JPH099665A - モータ速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータの回転速度を簡単な構成で精度良く定
値制御するモータ速度制御装置を提供する。 【構成】 比較器１０３は、モータの検出速度を示す速
度検出信号ｖと速度指令信号ｖrとの偏差に応じた速度
誤差信号Δｖを出力する。メモリ１２１は、所定時間Ｌ
だけ前までの学習速度誤差信号Δｖgの値Ｍを記憶す
る。補償器１２２は、メモリ１２１に記憶されている値
Ｍにより速度誤差信号Δｖを補償して学習速度誤差信号
Δｖgを出力する。比較器１０３、制御器１４０、補正
器１０４、駆動器１５０は、速度誤差信号Δｖを０にす
る制御ループを形成する。外乱推定器１３０は、補償器
１２２からの学習速度誤差信号Δｖgと駆動信号Ｄとか
ら外乱トルクτdを推定し、外乱推定信号ｄを算出す
る。制御信号ｃは、補正器１０４において外乱推定信号
ｄを加算することにより補正され、駆動信号Ｄとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータの回転速度を一
定に保つように制御するモータ速度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータを一定の回転速度で駆動すること
が要求される場合、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）によってモータの
回転速度に変動が生じるため、この外乱トルクによる回
転速度の変動をできるだけ抑制するようにモータの駆動
を制御することが重要である。

【０００３】モータの回転速度を検出し、外部からの指
令信号により指定された回転速度との誤差を比例積分補
償してモータにフィードバックするように構成された最
も基本的な制御方式によるモータ速度制御装置では、外
乱トルクの影響はフィードバック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（外乱トルクからモータの回転速度までの伝達ゲイン
の周波数特性）が向上し、外乱トルクによるモータの回
転速度の変動が抑制される。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不安定となるため、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
の回転速度の変動を顕著に低減することができる制御方
式として、後述の学習補償器を用いた制御方式や後述の
外乱推定器を用いた方式が提案されている。図７は、学
習補償器７２０を用いた従来の制御システム７３０にお
ける制御要素の構成およびその入出力特性を示す制御ブ
ロック線図である。

【０００５】図７に示すように、基本的構成制御システ
ム７３０は、制御対象７００、減算器７１０および学習
補償器７２０を備える。学習補償器７２０は、時間遅れ
要素７２１と加算器７２２とで構成される。制御対象７
００は、伝達関数Ａc（ｓ）で表される出力特性を有
し、例えば、制御対象７００がモータである場合には、
入力信号としてモータの駆動電流が入力される。制御対
象７００は、外乱ｄが印加されている下で、出力信号と
してモータの回転速度ｙを出力する。なお、Ａc（ｓ）
のｓはラプラス演算子を表しており、以下、ｓはラプラ
ス演算子を示す。

【０００６】減算器７１０は、制御対象７００の出力信
号ｙの目標値を指定する外部からの指令信号ｒと、制御
対象７００の実際の出力信号ｙとを入力し、指令信号ｒ
から出力信号ｙを減算した減算結果である誤差信号ｅr
を出力する。学習補償器７２０は、時間遅れ要素７２１
および加算器７２２を備える。学習補償器７２０は、減
算器７１０からの誤差信号ｅrを入力し、前記誤差信号
ｅrを補償した学習誤差信号ｅgを出力する。学習補償器
７２０から出力された学習誤差信号ｅgは、負の外乱ｄ
が印加された後、制御対象７００に帰還される。これに
より、制御システム７３０において制御対象７００の出
力信号ｙが指令信号ｒと一致するように制御される。

【０００７】時間遅れ要素７２１は、例えば少なくとも
遅延時間Ｌだけ以前までの学習誤差信号ｅgの値を記憶
するメモリなどで構成され、伝達関数ｅ-sL（以下、
「ｅ-sL」は、自然対数の底ｅの（−sL）乗を示す。な
お、Ｌは、時間遅れ要素７２１で遅延される所定の遅延
時間を示す。）で表される出力特性を有する。これによ
り、時間遅れ要素７２１は、所定の遅延時間Ｌだけ前の
時点における加算器７２２からの学習誤差信号ｅgであ
る時間遅れ信号を、加算器７２２に出力する。

【０００８】加算器７２２は、減算器７１０からの誤差
信号ｅrと、時間遅れ要素７２１からの時間遅れ信号と
を加算して学習誤差信号ｅgを出力する。このような学
習補償器７２０を用いた制御システム７３０では、時間
遅れ要素７２１における遅延時間Ｌの逆数、すなわち、
１／Ｌで表される周波数の整数倍の周波数（以下、これ
らの周波数を学習周波数と呼ぶ）において、外乱ｄから
出力信号ｙまでの伝達ゲインが等価的に極めて小さくな
る。その結果、外乱ｄに含まれる周波数成分の内、学習
周波数の整数倍に相当する周波数を有する外乱成分の出
力信号ｙに及ぼす影響が顕著に低減される。したがっ
て、このような学習補償器を用いた制御方式を用いてモ
ータの回転速度を一定に保つように制御するならば、回
転速度変動の周波数成分の内、学習周波数に相当する周
波数を有する変動成分を顕著に抑制することができる。

【０００９】また、特開平３−１５５３８３号公報に
は、外乱推定器を用いた制御方式の一例が開示されてい
る。図８は、外乱推定器８２０を用いた従来の制御シス
テム８００における制御要素の構成およびその入出力特
性を示す制御ブロック線図である。図８に示すように、
制御システム８００は、モータ８１０、外乱推定器８２
０、制御器８４０および駆動器８５０を備える。すなわ
ち、制御システム８００では、モータ８１０、制御器８
４０および駆動器８５０からなる基本的な速度制御系
に、外乱推定器８２０が付加された構成となっている。

【００１０】モータ８１０は、積分器８１１および乗算
器８１２を備える。乗算器８１２は、駆動電流Ｉaを入
力し、発生トルクτを出力する。なお、Ｋtはモータ８
１０のトルク定数を示す。乗算器８１２から出力された
発生トルクτには負の外乱トルクτdが加えられ、積分
器８１１に入力される。なお、Ｊはモータ８１０の慣性
モーメント、ｓはラプラス演算子を示す。積分器８１１
は、モータ８１０に印加された駆動電流Ｉaおよび外乱
トルクτdに応じた、モータ８１０の実際の回転角速度
ωを出力する。

【００１１】外乱推定器８２０は、乗算器８２１、微分
器８２２、１次遅れ要素８２４および乗算器８２５を備
える。外乱推定器８２０は、モータ８１０の駆動電流Ｉ
aとモータ８１０の実際の回転角速度ωとからモータ８
１０に印加されている外乱トルクτdの大きさを算出
し、外乱トルクτdを打ち消すための駆動電流をモータ
８１０に帰還する。

【００１２】乗算器８２１は、モータ８１０に印加され
る駆動電流Ｉaを検出して係数Ｋtnを乗算し、モータ８
１０の計算上の発生トルクτを算出する。なお、Ｋtnは
モータ８１０のトルク定数の公称値である。微分器８２
２は、モータ８１０の実際の回転角速度ωを検出して微
分し、モータ８１０の実際の発生トルク（τ−τd）を
算出する。なお、Ｊnはモータ８１０の慣性モーメント
の公称値である。

【００１３】１次遅れ要素８２４は、乗算器８２１と微
分器８２２との算出結果から算出された外乱トルクを入
力するフィルタであって、微分器８２２によって増幅さ
れた回転角速度を検出する際のノイズを除去するため
に、算出された外乱トルクの高周波成分を除去し、外乱
トルクの推定値τeを出力する。なお、ｇは外乱推定器
８２０の推定帯域を表す定数である。

【００１４】乗算器８２５は、外乱トルクの推定値τe
に係数１／Ｋtnを乗算し、外乱トルクの推定値τeを相
殺するトルクをモータ８１０に発生させるための駆動電
流をモータ８１０に帰還する。制御器８４０は、速度指
令値ｒからモータ８１０の実際の回転角速度ωを減算し
て得られた誤差信号ｅrを入力し、係数を乗算するとと
もに積分して、制御信号ｃを出力する。なお、Ｋpは比
例ゲイン、Ｋiは積分ゲインである。

【００１５】駆動器８５０は、制御信号ｃを入力し、駆
動器８５０のゲインＫampを乗算して、モータ８１０の
駆動電流を出力する。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８１０の回転
角速度ωは速度指令値ｒと減算比較され、その誤差信号
ｅrは制御器８４０において比例・積分補償され、制御
信号ｃとして出力される。制御信号ｃは駆動器８５０に
よりＫamp倍され、さらに、外乱推定器８２０の出力と
加算された後、駆動電流Ｉaとしてモータ８１０に入力
される。駆動電流Ｉaは乗算器８１２で発生トルクτに
変換され、モータ８１０の回転角速度ωが速度指令値ｒ
と一致するように駆動制御される。

【００１６】外乱推定器８２０は、モータ８１０に印加
される駆動電流Ｉaを検出し、乗算器８２１で係数Ｋtn
を乗算する。モータの回転角速度ωは、微分器８２２で
係数Ｊnを乗算されたうえ、微分される。１次遅れ要素
８２４には乗算器８２１の出力から微分器８２２の出力
を減算したものが入力され、１次遅れ要素８２４は入力
を伝達関数ｇ／（ｓ＋ｇ）に基づくフィルタ処理を行
い、外乱トルクの推定値τeを出力する。これに乗算器
８２５で係数１／Ｋtnを乗算したものが外乱推定器８２
０の出力信号となり、この出力信号は前述のように駆動
器８５０の出力と加算される。

【００１７】このような外乱推定器８２０を用いた制御
システム８００では、外乱推定器８２０によって推定さ
れた外乱トルクの推定値τeを用いて制御信号ｃを補正
することにより、帰還される駆動電流がモータ８１０に
加わる外乱トルクτdを打ち消すように働き、その結
果、モータ８１０の回転速度の変動成分の内、低周波の
変動成分が低減される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た学習補償器７２０を用いた従来の制御システム７３０
では、学習周波数、すなわち、特定の周波数の整数倍の
周波数を有する回転速度変動成分に対しては顕著な抑制
効果が得られるものの、それ以外の周波数においては十
分な抑制効果が得られず、逆に隣接する学習周波数の中
間の周波数においては制御特性が顕著に悪化し、回転速
度の変動が増加してしまうという問題があり、しかも、
このような問題を解決する方法はなかった。

【００１９】さらに、学習補償器７２０の内部が、メモ
リなどの記憶手段を介した正帰還ループで構成されるこ
とから、回転速度の変動が大きい場合には、メモリに記
憶する個々のデータに多くのビット数を割り当てなけれ
ばならず、必要となるメモリ量が増大する、あるいは、
学習補償器７２０での演算に必要なダイナミックレンジ
を広く設定し、演算がオーバーフローしないように構成
しなければならないなどという問題もあった。

【００２０】さらに、制御システム７３０内の各構成要
素が、モータ７００の回転速度に応じて図示しない速度
検出器によって発生された速度検出パルスに同期して動
作するように構成されている場合、モータの回転速度の
変動が大きくなると速度検出器が速度検出パルスを検出
するタイミングにバラツキを生じ、その結果、学習補償
器７２０の動作タイミングにもバラツキを生じる。この
バラツキは時間遅れ要素７２１における遅延時間のバラ
ツキとなり、学習周波数における抑制効果が十分に得ら
れなくなるという問題もあった。

【００２１】一方、上記外乱推定器８２０を用いた従来
の制御システム８００では、特定の周波数に限定するこ
となく、モータ８１０の回転速度の変動を低減すること
ができるが、その効果が低周波数領域に限られる。しか
も、外乱推定器８２０の外乱推定帯域においても、縦軸
を制御ゲイン、横軸を周波数としてボード線図で制御シ
ステム８００の速度変動抑制の周波数特性を表した場
合、１次曲線で表される低周波遮断特性でしか効果を得
られないという問題があった。この結果、外乱推定器８
２０の外乱推定帯域においても、モータ８１０に加わる
顕著な外乱がある場合にはモータ８１０の回転速度の変
動抑制効果が不十分であり、モータ８１０の回転周波数
などの特定の周波数に同期した複数の顕著な外乱がある
場合や、外乱推定器８２０の外乱推定帯域の上限である
周波数、すなわち、１次遅れ要素８２４の遮断周波数近
傍に顕著な外乱がある場合などには、このような外乱成
分による回転速度の変動を十分に抑制することができな
かった。さらに、このような回転速度の変動を十分に抑
制できない状況下では、外乱推定器８２０の演算に必要
なダイナミックレンジを広く設定し、演算がオーバーフ
ローしないように構成しなければならず、構成の複雑化
あるいはコストアップを招くという問題があった。

【００２２】また、上記した学習補償器７２０および外
乱推定器８２０などの制御要素を組み合わせて用いるこ
とにより、それぞれの効果を同時に得ることが可能であ
ろうと考えられるが、同一速度制御システム内において
これらの制御要素を組み合わせて接続する場合、一般的
に考えられる接続配置では、期待される効果が得られな
いことが知られている。

【００２３】上記課題に鑑みて、本発明は、簡単な構成
で、低い周波数を有する不特定の外乱トルクに対して広
い周波数帯域で速度変動の抑制効果を得ると同時に、特
定の周波数に同期した外乱トルクに対しても顕著な速度
変動抑制効果を得ることができるモータ速度制御装置を
提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のモータ速
度制御装置は、モータの回転速度を検出する速度検出手
段と、指定された回転速度から検出された回転速度を減
算し、その差分を速度誤差信号として出力する速度誤差
信号生成手段と、前記速度誤差信号から、モータに加え
られる外乱のうちの所定の周波数の整数倍の周波数を有
する外乱成分に起因した速度変動を増幅して、学習補償
信号を出力する学習補償手段と、学習補償信号の値を０
にするようなモータの駆動信号を生成する駆動信号生成
手段と、前記駆動信号と、外乱の大きさを表す補正信号
とを加算して補償駆動信号を出力する加算手段と、補償
駆動信号に応じた電力をモータに供給する電力供給手段
と、学習補償信号と補償駆動信号とから、モータに加え
られている外乱の大きさを算出し、算出した外乱の大き
さを表す補正信号を加算手段に出力する外乱算出手段と
を備える。

【００２５】請求項２記載のモータ速度制御装置は、請
求項１記載のモータ速度制御装置において、前記外乱算
出手段は、前記補償駆動信号の値から、モータが発生す
るトルクの大きさを算出する発生トルク算出手段と、前
記学習補償信号から、実際に発揮されたトルクの大きさ
を算出する実トルク算出手段と、前記発生トルクと前記
実トルクとの差分から、トルクの大きさで与えられる前
記外乱の大きさを算出する外乱トルク算出手段とを備え
る。

【００２６】請求項３記載のモータ速度制御装置は、請
求項１記載のモータ速度制御装置において、前記外乱算
出手段は、前記学習補償信号に所定の係数を乗算すると
ともに乗算結果を微分して、回転速度から発生トルクま
でのモータの伝達関数と同一の伝達関数を演算し、前記
実トルクを出力する微分手段と、前記補償駆動信号に駆
動信号をトルクに換算する係数を乗算して、駆動信号か
ら発生トルクまでのモータの伝達関数と同一の伝達関数
を演算し、補償駆動信号によって発生される発生トルク
を出力する第１乗算手段と、第１乗算手段の乗算結果と
微分手段の微分結果とを加算して、算出された前記発生
トルクと前記実トルクとの差分を出力する差分手段と、
前記差分を積分し、その高周波成分を除去する積分手段
と、高周波成分が除去された前記差分にトルクの大きさ
を駆動信号の大きさに変換する係数を乗算して、発生ト
ルクから駆動信号までのモータの伝達関数と同一の伝達
関数を演算し、外乱トルクを打ち消す補正信号を出力す
る第２乗算手段とを備える。

【００２７】請求項４記載のモータ速度制御装置は、モ
ータの回転速度を検出する速度検出手段と、指定された
回転速度から検出された回転速度を減算し、その差分を
速度誤差信号として出力する速度誤差信号生成手段と、
前記速度誤差信号から、モータに加えられる外乱のうち
の所定の周波数の整数倍の周波数を有する外乱成分に起
因した速度変動を増幅して、学習補償信号を出力する学
習補償手段と、駆動信号によって発生される回転速度の
前記学習補償信号からのずれを表す速度ずれ信号を０に
するモータの駆動信号を出力する駆動信号生成手段と、
前記学習補償信号と前記駆動信号とを入力し、駆動信号
によって発生される回転速度の前記学習補償信号からの
ずれを算出し、算出されたずれの大きさを表す速度ずれ
信号を前記駆動信号生成手段に出力する速度ずれ算出手
段と、前記駆動信号に応じた電力をモータに供給する電
力供給手段とを備える。

【００２８】請求項５記載のモータ速度制御装置は、請
求項４記載のモータ速度制御装置において、前記速度誤
差信号生成手段は、さらに、所定の周期を有した速度検
出クロックを生成する速度検出クロック生成手段を備
え、前記速度ずれ算出手段は、さらに、前記速度検出ク
ロックよりも短い周期を有した動作クロックを生成する
動作クロック生成手段を備え、前記速度誤差信号生成手
段は前記速度検出クロックに同期して速度誤差信号を生
成し、前記速度ずれ算出手段は前記動作クロックに同期
して速度ずれ信号を出力する。

【００２９】請求項６記載のモータ速度制御装置は、請
求項４または請求項５記載のモータ速度制御装置におい
て、前記速度ずれ算出手段は、学習補償信号から速度ず
れ信号を減算した差分に比例する比例項と、前記差分を
時間積分した積分項とにより、前記差分を０にするトル
クの大きさを差分トルクとして算出する差分トルク算出
手段と、前記駆動信号によってモータで発生されるトル
クを算出する発生トルク算出手段と、前記発生トルクか
ら前記差分トルクを減算して得られた減算結果から、前
記速度ずれ信号を算出する速度ずれ信号算出手段とを備
える。

【００３０】請求項７記載のモータ速度制御装置は、モ
ータの回転速度を検出する速度検出手段と、指定された
回転速度から検出された回転速度を減算し、その差分を
速度誤差信号として出力する速度誤差信号生成手段と、
前記速度誤差信号から、モータに加えられる外乱のうち
の所定の周波数の整数倍の周波数を有する外乱成分に起
因した速度変動を増幅して、学習補償信号を出力する学
習補償手段と、駆動信号によってモータで発生される回
転速度の学習補償信号からの速度ずれを算出して、速度
ずれ信号を出力する速度ずれ算出手段と、前記速度ずれ
信号を０にする速度をモータに発生させる速度補償駆動
信号を出力する速度補償手段と、学習補償信号から速度
ずれ信号を減算した減算結果から外乱トルクの大きさを
算出し、算出した外乱トルクを打ち消すトルクをモータ
に発生させる外乱補償駆動信号を出力する外乱補償手段
と、外乱補償駆動信号と速度補償駆動信号とを加算し
て、加算結果を駆動信号として前記速度ずれ算出手段に
出力する加算手段と、前記駆動信号に応じた電力をモー
タに供給する電力供給手段とを備える。

【００３１】請求項８記載のモータ速度制御装置は、請
求項７記載のモータ速度制御装置において、前記速度誤
差信号生成手段は、さらに、所定の周期を有した速度検
出クロックを生成する速度検出クロック生成手段を備
え、前記速度ずれ算出手段は、さらに、前記速度検出ク
ロックよりも短い周期を有した動作クロックを生成する
動作クロック生成手段を備え、前記速度誤差信号生成手
段は前記速度検出クロックに同期して速度誤差信号を生
成し、前記速度ずれ算出手段は前記動作クロックに同期
して速度ずれ信号を出力する。

【００３２】請求項９記載のモータ速度制御装置は、請
求項７または請求項８記載のモータ速度制御装置におい
て、前記速度ずれ算出手段は、学習補償信号から速度ず
れ信号を減算した差分に比例する比例項と、前記差分を
時間積分した積分項とから前記差分を０にするトルクの
大きさを、差分トルクとして算出する差分トルク算出手
段と、前記駆動信号からモータの発生トルクを算出する
発生トルク算出手段と、前記駆動信号による発生トルク
から前記差分トルクを減算して得られた減算結果を速度
の大きさに変換し、速度ずれ信号を算出する速度ずれ信
号算出手段とを備え、前記外乱補償手段は、前記差分ト
ルク算出手段の積分項を外乱トルクとして取り出し、外
乱トルクを打ち消すトルクをモータに発生させる外乱補
償駆動信号を出力する。

【００３３】請求項１０記載のモータ速度制御装置は、
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のモータ速度
制御装置において、前記速度検出手段は、モータの回転
速度に比例した周波数信号を発生する周波数発電機と、
前記周波数信号の回転周期を検出し、周期信号を出力す
る周期検出手段とを備え、前記モータ速度制御装置は、
検出された回転速度の代わりに周期信号を用い、指定さ
れた速度の代わりに指定された回転周期を用いて、モー
タに指定された回転周期と、前記周期信号との差分が０
になるよう定値制御する。

【００３４】請求項１１記載のモータ速度制御装置は、
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のモータ速
度制御装置において、前記学習補償手段は、少なくとも
所定の遅延時間分の学習補償信号の大きさを記憶するメ
モリと、メモリに記憶されている前記遅延時間前の学習
補償信号を前記速度誤差信号に加算し、遅延時間の逆数
で与えられる周波数の整数倍の周波数を有する外乱成分
に起因した速度変動を増幅して、学習補償信号として出
力する遅延手段とを備える。

【００３５】請求項１２記載のモータ速度制御装置は、
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のモータ速
度制御装置において、前記遅延手段の遅延時間は、その
逆数がモータの回転周波数の整数倍となるように選ぶ。

【００３６】

【作用】請求項１記載のモータ速度制御装置では、速度
検出手段は、モータの回転速度を検出する。速度誤差信
号生成手段は、指定された回転速度から検出された回転
速度を減算し、その差分を速度誤差信号として出力す
る。学習補償手段は、前記速度誤差信号から、モータに
加えられる外乱のうちの所定の周波数の整数倍の周波数
を有する外乱成分に起因した速度変動を増幅して、学習
補償信号を出力する。駆動信号生成手段は、学習補償信
号の値を０にするようなモータの駆動信号を生成する。
加算手段は、前記駆動信号と、外乱の大きさを表す補正
信号とを加算して補償駆動信号を出力する。電力供給手
段は、補償駆動信号に応じた電力をモータに供給する。
外乱算出手段は、学習補償信号と補償駆動信号とから、
モータに加えられている外乱の大きさを算出し、算出し
た外乱の大きさを表す補正信号を加算手段に出力する。

【００３７】従って、駆動信号生成手段は、学習補償手
段によって増幅された速度変動に対して、モータにその
速度変動の値に対応した大きさの速度変動を発生させる
駆動信号を生成することができ、所定の周波数の整数倍
の周波数を有する外乱成分に起因した速度変動を顕著に
抑制することができる。これに加えて、モータは、算出
された外乱の大きさを表す補正信号によって発生される
駆動力により、加えられている外乱を打ち消す。これに
よって、モータ速度制御装置は、モータに加えられた外
乱に起因するモータの速度変動を、さらに精度良く抑制
することができる。この結果、各制御変数の値を低く抑
えることができるので学習補償手段および外乱算出手段
の演算に必要なダイナミックレンジを大きくとる必要が
なく、回路規模を拡大することなく、低コストに、モー
タに加えられた外乱に起因するモータの速度変動を、精
度良く抑制することができる。また、モータ速度制御装
置内の各構成要素が、モータの回転速度に応じて発生さ
れる速度検出パルスに同期して動作するように構成され
ている場合に、モータの回転速度の変動が大きくなり、
速度検出パルスの検出タイミングおよび学習補償手段の
動作タイミングにバラツキを生じた場合であっても、外
乱算出手段からの補正信号に応じてモータの回転速度の
変動が抑制されるため、大きな問題を生じることなく、
モータに加えられた外乱に起因するモータの速度変動
を、精度良く抑制することができる。

【００３８】請求項２記載のモータ速度制御装置では、
請求項１記載のモータ速度制御装置の前記外乱算出手段
において、発生トルク算出手段は、前記補償駆動信号の
値から、モータが発生するトルクの大きさを算出する。
実トルク算出手段は、前記学習補償信号から、実際に発
揮されたトルクの大きさを算出する。外乱トルク算出手
段は、前記発生トルクと前記実トルクとの差分から、ト
ルクの大きさで与えられる前記外乱の大きさを算出す
る。

【００３９】従って、請求項２記載のモータ速度制御装
置によれば、モータに加えられる外乱の大きさをトルク
の大きさで算出し、算出した外乱の大きさを表す補正信
号を、前記駆動信号に加算することにより、簡単な演算
回路あるいはソフトウェアプログラムを用いて、請求項
１記載のモータ速度制御装置と同様の効果を得ることが
できる。

【００４０】請求項３記載のモータ速度制御装置では、
請求項１記載のモータ速度制御装置において、前記外乱
算出手段の微分手段は、前記学習補償信号に所定の係数
を乗算するとともに乗算結果を微分して、回転速度から
発生トルクまでのモータの伝達関数と同一の伝達関数を
演算し、前記実トルクを出力する。第１乗算手段は、前
記補償駆動信号に駆動信号をトルクに換算する係数を乗
算して、駆動信号から発生トルクまでのモータの伝達関
数と同一の伝達関数を演算し、補償駆動信号によって発
生される発生トルクを出力する。差分手段は、第１乗算
手段の乗算結果と微分手段の微分結果とを加算して、算
出された前記発生トルクと前記実トルクとの差分を出力
する。積分手段は、前記差分を積分し、その高周波成分
を除去する。第２乗算手段は、高周波成分が除去された
前記差分にトルクの大きさを駆動信号の大きさに変換す
る係数を乗算して、発生トルクから駆動信号までのモー
タの伝達関数と同一の伝達関数を演算し、外乱トルクを
打ち消す補正信号を出力する。

【００４１】従って、請求項３記載のモータ速度制御装
置によれば、微分手段、第１乗算手段および第２乗算手
段が、それぞれ、回転速度から発生トルクまでのモータ
の伝達関数、駆動信号から発生トルクまでのモータの伝
達関数、第１乗算手段の伝達関数とは逆数の関係にあ
る、発生トルクから駆動信号までのモータの伝達関数を
演算し、算出された前記発生トルクと前記実トルクとの
差分から外乱トルクを打ち消す補正信号を出力すること
により、簡単な演算回路やソフトウェアプログラムを用
いて、請求項１記載のモータ速度制御装置と同様の効果
を得ることができる。

【００４２】請求項４記載のモータ速度制御装置では、
速度検出手段は、モータの回転速度を検出する。速度誤
差信号生成手段は、指定された回転速度から検出された
回転速度を減算し、その差分を速度誤差信号として出力
する。学習補償手段は、前記速度誤差信号から、モータ
に加えられる外乱のうちの所定の周波数の整数倍の周波
数を有する外乱成分に起因した速度変動を増幅して、学
習補償信号を出力する。駆動信号生成手段は、駆動信号
によって発生される回転速度の前記学習補償信号からの
ずれを表す速度ずれ信号を０にするモータの駆動信号を
出力する。速度ずれ算出手段は、前記学習補償信号と前
記駆動信号とを入力し、駆動信号によって発生される回
転速度の前記学習補償信号からのずれを算出し、算出さ
れたずれの大きさを表す速度ずれ信号を前記駆動信号生
成手段に出力する。電力供給手段は、前記駆動信号に応
じた電力をモータに供給する。

【００４３】従って、請求項４記載のモータ速度制御装
置によれば、外乱がない場合にモータは指定された一定
の前記回転速度で回転し、かつ、前記学習補償信号が前
記速度誤差信号に一致すると仮定した場合には、駆動信
号によって発生されるモータの回転速度の前記学習補償
信号からのずれを０にするよう制御することにより、所
定の周波数の整数倍の周波数を有する外乱成分に起因し
た速度変動を顕著に抑制することができるとともに、こ
れに加えて、駆動信号生成手段の特性に応じて、外乱に
起因した回転速度変動の抑制効果を得ることができる。
この結果、各制御変数の値を低く抑えることができるの
で学習補償手段および速度ずれ算出手段の演算に必要な
ダイナミックレンジを大きくとる必要がなく、回路規模
を拡大することなく、低コストに、モータに加えられた
外乱に起因するモータの速度変動を、精度良く抑制する
ことができる。また、モータ速度制御装置内の各構成要
素が、モータの回転速度に応じて発生される速度検出パ
ルスに同期して動作するように構成されている場合に、
モータの回転速度の変動が大きくなり、速度検出パルス
の検出タイミングおよび学習補償手段の動作タイミング
にバラツキを生じた場合であっても、外乱算出手段から
の補正信号に応じてモータの回転速度の変動が抑制され
るため、大きな問題を生じることなく、モータに加えら
れた外乱に起因するモータの速度変動を、精度良く抑制
することができる。

【００４４】請求項５記載のモータ速度制御装置では、
請求項４記載のモータ速度制御装置において、前記速度
誤差信号生成手段では、さらに、速度検出クロック生成
手段は、所定の周期を有した速度検出クロックを生成す
る。前記速度ずれ算出手段では、さらに、動作クロック
生成手段は、前記速度検出クロックよりも短い周期を有
した動作クロックを生成する。前記速度誤差信号生成手
段は前記速度検出クロックに同期して速度誤差信号を生
成し、前記速度ずれ算出手段は前記動作クロックに同期
して速度ずれ信号を出力する。

【００４５】従って、請求項５記載のモータ速度制御装
置によれば、上記効果に加えて、速度誤差信号そのもの
を駆動信号生成手段に帰還する従来のモータ速度制御装
置に比べて、モータ速度制御装置の遮断周波数を広くす
ることができ、その結果、その制御ゲインを大きくする
ことができる。これにより、モータ速度制御装置は、外
乱に起因するモータの速度変動をより精度良く抑制する
ことができる。

【００４６】請求項６記載のモータ速度制御装置では、
請求項４または請求項５記載のモータ速度制御装置にお
いて、前記速度ずれ算出手段では、差分トルク算出手段
は、学習補償信号から速度ずれ信号を減算した差分に比
例する比例項と、前記差分を時間積分した積分項とによ
り、前記差分を０にするトルクの大きさを差分トルクと
して算出する。発生トルク算出手段は、前記駆動信号に
よってモータで発生されるトルクを算出する。速度ずれ
信号算出手段は、前記発生トルクから前記差分トルクを
減算して得られた減算結果から、前記速度ずれ信号を算
出する。

【００４７】従って、請求項６記載のモータ速度制御装
置によれば、例えば、駆動信号から発生トルクまでのモ
ータの伝達関数と同一の伝達関数を演算する発生トルク
算出手段と、発生トルクから回転速度までのモータの伝
達関数と同一の伝達関数を演算する速度ずれ信号算出手
段とからなる同一次元オブザーバを用いて速度ずれ信号
を算出し、算出された速度ずれ信号を０にする駆動信号
によりモータを駆動することによって、簡単な演算回路
またはソフトウェアプログラムなどを用いて、請求項４
または請求項５記載のモータ速度制御装置と同様の上記
効果を得ることができる。

【００４８】請求項７記載のモータ速度制御装置では、
速度検出手段は、モータの回転速度を検出する。速度誤
差信号生成手段は、指定された回転速度から検出された
回転速度を減算し、その差分を速度誤差信号として出力
する。学習補償手段は、前記速度誤差信号から、モータ
に加えられる外乱のうちの所定の周波数の整数倍の周波
数を有する外乱成分に起因した速度変動を増幅して、学
習補償信号を出力する。速度ずれ算出手段は、駆動信号
によってモータで発生される回転速度の学習補償信号か
らの速度ずれを算出して、速度ずれ信号を出力する。速
度補償手段は、前記速度ずれ信号を０にする速度をモー
タに発生させる速度補償駆動信号を出力する。外乱補償
手段は、学習補償信号から速度ずれ信号を減算した減算
結果から外乱トルクの大きさを算出し、算出した外乱ト
ルクを打ち消すトルクをモータに発生させる外乱補償駆
動信号を出力する。加算手段は、外乱補償駆動信号と速
度補償駆動信号とを加算して、加算結果を駆動信号とし
て前記速度ずれ算出手段に出力する。電力供給手段は、
前記駆動信号に応じた電力をモータに供給する。

【００４９】従って、請求項７記載のモータ速度制御装
置によれば、駆動信号によってモータで発生される速度
の学習補償信号からの速度ずれを０とする速度補償駆動
信号と、算出された外乱トルクを打ち消すトルクをモー
タに発生させる外乱補償信号とから駆動信号を生成する
ことにより、所定の周波数の整数倍の周波数を有する外
乱成分に起因した速度変動を顕著に抑制することができ
るとともに、これに加えて、外乱補償手段と速度補償手
段との特性に応じて、外乱に起因した回転速度変動の抑
制効果を得ることができる。この結果、各制御変数の値
を低く抑えることができるので学習補償手段、速度ずれ
算出手段、外乱補償手段および加算手段の演算に必要な
ダイナミックレンジを大きくとる必要がなく、回路規模
を拡大することなく、低コストに、モータに加えられた
外乱に起因するモータの速度変動を、精度良く抑制する
ことができる。また、モータ速度制御装置内の各構成要
素が、モータの回転速度に応じて発生される速度検出パ
ルスに同期して動作するように構成されている場合に、
モータの回転速度の変動が大きくなり、速度検出パルス
の検出タイミングおよび学習補償手段の動作タイミング
にバラツキを生じた場合であっても、外乱算出手段から
の補正信号に応じてモータの回転速度の変動が抑制され
るため、大きな問題を生じることなく、モータに加えら
れた外乱に起因するモータの速度変動を、精度良く抑制
することができる。

【００５０】請求項８記載のモータ速度制御装置では、
請求項７記載のモータ速度制御装置において、前記速度
誤差信号生成手段では、さらに、速度検出クロック生成
手段は、所定の周期を有した速度検出クロックを生成す
る。前記速度ずれ算出手段では、さらに、動作クロック
生成手段は、前記速度検出クロックよりも短い周期を有
した動作クロックを生成する。前記速度誤差信号生成手
段は前記速度検出クロックに同期して速度誤差信号を生
成し、前記速度ずれ算出手段は前記動作クロックに同期
して速度ずれ信号を出力する。

【００５１】従って、請求項８記載のモータ速度制御装
置によれば、上記効果に加えて、速度誤差信号そのもの
を駆動信号生成手段に帰還する従来のモータ速度制御装
置に比べて、外乱に起因したモータの回転速度の変動に
対する速度補償手段の遮断周波数を高くすることがで
き、その制御ゲインを大きくすることができる。これに
より、モータ速度制御装置は、外乱に起因するモータの
速度変動をより精度良く抑制することができる。

【００５２】請求項９記載のモータ速度制御装置では、
請求項７または請求項８記載のモータ速度制御装置にお
いて、前記速度ずれ算出手段では、差分トルク算出手段
は、学習補償信号から速度ずれ信号を減算した差分に比
例する比例項と、前記差分を時間積分した積分項とから
前記差分を０にするトルクの大きさを、差分トルクとし
て算出する。発生トルク算出手段は、前記駆動信号から
モータの発生トルクを算出する。速度ずれ信号算出手段
は、前記駆動信号による発生トルクから前記差分トルク
を減算して得られた減算結果を速度の大きさに変換し、
速度ずれ信号を算出する。前記外乱補償手段は、前記差
分トルク算出手段の積分項を外乱トルクとして取り出
し、外乱トルクを打ち消すトルクをモータに発生させる
外乱補償駆動信号を出力する。

【００５３】従って、請求項９記載のモータ速度制御装
置によれば、例えば、駆動信号から発生トルクまでのモ
ータの伝達関数と同一の伝達関数を演算する発生トルク
算出手段と、発生トルクから回転速度までのモータの伝
達関数と同一の伝達関数を演算する速度ずれ信号算出手
段とからなる同一次元オブザーバを用いて速度ずれ信号
を算出するので、簡単な演算回路またはソフトウェアプ
ログラムなどを用いて、請求項４または請求項５記載の
モータ速度制御装置と同様の上記効果を得ることができ
る。さらに、外乱補償手段は差分トルク算出手段の積分
項から外乱トルクの大きさを得ることができるので、ト
ルクの大きさを駆動信号の大きさに変換するだけで外乱
補償駆動信号を生成することができ、簡単な構成で回路
規模を拡大することなく、請求項７または請求項８記載
のモータ速度制御装置と同様の効果を得ることができ
る。

【００５４】請求項１０記載のモータ速度制御装置で
は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のモータ
速度制御装置において、前記速度検出手段では、周波数
発電機は、モータの回転速度に比例した周波数信号を発
生する。周期検出手段は、前記周波数信号の回転周期を
検出し、周期信号を出力する。前記モータ速度制御装置
は、検出された回転速度の代わりに周期信号を用い、指
定された速度の代わりに指定された回転周期を用いて、
モータに指定された回転周期と、前記周期信号との差分
が０になるよう定値制御する。

【００５５】従って、請求項１０記載のモータ速度制御
装置によれば、制御変数を速度検出手段において検出さ
れた回転速度の代わりに、モータの回転周期とした場合
にも、同一の構成を用いて、同一の制御手順でモータの
回転を制御することにより、請求項１ないし請求項９の
いずれかに記載のモータ速度制御装置と同様の効果を得
ることができる。

【００５６】請求項１１記載のモータ速度制御装置で
は、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のモー
タ速度制御装置において、前記学習補償手段では、メモ
リは、少なくとも所定の遅延時間分の学習補償信号の大
きさを記憶する。遅延手段は、メモリに記憶されている
前記遅延時間前の学習補償信号を前記速度誤差信号に加
算し、遅延時間の逆数で与えられる周波数の整数倍の周
波数を有する外乱成分に起因した速度変動を増幅して、
学習補償信号として出力する。

【００５７】従って、請求項１１記載のモータ速度制御
装置によれば、請求項１ないし請求項１０のいずれかに
記載のモータ速度制御装置において、所定の遅延時間分
の学習補償信号の大きさをメモリに記憶させておくこと
により、簡単な構成で容易に前記学習補償信号を得るこ
とができ、回路規模を拡大することなく、外乱に起因し
た特定の周波数の整数倍の周波数を有するモータの速度
変動成分を顕著に抑制することができる。

【００５８】請求項１２記載のモータ速度制御装置で
は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のモー
タ速度制御装置において、前記遅延手段の遅延時間は、
その逆数がモータの回転周波数の整数倍となるように選
ぶ。従って、請求項１２記載のモータ速度制御装置によ
れば、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のモ
ータ速度制御装置において、外乱に起因する、モータに
発生しがちな、モータの回転に同期した回転速度の変動
を顕著に抑制することができる。

【００５９】

【実施例】

（実施例１）図１は、本発明の第１実施例であるモータ
速度制御装置１００の全体の構成図および主要部の制御
ブロック線図である。図１（ａ）は、モータ速度制御装
置１００の全体の構成を示す。以下、図面を参照しなが
ら説明する。

【００６０】モータ速度制御装置１００は、モータ１０
１、速度検出器１０２、比較器１０３、補正器１０４、
学習補償器１２０、外乱推定器１３０、制御器１４０お
よび駆動器１５０を備える。モータ１０１は、駆動器１
５０からの駆動電流Ｉaにより駆動される。また、モー
タ１０１には、外乱トルクτdが印加されている。

【００６１】速度検出器１０２は、モータ１０１の回転
速度を検出し、検出した速度を表す速度検出信号ｖを出
力する。比較器１０３は、一定時間間隔で、速度指令信
号ｖr（一定値）から速度検出信号ｖを減算し、速度検
出信号ｖと速度指令信号ｖrとの偏差を表す速度誤差信
号Δｖを出力する。

【００６２】補正器１０４は、制御器１４０からの制御
信号ｃに外乱推定器１３０からの後述の外乱推定信号ｄ
を加算することにより、制御信号ｃを補正した駆動信号
Ｄを出力する。学習補償器１２０は、メモリ１２１と補
償器１２２とを備え、入力した速度誤差信号Δｖに遅延
時間Ｌ、例えば、モータ１０１の回転周期だけ前の時点
の学習速度誤差信号Δｖgを帰還して加算し、学習速度
誤差信号Δｖgを出力する。

【００６３】メモリ１２１は、比較器１０３から速度誤
差信号Δｖが出力されるごとにその時点の学習速度誤差
信号Δｖgの大きさを記憶し、少なくとも所定の遅延時
間Ｌだけ前の時点までの学習速度誤差信号Δｖgの大き
さを保持する。補償器１２２は、メモリ１２１に保持さ
れている遅延時間Ｌだけ前の時点の学習速度誤差信号Δ
ｖgを速度誤差信号Δｖに加算して補償し、学習速度誤
差信号Δｖgを出力する。

【００６４】外乱推定器１３０は、演算回路あるいはソ
フトウェアプログラムによって実現され、学習速度誤差
信号Δｖgと駆動信号Ｄとを入力し、印加されている外
乱トルクτdを打ち消すトルクをモータ１０１に発生さ
せるための外乱推定信号ｄを出力する。なお、外乱推定
器１３０は、学習速度誤差信号Δｖgが速度誤差信号Δ
ｖと一致すると仮定し、かつ、モータ１０１の回転速度
が一定に制御されているという条件を利用して、モータ
１０１に印加されている外乱トルクτdを推定する。外
乱推定器１３０の制御動作については、後に詳述する。

【００６５】制御器１４０は、学習速度誤差信号Δｖg
に比例・積分等の制御補償を行い、学習速度誤差信号Δ
ｖgを０にするような制御信号ｃを出力する。駆動器１
５０は、駆動信号Ｄに応じた駆動電流Ｉaをモータ１０
１に供給し、モータ１０１を駆動する。図１（ｂ）は、
学習補償器１２０における制御要素の構成およびその入
出力特性の一例を示す。図１（ａ）と図１（ｂ）とに示
すように、モータ速度制御装置１００において、メモリ
１２１は伝達関数ｅ-sLを有する制御要素として動作
し、補償器１２２は比較器１０３からの速度誤差信号Δ
ｖとメモリ１２１の出力Ｍとを加算する加算器として動
作する。なお、ｅは自然対数の底、Ｌは遅延時間、ｓは
ラプラス演算子である。

【００６６】図１（ｃ）は、外乱推定器１３０における
制御要素の構成およびその入出力特性の一例を示す。外
乱推定器１３０は、乗算器１３１、微分器１３２、乗算
器１３３、加算器１３４、フィルタ１３５および乗算器
１３６を備える。乗算器１３１は、学習補償器１２０か
らの学習速度誤差信号Δｖgに、モータ１０１の慣性モ
ーメントＪnを乗算する。

【００６７】微分器１３２は、乗算器１３１の出力を微
分して、モータ１０１の実際の回転に寄与したトルクを
算出する。なお、微分器１３２の出力は、速度誤差信号
Δｖ＝ｖr−ｖに基づいて得られるため、微分器１３２
の出力はモータ１０１の実際の回転に寄与したトルクの
逆の符号で与えられる。乗算器１３３は、駆動信号Ｄに
係数ＫtnＫampを乗算し、モータ１０１の計算上の発生
トルクを算出する。なお、Ｋtnはモータ１０１のトルク
定数の公称値、Ｋampは駆動器１５０のゲインを示す。

【００６８】加算器１３４は、乗算器１３３の出力と微
分器１３２の出力とを加算する。これにより、外乱トル
クτdの大きさが算出される。フィルタ１３５は、伝達
関数がωo／（ｓ＋ωo）の積分器であり、加算器１３４
の出力の高周波成分を除去することにより、速度検出器
１０２の速度検出ノイズの影響を除去する。また、ωo
は外乱推定器１３０の遮断周波数（推定周波数帯域の上
限周波数）を示す。

【００６９】乗算器１３６は、フィルタ１３５の出力に
係数１／ＫtnＫampを乗算し、外乱トルクを相殺するた
めの補正用駆動信号である外乱推定信号ｄを出力する。
上記構成により、後述のように角周波数がωo以下の周
波数を有する外乱トルク成分に起因した、モータ１０１
の回転速度変動の顕著な抑制効果を得ることができる。

【００７０】次に動作について説明する。モータ１０１
には外乱トルクτdが印加されており、モータ１０１の
回転速度を検出した速度検出器１０２により、速度検出
信号ｖが出力される。速度検出信号ｖは、比較器１０３
において速度指令信号ｖr（一定値）から減算された
後、速度誤差信号Δｖとして出力される。速度誤差信号
Δｖは、学習補償器１２０に入力され、後述の処理が施
され学習速度誤差信号Δｖgとなる。学習速度誤差信号
Δｖgは、制御器１４０に入力され、所定の比例あるい
は積分等の制御補償がなされ制御信号ｃとなる。制御信
号ｃは補正器１０４に入力され、後述の外乱推定信号ｄ
を加算された後、駆動信号Ｄとなる。駆動信号Ｄは駆動
器１５０に入力され駆動信号Ｄに応じた駆動電流Ｉaが
モータ１０１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、モータの回転速度が速度指令信号ｖ
rと一致するようにモータ１０１が回転駆動される。

【００７１】次に、学習補償器１２０の動作について説
明する。比較器１０３から出力された速度誤差信号Δｖ
は補償器１２２に入力され、メモリ１２１に記憶されて
いる遅延時間Ｌだけ前の時点における学習速度誤差信号
Δｖgの大きさを表す記憶データＭが加算される。前記
加算結果は、学習速度誤差信号Δｖgとして出力される
とともに、その大きさが記憶データＭとしてメモリ１２
１に記憶される。したがって、メモリ１２１および補償
器１２２は、比較器１０３に同期して動作する。

【００７２】次に、外乱推定器１３０の動作について説
明する。学習補償器１２０から出力された学習速度誤差
信号Δｖgは乗算器１３１に入力され、係数Ｊnを乗算さ
れた後、さらに微分器１３２において微分され、トルク
の大きさに変換される。駆動信号Ｄは乗算器１３３にお
いて係数ＫtnＫampを乗算され、トルクの大きさに変換
される。微分器１３２の出力は加算器１３４において乗
算器１３３の出力と加算され、その出力はフィルタ１３
５において伝達関数ωo／（ｓ＋ωo）に基づく高周波除
去処理が施される。フィルタ１３５の出力は乗算器１３
６に入力され、係数１／ＫtnＫampを乗算され、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
３０の動作に対応する。

【００７３】外乱推定器１３０から出力された外乱推定
信号ｄは、前述のように補正器１０４において制御信号
ｃに加算される。補正器１０４において、外乱推定信号
ｄを用いて制御信号ｃを補正することにより、学習補償
器１２０と外乱推定器１３０との加算的効果によって、
外乱トルクτdがモータ１０１の回転速度に及ぼす影響
が抑制される。

【００７４】次に、外乱に起因したモータ１０１の回転
速度変動のモータ速度制御装置１００による変動抑制効
果について数式を用いて説明する。ただし、モータ１０
１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。まず、図１（ｂ）の制御ブロック線図に示したよう
に、学習速度誤差信号Δｖgと速度検出信号ｖとの間に
は次の関係式が成り立つ。

【００７５】

【数１】 また、図１（ｃ）の制御ブロック線図に示したように、
外乱推定信号ｄは学習速度誤差信号Δｖgと駆動信号Ｄ
とを用いて次のように表される。

【００７６】

【数２】 一方、駆動信号Ｄは制御信号ｃと外乱推定信号ｄとの和
であることから、学習速度誤差信号Δｖgと外乱推定信
号ｄとを用いて次のように表される。

【００７７】

【数３】 なお、［数３］式で、Ｈ（ｓ）は制御器１４０の伝達関
数であり、比例ゲインをＫp、積分ゲインをＫiとおく
と、例えば、

【００７８】

【数４】 と表される。さらに、モータ１０１に印加される外乱ト
ルクτdと、駆動器１５０に供給される駆動信号Ｄおよ
び速度検出信号ｖとの間には次の関係式が成立する（た
だし、速度検出器１０２の検出ゲインは１としてい
る）。

【００７９】

【数５】 次に、［数１］〜［数３］式および［数５］式より、Δ
ｖg、Ｄ、ｄを消去し、外乱トルクτdからモータ１０１
の回転速度ｖまでの伝達関数Ｇ1（ｓ）を求める。ただ
し、これにおいて、伝達関数Ｇ1（ｓ）は外部から入力
される速度指令信号ｖrには依存しないことから、ｖr＝
０とする。従って、伝達関数Ｇ1（ｓ）は、

【００８０】

【数６】 となる。なお、［数６］式でＱ（ｓ）は、次式で表され
るフィルタ１３５の伝達関数である。

【００８１】

【数７】 さらに、［数６］式は、分母および分子にそれぞれ（１
＋ＫtＫampＨ（ｓ）／ｓＪ）を乗算し、次のように変形
することができる。

【００８２】

【数８】 ただし、［数８］式において、

【００８３】

【数９】

【００８４】

【数１０】

【００８５】

【数１１】 である。［数８］式中に含まれる（ＫtＫampＨ（ｓ）／
ｓＪ）の項は、学習補償器１２０、外乱推定器１３０お
よび補正器１０４のない場合の制御系、すなわち、最も
基本的な速度制御系の開ループ伝達関数を示しており、
低周波数領域では１より極めて大きいゲインを有する。
また、［数８］式中に含まれる（１−Ｑ（ｓ））の項
は、［数１０］式で表されるように低周波遮断フィルタ
の伝達関数を表すことから、低周波数領域でのゲインは
１より極めて小さい。これらのことから、低周波数領域
では、伝達関数Ｇ1（ｓ）の分母は、

【００８６】

【数１２】 と近似することができる。したがって、低周波数領域で
は、伝達関数Ｇ1（ｓ）は、

【００８７】

【数１３】 と近似することができる。ここで、Ｇc（ｓ）は、外乱
推定器１３０と補正器１０４とで構成される外乱抑制ル
ープと、学習補償器１２０とがない最も基本的な速度制
御系における、外乱トルクτdから回転速度ｖまでの伝
達関数を表している。従って、［数１０］式、［数１
１］式で表されるＡ（ｓ）、Ｂ（ｓ）が本実施例のモー
タ速度制御装置１００の速度変動抑制効果を表している
ことになる。

【００８８】図２は、［数１３］式における伝達関数Ａ
（ｓ）および伝達関数Ｂ（ｓ）を示す周波数特性図であ
る。図２において、図２（ａ）は伝達関数Ａ（ｓ）の周
波数特性を示し、図２（ｂ）は伝達関数Ｂ（ｓ）の周波
数特性の一例を示す。なお、図２（ａ）の横軸はωoで
正規化した角周波数を表している。図２（ａ）に示すよ
うに、伝達関数Ａ（ｓ）は、縦軸を制御ゲイン、横軸を
周波数としたボード線図上で、遮断角周波数をωo（＝
１）とする１次曲線で表される低周波遮断フィルタの伝
達関数を表している。また、図２（ｂ）に示すように、
伝達関数Ｂ（ｓ）は、時間Ｌの逆数で表される周波数１
／Ｌの整数倍の周波数においてゲインが０（-∞ｄＢ）
となる伝達関数を表している（以下、周波数１／Ｌを基
本学習周波数と呼ぶ）。一般に、制御系の伝達関数Ｇ1
（ｓ）の周波数特性のゲインが小さいほど、外乱トルク
の影響による回転速度の変動が小さい。従って、本実施
例のモータ速度制御装置１００では、遮断角周波数ωo
以下の周波数を有する外乱トルクτdによる回転速度の
変動を、伝達関数Ａ（ｓ）の特性により全体的に抑制
し、特定の周波数群（基本学習周波数１／Ｌの整数倍の
周波数）の外乱トルクに対しては、伝達関数Ｂ（ｓ）の
特性によって、その影響を０とすることができる。

【００８９】このように本実施例によれば、簡単な構成
で、低い周波数の外乱トルクによるモータの回転速度の
変動を１次関数的に全体的に低減すると同時に、基本学
習周波数の整数倍の周波数を有する外乱トルクによる回
転速度の変動を顕著に低減することができる。したがっ
て、基本学習周波数がモータの回転周波数に一致するよ
うに遅延時間Ｌを設定すれば、モータにおいて一般的に
発生しがちな、モータの回転に同期した回転速度の変動
を顕著に低減することができる。しかも、後者の基本学
習周波数における速度変動抑制効果は、前者の低域での
速度変動抑制効果に比べて高い周波数まで効果を得るこ
とができるため、図８で説明した従来の外乱推定器８２
０のみを用いた制御方式では抑制できなかったような高
い周波数を有する外乱成分に対しても、優れた回転速度
の変動抑制効果を得ることができる。 （実施例２）次に、速度推定器でモータの回転速度を推
定し、この速度推定信号を用いてモータの回転速度を制
御するようにした本発明の第２実施例について説明す
る。

【００９０】図３は、本発明の第２実施例であるモータ
速度制御装置３００の全体の構成図および主要部の制御
ブロック線図である。図３（ａ）は、モータ速度制御装
置３００の全体の構成を示す。モータ速度制御装置３０
０は、モータ１０１、速度検出器１０２、比較器１０
３、学習補償器１２０、制御器１４０、駆動器１５０お
よび速度推定器３１０を備える。なお、図３（ａ）にお
いて、図１（ａ）に示したモータ速度制御装置１００と
同様の構成要素については、第１実施例ですでに説明し
ているので、同一の参照符号を付し説明を省略する。

【００９１】速度推定器３１０は、演算回路あるいはソ
フトウェアプログラムによって実現され、学習補償器１
２０からの学習速度誤差信号Δｖgと後述の制御信号ｃ
とから、モータ１０１に加えられた外乱トルクに起因す
るモータ１０１の回転速度誤差を推定し、速度誤差推定
信号Δｖeを出力する。図３（ｂ）は、速度推定器３１
０における制御要素の構成およびその入出力特性の一例
を示す。

【００９２】速度推定器３１０は、乗算器３１１、減算
器３１２、制御要素３１３、乗算器３１４、減算器３１
５、乗算器３１６、制御要素３１７および加算器３１８
を備える。速度推定器３１０において、乗算器３１１、
減算器３１２、制御要素３１３および乗算器３１４は、
外乱トルクτdおよびそれに起因した、制御信号ｃに応
じて発生される速度の学習速度誤差信号Δｖgからのず
れを状態変数として再現する同一次元オブザーバを構成
する。なお、本実施例のモータ速度制御装置３００の動
作のうち、比較器１０３、学習補償器１２０、減算器３
１５、乗算器３１６、制御要素３１７、加算器３１８お
よび減算器３１２は、速度検出器１０２に同期して動作
するが、その他の構成要素による制御処理の動作周期は
速度検出器１０２の検出周期より短くなるように設定す
る。

【００９３】乗算器３１１は、制御器１４０からの制御
信号ｃに、係数ＫtnＫampを乗算し、制御信号ｃの値に
応じたモータ１０１の発生トルクを出力する。なお、Ｋ
tnはモータ１０１のトルク定数の公称値、Ｋampは駆動
器１５０のゲインを示す。減算器３１２は、乗算器３１
１の出力から加算器３１８の出力を減算する。制御要素
３１３は、トルクの大きさで与えられる減算器３１２か
らの出力を回転速度の大きさに変換する。制御要素３１
３の伝達関数は１／ｓＪnで、ｓはラプラス演算子であ
り、Ｊnはモータ１０１の慣性モーメントである。

【００９４】乗算器３１４は、制御要素３１３からの出
力の符号を反転させ、速度誤差推定信号Δｖeを出力す
る。減算器３１５は、学習速度誤差信号Δｖgから乗算
器３１４の出力である速度誤差推定信号Δｖeを減算す
る。乗算器３１６は、減算器３１５の出力に係数Ｋ1を
乗算し、制御要素３１７からの出力に対するオフセット
を出力する。なお、Ｋ1は速度推定器３１０に設定され
る速度推定帯域に応じて定められる定数である。

【００９５】制御要素３１７は、伝達関数Ｋ2／ｓで表
され、減算器３１５の出力に係数Ｋ2を乗算し、さらに
積分して減算器３１５の出力を速度の大きさからトルク
の大きさに変換する。また、係数Ｋ2は速度推定器３１
０に設定される速度推定帯域に応じて定められる定数で
ある。加算器３１８は、乗算器３１６の出力と制御要素
３１７の出力とを加算する。

【００９６】なお、この速度推定器３１０は、学習速度
誤差信号Δｖgが速度誤差信号Δｖと一致すると仮定
し、一般に良く知られている同一次元オブザーバの理論
に基づき、かつ、モータの回転速度が一定であるという
条件を利用して、モータの回転速度誤差を推定するよう
に構成されている。また、学習補償器１２０の制御要素
の構成は、図１（ｂ）に示した制御ブロック線図で表さ
れる第１実施例の学習補償器１２０と同じであるので、
重複した説明を省略する。

【００９７】次に、モータ速度制御装置３００の動作に
ついて説明する。なお、モータ１０１から学習補償器１
２０までの動作は第１実施例と同様であるので、重複し
た説明を省略する。制御器１４０から出力された制御信
号ｃは乗算器３１１に入力され、係数ＫtnＫampを乗算
される。乗算器３１１の出力は、減算器３１２において
加算器３１８の出力を減算され、制御要素３１３におい
て伝達関数１／Ｊnｓに基づく演算が施される。制御要
素３１３の出力は乗算器３１４において符号を反転さ
れ、速度誤差推定信号Δｖeとして出力される。この速
度誤差推定信号Δｖeは、減算器３１５において、学習
補償器１２０から出力された学習速度誤差信号Δｖgか
ら減算された後、乗算器３１６および制御要素３１７に
出力される。乗算器３１６の出力と制御要素３１７の出
力とは加算器３１８において加算され、加算結果は前述
のように減算器３１２に入力される。したがって、速度
推定器３１０は速度誤差推定信号Δｖeが学習速度誤差
信号Δｖgと一致するように動作する。

【００９８】さらに、速度誤差推定信号Δｖeによる制
御動作について説明する。速度推定器３１０から出力さ
れた速度誤差推定信号Δｖeは、制御器１４０において
所定の比例あるいは積分等の制御補償がなされ制御信号
ｃとなる。制御信号ｃは、前述のように速度推定器３１
０に供給されると同時に駆動器１５０に入力され制御信
号ｃに応じた駆動電流Ｉaがモータ１０１に供給され
る。以上が本実施例のモータ速度制御装置３００の全体
の動作であり、モータ１０１の回転速度が速度指令信号
ｖrと一致するようにモータ１０１が回転駆動される。

【００９９】以下では、図３を参照しながら、モータ１
０１に加えられる外乱トルクτdに起因した１０１の回
転速度の変動における、モータ速度制御装置３００によ
る回転速度の変動抑制効果について数式を用いて説明す
る。ただし、モータ１０１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。

【０１００】まず、図３（ａ）に示すように、速度検出
信号ｖは制御信号ｃと外乱トルクτdとを用いて次のよ
うに表される（ただし、速度検出器１０２の検出ゲイン
は１とする）。

【０１０１】

【数１４】 また、学習速度誤差信号Δｖgは速度誤差信号Δｖを用
いて次のように表される。

【０１０２】

【数１５】 ここで、Ｅ（ｓ）は学習補償器１２０の伝達関数であ
り、

【０１０３】

【数１６】 である。さらに、制御信号ｃは速度誤差推定信号Δｖe
を用いて次のように表される。

【０１０４】

【数１７】 ［数１７］式において、Ｈ（ｓ）は制御器１４０の伝達
関数であり、例えば、［数４］式で表される。一方、図
３（ｂ）の制御ブロック線図に示したように、制御信号
ｃと学習速度誤差信号Δｖgと速度誤差推定信号Δｖeと
の関係は、次のように表される。

【０１０５】

【数１８】 ただし、

【０１０６】

【数１９】 である。［数１７］式、［数１８］式より、学習速度誤
差信号Δｖgから速度誤差推定信号Δｖeまでの伝達関数
Ｃ（ｓ）を求めると次のようになる。

【０１０７】

【数２０】 さらに、学習速度誤差信号Δｖgから制御信号ｃまでの
伝達関数Ｐ（ｓ）は次のようになる。

【０１０８】

【数２１】 今、速度推定器３１０は、速度推定帯域内で速度誤差推
定信号Δｖeが学習速度誤差信号Δｖgに一致するように
構成されているので、この周波数領域で近似的に次のよ
うに考えることができる。

【０１０９】

【数２２】 したがって、［数２１］式で表される伝達関数Ｐ（ｓ）
は、［数２２］式の近似により

【０１１０】

【数２３】 となる。従って、図３に示したモータ速度制御装置３０
０の開ループ伝達関数Ｇ2（ｓ）は、［数１４］式、
［数１５］式、［数２３］式を用いることにより、速度
推定帯域内で、

【０１１１】

【数２４】 となる。一方、速度誤差信号Δｖそのものを制御器８４
０、駆動器８５０を介してモータ８１０に帰還する従来
のモータ速度制御装置の場合の開ループ伝達関数Ｇo
（ｓ）は、

【０１１２】

【数２５】 と表される。ここで、Ｈ’（ｓ）は従来のモータ速度制
御装置における制御器８４０の伝達関数である。なお、
本実施例のモータ速度制御装置３００では、速度誤差推
定信号Δｖeによる制御周期を速度検出器１０２の検出
周期、すなわち、比較器１０３が速度誤差信号Δｖを出
力する周期より短くしているため、速度誤差信号Δｖそ
のものを帰還する従来の制御方式に比べて遮断周波数を
高くすることができる。その結果、制御器１４０の伝達
関数Ｈ（ｓ）は、前述の従来の制御器の伝達関数Ｈ’
（ｓ）に比べてゲインを大きくすることができる。

【０１１３】図４は、［数２４］式で表されるモータ速
度制御装置３００の開ループ伝達関数Ｇ2（ｓ）におけ
る伝達関数Ｅ（ｓ）を示す周波数特性図である。図４に
示されるように、Ｅ（ｓ）は特定の周波数群（基本学習
周波数１／Ｌの整数倍の周波数）において、ゲインが極
めて大きくなる特性を有している。従って、［数２４］
式の伝達関数Ｇ2（ｓ）は、一般に、制御系の開ループ
伝達関数のゲインが大きいほど、外乱トルクから回転速
度変動までのゲインは小さくなるため、図４に示した伝
達関数Ｅ（ｓ）によって、モータ速度制御装置３００に
おいてもモータ速度制御装置１００と同様に、図２
（ｂ）に示した速度変動抑制効果が得られることが判
る。

【０１１４】以上のように、本実施例によれば、制御器
１４０の制御ゲインを上げることによりその制御帯域を
広くすることができ、その結果、外乱トルクによる回転
速度の変動を高い周波数まで抑制することができる。ま
た、基本学習周波数の整数倍の周波数を有する外乱トル
クに対して、その影響による回転速度の変動を顕著に低
減することができるため、例えば、基本学習周波数がモ
ータ１０１の回転周波数と一致するように時間Ｌを設定
すれば、モータの回転に同期した回転速度の変動成分を
顕著に低減することができる。

【０１１５】なお、学習補償器１２０は、制御器１４０
と駆動器１５０との間に接続されるのが最も一般的であ
るが、学習補償器１２０をこの位置に接続した場合に
は、上記のような効果は得られないことが知られてい
る。 （実施例３）次に、速度推定器３１０の代わりに、速度
誤差と外乱トルクとを同時に推定する速度・外乱推定器
を用いた本発明の第３実施例について説明する。

【０１１６】図５は、本発明の第３実施例であるモータ
速度制御装置５００の全体の構成図および主要部の制御
ブロック線図である。図５（ａ）は、本実施例のモータ
速度制御装置５００の全体の構成を示す。モータ速度制
御装置５００は、モータ１０１、速度検出器１０２、比
較器１０３、補正器１０４、学習補償器１２０、制御器
１４０、駆動器１５０および速度・外乱推定器５１０を
備える。なお、図５（ａ）において、図１（ａ）および
図３（ａ）に示したモータ速度制御装置１００およびモ
ータ速度制御装置３００と同様の構成要素については、
第１実施例および第２実施例ですでに説明しているの
で、同一の参照符号を付し説明を省略する。

【０１１７】速度・外乱推定器５１０は、演算回路ある
いはソフトウェアプログラムによって実現され、学習補
償器１２０からの学習速度誤差信号Δｖgと後述の駆動
信号Ｄとから、モータ１０１の回転速度に応じた速度誤
差推定信号Δｖeおよびモータ１０１に印加されている
外乱トルクτdに応じた外乱推定信号ｄを出力する。図
５（ｂ）は、本実施例の速度・外乱推定器５１０におけ
る制御要素の構成およびその入出力特性を示す。図５
（ｂ）に示した速度・外乱推定器５１０は、制御要素３
１７の出力に係数１／ＫtnＫampを乗算する乗算器５１
１を追加している点と、乗算器５１１の出力信号を外乱
推定信号ｄとしている点が、図３（ｂ）に示した第２実
施例の速度推定器３１０と異なる。その他の構成は、図
３（ｂ）に示した制御要素と同様であるので、同一の参
照符号を付し、重複した説明を省略する。なお、この速
度・外乱推定器５１０は、学習速度誤差信号Δｖgが速
度誤差信号Δｖと一致すると仮定し、一般に良く知られ
ている同一次元オブザーバの理論に基づき、かつ、モー
タ１０１の回転速度が一定であるという条件を利用し
て、モータ１０１の回転速度誤差とモータ１０１に印加
されている外乱トルクτdに応じた外乱量を推定するよ
うに構成したものである。

【０１１８】次に速度・外乱推定器５１０の動作につい
て説明する。なお、モータ速度制御装置５００におい
て、モータ１０１から比較器１０３までの動作は第１実
施例のモータ速度制御装置１００と同様である。補正器
１０４から出力された駆動信号Ｄは乗算器３１１に入力
され、乗算器３１１で係数ＫtnＫampを乗算される。乗
算器３１１の出力は、減算器３１２において加算器３１
８の出力を減算され、制御要素３１３において伝達関数
１／Ｊnｓに基づく演算がなされる。制御要素３１３の
出力は乗算器３１４において符号を反転され、速度誤差
推定信号Δｖeとして出力される。この速度誤差推定信
号Δｖeは、減算器３１５において学習補償器１２０か
ら出力された学習速度誤差信号Δｖgから減算された
後、乗算器３１６および制御要素３１７に出力される。
制御要素３１７の出力は、加算器３１８において乗算器
３１６の出力と加算されると同時に、乗算器５１１にお
いて係数１／ＫtnＫampを乗算され、外乱推定信号ｄと
して出力される。加算器３１８の出力は、前述のように
減算器３１２に出力され、速度・外乱推定器５１０は速
度誤差推定信号Δｖeが学習速度誤差信号Δｖgと一致す
るように動作する。

【０１１９】次に、速度誤差推定信号Δｖeによる制御
動作について説明する。速度・外乱推定器５１０から出
力された速度誤差推定信号Δｖeは、制御器１４０にお
いて所定の比例あるいは積分等の制御補償がなされ制御
信号ｃとなる。制御信号ｃは補正器１０４において外乱
推定信号ｄを加算され駆動信号Ｄとなる。駆動信号Ｄは
前述のように速度・外乱推定器５１０に供給されると同
時に、駆動器１５０に入力され駆動信号Ｄに応じた駆動
電流Ｉaがモータ１０１に供給される。

【０１２０】以上がモータ速度制御装置５００の全体の
動作であり、モータ１０１の回転速度が速度指令信号ｖ
rと一致するようにモータ１０１が回転駆動される。な
お、本実施例のモータ速度制御装置５００の動作の内、
比較器１０３、学習補償器１２０、減算器３１５、乗算
器３１６、制御要素３１７、加算器３１８、減算器３１
２および乗算器５１１は速度検出器１０２に同期して動
作するが、その他の構成要素による制御処理の動作周期
は速度検出器１０２の検出周期より短くなるように設定
する。

【０１２１】次に、本実施例のモータ速度制御装置５０
０の速度変動抑制効果について説明する。ただし、モー
タ１０１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。まず、図５（ｂ）に示した本実施例の速度・
外乱推定器５１０の制御ブロック線図より、次の関係式
が得られる。

【０１２２】

【数２６】

【０１２３】

【数２７】 これらの関係式より、Δｖeを消去し、ｄについて解く
と、

【０１２４】

【数２８】 ただし、

【０１２５】

【数２９】 とする。また、［数２９］式において、ｓ2は、ｓの２
乗を示す。一方、駆動信号Ｄは、速度誤差推定信号Δｖ
eと外乱推定信号ｄを用いて次のように表される。

【０１２６】

【数３０】 ここで、Ｈ（ｓ）は制御器１４０の伝達関数であり、例
えば、［数４］式で表される。速度・外乱推定器５１０
の速度推定帯域内では、速度・外乱推定器５１０はΔｖ
eとΔｖgが一致するように動作するので、この領域で、
Δｖe＝Δｖgと近似すると、［数３０］式は

【０１２７】

【数３１】 となる。また、モータ１０１に印加される外乱トルクτ
dと駆動器１５０に供給される駆動信号Ｄおよびモータ
１０１の速度検出信号ｖとの間には［数５］式の関係式
が成立する。さらに、学習速度誤差信号Δｖgと速度検
出信号ｖとの間に

【０１２８】は［数１］式の関係式が成立する。［数
１］式、［数５］式、［数２８］式、［数３１］式よ
り、Δｖg、Ｄ、ｄを消去し、ｖr＝０として、外乱トル
クτdからモータ１０１の回転速度ｖまでの伝達関数Ｇ3
（ｓ）を求めると、

【０１２９】

【数３２】 となる。［数３２］式は、第１実施例の場合と同様にし
て、次のように変形できる。

【０１３０】

【数３３】 ただし、［数３３］式において、Ｇc（ｓ）、Ｂ（ｓ）
はそれぞれ［数９］式、［数１１］式で表される伝達関
数であり、

【０１３１】

【数３４】 である。［数３３］式において、ＫtＫampＨ（ｓ）／ｓ
Ｊの項は学習補償器１２０がなく、かつ、外乱推定信号
ｄによる制御信号ｃの補正を行わない場合の制御系の開
ループ伝達関数を示しており、低域では１より極めて大
きいゲインを有する。また、（１−Ｑ’（ｓ））の項は
［数３４］式に示す伝達関数で表され、これは低周波遮
断フィルタの伝達関数であることから、低域でのゲイン
は１より極めて小さい。これらのことから、低域では、

【０１３２】

【数３５】 と近似することができる。よって、低域では、

【０１３３】

【数３６】 と近似できる。伝達関数Ｇ3（ｓ）のゲインの周波数特
性が小さいほど、外乱トルクがモータの回転に及ぼす影
響を受けにくい優れた制御系となり、本実施例のモータ
速度制御装置５００における速度変動抑制効果は、Ｇc
（ｓ）、Ａ’（ｓ）、Ｂ（ｓ）の特性により決定され
る。

【０１３４】まず、Ｇc（ｓ）による速度変動抑制効果
について説明する。Ｇc（ｓ）は学習補償器１２０がな
く、かつ、外乱推定信号ｄによる制御信号ｃの補正を行
わない場合の外乱トルクτdから回転速度ｖまでの伝達
関数を表している。本実施例のモータ速度制御装置５０
０では、速度誤差推定信号Δｖeによる制御周期を速度
検出器１０２の検出周期、すなわち、比較器１０３が速
度誤差信号Δｖを出力する周期より短くしているため、
速度誤差信号Δｖそのものを帰還する従来の制御方式に
比べて遮断周波数が高くなる。その結果、速度誤差信号
Δｖそのものを帰還する従来の制御方式に比べて制御帯
域を上げることができるため、Ｇc（ｓ）のゲインを制
御帯域内で小さくし、外乱の影響によるモータの回転速
度の変動を抑制することができる。この広帯域化による
速度変動抑制効果は第２実施例のモータ速度制御装置３
００と同様である。

【０１３５】次に、伝達関数Ａ’（ｓ）、伝達関数Ｂ
（ｓ）による速度変動抑制効果について説明する。図６
は、［数３４］式における伝達関数Ａ’（ｓ）の周波数
特性の一例を示す周波数特性図である。なお、図６に
は、Ｋ1＝√２Ｊ、Ｋ2＝Ｊとして計算した結果を示す。
また、伝達関数Ｂ（ｓ）の周波数特性は、図２（ｂ）に
示した周波数特性と同様である。

【０１３６】図６から明らかなように、伝達関数Ａ’
（ｓ）は遮断領域におけるゲイン特性が２０ｄＢ／ｄｅ
ｃの傾きを有する低周波遮断フィルタの伝達関数を表し
ており、伝達関数Ｂ（ｓ）は、第１実施例で説明したよ
うに時間Ｌの逆数で表される基本周波数１／Ｌの整数倍
の周波数においてゲインが０となる伝達関数を有してい
る。したがって、伝達関数Ａ’（ｓ）の特性により、周
波数が遮断周波数ωo以下の外乱トルクの低周波数成分
による回転速度の変動が、周波数−速度変動抑制特性を
表すボード線図における１次曲線として全体的に抑制さ
れ、さらに、伝達関数Ｂ（ｓ）の特性により、外乱トル
クの基本学習周波数１／Ｌの整数倍の周波数成分による
回転速度の変動が顕著に低減される。

【０１３７】このように本実施例によれば、制御器１４
０の制御ゲインを上げることにより制御帯域を広くする
ことができ、その結果、外乱トルクによる回転速度変動
を高い周波数まで抑制することができる。さらに、外乱
推定信号による補正によって低い周波数の回転速度変動
が全体的に低減できると同時に、基本学習周波数の整数
倍の周波数を有する回転速度変動を顕著に低減すること
ができる。

【０１３８】なお、本発明の各実施例において、速度検
出器１０２はモータの回転速度を検出し、速度検出信号
を出力するものとして説明したが、速度検出器１０２と
して、モータの回転速度に比例した周波数信号を発生す
る周波数発電機と、周波数信号の周期を検出し周期信号
を出力する周期検出器とを用い、速度検出信号および速
度指令信号の代わりに、それぞれ周期信号、周期指令信
号とを用いて構成しても良い。

【０１３９】また、本発明の各実施例において、学習補
償器１２０の構成として最も基本的な構成を用いるもの
として説明したが、補償器１２２における記憶データの
入力部に制御系の安定化を図るための低周波遮断フィル
タを挿入するように構成しても良く、メモリ１２１に記
憶した記憶データに基づいて入力信号を補償することに
より、等価的に特定の周波数の整数倍の周波数における
ゲインを極めて大きくすることができる。

【０１４０】また、外乱推定器１３０や速度推定器３１
０や速度・外乱推定器５１０の入力信号は、実質的に前
述の各実施例で述べたものに対応した信号を用いれば良
く、例えば駆動信号Ｄの代わりにモータに供給される駆
動電流Ｉaを利用するように構成しても同様の速度変動
抑制効果を得ることができる。さらに、第１実施例にお
いては、モータ１０１の回転速度情報を微分して得られ
たモータ１０１のトルク情報に基づいてモータ１０１に
印加されている外乱トルクを推定するように外乱推定器
１３０を構成したが、最小次元オブザーバや同一次元オ
ブザーバの理論に基づいて外乱推定器１３０を構成して
も良く、この場合には、外乱推定器１３０の構成に微分
器を必要としないため速度検出信号に含まれる高周波ノ
イズの影響を受けにくい構成とすることができる。

【０１４１】また、第１実施例における外乱推定器１３
０あるいは第３実施例における速度・外乱推定器５１０
は、一旦、外乱トルクそのものに対応した外乱量を推定
し、この推定信号を乗算器１３６あるいは乗算器５１１
において制御信号の次元に換算して出力するように構成
しているが、この制御信号の次元に換算した信号を直接
推定するように構成しても良く、このようにすることに
より外乱推定器１３０あるいは速度・外乱推定器５１０
の構成を簡素化することができる。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。

【０１４２】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載のモータ速
度制御装置によれば、駆動信号生成手段は、学習補償手
段によって増幅された速度変動に対して、モータにその
速度変動の値に対応した大きさの速度変動を発生させる
駆動信号を生成することができ、所定の周波数の整数倍
の周波数を有する外乱成分に起因した速度変動を顕著に
抑制することができる。これに加えて、モータは、算出
された外乱の大きさを表す補正信号によって発生される
駆動力により、加えられている外乱を打ち消す。これに
よって、モータ速度制御装置は、モータに加えられた外
乱に起因するモータの速度変動を、さらに精度良く抑制
することができる。この結果、各制御変数の値を低く抑
えることができるので学習補償手段および外乱算出手段
の演算に必要なダイナミックレンジを大きくとる必要が
なく、回路規模を拡大することなく、低コストに、モー
タに加えられた外乱に起因するモータの速度変動を、精
度良く抑制することができる。また、モータ速度制御装
置内の各構成要素が、モータの回転速度に応じて発生さ
れる速度検出パルスに同期して動作するように構成され
ている場合に、モータの回転速度の変動が大きくなり、
速度検出パルスの検出タイミングおよび学習補償手段の
動作タイミングにバラツキを生じた場合であっても、外
乱算出手段からの補正信号に応じてモータの回転速度の
変動が抑制されるため、大きな問題を生じることなく、
モータに加えられた外乱に起因するモータの速度変動
を、精度良く抑制することができる。

【０１４３】請求項２記載のモータ速度制御装置によれ
ば、モータに加えられる外乱の大きさをトルクの大きさ
で算出し、算出した外乱の大きさを表す補正信号を、前
記駆動信号に加算することにより、簡単な演算回路ある
いはソフトウェアプログラムを用いて、請求項１記載の
モータ速度制御装置と同様の効果を得ることができる。

【０１４４】請求項３記載のモータ速度制御装置によれ
ば、微分手段、第１乗算手段および第２乗算手段が、そ
れぞれ、回転速度から発生トルクまでのモータの伝達関
数、駆動信号から発生トルクまでのモータの伝達関数、
第１乗算手段の伝達関数とは逆数の関係にある、発生ト
ルクから駆動信号までのモータの伝達関数を演算し、算
出された前記発生トルクと前記実トルクとの差分から外
乱トルクを打ち消す補正信号を出力することにより、簡
単な演算回路やソフトウェアプログラムを用いて、請求
項１記載のモータ速度制御装置と同様の効果を得ること
ができる。

【０１４５】請求項４記載のモータ速度制御装置によれ
ば、外乱がない場合にモータは指定された一定の前記回
転速度で回転し、かつ、前記学習補償信号が前記速度誤
差信号に一致すると仮定した場合には、駆動信号によっ
て発生されるモータの回転速度の前記学習補償信号から
のずれを０にするよう制御することにより、所定の周波
数の整数倍の周波数を有する外乱成分に起因した速度変
動を顕著に抑制することができるとともに、これに加え
て、駆動信号生成手段の特性に応じて、外乱に起因した
回転速度変動の抑制効果を得ることができる。この結
果、各制御変数の値を低く抑えることができるので学習
補償手段および速度ずれ算出手段の演算に必要なダイナ
ミックレンジを大きくとる必要がなく、回路規模を拡大
することなく、低コストに、モータに加えられた外乱に
起因するモータの速度変動を、精度良く抑制することが
できる。また、モータ速度制御装置内の各構成要素が、
モータの回転速度に応じて発生される速度検出パルスに
同期して動作するように構成されている場合に、モータ
の回転速度の変動が大きくなり、速度検出パルスの検出
タイミングおよび学習補償手段の動作タイミングにバラ
ツキを生じた場合であっても、外乱算出手段からの補正
信号に応じてモータの回転速度の変動が抑制されるた
め、大きな問題を生じることなく、モータに加えられた
外乱に起因するモータの速度変動を、精度良く抑制する
ことができる。

【０１４６】請求項５記載のモータ速度制御装置によれ
ば、上記効果に加えて、速度誤差信号そのものを駆動信
号生成手段に帰還する従来のモータ速度制御装置に比べ
て、モータ速度制御装置の遮断周波数を高くすることが
でき、その結果、その制御ゲインを大きくすることがで
きる。これにより、モータ速度制御装置は、外乱に起因
するモータの速度変動をより精度良く抑制することがで
きる。

【０１４７】請求項６記載のモータ速度制御装置によれ
ば、例えば、駆動信号から発生トルクまでのモータの伝
達関数と同一の伝達関数を演算する発生トルク算出手段
と、発生トルクから回転速度までのモータの伝達関数と
同一の伝達関数を演算する速度ずれ信号算出手段とから
なる同一次元オブザーバを用いて速度ずれ信号を算出
し、算出された速度ずれ信号を０にする駆動信号により
モータを駆動することによって、簡単な演算回路または
ソフトウェアプログラムなどを用いて、請求項４または
請求項５記載のモータ速度制御装置と同様の上記効果を
得ることができる。

【０１４８】請求項７記載のモータ速度制御装置によれ
ば、駆動信号によってモータで発生される速度の学習補
償信号からの速度ずれを０とする速度補償駆動信号と、
算出された外乱トルクを打ち消すトルクをモータに発生
させる外乱補償信号とから駆動信号を生成することによ
り、所定の周波数の整数倍の周波数を有する外乱成分に
起因した速度変動を顕著に抑制することができるととも
に、これに加えて、外乱補償手段と速度補償手段との特
性に応じて、外乱に起因した回転速度変動の抑制効果を
得ることができる。この結果、各制御変数の値を低く抑
えることができるので学習補償手段、速度ずれ算出手
段、外乱補償手段および加算手段の演算に必要なダイナ
ミックレンジを大きくとる必要がなく、回路規模を拡大
することなく、低コストに、モータに加えられた外乱に
起因するモータの速度変動を、精度良く抑制することが
できる。また、モータ速度制御装置内の各構成要素が、
モータの回転速度に応じて発生される速度検出パルスに
同期して動作するように構成されている場合に、モータ
の回転速度の変動が大きくなり、速度検出パルスの検出
タイミングおよび学習補償手段の動作タイミングにバラ
ツキを生じた場合であっても、外乱算出手段からの補正
信号に応じてモータの回転速度の変動が抑制されるた
め、大きな問題を生じることなく、モータに加えられた
外乱に起因するモータの速度変動を、精度良く抑制する
ことができる。

【０１４９】請求項８記載のモータ速度制御装置によれ
ば、上記効果に加えて、速度誤差信号そのものを駆動信
号生成手段に帰還する従来のモータ速度制御装置に比べ
て、外乱に起因したモータの回転速度の変動に対する速
度補償手段の遮断周波数を高くすることができ、その制
御ゲインを大きくすることができる。これにより、モー
タ速度制御装置は、外乱に起因するモータの速度変動を
より精度良く抑制することができる。

【０１５０】請求項９記載のモータ速度制御装置によれ
ば、例えば、駆動信号から発生トルクまでのモータの伝
達関数と同一の伝達関数を演算する発生トルク算出手段
と、発生トルクから回転速度までのモータの伝達関数と
同一の伝達関数を演算する速度ずれ信号算出手段とから
なる同一次元オブザーバを用いて速度ずれ信号を算出す
るので、簡単な演算回路またはソフトウェアプログラム
などを用いて、請求項４または請求項５記載のモータ速
度制御装置と同様の上記効果を得ることができる。さら
に、外乱補償手段は差分トルク算出手段の積分項から外
乱トルクの大きさを得ることができるので、トルクの大
きさを駆動信号の大きさに変換するだけで外乱補償駆動
信号を生成することができ、簡単な構成で回路規模を拡
大することなく、請求項７または請求項８記載のモータ
速度制御装置と同様の効果を得ることができる。

【０１５１】請求項１０記載のモータ速度制御装置によ
れば、制御変数を速度検出手段において検出された回転
速度の代わりに、モータの回転周期とした場合にも、同
一の構成を用いて、同一の制御手順でモータの回転を制
御することにより、請求項１ないし請求項９のいずれか
に記載のモータ速度制御装置と同様の効果を得ることが
できる。

【０１５２】請求項１１記載のモータ速度制御装置によ
れば、請求項１ないし１２のいずれかに記載のモータ速
度制御装置において、所定の遅延時間分の学習補償信号
の大きさをメモリに記憶させておくことにより、簡単な
構成で容易に前記学習補償信号を得ることができ、回路
規模を拡大することなく、外乱に起因した特定の周波数
の整数倍の周波数を有するモータの速度変動成分を顕著
に抑制することができる。

【０１５３】請求項１２記載のモータ速度制御装置によ
れば、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のモ
ータ速度制御装置において、外乱に起因する、モータに
発生しがちな、モータの回転に同期した回転速度の変動
を顕著に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例であるモータ速度制御装置
１００の全体の構成図および主要部の制御ブロック線図
である。

【図２】［数１３］式における伝達関数Ａ（ｓ）および
伝達関数Ｂ（ｓ）を示す周波数特性図である。

【図３】本発明の第２実施例であるモータ速度制御装置
３００の全体の構成図および主要部の制御ブロック線図
である。

【図４】［数２４］式で表されるモータ速度制御装置３
００の開ループ伝達関数Ｇ2（ｓ）における伝達関数Ｅ
（ｓ）を示す周波数特性図である。

【図５】本発明の第３実施例であるモータ速度制御装置
５００の全体の構成図および主要部の制御ブロック線図
である。

【図６】Ｋ1＝√２Ｊ、Ｋ2＝Ｊとした場合の［数３４］
式における伝達関数Ａ’（ｓ）を示す周波数特性図であ
る。

【図７】学習補償器７２０を用いた従来の制御システム
７３０における制御要素の構成およびその入出力特性を
示す制御ブロック線図である。

【図８】外乱推定器８２０を用いた従来の制御システム
８００における制御要素の構成およびその入出力特性を
示す制御ブロック線図である。

【符号の説明】

１ 外乱推定器 ２ 速度推定器 ３ 速度・外乱推定器 ４ 補正器 ５ 学習補償器 ５１ メモリ ５２ 補償器 １００ モータ １１０ 速度検出器 １１１ 周波数発電機 １１２ 周期検出器 １３０ 比較器 １４０ 制御器 １５０ 駆動器

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータに指定された回転速度と、検出さ
   れた実際の回転速度との差分が０になるよう定値制御す
   るモータ速度制御装置であって、 モータの回転速度を検出する速度検出手段と、 指定された回転速度から検出された回転速度を減算し、
   その差分を速度誤差信号として出力する速度誤差信号生
   成手段と、 前記速度誤差信号から、モータに加えられる外乱のうち
   の所定の周波数の整数倍の周波数を有する外乱成分に起
   因した速度変動を増幅して、学習補償信号を出力する学
   習補償手段と、 前記学習補償信号の値を０にするようなモータの駆動信
   号を生成する駆動信号生成手段と、 前記駆動信号と、外乱の大きさを表す補正信号とを加算
   して補償駆動信号を出力する加算手段と、 前記補償駆動信号に応じた電力をモータに供給する電力
   供給手段と、 前記学習補償信号と前記補償駆動信号とから、モータに
   加えられている外乱の大きさを算出し、算出した外乱の
   大きさを表す前記補正信号を前記加算手段に出力する外
   乱算出手段とを備えることを特徴とするモータ速度制御
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のモータ速度制御装置にお
   いて、 前記外乱算出手段は、 前記補償駆動信号の値から、モータが発生するトルクの
   大きさを算出する発生トルク算出手段と、 前記学習補償信号から、実際に発揮されたトルクの大き
   さを算出する実トルク算出手段と、 前記発生トルクと前記実トルクとの差分から、トルクの
   大きさで与えられる前記外乱の大きさを算出する外乱ト
   ルク算出手段とを備えることを特徴とするモータ速度制
   御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のモータ速度制御装置にお
   いて、 前記外乱算出手段は、 前記学習補償信号に所定の係数を乗算するとともに乗算
   結果を微分して、回転速度から発生トルクまでのモータ
   の伝達関数と同一の伝達関数を演算し、前記実トルクを
   出力する微分手段と、 前記補償駆動信号に駆動信号をトルクに換算する係数を
   乗算して、駆動信号から発生トルクまでのモータの伝達
   関数と同一の伝達関数を演算し、補償駆動信号によって
   発生される発生トルクを出力する第１乗算手段と、 第１乗算手段の乗算結果と微分手段の微分結果とを加算
   して、算出された前記発生トルクと前記実トルクとの差
   分を出力する差分手段と、 前記差分を積分し、その高周波成分を除去する積分手段
   と、 高周波成分が除去された前記差分にトルクの大きさを駆
   動信号の大きさに変換する係数を乗算して、発生トルク
   から駆動信号までのモータの伝達関数と同一の伝達関数
   を演算し、外乱トルクを打ち消す補正信号を出力する第
   ２乗算手段とを備えることを特徴とするモータ速度制御
   装置。
4. 【請求項４】 モータに指定された回転速度と、検出さ
   れた実際の回転速度との差分が０になるよう定値制御す
   るモータ速度制御装置であって、 モータの回転速度を検出する速度検出手段と、 指定された回転速度から検出された回転速度を減算し、
   その差分を速度誤差信号として出力する速度誤差信号生
   成手段と、 前記速度誤差信号から、モータに加えられる外乱のうち
   の所定の周波数の整数倍の周波数を有する外乱成分に起
   因した速度変動を増幅して、学習補償信号を出力する学
   習補償手段と、 駆動信号によって発生される回転速度の前記学習補償信
   号からのずれを表す速度ずれ信号を０にするモータの駆
   動信号を出力する駆動信号生成手段と、 前記学習補償信号と前記駆動信号とを入力し、駆動信号
   によって発生される回転速度の前記学習補償信号からの
   ずれを算出し、算出されたずれの大きさを表す速度ずれ
   信号を前記駆動信号生成手段に出力する速度ずれ算出手
   段と、 前記駆動信号に応じた電力をモータに供給する電力供給
   手段とを備えることを特徴とするモータ速度制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のモータ速度制御装置にお
   いて、 前記速度誤差信号生成手段は、さらに、 所定の周期を有した速度検出クロックを生成する速度検
   出クロック生成手段を備え、 前記速度ずれ算出手段は、さらに、 前記速度検出クロックよりも短い周期を有した動作クロ
   ックを生成する動作クロック生成手段を備え、 前記速度誤差信号生成手段は前記速度検出クロックに同
   期して速度誤差信号を生成し、前記速度ずれ算出手段は
   前記動作クロックに同期して速度ずれ信号を出力するこ
   とを特徴とするモータ速度制御装置。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５記載のモータ速
   度制御装置において、 前記速度ずれ算出手段は、 学習補償信号から速度ずれ信号を減算した差分に比例す
   る比例項と、前記差分を時間積分した積分項とにより、
   前記差分を０にするトルクの大きさを差分トルクとして
   算出する差分トルク算出手段と、 前記駆動信号によってモータで発生されるトルクを算出
   する発生トルク算出手段と、 前記発生トルクから前記差分トルクを減算して得られた
   減算結果から、前記速度ずれ信号を算出する速度ずれ信
   号算出手段とを備えることを特徴とするモータ速度制御
   装置。
7. 【請求項７】 モータに指定された回転速度と、検出さ
   れた実際の回転速度との差分が０になるよう定値制御す
   るモータ速度制御装置であって、 モータの回転速度を検出する速度検出手段と、 指定された回転速度から検出された回転速度を減算し、
   その差分を速度誤差信号として出力する速度誤差信号生
   成手段と、 前記速度誤差信号から、モータに加えられる外乱のうち
   の所定の周波数の整数倍の周波数を有する外乱成分に起
   因した速度変動を増幅して、学習補償信号を出力する学
   習補償手段と、 駆動信号によってモータで発生される回転速度の学習補
   償信号からの速度ずれを算出して、速度ずれ信号を出力
   する速度ずれ算出手段と、 前記速度ずれ信号を０にする速度をモータに発生させる
   速度補償駆動信号を出力する速度補償手段と、 学習補償信号から速度ずれ信号を減算した減算結果から
   外乱トルクの大きさを算出し、算出した外乱トルクを打
   ち消すトルクをモータに発生させる外乱補償駆動信号を
   出力する外乱補償手段と、 外乱補償駆動信号と速度補償駆動信号とを加算して、加
   算結果を駆動信号として前記速度ずれ算出手段に出力す
   る加算手段と、 前記駆動信号に応じた電力をモータに供給する電力供給
   手段とを備えることを特徴とするモータ速度制御装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のモータ速度制御装置にお
   いて、 前記速度誤差信号生成手段は、さらに、 所定の周期を有した速度検出クロックを生成する速度検
   出クロック生成手段を備え、 前記速度ずれ算出手段は、さらに、 前記速度検出クロックよりも短い周期を有した動作クロ
   ックを生成する動作クロック生成手段を備え、 前記速度誤差信号生成手段は前記速度検出クロックに同
   期して速度誤差信号を生成し、前記速度ずれ算出手段は
   前記動作クロックに同期して速度ずれ信号を出力するこ
   とを特徴とするモータ速度制御装置。
9. 【請求項９】 請求項７または請求項８記載のモータ速
   度制御装置において、 前記速度ずれ算出手段は、 学習補償信号から速度ずれ信号を減算した差分に比例す
   る比例項と、前記差分を時間積分した積分項とから前記
   差分を０にするトルクの大きさを、差分トルクとして算
   出する差分トルク算出手段と、 前記駆動信号からモータの発生トルクを算出する発生ト
   ルク算出手段と、 前記駆動信号による発生トルクから前記差分トルクを減
   算して得られた減算結果を速度の大きさに変換し、速度
   ずれ信号を算出する速度ずれ信号算出手段とを備え、 前記外乱補償手段は、 前記差分トルク算出手段の積分項を外乱トルクとして取
   り出し、外乱トルクを打ち消すトルクをモータに発生さ
   せる外乱補償駆動信号を出力することを特徴とするモー
   タ速度制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれかに
    記載のモータ速度制御装置において、 前記速度検出手段は、 モータの回転速度に比例した周波数信号を発生する周波
    数発電機と、 前記周波数信号の回転周期を検出し、周期信号を出力す
    る周期検出手段とを備え、 前記モータ速度制御装置は、検出された回転速度の代わ
    りに周期信号を用い、指定された速度の代わりに指定さ
    れた回転周期を用いて、モータに指定された回転周期
    と、前記周期信号との差分が０になるよう定値制御する
    ことを特徴とするモータ速度制御装置。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし請求項１０のいずれか
    に記載のモータ速度制御装置において、 前記学習補償手段は、 少なくとも所定の遅延時間分の学習補償信号の大きさを
    記憶するメモリと、 メモリに記憶されている前記遅延時間前の学習補償信号
    を前記速度誤差信号に加算し、遅延時間の逆数で与えら
    れる周波数の整数倍の周波数を有する外乱成分に起因し
    た速度変動を増幅して、学習補償信号として出力する遅
    延手段とを備えることを特徴とするモータ速度制御装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし請求項１１のいずれか
    に記載のモータ速度制御装置において、 前記遅延手段の遅延時間は、その逆数がモータの回転周
    波数の整数倍となるように選んだことを特徴とするモー
    タ速度制御装置。