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JP2010154674A - Disturbance compensating apparatus - Google Patents

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JP2010154674A
JP2010154674A JP2008330575A JP2008330575A JP2010154674A JP 2010154674 A JP2010154674 A JP 2010154674A JP 2008330575 A JP2008330575 A JP 2008330575A JP 2008330575 A JP2008330575 A JP 2008330575A JP 2010154674 A JP2010154674 A JP 2010154674A
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unit
emf
influence
power supply
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安彦 山本
Mitsuki Yonemaru
充規 米丸
Yuji Watanabe
勇二 渡邉
Hiromitsu Omori
浩充 大森
Kazuya Goto
和也 後藤
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IHI Aerospace Co Ltd
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Abstract

【課題】モータに作用する負荷トルクの変動だけでなく、前記モータの電機子インダクタンス、直流抵抗(発熱により大きく変動する)および逆起電力定数の影響の変動をも補償できる外乱補償装置を提供する。
【解決手段】モータ3の回転速度を検出する速度センサ11と、モータ3の電機子インダクタンスL、直流抵抗Rおよび逆起電力Eemfがモータ3の回転動作に与える影響を反映させた影響合成信号ω(JLs+JRs+Kemf)を、回転速度ωから生成する合成信号生成部13と、影響合成信号に基づいて、前記電力供給指令値Eを補正する補正部15と、を備える。
【選択図】図1
Disclosed is a disturbance compensator capable of compensating not only fluctuations in load torque acting on a motor, but also fluctuations in the effects of the armature inductance, DC resistance (fluctuated greatly due to heat generation) and back electromotive force constant of the motor. .
A speed sensor 11 for detecting a rotation speed of a motor 3 and an influence composite signal reflecting an influence of an armature inductance L, a DC resistance R, and a counter electromotive force E emf of the motor 3 on the rotation operation of the motor 3. A combined signal generating unit 13 that generates ω (JLs 2 + JRs + K t K emf ) from the rotational speed ω, and a correcting unit 15 that corrects the power supply command value E i based on the influence combined signal.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、モータの回転動作を制御する制御装置に組み込まれ、該モータに作用する負荷トルクの変動を補償する外乱補償装置に関する。   The present invention relates to a disturbance compensator that is incorporated in a control device that controls the rotational operation of a motor and compensates for fluctuations in load torque acting on the motor.

図2に基づいて、従来の外乱補償装置について説明する。図2は、モータ21の制御装置23に組み込まれる従来の外乱補償装置20を示すブロック線図である。
図2と以下の説明で用いる記号についての定義は下記の通りである。下記において[]内は単位である。
:電流制御指令値
I:モータ21に供給される電流値[A]
:モータ21のトルク定数[Nm/A]
:モータ21の慣性(イナーシャ)[kg・m
:モータ21に作用する負荷トルク[Nm]
ω:モータ21の回転角速度[rad/s]
ω:カットオフ周波数[rad/s]
s:ラプラス演算子
A conventional disturbance compensator will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a conventional disturbance compensation device 20 incorporated in the control device 23 of the motor 21.
Definitions of symbols used in FIG. 2 and the following description are as follows. In the following, [] is a unit.
I i : Current control command value I: Current value supplied to motor 21 [A]
K t : Torque constant of motor 21 [Nm / A]
J m : inertia (inertia) of the motor 21 [kg · m 2 ]
T L : Load torque acting on the motor 21 [Nm]
ω: rotational angular velocity of the motor 21 [rad / s]
ω c : Cut-off frequency [rad / s]
s: Laplace operator

制御装置23は、前記モータ21に電力を供給するモータドライバ25と、該モータドライバ25に電流制御指令値Iiを出力する指令部27と、を備える。前記モータドライバ25は、電流制御指令値Iに基づいた電流を前記モータ21へ供給する。 The control device 23 includes a motor driver 25 that supplies power to the motor 21 and a command unit 27 that outputs a current control command value Ii to the motor driver 25. The motor driver 25 supplies a current based on the current control command value I i to the motor 21.

モータ21について説明する。モータ21に、モータドライバ25から電流Iが供給されることで、IKのトルクがモータ21に与えられる。その一方、摩擦や負荷などの負荷トルクTがモータ21に作用する。従って、モータ21に作用する正味のトルクは、IK−Tとなる。この場合、モータ21の回転角速度ωは、(IK−T)/Jsとなる。 The motor 21 will be described. By supplying the motor 21 with the current I from the motor driver 25, the torque of IK t is applied to the motor 21. On the other hand, a load torque TL such as friction or load acts on the motor 21. Thus, net torque acting on the motor 21, the IK t -T L. In this case, the rotation angular velocity ω of the motor 21, the (IK t -T L) / J m s.

外乱補償装置20は、上述のモータ21の回転角速度ω=(IK−T)/Jsに基づいて、電流制御指令値Iを補正することで、上述の負荷トルクを補償する。外乱補償装置20は、指令トルク算出部29と、速度センサ31と、速度トルク換算部33と、偏差算出部35と、単位調節部37と、補正部39とを備える。
指令トルク算出部29は、モータドライバ25が前記モータ21へ供給する電流値Iとトルク定数Kとの積によりトルク値IKを算出する。
速度センサ31は、モータ21の回転角速度ωを検出する。
速度トルク換算部33は、回転角速度ωとJsとの積によりトルク値ωJsを算出する。
偏差算出部35は、指令トルク算出部29からのトルク値IKと、速度トルク換算部33からのトルク値ωJsとのトルク偏差IK−ωJsを算出して出力する。
単位調節部37は、偏差算出部35からのトルク偏差IK−ωJsに1/Kを乗算した値(IK−ωJs)/Kを算出する。
補正部39は、単位調節部37からの出力(IK−ωJs)/Kを、電流制御指令値Iに加算することで、電流制御指令値Iを補正する。
なお、符号41はローパスフィルタを示す。
Disturbance compensation device 20, based on the rotation angular velocity ω = (IK t -T L) / J m s of the above motor 21, by correcting the current control command value I i, to compensate for the load torque described above. The disturbance compensator 20 includes a command torque calculation unit 29, a speed sensor 31, a speed torque conversion unit 33, a deviation calculation unit 35, a unit adjustment unit 37, and a correction unit 39.
The command torque calculation unit 29 calculates a torque value IK t from the product of the current value I supplied to the motor 21 by the motor driver 25 and the torque constant K t .
The speed sensor 31 detects the rotational angular speed ω of the motor 21.
Speed torque converting section 33 calculates the torque value .omega.j m s by the product of the rotational angular velocity ω and J m s.
Deviation calculating section 35, a torque value IK t from the command torque calculation section 29 calculates the torque deviation IK t -ωJ m s of the torque value .omega.j m s from the speed torque converting unit 33 outputs.
Unit adjusting unit 37 calculates the torque deviation IK t -ωJ m multiplied by the value 1 / K t in s (IK t -ωJ m s) / K t from deviation calculating section 35.
Correcting unit 39, the output from the unit adjusting unit 37 (IK t -ωJ m s) / K t, by adding to the current control command value I i, corrects the current control command value I i.
Reference numeral 41 denotes a low-pass filter.

上述した外乱補償装置20の構成では、速度トルク換算部33が算出したトルク値ωJsは、負荷トルクや摩擦や慣性モーメントなどを含めた負荷トルクが反映されたものであるので、補正部39が、(IK−ωJs)/Kを、電流制御指令値Iに加算することで、負荷トルク変動の影響を取り除くことが可能である。 In the configuration of the disturbance compensator 20 described above, the torque value .omega.j m s speed torque converting section 33 has calculated, the load torque, including such as load torque and friction and moment of inertia is one that is reflected, the correction unit 39 but the (IK t -ωJ m s) / K t, by adding to the current control command value I i, it is possible to eliminate the influence of load torque fluctuation.

上述のような外乱補償装置20は例えば下記の非特許文献1に記載されている。また、本願に対する他の先行技術文献として、下記の特許文献1〜4がある。
特開平03−155383号公報 特開平11−285283号公報 特開2002−366203号公報 特開2007−233917号公報 日本ロボット学会誌 Vol.11 No.4, pp.486〜493,1993年5月
The disturbance compensator 20 as described above is described in Non-Patent Document 1 below, for example. Moreover, there are the following Patent Documents 1 to 4 as other prior art documents for the present application.
Japanese Patent Laid-Open No. 03-155383 JP 11-285283 A JP 2002-366203 A Japanese Patent Laid-Open No. 2007-233917 Journal of the Robotics Society of Japan Vol. 11 No. 4, pp. 486-493, May 1993

しかし、図2の構成では、モータの電機子インダクタンス、直流抵抗、逆起電力定数が考慮されておらず、これらの影響の変動を取り除くことができない。
そこで、本発明の目的は、モータに作用する負荷トルクの変動だけでなく、前記モータの電機子インダクタンス、直流抵抗(発熱により大きく変動する)および逆起電力定数の影響の変動をも補償できる外乱補償装置を提供することにある。
However, in the configuration of FIG. 2, the armature inductance, DC resistance, and counter electromotive force constant of the motor are not considered, and fluctuations in these effects cannot be removed.
Therefore, an object of the present invention is to provide a disturbance that can compensate not only for fluctuations in load torque acting on the motor, but also for fluctuations in the influence of the armature inductance, DC resistance (which varies greatly due to heat generation) and the back electromotive force constant of the motor. It is to provide a compensation device.

上記目的を達成するため、本発明によると、モータの回転動作を制御する制御装置に組み込まれ、該モータに作用する負荷トルクの変動を補償する外乱補償装置であって、
前記制御装置は、
前記モータに電圧を印加するモータドライバと、
該モータドライバに電力供給指令値を出力する指令部と、を備え、前記モータドライバは、電力供給指令値に基づいて前記モータに電圧を印加し、
前記外乱補償装置は、
前記モータの回転速度を検出する速度センサと、
前記モータの電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力が前記回転動作に与える影響を反映させた影響合成信号を、前記回転速度から生成する合成信号生成部と、
前記影響合成信号に基づいて、前記電力供給指令値を補正する補正部と、を備える、ことを特徴とする外乱補償装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a disturbance compensator that is incorporated in a control device that controls the rotational operation of a motor and compensates for fluctuations in load torque acting on the motor,
The control device includes:
A motor driver for applying a voltage to the motor;
A command unit that outputs a power supply command value to the motor driver, and the motor driver applies a voltage to the motor based on the power supply command value,
The disturbance compensator is:
A speed sensor for detecting the rotational speed of the motor;
A combined signal generating unit that generates an influence combined signal reflecting the influence of the armature inductance, DC resistance, and counter electromotive force of the motor on the rotation operation from the rotation speed;
There is provided a disturbance compensation device comprising: a correction unit that corrects the power supply command value based on the influence synthesis signal.

上述した本発明による外乱補償装置によると、合成信号生成部が、前記モータの電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力が前記回転動作に与える影響を反映させた影響合成信号を、負荷トルク変動の影響を受けた前記回転速度から生成し、前記補正部が、前記影響合成信号に基づいて、前記電力供給指令値を補正するので、モータの負荷トルク変動だけでなく、前記モータの電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力定数の影響の変動をも補償して取り除くように前記電力供給指令値を補正することができる。よって、より広い補償効果が得られる外乱補償装置が実現される。   According to the disturbance compensator according to the present invention described above, the composite signal generation unit generates an influence composite signal that reflects the influence of the armature inductance, DC resistance, and counter electromotive force of the motor on the rotation operation. Generated from the affected rotational speed, and the correction unit corrects the power supply command value based on the influence composite signal, so that not only the motor load torque fluctuation, but also the armature inductance of the motor, The power supply command value can be corrected so as to compensate and remove the fluctuation of the influence of the DC resistance and the counter electromotive force constant. Therefore, a disturbance compensator capable of obtaining a wider compensation effect is realized.

本発明の好ましい実施形態によると、モータドライバが電力供給指令値に基づいて前記モータに印加する前記電圧の値をEとし、前記モータのトルク定数をKとし、前記モータの電機子インダクタンスをLとし、前記モータの直流抵抗をRとし、前記モータの逆起電力定数をKemfとし、前記モータの慣性をJとし、前記回転速度である前記モータの回転角速度をωとし、ラプラス演算子をsとし、αを1または他の値の定数として、
前記補正部は、前記影響合成信号として、αω(JLs+JRs+Kemf)を算出する。
According to a preferred embodiment of the present invention, the value of the voltage which the motor driver applied to the motor based on the power supply command value and E, a torque constant of the motor and K t, the armature inductance of the motor L , R is the DC resistance of the motor, K emf is the back electromotive force constant of the motor, J m is the inertia of the motor, ω is the rotational angular velocity of the motor that is the rotational speed, and Laplace operator is s and α as a constant of 1 or other values,
The correction unit calculates αω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf ) as the influence synthesized signal.

後述するように、ω(JLs+JRs+Kemf)は、前記モータの電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力が前記回転動作に与える影響を反映させた信号である。従って、このような影響合成信号に基づいて、前記電力供給指令値を補正することで、前記モータの電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力定数の影響の変動をも補償して取り除くように前記電力供給指令値を補正することができる。 As will be described later, ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf ) is a signal reflecting the influence of the armature inductance, DC resistance, and counter electromotive force of the motor on the rotation operation. Therefore, by correcting the power supply command value based on such an influence composite signal, the motor armature inductance, DC resistance, and back electromotive force constant influence fluctuations are also compensated and removed. The power supply command value can be corrected.

具体的には、前記補正部は次の構成により、前記電力供給指令値を補正してよい。   Specifically, the correction unit may correct the power supply command value with the following configuration.

βを1または他の値の定数として、前記電圧EがβEである場合に、
前記補正部は、
偏差ΔD=αβE−αω(JLs+JRs+Kemf)を算出する偏差算出部と、
前記偏差ΔDを前記電力供給指令値Eに加算する加算部と、を有する。
When β is a constant of 1 or another value and the voltage E is βE i ,
The correction unit is
A deviation calculating unit for calculating a deviation ΔD = αβE i K t -αω ( J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf),
Having, an addition unit for adding the deviation ΔD to the power supply command value E i.

上述した本発明によると、モータに作用する負荷トルクの変動だけでなく、前記モータの電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力定数の影響の変動をも補償できる。   According to the present invention described above, not only the fluctuation of the load torque acting on the motor but also the fluctuation of the influence of the armature inductance, DC resistance and counter electromotive force constant of the motor can be compensated.

本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明の実施形態による外乱補償装置10を示すブロック線図である。
本実施形態による外乱補償装置10は、モータ3の回転動作を制御する制御装置5に組み込まれ、該モータ3に作用する負荷トルクの変動を補償するものである。
FIG. 1 is a block diagram showing a disturbance compensator 10 according to an embodiment of the present invention.
The disturbance compensation device 10 according to the present embodiment is incorporated in the control device 5 that controls the rotational operation of the motor 3 and compensates for fluctuations in load torque acting on the motor 3.

最初に、図1と以下の説明で用いる記号について説明する。各記号の定義は下記の通りである。下記において[]内は単位である。
:電力供給指令値
E:モータ3に供給される電圧値[V]
emf:モータ3の逆起電圧[V]
I:モータ3に供給される電流値[V]
:モータ3の負荷トルク[Nm]
ω:モータ3の回転角速度[rad/s]
θ:モータ3の回転角[rad]
:モータ3のトルク定数[Nm/A]
L:モータ3の電機子のインダクタンス[H]
R:モータ3の直流抵抗[R]
:モータ3の慣性(イナーシャ)[kg・m
emf:逆起電力定数[V/(rad/s)]
ζ:減衰比
ω:カットオフ周波数[rad/s]
s:ラプラス演算子
First, symbols used in FIG. 1 and the following description will be described. The definition of each symbol is as follows. In the following, [] is a unit.
E i : Power supply command value E: Voltage value supplied to the motor 3 [V]
E emf : Back electromotive force of motor 3 [V]
I: Current value [V] supplied to the motor 3
T L : Load torque of motor 3 [Nm]
ω m : rotational angular velocity of motor 3 [rad / s]
θ m : rotation angle of motor 3 [rad]
K t : Torque constant of motor 3 [Nm / A]
L: Inductance [H] of the armature of the motor 3
R: DC resistance of motor 3 [R]
J m : Inertia of motor 3 [kg · m 2 ]
K emf : Back electromotive force constant [V / (rad / s)]
ζ: damping ratio ω c: cut-off frequency [rad / s]
s: Laplace operator

前記制御装置5は、前記モータ3に電力を供給するモータドライバ7と、該モータドライバ7に電力供給指令値Eを出力する指令部9と、を備える。前記モータドライバ7は、前記電力供給指令値Eに基づいて前記モータ3へ電圧Eを供給する。βを1または他の値の定数として、電圧Eは、E=βEであってよいが、簡単のため、以下の説明においてβ=1とする。
なお、前記制御装置5は、モータ3の回転角速度ω、モータ3の回転角θなどに基づいて、電力供給指令値Eを指令部9から出力するものであってよい。前記制御装置5の制御方式としては、例えば、フィードバック制御、フィードフォワード制御などを採用してよい。
The control device 5 includes a motor driver 7 that supplies power to the motor 3 and a command unit 9 that outputs a power supply command value E i to the motor driver 7. The motor driver 7 supplies a voltage E to the motor 3 based on the power supply command value E i . The voltage E may be E = βE i where β is a constant of 1 or another value, but β = 1 in the following description for simplicity.
The control device 5 may output the power supply command value E i from the command unit 9 based on the rotational angular velocity ω of the motor 3, the rotational angle θ of the motor 3, and the like. As a control method of the control device 5, for example, feedback control, feedforward control, or the like may be employed.

前記外乱補償装置10は、速度センサ11と、合成信号生成部13と、補正部15とを備える。   The disturbance compensation apparatus 10 includes a speed sensor 11, a composite signal generation unit 13, and a correction unit 15.

速度センサ11は、前記モータ3の回転速度(この例では、回転角速度ω)を検出する。   The speed sensor 11 detects the rotational speed of the motor 3 (in this example, the rotational angular speed ω).

合成信号生成部13は、前記モータ3の電機子インダクタンスL、直流抵抗Rおよび逆起電力Eemfが前記回転動作に与える影響を反映させた影響合成信号を、速度センサ11が検出した前記回転速度(この例では、回転角速度ω)から生成する。
図1の例では、合成信号生成部13は、前記回転角速度ωと(JLs+JRs+Kemf)との積により、ω(JLs+JRs+Kemf)を影響合成信号として算出し出力する。ここで、αを1または他の値の定数として、合成信号生成部13は、αω(JLs+JRs+Kemf)を影響合成信号を出力してよいが、簡単のため、以下の説明において、α=1とする。
The combined signal generation unit 13 detects the rotational speed detected by the speed sensor 11 from the combined effect signal that reflects the influence of the armature inductance L, the DC resistance R, and the back electromotive force E emf of the motor 3 on the rotational operation. (In this example, it is generated from the rotational angular velocity ω).
In the example of FIG. 1, the combined signal generation unit 13 affects ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf ) by the product of the rotational angular velocity ω and (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf ). Calculate and output as a composite signal. Here, with α being a constant of 1 or another value, the combined signal generation unit 13 may output a combined signal that affects αω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf ). In the explanation, α = 1.

補正部15は、前記影響合成信号に基づいて、前記電力供給指令値Eを補正する。
図1の例では、補正部15は、次のように電力供給指令値Eを補正する。補正部15は、単位変換部15aと、偏差算出部15bと、単位逆変換部15cと、加算部15dを有する。
The correcting unit 15 corrects the power supply command value E i based on the influence combined signal.
In the example of FIG. 1, the correction unit 15 corrects the power supply command value E i as follows. The correction unit 15 includes a unit conversion unit 15a, a deviation calculation unit 15b, a unit inverse conversion unit 15c, and an addition unit 15d.

単位変換部15aは、モータドライバ7がモータ3に印加する電圧Eの単位を影響合成信号の単位と同じにするために、当該電圧値Eとトルク定数Kとの積により、EKを算出して出力する。 The unit converter 15a calculates EK t by the product of the voltage value E and the torque constant K t so that the unit of the voltage E applied by the motor driver 7 to the motor 3 is the same as the unit of the influence synthesis signal. And output.

偏差算出部15bは、単位変換部15aの出力EKと、合成信号生成部13の出力ω(JLs+JRs+Kemf)との偏差EK−ω(JLs+JRs+Kemf)を算出して出力する。 The deviation calculation unit 15b is a deviation EK t −ω (J m Ls 2 + J m ) between the output EK t of the unit conversion unit 15a and the output ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf ) of the combined signal generation unit 13. Rs + K t K emf) and outputs them.

単位逆変換部15cは、偏差算出部15bの出力を、単位変換により電力供給指令値Eに換算するため、偏差算出部15bの出力EK−ω(JLs+JRs+Kemf)と、トルク定数の逆数1/Kとの積により、{EK−ω(JLs+JRs+Kemf)}/Kを算出して出力する。なお、図1の例のように、単位逆変換部15cは、2次ローパスフィルタ15eを通過した偏差算出部15bの出力と、トルク定数の逆数1/Kとの積により、{EK−ω(JLs+JRs+Kemf)}/Kを算出して出力するのがよい。 The unit inverse conversion unit 15c converts the output of the deviation calculation unit 15b into the power supply command value E i by unit conversion, so that the output EK t −ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf of the deviation calculation unit 15b. ) and, by the product of the reciprocal 1 / K t of the torque constant, and outputs the calculated {EK t -ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf)} / K t. As in the example of FIG. 1, the unit inverse converter 15c calculates {EK t − − by the product of the output of the deviation calculator 15b that has passed through the secondary low-pass filter 15e and the inverse 1 / K t of the torque constant. ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf )} / K t is preferably calculated and output.

加算部15dは、モータドライバ7がモータ3に印加する電圧値Eと、単位逆変換部15cの出力{EK−ω(JLs+JRs+Kemf)}/Kとを加算することで、E+{EK−ω(JLs+JRs+Kemf)}/Kを算出して出力する。この加算部15dの出力E+{EK−ω(JLs+JRs+Kemf)}/Kが、補正された電力供給指令値Eとしてモータドライバ7に入力される。 The adder 15d adds the voltage value E applied by the motor driver 7 to the motor 3 and the output {EK t −ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf )} / K t of the unit inverse converter 15c. Thus, E + {EK t −ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf )} / K t is calculated and output. The output E + {EK t −ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf )} / K t of the adding unit 15d is input to the motor driver 7 as the corrected power supply command value E i .

なお、外乱補償装置10における演算で使用されるJ、L、R、Kemf,Kは、ノミナル値(公称値)であってよい。 Note that J m , L, R, K emf , and K t used in the calculation in the disturbance compensation apparatus 10 may be nominal values (nominal values).

合成信号生成部13と補正部15による作用効果を、モータ3のインダクタンス等の影響を受けた電圧などに関連させて説明する。
(電圧について)
モータ3には、モータドライバ7により電圧Eが印加される。その一方で、モータ3には、モータ3の回転運動による逆起電力Eemf=ωKemfが発生する。従って、モータ3に印加される正味の電圧値は、E−Eemf=E−ωKemfとなる。
(電流について)
モータ3に印加される正味の電圧はE−ωKemfであり、モータ3の直流抵抗はR、モータ3のインダクタンスはLであるので、ラプラス演算子をsとして、モータ3に流れる電流は、(E−ωKemf)/(Ls+R)となる。
(トルクについて)
モータ3に流れる電流は、(E−ωKemf)/(Ls+R)であるので、トルク定数をKとして、電流によりモータ3に与えられるトルクは、K(E−ωKemf)/(Ls+R)となる。その一方で、モータ3には負荷トルクTが作用するので、モータ3の正味のトルクは、K(E−ωKemf)/(Ls+R)−Tとなる。
(回転角速度について)
モータ3の正味のトルクは、K(E−ωKemf)/(Ls+R)−Tであるので、モータ3のイナーシャをJとし、ラプラス演算子をsとして、モータ3の回転角速度ωは、ω={K(E−ωKemf)/(Ls+R)−T}/Jsとなる。
(影響合成信号について)
ω={K(E−ωKemf)/(Ls+R)−T}/Jsを変形すると、
EK=ω(JLs+JRs+Kemf)+T(Ls+R)
となる。
この式において、左辺のEKを電気的エネルギに換算して考えると、電気的エネルギが、右辺の第1項のエネルギと、右辺の第2項のエネルギに変換されたとみなせる。このうち、右辺の第1項は、モータ3の運動エネルギとみなせることができ、右辺の第2項は、負荷トルク、電機子インダクタンスおよび直流抵抗の影響により失われたエネルギとみなすことができる。
従って、右辺の第2項T(Ls+R)に相当する値だけ、モータ3に供給する電圧E(すなわち、電力供給指令値E)を増加させることで、負荷トルク、電機子インダクタンスおよび直流抵抗の影響の変動を取り除くことができる。なお、直流抵抗は、発熱により大きく変動する。
具体的には、合成信号生成部13と補正部15により、上述のように、T(Ls+R)に相当する値だけ増加させる補正を、すなわち、T(Ls+R)/K={EK−ω(JLs+JRs+Kemf)}/Kだけ増加させる補正を、電力供給指令値Eに対し行うことで、負荷トルク、電機子インダクタンスおよび直流抵抗の影響の変動を取り除くことができる。
The effects of the combined signal generation unit 13 and the correction unit 15 will be described in relation to the voltage affected by the inductance of the motor 3 and the like.
(About voltage)
A voltage E is applied to the motor 3 by the motor driver 7. On the other hand, the counter electromotive force E emf = ωK emf due to the rotational motion of the motor 3 is generated in the motor 3. Therefore, the net voltage value applied to the motor 3 is E−E emf = E−ωK emf .
(About current)
Since the net voltage applied to the motor 3 is E−ωK emf , the direct current resistance of the motor 3 is R, and the inductance of the motor 3 is L, the Laplace operator is s, and the current flowing through the motor 3 is ( E−ωK emf ) / (Ls + R).
(About torque)
The current flowing through the motor 3, (E-ωK emf) / are the (Ls + R), a torque constant as K t, the torque applied to the motor 3 by a current, K t (E-ωK emf ) / (Ls + R) It becomes. Meanwhile, since the motor 3 acting load torque T L is the net torque of the motor 3 becomes K t (E-ωK emf) / (Ls + R) -T L.
(Rotational angular velocity)
The net torque of the motor 3, since it is K t (E-ωK emf) / (Ls + R) -T L, the inertia of the motor 3 and J m, the Laplace operator as s, the rotation angular velocity ω of the motor 3 is , Ω = {K t (E−ωK emf ) / (Ls + R) −T L } / J m s.
(About the influence synthetic signal)
When ω = {K t (E−ωK emf ) / (Ls + R) −T L } / J m s is transformed,
EK t = ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf ) + T L (Ls + R)
It becomes.
In this equation, when EK t on the left side is converted into electric energy, it can be considered that the electric energy is converted into the energy of the first term on the right side and the energy of the second term on the right side. Among these, the first term on the right side can be regarded as the kinetic energy of the motor 3, and the second term on the right side can be regarded as energy lost due to the influence of the load torque, the armature inductance, and the DC resistance.
Therefore, by increasing the voltage E (that is, the power supply command value E i ) supplied to the motor 3 by a value corresponding to the second term T L (Ls + R) on the right side, load torque, armature inductance, and DC resistance are increased. The fluctuation of the influence can be removed. Note that the DC resistance varies greatly due to heat generation.
Specifically, the synthesized signal generating unit 13 and the correction unit 15, as described above, a correction to increase by a value corresponding to T L (Ls + R), i.e., T L (Ls + R) / K t = {EK t -Ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf )} / K t is corrected for the power supply command value E i to change the influence of load torque, armature inductance, and DC resistance. Can be removed.

本実施形態による外乱補償装置10によると、合成信号生成部13が、前記モータ3の電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力が前記回転動作に与える影響を反映させた影響合成信号を、負荷トルクの影響を受けた前記回転速度から生成し、前記補正部15が、前記影響合成信号に基づいて、前記電力供給指令値Eを補正するので、モータ3の負荷トルクの変動だけでなく、前記モータ3の電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力定数の影響の変動をも補償して取り除くように前記電力供給指令値Eを補正することができる。よって、より広い補償効果が得られる外乱補償装置10が実現される。
また、上述したように、ω(JLs+JRs+Kemf)は、前記モータ3の電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力が前記回転動作に与える影響を反映させた信号である。従って、このような影響合成信号に基づいて、前記電力供給指令値Eを補正することで、前記モータ3の電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力定数の影響の変動をも補償して取り除くように前記電力供給指令値Eを補正することができる。
According to the disturbance compensator 10 according to the present embodiment, the combined signal generation unit 13 generates an influence combined signal that reflects the influence of the armature inductance, DC resistance, and counter electromotive force of the motor 3 on the rotational operation. The correction unit 15 corrects the power supply command value E i on the basis of the influence synthesis signal, so that not only the load torque fluctuation of the motor 3 but also the The power supply command value E i can be corrected so as to compensate and remove fluctuations in the influence of the armature inductance, DC resistance, and counter electromotive force constant of the motor 3. Therefore, the disturbance compensation apparatus 10 that can obtain a wider compensation effect is realized.
As described above, ω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf ) is a signal reflecting the influence of the armature inductance, DC resistance, and counter electromotive force of the motor 3 on the rotation operation. . Therefore, by correcting the power supply command value E i based on such an effect synthesis signal, fluctuations in the effects of the armature inductance, DC resistance, and counter electromotive force constant of the motor 3 are also compensated and removed. Thus, the power supply command value E i can be corrected.

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.

上述では、簡単のため、β=1、α=1として説明したが、β、αは1以外の定数であってもよい。この場合、E=βEとなり、合成信号生成部13は、αω(JLs+JRs+Kemf)を影響合成信号として出力する。また、この場合、単位変換部15aは、αKを電圧Eに乗算して、αEKを算出して出力し、単位逆変換部15cは、1/αβKを偏差算出部15bからの出力に乗算する。この場合、他の構成は上述と同じであってよい。 In the above description, β = 1 and α = 1 have been described for simplicity. However, β and α may be constants other than 1. In this case, E = βE i , and the combined signal generation unit 13 outputs αω (JLs 2 + JRs + K t K emf ) as an influence combined signal. In this case, the unit converter 15a multiplies αK t by the voltage E to calculate and output αEK t , and the unit inverse converter 15c converts 1 / αβK t to the output from the deviation calculator 15b. Multiply. In this case, the other configurations may be the same as described above.

本発明の実施形態による外乱補償装置を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the disturbance compensation apparatus by embodiment of this invention. 従来の外乱補償装置を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the conventional disturbance compensation apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

3 モータ、5 制御装置、7 モータドライバ、9 指令部、
10 外乱補償装置、11 速度センサ、13 合成信号生成部、
15 補正部、15a 単位変換部、15b 偏差算出部、
15c 単位逆変換部、15d 加算部、15e 2次ローパスフィルタ
20 外乱補償装置、21 モータ、23 制御装置、
25 モータドライバ、27 指令部、29 指令トルク算出部、
31 速度センサ、33 速度トルク換算部、35 偏差算出部、
37 単位調整部、39 補正部、41 ローパスフィルタ
3 motor, 5 control device, 7 motor driver, 9 command section,
10 disturbance compensator, 11 speed sensor, 13 synthesized signal generator,
15 correction unit, 15a unit conversion unit, 15b deviation calculation unit,
15c unit inverse conversion unit, 15d addition unit, 15e secondary low-pass filter 20 disturbance compensation device, 21 motor, 23 control device,
25 motor driver, 27 command section, 29 command torque calculation section,
31 speed sensor, 33 speed torque conversion unit, 35 deviation calculation unit,
37 unit adjustment unit, 39 correction unit, 41 low-pass filter

Claims (3)

モータの回転動作を制御する制御装置に組み込まれ、該モータに作用する負荷トルクの変動を補償する外乱補償装置であって、
前記制御装置は、
前記モータに電圧を印加するモータドライバと、
該モータドライバに電力供給指令値を出力する指令部と、を備え、前記モータドライバは、電力供給指令値に基づいて前記モータに電圧を印加し、
前記外乱補償装置は、
前記モータの回転速度を検出する速度センサと、
前記モータの電機子インダクタンス、直流抵抗および逆起電力が前記回転動作に与える影響を反映させた影響合成信号を、前記回転速度から生成する合成信号生成部と、
前記影響合成信号に基づいて、前記電力供給指令値を補正する補正部と、を備える、ことを特徴とする外乱補償装置。
A disturbance compensator that is incorporated in a control device that controls the rotational operation of a motor and compensates for fluctuations in load torque acting on the motor,
The control device includes:
A motor driver for applying a voltage to the motor;
A command unit that outputs a power supply command value to the motor driver, and the motor driver applies a voltage to the motor based on the power supply command value,
The disturbance compensator is:
A speed sensor for detecting the rotational speed of the motor;
A combined signal generating unit that generates an influence combined signal reflecting the influence of the armature inductance, DC resistance, and counter electromotive force of the motor on the rotation operation from the rotation speed;
A disturbance compensation device comprising: a correction unit that corrects the power supply command value based on the influence synthesis signal.
モータドライバが電力供給指令値に基づいて前記モータに印加する前記電圧の値をEとし、前記モータのトルク定数をKとし、前記モータの電機子インダクタンスをLとし、前記モータの直流抵抗をRとし、前記モータの逆起電力定数をKemfとし、前記モータの慣性をJとし、前記回転速度である前記モータの回転角速度をωとし、ラプラス演算子をsとし、αを1または他の値の定数として、
前記補正部は、前記影響合成信号として、αω(JLs+JRs+Kemf)を算出する、ことを特徴とする請求項1に記載の外乱補償装置。
The value of the voltage which the motor driver applied to the motor based on the power supply command value and E, a torque constant of the motor and K t, the armature inductance of the motor is L, the DC resistance of the motor R The motor back electromotive force constant is K emf , the inertia of the motor is J m , the rotational angular velocity of the motor, which is the rotational speed, is ω, the Laplace operator is s, and α is 1 or another As a value constant,
The disturbance correcting apparatus according to claim 1, wherein the correction unit calculates αω (J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf ) as the influence synthesis signal.
βを1または他の値の定数として、前記電圧EがβEである場合に、
前記補正部は、
偏差ΔD=αβE−αω(JLs+JRs+Kemf)を算出する偏差算出部と、
前記偏差ΔDを前記電力供給指令値Eに加算する加算部と、を有する、ことを特徴とする請求項2に記載の外乱補償装置。
When β is a constant of 1 or another value and the voltage E is βE i ,
The correction unit is
A deviation calculating unit for calculating a deviation ΔD = αβE i K t -αω ( J m Ls 2 + J m Rs + K t K emf),
The disturbance compensation apparatus according to claim 2, further comprising: an addition unit that adds the deviation ΔD to the power supply command value E i .
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