(57)【要約】【課題】駆動信号を補完する補正を行うことで、目標速度に対する電動機の実速度の追従性を向上させることのできる加速度指令付き速度制御装置を提供する。【解決手段】速度制御装置１０は、Ｓ字カーブ特性を記憶した指令速度設定部２０、偏差算出部１０２およびＰＩ調整部１０３を具備する。指令速度設定部２０では、目標速度Ｖoに応じた指令加速度Ｖiを算出し、この指令加速度ＶiをＰＩ調整部１０３の出力に加算する。これにより、ＰＩ調整部１０３のみで駆動信号を調整していた際の指令速度の目標速度Ｖoに対する応答遅れを指令加速度Ａiによって補完することができ、目標速度Ｖoに対する実速度Ｖｔの追従性を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の検出速度を指令速度に一致させるように閉ループ制御する加速度指令付き速度制御装置において、
目標速度に対して指令速度を設定する指令速度設定手段と、
前記指令速度と検出速度との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差算出手段から出力される偏差を零にするように前記電動機に供給される駆動信号を調整するＰＩ調整手段と、を備え、
前記指令速度設定手段は、予め複数の設定加速度を記憶し、前記目標速度の変化に応じて選択された設定加速度を指令加速度として前記ＰＩ調整手段から出力される駆動信号に加算する
ことを特徴とする加速度指令付き速度制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の加速度指令付き速度制御装置において、
前記指令速度設定手段で設定される指令速度は、前記指令加速度を積分して得た値である
ことを特徴とする加速度指令付き速度制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の加速度指令付き速度制御装置において、
前記指令加速度には、電動機の慣性力によるゲイン分を乗算する
ことを特徴とする加速度指令付き速度制御装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の加速度指令付き速度制御装置において、
前記指令加速度には、電動機の機械的損失値を減算する
ことを特徴とする加速度指令付き速度制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の加速度指令付き速度制御装置において、
前記指令速度設定手段は、目標速度に対応する指令速度が決められた所定特性が予め記憶され、前記所定特性を参照しつつ目標速度に対応した指令速度が設定される
ことを特徴とする加速度指令付き速度制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の加速度指令付き速度制御装置において、
前記所定特性はＳ字カーブである
ことを特徴とする加速度指令付き速度制御装置。
【請求項７】
電動機の検出速度を指令速度に一致させるように閉ループ制御する電動機の速度制御方法において、
目標速度に対して指令速度を設定する指令速度設定段階と、
前記指令速度と検出速度との偏差を算出する偏差算出段階と、
前記偏差算出段階で出力される偏差を零にするように前記電動機に供給される駆動信号を調整するＰＩ調整段階と、を備え、
前記指令速度設定段階では、予め複数の設定加速度を記憶し、前記目標速度に応じて選択された設定加速度を指令加速度として前記ＰＩ調整手段の出力に加算する
ことを特徴とする電動機の速度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の速度制御を行う加速度指令付き速度制御装置および速度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機の検出速度を指令速度に一致させるように閉ループ制御を行って電動機の速度を制御する制御装置電動機が知られている。この速度制御装置は、指令速度設定手段、偏差算出手段およびＰＩ調整手段を具備しており、指令速度設定手段が、例えばＳ字カーブの特性に基づいて目標速度に対応した指令速度を算出し、偏差算出手段が、前記指令速度と実際の検出速度との偏差を算出し、ＰＩ調整手段が、前記偏差が零になるように前記原動機に供給される駆動信号を調整する。これにより、目標速度に対応させて電動機の回転速度をスムーズに特性に追従させるようにしていた。
【０００３】
一方、電動機と内燃機関とを組み合わせた並列型ハイブリッド電気自動車のモータ制御方法の分野では、指令加速度およびモータの推定慣性モーメントに基づいて算出された電流信号を利用してモータの制御を行うことも知られている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載のモータ制御方法では、電流信号を生成するための条件としてモータの推定慣性モーメントがある。この慣性モーメントは、時定数、モータ発生トルク、実際のモータ速度で所定の演算を行うことにより算出されるものであり、モータ発生トルクおよび実際のモータ速度の測定にはトルクセンサ、速度センサ等が必要となり、部品点数が増加してしまう。
【０００４】
【特許文献１】特許２００４−２７４９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、図４に、ＰＩ調整手段を用いたモータの速度制御装置の基本的な構成を示す。
従来技術による速度制御装置１００は、Ｓ字カーブ特性を記憶した指令速度設定部１０１、偏差算出部１０２およびＰＩ調整部１０３を具備し、速度制御装置１００の出力側にはドライバ回路からなるモータ制御装置１１０およびモータ１１１が電気的に接続される。
指令速度設定部１０１は、外部から入力される目標速度Ｖoを受けてＳ字カーブ特性を参照して偏差算出部１０２に指令速度Ｖiを出力する。偏差算出部１０２は、指令速度Ｖiと後述する検出速度器１１２からの実速度Ｖｔを受けて偏差ΔＶを算出し、この偏差ΔＶをＰＩ調整部１０３に出力する。ＰＩ調整部１０３は、偏差ΔＶを受けて比例定数に起因したＰと、積分時定数（Ｐゲイン）に起因したＩとの和を駆動信号Ｖｄとしてモータ１１１に出力する。そして、モータ１１１は駆動信号Ｖｄを受けて回転動作する。
【０００６】
さらに、モータ１１１の回転軸（図示せず）には、ロータリーエンコーダ等の検出速度器１１２が機械的に接続される。この検出速度器１１２は偏差算出部１０２に電気的に接続され、実速度Ｖｔを出力する。
この速度制御装置１００では、実速度ＶｔがＳ字カーブ特性に沿って変化するように、速度制御装置１００から出力される駆動信号Ｖｄが調整されるようになっている。
【０００７】
ＰＩ調整部１０３は、比例定数（Ｐゲイン）に起因したＰと、積分時定数τに起因したＩとを算出するため、パラメータとなるＰゲインおよび積分時定数τは、目標速度が一定の場合に初期設定されるのが一般的である。
ここで、目標速度Ｖoと実速度Ｖｔとがつりあった状態（偏差ΔＶが「０」）から目標速度Ｖoが僅かに変化した場合には、偏差ΔＶに僅かな値が発生する。この際、ＰＩ調整部１０３のＰ分は、速度差が小さいためほとんど出力されず、Ｉ分は積分時定数τがあるため、積分時定数τ分だけ遅れて出力されることになり、ＰＩ調整部１０３から出力される駆動信号Ｖｄは目標速度Ｖoの変化に対して緩慢に変化することになる。この結果、実際の速度もゆっくり変化してしまい、実速度Ｖｔが目標速度Ｖoに追従できなくなる。
【０００８】
そこで、駆動信号の変化を比較的速く応答させる一方法として、Ｐゲインを大きくして、積分時定数τを小さくする方法がある。しかし、偏差ΔＶを監視してＰＩ調整部１０３のパラメータ（Ｐゲイン、積分時定数τ）を適宜調整することは、部品点数が増えると共に制御が複雑になってしまい、実用に適していない。
このため、Ｐゲインおよび積分時定数τの初期設定では、十分に満足できる制御特性を得ることができないという問題がある。
【０００９】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、駆動信号を補完する補正を行うことで、目標速度に対する電動機の実速度の追従性を向上させることのできる加速度指令付き速度制御装置および電動機の速度制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明が採用する構成は、電動機の検出速度を指令速度に一致させるように閉ループ制御する加速度指令付き速度制御装置において、目標速度に対して指令速度を設定する指令速度設定手段と、前記指令速度と検出速度との偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差算出手段から出力される偏差を零にするように前記電動機に供給される駆動信号を調整するＰＩ調整手段と、を備え、前記指令速度設定手段は、予め複数の設定加速度を記憶し、前記目標速度の変化に応じて選択された設定加速度を指令加速度として前記ＰＩ調整手段から出力される駆動信号に加算することを特徴としている。
【００１１】
このような構成により、駆動信号には、指令速度と実速度との偏差に基づいて算出される値に、目標速度の変化に応じて選択された指令加速度が加算されることになり、ＰＩ調整手段のみで駆動信号を調整していた際の指令速度の目標速度に対する応答遅れを指令加速度によって補完することができる。
【００１２】
上記記載の速度制御装置において、前記指令速度設定手段で設定される指令速度は、前記指令加速度を積分して得た値であることが好ましい。
【００１３】
上記記載の速度制御装置において、前記指令加速度には、電動機の慣性力によるゲイン分を乗算することが好ましい。
【００１４】
上記記載の速度制御装置において、前記指令加速度には、電動機の機械的損失値を減算することが好ましい。
【００１５】
上記記載の速度制御装置において、前記指令速度設定手段は、目標速度に対応する指令速度が決められた所定特性が予め記憶され、前記所定特性を参照しつつ目標速度に対応した指令速度が設定されることが好ましい。
【００１６】
上記記載の速度制御装置において、請求項５記載の加速度指令付き速度制御装置において、前記所定特性はＳ字カーブであることが好ましい。
【００１７】
上述の目的を達成するため、本発明が採用する方法は、検出速度を指令速度に一致させるように閉ループ制御する電動機の速度制御方法において、目標速度に対して指令速度を設定する指令速度設定段階と、前記指令速度と検出速度との偏差を算出する偏差算出段階と、前記偏差算出段階で出力される偏差を零にするように前記電動機に供給される駆動信号を調整するＰＩ調整段階と、を備え、前記指令速度設定段階では、予め複数の設定加速度を記憶し、前記目標速度に応じて選択された設定加速度を指令加速度として前記ＰＩ調整手段の出力に加算することを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る加速度指令付き速度制御装置（以下、速度制御装置という）について、図面を参照して説明する。
【００１９】
＜１．実施形態＞
ここで、図１を参照しつつ、速度制御装置１０を備えたモータ駆動回路の構成について説明する。なお、前述した従来技術と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
速度制御装置１０は、Ｓ字カーブ特性を記憶した指令速度設定部２０、偏差算出部１０２およびＰＩ調整部１０３を具備しており、指令速度設定部２０の構成およびＰＩ調整部１０３の出力側に加算器３０が設けられた点で従来技術と相違する。さらに、本実施形態の特徴となる指令速度設定部２０から出力される指令加速度Ａiのラインには、モータ１１１の持つ慣性分ゲインＧiを乗算する乗算器４０と、モータ１１１の機械的損失（メカロス）Ｌｍを加算する加算器３０が設けられている。
【００２０】
次に、図２を参照しつつ、指令速度設定部２０の構成について説明する。
指令速度設定部２０は、加速度選択回路２１、加速度ランプ関数２２、積分器２３、例えば３種類の設定加速度（＋），（０），（−）の所定値が予め記憶された記憶部２４、設定加速度を選択する選択スイッチ２５を具備する。
【００２１】
加速度選択回路２１は、今回の目標速度Ｖoと前回の指令速度Ｖiと、前回の指令加速度Ａiから設定加速度（＋），（０），（−）のいずれの状態であるかを選択する。
即ち、目標速度Ｖo＞＞前回の指令速度Ｖｉの場合、加速度は（＋）となるが、［前回の指令速度Ｖｉ−目標速度Ｖo］の値が、指令加速度ＡＩが「０」になるまでに変化する速度と等しくなった時点で、設定加速度は「０」になる。目標速度Ｖo＜前回の指令速度Ｖｉの場合も同様の動作となる。
【００２２】
加速度ランプ関数２２のランプ関数は、Ｓ字カーブ特性の速度を微分することにより得られた関数である。即ち、速度が増加する際には加速度が（＋）となり、速度が減少する際には加速度が（−）となり、速度が一定、或いは零の際には加速度が（０）となる。そして、この加速度ランプ関数２２は、加速度選択回路２１によって選択された設定加速度を受けて指令加速度Ａiを出力する。
さらに、積分器２３で指令加速度Ａiを積分することにより指令速度Ｖiを生成し、偏差算出部１０２および加速度選択回路２１に出力する。
【００２３】
ここで、加速度選択回路２１による設定加速度の切り換えについて、図３を参照しつつ説明する。図３は時間に対する加速度を示したランプ関数であり、前述した如く、Ｓ字カーブ特性に対応している。
【００２４】
加速度選択回路２１では、次の９段階で設定加速度を（＋），（０），（−）に切り換える。
領域ａ．加速度（０）
領域ｂ．加速度（０）から（＋）の設定値へ変化中
領域ｃ．加速度（＋）
領域ｄ．加速度（＋）の設定値から加速度（０）へ変化中
領域ｅ．加速度（０）
領域ｆ．加速度（０）から（−）の設定値へ変化中
領域ｇ．加速度（−）
領域ｈ．加速度（−）の設定値から（０）へ変化中
領域ｉ．加速度（０）
ランプ関数の各領域と設定加速度との関係は、領域ａ，ｄ，ｅ，ｈ，ｉが設定加速度（０）に対応し、領域ｂ，ｃが設定加速度（＋）に対応し、領域ｆ，ｇが設定加速度（−）に対応している。
【００２５】
また、加速度ランプ関数とＳ字カーブ特性の速度との対応は、加速度ランプ関数の領域ａ〜ｄがＳ字カーブ特性の速度が立ち上がり部分、加速度ランプ関数の領域ｅがＳ字カーブ特性の速度が一定で上昇する部分、加速度ランプ関数の領域ｆ〜ｉがＳ字カーブ特性の速度が目標速度に達する部分に対応する。
【００２６】
本実施形態による速度制御装置１０では、指令速度設定部２０の加速度選択回路２１により目標速度Ｖoに応じた指令加速度Ｖiを算出し、この指令加速度ＶiをＰＩ調整部１０３から出力される駆動信号Ｖｄに加算器３０により加算する。これにより、目標速度Ｖoと実速度Ｖｔとがつりあった状態から、目標速度Ｖoが変化した場合（即ち、加速した場合）、加速度選択回路２１では、加速度が領域ａからｂに移動するため設定加速度（＋）が選択されて指定加速度Ａiは（＋）となる方向の値が駆動信号Ｖｄに加算される。この結果、ＰＩ調整部１０３から出力される速度変化に応じた信号に、加速度を考慮した信号を加算した駆動信号Ｖｄが速度制御装置１０からモータ１１１に出力されることになり、ＰＩ調整部１０３のＰゲインおよび積分時定数τの初期設定を変更することなく、Ｓ字カーブ特性に追従させた実速度Ｖｔを得ることができる。
【００２７】
このように、ＰＩ調整部１０３のみで駆動信号を調整した際の指令速度Ｖiの目標速度Ｖoに対する応答遅れを、指令加速度Ａiによって補完することにより、目標速度Ｖoに対するモータ１１１の実速度Ｖｔの追従性を向上させることができる。
【００２８】
さらに、指令加速度Ａiには、モータ１１１の持つ慣性分ゲインＧiを乗算し、モータ１１１部分に加わる機械的損失（メカニカルロス）Ｌｍを加算することにより、加わるモータ１１１の誤差分の影響を指令加速度Ａiから相殺でき、実速度Ｖｔをより目標速度Ｖoに近づけることのできる駆動信号Ｖｄが得ることができる。
【００２９】
＜２．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の態様が可能である。
【００３０】
前記実施形態では、指令速度設定部２０において設定される指令加速度Ａiを得るための設定加速度を（＋），（０），（−）の３個の所定値とした場合を例示したが、５個、７個・・・といった具合に他の個数の所定値の設定加速度であってもよい。
【００３１】
前記実施形態では、指令速度設定部２０において設定される指令速度Ｖiは、指令加速度Ａiを積分して算出するようにしたが、従来技術と同様にＳ字カーブ特性に基づいて、指令加速度Ａiとは別個に算出するようにしてもよい。さらに、指令速度Ｖiを微分して指令加速度Ａiを生成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態による速度制御装置を含む構成図である。
【図２】実施形態による指令速度設定部の構成を示す構成図である。
【図３】実施形態による加速度の切り換え状態を示す説明図である。
【図４】従来技術による速度制御装置を含む構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０，１００…速度制御装置、２０…指令速度設定部、２１…加速度選択回路、２２…加速度ランプ関数、２３…積分器、２４…記憶部、２５…選択スイッチ、３０，５０…加算器、４０…乗算器、１０２…偏差算出部、１０３…ＰＩ調整部、１１０…モータ制御回路、１１１…モータ、１１２…速度検出器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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