WO2025192258A1 - モータのイナーシャ推定装置、モータ駆動制御装置、モータのイナーシャ推定方法 - Google Patents

モータのイナーシャ推定装置、モータ駆動制御装置、モータのイナーシャ推定方法

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WO2025192258A1
WO2025192258A1 PCT/JP2025/006307 JP2025006307W WO2025192258A1 WO 2025192258 A1 WO2025192258 A1 WO 2025192258A1 JP 2025006307 W JP2025006307 W JP 2025006307W WO 2025192258 A1 WO2025192258 A1 WO 2025192258A1
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WO
WIPO (PCT)
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motor
inertia
unit
drive control
physical quantity
Prior art date
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Application number
PCT/JP2025/006307
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English (en)
French (fr)
Inventor
洋平 荒川
雄太 宮本
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MinebeaMitsumi Inc
Original Assignee
MinebeaMitsumi Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by MinebeaMitsumi Inc filed Critical MinebeaMitsumi Inc
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40—Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P4/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of electric motors that can be connected to two or more different electric power supplies

Definitions

  • the present invention relates to a motor inertia estimation device, a motor drive control device, and a motor inertia estimation method.
  • the present invention addresses the above-mentioned problem as an example, and aims to provide technology that accurately estimates inertia regardless of the magnitude of the motor's acceleration/deceleration.
  • the motor inertia estimation device of the present invention comprises a filter unit that attenuates the frequency characteristics of a physical quantity associated with the driving of the motor, and an inertia estimation unit that estimates the inertia of the motor based on the attenuated physical quantity.
  • the motor inertia estimation device of the present invention can accurately estimate inertia regardless of the magnitude of the motor's acceleration/deceleration.
  • FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of a motor drive control device including a motor inertia estimation processing unit according to a first embodiment of the present invention.
  • 4 is a graph showing an example of a change in the rotation speed of a motor caused by the motor drive control device according to the embodiment.
  • 4 is a flowchart showing a flow of processing by the motor drive control device according to the first embodiment.
  • 10 is a graph showing an example of the relationship between the rotation speed of a motor and the amount of inertia estimated by the motor inertia estimation device of the reference example.
  • 4 is a graph showing an example of the relationship between the rotation speed of a motor and the amount of inertia estimated by the motor inertia estimation device according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a functional block diagram illustrating the configuration of a motor drive control device including a motor inertia estimation device according to a second embodiment of the present invention.
  • 10 is a flowchart showing a flow of processing by a motor drive control device according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of a motor drive control device including a motor inertia estimation device according to a third embodiment of the present invention.
  • 10 is a flowchart showing a flow of processing by a motor drive control device according to a third embodiment.
  • 11 is a graph showing an example of a change in rotation speed when the amount of movement of the motor caused by the motor drive control device according to the third embodiment is small.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a schematic configuration of a motor drive control device 1 including an inertia estimation processing unit 16 for a motor 2 according to a first embodiment of the present invention.
  • Motor 2 is a permanent magnet motor.
  • motor 2 is, for example, a stepping motor having two-phase (A-phase and B-phase) coils.
  • the motor drive control device for example, periodically passes a drive current through the A-phase and B-phase coils of the motor 2 to rotate the rotor (permanent magnet) of the motor 2.
  • the motor drive control device 1 includes, as functional blocks, a command generation unit 11, a drive control unit 12, a current detection unit 13, a position detection unit 14, a speed calculation unit 15, and an inertia estimation processing unit 16.
  • the motor drive control device 1 is a program processing device (e.g., a microcontroller) configured such that a processor such as a CPU, various storage devices such as RAM and ROM, and peripheral circuits such as a counter (timer), an A/D conversion circuit, a D/A conversion circuit, a clock generation circuit, and an input/output I/F circuit are interconnected via a bus or dedicated lines.
  • a processor such as a CPU
  • various storage devices such as RAM and ROM
  • peripheral circuits such as a counter (timer), an A/D conversion circuit, a D/A conversion circuit, a clock generation circuit, and an input/output I/F circuit are interconnected via a bus or dedicated lines.
  • the motor drive control device 1 may be configured as a single packaged integrated circuit device (IC), or as a collection of multiple integrated circuit devices that realize some of the functional blocks, each packaged separately.
  • IC integrated circuit device
  • the functional blocks of the motor drive control device 1 are realized, for example, by a processor in a program processing device acting as a control circuit, which executes various arithmetic operations in accordance with programs stored in memory and controls peripheral circuits such as counters and A/D conversion circuits.
  • the components of the motor drive control device 1 shown in FIG. 1 are only a portion of the whole, and the motor drive control device 1 may have other components in addition to those shown in FIG. 1.
  • the command generation unit 11 receives a speed command signal Sc, which is command information related to the rotational speed of the motor 2, and analyzes the received speed command signal Sc to generate a value specifying the target operating state of the motor 2 specified by the speed command signal Sc.
  • the operating state refers to the state of the motor 2 rotating at the speed specified by the speed command signal Sc.
  • the command generation unit 11 outputs the generated value specifying the target operating state of the motor 2 to the drive control unit 12 as a trapezoidal speed command.
  • the command generation unit 11 outputs the acceleration/deceleration time Tc, which is included in the value specifying the target operating state of the motor 2, to the frequency determination unit 163.
  • the speed command signal Sc is output, for example, from a higher-level device for controlling the motor 2, which is provided external to the motor drive control device 1.
  • the speed command signal Sc includes a value that instructs the motor 2 to reach a target operating state.
  • the speed command signal Sc is, for example, a signal that includes command information that commands the rotational speed of the rotor of the motor 2.
  • the speed command signal Sc includes a target value (target rotational speed) for the rotational speed of the rotor of the motor 2 and an acceleration/deceleration time Tc.
  • Figure 2 is a graph showing an example of changes in the rotational speed of the motor 2 caused by the motor drive control device 1.
  • the speed command signal Sc is a signal for realizing a trapezoidal speed command, which, for example, controls the motor 2 in the shortest time possible while using its maximum output.
  • the trapezoidal speed command causes the speed of the motor 2 to increase from the minimum speed Vf to the maximum speed Vm at a maximum acceleration A, for example. After increasing its speed to the maximum speed Vm, the motor 2 continues to move at the maximum speed Vm, and then decelerates to the target minimum speed Vf at a maximum deceleration -A.
  • the drive control unit 12 generates a drive control signal Sd that controls the drive of the motor 2 in accordance with the trapezoidal speed command output by the command generation unit 11 and the rotational speed ⁇ of the rotor of the motor 2 calculated by the speed calculation unit 15.
  • the drive control signal Sd is a target value for the current of the motor 2, which is generated in accordance with the trapezoidal speed command and the rotational speed ⁇ .
  • the drive control unit 12 generates the drive control signal Sd by performing calculations related to speed control in accordance with the trapezoidal speed command and the rotational speed ⁇ . Specifically, the drive control unit 12 calculates a control variable in accordance with the difference ⁇ between the speed command signal Sc included in the trapezoidal speed command and the rotational speed ⁇ .
  • the drive control unit 12 calculates the drive control signal Sd for the motor 2 using a PI control calculation so that the difference ⁇ becomes zero.
  • the drive control unit 12 corrects the value of the drive control signal Sd that controls the drive of the motor 2 based on a parameter vector calculated in accordance with the inertia estimated by the inertia estimation processing unit 16, which will be described later.
  • the current detection unit 13 is a functional unit that detects the drive current I of the coils of each phase of the motor 2 and outputs the detected value to the filter unit 161.
  • the current detection unit 13 is an example of a detection unit that detects a physical quantity associated with driving.
  • the current detection unit 13 is, for example, a shunt resistor connected in series with an inverter circuit between a DC power supply and ground potential.
  • the position detection unit 14 is a functional unit for detecting the rotational position of the rotor of the motor 2.
  • the position detection unit 14 is an example of a detection unit that detects physical quantities associated with driving, and is, for example, an encoder.
  • the position detection unit 14 outputs a detection value corresponding to the rotational position of the rotor of the motor 2 to the speed calculation unit 15.
  • the position detection unit 14 is not limited to an encoder, and may be a Hall element, etc.
  • the speed calculation unit 15 is a functional unit that acquires the measured value of the rotational speed of the rotor of the motor 2.
  • the speed calculation unit 15 calculates the rotational speed ⁇ of the rotor of the motor 2 based on, for example, the detected value of the rotational position output from the position detection unit 14.
  • the inertia estimation processing unit 16 is a functional block implemented within the motor drive control device 1, and functions as the inertia estimation device of the present invention.
  • the inertia estimation processing unit 16 is composed of a filter unit 161, an inertia estimation unit 162, and a frequency determination unit 163.
  • the filter unit 161 attenuates the frequency characteristics of the detected physical quantities, namely the rotational speed ⁇ of the rotor of the motor 2 and the drive current I of the coil.
  • the filter unit 161 is a low-pass filter that attenuates the frequency characteristics of the rotational speed ⁇ and the drive current I below the cutoff frequency fc, corresponding to the cutoff frequency fc determined by the frequency determination unit 163.
  • the filter unit 161 may attenuate the frequency characteristics below the cutoff frequency fc for the value of the torque T of the motor 2, instead of the coil drive current I. In this case, the filter unit 161 calculates the torque T of the motor 2 from the drive current I, drive voltage, and rotational speed ⁇ of the motor 2.
  • the frequency determination unit 163 determines the cutoff frequency fc of the physical quantity based on the acceleration/deceleration time Tc included in the speed command signal Sc.
  • the acceleration/deceleration time Tc refers to the time required for the speed of motor 2 to increase from minimum speed Vf to maximum speed Vm at maximum acceleration A, and the time required for the speed of motor 2 to decelerate from maximum speed Vm to the target minimum speed Vf at maximum deceleration -A, both of which are included in the speed command signal Sc described above.
  • the frequency determination unit 163 calculates the cutoff frequency fc from the acceleration/deceleration time Tc using the following equation (1).
  • N is a constant.
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia of the motor based on the damped rotational speed ⁇ and the frequency characteristics of the coil drive current I.
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia and calculates a parameter vector used to correct the value of the drive control signal Sd generated by the drive control unit 12.
  • the parameter vector can be calculated using the recursive least squares method according to the following equations (2) and (3).
  • equations (2) and (3) the inertia is In addition, in equations (2) and (3), the parameter vector is Let's say.
  • G n and e n can be calculated by the following formulas (4) and (5).
  • the rotation speed ⁇ is
  • the current I is
  • ⁇ is a forgetting factor.
  • the inertia estimation unit 162 outputs to the drive control unit 12 a parameter vector used to correct the calculated value of the drive control signal Sd.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the processing flow of the motor drive control device 1 according to the first embodiment.
  • the command generation unit 11 outputs a value that specifies the target operating state of the motor 2, generated in response to the speed command signal Sc, to the drive control unit 12 as a trapezoidal speed command (step S101).
  • the command generator 11 outputs the acceleration/deceleration time Tc to the frequency determiner 163 (step S102).
  • the frequency determination unit 163 determines the cutoff frequency fc of the physical quantity based on the acceleration/deceleration time Tc included in the speed command signal Sc (step S103).
  • the filter unit 161 sets the cutoff frequency fc determined by the frequency determination unit 163 (step S104).
  • the drive control unit 12 generates a drive control signal Sd that controls the drive of the motor 2 in accordance with the trapezoidal speed command output by the command generation unit 11 and the rotational speed ⁇ of the rotor of the motor 2 calculated by the speed calculation unit 15, and outputs the signal to the motor 2 to drive the motor 2 (step S105).
  • the current detection unit 13 detects the coil drive current I output from the drive control unit 12 to the motor 2 (step S106). The detected drive current I is output to the filter unit 161.
  • the filter unit 161 performs filtering to attenuate the frequency characteristics of the rotation speed ⁇ and the drive current I below the cutoff frequency fc, in accordance with the cutoff frequency fc (step S107).
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia of the motor based on the damped rotational speed ⁇ and the frequency characteristics of the coil drive current I (step S108).
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia and calculates a parameter vector used to correct the value of the drive control signal Sd generated by the drive control unit 12, and outputs this to the drive control unit 12.
  • the drive control unit 12 corrects the value of the drive control signal Sd using the parameter vector.
  • the motor drive control device 1 includes an inertia estimation processing unit 16 that includes a filter unit 161 that attenuates the frequency characteristics of a physical quantity (at least one of the rotational speed ⁇ , drive current I, and torque T) associated with driving the motor 2, and an inertia estimation unit 162 that estimates the inertia of the motor 2 based on the attenuated physical quantity.
  • the filter unit 161 is a low-pass filter that attenuates the frequency characteristics of the physical quantity corresponding to the cutoff frequency fc.
  • the cutoff frequency fc is determined by the frequency determination unit 163, for example, based on command information related to the rotational speed ⁇ of the motor 2, for example, a trapezoidal speed command included in the speed command signal Sc.
  • Figure 4 is a graph showing an example of the relationship between the rotational speed ⁇ of motor 2 and the estimated amount of inertia by the inertia estimation device of motor 2 of the reference example.
  • Figure 5 is a graph showing an example of the relationship between the rotational speed ⁇ of motor 2 and the estimated amount of inertia by the inertia estimation processing unit 16 of motor 2.
  • the inertia estimation device of the reference example that performs the processing shown in Figure 4 differs from the inertia estimation processing unit 16 in that it does not have a frequency determination unit 163 that determines the cutoff frequency fc of the physical quantity based on the acceleration/deceleration time Tc.
  • Figures 4 and 5 show the change in the estimated amount of inertia due to a change in the rotational speed ⁇ of the rotor of motor 2.
  • the inertia estimated by the inertia estimation processing unit 16 has less change in value between the region where the change in rotational speed ⁇ is small, i.e., the region where acceleration/deceleration A is small, and other regions, compared to the inertia estimated by the inertia estimation device of the reference example shown in Figure 4.
  • the inertia estimation processing unit 16 that executes the inertia estimation method shown in the flowchart of Figure 3 and the motor drive control device 1 equipped with the inertia estimation processing unit 16 can accurately estimate inertia regardless of the magnitude of the acceleration/deceleration rate A of the motor 2.
  • the frequency determination unit 163 determines the cutoff frequency fc in accordance with the acceleration/deceleration time Tc of the motor 2, so that the inertia estimation processing unit 16 and the motor drive control device 1 can accurately estimate inertia regardless of the magnitude of the acceleration/deceleration rate A of the motor 2.
  • the second embodiment relates to a different function realized in the motor drive control device 1 shown in FIG. 1, which was previously described. Therefore, in the following description, the components of the motor drive control device 1 that are common to the first embodiment will be given the same reference numerals, and repeated explanations will be omitted.
  • FIG. 6 is a functional block diagram showing the schematic configuration of a motor drive control device 1 equipped with an inertia estimation processing unit 16B for a motor 2 according to a second embodiment of the present invention.
  • the motor drive control device 1 according to the second embodiment has an inertia estimation processing unit 16B configured differently from the inertia estimation processing unit 16 of the motor drive control device 1 according to the first embodiment described above.
  • the inertia estimation processing unit 16B is composed of a filter unit 161B and an inertia estimation unit 162. Unlike the inertia estimation processing unit 16, the inertia estimation processing unit 16B does not have a frequency determination unit 163.
  • the filter unit 161B attenuates the frequency characteristics of the detected physical quantities, i.e., the rotational speed ⁇ of the rotor of the motor 2 and the drive current I of the coil.
  • the filter unit 161B is a notch filter that attenuates the frequency characteristics corresponding to the frequency band fb included in the rotational speed ⁇ and the drive current I in response to a predetermined frequency band fb.
  • the frequency band fb attenuated by the filter unit 161B can be identified, for example, by analyzing, using an FFT (Fast Fourier transform), the vibration waveform measured in a situation where vibration occurs when the motor 2 is driven by the motor drive control device 1 (rotational speed, rotational position, acceleration/deceleration, etc.).
  • a vibration detection unit may be provided in the motor drive control device 1, and the filter unit 161B may be operated when vibration is detected when the motor 2 is driven.
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia of the motor based on the damped rotational speed ⁇ and the frequency characteristics of the coil drive current I.
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia and calculates a parameter vector used to correct the value of the drive control signal Sd generated by the drive control unit 12.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the processing flow of the motor drive control device 1 according to the second embodiment.
  • the command generation unit 11 outputs a value that specifies the target operating state of the motor 2, generated in response to the speed command signal Sc, to the drive control unit 12 as a trapezoidal speed command (step S201).
  • the drive control unit 12 generates a drive control signal Sd that controls the drive of the motor 2 in accordance with the trapezoidal speed command output by the command generation unit 11 and the rotational speed ⁇ of the rotor of the motor 2 calculated by the speed calculation unit 15, and outputs the signal to the motor 2 to drive the motor 2 (step S202).
  • the current detection unit 13 detects the coil drive current I output from the drive control unit 12 to the motor 2 (step S203). The detected drive current I is output to the filter unit 161.
  • the position detection unit 14 detects the rotational position (angle) of the rotor of the motor 2 (step S204).
  • the position detection unit 14 outputs a rotational position detection value corresponding to the rotational position of the rotor of the motor 2.
  • the speed calculation unit 15 calculates the rotational speed ⁇ of the rotor of the motor 2, for example, based on the detected value of the rotational position output from the position detection unit 14 (step S205).
  • the filter unit 161B performs filtering to attenuate the frequency characteristics of the rotation speed ⁇ and the frequency band fb included in the drive current I in accordance with the frequency band fb (step S206).
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia of the motor based on the damped rotational speed ⁇ and the frequency characteristics of the coil drive current I (step S207).
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia and calculates a parameter vector used to correct the value of the drive control signal Sd generated by the drive control unit 12, and outputs this to the drive control unit 12.
  • the drive control unit 12 corrects the value of the drive control signal Sd using the parameter vector.
  • the motor drive control device 1 includes an inertia estimation processing unit 16B that includes a filter unit 161B that attenuates the frequency characteristics of a physical quantity (at least one of the rotational speed ⁇ , drive current I, and torque T) associated with driving the motor 2, and an inertia estimation unit 162 that estimates the inertia of the motor 2 based on the attenuated physical quantity.
  • the filter unit 161B is a notch filter that attenuates the frequency characteristics of the physical quantity corresponding to a predetermined frequency band fb.
  • the frequency band fb is based on, for example, a trapezoidal speed command included in the speed command signal Sc.
  • the estimated inertia in the inertia estimation processing unit 16B also varies less between the region where the change in rotational speed ⁇ is small, i.e., the region where acceleration/deceleration A is small, and other regions, compared to the inertia estimated by the inertia estimation device of the reference example shown in Figure 4.
  • the inertia estimation processing unit 16B that executes the inertia estimation method shown in the flowchart of Figure 7 and the motor drive control device 1 equipped with the inertia estimation processing unit 16B can accurately estimate inertia regardless of the magnitude of the acceleration/deceleration rate A of the motor 2.
  • the third embodiment relates to a different function realized in the motor drive control device 1 shown in FIG. 1, which was previously described. Therefore, in the following description, the components of the motor drive control device 1 that are common to the first embodiment will be given the same reference numerals, and repeated description will be omitted.
  • the motor drive control device 1 according to the third embodiment has an inertia estimation processing unit 16C configured differently from the inertia estimation processing unit 16 of the motor drive control device 1 according to the first embodiment described above.
  • the inertia estimation processing unit 16C is composed of a filter unit 161, an inertia estimation unit 162, and a frequency determination unit 163C.
  • the frequency determination unit 163C determines the cutoff frequency fc of the physical quantity based on the maximum speed Vm and minimum speed Vf of the motor 2 realized by the speed command signal Sc as described above, and the movement amount (rotation amount) L calculated from the rotational speed of the motor 2 included in the speed command signal Sc and the acceleration/deceleration time Tc. Specifically, the frequency determination unit 163C determines whether the movement amount L satisfies the condition of the following equation (6). Equation (6) determines whether the speed of the motor 2 has not reached the maximum speed Vm. If the condition of equation (6) is satisfied, the frequency determination unit 163C calculates the maximum speed Vm using the following equation (7).
  • Vm (2*L*A+Vf 2 ) 1/2 ...(7)
  • the frequency determination unit 163C determines the cutoff frequency fc of the physical quantity from the maximum speed Vm calculated by equation (7), acceleration A, and constant N using equation (8) below. Furthermore, when the condition of equation (6) is not satisfied, that is, when the speed of the motor 2 reaches the maximum speed Vm, the frequency determination unit 163C determines the cutoff frequency fc of the physical quantity from equation (9) below using the maximum speed Vm, acceleration A, and constant N obtained from the command generation unit 11. In equations (8) and (9), N is a constant greater than or equal to 1.
  • the filter unit 161 is a low-pass filter that attenuates the frequency characteristics of the rotational speed ⁇ and the drive current I below the cutoff frequency fc, in accordance with the cutoff frequency fc determined by the frequency determination unit 163C.
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia of the motor based on the damped rotational speed ⁇ and the frequency characteristics of the coil drive current I.
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia and calculates a parameter vector used to correct the value of the drive control signal Sd generated by the drive control unit 12.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the processing flow of the motor drive control device 1 according to the third embodiment.
  • the command generation unit 11 outputs a value that specifies the target operating state of the motor 2, generated in response to the speed command signal Sc, to the drive control unit 12 as a trapezoidal speed command (step S301).
  • the command generator 11 outputs the maximum speed Vm, minimum speed Vf, and movement amount (amount of rotation) L of the motor 2 contained in the speed command signal Sc to the frequency determiner 163 (step S302).
  • the frequency determination unit 163C determines whether the movement amount L reaches the maximum speed Vm of the motor 2 using equation (6) based on the maximum speed Vm, minimum speed Vf, and movement amount (amount of rotation) L of the motor 2 contained in the speed command signal Sc (step S303).
  • the frequency determination unit 163C calculates the maximum speed Vm using equation (7), and determines the cutoff frequency fc of the physical quantity from equation (8) using the maximum speed Vm calculated using equation (7), the acceleration A, and the constant N (step S304).
  • the frequency determination unit 163C determines the cutoff frequency fc of the physical quantity from the following equation (9) using the maximum speed Vm, acceleration A, and constant N obtained from the command generation unit 11 (step S305).
  • the filter unit 161 sets the cutoff frequency fc determined by the frequency determination unit 163 (step S306).
  • the drive control unit 12 generates a drive control signal Sd that controls the drive of the motor 2 in accordance with the trapezoidal speed command output by the command generation unit 11 and the rotational speed ⁇ of the rotor of the motor 2 calculated by the speed calculation unit 15, and outputs the signal to the motor 2 to drive the motor 2 (step S307).
  • the current detection unit 13 detects the coil drive current I output from the drive control unit 12 to the motor 2 (step S308). The detected drive current I is output to the filter unit 161.
  • the position detection unit 14 detects the rotational position (angle) of the rotor of the motor 2 (step S309).
  • the position detection unit 14 outputs a rotational position detection value corresponding to the rotational position of the rotor of the motor 2.
  • the speed calculation unit 15 calculates the rotational speed ⁇ of the rotor of the motor 2, for example, based on the detected value of the rotational position output from the position detection unit 14 (step S310).
  • the filter unit 161B performs filtering to attenuate the frequency characteristics of the rotation speed ⁇ and the frequency band fb included in the drive current I in accordance with the cutoff frequency fc (step S311).
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia of the motor based on the damped rotational speed ⁇ and the frequency characteristics of the coil drive current I (step S312).
  • the inertia estimation unit 162 estimates the inertia and calculates a parameter vector used to correct the value of the drive control signal Sd generated by the drive control unit 12, and outputs this to the drive control unit 12.
  • the drive control unit 12 corrects the value of the drive control signal Sd using the parameter vector.
  • the motor drive control device 1 comprises an inertia estimation processing unit 16C that includes a filter unit 161 that attenuates the frequency characteristics of a physical quantity (at least one of the rotational speed ⁇ , drive current I, and torque T) associated with driving the motor 2, an inertia estimation unit 162 that estimates the inertia of the motor 2 based on the attenuated physical quantity, and a frequency determination unit 163C that determines the cutoff frequency fc based on command information related to the rotational speed ⁇ of the motor 2, for example, a trapezoidal speed command included in the speed command signal Sc.
  • a filter unit 161 that attenuates the frequency characteristics of a physical quantity (at least one of the rotational speed ⁇ , drive current I, and torque T) associated with driving the motor 2
  • an inertia estimation unit 162 that estimates the inertia of the motor 2 based on the attenuated physical quantity
  • a frequency determination unit 163C that determines the cutoff frequency fc
  • the filter unit 161 is a low-pass filter that attenuates the frequency characteristics of the physical quantity corresponding to the cutoff frequency fc.
  • the cutoff frequency fc is determined, for example, by the frequency determination unit 163C in accordance with information included in the trapezoidal speed command, for example, the rotation amount L of the motor 2. Specifically, to determine the cutoff frequency fc, the frequency determination unit 163C determines whether the amount of movement (amount of rotation) L satisfies the conditions determined by the maximum speed Vm and the minimum speed Vf, and changes the formula for calculating the cutoff frequency fc depending on the determination result.
  • the estimated inertia in the inertia estimation processing unit 16C also varies less between the region where the change in rotational speed ⁇ is small, i.e., the region where acceleration/deceleration A is small, and other regions, compared to the inertia estimated by the inertia estimation device of the reference example shown in Figure 4.
  • Figure 10 is a graph showing an example of changes in rotation speed ⁇ when the movement amount L of motor 2 caused by motor drive control device 1 is small.
  • the movement amount L of the motor 2 is small, the movement amount L will be reached before the maximum speed Vm included in the trapezoidal speed command is reached.
  • the cutoff frequency fc is set according to the acceleration/deceleration time Tc, the cutoff frequency fc will be small, and filtering by the filter unit 161 may attenuate the physical quantity signal more than necessary.
  • the frequency determination unit 163C of the inertia estimation processing unit 16C determines whether the movement amount L satisfies the conditions determined by the maximum speed Vm and the minimum speed Vf, and changes the formula for calculating the cutoff frequency fc depending on the determination result.
  • the inertia estimation processing unit 16C that executes the inertia estimation method shown in the flowchart of Figure 9 and the motor drive control device 1 equipped with the inertia estimation processing unit 16C can accurately estimate inertia regardless of the magnitude of the acceleration/deceleration rate A or the movement amount L of the motor 2.
  • the inertia estimation processing unit 16 has been described in detail as a functional block built into the motor drive control device 1.
  • the inertia estimation device of the present invention may also be configured as an external device communicatively connected to the motor drive control device 1, which realizes the functions of the inertia estimation processing units 16, 16B, and 16C described above.
  • the inertia estimation device is, for example, a program processing device (e.g., a microcontroller) having a configuration in which a processor such as a CPU, various storage devices such as RAM and ROM, and peripheral circuits such as a counter (timer), an A/D conversion circuit, a D/A conversion circuit, a clock generation circuit, and an input/output I/F circuit are connected to each other via a bus or dedicated lines.
  • the functional blocks of the inertia estimation device are realized, for example, by a program processing device acting as a control circuit, in which a processor executes various arithmetic processes in accordance with programs stored in memory and controls peripheral circuits such as the counter and A/D conversion circuit.

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Abstract

モータの加減速度の大きさを問わず精度よくイナーシャを推定する。　モータ（２）のイナーシャ推定装置（１６）は、モータ（２）の駆動に伴う物理量の周波数特性を減衰するフィルタ部（１６１）と、減衰された物理量に基づき、モータ（２）のイナーシャを推定するイナーシャ推定部（１６２）と、を備える。モータ駆動制御装置（１）は、モータ（２）の回転速度に関する指令情報に応じてモータ（２）の駆動を制御する駆動制御部（１２）が、イナーシャに応じてモータ（２）の駆動を制御する。

Description

モータのイナーシャ推定装置、モータ駆動制御装置、モータのイナーシャ推定方法
　本発明は、モータのイナーシャ推定装置、モータ駆動制御装置、モータのイナーシャ推定方法に関する。
　モータの駆動制御において、イナーシャを推定してイナーシャの推定値をゲインの調整に反映することが知られている（特許文献１参照）。
特開平１１－３１３４９５号公報
　しかしながら、モータの駆動制御において、モータの加減速度が小さい場合にイナーシャを推定すると、推定したイナーシャに対するノイズ成分が大きくなることで誤差が大きくなる、すなわち、推定の精度が悪化するという課題がある。
　本発明は、上述の課題を一例とするものであり、モータの加減速度の大きさを問わず精度よくイナーシャを推定する技術を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係るモータのイナーシャ推定装置は、モータの駆動に伴う物理量の周波数特性を減衰するフィルタ部と、前記減衰された前記物理量に基づき、前記モータのイナーシャを推定するイナーシャ推定部と、を備える。
　本発明に係るモータのイナーシャ推定装置によれば、モータの加減速度の大きさを問わず精度よくイナーシャを推定することができる。
本発明の第１の実施の形態に係るモータのイナーシャ推定処理部を備えるモータ駆動制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 実施の形態に係るモータ駆動制御装置によるモータの回転速度の変化の一例を示すグラフである。 第１の実施の形態に係るモータ駆動制御装置による処理の流れを示すフローチャートである。 参考例のモータのイナーシャ推定装置によるモータの回転速度とイナーシャの推定量との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態に係るモータのイナーシャ推定装置によるモータの回転速度とイナーシャの推定量との関係の一例を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係るモータのイナーシャ推定装置を備えるモータ駆動制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 第２の実施の形態に係るモータ駆動制御装置による処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係るモータのイナーシャ推定装置を備えるモータ駆動制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 第３の実施の形態に係るモータ駆動制御装置による処理の流れを示すフローチャートである。 第３の実施の形態に係るモータ駆動制御装置によるモータの移動量が少ない場合の回転速度の変化の一例を示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態に係るモータのイナーシャ推定装置、モータ駆動制御装置、モータのイナーシャ推定方法について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
［第１の実施の形態］
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係るモータ２のイナーシャ推定処理部１６を備えるモータ駆動制御装置１の構成を概略的に示す機能ブロック図である。
　モータ２は、永久磁石型モータである。本実施の形態において、モータ２は、例えば、２相（Ａ相およびＢ相）のコイルを有するステッピングモータである。
　モータ駆動制御装置１は、例えば、モータ２のＡ相およびＢ相のコイルに周期的に駆動電流を流してモータ２のロータ（永久磁石）を回転させる。
　図１に示すように、モータ駆動制御装置１は、機能ブロックとして、指令生成部１１、駆動制御部１２、電流検出部１３、位置検出部１４、速度算出部１５、及び、イナーシャ推定処理部１６を備える。
　本実施の形態において、モータ駆動制御装置１は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の各種記憶装置と、カウンタ（タイマ）、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、クロック発生回路、および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路とが、バスや専用線を介して互いに接続された構成を有するプログラム処理装置（例えばマイクロコントローラ）である。
　なお、モータ駆動制御装置１は、一つの集積回路装置（ＩＣ）としてパッケージ化された構成であってもよいし、一部の機能ブロックを実現する複数の集積回路装置がそれぞれパッケージ化されて集合した構成であってもよい。
　モータ駆動制御装置１の機能ブロックは、例えば、制御回路としてのプログラム処理装置において、プロセッサが、メモリに記憶されたプログラムに従って各種演算処理を実行するとともに、カウンタやＡ／Ｄ変換回路等の周辺回路を制御することによって実現される。
　なお、図１に示されているモータ駆動制御装置１の構成要素は、全体の一部であり、モータ駆動制御装置１は、図１に示されたものに加えて、他の構成要素を有していてもよい。
　指令生成部１１は、モータ２の回転速度に関する指令情報である速度指令信号Ｓｃを受信し、受信した速度指令信号Ｓｃを解析することにより、速度指令信号Ｓｃで指定されたモータ２の目標となる動作状態を指定する値を生成する。動作状態とは、速度指令信号Ｓｃにより指定された速度で回転するモータ２の状態を指す。指令生成部１１は、生成したモータ２の目標となる動作状態を指定する値を台形速度指令として駆動制御部１２に出力する。指令生成部１１は、モータ２の目標となる動作状態を指定する値に含まれる加減速時間Ｔｃを周波数決定部１６３に出力する。速度指令信号Ｓｃは、例えば、モータ駆動制御装置１の外部に設けられた、モータ２を制御するための上位装置から出力される。
　速度指令信号Ｓｃは、モータ２が目標の動作状態となるように指示する値を含む。速度指令信号Ｓｃは、例えば、モータ２のロータの回転速度を指令する指令情報を含む信号である。速度指令信号Ｓｃは、モータ２のロータの回転速度の目標値（目標回転速度）と加減速時間Ｔｃを含む。
　図２は、モータ駆動制御装置１によるモータ２の回転速度の変化の一例を示すグラフである。
　本実施の形態において、速度指令信号Ｓｃは、例えば、モータ２の最大出力を使用しつつ最短時間での制御を行う、台形速度指令を実現するための信号である。台形速度指令によって、例えば、モータ２の速度は最大加速度Ａで最低速度Ｖｆから最高速度Ｖｍまで上昇する。速度が最高速度Ｖｍまで上昇したモータ２は、最高速度Ｖｍで移動した後、最大減速度－Ａで目標の最低速度Ｖｆまで減速する。
　駆動制御部１２は、指令生成部１１が出力した台形速度指令と速度算出部１５が算出したモータ２のロータの回転速度ωとに応じてモータ２の駆動を制御する駆動制御信号Ｓｄを生成する。例えば、駆動制御信号Ｓｄは、台形速度指令と回転速度ωに応じて生成されるモータ２の電流の目標値である。駆動制御部１２は、例えば、台形速度指令と回転速度ωとに応じた速度制御に係る演算を行うことにより、駆動制御信号Ｓｄを生成する。具体的には、駆動制御部１２は、台形速度指令に含まれる速度指令信号Ｓｃと回転速度ωとの差Δに応じた制御量を算出する。例えば、駆動制御部１２は、ＰＩ制御演算により、差Δがゼロになるように、モータ２の駆動制御信号Ｓｄを算出する。駆動制御部１２は、後述するイナーシャ推定処理部１６により推定されるイナーシャに応じて算出されるパラメータベクトルに基づいてモータ２の駆動を制御する駆動制御信号Ｓｄの値を補正する。
　電流検出部１３は、モータ２の各相のコイルの駆動電流Ｉを検出して検出値をフィルタ部１６１に出力するための機能部である。電流検出部１３は、駆動に伴う物理量を検出する検出部の一例である。電流検出部１３は、例えば、直流電源とグラウンド電位との間にインバータ回路と直列に接続されたシャント抵抗である。
　位置検出部１４は、モータ２のロータの回転位置を検出するための機能部である。位置検出部１４は、駆動に伴う物理量を検出する検出部の一例であり、例えば、エンコーダである。位置検出部１４は、モータ２のロータの回転位置に応じた検出値を速度算出部１５に出力する。なお、位置検出部１４は、エンコーダに限定されず、ホール素子等であってもよい。
　速度算出部１５は、モータ２のロータの回転速度の測定値を取得する機能部である。速度算出部１５は、例えば、位置検出部１４から出力された回転位置の検出値に基づいて、モータ２のロータの回転速度ωを算出する。
　イナーシャ推定処理部１６は、モータ駆動制御装置１の内部において実現される機能ブロックであり、本発明のイナーシャ推定装置として機能する。イナーシャ推定処理部１６は、フィルタ部１６１とイナーシャ推定部１６２と周波数決定部１６３により構成されている。
　フィルタ部１６１は、検出した物理量、すなわち、モータ２のロータの回転速度ω、及び、コイルの駆動電流Ｉの周波数特性を減衰する。フィルタ部１６１は、周波数決定部１６３が決定したカットオフ周波数ｆｃに対応して、回転速度ω、及び、駆動電流Ｉに含まれるカットオフ周波数ｆｃ以下の周波数特性を減衰するローパスフィルタである。
　なお、フィルタ部１６１は、コイルの駆動電流Ｉの代わりに、モータ２のトルクＴの値について、カットオフ周波数ｆｃ以下の周波数特性を減衰してもよい。この場合に、フィルタ部１６１は、モータ２の駆動電流Ｉ、駆動電圧、及び、回転速度ωからモータ２のトルクＴを算出する。
　周波数決定部１６３は、速度指令信号Ｓｃに含まれる加減速時間Ｔｃに基づき、物理量のカットオフ周波数ｆｃを決定する。加減速時間Ｔｃとは、上述した速度指令信号Ｓｃに含まれる、最大加速度Ａでモータ２の速度が最低速度Ｖｆから最高速度Ｖｍに上昇するまでの時間と、最大減速度－Ａでモータ２の速度が最高速度Ｖｍから目標の最低速度Ｖｆまで減速するまでの時間とを指す。周波数決定部１６３は、下記の式（１）を用いて加減速時間Ｔｃからカットオフ周波数ｆｃを求める。式（１）において、Ｎは定数である。
　　ｆｃ＝Ｎ×１／Ｔｃ　　　　　・・・（１）
　イナーシャ推定部１６２は、減衰された回転速度ω、及び、コイルの駆動電流Ｉの周波数特性に基づき、モータのイナーシャを推定する。イナーシャ推定部１６２は、イナーシャを推定して駆動制御部１２が生成する駆動制御信号Ｓｄの値の補正に用いられるパラメータベクトルを算出する。パラメータベクトルは、遂次最小二乗法を用いて以下の式（２）及び式（３）により算出することができる。
　式（２）及び式（３）において、イナーシャを
とする。また、式（２）及び式（３）において、パラメータベクトルを
とする。
　式（２）における、Ｇｎ及びｅｎは、以下の式（４）及び式（５）により求められる。式（３）から式（５）において、回転速度ωは
で、電流Ｉは
で、それぞれ表わされる。式（３）から式（５）において、λは、忘却係数である。
　イナーシャ推定部１６２は、算出された駆動制御信号Ｓｄの値の補正に用いられるパラメータベクトルを駆動制御部１２に出力する。
　図３は、第１の実施の形態に係るモータ駆動制御装置１による処理の流れを示すフローチャートである。
　モータ駆動制御装置１において、指令生成部１１は、速度指令信号Ｓｃに応じて生成したモータ２の目標となる動作状態を指定する値を台形速度指令として駆動制御部１２に出力する（ステップＳ１０１）。
　指令生成部１１は、加減速時間Ｔｃを周波数決定部１６３に出力する（ステップＳ１０２）。
　周波数決定部１６３は、速度指令信号Ｓｃに含まれる加減速時間Ｔｃに基づき、物理量のカットオフ周波数ｆｃを決定する（ステップＳ１０３）。
　フィルタ部１６１は、周波数決定部１６３が決定したカットオフ周波数ｆｃを設定する（ステップＳ１０４）。
　駆動制御部１２は、指令生成部１１が出力した台形速度指令と速度算出部１５が算出したモータ２のロータの回転速度ωとに応じてモータ２の駆動を制御する駆動制御信号Ｓｄを生成しモータ２に出力してモータ２を駆動する（ステップＳ１０５）。
　電流検出部１３は、駆動制御部１２からモータ２に出力されるコイルの駆動電流Ｉを検出する（ステップＳ１０６）。検出された駆動電流Ｉは、フィルタ部１６１に出力される。
　フィルタ部１６１は、カットオフ周波数ｆｃに対応して、回転速度ω、及び、駆動電流Ｉに含まれるカットオフ周波数ｆｃ以下の周波数特性を減衰するフィルタリングを行う（ステップＳ１０７）。
　イナーシャ推定部１６２は、減衰された回転速度ω、及び、コイルの駆動電流Ｉの周波数特性に基づき、モータのイナーシャを推定する（ステップＳ１０８）。イナーシャ推定部１６２は、イナーシャを推定して駆動制御部１２が生成する駆動制御信号Ｓｄの値の補正に用いられるパラメータベクトルを算出して駆動制御部１２に出力する。駆動制御部１２は、パラメータベクトルを用いて駆動制御信号Ｓｄの値を補正する。
　以上、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１は、モータ２の駆動に伴う物理量（回転速度ω、駆動電流Ｉ、トルクＴの少なくともいずれか１つ）の周波数特性を減衰するフィルタ部１６１と、減衰された物理量に基づき、モータ２のイナーシャを推定するイナーシャ推定部１６２と、を備えるイナーシャ推定処理部１６を備える。例えば、フィルタ部１６１は、カットオフ周波数ｆｃに対応する物理量の周波数特性を減衰するローパスフィルタである。カットオフ周波数ｆｃは、例えば、周波数決定部１６３が、モータ２の回転速度ωに関する指令情報、例えば、速度指令信号Ｓｃに含まれる台形速度指令に基づき決定する。
　図４は、参考例のモータ２のイナーシャ推定装置によるモータ２の回転速度ωとイナーシャの推定量との関係の一例を示すグラフである。図５は、モータ２のイナーシャ推定処理部１６によるモータ２の回転速度ωとイナーシャの推定量との関係の一例を示すグラフである。図４に示す処理を行う参考例のイナーシャ推定装置は、加減速時間Ｔｃに基づき物理量のカットオフ周波数ｆｃを決定する周波数決定部１６３を有しない点が、イナーシャ推定処理部１６と相違する。図４及び図５では、モータ２のロータの回転速度ωの変化によるイナーシャの推定量の変化を示している。
　図５によれば、イナーシャ推定処理部１６により推定されるイナーシャは、図４に示す参考例のイナーシャ推定装置により推定されるイナーシャと比較して、回転速度ωの変化が小さい領域と、すなわち、加減速度Ａが小さい領域と、他の領域との間での値の変化が少ないことがわかる。
　従って、図３のフローチャートに示したイナーシャ推定方法を実行するイナーシャ推定処理部１６及びイナーシャ推定処理部１６を備えるモータ駆動制御装置１によれば、モータ２の加減速度Ａの大きさを問わず精度よくイナーシャを推定することができる。
　周波数決定部１６３がモータ２の加減速時間Ｔｃに応じてカットオフ周波数ｆｃを決定することにより、イナーシャ推定処理部１６及びモータ駆動制御装置１によれば、モータ２の加減速度Ａの大きさを問わず精度よくイナーシャを推定することができる。
［第２の実施の形態］
　以下、本発明の第２の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。
　第２の実施の形態は、先に説明した図１に示したモータ駆動制御装置１において実現される別の機能に関するものである。このため、以下の説明において、第１の実施の形態と共通するモータ駆動制御装置１の構成については、構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
　以下、第２の実施の形態に係るモータ駆動制御装置１の具体的な構成および動作について詳細に説明する。
　図６は、本発明の第２の実施の形態に係るモータ２のイナーシャ推定処理部１６Ｂを備えるモータ駆動制御装置１の構成を概略的に示す機能ブロック図である。
　図６に示すように、第２の実施の形態に係るモータ駆動制御装置１は、イナーシャ推定処理部１６Ｂの構成が、先に説明した第１の実施の形態に係るモータ駆動制御装置１のイナーシャ推定処理部１６と異なる。
　イナーシャ推定処理部１６Ｂは、フィルタ部１６１Ｂとイナーシャ推定部１６２とにより構成されている。イナーシャ推定処理部１６Ｂは、イナーシャ推定処理部１６と異なり周波数決定部１６３を有していない。
　フィルタ部１６１Ｂは、先に説明したイナーシャ推定処理部１６におけるフィルタ部１６１と同様に、検出した物理量、すなわち、モータ２のロータの回転速度ω、及び、コイルの駆動電流Ｉの周波数特性を減衰する。フィルタ部１６１Ｂは、所定の周波数帯域ｆｂに対応して、回転速度ω、及び、駆動電流Ｉに含まれる周波数帯域ｆｂに対応する周波数特性を減衰するノッチフィルタである。フィルタ部１６１Ｂが減衰する周波数帯域ｆｂは、例えば、モータ駆動制御装置１によりモータ２を駆動して振動が発生した状況（回転速度、回転位置、加減速度など）において測定した振動の波形をＦＦＴ（Fast Fourier transform）により解析して特定することができる。また、モータ駆動制御装置１に振動検出部を設けて、モータ２の駆動時に振動が検出された場合に、フィルタ部１６１Ｂを動作させてもよい。
　イナーシャ推定部１６２は、先に説明したイナーシャ推定処理部１６と同様に、減衰された回転速度ω、及び、コイルの駆動電流Ｉの周波数特性に基づき、モータのイナーシャを推定する。イナーシャ推定部１６２は、イナーシャを推定して駆動制御部１２が生成する駆動制御信号Ｓｄの値の補正に用いられるパラメータベクトルを算出する。
　図７は、第２の実施の形態に係るモータ駆動制御装置１による処理の流れを示すフローチャートである。
　モータ駆動制御装置１において、指令生成部１１は、速度指令信号Ｓｃに応じて生成したモータ２の目標となる動作状態を指定する値を台形速度指令として駆動制御部１２に出力する（ステップＳ２０１）。
　駆動制御部１２は、指令生成部１１が出力した台形速度指令と速度算出部１５が算出したモータ２のロータの回転速度ωとに応じてモータ２の駆動を制御する駆動制御信号Ｓｄを生成しモータ２に出力してモータ２を駆動する（ステップＳ２０２）。
　電流検出部１３は、駆動制御部１２からモータ２に出力されるコイルの駆動電流Ｉを検出する（ステップＳ２０３）。検出された駆動電流Ｉは、フィルタ部１６１に出力される。
　位置検出部１４は、モータ２のロータの回転位置（角度）を検出する（ステップＳ２０４）。位置検出部１４は、モータ２のロータの回転位置に応じた回転位置の検出値を出力する。
　速度算出部１５は、例えば、位置検出部１４から出力された回転位置の検出値に基づいて、モータ２のロータの回転速度ωを算出する（ステップＳ２０５）。
　フィルタ部１６１Ｂは、周波数帯域ｆｂに対応して、回転速度ω、及び、駆動電流Ｉに含まれる周波数帯域ｆｂの周波数特性を減衰するフィルタリングを行う（ステップＳ２０６）。
　イナーシャ推定部１６２は、減衰された回転速度ω、及び、コイルの駆動電流Ｉの周波数特性に基づき、モータのイナーシャを推定する（ステップＳ２０７）。イナーシャ推定部１６２は、イナーシャを推定して駆動制御部１２が生成する駆動制御信号Ｓｄの値の補正に用いられるパラメータベクトルを算出して駆動制御部１２に出力する。駆動制御部１２は、パラメータベクトルを用いて駆動制御信号Ｓｄの値を補正する。
　以上、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１は、モータ２の駆動に伴う物理量（回転速度ω、駆動電流Ｉ、トルクＴの少なくともいずれか１つ）の周波数特性を減衰するフィルタ部１６１Ｂと、減衰された物理量に基づき、モータ２のイナーシャを推定するイナーシャ推定部１６２と、を備えるイナーシャ推定処理部１６Ｂを備える。フィルタ部１６１Ｂは、所定の周波数帯域ｆｂに対応する物理量の周波数特性を減衰するノッチフィルタである。周波数帯域ｆｂは、例えば、速度指令信号Ｓｃに含まれる台形速度指令に基づく。
　イナーシャ推定処理部１６Ｂにおいても、図５に示すように、推定されるイナーシャは、図４に示す参考例のイナーシャ推定装置により推定されるイナーシャと比較して、回転速度ωの変化が小さい領域と、すなわち、加減速度Ａが小さい領域と、他の領域との間での値の変化が少ない。
　従って、図７のフローチャートに示したイナーシャ推定方法を実行するイナーシャ推定処理部１６Ｂ及びイナーシャ推定処理部１６Ｂを備えるモータ駆動制御装置１によれば、モータ２の加減速度Ａの大きさを問わず精度よくイナーシャを推定することができる。
［第３の実施の形態］
　以下、本発明の第３の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。
　第３の実施の形態は、先に説明した図１に示したモータ駆動制御装置１において実現される別の機能に関するものである。このため、以下の説明において、第１の実施の形態と共通するモータ駆動制御装置１の構成については、構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
　以下、第３の実施の形態に係るモータ駆動制御装置１の具体的な構成および動作について詳細に説明する。
　図８に示すように、第３の実施の形態に係るモータ駆動制御装置１は、イナーシャ推定処理部１６Ｃの構成が、先に説明した第１の実施の形態に係るモータ駆動制御装置１のイナーシャ推定処理部１６と異なる。
　イナーシャ推定処理部１６Ｃは、フィルタ部１６１とイナーシャ推定部１６２と周波数決定部１６３Ｃとにより構成されている。
　周波数決定部１６３Ｃは、上述したように速度指令信号Ｓｃにより実現されるモータ２の最高速度Ｖｍ、最低速度Ｖｆ、及び、速度指令信号Ｓｃに含まれるモータ２の回転速度と加減速時間Ｔｃとにより求められる移動量（回転量）Ｌに基づき、物理量のカットオフ周波数ｆｃを決定する。具体的には、周波数決定部１６３Ｃは、移動量Ｌが下記の式（６）の条件を満たすか否かを判定する。式（６）は、モータ２の速度が最高速度Ｖｍに未達であるか否かを判定する。周波数決定部１６３Ｃは、式（６）の条件を満たす場合に、最高速度Ｖｍを下記の式（７）により求める。
　Ｌ≦１／２＊（Ｖｍ＋Ｖｆ）＊（（Ｖｍ－Ａ)／Ａ）・・・（６）
　Ｖｍ＝（２＊Ｌ＊Ａ＋Ｖｆ２)１／２・・・（７）
　周波数決定部１６３Ｃは、式（６）の条件を満たす場合に、式（７）により求めた最高速度Ｖｍと、加速度Ａ、及び、定数Ｎとにより、下記の式（８）から物理量のカットオフ周波数ｆｃを決定する。また、周波数決定部１６３Ｃは、式（６）の条件を満たさない、つまり、モータ２の速度が最高速度Ｖｍに達する場合に、指令生成部１１から取得した最高速度Ｖｍ、加速度Ａ、及び、定数Ｎにより、下記の式（９）から物理量のカットオフ周波数ｆｃを決定する。式（８）及び式（９）において、Ｎは１以上の定数である。
　ｆｃ＝（Ｖｍ／Ａ)＊Ｎ　・・・（８）
　ｆｃ＝１／（Ｖｍ／Ａ)＊Ｎ　・・・（９）
　フィルタ部１６１は、先に説明したイナーシャ推定処理部１６におけるフィルタ部１６１と同様に、周波数決定部１６３Ｃが決定したカットオフ周波数ｆｃに対応して、回転速度ω、及び、駆動電流Ｉに含まれるカットオフ周波数ｆｃ以下の周波数特性を減衰するローパスフィルタである。
　イナーシャ推定部１６２は、先に説明したイナーシャ推定処理部１６と同様に、減衰された回転速度ω、及び、コイルの駆動電流Ｉの周波数特性に基づき、モータのイナーシャを推定する。イナーシャ推定部１６２は、イナーシャを推定して駆動制御部１２が生成する駆動制御信号Ｓｄの値の補正に用いられるパラメータベクトルを算出る。
　図９は、第３の実施の形態に係るモータ駆動制御装置１による処理の流れを示すフローチャートである。
　モータ駆動制御装置１において、指令生成部１１は、速度指令信号Ｓｃに応じて生成したモータ２の目標となる動作状態を指定する値を台形速度指令として駆動制御部１２に出力する（ステップＳ３０１）。
　指令生成部１１は、速度指令信号Ｓｃに含まれるモータ２の最高速度Ｖｍ、最低速度Ｖｆ、及び、移動量（回転量）Ｌを周波数決定部１６３に出力する（ステップＳ３０２）。
　周波数決定部１６３Ｃは、速度指令信号Ｓｃに含まれるモータ２の最高速度Ｖｍ、最低速度Ｖｆ、及び、移動量（回転量）Ｌに基づき、移動量Ｌが式（６）によりモータ２の最高速度Ｖｍに到達しないか否かを判定する（ステップＳ３０３）。
　周波数決定部１６３Ｃは、モータ２の最高速度Ｖｍに到達しない場合に（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、最高速度Ｖｍを式（７）により求めて、式（７）により求めた最高速度Ｖｍと、加速度Ａ、及び、定数Ｎとにより、式（８）から物理量のカットオフ周波数ｆｃを決定する（ステップＳ３０４）。
　周波数決定部１６３Ｃは、モータ２の速度が最高速度Ｖｍに達する場合に（Ｓ３０３：ＮＯ）、指令生成部１１から取得した最高速度Ｖｍ、加速度Ａ、及び、定数Ｎにより、下記の式（９）から物理量のカットオフ周波数ｆｃを決定する（ステップＳ３０５）。
　フィルタ部１６１は、周波数決定部１６３が決定したカットオフ周波数ｆｃを設定する（ステップＳ３０６）。
　駆動制御部１２は、指令生成部１１が出力した台形速度指令と速度算出部１５が算出したモータ２のロータの回転速度ωとに応じてモータ２の駆動を制御する駆動制御信号Ｓｄを生成しモータ２に出力してモータ２を駆動する（ステップＳ３０７）。
　電流検出部１３は、駆動制御部１２からモータ２に出力されるコイルの駆動電流Ｉを検出する（ステップＳ３０８）。検出された駆動電流Ｉは、フィルタ部１６１に出力される。
　位置検出部１４は、モータ２のロータの回転位置（角度）を検出する（ステップＳ３０９）。位置検出部１４は、モータ２のロータの回転位置に応じた回転位置の検出値を出力する。
　速度算出部１５は、例えば、位置検出部１４から出力された回転位置の検出値に基づいて、モータ２のロータの回転速度ωを算出する（ステップＳ３１０）。
　フィルタ部１６１Ｂは、カットオフ周波数ｆｃに対応して、回転速度ω、及び、駆動電流Ｉに含まれる周波数帯域ｆｂの周波数特性を減衰するフィルタリングを行う（ステップＳ３１１）。
　イナーシャ推定部１６２は、減衰された回転速度ω、及び、コイルの駆動電流Ｉの周波数特性に基づき、モータのイナーシャを推定する（ステップＳ３１２）。イナーシャ推定部１６２は、イナーシャを推定して駆動制御部１２が生成する駆動制御信号Ｓｄの値の補正に用いられるパラメータベクトルを算出して駆動制御部１２に出力する。駆動制御部１２は、パラメータベクトルを用いて駆動制御信号Ｓｄの値を補正する。
　以上、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１は、モータ２の駆動に伴う物理量（回転速度ω、駆動電流Ｉ、トルクＴの少なくともいずれか１つ）の周波数特性を減衰するフィルタ部１６１と、減衰された物理量に基づき、モータ２のイナーシャを推定するイナーシャ推定部１６２と、モータ２の回転速度ωに関する指令情報、例えば、速度指令信号Ｓｃに含まれる台形速度指令に基づきカットオフ周波数ｆｃを決定する周波数決定部１６３Ｃと、を備えるイナーシャ推定処理部１６Ｃを備える。フィルタ部１６１は、カットオフ周波数ｆｃに対応する物理量の周波数特性を減衰するローパスフィルタである。カットオフ周波数ｆｃは、例えば、周波数決定部１６３Ｃが、台形速度指令に含まれる情報、例えば、モータ２の回転量Ｌに応じて決定する。具体的には、カットオフ周波数ｆｃを決定するために、周波数決定部１６３Ｃは、移動量（回転量）Ｌが最高速度Ｖｍ、及び、最低速度Ｖｆにより定まる条件を満たすか否かを判定し、判定結果に応じてカットオフ周波数ｆｃを算出する式を変更する。
　イナーシャ推定処理部１６Ｃにおいても、図５に示すように、推定されるイナーシャは、図４に示す参考例のイナーシャ推定装置により推定されるイナーシャと比較して、回転速度ωの変化が小さい領域と、すなわち、加減速度Ａが小さい領域と、他の領域との間での値の変化が少ない。
　図１０は、モータ駆動制御装置１によるモータ２の移動量Ｌが少ない場合の回転速度ωの変化の一例を示すグラフである。
　図１０に示すように、モータ２の移動量Ｌが少ない場合、台形速度指令に含まれる最高速度Ｖｍに到達する前に移動量Ｌに到達してしまう。このような場合に、加減速時間Ｔｃに応じてカットオフ周波数ｆｃを設定すると、カットオフ周波数ｆｃが小さくなり、フィルタ部１６１によるフィルタリングにより物理量の信号を必要以上に減衰してしまうことが考えられる。
　そこで、イナーシャ推定処理部１６Ｃの周波数決定部１６３Ｃでは、移動量Ｌが最高速度Ｖｍ、及び、最低速度Ｖｆにより定まる条件を満たすか否かを判定し、判定結果に応じてカットオフ周波数ｆｃを算出する式を変更する。
　従って、図９のフローチャートに示したイナーシャ推定方法を実行するイナーシャ推定処理部１６Ｃ及びイナーシャ推定処理部１６Ｃを備えるモータ駆動制御装置１によれば、モータ２の加減速度Ａや移動量Ｌの大きさを問わず精度よくイナーシャを推定することができる。
　上述の実施形態において、イナーシャ推定処理部１６は、モータ駆動制御装置１に内蔵されている機能ブロックであるものとして詳述した。しかし、本発明のイナーシャ推定装置は、以上説明したイナーシャ推定処理部１６，１６Ｂ，１６Ｃの機能を実現する、モータ駆動制御装置１に通信可能に接続された外付けの装置として構成されても良い。この場合、イナーシャ推定装置は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の各種記憶装置と、カウンタ（タイマ）、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、クロック発生回路、および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路とが、バスや専用線を介して互いに接続された構成を有するプログラム処理装置（例えばマイクロコントローラ）である。また、イナーシャ推定装置の機能ブロックは、例えば、制御回路としてのプログラム処理装置において、プロセッサが、メモリに記憶されたプログラムに従って各種演算処理を実行するとともに、カウンタやＡ／Ｄ変換回路等の周辺回路を制御することによって実現される。
　その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
１…モータ駆動制御装置、２…モータ、１１…指令生成部、１２…駆動制御部、１３…電流検出部、１４…位置検出部、１５…速度算出部、１６，１６Ｂ，１６Ｃ…イナーシャ推定処理部（イナーシャ推定装置）、１６１，１６１Ｂ…フィルタ部、１６２…イナーシャ推定部、１６３，１６３Ｃ…周波数決定部、Ａ：加速度、ｆｂ：周波数帯域、ｆｃ：カットオフ周波数、Ｔｃ：加減速時間、Ｖｆ：最低速度、Ｖｍ：最高速度

Claims (8)

  1. 　モータの駆動に伴う物理量の周波数特性を減衰するフィルタ部と、
    　前記減衰された前記物理量に基づき、前記モータのイナーシャを推定するイナーシャ推定部と、
    　を備える、
    　モータのイナーシャ推定装置。
  2. 　前記物理量は、前記モータの回転速度、駆動電流、または、トルクの少なくともいずれか１つである、
    　請求項１に記載のモータのイナーシャ推定装置。
  3. 　前記フィルタ部は、所定の周波数帯域に対応する前記物理量の周波数特性を減衰するノッチフィルタである、
    　請求項１または２に記載のモータのイナーシャ推定装置。
  4. 　前記モータの回転速度に関する指令情報に基づき、前記物理量のカットオフ周波数を決定する周波数決定部を備え、
    　前記フィルタ部は、前記カットオフ周波数に対応する前記物理量の周波数特性を減衰するローパスフィルタである、
    　請求項１または２に記載のモータのイナーシャ推定装置。
  5. 　前記周波数決定部は、前記指令情報に基づいて得られる前記モータの加減速時間に応じて前記カットオフ周波数を決定する、
    　請求項４に記載のモータのイナーシャ推定装置。
  6. 　前記周波数決定部は、前記指令情報に基づいて得られる前記モータの回転量に応じて前記カットオフ周波数を決定する、
    　請求項４に記載のモータのイナーシャ推定装置。
  7. 　モータの回転速度に関する指令情報に応じて前記モータの駆動を制御する駆動制御部と、
    　前記駆動に伴う物理量を検出する検出部と、
    　検出した前記物理量の周波数特性を減衰するフィルタ部と、
    　前記減衰された前記物理量に基づき、前記モータのイナーシャを推定するイナーシャ推定部と、
    　を備え、
    　前記駆動制御部は、前記イナーシャに応じてモータの駆動を制御する、
    　モータ駆動制御装置。
  8. 　モータの駆動に伴う物理量を検出するステップと、
    　検出した前記物理量の周波数特性を減衰するステップと、
    　前記減衰された前記物理量に基づき、前記モータのイナーシャを推定するステップと、
    　を実行する、
    　モータのイナーシャ推定方法。
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