JP2010051162A - Controlling apparatus and method of pm motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controlling apparatus and a method of a PM motor which can suppress a periodic disturbance of torque ripple accurately. <P>SOLUTION: The controlling apparatus has a torque ripple estimating means and a periodic signal generator. The torque ripple estimating means estimates a torque ripple value from a motor angular velocity ω, a nonlinear friction compensating torque T<SB>f</SB>(ω), and a motor torque instructing value T<SB>ref</SB>, etc. The periodic signal compensating generator generates a compensating signal repeatedly from the torque ripple value estimated using the torque estimating means and by bringing a first switch into ON only during one period of disturbance, and stores periodic disturbance data in a memory, and further, performs compensation by outputting the periodic disturbance data in turn as a disturbance compensating signal for giving a prediction value which proceeds by one sample, by bringing a second switch into ON. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、PMモータの制御装置及び制御方法に関する。より詳細には、本発明は、完全追従制御(PTC)に基づく電流制御法を用いたPMモータのトルクリプルを抑制する制御に関する。   The present invention relates to a PM motor control device and control method. More specifically, the present invention relates to control for suppressing torque ripple of a PM motor using a current control method based on perfect tracking control (PTC).

永久磁石同期モータ(PMSM)は、産業界で広く用いられている。しかしながら、PMモータを駆動させる場合には、当該PMモータにおけるトルクリプルの発生が問題となる。このトルクリプルを発生させる要因として、界磁磁極の構造に起因して存在し得る空間高調波が挙げられる。また、インバータのデッドタイム、電流センサのオフセット、及び測定誤差も、高調波を発生させる原因となり、当該高調波がトルクリプルを発生させる要因となる。このトルクリプルの発生によって、損失が増大して効率の悪化が生じたり、振動騒音が発生したりする。従って、このトルクリプルを抑制することが、PMモータの効率性及び制御性の観点から、不可欠なものであると考えられる。   Permanent magnet synchronous motors (PMSM) are widely used in industry. However, when driving a PM motor, the occurrence of torque ripple in the PM motor becomes a problem. As a factor for generating this torque ripple, there may be a spatial harmonic that may exist due to the structure of the field magnetic pole. In addition, the inverter dead time, the current sensor offset, and the measurement error also cause harmonics, and the harmonics cause torque ripple. Due to the occurrence of this torque ripple, loss increases and efficiency is deteriorated, and vibration noise is generated. Therefore, it is considered indispensable to suppress this torque ripple from the viewpoint of the efficiency and controllability of the PM motor.

各種モータにおけるトルクリプルに関する諸問題に対しては、従来から様々な研究開発が行われており、その測定法、解析、及び電流制御による補償など、多くの例がすでに提案されている。   Various research and development have been conducted on various problems related to torque ripple in various motors, and many examples have already been proposed, such as measurement methods, analysis, and compensation by current control.

埋込型永久磁石同期モータ(IPMSM)においては、高調波に同期した回転座標系でトルクリプルを抑制する方法が提案されている(非特許文献1参照)。また、高調波を含めたプラントモデルを用いることによって、誘起電圧が歪んでいるIPMSMにおけるトルクリプルを低減する手法が提案されている(非特許文献2参照)。更に、エンコーダ位置情報によりトルクリプルをモデル化したフィードフォワード補償による手法が提案されている(非特許文献3参照)。   In an embedded permanent magnet synchronous motor (IPMSM), a method for suppressing torque ripple in a rotating coordinate system synchronized with a harmonic has been proposed (see Non-Patent Document 1). In addition, a technique for reducing torque ripple in an IPMSM in which an induced voltage is distorted by using a plant model including harmonics has been proposed (see Non-Patent Document 2). Furthermore, a method by feedforward compensation in which torque ripple is modeled by encoder position information has been proposed (see Non-Patent Document 3).

K. Yoshimoto, Y. Kitajima: “A Novel Harmonic Current Control for IPMSMs”, International Power Electronics Conference Niigata, pp. 2042-2048, 2005K. Yoshimoto, Y. Kitajima: “A Novel Harmonic Current Control for IPMSMs”, International Power Electronics Conference Niigata, pp. 2042-2048, 2005 Y. Kawano, A. Kawamura: “Analysis on Current Regulation for Torque Control for a Very Distorted CEMF Type IPSMS”, Power Conversion Conference Nagoya, pp. 694-698, 2007Y. Kawano, A. Kawamura: “Analysis on Current Regulation for Torque Control for a Very Distorted CEMF Type IPSMS”, Power Conversion Conference Nagoya, pp. 694-698, 2007 D. Kawase, M. Iwasaki, M. Kawafuku, H. Hirai: “Modeling and Compensation for Cogging Torque in Ball Screw-Driven Table System”, IIC-08-131, pp. 88-94, 2008 (in Japanese)D. Kawase, M. Iwasaki, M. Kawafuku, H. Hirai: “Modeling and Compensation for Cogging Torque in Ball Screw-Driven Table System”, IIC-08-131, pp. 88-94, 2008 (in Japanese) T. Nakai, H. Fujimoto: “Proposal of harmonic current suppression method of PM motor based on repetitive perfect tracking control”, SPC-07-37, pp. 37-42, 2007 (in Japanese)T. Nakai, H. Fujimoto: “Proposal of harmonic current suppression method of PM motor based on repetitive perfect tracking control”, SPC-07-37, pp. 37-42, 2007 (in Japanese) 河村篤男:「現代パワーエレクトロニクス」,数理工学社,2005年Atsuo Kawamura: “Contemporary Power Electronics”, Mathematical Engineering, 2005 K. Sakata, H. Fujimoto: “Perfect Tracking Control of Servo Motor Based on Precise Model Considering Current Loop and PWM Hold”, T. IEEJapan, Vol. 127-D, No. 6, pp. 587-593, 2007 (in Japanese)K. Sakata, H. Fujimoto: “Perfect Tracking Control of Servo Motor Based on Precise Model Considering Current Loop and PWM Hold”, T. IEEJapan, Vol. 127-D, No. 6, pp. 587-593, 2007 (in Japanese) H. Fujimoto, Y. Hori, A. Kawamura: “Perfect Tracking Control Method Based on MultirateFeedforward Control”, T. SICE, Vol. 36, No. 9, pp. 766-772, 2000 (in Japanese)H. Fujimoto, Y. Hori, A. Kawamura: “Perfect Tracking Control Method Based on MultirateFeedforward Control”, T. SICE, Vol. 36, No. 9, pp. 766-772, 2000 (in Japanese)

しかしながら、上記のようなPMモータのトルクリプルの抑制制御において、サンプル点ごとに数ms程度の応答の遅れが生じるという問題点があった。   However, in the PM motor torque ripple suppression control as described above, there is a problem that a response delay of about several ms occurs at each sample point.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、完全追従制御(PTC)に基づく電流制御を施すことによって、周期的な外乱であるトルクリプルを精度よく抑制することができるPMモータの制御装置及び制御方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to accurately suppress torque ripple, which is a periodic disturbance, by performing current control based on perfect tracking control (PTC). An object of the present invention is to provide a PM motor control apparatus and control method that can perform the above-described process.

このような目的を達成するために、本発明の一態様は、完全追従制御(PTC)に基づく電流制御法を用いたPMモータのトルクリプルを抑制する制御装置であって、モータ角速度ωと非線形摩擦補償トルクTf(ω)とモータトルク指令値Trefと測定可能な In order to achieve such an object, one aspect of the present invention is a control device that suppresses torque ripple of a PM motor using a current control method based on perfect tracking control (PTC), and includes a motor angular velocity ω and nonlinear friction. Compensation torque T f (ω) and motor torque command value T ref can be measured

Figure 2010051162
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とに基づいてトルクリプル値 And based on torque ripple value

Figure 2010051162
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を推定するトルクリプル推定手段と、第1のスイッチを外乱1周期の間のみオンにして、トルクリプル推定手段によって推定したトルクリプル値から繰り返し補償信号を生成し、かつ、周期外乱データをメモリに保存し、第2のスイッチをオンにして、周期外乱データを、1サンプル先の予見値を与える外乱補償信号として順番に出力することで補償を行う周期信号発生器とを備えたことを特徴とする。 A torque ripple estimation means for estimating the torque ripple, and the first switch is turned on only for one period of disturbance to generate a repetitive compensation signal from the torque ripple value estimated by the torque ripple estimation means, and the periodic disturbance data is stored in a memory, A periodic signal generator is provided that performs compensation by turning on the second switch and sequentially outputting the periodic disturbance data as a disturbance compensation signal that gives a prediction value one sample ahead.

ここで、本制御装置において、トルクリプル推定手段によって推定されるトルクリプル値は、以下の式   Here, in this control apparatus, the torque ripple value estimated by the torque ripple estimating means is expressed by the following equation:

Figure 2010051162
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から算出され、メモリに保存される周期外乱データは、Td/Ts個(Td:外乱周期、Ts:ディジタル信号プロセッサの制御周期)とすることができる。 The period disturbance data calculated from the above and stored in the memory can be T d / T s (T d : disturbance period, T s : control period of the digital signal processor).

また、本制御装置において、周期信号発生器の出力に、非周期外乱を除去するためのQフィルタを更に備えることができる。   In the present control device, a Q filter for removing non-periodic disturbance can be further provided at the output of the periodic signal generator.

本発明の別の態様は、完全追従制御(PTC)に基づく電流制御法を用いたPMモータのトルクリプルを抑制する制御方法であって、モータ角速度ωと非線形摩擦補償トルクTf(ω)とモータトルク指令値Trefと測定可能な Another aspect of the present invention is a control method for suppressing torque ripple of a PM motor using a current control method based on perfect tracking control (PTC), which includes a motor angular velocity ω, a nonlinear friction compensation torque T f (ω), and a motor. Torque command value T ref and measurable

Figure 2010051162
Figure 2010051162

とに基づいてトルクリプル値 And based on torque ripple value

Figure 2010051162
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を推定するトルクリプル推定ステップと、第1のスイッチを外乱1周期の間のみオンにして、トルクリプル推定ステップによって推定したトルクリプル値から繰り返し補償信号を生成し、かつ、周期外乱データをメモリに保存し、第2のスイッチをオンにして、周期外乱データを、1サンプル先の予見値を与える外乱補償信号として順番に出力することで補償を行う、周期信号発生器による外乱補償信号出力ステップとを有することを特徴とする。 A torque ripple estimation step for estimating the torque ripple, and the first switch is turned on only for one period of disturbance to generate a repetitive compensation signal from the torque ripple value estimated by the torque ripple estimation step, and the period disturbance data is stored in a memory; A disturbance compensation signal output step by a periodic signal generator for performing compensation by sequentially turning on the second switch and outputting the periodic disturbance data as a disturbance compensation signal that gives a prediction value one sample ahead. It is characterized by.

ここで、本制御方法において、トルクリプル推定ステップで推定されるトルクリプル値は、以下の式   Here, in this control method, the torque ripple value estimated in the torque ripple estimation step is expressed by the following equation:

Figure 2010051162
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から算出され、メモリに保存される周期外乱データは、Td/Ts個(Td:外乱周期、Ts:ディジタル信号プロセッサの制御周期)とすることができる。 The period disturbance data calculated from the above and stored in the memory can be T d / T s (T d : disturbance period, T s : control period of the digital signal processor).

また、本制御方法において、周期信号発生器の出力に取り付けられたQフィルタにより、非周期外乱を除去する非周期外乱除去ステップを更に有することができる。   The control method may further include a non-periodic disturbance removing step of removing the non-periodic disturbance by a Q filter attached to the output of the periodic signal generator.

本発明によれば、完全追従制御(PTC)に基づく電流制御を施すことによって、周期的な外乱であるトルクリプルを精度よく抑制することが可能となり、サンプル点ごとの応答の遅れを改善して目標値に追従させる制御を行うことができる。   According to the present invention, by performing current control based on perfect tracking control (PTC), it is possible to accurately suppress torque ripple, which is a periodic disturbance, and to improve the delay in response at each sample point and achieve the target. Control to follow the value can be performed.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
まず、本発明の実施形態におけるモータモデル及び離散化について、以下において説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the motor model and discretization in the embodiment of the present invention will be described below.

<dqモデル>
本発明の実施形態では、モータモデルとして、dqモデル(すなわち、dq座標系)を用いる。当業者にとっては周知であるように、dq座標系において、d軸電流は励磁電流を表し、q軸電流はトルク電流を表す。
<Dq model>
In the embodiment of the present invention, a dq model (that is, a dq coordinate system) is used as a motor model. As is well known to those skilled in the art, in the dq coordinate system, the d-axis current represents the excitation current and the q-axis current represents the torque current.

ここで、dq座標系におけるPMSMの電圧方程式は、以下の式(1)によって表される。   Here, the voltage equation of PMSM in the dq coordinate system is expressed by the following equation (1).

Figure 2010051162
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ただし、vは電圧であり、Rは抵抗であり、Lはインダクタンスであり、ωは角速度であり、iは電流であり、Keは誘起電圧定数である。また、添え字のd及びqはそれぞれ、d軸及びq軸を表している。 Where v is a voltage, R is a resistance, L is an inductance, ω is an angular velocity, i is a current, and Ke is an induced voltage constant. The subscripts d and q represent the d axis and the q axis, respectively.

PMSMが表面型永久磁石同期モータ(SPMSM)である場合、Ld=Lq=Lである。また、トルクT及び角速度ωは、電流idの値に関わらず、電流iqの値のみによって定まるので、電流iq、トルクT、及び角速度ωの関係は、以下の式(2)のようになる。 When PMSM is a surface permanent magnet synchronous motor (SPMSM), L d = L q = L. Since the torque T and the angular velocity ω are determined only by the value of the current i q regardless of the value of the current i d , the relationship between the current i q , the torque T, and the angular velocity ω is expressed by the following equation (2). become.

Figure 2010051162
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ただし、Ktはトルク定数である。これより、dq座標で表したSPMSMの制御ブロック図が、図1のように表される。 However, Kt is a torque constant. Thus, a control block diagram of SPMSM expressed in dq coordinates is expressed as shown in FIG.

一般に、dqモデルで制御を行う場合、簡単化のため干渉項(COUPLING TERM)を打ち消すように、式(1)に、以下の式(3)及び(4)を適用して、非干渉制御(DECOUPLING CONTROL)を施す。   In general, when control is performed using the dq model, the following equations (3) and (4) are applied to the equation (1) so as to cancel out the interference term (COUPLING TERM) for the sake of simplicity. DECOUPLING CONTROL).

Figure 2010051162
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Figure 2010051162
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弱め界磁制御は行わず、idの値が0に保たれていると仮定すると、q軸のプラントをDCモータモデルとみなすことができる。このとき、電流指令値から出力電流までの特性は、図2に示すように、一次遅れ系となる。 Assuming that the field weakening control is not performed and the value of i d is maintained at 0, the q-axis plant can be regarded as a DC motor model. At this time, the characteristic from the current command value to the output current is a first-order lag system as shown in FIG.

ここで、状態変数xを電流iとし、入力uを電圧v’とすると、連続時間系の状態方程式は、以下の式(5)となる。   Here, when the state variable x is the current i and the input u is the voltage v ′, the state equation of the continuous time system is expressed by the following equation (5).

Figure 2010051162
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ただし、AC=−R/Lであり、BC=1/Lであり、CC=1である。 However, A C = −R / L, B C = 1 / L, and C C = 1.

<PWMホールドに基づく離散化>
図3は、単相インバータの一例を示している。この例において、任意の出力電圧V[k]は出力することができず、0か、又はインバータの直流印加電圧±E[V]のみが出力される。これをPWMホールド(非特許文献5参照)ととらえ、そのパルス幅を制御することを考える。
<Discretization based on PWM hold>
FIG. 3 shows an example of a single-phase inverter. In this example, an arbitrary output voltage V [k] cannot be output, and only 0 or the DC applied voltage ± E [V] of the inverter is output. Consider this as PWM hold (see Non-Patent Document 5) and consider controlling the pulse width.

制御対象の状態方程式を以下の式(6)とすると、以下の式(7)に示すように、スイッチング時間ΔT[k]を制御入力u[k]とした、より緻密な離散化モデルを作成することができる。   Assuming that the state equation of the control target is the following equation (6), as shown in the following equation (7), a more precise discretization model is created with the switching time ΔT [k] as the control input u [k]. can do.

Figure 2010051162
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Figure 2010051162
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ここで、 here,

Figure 2010051162
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であり、 And

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であり、CS=CCである。ただし、ΔT[k]が負のときは、−E[V]を出力することにする。 And C S = C C. However, when ΔT [k] is negative, −E [V] is output.

ここで、制御対象をSPMSMとした場合、dqモデルから制御系を設計するので、制御入力は、dq座標系でのスイッチング時間となるが、インバータとして3相インバータを用いるので、3相系でのPWMパルスを出力するための制御入力を導出し(非特許文献6参照)、当該制御入力を用いる。   Here, when the control target is SPMSM, the control system is designed from the dq model, so the control input is the switching time in the dq coordinate system, but since a three-phase inverter is used as the inverter, A control input for outputting a PWM pulse is derived (see Non-Patent Document 6), and the control input is used.

<トルクリプル成分の抽出>
トルクリプルの抑制を行うために、SPMSMを用いてトルクリプルを測定する。
<Extraction of torque ripple component>
In order to suppress the torque ripple, the torque ripple is measured using SPMSM.

非特許文献3において、一定速度駆動試験時のモータトルク指令値には、トルクリプル及び非線形摩擦の補償トルクが含まれていることが記載されている。更に、当該モータトルク指令値には、速度脈動分の加速トルクも含まれていることが記載されている。従って、一定速度駆動試験のモータトルク指令値からトルクリプル以外の成分を除去することにより、トルクリプルの抽出を行う。更に、負荷側を速度制御して一定速度駆動とした上で、メインのモータをトルク制御して、トルクリプルの抽出を行う。   Non-Patent Document 3 describes that the motor torque command value in the constant speed driving test includes torque ripple and non-linear friction compensation torque. Further, it is described that the motor torque command value includes acceleration torque corresponding to speed pulsation. Therefore, the torque ripple is extracted by removing components other than the torque ripple from the motor torque command value of the constant speed driving test. Furthermore, after the load side is speed controlled to drive at a constant speed, the main motor is torque controlled to extract torque ripple.

非線形摩擦トルクが、モータ角速度ωの関数として表されるものとすると、モータの運動方程式は、以下の式(8)のようになる。   Assuming that the nonlinear friction torque is expressed as a function of the motor angular velocity ω, the equation of motion of the motor is as shown in the following equation (8).

Figure 2010051162
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ただし、Trefはモータトルク指令値であり、Tf(ω)は、角速度ωの関数で定義される非線形摩擦補償トルクであり、Tr(θ)は、モータ位置に依存するトルクリプルである。 However, T ref is a motor torque command value, T f (ω) is a nonlinear friction compensation torque defined by a function of angular velocity ω, and T r (θ) is a torque ripple depending on the motor position.

上述したように、負荷側で速度制御をしているので、定常状態においては、   As described above, since the speed control is performed on the load side, in a steady state,

Figure 2010051162
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及びTr(θ)について時間的な平均をとると、0になる。従って、上記の式(8)より、モータトルク指令値からTf(ω)を求めることができる。 And T r (θ) take a time average to be zero. Therefore, T f (ω) can be obtained from the motor torque command value from the above equation (8).

図4は、モータ角速度ωに対するTf(ω)をプロットしたグラフを示している。ただし、ωはモータの電気角における角速度である。また、このグラフの横軸は、角速度ω[rad/s]であり、このグラフの縦軸は、非線形摩擦補償トルクTf(ω)[N・m×10-3]である。モータ角速度ωに対するTf(ω)のプロットから割り出した回帰曲線が、このグラフに示されている。これにより、モータ角速度ωに対するTf(ω)の値が既知となる。すなわち、関数Tf(ω)が既知となる。また、 FIG. 4 shows a graph plotting T f (ω) against motor angular velocity ω. Here, ω is an angular velocity in the electric angle of the motor. The horizontal axis of this graph is the angular velocity ω [rad / s], and the vertical axis of this graph is the nonlinear friction compensation torque T f (ω) [N · m × 10 −3 ]. A regression curve determined from a plot of T f (ω) versus motor angular velocity ω is shown in this graph. Thereby, the value of T f (ω) with respect to the motor angular velocity ω becomes known. That is, the function T f (ω) is known. Also,

Figure 2010051162
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は、測定可能な項である。 Is a measurable term.

従って、トルクリプル推定値を   Therefore, the torque ripple estimate is

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とすると、既知となった関数Tf(ω)、モータトルク指令値Tref、及び測定可能な When, known and since the function T f (omega), the motor torque command value T ref, and measurable

Figure 2010051162
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、並びに式(8)を用いることにより、 And using equation (8),

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を、以下の式(9)から求めることができる。 Can be obtained from the following equation (9).

Figure 2010051162
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図5は、式(9)に基づいて抽出したトルクリプルの推定波形のグラフを示している。このグラフでは、横軸がモータ位置θ[rad]を表し、縦軸がトルクリプル(Torque)[N・m]を表している。また、5[Hz]、10[Hz]、及び25[Hz]という3つの凡例は、駆動周波数を電気角で表している。図示するように、モータ速度が変化しても、モータ位置θに対するトルクリプルは変わらず、モータ角度のみに依存するトルクリプルの抽出が可能であることが確認できる。   FIG. 5 shows a graph of an estimated waveform of the torque ripple extracted based on Expression (9). In this graph, the horizontal axis represents the motor position θ [rad], and the vertical axis represents the torque ripple [N · m]. Three legends of 5 [Hz], 10 [Hz], and 25 [Hz] represent the drive frequency in electrical angle. As shown in the figure, it can be confirmed that even if the motor speed changes, the torque ripple with respect to the motor position θ does not change, and it is possible to extract the torque ripple that depends only on the motor angle.

図6は、駆動周波数が10Hz(電気角)である場合における、トルクリプル測定値の周波数解析結果(トルクリプルスペクトル)を示すグラフである。このグラフでは、横軸がモータ回転周波数(Frequency)[Hz]を表し、縦軸がトルクリプル測定値(Torque)[N・m]を表している。図示するように、トルクリプルは、主に、モータ回転周波数の電気角2次、6次、12次、及び18次の成分であることが確認できる。   FIG. 6 is a graph showing the frequency analysis result (torque ripple spectrum) of the torque ripple measurement value when the drive frequency is 10 Hz (electrical angle). In this graph, the horizontal axis represents the motor rotation frequency (Frequency) [Hz], and the vertical axis represents the torque ripple measurement value (Torque) [N · m]. As shown in the figure, it can be confirmed that the torque ripple is mainly an electrical angle second, sixth, twelfth and eighteenth component of the motor rotation frequency.

<制御系>
完全追従制御(PTC)法
図7は、PTC法に従う電流制御ブロック図を示している。図示するように、PTC法は、フィードフォワード制御器と、フィードバック制御器とから構成される、2自由度制御系である。フィードフォワード制御器は、プラントの安定な逆システムとなっており、ノミナルプラントに対しては、サンプル点上で完全に追従誤差が零になることが保証されている。外乱やプラント変動が存在する場合には、フィードバック制御器が追従誤差を抑圧する仕組みになっている。
<Control system>
Perfect tracking control (PTC) method
FIG. 7 shows a current control block diagram according to the PTC method. As shown in the figure, the PTC method is a two-degree-of-freedom control system including a feedforward controller and a feedback controller. The feedforward controller is a stable inverse system of the plant, and for a nominal plant, it is guaranteed that the tracking error is completely zero on the sample point. When there is a disturbance or plant fluctuation, the feedback controller suppresses the tracking error.

非特許文献7において、n次の制御対象に対しては、1サンプル点間にn回制御入力を切り替えるマルチレート制御により完全追従が保証されることが記載されている。図7に示す場合には、制御対象が1次であるので、通常のシングルレート制御によりPTCが実現される。   Non-Patent Document 7 describes that for an n-th order control target, complete tracking is guaranteed by multi-rate control that switches control input n times between one sample point. In the case shown in FIG. 7, since the control target is primary, PTC is realized by normal single rate control.

次にフィードフォワード制御器の設計について説明する。上記のPWMホールドを用いて、上記の式(5)を、制御入力周期Tuで離散化する。これにより、制御入力u[k]を時間入力ΔT[k]とした離散時間系のプラントである以下の式(10)が得られる。 Next, the design of the feedforward controller will be described. Using the above PWM hold, the above equation (5) is discretized at the control input period Tu . As a result, the following equation (10), which is a discrete-time plant with the control input u [k] as the time input ΔT [k], is obtained.

Figure 2010051162
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ただし、 However,

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であり、 And

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であり、C=1である。 And C = 1.

よって、プラントの安定な逆モデルは、以下の式(11)となり、ノミナル出力は、以下の式(12)となる。   Therefore, the stable inverse model of the plant is expressed by the following equation (11), and the nominal output is expressed by the following equation (12).

Figure 2010051162
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Figure 2010051162
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また、図7に示したCPI[z]は、PI制御器であり、極零相殺を用いて以下の式(13)のように設計したものを、制御周期TsでTustin変換を用いて離散化して構成している。ただし、τは1[ms]としている。 Also, C PI [z] shown in FIG. 7 is a PI controller, which is designed as shown in the following equation (13) using pole-zero cancellation, and using Tustin transform at the control cycle T s. It is made discrete. However, τ is 1 [ms].

Figure 2010051162
Figure 2010051162

PTCに基づく電流制御法
図8は、本発明の実施形態に係るPMモータの制御装置における、PTCに基づく電流制御法に従うシングルレート制御系のブロック図を示している。PTCに基づく電流制御法は、上述したPTC法に繰り返し制御を適用したものであり、周期的な外乱を抑圧するためのものである(非特許文献4参照)。任意波形の指令値の場合には、PTCから、PTCに基づく電流制御に切り替えることで、切り替え前の良好な目標値追従特性も確保する構成となっている。
Current control method based on PTC
FIG. 8 shows a block diagram of a single rate control system according to the current control method based on PTC in the PM motor control apparatus according to the embodiment of the present invention. The current control method based on PTC is a method in which repetitive control is applied to the above-described PTC method, and is for suppressing periodic disturbance (see Non-Patent Document 4). In the case of an arbitrary waveform command value, switching from PTC to current control based on PTC ensures a good target value tracking characteristic before switching.

図9は、本発明の実施形態に係るPMモータの制御装置における、スイッチの切り替えを示すタイミング図である。図示するように、このPTCに基づく電流制御法では、定常状態に達してから、スイッチ1(SWITCH1)を外乱(駆動)1周期の間のみオンにし、この間、スイッチ2(SWITCH2)をオフにする。これにより、繰り返し補償信号を生成し、その後は、この補償信号を順番に出力することで、繰り返し補償を行う。従って、このケースでは、フィードフォワード補償となる。   FIG. 9 is a timing chart showing switching of the switches in the PM motor control apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in the figure, in the current control method based on the PTC, after reaching a steady state, the switch 1 (SWITCH1) is turned on only for one period of disturbance (drive), and the switch 2 (SWITCH2) is turned off during this period. . Thus, a repetitive compensation signal is generated, and thereafter, the repetitive compensation is performed by outputting the compensation signals in order. Therefore, in this case, feedforward compensation is performed.

外乱周期Tdと、ディジタル信号プロセッサ(DSP)の制御周期Tsとを用いると、TdとTsとNd段のメモリとの関係は、Nd=Td/Tsとなる。このメモリに保存されるNd個のデータ(すなわち、周期外乱)は、図8に示した周期信号発生器(PSG:Periodic Signal Generator)を用いて、1サンプル先の予見値を与える外乱補償信号となって出力される。PSGは、外乱が急変しない限り適切な指令値を与え、周期外乱をサンプル点ごとに抑圧することができる。 When the disturbance period T d and the control period T s of the digital signal processor (DSP) are used, the relationship between T d , T s, and the N d stage memory is N d = T d / T s . The N d data (that is, periodic disturbance) stored in the memory is a disturbance compensation signal that gives a predictive value of one sample ahead using the periodic signal generator (PSG) shown in FIG. Is output. The PSG can give an appropriate command value as long as the disturbance does not change suddenly, and can suppress the periodic disturbance for each sample point.

[第1の実施形態 − 1次のモデルを用いた制御]
<制御系設計>
図10は、上述した1次のモデルを用いた、トルクリプルを含むモータモデルを示している。
[First Embodiment-Control Using First-Order Model]
<Control system design>
FIG. 10 shows a motor model including torque ripple using the above-described first-order model.

<シミュレーション1>
図10に示したようなモータに対して、本明細書で提案した手法を用いてシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、駆動周波数を電気角で10Hzとし、その2次、6次、12次、及び18次成分のトルクリプルとしてそれぞれ、12[mN・m]、22[mN・m]、4[mN・m]、及び4[mN・m]ずつ加えていった。シミュレーション開始後1.0sから学習を開始し、繰り返し補償については、シミュレーション開始後1.1sから開始した。上記の式(9)に従って繰り返し補償信号を生成し、トルクを直接測定可能として評価を行った。
<Simulation 1>
A simulation was performed on the motor as shown in FIG. 10 using the method proposed in this specification. In this simulation, the drive frequency is 10 Hz in electrical angle, and torque ripples of the second, sixth, twelfth, and eighteenth components are 12 [mN · m], 22 [mN · m], 4 [mN · m, respectively. m] and 4 [mN · m]. Learning was started from 1.0 s after the simulation was started, and repetitive compensation was started from 1.1 s after the simulation was started. The compensation signal was repeatedly generated according to the above equation (9), and the torque was evaluated as being directly measurable.

図11〜図13は、本シミュレーション結果のグラフを示している。図11(a)は、本実施形態におけるシミュレーションによるトルクの経時変化(トルク波形)を示し、図11(b)は、本実施形態におけるシミュレーションによる   11 to 13 show graphs of the simulation results. FIG. 11A shows a change in torque over time (torque waveform) according to the simulation in this embodiment, and FIG. 11B shows the result of simulation in this embodiment.

Figure 2010051162
Figure 2010051162

の経時変化を示している。図11(a)及び図11(b)において、横軸は時間(Time)[s]を表し、縦軸はトルク(Torque)[N・m]を表している。また、図12(a)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、繰り返し補償前のトルクスペクトルを示し、図12(b)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、繰り返し補償後のトルクスペクトルを示している。図12(a)及び図12(b)において、横軸は周波数(Frequency)[Hz]を表し、縦軸はトルク(Torque)[N・m]を表している。また、図13(a)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、操作量の経時変化を示し、図13(b)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、繰り返し補償後の操作量スペクトルを示している。図13(a)において、横軸は時間(Time)[s]を表し、縦軸は操作量(uq)[s×10-6]を表している。図13(b)において、横軸は周波数(Frequency)[Hz]を表し、縦軸は操作量(u)[s×10-7]を表している。 The change with time is shown. 11A and 11B, the horizontal axis represents time (Time) [s], and the vertical axis represents torque (Torque) [N · m]. FIG. 12A shows a torque spectrum before repeated compensation by simulation in the present embodiment, and FIG. 12B shows a torque spectrum after repeated compensation by simulation in the present embodiment. 12A and 12B, the horizontal axis represents frequency (Hz), and the vertical axis represents torque (N · m). FIG. 13A shows the change over time of the operation amount by the simulation in this embodiment, and FIG. 13B shows the operation amount spectrum after repeated compensation by the simulation in this embodiment. In FIG. 13A, the horizontal axis represents time (Time) [s], and the vertical axis represents the manipulated variable (u q ) [s × 10 −6 ]. In FIG. 13B, the horizontal axis represents the frequency (Frequency) [Hz], and the vertical axis represents the manipulated variable (u) [s × 10 −7 ].

以上のシミュレーション結果から、繰り返し補償を行うことによって、補償後にトルクリプルの影響が抑制されていることが確認できる。   From the above simulation results, it can be confirmed that the effect of torque ripple is suppressed after compensation by repeatedly performing compensation.

<実験1>
本明細書で提案した手法を用いてトルクリプル抑制の実験を行った。本実験では、図1のブロック図により示されたSPMSMを用い、負荷側のモータで駆動周波数が電気角で10Hzとなるよう速度制御を行い、メインのモータでトルク制御を行った。本実験で用いたPMモータの各種パラメータの値は、以下の表1に示す通りである。
<Experiment 1>
An experiment of torque ripple suppression was performed using the method proposed in this specification. In this experiment, the SPMSM shown in the block diagram of FIG. 1 was used, speed control was performed with the load-side motor so that the drive frequency was 10 Hz in electrical angle, and torque control was performed with the main motor. The values of various parameters of the PM motor used in this experiment are as shown in Table 1 below.

Figure 2010051162
Figure 2010051162

また、本実験では、上記の式(9)に従って繰り返し補償信号を生成し、信号に含まれる非周期外乱を低減させるために、10周期分の平均値フィルタを用いた。更に、本実験では、センサによるノイズや非周期外乱を除去するために、Qフィルタと呼ばれるフィルタを、PSGの出力に取り付けた(図14参照)。また、上述したシミュレーションでは、デッドタイム補償等は考慮していないが、本実験においては、繰り返し補償前及び繰り返し補償後ともに、常にデッドタイム補償を行った状態にした。PSGの出力をr[k]とし、Qフィルタの出力をrf[k]とすると、r[k]とrf[k]との関係は、以下の式(14)により表される。 In this experiment, an average value filter for 10 cycles was used in order to repeatedly generate a compensation signal according to the above equation (9) and reduce non-periodic disturbance included in the signal. Furthermore, in this experiment, in order to remove noise and non-periodic disturbance caused by the sensor, a filter called a Q filter was attached to the output of the PSG (see FIG. 14). In the simulation described above, dead time compensation or the like is not taken into consideration, but in this experiment, dead time compensation was always performed both before and after repeated compensation. The output of the PSG and r [k], and the output of the Q filter and r f [k], the relationship between r [k] and r f [k] is represented by the following equation (14).

Figure 2010051162
Figure 2010051162

このQフィルタは、位相遅れのないローパスフィルタであり、上記の式(14)から分かるように、1サンプル先の値を必要とする。また、調節パラメータγの値が小さいほど、ロールオフが得られて安定性が増すが、繰り返し外乱に対する抑圧は失われる。本実験では、γ=2とし、カットオフ周波数を1.8kHzとした。本実験では、トルクセンサが低帯域であることから、トルクの実測値を用いることができないため、トルクの推定値と、速度脈動分の加速トルクとを用いて評価を行った。   This Q filter is a low-pass filter having no phase delay, and requires a value one sample ahead as can be seen from the above equation (14). Also, the smaller the value of the adjustment parameter γ, the more rolloff is obtained and the stability is increased, but the suppression of repeated disturbance is lost. In this experiment, γ = 2 and the cutoff frequency was 1.8 kHz. In this experiment, since the torque sensor is in a low band, the measured value of torque cannot be used. Therefore, evaluation was performed using the estimated value of torque and the acceleration torque for speed pulsation.

図15〜図17は、本実験結果のグラフを示している。図15(a)は、本実施形態における実験による、トルクリプル推定値の経時変化を示し、図15(b)は、本実施形態における実験による、   15 to 17 show graphs of the results of this experiment. FIG. 15A shows the change over time of the estimated torque ripple value according to the experiment in this embodiment, and FIG. 15B shows the result according to the experiment in this embodiment.

Figure 2010051162
Figure 2010051162

の経時変化を示している。図15(a)及び図15(b)において、横軸は時間(Time)[s]を表し、縦軸はトルク(Torque)[N・m]を表している。また、図16(a)は、本実施形態における実験による、繰り返し補償前のトルクスペクトルを示し、図16(b)は、本実施形態における実験による、繰り返し補償後のトルクスペクトルを示している。図16(a)及び図16(b)において、横軸は周波数(Frequency)[Hz]を表し、縦軸はトルク(Torque)[N・m]を表している。また、図17(a)は、本実施形態における実験による、操作量の経時変化を示し、図17(b)は、本実施形態における実験による、繰り返し補償後の操作量スペクトルを示している。図17(a)において、横軸は時間(Time)[s]を表し、縦軸は操作量(uq)[s×10-5]を表している。図17(b)において、横軸は周波数(Frequency)[Hz]を表し、縦軸は操作量(u)[s×10-8]を表している。 The change with time is shown. 15A and 15B, the horizontal axis represents time (Time) [s], and the vertical axis represents torque (Torque) [N · m]. FIG. 16A shows a torque spectrum before repeated compensation by an experiment in this embodiment, and FIG. 16B shows a torque spectrum after repeated compensation by an experiment in this embodiment. 16A and 16B, the horizontal axis represents frequency (Hz), and the vertical axis represents torque (N · m). FIG. 17A shows the change over time of the manipulated variable according to the experiment in this embodiment, and FIG. 17B shows the manipulated variable spectrum after repeated compensation according to the experiment in this embodiment. In FIG. 17A, the horizontal axis represents time (Time) [s], and the vertical axis represents the manipulated variable (u q ) [s × 10 −5 ]. In FIG. 17B, the horizontal axis represents the frequency (Frequency) [Hz], and the vertical axis represents the manipulated variable (u) [s × 10 −8 ].

以上の実験結果から、シミュレーション結果と同様、繰り返し補償を用いることによって、トルクリプル成分が抑圧できていることが確認できる。   From the above experimental results, it can be confirmed that the torque ripple component can be suppressed by using iterative compensation as in the simulation results.

[第2の実施形態 − 2次のモデルを用いた制御]
次に、2次のモデルを用いた制御について説明する。
[Second embodiment-control using second-order model]
Next, control using a secondary model will be described.

<制御系設計>
非干渉制御を行わない場合のPMSMにおけるq軸電流iqとq軸入力電圧vqとの関係、及びq軸電流iqと角速度ωとの関係はそれぞれ、以下の式(15)及び(16)により表される。
<Control system design>
The relationship between the q-axis current i q and the q-axis input voltage v q and the relationship between the q-axis current i q and the angular velocity ω in PMSM when non-interference control is not performed are respectively expressed by the following equations (15) and (16 ).

Figure 2010051162
Figure 2010051162

Figure 2010051162
Figure 2010051162

d軸電流が0に制御されていると仮定すると、iq及びωを状態変数とした制御対象の状態方程式は、以下の式(17)のようになる。 Assuming that the d-axis current is controlled to 0, the state equation of the controlled object with iq and ω as state variables is expressed by the following equation (17).

Figure 2010051162
Figure 2010051162

ただし、 However,

Figure 2010051162
Figure 2010051162

であり、 And

Figure 2010051162
Figure 2010051162

であり、 And

Figure 2010051162
Figure 2010051162

である。上記の状態方程式を用いて、マルチレートフィードフォワード制御を行う。 It is. Multi-rate feedforward control is performed using the above equation of state.

次に、マルチレートフィードフォワード制御器の導出について説明する。周期Trで離散化された制御対象のA、B、C、及びD行列は、周期Tuで離散化された制御対象の可制御正準系状態方程式である以下の式(18)が得られると、以下の式(19)のように導出できる。 Next, the derivation of the multi-rate feedforward controller will be described. The A, B, C, and D matrices of the control object discretized with the period T r are obtained by the following expression (18), which is a controllable canonical system state equation of the control object discretized with the period Tu. Then, the following equation (19) can be derived.

Figure 2010051162
Figure 2010051162

Figure 2010051162
Figure 2010051162

ここで、上記の式(19)のB行列は正則となるので、以下の式(20)及び(21)のようにマルチレート化することにより、1サンプル先の状態変数xd[i+1]を入力変数とする制御対象の安定な逆システムを実現できる。 Here, since the B matrix of the above equation (19) is regular, the state variable x d [i + 1] of one sample ahead is changed by multi-rate as in the following equations (20) and (21). It is possible to realize a stable inverse system of a controlled object as an input variable.

Figure 2010051162
Figure 2010051162

Figure 2010051162
Figure 2010051162

これにより、ノミナルプラントに対して周期Trごとの完全追従が保証できる。 Thereby, it is possible to guarantee complete follow-up for each cycle T r with respect to the nominal plant.

<シミュレーション2>
本実施形態における上記の制御則を用いてシミュレーションを行った。図18は、本実施形態に係るPMモータの制御ブロック図を示している。角速度ωの目標値は、ステップ状の指令値を、ローパスフィルタを通して得ている。定常値を電気角10Hzとなるようにし、ローパスフィルタの時定数を0.5秒とした。また、電流の目標値は、速度のフィードバックコントローラC2(s)を通して得られた電流指令値を用いている。その他のシミュレーション条件は、第1の実施形態におけるシミュレーション条件と同一である。
<Simulation 2>
A simulation was performed using the above control law in the present embodiment. FIG. 18 is a control block diagram of the PM motor according to the present embodiment. As the target value of the angular velocity ω, a stepped command value is obtained through a low-pass filter. The steady value was set to an electrical angle of 10 Hz, and the time constant of the low-pass filter was set to 0.5 seconds. Further, the current command value obtained through the speed feedback controller C 2 (s) is used as the current target value. Other simulation conditions are the same as the simulation conditions in the first embodiment.

図19〜図22は、本シミュレーション結果のグラフを示している。図19(a)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、トルクの経時変化(トルク波形)を示し、図19(b)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、電流の経時変化(電流波形)を示し、図19(c)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、操作量の経時変化(操作量波形)を示している。図19(a)において、横軸は時間(Time)[s]を表し、縦軸はトルク(Torque)[N・m]を表し、図19(b)において、横軸は時間(Time)[s]を表し、縦軸は電流(i)[A]を表し、図19(c)において、横軸は時間(Time)[s]を表し、縦軸はトルク(Torque)[N・m]を表している。また、図20(a)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、繰り返し補償前のトルクスペクトルを示し、図20(b)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、繰り返し補償後のトルクスペクトルを示している。図20(a)及び図20(b)において、横軸は周波数(Frequency)[Hz]を表し、縦軸はトルク(Torque)[N・m]を表している。また、図21(a)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、繰り返し補償前の電流スペクトルを示し、図21(b)は、本実施形態におけるシミュレーションによる、繰り返し補償後の電流スペクトルを示している。図21(a)及び図21(b)において、横軸は周波数(Frequency)[Hz]を表し、縦軸は電流(i)[A]を表している。また、図22は、本実施形態におけるシミュレーションによる、繰り返し補償後の操作量スペクトルを示している。図22において、横軸は周波数(Frequency)[Hz]を表し、縦軸は操作量(u)[s×10-7]を表している。 19 to 22 show graphs of the simulation results. FIG. 19A shows the change with time (torque waveform) of the torque according to the simulation in the present embodiment. FIG. 19B shows the change with time of current (current waveform) by the simulation in the present embodiment. FIG. 19C shows a change with time in the operation amount (operation amount waveform) by the simulation in the present embodiment. 19A, the horizontal axis represents time (Time) [s], the vertical axis represents torque (Torque) [N · m], and in FIG. 19B, the horizontal axis represents time (Time) [Time] [s]. s], the vertical axis represents current (i) [A], and in FIG. 19C, the horizontal axis represents time (Time) [s], and the vertical axis represents torque (Torque) [N · m]. Represents. FIG. 20A shows a torque spectrum before repeated compensation by simulation in the present embodiment, and FIG. 20B shows a torque spectrum after repeated compensation by simulation in the present embodiment. 20A and 20B, the horizontal axis represents frequency (Hz), and the vertical axis represents torque (N · m). FIG. 21A shows a current spectrum before repeated compensation by the simulation in the present embodiment, and FIG. 21B shows a current spectrum after repeated compensation by the simulation in the present embodiment. 21A and 21B, the horizontal axis represents frequency (Frequency) [Hz], and the vertical axis represents current (i) [A]. FIG. 22 shows an operation amount spectrum after repeated compensation by the simulation in the present embodiment. In FIG. 22, the horizontal axis represents frequency (Frequency) [Hz], and the vertical axis represents manipulated variable (u) [s × 10 −7 ].

図20(a)及び図20(b)に示したシミュレーション結果から、2次、6次、12次、及び18次成分について抑圧できていることが確認できる。   It can be confirmed from the simulation results shown in FIGS. 20A and 20B that the second-order, sixth-order, twelfth-order, and eighteenth-order components can be suppressed.

以上説明したように、本発明によれば、完全追従制御(PTC)に基づく電流制御を施すことによって、周期的な外乱であるトルクリプルを精度よく抑制することが可能となり、サンプル点ごとの応答の遅れを改善して目標値に追従させる制御を行うことができる。   As described above, according to the present invention, by performing current control based on perfect tracking control (PTC), it is possible to accurately suppress the torque ripple that is a periodic disturbance, and the response of each sample point. Control to improve the delay and follow the target value can be performed.

dq座標で表したSPMSMの制御ブロック図である。It is a control block diagram of SPMSM expressed in dq coordinates. q軸のプラントをDCモータモデルとみなした場合の、電流指令値から出力電流までの特性を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the characteristic from an electric current command value to an output current at the time of considering a plant of q axis as a DC motor model. 単相インバータの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a single phase inverter. モータ角速度ωに対するTf(ω)をプロットしたグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph which plotted Tf ((omega)) with respect to motor angular velocity (omega). 本明細書で提案した式に基づいて抽出したトルクリプルの推定波形のグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph of the estimated waveform of the torque ripple extracted based on the formula proposed by this specification. 駆動周波数が10Hz(電気角)である場合における、トルクリプル測定値の周波数解析結果(トルクリプルスペクトル)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency analysis result (torque ripple spectrum) of a torque ripple measured value in case a drive frequency is 10 Hz (electrical angle). PTC法に従う電流制御ブロック図である。It is a current control block diagram according to the PTC method. 本発明の実施形態に係るPMモータの制御装置における、完全追従制御(PTC)に基づく電流制御法に従うシングルレート制御系のブロック図である。It is a block diagram of the single rate control system according to the current control method based on perfect tracking control (PTC) in the control apparatus of PM motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るPMモータの制御装置における、スイッチの切り替えを示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows switching of the switch in the control apparatus of PM motor which concerns on embodiment of this invention. 1次のモデルを用いた、トルクリプルを含むモータモデルを示す図である。It is a figure which shows the motor model containing a torque ripple using a primary model. 図10に示したモータモデルにおけるシミュレーション結果のグラフを示す図であり、(a)は、トルクの経時変化(トルク波形)、(b)は、It is a figure which shows the graph of the simulation result in the motor model shown in FIG. 10, (a) is a time-dependent change (torque waveform) of torque, (b) is

Figure 2010051162
Figure 2010051162

の経時変化を示すグラフである。
図10に示したモータモデルにおけるシミュレーション結果のグラフを示す図であり、(a)は、繰り返し補償前のトルクスペクトル、(b)は、繰り返し補償後のトルクスペクトルを示すグラフである。 図10に示したモータモデルにおけるシミュレーション結果のグラフを示す図であり、(a)は、操作量の経時変化、(b)は、繰り返し補償後の操作量スペクトルを示すグラフである。 センサによるノイズや非周期外乱を除去するためのQフィルタが取り付けられる周期信号発生器の制御ブロック図である。 図10に示したモータモデルにおける実験結果のグラフを示す図であり、(a)は、トルクリプル推定値の経時変化、(b)は、
It is a graph which shows a time-dependent change.
FIG. 11 is a graph showing a simulation result in the motor model shown in FIG. 10, where (a) is a torque spectrum before repeated compensation, and (b) is a graph showing a torque spectrum after repeated compensation. FIGS. 11A and 11B are graphs showing simulation results in the motor model shown in FIG. 10. FIG. 11A is a graph showing an operation amount change with time, and FIG. It is a control block diagram of a periodic signal generator to which a Q filter for removing noise and non-periodic disturbance by a sensor is attached. It is a figure which shows the graph of the experimental result in the motor model shown in FIG. 10, (a) is a time-dependent change of a torque ripple estimated value, (b) is a figure.

Figure 2010051162
Figure 2010051162

の経時変化を示すグラフである。
図10に示したモータモデルにおける実験結果のグラフを示す図であり、(a)は、繰り返し補償前のトルクスペクトル、(b)は、繰り返し補償後のトルクスペクトルを示すグラフである。 図10に示したモータモデルにおける実験結果のグラフを示す図であり、(a)は、操作量の経時変化、(b)は、繰り返し補償後の操作量スペクトルを示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るPMモータの制御ブロック図である。 図18に示した実施形態におけるシミュレーション結果を示す図であり、(a)は、トルクの経時変化(トルク波形)、(b)は、電流の経時変化(電流波形)、(c)は、操作量の経時変化(操作量波形)を示すグラフである。 図18に示した実施形態におけるシミュレーション結果を示す図であり、(a)は、繰り返し補償前のトルクスペクトル、(b)は、繰り返し補償後のトルクスペクトルを示すグラフである。 図18に示した実施形態におけるシミュレーション結果を示す図であり、(a)は、繰り返し補償前の電流スペクトル、(b)は、繰り返し補償後の電流スペクトルを示すグラフである。 図18に示した実施形態におけるシミュレーション結果を示す図であり、繰り返し補償後の操作量スペクトルを示すグラフである。
It is a graph which shows a time-dependent change.
It is a figure which shows the graph of the experimental result in the motor model shown in FIG. 10, (a) is a torque spectrum before repeated compensation, (b) is a graph which shows the torque spectrum after repeated compensation. FIGS. 11A and 11B are graphs showing experimental results in the motor model shown in FIG. 10. FIG. 11A is a graph showing an operation amount change with time, and FIG. It is a control block diagram of PM motor concerning one embodiment of the present invention. It is a figure which shows the simulation result in embodiment shown in FIG. 18, (a) is a time-dependent change (torque waveform) of a torque, (b) is a time-dependent change (current waveform) of an electric current, (c) is operation. It is a graph which shows the time-dependent change (operation amount waveform) of quantity. It is a figure which shows the simulation result in embodiment shown in FIG. 18, (a) is a torque spectrum before repeated compensation, (b) is a graph which shows the torque spectrum after repeated compensation. It is a figure which shows the simulation result in embodiment shown in FIG. 18, (a) is a current spectrum before repetitive compensation, (b) is a graph which shows the current spectrum after repetitive compensation. It is a figure which shows the simulation result in embodiment shown in FIG. 18, and is a graph which shows the manipulated variable spectrum after repetitive compensation.

Claims (6)

完全追従制御(PTC)に基づく電流制御法を用いたPMモータのトルクリプルを抑制する制御装置であって、
モータ角速度ωと非線形摩擦補償トルクTf(ω)とモータトルク指令値Trefと測定可能な
Figure 2010051162
とに基づいてトルクリプル値
Figure 2010051162
を推定するトルクリプル推定手段と、
第1のスイッチを外乱1周期の間のみオンにして、前記トルクリプル推定手段によって推定したトルクリプル値から繰り返し補償信号を生成し、かつ、周期外乱データをメモリに保存し、第2のスイッチをオンにして、該周期外乱データを、1サンプル先の予見値を与える外乱補償信号として順番に出力することで補償を行う周期信号発生器と
を備えたことを特徴とする制御装置。
A control device for suppressing torque ripple of a PM motor using a current control method based on perfect tracking control (PTC),
Motor angular velocity ω, nonlinear friction compensation torque T f (ω), and motor torque command value T ref can be measured.
Figure 2010051162
And based on torque ripple value
Figure 2010051162
Torque ripple estimating means for estimating
The first switch is turned on only for one period of disturbance, a compensation signal is repeatedly generated from the torque ripple value estimated by the torque ripple estimating means, the period disturbance data is stored in the memory, and the second switch is turned on. And a periodic signal generator that performs compensation by sequentially outputting the periodic disturbance data as a disturbance compensation signal that gives a prediction value one sample ahead.
前記トルクリプル推定手段によって推定されるトルクリプル値は、以下の式
Figure 2010051162
から算出され、
前記メモリに保存される前記周期外乱データは、Td/Ts個(Td:外乱周期、Ts:ディジタル信号プロセッサの制御周期)である
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
The torque ripple value estimated by the torque ripple estimation means is expressed by the following equation:
Figure 2010051162
Calculated from
2. The control device according to claim 1, wherein the period disturbance data stored in the memory is T d / T s (T d : disturbance period, T s : control period of a digital signal processor). .
前記周期信号発生器の出力に、非周期外乱を除去するためのQフィルタ
を更に備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。
The control device according to claim 1, further comprising a Q filter for removing non-periodic disturbances at an output of the periodic signal generator.
完全追従制御(PTC)に基づく電流制御法を用いたPMモータのトルクリプルを抑制する制御方法であって、
モータ角速度ωと非線形摩擦補償トルクTf(ω)とモータトルク指令値Trefと測定可能な
Figure 2010051162
とに基づいてトルクリプル値
Figure 2010051162
を推定するトルクリプル推定ステップと、
第1のスイッチを外乱1周期の間のみオンにして、前記トルクリプル推定ステップによって推定したトルクリプル値から繰り返し補償信号を生成し、かつ、周期外乱データをメモリに保存し、第2のスイッチをオンにして、該周期外乱データを、1サンプル先の予見値を与える外乱補償信号として順番に出力することで補償を行う、周期信号発生器による外乱補償信号出力ステップと
を有することを特徴とする制御方法。
A control method for suppressing torque ripple of a PM motor using a current control method based on perfect tracking control (PTC),
The motor angular velocity ω, the nonlinear friction compensation torque T f (ω), and the motor torque command value T ref can be measured.
Figure 2010051162
And based on torque ripple value
Figure 2010051162
A torque ripple estimating step for estimating
The first switch is turned on only for one period of disturbance, a compensation signal is repeatedly generated from the torque ripple value estimated by the torque ripple estimation step, the period disturbance data is stored in the memory, and the second switch is turned on. A disturbance compensation signal output step by a periodic signal generator for performing compensation by sequentially outputting the periodic disturbance data as a disturbance compensation signal giving a prediction value one sample ahead. .
前記トルクリプル推定ステップにおいて推定されるトルクリプル値は、以下の式
Figure 2010051162
から算出され、
前記メモリに保存される前記周期外乱データは、Td/Ts個(Td:外乱周期、Ts:ディジタル信号プロセッサの制御周期)である
ことを特徴とする請求項4に記載の制御方法。
The torque ripple value estimated in the torque ripple estimation step is expressed by the following equation:
Figure 2010051162
Calculated from
5. The control method according to claim 4, wherein the period disturbance data stored in the memory is T d / T s (T d : disturbance period, T s : control period of a digital signal processor). .
前記周期信号発生器の出力に取り付けられたQフィルタにより、非周期外乱を除去する非周期外乱除去ステップ
を更に有することを特徴とする請求項4又は5に記載の制御方法。
The control method according to claim 4, further comprising: a non-periodic disturbance removing step of removing a non-periodic disturbance by a Q filter attached to an output of the periodic signal generator.
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