JP3196311B2 - Motor speed estimation observer - Google Patents
Motor speed estimation observerInfo
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Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric motor in a very low speed range of a speed control system using a pulse encoder as a speed detector.
Speed estimation observer .
【０００２】[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。2. Description of the Related Art In a motor speed control system using a pulse encoder, an encoder pulse interval becomes longer than a speed control cycle in an extremely low speed range, and accurate speed information cannot be obtained in the speed control cycle. For this reason, it is known that the speed control system becomes unstable in an extremely low speed range as described below.
【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。A pulse encoder connected to a rotating shaft of a motor generates a pulse as shown in FIG. 6C in a low speed range of the motor. That is, the rotational speed n M of the electric motor with respect to time t in the low-speed region changes linearly as shown in FIG. 6A, but the position θ with respect to time t changes in a curve as shown in FIG. 6B. Change. Therefore, the pulse obtained by the pulse encoder has a pulse interval with the elapse of time t shown in FIG.
It becomes narrow as shown in FIG. When the information changes from the pulse information of FIG. 6C, the average speed n between the pulse intervals T p (j) is determined by the pulse interval T p (j) and the pulse change amount.
M (j) (The upper horizontal line, which is the code for indicating the average speed, is omitted.
(Not shown, but attached to FIG. 6 ) is obtained as shown in FIG. 6 (d). For this reason, if the pulse interval T p (j) is longer than the speed control cycle, the speed cannot be detected during this period.
Average speed n M (j-1) of the previous value ( sign for indicating average speed
The upper horizontal line is omitted, but is added to FIG.
Use ) . As a result, the deviation from the true speed n M increases, and the speed control becomes unstable.
【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。Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 2-307384 discloses a means for improving the instability of speed control as described above.
【０００５】[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。As described above, in a speed control system using a pulse encoder, the speed control system becomes unstable in an extremely low speed range. This problem must be solved particularly in applications requiring positioning accuracy such as servos and elevators. For this reason, conventionally, a resolver or an encoder with a high pulse output has been used. However, such means has a disadvantage that the cost of the encoder and the like increases. Further, since the means using the estimated load torque described in JP-A-2-307384 is a full-dimensional observer system, there is a problem that the adjustment of the gain is extremely difficult.
【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。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses a low-resolution pulse encoder to stably control the speed of a motor in an extremely low speed range, to facilitate adjustment, and to improve the accuracy of speed estimation. and ensures stable, yet conductive which enables stabilization of the speed control system from low to high
An object of the present invention is to provide a speed estimation observer for a motive .
【０００７】[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。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides an electric motor, and a method of controlling the speed of the electric motor by a pulse.
Speed detector to send as encoder output and minimum dimension
The load torque estimated value observer to the speed control cycle and speed detection.
Convert to a discrete system model with the output cycle and detect the speed
At the pulse interval of the pulse encoder output from the encoder
A first calculating unit that obtains a model output estimated value by integrating a deviation between a torque command and a load torque estimated value with an observer model machine time constant in a speed estimation observer for estimating a degree ;
The path from the resulting model output estimated value in the first calculation unit
A second arithmetic unit for obtaining an average value at the pulse encoder pulse interval; a first deviation unit for calculating a deviation between an output of the second arithmetic unit and an average speed obtained when a pulse output from the speed detector changes; An observer gain section consisting of only a proportional element that obtains the load torque estimated value by multiplying a deviation value obtained by the first deviation section by an observer gain only with a proportional element, an estimated model output value of the first arithmetic section, and the first Calculate the deviation from the deviation output value of the deviation part, and find the deviation output value
Which is a speed estimation observer of the electric <br/> machine and a second deviation unit for outputting a speed estimate.
【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。 [0008] Further, the second arithmetic unit is configured to control a speed control period signal.
The timing difference between the signal i and the speed detection period j is corrected,
Model output estimation at pulse interval of pulse encoder
Motor Speed Estimation Observer to Obtain Accurate Average Value
It is a server.
【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。In the observer gain section,
The default settings for Buzabagein and g *, the encoder pulse interval T P (j) and using the ratio between the speed control period Ts by multiplying the correction gain Kc, furthermore, the encoder pulse interval T P (j) between the A speed estimation observer for a motor, wherein a reciprocal of the number n of speed control cycles is used as a correction gain Kc.
【００１０】[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。When the motor speed is in the low speed range, the pulse interval from the speed detector becomes longer than the speed control cycle, and accurate speed information cannot be obtained. Therefore, the estimated speed is obtained by estimating the speed between the pulses using the load torque estimation observer of the minimum dimension. This estimated speed is used as speed information.
【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。When a difference between the timing of the speed control cycle and the timing of the speed detection cycle occurs, the second arithmetic unit compensates for the difference, and furthermore, the observer gain is varied to stabilize the speed control system from low speed to high speed. And
【００１２】[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。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, we describe the speed estimation Oh <br/> observer using the load torque estimating observer which is conventionally used (minimum dimension observer).
【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。(A) Principle of Speed Estimation, Load Torque Estimation Observer Using Minimum Dimension Observer The configuration is as shown in FIG. In the smallest dimension observer, the observer gain g is only a proportional element,
When the load torque τ L is applied, the model output estimated value ∧n M '
(Hereinafter, the estimated value is denoted by a symbol ∧) and the speed n M has a deviation. The deviation is expressed by the following equations (1) and (2).
【００１４】[0014]
【数１】 (Equation 1)
【００１５】[0015]
【数２】 (Equation 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。Since the observer gain g is a PI element in a full-dimensional observer, the estimated model output value ∧n M ′ is equal to the speed n M in a steady state. However, it does not hold during a transient such as a sudden load change. In order to estimate the speed using the minimum-dimensional observer having fewer adjustment elements than the full-dimensional observer, the speed becomes as follows by modifying the formula (2).
【００１７】[0017]
【数３】 (Equation 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。By adding the relationship of the equation (3) to FIG. 1, the speed is estimated from the block diagram of FIG.
【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。(B) Speed estimation in a very low speed range When a pulse encoder is used as a speed detector, the encoder pulse interval is longer than the speed control cycle in a very low speed range. FIG. 3 shows the relationship. In FIG. 3, Ts
Is the speed control cycle, Tp is the cycle of the encoder pulse, Td
Is the difference between Ts and Tp. When an encoder pulse is input, the average value of the speed is obtained from the following equation (4) based on the pulse period Tp.
【００２０】[0020]
【数４】 (Equation 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。As for the speed detection value, only the average value can be detected.
In view of this, the configuration of the observer is as shown in FIG.
It consists of simple discrete systems. In the minimum dimension observer of FIG.
AccordingSpeed estimationIn the configuration diagram of the observer, the speed detection value
Is the average value nM(J) (In FIG. 4, the sign of the average value is n M Top of
Is shown with a horizontal line), The model output estimate∧
n M '(I)Also mean value during this periodn M '(J) (in FIG. 4
The sign of the average value is M 'And
The load torque estimated value is calculated using the deviation of this average value.∧τ
L (J)Is estimated. Average value n at pulse intervalM'
(J)(The symbol ∧- is omitted here)Is the next
It is obtained by the equation (5).
【００２２】[0022]
【数５】 (Equation 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。Here, an embodiment of the present invention using the speed estimation observer using the minimum dimension observer shown in FIG. 4 will be described. FIG. 5 shows an embodiment of the present invention.
The configuration shown in FIG. 4 is provided with a deviation device, a speed amplifier and an adder.
【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。In FIG. 5, the torque command τ M * (i) and the estimated load torque ∧τ L (j) are supplied to the deviation unit 11, and the deviation output is input to the first calculation unit 12. First
The calculation unit 12 calculates the speed control cycle Ts as the model machine time constant T M
It is composed of a dividing unit 12a divided by * and an adder 12b that adds the output of the dividing unit 12a and the output of the integrator 12c. The model output estimated value ∧n M ′ (i) obtained by the first operation unit 12 is input to the second operation unit 13 that obtains the average value at the pulse interval. The output n M '(j) calculated by the second calculation unit 13 (at the pulse interval )
The sign of the average value (−) is omitted) is the first deviation unit 14.
Is supplied to the positive input terminal, a horizontal line indicating the average value is assigned to the upper part of the average value n M (j) (n M of the speed detection output detected by the Pasuru encoder 15 to the negative input terminal
That) is supplied.
【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。The deviation output of the first deviation section 14 is supplied to an observer gain section 16, where it is multiplied by a predetermined value to obtain an estimated load torque value Δτ L (j ). Also, the first deviation unit 1
The deviation output of No. 4 is supplied to the minus input terminal of the second deviation section 17. The model output estimated value ∧n M (i) is supplied to the plus input terminal of the second deviation unit 17, and the speed estimated value ∧n M (i) is obtained from the output. This speed estimate ∧n M (i)
The speed setting value n M * (i) is supplied to the minus and plus input terminals of the third deviation section 18, and the deviation output is supplied to the velocity amplifier 19 of the proportional gain K WC . The output of the speed amplifier 19 and the estimated load torque ∧τ L (j) are
By adding 0, a torque command τ M * is obtained. The torque command τ M * is obtained by taking a deviation from the load torque in the fourth deviation section 21 and supplied to the electric motor 22 to control the speed thereof.
【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。In the embodiment configured as described above,
Torque command τM* (I) and estimated load torque∧τ L (I)
Deviation from the observer model machine time constant TM※ integrate
Model output estimate∧n M '(I)Get. Then this∧
n M '(I)To the average value n at the pulse intervalM’(J)
(N M 'Has a sign ∧- at the top)And the pulse change
Average speed n obtained at the time of conversionM(J)(N M Has the mean sign
− Is attached to the top) Is calculated. This deviation is
Load torque specified value multiplied by the server gain (g)∧τ
L (J)Ask for. Then, output the observer model∧
n M '(I)And the difference between the output of the first deviation unit 14 and
To estimate the speed between pulses to estimate the speed.∧n M
(I)Ask for. this∧n M (I)To speed amplifier 19
Supply as feedback signal to control motor speed
Do. The estimated load torque∧τ L (J)To adder 2
At 0, the torque command is obtained by adding to the output of the speed amplifier 19.
As a result, load disturbance can be suppressed.
【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。In the above embodiment, the torque command τ M *
(I) uses an armature current detection value in the case of DC machine control, and uses a torque current detection value in the case of induction machine vector control. Further, a command value used for control may be used instead of each detected value.
【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。Next, a description will be given of another embodiment of the present invention in which the means for calculating the average value of the model output estimated value ' n M ' (i) of the speed estimation observer is improved. In the speed estimating means using the minimum-dimensional load torque estimating observer, speed information that can be detected when a pulse encoder signal is obtained includes a speed average value n M (j) (n M is an average value) between the signals.
(Value sign-is attached at the top ). Therefore, the average value of the observer model output estimated value ∧n M ′ (i) is also calculated and n M ′ (j) (the sign ∧− is added to the upper part of n M ′)
And the sign ∧− is added to the upper part of this n M ′ (j) (n M ′ ).
) And n M (j) (where n M has an average sign-at the top)
The load torque estimated value ∧τ L (j) is estimated from the deviation of ( c ) .
【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。In the extremely low speed range, the encoder pulse interval Tp (j) shown in FIG. 3 is long, and the number of speed control cycles n (j) during this period is large. For this reason, the influence of the timing shift (for example, Td) between j and i is small, and Tp (j)
Model output estimated value between ∧n M '(i) of the mean value n M'
(J) (n M ′ has a symbol ｎ− at the top) can be approximated by equation (5).
【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。However, when the speed becomes higher than the extremely low speed region and the encoder pulse interval Tp (j) becomes shorter, and the number of speed control cycles n (j) during this period becomes smaller, j and i become smaller.
Without taking into account the timing offset between, the 'average n M of (i)' exact model output estimate ∧n M (j) (n M ' is
(The symbol ∧− is attached to the upper part) cannot be obtained. Therefore, the average value n M ′ (j) (n M ′ is denoted by the sign ∧-
7 ) will be described with reference to FIG. However, for the sake of explanation, it will be discussed between j and (j + 1). From FIG. 7, the average value n M ′ (j) (the symbol ∧− is attached to the upper part of n M ′) is obtained by calculating the average value during the speed control period and dividing the total area by the time.
【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。First, an average value of (j, 0) to (j, n) is obtained as follows.
【００３２】[0032]
【数６】 (Equation 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。Next, the average value of the timing shift period (T s -ΔT Ej-1 ) between the encoder pulse signal j and the speed control period signal i and ΔT Ej is obtained. Here, means for calculating the average value during ΔT Ej will be described. Until the encoder pulse is input at the time point (j + 1) shown in FIG. 8, the estimated model output value ∧n M ′ (i) is estimated using the torque estimated value ∧τ L (j) estimated at the time point j. I do.
【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。For this reason, the model output estimation at the point (j + 1)
The constant value ∧n M ' j + 1 is obtained by the following equation.
【００３５】[0035]
【数７】 (Equation 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。Where τMjn*: (J, n) th
ＴTEjIn betweenAverage value n M 'ΔT
Ej (N M 'Has a sign ∧- at the top)Is the following equation (8)
Is determined by
【００３７】[0037]
【数８】 (Equation 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。Next, the model output estimated value ∧n M ' j + 10 is obtained as follows. By inputting the encoder pulse at the time point (j + 1), the estimated torque value ∧τ L (j + 1) at the time point (j + 1) is obtained. Therefore, the model output estimated value ∧n
M ′ j + 10 is expressed by the following equation (9).
【００３９】[0039]
【数９】 (Equation 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。From the above description, the encoder pulse (j
When (+1) is input, the calculation of the block unit (i) in FIG. 4 that is executed in the speed control cycle may be executed.
However, the coefficient T S / T M of the model integration time constant at this time.
* Needs to be ΔT Ej / T M *. Also, (j +
1) In the operation of the block section (i) in FIG. 4 in the speed control cycle performed after the time point, the coefficient T S / T M * is calculated by (T S
−ΔT Ej ) / T M *.
【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。[0041] Referring now to FIG. 9 (T S -ΔT Ej-1 ) Mean value n M between '(T S -ΔT Ej-1 ) (n M' code in ∧-
Is attached to the upper part) by the following equations (10), (11) and (12).
【００４２】[0042]
【数１０】 (Equation 10)
【００４３】[0043]
【数１１】 [Equation 11]
【００４４】[0044]
【数１２】 (Equation 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。As described above, the average value n M '(j + 1) (n M ' ) of the model output estimated value ∧n M '(i) during Tp (j + 1)
Code ∧- attaches to top) can be obtained by the following equation (13) to.
【００４６】[0046]
【数１３】 (Equation 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。By using the above equation (13), the observer model output average value n M '(j) (n M '
When calculating “ −” is attached to the upper part) , it is possible to compensate for a timing deviation between the speed control period signal i and the speed detection period signal j.
【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。Next, the improvement of the observer gain will be described. When the observer gain g shown in FIG. 4 is set to a large value in consideration of disturbance suppression in a state where an encoder pulse is obtained during a speed control cycle, an encoder pulse interval Tp (j) such as an extremely low speed region is set. If the distance is long, the speed control system becomes unstable. Therefore, the observer gain g
Since the value cannot be set to a very large value in consideration of the low speed range, the disturbance suppression effect in the high speed range may be reduced.
【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。 In order to improve the above disadvantages,
It is conceivable to make the observer gain g variable. Therefore, the observer gain in a state where an encoder pulse is obtained during the speed control cycle is g * . When the speed becomes low, the variable gain Kc when the encoder pulse cannot be obtained during the speed control cycle can be obtained by the following equation. this
Integration of variable gain Kc and observer gain g *
Becomes the observer gain.
【００５０】[0050]
【数１４】 [Equation 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。The above equation (14) represents the encoder pulse interval T
It represents the ratio between p (j + 1) and the speed control period Ts, and the lower the speed, the lower the observer gain.
Approximately, if the timing shift between i and j is ignored, the following equation (15) may be used.
【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。Kc = 1 / n ‥‥‥‥‥ (15) FIG. 10 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
In FIG. 5, reference numeral 100 denotes an averaging section for the model output estimated value 出力 n M ′ (i) obtained by improving the second operation section 13 in FIG.
It is obtained from the equation 3). The averaging processing output obtained by the averaging processing section 100 is supplied to a plus input terminal of the first deviation section 14, and the minus input terminal has an average value n M of the speed detection output detected by the pulse encoder 15 ( j)
(Average value symbols, n M - is attached to the top) is supplied.
【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。The deviation output of the first deviation section 14 is as described above (1).
The gain is supplied to the variable gain (Kc) unit 101 obtained by the equation (4). Here, the gain is reduced as the speed becomes lower, and then the gain is supplied from the correction gain unit 101 to the observer gain unit 16. Subsequent processing is the same as in the above embodiment.
【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。When the embodiment shown in FIG. 10 is used, an error due to a timing shift between the speed control period i and the speed detection period j can be eliminated, and the accuracy and speed of the speed estimation can be improved. Further, since the gain is variable, the speed control system can be stabilized from low speed to high speed.
【００５５】[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。As described above, according to the present invention,
In the extremely low speed range of the speed control system using a pulse encoder for the speed detector, the encoder pulse interval becomes longer than the speed control cycle, enabling speed estimation even when accurate speed information cannot be obtained. Is the smallest dimension load
It becomes possible only by using a torque observer and an adder,
In addition, since the observer is a minimum-dimensional observer, the number of adjustment elements is small and adjustment is easy. Further, since a low-resolution encoder can be used, cost reduction can be achieved.
【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。Further, according to the present invention, it is possible to remove the error due to the timing deviation between the speed control and the speed detection period, thereby making it possible to make the speed estimation highly accurate and stable. It is possible to stabilize the speed control system up to this point.
【図１】速度推定の原理説明のブロック図、FIG. 1 is a block diagram illustrating the principle of speed estimation,
【図２】速度推定の原理説明のブロック図、FIG. 2 is a block diagram for explaining the principle of speed estimation;
【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、FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between an encoder pulse and a speed control cycle;
【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、FIG. 4 is a minimum-dimensional observer showing one embodiment of the present invention;
Diagram of the speed estimation observer based on
【図５】この発明の一実施例を示す速度制御構成説明
図、FIG. 5 is an explanatory diagram of a speed control configuration showing one embodiment of the present invention;
【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、FIG. 6A is a characteristic diagram showing a relationship between time and speed,
(B) is a characteristic diagram showing the relationship between time and position, (c) is a characteristic diagram showing the relationship between time and the number of pulses, (d) is a characteristic diagram showing a detection value of time versus speed,
【図７】平均値算出の原理説明図、FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of calculating an average value;
【図８】ΔＴEj間の平均化説明図、FIG. 8 is an explanatory diagram of averaging between ΔT Ej ,
【図９】（ＴS−ΔＴEj-1）間の平均化説明図、FIG. 9 is an explanatory diagram of averaging between (T S −ΔT Ej-1 ),
【図１０】この発明の他の実施例の要部を示す構成説明
図。FIG. 10 is a structural explanatory view showing a main part of another embodiment of the present invention.
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。 Reference Signs List 12 first operation unit 13 second operation unit 14 first deviation unit 16 observer gain 17 second deviation unit 19 speed amplifier 20 adder 100 averaging processing unit 101 Variable gain section.
───────────────────────────────────────────────────── 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-58-6083 (JP, A) JP-A-2-307384 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02P 5/00
Claims (4)
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。An electric motor and the speed of the electric motor are pulsed.
Speed detector that sends out the
Load torque estimated value observer speed control cycle and speed detection
Convert to a discrete system model with a period, the speed detector
At the pulse interval of the pulse encoder output from the
A first calculation unit that integrates a deviation between the torque command and the load torque estimated value with an observer model machine time constant to obtain a model output estimated value,
The path from the resulting model output estimated value in the first calculation unit
Second to obtain the average value of the pulse encoder pulse interval
An arithmetic unit, a first deviation unit for calculating a deviation between an output of the second arithmetic unit and an average value speed obtained when a pulse output from the speed detector changes, and a deviation value obtained by the first deviation unit is proportional to the first deviation unit. Observer gain section consisting only of a proportional element that obtains the load torque estimated value by multiplying the observer gain by only the element, and a deviation between a model output estimated value of the first arithmetic section and a deviation output value of the first deviation section are obtained. A second deviation unit for outputting the obtained deviation output value as a speed estimation value.
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 2. The method according to claim 1, wherein the second calculating unit is configured to control a speed control period signal i.
2. The electric motor according to claim 1, wherein the following equation is used to correct the timing deviation between the speed and the speed detection period j to obtain an accurate average value of the model output estimated value at the pulse interval of the pulse encoder. Speed estimation observer. (Equation 15) (T s -ΔT Ej-1 ): encoder pulse j and speed control cycle
Period (j, 0) timing deviation period between, Ts: the speed control period, n: the encoder pulse interval T p (j + 1)
Number of speed control cycles, ΔT Ej : speed control cycle (j, n)
Timing shift time between encoder pulses j + 1 and
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 3. An observer gain section, comprising:
The initial value of the gain is set to g *, and the ratio between the encoder pulse interval TP (j) and the speed control cycle Ts is integrated as the correction gain Kc in the following equation to the initial setting value g * to obtain an offset value.
3. The motor speed estimation observer according to claim 1, wherein the buzzer gain is corrected . (Equation 16) Here, (T s -ΔT Ej-1 ): encoder pulse j and speed
Timing shift period between the degree control cycles (j, 0) , Ts:
Speed control period, n: speed definitive encoder pulse interval
Number of control cycles, ΔT Ej : speed control cycle (j, n) and
Timing deviation period between Nkodapa pulse j + 1
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。4. An observer gain section, comprising:
The initial setting value of the vagain is g *, and the reciprocal 1 / n of the number n of the speed control cycles during the encoder pulse interval TP (j) is integrated as the correction gain Kc into the initial setting value g *.
Claims characterized in that the observer gain is corrected.
2. An electric motor speed estimation observer according to claim 1.
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