JPH0510918B2 - - Google Patents

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JPH0510918B2
JPH0510918B2 JP58201115A JP20111583A JPH0510918B2 JP H0510918 B2 JPH0510918 B2 JP H0510918B2 JP 58201115 A JP58201115 A JP 58201115A JP 20111583 A JP20111583 A JP 20111583A JP H0510918 B2 JPH0510918 B2 JP H0510918B2
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JP
Japan
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motor
rotation angle
current
frictional force
period
Prior art date
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JP58201115A
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JPS60118088A (ja
Inventor
Akira Nagayama
Shin Takayanagi
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/18Controlling the angular speed together with angular position or phase
    • H02P23/186Controlling the angular speed together with angular position or phase of one shaft by controlling the prime mover

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はモータの回転角を正確な値に制御す
ることができるモータ回転角制御方法に関するも
のである。
〔従来技術〕
従来、モータの回転角をアナログ的に制御して
制御対象の位置を自在に制御することが行われて
おり、この場合の位置決め精度はモータ回転角の
制御精度で決まる。近年、マイクロプロセツサ等
のデイジタル信号処理回路素子の高機能化、低価
格化により、モータ回転角制御にもこれらの素子
を使用したデイジタル制御の導入が試みられてい
る。この制御はサンプリング時刻ごとにモータの
回転角を検出して目標値と比較し、比較結果に基
づいてモータ駆動電流を決定してモータの駆動制
御を行なうものである。
デイジタル制御を行なう場合、モータの駆動電
流はサンプリング時刻毎にしか更新されないの
で、正確な回転角制御を行うために駆動電流はモ
ータの特性に適合させた値としなければならな
い。このめた、モータの特性を正確に把握するこ
とが重要になり、「ランプ入力に対するモータ回
転角の追従誤差から摩擦力を推定する方法」(米
国特許4383208)および、「摩擦力の発生モデルを
内蔵するオブザーバによる摩擦力の推定方法」
(山田:オブザーバによる固体摩擦の推定と位置
決め制御、第22回SIC学術講演会、58年7月、
835頁)等の提案によつて、実際のモータに存在
する定格トルクの±3%程度の摩擦力推定方法が
開示されている。これは摩擦力の無い理想的モー
タの駆動電流に対する回転角の計算値と実際のモ
ータの回転角の実測値との差から摩擦力を推定す
る方法である。
しかしながら、実際のモータには±10%程度の
発生トルクの変動があるが、前述の提案はモータ
の発生トルクは一定であると仮定しているので、
この方法を適用してモータの回転角制御を行なつ
ても正確な制御は行えないという欠点があつた。
〔発明の目的および構成〕
したがつてこの発明の目的は摩擦力の推定だけ
でなく、発生トルクの正確な推定も行えるように
したモータ回転角制御方法を提供することにあ
る。
このような目的を達成するためにこの発明は、
モータ電流供給期間とモータ電流停止期間を設
け、摩擦力と発生トルクの影響を受けた電流供給
期間のモータ回転角の実測値と、摩擦力の影響だ
けを受けた電流停止期間の回転角の実測値とをも
とに摩擦力と発生トルクを推定するようにしたも
のである。以下、実施例を示す図面を用いてこの
発明を詳細に説明する。
〔実施例〕
第1図はこの発明を適用して構成した回転角制
御装置の一実施例を示すブロツク図である。同図
において、1は電力増幅器、2はモータ、3は回
転角検出器、4はマイクロプロセツサ、5はD/
A変換器、6は電力増幅器信号線、7はモータ駆
動信号線、8はモータ回転角検出器連結棒、9は
回転角信号線、10は推定値演算回路、11は駆
動電流演算回路、12は推定値演算回路制御線、
13は駆動電流演算回路制御線である。
第2図aは、モータの摩擦力および発生トルク
を推定するためにモータに印加する電流波形例、
第2図bは印加電流によるモータ回転角の応答波
形例であり、bにおいて点線は摩擦力がない場合
のモータ回転角の軌跡、実線は摩擦力がある場合
のモータ回転角の軌跡である。
以下の説明では推定開始時にはモータは停止し
ておりかつ期間T1とT2とは等しい(その時間を
T秒 T1=T≡Tとする)と仮定して説明する。
まず電流供給期間(加速期間)T1では第2図
aに示す大きさ1mの駆動電流をモータに印加す
るため、マイクロプロセツサ4は駆動電流演算回
路制御線13を介して駆動電流演算回路11へ指
令を与える。指令を受けた駆動電流演算回路11
はD/A変換器5に所定のデータをT秒印加す
る。データの印加終了時点において電流供給期間
でのモータ回転角X1を推定値演算回路10に取
り込むため、マイクロプロセツサ4は推定値演算
回路制御線10に取り込むため、マイクロプロセ
ツサ4は推定値演算回路制御線12を介して、推
定値演算回路10へデータ取込み指令を与える。
つぎに電流停止期間(定速期間)T2では、T
秒間aに示すように電流を停止させるために、マ
イクロプロセツサ4は駆動電流演算回路制御線1
3を介して駆動電流演算回路11へ指令を与え
る。このとき摩擦力がない場合はモータはbの点
線で示すように等速運動して、回転角X2Aまで回
転するが、摩擦力がある場合はこの摩擦力により
bの実線のような軌跡を描き、回転角X2まで回
転する。また、電流停止期間T2の最後にモータ
の回転角X2を取り込むため、マイクロプロセツ
サ4は推定値演算回路制御線12を介して推定値
演算回路10へデータ取込み指令を与える。
つぎに回転角X1とX2とから摩擦力と発生トル
クを推定する方法について説明する。Kt,Fを
これから推定するモータの単位電流当たりの発生
トルクおよび摩擦力とし、Jをモータの負荷の慣
性モーメントとすると、最初の加速期間T1にお
けるモータの回転角X1と定速期間T2におけるモ
ータの回転角X2は、式(1)、式(2)で表せる。
X1=T2/2(Kt・Im/J−F/J) ……(1) X2=3/2T2Kt/JIm−2T2F/J ……(2) 式(1)、式(2)によると、Kt,F,Jの3つの未
知数に対して独立な方程式は2つなので、両式よ
りKt,Fを独立に求めることはできない。
そこでモータの発生トルクによる負荷の加速度
(Kt/J)と摩擦力による負荷の減加速度(F/
J)を未知数として、(Kt/J)、(F/J)を式
(1)、式(2)から求める。その結果を式(3)、式(4)に示
す。
Kt/J=2/T2 (4X1−X2)/Im ……(3) F/J=2/T2(3X1−X2) ……(4) 以上説明した推定演算処理手順の流れ図を図3
に示す。
本推定法では、モータの負荷の慣性モーメント
Jが未知数の場合でも、モータ位置決めのために
必要な駆動電流決定に必要なモータの発生トルク
による負荷の加速度(Kt/J)と摩擦力による
モータの減加速度(F/J)の情報が式(3)、式(4)
から得られるので、実用上有効な推定法である。
また、期間T1とT2は等しいとしたが、異なつ
ている場合はそれぞれの期間において回転角の補
正を行なえば良い。
次に、以上のようにして求めたモータの発生ト
ルクによる負荷の加速度(Kt/J)と摩擦力に
よる負荷の減加速度(F/J)を用いてモータの
回転角を正確に制御する方法について説明する。
この種のモータは順方向電流を供給することによ
つてモータを回転させた後、逆方向電流を供給し
てモータの回転を停止させることによつてモータ
の回転角を目標値に設定する制御を行なつてい
る。第4図aはこのような制御を行なうモータに
対してこの発明の方法を適用した時、モータ2に
印加する電流波形例である。同図において、
Im1,Im3は順方向電流、Im2,Im4は逆方向電流
であり、電流Im1,Im2の値は後述する方法によ
つて決定されるが、モータ2の発生トルクは設計
値を用い、摩擦力は考慮に入れない値を用いる。
また、T1,T2は電流供給期間、電流停止期間で
あり、電流Im3,Im4は時点t1,t2における回転角
の値をもとに求めたモータ2の発生トルクによる
負荷の加速度(Kt/J)と摩擦力による負荷の
減加速度(F/J)と、時点t3における回転角の
値とからモータ2を修正回転させるための修正加
速電流、修正減速電流であり、Tcは電流Im3
Im4を演算するための演算期間である。第4図b
はモータ回転角の応答波形であり、点線は摩擦の
ない時、実線は摩擦のある時の波形である。
このような方法によつて、モータ2の回転角を
第4図bにおける目標値Xrに制御する時の動作
を説明する。先ず、モータ2に摩擦力が無いとし
て、発生トルクの設計値を用いて期間T1の間は
順方向電流Im1をモータ2に供給し、期間T2の間
は電流の供給を停止し、期間T3の間は逆方向電
流Im2をモータ2に供給する。この電流Im1,Im2
の決定は、たとえば、「デイジタルシステム制御」
(成田著、174頁〜181頁:昭晃堂)を参考すれば
容易に行えるので、ここでは概略について説明す
る。
時刻t0,t1,t2,t3におけるモータ2の回転角
およびモータ回転速度をX0,X1,X2,X3および
V0,V1,V2,V3とすると、次の式が成立する。
V1=1 0 V0+T (Kt/J×Im1) V1 X1=1 0 T 1 V0 X0+T T2/2 (Kt/J×Im1) ……(5) V2 X2=1 0 T 0 V1 X1 V3 X3=1 0 T 1 V2 X2+T T2/2 (Kt/J×Im2) ……(7) 3つの式に対して、未知数はIm1,Im2の2つ
なので、例えばIm1を最大定格電流の80%(Im1
=Imax×0.8)に設定すると、式(5)からV1,X1
が、式(6)からV2,X2が決定できる。したがつて、
求めるIm2は、式(8)によつて求められる。
Im2=X3−V2・T−X2/Kt・T2/2・J……(8) 電流Im1および式(8)でのIm2の決定に際しては、
モータの発生トルクは設計値を用い、且つ摩擦力
を考慮にいれていないので、モータの回転角は、
第4図bの点線の軌跡をたどり時点t3では回転角
は目標値Xrまで達するが、実際には摩擦力があ
るので回転角はこれより小さくなりX3までしか
達しない。
このため、時点t1における回転角X1と時点t2
おける回転角X3とから前述の推定方法を用いて、
モータの発生トルクによる負荷の加速度(Kt/
J)と、摩擦力による負荷の減加速度(F/J)
を求める。そして、この値を用いて回転角X3
らXrまでモータを回転させるために必要な修正
電流である修正加速電流Im3および修正減速電流
Im4を演算する。この電流は前述の参考文献から
導びきだされるが、概要は次の通りである。
回転角X3からXrまでモータを回転させるため
に必要な加速度をTaとすると、この加速度を得
るための駆動電流Imtは次式によつて求められ
る。
Imt=Ta/Kt/J ……(9) 一方、摩擦力を打消すために必要なモータの駆動
電流Ifは次式によつて求められる。
If=F/J/Kt/J ……(10) したがつて期間T4における修正加速電流Im3は次
式で求められる。
Im3=Imt+If ……(11) また、期間T5における修正減速電流Im4は次式で
求められる。
Im4=−Imt+If ……(12) したがつて、マイクロプロセツサ4は期間T1
において前述の順方向電流Im1が供給され期間T3
において逆方向電流Im2が供給されるように駆動
電流演算回路11を制御し、時点t1における回転
角X1および時点t2における回転角X2のそれぞれ
の実測値からモータ2の発生トルクによる負荷の
加速度(Kt/J)および摩擦力による負荷の減
加速度(F/J)を求めるように推定値演算回路
10を制御し、推定値演算回路10で求められた
値、時点t3における回転角X3の実測値、目標の回
転角Xrの値から修正加速電流Im3および修正減速
電流Im4の値を求め更に、期間T4において修正加
速電流Im3を、また期間T5において修正減速電流
Im4をモータ2に供給するように駆動電流演算回
路11を制御する。このためモータ2は時点t3
おいて回転角X3まで回転し、この時点までに把
握されたモータ特性によつて修正加速電流Im3
よび修正減速電流Im4がモータ2に供給され、モ
ータ2は時点t6において目標の回転角Xrに正確
に達することができる。
なお、以上の実施例では推定値演算回路10お
よび駆動電流演算回路11によつて所定の演算を
行なわせているが、この機能をマイクロプロセツ
サ4に含めて、このマイクロプロセツサ4を式(1)
から式(12)を考慮した所定のプログラムによつて動
作させても良い。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明に係るモータ回転
角制御方法は、電流供給期間と電流停止期間を設
けて、それぞれの期間における回転角の実測値か
らモータの特性を把握し、この把握したモータの
特性をもとにモータの回転角を制御するようにし
たので、次のような効果を有する。
(1) 発生トルクの変動および摩擦力を勘案した制
御を行なうことができるので、正確な回転角制
御が行える。
(2) 発生トルクと摩擦力をモータの負荷慣性モー
メントの関数として推定できるので、動作中に
負荷の大きさが変化する時変系の制御対象の高
精度回転角制御を行うことができる。
(3) 発生トルクと摩擦力をモータの負荷慣性モー
メントの関数として推定できるので、バツクラ
ツシユによつてモータの回転が負荷に正確に伝
達できなくなるような現象の発生する、歯車を
介して負荷を駆動する制御対象であつても、高
精度回転角制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明を適用して構成した回転角制
御装置の一実施例を示すブロツク図、第2図a,
bはこの発明を説明するためのモータに印加する
電流波形例および印加電流によるモータ回転角の
応答波形例を示すグラフ、第3図は摩擦力および
発生トルクの変動を推定する方法を示すフローチ
ヤート、第4図a,bはこの発明の方法を適用し
て実際にモータを制御する時のモータに印加する
電流波形例および印加電流によるモータ回転角の
応答波形例を示すグラフである。 1……電力増幅器、2……モータ、3……回転
角検出器、4……マイクロプロセツサ、5……
D/A変換器、6……電力増幅器信号線、7……
モータ駆動信号線、8……モータ回転角検出器連
結棒、9……回転角信号線、10……推定値演算
回路、11……駆動電流演算回路、12……推定
値演算回路制御線、13……駆動電流演算回路制
御線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 順方向電流を供給することによつてモータを
    回転させた後に逆方向電流を供給することによつ
    てモータの回転を停止させ、モータの回転角を目
    標角度に制御するモータ回転角制御方法におい
    て、モータ駆動電流を一定期間供給し次の一定期
    間はその電流を停止してモータを所定角度回転さ
    せ、モータ駆動電流供給期間の回転角とモータ駆
    動電流停止期間の回転角とを検出してこの回転角
    の値からモータの摩擦力と発生トルクを推定し、
    この推定された摩擦力と発生トルクとからモータ
    を目標角度まで回転させるための修正電流の値を
    求め、求められた修正電流をモータに供給して回
    転角の修正を行うことを特徴とするモータ回転角
    制御方法。
JP58201115A 1983-10-28 1983-10-28 モ−タ回転角制御方法 Granted JPS60118088A (ja)

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JPS60118088A JPS60118088A (ja) 1985-06-25
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6439281A (en) * 1987-07-31 1989-02-09 Noritz Corp Rotation controller for dc motor
JPH0527845A (ja) * 1991-07-22 1993-02-05 Okuma Mach Works Ltd 制御パラメータ変更機能を有する数値制御装置

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JPS60118088A (ja) 1985-06-25

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