JPH089672A - モータの速度制御装置 - Google Patents
モータの速度制御装置Info
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- JPH089672A JPH089672A JP6163033A JP16303394A JPH089672A JP H089672 A JPH089672 A JP H089672A JP 6163033 A JP6163033 A JP 6163033A JP 16303394 A JP16303394 A JP 16303394A JP H089672 A JPH089672 A JP H089672A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 モータ速度検出値に含まれる雑音の影響があ
る場合でも、応答よく軸トルクを推定して補償し、負荷
トルクによる速度変動や機械振動を抑制するに好適なモ
ータの速度制御装置を提供することにある。 【構成】 機械負荷を駆動するモータと、モータ電流及
びモータ速度をそれぞれ検出する手段と、速度指令値と
モータ速度とからトルク電流指令値を演算する手段と、
モータ電流の検出値からモータのトルク電流を演算する
手段と、モータのトルク電流をトルク電流指令値に従っ
て制御する手段を有するモータの速度制御装置におい
て、モータのトルク電流を遅れ補償手段を介してフィー
ドバックする制御ループと、モータ速度を微分および遅
れ補償（近似微分補償）手段を介してフィードバックす
る制御ループとを個別に設け、前記トルク電流指令値を
これら制御ループの出力で補償する。
る場合でも、応答よく軸トルクを推定して補償し、負荷
トルクによる速度変動や機械振動を抑制するに好適なモ
ータの速度制御装置を提供することにある。 【構成】 機械負荷を駆動するモータと、モータ電流及
びモータ速度をそれぞれ検出する手段と、速度指令値と
モータ速度とからトルク電流指令値を演算する手段と、
モータ電流の検出値からモータのトルク電流を演算する
手段と、モータのトルク電流をトルク電流指令値に従っ
て制御する手段を有するモータの速度制御装置におい
て、モータのトルク電流を遅れ補償手段を介してフィー
ドバックする制御ループと、モータ速度を微分および遅
れ補償（近似微分補償）手段を介してフィードバックす
る制御ループとを個別に設け、前記トルク電流指令値を
これら制御ループの出力で補償する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、モータの速度制御装
置、特に、機械負荷を駆動するモータの速度制御装置に
関する。
置、特に、機械負荷を駆動するモータの速度制御装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、機械負荷を駆動するモータの速度
制御装置において、負荷トルク印加時に発生する速度の
インパクトドロップや軸ねじり振動などを抑制する方法
として、特開平１−２５９７７７号公報に記載の方法が
知られている。この方法では、外乱オブザーバの手法に
より、モータの発生する駆動トルクのうち、モータの加
減速トルクに使われない成分として、モータ軸に作用す
る軸トルクを漸近的に推定する。ここで、モータの駆動
トルクはモータのトルク電流から、また、モータの加減
速トルクはモータ速度からそれぞれ演算される。推定さ
れた軸トルクを用いてモータトルク電流指令値を補償す
ることにより、機械負荷に作用する負荷トルクを補償し
て、速度のインパクトドロップを低減する。更に、軸ト
ルクに含まれた軸ねじりトルク成分を抑制するように補
償することで、モータと機械負荷との軸ねじり振動の励
起を抑制する。
制御装置において、負荷トルク印加時に発生する速度の
インパクトドロップや軸ねじり振動などを抑制する方法
として、特開平１−２５９７７７号公報に記載の方法が
知られている。この方法では、外乱オブザーバの手法に
より、モータの発生する駆動トルクのうち、モータの加
減速トルクに使われない成分として、モータ軸に作用す
る軸トルクを漸近的に推定する。ここで、モータの駆動
トルクはモータのトルク電流から、また、モータの加減
速トルクはモータ速度からそれぞれ演算される。推定さ
れた軸トルクを用いてモータトルク電流指令値を補償す
ることにより、機械負荷に作用する負荷トルクを補償し
て、速度のインパクトドロップを低減する。更に、軸ト
ルクに含まれた軸ねじりトルク成分を抑制するように補
償することで、モータと機械負荷との軸ねじり振動の励
起を抑制する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の外乱オブザーバ
による方法では、モータのトルク電流とモータ速度の二
つの信号を入力として漸近的に軸トルクを推定する。軸
トルク推定の速さを速くするほど、軸トルクの変化に対
して遅れなく軸トルク推定値を演算できる。遅れの少な
い推定値を用いて負荷トルクや軸ねじりトルクの影響を
補償することで、特性の良好な速度制御が達成できる。
しかし、軸トルク推定の速さを速くすると、モータ速度
やモータ電流などに含まれる雑音や演算時間などの影響
により、速度制御系が不安定になる場合がある。特に、
モータ速度検出値は、その微分演算によりモータの加減
速トルクが演算されるので、雑音の高周波成分が増幅さ
れやすい。このため、軸トルクを十分高速に推定できな
かった。この結果、インパクト負荷の抑圧や軸ねじり振
動の抑制を応答よく達成するのが難しかった。本発明の
目的は、モータ速度検出値に含まれる雑音の影響がある
場合でも、応答よく軸トルクを推定して補償し、負荷ト
ルクによる速度変動や機械振動を抑制するに好適なモー
タの速度制御装置を提供することにある。
による方法では、モータのトルク電流とモータ速度の二
つの信号を入力として漸近的に軸トルクを推定する。軸
トルク推定の速さを速くするほど、軸トルクの変化に対
して遅れなく軸トルク推定値を演算できる。遅れの少な
い推定値を用いて負荷トルクや軸ねじりトルクの影響を
補償することで、特性の良好な速度制御が達成できる。
しかし、軸トルク推定の速さを速くすると、モータ速度
やモータ電流などに含まれる雑音や演算時間などの影響
により、速度制御系が不安定になる場合がある。特に、
モータ速度検出値は、その微分演算によりモータの加減
速トルクが演算されるので、雑音の高周波成分が増幅さ
れやすい。このため、軸トルクを十分高速に推定できな
かった。この結果、インパクト負荷の抑圧や軸ねじり振
動の抑制を応答よく達成するのが難しかった。本発明の
目的は、モータ速度検出値に含まれる雑音の影響がある
場合でも、応答よく軸トルクを推定して補償し、負荷ト
ルクによる速度変動や機械振動を抑制するに好適なモー
タの速度制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、外乱オブザーバへの二つの入力（モータトルク電流
とモータ速度）に対する一つの出力（軸トルク推定値）
までの伝達特性を分離し、モータトルク電流から軸トル
ク推定値までの特性を一次遅れ要素で、モータ速度から
軸トルク推定値までの特性を微分および一次遅れ要素
（近似微分要素とも呼ばれる）で表す。これらの伝達特
性を持つ補償手段をモータのトルク電流検出値およびモ
ータ速度検出値に対してそれぞれ個別に設け、各々の補
償手段の出力を個々にフィードバックしてトルク電流指
令値を補償する。
め、外乱オブザーバへの二つの入力（モータトルク電流
とモータ速度）に対する一つの出力（軸トルク推定値）
までの伝達特性を分離し、モータトルク電流から軸トル
ク推定値までの特性を一次遅れ要素で、モータ速度から
軸トルク推定値までの特性を微分および一次遅れ要素
（近似微分要素とも呼ばれる）で表す。これらの伝達特
性を持つ補償手段をモータのトルク電流検出値およびモ
ータ速度検出値に対してそれぞれ個別に設け、各々の補
償手段の出力を個々にフィードバックしてトルク電流指
令値を補償する。
【０００５】
【作用】モータのトルク電流に対する補償手段とモータ
速度に対する補償手段を分離することにより、モータト
ルク電流に対する一次遅れ補償の時定数と、モータ速度
に対する微分および一次遅れ補償（近似微分補償）の時
定数を個別に設定できる。 ここで、モータ速度に対す
る補償要素には微分項が含まれるため、従来の外乱オブ
ザーバの場合と同様に、高周波領域で雑音が増幅しない
ようにする必要がある。これは、モータ速度に対する近
似微分補償の時定数をある程度大きく設定して、高周波
領域における微分機能を抑制することで達成できる。一
方、モータのトルク電流は、高い制御応答の要求される
電流制御に用いられるため、検出雑音や検出遅れは小さ
い。また、補償要素に微分項を含まないため、高周波領
域における雑音の増幅はない。このため、安定性を損な
うことなく、モータトルク電流に対する一次遅れ補償の
時定数を十分小さくできる。これにより、モータトルク
電流に含まれる軸トルク成分の高周波成分をフィードバ
ックして補償できるので、軸トルクを高応答に推定して
補償するのと同様な効果が得られる。
速度に対する補償手段を分離することにより、モータト
ルク電流に対する一次遅れ補償の時定数と、モータ速度
に対する微分および一次遅れ補償（近似微分補償）の時
定数を個別に設定できる。 ここで、モータ速度に対す
る補償要素には微分項が含まれるため、従来の外乱オブ
ザーバの場合と同様に、高周波領域で雑音が増幅しない
ようにする必要がある。これは、モータ速度に対する近
似微分補償の時定数をある程度大きく設定して、高周波
領域における微分機能を抑制することで達成できる。一
方、モータのトルク電流は、高い制御応答の要求される
電流制御に用いられるため、検出雑音や検出遅れは小さ
い。また、補償要素に微分項を含まないため、高周波領
域における雑音の増幅はない。このため、安定性を損な
うことなく、モータトルク電流に対する一次遅れ補償の
時定数を十分小さくできる。これにより、モータトルク
電流に含まれる軸トルク成分の高周波成分をフィードバ
ックして補償できるので、軸トルクを高応答に推定して
補償するのと同様な効果が得られる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示すモータ速度制御系
のブロック線図である。図１において、モータ１の出力
軸にトルク伝達用の連結軸２が結合され、これにより機
械負荷３が駆動される。また、機械負荷３には負荷トル
クτdが作用している。モータ１は誘導モータであり、
パワー変換器４により駆動される。速度制御器１２は、
速度指令値ωrefとモータ速度検出値ωmの偏差を比例積
分してトルク電流指令値Ｉoutを演算する。電流検出器
６で検出されたモータ電流は、電流成分検出演算器７で
成分分解され、モータ駆動トルクτmに比例するトルク
電流成分Ｉtと、それに直交する励磁電流成分Ｉmとして
検出される。電流制御器５では、これらの電流検出値を
用いてベクトル制御を実行し、トルク電流指令値Ｉref
に従ってモータ駆動トルクτmが発生するように制御す
る。一方、モータ１には速度を検出するため、回転速度
に比例した周波数のパルス列が出力されるエンコーダ８
が取り付けられている。速度検出演算器９ではこのパル
ス列からモータ速度ωmを検出する。モータの速度制御
系は、一次遅れ補償器１０、近似微分補償器１１、速度
制御器１２および加算器１３，１４とから構成する。こ
こで、一次遅れ補償器１０では、モータのトルク電流検
出値Ｉtに対して一次遅れ補償演算を実行し、補償電流
Ｉc1を出力する。一方、近似微分補償器１１では、モー
タ速度検出値ωmに対して近似微分補償演算を実行し、
補償電流Ｉc2を出力する。ここで、二つの補償電流
Ｉc1，Ｉc2は、次式により演算される。
る。図１は、本発明の一実施例を示すモータ速度制御系
のブロック線図である。図１において、モータ１の出力
軸にトルク伝達用の連結軸２が結合され、これにより機
械負荷３が駆動される。また、機械負荷３には負荷トル
クτdが作用している。モータ１は誘導モータであり、
パワー変換器４により駆動される。速度制御器１２は、
速度指令値ωrefとモータ速度検出値ωmの偏差を比例積
分してトルク電流指令値Ｉoutを演算する。電流検出器
６で検出されたモータ電流は、電流成分検出演算器７で
成分分解され、モータ駆動トルクτmに比例するトルク
電流成分Ｉtと、それに直交する励磁電流成分Ｉmとして
検出される。電流制御器５では、これらの電流検出値を
用いてベクトル制御を実行し、トルク電流指令値Ｉref
に従ってモータ駆動トルクτmが発生するように制御す
る。一方、モータ１には速度を検出するため、回転速度
に比例した周波数のパルス列が出力されるエンコーダ８
が取り付けられている。速度検出演算器９ではこのパル
ス列からモータ速度ωmを検出する。モータの速度制御
系は、一次遅れ補償器１０、近似微分補償器１１、速度
制御器１２および加算器１３，１４とから構成する。こ
こで、一次遅れ補償器１０では、モータのトルク電流検
出値Ｉtに対して一次遅れ補償演算を実行し、補償電流
Ｉc1を出力する。一方、近似微分補償器１１では、モー
タ速度検出値ωmに対して近似微分補償演算を実行し、
補償電流Ｉc2を出力する。ここで、二つの補償電流
Ｉc1，Ｉc2は、次式により演算される。
【数１】 ここで、ｓはラプラス演算子、ｋ1およびＴd1は一次遅
れ補償のゲインと時定数、ｋ2およびＴd2は近似微分補
償のゲインと時定数をそれぞれ表す。
れ補償のゲインと時定数、ｋ2およびＴd2は近似微分補
償のゲインと時定数をそれぞれ表す。
【０００７】いま、速度指令値ωrefが速度制御器１２
に与えられると、速度制御器１２は、速度指令値ωref
と速度検出演算器９が検出したモータ速度検出値ωmの
偏差を比例積分して、トルク電流指令値Ｉoutを演算す
る。近似微分補償器１１で演算された補償電流Ｉc2と一
次遅れ補償器１０で演算された補償電流Ｉc1とは、それ
ぞれ加算器１３，１４においてトルク電流指令値Ｉout
に加減算され、電流制御器５に対するモータトルク電流
指令値Ｉrefを演算する。
に与えられると、速度制御器１２は、速度指令値ωref
と速度検出演算器９が検出したモータ速度検出値ωmの
偏差を比例積分して、トルク電流指令値Ｉoutを演算す
る。近似微分補償器１１で演算された補償電流Ｉc2と一
次遅れ補償器１０で演算された補償電流Ｉc1とは、それ
ぞれ加算器１３，１４においてトルク電流指令値Ｉout
に加減算され、電流制御器５に対するモータトルク電流
指令値Ｉrefを演算する。
【数２】 一方、電流検出器６で検出されたモータ電流を電流成分
検出演算器７で成分分解し、モータ駆動トルクτmに比
例するトルク電流成分Ｉtとそれに直交する励磁電流成
分Ｉmを電流制御器５に入力する。電流制御器５では、
これらの電流検出値を用いてベクトル制御を実行し、ト
ルク電流指令値Ｉrefに従ってモータ駆動トルクτmが発
生するようにパワー変換器４を作動し、モータ１を制御
する。
検出演算器７で成分分解し、モータ駆動トルクτmに比
例するトルク電流成分Ｉtとそれに直交する励磁電流成
分Ｉmを電流制御器５に入力する。電流制御器５では、
これらの電流検出値を用いてベクトル制御を実行し、ト
ルク電流指令値Ｉrefに従ってモータ駆動トルクτmが発
生するようにパワー変換器４を作動し、モータ１を制御
する。
【０００８】次に、一次遅れ補償器１０および近似微分
補償器１１の動作を説明するにあたって、モータ１と機
械負荷３とが軸ねじり振動を示す場合の効果を説明す
る。まず、モータ１と機械負荷３との振動モデルを図２
に示す。図２において、モータ１と機械負荷３の慣性モ
ーメントＪm，Ｊlがバネ２０１で結合され、バネ２０１
は連結軸２のねじり剛性を表す。ここで、モータの駆動
トルクをτm、モータ速度をωm、機械負荷速度をωl、
機械負荷に働く負荷トルクをτdとする。軸ねじり振動
状態では、モータ１と機械負荷３とがバネ２０１を介し
て振動する。この振動モデルの等価ブロック線図は、２
慣性系振動モデルとしてよく知られており、図３のよう
に表せる。ここで、モータトルク電流をＩt、軸ねじり
トルクをτs、モータ軸に作用する軸トルクをτtとし、
その他の変数は図２と同じである。また、Ｋtはモータ
のトルク定数、Ｊmはモータの慣性モーメント、Ｊlは機
械負荷の慣性モーメント、Ｋfは軸ねじり剛性、ｃfはそ
の減衰係数を表す。図３の２慣性系振動モデルから、機
械負荷速度ωlは、軸ねじりトルクτsにより加減速さ
れ、その反力がモータ軸への軸トルクτtとなる。ここ
で、ωm，ωlとτs，τsとτt，τtとωlとの関係は、
次式で表せる。
補償器１１の動作を説明するにあたって、モータ１と機
械負荷３とが軸ねじり振動を示す場合の効果を説明す
る。まず、モータ１と機械負荷３との振動モデルを図２
に示す。図２において、モータ１と機械負荷３の慣性モ
ーメントＪm，Ｊlがバネ２０１で結合され、バネ２０１
は連結軸２のねじり剛性を表す。ここで、モータの駆動
トルクをτm、モータ速度をωm、機械負荷速度をωl、
機械負荷に働く負荷トルクをτdとする。軸ねじり振動
状態では、モータ１と機械負荷３とがバネ２０１を介し
て振動する。この振動モデルの等価ブロック線図は、２
慣性系振動モデルとしてよく知られており、図３のよう
に表せる。ここで、モータトルク電流をＩt、軸ねじり
トルクをτs、モータ軸に作用する軸トルクをτtとし、
その他の変数は図２と同じである。また、Ｋtはモータ
のトルク定数、Ｊmはモータの慣性モーメント、Ｊlは機
械負荷の慣性モーメント、Ｋfは軸ねじり剛性、ｃfはそ
の減衰係数を表す。図３の２慣性系振動モデルから、機
械負荷速度ωlは、軸ねじりトルクτsにより加減速さ
れ、その反力がモータ軸への軸トルクτtとなる。ここ
で、ωm，ωlとτs，τsとτt，τtとωlとの関係は、
次式で表せる。
【数３】 ここで、ｓはラプラス演算子、１／ｓは積分を表す。ま
た、τdは機械負荷に作用する負荷トルクを表す。一
方、モータ１と機械負荷３との軸ねじり振動による軸ト
ルクτtは、駆動トルクτmのうち、モータ速度の加減速
に用いられない成分に対応する。すなわち、モータ側の
関係式は、次式で表せる。
た、τdは機械負荷に作用する負荷トルクを表す。一
方、モータ１と機械負荷３との軸ねじり振動による軸ト
ルクτtは、駆動トルクτmのうち、モータ速度の加減速
に用いられない成分に対応する。すなわち、モータ側の
関係式は、次式で表せる。
【数４】 これより、軸トルクτtは、モータトルク電流Ｉtおよび
モータ速度ωmから次式のように演算されることが分か
る。
モータ速度ωmから次式のように演算されることが分か
る。
【数５】 ここで、ラプラス演算子のｓは微分を表す。
【０００９】さて、このような駆動系に対して、本実施
例では、図１に示す一次遅れ補償器１０、近似微分器１
１を設け、各補償器のゲインｋ1，ｋ2を次式とする。
例では、図１に示す一次遅れ補償器１０、近似微分器１
１を設け、各補償器のゲインｋ1，ｋ2を次式とする。
【数６】 このときのトルク電流指令値Ｉrefは、（数２）式に
（数１），（数６）式を代入して、次式のように表せ
る。
（数１），（数６）式を代入して、次式のように表せ
る。
【数７】 ここで、Ｋtはトルク定数，Ｊmはモータ慣性モーメント
値であり、ｇおよびΔＪmは可調節パラメータである。
（数７）式は、分母を（１＋Ｔd1ｓ）で通分し、（数
５）式の関係を代入すると、次式のように等価変換でき
る。
値であり、ｇおよびΔＪmは可調節パラメータである。
（数７）式は、分母を（１＋Ｔd1ｓ）で通分し、（数
５）式の関係を代入すると、次式のように等価変換でき
る。
【数８】 ここで、α1，α2，α3は次式で表せる。
【数９】 これより、モータトルク電流Ｉtに対する一次遅れ補償
Ｇ1(ｓ)のゲインｋ1、時定数Ｔd1およびモータ速度ωm
に対する近似微分補償Ｇ2(ｓ)のゲインｋ2、時定数Ｔd2
を調整することにより、（数９）式における係数α1，
α2，α3をそれぞれ独立に調節できる。これにより、主
制御ループは、モータ速度ωmをフィードバックした制
御処理に加えて、モータ駆動系に作用する軸トルク
τt、および、モータ速度の一階微分ｓωm、更に、モー
タ速度の二階微分ｓ2ωmをフィードバックする制御ルー
プを構成できる。ここで、モータ速度に対する近似微分
補償要素Ｇ2(ｓ)の時定数Ｔd2は、モータトルク電流に
対する一次遅れ補償Ｇ1(ｓ)の時定数Ｔd1より大きく設
定する。このとき、（数８）式の関係から明らかなよう
に、軸トルクτtはトルク電流の補償要素の持つ遅れ時
定数Ｔd1で補償できている。一方、モータ速度の近似微
分の時定数Ｔd2は、Ｔd2≧Ｔd1のように設定できるの
で、モータ速度検出値に含まれる雑音の高周波成分を増
大させることなく、応答よく軸トルク成分を補償でき
る。
Ｇ1(ｓ)のゲインｋ1、時定数Ｔd1およびモータ速度ωm
に対する近似微分補償Ｇ2(ｓ)のゲインｋ2、時定数Ｔd2
を調整することにより、（数９）式における係数α1，
α2，α3をそれぞれ独立に調節できる。これにより、主
制御ループは、モータ速度ωmをフィードバックした制
御処理に加えて、モータ駆動系に作用する軸トルク
τt、および、モータ速度の一階微分ｓωm、更に、モー
タ速度の二階微分ｓ2ωmをフィードバックする制御ルー
プを構成できる。ここで、モータ速度に対する近似微分
補償要素Ｇ2(ｓ)の時定数Ｔd2は、モータトルク電流に
対する一次遅れ補償Ｇ1(ｓ)の時定数Ｔd1より大きく設
定する。このとき、（数８）式の関係から明らかなよう
に、軸トルクτtはトルク電流の補償要素の持つ遅れ時
定数Ｔd1で補償できている。一方、モータ速度の近似微
分の時定数Ｔd2は、Ｔd2≧Ｔd1のように設定できるの
で、モータ速度検出値に含まれる雑音の高周波成分を増
大させることなく、応答よく軸トルク成分を補償でき
る。
【００１０】次に、本発明による速度制御系のシュミレ
ーション波形を、従来（外乱オブザーバによる）方式に
よる速度制御系のシュミレーション波形と対比して、説
明する。まず、図４に、本発明による速度制御系の構成
を伝達関数を用いたブロック線図により示す。ここで、
一次遅れ補償器１０および近似微分補償器１１の伝達特
性は、（数１）式に示すように、ゲインｋ1，ｋ2および
時定数Ｔd1，Ｔd2で表した。また、速度制御器１２の積
分ゲインをｋi、比例ゲインをｋpとした。電流制御系の
特性は応答時定数がＴaの一次遅れ系とした。また、モ
ータおよび機械系の特性は１５Ｈｚと６０Ｈｚに共振ピ
ークを持つ振動系とした。一方、従来（外乱オブザーバ
による）方式の速度制御系を伝達関数により表したブロ
ック線図を図５に示す。ここで、外乱オブザーバ１５
は、積分器１５３１／Ｊ1eｓと加算器１５４およびオブ
ザーバゲインｋo１５５とから構成され、オブザーバの
極の絶対値をｋd（ｋd＝ｋo／Ｊ1e）としたとき、１／
ｋdの時定数で軸トルクτtを推定する。外乱オブザーバ
からの推定値にゲインｋfを乗算し、トルク電流指令値
から減算することにより、軸ねじり振動を抑制する。両
者のシミュレーション結果を図６に示す。モータの速度
指令値をステップ状に変化させたときのモータ速度（ω
m）、機械負荷速度（ωl）、モータトルク電流（Ｉt）
の波形を示す。ここで、（ａ）に外乱オブザーバを用い
た従来方式の結果を、（ｂ）に本発明による結果を示
す。図６（ａ）の従来方式では、図５の構成において、
ｋi＝２００００，ｋp＝８００とし、Ｔa＝１．６ｍｓ
とした。また、外乱オブザーバの時定数Ｔd（Ｔd＝１／
ｋd）を３．３ｍｓとし、軸ねじりトルク推定値のフィ
ードバックゲインｋfを１．２とした。図６（ａ）の結
果から明らかなように、機械負荷速度からモータと機械
負荷との軸ねじり振動はある程度抑制されているが、モ
ータ速度やモータトルク電流に不安定な持続振動が励起
している。これは、従来の外乱オブザーバ１５による方
法では、軸トルク推定応答を十分高くできないため、こ
のような不安定振動が発生している。これに対して、図
６（ｂ）の本発明では、ｋi，ｋp，Ｔaを図６（ａ）と
同じとし、一次遅れ補償器１０のｋ1および近似微分補
償器１１のｋ2は、ｋf＝１．２と同じ軸トルク推定値フ
ィードバックとなるように設定した。ここで、近似微分
補償器１１の時定数Ｔd2は、外乱オブザーバ１５の時定
数Ｔdと同じ３．３ｍｓとし、一次遅れ補償器１０の時
定数Ｔd1を１ｍｓとした。図６（ｂ）の結果から明らか
なように、本発明による速度制御系によれば、近似微分
補償器１１の時定数Ｔd2を小さくすることなく、一次遅
れ補償器１０の時定数Ｔd1を小さくすることで、不安定
振動の発生がなく、軸トルク推定の高応答化を達成でき
る。
ーション波形を、従来（外乱オブザーバによる）方式に
よる速度制御系のシュミレーション波形と対比して、説
明する。まず、図４に、本発明による速度制御系の構成
を伝達関数を用いたブロック線図により示す。ここで、
一次遅れ補償器１０および近似微分補償器１１の伝達特
性は、（数１）式に示すように、ゲインｋ1，ｋ2および
時定数Ｔd1，Ｔd2で表した。また、速度制御器１２の積
分ゲインをｋi、比例ゲインをｋpとした。電流制御系の
特性は応答時定数がＴaの一次遅れ系とした。また、モ
ータおよび機械系の特性は１５Ｈｚと６０Ｈｚに共振ピ
ークを持つ振動系とした。一方、従来（外乱オブザーバ
による）方式の速度制御系を伝達関数により表したブロ
ック線図を図５に示す。ここで、外乱オブザーバ１５
は、積分器１５３１／Ｊ1eｓと加算器１５４およびオブ
ザーバゲインｋo１５５とから構成され、オブザーバの
極の絶対値をｋd（ｋd＝ｋo／Ｊ1e）としたとき、１／
ｋdの時定数で軸トルクτtを推定する。外乱オブザーバ
からの推定値にゲインｋfを乗算し、トルク電流指令値
から減算することにより、軸ねじり振動を抑制する。両
者のシミュレーション結果を図６に示す。モータの速度
指令値をステップ状に変化させたときのモータ速度（ω
m）、機械負荷速度（ωl）、モータトルク電流（Ｉt）
の波形を示す。ここで、（ａ）に外乱オブザーバを用い
た従来方式の結果を、（ｂ）に本発明による結果を示
す。図６（ａ）の従来方式では、図５の構成において、
ｋi＝２００００，ｋp＝８００とし、Ｔa＝１．６ｍｓ
とした。また、外乱オブザーバの時定数Ｔd（Ｔd＝１／
ｋd）を３．３ｍｓとし、軸ねじりトルク推定値のフィ
ードバックゲインｋfを１．２とした。図６（ａ）の結
果から明らかなように、機械負荷速度からモータと機械
負荷との軸ねじり振動はある程度抑制されているが、モ
ータ速度やモータトルク電流に不安定な持続振動が励起
している。これは、従来の外乱オブザーバ１５による方
法では、軸トルク推定応答を十分高くできないため、こ
のような不安定振動が発生している。これに対して、図
６（ｂ）の本発明では、ｋi，ｋp，Ｔaを図６（ａ）と
同じとし、一次遅れ補償器１０のｋ1および近似微分補
償器１１のｋ2は、ｋf＝１．２と同じ軸トルク推定値フ
ィードバックとなるように設定した。ここで、近似微分
補償器１１の時定数Ｔd2は、外乱オブザーバ１５の時定
数Ｔdと同じ３．３ｍｓとし、一次遅れ補償器１０の時
定数Ｔd1を１ｍｓとした。図６（ｂ）の結果から明らか
なように、本発明による速度制御系によれば、近似微分
補償器１１の時定数Ｔd2を小さくすることなく、一次遅
れ補償器１０の時定数Ｔd1を小さくすることで、不安定
振動の発生がなく、軸トルク推定の高応答化を達成でき
る。
【００１１】以上詳述したように、本実施例によれば、
モータのトルク電流Ｉtの一次遅れ補償器Ｇ1(ｓ)とモー
タ速度ωmの近似微分補償器Ｇ2(ｓ)をそれぞれ個別に設
けることにより、モータトルク電流に対する一次遅れ補
償の時定数と、モータ速度に対する微分および一次遅れ
補償（近似微分補償）の時定数を独立に設定でき、これ
により、モータ速度の近似微分の高周波成分を増大する
ことなく、等価的に高応答に軸トルク推定値をフィード
バックして制御し、機械系の振動を励振することなく、
モータを高応答に速度制御する。すなわち、モータ速度
に対する近似微分補償の場合、補償要素に微分項が含ま
れるため、従来の外乱オブザーバの場合と同様に、高周
波領域で雑音が増幅しないようにする必要から、モータ
速度に対する近似微分補償の時定数をある程度大きく設
定して、高周波領域における微分機能を抑制し、速度検
出値に含まれる雑音の高周波成分の増大を防止する。一
方、モータのトルク電流Ｉtの一次遅れ補償器の場合、
モータのトルク電流は、高い制御応答の要求される電流
制御に用いられるため、検出雑音や検出遅れは小さく、
また、補償要素に微分項を含まないため、高周波領域に
おける雑音の増幅はない。このため、安定性を損なうこ
となく、モータトルク電流に対する一次遅れ補償の時定
数を十分小さくできるので、軸トルクを高応答に推定し
て補償する。更に、（数８）に示すように、軸トルクだ
けでなく、モータ速度の一階微分および二階微分をフィ
ードバックできるので、微分による位相を進ませる効果
により、閉ループ制御系の安定性を向上できる利点もあ
る。
モータのトルク電流Ｉtの一次遅れ補償器Ｇ1(ｓ)とモー
タ速度ωmの近似微分補償器Ｇ2(ｓ)をそれぞれ個別に設
けることにより、モータトルク電流に対する一次遅れ補
償の時定数と、モータ速度に対する微分および一次遅れ
補償（近似微分補償）の時定数を独立に設定でき、これ
により、モータ速度の近似微分の高周波成分を増大する
ことなく、等価的に高応答に軸トルク推定値をフィード
バックして制御し、機械系の振動を励振することなく、
モータを高応答に速度制御する。すなわち、モータ速度
に対する近似微分補償の場合、補償要素に微分項が含ま
れるため、従来の外乱オブザーバの場合と同様に、高周
波領域で雑音が増幅しないようにする必要から、モータ
速度に対する近似微分補償の時定数をある程度大きく設
定して、高周波領域における微分機能を抑制し、速度検
出値に含まれる雑音の高周波成分の増大を防止する。一
方、モータのトルク電流Ｉtの一次遅れ補償器の場合、
モータのトルク電流は、高い制御応答の要求される電流
制御に用いられるため、検出雑音や検出遅れは小さく、
また、補償要素に微分項を含まないため、高周波領域に
おける雑音の増幅はない。このため、安定性を損なうこ
となく、モータトルク電流に対する一次遅れ補償の時定
数を十分小さくできるので、軸トルクを高応答に推定し
て補償する。更に、（数８）に示すように、軸トルクだ
けでなく、モータ速度の一階微分および二階微分をフィ
ードバックできるので、微分による位相を進ませる効果
により、閉ループ制御系の安定性を向上できる利点もあ
る。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、モータのトルク電流の
一次遅れ補償器とモータ速度の近似微分補償器をそれぞ
れ個別に設けることにより、モータトルク電流に対する
一次遅れ補償の時定数を小さく、モータ速度に対する微
分および一次遅れ補償（近似微分補償）の時定数を大き
く独立に設定できるので、速度検出値に含まれる雑音の
高周波成分を増大させることなく、軸トルクを高応答に
フィードバック補償でき、外乱トルクを応答よく補償し
て、機械系の振動を励振することなく、モータを高応答
に速度制御することができる。また、速度制御系にモー
タ速度の一階および二階微分をフィードバックして制御
できるので、微分による位相を進ませる効果により、閉
ループ速度制御系の位相遅れを改善し、安定性を向上さ
せることができる。
一次遅れ補償器とモータ速度の近似微分補償器をそれぞ
れ個別に設けることにより、モータトルク電流に対する
一次遅れ補償の時定数を小さく、モータ速度に対する微
分および一次遅れ補償（近似微分補償）の時定数を大き
く独立に設定できるので、速度検出値に含まれる雑音の
高周波成分を増大させることなく、軸トルクを高応答に
フィードバック補償でき、外乱トルクを応答よく補償し
て、機械系の振動を励振することなく、モータを高応答
に速度制御することができる。また、速度制御系にモー
タ速度の一階および二階微分をフィードバックして制御
できるので、微分による位相を進ませる効果により、閉
ループ速度制御系の位相遅れを改善し、安定性を向上さ
せることができる。
【図１】本発明の一実施例を示すモータ速度制御系のブ
ロック線図
ロック線図
【図２】機械負荷駆動系の振動モデル
【図３】振動モデルのブロック線図
【図４】本発明による速度制御系を伝達関数により示す
ブロック線図
ブロック線図
【図５】従来方式（外乱オブザーバ）による速度制御系
を伝達関数により示すブロック線図
を伝達関数により示すブロック線図
【図６】速度ステップ応答のシミュレーション結果を示
す図
す図
１ モータ ２ 連結軸 ３ 機械負荷 ４ パワー変換器 ５ 電流制御器 ６ 電流検出器 ７ 電流成分検出演算器 ８ エンコーダ ９ 速度検出演算器 １０ 一次遅れ補償器 １１ 近似微分補償器 １２ 速度制御器
Claims (4)
- 【請求項１】 機械負荷を駆動するモータと、モータ電
流及びモータ速度をそれぞれ検出する手段と、速度指令
値とモータ速度とからトルク電流指令値を演算する手段
と、モータ電流の検出値からモータのトルク電流を演算
する手段と、モータのトルク電流をトルク電流指令値に
従って制御する手段を有するモータの速度制御装置にお
いて、モータのトルク電流を遅れ補償手段を介してフィ
ードバックする制御ループと、モータ速度を微分および
遅れ補償（近似微分補償）手段を介してフィードバック
する制御ループとを個別に設け、前記トルク電流指令値
をこれら制御ループの出力で補償することを特徴とする
モータの速度制御装置。 - 【請求項２】 機械負荷を駆動するモータと、モータ電
流及びモータ速度をそれぞれ検出する手段と、速度指令
値とモータ速度とからトルク電流指令値を演算する手段
と、モータ電流の検出値からモータのトルク電流を演算
する手段と、モータのトルク電流をトルク電流指令値に
従って制御する手段を有するモータの速度制御装置にお
いて、トルク電流検出値を入力として遅れ補償を施す手
段と、モータ速度検出値を入力として微分および遅れ補
償（近似微分補償）を施す手段とをそれぞれ設け、モー
タ速度に対する近似微分補償の時定数をモータトルク電
流に対する一次遅れ補償の時定数より大きく設定して、
前記トルク電流指令値に、前記遅れ補償の演算結果およ
び前記近似微分補償の演算結果をそれぞれ加減算した結
果をトルク電流指令値として速度制御を実行することを
特徴とするモータの速度制御装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、トル
ク電流検出値に対する遅れ補償の伝達関数をＧ1(ｓ)、
モータ速度検出値に対する微分および遅れ補償（近似微
分補償）の伝達関数をＧ2(ｓ)としたとき、Ｇ1(ｓ)を
（ａ）式で記述される一次遅れ補償、Ｇ2(ｓ)を（ｂ）
式で記述される微分および一次遅れ補償（近似微分補
償）とすることを特徴とするモータの速度制御装置。 【数１０】 【数１１】 ここで、ｓはラプラス演算子、ｋ1およびＴd1は一次遅
れ補償のゲインと時定数、ｋ2およびＴd2は微分および
一次遅れ補償（近似微分補償）のゲインと時定数をそれ
ぞれ表す。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２において、速度
指令値とモータ速度とから演算されるトルク電流指令値
に、軸トルク、モータ速度の一階微分および二階微分を
フィードバックして制御することを特徴とするモータの
速度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6163033A JPH089672A (ja) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | モータの速度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6163033A JPH089672A (ja) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | モータの速度制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH089672A true JPH089672A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15765915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6163033A Pending JPH089672A (ja) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | モータの速度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH089672A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020051183A (ko) * | 2000-12-22 | 2002-06-28 | 신현준 | 전류지령 보상기를 이용한 롤러 속도제어장치 |
| CN109412474A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-03-01 | 上海航天控制技术研究所 | 一种无刷直流电动机正弦力矩输出的控制方法 |
| CN116215543A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-06-06 | 深圳熙斯特新能源技术有限公司 | 基于电流补偿的纯电公交主动防抖控制方法及存储介质、设备 |
| WO2025130101A1 (zh) * | 2023-12-20 | 2025-06-26 | 安徽美芝制冷设备有限公司 | 压缩机控制方法、装置、设备及存储介质 |
-
1994
- 1994-06-22 JP JP6163033A patent/JPH089672A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020051183A (ko) * | 2000-12-22 | 2002-06-28 | 신현준 | 전류지령 보상기를 이용한 롤러 속도제어장치 |
| CN109412474A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-03-01 | 上海航天控制技术研究所 | 一种无刷直流电动机正弦力矩输出的控制方法 |
| CN116215543A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-06-06 | 深圳熙斯特新能源技术有限公司 | 基于电流补偿的纯电公交主动防抖控制方法及存储介质、设备 |
| WO2025130101A1 (zh) * | 2023-12-20 | 2025-06-26 | 安徽美芝制冷设备有限公司 | 压缩机控制方法、装置、设备及存储介质 |
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