JP2011147267A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータにより駆動される負荷を含む機械系を模擬した機械系モデルを、本文中の前記数式1により表し、前記機械系モデルの慣性モーメントJm,速度係数Dmk(k=1,2,・・・,Pであり、Pは正の整数)、及び、速度に依存しない負荷トルクτL0を、前記機械系のトルク相当値、加速度相当値及び速度相当値を用いて逐次形最小二乗近似法により推定する手段を備える。また、トルク相当値をローパスフィルタに通して第2のトルク相当値を演算する手段と、機械定数Jm,Dmk及びτL0を第2のトルク相当値、加速度相当値及び速度相当値を用いて逐次形最小二乗近似法により推定する手段と、を備え、ローパスフィルタの時定数を速度相当値としての速度検出値の遅れに相当する値とする。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1には、加減速を行うための電流指令値、機械系の速度及び加速度を用い、最小二乗近似法によって慣性モーメントや摩擦トルクを推定する技術が開示されている。
また、特許文献2には、トルク指令微分値、加速度、及び加速度の微分値である躍度を用い、逐次形最小二乗近似法によって慣性モーメントや粘性摩擦係数を推定する技術が開示されている。
更に、特許文献2に記載されているような逐次形最小二乗近似法は、運転条件や制御定数の設定値によっては、制御装置内部の変数がオーバーフローする恐れがある。
前記負荷を含む機械系を模擬した機械系モデルを後述の数式1により表し、
前記機械系モデルの機械定数としての慣性モーメントJm,速度係数Dmk(k=1,2,・・・,Pであり、Pは正の整数)、及び、速度に依存しない負荷トルクτL0を、前記機械系のトルク相当値、加速度相当値及び速度相当値を用いて逐次形最小二乗近似法により推定する手段を備えたものである。
前記Jm,Dmk及びτL0を前記第2のトルク相当値、前記加速度相当値及び前記速度相当値を用いて逐次形最小二乗近似法により推定する手段と、を備え、
前記ローパスフィルタの時定数を、前記速度相当値としての速度検出値の遅れに相当する値としたものである。
請求項2に係る発明によれば、請求項1よりも更に簡単な演算によって二乗低減負荷の機械定数を推定可能である。
請求項3に係る発明によれば、センサレスベクトル制御のように速度検出に大きな遅れがある場合にも、機械定数を正確に推定することができる。
請求項4に係る発明によれば、制御装置内部の変数のオーバーフローを防止し、更に機械定数推定値の収束を速くすることができる。
まず、図1は本発明の第1実施形態に係る制御装置のブロック図を示している。図1において、速度指令値ωm *と速度検出回路14により検出した機械系モデル20の速度検出値ωmdetとの偏差を減算器11により演算し、この偏差を速度調節器12により増幅してトルク指令値τm *を演算する。なお、機械系モデル20は、モータと負荷の機械系の伝達関数である。
トルク制御手段13は、モータトルクτmがトルク指令値τm *に一致するように制御するものであり、図示されていないインバータによってモータの電流を制御し、結果として出力トルクを所望の値に制御するように機能する。
上記のような制御により、モータ(機械系モデル20)の速度ωmを速度指令値ωm *に制御することができる。
以下、この機械定数推定部30の実施例1,2について説明する。
負荷トルクの大きさが速度に依存する場合、機械系モデル20は、数式1のような数式モデルによって表現することができる。
まず、機械定数推定値ベクトルΘest、信号ベクトルz、出力yを、数式2により定義する。なお、以下の数式におけるTは転置を示す。
次に、数式2における信号ベクトルz及び出力yを、数式3により正規化する。
二乗低減負荷の場合の機械系モデル20は、数式1におけるP=2とすることで数式6によって表現可能である。
この実施形態は、請求項3に係る発明に相当しており、センサレスベクトル制御のように速度検出に大きな遅れがある場合にも機械定数を正確に推定できるようにしたものである。
なお、機械定数推定部30による演算内容は第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を割愛する。
数式4において、忘却係数σには、通常、零以上の値(例えば0〜0.01など)を設定する。
忘却係数σを正の値に設定した場合、数式4における推定ゲイン(適応ゲイン)行列Γの式から明らかなように、正規化した信号ベクトルzNのある要素が零になると推定ゲイン行列Γは増加関数となる。このため、この演算を制御装置によって実現する場合には、推定ゲイン行列Γがオーバーフローする恐れがある。
しかし、忘却係数σを零に設定した場合、推定ゲイン行列Γが時間と共に小さくなるので機械定数推定値の収束が遅くなる。そこで、本実施形態では、以下に説明するように推定ゲイン行列Γを一定周期ごとに初期化して推定ゲイン行列Γが小さくなるのを防ぎ、機械定数推定値の収束を速くするものである。
前述した各実施形態においては、機械定数を推定するために、モータの加減速運転を繰り返す。機械定数を正確に推定するためには、加減速運転1周期の期間が必要であることから、図3に示すごとく加減速運転の1周期ごとに初期化指令を“1”とし、推定ゲイン行列Γを初期化する。
数式5において、忘却係数λには、通常、1以下の正の値(例えば0.95〜1.0など)を設定する。
忘却係数λを1よりも小さく設定した場合、数式5から明らかなように、正規化した信号ベクトルzNのある要素が零になると推定ゲイン行列Qは増加関数となり、オーバーフローの恐れがある。
一方、忘却係数λを1に設定した場合、推定ゲイン行列Qは減少関数になるのでオーバーフローの恐れはない。そこで、本実施形態では、忘却係数λを1に設定することとした。更に、推定ゲイン行列Γの場合と同様に、推定ゲイン行列Qを一定周期ごとに初期化することによって推定ゲイン行列Qが小さくなるのを防ぎ、機械定数推定値の収束を速くすることが望ましい。
12 速度調節器
13 トルク制御手段
14 速度検出回路
20 機械系モデル
30 機械定数推定部
31 速度検出遅れ補償器
Claims (4)
- 請求項1に記載したモータ制御装置において、
前記数式1におけるP=2であることを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1または2に記載したモータ制御装置において、
前記トルク相当値をローパスフィルタに通して第2のトルク相当値を演算する手段と、
前記Jm,Dmk及びτL0を前記第2のトルク相当値、前記加速度相当値及び前記速度相当値から逐次形最小二乗近似法によって推定する手段と、
を備え、
前記ローパスフィルタの時定数を、前記速度相当値としての速度検出値の遅れに相当する値としたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載したモータ制御装置において、
前記逐次形最小二乗近似法における推定ゲイン行列を、前記モータの加減速運転の1周期に1回、初期化する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
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JPH0651803A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-02-25 | Omron Corp | 離散時間型acモータ制御装置および方法 |
JP2001298979A (ja) * | 2000-02-10 | 2001-10-26 | Fuji Electric Co Ltd | モータ速度制御装置 |
JP2006217729A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Yaskawa Electric Corp | モータ制御装置とその制御方法 |
JP2009118684A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Mitsubishi Electric Corp | 振動抑制制御装置 |
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