してトルク定数が変化するため、磁束が変化するシス
テムにおいても、正確に外乱負荷トルクを推定すること
ができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでは
ない。
細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでは
ない。
【０００８】はじめに、サーボモータのサーボ制御をプ
ロセッサで行なうデジタルサーボ制御における外乱推定
オブザーバについて、図５および図６を用いて説明す
る。図５は、デジタルサーボ制御系のブロック図であ
り、図６はオブザーバ対象のモデルのブロック図であ
る。
ロセッサで行なうデジタルサーボ制御における外乱推定
オブザーバについて、図５および図６を用いて説明す
る。図５は、デジタルサーボ制御系のブロック図であ
り、図６はオブザーバ対象のモデルのブロック図であ
る。
【０００９】図６において、符号１３は図５に示すサー
ボモータのトルク定数Ｋｔの伝達関数、１４ａ及び１４
ｂは図５における伝達関数を分割して、イナーシャＪｍ
の伝達関数１４ａと積分項１４ｂに分けて示したもので
ある。また、図５において、ｕは入力としてのトルク指
令、ｘ１，ｘ２は状態変数としての速度、外乱トルクを
意味している。
ボモータのトルク定数Ｋｔの伝達関数、１４ａ及び１４
ｂは図５における伝達関数を分割して、イナーシャＪｍ
の伝達関数１４ａと積分項１４ｂに分けて示したもので
ある。また、図５において、ｕは入力としてのトルク指
令、ｘ１，ｘ２は状態変数としての速度、外乱トルクを
意味している。
【００１０】図６に示すオブザーバ対象のモデルにおい
て、状態変数ｘ１，ｘ２に対する状態方程式は、次の第
（１）式で表すことができる。
て、状態変数ｘ１，ｘ２に対する状態方程式は、次の第
（１）式で表すことができる。
【００１１】
【数１】 なお、上記第（１）式においてＸ１は加速度、Ｘ２は外
乱トルクの変化度を意味するが、短時間では外乱トルク
ｘ２には変化がないとしてＸ２＝０と仮定している。
乱トルクの変化度を意味するが、短時間では外乱トルク
ｘ２には変化がないとしてＸ２＝０と仮定している。
【００１２】第（１）式をサンプリング周期（速度ルー
プ周期）Ｔの離散値系とすると、第（１）式は次の第
（２）式に示すように変換することができる。
プ周期）Ｔの離散値系とすると、第（１）式は次の第
（２）式に示すように変換することができる。
【００１３】
【数２】 上記第（２）式に対してオブザーバを構成するために、
【００１４】
【数３】 を用いる。なお、上式において、ｘ1(i)’は推定速度
値、ｘ2(i)’は推定外乱トルク、Ｚ1(i)およびＺ2(i)は
オブザーバ処理途中の変数である。
値、ｘ2(i)’は推定外乱トルク、Ｚ1(i)およびＺ2(i)は
オブザーバ処理途中の変数である。
【００１５】第（２）式中の状態変数ｘ１(i) ，ｘ２
(i) を、それぞれ推定速度値ｘ1(i)’と推定外乱トルク
ｘ2(i)’とすると、第（２）式は次の第（３）式とな
り、
(i) を、それぞれ推定速度値ｘ1(i)’と推定外乱トルク
ｘ2(i)’とすると、第（２）式は次の第（３）式とな
り、
【００１６】
【数４】 また、次の第（４）式の関係がある。
【００１７】
【数５】 なお、第（４）式において、（Ｋ１，Ｋ２）T はゲイン
ベクトルである。
ベクトルである。
【００１８】また、誘導電動機において、そのトルク定
数Ｋｔは磁束値と比例関係にあり、磁束値の変化に応じ
てトルク定数Ｋｔも変化する。通常、この磁束値は測定
が困難であるため、本発明においてはこの磁束値を推定
し、推定した推定磁束値Φ’に基づいてトルク定数Ｋｔ
を設定する。ここで、トルク定数Ｋｔを次の第（５）式
により表すことにする。
数Ｋｔは磁束値と比例関係にあり、磁束値の変化に応じ
てトルク定数Ｋｔも変化する。通常、この磁束値は測定
が困難であるため、本発明においてはこの磁束値を推定
し、推定した推定磁束値Φ’に基づいてトルク定数Ｋｔ
を設定する。ここで、トルク定数Ｋｔを次の第（５）式
により表すことにする。
【００１９】 Ｋｔ＝ｋΦ’ …（５） なお、ｋは比例定数である。
【００２０】次に、本発明における上記推定磁束値Φ’
の推定について説明する。本発明において推定磁束値
Φ’は磁束指令値Φｃを用いて推定し、誘導電動機に入
力される磁束指令値Φをデジタル処理することにより求
めることができる。
の推定について説明する。本発明において推定磁束値
Φ’は磁束指令値Φｃを用いて推定し、誘導電動機に入
力される磁束指令値Φをデジタル処理することにより求
めることができる。
【００２１】誘導電動機において、入力される磁束指令
値Φｃに対して発生する磁束値は誘導電動機の有する電
気的特性（インダクタンス成分をＬ２、抵抗成分をＲ２
とする）による二次回路時定数Ｌ２／Ｒ２を有し、一次
遅れの関係がある。図３は磁束指令値Φｃ対する発生磁
束値の関係を示した図である。図３の（ａ）は、誘導電
動機に入力する磁束指令値Φｃを増加させたときの発生
磁束Φの変化を示しており、また、図３の（ｂ）は誘導
電動機に入力する磁束指令値Φｃを減少させたときの発
生磁束Φの変化を示している。
値Φｃに対して発生する磁束値は誘導電動機の有する電
気的特性（インダクタンス成分をＬ２、抵抗成分をＲ２
とする）による二次回路時定数Ｌ２／Ｒ２を有し、一次
遅れの関係がある。図３は磁束指令値Φｃ対する発生磁
束値の関係を示した図である。図３の（ａ）は、誘導電
動機に入力する磁束指令値Φｃを増加させたときの発生
磁束Φの変化を示しており、また、図３の（ｂ）は誘導
電動機に入力する磁束指令値Φｃを減少させたときの発
生磁束Φの変化を示している。
【００２２】したがって、誘導電動機に磁束指令値Φｃ
を入力したときに発生する磁束は、一次フィルタの時定
数を持つ伝達関数により表すことができ、そのとき発生
するであろう磁束値を推定磁束値Φ’とすると、推定磁
束値Φ’は次の第（６）式により表すことができる。
を入力したときに発生する磁束は、一次フィルタの時定
数を持つ伝達関数により表すことができ、そのとき発生
するであろう磁束値を推定磁束値Φ’とすると、推定磁
束値Φ’は次の第（６）式により表すことができる。
【００２３】 Φ’＝｛１／（１＋Ｔ2 ・Ｓ）｝・Φｃ …（６） なお、ここでＴ2 は一次フィルタの時定数である。
【００２４】この｛１／（１＋Ｔ2 ・Ｓ）｝で表される
伝達関数は、通常のデジタルフィルタによって実現され
るものであり、このデジタルフィルタに磁束指令値Φｃ
のサンプリング値を入力することにより推定磁束値Φ’
を推定し求めることができる。
伝達関数は、通常のデジタルフィルタによって実現され
るものであり、このデジタルフィルタに磁束指令値Φｃ
のサンプリング値を入力することにより推定磁束値Φ’
を推定し求めることができる。
【００２５】さらに、この推定磁束値Φ’を前記第
（５）式に代入して比例定数ｋを乗することにより、磁
束の変化に対応したトルク定数Ｋｔを求めることができ
る。
（５）式に代入して比例定数ｋを乗することにより、磁
束の変化に対応したトルク定数Ｋｔを求めることができ
る。
【００２６】そこで、上記第（３）式〜第（６）式から
なるオブザーバの構成をブロック図で表すと、図２のよ
うになる。したがって、図２のオブザーバは、オブザー
バに対してトルク指令ｕと磁束指令値Φｃと実速度ｘ1
（ｉ）を入力し、オブザーバからの推定外乱トルクｘ2
（ｉ）’を出力する。なお、Ｚ-1は１周期Ｔの遅れを示
している。
なるオブザーバの構成をブロック図で表すと、図２のよ
うになる。したがって、図２のオブザーバは、オブザー
バに対してトルク指令ｕと磁束指令値Φｃと実速度ｘ1
（ｉ）を入力し、オブザーバからの推定外乱トルクｘ2
（ｉ）’を出力する。なお、Ｚ-1は１周期Ｔの遅れを示
している。
【００２７】次に、図２の外乱推定オブザーバのブロッ
ク図、および図１のオブザーバ処理のフローチャートを
用いてデジタルサーボ制御を行なうプロセッサの実行す
るオブザーバ処理について説明する。
ク図、および図１のオブザーバ処理のフローチャートを
用いてデジタルサーボ制御を行なうプロセッサの実行す
るオブザーバ処理について説明する。
【００２８】はじめに、オブザーバに対して、トルク指
令ｕ（ｉ）と磁束指令値Φｃと実速度ｘ1 （ｉ）を取り
込む（ステップＳ１）。そして、取り込んだ磁束指令値
Φｃを用いてトルク定数Ｋｔを求める（ステップＳ
２）。このトルク定数Ｋｔを求めるには、図２におい
て、取り込んだ磁束指令値Φｃを時定数Ｔ2 の一次フィ
ルタのブロック７に入力し推定磁束値Φ’を求め、さら
にこの推定磁束値Φ’を比例定数ｋの比例ブロック８に
入力することにより行なわれ、通常のデジタルフィルタ
により実行することができる。このトルク定数Ｋｔはブ
ロック１中のｋｔ・Ｔ／Ｊｍに入力され、ブロック１の
係数を磁束指令値Φｃに対応する値に変更される。
令ｕ（ｉ）と磁束指令値Φｃと実速度ｘ1 （ｉ）を取り
込む（ステップＳ１）。そして、取り込んだ磁束指令値
Φｃを用いてトルク定数Ｋｔを求める（ステップＳ
２）。このトルク定数Ｋｔを求めるには、図２におい
て、取り込んだ磁束指令値Φｃを時定数Ｔ2 の一次フィ
ルタのブロック７に入力し推定磁束値Φ’を求め、さら
にこの推定磁束値Φ’を比例定数ｋの比例ブロック８に
入力することにより行なわれ、通常のデジタルフィルタ
により実行することができる。このトルク定数Ｋｔはブ
ロック１中のｋｔ・Ｔ／Ｊｍに入力され、ブロック１の
係数を磁束指令値Φｃに対応する値に変更される。
【００２９】次に、ステップＳ１で取り込んだトルク指
令ｕ（ｉ）に、磁束指令値Φｃに対応して変更されたＫ
ｔ・Ｔ／Ｊｍを乗じ（ブロック１）た値と、推定外乱ト
ルクｘ2 （ｉ）’にＴ／Ｊｍを乗じ（ブロック２）た値
を加算し、さらに推定速度値ｘ1 （ｉ）’を加算すれば
第（３）式における変数ｚ1 （ｉ＋１）が求められる
（ステップＳ３）。これを１周期遅らせる（ブロック
３）ことにより、変数ｚ1（ｉ）が求まる（ステップＳ
４）。
令ｕ（ｉ）に、磁束指令値Φｃに対応して変更されたＫ
ｔ・Ｔ／Ｊｍを乗じ（ブロック１）た値と、推定外乱ト
ルクｘ2 （ｉ）’にＴ／Ｊｍを乗じ（ブロック２）た値
を加算し、さらに推定速度値ｘ1 （ｉ）’を加算すれば
第（３）式における変数ｚ1 （ｉ＋１）が求められる
（ステップＳ３）。これを１周期遅らせる（ブロック
３）ことにより、変数ｚ1（ｉ）が求まる（ステップＳ
４）。
【００３０】次に、パルスコーダで検出される実速度ｘ
1 （ｉ）から上記変数ｚ1 （ｉ）を減じて（ｘ1 （ｉ）
−ｚ1 （ｉ））を求め（ステップＳ５）、この値に速度
推定用のオブザーバゲインＫ１を乗じ（ブロック４）た
値に変数ｚ1 （ｉ）を加算すれば推定速度値ｘ
1 （ｉ）’（第（４）式）が求まる。（ステップＳ
６）。
1 （ｉ）から上記変数ｚ1 （ｉ）を減じて（ｘ1 （ｉ）
−ｚ1 （ｉ））を求め（ステップＳ５）、この値に速度
推定用のオブザーバゲインＫ１を乗じ（ブロック４）た
値に変数ｚ1 （ｉ）を加算すれば推定速度値ｘ
1 （ｉ）’（第（４）式）が求まる。（ステップＳ
６）。
【００３１】さらに、変数ｚ2 （ｉ＋１）を１周期遅ら
せる（ブロック６）ことにより、推定外乱トルク近似値
変数ｚ2 （ｉ）が求まり（ステップＳ７）、前記（ｘ1
（ｉ）−ｚ1 （ｉ））に外乱トルク推定用のオブザーバ
ゲインＫ２を乗じ（ブロック５）た値との加算を行なう
と推定外乱トルクｘ2 （ｉ）’が求まる（ステップＳ
８）。
せる（ブロック６）ことにより、推定外乱トルク近似値
変数ｚ2 （ｉ）が求まり（ステップＳ７）、前記（ｘ1
（ｉ）−ｚ1 （ｉ））に外乱トルク推定用のオブザーバ
ゲインＫ２を乗じ（ブロック５）た値との加算を行なう
と推定外乱トルクｘ2 （ｉ）’が求まる（ステップＳ
８）。
【００３２】これにより求めた外乱トルクを観察するこ
とにより、モータに印加される異常負荷等を検出するこ
とができる。
とにより、モータに印加される異常負荷等を検出するこ
とができる。
【００３３】上記オブザーバの処理は、図４のブロック
図に示す構成により実施することができる。図４におい
て、２１は工作機械やロボット等の機械を制御する制御
装置（ＮＣ）で、該制御装置からトルク指令や磁束指令
やその他の各種の指令および制御信号が制御装置２２に
出力される。この制御装置２２は、ＣＰＵ２３を有し、
位置、速度、力等のモータ制御をデジタル的に実行し、
モータ２４を制御する。ＣＰＵ２３は、ＮＣ２１からト
ルク指令および磁束指令を、またモータ２４から実速度
を入力して推定外乱トルクを求め、その推定外乱トルク
の値に基づいて種々の制御を行なう。そして、このＣＰ
Ｕ２３におけるオブザーバの処理は、所定の周期例えば
速度ループ周期毎に行なうものである。
図に示す構成により実施することができる。図４におい
て、２１は工作機械やロボット等の機械を制御する制御
装置（ＮＣ）で、該制御装置からトルク指令や磁束指令
やその他の各種の指令および制御信号が制御装置２２に
出力される。この制御装置２２は、ＣＰＵ２３を有し、
位置、速度、力等のモータ制御をデジタル的に実行し、
モータ２４を制御する。ＣＰＵ２３は、ＮＣ２１からト
ルク指令および磁束指令を、またモータ２４から実速度
を入力して推定外乱トルクを求め、その推定外乱トルク
の値に基づいて種々の制御を行なう。そして、このＣＰ
Ｕ２３におけるオブザーバの処理は、所定の周期例えば
速度ループ周期毎に行なうものである。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
オブザーバにより磁束指令から実際の磁束を推定してト
ルク定数を算定し、トルク定数を変化させることによ
り、磁束が変化するシステムにおいても、正確に外乱負
荷トルクを推定することができる。
オブザーバにより磁束指令から実際の磁束を推定してト
ルク定数を算定し、トルク定数を変化させることによ
り、磁束が変化するシステムにおいても、正確に外乱負
荷トルクを推定することができる。
【図１】本発明のオブザーバ処理のフローチャートであ
る。
る。
【図２】本発明の外乱推定オブザーバのブロック図であ
る。
る。
【図３】本発明の磁束指令値に対する発生磁束値の関係
を示した図である。
を示した図である。
【図４】本発明のオブザーバの処理を実行するブロック
図である。
図である。
【図５】デジタルサーボ制御系のブロック図である。
【図６】オブザーバ対象のモデルのブロック図である。
ｕ トルク指令 ｘ1 実速度 ｘ2 ’ 推定外乱トルク Ｋｔ トルク定数 磁束指令値 Φｃ 推定磁束値 Φ’
Claims (1)
- 【請求項１】 電動機の外乱負荷トルクを外乱トルクオ
ブザーバにより推定する外乱負荷トルク推定方式におい
て、電動機に入力される磁束指令に一次フィルタをかけ
ることにより電動機の推定磁束値を算出し、該推定磁束
値をもとに外乱トルクオブザーバ中のトルク定数を変化
させて外乱負荷トルクを求める外乱負荷トルク推定方
式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5191826A JPH0731174A (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | 外乱負荷トルク推定方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5191826A JPH0731174A (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | 外乱負荷トルク推定方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0731174A true JPH0731174A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=16281169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5191826A Pending JPH0731174A (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | 外乱負荷トルク推定方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0731174A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08179832A (ja) * | 1994-08-30 | 1996-07-12 | Nuovo Pignone Spa | 自動位置決め装置 |
| WO1997020260A1 (fr) * | 1995-11-28 | 1997-06-05 | Fanuc Ltd | Procede d'estimation de la charge de perturbations sur des servomoteurs |
-
1993
- 1993-07-07 JP JP5191826A patent/JPH0731174A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08179832A (ja) * | 1994-08-30 | 1996-07-12 | Nuovo Pignone Spa | 自動位置決め装置 |
| WO1997020260A1 (fr) * | 1995-11-28 | 1997-06-05 | Fanuc Ltd | Procede d'estimation de la charge de perturbations sur des servomoteurs |
| US5936369A (en) * | 1995-11-28 | 1999-08-10 | Fanuc, Ltd | Method of estimating disturbance load on servomotor |
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