CN105324930B - 周期性干扰自动抑制装置 - Google Patents

Abstract

如果针对以电池为主电源的装置使用前馈表格来进行转矩脉动的抑制控制，则根据负载电力，由于电池的内部电阻，电压会变动，从而产生补偿表格误差。将用于抑制转矩脉动的补偿值预先表格化为补偿表格，在根据所输入的转矩设定值和检测出的转速而利用转矩补偿值抑制每个频率分量的转矩脉动时，检测控制对象的主电源电压并输入到与电压对应的补偿表格，从补偿表格输出取决于电压的转矩补偿值来进行补偿。另外，在补偿值校正部中，针对基于实部补偿表格的输出Ta与虚部补偿表格jTb之和的转矩补偿值Tc_n，通过仅取决于电压的特定的表格或者比例式来进行校正。

Description

周期性干扰自动抑制装置

技术领域

本发明涉及自动地抑制例如马达等旋转电机等那样的旋转电机的转矩波纹的周期性干扰自动抑制装置，特别是涉及预先针对每个转矩脉动频率分量学习补偿电流、对所学习的补偿值进行表格化的补偿表格。

背景技术

作为周期性干扰的产生抑制控制，存在利用机器人的定位控制、测力计系统的轴转矩共振抑制、马达框体的振动抑制等，期望高精度地抑制这些各个产品中的周期性干扰。例如，马达在原理上产生转矩波纹，引起振动、噪音、对乘坐感觉的不利影响、电气/机械共振等各种问题。特别是，嵌入磁铁形的PM(永磁)马达复合地产生齿槽转矩波纹和磁阻转矩波纹。作为抑制该转矩波纹的控制方式，专利文献1等成为公知。

图13是专利文献1中记载的马达的转矩脉动抑制系统的结构图，是示出通过电流矢量控制方式的逆变器对电动机进行转矩/速度控制的情况的图。在逆变器1的电流矢量控制部11中，通过坐标变换部13，从由电流传感器12检测出的马达驱动电流i_u、i_v、i_w和马达2的转子旋转角度θ，变换为与马达旋转坐标同步的dq轴正交旋转坐标系的电流，通过变换而得的d、q轴电流检测值与指令值的比较，进行马达电流的控制。通过速度/相位检测部14，根据由旋转位置传感器3得到的编码器波形abz，与速度ω一起求出转子旋转角度θ。

转矩/id、iq变换部15从来自控制器5的转矩指令值T_ref和马达旋转速度ω，变换为矢量控制中的旋转dq坐标系的d轴以及q轴电流指令值i_d ^*、i_q0 ^*，对这些电流指令值中的q轴电流指令值i_q0 ^*重叠转矩脉动补偿电流i_qc*而作为电流矢量控制指令值。控制器5搭载转矩波纹抑制控制单元5A和学习单元5B，将转矩脉动抑制中所需的补偿电流作为傅立叶系数表格保存到存储器。

之后，构成图14所示的装载了补偿表格16的转矩脉动抑制系统，进行以前馈方式抑制转矩脉动的转矩脉动抑制控制。图14的系统与图13不同的部分在于，省略控制器5以及转矩计4，在逆变器1中搭载抑制转矩脉动的补偿电流生成单元，并且直接提供转矩指令值T_ref ^*。作为该补偿电流生成单元，具备振幅/相位补偿电流表格16和补偿电流生成部17。

在专利文献1中，在上位具有产生控制指令值的控制器，针对产生周期性干扰的控制对象，通过使用周期性干扰观察器而获取的振动抑制用补偿表格来抑制振动。即，设置了转矩脉动抑制单元，该转矩脉动抑制单元为了针对控制对象进行前馈控制，提取马达的转矩脉动分量，求出为了抑制提取出的转矩脉动分量而所需的补偿电流并反馈给控制对象的控制装置来抑制转矩脉动。学习该转矩脉动抑制单元所得出的转矩抑制运转时的转矩脉动补偿电流，对补偿电流进行表格化并装载到控制装置。然后，在马达的控制运转时通过从表格所读出的补偿电流以前馈方式补偿转矩脉动。

专利文献1：作为日本的公开专利的日本特开2011-50118号公报

发明内容

在为了前馈控制而利用补偿表格的情况下，在转速获取部中获取控制对象的转速，将该转速N(ω)和可变地设定的转矩设定值T_ref ^*作为输入变量而输入到补偿表格，通过各点处的转矩补偿值Tc_n的输出与转矩设定值T_ref ^*的偏差来进行补偿，所以能够使抑制响应性提高、控制装置的结构简化。然而，在控制对象由于某种原因而发生了变动的情况下，基本上会产生与前馈表格的偏差而以补偿误差的方式出现，根据情况会产生振动比控制前还放大的担忧。

如果作为应用前馈表格的控制对象之一，考虑电动车的马达等以电池为主电源的装置，则在该情况下，根据负载电力，由于电池的内部电阻，输入到控制装置的电压会变动。另外，在电池自身的充电的状况、并联地连接了负载的情况等，马达控制装置自身产生的转矩波纹、电流控制响应会发生变动。由此，如果在应用在特定的电池电压时获取的前馈表格来进行抑制控制的状态下发生电池电压变动，则会产生上述担忧的补偿表格误差。

因此，本发明的目的在于，通过考虑在对控制装置应用前馈表格时的电压变动，补偿电压变动所致的误差，从而提供更高性能的周期性干扰自动抑制装置。

根据本发明的一个观点，其特征在于，在将用于提取控制对象的转矩脉动频率分量而抑制转矩脉动的补偿值预先表格化为补偿表格、通过所输入的转矩设定值和检测出的转速来求出转矩补偿值、将求出的转矩补偿值与转矩设定值的偏差量输入到控制对象来抑制每个频率分量的转矩脉动的结构中，

构成为：针对每个电压设置多个所述补偿表格，检测所述控制对象的主电源电压并输入到与电压对应的补偿表格，从补偿表格输出与主电源电压的变动值连动的转矩补偿值。

根据本发明的另一观点，其特征在于，在将用于提取控制对象的转矩脉动频率分量而抑制转矩脉动的补偿值预先表格化为补偿表格、通过所输入的转矩设定值和检测出的控制对象的转速来求出转矩补偿值、将求出的转矩补偿值与转矩设定值的偏差量输入到控制对象来抑制每个频率分量的转矩脉动的结构中，

构成为：所述补偿表格具备校正实数部的实部补偿表格和校正虚数部的虚部补偿表格，并且设置输入所述控制对象的主电源电压的检测值V的补偿值校正部，在该补偿值校正部中，针对基于所述实部补偿表格的输出Ta与虚部补偿表格jTb之和的转矩补偿值Tc_n，通过与主电源电压的变动值连动的特定的表格或者比例式来进行校正。

根据本发明的其它观点，其特征在于，用于校正所述转矩补偿值Tc_n的比例式是利用基于下式的一次多项式来校正的，

Tc_n＝Ta_n·(a·V+b)+jTb_n·(c·V+d)，

其中，下标n表示n次分量。

根据本发明的又一其它观点，其特征在于，构成为：设置输入转矩设定值和控制对象的转速检测值并输出取决于转矩/转速的多项式用的系数的系数表格，将该系数表格的输出输入到所述补偿值校正部，在该补偿值校正部中，通过取决于转矩/转速的表格或者比例式，进行转矩补偿值Tc_n的校正。

根据本发明的其它观点，其特征在于，用于校正所述转矩补偿值Tc_n的比例式是利用基于下式的一次多项式来校正的，

Tc_n＝Ta_n·{fa(T^cmd，N)·V+fb(T^cmd，N)}+jTb_n·{fc(T^cmd，N)·V+fd(T^cmd，N)}，

其中，fa～fd是系数，T^cmd是转矩设定值，N是转速，V是电压检测值，n是n次分量。

根据本发明的其它观点，其特征在于，构成为：设置输入转矩设定值并输出取决于转矩的多项式用的系数的系数表格，将该系数表格的输出输入到所述补偿值校正部，在该补偿值校正部中，通过取决于转矩的表格或者比例式，进行转矩补偿值Tc_n的校正。

根据本发明的又一其它观点，其特征在于，用于校正所述转矩补偿值Tc_n的比例式是利用基于下式的一次多项式来校正的，

Tc_n＝Ta_n·{fa(T^cmd)·V+fb(T^cmd)}+jTb_n·{fc(T^cmd)·V+fd(T^cmd)}，

其中，fa～fd是系数，T^cmd是转矩设定值、V是电压检测值、n是n次分量。

根据本发明的其它观点，其特征在于，构成为：设置输入所述控制对象的转速检测值并输出取决于转速的多项式用的系数的系数表格，将该系数表格的输出输入到所述补偿值校正部，在该补偿值校正部中，通过取决于转速的表格或者比例式，进行转矩补偿值Tc_n的校正。

根据本发明的其它观点，其特征在于，用于校正所述转矩补偿值Tc_n的比例式是利用基于下式的一次多项式来校正的，

Tc_n＝Ta_n·{fa(N)·V+fb(N)}+jTb_n·{fc(N)·V+fd(N)，

其中，fa～fd是系数，N是转速，V是电压检测值，n是n次分量。

根据本发明的又一观点，其特征在于，在将用于提取控制对象的转矩脉动频率分量而抑制转矩脉动的补偿值预先表格化为补偿表格、通过所输入的转矩设定值和检测出的控制对象的转速来求出转矩补偿值、将求出的转矩补偿值与转矩设定值的偏差量输入到控制对象来抑制每个频率分量的转矩脉动的结构中，

所述控制对象将主电源作为电池，具备能够对电压进行可变控制的电压控制单元，所述补偿表格是根据基于预先由电压控制单元针对每个工作点而调整的施加电压的校正值而生成的补偿表格。

附图说明

图1是示出本发明的实施例的周期性干扰自动抑制装置的主要部分概略结构图。

图2是补偿表格数据生成说明图。

图3是补偿表格的结构图。

图4是示出其它实施例的周期性干扰自动抑制装置的主要部分概略结构图。

图5是补偿表格数据生成说明图。

图6是示出其它实施例的周期性干扰自动抑制装置的主要部分概略结构图。

图7是补偿表格数据生成说明图。

图8是其它周期性干扰自动抑制装置的主要部分概略结构图。

图9是其它周期性干扰自动抑制装置的主要部分概略结构图。

图10是控制对象中的控制设备结构图。

图11是示出其它实施例的周期性干扰自动抑制装置的主要部分概略结构图。

图12是示出其它实施例的周期性干扰自动抑制装置的学习系统的结构图。

图13是以往的周期性干扰自动抑制装置的学习系统的结构图。

图14是以往的周期性干扰自动抑制装置的结构图。

具体实施方式

在本发明中，将用于抑制转矩脉动的补偿值预先表格化为补偿表格，在通过所输入的转矩设定值和检测出的转速、利用转矩补偿值来抑制每个频率分量的转矩脉动时，检测控制对象的主电源电压并输入到与电压对应的补偿表格，从补偿表格输出取决于电压的转矩补偿值来进行补偿，以下根据附图进行详细描述。

图1是示出本发明的第1实施例的概略结构图。基本上如图14那样地构成，但控制对象20在此包括逆变器的主电路、马达等，通过转速检测部21检测马达的转速N。另外，从逆变器的直流电路检测电压V并与转速N一起输入到补偿表格22。补偿表格22具有1～n个这样的多个补偿表格，还被输入与图14所示的Tref^*相当的转矩设定值T^cmd。

作为补偿表格22中的数据获取方法，使用图13所示的系统来变更转矩设定值T^cmd和转速N，获取该点处的振动抑制的补偿值。在设想工作范围的全部点处重复进行该操作来获取实验数据。最终，根据全部实验数据，原样地或者部分性地进行插值处理来生成补偿表格。

在本发明中，还考虑电压所致的变动值，将逆变器主电源的直流电压V也加入到变动要素，通过补偿表格22生成转矩补偿值Tc_n。由此，生成图2所示那样的(转矩i点×转速j点)×主电压k点的补偿表格数据，将其装载到周期性干扰自动抑制装置来进行前馈控制。即，根据检测出的电压V，按照线l1或者l2那样的特性，求出转矩补偿值Tc_n。

图3示出补偿表格的详细图。n个补偿表格分别具有实数部的补偿表格22A和虚数部的补偿表格22B，分别被输入转矩设定值T^cmd和转速N而被选择与输入值对应的转矩Ta、Tb，在补偿值校正部(加法部)23中实数值Ta_n与虚数值jTb_n之和成为转矩补偿值Tc_n。

在参照表格时，针对补偿表格22的数据，根据针对转矩设定值T^cmd检测出的当前的转速N和主电源电压V，参照补偿值，将振动抑制的转矩补偿值Tc_n输出到减法部，求出与转矩设定值T^cmd的偏差，将该偏差与周期性干扰dTn的加法值输入到控制对象20而进行振动抑制。

根据本实施例，在上位具有产生控制指令值的控制器，针对产生周期性干扰的控制对象，通过使用周期性干扰观察器而获取的振动抑制用补偿表格来抑制振动的结构中，通过将负载变化所致的主电源电压变动作为以转矩/转速/主电源电压为参数的补偿表格，特别是在主电源为电池的情况下，能够实现马达控制装置自身产生的转矩波纹的抑制、高精度的电流控制响应。

图4是示出第2实施例的图，是补偿值变动量仅取决于控制对象主电源的电压变动的情况的例子。在补偿值变动量仅取决于电压的情况下，补偿表格22如图3所示仅为1组实数部的补偿表格22A和虚数部的补偿表格22B即可，并且无需如实施例1那样包括转矩/转速来获取数据。

在该实施例中，针对按标称的主电压来获取主电压V而得的补偿表格，将主电压V直接输入到补偿值校正部23，通过仅取决于电压的特定表格或者比例式来进行运算，从而省略补偿表格保存用的存储器，根据检测出的电压V，按照图5那样的补偿特性，求出转矩补偿值Tc_n。

另外，在补偿值校正部23中，通过(1)式，计算用一次多项式进行校正时的转矩补偿值Tc_n。

Tc_n＝Ta_n·(a·V+b)+jTb_n·(c·V+d)……(1)

在参照表格时，从补偿表格22中选择与转矩设定值T^cmd和检测出的当前的转速N对应的转矩Ta_n、Tb_n，在补偿值校正部23中，进行(1)式的运算，计算转矩补偿值Tc_n。关于转矩补偿值Tc_n，在减法部中进行与转矩设定值T^cmd的差运算来求出偏差，将该偏差与周期性干扰dTn的加法值输入到控制对象20来进行振动抑制。

根据该实施例，在控制对象的主电源是电池那样的系统中，针对负载变化所致的主电源电压变动，使用以主电源电压为参数的式子或者表格来进行振动抑制，从而得到能够省略补偿表格保存用的存储器的效果。其它方面具有与实施例1同样的效果。

图6是示出第3实施例的图，与图4的区别点在于设置了系数校正表格24。构成为对系数校正表格24输入转矩设定值T^cmd和检测出的转速N，将与输入值对应的系数fa、fb、fc、fd输出到补偿值校正部23，在补偿值校正部23中，通过n次多项式，校正标称的补偿表格的补偿值。针对此时的多项式系数，通过取决于转矩/转速的表格或者式子进行校正，关于校正式的参数，通过实验或者解析进行计算。

图7是示出所生成的补偿表格数据的样式的图，与电压对应地按照线l1或者l2那样的特性求出转矩补偿值Tc_n。另外，根据(2)式，进行在补偿值校正部23中利用一次多项式实施校正时的转矩补偿值Tc_n的计算。

Tc_n＝Ta_n·{fa(T^cmd，N)·V+fb(T^cmd，N)}+jTb_n·{fc(T^cmd，N)·V+fd(T^cmd，N)}……(2)

图8是示出对系数校正表格24仅输入转矩设定值T^cmd时的例子的图，根据(3)式，进行此时的补偿值校正部23中利用一次多项式的转矩补偿值Tc_n的计算。

Tc_n＝Ta_n·{fa(T^cmd)·V+fb(T^cmd)}+jTb_n·{fc(T^cmd)·V+fd(T^cmd)}……(3)

另外，图9是示出对系数校正表格24仅输入检测出的转速N时的例子的图，根据(4)式，进行此时的补偿值校正部23中利用一次多项式的转矩补偿值Tc_n的计算。

Tc_n＝Ta_n·{fa(N)·V+fb(N)}+jTb_n·{fc(N)·V+fd(N)}………(4)

因此，根据该实施例3，通过利用n次多项式来校正补偿表格的补偿值，能够实现比实施例2的补偿进一步扩展的用于振动抑制的补偿。

在控制对象的主电源是电池的系统中，关于主电源的变动，能够以指令值为基准而估计与负载相伴的内部电阻所致的降低(或者增加)量。该实施例适合于这样的情况，如图10所示，在控制对象20中具有能够进行电压控制的电压控制单元CE，根据(5)式的关系，根据(6)式，控制施加电压Vin。

Vin＝Vbas-Iin·Rin

Iin＝Pout/Vin

Pout＝ω·T^cmd……(5)

[公式1]

此处，Rin：主电源内部电阻、Vbas：主电源内部电压、Iin：主电源流通电流、Vin：设备施加电压、Pout：设备输出电压、ω：马达转速

作为补偿表格22处的数据获取方法，使用图12所示的系统，将转矩/速度指令值输入到电压运算部6，根据(5)式的关系，根据(6)式，对电压Vin进行运算，可变电压控制部7根据电压Vin来控制逆变器1的直流电压Vdc。将此时的转速和转矩检测值与图13同样地保存到控制器5的转矩脉动抑制单元。在包括瞬间的负载电流变动的设想工作范围的全部点处重复进行该操作来获取实验数据。最终，根据全部实验数据，原样地或者部分性地进行插值处理来生成补偿表格。

作为利用了该实施例中的补偿表格的振动抑制控制装置，使用图11，对补偿表格22仅输入转矩设定值T^cmd和转速N。在标称的补偿表格的生成中，将主电源的电压控制单元CE的电压指令设为Vin，针对每个工作点，利用此时的转矩/旋转指令值，电压控制单元CE进行电压调整，生成基于补偿表格22的转矩补偿值。因此，所得到的补偿表格22成为预先考虑了电压变动量的表格，通过将其装载到周期性干扰自动抑制装置，从而在运转时，对于电压变动也能够无误差地实现振动抑制。

根据该实施例，相比于实施例1～3，即使考虑到主电源电压变动，也能够不会对控制设备的存储器量造成变动而高精度地进行振动抑制。

如以上那样，根据本发明，使为了进行前馈控制而使用的补偿表格也对负载变化所致的主电源电压变动进行补偿，由此，即使在控制对象产生了变动的情况下，也能够进行高精度的振动抑制控制。

Claims (8)

1.一种周期性干扰自动抑制装置，其特征在于，

在将用于提取控制对象的转矩脉动频率分量而抑制转矩脉动的补偿值预先表格化为补偿表格、通过所输入的转矩设定值和检测出的控制对象的转速来求出转矩补偿值、将求出的转矩补偿值与转矩设定值的偏差量输入到控制对象来抑制每个频率分量的转矩脉动的结构中，

构成为：所述补偿表格具备校正实数部的实部补偿表格和校正虚数部的虚部补偿表格，并且设置输入所述控制对象的主电源电压的检测值V的补偿值校正部，在该补偿值校正部中，针对基于所述实部补偿表格的输出Ta与虚部补偿表格jTb之和的转矩补偿值Tc_n，通过与主电源电压的变动值连动的特定的表格或者比例式来进行校正。

2.根据权利要求1所述的周期性干扰自动抑制装置，其特征在于，

用于校正所述转矩补偿值Tc_n的比例式是利用基于下式的一次多项式来校正的，

Tc_n＝Ta_n·(a·V+b)+jTb_n·(c·V+d)，

其中，a、c为系数，b、d为常数项，下标n表示n次分量。

3.根据权利要求1所述的周期性干扰自动抑制装置，其特征在于，

构成为：设置输入转矩设定值和控制对象的转速检测值并输出取决于转矩/转速的多项式用的系数的系数表格，将该系数表格的输出输入到所述补偿值校正部，在该补偿值校正部中，通过取决于转矩/转速的表格或者比例式，进行转矩补偿值Tc_n的校正。

4.根据权利要求3所述的周期性干扰自动抑制装置，其特征在于，

用于校正所述转矩补偿值Tc_n的比例式是利用基于下式的一次多项式来校正的，

Tc_n＝Ta_n.{fa(T^cmd，N).V+fb(T^cmd，N)}+jTb_n.{fc(T^cmd，N).V+fd(T^cmd，N)}，

其中，fa～fd是系数，T^cmd是转矩设定值，N是转速，V是电压检测值，n是n次分量。

5.根据权利要求1所述的周期性干扰自动抑制装置，其特征在于，

构成为：设置输入转矩设定值并输出取决于转矩的多项式用的系数的系数表格，将该系数表格的输出输入到所述补偿值校正部，在该补偿值校正部中，通过取决于转矩的表格或者比例式，进行转矩补偿值Tc_n的校正。

6.根据权利要求5所述的周期性干扰自动抑制装置，其特征在于，

用于校正所述转矩补偿值Tc_n的比例式是利用基于下式的一次多项式来校正的，

Tc_n＝Ta_n·{fa(T^cmd)·V+fb(T^cmd)}+jTb_n·{fc(T^cmd)·V+fd(T^cmd)}，

其中，fa～fd是系数，T^cmd是转矩设定值，V是电压检测值，n是n次分量。

7.根据权利要求1所述的周期性干扰自动抑制装置，其特征在于，

构成为：设置输入所述控制对象的转速检测值并输出取决于转速的多项式用的系数的系数表格，将该系数表格的输出输入到所述补偿值校正部，在该补偿值校正部中，通过取决于转速的表格或者比例式，进行转矩补偿值Tc_n的校正。

8.根据权利要求7所述的周期性干扰自动抑制装置，其特征在于，

用于校正所述转矩补偿值Tc_n的比例式是通过基于下式的一次多项式来校正的，

Tc_n＝Ta_n·{fa(N)·V+fb(N)}+jTb_n·{fc(N)·V+fd(N)}，

其中，fa～fd是系数，N是转速，V是电压检测值，n是n次分量。