JP2016019374A - Control device, image forming apparatus, control method and program - Google Patents
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Abstract
【課題】 電動モータの負荷トルクの推定精度を向上させる。【解決手段】 電動モータを制御する制御装置であって、前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、機械時定数及び電気時定数を導出する時定数導出部221と、前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された推定値と、前記実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する負荷トルク推定部212と、を有し、前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及びトルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To improve estimation accuracy of load torque of an electric motor. A control device for controlling an electric motor, wherein a time constant deriving unit 221 for deriving a mechanical time constant and an electric time constant corresponding to an actual measurement value of a rotation speed of the electric motor, and the electric motor are controlled. The estimated value calculated by inputting the control value to the motor nominal model updated with the derived mechanical time constant and the electric time constant, and the actually measured value are used as the derived mechanical time constant and the electric time constant. A load torque estimator 212 for calculating an estimated value of the load torque of the electric motor by inputting it into a torque estimation model updated with a time constant, and the motor nominal updated when calculating the estimated value The model and the torque estimation model are based on correction contents determined in advance according to a difference value between the estimated value and the actually measured value when the electric motor is controlled under a predetermined condition. It is characterized in that it is corrected accordingly. [Selection] Figure 2
Description
本発明は制御装置、画像形成装置、制御方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a control device, an image forming apparatus, a control method, and a program.
従来より、電動モータの負荷トルクをリアルタイムに推定する技術が知られている。例えば、特許文献1には、制御対象である電動モータについての制御モデルを同定し、電動モータを制御するための電圧値(制御値)と、電動モータの回転速度(実測値)とを用いて、電動モータの負荷トルクを推定する技術が開示されている。
Conventionally, a technique for estimating a load torque of an electric motor in real time is known. For example,
特許文献1によれば、トルクメータを配することなく負荷トルクをリアルタイムに算出し、電動モータの速度制御にフィードバックすることができるため、負荷トルクの変動の影響を受けにくい制御システムを低コストで実現することができる。
According to
しかしながら、上記特許文献1のように、制御モデルを同定して負荷トルクを推定する方法の場合、制御対象の状態が変化することで、負荷トルクが正しく推定できなくなることがある。制御対象の状態が変化することで、制御対象の特性が変動し、同定した制御モデルとは異なる特性となるためである。
However, in the case of the method of identifying the control model and estimating the load torque as in
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電動モータの負荷トルクの推定精度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve the estimation accuracy of the load torque of the electric motor.
本発明の実施形態に係る制御装置は、以下のような構成を有する。すなわち、
電動モータを制御する制御装置であって、
前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出手段と、
前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出手段と、を有し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする。
The control device according to the embodiment of the present invention has the following configuration. That is,
A control device for controlling an electric motor,
Derivation means for deriving a mechanical time constant and an electric time constant of the electric motor corresponding to an actual measurement value of the rotation speed of the electric motor;
An estimated value of the rotational speed of the electric motor calculated by inputting a control value for controlling the electric motor to the motor nominal model updated with the derived mechanical time constant and electric time constant, and the electric motor Calculation means for calculating an estimated value of the load torque of the electric motor by inputting the measured value of the rotational speed of the motor to a torque estimation model updated by the derived mechanical time constant and electrical time constant. Have
The motor nominal model and the torque estimation model that are updated when calculating the estimated value are determined in advance according to a difference value between the estimated value and the actually measured value when the electric motor is controlled under a predetermined condition. The correction is made based on the correction content.
本発明の各実施形態によれば、電動モータの負荷トルクの推定精度を向上させることが可能になる。 According to each embodiment of the present invention, it is possible to improve the estimation accuracy of the load torque of the electric motor.
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, the duplicate description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
[第1の実施形態]
<1.制御装置のハードウェア構成>
はじめに、本実施形態に係る制御装置のハードウェア構成について説明する。図1は、本実施形態に係る制御装置100のハードウェア構成を示す図である。
[First Embodiment]
<1. Hardware configuration of control device>
First, the hardware configuration of the control device according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a hardware configuration of the
図1に示すように、制御装置100は、CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103を備える。また、制御装置100は、記憶装置104、インタフェース部105を備える。なお、制御装置100の各部は、バス106を介して相互に接続されているものとする。
As shown in FIG. 1, the
CPU101は、記憶装置104に格納された、負荷トルク推定プログラム110を実行するコンピュータである。
The
ROM102は不揮発性メモリである。ROM102は、負荷トルク推定プログラム110をCPU101が実行するために必要な各種プログラム、データ等を格納する。具体的には、BIOS(Basic Input/Output System)やEFI(Extensible Firmware Interface)等のブートプログラムなどを格納する。
The
RAM103は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)等の主記憶装置である。RAM103は、負荷トルク推定プログラム110がCPU101によって実行される際に展開される、作業領域として機能する。記憶装置104は、負荷トルク推定プログラム110を格納する。
The
インタフェース部105はモータ駆動装置120と接続され、制御対象である電動モータ130を制御するための制御値をモータ駆動装置120に送信する。また、モータ駆動装置120を介して、位置/回転速度検出部140より、制御対象である電動モータ130の状態を示す情報(回転速度の実測値または位置情報の実測値)を受信する。
The
また、インタフェース部105は入力部150と接続され、入力部150において入力された制御情報、処理モードに関する情報、温度データ等を受信する。制御情報は、電動モータ130を動作させるための各種指示情報であり、制御情報には"目標回転速度"、"目標位置"、"動作開始指示"、"動作停止指示"等が含まれる。処理モードに関する情報は、負荷トルク推定プログラム110がCPU101により実行されることで実現される各種機能のうち、推定部(詳細は後述)に含まれる複数の機能(処理モード)のいずれを実行するかを指定するための情報である。温度データは、電動モータ130の周辺温度を示すデータである。
The
また、インタフェース部105は表示部160と接続され、負荷トルク推定プログラム110がCPU101により実行されることで出力される、負荷トルクの推定値及び電動モータ130を含む駆動系の故障診断結果を表示する。なお、負荷トルクの推定値及び故障診断結果の出力先は表示部160に限定されず、例えば、所定の記憶装置や他の制御装置であってもよい。
The
モータ駆動装置120は、インタフェース部105より送信された制御値に基づいて、電動モータ130を駆動する。また、位置/回転速度検出部140より出力された検出信号を受信し、回転速度の実測値または位置情報の実測値として、インタフェース部105に送信する。
The
電動モータ130は、例えば、DCモータであり、モータ駆動装置120により駆動される。位置/回転速度検出部140は、電動モータ130に取り付けられ、検出信号(回転速度を示す信号または位置を示す信号)を出力する。本実施形態において、位置/回転速度検出部140には、例えば、2相エンコーダや1相フォトディテクタが含まれる。あるいは、FG(Frequency Generator)センサ、ホール素子センサ等の磁気センサが含まれる。
The
入力部150は、各種情報(制御情報、処理モードに関する情報、温度データ等)をインタフェース部105を介して制御装置100に入力するための装置である。表示部160は、制御装置100より送信された各種情報(負荷トルクの推定値及び電動モータ130を含む駆動系の故障診断結果)を表示する装置である。
The
<2.負荷トルク推定プログラムの機能構成>
次に、負荷トルク推定プログラム110がCPU101により実行されることで実現される各種機能について説明する。図2は、負荷トルク推定プログラム110がCPU101により実行されることで実現される各種機能を示す機能構成図である。
<2. Functional configuration of load torque estimation program>
Next, various functions realized when the load
図2において、目標回転速度入力部201、目標位置入力部202は、インタフェース部105を介して制御情報を受信し、受信した制御情報に含まれる制御目標値(目標回転速度または目標位置)を制御部200に入力する。また、動作指示入力部203は、インタフェース部105を介して制御情報を受信し、受信した制御情報に含まれる動作開始指示及び動作停止指示を制御部200に入力する。
In FIG. 2, a target rotational
実測値入力部208は、インタフェース部105を介して受信した、電動モータ130の回転速度の実測値または位置情報の実測値を、制御部200に入力する。
The actual measurement
制御部200は、動作開始指示が入力されることで電動モータ130の制御を開始する。具体的には、入力された制御目標値(目標回転速度または目標位置)と、入力された回転速度の実測値または位置情報の実測値とに基づいて、電動モータ130を制御するための制御値(電圧値)を算出する。制御部200では、動作停止指示が入力されるまで、電動モータ130の制御を継続する。
The
制御値出力部209は、制御部200において算出された制御値(電圧値)を、インタフェース部105を介してモータ駆動装置120に送信する。
The control
処理モード入力部204は、インタフェース部105を介して受信した処理モードに関する情報を、推定部210に入力する。温度データ入力部205は、インタフェース部105を介して受信した温度データを、推定部210に入力する。
The processing
推定部210は、回転速度推定部211、負荷トルク推定部212、コイル抵抗値算出部213、故障診断部214を有し、制御部200による電動モータ130の制御と連動して動作する。
The
回転速度推定部211は、制御部200より出力される制御値(電圧値)に基づいて電動モータ130の回転速度の推定値を算出する制御モデルである、モータノミナルモデルを生成(または更新)する。また、生成(または更新)した当該モータノミナルモデルを用いて回転速度の推定値を算出する。
The rotation
負荷トルク推定部212は、トルク推定モデルを生成(または更新)する。トルク推定モデルは、モータノミナルモデルに基づいて算出された回転速度の推定値と、制御部200を介して取得した回転速度の実測値とに基づいて電動モータ130の負荷トルクの推定値を算出する制御モデルである。また、負荷トルク推定部212は、生成(または更新)したトルク推定モデルを用いて電動モータ130の負荷トルクの推定値を算出する。
The load
コイル抵抗値算出部213は、所定の条件のもとで、回転速度推定部211において算出された回転速度の推定値と、制御部200を介して取得した回転速度の実測値とに基づいて、電動モータ130のコイル抵抗値の変動率を算出する。なお、算出されたコイル抵抗値の変動率は、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルの修正に用いられる。
The coil resistance
故障診断部214は、温度データ入力部205より入力された温度データに基づいて導出されるコイル抵抗値の変動率により修正されたモータノミナルモデルを用いて、所定の条件のもとで回転速度推定部211において算出された回転速度の推定値を取得する。また、取得した回転速度の推定値に基づいて、電動モータ130を含む駆動系の故障の有無を診断する。
The
なお、以下では、負荷トルク推定部212が電動モータ130の負荷トルクの推定値を算出する処理を、"負荷トルク推定処理"と称する。また、コイル抵抗値算出部213が電動モータ130のコイル抵抗値の変動率を算出する処理を、"コイル抵抗値算出処理"と称する。更に、故障診断部214が電動モータ130を含む駆動系の故障の有無を診断する処理を"故障診断処理"と称する。負荷トルク推定処理、コイル抵抗値算出処理、故障診断処理のうちのいずれの処理を実行するかは、処理モード入力部204より入力された処理モードに関する情報に基づいて推定部210において決定されるものとする。
Hereinafter, the process in which the load
時定数導出部221は、推定部210より送信された回転速度の実測値に基づいて、予め保持する近似式またはテーブルを参照し、回転速度に応じた電動モータ130の機械時定数及び電気時定数を導出する。また、導出した機械時定数及び電気時定数を推定部210に入力する。なお、近似式またはテーブルには、回転速度と電動モータ130の機械時定数及び電気時定数との関係が規定されているものとする。
The time
推定部210の回転速度推定部211及び負荷トルク推定部212では、それぞれ、時定数導出部221において導出された機械時定数及び電気時定数に基づいて、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを更新する。
The rotation
コイル抵抗値管理部222は、コイル抵抗値算出部213により算出された、電動モータ130のコイル抵抗値の変動率を、算出値として管理する。また、予め、電動モータ130のコイル抵抗値の変動率と温度との関係が規定された近似式またはテーブルを保持し、温度データ入力部205において受信された温度データに基づいて、電動モータ130のコイル抵抗値の変動率を導出する。更に、導出したコイル抵抗値の変動率を、推定部210の故障診断部214に入力する。
The coil resistance
推定トルク値出力部206は、推定部210の負荷トルク推定部212において算出された負荷トルクの推定値を出力する。診断結果出力部207は、推定部210の故障診断部214により判定された故障診断結果を出力する。なお、負荷トルクの推定値及び故障診断結果は、インタフェース部105を介して出力される。
The estimated torque
<3.処理モードの説明>
次に、推定部210において実行される処理モードについて説明する。図3は、推定部210において実行される処理モードの一例を示す図である。図3に示すように、推定部210において実行される処理モードには、"負荷トルク推定モード"、"コイル抵抗値算出モード"、"故障診断モード"が含まれる。推定部210では、処理モード入力部204から入力された処理モードに関する情報に応じた処理モードに遷移し、対応する処理を実行する。
<3. Explanation of processing mode>
Next, the processing mode executed in the
負荷トルク推定モードは、制御部200による電動モータ130の制御時に、回転速度推定部211がモータノミナルモデルを用いて回転速度の推定値を算出し、負荷トルク推定部212が、トルク推定モデルを用いて負荷トルクの推定値を算出するモードである。
In the load torque estimation mode, when the
コイル抵抗値算出モードは、所定の条件のもとで制御部200が電動モータ130を制御した際に、回転速度推定部211がモータノミナルモデルを用いて回転速度の推定値を算出し、コイル抵抗値算出部213がコイル抵抗値の変動率を算出するモードである。なお、コイル抵抗値算出モードにおいて算出されたコイル抵抗値の変動率は、負荷トルク推定モードにおいて、電動モータ130の回転速度の推定値及び負荷トルクの推定値を算出する際に、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを修正するのに用いられる。
In the coil resistance value calculation mode, when the
故障診断モードは、所定の条件のもとで制御部200が電動モータ130を制御した際に、回転速度推定部211がモータノミナルモデルを用いて回転速度の推定値を算出し、故障診断部214が電動モータ130を含む駆動系の故障の有無を診断するモードである。
In the failure diagnosis mode, when the
<4.ブロック線図の説明>
次に、制御部200が電動モータの回転速度または位置を制御するとともに、推定部210が回転速度及び負荷トルクを推定するためのブロック線図について説明する。図4は、制御部200が電動モータ130の回転速度または位置を制御するとともに、推定部210が回転速度及び負荷トルクを推定するためのブロック線図である。
<4. Explanation of block diagram>
Next, a block diagram for the
図4に示すように、制御部200では、制御目標値(目標回転速度ωtgtまたは目標位置xtgt)と、フィードバックされた実測値(回転速度の実測値ωdetまたは回転位置の実測値xdet)とに基づいて、制御値(電圧値Vctl)を出力する。
As shown in FIG. 4, in the
電動モータ130では、制御部200より出力された制御値(電圧値Vctl)に基づいて、所定の回転トルクTが発生する。これに対して、電動モータ130には、未知の負荷トルクτがかかるため、電動モータ130は、回転トルクTと負荷トルクτとの差分値に応じた回転速度で回転する。
In the
位置/回転速度検出部140では、電動モータ130の回転速度を検出し、回転速度の実測値ωdetを制御部200にフィードバックする。
The position / rotation
あるいは、検出した回転速度に基づいて位置情報を算出し(あるいは直接位置情報を検出し)、位置情報の実測値xdetとして制御部200にフィードバックする。
Alternatively, the position information is calculated based on the detected rotational speed (or the position information is directly detected), and is fed back to the
このように、回転速度の実測値ωdetまたは位置情報の実測値xdetに基づくフィードバック制御を行うことで、電動モータ130は、目標回転速度ωtgtまたは目標位置xtgtに制御されることとなる。
Thus, by performing feedback control based on the actual rotational speed value ω det or the positional information actual value x det , the
電動モータ130の回転速度の制御または位置の制御と平行して、推定部210では、逐次、回転速度の推定値ωe、負荷トルクの推定値τeの算出を行う。
In parallel with the control of the rotational speed or the position of the
具体的には、回転速度推定部211が、制御部200より出力される制御値(電圧値Vctl)を取得し、モータノミナルモデルP(s)に基づいて、電動モータ130の回転速度の推定値ωeを算出する。
Specifically, the rotation
また、推定部210が、位置/回転速度検出部140において検出された回転速度の実測値ωdetを取得し、回転速度の推定値ωeと実測値ωdetとの差分値を算出したうえで負荷トルク推定部212に入力する。
In addition, the
負荷トルク推定部212では、入力された差分値から、トルク推定モデルTq(s)を用いて負荷トルクの推定値τeを算出する。
The load
なお、トルク推定モデルTq(s)は、以下のように表すことができる。 The torque estimation model Tq (s) can be expressed as follows.
ここで、回転速度の推定値ωeと実測値ωdetとの差分値を負荷トルク推定部212に入力することで、負荷トルクの推定値τeを算出する過程について簡単に説明する。
Here, a process of calculating the estimated value τ e of the load torque by inputting the difference value between the estimated value ω e of the rotational speed and the actually measured value ω det to the load
式1において、まず、回転速度の推定値ωeと実測値ωdetとの差分値に、P−1(s)F(s)をかけあわせると、負荷トルクτ分を駆動するのに必要な電圧の推定値(ここではVeと称す)が算出される。
In
更に、算出した電圧の推定値Veに、1/(R+sL)をかけあわせると、負荷トルクτ分を駆動するのに必要な電流の推定値(ここではIeと称す)が算出される。そして、算出した電流の推定値Ieにトルク定数Ktをかけあわせると、負荷トルクτに対応する推定値τeを算出することができる。 Furthermore, the estimated value V e of the calculated voltage, the Kakeawaseru the 1 / (R + sL), the estimated value of the current required to drive the load torque τ min (referred to as I e in this case) is calculated. The estimated value τ e corresponding to the load torque τ can be calculated by multiplying the calculated current estimated value I e by the torque constant Kt.
以上のことから、回転速度の推定値ωeと実測値ωdetとの差分値に、式1に示すトルク推定モデルTq(s)をかけあわせることで負荷トルクの推定値τeを算出することができる。
From the above, the estimated value τ e of the load torque is calculated by multiplying the difference value between the estimated value ω e of the rotational speed and the measured value ω det by the torque estimation model Tq (s) shown in
なお、制御値(電圧値Vctl)及び実測値(回転速度の実測値ωdet)は、制御部200の制御周期ごとに出力されるため、推定部210では、制御部200の制御周期ごとに、負荷トルクの推定値τeを算出することができる。
Note that the control value (voltage value V ctl ) and the actual measurement value (actual rotational speed measurement value ω det ) are output for each control cycle of the
<5.モータノミナルモデル>
次に、モータノミナルモデルP(s)の詳細について説明する。一般に電動モータは、図5(a)に示すブロック線図により表現することができる。
<5. Motor nominal model>
Next, details of the motor nominal model P (s) will be described. In general, an electric motor can be expressed by a block diagram shown in FIG.
なお、図5(a)において、Vctlは、制御部200より出力される制御値(電圧値)であり、Rは電動モータ130のコイル抵抗値を、Lは電動モータ130のコイルインダクタンスを、Ktはトルク定数をそれぞれ表している。また、Jはイナーシャを、Keは逆起電力定数をそれぞれ表している。
5A, V ctl is a control value (voltage value) output from the
ここで、図5(a)に示す閉ループのブロック線図は、図5(b)に示す開ループのブロック線図に書き替えることができる。 Here, the closed loop block diagram shown in FIG. 5A can be rewritten to the open loop block diagram shown in FIG.
つまり、モータノミナルモデルP(s)は、以下のように表すことができる。 That is, the motor nominal model P (s) can be expressed as follows.
また、Teは電気時定数であり、下式により表すことができる。 Te is an electrical time constant and can be expressed by the following equation.
このように、負荷トルクの推定値τeを求めるために必要なモータノミナルモデルP(s)(及びトルク推定モデル)には、機械時定数と電気時定数とが含まれる。 As described above, the motor nominal model P (s) (and the torque estimation model) necessary for obtaining the estimated value τ e of the load torque includes the mechanical time constant and the electrical time constant.
ここで、本願出願人は、従来技術を用いて算出する負荷トルクの推定値が、制御対象である電動モータの状態の変化に伴って誤差が大きくなってしまうことの原因を解析するにあたり、電動モータの回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係に着目した。 Here, the applicant of the present application analyzed the cause of the increase in the error of the estimated value of the load torque calculated using the prior art with a change in the state of the electric motor being controlled. We paid attention to the relationship between the rotational speed of the motor and the mechanical and electrical time constants.
従来技術を用いて負荷トルクの推定値を算出する場合、電動モータの機械時定数と電気時定数は常に一定であると仮定しており、回転速度に関わらず、電動モータの機械時定数と電気時定数には、所定の定数が代入されることになっているからである。 When calculating the estimated value of load torque using the conventional technology, it is assumed that the mechanical time constant and electric time constant of the electric motor are always constant, and the electric motor mechanical time constant and electric time are constant regardless of the rotational speed. This is because a predetermined constant is substituted for the time constant.
これに対して、本願出願人が、電動モータの機械時定数及び電気時定数を、様々な回転速度において実験的に求めたところ、電動モータの機械時定数及び電気時定数は、回転速度によって変動することがわかった。更に、同じ回転速度であっても、温度の変動により電動モータのコイル抵抗値が変動するため、機械時定数及び電気時定数も変動することがわかった。 In contrast, when the applicant of the present application experimentally obtained the mechanical time constant and the electric time constant of the electric motor at various rotational speeds, the mechanical time constant and the electric time constant of the electric motor varied depending on the rotational speed. I found out that Furthermore, it was found that the mechanical time constant and the electric time constant also fluctuate because the coil resistance value of the electric motor fluctuates due to temperature fluctuations even at the same rotation speed.
そこで、以下では、まず、電動モータの回転速度と機械時定数及び電気時定数とがどのような関係にあるかを説明する。そして、電動モータの回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係を反映したうえで、更に、温度の変動に伴う修正を施した負荷トルク推定処理について説明する。更に、温度の変動に起因して生じた電動モータのコイル抵抗値の変動率を算出するための処理である、コイル抵抗値算出処理について説明する。更に、温度の変動に応じて機械時定数及び電気時定数の修正が行われたモータノミナルモデルを利用した故障診断処理について説明する。 Therefore, in the following, first, the relationship between the rotational speed of the electric motor, the mechanical time constant, and the electric time constant will be described. Then, a load torque estimation process will be described in which the relationship between the rotational speed of the electric motor, the mechanical time constant, and the electrical time constant is reflected, and further, the correction according to the temperature variation is performed. Furthermore, a coil resistance value calculation process, which is a process for calculating the fluctuation rate of the coil resistance value of the electric motor caused by the temperature fluctuation, will be described. Further, a failure diagnosis process using a motor nominal model in which the mechanical time constant and the electrical time constant are corrected in accordance with temperature fluctuations will be described.
<6.電動モータの回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係>
はじめに、電動モータ130の回転速度ωdetと機械時定数Tm及び電気時定数Teとの関係について図6乃至図8を用いて説明する。
<6. Relationship between electric motor rotation speed, mechanical time constant and electrical time constant>
First, the relationship between the rotational speed ω det of the
図6は、電動モータ130の回転速度ωdetと機械時定数Tmとの関係を実験的に求める様子を示した図である。図6において、(a−1)は、回転速度が500rpmになるように電圧V500をステップ入力した様子を示している。また(b−1)は、電動モータ130に電圧V500をステップ入力した場合の、電動モータ130の回転速度の実測値ωdetの時間変化を示している。
FIG. 6 is a diagram showing how the relationship between the rotational speed ω det of the
図6(b−1)において、回転速度の実測値ωdetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、回転速度が500rpmのときの機械時定数Tm500を導き出すことができる。 In FIG. 6B-1, the mechanical time constant Tm 500 when the rotational speed is 500 rpm is derived by obtaining the time until the actual rotational speed value ω det reaches 63.2% of the displacement amount. be able to.
同様に、(a−2)は、回転速度が1000rpmになるように、電圧V1000をステップ入力した様子を示している。また、(b−2)は、電動モータ130に電圧V1000をステップ入力した場合の、電動モータ130の回転速度の実測値ωdetの時間変化を示している。
Similarly, (a-2) shows a state in which the voltage V1000 is step-inputted so that the rotation speed is 1000 rpm. Further, (b-2) shows the time change of the actual measured value ω det of the rotational speed of the
図6(b−2)において、回転速度の実測値ωdetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、回転速度が1000rpmのときの機械時定数Tm1000を導き出すことができる。 In FIG. 6B-2, the mechanical time constant Tm 1000 when the rotational speed is 1000 rpm is derived by obtaining the time until the actual rotational speed value ω det reaches 63.2% of the displacement amount. be able to.
同様に、(a−3)は、回転速度が3000rpmになるように、電圧V3000をステップ入力した様子を示している。また、(b−3)は、電動モータ130に電圧V3000をステップ入力した場合の、電動モータ130の回転速度の実測値ωdetの時間変化を示している。
Similarly, (a-3) shows a state in which the voltage V 3000 is step-inputted so that the rotation speed becomes 3000 rpm. Further, (b-3) shows the time change of the actual measured value ω det of the rotational speed of the
図6(b−3)において、回転速度の実測値ωdetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、回転速度3000rpmのときの機械時定数Tm3000を導き出すことができる。 In FIG. 6B-3, the mechanical time constant Tm 3000 at the rotational speed of 3000 rpm is derived by obtaining the time required for the actual rotational speed value ω det to reach 63.2% of the displacement. Can do.
図8のTmは、このようにして求めた各回転速度における機械時定数をグラフ化したものである。図8において、横軸は電動モータ130の回転速度を、縦軸は、それぞれの機械時定数を正規化した値を示している。
Tm in FIG. 8 is a graph of the mechanical time constant at each rotational speed obtained in this way. In FIG. 8, the horizontal axis represents the rotational speed of the
一方、図7は、電動モータ130の回転速度ωdetと電気時定数Teとの関係を実験的に求める様子を示した図である。図7において、(a−1)は、回転速度が500rpmになるように電圧V500をステップ入力した様子を示している。また(b−1)は、電動モータ130に電圧V500をステップ入力した場合の、電動モータ130のコイルに流れる電流の実測値Idetの時間変化を示している。
On the other hand, FIG. 7 is a diagram showing how the relationship between the rotational speed ω det of the
図7(b−1)において、電流の実測値Idetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、回転速度が500rpmのときの電気時定数Te500を導き出すことができる。 In FIG. 7B-1, the electric time constant Te 500 when the rotational speed is 500 rpm is derived by obtaining the time until the measured current value I det reaches 63.2% of the displacement amount. Can do.
同様に、図7(a−2)は、回転速度が1000rpmになるように、電圧V1000をステップ入力した様子を示している。また、図7(b−2)は、電動モータ130に電圧V1000をステップ入力した場合の、電動モータ130のコイルに流れる電流の実測値Idetの時間変化を示している。
Similarly, FIG. 7A-2 shows a state in which the voltage V1000 is step-inputted so that the rotation speed becomes 1000 rpm. FIG. 7B-2 shows the time change of the actual measurement value I det of the current flowing in the coil of the
図7(b−2)において、電流の実測値Idetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、回転速度が1000rpmのときの電気時定数Te1000を導き出すことができる。 In FIG. 7B-2, the electric time constant Te 1000 when the rotational speed is 1000 rpm is derived by obtaining the time until the actual measured value I det reaches 63.2% of the displacement. Can do.
同様に、図7(a−3)は、回転速度が3000rpmになるように、電圧V3000をステップ入力した様子を示している。また、図7(b−3)は、電動モータ130に電圧V3000をステップ入力した場合の、電動モータ130のコイルに流れる電流の実測値Idetの時間変化を示している。
Similarly, FIG. 7A-3 shows a state in which the voltage V 3000 is step-inputted so that the rotation speed becomes 3000 rpm. FIG. 7B-3 shows the change over time of the actual measured value I det of the current flowing in the coil of the
図7(b−3)において、電流の実測値Idetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、回転速度3000rpmのときの電気時定数をTe3000を導き出すことができる。 In FIG. 7B-3, the electric time constant at the rotational speed of 3000 rpm is derived from Te 3000 by obtaining the time until the actual measured value I det reaches 63.2% of the displacement. Can do.
図8のTeは、このようにして求めた各回転速度における電気時定数をグラフ化したものである。図8において、横軸は電動モータ130の回転速度を、縦軸は、それぞれの電気時定数を正規化した値を示している。
Te in FIG. 8 is a graph of the electrical time constant at each rotational speed determined in this way. In FIG. 8, the horizontal axis represents the rotation speed of the
以上のように、電動モータ130の機械時定数Tm及び電気時定数Teは、回転速度に応じて変動する。このため、制御装置100では、モータノミナルモデルP(s)を用いて回転速度の推定値ωeを算出するにあたり、算出時の電動モータ130の回転速度の実測値(ωdet)に応じて、機械時定数Tm及び電気時定数Teを逐次更新する構成とした。
As described above, the mechanical time constant Tm and the electric time constant Te of the
具体的には、図8のグラフに基づいて、Tm、Teをそれぞれ、回転速度の関数としてN次式により近似しておき、当該近似式に、算出時の電動モータ130の回転速度の実測値(ωdet)を代入することで、機械時定数Tm及び電気時定数Teを算出する。そして、当該算出した機械時定数Tm及び電気時定数Teを用いてモータノミナルモデルP(s)を生成(または更新)し、生成(または更新)したモータノミナルモデルP(s)により、回転速度の推定値ωeを算出する構成とした。
Specifically, based on the graph of FIG. 8, each of Tm and Te is approximated by an Nth order equation as a function of the rotational speed, and an actual value of the rotational speed of the
なお、機械時定数Tm及び電気時定数Teを、例えば、1次式で表すと、以下のように表すことができる。 Note that the mechanical time constant Tm and the electrical time constant Te can be expressed as follows, for example, by a linear expression.
Tm=Am×ωdet+Bm (Am、Bmは定数)
Te=Ae×ωdet+Be (Ae、Beは定数)
ただし、近似式は1次式に限定されないことはいうまでもない。
Tm = Am × ω det + Bm (Am and Bm are constants)
Te = Ae × ω det + Be (Ae and Be are constants)
However, it goes without saying that the approximate expression is not limited to a linear expression.
なお、機械時定数Tm及び電気時定数Teの導出方法は、近似式に限定されない。例えば、図8のグラフをテーブル化したものを予め作成しておき、算出時に、電動モータ130の回転速度の実測値ωdetに最も近い回転速度に対応する機械時定数Tm及び電気時定数Teを当該テーブルより導出するように構成してもよい。
The method for deriving the mechanical time constant Tm and the electrical time constant Te is not limited to the approximate expression. For example, a table of the graph of FIG. 8 is prepared in advance, and the mechanical time constant Tm and the electrical time constant Te corresponding to the rotation speed closest to the actual measurement value ω det of the rotation speed of the
なお、上記近似式またはテーブルは、回転速度が0rpmから3000rpmまでの機械時定数及び電気時定数について記載した図8に基づいて作成することとしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、更に、広いレンジについて実験を行うことで得られた結果を用いて、近似式またはテーブルを作成するようにしてもよい。作成された近似式またはテーブルは、時定数導出部221に格納される。
In addition, although the said approximate expression or table is supposed to produce based on FIG. 8 described about the mechanical time constant and electrical time constant from 0 rpm to 3000 rpm, this invention is not limited to this. For example, an approximate expression or a table may be created using results obtained by conducting an experiment over a wider range. The created approximate expression or table is stored in the time
<7.負荷トルク推定処理>
次に、電動モータの回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係を反映するとともに、温度の変動に伴う修正を施した、負荷トルク推定処理の流れについて説明する。図9は、負荷トルク推定処理の流れを示すフローチャートである。
<7. Load torque estimation processing>
Next, the flow of the load torque estimation process that reflects the relationship between the rotational speed of the electric motor, the mechanical time constant, and the electrical time constant, and that has been corrected in accordance with temperature fluctuations will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the load torque estimation process.
動作指示入力部203が動作開始指示を受信し、処理モード入力部204が処理モードに関する情報として"負荷トルク推定モード"を受信した場合に、推定部210では、負荷トルク推定処理を実行する。
When the operation
ステップS901において、負荷トルク推定部212は、現在、コイル抵抗値管理部222において管理されている算出値(コイル抵抗値の変動率Rt)を取得する。なお、コイル抵抗値管理部222に管理されているコイル抵抗値の変動率(温度の変動に起因して生じた電動モータのコイル抵抗値の変動率Rt)を算出するためのコイル抵抗値算出処理の詳細は後述する。
In step S <b> 901, the load
ステップS902において、推定部210は、制御部200がタイミングT1で出力した制御値(電圧値Vctl1)を取得する。また、実測値入力部208は、タイミングT1で受信した回転速度の実測値ωdet1を取得する。
In step S902, the
ステップS903において、時定数導出部221は、ステップS902において取得した回転速度の実測値ωdet1に対応する機械時定数及び電気時定数を、時定数導出部221に格納された近似式に基づいて導出する。ここでは、機械時定数Tm_ωdet1と電気時定数Te_ωdet1を導出する。
In step S903, the time
ステップS904において、回転速度推定部211は、機械時定数Tm_ωdet1及び電気時定数Te_ωdet1に基づいて、モータノミナルモデルP(s)1を生成する。更に、負荷トルク推定部212は、機械時定数Tm_ωdet1及び電気時定数Te_ωdet1に基づいて、トルク推定モデルTq(s)1を生成する。このとき、回転速度推定部211及び負荷トルク推定部212では、ステップS901で取得したコイル抵抗値の変動率Rtを用いた所定の修正内容により、モータノミナルモデルP(s)1及びトルク推定モデルTq(s)1を修正する。具体的には、式4に基づいて、導出した機械時定数Tm_ωdet1にコイル抵抗値の変動率Rtをかけあわせることで、機械時定数Tm_ωdet1を修正する。また、式5に基づいて、導出した電気時定数Te_ωdet1をコイル抵抗値の変動率Rtで除算することで、電気時定数Te_ωdet1を修正する。更に、トルク推定モデルTq(s)1にあっては、式1に基づいて、分母のR(コイル抵抗値)にコイル抵抗値の変動率Rtをかけあわせることで修正する(R→R×Rt)。
In step S904, the rotation
ステップS905において、回転速度推定部211は、ステップS904において生成したモータノミナルモデルP(s)1に、ステップS902において取得された制御値(電圧値Vctl1)をかけあわせることで、回転速度の推定値ωe1を算出する。
In step S905, the rotational
ステップS906において、推定部210は、ステップS902において取得した回転速度の実測値ωdet1とステップS905において算出した回転速度の推定値ωe1との差分値を算出する。
In step S906, the
更に、負荷トルク推定部212は、ステップS904において生成及び修正したトルク推定モデルTq(s)1に、当該差分値をかけあわせることで、負荷トルクの推定値τe1を算出する。
Further, the load
ステップS906において負荷トルクの推定値τe1の算出が完了すると、ステップS907に進む。ステップS907において、推定部210は負荷トルク推定処理を終了するか否かを判定する。推定部210では、動作指示入力部203が動作停止指示を受信した場合に、負荷トルク推定処理を終了すると判定する。一方、動作指示入力部203が動作停止指示を受信していない場合には、負荷トルク推定処理を維持すると判定する。
When the calculation of the estimated value τ e1 of the load torque is completed in step S906, the process proceeds to step S907. In step S907, the
ステップS907において、推定部210が負荷トルク推定処理を維持すると判定した場合には、次の制御周期まで待機し、次の制御周期において、再び、ステップS902からの処理を実行する。
If it is determined in step S907 that the
つまり、タイミングT2において制御値Vctl2及び回転速度の実測値ωdet2を取得し(ステップS902)、機械時定数Tm_ωdet2と電気時定数Te_ωdet2を導出する(ステップS903)。更に、導出した機械時定数Tm_ωdet2と電気時定数Te_ωdet2とによりモータノミナルモデルP(s)2及びトルク推定モデルTq(s)2を更新したうえでコイル抵抗値の変動率Rtを用いて修正する(ステップS904)。更に、回転速度の推定値ωe2を算出し(ステップS905)、負荷トルクの推定値τe2を算出する(ステップS906)。 That is, the control value V ctl2 and the actual measured value ω det2 of the rotational speed are acquired at the timing T2 (step S902), and the mechanical time constant Tm_ω det2 and the electrical time constant Te_ω det2 are derived (step S903). Further, the motor nominal model P (s) 2 and the torque estimation model Tq (s) 2 are updated with the derived mechanical time constant Tm_ω det2 and the electrical time constant Te_ω det 2, and the fluctuation rate R t of the coil resistance value is used. Correction is made (step S904). Further, an estimated value ω e2 of the rotational speed is calculated (step S905), and an estimated value τ e2 of the load torque is calculated (step S906).
以下、次の制御周期においても同様の処理を繰り返す。これにより、各制御周期ごとに、回転速度の実測値に応じた機械時定数及び電気時定数によりモータノミナルモデル及びトルク推定モデルが更新され、コイル抵抗値の変動率を用いて修正されたうえで、負荷トルクの推定値が算出される。この結果、電動モータの回転速度及び電動モータの周辺温度に関わらず負荷トルクの推定値を精度よく算出することが可能となる。 Thereafter, similar processing is repeated in the next control cycle. Thus, in each control cycle, the motor nominal model and the torque estimation model are updated with the mechanical time constant and the electric time constant corresponding to the actual measured value of the rotation speed, and corrected using the fluctuation rate of the coil resistance value. Then, an estimated value of the load torque is calculated. As a result, the estimated value of the load torque can be accurately calculated regardless of the rotational speed of the electric motor and the ambient temperature of the electric motor.
<8.コイル抵抗値算出処理>
次に、温度の変動に起因して生じた電動モータ130のコイル抵抗値の変動率Rtを算出するための、コイル抵抗値算出処理の流れについて説明する。図10は、コイル抵抗値算出処理の流れを示すフローチャートである。
<8. Coil resistance value calculation process>
Then, for calculating the variation rate R t of the coil resistance value of the
所定の条件(負荷トルクτ=0)が成立した状態で動作指示入力部203が動作開始指示を受信し、目標回転速度入力部201または目標位置入力部202が所定の目標回転速度または目標位置を受信すると、制御部200では電動モータ130の制御を開始する。このとき、処理モード入力部204が処理モードに関する情報として"コイル抵抗値算出モード"を受信すると、推定部210ではコイル抵抗値算出処理を実行する。
In a state where a predetermined condition (load torque τ = 0) is satisfied, the operation
ステップS1001において、コイル抵抗値算出部213は、コイル抵抗値の変動率として1.0を代入する。ステップS1002において、推定部210は、制御部200がタイミングT1で出力した制御値(電圧値Vctl1)を取得する。また、推定部210は実測値入力部208がタイミングT1で受信した回転速度の実測値ωdet1を取得する。
In step S1001, the coil resistance
ステップS1003において、時定数導出部221は、回転速度の実測値ωdet1に対応する機械時定数及び電気時定数を、時定数導出部221に格納された近似式に基づいて導出する。ここでは、機械時定数Tm_ωdet1と電気時定数Te_ωdet1を導出する。
In step S <b> 1003, the time
ステップS1004において、回転速度推定部211は、機械時定数Tm_ωdet1及び電気時定数Te_ωdet1に基づいて、モータノミナルモデルP(s)1を生成する。このとき、回転速度推定部211では、コイル抵抗値の変動率を用いた修正内容により、モータノミナルモデルP(s)1を修正する。具体的には、式4に基づいて、導出した機械時定数Tm_ωdet1にコイル抵抗値の変動率(ここでは1.0)をかけあわせることで、機械時定数Tm_ωdet1を修正する。また、式5に基づいて、導出した電気時定数Te_ωdet1をコイル抵抗値の変動率(ここでは1.0)で除算することで、電気時定数Te_ωdet1を修正する。
In step S1004, the rotation
ステップS1005において、回転速度推定部211は回転速度の推定値ωe1を算出する。具体的には、ステップS1004において生成及び修正されたモータノミナルモデルP(s)1に、ステップS1002において取得された制御値(電圧値Vctl1)をかけあわせることで、回転速度の推定値ωe1を算出する。
In step S1005, the rotation
ステップS1006において、コイル抵抗値算出部213は、コイル抵抗値決定処理を実行することで、コイル抵抗値の変動率を変更する(1.0→R'(R'は例えば、1.1))。なお、ステップS1006におけるコイル抵抗値決定処理の詳細は後述する。
In step S1006, the coil resistance
ステップS1007では、コイル抵抗値算出部213によりコイル抵抗値の変動率が決定されたか否かを判定する。ステップS1007において、コイル抵抗値の変動率が決定されていないと判定された場合には、次の制御周期まで待機し、次の制御周期において、再び、ステップS1002からの処理を実行する。
In step S1007, it is determined whether or not the coil resistance value variation rate has been determined by the coil resistance
つまり、タイミングT2において制御値Vctl2及び回転速度の実測値ωdet2を取得し(ステップS1002)、機械時定数Tm_ωdet2と電気時定数Te_ωdet2を導出する(ステップS1003)。更に、導出した機械時定数Tm_ωdet2と電気時定数Te_ωdet2とによりモータノミナルモデルP(s)2を更新したうえで、ステップS1006において算出されたコイル抵抗値の変動率(R')を用いて修正する(ステップS1004)。更に、回転速度の推定値ωe2を算出し(ステップS1005)、コイル抵抗値決定処理を実行する(ステップS1006)。以下、コイル抵抗値決定処理において、コイル抵抗値の変動率が決定するまでコイル抵抗値の変動率を変更させながら(R'→R''→R'''・・・Rt)、同様の処理を繰り返す。なお、図10の例では、コイル抵抗値の変動率がRtに決定されたことを示している。 That is, the control value V ctl2 and the actual measured value ω det2 of the rotational speed are acquired at the timing T2 (step S1002), and the mechanical time constant Tm_ω det2 and the electric time constant Te_ω det2 are derived (step S1003). Further, the motor nominal model P (s) 2 is updated with the derived mechanical time constant Tm_ω det2 and electrical time constant Te_ω det 2 , and then the fluctuation rate (R ′) of the coil resistance value calculated in step S1006 is used. Correction is made (step S1004). Further, an estimated value ω e2 of the rotation speed is calculated (step S1005), and a coil resistance value determination process is executed (step S1006). Hereinafter, in the coil resistance value determination process, the variation rate of the coil resistance value is changed until the variation rate of the coil resistance value is determined (R ′ → R ″ → R ′ ″... R t ). Repeat the process. Note that the example of FIG. 10 indicates that the variation rate of the coil resistance value is determined as Rt .
<9.コイル抵抗値決定処理>
次に、コイル抵抗値の変動率を決定する、コイル抵抗値決定処理(図10のステップS1006)の詳細な流れについて説明する。図11は、コイル抵抗値決定処理の流れを示すフローチャートである。
<9. Coil resistance value determination process>
Next, a detailed flow of the coil resistance value determination process (step S1006 in FIG. 10) for determining the variation rate of the coil resistance value will be described. FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the coil resistance value determination process.
ステップS1101において、コイル抵抗値算出部213は、回転速度推定部211において算出された回転速度の推定値ωeを取得する。ステップS1102において、コイル抵抗値算出部213は、推定部210が取得した回転速度の実測値ωdetと、回転速度の推定値ωeとを対比し、両者が略等しいか否か(両者の差分値が所定範囲内であるか否か)を判定する。
In step S < b > 1101, the coil resistance
ステップS1102において、回転速度の推定値ωeと回転速度の実測値ωdetとの差分値が所定範囲内にないと判定された場合には、ステップS1103に進む。ステップS1103において、コイル抵抗値算出部213は、回転速度の推定値ωeが回転速度の実測値ωdetよりも大きいか否かを判定する。ステップS1103において、回転速度の推定値ωeが回転速度の実測値ωdetよりも大きいと判定した場合には、ステップS1104に進む。
If it is determined in step S1102 that the difference value between the estimated value ω e of the rotational speed and the measured value ω det of the rotational speed is not within the predetermined range, the process proceeds to step S1103. In step S1103, the coil resistance
ステップS1104において、コイル抵抗値算出部213は、コイル抵抗値の変動率を大きくする。例えば、コイル抵抗値の変動率を1.0から1.1に変更する。これにより、次の制御周期のステップS1004(図10)において機械時定数及び電気時定数が修正される(機械時定数は1.1倍になり、電気時定数は、1/1.1倍になる)。
In step S1104, the coil resistance
一方、ステップS1103において、回転速度の推定値ωeが回転速度の実測値ωdetより小さいと判定した場合には、ステップS1105に進む。ステップS1105において、コイル抵抗値算出部213は、コイル抵抗値の変動率を小さくする。例えば、コイル抵抗値の変動率を1.0から0.9に変更する。これにより、機械時定数及び電気時定数が修正される(機械時定数は0.9倍になり、電気時定数は、1/0.9倍になる)。
On the other hand, if it is determined in step S1103 that the estimated rotational speed value ω e is smaller than the actually measured rotational speed value ω det , the process proceeds to step S1105. In step S1105, the coil resistance
一方、ステップS1102において、回転速度の推定値ωeが回転速度の実測値ωdetと略等しい(両者の差分値が所定範囲内である)と判定された場合には、ステップS1106に進む。ステップS1106において、コイル抵抗値算出部213では、このときのコイル抵抗値の変動率を、コイル抵抗値管理部222に格納する。
On the other hand, if it is determined in step S1102 that the estimated rotational speed value ω e is substantially equal to the actually measured rotational speed value ω det (the difference between the two is within a predetermined range), the process proceeds to step S1106. In step S <b> 1106, the coil resistance
このように、本実施形態に係る制御装置100では、
・所定の条件(負荷トルクτ=0)が成立し、かつ、
・電動モータの回転速度に応じた機械時定数及び電気時定数によりモータノミナルモデルが更新されている、
状態において、当該モータノミナルモデルを用いて算出された回転速度の推定値と、回転速度の実測値との間に生じる差分値は、温度の変動に起因して生じたコイル抵抗値の変動が原因であると判断する構成とした。
Thus, in the
A predetermined condition (load torque τ = 0) is satisfied, and
・ The motor nominal model has been updated with the mechanical time constant and electrical time constant corresponding to the rotation speed of the electric motor.
In the state, the difference value generated between the estimated rotational speed value calculated using the motor nominal model and the measured rotational speed value is caused by the fluctuation of the coil resistance value caused by the temperature fluctuation. It was set as the structure judged to be.
これにより、回転速度の推定値と回転速度の実測値との差分値が所定の範囲内に収まるようにコイル抵抗値の変動率を変えることで、温度の変動の影響を除去することが可能となる。 This makes it possible to eliminate the effect of temperature fluctuations by changing the coil resistance value fluctuation rate so that the difference value between the estimated rotational speed value and the measured rotational speed value is within a predetermined range. Become.
<10.故障診断処理>
次に、推定部210において実行される故障診断処理の流れについて説明する。図12は、故障診断処理の流れを示すフローチャートである。
<10. Fault diagnosis processing>
Next, a flow of failure diagnosis processing executed in the
所定の条件(負荷トルクτ=0)が成立した状態で動作指示入力部203が動作開始指示を受信し、目標回転速度入力部201または目標位置入力部202が所定の目標回転速度または目標位置を受信すると、制御部200では電動モータ130の制御を開始する。このとき、処理モード入力部204が処理モードに関する情報として、"故障診断モード"を受信すると、推定部210では故障診断処理を実行する。
In a state where a predetermined condition (load torque τ = 0) is satisfied, the operation
ステップS1201において、温度データ入力部205は、タイミングT1で温度データθ1を受信する。また、推定部210は、温度データ入力部205において受信された温度データθ1を取得する。
In step S1201, the temperature
ステップS1202において、コイル抵抗値管理部222は、推定部210において取得された温度データθ1に対応する、コイル抵抗値の変動率を導出する。ここでは、コイル抵抗値の変動率R1を導出する。
In step S1202, the coil resistance
図13は、コイル抵抗値管理部222に格納されているテーブルの一例を示す図である。図13に示すように、コイル抵抗値管理部222には、各温度データに対応付けて、予め実験的に求めたコイル抵抗値の変動率が格納されている。これにより、コイル抵抗値管理部222では、推定部210において取得された温度データθ1に対応するコイル抵抗値の変動率R1を導出することができる。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a table stored in the coil resistance
図12の説明に戻る。ステップS1203において、推定部210は、制御部200がタイミングT1で出力した制御値(電圧値Vctl1)を取得する。また、実測値入力部208が、タイミングT1で受信した回転速度の実測値ωdet1を取得する。
Returning to the description of FIG. In step S1203, the
ステップS1204において、時定数導出部221は、回転速度の実測値ωdet1に対応する機械時定数及び電気時定数を、時定数導出部221に格納された近似式に基づいて導出する。ここでは、機械時定数Tm_ωdet1と電気時定数Te_ωdet1を導出する。
In step S <b> 1204 , the time
ステップS1205において、回転速度推定部211は、機械時定数Tm_ωdet1及び電気時定数Te_ωdet1に基づいて、モータノミナルモデルP(s)1を生成する。このとき、回転速度推定部211では、コイル抵抗値の変動率R1を用いた修正内容により、モータノミナルモデルP(s)1を修正する。具体的には、式4に基づいて、導出した機械時定数Tm_ωdet1にコイル抵抗値の変動率R1をかけあわせることで、機械時定数Tm_ωdet1を修正する。また、式5に基づいて、導出した電気時定数Te_ωdet1をコイル抵抗値の変動率R1で除算することで、電気時定数Te_ωdet1を修正する。
In step S1205, the rotational
ステップS1206において、回転速度推定部211は回転速度の推定値ωe1を算出する。具体的には、ステップS1205において生成及び修正したモータノミナルモデルP(s)1に、ステップS1203において取得された制御値(電圧値Vctl1)をかけあわせることで、回転速度の推定値ωe1を算出する。
In step S1206, the rotation
ステップS1207において、故障診断部214は、ステップS1206において算出した回転速度の推定値ωe1と、ステップS1203において取得した回転速度の実測値ωdet1とを対比する。対比の結果、ステップS1206において算出した回転速度の推定値ωe1と、ステップS1203において取得した回転速度の実測値ωdet1とが等しくない(両者の差分値が所定範囲外である)と判定した場合には、ステップS1208に進む。
In step S1207, the
ステップS1208において、故障診断部214は、電動モータ130を含む駆動系が故障していると判定し、故障診断結果(警報を含む)を診断結果出力部207を介して出力する。一方、対比の結果、ステップS1206において算出した回転速度の推定値ωe1と、ステップS1203において取得した回転速度の実測値ωdet1とが略等しい(両者の差分値が所定範囲内である)と判定した場合には、ステップS1209に進む。ステップS1209において、故障診断部214は、電動モータ130を含む駆動系が正常である(故障していない)と判定し、故障診断結果を診断結果出力部207を介して出力する。
In step S1208, the
このように、本実施形態に係る制御装置100では、
・所定の条件(負荷トルクτ=0)が成立し、
・電動モータの回転速度に応じた機械時定数及び電気時定数により、モータノミナルモデルが更新され、かつ、
・温度データに応じたコイル抵抗値の変動率を用いてモータノミナルモデルが修正されている、
状態において、当該モータノミナルモデルを用いて算出された回転速度の推定値と、回転速度の実測値との間に生じる差分値は、電動モータの故障が原因であると判断する構成とした。これにより、電動モータ130を含む駆動系の故障診断を行うことが可能となる。
Thus, in the
・ The predetermined condition (load torque τ = 0) is satisfied,
-The motor nominal model is updated with the mechanical time constant and electrical time constant corresponding to the rotation speed of the electric motor, and
-The motor nominal model has been corrected using the rate of variation of the coil resistance value according to the temperature data.
In the state, the difference value generated between the estimated value of the rotational speed calculated using the motor nominal model and the measured value of the rotational speed is determined to be caused by the failure of the electric motor. Thereby, it becomes possible to perform failure diagnosis of the drive system including the
<11.まとめ>
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る制御装置では、
・制御対象である電動モータのモータノミナルモデル及び電動モータに係る負荷トルクを推定するためのトルク推定モデルを同定した。また、電動モータを制御するための制御値(電圧値)と、電動モータの回転速度の実測値とを用いて、同定したモータノミナルモデル及びトルク推定モデルにより、電動モータの負荷トルクを推定する構成とした。
・モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを同定するにあたっては、機械時定数及び電気時定数が、電動モータの回転速度に応じて変動する点に着目した。また、機械時定数及び電気時定数に含まれるコイル抵抗値が、温度に応じて変動する点に着目した。そして、回転速度の実測値に基づく機械時定数及び電気時定数を導出し、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを生成したうえで、コイル抵抗値の変動率により該モデルを修正する構成とした。
・各回転速度における機械時定数及び電気時定数は、予め、実験的に求めておき、n次式の近似式で近似するか、テーブルに格納しておく構成とした。
・温度に応じたコイル抵抗値の変動率は、所定の条件のもと、回転速度の実測値に応じた機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルにおいて算出された回転速度の推定値が、回転速度の実測値と略等しくなるように、変化させる構成とした。
・温度に応じたコイル抵抗値の変動率を予め実験的に求めておく構成とした。また、所定の条件のもと、回転速度の実測値に応じた機械時定数及び電気時定数により更新され、かつ温度に応じたコイル抵抗値の変動率により修正されたモータノミナルモデルを用いて回転速度の推定値を算出する構成とした。そして、算出した回転速度の推定値が、回転速度の実測値と異なっていた場合に、電動モータを含む駆動系が故障したと判定する構成とした。
<11. Summary>
As is clear from the above description, in the control device according to the present embodiment,
-The motor nominal model of the electric motor to be controlled and the torque estimation model for estimating the load torque related to the electric motor were identified. Also, a configuration for estimating the load torque of the electric motor by using the identified motor nominal model and torque estimation model using the control value (voltage value) for controlling the electric motor and the actual measured value of the rotational speed of the electric motor. It was.
-In identifying the motor nominal model and the torque estimation model, we focused on the fact that the mechanical time constant and the electric time constant fluctuate according to the rotation speed of the electric motor. Further, the inventors have focused on the point that the coil resistance value included in the mechanical time constant and the electrical time constant varies depending on the temperature. Then, a mechanical time constant and an electrical time constant based on the measured value of the rotational speed are derived, and a motor nominal model and a torque estimation model are generated, and then the model is corrected based on the variation rate of the coil resistance value.
The mechanical time constant and the electrical time constant at each rotation speed are experimentally obtained in advance and approximated by an n-th order approximate expression or stored in a table.
・ The fluctuation rate of the coil resistance value according to the temperature is an estimation of the rotational speed calculated in the motor nominal model updated with the mechanical time constant and the electrical time constant according to the actual rotational speed value under the predetermined condition. The value is changed so that the value is substantially equal to the actually measured rotational speed.
-It was set as the structure which calculated | required experimentally the fluctuation rate of the coil resistance value according to temperature beforehand. In addition, rotation is performed using a motor nominal model that is updated with mechanical time constants and electrical time constants according to measured rotational speed values, and corrected with the rate of change in coil resistance values according to temperature, under predetermined conditions. The estimated speed value is calculated. Then, when the calculated estimated value of the rotational speed is different from the actual measured value of the rotational speed, the drive system including the electric motor is determined to have failed.
これにより、電動モータの回転速度及び温度が変動することによって、負荷トルクの推定値の誤差が大きくなるといった従来の問題を回避することが可能となる。この結果、電動モータの負荷トルクの推定精度を向上させることが可能になる。 As a result, it is possible to avoid the conventional problem that the error of the estimated value of the load torque increases due to fluctuations in the rotational speed and temperature of the electric motor. As a result, it is possible to improve the estimation accuracy of the load torque of the electric motor.
[第2の実施形態]
上記第1の実施形態では、制御対象である電動モータ130の状態の変化によって、同定される制御モデルが変動する場合として、制御対象である電動モータ130の回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係及び温度とコイル抵抗値との関係に着目した。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the rotation speed, the mechanical time constant, and the electrical time constant of the
しかしながら、制御対象である電動モータの状態の変化は、回転速度の変動として捉えることができるほか、例えば、負荷トルクの変動として捉えることもできる。 However, the change in the state of the electric motor that is the control target can be grasped as a variation in the rotational speed, and can be also regarded as a variation in the load torque, for example.
そこで、本実施形態では、まず、電動モータの負荷トルクと機械時定数及び電気時定数とがどのような関係にあるかを説明する。そして、電動モータの負荷トルクと機械時定数及び電気時定数との関係を反映したうえで、温度の変動に伴う修正を施した負荷トルク推定処理について説明する。 Therefore, in this embodiment, first, the relationship between the load torque of the electric motor, the mechanical time constant, and the electrical time constant will be described. Then, a load torque estimation process will be described in which the relationship between the load torque of the electric motor, the mechanical time constant, and the electrical time constant is reflected and the correction accompanying the change in temperature is performed.
なお、本実施形態における制御装置のハードウェア構成(図1)、機能構成(図2)、処理モード(図3)、ブロック線図(図4)、モータノミナルモデル(図5)については、上記第1の実施形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。 Note that the hardware configuration (FIG. 1), functional configuration (FIG. 2), processing mode (FIG. 3), block diagram (FIG. 4), and motor nominal model (FIG. 5) of the control device in this embodiment are described above. Since it is the same as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted here.
<1.電動モータの負荷トルクと機械時定数及び電気時定数との関係>
はじめに、電動モータ130の負荷トルクτと機械時定数Tm及び電気時定数Teとの関係について図14乃至図16を用いて説明する。
<1. Relationship between load torque of electric motor, mechanical time constant and electric time constant>
First, the relationship between the load torque τ of the
図14は、電動モータ130の負荷トルクτと機械時定数Tmとの関係を実験的に求める様子を示した図である。図14において、(a−1)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.01[Nm]がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように電圧V1をステップ入力した様子を示している。また(b−1)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.01[Nm]がかかるようにした状態で、電動モータ130に電圧V1をステップ入力した場合の、電動モータ130の回転速度の実測値ωdetの時間変化を示している。
FIG. 14 is a diagram showing how the relationship between the load torque τ of the
図14(b−1)において、回転速度の実測値ωdetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ=0.01[Nm]のときの機械時定数Tm1を導き出すことができる。 In FIG. 14 (b-1), the time when the measured value ω det of the rotational speed reaches 63.2% of the displacement is obtained, whereby the machine when the load torque τ = 0.01 [Nm]. A time constant Tm 1 can be derived.
同様に、図14(a−2)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.02[Nm]がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように、電圧V2をステップ入力した様子を示している。また、図14(b−2)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.02[Nm]がかかるようにした状態で、電動モータ130に電圧V2をステップ入力した場合の、電動モータ130の回転速度の実測値ωdetの時間変化を示している。
Similarly, FIG. 14 (a-2) is in a state of the known load torque τ = 0.02 [Nm] is applied as the
図14(b−2)において、回転速度の実測値ωdetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ=0.02[Nm]のときの機械時定数Tm2を導き出すことができる。 In FIG. 14 (b-2), by obtaining the time until the measured value ω det of the rotational speed reaches 63.2% of the displacement, the machine when the load torque τ = 0.02 [Nm] is obtained. A time constant Tm 2 can be derived.
同様に、図14(a−3)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.06[Nm]がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように、電圧V6をステップ入力した様子を示している。また、図14(b−3)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.06[Nm]がかかるようにした状態で、電動モータ130に電圧V6をステップ入力した場合の、電動モータ130の回転速度の実測値ωdetの時間変化を示している。
Similarly, FIG. 14 (a-3) is a state in which the known load torque τ = 0.06 [Nm] is applied as the
図14(b−3)において、回転速度の実測値ωdetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ=0.06[Nm]のときの機械時定数Tm6を導き出すことができる。 In FIG. 14 (b-3), the time when the measured value ω det of the rotational speed reaches 63.2% of the displacement is obtained, whereby the machine when the load torque τ = 0.06 [Nm]. A time constant Tm 6 can be derived.
図16のTmは、このようにして求めた各回転速度における機械時定数をグラフ化したものである。図16において、横軸は電動モータ130にかかる既知の負荷トルクを、縦軸は、それぞれの機械時定数を正規化した値を示している。
Tm in FIG. 16 is a graph of the mechanical time constant at each rotational speed obtained in this way. In FIG. 16, the horizontal axis indicates a known load torque applied to the
一方、図15は、電動モータ130の負荷トルクτと電気時定数Teとの関係を実験的に求める様子を示した図である。図15において、(a−1)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.01[Nm]がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように電圧V1をステップ入力した様子を示している。また(b−1)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.01[Nm]がかかるようにした状態で、電動モータ130に電圧V1をステップ入力した場合の、電動モータ130のコイルに流れる電流の実測値Idetの時間変化を示している。
On the other hand, FIG. 15 is a diagram showing a state in which the relationship between the load torque τ of the
図15(b−1)において、電流の実測値Idetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ=0.01[Nm]のときの電気時定数Te1を導き出すことができる。 In FIG. 15 (b-1), the electric time when load torque τ = 0.01 [Nm] is obtained by obtaining the time until the measured current value I det reaches 63.2% of the displacement amount. A constant Te 1 can be derived.
同様に、図15(a−2)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.02[Nm]がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように、電圧V2をステップ入力した様子を示している。また、図15(b−2)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.02[Nm]がかかるようにした状態で、電動モータ130に電圧V2をステップ入力した場合の、電動モータ130のコイルに流れる電流の実測値Idetの時間変化を示している。
Similarly, FIG. 15 (a-2) is in a state of the known load torque τ = 0.02 [Nm] is applied as the
図15(b−2)において、電流の実測値Idetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ=0.02[Nm]のときの電気時定数Te2を導き出すことができる。 In FIG. 15 (b-2), the electric time when the load torque τ = 0.02 [Nm] is obtained by obtaining the time until the measured current value I det reaches 63.2% of the displacement amount. A constant Te 2 can be derived.
同様に、図15(a−3)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.06[Nm]がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように、電圧V6をステップ入力した様子を示している。また、図15(b−3)は、電動モータ130に既知の負荷トルクτ=0.06[Nm]がかかるようにした状態で、電動モータ130に電圧V6をステップ入力した場合の、電動モータ130のコイルに流れる電流の実測値Idetの時間変化を示している。
Similarly, FIG. 15A-3 shows the step of setting the voltage V 6 so that the
図15(b−3)に示すように、電流の実測値Idetが、変位量の63.2%に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ=0.06[Nm]のときの電気時定数をTe6を導き出すことができる。 As shown in FIG. 15 (b-3), when the load torque τ = 0.06 [Nm] is obtained by obtaining the time until the measured current value I det reaches 63.2% of the displacement amount. The electrical time constant of Te 6 can be derived.
図16のTeは、このようにして求めた各回転速度における電気時定数をグラフ化したものである。図16において、横軸は電動モータ130にかかる既知の負荷トルクを、縦軸は、それぞれの電気時定数を正規化した値を示している。
Te in FIG. 16 is a graph of the electrical time constant at each rotational speed obtained in this way. In FIG. 16, the horizontal axis indicates a known load torque applied to the
以上のように、電動モータ130の機械時定数Tm及び電気時定数Teは、負荷トルクに応じて変動する。このため、制御装置100では、モータノミナルモデルP(s)を用いて回転速度の推定値ωeを算出するにあたり、前回算出時の電動モータ130の負荷トルクの推定値に応じて、機械時定数Tm及び電気時定数Teを逐次更新する構成とした。
As described above, the mechanical time constant Tm and the electric time constant Te of the
具体的には、図16のグラフに基づいて、Tm、Teをそれぞれ、負荷トルクの関数としてN次式により近似しておき、当該近似式に、前回算出時の電動モータ130の負荷トルクの推定値を代入することで、機械時定数Tm及び電気時定数Teを算出する。そして、当該算出した機械時定数Tm及び電気時定数Teを用いてモータノミナルモデルP(s)を生成(または更新)し、生成(または更新)したモータノミナルモデルP(s)により、回転速度の推定値ωeを算出する構成とした。
Specifically, based on the graph of FIG. 16, Tm and Te are approximated by an Nth order equation as a function of the load torque, and the load torque of the
なお、機械時定数Tm及び電気時定数Teを、例えば、1次式で表すと、以下のように表すことができる。 Note that the mechanical time constant Tm and the electrical time constant Te can be expressed as follows, for example, by a linear expression.
Tm=Cm×τe+Dm (Cm、Dmは定数)
Te=Ce×τe+De (Ce、Deは定数)
ただし、近似式は1次式に限定されないことはいうまでもない。
Tm = Cm × τ e + Dm (Cm and Dm are constants)
Te = Ce × τ e + De (Ce and De are constants)
However, it goes without saying that the approximate expression is not limited to a linear expression.
なお、機械時定数Tm及び電気時定数Teの導出方法は、近似式に限定されない。例えば、図16のグラフをテーブル化したものを予め作成しておき、算出時に、電動モータ130の負荷トルクの推定値τeに最も近い負荷トルクに対応する機械時定数Tm及び電気時定数Teを当該テーブルより導出するように構成してもよい。
The method for deriving the mechanical time constant Tm and the electrical time constant Te is not limited to the approximate expression. For example, a table of the graph of FIG. 16 is prepared in advance, and the mechanical time constant Tm and the electrical time constant Te corresponding to the load torque closest to the estimated value τe of the load torque of the
なお、上記近似式またはテーブルは、負荷トルクが0[Nm]から0.06[Nm]までの機械時定数及び電気時定数について記載した図16に基づいて作成することとしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、更に、広いレンジについて実験を行うことで得られた結果を用いて、近似式またはテーブルを作成するようにしてもよい。作成された近似式またはテーブルは、時定数導出部221に格納される。
The approximate expression or table is created based on FIG. 16 describing the mechanical time constant and the electric time constant when the load torque is 0 [Nm] to 0.06 [Nm]. It is not limited to this. For example, an approximate expression or a table may be created using results obtained by conducting an experiment over a wider range. The created approximate expression or table is stored in the time
<2.負荷トルク推定処理>
次に、電動モータの負荷トルクと機械時定数及び電気時定数との関係を反映するとともに、温度の変動に伴う修正を施した、負荷トルク推定処理の流れについて説明する。図17は、負荷トルク推定処理の流れを示すフローチャートである。
<2. Load torque estimation processing>
Next, the flow of the load torque estimation process that reflects the relationship between the load torque of the electric motor, the mechanical time constant, and the electrical time constant, and that has been corrected in accordance with temperature fluctuations will be described. FIG. 17 is a flowchart showing the flow of the load torque estimation process.
動作指示入力部203が動作開始指示を受信し、処理モード入力部204が処理モードに関する情報として"負荷トルク推定モード"を受信した場合に、推定部210では、負荷トルク推定処理を実行する。
When the operation
ステップS1701において、負荷トルク推定部212は、現在、コイル抵抗値管理部222において管理されている算出値(コイル抵抗値算出部213により算出されたコイル抵抗値の変動率Rt)を取得する。
In step S <b> 1701, the load
ステップS1702において、推定部210は、制御部200がタイミングT1で出力した制御値(電圧値Vctl1)を取得する。また、実測値入力部208が、タイミングT1で受信した回転速度の実測値ωdet1を取得する。
In step S1702, the
ステップS1703において、負荷トルク推定部212は、前回の負荷トルクの推定値を取得する。なお、ここでは、前回の負荷トルクの推定値が存在しないため、所定の初期値τe0を取得する。
In step S1703, the load
ステップS1704において、時定数導出部221は、ステップS1703において取得した負荷トルクの推定値(ここでは、初期値τe0)に対応する機械時定数及び電気時定数を、時定数導出部221に格納された近似式に基づいて導出する。ここでは、機械時定数Tm_τe0と電気時定数Te_τe0を導出する。
In step S1704, the time
ステップS1705において、回転速度推定部211は、機械時定数Tm_τe0及び電気時定数Te_τe0に基づいて、モータノミナルモデルP(s)1を生成する。更に、負荷トルク推定部212は、機械時定数Tm_τe0及び電気時定数Te_τe0に基づいて、トルク推定モデルTq(s)1を生成する。このとき、回転速度推定部211及び負荷トルク推定部212では、コイル抵抗値の変動率を用いた修正内容により、モータノミナルモデルP(s)1及びトルク推定モデルTq(s)1を修正する。具体的には、式4に基づいて、導出した機械時定数Tm_τe0にコイル抵抗値の変動率Rtをかけ合せることで、機械時定数Tm_τe0を修正する。また、式5に基づいて、導出した電気時定数Te_τe0をコイル抵抗値の変動率Rtで除算することで、電気時定数Te_τe0を修正する。更に、トルク推定モデルTq(s)1にあっては、式1に基づいて分母のR(コイル抵抗値)を修正する(R→R×Rt)。
In step S1705, the rotation
ステップS1706において、回転速度推定部211は回転速度の推定値ωe1を算出する。具体的には、ステップS1705において生成及び修正したモータノミナルモデルP(s)1に、ステップS1702において取得された制御値(電圧値Vctl1)をかけあわせることで、回転速度の推定値ωe1を算出する。
In step S1706, the rotation
ステップS1707において、負荷トルク推定部212は、ステップS1702で取得した回転速度の実測値ωdet1とステップS1706で算出した回転速度の推定値ωe1との差分値を算出する。
In step S1707, the load
更に、負荷トルク推定部212は、ステップS1705において生成及び修正したトルク推定モデルTq(s)1に、当該差分値をかけあわせることで、負荷トルクの推定値τe1を算出する。
Furthermore, the load
ステップS1707において負荷トルクの推定値τe1の算出が完了すると、ステップS1708に進む。ステップS1708において、推定部210は負荷トルク推定処理を終了するか否かを判定する。推定部210では、動作指示入力部203が動作停止指示を受信した場合に、負荷トルク推定処理を終了すると判定し、動作指示入力部203が動作停止指示を受信していない場合には、負荷トルク推定処理を維持すると判定する。
When the calculation of the estimated value τ e1 of the load torque is completed in step S1707, the process proceeds to step S1708. In step S1708, the
ステップS1708において、推定部210が負荷トルク推定処理を維持すると判定した場合には、次の制御周期まで待機し、次の制御周期において、再び、ステップS1702からの処理を実行する。
If it is determined in step S1708 that the
つまり、タイミングT2における制御値(電圧値Vctl2)、回転速度の実測値ωdet2を取得した後(ステップS1702)、前回の負荷トルクの推定値τe1を取得する。更に、前回の負荷トルクの推定値τe1に基づいて、機械時定数Tm_τe1と電気時定数Te_τe1を導出する(ステップS1703)。更に、導出した機械時定数Tm_τe1と電気時定数Te_τe1とによりモータノミナルモデルP(s)2及びトルク推定モデルTq(s)2を更新したうえで、コイル抵抗値の変動率Rtを用いて修正する(ステップS1705)。更に、回転速度の推定値ωe2を算出し(ステップS1706)、負荷トルクの推定値τe2を算出する(ステップS1707)。 That is, after obtaining the control value (voltage value V ctl2 ) at the timing T2 and the actual measured value ω det2 of the rotational speed (step S1702), the estimated value τ e1 of the previous load torque is obtained. Further, a mechanical time constant Tm_τ e1 and an electric time constant Te_τ e1 are derived based on the previous estimated value τ e1 of the load torque (step S1703). Further, after updating the motor nominal model P (s) 2 and the torque estimation model Tq (s) 2 with the derived mechanical time constant Tm_τ e1 and electrical time constant Te_τ e1 , the fluctuation rate R t of the coil resistance value is used. (Step S1705). Further, an estimated value ω e2 of the rotational speed is calculated (step S1706), and an estimated value τ e2 of the load torque is calculated (step S1707).
以下、次の制御周期においても同様の処理を繰り返す。これにより、各制御周期ごとに、前回の負荷トルクの推定値に応じた機械時定数及び電気時定数によりモータノミナルモデル及びトルク推定モデルが更新され、コイル抵抗値の変動率で修正されたうえで、今回の負荷トルクの推定値が算出される。この結果、電動モータ130の負荷トルクの大きさ及び温度に関わらず負荷トルクの推定値を精度よく算出することが可能となる。
Thereafter, similar processing is repeated in the next control cycle. As a result, at each control cycle, the motor nominal model and the torque estimation model are updated with the mechanical time constant and the electrical time constant corresponding to the previous estimated value of the load torque, and corrected with the fluctuation rate of the coil resistance value. The estimated value of the load torque this time is calculated. As a result, it is possible to accurately calculate the estimated value of the load torque regardless of the magnitude and temperature of the load torque of the
<3.コイル抵抗値算出処理及び故障診断処理>
本実施形態に係る制御装置100によるコイル抵抗値算出処理は、上記第1の実施形態において図10を用いて説明したコイル抵抗値算出処理と同じであるため、ここでは説明を省略する。
<3. Coil resistance value calculation process and fault diagnosis process>
The coil resistance value calculation process performed by the
一方、本実施形態に係る制御装置100による故障診断処理は、上記第1の実施形態において図12を用いて説明した故障診断処理と、ステップS1204及びステップS1205を除いて同じである。このため、ここではステップS1204及びステップS1205について説明する。
On the other hand, the failure diagnosis process performed by the
本実施形態に係る制御装置100の場合、ステップS1204において、時定数導出部221は、基準負荷トルクに対応する機械時定数Te_τe0及び電気時定数Te_τe0を導出する。なお、基準負荷トルクとは、所定の条件(負荷トルクτ=0)が成立した状態で電動モータ130にかかる負荷トルクを指す。
In the case of the
ステップS1205において、回転速度推定部211は、ステップS1204において導出した機械時定数Te_τe0及び電気時定数Te_τe0に基づいて、モータノミナルモデルP(s)1を生成する。このとき、回転速度推定部211では、コイル抵抗値の変動率Rtを用いた修正内容により、モータノミナルモデルP(s)1を修正する。具体的には、式4に基づいて、導出した機械時定数Tm_τe0にコイル抵抗値の変動率Rtをかけ合せることで、機械時定数Tm_τe0を修正する。また、式5に基づいて、導出した電気時定数Te_τe0をコイル抵抗値の変動率Rtで除算することで、電気時定数Te_τe0を修正する。
In step S1205, the rotation
<4.まとめ>
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る制御装置では、
・制御対象である電動モータのモータノミナルモデル及び電動モータに係る負荷トルクを推定するための負荷トルク推定モデルを同定した。また、電動モータを制御するための制御値(電圧値)と、電動モータの回転速度の実測値とを用いて、同定したモータノミナルモデル及びトルク推定モデルにより、電動モータの負荷トルクを推定する構成とした。
・モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを同定するにあたっては、機械時定数及び電気時定数が、電動モータの負荷トルクに応じて変動する点に着目した。また、機械時定数及び電気時定数に含まれるコイル抵抗値が、温度に応じて変動する点に着目した。
・各負荷トルクにおける機械時定数及び電気時定数は、予め、実験的に求めておき、N次式の近似式で近似するか、テーブルに格納しておく構成とした。
・n−1回目(nは2以上の整数)の制御周期で算出された負荷トルクの推定値に基づいて、n回目の制御周期における機械時定数及び電気時定数を導出し、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを生成する構成とした。更に、温度に応じたコイル抵抗値の変動率により生成したモータノミナルモデル及びトルク推定モデルを修正する構成とした。
・n回目の制御周期で取得した、制御値(電圧値)と電動モータの回転速度の実測値と、生成及び修正後のモータノミナルモデル及びトルク推定モデルとを用いて、n回目の制御周期における負荷トルクの推定値を算出する構成とした。
<4. Summary>
As is clear from the above description, in the control device according to the present embodiment,
-The motor nominal model of the electric motor to be controlled and the load torque estimation model for estimating the load torque related to the electric motor were identified. Also, a configuration for estimating the load torque of the electric motor by using the identified motor nominal model and torque estimation model using the control value (voltage value) for controlling the electric motor and the actual measured value of the rotational speed of the electric motor. It was.
-In identifying the motor nominal model and the torque estimation model, we focused on the fact that the mechanical time constant and the electric time constant fluctuate according to the load torque of the electric motor. Further, the inventors have focused on the point that the coil resistance value included in the mechanical time constant and the electrical time constant varies depending on the temperature.
The mechanical time constant and the electric time constant at each load torque are obtained experimentally in advance and approximated by an approximate expression of the Nth order or stored in a table.
Based on the estimated value of the load torque calculated in the (n-1) th control cycle (n is an integer equal to or greater than 2), the mechanical time constant and the electrical time constant in the nth control cycle are derived, and the motor nominal model and The torque estimation model is generated. Further, the motor nominal model and the torque estimation model generated by the variation rate of the coil resistance value according to the temperature are modified.
Using the control value (voltage value), the actual measured value of the rotational speed of the electric motor, the motor nominal model and the torque estimation model after generation and correction, acquired in the nth control cycle, in the nth control cycle The estimated value of the load torque is calculated.
これにより、電動モータの負荷トルクの大きさ及び温度が変動することによって、負荷トルクの推定値の誤差が大きくなるといった従来の問題を回避することが可能となる。この結果、電動モータの負荷トルクの推定精度を向上させることが可能になる。 As a result, it is possible to avoid the conventional problem that the error of the estimated value of the load torque increases due to fluctuations in the magnitude and temperature of the load torque of the electric motor. As a result, it is possible to improve the estimation accuracy of the load torque of the electric motor.
[第3の実施形態]
上記第1及び第2の実施形態では、制御装置100の適用先について特に言及しなかったが、制御装置100は、例えば、MFP(Multi-Function Peripheral)等の画像形成装置に適用することができる。
[Third Embodiment]
In the first and second embodiments, the application destination of the
<1.画像形成装置の概略構成>
図18は、制御装置100を画像形成装置1800に適用した場合の概略構成を示す図である。制御装置100を画像形成装置1800に適用した場合、制御装置100の制御対象は、例えば、印刷媒体を搬送する搬送装置を駆動するためのDCモータとなる。また、制御装置100に対する指示は本体制御装置1810から送信され、制御装置100では、本体制御装置1810からの指示に基づいて、印刷媒体の搬送を制御する。
<1. Schematic configuration of image forming apparatus>
FIG. 18 is a diagram illustrating a schematic configuration when the
具体的には、本体制御装置1810から送信される、制御情報、処理モードに関する情報、温度データに基づいて、制御装置100が負荷トルク推定プログラム110を実行する。また、負荷トルク推定プログラム110を実行することで出力される、負荷トルクの推定値及び故障診断結果は、本体制御装置1810に送信される。
Specifically, the
なお、本体制御装置1810には、ユーザからの各種操作を受け付ける操作装置1820と、制御装置100により搬送が制御された印刷媒体に画像データを印刷する印刷装置1830とが接続されている。更に、本体制御装置1810には、画像形成装置1800の外部温度を計測する温度センサ1840が接続されており、本体制御装置1810では、温度センサ1840により計測された温度データを制御装置100に送信する。
Note that an
<2.画像形成装置における制御装置の動作>
次に、画像形成装置1800に適用された制御装置100の処理について図19を参照しながら説明する。図19は、画像形成装置1800の処理モードと、制御装置100において実行される各種処理(コイル抵抗値算出処理、負荷トルク推定処理、故障診断処理)との関係を示した図である。
<2. Operation of control device in image forming apparatus>
Next, processing of the
画像形成装置1800の主電源が投入されると、画像形成装置1800が起動し、図19に示すように、処理モードが"起動モード"となる。起動モードで起動した場合、本体制御装置1810では、制御装置100に対して、処理モードに関する情報として"コイル抵抗値算出モード"を送信する。また、制御装置100に対して、所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。
When the main power supply of the
これにより、制御装置100では、所定の条件(負荷トルクτ=0)のもと、目標回転速度で電動モータ130が動作するよう制御する。この結果、画像形成装置1800では、起動時のイニシャル動作として、印刷媒体を非搬送状態として搬送装置を動作させる"空回し動作"が行われることとなる。
Thereby, the
所定時間の空回し動作が行われた後、本体制御装置1810では、制御装置100に対して、動作停止指示を送信する。これにより、電動モータ130が停止し、画像形成装置1800ではイニシャル動作を終了する。
After the idling operation for a predetermined time is performed, the main
ここで、画像形成装置1800による起動時のイニシャル動作に応じて、制御装置100の推定部210では、コイル抵抗値算出処理を実行する。これにより、制御装置100の推定部210では、起動時に、コイル抵抗値管理部222に管理されているコイル抵抗値の変動率を更新することができる。
Here, in accordance with the initial operation at the time of activation by the
なお、この時点では印刷装置1830による印刷処理が行われていないため、画像形成装置1800の内部温度は上昇しておらず、概ね画像形成装置1800の外部温度と等しい内部温度となっている。
At this time, since the printing process by the
ここで、操作装置1820に対してユーザが各種設定操作を行い、印刷開始を指示するスタートボタンが押圧されると、本体制御装置1810では印刷モードに遷移する。印刷モードに遷移すると、画像形成装置1800では、制御装置100に対して、処理モードに関する情報として、"負荷トルク推定モード"を送信する。また、制御装置100に対して所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。
Here, when the user performs various setting operations on the
これにより、制御装置100の制御部200では電動モータ130の制御を開始し、搬送装置が印刷媒体の搬送を行う。また、印刷装置1830では、搬送された印刷媒体に対して印刷処理を行う。印刷装置1830による印刷処理が、複数枚の印刷媒体に対して行われる場合、印刷処理の間、制御装置100の制御部200による電動モータ130の制御が継続する。また、制御装置100の推定部210による負荷トルク推定処理が継続し、算出された負荷トルクの推定値が本体制御装置1810に送信される。
Accordingly, the
画像形成装置1800では、所定枚数の印刷媒体について印刷処理を行うと、一旦、補正モードに遷移し、印刷装置1830では各種補正処理を実行する。また、本体制御装置1810では、制御装置100に対して、処理モードに関する情報として"コイル抵抗値算出モード"を送信する。更に、制御装置100に対して所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。
When the
これにより、制御装置100では、所定の条件(負荷トルクτ=0)のもと、目標回転速度で電動モータ130を動作させるよう制御する。この結果、画像形成装置1800では、補正モードにおけるイニシャル動作として、印刷媒体を非搬送状態として搬送装置を動作させる"空回し動作"が行われることとなる。
As a result, the
所定時間の空回し動作が行われた後、本体制御装置1810では、制御装置100に対して、動作停止指示を送信する。これにより、電動モータ130が停止し、画像形成装置1800では、イニシャル動作を終了する。
After the idling operation for a predetermined time is performed, the main
ここで、画像形成装置1800による補正モードにおけるイニシャル動作に応じて、制御装置100の推定部210では、コイル抵抗値算出処理を実行する。これにより、制御装置100の推定部210では、補正モード中に、コイル抵抗値管理部222に管理されているコイル抵抗値の変動率を更新することができる。
Here, in accordance with the initial operation in the correction mode by the
なお、この時点では印刷装置1830による印刷処理が行われているため、画像形成装置1800の内部温度は上昇している。つまり、補正モードにおいてコイル抵抗値の変動率が更新されると、以降の印刷モードでは、上昇した内部温度に応じたコイル抵抗値の変動率により修正されたモータノミナルモデル及びトルク推定モデルを用いて負荷トルク推定処理を行うことができる。
At this point, since the printing process is being performed by the
補正モードが終了すると、画像形成装置1800では印刷モードに遷移する。印刷モードに遷移すると、本体制御装置1810では、制御装置100に対して、処理モードに関する情報として、"負荷トルク推定モード"を送信する。また、制御装置100に対して所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。
When the correction mode ends, the
これにより、制御装置100の制御部200では再び電動モータ130の制御を開始し、搬送装置による印刷媒体の搬送を行う。また、印刷装置1830では、搬送された印刷媒体に対して印刷処理を行う。なお、印刷装置1830による印刷処理の間、制御装置100の推定部210による負荷トルク推定処理が継続し、算出された負荷トルクの推定値が本体制御装置1810に送信される。
Thereby, the
以降、画像形成装置1800では、所定枚数の印刷媒体に対する印刷処理が行われるごとに補正モードに遷移し、イニシャル動作を行った後、印刷モードに遷移する動作を繰り返す。そして、制御装置100では、補正モードに遷移するたびにコイル抵抗値算出処理を実行し、印刷モードに遷移している間は負荷トルク推定処理を実行する。
Thereafter, the
なお、図19の例では、所定枚数の印刷媒体に対する印刷処理が行われたのと同時に、ユーザにより設定された枚数の印刷媒体に対する印刷処理も完了している。このため、画像形成装置1800では、印刷モードから補正モードに遷移した後、非印刷状態となっている。
In the example of FIG. 19, the printing process for the number of print media set by the user is completed simultaneously with the printing process for the predetermined number of print media. Therefore, the
非印刷状態が所定時間継続すると、画像形成装置1800では、省エネモードに遷移する。省エネモードでは、駆動用電源が遮断される。なお、印刷装置1830による印刷処理中は画像形成装置1800の内部温度は外部温度よりも高くなっていたところ、印刷モードが完了してから所定時間が経過すると、外部温度と概ね同じ温度まで下がる。
When the non-printing state continues for a predetermined time, the
画像形成装置1800の内部温度が外部温度と概ね同じ温度まで下がったと判定した場合、本体制御装置1810では、制御装置100に対して処理モードに関する情報として、"故障診断モード"を送信する。また、制御装置100に対して所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。これにより、制御装置100の推定部210では、故障診断処理を実行し、電動モータ130を含む駆動系における故障の有無を判定する。
When it is determined that the internal temperature of the
なお、本体制御装置1810では、印刷装置1830による印刷処理が終了してから所定時間(例えば、5〜10分)が経過した場合に、画像形成装置1800の内部温度が外部温度と概ね同じ温度まで下がったと判定する。
Note that in the main
印刷処理が終了してから所定時間が経過したことは、例えば、本体制御装置1810が動作停止指示を送信し、電動モータ130の停止状態が所定時間継続したことをもって判定してもよい。あるいは、省エネモードに遷移してから所定時間が経過したことをもって判定してもよい。あるいは、駆動用電源が遮断されてから所定時間が経過したことをもって判定してもよい。あるいは、画像形成装置1800の主電源が遮断されてから所定時間が経過してことをもって判定してもよい。いずれにしても、画像形成装置1800の内部温度が外部温度と概ね同じ温度まで下がったと判定できる状態になった場合に、本体制御装置1810では、制御装置100に対して処理モードに関する情報として"故障診断モード"を送信する。これにより、制御装置100の推定部210では故障診断処理が実行される。
For example, the
省エネモードに遷移した後、操作装置1820に対してユーザ操作が行われると、画像形成装置1800では、省エネモード解除状態となり駆動用電源が投入される。また、省エネモード解除状態になると、本体制御装置1810では、制御装置100に対して、処理モードに関する情報として"コイル抵抗値算出モード"を送信する。更に、制御装置100に対して所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。
After the transition to the energy saving mode, when a user operation is performed on the
これにより、制御装置100の制御部200では、所定の条件(負荷トルクτ=0)のもと、目標回転速度で電動モータ130が動作するよう制御する。この結果、画像形成装置1800では、省エネモード解除後のイニシャル動作として、印刷媒体を非搬送状態として搬送装置を動作させる"空回し動作"が行われることとなる。
Thereby, the
所定時間の空回し動作が行われた後、本体制御装置1810では、制御装置100に対して、動作停止指示を送信する。これにより、電動モータ130が停止し、画像形成装置1800では、イニシャル動作を終了する。
After the idling operation for a predetermined time is performed, the main
ここで、画像形成装置1800による省エネモード解除後のイニシャル動作に応じて、制御装置100の推定部210では、コイル抵抗値算出処理を実行する。これにより、制御装置100の推定部210では、省エネモード解除後に、コイル抵抗値管理部222に管理されているコイル抵抗値の変動率を更新することができる。
Here, in accordance with the initial operation after the energy saving mode is canceled by the
<3.画像形成装置の内部温度と負荷トルクの推定値との関係>
次に、画像形成装置1800の内部温度と負荷トルクの推定値との関係について説明する。図20は、画像形成装置1800の内部温度と負荷トルクの推定値との関係を示す図である。
<3. Relationship between internal temperature of image forming apparatus and estimated value of load torque>
Next, the relationship between the internal temperature of the
図20(a)は、横軸が時間を表しており、縦軸は電動モータ130に実際にかかっている負荷トルクτを示している。図20(a)の例では、一定時間、同じ大きさの負荷トルクをかけた後、時間の経過とともに負荷トルクを増加させ、所定の負荷トルクに達した後は、時間の経過とともに負荷トルクを減少させる。そして、はじめの負荷トルクに戻した後は、再び、一定時間、同じ大きさの負荷トルクをかけている。
In FIG. 20A, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the load torque τ actually applied to the
図20(b)は、横軸が時間を表しており、縦軸は画像形成装置1800の内部温度を示している。図20(b)の例では、時間の経過とともに画像形成装置1800の内部温度が上昇していき、所定の温度に達した後は、当該温度が維持されている。
In FIG. 20B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the internal temperature of the
図20(c)は、横軸が時間を表しており、縦軸は負荷トルクの推定値τeを示している。画像形成装置1800の内部温度の上昇したことで、コイル抵抗値が変動するため、図20(c)の例では、コイル抵抗値算出処理が実行されるまでの間、実際の負荷トルク(図20(c)の点線2001)よりも、負荷トルクの推定値(図20(c)の実線2000)が高く算出されることとなる。
In FIG. 20C, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the estimated value τ e of the load torque. Since the coil resistance value fluctuates due to an increase in the internal temperature of the
一方、コイル抵抗値算出処理が実行され、コイル抵抗値の変動率が更新されると、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルが修正されるため、負荷トルクの推定値は、実際の負荷トルクに概ね等しくなる(図20(c)の実線2003)。つまり、コイル抵抗値算出処理が実行されなければ、温度上昇に伴う誤差が含まれていたところ(図20(c)の点線2002)、コイル抵抗値算出処理が実行されることで、温度上昇に伴う誤差が排除されることとなる。
On the other hand, when the coil resistance value calculation process is executed and the fluctuation rate of the coil resistance value is updated, the motor nominal model and the torque estimation model are corrected. Therefore, the estimated value of the load torque is approximately equal to the actual load torque. (
このように、コイル抵抗値算出処理が実行されることで、制御対象の状態(温度)が変化したことに応じて更新されたコイル抵抗値の変動率がモータノミナルモデルとトルク推定モデルとに反映されるため、電動モータの負荷トルクの推定精度が向上する。 As described above, by executing the coil resistance value calculation process, the fluctuation rate of the coil resistance value updated in response to the change in the state (temperature) of the control target is reflected in the motor nominal model and the torque estimation model. Therefore, the estimation accuracy of the load torque of the electric motor is improved.
[第4の実施形態]
上記第1及び第2の実施形態では、制御対象である電動モータの状態の変化として、回転速度と負荷トルクとを挙げた。そして、それぞれについて別々に実験を行うことで、回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係、及び、負荷トルクと機械時定数及び電気時定数との関係を求め、それぞれについて近似式またはテーブルを作成する構成とした。
[Fourth Embodiment]
In the first and second embodiments, the rotation speed and the load torque are cited as changes in the state of the electric motor that is the control target. Then, by conducting an experiment separately for each, the relationship between the rotational speed, the mechanical time constant and the electrical time constant, and the relationship between the load torque, the mechanical time constant and the electrical time constant are obtained, and an approximate expression or table is obtained for each. It was set as the structure which creates.
しかしながら、本発明はこれに限定されず、回転速度と負荷トルクの両方の影響を考慮して、機械時定数及び電気時定数の変動について、近似式またはテーブルを作成するように構成してもよい。 However, the present invention is not limited to this, and an approximate expression or a table may be created for fluctuations in the mechanical time constant and the electric time constant in consideration of the effects of both the rotational speed and the load torque. .
具体的には、回転速度と負荷トルクの種々の組み合わせについて実験を行い、電気時定数及び機械時定数を求めておき、各制御周期において、回転速度の実測値と前回の負荷トルクの推定値とを用いて、電気時定数及び機械時定数を導出するように構成してもよい。 Specifically, experiments were performed on various combinations of rotational speed and load torque, electric time constants and mechanical time constants were obtained, and in each control cycle, the actual value of rotational speed and the previous estimated value of load torque were May be used to derive the electrical time constant and the mechanical time constant.
これにより、より高い精度で、負荷トルクの推定値を算出することが可能となる。 Thereby, it is possible to calculate the estimated value of the load torque with higher accuracy.
[第5の実施形態]
上記第1及び第2の実施形態では、各制御周期ごとに、機械時定数及び電気時定数の両方を導出する構成としたが、本発明はこれに限定されない。図8及び図16に示すように、回転速度または負荷トルクの変化に伴う機械時定数の変動と、回転速度または負荷トルクの変化に伴う電気時定数の変動とを比較すると、機械時定数の変動の方が大きい。
[Fifth Embodiment]
In the first and second embodiments, both the mechanical time constant and the electrical time constant are derived for each control cycle. However, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 8 and FIG. 16, when the fluctuation of the mechanical time constant due to the change of the rotational speed or the load torque is compared with the fluctuation of the electric time constant accompanying the change of the rotational speed or the load torque, the fluctuation of the mechanical time constant Is bigger.
したがって、各制御周期ごとに、機械時定数のみを導出し、電気時定数は、所定の値を予め代入しておく構成としてもよい。 Therefore, only a mechanical time constant may be derived for each control period, and a predetermined value may be substituted in advance for the electrical time constant.
[第6の実施形態]
上記第1及び第2の実施形態では、回転速度の実測値をフィードバックし、電動モータ130が目標回転速度で回転するように、制御装置100がフィードバック制御を行う場合について説明した。あるいは、位置情報の実測値をフィードバックし、電動モータ130が目標位置に回転するように、制御装置100がフィードバック制御を行う場合について説明した。
[Sixth Embodiment]
In the first and second embodiments, the case has been described in which the
しかしながら、本発明において、制御装置100が行う制御は、これに限定されるものではない。例えば、目標回転速度から速度フィードフォワード制御を行うように構成してもよいし、目標位置から位置フィードフォワード制御を行うように構成してもよい。
However, in the present invention, the control performed by the
[第7の実施形態]
上記第3の実施形態では、制御装置100の適用先として画像形成装置1800を例示したが、本発明はこれに限定されず、自動車やロボット、アミューズメント機器等にも適用可能である。
[Seventh Embodiment]
In the third embodiment, the
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the configuration shown here, such as a combination with other elements in the configuration described in the above embodiment. These points can be changed without departing from the spirit of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form.
100 :制御装置
101 :CPU
102 :ROM
103 :RAM
104 :記憶装置
105 :インタフェース部
106 :バス
110 :負荷トルク推定プログラム
120 :モータ駆動装置
130 :電動モータ
140 :位置/回転速度検出部
150 :入力部
160 :表示部
200 :制御部
201 :目標回転速度入力部
202 :目標位置入力部
203 :動作指示入力部
204 :処理モード入力部
205 :温度データ入力部
206 :推定トルク値出力部
207 :診断結果出力部
208 :実測値入力部
209 :制御値出力部
210 :推定部
211 :回転速度推定部
212 :負荷トルク推定部
213 :コイル抵抗値算出部
214 :故障診断部
221 :時定数導出部
222 :コイル抵抗値管理部
1800 :画像形成装置
1810 :本体制御装置
1820 :操作装置
1830 :印刷装置
1840 :温度センサ
100: Control device 101: CPU
102: ROM
103: RAM
104: Storage device 105: Interface unit 106: Bus 110: Load torque estimation program 120: Motor drive device 130: Electric motor 140: Position / rotation speed detection unit 150: Input unit 160: Display unit 200: Control unit 201: Target rotation Speed input unit 202: Target position input unit 203: Operation instruction input unit 204: Processing mode input unit 205: Temperature data input unit 206: Estimated torque value output unit 207: Diagnosis result output unit 208: Actual value input unit 209: Control value Output unit 210: Estimating unit 211: Rotational speed estimating unit 212: Load torque estimating unit 213: Coil resistance value calculating unit 214: Failure diagnosis unit 221: Time constant deriving unit 222: Coil resistance value managing unit 1800: Image forming apparatus 1810: Main body control device 1820: operation device 1830: printing device 1840: temperature sensor Sensor
Claims (16)
前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出手段と、
前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出手段と、を有し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする制御装置。 A control device for controlling an electric motor,
Derivation means for deriving a mechanical time constant and an electric time constant of the electric motor corresponding to an actual measurement value of the rotation speed of the electric motor;
An estimated value of the rotational speed of the electric motor calculated by inputting a control value for controlling the electric motor to the motor nominal model updated with the derived mechanical time constant and electric time constant, and the electric motor Calculation means for calculating an estimated value of the load torque of the electric motor by inputting the measured value of the rotational speed of the motor to a torque estimation model updated by the derived mechanical time constant and electrical time constant. Have
The motor nominal model and the torque estimation model that are updated when calculating the estimated value are determined in advance according to a difference value between the estimated value and the actually measured value when the electric motor is controlled under a predetermined condition. A control device that is corrected based on the correction content.
前記電動モータを制御する制御値に基づいてモータノミナルモデルを用いて算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とをトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出手段と、
前記算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出手段と、を有し、
前記算出手段は、
n−1回目(nは2以上の整数)の制御周期で算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記機械時定数及び電気時定数により更新された前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルを用いて、n回目の制御周期における前記負荷トルクの推定値を算出し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする制御装置。 A control device for controlling an electric motor,
By inputting an estimated value of the rotational speed of the electric motor calculated using a motor nominal model based on a control value for controlling the electric motor and an actual measured value of the rotational speed of the electric motor to the torque estimation model. Calculating means for calculating an estimated value of the load torque of the electric motor;
Deriving means for deriving a mechanical time constant and an electric time constant of the electric motor corresponding to the calculated estimated value of the load torque,
The calculating means includes
The motor nominal model and the torque estimation model updated with the mechanical time constant and the electrical time constant corresponding to the estimated value of the load torque calculated in the (n-1) th (n is an integer of 2 or more) control cycle. And calculating an estimated value of the load torque in the nth control cycle,
The motor nominal model and the torque estimation model that are updated when calculating the estimated value are the difference values between the estimated value of the rotational speed and the measured value of the rotational speed when the electric motor is controlled under a predetermined condition. A control device that is corrected based on a predetermined correction content accordingly.
前記所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値に応じて決定された、前記電動モータのコイル抵抗値の変動率を用いて、修正されることを特徴とする請求項1または2に記載の制御装置。 The mechanical time constant and electrical time constant are:
Using the variation rate of the coil resistance value of the electric motor determined according to the difference value between the estimated value of the rotational speed and the measured value of the rotational speed when the electric motor is controlled under the predetermined condition The control device according to claim 1, wherein the control device is modified.
前記判定手段により所定の範囲内に収まっていないと判定された場合に、前記電動モータによる駆動が正常でないと診断する診断手段と
を更に有することを特徴とする請求項1または2に記載の制御装置。 Using the motor nominal model corrected based on the correction content determined in advance according to the ambient temperature of the electric motor, the estimated value and the measured value when the electric motor is controlled under a predetermined condition Determining means for determining whether or not the difference value is within a predetermined range;
3. The control according to claim 1, further comprising: a diagnosis unit that diagnoses that the drive by the electric motor is not normal when it is determined by the determination unit that the drive is not within a predetermined range. apparatus.
前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出手段と、
前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出手段と、を有し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus that controls an electric motor for conveying a print medium and prints an image on the print medium,
Derivation means for deriving a mechanical time constant and an electric time constant of the electric motor corresponding to an actual measurement value of the rotation speed of the electric motor;
An estimated value of the rotational speed of the electric motor calculated by inputting a control value for controlling the electric motor to the motor nominal model updated with the derived mechanical time constant and electric time constant, and the electric motor Calculation means for calculating an estimated value of the load torque of the electric motor by inputting the measured value of the rotational speed of the motor to a torque estimation model updated by the derived mechanical time constant and electrical time constant. Have
The motor nominal model and the torque estimation model that are updated when calculating the estimated value are determined in advance according to a difference value between the estimated value and the actually measured value when the electric motor is controlled under a predetermined condition. An image forming apparatus that is corrected based on correction contents.
前記電動モータを制御する制御値に基づいてモータノミナルモデルを用いて算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とをトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出手段と、
前記算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出手段と、を有し、
前記算出手段は、
n−1回目(nは2以上の整数)の制御周期で算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記機械時定数及び電気時定数により更新された前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルを用いて、n回目の制御周期における前記負荷トルクの推定値を算出し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、前記印刷媒体の非搬送状態において前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus that controls an electric motor for conveying a print medium and prints an image on the print medium,
By inputting an estimated value of the rotational speed of the electric motor calculated using a motor nominal model based on a control value for controlling the electric motor and an actual measured value of the rotational speed of the electric motor to the torque estimation model. Calculating means for calculating an estimated value of the load torque of the electric motor;
Deriving means for deriving a mechanical time constant and an electric time constant of the electric motor corresponding to the calculated estimated value of the load torque,
The calculating means includes
The motor nominal model and the torque estimation model updated with the mechanical time constant and the electrical time constant corresponding to the estimated value of the load torque calculated in the (n-1) th (n is an integer of 2 or more) control cycle. And calculating an estimated value of the load torque in the nth control cycle,
The motor nominal model and the torque estimation model that are updated when the estimated value is calculated include an estimated value of the rotational speed and an actual measured value of the rotational speed when the electric motor is controlled in a non-transport state of the print medium. The image forming apparatus is corrected based on a correction content that is determined in advance according to the difference value.
前記判定手段により所定の範囲内に収まっていないと判定された場合に、前記電動モータによる駆動が正常でないと診断する診断手段と
を更に有することを特徴とする請求項6または7に記載の画像形成装置。 The estimated value when the electric motor is controlled in the non-conveyance state of the print medium using the motor nominal model corrected based on the correction content predetermined according to the internal temperature of the image forming apparatus. Determination means for determining whether or not a difference value from the actual measurement value is within a predetermined range;
8. The image according to claim 6, further comprising: a diagnosis unit that diagnoses that the drive by the electric motor is not normal when it is determined by the determination unit that the drive is not within a predetermined range. Forming equipment.
前記印刷媒体の非搬送状態において、ユーザからの指示に基づいて前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値が、所定の範囲内に収まっているか否かを判定することを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 The determination means includes
It is determined whether or not a difference value between the estimated value and the measured value when the electric motor is controlled based on an instruction from a user in a non-conveying state of the print medium is within a predetermined range. The image forming apparatus according to claim 8.
前記印刷媒体の非搬送状態において、前記画像形成装置の内部温度が外部温度に略等しいと判定されたことで前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値が、所定の範囲内に収まっているか否かを判定することを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 The determination means includes
In a non-conveying state of the print medium, a difference value between the estimated value and the actually measured value when the electric motor is controlled by determining that the internal temperature of the image forming apparatus is substantially equal to the external temperature is a predetermined value. The image forming apparatus according to claim 8, wherein the image forming apparatus determines whether the image is within the range.
前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出工程と、
前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出工程と、を有し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする制御方法。 A control method in a control device for controlling an electric motor,
A derivation step for deriving a mechanical time constant and an electric time constant of the electric motor corresponding to an actual measurement value of the rotation speed of the electric motor;
An estimated value of the rotational speed of the electric motor calculated by inputting a control value for controlling the electric motor to the motor nominal model updated with the derived mechanical time constant and electric time constant, and the electric motor A calculation step of calculating an estimated value of the load torque of the electric motor by inputting the measured value of the rotation speed to the torque estimation model updated by the derived mechanical time constant and electric time constant. Have
The motor nominal model and the torque estimation model that are updated when calculating the estimated value are determined in advance according to a difference value between the estimated value and the actually measured value when the electric motor is controlled under a predetermined condition. A control method characterized by correction based on the correction content.
前記電動モータを制御する制御値に基づいてモータノミナルモデルを用いて算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とをトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出工程と、
前記算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出工程と、を有し、
前記算出工程は、
n−1回目(nは2以上の整数)の制御周期で算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記機械時定数及び電気時定数により更新された前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルを用いて、n回目の制御周期における前記負荷トルクの推定値を算出し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする制御方法。 A control method in a control device for controlling an electric motor,
By inputting an estimated value of the rotational speed of the electric motor calculated using a motor nominal model based on a control value for controlling the electric motor and an actual measured value of the rotational speed of the electric motor to the torque estimation model. Calculating a load torque estimated value of the electric motor;
A derivation step for deriving a mechanical time constant and an electric time constant of the electric motor corresponding to the calculated estimated value of the load torque,
The calculation step includes
The motor nominal model and the torque estimation model updated with the mechanical time constant and the electrical time constant corresponding to the estimated value of the load torque calculated in the (n-1) th (n is an integer of 2 or more) control cycle. And calculating an estimated value of the load torque in the nth control cycle,
The motor nominal model and the torque estimation model that are updated when calculating the estimated value are the difference values between the estimated value of the rotational speed and the measured value of the rotational speed when the electric motor is controlled under a predetermined condition. The control method is characterized in that the correction is performed based on a predetermined correction content.
前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出工程と、
前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出工程と、を実行させるためのプログラムであって、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とするプログラム。 In the computer of the control device that controls the electric motor,
A derivation step for deriving a mechanical time constant and an electric time constant of the electric motor corresponding to an actual measurement value of the rotation speed of the electric motor;
An estimated value of the rotational speed of the electric motor calculated by inputting a control value for controlling the electric motor to the motor nominal model updated with the derived mechanical time constant and electric time constant, and the electric motor A calculation step of calculating an estimated value of the load torque of the electric motor by inputting the measured value of the rotation speed to the torque estimation model updated by the derived mechanical time constant and electric time constant. A program for executing the program,
The motor nominal model and the torque estimation model that are updated when calculating the estimated value are determined in advance according to a difference value between the estimated value and the actually measured value when the electric motor is controlled under a predetermined condition. A program that is modified based on the modification content.
前記電動モータを制御する制御値に基づいてモータノミナルモデルを用いて算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とをトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出工程と、
前記算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出工程と、を実行させるためのプログラムであって、
前記算出工程は、
n−1回目(nは2以上の整数)の制御周期で算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記機械時定数及び電気時定数により更新された前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルを用いて、n回目の制御周期における前記負荷トルクの推定値を算出し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とするプログラム。 In the computer of the control device that controls the electric motor,
By inputting an estimated value of the rotational speed of the electric motor calculated using a motor nominal model based on a control value for controlling the electric motor and an actual measured value of the rotational speed of the electric motor to the torque estimation model. Calculating a load torque estimated value of the electric motor;
A derivation step for deriving a mechanical time constant and an electric time constant of the electric motor corresponding to the calculated estimated value of the load torque,
The calculation step includes
The motor nominal model and the torque estimation model updated with the mechanical time constant and the electrical time constant corresponding to the estimated value of the load torque calculated in the (n-1) th (n is an integer of 2 or more) control cycle. And calculating an estimated value of the load torque in the nth control cycle,
The motor nominal model and the torque estimation model that are updated when calculating the estimated value are the difference values between the estimated value of the rotational speed and the measured value of the rotational speed when the electric motor is controlled under a predetermined condition. A program that is modified based on a predetermined content of modification.
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