JP3672068B2 - 電動機制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機速度を高精度に制御可能な制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の装置の従来例を図5に示す。
すなわち、商用電源1,インバータ2,電動機3,速度検出器4および速度指令を受けてインバータ2に電力供給指令を与える制御装置5等から構成される。また、制御装置5は速度検出器4からの速度検出値Ndetを速度指令値N* に追従させる速度調節器501と、この速度調節器501の出力であるトルク指令値よりインバータ2への電力供給指令を演算するトルク調節器502とから構成されている。なお、図5を伝達関数で示すと図6のようになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
電動機の速度検出器としては、パルスエンコーダ(PEとも略記する)が良く用いられるが、PEの分解能やデューティずれによる検出ノイズや、信号伝送経路に混入する信号ノイズにより、速度検出器の出力である速度検出値に誤差が含まれ、この誤差を含む速度検出値を速度指令値に追従させるよう制御装置が動作するため、電動機の速度リプルやトルクリプルが発生する。
特に、早い応答が要求されるサーボモータの場合には、速度検出周期を短くする必要があるため、PEの1パルスに対する速度検出値の変化量が大きくなり、速度リプルやトルクリプルの振幅が大きくなるという問題が発生している。
【0004】
図7に速度検出器にPEを用いた場合の速度検出周期と速度検出値との関係を示す。同図(a)は速度検出周期がTs、同図(b)はTs/2の場合を示している。なお、これは、速度検出周期内の電動機の位置変化量が微小な場合の例であり、速度検出値は速度検出周期内の位置変化量を検出周期で除した値として表わされる。
つまり、速度検出周期が半分になれば1パルス当たりの速度検出値が2倍になるため、速度応答を早めるために速度検出周期を早くすると速度検出値の変化が急激となり、この速度検出値を速度指令値に追従させようと速度調節器が動作することから、トルク指令値にリプルが発生し、電動機の速度リプルやトルクリプルが発生する、というわけである。
【0005】
このため、従来は、高分解能,高精度で高価な速度検出器を用い、このような速度リプルやトルクリプルの抑制を図るようにしているのが普通である。
したがって、この発明の課題は高価な速度検出器を用いることなく、速度リプルやトルクリプルの抑制を図ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決すべく、請求項1の発明では、電動機と、この電動機の速度検出手段と、電動機の速度指令値と前記速度検出手段よりの速度検出値とから電動機のトルク指令値を求める速度制御手段と、そのトルク指令値にもとづき前記電動機を制御するトルク制御手段とを備えた電動機制御装置において、
前記速度検出値を入力されるローパスフィルタと、前記トルク指令値を入力される電動機のトルク制御手段モデルと、このトルク制御手段モデルの出力から電動機速度を推定する電動機モデルと、この電動機モデルの出力である速度推定値を入力されるハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出力と前記ローパスフィルタの出力とを加算する加算手段とを設け、この加算手段の出力を前記速度制御手段に入力するとともに、前記ローパスフィルタ,ハイパスフィルタの各時定数をほぼ等しくすることを特徴とする。
【0007】
請求項2の発明では、電動機と、この電動機の速度検出手段と、電動機の速度指令値と前記速度検出手段よりの速度検出値とから電動機のトルク指令値を求める速度制御手段と、そのトルク指令値にもとづき前記電動機を制御するトルク制御手段とを備えた電動機制御装置において、
前記速度検出値を入力されるローパスフィルタと、前記トルク指令値から電動機速度を推定する電動機モデルと、この電動機モデルの出力である速度推定値を入力されるハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出力と前記ローパスフィルタの出力とを加算する加算手段とを設け、この加算手段の出力を前記速度制御手段に入力するとともに、前記ローパスフィルタ,ハイパスフィルタの各時定数をほぼ等しくすることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の第1の実施の形態を示す構成図である。
図5に示すものとの相違点は、制御装置5内に、速度検出値を入力されるローパスフィルタ(LPFとも略記する)503、トルク指令値を入力される電動機のトルク制御手段モデル504、このモデル504の出力から電動機速度を推定する電動機モデル505、このモデル505の出力である速度推定値を入力されるハイパスフィルタ(HPFとも略記する)506、上記LPF503の出力とHPF506の出力とを加算する加算器507等を付加した点にある。
【0009】
すなわち、速度検出器4により速度検出値が得られ、LPF503により速度検出値の高周波成分が抑制され、トルク制御手段モデル504と電動機モデル505とにより電動機の速度推定値が得られ、HPF506によりLPF503の出力の遅れを補償する値が得られ、加算器507によりLPF503の出力とHPF506の出力とが加算され、速度調節器501において加算器507の出力を速度指令値に追従させるために必要なトルク指令値が演算され、トルク調節器502にて電力供給指令値が演算され、インバータ2にて商用電源から電力供給指令値に従う電力が電動機3に供給され、電動機3が駆動される。
【0010】
図1の如く構成する根拠について、以下に説明する。
まず、従来例を示す図5を伝達関数で表現した図6において、速度実際値Nと速度検出値Ndetとの間に、
Ndet=N+ΔN …(1)
なる関係があるものとする。なお、ΔNは速度検出誤差である。
ここで、Gasr(s)を速度調節器の伝達関数、σをトルク制御手段の遅れ、Jを電動機のイナーシャとして、速度指令値(N* )と速度実際値(N)との関係を示すと、図6から、
N=Gasr(s)・N* /{(1+sσ)sJ+Gasr(s)}…(2)
N=−Gasr(s)・ΔN/{(1+sσ)sJ+Gasr(s)} …(3)
なる関係が成立する。
【0011】
これに対し、図1を伝達関数を用いて表現すると、図2のようになる。この図2において、TL をLPFの時定数、TH をHPFの時定数として、NとN* ,NとΔNとの間にはそれぞれ次式のような関係が成立する。
【0012】
ここで、LPFの時定数,HPFの時定数を等しくT0 とすると、(4)式は(6)式、(5)式は(7)式にそれぞれ変形できる。
すなわち、(6)式は(2)式と等しく、(7)式は(3)式に時定数T0 のLPFが追加されたものと等しくなる。このことは、図1のように構成することで、速度指令値に対する速度応答を損なうことなく、速度検出誤差に対する速度応答の影響を緩和できることを示している。また、LPFの時定数,HPFの時定数が互いにほぼ等しい場合でも、その効果は変わらないことを示している。
【0013】
図3はこの発明の第2の実施の形態を示す構成図である。
この例の図1との相違点は、トルク指令値を入力とする電動機のトルク制御手段モデル504を省略した点にある。したがって、ここでは電動機の速度推定値を電動機モデル505から得るようにしている。
すなわち、トルク制御手段の遅れσとLPFの時定数TL が充分離れている場合、次の(8)式が成立する。
そこで、図1からトルク制御手段モデル504を省略して、図3の如くする代わりにHPF506として、
T0 ’=σ+TL …(9)
で表わされるような時定数T0 ’を持つものを用いることにより、図1の場合と同様の効果を得ようとするものである。
【0014】
図4はこの発明の第3の実施の形態を説明するブロック線図である。
これは、図1と等価なブロック線図となる構成を示している。このような構成にしても、その効果は変わらない。このことは、図3と等価なブロック線図となる構成を用いた場合も同様である。
【0015】
【発明の効果】
この発明によれば、速度検出値の高周波成分を抑制するLPFを入れることで、速度検出誤差による速度検出値の急激な変化を抑制し、速度リプルやトルクリプルの発生を抑制することが可能となり、電動機のトルク制御手段モデルと電動機モデルとにより、または電動機モデルのみにより電動機速度を推定することで、LPFの遅れを補償することが可能となるだけでなく、LPFの時定数とHPFの時定数とをそれぞれほぼ等しくすることで、速度指令に対する速度応答を損なうことなく速度制御を実現できるなどの利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す構成図である。
【図2】図1を伝達関数で表現したブロック図である。
【図3】この発明の第2の実施の形態を示す回路図である。
【図4】図2と等価な伝達関数ブロック図である。
【図5】従来例を示す回路図である。
【図6】図5を伝達関数で表現したブロック図である。
【図7】速度検出周期と速度検出値との関係説明図である。
【符号の説明】
1…商用電源、2…インバータ、3…電動機、4…速度検出器、5…制御装置、501…速度調節器、502…トルク調節器、503…ローパスフィルタ(LPF)、504…トルク制御手段モデル、505…電動機モデル、506…ハイパスフィルタ(HPF)、507…加算器。
Claims (2)
- 電動機と、この電動機の速度検出手段と、電動機の速度指令値と前記速度検出手段よりの速度検出値とから電動機のトルク指令値を求める速度制御手段と、そのトルク指令値にもとづき前記電動機を制御するトルク制御手段とを備えた電動機制御装置において、
前記速度検出値を入力されるローパスフィルタと、前記トルク指令値を入力される電動機のトルク制御手段モデルと、このトルク制御手段モデルの出力から電動機速度を推定する電動機モデルと、この電動機モデルの出力である速度推定値を入力されるハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出力と前記ローパスフィルタの出力とを加算する加算手段とを設け、この加算手段の出力を前記速度制御手段に入力するとともに、前記ローパスフィルタ,ハイパスフィルタの各時定数をほぼ等しくすることを特徴とする電動機制御装置。 - 電動機と、この電動機の速度検出手段と、電動機の速度指令値と前記速度検出手段よりの速度検出値とから電動機のトルク指令値を求める速度制御手段と、そのトルク指令値にもとづき前記電動機を制御するトルク制御手段とを備えた電動機制御装置において、
前記速度検出値を入力されるローパスフィルタと、前記トルク指令値から電動機速度を推定する電動機モデルと、この電動機モデルの出力である速度推定値を入力されるハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出力と前記ローパスフィルタの出力とを加算する加算手段とを設け、この加算手段の出力を前記速度制御手段に入力するとともに、前記ローパスフィルタ,ハイパスフィルタの各時定数をほぼ等しくすることを特徴とする電動機制御装置。
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