JPH0851788A

JPH0851788A - モータ速度制御装置

Info

Publication number: JPH0851788A
Application number: JP6204559A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nakamura; 裕司中村; Kazuhiro Tsuruta; 和寛鶴田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 1996-02-20
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: EP0803968A1; EP0803968B1; CN1047700C; US5834912A; CN1158675A; JP3296527B2; WO1996004708A1; KR100352024B1; KR970705223A; EP0803968A4; DE69507340D1; DE69507340T2

Abstract

(57)【要約】【目的】エンコーダ等で検出した位置情報、モータの特
性、及びトルク指令に基づいて速度を予測し、その重み
付き移動平均をとることにより、低速域での精度劣化が
小さく、さらに、位相遅れの無い速度フィードバック信
号を用いたモータ速度制御装置を提供する。【構成】モータの動特性モデル、トルク指令u(i)，位置
ｙ(i-K) より、Ｍサンプリング先までの速度予測値ｖ^*
(i+m) （ただし、m=-K+1, …, Ｍ）を求める予測器を設
け、速度フィードバック信号を所定の計算式によって求
めることで、速度を予測してモータの速度制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータの速度制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータの速度フィードバック制御におい
て、従来はタコメータジェネレータ等の速度検出器が多
く用いられていたが、近年は、エンコーダ等で検出した
位置情報からフィードバック速度信号を算出する方式が
主流となってきている。この際の、速度フィードバック
信号の算出方法としては、位置信号のサンプリング周期
Ts間の増分値Δｙより、ｖ= Δｙ/Ts として求めるのが
最も一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、算出した速度信号の位相が実際の速度よりも遅れて
しまい、さらに低速域での精度が大きく劣化するという
問題がある。過去複数点での移動平均をとることによ
り、低速域での精度劣化の問題は改善されるが、位相の
遅れはさらに大きくなってしまう。また，サンプリング
周期が長い場合や、位置検出遅れがある場合には、その
位相はさらに遅れる。このように位相の遅れた信号によ
りフィードバック制御を行うと、フィードバックゲイン
を高く設定することができず、応答速度が遅くなってし
まう。一方、特開平4-9767号公報のように、演算時点で
の速度を予測検出するものも知られているが、モータの
特性やトルク指令を考慮せず、エンコーダ等で検出した
位置情報のみに頼って予測するものであり、予測が実際
の値と合わなくなる恐れがある。そこで本発明は，エン
コーダ等で検出した位置情報、モータの特性、及びトル
ク指令に基づいて速度を予測し、その重み付き移動平均
をとることにより、低速域での精度劣化が小さく、さら
に、位相遅れの無い速度フィードバック信号を用いたモ
ータ速度制御装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明では、現在時刻ｉにおいてK ・ Ts(K≧0,Ts:サ
ンプリング周期) 前のモータ位置ｙ(i-K) を検出し、こ
の検出信号を基に算出したモータ速度フィードバック信
号ｖ_fbによりフィードバック制御を行うモータ速度制御
装置において、速度指令と前記モータ速度フィードバッ
ク信号ｖ_fbからトルク指令ｕ(i) を算出する手段と、前
記位置ｙ(i-K) から速度ｖ(i-K) を算出する手段と、
Ｍ' サンプリング前から時刻i-K までの前記速度ｖ(i-
m) （ただし、 m=K, …, Ｍ' ）を記憶する手段と、モ
ータの動特性モデル、前記トルク指令u(i)，前記位置ｙ
(i-K) より、Ｍサンプリング先までの速度予測値ｖ^*(i
+m) （ただし、m=-K+1, …, Ｍ）を求める予測器と、前
記速度フィードバック信号を、

【数７】なる計算によって求める手段と、を備えたことを特徴と
するものである。

【０００５】

【作用】上記手段により、精度劣化が小さく、位相遅れ
の無い速度フィードバック信号が得られるため、フィー
ドバックループゲインを高く設定でき、速度制御系の応
答周波数が高くなる。

【０００６】

【実施例】以下，本発明の具体的実施例を図１に示して
説明する。図中５は速度指令と速度フィードバック信号
ｖ_fbを入力し、トルク指令ｕを出力する制御演算器であ
る。６は、トルク制御器、モータ、および位置検出器を
含んだものを表しており、現在時刻ｉにおいて、トルク
指令ｕ(i) を入力し、K ・ Ts(K≧0,Ts: サンプリング周
期) 前のモータ位置検出値ｙ(i-K) を出力する。１は、
モータの動特性モデル、トルク指令ｕ、および位置ｙよ
り、Ｍサンプリング先までの速度予測値ｖ^*(i+m) ( た
だし、m=-K+1, …, Ｍ) を求める予測器である。４は，
ｖ(i-K)=Δｙ(i-K)/Ts（Δはサンプリング周期Ts間の増
分値を表す）等の演算により、位置ｙ(i-K) から速度ｖ
(i-K) を算出する演算器であり、３は、Ｍ' サンプリン
グ前から時刻i-K までの速度ｖ(i-m) ( ただし、m=K,
…, Ｍ')を記憶するメモリである。２は演算器であり、

【数８】なる計算により速度フィードバック信号ｖ_fbを求め、制
御演算器５へ出力する。重みｗ_mとｗ' _mは，ｗ_m=
ｗ' _m=1/(Ｍ+ Ｍ'+1)として，各速度の平均をとっても
良いし、各速度に異なる重みを付け、全体で１となるよ
うに設定しても良い。ＭとＭ' はその差Ｍ- Ｍ' によっ
て速度フィードバック信号の位相を、和Ｍ+Ｍ' によっ
て速度分解能を調整でき、Ｍ≧Ｍ' とすることにより位
相遅れのないフィードバック信号が得られる。

【０００７】次に予測器１の具体的実施例を図２および
図３に示す。まず図２において、１１は予測器、１３は
予測係数A _mn, B _mnを記憶するメモリ、１４，１５は現
在に至るまでの過去のトルク指令ｕおよび位置増分値Δ
ｙを記憶するメモリ、１６は位置ｙより位置増分値Δｙ
を求める差分器である。１２は演算器であり、

【数９】なる演算により速度予測値ｖ^*(i+m) を算出し出力す
る。図３において、２１は予測器、２３は予測係数A
_mn, B _mnを記憶するメモリ、２４，２５は、現在に至
るまでの過去のトルク指令増分値Δｕおよび位置増分値
Δｙを記憶するメモリ、２６，２７は増分値を求める差
分器である。２２は演算器であり、

【数１０】なる演算により速度予測値ｖ^*(i+m) を算出し出力す
る。

【０００８】ここで(2b)式および(3b)式における予測係
数について述べる。いまトルク指令ｕから位置増分値Δ
ｙまでの伝達関数モデルが、Ｇv(z) = (b₁z ^-1+ …+b_Nbz ^-Nb) / (1-a₁z^-1- …-a_Na
z ^-Na) の離散時間系で得られているとすると、その入出力モデ
ルは次式となる。

【数１１】時刻ｉにおいては、時刻i-K までの位置増分値の実測値
Δｙ(i-n) (n≧K)が得られているため、それ以降の位置
増分値を実測値を用いて，

【数１２】で予測すると、位置増分値予測値Δｙ^*(i+m) は(2b)式
となり、予測係数A _mn,B_mnは、未来のトルク指令をｕ
(j)=0 (j>i) とすると、

【数１３】で与えられる。またｕ(j)=ｕ(i) (j>i) とすると，(7b)
式のB _m0 は次式となる。

【数１４】また，トルク指令増分値Δｕから位置増分値Δｙまでの
伝達関数モデルが、Ｇp(z) = (b₁z ^-1+ …+b_Nbz ^-Nb) / (1-a₁z^-1- …-a_Na
z ^-Na) である場合、その入出力モデルは次式となり、

【数１５】 (5) 式と同様にして位置増分値を予測すると(3b)式を
得、予測係数A _mn,B_mnは，未来のトルク指令増分値をΔ
ｕ(j)=0 (j>i) とすると、

【数１６】で与えられる。

【０００９】例えば、Ｋ＝０で、トルク指令から位置ま
での連続系の伝達関数モデルを１／ＪＳ²として、零次
ホールドとサンプラを考慮して離散化すると、図２の予
測器のモデルＧv(z)の係数は、Ｎ_a＝１，ａ₁＝１，Ｎ
_b＝２，ｂ₁＝ｂ₂＝ｂ＝Ｔ_S ²／２J となり、図３の
予測器のモデルＧp(z)の係数は、Ｎ_a＝２，ａ₁＝２，
ａ₂＝−１，Ｎ_b＝２，ｂ₁＝ｂ₂＝ｂ＝Ｔ_S ²／２J
となる。図２の予測器を用い、Ｍ＝２とすると、(2b)式
の係数は(6) 、(7) 、(7b') 式より、Ａ₁₀＝Ａ₂₀＝１，
Ｂ₁₀＝Ｂ₁₁＝ｂ，Ｂ₂₀＝３ｂ，Ｂ₂₁＝ｂとなる。さらに
(1) 式において、Ｍ’＝０，ｗ₂＝０．５，ｗ₁＝ｗ’
₀＝０．２５とすると、(1) 、(2) 式より、ｖ_fb(i) ＝［Δｙ(i) ＋ｂ｛1.75ｕ(i) ＋0.75ｕ(i-1) ｝］／Ｔ_S (11) を得る。上式のごとく、図１の予測器１と演算器２，４
とを一体化してｖ_fb（ｉ）を求めても、もちろん構わな
い。

【００１０】外乱トルクｕ_dの検出値あるいは推定値が
得られる場合には、トルク指令ｕから外乱トルクｕ_dを
減じた値をトルク指令と考えて速度予測値を求めても良
い。制御演算器５内で、ＰＩＤ制御やＩ−Ｐ制御等の積
分演算を含む演算によりトルク指令を決定する場合に
は、積分演算値を前記外乱トルク推定値として用いても
良い。例えば図４に示すように、制御演算器５内部でＰ
ＩＤ演算によりトルク指令を算出する場合、トルク指令
から積分演算値を減じたもの、すなわち、ＰＤ（比例微
分）演算値のみをトルク指令として予測器１へ入力す
る。

【００１１】さらに、ＰＩ演算値を１次またはｎ次フィ
ルタリングした値を、次のサンプリング周期にトルク指
令ｕ（ｉ）として出力する制御演算器に対して、（１
１）式を用いて速度フィードバック信号Ｖ_fb(i) を求め
た場合のブロック図を図５に示す。同図では、１周期前
の積分値を外乱トルクｕ_dとしているが、これをさらに
フィルタリングした値をｕ_dとしても良い。また、速度
ｖ（ｉ）は、Δｙ（ｉ）／Ｔ_Sによって求めているが、
これ以外の方法、例えば、速度検出器の利用、あるい
は、エンコーダのパルス間の時間を計測して算出する
等、既存の速度算出方法を用いても良い。

【００１２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、低速
域での精度劣化が小さく、さらに、位相遅れの無い速度
フィードバック信号を用いるため、フィードバックルー
プゲインが上がり、高速応答可能なモータ速度制御装置
が実現されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的実施例を示す図

【図２】本発明の予測器の一例を示す内部ブロック図

【図３】本発明の予測器の他の例を示す内部ブロック図

【図４】本発明の制御演算器の一例を示す内部ブロック
図

【図５】本発明の他の実施例を示す図

【符号の説明】

１速度予測器２速度フィードバック信号演算器３速度を記憶するメモリ４速度演算器５制御演算器６トルク制御器、モータ、および位置検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】現在時刻ｉにおいてK ・ Ts(K≧0,Ts: サ
ンプリング周期) 前のモータ位置ｙ(i-K) を検出し、こ
の検出信号を基に算出したモータ速度フィードバック信
号ｖ_fbによりフィードバック制御を行うモータ速度制御
装置において、速度指令と前記モータ速度フィードバック信号ｖ_fbから
トルク指令u(i)を算出する手段と、前記位置ｙ(i-K) から速度ｖ(i-K) を算出する手段と、Ｍ' サンプリング前から時刻i-K までの前記速度ｖ(i-
m) （ただし、 m=K, …, Ｍ' ）を記憶する手段と、モータの動特性モデル、前記トルク指令u(i)，前記位置
ｙ(i-K) より、Ｍサンプリング先までの速度予測値ｖ^*
(i+m) （ただし、m=-K+1, …, Ｍ）を求める予測器と、前記速度フィードバック信号を、【数１】なる計算によって求める手段と、を備えたことを特徴と
するモータ速度制御装置。
【請求項２】前記予測器は、位置ｙより位置増分値Δｙ（Δはサンプリング周期Ts間
の増分値を表す）を求める手段と、トルク指令ｕから位置増分値Δｙまでの伝達関数モデルＧv(z) = (b₁z ^-1 +…+b_Nbz ^-Nb) / (1-a₁z^-1 -…-a_Na
z ^-Na) より、予測係数A _mn, B _mnを、【数２】で決定し記憶する手段と、現在に至るまでの過去のトルク指令および位置増分値を
記憶する手段と、これらの予測係数、トルク指令、位置増分値より、前記
速度予測値を次式【数３】で求める手段と、からなるものであることを特徴とする
請求項１記載のモータ速度制御装置。
【請求項３】前記B _m0に代えて、【数４】とする手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のモ
ータ速度制御装置。
【請求項４】前記予測器は、位置ｙ，トルク指令ｕよりその増分値Δｙ，Δｕを求め
る手段と、トルク指令増分値Δｕから位置増分値Δｙまでの伝達関
数モデルＧp(z) = (b₁z ^-1+ …+b_Nbz ^-Nb) / (1-a₁z^-1- …-a_Na
z ^-Na) より，予測係数A _mn, B _mnを、【数５】で決定し記憶する手段と、現在に至るまでの過去のトルク指令増分値および位置増
分値を記憶する手段と、これらの予測係数、トルク指令増分値、位置増分値よ
り、前記速度予測値を次式【数６】で求める手段と、からなるものであることを特徴とする
請求項１記載のモータ速度制御装置。
【請求項５】外乱トルクｕ_dの検出値あるいは推定値
を求める手段と、前記トルク指令ｕから外乱トルクｕ_d
を減じた値をトルク指令と考えて速度予測値を求める手
段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４記載のモ
ータ速度制御装置。
【請求項６】ＰＩＤ制御やＩ−Ｐ制御等の積分演算を
含む演算によりトルク指令を決定する場合に，前記外乱
トルクｕ_dとして，積分演算値を用いることを特徴とす
る請求項５記載のモータ速度制御装置。