(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの位置を制御周期毎に検出したエンコーダ情報からモータ速度を計算する速度検出回路と、速度検出値と与えられる速度指令値を比較しトルク指令を生成する速度制御器と、トルク指令に従いモータ電流を制御する電流制御器を備えたモータ制御装置において、制御周期開始時のモータ速度の計算に速度オブザーバを用い、速度オブザーバで得られる外乱トルク推定値を前回計算したトルク指令値に加算し、その値をモータと負荷の総イナーシャで割った値に、制御周期開始時から計算されたトルク指令に応じて、実際にモータ電流が変化するまでの時間を乗じ、その値に今回の制御周期開始時の速度検出値を加算した結果を、速度検出値として制御に用いることを特徴とするモータ制御装置の速度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ制御装置の速度検出方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＰＵ・周辺ＩＣの進歩により、制御のディジタル化は一般的となり、アナログ制御では実現困難な制御を行うことで、機器の高性能・高機能化に大きく貢献している。
【０００３】
一般的なモータ制御装置の速度制御ブロック図を用いて説明する。
【０００４】
図４において、モータ制御装置３は、モータ１に取り付けられたエンコーダ２からモータ位置４を得る。このモータ位置４は速度制御周期の開始時点にサンプラ５でサンプリングされ、今回の速度制御演算に用いられる。
【０００５】
サンプリング後のモータ位置６は、従来の速度検出器１５によりモータ速度８に変換される。与えられた速度指令９と検出されたモータ速度８から速度制御器１０はトルク指令１１を計算し、電流制御器１２に指令を与える。電流制御器１２は、トルク指令１１に等しいトルクをモータが発生するようにモータ電流１３を制御する。
【０００６】
ここで従来の速度検出器１５内処理のフローチャートを図３に示す。ここでは、今回のサンプリング開始時のモータ速度計算を行うステップＳ５１があるのみである。
【０００７】
またモータ制御装置３内処理のタイミングチャートを図５に示す。
【０００８】
エンコーダパルス１６は、モータ制御装置３内でカウント値１７に変換され、速度制御周期１８毎にサンプル・ホールドされ離散化した値となる。
【０００９】
この値を元に、速度制御処理１９が行われる。一般に速度制御処理１９はマイコンなどによるディジタル計算が行われることが多いが、これは必然的に速度演算遅れＴｄ１を生む。
【００１０】
また、電流制御処理２１がディジタル計算されている場合、速度制御処理１９で計算されたトルク指令は、電流制御周期２０毎に電流制御処理２１に与えられるため、転送遅れＴｄ２が生ずる。また、電流制御処理２１自体の演算遅れ、および実際にモータ電流が変化するまでの応答遅れなどにより、電流遅れＴｄ３がある。最終的に、位置情報のサンプリング時点からモータ電流が変化するまでには、Ｔｄ１＋Ｔｄ２＋Ｔｄ３だけの遅れが生ずることとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この遅れは、速度閉ループ制御系の位相遅れ要素となるため、速度応答性向上の大きな妨げとなっていた。
【００１２】
従来、速度制御周期および電流制御周期の時間を短くすることでＴｄ１、Ｔｄ２およびＴｄ３を小さくしてきたが、これには高性能なＣＰＵを用いる必要があり、コスト等の問題で限界が生ずる。
【００１３】
また、ディジタル制御を行っている限り、この遅れは０にはならないことから、アナログ制御による速度制御系に対して応答性の面で劣る課題があった。
【００１４】
本発明は、この従来の課題を解決するもので、速度閉ループの位相遅れを補償し、速度制御系の応答性を向上させる手段を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、速度オブザーバを用いて計算された速度推定値と外乱トルク情報を用い、設定される時間だけ未来の速度情報を推定して制御に用いることで、速度閉ループ制御の位相遅れを精度よく補償し、応答性を向上させることを可能とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために本発明は、モータの位置を制御周期毎に検出したエンコーダ情報からモータ速度を計算する速度検出回路と、速度検出値と与えられる速度指令値を比較しトルク指令を生成する速度制御器と、トルク指令に従いモータ電流を制御する電流制御器を備えたモータ制御装置において、制御周期開始時のモータ速度の計算に速度オブザーバを用い、速度オブザーバで得られる外乱トルク推定値を前回計算したトルク指令値に加算し、その値をモータと負荷の総イナーシャで割った値に、制御周期開始時から計算されたトルク指令に応じて、実際にモータ電流が変化するまでの時間を乗じ、その値に今回の制御周期開始時の速度検出値を加算した結果を、速度検出値として制御に用いることを特徴としている。
【００１７】
これにより、Ｔｄ１、Ｔｄ２およびＴｄ３による速度閉ループ系の位相遅れが正確に補正され、最良な未来速度推定が可能となることから、最高の応答性能を得ることができる。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は実施例１の速度制御系のブロック図で、トルク指令１１が速度検出器１４に入力されている点以外は、図４と同じである。
【００２０】
この速度検出器１４内の処理を示したフローチャートを用いて説明する。
【００２１】
図２において、速度オブザーバは一般に、ステップＳ４１に示す負荷モデルに基づいたモータ位置・速度の推定部と、ステップＳ４２に表されるモータ位置推定値と実際のモータ位置との誤差による推定値の修正から構成される。この結果、サンプリング開始時のモータ速度が正確に推定されると同時に、外乱トルクの推定値も得られる。
【００２２】
負荷イナーシャをＪとすれば、回転系の運動方程式を離散化したステップＳ４３の計算式で、外乱トルクを考慮した未来速度推定ができ、さらに、設定時間として、図５におけるＴｄ１＋Ｔｄ２＋Ｔｄ３の遅れ時間を設定することで、速度検出からトルク出力までの位相遅れを正確に補償した速度制御が可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように、本発明によれば、速度オブザーバを最適に調整することで、精度のよい未来速度推定が可能となるため、トルク指令が実際に反映されるまでの遅れ時間だけ未来のモータ速度を正確に推定し、以降の速度制御に用いることで、速度制御の正確な位相遅れ補償が可能となる。これにより、広範囲に速度閉ループの位相遅れを補償でき、速度制御系の応答性を向上させる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１におけるモータ速度制御処理ブロック図
【図２】  実施例１におけるモータ速度検出処理フローチャート
【図３】  従来のモータ制御の速度検出処理フローチャート
【図４】  従来のモータ速度制御処理ブロック図
【図５】  従来のモータ制御処理タイミングチャート
【符号の説明】
１    モータ
２    エンコーダ
３    モータ制御装置
４    モータ位置
７、１４  速度検出器
８    モータ速度
９    速度指令
１０  速度制御器
１１  トルク指令
１２  電流制御器
１３  モータ電流
１８  速度制御周期
１９  速度制御処理
２０  電流制御周期
２１  電流制御処理
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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