JP3196311B2 - 電動機の速度推定オブザーバ - Google Patents
電動機の速度推定オブザーバInfo
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は速度検出器にパルスエ
ンコーダを用いた速度制御系の極低速域における電動機
の速度推定オブザーバに関するものである。
ンコーダを用いた速度制御系の極低速域における電動機
の速度推定オブザーバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】パルスエンコーダを用いた電動機の速度
制御系では極低速域において、エンコーダパルス間隔が
速度制御周期より長くなり、その速度制御周期において
正確な速度情報が得られなくなる。このため、極低速域
では速度制御系が以下に述べるように不安定になること
が知られている。
制御系では極低速域において、エンコーダパルス間隔が
速度制御周期より長くなり、その速度制御周期において
正確な速度情報が得られなくなる。このため、極低速域
では速度制御系が以下に述べるように不安定になること
が知られている。
【０００３】電動機の回転軸に連結されたパルスエンコ
ーダは電動機の低速域で図６（ｃ）に示すようなパルス
を発生する。すなわち、電動機の低速域での時間ｔに対
する回転速度ｎMは図６（ａ）に示すように直線的に変
化するが、時間ｔに対する位置θは図６（ｂ）に示すよ
うに曲線的に変化する。従って、パルスエンコーダに得
られるパルスは時間ｔの経過とともにパルス間隔が図６
（ｃ）のように狭くなってくる。図６（ｃ）のパルス情
報からその情報が変化したときに、パルス間隔Ｔ p(j) と
パルス変化量とによりパルス間隔Ｔ p(j) 間の平均速度ｎ
M(j) （平均速度を示すための符号である上部の横線は省
略してあるが、図６には付してある）が図６（ｄ）に示
すように求まる。このため、パルス間隔Ｔ p(j) が速度制
御周期より長いと、この間の速度が検出できないため、
前回値の平均速度ｎ M(j-1) （平均速度を示すための符号
である上部の横線は省略してあるが、図６には付してあ
る）を使用する。そのため真値速度ｎMとの偏差が大き
くなり、速度制御が不安定となる。
ーダは電動機の低速域で図６（ｃ）に示すようなパルス
を発生する。すなわち、電動機の低速域での時間ｔに対
する回転速度ｎMは図６（ａ）に示すように直線的に変
化するが、時間ｔに対する位置θは図６（ｂ）に示すよ
うに曲線的に変化する。従って、パルスエンコーダに得
られるパルスは時間ｔの経過とともにパルス間隔が図６
（ｃ）のように狭くなってくる。図６（ｃ）のパルス情
報からその情報が変化したときに、パルス間隔Ｔ p(j) と
パルス変化量とによりパルス間隔Ｔ p(j) 間の平均速度ｎ
M(j) （平均速度を示すための符号である上部の横線は省
略してあるが、図６には付してある）が図６（ｄ）に示
すように求まる。このため、パルス間隔Ｔ p(j) が速度制
御周期より長いと、この間の速度が検出できないため、
前回値の平均速度ｎ M(j-1) （平均速度を示すための符号
である上部の横線は省略してあるが、図６には付してあ
る）を使用する。そのため真値速度ｎMとの偏差が大き
くなり、速度制御が不安定となる。
【０００４】上記のような速度制御の不安定を改善する
手段として特開平２−３０７３８４号公報がある。
手段として特開平２−３０７３８４号公報がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のようにパルスエ
ンコーダを用いた速度制御系では極低速域で速度制御系
が不安定になる。この問題は特にサーボ、エレベータ等
の位置決め精度が要求される用途では解決しなければな
らない。このため、従来ではレゾルバや高パルス出力の
エンコーダが用いられてきた。しかし、このような手段
ではエンコーダ等のコストが上昇する不具合がある。ま
た、特開平２−３０７３８４号公報に記載の負荷トルク
推定値を用いる手段は完全次元オブザーバ方式であるた
めにゲインの調整が極めてむずかしい問題がある。
ンコーダを用いた速度制御系では極低速域で速度制御系
が不安定になる。この問題は特にサーボ、エレベータ等
の位置決め精度が要求される用途では解決しなければな
らない。このため、従来ではレゾルバや高パルス出力の
エンコーダが用いられてきた。しかし、このような手段
ではエンコーダ等のコストが上昇する不具合がある。ま
た、特開平２−３０７３８４号公報に記載の負荷トルク
推定値を用いる手段は完全次元オブザーバ方式であるた
めにゲインの調整が極めてむずかしい問題がある。
【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、低分解能のパルスエンコーダを用いて極低速域の
電動機の速度制御を安定に行うとともに調整を容易に
し、かつ速度推定の高精度化及び安定化を図り、しかも
低速から高速までの速度制御系の安定化を可能とした電
動機の速度推定オブザーバを提供することを目的とす
る。
ので、低分解能のパルスエンコーダを用いて極低速域の
電動機の速度制御を安定に行うとともに調整を容易に
し、かつ速度推定の高精度化及び安定化を図り、しかも
低速から高速までの速度制御系の安定化を可能とした電
動機の速度推定オブザーバを提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、電動機と、この電動機の速度をパルス
エンコーダ出力として送出する速度検出器と、最小次元
の負荷トルク推定値オブザーバを速度制御周期と速度検
出周期とにおける離散系モデルに変換し、前記速度検出
器から出力されるパルスエンコーダのパルス間隔での速
度を推定する速度推定オブザーバにおいて、トルク指令
と負荷トルク推定値との偏差をオブザーバモデル機械時
定数で積分してモデル出力推定値を得る第１演算部と、
この第１演算部で得られたモデル出力推定値から前記パ
ルスエンコーダパルス間隔における平均値を得る第２演
算部と、この第２演算部の出力と速度検出器から出力さ
れるパルス変化時に求まる平均値速度との偏差を算出す
る第１偏差部と、この第１偏差部に得られる偏差値を比
例要素のみでオブザーバゲイン倍して前記負荷トルク推
定値を得る比例要素のみからなるオブザーバゲイン部
と、前記第１演算部のモデル出力推定値と前記第１偏差
部の偏差出力値との偏差を求め、求められた偏差出力値
を速度推定値として出力する第２偏差部とからなる電動
機の速度推定オブザーバである。
達成するために、電動機と、この電動機の速度をパルス
エンコーダ出力として送出する速度検出器と、最小次元
の負荷トルク推定値オブザーバを速度制御周期と速度検
出周期とにおける離散系モデルに変換し、前記速度検出
器から出力されるパルスエンコーダのパルス間隔での速
度を推定する速度推定オブザーバにおいて、トルク指令
と負荷トルク推定値との偏差をオブザーバモデル機械時
定数で積分してモデル出力推定値を得る第１演算部と、
この第１演算部で得られたモデル出力推定値から前記パ
ルスエンコーダパルス間隔における平均値を得る第２演
算部と、この第２演算部の出力と速度検出器から出力さ
れるパルス変化時に求まる平均値速度との偏差を算出す
る第１偏差部と、この第１偏差部に得られる偏差値を比
例要素のみでオブザーバゲイン倍して前記負荷トルク推
定値を得る比例要素のみからなるオブザーバゲイン部
と、前記第１演算部のモデル出力推定値と前記第１偏差
部の偏差出力値との偏差を求め、求められた偏差出力値
を速度推定値として出力する第２偏差部とからなる電動
機の速度推定オブザーバである。
【０００８】また、前記第２演算部は、速度制御周期信
号ｉと速度検出周期ｊとのタイミングずれを補正して、
パルスエンコーダのパルス間隔におけるモデル出力推定
値の正確な平均値を得るための電動機の速度推定オブザ
ーバである。
号ｉと速度検出周期ｊとのタイミングずれを補正して、
パルスエンコーダのパルス間隔におけるモデル出力推定
値の正確な平均値を得るための電動機の速度推定オブザ
ーバである。
【０００９】さらに、オブザーバゲイン部において、オ
ブザーバゲインの初期設定値をｇ＊とし、エンコーダパ
ルス間隔ＴP(j)と速度制御周期Ｔｓとの比を用いて補正
ゲインＫｃを積算し、更にまた、前記エンコーダパルス
間隔ＴP(j)間の速度制御周期の回数ｎの逆数を補正ゲイ
ンＫｃとすることを特徴とする電動機の速度推定オブザ
ーバである。
ブザーバゲインの初期設定値をｇ＊とし、エンコーダパ
ルス間隔ＴP(j)と速度制御周期Ｔｓとの比を用いて補正
ゲインＫｃを積算し、更にまた、前記エンコーダパルス
間隔ＴP(j)間の速度制御周期の回数ｎの逆数を補正ゲイ
ンＫｃとすることを特徴とする電動機の速度推定オブザ
ーバである。
【００１０】
【作用】電動機速度が低速域になると、速度検出器から
のパルス間隔が速度制御周期より長くなって、正確な速
度情報が得られなくなる。このため、最小次元の負荷ト
ルク推定オブザーバを用いてパルス間の速度を推定して
推定速度を得る。この推定速度を速度情報とする。
のパルス間隔が速度制御周期より長くなって、正確な速
度情報が得られなくなる。このため、最小次元の負荷ト
ルク推定オブザーバを用いてパルス間の速度を推定して
推定速度を得る。この推定速度を速度情報とする。
【００１１】また、速度制御周期と速度検出周期のタイ
ミングにずれが生じたときに第２演算部でこれを補償
し、さらに、低速から高速まで速度制御系を安定化させ
るためにオブザーバゲインを可変とした。
ミングにずれが生じたときに第２演算部でこれを補償
し、さらに、低速から高速まで速度制御系を安定化させ
るためにオブザーバゲインを可変とした。
【００１２】
【実施例】以下この発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。まず、従来より用いられている負荷トルク推定
オブザーバ（最小次元オブザーバ）を用いた速度推定オ
ブザーバについて述べる。
明する。まず、従来より用いられている負荷トルク推定
オブザーバ（最小次元オブザーバ）を用いた速度推定オ
ブザーバについて述べる。
【００１３】（Ａ）速度推定の原理、 最小次元オブザーバによる負荷トルク推定オブザーバは
図１に示すような構成となっている。最小次元オブザー
バではオブザーバゲインｇは比例要素のみとなるので、
負荷トルクτLが印加されるとモデル出力推定値∧ｎ M ’
（以下推定値には符号∧を付す）と速度ｎMとに偏差が
発生する。偏差は次式（１）式、（２）式で表される。
図１に示すような構成となっている。最小次元オブザー
バではオブザーバゲインｇは比例要素のみとなるので、
負荷トルクτLが印加されるとモデル出力推定値∧ｎ M ’
（以下推定値には符号∧を付す）と速度ｎMとに偏差が
発生する。偏差は次式（１）式、（２）式で表される。
【００１４】
【数１】
【００１５】
【数２】
【００１６】完全次元オブザーバではオブザーバゲイン
ｇがＰＩ要素となるので、定常状態ではモデル出力推定
値∧ｎ M ’と速度ｎMは等しくなる。ただし、負荷急変時
のような過渡時には成立しない。完全次元オブザーバよ
り調整要素が少ない最小次元オブザーバを用いて速度推
定を行うには（２）式を変形すると速度は次式のように
なる。
ｇがＰＩ要素となるので、定常状態ではモデル出力推定
値∧ｎ M ’と速度ｎMは等しくなる。ただし、負荷急変時
のような過渡時には成立しない。完全次元オブザーバよ
り調整要素が少ない最小次元オブザーバを用いて速度推
定を行うには（２）式を変形すると速度は次式のように
なる。
【００１７】
【数３】
【００１８】（３）式の関係を図１に追加して速度を図
２のブロック図より推定する。
２のブロック図より推定する。
【００１９】（Ｂ）極低速域での速度推定、 速度検出器としてパルスエンコーダを用いると、極低速
域では速度制御周期よりもエンコーダパルス間隔の方が
長くなる。図３にその関係を示す。図３において、Ｔｓ
は速度制御周期、Ｔｐはエンコーダパルスの周期、Ｔｄ
はＴｓとＴｐとの差である。エンコーダパルスが入力さ
れると、そのパルス周期Ｔｐより速度の平均値は次の
（４）式から求まる。
域では速度制御周期よりもエンコーダパルス間隔の方が
長くなる。図３にその関係を示す。図３において、Ｔｓ
は速度制御周期、Ｔｐはエンコーダパルスの周期、Ｔｄ
はＴｓとＴｐとの差である。エンコーダパルスが入力さ
れると、そのパルス周期Ｔｐより速度の平均値は次の
（４）式から求まる。
【００２０】
【数４】
【００２１】速度検出値は平均値しか検出できないの
で、オブザーバの構成もこのことを考慮して図４のよう
な離散系で構成する。この図４の最小次元オブザーバに
よる速度推定オブザーバの構成図において、速度検出値
は平均値ｎM（ｊ）（図４では平均値の符号をｎ M の上部
に横線を付して示す）であるため、モデル出力推定値∧
ｎ M '（ｉ）もこの間の平均値ｎ M '（ｊ）（図４ではこの
平均値の符号∧−をｎ M 'の上部に付して示す）とする。
この平均値の偏差を用いて負荷トルク推定値∧τ
L （ｊ）を推定する。パルス間隔における平均値ｎM'
（ｊ）（符号∧−はここでは省略してある）は次の
（５）式で求める。
で、オブザーバの構成もこのことを考慮して図４のよう
な離散系で構成する。この図４の最小次元オブザーバに
よる速度推定オブザーバの構成図において、速度検出値
は平均値ｎM（ｊ）（図４では平均値の符号をｎ M の上部
に横線を付して示す）であるため、モデル出力推定値∧
ｎ M '（ｉ）もこの間の平均値ｎ M '（ｊ）（図４ではこの
平均値の符号∧−をｎ M 'の上部に付して示す）とする。
この平均値の偏差を用いて負荷トルク推定値∧τ
L （ｊ）を推定する。パルス間隔における平均値ｎM'
（ｊ）（符号∧−はここでは省略してある）は次の
（５）式で求める。
【００２２】
【数５】
【００２３】ここで図４に示した最小次元オブザーバに
よる速度推定オブザーバを用いたこの発明の実施例につ
いて述べる。図５はこの発明の一実施例を示すもので、
図４に示した構成図に偏差器、速度アンプおよび加算器
を設けたものである。
よる速度推定オブザーバを用いたこの発明の実施例につ
いて述べる。図５はこの発明の一実施例を示すもので、
図４に示した構成図に偏差器、速度アンプおよび加算器
を設けたものである。
【００２４】図５において、トルク指令τM※（ｉ）と
負荷トルク推定値∧τ L （ｊ）は偏差器１１に供給され
て、その偏差出力が第１演算部１２に入力される。第１
演算部１２は速度制御周期Ｔｓをモデル機械時定数ＴM
※で割算した割算部１２ａと、この割算部１２ａの出力
と積分器１２ｃの出力とを加算した加算器１２ｂとから
構成されている。第１演算部１２で演算されて得られた
モデル出力推定値∧ｎ M ’（ｉ）はパルス間隔における
平均値を得る第２演算部１３に入力される。第２演算部
１３で演算された出力ｎM’（ｊ）（パルス間隔におけ
る平均値の符号∧−は省略して示す）は第１偏差部１４
のプラス入力端に供給され、そのマイナス入力端にはパ
スルエンコーダ１５により検出された速度検出出力の平
均値ｎM（ｊ）（ｎ M の上部に平均値を示す横線が付され
る）が供給される。
負荷トルク推定値∧τ L （ｊ）は偏差器１１に供給され
て、その偏差出力が第１演算部１２に入力される。第１
演算部１２は速度制御周期Ｔｓをモデル機械時定数ＴM
※で割算した割算部１２ａと、この割算部１２ａの出力
と積分器１２ｃの出力とを加算した加算器１２ｂとから
構成されている。第１演算部１２で演算されて得られた
モデル出力推定値∧ｎ M ’（ｉ）はパルス間隔における
平均値を得る第２演算部１３に入力される。第２演算部
１３で演算された出力ｎM’（ｊ）（パルス間隔におけ
る平均値の符号∧−は省略して示す）は第１偏差部１４
のプラス入力端に供給され、そのマイナス入力端にはパ
スルエンコーダ１５により検出された速度検出出力の平
均値ｎM（ｊ）（ｎ M の上部に平均値を示す横線が付され
る）が供給される。
【００２５】第１偏差部１４の偏差出力はオブザーバゲ
イン部１６に供給され、ここで所定倍されて出力に負荷
トルク推定値∧τ L （ｊ）を得る。また、第１偏差部１
４の偏差出力は第２偏差部１７のマイナス入力端に供給
される。第２偏差部１７のプラス入力端にはモデル出力
推定値∧ｎ M （ｉ）が供給され、その出力には速度推定
値∧ｎ M （ｉ）が得られる。この速度推定値∧ｎ M （ｉ）
と速度設定値はｎM※（ｉ）は第３偏差部１８のマイナ
スおよびプラス入力端に供給され、その偏差出力が比例
ゲインＫWCの速度アンプ１９に供給される。速度アンプ
１９の出力と負荷トルク推定値∧τ L （ｊ）は加算器２
０で加算してトルク指令τM※を得る。このトルク指令
τM※は第４偏差部２１で負荷トルクとの偏差を取って
電動機２２に供給してそれの速度制御を行う。
イン部１６に供給され、ここで所定倍されて出力に負荷
トルク推定値∧τ L （ｊ）を得る。また、第１偏差部１
４の偏差出力は第２偏差部１７のマイナス入力端に供給
される。第２偏差部１７のプラス入力端にはモデル出力
推定値∧ｎ M （ｉ）が供給され、その出力には速度推定
値∧ｎ M （ｉ）が得られる。この速度推定値∧ｎ M （ｉ）
と速度設定値はｎM※（ｉ）は第３偏差部１８のマイナ
スおよびプラス入力端に供給され、その偏差出力が比例
ゲインＫWCの速度アンプ１９に供給される。速度アンプ
１９の出力と負荷トルク推定値∧τ L （ｊ）は加算器２
０で加算してトルク指令τM※を得る。このトルク指令
τM※は第４偏差部２１で負荷トルクとの偏差を取って
電動機２２に供給してそれの速度制御を行う。
【００２６】上記のように構成された実施例において、
トルク指令τM※（ｉ）と負荷トルク推定値∧τ L （ｉ）
との偏差をオブザーバモデル機械時定数ＴM※で積分し
てモデル出力推定値∧ｎ M ’（ｉ）を得る。次にこの∧
ｎ M ’（ｉ）からパルス間隔における平均値ｎM’（ｊ）
（ｎ M ’には符号∧−が上部に付く）を求め、パルス変
化時に求まる平均値速度ｎM（ｊ）（ｎ M には平均値符号
−が上部に付く）との偏差を算出する。この偏差をオブ
ザーバゲイン（ｇ）倍して負荷トルク指定値∧τ
L （ｊ）を求める。その後、オブザーバモデル出力∧
ｎ M ’（ｉ）と第１偏差部１４の出力との偏差を減算す
ることによりパルス間の速度を推定して推定速度∧ｎ M
（ｉ）を求める。この∧ｎ M （ｉ）を速度アンプ１９に
フィードバック信号として供給して電動機の速度制御を
行う。なお、負荷トルク推定値∧τ L （ｊ）を加算器２
０で速度アンプ１９の出力と加算してトルク指令を得る
ことにより負荷外乱抑制が可能となる。
トルク指令τM※（ｉ）と負荷トルク推定値∧τ L （ｉ）
との偏差をオブザーバモデル機械時定数ＴM※で積分し
てモデル出力推定値∧ｎ M ’（ｉ）を得る。次にこの∧
ｎ M ’（ｉ）からパルス間隔における平均値ｎM’（ｊ）
（ｎ M ’には符号∧−が上部に付く）を求め、パルス変
化時に求まる平均値速度ｎM（ｊ）（ｎ M には平均値符号
−が上部に付く）との偏差を算出する。この偏差をオブ
ザーバゲイン（ｇ）倍して負荷トルク指定値∧τ
L （ｊ）を求める。その後、オブザーバモデル出力∧
ｎ M ’（ｉ）と第１偏差部１４の出力との偏差を減算す
ることによりパルス間の速度を推定して推定速度∧ｎ M
（ｉ）を求める。この∧ｎ M （ｉ）を速度アンプ１９に
フィードバック信号として供給して電動機の速度制御を
行う。なお、負荷トルク推定値∧τ L （ｊ）を加算器２
０で速度アンプ１９の出力と加算してトルク指令を得る
ことにより負荷外乱抑制が可能となる。
【００２７】上記実施例において、トルク指令τM※
（ｉ）は直流機制御の場合には電機子電流検出値を用
い、誘導機のベクトル制御の場合にはトルク分電流検出
値を使用する。また、各々の検出値でなく制御に用いる
指令値を流用してもよい。
（ｉ）は直流機制御の場合には電機子電流検出値を用
い、誘導機のベクトル制御の場合にはトルク分電流検出
値を使用する。また、各々の検出値でなく制御に用いる
指令値を流用してもよい。
【００２８】次に速度推定オブザーバのモデル出力推定
値∧ｎ M ’（ｉ）の平均値算出手段に改良を加えたこの
発明の他の実施例について述べる。最小次元の負荷トル
ク推定オブザーバを用いた速度推定手段において、パル
スエンコーダの信号が得られたときに検出できる速度情
報は、その信号間の速度平均値ｎM（ｊ）（ｎ M には平均
値符号−が上部に付く）である。このため、オブザーバ
モデル出力推定値∧ｎ M ’（ｉ）もその間の平均値を算
出してｎM’（ｊ）（ｎ M ’には符号∧−が上部に付く）
を求め、このｎM’（ｊ）（ｎ M ’には符号∧−が上部に
付く）とｎM（ｊ）（ｎ M には平均値符号−が上部に付
く）の偏差より負荷トルク推定値∧τ L （ｊ）を推定す
る。
値∧ｎ M ’（ｉ）の平均値算出手段に改良を加えたこの
発明の他の実施例について述べる。最小次元の負荷トル
ク推定オブザーバを用いた速度推定手段において、パル
スエンコーダの信号が得られたときに検出できる速度情
報は、その信号間の速度平均値ｎM（ｊ）（ｎ M には平均
値符号−が上部に付く）である。このため、オブザーバ
モデル出力推定値∧ｎ M ’（ｉ）もその間の平均値を算
出してｎM’（ｊ）（ｎ M ’には符号∧−が上部に付く）
を求め、このｎM’（ｊ）（ｎ M ’には符号∧−が上部に
付く）とｎM（ｊ）（ｎ M には平均値符号−が上部に付
く）の偏差より負荷トルク推定値∧τ L （ｊ）を推定す
る。
【００２９】極低速域では、図３に示すエンコーダパル
ス間隔Ｔｐ（ｊ）が長くなり、この間の速度制御周期回
数ｎ（ｊ）は大きくなる。このため、ｊとｉの間のタイ
ミングずれ（例えばＴｄ）の影響は小さく、Ｔｐ（ｊ）
間のモデル出力推定値∧ｎM’（ｉ）の平均値ｎM’
（ｊ）（ｎ M ’には符号∧−が上部に付く）は（５）式
で近似できる。
ス間隔Ｔｐ（ｊ）が長くなり、この間の速度制御周期回
数ｎ（ｊ）は大きくなる。このため、ｊとｉの間のタイ
ミングずれ（例えばＴｄ）の影響は小さく、Ｔｐ（ｊ）
間のモデル出力推定値∧ｎM’（ｉ）の平均値ｎM’
（ｊ）（ｎ M ’には符号∧−が上部に付く）は（５）式
で近似できる。
【００３０】しかし、極低速域より速度が大きくなっ
て、エンコーダパルス間隔Ｔｐ（ｊ）が短くなり、この
間の速度制御周期回数ｎ（ｊ）が小さくなると、ｊとｉ
間のタイミングずれを考慮しないと、正確なモデル出力
推定値∧ｎ M ’（ｉ）の平均値ｎM’（ｊ）（ｎ M ’には
符号∧−が上部に付く）が得られなくなる。そこで、以
下平均値ｎM’（ｊ）（ｎ M ’には符号∧−が上部に付
く）の算出手段を図７により述べる。ただし、説明の都
合上ｊ〜（ｊ＋１）間で検討する。図７から平均値
ｎM’（ｊ）（ｎ M ’には符号∧−が上部に付く）は速度
制御周期間の平均値を求めて、その総面積を時間で割る
ことにより求める。
て、エンコーダパルス間隔Ｔｐ（ｊ）が短くなり、この
間の速度制御周期回数ｎ（ｊ）が小さくなると、ｊとｉ
間のタイミングずれを考慮しないと、正確なモデル出力
推定値∧ｎ M ’（ｉ）の平均値ｎM’（ｊ）（ｎ M ’には
符号∧−が上部に付く）が得られなくなる。そこで、以
下平均値ｎM’（ｊ）（ｎ M ’には符号∧−が上部に付
く）の算出手段を図７により述べる。ただし、説明の都
合上ｊ〜（ｊ＋１）間で検討する。図７から平均値
ｎM’（ｊ）（ｎ M ’には符号∧−が上部に付く）は速度
制御周期間の平均値を求めて、その総面積を時間で割る
ことにより求める。
【００３１】まず、（ｊ，０）〜（ｊ，ｎ）までの平均
値を求めると次式のようになる。
値を求めると次式のようになる。
【００３２】
【数６】
【００３３】次にエンコーダパルス信号ｊと速度制御周
期信号ｉとのタイミングずれ期間（Ｔs−ΔＴEj-1）と
ΔＴEjでの平均値を求める。ここで、ΔＴ Ej 間の平均値
の算出手段について述べる。図８に示す（ｊ＋１）時点
でエンコーダパルスが入力されるまでは、ｊ時点で推定
したトルク推定値∧τ L （ｊ）を使用して、モデル出力
推定値∧ｎ M ’（ｉ）を推定する。
期信号ｉとのタイミングずれ期間（Ｔs−ΔＴEj-1）と
ΔＴEjでの平均値を求める。ここで、ΔＴ Ej 間の平均値
の算出手段について述べる。図８に示す（ｊ＋１）時点
でエンコーダパルスが入力されるまでは、ｊ時点で推定
したトルク推定値∧τ L （ｊ）を使用して、モデル出力
推定値∧ｎ M ’（ｉ）を推定する。
【００３４】このため、（ｊ＋１）時点のモデル出力推
定値∧ｎ M ’ j+1 は次式で求められる。
定値∧ｎ M ’ j+1 は次式で求められる。
【００３５】
【数７】
【００３６】ただし、τMjn※：（ｊ，ｎ）番目でのト
ルク指令値によって、ΔＴEj間での平均値ｎ M 'ΔＴ
Ej （ｎ M ’には符号∧−が上部に付く）は次の（８）式
で求まる。
ルク指令値によって、ΔＴEj間での平均値ｎ M 'ΔＴ
Ej （ｎ M ’には符号∧−が上部に付く）は次の（８）式
で求まる。
【００３７】
【数８】
【００３８】次に、モデル出力推定値∧ｎ M ' j+10 は次の
ようにして求める。（ｊ＋１）時点でエンコーダパルス
が入力されることにより、（ｊ＋１）時点でのトルク推
定値∧τ L(j+1) が求まる。よってモデル出力推定値∧ｎ
M ’ j+10 は次の（９）式のようになる。
ようにして求める。（ｊ＋１）時点でエンコーダパルス
が入力されることにより、（ｊ＋１）時点でのトルク推
定値∧τ L(j+1) が求まる。よってモデル出力推定値∧ｎ
M ’ j+10 は次の（９）式のようになる。
【００３９】
【数９】
【００４０】以上の説明により、エンコーダパルス（ｊ
＋１）が入力されたときに、速度制御周期で実行する図
４での（ｉ）ブロック部の演算を実行しておけばよい。
ただし、この時点でのモデル積分時定数の係数ＴS／ＴM
※は、ΔＴEj／ＴM※とする必要がある。また、（ｊ＋
１）時点の次に行われる速度制御周期における図４の
（ｉ）ブロック部の演算では、係数ＴS／ＴM※を（ＴS
−ΔＴEj）／ＴM※とする必要がある。
＋１）が入力されたときに、速度制御周期で実行する図
４での（ｉ）ブロック部の演算を実行しておけばよい。
ただし、この時点でのモデル積分時定数の係数ＴS／ＴM
※は、ΔＴEj／ＴM※とする必要がある。また、（ｊ＋
１）時点の次に行われる速度制御周期における図４の
（ｉ）ブロック部の演算では、係数ＴS／ＴM※を（ＴS
−ΔＴEj）／ＴM※とする必要がある。
【００４１】次に図９を参照して（ＴS−ΔＴEj-1）間
での平均値ｎM'（ＴS−ΔＴEj-1）（ｎ M ’には符号∧−
が上部に付く）は次式（１０），（１１），（１２）式
より求める。
での平均値ｎM'（ＴS−ΔＴEj-1）（ｎ M ’には符号∧−
が上部に付く）は次式（１０），（１１），（１２）式
より求める。
【００４２】
【数１０】
【００４３】
【数１１】
【００４４】
【数１２】
【００４５】以上より、Ｔｐ（ｊ＋１）間のモデル出力
推定値∧ｎ M ’（ｉ）の平均値ｎM’（ｊ＋１）（ｎ M ’
には符号∧−が上部に付く）は次の（１３）式より求め
ることができる。
推定値∧ｎ M ’（ｉ）の平均値ｎM’（ｊ＋１）（ｎ M ’
には符号∧−が上部に付く）は次の（１３）式より求め
ることができる。
【００４６】
【数１３】
【００４７】上記（１３）式を用いることにより、オブ
ザーバモデル出力平均値ｎM’（ｊ）（ｎ M ’には符号∧
−が上部に付く）を算出するときに、速度制御周期信号
ｉと速度検出周期信号ｊとのタイミングずれを補償する
ことができる。
ザーバモデル出力平均値ｎM’（ｊ）（ｎ M ’には符号∧
−が上部に付く）を算出するときに、速度制御周期信号
ｉと速度検出周期信号ｊとのタイミングずれを補償する
ことができる。
【００４８】次にオブザーバゲインの改良について述べ
る。図４に示したオブザーバゲインｇを速度制御周期間
にエンコーダパルスが得られるような状態での外乱抑制
を考慮して、大きな値に設定すると、極低速域のような
エンコーダパルス間隔Ｔｐ（ｊ）が長い状態では速度制
御系が不安定になる。このため、オブザーバゲインｇ
は、低速域を考慮すると、あまり大きな値には設定でき
ないから、逆に高速域での外乱抑制効果が低下してしま
うおそれがある。
る。図４に示したオブザーバゲインｇを速度制御周期間
にエンコーダパルスが得られるような状態での外乱抑制
を考慮して、大きな値に設定すると、極低速域のような
エンコーダパルス間隔Ｔｐ（ｊ）が長い状態では速度制
御系が不安定になる。このため、オブザーバゲインｇ
は、低速域を考慮すると、あまり大きな値には設定でき
ないから、逆に高速域での外乱抑制効果が低下してしま
うおそれがある。
【００４９】上記のような不具合点を改善するために、
オブザーバゲインｇを可変とすることが考えられる。そ
こで、速度制御周期間にエンコーダパルスが得られるよ
うな状態でのオブザーバゲインをｇ※とする。低速にな
ると、速度制御周期間にエンコーダパルスが得られなく
なるときの可変ゲインＫｃは次式より求められる。この
可変ゲインＫｃとオブザーバゲインｇ※を積算すること
によりオブザーバゲインとなる。
オブザーバゲインｇを可変とすることが考えられる。そ
こで、速度制御周期間にエンコーダパルスが得られるよ
うな状態でのオブザーバゲインをｇ※とする。低速にな
ると、速度制御周期間にエンコーダパルスが得られなく
なるときの可変ゲインＫｃは次式より求められる。この
可変ゲインＫｃとオブザーバゲインｇ※を積算すること
によりオブザーバゲインとなる。
【００５０】
【数１４】
【００５１】上記（１４）式はエンコーダパルス間隔Ｔ
ｐ（ｊ＋１）と速度制御周期Ｔｓとの比を表し、低速に
なるほど、オブザーバゲインを低下させることになる。
近似的には、ｉとｊ間のタイミングずれを無視すれば次
の（１５）式にしてもよい。
ｐ（ｊ＋１）と速度制御周期Ｔｓとの比を表し、低速に
なるほど、オブザーバゲインを低下させることになる。
近似的には、ｉとｊ間のタイミングずれを無視すれば次
の（１５）式にしてもよい。
【００５２】 Ｋｃ＝１／ｎ‥‥‥‥‥（１５） 図１０はこの発明の他の実施例のブロック図で、図１０
において、１００は図５における第２演算部１３に改良
を加えた前述のモデル出力推定値∧ｎ M ’（ｉ）の平均
化処理部で、この平均化処理部１００は前述した（１
３）式から求められる。この平均化処理部１００で求め
られた平均化処理出力は第１偏差部１４のプラス入力端
に供給され、そのマイナス入力端にはパルスエンコーダ
１５により検出された速度検出出力の平均値ｎM（ｊ）
（ｎ M には平均値符号−が上部に付く）が供給される。
において、１００は図５における第２演算部１３に改良
を加えた前述のモデル出力推定値∧ｎ M ’（ｉ）の平均
化処理部で、この平均化処理部１００は前述した（１
３）式から求められる。この平均化処理部１００で求め
られた平均化処理出力は第１偏差部１４のプラス入力端
に供給され、そのマイナス入力端にはパルスエンコーダ
１５により検出された速度検出出力の平均値ｎM（ｊ）
（ｎ M には平均値符号−が上部に付く）が供給される。
【００５３】第１偏差部１４の偏差出力は前述した（１
４）式により得られる可変ゲイン（Ｋｃ）部１０１に供
給され、ここで、低速になるほどゲインを低下させてか
ら補正ゲイン部１０１からオブザーバゲイン部１６に供
給される。その後の処理は前記実施例と同様である。
４）式により得られる可変ゲイン（Ｋｃ）部１０１に供
給され、ここで、低速になるほどゲインを低下させてか
ら補正ゲイン部１０１からオブザーバゲイン部１６に供
給される。その後の処理は前記実施例と同様である。
【００５４】図１０に示した実施例を用いると、速度制
御周期ｉと速度検出周期ｊとのタイミングずれによる誤
差を除去でき、速度推定の高精度化および安定化を図る
ことができる。また、可変ゲインとしたので低速から高
速まで速度制御系の安定化を図ることができる。
御周期ｉと速度検出周期ｊとのタイミングずれによる誤
差を除去でき、速度推定の高精度化および安定化を図る
ことができる。また、可変ゲインとしたので低速から高
速まで速度制御系の安定化を図ることができる。
【００５５】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
速度検出器にパルスエンコーダを用いた速度制御系の極
低速域において、エンコーダパルス間隔が速度制御周期
より長くなり、正確な速度情報が得られない状況でも速
度推定が可能となり、低速域の速度制御が最小次元負荷
トルクオブザーバと加算器を用いるだけで可能になり、
しかも最小次元オブザーバであるから調整要素が少なく
調整が簡単になる。また、低分解のエンコーダを用いる
ことができるため、低コスト化を図ることができる。
速度検出器にパルスエンコーダを用いた速度制御系の極
低速域において、エンコーダパルス間隔が速度制御周期
より長くなり、正確な速度情報が得られない状況でも速
度推定が可能となり、低速域の速度制御が最小次元負荷
トルクオブザーバと加算器を用いるだけで可能になり、
しかも最小次元オブザーバであるから調整要素が少なく
調整が簡単になる。また、低分解のエンコーダを用いる
ことができるため、低コスト化を図ることができる。
【００５６】さらに、この発明によれば、速度制御と速
度検出周期のタイミングずれによる誤差を除去して、速
度推定の高精度化および安定化が可能となり、しかも可
変ゲインとしたので、低速から高速までの速度制御系の
安定化を図ることが可能となる。
度検出周期のタイミングずれによる誤差を除去して、速
度推定の高精度化および安定化が可能となり、しかも可
変ゲインとしたので、低速から高速までの速度制御系の
安定化を図ることが可能となる。
【図１】速度推定の原理説明のブロック図、
【図２】速度推定の原理説明のブロック図、
【図３】エンコーダパルスと速度制御周期の関係を示す
説明図、
説明図、
【図４】この発明の一実施例を示す最小次元オブザーバ
による速度推定オブザーバの構成図、
による速度推定オブザーバの構成図、
【図５】この発明の一実施例を示す速度制御構成説明
図、
図、
【図６】（ａ）は時間対速度の関係を示す特性図、
（ｂ）は時間対位置の関係を示す特性図、（ｃ）は時間
対パルス数の関係を示す特性図、（ｄ）は時間対速度平
均の検出値を示す特性図、
（ｂ）は時間対位置の関係を示す特性図、（ｃ）は時間
対パルス数の関係を示す特性図、（ｄ）は時間対速度平
均の検出値を示す特性図、
【図７】平均値算出の原理説明図、
【図８】ΔＴEj間の平均化説明図、
【図９】（ＴS−ΔＴEj-1）間の平均化説明図、
【図１０】この発明の他の実施例の要部を示す構成説明
図。
図。
１２…第１演算部、 １３…第２演算部 １４…第１偏差部、 １６…オブザーバゲイン １７…第２偏差部、 １９…速度アンプ、 ２０…加算器、 １００…平均化処理部、 １０１…可変ゲイン部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−6083（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−307384（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 5/00
Claims (4)
- 【請求項１】 電動機と、この電動機の速度をパルスエ
ンコーダ出力として送出する速度検出器と、最小次元の
負荷トルク推定値オブザーバを速度制御周期と速度検出
周期とにおける離散系モデルに変換し、前記速度検出器
から出力されるパルスエンコーダのパルス間隔での速度
を推定する速度推定オブザーバにおいて、 トルク指令
と負荷トルク推定値との偏差をオブザーバモデル機械時
定数で積分してモデル出力推定値を得る第１演算部と、
この第１演算部で得られたモデル出力推定値から前記パ
ルスエンコーダのパルス間隔における平均値を得る第２
演算部と、この第２演算部の出力と速度検出器から出力
されるパルス変化時に求まる平均値速度との偏差を算出
する第１偏差部と、この第１偏差部に得られる偏差値を
比例要素のみでオブザーバゲイン倍して前記負荷トルク
推定値を得る比例要素のみからなるオブザーバゲイン部
と、前記第１演算部のモデル出力推定値と前記第１偏差
部の偏差出力値との偏差を求め、求められた偏差出力値
を速度推定値として出力する第２偏差部とからなること
を特徴とする電動機の速度推定オブザーバ。 - 【請求項２】 前記第２演算部は、速度制御周期信号ｉ
と速度検出周期ｊとのタイミングずれを補正して、パル
スエンコーダのパルス間隔におけるモデル出力推定値の
正確な平均値を得るために、下記式を用いることを特徴
とする請求項１記載の電動機の速度推定オブザーバ。 【数１５】 （Ｔs−ΔＴEj-1）：エンコーダパルスｊと速度制御周
期（ｊ、０） 間のタイミングずれ期間、Ｔｓ：速度制
御周期、ｎ：エンコーダパルス間隔Ｔ p(j+1) における
速度制御周期の回数、ΔＴ Ej ：速度制御周期（ｊ，ｎ）
とエン コーダパルスｊ＋１間のタイミングずれ時間 - 【請求項３】 オブザーバゲイン部において、オブザー
バゲインの初期設定値をｇ＊とし、エンコーダパルス間
隔ＴP(j)と速度制御周期Ｔｓとの比を下記式の補正ゲイ
ンＫｃとして初期設定値ｇ＊に積算することにより、オ
ブザーバゲインの補正を行うことを特徴とする請求項
１、２記載の電動機の速度推定オブザーバ。 【数１６】 ただし、（Ｔs−ΔＴEj-1）：エンコーダパルスｊと速
度制御周期（ｊ、０） 間のタイミングずれ期間、Ｔｓ：
速度制御周期、ｎ：エンコーダパルス間隔に おける速度
制御周期の回数、ΔＴ Ej ：速度制御周期（ｊ，ｎ）とエ
ンコーダパ ルスj+1間のタイミングずれ期間 - 【請求項４】 オブザーバゲイン部において、オブザー
バゲインの初期設定値をｇ＊とし、エンコーダパルス間
隔ＴP(j)間の速度制御周期の回数ｎの逆数1/nを補正ゲ
インＫｃとして初期設定値ｇ＊に積算することにより、
オブザーバゲインの補正を行うことを特徴とする請求項
１、２記載の電動機の速度推定オブザーバ。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11558692A JP3196311B2 (ja) | 1991-05-20 | 1992-05-08 | 電動機の速度推定オブザーバ |
| EP19920108454 EP0514847B1 (en) | 1991-05-20 | 1992-05-19 | System and method for controlling speed of electric motor in extremely low speed range using rotary pulse encoder |
| TW81103905A TW221535B (ja) | 1991-05-20 | 1992-05-19 | |
| DE69218826T DE69218826T2 (de) | 1991-05-20 | 1992-05-19 | System und Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung von elektrischen Motoren in extrem niedrigen Geschwindigkeitsbereichen unter Verwendung eines rotierenden Pulskodierers |
| KR1019920008521A KR950014759B1 (ko) | 1991-05-20 | 1992-05-20 | 회전 펄스 인코더를 사용하여 극히 저속의 범위에서 전기 모터의 속도를 제어하기 위한 시스템 및 방법 |
| CN92103246A CN1026937C (zh) | 1991-05-20 | 1992-05-20 | 控制电机速度的系统与方法 |
| US07/885,763 US5325460A (en) | 1991-05-20 | 1992-05-20 | System and method for controlling the speed of an electric motor in an extremely low speed range using a rotary pulse encoder |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-114229 | 1991-05-20 | ||
| JP3114229A JPH06237589A (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 電動機の速度制御装置 |
| JP11558692A JP3196311B2 (ja) | 1991-05-20 | 1992-05-08 | 電動機の速度推定オブザーバ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06284762A JPH06284762A (ja) | 1994-10-07 |
| JP3196311B2 true JP3196311B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=26453032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11558692A Expired - Lifetime JP3196311B2 (ja) | 1991-05-20 | 1992-05-08 | 電動機の速度推定オブザーバ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3196311B2 (ja) |
| CN (1) | CN1026937C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN101329359B (zh) * | 2007-06-21 | 2011-02-16 | 台达电子工业股份有限公司 | 多点平滑化马达速度估测方法 |
| JP5241413B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2013-07-17 | Ｊｕｋｉ株式会社 | ガントリ型ｘｙ位置決め装置の同期防振制御装置 |
| DE102010001710A1 (de) * | 2010-02-09 | 2011-08-11 | Robert Bosch GmbH, 70469 | Verfahren zur Vorhersage der Dauer eines zukünftigen Zeitintervalls |
| CN102109855B (zh) * | 2010-12-21 | 2013-11-20 | 天津市亚安科技股份有限公司 | 一种用于调节云台电机速度曲线的方法及系统 |
| CN103345277A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-10-09 | 青岛理工大学 | 除尘风机的自动调速装置 |
| CN109879128B (zh) * | 2017-12-06 | 2021-08-03 | 上海三菱电梯有限公司 | 电梯故障诊断方法 |
| EP3502029B1 (en) * | 2017-12-22 | 2021-10-27 | KONE Corporation | Method for maintenance of a transportation device, software program, and controller |
| CN110007225B (zh) * | 2018-12-06 | 2021-03-23 | 浙江大学台州研究院 | 一种高压大电流拉闸设备的角度和转矩测量装置 |
| CN113064070B (zh) * | 2018-12-06 | 2022-05-17 | 浙江大学台州研究院 | 一种针对高压大电流拉闸设备的角度和转矩测量装置 |
| CN111240374B (zh) * | 2019-12-27 | 2023-10-31 | 深圳市合信自动化技术有限公司 | 一种微小速度检测的方法 |
-
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- 1992-05-08 JP JP11558692A patent/JP3196311B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-05-20 CN CN92103246A patent/CN1026937C/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06284762A (ja) | 1994-10-07 |
| CN1026937C (zh) | 1994-12-07 |
| CN1067341A (zh) | 1992-12-23 |
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