JPH0746874A - 電動機の回転速度制御装置 - Google Patents

電動機の回転速度制御装置

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JPH0746874A
JPH0746874A JP5188590A JP18859093A JPH0746874A JP H0746874 A JPH0746874 A JP H0746874A JP 5188590 A JP5188590 A JP 5188590A JP 18859093 A JP18859093 A JP 18859093A JP H0746874 A JPH0746874 A JP H0746874A
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JP
Japan
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signal
speed
torque
electric motor
load torque
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JP5188590A
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English (en)
Inventor
Tomohiko Arai
知彦 荒井
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 推定負荷トルクと回転速度検出信号を基に負
荷トルクに対応する電機子電流を制御することにより、
インパクトドロップを低減でき高性能な電動機の回転速
度制御装置を得る。 【構成】 回転速度信号Nを検出し、この回転速度検出
信号Nと回転速度指令信号Nrefを基に電機子電流指令
信号Iarefを得るメジャーループと、推定した負荷トル
クを基に演算するとともに1次遅れ要素21により1次
遅れ要素を持たせて電流信号を得、この電流信号を前記
電機子電流指令信号に加減算するマイナーループを設け
ることにより、回転速度のインパクトドロップを大幅に
低減できる電動機の回転速度制御装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機の制御装置に係
り、特に電動機の回転速度の急激な減少(インパクトド
ロップ)を低減するようにした電動機の回転速度制御装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】可変速制御できる電動機を含む制御系に
おいて、電動機の回転速度を一定に保持した場合、負荷
トルクの変動は外乱となる。そこで、負荷トルクを推定
して、この推定値に基づいて所定の制御処理を施して回
転速度のインパクトドロップを低減させる電動機の回転
速度制御装置は種々提案を見るところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図4は従来の電動機の
回転速度制御装置における負荷トルク推定手段の一例を
示し、1aは電機子電流Iaを入力としトルク定数KT
をもとに電動機発生トルクτMを算出する発生トルク算
出部、2aは発生トルク算出部1aにより算出された電
動機発生トルクτMSと負荷トルクτLを加減算して加速
トルクτaを得る第1の加減算部、3aは加速トルクτa
を入力とし回転慣性TMと微分要素Sとの積TM・Sの逆
数1/TM・Sを伝達関数として速度信号Nを算出する速
度算出部、4は速度信号Nを微分して加速度信号N・S
を出力する加速度計である。5は加速度信号N・Sを入
力とし回転慣性TMを伝達関数として信号TM・S・Nを算
出する回転慣性算出部、1bは電機子電流Iaを入力と
しトルク定数KTを伝達関数として電動機発生トルクτM
を得る第2の発生トルク算出部、2bは発生トルク信号
τMと回転慣性算出部5の出力信号TM・S・Nを加減算
する第2の加減算部であって、これらの第2の発生トル
ク算出部1b、第2の加減算部2bおよび回転慣性算出
部5によって負荷トルク推定回路6が構成される。
【0004】ここで、測定可能な量は電機子電流Iaと
回転速度Nのみであり、これらの電機子電流Iaと回転
速度Nから負荷トルクτLを求めるには次式による。
【0005】
【数1】τ L*=τMーτa=KT・IaーTM・S・N つまり、トルク定数TMと回転慣性TMが分かていれば、
電機子電流Iaと回転数Nから負荷ルクτL*を求める
ことができる。ここでτL*は推定トルクである。
【0006】負荷トルクを推定するにあたって加速度計
4を電動機軸に取り付け、速度を直接検出する。しか
し、現状では、加速度計4は性能,価格の点で満足すべ
きものがない。
【0007】また、図5に示すように、負荷トルク推定
回路6において微分器7を付設して速度信号を微分する
ことにより、上述のように負荷トルクを推定することも
できるが、微分器7に適当な高域しゃ断特性を持たせる
ことは難しい。
【0008】さらに、図6に示すように、オブザーバ回
路によって推定負荷トルクτL*を算出し、この推定負
荷トルクをフィードバックして回転速度のインパクトド
ロップを低減することも考えられる。すなわち、第6図
に示すように、発生トルク算出部1b,第2の加減算部
2b,第3の加減算部2c,第4の加減算部2d,第1
のゲイン調整部8および第2のゲイン調整部9によって
オブザーバ回路10を構成し、負荷トルクを調整する。
しかし、オブザーバ回路をオペアンプ等のアナログ回路
で組むことを考えると、図中ゲインg1,g2が非常に大
きく(数100程度必要)、現実的でない。
【0009】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は回転速度信号を基に速度差分を求
め、この速度差分を基に推定負荷トルクを求めると共
に、この推定負荷トルクと回転速度検出信号を基に負荷
トルクに対応する電機子電流を制御することにより、イ
ンパクトドロップを低減でき高性能な電動機の回転速度
制御装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するために、電動機の電機子電流を入力とし、トル
ク定数を伝達関数として電動機の発生トルク算出し、こ
の発生トルクと負荷トルクを加減算して加速トルクを得
ると共に、この加速トルクを回転慣性を伝達関数として
前記電動機の回転速度信号を算出する回転速度信号算出
手段と、前記回転速度信号を入力とし今回の速度検出値
と前回の速度検出値とを基にディジタル演算して速度差
分信号をデイジタル値として算出する速度差分算出手段
と、前記速度差分算出手段の速度差分信号を入力とし回
転慣性信号を算出すると共に、この回転慣性信号と前記
電動機の発生トルク信号とを加減算して電動機の推定負
荷トルク信号を算出する負荷トルク推定手段と、前記回
転速度算出手段によって得られた速度信号を入力として
速度検出信号を得、この速度検出信号と電動機の速度指
令信号を基に電機子電流指令信号を得るメジャーループ
手段と、前記負荷トルク推定手段によって得られた推定
トルク信号を基に、トルク定数を伝達関数として演算す
るとともに1時遅れ要素を持たせて電流信号を得、この
電流信号を電機電流指令信号と加減算するマイナールー
プ手段により回転速度のインパクトドロップを低減した
回転速度制御装置を構成する。
【0011】
【作用】ディジタルレオナード回路によって{(今回ス
キャン速度検出値)ー(前回スキャン速度検出値)}を
演算して速度差分をディジタル的に算出する。また、ア
ナログの負荷トルク推定回路によって速度差分信号の高
域カットを行いかつ負荷トルク推定演算を行って推定負
荷トルクを算出する。さらに、メジャーループにより電
動機の回転速度検出して回転速度検出信号を得、この回
転速度検出信号と回転速度指令信号を基に電動機電流指
令信号を得ると共に、マイナーループにより前記推定ト
ルクに基づく電流信号を得、この電流信号と前記電機子
電流指令信号を基に負荷トルクに見合った電機子電流を
得て回転速度のインパクトドロップを大幅に低減させ
る。
【0012】
【実施例】以下に本発明の実施例を図1〜図3によって
説明する。
【0013】図1は本発明はの実施例による電動機の回
転速度制御装置に示し、11は速度信号Nを入力とし伝
達関数△N/△tをもとにディジタル演算して速度差分
のディジタル信号を算出する速度差算出部でディジタル
レオナード回路12を形成する。13は速度差算出部1
1のディジタル出力信号を入力とするローパスフィルタ
(LPF)で回転慣性算出部5,第2の発生トルク算出
部1bおよび第2の加減算部2bとともに負荷トルク推
定回路10Aを構成する。
【0014】14は負荷トルク推定回路10Aの推定負
荷トルク信号でτL*を入力とし1/KTを伝達関数とす
る電流算出部、15は電流ゲイン調整部、21は電流ゲ
イン調整部15のゲインKACRに1時遅れ1/(1+T
・S)を持たせる遅れ要素でこれらの電流算出部14と
電流ゲイン調整部15および遅れ要素21によって電流
制御のマイナーループ16が形成される。
【0015】2cは第3の加減算部、2dは第4の加減
算部、17は速度制御アンプゲインK1と速度制御アン
プ積分時定数T1からなるK1(1+T1S)/T1Sを伝
達関数とする速度制御信号増幅部、18は電流マイナー
ループゲインKACRと電流マイナーループ一次送れ時定
数TACRからなるKACR/(1+TACR)を伝達関数とす
る電流増幅部である。19は速度検出ゲインKNdetを伝
達関数とする速度検出部で速度制御のメジャーループ2
0を形成する。
【0016】上記構成の回転速度制御装置において、デ
ィジタルレオナード回路12内で{(今回スキャン速度
検出値)−(前回スキャン速度検出値)}をディジタル
演算して速度差分を算出する。また、アナログの負荷ト
ルク推定回路10Aのローパスフィルタ13によって速
度差分信号の高域カットを行い、さらに第2の発生トル
ク算出部1b,回転慣性算出部5および第2の加減算部
2bによってアナログによる負荷トルク推定演算を行
う。したがって、速度検出はディジタルであるから検出
遅れが殆ど無くなると共に、アナログ回路を簡単に構成
することが出来る。このように、負荷トルク推定回路1
0Aをディジタル演算機能とアナログ演算機能を分担さ
せることによって、双方とも簡単な回路構成となる。
【0017】また、推定負荷トルクを入力とする電流算
出部14と電流ゲイン調整部15および1次遅れ要素2
1からなる電流制御のマイナーループ16を通して、負
荷トルク推定回路10Aから得られた推定負荷トルクに
対応する電機子電流を余分に流してやれば、外乱として
の負荷トルクτLの影響を小さくすることが出来る。こ
こで、1次遅れ要素を入れないと速度制御系全体が振動
的となり安定しないが、1次遅れ要素21を1個入れる
系が安定になる。しかも、インパクトドロップ低減の効
果は殆ど損なわれない。
【0018】さらに、速度検出部19は速度信号Nを入
力として速度を検出し、この検出信号を第3の加減算部
2cに入力する。第3の加減算部2cは速度指令信号N
refと速度検出信号との偏差信号を速度増幅部17に入
力する。速度信号増幅部17の出力信号は電機子電流指
令信号Iarefとして得られる。この電機子電流指令信号
arefと、電流制御のマイナーループ16によるフィー
ドバック電流信号を第4の加減算部2dで加算する。第
4の加減算部2dの出力は電流増幅部18によって増幅
され、電機子電流Iaとして第1の発生トルク算出部1
aと第2の発生トルク算出部1bに入力される。ここ
で、電流増幅部18の出力信号Iaは一次遅れで電機子
電流指令信号Iarefに近似している。
【0019】上記構成の電機子の回転速度制御装置に関
して、シュミレーションによって調べた結果、図2〜図
3のような特性が得られた。
【0020】すなわち、図2はインパクトドロップ低減
手段を備えていない装置の速度特性を示し、図3はイン
パクトドロップ低減手段を備えた上記実施例による速度
特性を示す。図2から明らかなように、インパクトドロ
ップ低減手段を備えていない場合は、時刻T=0で10
0%負荷がかかったとき電動機の回転速度Nがほぼ0.
0秒で急激に低下し、設定速度に回復するのに0.5秒
であった。これに対して、上記実施例のようにインパク
トドロップ低減手段を備えたものでは、第3図から明ら
かなように電動機の回転速度Nが0.4秒で急激に低下
した場合、設定回転速度に回復するのにほぼ0.8秒で
あり、かつ増幅器の遅れや飽和も考慮した結果、0.2
秒で完全に設定速度に回復した。
【0021】
【発明の効果】本発明は、以上の如くであって、可変速
制御できる電動機の制御系において、電動機の回転速度
検出信号と回転速度指令信号を基に電機子電流指令信号
を得ると共に、前記回転速度の速度差分信号に基づいて
得られた推定負荷トルクを得、この推定負荷トルクを基
に電流信号を得て、この電流信号と前記電機子電流指令
信号により負荷トルクに見合った電機子電流を得るよう
にしたから、簡単な回路構成にして高速応性でしかも回
転速度のインパクトドロップを大幅に低減できる電動機
の回転速度制御装置を得ることができる。また、本発明
の最も特長とするところは、負荷トルク推定回路の速度
差分処理部をディジタル処理としゲイン付合わせ処理を
アナログ処理として機能を分担したから双方の機能回路
が簡単なものになると共に、電流マイナループに1次遅
れ要素を持たせたから速度制御系の安定化が図れること
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による電動機の回転速度制御装
置のブロック結線図。
【図2】一般の回転速度制御装置の回転速度特性図。
【図3】本発明の実施例による回転速度制御装置の回転
速度特性図。
【図4】従来の回転速度制御装置の負荷トルク推定手段
のブロック結線図。
【図5】従来の他の負荷トルク推定手段のブロック結線
図。
【図6】従来の更に他の負荷トルク推定手段のブロック
結線図。
【符号の説明】
1a…第1の発生トルク算出部 1b…第2の発生トルク算出部 2a…第1の加減算部 2b…第2の加減算部 2c…第3の加減算部 2d…第4の加減算部 3a…回転速度算出部 5…回転慣性算出部 10A…負荷トルク推定回路 11…速度差分算出部 12…ディジタルレオナード回路 13…ローパスフィルタ 14…電流信号算出部 15…電流ゲイン調整部 16…マイナーループ 17…速度信号増幅部 18…電流増幅部 19…速度検出部 20…メジャーループ 21…1次遅れ要素

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電動機の電機子電流を入力とし、トルク
    定数を伝達関数として電動機の発生トルク算出し、この
    発生トルクと負荷トルクを加減算して加速トルクを得る
    と共に、この加速トルクを回転慣性を伝達関数として前
    記電動機の回転速度信号を算出する回転速度信号算出手
    段と、 前記回転速度信号を入力とし今回の速度検出値と前回の
    速度検出値とを基にディジタル演算して速度差分信号を
    デイジタル値として算出する速度差分算出手段と、 前記速度差分算出手段の速度差分信号を入力とし回転慣
    性信号を算出すると共に、この回転慣性信号と前記電動
    機の発生トルク信号とをアナログ加減算して電動機の推
    定負荷トルク信号を算出する負荷トルク推定手段と、 前記回転速度算出手段によって得られた速度信号を入力
    として速度検出信号を得、この速度検出信号と電動機の
    速度指令信号を基に電機子電流指令信号を得るメジャー
    ループ手段と、 前記負荷トルク推定手段によって得られた推定トルク信
    号を基に、トルク定数を伝達関数として演算するととも
    に、1次遅れ要素を持たせて電流信号を得、この電流信
    号を電機電流指令信号と加減算するマイナーループ手段
    と、 によって構成したことを特徴とする電動機の回転速度制
    御装置。
JP5188590A 1993-07-30 1993-07-30 電動機の回転速度制御装置 Pending JPH0746874A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6541937B2 (en) 2000-09-14 2003-04-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Motor control device with vector control function
JP2010239802A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Brother Ind Ltd モータ制御装置及び画像形成システム
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JP2015190261A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 住友重機械工業株式会社 産業車両用電源装置

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