JPH04281381A - 電動機の瞬時位置・瞬時速度・瞬時加速度検出装置、ならびに瞬時位置値・瞬時速度値・瞬時加速度値を用いた電動機の制御方法 - Google Patents
電動機の瞬時位置・瞬時速度・瞬時加速度検出装置、ならびに瞬時位置値・瞬時速度値・瞬時加速度値を用いた電動機の制御方法Info
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
センサとしてパルスエンコーダ、ロータリエンコーダ或
いはパルスジェネレータ等のパルス発生手段を用いた電
動機制御における電動機の位置(回転角)の瞬時値、速
度及び加速度の検出装置、ならびに瞬時位置値・瞬時速
度値・瞬時加速度値を用いた電動機の制御方法に関する
。
エレクトロニクスを利用した電動機の可変速駆動分野に
おいては、制御の高性能化、高信頼化、高機能化への要
求からマイクロコンピュータを適用したディジタル制御
方式の採用が盛んである。
度の速度検出、加速度検出或いは位置(回転角)検出を
行う必要があり、いわゆるパスルジェネレータ、パルス
エンコーダ或いはロータリエンコーダ(以下、エンコー
ダと呼ぶ)を用いて、電動機の位置(回転角)が直接検
出され、更に、その検出値を用いて周波数という物理量
を求めることにより電動機の速度、加速度の検出が行わ
れている。
方法においては、図9に示されるように、エンコーダが
、本来連続量である回転角θを、エンコーダの分解能で
規定される極めて荒い離散値である積算値θn として
出力する。このため、任意のサンプリングタイミングt
(例えば図9のt1 )における検出値θn において
、マクロ的には検出の遅れ(例えば図9の無駄時間Δt
1 )が発生し、ミクロ的には真の回転角に対してエン
コーダ分解能で最大1量子化幅分の量子化誤差が発生す
る(例えば図9の「θ(t1 )−θ(t1 −Δt1
)」)。従って、例えばエンコーダ出力を用いて回転
角或いは位置の制御を行う場合に、これらの検出遅れや
量子化誤差のために制御の応答が劣化したり、安定性や
制御精度が損われるという問題点を有している。
方法としては、■一定期間内にエンコーダが発生するパ
ルス数を計数し、それを計数した期間(時間)で割る方
法、■エンコーダが発生するパルスとパルスの間隔(周
期)を計測し、その逆数をとって速度とする方法等があ
る。このほかにも、例えば「特開昭58−48868号
」に開示される方法では、一定サンプリング期間内のパ
ルス数とそのパルスが発生するのに要した正味の時間が
計測され、それでパルス数が除されることによって、高
精度な速度検出が実現されている。しかし、これらの方
法で得られる速度検出値はいずれも各々の計測期間内に
おける平均速度を計測した結果として得られる値であっ
て、従来の速度発電機を用いた速度検出に比べて、その
検出値には時間平均による遅れが含まれることになり、
これが制御系の応答や安定性に関して種々の悪影響を生
ぜしめてしまうという問題点を有している。
特開昭58−48868号」に開示されている方法で検
出した平均速度に加えて、状態観測器論理に基づいて推
定された負荷外乱トルク及び電動機の出力トルクとから
サンプリング時点における瞬時速度を演算して求めるよ
うにしている。 この方法では、一旦、平均速度が求められてから瞬時速
度が計算される。しかし、速度センサとしてパルスジェ
ネレータの出力パルスを計数することはその計数期間内
における電動機軸の回転角度を計測していることであっ
て、それを時間で除して得られる速度は文字通り平均速
度であり、電動機の過渡現象を記述する状態方程式の中
に現れる電動機速度ωとは似て非なるものである。言い
換えれば平均速度は現象を表現する上の概念のひとつで
あって、現実の物理現象、特に過渡現象を記述するのに
は必ずしも適切ではない。例えば、加速過程にある場合
と減速過程にある場合では、平均速度が等しくともその
物理現象(一例として、時間平均期間の始点と終点にお
ける瞬時速度)は全く異なったものであり、そのような
平均速度から将来の瞬時速度を演算することにはおのず
から限界がある。
においては、従来の主流であった電流制御系をマイナー
ループにもつ速度制御系に代わって、加速度という状態
量に着目した加速度制御系を構成する方式が学会論文等
(例えば、堀:「加速度制御形サーボ系の提案」電気学
会論文誌D,107 昭和62−12)で発表されてい
る。この場合、加速度を検出する方式として速度発電機
(タコジェネレータ)の出力をアナログ信号の形で微分
するのが最も一般的ではあるが、微分動作がノイズに対
して敏感であることから純粋な微分動作を適用すること
は困難である。このため、実際には、速度がアナログ回
路で不完全微分されたものが加速度として使用される。 或いは、制御系がディジタルシステムで構成される場合
には、ソフトウェアによる演算処理で加速度が算出され
る場合もある。しかし、これらの方法では、理想的な加
速度量を得ることが困難で、また得られた加速度に遅れ
が含まれるという問題点を有している。特にパルスジェ
ネレータを使用して速度検出を行う場合に加速度を直接
検出することは事実上不可能である。
ィジタル制御系においては、電動機制御に現代制御理論
のひとつである状態観測器理論を適用した方法として、
電動機の負荷外乱トルクを状態観測器(オブザーバ)に
より推定する方法がある。この状態観測器では、電動機
の電気〜機械系のモデルの入力として、例えば電動機の
出力トルク実際値或いは電力変換器へのトルク指令値が
用いられている。これらの使い分けとしては、主として
現実に電動機を動力学的に駆動しているトルク実際値を
使って状態観測器内のモデルを駆動することが第1とさ
れ、交流電動機の駆動装置の場合のようにトルク実際値
が直接検出できない場合や検出できる場合でも検出値に
大きなリプル等が含まれているために制御系の外乱にな
る場合、或いはトランジスタインバータのように電流制
御系の応答が速いために指令値を実際値とみなしえるよ
うな場合には、電力変換器へのトルク指令値の瞬時値又
は平均値が状態観測器の入力として用いられている。し
かし、この方法では、電気系→機械系へのダイナミクス
が考慮されないという問題点を有している。
ィジタル制御系では、制御対象の状態量の検出、制御演
算等が時系列に行われるために、検出から制御までの無
駄時間が存在し、検出値に含まれる遅れ(図9参照)と
もあいまって制御性能を損なったり、或いは充分な制御
性能を発揮しえないという問題点を有している。
置(回転角)、瞬時速度及び瞬時加速度の演算を可能と
して、制御系の応答改善を図ることを目的とする。
付けられたパルスエンコーダ、ロータリエンコーダ或い
はパルスジェネレータ等のパルス発生手段からのパルス
に基づいて電動機の位置又は回転角を検出する位置検出
手段を有する電動機の制御装置を前提とする。同手段は
、例えばエンコーダパルスをカウントするカウンタであ
り、同カウンタは、例えばサンプリングタイミング毎に
リセットされて、各サンプリング周期におけるエンコー
ダパルスの積算値を演算する。
明のブロック図である。時間差計測手段107は、サン
プリングタイミング毎に、その直前のパルス発生手段か
らのパルスの発生時点から当該サンプリングタイミング
までの時間差108を計測する。
102、位置又は回転角103及び負荷外乱トルク10
4の3変数を状態変数106とし、システム入力を電動
機トルク105、システム出力を位置又は回転角103
とした状態方程式に対して、サンプリングタイミング毎
に、時間差計測手段107によって計測された時間差1
08に基づいて、その直前のパルス発生手段からのパル
スの発生時点における状態変数106を推定する。この
推定は、前回のサンプリングタイミング時に推定された
状態変数に基づいて行われる。
タイミング毎に、状態観測手段101により推定された
状態変数106及び時間差計測手段107によって計測
された時間差108から状態方程式に基づいて、当該サ
ンプリングタイミングにおける電動機の位置又は回転角
の瞬時値114を演算する。この場合の演算は、状態方
程式から導出される遷移行列から求まる式によって行わ
れる。
に、当該サンプリングタイミングにおける電動機の速度
の瞬時値110を演算する瞬時速度演算手段109を有
するように構成することもできる。
グタイミングにおける電動機の加速度の瞬時値112を
演算する瞬時加速度演算手段111を有するように構成
することもできる。
演算手段109又は瞬時加速度演算手段111を任意に
組み合わせることもできる。次に、本発明の第2の態様
について説明する。第2の態様では、上述の第1の態様
における状態変数106として、前述の電動機の回転速
度102、位置又は回転角103及び負荷外乱トルク1
04の3変数に、更に電動機トルクを加えた4変数が使
用される。そして、システムの出力は、第1の態様と同
じく位置又は回転角103とされるが、システムの入力
が電動機トルクの指令値とされる点が異なる。
る。第3の態様では、上述の本発明の第1の態様又は第
2の態様において、瞬時速度演算手段又は瞬時加速度演
算手段は、各サンプリングタイミングの時点ではなく、
それより更に制御演算等に要する時間に相当する所定時
間だけ遅れた時点における位置若しくは回転角、速度又
は加速度の瞬時値を演算する構成とされる。
してパルスエンコーダ等のパスル発生手段を用いた電動
機の制御システムにおいて、パルス発生手段の動作が電
動機の回転角をきわめて分解能の粗い量子化された情報
として出力するが、パルス発生手段からのパルスの発生
時点においてはその出力回転角情報と実際の電動機の回
転角が一致するという点に着目し、パルス発生手段から
のパルスの発生時点における電動機の状態方程式を構築
したことにより、当該パルス発生時点におけるシステム
の状態変数(瞬時値)を実際の物理現象により則した状
態観測器によって推定し、そこから上記パルスの発生時
点とは非同期のサンプリングタイミングにおける瞬時位
置若しくは回転角、瞬時速度を推定するので、検出のた
めの無駄時間を含まないより正確な瞬時値が得られる。
の積算値をそのまま使用した場合の位置又は回転角の検
出分解能がパルス発生手段の分解能そのままのいわば整
数値であったのに対して、本発明により得られるサンプ
リングタイミング毎の位置又は回転角の瞬時値は、推定
演算の精度を別にすれば、みかけ上は小数点以下を含ん
だ連続量として得ることができる。このため、従来のよ
うなパルス発生手段の分解能に起因する量子化誤差の影
響を受けない。
態変数から演算で求めることから、微分動作にかかわる
問題点を回避できるとともに、遅れのない瞬時加速度を
得ることができる。
に要する無駄時間だけ遅延させた時点の瞬時値を演算し
これを制御演算で使用することにより、検出・制御演算
等の無駄時間に起因する制御系の応答改善を図ることが
できる。
つき説明する。まず、具体的な実施例につき説明する前
に、本発明の原理的な実施例の構成及び動作原理につき
説明する。
構成図である。同図に表される系からわかるように、第
1の原理構成では、電動機の速度ω、負荷外乱トルクτ
d 及びエンコーダの出力パルス積算値に換算した電動
機の回転角θが状態変数ベクトルχ1 とされる。そし
て、システムの入力として電動機トルクτM 、システ
ムの出力として電動機の回転角θを選んだ後述する下記
の数1式の(1) 式、(2) 式で表される状態方程
式に基づいて、後述する図4のタイミングチャートにお
けるサンプリングタイミングt=t1 の直前のエンコ
ーダパルス発生時点(t=t1−Δt1 )における上
記状態変数ベクトルの推定値 外1 (以下、文章
中におい
2式の(3)式で示される状態観測器アルゴリズムを用
いて演算される。つぎに、サンプリングタイミングt=
t1 における電動機の回転角(位置)θの瞬時値が、
数1式の(1) 式の状態方程式から導出される遷移行
列Φによって構成される下記の数2式の(4) 式に上
記状態変数の推定値χ1’が適用されて演算によって求
められる。また、サンプリングタイミングt=t1 に
おける電動機の速度ωの瞬時値が、上記状態変数の推定
値χ1’から下記の数2式の(5) 式で表される代数
演算によって求められる。 更に、電動機の加速度dω/dtの瞬時値が、上記推定
値χ1’から下記の数2式の(6a),(6b) 式で
表される代数演算によって求められる。
する。今、電動機の回転角センサとしてのエンコーダパ
ルスの積算値θn は、図9において前述したように、
エンコーダの分解能で規定される量子化により、真の回
転角θに対して、下式(7) にて表される量子化誤差
を含んでいる。
・
・・・・(7) 即ち、エンコーダパルスの積算値θn
には最大1量子化幅分の誤差が含まれていることにな
る。従って、これをそのまま使用すると正しい位置(回
転角)検出は行うことができない。また、エンコーダの
出力に基づいて周波数情報が演算され速度検出が行われ
る場合には、その演算により得られる速度量は、時間積
分を時間でわったもの即ち平均値でしかなく、正しい速
度検出、更には加速度検出も行えない。
生するというエンコーダ本来の動作は積分動作であって
、そこから得られるエンコーダ出力パルスの積算値θn
は、図9から明らかなように、エンコーダパルスの発
生時点(例えば図9のt=t1 −Δt1 )において
、量子化誤差やエンコーダの分解能に関係なく真の回転
角θという実際の物理量と完全に一致する。そして、そ
の時点における積算値θn の微分が電動機速度にほか
ならない。このような事実に着目して、従来から用いら
れてきた速度或いは平均速度の代わりに、エンコーダパ
ルスの入力時点における電動機の回転角をシステムを記
述する状態方程式の出力として考えると、数1式の(1
),(2) 式の状態方程式で表されるような関係が成
立する。換言すれば、エンコーダパルスの入力時点であ
れば、直接検出可能で確実な情報であるエンコーダパル
スの積算値θn を用いて、次に説明する状態観測器に
関する制御理論に基づいて、状態変数ベクトルχ1 を
推定することができる。ここで「確実な」とは、回転角
(位置)θ以外の他の状態変数例えば回転速度ωをパル
スエンコーダを用いて計測した値は、エンコーダパルス
の積算値θn を時間で除したもの即ち平均速度にほか
ならず、状態方程式(1),(2) 式に現れる速度ω
とは必ずしも等価な状態量ではないのに対して、エンコ
ーダパルスの入力時点であればエンコーダパルスの積算
値θn は状態方程式(1),(2) 式に現れる出力
θと厳密に一致するという意味である。
測であれば、システムの出力y1 から状態変数ベクト
ルχ1 を推定することが可能であり、また、任意の時
刻の状態からその後の状態を演繹的に算出することがで
きる。そこで、(1),(2) 式の可観測性を検証す
る。
システムが可観測であることの必要十分条件は、下記の
数3式である(8) 式で定義される行列N1 の階数
(rank) が行列A1 (数1式参照)の次数(こ
の場合、3)と等しいこと、であることが知られている
。
) 式で表されるシステムは可観測であり、係数行列K
1 を適当に選ぶことで、数2式の(3) 式に基づき
、状態変数ベクトルχ1 を任意の応答で推定すること
ができる。そこで、図4のタイミングチャートのt=t
1 で示されるサンプリングタイミングで、エンコーダ
のパルス数に換算した数1式の(1) 式の状態方程式
における電動機の回転角θのt=t0 −Δt0 〜t
=t1 −Δt1 間における変化分Δθ(必ずしも整
数にはならないし、ならなくともよい)と、今回のサン
プリングタイミングt=t0 〜t1 までの間に発生
したエンコーダパルスの積算値θn (言うまでもなく
θn は整数であり、状態変数の差Δθに対するシステ
ムの出力である)との差に基づいて、t=t1 −Δt
1 の時点における状態変数の推定値χ1’が演算され
る。
態変数の推定値χ1’から、t=t1 における状態変
数の推定値χ1’が下記の数4式の(9) 式に基づい
て演算される。
の(4) 式が得られ、これによりt=t1 における
瞬時位置(回転角の瞬時値)θが得られる。なお、(9
) 式は、t=t1 −Δt1 〜t1 でτM が一
定とした場合のものである。
) 式が得られ、これによって、t=t1 における瞬
時速度ωが得られる(τMは上述のように仮定)。更に
、(9) 式より前述の数2式の(6a)式が得られ、
これによって、t=t1 におけるτd の瞬時値が計
算され(τM は上述のように仮定)、数1式の(1)
式の状態方程式の一部である前述の数2式の(6b)
式により、t=t1 における加速度dω/dtt=
t1を求めることができる。
変数)から数4式の(9) 式によってそれ以後の状態
を求める方法は公知であって、例えば古田・佐野著「基
礎システム理論」(コロナ社)等に詳しい。
の原理構成図である。同図に表される系からわかるよう
に、第2の原理構成では、上述の第1の原理構成で示し
た状態変数ベクトルχ1 の構成要素に電動機トルクτ
M が加えられている。そして、システムの入力を電動
機トルクτM の代わりにその制御装置のトルク指令値
τ* として、下記の数5式の(10)式、(11)
式で表される状態方程式が仮定され、第1の原理構成の
場合と同様な演算が行われることによって、サンプリン
グ時点における電動機回転角(位置)θ、速度ω及び加
速度dω/dtの瞬時値が求められる。即ち、下記の数
6式の(12)式で表される状態観測器アルゴリズムに
基づき、サンプリングタイミングt=t1 直前のエン
コーダパルス発生時点(t=t1 −Δt1 )におけ
る上記状態変数ベクトルの推定値 外2 (以下、
文章中では
に、サンプリングタイミングt=t1 における電動機
の回転角(位置)θの瞬時値が、数6式の(13)式に
上記状態変数の推定値χ2’が適用されて演算によって
求められる。また、サンプリングタイミングt=t1
における電動機の速度ωの瞬時値が、上記状態変数の推
定値χ2’から下記の数6式の(14)式で表される代
数演算によって求められる。更に電動機の加速度dω/
dtの瞬時値が、サンプリングタイミングt=t1 に
おける状態変数ベクトルχ2 の推定値χ2’から数6
式の(15a),(15b),(15c) 式で表され
る代数演算によって求められる。
表される第2の原理構成における状態方程式についても
、第1の原理構成の場合と同様、これらが可観測であれ
ば、システムの出力y2 から状態変数ベクトルχ2
を推定することが可能であり、また、任意の時刻の状態
からその後の状態を演繹的に算出できる。そこで、(1
0),(11) 式の可観測性についても、数3式の(
8) 式と同様にして検証を行うと、次の(16)式の
ようになる。
の状態方程式で表される第2の原理構成におけるシステ
ムについても可観測であり、状態観測器による状態変数
の推定及び任意時点の状態変数からその後の状態変数を
演繹的に演算することができる。即ち、t=t1 にお
ける状態変数ベクトルχ2 の推定値χ2’は次の数8
式の(17),(18)式にて求めることができる。
(14),(15a),(15b) 式が得られ、t=
t1 におけるτM ,τd の瞬時値が計算されると
ともに、t=t1 における瞬時位置(回転角)θ及び
瞬時速度ωが求まる。
、数5式の(10)式の状態方程式の一部である前述の
数6式の(15c) 式によって、t=t1 における
加速度dω/dtt=t1を求めることができる。
明する。第3の原理構成については特には図示しないが
、上述の第1の原理構成又は第2の原理構成の拡張とし
て構成される。
の原理構成において、エンコーダのパルス発生時点にお
ける状態変数ベクトルの推定値から演算する瞬時位置(
回転角)・瞬時速度・瞬時加速度の時刻が、サンプリン
グ周期の開始時点即ちサンプリングタイミングt=t1
とされずに、各瞬時値の検出演算及びその演算に基づ
くシステムの制御演算等に要する時間Δtc だけ遅延
させられた時点t=t1 +Δtc とされ(図4参照
)、その時点での各々の瞬時値が演算されてシステムの
制御演算に使用される。これが第3の原理構成の特徴で
ある。
アルゴリズムでは、計測(サンプリング)周期内の最後
のエンコーダパルス発生時点の状態変数の推定値から、
その直後のサンプリング周期の開始時点における瞬時値
が、その状態方程式に基づいて予測演算された。しかる
に、その予測する時点を、サンプリング周期の開始時点
とせずに、各種検出演算、制御演算等の所要時間だけ遅
らせた時点としても、その瞬時値を同様に演算すること
ができる。そこで、第3の原理構成ではこれを利用して
、制御系に存在する無駄時間がキャンセルされるように
、サンプリングタイミングより遅らせた時点の瞬時位置
(回転角)、瞬時速度、瞬時加速度を演算して利用する
ことによって、これらの無駄時間に起因する制御の応答
改善を図ることを可能としている。
明の実施例の具体的構成について詳細に説明する。図5
に本発明の具体的な実施例の構成図、図4にその動作タ
イミングチャートを示す。
検出用のエンコーダの2相パルスA、Bは、位相判別回
路501において、電動機の回転方向によって決まる上
記2相パルスの位相に応じて、後段のアップダウンカウ
ンタ502へのアップカウント信号Pup又はダウンカ
ウント信号Pdownに変換される。
プカウント信号Pup、ダウンカウンタ信号Pdown
によって、エンコーダパルスを、正転方向をプラス、逆
転方向をマイナスとして積算し、同カウンタは、一定周
期Tsで発生されるサンプリングタイミング信号Sによ
って0にリセットされる。
のシステムクロックFをカウントすることにより、シス
テムクロックに換算した時間計測器として機能し、アッ
プカウント信号Pup、ダウンカウント信号Pdown
の論理和信号によって0にリセットされる。
れサンプリングタイミング信号Sによって同信号でリセ
ットされる直前のアップダウンカウンタ502の積算値
θn及び時間計測用カウンタ503のカウント値Δtを
ラッチする。
ングタイミング信号Sによって一定周期Tsで起動され
るプログラムにおいて、データバス507を介してデー
タラッチ504及び505に保持されたエンコーダパル
スの積算値θn及び時間計測用カウンタ503のカウン
ト値Δtを読み込んで、後述のようなアルゴリズムによ
って瞬時位置(回転角)、瞬時速度、瞬時加速度等の検
出演算及び制御演算を行う。
変換器やその制御アルゴリズム等については、本発明の
直接の対象とするものでないことからここでは簡単のた
め図示や説明を省略してある。
イクロコンピュータ506が実行する第1の処理動作例
について、図6のプログラムのフローチャートにより説
明する。この処理動作は、前述の本発明の第1の原理動
作に対応している。
イクロコンピュータ506が起動した図6のフローチャ
ートで表されるプログラムにおいて、以下の各ステップ
の処理が順次実行される。
持されたエンコーダパルスの積算値θn 及び時間計測
用カウンタ3のカウント値Δt1 が読み込まれる(ス
テップS1 )。
コーダパルス入力時点から今回サンプリングタイミング
直前のエンコーダパルス入力時点までの正味の時間tw
が、データラッチ505に保持される時間計測用カウ
ンタ503のカウント値の前回値Δt0 と今回値Δt
1 から下記(19)式により求められる(ステップS
2)。
・・
・・・(19)ただし、Ts:サンプリング周期 前回t=t0 −Δt0 時点における状態変数ベクト
ルの推定値χ1’とエンコーダのパルスカウント数θn
及びステップS2にて求められたtw 等から、今回
t=t1 −Δt1 における状態変数ベクトルの推定
値χ1’が数2式の(3) 式に基づいて推定される(
ステップS3)。
に基づき、上記ステップS3にて推定された状態変数ベ
クトルχ1’(t1 −Δt1 )を用いて、今回サン
プリングタイミングt=t1 における瞬時位置(回転
角)θ、瞬時速度ω、瞬時加速度dω/dtが計算され
る(ステップS4)。
する第2の処理動作例について、図7のプログラムのフ
ローチャートにより説明する。この処理動作は、前述の
本発明の第2の原理構成に対応している。
イクロコンピュータ506が起動した図7のフローチャ
ートで表されるプログラムにおいて、以下の各ステップ
の処理が順次実行される。
たエンコーダパルスの積算値θn 及び時間計測用カウ
ンタ503のカウント値Δt1 が、それぞれ読み込ま
れる(ステップS5)。
ーダパルス入力時点から今回サンプリングタイミングの
直前のエンコーダパルス入力時点までの正味の時間tw
が、データラッチ505に保持される時間計測用カウ
ンタ503のカウント値の前回値Δt0 と今回値Δt
1 から前述の(19)式により求められる(ステップ
S6)。
態変数ベクトルの推定値χ2’とエンコーダのパルスカ
ウント数θn 及びステップS6において求められたt
w 等から、今回t=t1 −Δt1 における状態変
数ベクトルの推定値χ2’が数6式の(12)式に基づ
いて推定される(ステップS7)。
b) 及び(15c) 式に基づいて、上記ステップS
7にて推定された状態変数ベクトルχ2’(t1 −Δ
t1 )を用いて、今回サンプリングタイミングt=t
1 における瞬時位置(回転角)θ、瞬時速度ω及び瞬
時加速度dω/dtが計算される。
行する第3の処理動作例について、図8のプログラムの
フローチャートにより説明する。この処理動作は、前述
の本発明の第3の原理構成に対応している。
イクロコンピュータ506が起動した図8のフローチャ
ートで表されるプログラムにおいて、以下の各ステップ
の処理が順次実行される。
たエンコーダパルスの積算値θn 及び時間計測用カウ
ンタ503のカウント値Δt1 が、それぞれ読み込ま
れる(ステップS9)。
ーダパルス入力時点から今回サンプリングタイミングの
直前のエンコーダパルス入力時点までの正味の時間tw
が、データラッチ505に保持される時間計測用カウ
ンタ503のカウント値の前回値Δt0 と今回値Δt
1 から、前述の(19)式によって求められる(ステ
ップS10)。
態変数ベクトルの推定値χ1’又はχ2’とエンコーダ
のパルスカウント数θn 及びステップS10 にて求
めたtw 等から、今回t=t1 −Δt1 における
状態変数ベクトルの推定値χ1’又はχ2’が、数2式
の(3) 式又は数6式の(12)式に基づいて推定さ
れる(ステップS11 )。
又は(13),(14),(15a),(15b),(
15c) 式に基づき、上記ステップS11 において
推定されたt=t1 −Δt1 における状態変数ベク
トルχ1’(t1 −Δt1 )又はχ2’(t1 −
Δt1 )を用いて、下記(20)式で示されるΔt’
だけ遅延された時点、即ち、t=t1 +Δtc に
おける瞬時位置(回転角)θ、瞬時速度ω及び瞬時加速
度dω/dtが計算される(ステップS12 )。
・・
・・・(20)但し、Δtc :検出、制御演算等によ
る制御系の無駄時間 上記ステップS12 で求められたt=t1 +Δtc
における瞬時位置(回転角)θ、瞬時速度ω、瞬時加
速度dω/dtを用いて制御演算が実行される。
第1〜第3の原理構成に基づく本発明の特徴的動作が実
現される。
用センサとしてパルスエンコーダ等のパルス発生手段を
用いた電動機の制御システムにおいて、パルス発生手段
の動作が電動機の回転角をきわめて分解能の粗い量子化
された情報として出力するが、パルス発生手段からのパ
ルスの発生時点においてはその出力回転角情報と実際の
電動機の回転角が一致するという点に着目し、当該パル
ス発生時点における電動機の状態方程式を構築したこと
により、上記パルス発生時点におけるシステムの状態変
数(瞬時値)を実際の物理現象により則した状態観測器
によって推定し、そこから上記パルスの発生時点とは非
同期のサンプリングタイミングにおける瞬時位置若しく
は回転角、瞬時速度を推定するので、検出のための無駄
時間を含まないより正確な瞬時値を得ることが可能とな
る。
の積算値をそのまま使用した場合の検出分解能がパルス
発生手段の分解能そのままのいわば整数値であったのに
対して、本発明により得られるサンプリングタイミング
毎の瞬時値は、推定演算の精度を別にすれば、みかけ上
は小数点以下を含んだ連続量として得ることができる。 このため、従来のようなパルス発生手段の分解能に起因
する量子化誤差の影響を受けないという効果を有する。
態変数から演算で求めることから、微分動作にかかわる
問題点を回避できるとともに、遅れのない瞬時加速度を
得ることが可能となる。
に要する無駄時間だけ遅延させた時点の瞬時値を演算し
これを制御演算で使用することにより、検出・制御演算
等の無駄時間に起因する制御系の応答改善を図ることが
可能となる。
図である。
である。
である。
である。
Claims (14)
- 【請求項1】 電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差(108)を計測する時間差計測
手段(107)と、電動機の回転速度(102)、位置
又は回転角(103)及び負荷外乱トルク(104)の
3変数を状態変数(106)とし、システム入力を電動
機トルク(105)、システム出力を前記位置又は回転
角(103)とした状態方程式に対して、前記サンプリ
ングタイミング毎に、その直前の前記パルス発生手段か
らのパルスの発生時点における前記状態変数(106)
を推定する状態観測手段(101)と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段(101)により
推定された状態変数(106)及び前記時間差計測手段
(107)によって計測された時間差(108)から前
記状態方程式に基づいて、該サンプリングタイミングに
おける電動機の位置又は回転角の瞬時値(114)を演
算する瞬時位置演算手段(113)と、を有することを
特徴とする電動機の瞬時位置検出装置。 - 【請求項2】 電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差(108)を計測する時間差計測
手段(107)と、電動機の回転速度(102)、位置
又は回転角(103)及び負荷外乱トルク(104)の
3変数を状態変数(106)とし、システム入力を電動
機トルク(105)、システム出力を前記位置又は回転
角(103)とした状態方程式に対して、前記サンプリ
ングタイミング毎に、その直前の前記パルス発生手段か
らのパルスの発生時点における前記状態変数(106)
を推定する状態観測手段(101)と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段(101)により
推定された状態変数(106)及び前記時間差計測手段
(107)によって計測された時間差(108)から前
記状態方程式に基づいて、該サンプリングタイミングに
おける電動機の速度の瞬時値(110)を演算する瞬時
速度演算手段(109)と、を有することを特徴とする
電動機の瞬時速度検出装置。 - 【請求項3】 電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差(108)を計測する時間差計測
手段(107)と、電動機の回転速度(102)、位置
又は回転角(103)及び負荷外乱トルク(104)の
3変数を状態変数(106)とし、システム入力を電動
機トルク(105)、システム出力を前記位置又は回転
角(103)とした状態方程式に対して、前記サンプリ
ングタイミング毎に、その直前の前記パルス発生手段か
らのパルスの発生時点における前記状態変数(106)
を推定する状態観測手段(101)と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段(101)により
推定された状態変数(106)及び前記時間差計測手段
(107)によって計測された時間差(108)から前
記状態方程式に基づいて、該サンプリングタイミングに
おける電動機の加速度の瞬時値(112)を演算する瞬
時加速度演算手段(111)と、を有することを特徴と
する電動機の瞬時加速度検出装置。 - 【請求項4】 電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び負
荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力を
電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は回
転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタイ
ミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパル
スの発生時点における前記状態変数を推定する状態観測
手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態観
測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測手
段によって計測された時間差から前記状態方程式に基づ
いて、該サンプリングタイミングにおける電動機の位置
又は回転角の瞬時値を演算する瞬時位置演算手段と、を
有することを特徴とする電動機の瞬時位置検出装置。 - 【請求項5】 電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び負
荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力を
電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は回
転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタイ
ミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパル
スの発生時点における前記状態変数を推定する状態観測
手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態観
測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測手
段によって計測された時間差から前記状態方程式に基づ
いて、該サンプリングタイミングにおける電動機の速度
の瞬時値を演算する瞬時速度演算手段と、を有すること
を特徴とする電動機の瞬時速度検出装置。 - 【請求項6】 電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び負
荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力を
電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は回
転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタイ
ミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパル
スの発生時点における前記状態変数を推定する状態観測
手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態観
測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測手
段によって計測された時間差から前記状態方程式に基づ
いて、該サンプリングタイミングにおける電動機の加速
度の瞬時値を演算する瞬時加速度演算手段と、を有する
ことを特徴とする電動機の瞬時加速度検出装置。 - 【請求項7】 電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角及び負荷外乱トルクの
3変数を状態変数とし、システム入力を電動機トルク、
システム出力を前記位置又は回転角とした状態方程式に
対して、前記サンプリングタイミング毎に、その直前の
前記パルス発生手段からのパルスの発生時点における前
記状態変数を推定する状態観測手段と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段により推定された
状態変数及び前記時間差計測手段によって計測された時
間差から前記状態方程式に基づいて、該サンプリングタ
イミングより更に前記所定時間だけ遅れた時点における
電動機の位置又は回転角の瞬時値を演算する瞬時位置演
算手段と、を有し、該瞬時位置演算手段によって演算さ
れた瞬時位置値又は回転角値を電動機の制御演算に用い
る、ことを特徴とする瞬時位置値を用いた電動機の制御
方法。 - 【請求項8】 電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角及び負荷外乱トルクの
3変数を状態変数とし、システム入力を電動機トルク、
システム出力を前記位置又は回転角とした状態方程式に
対して、前記サンプリングタイミング毎に、その直前の
前記パルス発生手段からのパルスの発生時点における前
記状態変数を推定する状態観測手段と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段により推定された
状態変数及び前記時間差計測手段によって計測された時
間差から前記状態方程式に基づいて、該サンプリングタ
イミングより更に前記所定時間だけ遅れた時点における
電動機の速度の瞬時値を演算する瞬時速度演算手段と、
を有し、該瞬時速度演算手段によって演算された瞬時速
度値を電動機の制御演算に用いる、ことを特徴とする瞬
時速度値を用いた電動機の制御方法。 - 【請求項9】 電動機に取り付けられたパルス発生手
段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を検
出する位置検出手段を有する電動機の制御装置において
、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パルス
発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリングタ
イミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、電
動機の回転速度、位置又は回転角及び負荷外乱トルクの
3変数を状態変数とし、システム入力を電動機トルク、
システム出力を前記位置又は回転角とした状態方程式に
対して、前記サンプリングタイミング毎に、その直前の
前記パルス発生手段からのパルスの発生時点における前
記状態変数を推定する状態観測手段と、前記サンプリン
グタイミング毎に、前記状態観測手段により推定された
状態変数及び前記時間差計測手段によって計測された時
間差から前記状態方程式に基づいて、該サンプリングタ
イミングより更に前記所定時間だけ遅れた時点における
電動機の加速度の瞬時値を演算する瞬時加速度演算手段
と、を有し、該瞬時加速度演算手段によって演算された
瞬時加速度値を電動機の制御演算に用いる、ことを特徴
とする瞬時加速度値を用いた電動機の制御方法。 - 【請求項10】 電動機に取り付けられたパルス発生
手段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を
検出する位置検出手段を有する電動機の制御装置におい
て、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パル
ス発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリング
タイミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
電動機の回転速度、位置又は回転角及び負荷外乱トルク
の3変数を状態変数とし、システム入力を電動機トルク
、システム出力を前記位置又は回転角とした状態方程式
に対して、前記サンプリングタイミング毎に、その直前
の前記パルス発生手段からのパルスの発生時点における
前記状態変数を推定する状態観測手段と、請求項7に記
載の瞬時位置演算手段、請求項8に記載の瞬時速度演算
手段又は請求項9に記載の瞬時加速度演算手段のうち少
なくとも1つと、を有し、前記瞬時位置演算手段によっ
て演算された瞬時位置値若しくは回転角値、前記瞬時速
度演算手段によって演算された瞬時速度値又は前記瞬時
加速度演算手段によって演算された瞬時加速度値のうち
少なくとも1つを電動機の制御演算に用いる、ことを特
徴とする瞬時位置値、瞬時速度値又は瞬時加速度値の少
なくとも1つを用いた電動機の制御方法。 - 【請求項11】 電動機に取り付けられたパルス発生
手段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を
検出する位置検出手段を有する電動機の制御装置におい
て、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パル
ス発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリング
タイミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
電動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び
負荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力
を電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は
回転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタ
イミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパ
ルスの発生時点における前記状態変数を推定する状態観
測手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態
観測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測
手段によって計測された時間差から前記状態方程式に基
づいて、該サンプリングタイミングより更に前記所定時
間だけ遅れた時点における電動機の位置又は回転角の瞬
時値を演算する瞬時位置演算手段と、を有し、該瞬時位
置演算手段によって演算された瞬時位置値又は回転角値
を電動機の制御演算に用いる、ことを特徴とする瞬時位
置値を用いた電動機の制御方法。 - 【請求項12】 電動機に取り付けられたパルス発生
手段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を
検出する位置検出手段を有する電動機の制御装置におい
て、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パル
ス発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリング
タイミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
電動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び
負荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力
を電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は
回転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタ
イミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパ
ルスの発生時点における前記状態変数を推定する状態観
測手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態
観測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測
手段によって計測された時間差から前記状態方程式に基
づいて、該サンプリングタイミングより更に前記所定時
間だけ遅れた時点における電動機の速度の瞬時値を演算
する瞬時速度演算手段と、を有し、該瞬時速度演算手段
によって演算された瞬時速度値を電動機の制御演算に用
いる、ことを特徴とする瞬時速度値を用いた電動機の制
御方法。 - 【請求項13】 電動機に取り付けられたパルス発生
手段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を
検出する位置検出手段を有する電動機の制御装置におい
て、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パル
ス発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリング
タイミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
電動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び
負荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力
を電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は
回転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタ
イミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパ
ルスの発生時点における前記状態変数を推定する状態観
測手段と、前記サンプリングタイミング毎に、前記状態
観測手段により推定された状態変数及び前記時間差計測
手段によって計測された時間差から前記状態方程式に基
づいて、該サンプリングタイミングより更に前記所定時
間だけ遅れた時点における電動機の加速度の瞬時値を演
算する瞬時加速度演算手段と、を有し、該瞬時加速度演
算手段によって演算された瞬時加速度値を電動機の制御
演算に用いる、ことを特徴とする瞬時加速度値を用いた
電動機の制御方法。 - 【請求項14】 電動機に取り付けられたパルス発生
手段からのパルスに基づいて電動機の位置又は回転角を
検出する位置検出手段を有する電動機の制御装置におい
て、サンプリングタイミング毎に、その直前の前記パル
ス発生手段からのパルスの発生時点から該サンプリング
タイミングまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
電動機の回転速度、位置又は回転角、電動機トルク及び
負荷外乱トルクの4変数を状態変数とし、システム入力
を電動機トルクの指令値、システム出力を前記位置又は
回転角とした状態方程式に対して、前記サンプリングタ
イミング毎に、その直前の前記パルス発生手段からのパ
ルスの発生時点における前記状態変数を推定する状態観
測手段と、請求項11に記載の瞬時位置演算手段、請求
項12に記載の瞬時速度演算手段又は請求項13に記載
の瞬時加速度演算手段のうち少なくとも1つと、を有し
、前記瞬時位置演算手段によって演算された瞬時位置値
若しくは回転角値、前記瞬時速度演算手段によって演算
された瞬時速度値又は前記瞬時加速度演算手段によって
演算された瞬時加速度値のうち少なくとも1つを電動機
の制御演算に用いる、ことを特徴とする瞬時位置値、瞬
時速度値又は瞬時加速度値の少なくとも1つを用いた電
動機の制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3-3479 | 1991-01-16 | ||
JP347991 | 1991-01-16 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04281381A true JPH04281381A (ja) | 1992-10-06 |
JP3055186B2 JP3055186B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=11558478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03033015A Expired - Fee Related JP3055186B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-02-27 | 電動機の瞬時位置・瞬時速度・瞬時加速度検出装置、ならびに瞬時位置値・瞬時速度値・瞬時加速度値を用いた電動機の制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3055186B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06245570A (ja) * | 1993-02-12 | 1994-09-02 | Kobe Steel Ltd | モータ駆動系の制御装置 |
WO2013088533A1 (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | 株式会社安川電機 | モータ制御装置及びモータシステム |
-
1991
- 1991-02-27 JP JP03033015A patent/JP3055186B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06245570A (ja) * | 1993-02-12 | 1994-09-02 | Kobe Steel Ltd | モータ駆動系の制御装置 |
WO2013088533A1 (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | 株式会社安川電機 | モータ制御装置及びモータシステム |
JPWO2013088533A1 (ja) * | 2011-12-14 | 2015-04-27 | 株式会社安川電機 | モータ制御装置及びモータシステム |
US9195223B2 (en) | 2011-12-14 | 2015-11-24 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Motor controller and motor system |
Also Published As
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---|---|
JP3055186B2 (ja) | 2000-06-26 |
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