JPH0880081A - 速度推定オブザーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外乱抑制効果と速度安定性が得られるよう
に、速度に応じてオブザーバゲインｇを切り換えても、
過渡現象なく安定した速度制御を可能にする。 【構成】 モデル出力平均値ｎ_M'＾(j) とモータ平均速
度検出値ｎ_M (j) との偏差である速度偏差Δｎ(j) を求
める。そしてモデル出力推定値ｎ_M'＾(i) から速度偏差
Δｎ(j) を減算して速度推定値ｎ_M ^#(i) を推定演算でき
る。更に速度偏差Δｎ(j) の差分出力Δｎ(j) −Δｎ(j
-1) にオブザーバゲインｇ_j を乗算し、この乗算値ｇ_j
（Δｎ(j) −Δｎ(j-1))を積分して負荷トルク推定値τ
_L＾(j) を求める。この推定値τ_L＾(j) はゲインｇ_j を
切り換えても変化しない。よってゲイン切り換えによる
過渡現象は生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は速度推定オブザーバに関
し、極低速領域での安定した速度制御と高速領域での良
好な外乱抑制効果を得るためにオブザーバゲインの値を
変更しても、過渡現象が生じることなく良好な速度制御
ができるよう改良をしたものである。

【０００２】

【従来の技術】電動機を速度制御するためには、電動機
の回転速度をパルスエンコーダで検出し、パルスエンコ
ーダから出力されるパルスから電動機速度（モータ平均
速度検出値）を求める。そして求めた電動機速度（モー
タ平均速度検出値）と速度設定値との偏差が零となるよ
うに、電動機を速度制御する。この場合、モータ平均速
度検出値ｎ_M は次式（１）を演算することにより求めて
いる。

【０００３】

【数１】

【０００４】上述した速度制御系においてパルスエンコ
ーダの分解能が低い場合、電動機を極低速領域で運転す
ると、図８に示すように、パルス周期Ｔ_Pは速度制御周
期Ｔ_S よりも大きくなってしまう。このような状態にな
ると、１速度制御周期Ｔ_S ごとの正確な速度情報を得る
ことができなくなってしまう。このため極低速領域では
速度制御が不安定になりやすく、速度制御の応答を上げ
ることは困難であった。

【０００５】そこで、低分解能のパルスエンコーダのパ
ルスから求めたモータ平均速度検出値ｎ_M を、修正演算
することにより、極低速領域であっても１速度制御周期
Ｔ_Sごとの正確な電動機速度（速度推定値ｎ_M＾）を推定
演算する速度推定オブザーバが用いられている。

【０００６】図９は、最小次元の負荷トルクオブザーバ
を用いた速度推定オブザーバである。なお図９におい
て、ｉは速度制御周期ごとのデータを示し、ｊは速度検
出周期ごとのデータを示す。詳細は後述するが、この速
度推定オブザーバは、モータ平均速度検出値ｎ_M (j) と
トルク指令τ_M ^*(i) が入力されると、推定演算した速度
推定値ｎ_M＾(i) を速度制御周期Ｔ_S ごとに出力すると
共に、速度検出周期Ｔ_P（＝パルス周期Ｔ_P ）ごとに負
荷トルク推定値τ_L＾(j) も推定演算する。速度推定値
ｎ_M＾(i) は、１速度制御周期Ｔ_S ごとの正確な速度情
報を示すデータであり、この速度推定値ｎ_M＾(i) を用
いて速度制御すれば、極低速領域でも正確な速度制御が
できることとなる。

【０００７】速度推定値ｎ_M ＾(i) の演算手法は次の通
りである（なお、各値の個々の求め方は、この演算手法
の説明の後に説明をする）。即ち電動機に負荷トルクτ
_L を印加すると、モータ平均速度検出値ｎ_M (j) とモデ
ル出力平均値ｎ_M'＾(j) との間には、速度偏差Δｎ(j)
が生じる。この速度偏差Δｎ(j) を用いて、速度推定値
ｎ_M ＾(i) は次式（２）で推定できる。この式（２）に
よれば、モデル出力推定値ｎ_M'＾(i) から速度偏差Δｎ
(j) を減算することにより、１速度制御周期Ｔ_S におけ
る速度推定値ｎ_M＾(i) を推定できることが分かる。

【０００８】

【数２】

【０００９】ここで図９に示す速度推定オブザーバの詳
細を説明する。偏差器１１は、トルク指令τ_M ^*(i) と負
荷トルク推定値τ_L＾(j) との偏差を求め、偏差器１１
の出力である偏差出力（τ_M ^* (i) −τ_L＾(j) ）が第１
演算部１２に入力される。第１演算部１２は、割算部１
２ａ，加算部１２ｂ及び積分部１２ｃで構成されてい
る。割算部１２ａは、偏差出力（τ_M ^*(i) −τ_L＾(j)
）に、速度制御周期Ｔ_Sを乗算し且つモデル機械時定数
Ｔ_M ^* で除算する。加算部１２ｂは、割算部１２ａの出
力と積分部１２ｃの出力を加算してモデル出力推定値ｎ
_M'＾(i) を出力する。積分部１２ｃはモデル出力推定値
ｎ_M'＾(i) を積分して積分値を加算部１２ｂに送る。結
局、割算部１２ａにより除算演算が行なわれ、加算部１
２ｂと積分部１２ｃにより積分演算が行なわれ、モデル
出力推定値ｎ_M'＾(i) が得られる。

【００１０】第２演算部１３は、モデル出力推定値ｎ_M'
＾(i) を平均化演算（速度検出周期Ｔ_P ごとの平均化演
算）をしてモデル出力平均値ｎ_M'(j) を求める。第１偏
差部１４は、モデル出力平均値ｎ_M'＾(j) とモータ平均
速度検出値ｎ_M (j) との偏差である速度偏差Δｎ(j) を
求める。オブザーバゲイン部１６は、速度偏差Δｎ(j)
にオブザーバゲインｇ_j を乗算して負荷トルク指定値τ
_L＾(j) を求める。

【００１１】第２偏差部１７は、モデル出力推定値ｎ_M'
＾(i) から速度偏差Δｎ(j) を減算して速度推定値ｎ_M
＾(i) を求める。

【００１２】次に上述した速度推定オブザーバを用い
て、電動機の速度制御をする速度制御系を、図１０を参
照して説明する。図１０において速度推定オブザーバ１
０は、図９に示すものと同構成であり、速度推定値ｎ_M
＾(i) と負荷トルク推定値τ_L＾(j) を出力する。この
ため図１０の速度制御系では、次に述べるように、速度
推定値ｎ_M＾(i) を利用して速度制御をすると共に、負
荷トルク推定値τ_L＾(j)を利用して外乱補償をしてい
る。

【００１３】つまり第３偏差部１８は速度設定値ｎ
_M ^* (i) と速度推定値ｎ_M＾(i) との偏差を求め偏差出力
（ｎ_M ^* (i) −ｎ_M＾(i))を速度アンプ１９へ送る。速度
アンプ１９は、偏差出力（ｎ_M ^* (i) −ｎ_M＾(i))に比例
ゲインＫ_WCを乗算してアンプ出力Ｋ_WC（ｎ_M ^* (i) −ｎ_M
＾(i))を加算器２０へ送る。加算器２０は、アンプ出力
Ｋ _WC（ｎ_M ^* (i) −ｎ_M＾(i))に負荷トルク推定値τ_L＾
(j) を加えてトルク指令τ_M ^* (i) を求める。第４偏差
部２１では、トルク指令τ_M ^* (i) と負荷トルクτ_Lとの
偏差をとって偏差出力（τ_M ^* (i) −τ_L) を電動機２２
へ送る。電動機２２は、偏差出力（τ_M ^* (i) −τ_L )
を基に（偏差出力（τ_M ^* (i) −τ_L ) が零となるよう
に）速度制御を行う。このようにトルク指令τ_M ^*(i) に
負荷トルク推定値τ_L＾(j) を加えているため、負荷外
乱補償が可能となる。

【００１４】なおパルスエンコーダ１５はモータ実速度
ｎ_M に応じた周期でパルスを出力し、速度検出部２３
は、パルスを基に（１）式の演算をしてモータ平均速度
検出値ｎ_M (j) を求め、これを速度推定オブザーバ１０
へ送る。

【００１５】図１０及び図９に示す速度制御系において
は、オブザーバゲイン部１６に設定したオブザーバゲイ
ンｇ_j の大きさ（大小）により、次のような相反する状
況が発生する。 オブザーバゲインｇ_j を大きくした場合。このよう
にすると高速領域（このときＴ_S ≫Ｔ_P となる）での外
乱抑制効果が大きくなる。その反面、極低速領域（この
ときＴ_S ＜Ｔ_P となる、図８参照）では、オブザーバゲ
インｇ_j が大きいので、速度制御が不安定となる。 オブザーバゲインｇ_j を小さくした場合。このよう
にすると高速領域（Ｔ _S ≫Ｔ_P ）での外乱抑制効果が低
減する。その反面、極低速域（Ｔ_S ＜Ｔ_P ）では、オブ
ザーバゲインｇ_j が小さいので、速度制御が安定する。

【００１６】そこで高速領域ではオブザーバゲインｇ_j
の値を大きくしておき、極低速領域に入ったらオブザー
バゲインｇ_j の値を小さくすることが行なわれている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した速
度推定オブザーバ１０は、最小次元の負荷トルクオブザ
ーバを使用しているため、オブザーバゲインｇ_j は比例
要素のみで構成されている。このため負荷トルクτ_L が
印加されると、モデル出力平均値ｎ_M'＾(j) （またはモ
デル出力推定値ｎ_M '＾(i) ）と、モータ平均速度検出
値ｎ_M (j) との間には、速度偏差Δｎ(j) が生じる。こ
の速度偏差Δｎ(j) は次式（３）で、負荷トルク推定値
τ_L＾(j) は次式（４）で表すことができる。

【００１８】

【数３】

【００１９】ここでオブザーバゲインｇ_j を切り換えた
ときの状況を説明する。この場合、負荷トルク推定値τ
_L＾(j) は、トルク推定が完了してすでにある値に収束
しているものと仮定する。時点（j-1)から時点(j) の間
のモータ平均速度検出値ｎ_M (j) を、時点(j) で検出
し、モータ平均速度検出値ｎ_M (j) が、あらかじめ設定
した切換速度（高速領域と極低速領域との境界の速度）
を通過して、オブザーバゲインｇ_j をｇ_j'に切り換えた
とする。しかも無条件に、オブザーバゲインをｇ_jから
ｇ_j'に切り換えたとすると、速度偏差Δｎ(j) は一定の
ため、負荷トルク推定値τ_L ＾(j) が変化してしまう。
この結果、オブザーバゲインの切り換えにより、過渡現
象が発生し、これが速度制御系の外乱となってしまい速
度制御が不安定となってしまう。

【００２０】本発明は、上記従来技術に鑑み、オブザー
バゲインを変更しても安定した速度制御を行なわせるこ
とのできる速度推定オブザーバを提供することを目的と
する。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
の発明の構成は、トルク指令と負荷トルク推定値との偏
差を、モデル機械時定数で除算し除算値を積分してモデ
ル出力推定値を得る第１演算部１２と、前記モデル出力
推定値を平均化処理して速度検出周期での平均値とした
モデル出力平均値を得る第２演算部１３と、速度検出器
のパルスを基に求めたモータ平均速度検出値と、前記モ
デル出力平均値との偏差である速度偏差を得る第１偏差
部１４と、前記速度偏差にオブザーバゲインを乗算出力
するオブザーバゲイン部１６と、前記モデル出力推定値
と前記速度偏差との偏差である速度推定値を得る第２偏
差部１７と、を有する速度推定オブザーバにおいて、前
記第１偏差部１４の今回の出力値と前回の出力値との偏
差である差分出力を求めてこの差分出力を前記オブザー
バゲイン部１６へ送る速度偏差差分算出部３１と、オブ
ザーバゲイン部１６の出力を積分して負荷トルク推定値
を求める第１積分器３２と、を備えたことを特徴とす
る。

【００２２】また第２の本発明の構成は、トルク指令と
負荷トルク推定値との偏差を、モデル機械時定数で除算
し除算値を積分してモデル出力推定値を得る第１演算部
１２と、入力信号を平均化処理して速度検出周期での平
均値としたモデル出力平均値を得る第２演算部１３と、
速度検出器のパルスを基に求めたモータ平均速度検出値
と、前記モデル出力平均値との偏差である偏差出力を得
る第１偏差部１４と、前記偏差出力にオブザーバゲイン
を除算して出力するオブザーバゲイン部１６と、オブザ
ーバゲイン部１６の出力を積分して負荷トルク推定値を
求める第１積分器３２と、第１偏差部１４の偏差出力を
積分してモデル出力補正値を出力する第２積分器３３
と、前記モデル出力推定値から前記モデル出力補正値を
減算して速度推定値を求めて出力すると共に、この速度
推定値を前記第２演算部１３へ供給する第４偏差部３４
と、を備えたことを特徴とする。

【００２３】また第３の本発明の構成は、トルク指令と
負荷トルク推定値との偏差を、モデル機械時定数で除算
し、除算値を積分部１２ｃを利用して積分してモデル出
力推定値を得る第１演算部１２と、入力信号を平均化処
理して速度検出周期での平均値としたモデル出力平均値
を得る第２演算部１３と、速度検出器のパルスを基に求
めたモータ平均速度検出値と、前記モデル出力平均値と
の偏差である偏差出力を得る第１偏差部１４と、前記偏
差出力にオブザーバゲインを乗算して出力するオブザー
バゲイン部１６と、オブザーバゲイン部１６の出力を積
分して負荷トルク推定値を求める第１積分器３２と、速
度検出をする時点の後で且つ速度制御をする最初の時点
でのみ投入され、他の時には開放されるスイッチ３６
と、前記スイッチ３６を介して得た前記偏差出力を、前
記モデル出力推定値から、減算して速度推定値を求めて
出力すると共に、この速度推定値を第２演算部１３及び
積分部１２ｃへ供給する減算器３５と、を備えたことを
特徴とする。

【００２４】また第４の本発明の構成は、前記オブザー
バゲイン部１６に設定したオブザーバゲインを、ある速
度を基準として２段階に切り換えることを特徴とする。

【００２５】また第５の本発明の構成は、前記オブザー
バゲイン部１６に設定したオブザーバゲインを、固定ゲ
インと定数とによる積算値としたことを特徴とする。

【００２６】また第６の本発明の構成は、前記オブザー
バゲイン部１６に設定したオブザーバゲインを、固定ゲ
インと１／ｎの定数とによる積算値としたことを特徴と
する。

【００２７】また第７の本発明の構成は、前記オブザー
バゲイン部１６に設定したオブザーバゲインを、固定ゲ
イン，定数及び補償ゲインの積算値としたことを特徴と
する。

【００２８】

【作用】本発明では差分出力Δｎ(j) −Δｎ（j-1)にオ
ブザーバゲインｇ_j を乗算した値ｇ_j（Δｎ(j) −Δｎ
（j-1)) を積分して負荷トルク推定値τ_L＾(j) を求め
るため、ゲインｇ_j を変化させても負荷トルク推定値τ
_L＾(j) は変化しない。つまりゲインｇ_j を変化させて
も速度制御に過渡現象が生ずることなく、安定した制御
ができる。

【００２９】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。なお従来技術と同一部分には同一符号を付し
重複する説明は省略する。

【００３０】＜第１実施例＞図１は本発明の第１実施例
を示す。第１実施例は、図９に示す速度推定オブザーバ
を改良したものであり、従来技術に対し、オブザーバゲ
イン部１６の前段，後段に速度偏差差分算出部３１と第
１積分器３２を追加した構成となっている。他の部分の
構成は図９に示すものと同じである。

【００３１】速度偏差差分算出部３１は、積分部３１ａ
と減算部３１ｂを有しており、今回の速度偏差Δｎ(j)
と１速度検出周期Ｔ_P 前の速度偏差Δｎ（j-1)との差分
である差分出力（Δｎ(j) −Δｎ（j-1)）を求めて出力
する。オブザーバゲイン部１６は、差分出力（Δｎ(j)
−Δｎ（j-1)）にオブザーバゲインｇ_j を乗算して出力
ｇ_j （Δｎ(j) −Δｎ（j-1)））を出力する。なおオブ
ザーバゲインｇ_j は、ある切換速度を規準とした２段階
に切り換えており、切換速度としては、例えば速度検出
周期Ｔ_P が速度制御周期Ｔ_S と一致する速度とする。そ
してモータ平均検出値ｎ_M (j) が切換速度よりも速い場
合は、オブザーバゲインｇ_j を大きくし、検出値ｎ_M (j)
が切換速度よりも遅い場合は、オブザーバゲインｇ_j
を小さくする。

【００３２】第１積分器３２は、積分部３２ａと加算部
３２ｂを有しており、オブザーバゲイン部１６の出力ｇ
_j（Δｎ(j)−Δｎ（j-1)）を積分演算して負荷トルク推
定値τ_L＾(j) を求める。この負荷トルク推定値τ_L＾
(j) は次式（５）で示される。

【００３３】

【数４】

【００３４】一方、第２演算部１３は、図５に示すよう
に１速度制御周期Ｔ_S 間におけるモデル出力推定値ｎ_M'
＾(i) の平均値を求めて、その総面積を時間（１速度検
出周期Ｔ_P ）で割ることにより、モデル出力平均値ｎ_M'
＾(j) を求める。つまり、（j_,0〜j_,n）までのモデル出
力平均値ｎ_M'＾（j_,0〜j_,n）は次式（６）で示される。

【００３５】

【数５】

【００３６】次に本実施例において、オブザーバゲイン
を切り換えたときの動作を、従来技術と対比しつつ説明
する。

【００３７】ここでは、時点(j)においてオブザーバゲ
インをｇ_j からｇ_j' に切り換えたときの動作で説明す
る。また負荷トルクの推定はすでに完了し、負荷トルク
推定値はτ_L＾(j-1) に収束していると仮定する。そし
てゲイン切り換えの間には負荷トルクτ_Lは変化しない
と仮定し、τ_L＾(j-1) ＝τ_L＾(j) ＝τ_L＾(j+1) とす
る。更に時点(j-1) から時点(j) 間での速度偏差Δｎ
(j) が、時点(j) にて（３）式から求められたとする。

【００３８】従来技術では負荷トルク推定値τ_L＾(j)
は、式（４）で示すように、τ_L＾(j) ＝ｇ_j ・Δｎ(j)
で与えられるので、τ_L(j) ＝τ_L(j-1) を保つために
は、オブザーバゲインをｇ_j からｇ_j' に切り換えるこ
とはできない。

【００３９】第１実施例では負荷トルク推定値τ_L＾(j)
は、式（５）で示すように、 τ_L＾(j) ＝τ_L＾(j-1) ＋ｇ_j ・（Δｎ(j) −Δｎ（j-1)） …（５） となる。負荷トルクτ_L が変化しないという仮定から Δｎ(j) ＝Δｎ（j-1) となり式（５）は τ_L＾(j) ＝τ_L＾(j-1) …（７） となる。式（７）からわかるように第１実施例ではオブ
ザーバゲインｇ_j にかかわらず式（７）が成立し、時点
(j) でオブザーバゲインｇ_j を切り換えてもトルク変化
は生ぜず、オブザーバゲインの切り換えに起因する過渡
現象は発生せず、安定した速度制御ができる。

【００４０】次に第１実施例において負荷トルクτ_L が
変化した場合を考える。この場合には、負荷トルクτ_L
の変化量による速度偏差がΔｎ(j)−Δｎ（j-1)として
現れ、これにオブザーバゲインｇ_j を乗じたものが負荷
トルク推定値の補正量として、負荷トルク推定値τ_L＾
（j-1)に加算され、新たな負荷トルク推定値τ_L＾(j)
となる（式（５）参照）。つまり、オブザーバゲインを
切り換えてもすでに収束していた負荷トルク推定値τ_L
＾（j-1)には影響を及ぼすことなく、変化した負荷トル
クの補償ゲインが変化するだけである。よって負荷トル
クが変化した場合でも、過渡現象を生じさせることな
く、オブザーバゲインをｇ_j からｇ_j’に切り換えるこ
とができる。

【００４１】＜第２実施例＞次に本発明の第２実施例を
図２を参照して説明する。第２実施例は、第１実施例
（図１）から速度偏差差分算出部３１及び第２偏差部１
７を削除して、新たに第２積分器３３及び第４偏差部３
４を追加した構成となっている。

【００４２】第２積分器３３は、積分部３３ａと加算部
３３ｂを有しており、差分出力Δｎ(j)−Δｎ(j-1) を
積分演算してモデル出力補正値Δｎ_C'(j)（＝Δｎ(j)）
を求める。第４偏差部３４は、モデル出力推定値ｎ_M'＾
(i) からモデル出力補正値Δｎ_C'(j) を減算する。この
減算値はちょうど、速度推定値ｎ_M＾(i) と等しくなる
ため、第２実施例では第１実施例で用いていた第２偏差
部１７を削除している。そして第２演算部１３には、速
度推定値ｎ_M＾(i) が入力される。

【００４３】第２実施例では、第２積分器３３において
差分出力Δｎ(j)−Δｎ(j-1) を積分してモデル出力補
正値Δｎ_C'(j)（＝Δｎ(j)）を算出し、第４偏差部３４
ではモデル出力推定値ｎ_M'＾(i) からモデル出力補正値
Δｎ_C' (j) を減算してこの減算値を第２演算部１３に
入力している。このため、第１偏差部１４の出力は、１
速度検出周期Ｔ_P 間において生じたモデル出力平均値ｎ
_M＾(i) とモータ平均速度検出値ｎ_M (j) との偏差（つま
りΔｎ(j)−Δｎ（j-1)）となり、第１実施例の速度偏
差差分算出部３１の出力と同じになる。したがって第２
実施例においても第１実施例と同様の効果が得られる。

【００４４】＜第３実施例＞次に本発明の第３実施例を
図３を参照して説明する。第３実施例は、第２実施例に
対し、モデル出力補正値Δｎ_C'(j)（＝Δｎ(j)−Δｎ(j
-1)）算出のための積分要素を、速度制御周期Ｔ_S 側へ
移したものである。すなわち図３において、第１偏差部
１４の出力であるモデル出力補正値Δｎ_C'(j)（＝Δｎ
(j)−Δｎ(j-1)）を、時点(j) の次の最初の時点(i) の
時にのみオンするスイッチ３６を介して減算器３５へ供
給し、減算器３５の出力を積分部１２ｃへ送るようにし
ている。この結果、第３実施例は第２実施例と等価なも
のとなり、第２（第１）実施例と同様の効果が得られ
る。

【００４５】＜第４実施例＞次に本発明の第４実施例を
図４を参照して説明する。本実施例の平均化処理部１０
０は、第１実施例における第２演算部１３を改良したも
のであり、後述する式（１４）の演算をしてモデル出力
平均値ｎ_M'＾(j) を出力する。第１偏差部１４は、平均
化処理部１００から出力されるモデル出力平均値ｎ_M'＾
(j) とモータ平均速度検出値ｎ_M (j) との偏差を求め
て、速度偏差Δｎ(j) を出力する。速度偏差Δｎ(j) は
速度偏差差分算出部３１に送られ、この速度偏差差分算
出部３１から差分出力Δｎ(j) −Δｎ（j-1)が出力され
る。

【００４６】可変ゲイン部１０１には、後述する（１
５）式により決められた可変ゲイン（定数）Ｋ_C が設定
されており、差分出力Δｎ(j) −Δｎ（j-1)に可変ゲイ
ンＫ_Cを乗算した値Ｋ_c （Δｎ(j) −Δｎ（j-1)）にオ
ブザーバゲイン（固定ゲイン）ｇ_j が乗算される。後述
するように可変ゲインＫ_C は、低速になるほど小さくな
る。その後の処理は第１実施例と同様である。

【００４７】ここで第４実施例の平均化処理部１００で
行う、速度制御周期Ｔ_S と速度検出周期Ｔ_P とのタイミ
ングずれ期間（Ｔ_S −ΔＴ_Ej-1）でのモデル出力平均値
と、期間ΔＴ_Ejでのモデル出力平均値の求め方を述べ
る。

【００４８】まず期間ΔＴ_Ej間のモデル出力平均値ｎ_M'
＾( ΔＴ_Ej) の算出手法について説明する。図６に示す
時点（j+1)でエンコーダパルスが入力されるまでは、時
点(j) で推定した負荷トルク推定値τ_L ＾(j) を使用し
てモデル出力推定値ｎ_M'＾(i) を推定する。このため時
点（j+1)でのモデル出力推定値ｎ_M'＾(i) は次式（８）
で求められる。

【００４９】

【数６】

【００５０】よって期間ΔＴ_Ejでのモデル出力平均値ｎ
_M'＾(j) は、次式（９）から求まる。

【００５１】

【数７】

【００５２】次にモデル出力推定値ｎ_M'＾(j+1,0) の求
め方を説明する。時点（j+1)でエンコーダパルスが入力
されることにより、時点（j+1)での負荷トルク推定値τ
_L＾（j+1)が求まる。よってモデル出力推定値ｎ_M'＾(j+
1,0) は次式（１０）のようになる。

【００５３】

【数８】

【００５４】次に期間（Ｔ_S −ΔＴ_Ej-1) でのモデル出
力平均値ｎ_M'＾（Ｔ_S −ΔＴ_Ej-1)は、次式（１１）
（１２）（１３）より求めることができる（図７参
照）。

【００５５】

【数９】

【００５６】以上よりＴ_P （j+1)間のモデル出力推定値
ｎ_M'＾(i) の平均値であるモデル出力平均値ｎ_M'＾（j+
1)は次式（１４）より求めることができる。

【００５７】

【数１０】

【００５８】上記（１４）式を用いることにより、モデ
ル出力平均値ｎ_M'＾(j) を算出するときに、速度制御周
期Ｔ_S と速度検出周期Ｔ_P とのタイミングずれを補償す
ることができる。

【００５９】一方、極低速運転領域により速度制御周期
Ｔ_S が速度検出周期Ｔ_P よりも短くなったとき（図８参
照）の可変ゲイン部１０１の可変ゲイン（定数）Ｋ_C は
次式（１５）から求められる。

【００６０】

【数１１】

【００６１】上記（１５）式は速度制御周期（エンコー
ダパルス間隔）Ｔ_P （j+1)と速度制御周期Ｔ_S との比を
表し、低速になるほどオブザーバゲインｇ_j 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（１６）式にしてもよい。

【００６２】

【数１２】

【００６３】第４実施例では、速度制御周期Ｔ_S と速度
検出周期Ｔ_P 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。また可変ゲイン部１０１を設けて可変ゲインＫ_C を
差分出力Δｎ(j) −Δｎ（j-1)に乗算するようにしたの
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。なおモータのイナーシャ（機械時定数）の同定
を行ない機械時定数を変化させるような場合に同定の前
後で同一のオブザーバゲインｇ_j を用いるとオブザーバ
ゲインｇ_j が大きすぎたり小さすぎたりしていしまい、
同定後の応答が悪くなったり、不安定になったりする。
そこで同定により機械時定数を変化させると共にオブザ
バゲインｇ_j も機械時定数に応じた値に変化させる必要
がある。そこで補償ゲインを導入してこの補償を行なう
ようにしてもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上実施例と共に具体的に説明したよう
に本発明によれば、高速領域では外乱抑制効果が得られ
るようにオブザーバゲインｇ_j を大きくし、極低速領域
では速度制御を安定化させるようにオブザーバゲインｇ
_j を小さくしても、オブザーバゲインｇ_j の大きさの変
化に起因する過渡現象は発生せず、安定した速度制御が
できる。これは前回の負荷トルク推定値τ_L＾(j-1)
と、差分出力にオブザーバゲインを乗算したトルク補正
量ｇ_j(Δｎ(j) −Δｎ（j-1)）と、を加えた値を、今回
の負荷トルク推定値τ_L＾(j) としたからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すブロック図。

【図２】本発明の第２実施例を示すブロック図。

【図３】本発明の第３実施例を示すブロック図。

【図４】本発明の第４実施例を示すブロック図。

【図５】第２演算部の演算手法を示す説明図。

【図６】期間ΔＴ_Ej間でのモデル出力平均値の算出手法
を示す説明図。

【図７】期間（Ｔ_s −ΔＴ_Ej-1）でのモデル出力平均値
の算出手法を示す説明図。

【図８】極低速領域での速度制御周期Ｔ_S と速度検出周
期Ｔ_P との関係を示す説明図。

【図９】従来の速度推定オブザーバを示すブロック図。

【図１０】従来の速度推定オブザーバを用いたモータ速
度制御系を示すブロック図。

【符号の説明】

１０ 速度推定オブザーバ １１ 偏差器 １２ 第１演算部 １３ 第２演算部 １４ 第１偏差部 １５ パルスエンコーダ １６ オブザーバゲイン部 １７ 第２偏差部 １８ 第３偏差部 １９ 速度アンプ ２０ 加算器 ２１ 第４偏差部 ２２ 電動機 ２３ 速度検出部 ３１ 速度偏差差分算出部 ３２ 第１積分器 ３３ 第２積分器 ３４ 第４偏差部 τ_L 負荷トルク τ_M ^* トルク指令 τ_L＾ 負荷トルク推定値 ｎ_M モータ実速度 ｎ_M ^* 速度設定値ｎ_M (j) モータ平均速度検出値 ｎ_M'＾(i) モデル出力推定値ｎ_M'＾ (i) モデル出力平均値 ｎ_M＾(i) 速度推定値 Δｎ(j) 速度偏差 Δｎ(j) −Δｎ（j-1) 差分出力 Δｎ_C'(j) モデル出力補正値 Δｎ_C(j) モデル出力補正値 ｇ_j ，ｇ_j' オブザーバゲイン

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク指令と負荷トルク推定値との偏差
   を、モデル機械時定数で除算し除算値を積分してモデル
   出力推定値を得る第１演算部（１２）と、 前記モデル出力推定値を平均化処理して速度検出周期で
   の平均値としたモデル出力平均値を得る第２演算部（１
   ３）と、 速度検出器のパルスを基に求めたモータ平均速度検出値
   と、前記モデル出力平均値との偏差である速度偏差を得
   る第１偏差部（１４）と、 前記速度偏差にオブザーバゲインを乗算出力するオブザ
   ーバゲイン部（１６）と、 前記モデル出力推定値と前記速度偏差との偏差である速
   度推定値を得る第２偏差部（１７）と、を有する速度推
   定オブザーバにおいて、 前記第１偏差部（１４）の今回の出力値と前回の出力値
   との偏差である差分出力を求めてこの差分出力を前記オ
   ブザーバゲイン部（１６）へ送る速度偏差差分算出部
   （３１）と、 オブザーバゲイン部（１６）の出力を積分して負荷トル
   ク推定値を求める第１積分器（３２）と、 を備えたことを特徴とする速度推定オブザーバ。
2. 【請求項２】 トルク指令と負荷トルク推定値との偏差
   を、モデル機械時定数で除算し除算値を積分してモデル
   出力推定値を得る第１演算部（１２）と、 入力信号を平均化処理して速度検出周期での平均値とし
   たモデル出力平均値を得る第２演算部（１３）と、 速度検出器のパルスを基に求めたモータ平均速度検出値
   と、前記モデル出力平均値との偏差である偏差出力を得
   る第１偏差部（１４）と、 前記偏差出力にオブザーバゲインを乗算して出力するオ
   ブザーバゲイン部（１６）と、 オブザーバゲイン部（１６）の出力を積分して負荷トル
   ク推定値を求める第１積分器（３２）と、 第１偏差部（１４）の偏差出力を積分してモデル出力補
   正値を出力する第２積分器（３３）と、 前記モデル出力推定値から前記モデル出力補正値を減算
   して速度推定値を求めて出力すると共に、この速度推定
   値を前記第２演算部（１３）へ供給する第４偏差部（３
   ４）と、 を備えたことを特徴とする速度推定オブザーバ。
3. 【請求項３】 トルク指令と負荷トルク推定値との偏差
   を、モデル機械時定数で除算し、除算値を積分部（１２
   ｃ）を利用して積分してモデル出力推定値を得る第１演
   算部（１２）と、 入力信号を平均化処理して速度検出周期での平均値とし
   たモデル出力平均値を得る第２演算部（１３）と、 速度検出器のパルスを基に求めたモータ平均速度検出値
   と、前記モデル出力平均値との偏差である偏差出力を得
   る第１偏差部（１４）と、 前記偏差出力にオブザーバゲインを乗算して出力するオ
   ブザーバゲイン部（１６）と、 オブザーバゲイン部（１６）の出力を積分して負荷トル
   ク推定値を求める第１積分器（３２）と、 速度検出をする時点の後で且つ速度制御をする最初の時
   点でのみ投入され、他の時には開放されるスイッチ（３
   ６）と、 前記スイッチ（３６）を介して得た前記偏差出力を、前
   記モデル出力推定値から、減算して速度推定値を求めて
   出力すると共に、この速度推定値を第２演算部（１３）
   及び積分部（１２ｃ）へ供給する減算器（３５）と、 を備えたことを特徴とする速度推定オブザーバ。
4. 【請求項４】 前記オブザーバゲイン部（１６）に設定
   したオブザーバゲインを、ある速度を基準として２段階
   に切り換えることを特徴とする請求項（１）または請求
   項（２）または請求項（３）の速度推定オブザーバ。
5. 【請求項５】 前記オブザーバゲイン部（１６）に設定
   したオブザーバゲインを、固定ゲインと定数とによる積
   算値としたことを特徴とする請求項（４）の速度推定オ
   ブザーバ。
6. 【請求項６】 前記オブザーバゲイン部（１６）に設定
   したオブザーバゲインを、固定ゲインと１／ｎの定数と
   による積算値としたことを特徴とする請求項（４）の速
   度推定オブザーバ。
7. 【請求項７】 前記オブザーバゲイン部（１６）に設定
   したオブザーバゲインを、固定ゲイン，定数及び補償ゲ
   インの積算値としたことを特徴とする速度推定オブザー
   バ。