JPH03128689A

JPH03128689A - トルク変動オブザーバー

Info

Publication number: JPH03128689A
Application number: JP1263106A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Hirata; 平田　一行
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1991-05-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、交流同期電動機の制御に関し、特に、交流同
期電動機のトルク変動を推定するトルク変動オブザーバ
−に関する。

従来の技術交流同期電動機は各相に独立した電流制御ループを有し
、その外側に速度制御ループを有している。

例えば第２図は、位置ループも有する一般的な交流同期
電動機の制御回路のブロック図であるが、位置制御部で
は、位置指令θＣから交流同期電動機に取付けられた検
出器によって検出される交流同期電動機の回転位置θを
減じて位置偏差を求め、この位置偏差にポジションゲイ
ンを乗じて速度指令ωＣを求め、速度制御部では速度指
令ωＣと検出器で検出される交流同期電動機の速度ωに
よってＰＩ（比例制御）制御等を行って電流指令（トル
ク指令）ｉＣを求める。そして、電流制御部では、この
電流指令ｉｃと電流検出器で検出される電流ｉによって
ＰＷＭ制御等を行って、交流同期電動機の各相間に電圧
Ｖを印加して電動機を駆動する構成となっている。

そして、上記電流制御部は交流同期電動機の各相毎に独
立して設けられている。例えば、三相同期電動機（以下
、□三相を例にとって説明する）においては、Ｕ、　Ｖ
、　Ｗ相の電流制御部を有し、各相の電流によって発生
するトルクを合成して電動機の出力トルクとなる。そし
て、この出力トルクによって電動機は回転し、その速度
が速度ループ（速度制御部）にフィードバックされる。

このように、各相毎に設けられた電流制御部の外側に速
度制御ループが存在することになり、電流制御部内の内
部状態を検出しにくい。そこで、従来、オブザーバ−を
用いてこの内部状態を推定することが行われている。

第３図は、一般的な電流制御部のブロック線図で、速度
制御部より出力されたトルク指令（電流指令）ｉｃは、
電流分配部１００で、電動機のロータ位置に応じてＵ、
　Ｖ、　Ｗの各相の電流指令に分配され、各電流制御部
１０２に入力される。第３図においてはＵ相のみ記載し
ており、■相、Ｗ相も同様な電流制御部を有しているが
、省略している。

電流制御部１０２は積分器１０６を有しくＵ）相電流指
令ｉ′から当該相（Ｕ相）の実電流ｉを減じた値を積分
し、その積分器１０６の出力ａに積分ゲインに２　（１
０８）を乗じた値と（Ｕ）相電流指令ｉｒに定数αに、
（１０４）を乗じた値を加算し、この加算した値から当
該相（Ｕ相）の実電流ｉに比例ゲインに１　（１１０）
を乗じた値を減じて相間電圧Ｖを出力している。伝達関
数１１２は電動機の巻線の伝達関数を表すもので、記号
Ｚは２−変換の記号を表している。

サンプリングタイムをＴ１巻線抵抗をＲ１巻線のインダ
クタンスをＬとすると、サンプリング（ｋ＋１）時の電
動機の当該相（Ｕ相）の電流ｉ、＋、は次の第（１）式
で表される。

・・・・！・（１）とおくと、上記第（１）式は次の第（２）式で表される
。

ｉ　　＝Φ・ｉ　　＋ｒ−ｖ　　　　　・・・・・・　
（２）ｋ＋１　　　　　　ｋ　　　　　　ｋまた、上記第（２）式は２−変換記゛号を使えば次の第
（３）式のように表される。

Ｚｉ＝Φ・ｉ十ｒ’＠ｖ　　　　　　・・・・・・（３
）故に、ｉ＝　　ｒ　　−■　　　　　・・・・・・（４）２−
Φ となり、第３図に符号１１２で示す伝達関数となる。一
方、電流制御部１０２について分析すると、積分器１０
６の出力は次の第（５）式で表される。

ａ　　＝ａｋ＋（ｉｋ−ｉｋ）　・・・・・・（５）ｋ
＋１また、出力相間電圧ｖｋは次の第（６）式となる。

ｖ＝αｋ　　　ｉ＋ｋａ　　−ｋ　　　ｉ　　　　　・
（６）ｋ　　　　　　　ｌｋ　　　　２ｋ　　　　ｉｋ
第（２）式のＶ、に第（６）式を代入すると第（７）式
となる。

ｉ　　＝（Φ−ｒ・ｋｌ）ｋ＋１ｔｈ＋ｒ’・に２ ’　ａｋ＋ｒ　’　α’　ｋｌ”　１　ｋ・・・・・・
　（７）よって、第（７）式と第（５）式より、次の第（８）式
が成立する。

（８）とすると（行列Ａ、　　Ｂは、Φ、ｒ’、　　ｋｌ、　
　ｋ２゜αが既知であるから、既知なものである）、上
記第（８）式は次の第（９）式で表される。

上記第（９）式より、各相の電流制御部のサンプル値系
を表すと、第４図の符号１２０で示す系となる。なお、
この系でＩ、Ｃは、の行列を意味する。

そして、従来、この系に対して第４図の符号１３０に示
すようなオブザーバ−を組んで電流制御０において、Ａ
、　　Ｂは実際の値Ａ、　　Ｂに対する推定値であり、
固定されたものである。また、Ｋはオブザーバ−ゲイン
ベクトルである。そして、このオブザーバ−１３０から
推定できる状態量では、第（９）式からも明らかのよう
に、トルク相当（各相の電流相当）推定値１に、電流制
御部の積分出力推定値ａｋである。

発明が解決しようとする課題上述したように、従来のオブザーバ−１３０では、電流
制御部をそのままの形で推定（第４図及び第（９）式参
照）するもので、推定できる状態量はトルク相当（各相
電流相当）推定値ｉｋと積分出力推定値ａｋであり、こ
のうち、積分出力推定値ａｋをフィードバックしてもそ
の物理的意味が不明で意味がない。

一方、制御系を安定にするためには、多重ループ化して
きめ細かい制御を行うことが望ましい。

特に、電動機の回転を滑らかにするためにはトルク変動
を低減させることが重要である。しかし、従来のオブザ
ーバ−ではトルク相当推定値ｉｋを検出しフィードバッ
クできてもトルク変動は検出することはできない。

そこで、本発明の目的は、トルク及びトルク変動量を推
定できるオブザーバ−を提供することにある。

課題を解決するための手段速度制御ループ内に電流制御ループを有する交流同期電
動機における電流制御部の状態量を推定するオブザーバ
−において、本発明は、各相毎に今周期及び前周期の相
電流指令と、前周期の当該相のトルク相当推定値及びト
ルク変動推定値より今周期のトルク変動推定値を推定し
、かつ、前周期の当該相のトルク相当推定値とトルク変
動推定値を加算して今周期のトルク相当推定値を推定す
るオブザーバ−を構成することによって上記課題を解決
した。

作用例えば、交流同期電動機の駆動開始時における第１周期
では前周期の相電流指令、トルク相当推定値、トルク変
動推定値は「０」であり、オブザーバ−で検出される今
第１周期のトルク相当推定値は「０」となり、トルク変
動推定値は今第１周期の相電流指令によって決まる。そ
して、次の第２周期では、第１周期、第２周期の相電流
指令と第１周期のトルク変動推定値によって第２周期の
トルク変動推定値が決まり、第２周期のトルク相当推定
値は第１周期のトルク変動推定値によって決まる（第１
周期のトルク相当推定値は「０」であるから）。そして
、第３周期以後は、今周期と前周期の相電流指令と前周
期のトルク相当推定値。

トルク変動推定値によって順次トルク変動推定値が決ま
る。また、トルク相当推定値も、前周期のトルク相当推
定値とトルク変動推定値によって順次求まり、オブザー
バ−から出力されることとなる。こうして、各相毎にト
ルク相当推定値、トルク変動推定値が求まることとなる
。

実施例第１図は、一実施例のサンプル値系ブロック図で、符号
１２０は電流制御部のサンプル値系のブロック図で、従
来と同一である。符号１４０は本発明のオブザーバ−の
サンプル値系ブロックである。

そこで、まず、トルク変動（電流変動）ｂｋを考えてｂｋ”’に＋Ｉ　　’ｋ　　　　　　　・・・・・・（
１０）とする。第（２）式、第（６）式及び第（ＩＩＩ
１式より、ｂｋ＝（Φ−ｋｌｒ　　１）　ｔ　ｈ　＋に２ｒ　ａｋ
＋αに１ｒ　１ｋ（１故に、・・・・・・（ｌ：第（１２）式を第（５）式に代入し、ａを消去すると、（１３）第（１０）式より ’に＋１　　”’ｋ　　＋ｂｋ（１４）第（１３）式に第（１４）式を代入し、 ’　ｋ＋１を消し整理すると、ｂｋ＋１　”（Φ−ｋｌｒ）「ｂｈ　　ｋ２Ｉ’　ｌｋ＋αに１ｒ”　ｋ＋１）（αに１ｒ　　ｋ２ｒ’）　ｔｉ（１５）よって、第（１４）式と第（１５）式より、）ここで”ｋ＋１は不明であるので、ｌ　が電流ループに
比較してゆっくり変化することを考慮し、＋　　　　　
　　　ＩＩＩｊｋ＋ｌ　　　’ｋ　　’に一’に−１と近似すると、第（１６）式は次の第（１７）式となる。

（１７）ここで、ｋｌ、に２．α、Φ、ｒは既知であるかとおく
と第（１７）式は次の第（１８）式となる。

上記第（１８）式によってオブザーバ−を組めば、第１
図の符号１４０で示すオブザーバ−となる。

なお、第１図においてに′はオブザーバ−ゲインベクト
ルである。

そして、このオブザーバ−１４０からは第（１８）式で
示されるように、サンプリング時ｋにおけるトルク相当
推定値ｉ、（＝ｉｋ）　、トルク変動推へ定値ｂ　　（＝ｂ、）が検出されることとなる。

例えば、交流同期電動機の駆動開始の第１周期、ｒでは前周期の相電流指令！、トルク相当推定値１１、　
　トルク変動推定値ｂ１は「０」であるから、第（Ｉ８
）式より、第１周期のトルク相当推定値、ｒｒ（ｋｒ’＋αに１Ｆ）となる。次の第２周期２では、当該周期と第１周期の相電流指令１２決まる（なお、１２＝０であるから）。

そして、次の第３周期以降は、当該周期と前周期の相電
流指令、前周期のトルク相当推定値、トルク変動推定値
によって順次トルク相当推定値。

トルク変動推定値が求まることとなる。

そこで、交流同期電動機を制御するプロセッサによって
上記オブザーバ−１４０の処理を各相毎に所定温期毎実
行させれば、各相毎のトルク相当こととなり、これら推
定値をフィードバックして電動機制御に利用すれば、き
わめて安定な制御系が得られる。

発明の効果本発明は、各相に分割され状態量が検出しにくい各相の
電流制御部に対し、オブザーバ−によってトルク、トル
ク変動量を状態量として検出するようにしたから、この
オブザーバ−で検出されたトルク、トルク変動量をフィ
ードバックして電動機制御に利用することによってきめ
細かな制御を可能とし、きわめて安定な制御系を構成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のサンプル値系のブロック図
、第２図は速度制御ループ内に電流制御ループを有する
交流同期電動機の制御ブロック図の一例、第３図は一般
的な電流制御部のブロック線図、第４図は従来のオブザ
ーバ−のブロック図である。１２０・・・サンプル値系のブロック図で表した電流制
御部、１３０・・・従来のオブザーバ−１４０・・・本
実施例のオブザーバー

Claims

【特許請求の範囲】

（１）速度制御ループ内に電流制御ループを有する交流
同期電動機における電流制御部の状態量を推定するオブ
ザーバーにおいて、今周期及び前周期の相電流指令と、
前周期の当該相のトルク相当推定値及びトルク変動推定
値より今周期のトルク変動推定値を推定し、かつ、前周
期の当該相のトルク相当推定値とトルク変動推定値を加
算して今周期のトルク相当推定値を各相毎に推定するよ
うにしたトルク変動オブザーバー。
（２）速度制御ループ内に電流制御ループを有する交流
同期電動機における電流制御部の状態量を推定するオブ
ザーバーにおいて、今周期及び前周期の相電流指令と、
前周期の当該相のトルク相当推定値及びトルク変動推定
値に、電動機の巻線抵抗、インダクタンス及びサンプリ
ング周期で決まる定数と電流制御ループの各種パラメー
タの値によってそれぞれ対応して決まる定数をそれぞれ
乗じた値を加算して今周期のトルク変動推定値を推定し
、かつ、前周期の当該相のトルク相当推定値とトルク変
動推定値を加算して今周期のトルク相当推定値を各相毎
に推定するようにしたトルク変動オブザーバー。