JP5488043B2 - Motor torque control device - Google Patents

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Description

本発明は、モータのトルク制御装置に係り、特にモータに任意波形のトルク出力を発生させるモータの制御装置におけるトルク出力の周期性外乱抑制および電気・機械共振抑制に関する。   The present invention relates to a motor torque control device, and more particularly to suppression of periodic disturbance of torque output and suppression of electric / mechanical resonance in a motor control device that generates torque output of an arbitrary waveform.

モータは原理的にトルクリプル(トルク脈動)を発生し、振動・騒音・乗り心地への悪影響、電気・機械共振等の種々の問題を引き起こす。特に、近年普及が進んでいる埋込磁石PMモータ(IPMSM)は、コギングトルクリプルとリラクタンストルクリプルが複合的に発生する。その対策として、トルクリプルを打ち消す補償電流をトルク指令に重畳する種々の方式が検討されている。   In principle, the motor generates torque ripple (torque pulsation), which causes various problems such as vibration, noise, adverse effects on ride comfort, and electrical / mechanical resonance. In particular, an embedded magnet PM motor (IPMSM), which has become popular in recent years, generates a combination of cogging torque ripple and reluctance torque ripple. As a countermeasure, various methods for superimposing a compensation current for canceling the torque ripple on the torque command have been studied.

しかしながら、例えば数式解析モデルを用いてフィードフォワード補償を行なう方式では、解析誤差の影響が懸念される。また、定常動作点でのフィードバック学習制御結果を記憶してフィードフォワード補償する方式では動作点毎に制御パラメータを適切に調整するための時間を要し、オンライン補償が難しくなる。また、電流リプルを低減する方式は、トルクリプルの観点からは最適に抑制されているとは限らない。そのほか、トルクリプルオブザーバ補償方式も検討されているが、可変速運転時の特性やオンラインフィードバック抑制の検証が不充分なものであった。   However, for example, in the method of performing feedforward compensation using a mathematical analysis model, there is a concern about the influence of analysis errors. Further, in the method of storing the feedback learning control result at the steady operating point and performing feedforward compensation, it takes time to appropriately adjust the control parameter for each operating point, and online compensation becomes difficult. Further, the method for reducing the current ripple is not always optimally suppressed from the viewpoint of torque ripple. In addition, torque ripple observer compensation methods have been studied, but the characteristics during variable speed operation and on-line feedback suppression verification have been insufficient.

上記の課題に対し、電気・機械共振の元凶であるトルクリプルを高精度に抑制する目的で、軸トルクメータによるフィードバック抑制制御法を本願発明者等は既に提案している(例えば、非特許文献1参照)。この制御法は、トルクリプルの周期性に着目して脈動周波数成分毎に補償する制御系を構築すると共に、システム同定結果を用いて動作状態変化に即応するようパラメータを自動調整する機能を設けたものであり、この制御法の詳細を以下に説明する。   The inventors of the present application have already proposed a feedback suppression control method using an axial torque meter for the purpose of highly accurately suppressing torque ripple, which is a cause of electrical / mechanical resonance, in response to the above problems (for example, Non-Patent Document 1). reference). This control method focuses on the periodicity of torque ripple and constructs a control system that compensates for each pulsation frequency component, and also has a function that automatically adjusts parameters to respond quickly to changes in the operating state using the system identification result. The details of this control method will be described below.

(1)トルクリプル抑制制御装置の基本構成
図8は、従来のトルクリプル抑制制御装置の制御ブロック図である。同図は、モータによって負荷をトルク加振するシステムに適用したものである。
(1) Basic Configuration of Torque Ripple Suppression Control Device FIG. 8 is a control block diagram of a conventional torque ripple suppression control device. The figure is applied to a system in which a load is torque-excited by a motor.

トルクリプルの発生源となるモータ1と、何らかの負荷装置2をシャフト3で結合し、その軸トルクをトルクメータ4で計測してトルクリプル抑制装置5に入力する。また、ロータリエンコーダ等の回転位置センサ6を用いてモータの回転子位置(位相)情報を入力する。トルクリプル抑制装置5は、トルク脈動抑圧手段を搭載し、トルク指令値(あるいは速度指令値)に基づいて生成された電流指令値に、トルク脈動補償電流を上乗せした指令値をインバータ7に与える。図8の例では、インバータ7で電流ベクトル制御することを考慮して、モータの回転に同期した回転座標(直交dq軸)上のd軸、q軸電流指令値id*、iq*を与えている。 A motor 1 that is a torque ripple generation source and some load device 2 are coupled by a shaft 3, and its shaft torque is measured by a torque meter 4 and input to a torque ripple suppression device 5. Moreover, the rotor position (phase) information of a motor is input using rotational position sensors 6, such as a rotary encoder. The torque ripple suppression device 5 includes torque pulsation suppression means, and gives the inverter 7 a command value obtained by adding a torque pulsation compensation current to the current command value generated based on the torque command value (or speed command value). In the example of FIG. 8, in consideration of the current vector control by the inverter 7, the d-axis and q-axis current command values id * and iq * on the rotation coordinates (orthogonal dq axes) synchronized with the rotation of the motor are given. Yes.

トルクリプル(トルク脈動)はモータの構造上、回転子位置に応じて周期的に発生することが知られている。そこで、モータ回転に同期してトルクリプル周波数成分を抽出する手段を用い、任意次数nのトルクリプルを余弦、正弦係数TAn,TBn[Nm]に変換する。トルクリプル周波数成分の厳密な計測手段にはフーリエ変換などあがるが、演算容易性を重視すれば回転位相θ[rad]を基準とした単相の高調波回転座標系に低域通過フィルタを通すことでトルクリプル周波数成分を抽出することができる。 It is known that torque ripple (torque pulsation) periodically occurs according to the rotor position due to the structure of the motor. Therefore, means for extracting a torque ripple frequency component in synchronism with the motor rotation is used to convert the torque ripple of arbitrary order n into cosine and sine coefficients T An and T Bn [Nm]. The exact measurement means for torque ripple frequency components includes Fourier transform, but if importance is placed on the ease of operation, a low-pass filter can be passed through a single-phase harmonic rotation coordinate system based on the rotation phase θ [rad]. A torque ripple frequency component can be extracted.

トルクリプル抑制装置5では、上記の余弦、正弦係数TAn,TBnを用いてトルクリプル抑制制御を行い、任意周波数成分の補償電流iqc*[アンペア]の余弦/正弦係数IAn,IBn[アンペア]を生成する。補償電流iqc*への変換は、変換時と同じ回転位相θを用いて以下の(2)式で求め、この補償電流はq軸電流指令値に重畳して通常のベクトル制御を行う。 The torque ripple suppression device 5 performs torque ripple suppression control using the cosine and sine coefficients T An and T Bn described above, and the cosine / sine coefficients I An and I Bn [ampere] of the compensation current iqc * [ampere] of an arbitrary frequency component. Is generated. Conversion to the compensation current iqc * is obtained by the following equation (2) using the same rotation phase θ as that at the time of conversion, and this compensation current is superposed on the q-axis current command value and normal vector control is performed.

Figure 0005488043
Figure 0005488043

図9は、前記の軸トルクTdetと回転位相θからトルクリプルの余弦、正弦係数TAn,TBnを求め、これらと回転速度ωから補償電流余弦係数IAnおよび正弦係数IBnを求めてトルク周期性外来抑制の補償電流を求めるトルクリプル抑制装置の制御ブロック図である。図中の記号は、以下の意味である。 FIG. 9 shows the torque ripple cosine and sine coefficients T An and T Bn obtained from the shaft torque T det and the rotation phase θ, and the compensation current cosine coefficient I An and sine coefficient I Bn obtained from these and the rotation speed ω. It is a control block diagram of the torque ripple suppression apparatus which calculates | requires the compensation electric current of periodic external suppression. The symbols in the figure have the following meanings.

*:トルク指令値、Tdet:トルク検出値、TAn:n次トルク脈動抽出成分(余弦係数)、TBn:n次トルク脈動抽出成分(正弦係数)、ω:回転数検出値、θ:回転位相検出値、iqc*:トルクリプル補償電流、id:d軸電流検出値、id*:d軸電流指令値、iq:q軸電流検出値、iq*:q軸電流指令値、iu.iv.iw:u、v、w相電流、iqo*:q軸電流指令値(補償電流重畳前)、IAn:n次補償電流余弦係数、lBn:n次補償電流正弦係数、abz:回転センサ信号。なお、添え字のnはn次成分トルクリプルである。 T * : Torque command value, T det : Torque detection value, T An : n-th order torque pulsation extraction component (cosine coefficient), T Bn : n-th order torque pulsation extraction component (sine coefficient), ω: Rotation speed detection value, θ : Rotation phase detection value, iqc * : torque ripple compensation current, id: d-axis current detection value, id * : d-axis current command value, iq: q-axis current detection value, iq * : q-axis current command value, iu. iv. iw: u, v, w-phase current, iqo * : q-axis current command value (before compensation current superposition), I An : n-order compensation current cosine coefficient, l Bn : n-order compensation current sine coefficient, abz: rotation sensor signal . Note that the subscript n is an nth-order component torque ripple.

図9において、指令値変換部11は、トルク指令値T*から、ベクトル制御における回転dq座標系のd軸およびq軸電流指令値Id*、Iqo*に変換する。一般には、最大トルク/電流制御を実現するような変換数式やテーブルなどが用いられる。電流ベクトル制御部12は、q軸電流指令値iqo*にトルク脈動補償電流iqc*を重畳したものをq軸電流指令値iq*としてトルク脈動を抑制する。図9の例ではq軸電流指令値に補償電流iqcを重畳しているが、d軸電流、あるいはd軸とq軸の両方に与えても良い。あるいは、dq軸電流の干渉が問題にならないシステムであれば、トルク指令値に対して直接的にトルク脈動補償信号を重畳しても良い。 In FIG. 9, the command value conversion unit 11 converts the torque command value T * into the d-axis and q-axis current command values Id * and Iqo * of the rotation dq coordinate system in vector control. In general, conversion formulas and tables that realize maximum torque / current control are used. Current vector control unit 12 suppresses the torque ripple those superimposed torque pulsation compensation current iqc * the q-axis current command value Iqo * as q-axis current command value iq *. In the example of FIG. 9, the compensation current i qc is superimposed on the q-axis current command value, but it may be applied to the d-axis current or both the d-axis and the q-axis. Alternatively, in a system where interference of dq axis current does not become a problem, a torque pulsation compensation signal may be directly superimposed on the torque command value.

電流ベクトル制御部12は、一般的な直交回転座標系d軸q軸において、電流ベクトル制御の動作を行い、モータ(IPMSM)13をベクトル制御で駆動することで、負荷装置14を駆動する。座標変換部15は、電流センサ16で検出する3相交流電流iu、iv、iwとモータ回転位相θから、モータ回転座標に同期したdq軸直交回転座標系の電流id,iqに変換する。回転位相/速度検出部17は、エンコーダ等の回転位置センサ18の回転センサ信号abzから回転速度ωおよび回転位相θの情報に変換する。   The current vector control unit 12 drives the load device 14 by performing a current vector control operation on a general orthogonal rotating coordinate system d-axis q-axis and driving the motor (IPMSM) 13 by vector control. The coordinate conversion unit 15 converts the three-phase alternating currents iu, iv, iw and the motor rotation phase θ detected by the current sensor 16 into currents id, iq in a dq axis orthogonal rotation coordinate system synchronized with the motor rotation coordinates. The rotation phase / speed detection unit 17 converts the rotation sensor signal abz of the rotation position sensor 18 such as an encoder into information on the rotation speed ω and the rotation phase θ.

トルク脈動周波数成分抽出部19では、軸トルクメータ20で検出する軸トルク検出値Tdetと回転位相θからトルク周期性外乱を脈動周波数成分ごとに抽出する。代表的な手段としてフーリエ変換がある。脈動成分の抽出方法は任意であるが、演算簡素化の例として(3)〜(5)式のような手段を用いることにする。 The torque pulsation frequency component extraction unit 19 extracts torque periodic disturbance for each pulsation frequency component from the shaft torque detection value T det detected by the shaft torque meter 20 and the rotation phase θ. A representative means is Fourier transform. The method for extracting the pulsation component is arbitrary, but means such as equations (3) to (5) will be used as an example of simplifying the calculation.

Figure 0005488043
Figure 0005488043

£:ラプラス変換、ωf:脈動抽出ローパスフィルタ遮断周波数[rad/s]、s:ラプラス演算子
トルクリプル抑制制御部21では、トルクリプル周波数成分に同期した座標系で、その余弦係数成分IAnと正弦係数成分IBnのそれぞれを求める。このトルクリプル抑制制御部21の代表形態として周期性外乱オブザーバ補償法または補償電流フーリエ係数学習制御法を用いることができる。
£: Laplace transform, ω f : Pulsation extraction low-pass filter cutoff frequency [rad / s], s: Laplace operator The torque ripple suppression control unit 21 is a coordinate system synchronized with the torque ripple frequency component, and its cosine coefficient component I An and sine Each coefficient component I Bn is obtained. As a representative form of the torque ripple suppression control unit 21, a periodic disturbance observer compensation method or a compensation current Fourier coefficient learning control method can be used.

補償電流生成部22では、前記の(2)式で補償電流指令値iqc*を生成し、q軸電流指令値に重畳する。なお、同図ではq軸電流指令値に補償電流指令値を重畳するが、d軸電流指令値、d軸とq軸の双方の電流指令値、トルク指令値などに置き換えることも可能である。 The compensation current generator 22 generates a compensation current command value iqc * by the above equation (2) and superimposes it on the q-axis current command value. In the figure, the compensation current command value is superimposed on the q-axis current command value, but it can be replaced with a d-axis current command value, a current command value for both the d-axis and the q-axis, a torque command value, and the like.

(2)システムの同定
図8に示すようなシステム構成は、PMモータ1,負荷装置2,卜ルクメータ4,カップリング3等の慣性モーメントにより多慣性軸ねじれ共振系となる。軸トルク検出値をフィードバックする場合は複数の共振・反共振周波数があるため、動作状態に応じて適切に抑制制御パラメータを決定しなければならない。制御パラメータの学習時間か長いと電気・機械共振現象を増大させる危険があるため、速やかな自動調整機能が必要である。
(2) System Identification The system configuration as shown in FIG. 8 is a multi-inertia torsional resonance system due to the moment of inertia of the PM motor 1, the load device 2, the torque meter 4, the coupling 3, and the like. When the detected value of the shaft torque is fed back, since there are a plurality of resonance / anti-resonance frequencies, the suppression control parameter must be appropriately determined according to the operation state. If the learning time of the control parameter is long, there is a risk of increasing the electric / mechanical resonance phenomenon, so a quick automatic adjustment function is necessary.

そこで、非特許文献1では、回転速度変化に適応する可変ノミナル制御パラメータを導出するために、図8のトルクリプル抑制装置5の出力値から入力値までのシステム伝達特性、すなわち図9における補償電流指令値iqc*から軸トルク検出器4の検出値Tdetまでの周波数伝達特性を同定する。システム同定手法は任意であるが、開ループでiqc*にガウス性ノイズ信号を与えた時の軸トルク検出値Tdetを演算周期100μsで20秒間計測し、入出力のパワースペクトル密度の比から周波数伝達関数をノンパラメトリックに推定した結果を図10に示す(機械系,インバータ電流応答,トルクメータ応答,無駄時間などを含んだ実機の特性)。また、周波数伝達特性の傾向から4慣性系に近似した場合のパラメトリック同定結果も併せて示す。近似のための最適化手法にも種々の方式があるが、周波数領域でlkHzまでの振幅特性の誤差を評価し、制約付き非線形最小化(逐次2次計画法)を行った。 Therefore, in Non-Patent Document 1, in order to derive a variable nominal control parameter adapted to the rotational speed change, the system transfer characteristic from the output value to the input value of the torque ripple suppressing device 5 in FIG. 8, that is, the compensation current command in FIG. The frequency transfer characteristic from the value iqc * to the detection value T det of the shaft torque detector 4 is identified. The system identification method is arbitrary, but the shaft torque detection value T det when a Gaussian noise signal is given to iqc * in an open loop is measured for 20 seconds at a calculation period of 100 μs, and the frequency is calculated from the ratio of input and output power spectral densities. The result of non-parametric estimation of the transfer function is shown in FIG. 10 (actual machine characteristics including mechanical system, inverter current response, torque meter response, dead time, etc.). In addition, the result of parametric identification in the case of approximating a four-inertia system from the tendency of frequency transfer characteristics is also shown. There are various optimization methods for approximation, but errors in amplitude characteristics up to 1 kHz in the frequency domain were evaluated, and constrained nonlinear minimization (sequential quadratic programming) was performed.

図9ではトルクリプル周波数に同期した座標で制御系を構築するため、図10のシステム同定結果から任意の周波数伝達特性のみを抽出する。定常状態において、トルクリプル周波数に同期したシステムの振幅・位相伝達特性は1次元複素ベクトルで表現できるので、図9の制御系でのシステム特性Psysを下記の(6)式のように定義する。 In FIG. 9, in order to construct a control system with coordinates synchronized with the torque ripple frequency, only an arbitrary frequency transfer characteristic is extracted from the system identification result of FIG. In the steady state, the amplitude / phase transfer characteristic of the system synchronized with the torque ripple frequency can be expressed by a one-dimensional complex vector. Therefore, the system characteristic Psys in the control system of FIG. 9 is defined as the following equation (6).

Figure 0005488043
Figure 0005488043

Am:システム特性の実部、PBm:システム特性の虚部、m:システム同定テーブルの周波数要素番号
例えば、1〜1000[Hz]までのシステム特性をIHz毎に(3)式で表現した場合、1000個の複素ベクトルの要素からシステム同定テーブルを構築することができる。制御系で使用されるのは常に1つの複素ベクトルに限られ、回転速度変化(トルクリプル周波数変化)に応じて同定テーブルから瞬時にPAmとPBmを読み出し、線形補間を施して複素ベクトル化された同定結果を抑制制御に適用する。なお、回転位相を基準とした実部と虚部の軸を定義するため、(5)式における余弦係数は実部成分、正弦係数は虚部成分に対応する。
P Am : Real part of the system characteristic, P Bm : Imaginary part of the system characteristic, m: Frequency element number of the system identification table For example, the system characteristic from 1 to 1000 [Hz] is expressed by equation (3) for each IHz. In this case, the system identification table can be constructed from the elements of 1000 complex vectors. Only one complex vector is always used in the control system, and P Am and P Bm are instantaneously read from the identification table according to changes in the rotational speed (torque ripple frequency change), and converted into complex vectors by linear interpolation. The identified results are applied to suppression control. In addition, in order to define the axis | shaft of the real part and imaginary part on the basis of a rotation phase, the cosine coefficient in (5) Formula respond | corresponds to a real part component, and a sine coefficient corresponds to an imaginary part component.

(3)補償電流フーリエ係数学習制御法
前記の非特許文献1に方式1として記載されるトルクリプル抑制制御法であり、トルクリプル周波数成分のフーリエ係数として求め、これから前記(2)式の演算で補償電流iqc*を求める。この制御法では、トルクリプル周波数に同期した周波数成分のシステム伝達関数を1次元複素ベクトルで表現し、任意周波数成分のトルクリプルの実部・虚部をフーリエ変換等で抽出している。その余弦・正弦フーリエ係数を複素ベクトルの実部・虚部に当てはめて、フィードバック抑制制御系を構築する。
(3) Compensation current Fourier coefficient learning control method This is a torque ripple suppression control method described as method 1 in Non-Patent Document 1 described above, which is obtained as a Fourier coefficient of a torque ripple frequency component, and from this, the compensation current is calculated by the above equation (2). Find iqc * . In this control method, a system transfer function of a frequency component synchronized with the torque ripple frequency is expressed by a one-dimensional complex vector, and a real part and an imaginary part of the torque ripple of an arbitrary frequency component are extracted by Fourier transform or the like. By applying the cosine and sine Fourier coefficients to the real and imaginary parts of the complex vector, a feedback suppression control system is constructed.

補償電流係数はI−P(比例・積分)学習制御方式で求める。I−P抑制制御系の閉ループ特性が、モデルマッチング法によって任意の標準系規範モデルの極配置と一致するように比例・積分ゲインを決定する。また、それらは前記のシステム同定結果と回転速度情報を用いて自動的にパラメータを適応させるので、多慣性共振系システムヘの実装を容易にする。   The compensation current coefficient is obtained by an IP (proportional / integral) learning control method. The proportional / integral gain is determined by the model matching method so that the closed loop characteristic of the IP suppression control system matches the pole arrangement of an arbitrary standard system reference model. In addition, since the parameters are automatically adapted using the system identification result and the rotation speed information, the implementation to the multi-inertia resonance system is facilitated.

任意の定常動作点(定常トルク・定常回転数)において、抑制完了したときの補償電流信号の振幅・位相を保存し、それを複数の動作点で実施して、トルク・回転数の2次元テーブルとして実装する。この際、トルク・回転数情報をテーブルに入力し、読み出した補償電流振幅・位相データから補償電流を生成してフィードフォワード抑制することが可能となる。   Saves the amplitude and phase of the compensation current signal when suppression is completed at an arbitrary steady operating point (steady torque and steady rotational speed), and implements it at multiple operating points to create a two-dimensional table of torque and rotational speed Implement as At this time, it is possible to input the torque / rotational speed information into the table, generate a compensation current from the read compensation current amplitude / phase data, and suppress feedforward.

(4)周期性外乱オブザーバ補償法
前記の非特許文献1に方式2として記載されるトルクリプル抑制制御法である。前記補償電流フーリエ係数学習制御法での制御パラメータ自動調整手法は、I−P制御ゲインの調整を介して外乱を抑制するため、可変速運転に対する即応性が低下する。そのため、学習した結果を予めテーブル化しておき、フィードフォワード抑制する使い方を推奨している。
(4) Periodic disturbance observer compensation method This is a torque ripple suppression control method described as method 2 in Non-Patent Document 1 described above. Since the control parameter automatic adjustment method in the compensation current Fourier coefficient learning control method suppresses disturbance through the adjustment of the IP control gain, the responsiveness to variable speed operation decreases. For this reason, it is recommended that the learning results be tabulated in advance to suppress feedforward.

本方式の周期性外乱オブザーバ補償法は、周期性外乱オブザーバという考え方を用いて直接的にトルクリプル外乱を推定するため、上記の即応性の問題を改善できる。したがって、可変速・負荷変動を有するシステムに対しても常時オンラインフィードバックでトルクリプルを抑制できる。また、補償電流フーリエ係数学習制御法と同様に1次元複素ベクトルで表現したシステム同定結果を用いて、周期性外乱オブザーバの逆モデルを自動調整する機能を持たせることで、多慣性共振系システムヘの実装も容易になる特徴を持つ。   Since the periodic disturbance observer compensation method of the present method directly estimates the torque ripple disturbance using the concept of the periodic disturbance observer, it is possible to improve the above responsiveness problem. Therefore, torque ripple can always be suppressed by online feedback even for a system having variable speed and load fluctuation. Similarly to the compensation current Fourier coefficient learning control method, the system identification result expressed by a one-dimensional complex vector is used to provide a function for automatically adjusting the inverse model of the periodic disturbance observer. It has a feature that makes it easy to implement.

図11は周期性外乱オブザーバ補償法の演算ブロック図である。同図中、dIAn *:n次周期性外乱電流実部(余弦係数)指令値、dIBn *:n次周期性外乱電流虚部(正弦係数)指令値、iqcn:n次補償電流、dIAn:n次周期性外乱の実部(余弦)成分推定値、dIBn:n次周期性外乱の虚部(正弦)成分推定値、IAn:n次補償電流実部(余弦係数)、IBn:n次補償電流虚部(正弦係数)。 FIG. 11 is a calculation block diagram of the periodic disturbance observer compensation method. In the figure, dI An * : n-th order periodic disturbance current real part (cosine coefficient) command value, dI Bn * : n-th order periodic disturbance current imaginary part (sine coefficient) command value, iqcn: n-order compensation current, dI An : Real part (cosine) component estimated value of nth order periodic disturbance, dI Bn : Imaginary part (sine) component estimated value of nth order periodic disturbance, I An : Real part of nth order compensation current (cosine coefficient), I Bn : n-order compensation current imaginary part (sine coefficient).

同図は、トルクリプル周波数に同期した制御系のみを示しているので、システムの特性は1次元複素ベクトルで示される。すなわち、以下の(7)式で実システムを表現し、そのシステム同定結果を(8)式とする。なお、(8)式中の推定値には「^」記号をPの頂部に付して示すが、明細書中では「P^」のように記す。   Since the figure shows only the control system synchronized with the torque ripple frequency, the characteristics of the system are represented by a one-dimensional complex vector. That is, the real system is expressed by the following equation (7), and the system identification result is expressed by equation (8). The estimated value in the equation (8) is indicated by adding a “^” symbol to the top of P, but in the specification, it is indicated as “P ^”.

Figure 0005488043
Figure 0005488043

An:n次トルクリプル周波数成分のシステム実部、PBn:n次トルクリプル周波数成分のシステム虚部、P^An:n次トルクリプル周波数成分のシステム実部推定値、P^Bn:n次トルクリプル周波数成分のシステム虚部推定値
図中のトルクリプル抽出部のローパスフィルタ伝達関数は前記(5)式より、以下の(9)式となる。
P An : System real part of n-th order torque ripple frequency component, P Bn : System imaginary part of n-th order torque ripple frequency component, P ^ An : System real part estimated value of n-th order torque ripple frequency component, P ^ Bn : n-th order torque ripple frequency Estimated value of system imaginary part of component The low-pass filter transfer function of the torque ripple extractor in the figure is represented by the following equation (9) from the equation (5).

Figure 0005488043
Figure 0005488043

図11は、一般的な従来の外乱オブザーバと同じ構成であるが、周期性外乱のみに着目しているため、システム特性は(7)式のように1次元複素ベクトルで表され、オブザーハ部の逆システムP^sys-1はシステム同定結果を用いて(8)式の逆数で簡単に示すことができる。 FIG. 11 has the same configuration as that of a general conventional disturbance observer. However, since attention is paid only to periodic disturbance, the system characteristic is expressed by a one-dimensional complex vector as shown in Equation (7). The inverse system P ^ sys -1 can be simply indicated by the reciprocal of the equation (8) using the system identification result.

Figure 0005488043
Figure 0005488043

周期性外乱オブザーバは、上記の複素ベクトル演算した後に、周期性外乱(トルクリプル)の実部成分と虚部成分をそれぞれ推定する。周期性外乱推定値実部dIAnおよび虚部dIBnは、図11のごとく、その外乱成分を打ち消すように補償電流として与えればよい。通常は、周期性外乱電流指令値IAn *、IBn *をゼロとすることで、その周波数成分の外乱電流を抑制できる。 The periodic disturbance observer estimates the real part component and the imaginary part component of the periodic disturbance (torque ripple) after performing the above complex vector calculation. The periodic disturbance estimated value real part dI An and imaginary part dI Bn may be given as compensation currents so as to cancel the disturbance components as shown in FIG. Usually, by setting the periodic disturbance current command values I An * and I Bn * to zero, the disturbance current of the frequency component can be suppressed.

只野 他、「PMモータの周期性外乱に着目したトルクリプル抑制制御法の検討」、平成21年電気学会産業応用部門大会、I−615〜618、会期:平成21年8月31日〜9月2日、会場:三重大学Kanno et al., “Examination of torque ripple suppression control method focusing on periodic disturbance of PM motor”, 2009 IEEJ Industrial Application Division Conference, I-615-618, Date: August 31-September 2, 2009 Sun, venue: Mie University

複数の周波数成分の正弦波トルク指令で加振・重畳して任意トルク波形を生成するモータの制御装置において、トルク加振周波数が電気機械系システムの共振点に一致すると、トルク波形が共振して振動・騒音・機器破損・計測障害などの種々の問題を引き起こす。また、モータのトルク周期性外乱も機械共振によって同様の問題を引き起こす。   In a motor control device that generates an arbitrary torque waveform by oscillating and superimposing sine wave torque commands of multiple frequency components, the torque waveform resonates when the torque excitation frequency matches the resonance point of the electromechanical system. Causes various problems such as vibration, noise, equipment damage, and measurement problems. In addition, torque periodic disturbance of the motor causes similar problems due to mechanical resonance.

非特許文献1に記載される補償電流フーリエ係数学習制御法および周期性外乱オブザーバ補償法では、基本的にトルクリプル外乱を抑制できるが、上記のトルク加振などでシステムにトルク共振が発生してしまう。すなわち、周期性外乱の抑制には対応しているが、トルク加振などで加えられるトルク指令値による電気・機械系の共振現象の抑制には対応していない。   The compensation current Fourier coefficient learning control method and the periodic disturbance observer compensation method described in Non-Patent Document 1 can basically suppress torque ripple disturbance, but torque resonance occurs in the system due to the above-described torque excitation or the like. . That is, although it corresponds to suppression of periodic disturbance, it does not correspond to suppression of the resonance phenomenon of the electric / mechanical system by a torque command value applied by torque excitation or the like.

さらに、補償電流フーリエ係数学習制御法では、オンラインでトルクリプルを抑制可能とするには補償電流をテーブル化する必要があるが、この補償電流テーブル方式ではシステムの制御パラメータの変動には対応できない。   Furthermore, in the compensation current Fourier coefficient learning control method, it is necessary to tabulate the compensation current in order to be able to suppress torque ripple online, but this compensation current table method cannot cope with fluctuations in system control parameters.

本発明の目的は、トルク加振など、モータに任意波形のトルク出力を発生させるモータ制御装置におけるモータのトルク出力の周期性外乱および電気・機械共振をオンラインで抑制できるモータのトルク制御装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a motor torque control device capable of suppressing on-line periodic disturbance of motor torque output and electrical / mechanical resonance in a motor control device that generates torque output of an arbitrary waveform such as torque excitation. There is to do.

本発明は、前記の課題を解決するため、任意波形のトルク指令値でモータの出力を制御するモータのトルク制御装置において、モータのトルク出力からトルク周期性外乱をオブザーバで直接に推定してトルク指令値補正してトルク周期性外乱を抑制し、トルク出力の周波数成分による電気・機械系の共振現象を、トルク指令値からトルク検出値までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いた共振抑制テーブルまたは共振抑制演算でトルク指令値を生成する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a motor torque control device that controls the output of a motor with a torque command value having an arbitrary waveform, and estimates torque periodic disturbance from the torque output of the motor directly by an observer. By correcting the command value to suppress torque periodic disturbance, the resonance phenomenon of the electrical / mechanical system due to the frequency component of the torque output is identified as a system transfer function for each frequency component from the torque command value to the torque detection value, and this frequency A torque command value is generated by a resonance suppression table or a resonance suppression calculation using the reciprocal of the identification result for each component.

また、任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク成分はd軸q軸電流指令値に変換し、直流以外のトルク成分はオブザーバが周期性外乱を複素ベクトルで表現して周期性外乱を求める場合の実部成分と虚部成分に分解して該オブザーバに周期性外乱電流指令値として入力する。   Also, the torque command value of an arbitrary waveform is separated into a torque component other than DC and a torque component other than DC, the torque component of DC is converted into a d-axis q-axis current command value, and the torque component other than DC is cycled by the observer. When a periodic disturbance is obtained by expressing a periodic disturbance by a complex vector, it is decomposed into a real part component and an imaginary part component and input to the observer as a periodic disturbance current command value.

以上のことから、本発明は、以下の構成を特徴とする。   From the above, the present invention is characterized by the following configurations.

(1)負荷装置を駆動するモータを、任意波形のトルク指令値に出力制御するトルク制御回路を設けたモータのトルク制御装置において、
モータのトルク出力からトルク周期性外乱をオブザーバで直接に推定し、この推定値でトルク指令値を補正してトルク周期性外乱を抑制する周期性外乱抑制制御手段と、
前記トルク出力の周波数成分による電気・機械系の共振現象を、前記トルク指令値からトルク検出値までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いた共振抑制テーブルまたは共振抑制演算でトルク指令値を生成する機械共振抑制制御手段を備えたことを特徴とする。
(1) In a torque control device for a motor provided with a torque control circuit for controlling output of a motor for driving a load device to a torque command value having an arbitrary waveform,
A periodic disturbance suppression control means for estimating torque periodic disturbance directly from the torque output of the motor with an observer, correcting the torque command value with this estimated value and suppressing the torque periodic disturbance;
The resonance phenomenon of the electrical / mechanical system due to the frequency component of the torque output is identified as a system transfer function for each frequency component from the torque command value to the torque detection value, and the resonance using the reciprocal of the identification result for each frequency component is identified. A mechanical resonance suppression control means for generating a torque command value by a suppression table or a resonance suppression calculation is provided.

(2)前記機械共振抑制制御手段は、前記システム同定結果を、システム特性を近似的な数式で表現することを特徴とする。   (2) The mechanical resonance suppression control means expresses the system identification result by an approximate mathematical expression of a system characteristic.

(3)前記トルク制御回路は、前記トルク指令値をベクトル制御における回転座標系のd軸q軸電流指令値に変換してモータ電流を制御する構成とし、
前記周期性外乱抑制制御手段は、前記q軸電流指令値から卜ルク検出値までのシステム同定結果に基づいて、その逆数を用いて周波数成分ごとに前記q軸電流指令値のみのトルク指令値を生成することを特徴とする。
(3) The torque control circuit is configured to control the motor current by converting the torque command value into a d-axis q-axis current command value of a rotating coordinate system in vector control,
The periodic disturbance suppression control means, based on the system identification result from the q-axis current command value to the power detection value, uses the reciprocal thereof to calculate the torque command value of only the q-axis current command value for each frequency component. It is characterized by generating.

(4)前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク指令値はd軸q軸電流指令値の直流分として生成し、直流以外のトルク指令値は前記共振抑制テーブルまたは共振抑制演算で共振抑制を考慮したq軸電流指令値に変換することを特徴とする。   (4) The mechanical resonance suppression control means separates a torque command value having an arbitrary waveform having a plurality of frequency components including a DC component into a torque component other than a DC component and a torque component other than a DC component. It is generated as a direct current component of the d-axis q-axis current command value, and a torque command value other than the direct current is converted into a q-axis current command value considering resonance suppression in the resonance suppression table or the resonance suppression calculation.

(5)前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク成分はd軸q軸電流指令値に変換し、直流以外のトルク成分は前記共振抑制テーブルまたは共振抑制演算により機械共振特性を考慮したトルク指令値に変換することを特徴とする。   (5) The mechanical resonance suppression control means separates an arbitrary waveform torque command value having a plurality of frequency components including a DC component into a torque component other than a DC component and a torque component other than a DC component, and the torque component of the DC component is d The torque component other than the direct current is converted into a torque command value considering mechanical resonance characteristics by the resonance suppression table or the resonance suppression calculation.

(6)前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク成分はd軸q軸電流指令値に変換し、直流以外のトルク成分は前記オブザーバが周期性外乱を複素ベクトルで表現して周期性外乱を求める場合の実部成分dIAn *(余弦係数成分)と虚部成分dIBn *(正弦係数成分)に分解して該オブザーバに周期性外乱電流指令値として入力することを特徴とする。 (6) The mechanical resonance suppression control means separates the torque command value having an arbitrary waveform having a plurality of frequency components including a DC component into a torque component other than a DC component and a torque component other than a DC component. The torque component other than DC is converted into the q-axis current command value, and the real part component dI An * (cosine coefficient component) and the imaginary part when the observer obtains the periodic disturbance by expressing the periodic disturbance as a complex vector It is characterized in that it is decomposed into a component dI Bn * (sine coefficient component) and inputted to the observer as a periodic disturbance current command value.

(7)前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク成分はd軸q軸電流指令値に変換し、直流以外のトルク成分から前記トルクリプル周期性外乱と同期する周波数成分のみを抽出して前記オブザーバが周期性外乱を複素ベクトルで表現して周期性外乱を求める場合の実部成分dIAn *(余弦係数成分)と虚部成分dIBn *(正弦係数成分)に分解して該オブザーバに周期性外乱電流指令値として入力することを特徴とする。 (7) The mechanical resonance suppression control means separates a torque command value having an arbitrary waveform having a plurality of frequency components including a DC component into a torque component other than a DC component and a torque component other than a DC component, and the torque component of the DC component is d When converting to an axis q-axis current command value, extracting only frequency components synchronized with the torque ripple periodic disturbance from torque components other than DC, and the observer expressing the periodic disturbance by a complex vector to obtain the periodic disturbance The real part component dI An * (cosine coefficient component) and the imaginary part component dI Bn * (sinusoidal coefficient component) are decomposed and input to the observer as a periodic disturbance current command value.

(8)前記機械共振抑制制御手段および前記周期性外乱抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を重ね合わせて任意波形のトルク出力を発生させる場合、並列かつ独立に任意周波数成分別のトルク指令値、複素ベクトル表現の電流指令値を生成することを特徴とする。   (8) When the mechanical resonance suppression control unit and the periodic disturbance suppression control unit generate torque output of an arbitrary waveform by superimposing arbitrary torque command values having a plurality of frequency components including a DC component, In addition, a torque command value for each arbitrary frequency component and a current command value in a complex vector representation are generated independently.

以上のとおり、本発明によれば、モータのトルク出力からトルク周期性外乱をオブザーバで直接に推定してトルク指令値補正してトルク周期性外乱を抑制し、トルク出力の周波数成分による電気・機械系の共振現象を、トルク指令値からトルク検出値までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いた共振抑制テーブルまたは共振抑制演算でトルク指令値を生成するようにしたため、トルク加振装置など、モータに任意波形のトルク出力を発生させるモータ制御装置におけるモータのトルク出力の周期性外乱抑制および機械共振抑制をオンラインでできる。   As described above, according to the present invention, the torque periodic disturbance is directly estimated by the observer from the torque output of the motor and the torque command value is corrected to suppress the torque periodic disturbance. The resonance phenomenon of the system is identified as a system transfer function for each frequency component from the torque command value to the torque detection value, and the torque command value is calculated using the resonance suppression table or resonance suppression calculation using the reciprocal of the identification result for each frequency component. Since it is generated, periodic disturbance suppression and mechanical resonance suppression of the torque output of the motor can be performed online in a motor control device that generates torque output of an arbitrary waveform in the motor, such as a torque excitation device.

また、任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク成分はd軸q軸電流指令値に変換し、直流以外のトルク成分はオブザーバが周期性外乱を複素ベクトルで表現して周期性外乱を求める場合の実部成分と虚部成分に分解して該オブザーバに周期性外乱電流指令値として入力するようにしたため、トルクリプル周波数とトルク指令周波数が一致した場合の干渉による不安定動作を解消できる。   Also, the torque command value of an arbitrary waveform is separated into a torque component other than DC and a torque component other than DC, the torque component of DC is converted into a d-axis q-axis current command value, and the torque component other than DC is cycled by the observer. When the periodic disturbance is expressed by a complex vector and decomposed into a real part component and an imaginary part component and input to the observer as a periodic disturbance current command value, the torque ripple frequency and the torque command frequency are Unstable operation due to interference in case of coincidence can be eliminated.

トルク制御装置の制御ブロック図(実施形態1)。A control block diagram of a torque control device (embodiment 1). 周期性外乱オブザーバのブロック図。The block diagram of a periodic disturbance observer. トルク制御装置の制御ブロック図(実施形態2)。A control block diagram of a torque control device (second embodiment). トルク制御装置の制御ブロック図(実施形態3)。A control block diagram of a torque control device (embodiment 3). 周期性外乱オブザーバのブロック図。The block diagram of a periodic disturbance observer. トルク制御装置の制御ブロック図(実施形態4)。A control block diagram of a torque control device (embodiment 4). トルク制御装置の制御ブロック図(実施形態5)。The control block diagram of a torque control device (embodiment 5). 従来のトルク制御装置の構成図。The block diagram of the conventional torque control apparatus. 従来のトルク制御装置の制御ブロック図。The control block diagram of the conventional torque control apparatus. トルク制御装置の周波数伝達関数の例。The example of the frequency transfer function of a torque control apparatus. 周期性外乱オブザーバによるシステム同定のブロック図。The block diagram of the system identification by a periodic disturbance observer.

(実施形態1)
本実施形態の基本構成図を図1に示す。図2は、図1におけるトルクリプル抑制制御部の代表形態である周期性外乱オブザーバの演算ブロック構成を示す。
(Embodiment 1)
A basic configuration diagram of this embodiment is shown in FIG. FIG. 2 shows a calculation block configuration of a periodic disturbance observer which is a representative form of the torque ripple suppression control unit in FIG.

本実施形態は、図1が図9と異なる部分は、図2に示す周期性外乱オブザーバによるトルクの周期性外乱抑制を行うと同時に、電気・機械系の共振を抑制する機械共振抑制制御手段として軸トルク指令Tsh*から機械共振特性を考慮したトルク指令値T*に変換する共振抑制テーブル23を設けた点にある。 In this embodiment, FIG. 1 differs from FIG. 9 as mechanical resonance suppression control means for suppressing periodic resonance of torque by the periodic disturbance observer shown in FIG. 2 and simultaneously suppressing resonance of the electric / mechanical system. A resonance suppression table 23 for converting the shaft torque command Tsh * into a torque command value T * considering the mechanical resonance characteristics is provided.

ここで、共振抑制テーブル23の実現方法を説明する。共振抑制テーブル23は、システム同定結果に基づいて構成する(同定結果でなく、システム特性を近似式等で表現してもよいが、本実施形態では精密に得られた同定結果を用いる例を考える)、同定入力「トルク指令値T*」から同定出力「トルク検出値Tdet」までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いて構成する。システム同定は一般的な技術であるため、手法の詳細は特に限定しない。例えば、トルク指令値T*にホワイトノイズを同定入力信号して与え、そのときの出力信号(Tdet)を観測して記録する。入力・出力の記録データから周波数伝達関数を求めれば、周波数成分ごとのシステム伝達特性(同定結果)が入手できる。 Here, a method of realizing the resonance suppression table 23 will be described. The resonance suppression table 23 is configured based on the system identification result (not the identification result but the system characteristic may be expressed by an approximate expression or the like, but in the present embodiment, an example using a precisely obtained identification result is considered. ), An identification input “torque command value T * ” to an identification output “torque detection value T det ” is identified as a system transfer function for each frequency component, and is configured using the reciprocal of the identification result for each frequency component. Since system identification is a general technique, details of the method are not particularly limited. For example, white noise is given as an identification input signal to the torque command value T *, and the output signal (T det ) at that time is observed and recorded. If the frequency transfer function is obtained from the input / output recorded data, the system transfer characteristic (identification result) for each frequency component can be obtained.

同定結果は下記の(12)式のとおり、周波数成分ごとに1次元複素ベクトルで表現してテーブル化する。mは周波数成分を表すテーブル要素番号、Nはテーブルの要素数を示している。実際に使用するときは所望の加振周波数成分に対応する1次元複素ベクトルのみをテーブルから抽出して使用する。   The identification result is expressed in a table by expressing it as a one-dimensional complex vector for each frequency component as shown in the following equation (12). m represents a table element number representing a frequency component, and N represents the number of elements in the table. When actually used, only a one-dimensional complex vector corresponding to a desired excitation frequency component is extracted from the table and used.

Figure 0005488043
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(12)式中、Nはテーブルの周波数分解能を決定づける任意自然数で、例えばN=1000個でIHzごとにテーブルを構成した場合は、1〜1000Hzまでを1Hz刻みで表現できる。PAm:システム同定結果の実部m番目要素、PBm:システム同定結果の虚部m番目要素。 In the equation (12), N is an arbitrary natural number that determines the frequency resolution of the table. For example, when N = 1000 and the table is configured for each IHz, 1 to 1000 Hz can be expressed in 1 Hz increments. P Am : real part m-th element of system identification result, P Bm : imaginary part m-th element of system identification result.

上記の(12)式で表現したPTmはm番目要素に対応する周波数成分におけるトルク指令T*からトルク検出値Tdetまでの伝達特性を示しているので、その逆算値、すなわち逆特性PTm -1を介して所望の加振トルク指令値Tsh*を入力すれば、システム共振特性を予め考慮したトルク指令値T*を生成することができる。(12)式の逆数であるPTm -1は、1次元複素ベクトルの逆数の集合データとなるので容易に計算できる。 Since P Tm expressed by the above equation (12) indicates the transfer characteristic from the torque command T * to the torque detection value T det in the frequency component corresponding to the m-th element, its reverse calculation value, that is, the reverse characteristic P Tm When a desired excitation torque command value Tsh * is input via −1 , it is possible to generate a torque command value T * in consideration of the system resonance characteristics in advance. Since P Tm −1 which is the reciprocal of the equation (12) is the set data of the reciprocal of the one-dimensional complex vector, it can be easily calculated.

したがって、図1の共振抑制テーブル23には、予め計算したシステム逆特性PTm -1のテーブルを与える。共振抑制テーブル23から抽出する周波数成分は、加振トルク指令値の周波数成分に一致させる。なお、上記の共振抑制テーブル23は回転速度ωをパラメータとした関数式で表現し、この関数式に従った演算でトルク指令T*をオンラインで求めることも可能である。 Therefore, the table of the system inverse characteristic P Tm −1 calculated in advance is given to the resonance suppression table 23 of FIG. The frequency component extracted from the resonance suppression table 23 is matched with the frequency component of the excitation torque command value. The resonance suppression table 23 described above can be expressed by a functional expression using the rotational speed ω as a parameter, and the torque command T * can be obtained online by calculation according to the functional expression.

トルクリプル抑制制御部21については、前記の周期性外乱オブザーバ補償法と同等の構成であり、外乱電流指令値dIAn=0、dIBn=0としておけば、周期性外乱をオンラインで学習して抑制できる。 The torque ripple suppression control unit 21 has the same configuration as the periodic disturbance observer compensation method described above. If the disturbance current command values dI An = 0 and dI Bn = 0, the periodic disturbance is learned and suppressed online. it can.

本実施形態によれば、加振トルク指令が電気−機械系の共振点に一致しても、危険なトルク共振現象を発生することなく、安全かつ良好に軸トルク波形を所望値に制御することができる。さらに、トルクの周期性外乱についてもオブザーバによってオンラインで抑制制御を同時に行う構成とすることで、周期性のある外乱抑制・目標値応答の双方を同時に実現できる。   According to this embodiment, even if the excitation torque command coincides with the resonance point of the electro-mechanical system, the shaft torque waveform can be controlled safely and satisfactorily to a desired value without causing a dangerous torque resonance phenomenon. Can do. Furthermore, with regard to the periodic disturbance of torque, it is possible to simultaneously realize both periodic disturbance suppression and target value response by simultaneously performing suppression control online by an observer.

一般に多慣性共振系システムは高次の複雑なシステムとなり、制御器も複雑な演算を要求される場合が多い。本実施形態を用いれば、逆モデル特性も1次元複素ベクトルで表されるため、比較的容易に抑制制御系を設計できる利点がある。   In general, the multi-inertia resonance system is a high-order complex system, and the controller is often required to perform complicated calculations. If this embodiment is used, since the inverse model characteristic is also represented by a one-dimensional complex vector, there is an advantage that the suppression control system can be designed relatively easily.

(実施形態2)
モータが埋込磁石同期電動機(IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)の場合は、d軸電流を用いてリラクタンストルクを有効活用するのが通例である。例えば最大トルクが得られるようにd軸電流とq軸電流の割合を制御する。一般には理論的な変換数式や、調整可能な変換テーブルを用いてトルク指令からid、iq電流指令値に変換している。
(Embodiment 2)
When the motor is an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM), it is customary to effectively utilize the reluctance torque using the d-axis current. For example, the ratio of the d-axis current and the q-axis current is controlled so that the maximum torque can be obtained. In general, torque commands are converted into id and iq current command values using theoretical conversion formulas and adjustable conversion tables.

上記の実施形態では、加振周波数成分を含むトルク指令をid、iq電流指令値に変換してベクトル制御を行っている。つまり、id、iq電流指令の双方が加振周波数成分を有することになる。IPMSMは構造上、負荷や回転数に依存して複雑なトルク発生メカニズムを持っており、トルク誤差を発生しやすい。そのようなモータに対してd軸、q軸電流を加振した場合、上述の誤差やトルクリプル特性などの影響を受けて、より複雑な周波数成分のトルクを発生してしまう可能性がある。   In the above embodiment, the vector control is performed by converting the torque command including the excitation frequency component into the id and iq current command values. That is, both id and iq current commands have an excitation frequency component. The IPMSM has a complicated torque generation mechanism depending on the load and the rotational speed because of its structure, and is likely to generate a torque error. When d-axis and q-axis currents are vibrated to such a motor, there is a possibility that torque having a more complicated frequency component is generated due to the influence of the above-described error and torque ripple characteristics.

IPMSMの最も単純なトルク式は(13)式で示されるが、右辺ではidとiqの乗算が行われるため、双方に加振周波数成分があると2倍の周波数を発生する。また、実際にはトルクリプルがあるので.(13)式のような単純な近似式ではトルクに含まれる周波数成分を正確に表現できない。   The simplest torque equation of IPMSM is expressed by equation (13). However, since id and iq are multiplied on the right side, if there is an excitation frequency component in both, a double frequency is generated. Also, since there is actually torque ripple. A simple approximate expression such as expression (13) cannot accurately represent the frequency component included in the torque.

Figure 0005488043
Figure 0005488043

T:トルク、Φ:永久磁石による鎖交磁束数、Ld:d軸インダクタンス、Lq:q軸インダクタンス、p:極対数
このように、上述する種々の原因から、モータが発生するトルクには複雑な周波数成分を含まれている。そこで、本実施形態では、d軸とq軸電流の加振周波数の誤差と干渉による悪影響を低減するため、q軸電流のみを用いて加振する。図3は、本実施形態の基本構成図であり、図1と異なる部分は、軸トルク指令分離部24を追加した点にある。
T: Torque, Φ: Number of flux linkages by permanent magnets, Ld: d-axis inductance, Lq: q-axis inductance, p: number of pole pairs As described above, the torque generated by the motor is complicated due to the various causes described above. Contains frequency components. Therefore, in the present embodiment, the vibration is performed using only the q-axis current in order to reduce the adverse effects of the error and interference between the vibration frequencies of the d-axis and the q-axis current. FIG. 3 is a basic configuration diagram of the present embodiment, and a difference from FIG. 1 is that a shaft torque command separating unit 24 is added.

軸トルク指令分離部24は、任意波形(すなわち複数の周波数成分を含む)の軸トルク指令値Tsh*から、直流成分T0 *と加振成分Tvib*(直流以外の複数の周波数成分)を分離する。分離方法は任意である。例えば、任意波形の指令値を生成する際、予め直流分とそれ以外の周波数成分の指令値を分けて指令してもよいし、混合された指令値であっても高域通過フィルタ(ハイパスフィルタ)を用いて直流以外の成分を分離することができる。 The shaft torque command separation unit 24 separates the direct current component T 0 * and the excitation component Tvib * (a plurality of frequency components other than the direct current) from the shaft torque command value Tsh * of an arbitrary waveform (that is, including a plurality of frequency components). To do. The separation method is arbitrary. For example, when generating a command value of an arbitrary waveform, the command value of the DC component and other frequency components may be separately commanded in advance, or even a mixed command value may be a high-pass filter (high-pass filter). ) Can be used to separate components other than direct current.

上記で分離したトルク指令の直流成分T0 *は、通常のトルク−id、iq電流変換部11を介してd軸電流指令値id*、q軸電流指令値(直流分)iqo*に変換する。一方、加振トルク指令値Tvib*は、共振抑制テーブル23Aを用いて、加振トルク指令値による共振現象を抑制する。ただし、ここで用いる共振抑制テーブル23Aは前述の実施形態とは異なる。 The DC component T 0 * of the torque command separated as described above is converted into the d-axis current command value id * and the q-axis current command value (DC component) iqo * via the normal torque-id, iq current conversion unit 11. . On the other hand, the excitation torque command value Tvib * uses the resonance suppression table 23A to suppress the resonance phenomenon caused by the excitation torque command value. However, the resonance suppression table 23A used here is different from that of the above-described embodiment.

本実施形態では、加振トルク指令からq軸電流指令値に変換するため、下記の(14)式に示す加振電流指令値iqvib*からトルク検出値Tdetまでのシステム同定結果Piqを用いて、その逆数Piq -1(逆モデル)を共振抑制テーブルとして与える。(基本原理説明は実施形態1に示した通り。) In this embodiment, in order to convert the vibration torque command into the q-axis current command value, the system identification result P iq from the vibration current command value iqvib * to the torque detection value T det shown in the following equation (14) is used. The reciprocal P iq −1 (inverse model) is given as a resonance suppression table. (The basic principle description is as shown in the first embodiment.)

Figure 0005488043
Figure 0005488043

Aiqm:システム同定結果の実部m番目要素、PBiqm:システム同定結果の虚部m番目要素
なお、トルクリプル周期性外乱抑制については、実施形態1と同様に、外乱電流指令値dlAn、dIBnをゼロとしておけば周期性外乱をオンラインで学習して抑制できる。そして、図3に示すとおり、共振抑制を考慮した加振電流指令値iqvib*とトルクリプル補償電流iqc*は、共にq軸電流指令値に重畳してiq*を生成する。
P Aiqm : Real part m-th element of system identification result, P Biqm : Imaginary part m-th element of system identification result As for torque ripple periodic disturbance suppression, disturbance current command values dl An and dI are the same as in the first embodiment. If Bn is set to zero, periodic disturbances can be learned and suppressed online. Then, as shown in FIG. 3, the excitation current command value iqvib * and the torque ripple compensation current iqc * considering resonance suppression are both superimposed on the q-axis current command value to generate iq * .

本実施形態によれば、直流トルク成分と分離しつつ、q軸電流指令によるトルク加振を用いることで、トルクリプルやd軸・q軸電流加振の干渉によるトルク波形ひずみやトルク誤差の悪影響を低減することができる。   According to this embodiment, by using torque excitation by the q-axis current command while separating from the DC torque component, torque waveform distortion and torque error due to interference of torque ripple and d-axis / q-axis current excitation can be reduced. Can be reduced.

(実施形態3)
上記の実施形態1,2ではオンラインでトルクリプル周期性外乱を抑制すると同時に、加振トルク指令値に対しても電気・機械共振を起こさないシステムを実現できる。しかしながら、トルクリプル周波数と加振トルク指令周波数が一致した場合、加振したい周波数成分まで周期性外乱と見なしてトルクリプル抑制制御系が機能してしまう。そのため、上記の条件では所望の卜ルクが得られず、不安定な動作となる可能性がある。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, it is possible to realize a system that suppresses torque ripple periodic disturbance online and does not cause electrical / mechanical resonance even with respect to the excitation torque command value. However, when the torque ripple frequency and the excitation torque command frequency coincide with each other, the torque ripple suppression control system functions as a periodic disturbance up to the frequency component desired to be excited. Therefore, the desired condition cannot be obtained under the above conditions, and an unstable operation may occur.

本実施形態以降の実施形態では、上記のトルクリプル抑制制御系と加振トルク共振抑制系の干渉問題を解決できるトルク制御装置を提案するものである。   In the embodiments after this embodiment, a torque control device that can solve the interference problem between the torque ripple suppression control system and the excitation torque resonance suppression system is proposed.

本実施形態の基本構成図を図4に示し、図5には図4におけるトルクリプル抑制制御部21の代表形態である周期性外乱オブザーバの演算ブロックを示す。図4において、加振周波数成分抽出部25は、任意波形(すなわち複数の周波数成分を含む)の軸トルク指令値Tsh*から、直流成分T0 *と加振成分Tvib*(直流以外の複数の周波数成分)を分離する。分離方法は任意である。例えば、任意波形の指令値を生成する際、予め直流分とそれ以外の周波数成分の指令値を分けて指令してもよいし、混合された指令値であっても高域通過フィルタ(ハイパスフィルタ)を用いる、あるいはフーリエ変換や(3)〜(5)式で示したような周波数成分抽出方法を用いて直流以外の成分を分離することができる。 FIG. 4 shows a basic configuration diagram of this embodiment, and FIG. 5 shows a calculation block of a periodic disturbance observer, which is a representative form of the torque ripple suppression control unit 21 in FIG. In FIG. 4, the excitation frequency component extraction unit 25 obtains a DC component T 0 * and an excitation component Tvib * (a plurality of components other than DC) from the shaft torque command value Tsh * of an arbitrary waveform (that is, including a plurality of frequency components). Frequency component). The separation method is arbitrary. For example, when generating a command value of an arbitrary waveform, the command value of the DC component and other frequency components may be separately commanded in advance, or even a mixed command value may be a high-pass filter (high-pass filter). ), Or a component other than direct current can be separated using a Fourier transform or a frequency component extraction method as shown in the equations (3) to (5).

上記で分離した軸トルク指令値の直流成分T0 *は、トルク−id、iq電流変換部11を介してd軸電流指令値id*、q軸電流指令値(直流分)iqo*に変換する。一方、加振トルク指令値Tvib*は、共振抑制テーブル23Bを用いて、加振トルク指令値による共振現象を抑制する。ただし、ここで用いる共振抑制テーブル23Bは前述の実施形態とは異なり、軸トルク指令値Tsh*から機械共振特性を考慮したトルク指令値に変換する。 The DC component T 0 * of the shaft torque command value separated as described above is converted into the d-axis current command value id * and the q-axis current command value (DC component) iqo * via the torque-id, iq current conversion unit 11. . On the other hand, the excitation torque command value Tvib * suppresses the resonance phenomenon caused by the excitation torque command value using the resonance suppression table 23B. However, unlike the above-described embodiment, the resonance suppression table 23B used here converts the shaft torque command value Tsh * into a torque command value considering the mechanical resonance characteristics.

共振抑制テーブル23Bは、システム同定結果に基づいて構成し(同定結果でなく、システム特性を示す近似式等でもよいが、本実施形態では精密に得られた同定結果を用いる例を考える)、同定入力「補償電流指令値iqc*」から同定出力「トルク検出値Tdet」までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いて構成する。システム同定は一般的な技術であるため、手法の詳細は特に限定しない。例えば、補償電流指令値iqc*には同定入力信号してホワイトノイズを与え、そのときの出力信号(Tdet)を観測して記録する。入力・出力の記録データから周波数伝達関数を求めれば、周波数成分ごとのシステム伝達特性(同定結果)が入手できる。 The resonance suppression table 23B is configured based on the system identification result (although it may be an approximate expression indicating the system characteristics instead of the identification result, in this embodiment, an example using a precisely obtained identification result is considered). It is identified as a system transfer function for each frequency component from the input “compensation current command value iqc * ” to the identification output “torque detection value T det ”, and is constructed using the reciprocal of the identification result for each frequency component. Since system identification is a general technique, details of the method are not particularly limited. For example, white noise is given to the compensation current command value iqc * as an identification input signal, and the output signal (T det ) at that time is observed and recorded. If the frequency transfer function is obtained from the input / output recorded data, the system transfer characteristic (identification result) for each frequency component can be obtained.

同定結果は下記の(15)式のとおり、周波数成分ごとに1次元複素ベクトルで表現してテーブル化する。mは周波数成分を表すテーブル要素番号、Nはテーブルの要素数を示している。実際に使用するときは所望の加振周波数成分に対応する1次元複素ベクトルのみをテーブルから抽出して使用する。   The identification result is expressed as a table by expressing it as a one-dimensional complex vector for each frequency component as shown in the following equation (15). m represents a table element number representing a frequency component, and N represents the number of elements in the table. When actually used, only a one-dimensional complex vector corresponding to a desired excitation frequency component is extracted from the table and used.

Figure 0005488043
Figure 0005488043

(15)式中、Nはテーブルの周波数分解能を決定づける任意自然数で、例えばN=1000個で1Hzごとにテーブルを構成した場合は、1〜1000Hzまでを1Hz刻みで表現できる。PAiqm:システム同定結果の実部m番目要素、PBiqm:システム同定結果の虚部m番目要素
上記の(15)式で表現したPiqは、m番目要素に対応する周波数成分における補償電流指令iqc*からトルク検出値Tdetまでの伝達特性を示しているので、その逆算値、すなわち逆特性Piq -1を介して所望の加振トルク指令値Tsh*を入力すれば、システム共振特性を予め考慮したトルク指令値を生成することができる。(15)式の逆数であるPiq -1は、1次元複素ベクトルの逆数の集合データとなるので容易に計算できる。
In equation (15), N is an arbitrary natural number that determines the frequency resolution of the table. For example, when N = 1000 and the table is configured every 1 Hz, 1 to 1000 Hz can be expressed in 1 Hz increments. P Aiqm : Real part m-th element of system identification result, P Biqm : Imaginary part m-th element of system identification result P iq expressed by the above equation (15) is a compensation current command in a frequency component corresponding to the m-th element Since the transfer characteristic from iqc * to the torque detection value T det is shown, if the desired excitation torque command value Tsh * is input via the reverse calculation value, that is, the reverse characteristic P iq −1 , the system resonance characteristic is obtained. A torque command value considering in advance can be generated. P iq −1, which is the reciprocal of equation (15), can be easily calculated because it is set data of the reciprocal of the one-dimensional complex vector.

したがって、図4の共振抑制テーブル23Bには、予め計算したシステム逆特性Piq -1のテーブルを与える。共振抑制テーブル23Bから抽出する周波数成分は、加振トルク指令値の周波数成分に一致させる。なお、上記共振抑制テーブルは回転速度ωをパラメータとした関数式で表現することも可能である。 Therefore, the table of the system inverse characteristic P iq −1 calculated in advance is given to the resonance suppression table 23B of FIG. The frequency component extracted from the resonance suppression table 23B is matched with the frequency component of the excitation torque command value. The resonance suppression table can also be expressed by a functional expression with the rotation speed ω as a parameter.

上記で分離・抽出したトルク指令の直流成分T0 *は、通常のトルク−id、iq電流変換部11を介してd軸電流指令値id*、q軸電流指令値(直流分)iq0 *に変換する。一方、加振成分Tvib*は、上述の共振抑制テーブル23Bを用いて機械共振を考慮した加振電流指令値iqvib*に変換する。図3に示す実施形態2の手法では、加振電流指令値iqvib*をそのままq軸電流指令値に重畳していたが、本実施形態では実部・虚部分離部26により、任意周波数成分の加振電流指令値を複素ベクトルして表現した場合の実部成分dIAn *(余弦係数成分)と虚部成分dIBn *(正弦係数成分)に分解し、トルクリプル抑制制御部21に周期性外乱電流指令値として入力する。つまり、任意n次周波数成分の加振電流指令値が下記の(16)式で示されるとき、iqAn=dIAn *、iqBn=dlBn *として周期性外乱電流指令値を与える。トルクリプル抑制制御部21については、実施形態1,2で提案した周期性外乱オブザーバと同等である。 The DC component T 0 * of the torque command separated and extracted as described above is a normal torque-id, d-axis current command value id * via the iq current conversion unit 11, q-axis current command value (DC component) iq 0 *. Convert to On the other hand, the vibration component Tvib * is converted into the vibration current command value iqvib * in consideration of mechanical resonance using the resonance suppression table 23B. In the method of the second embodiment shown in FIG. 3, the excitation current command value iqvib * is directly superimposed on the q-axis current command value. However, in this embodiment, the real part / imaginary part separation unit 26 uses the arbitrary frequency component. When the excitation current command value is expressed as a complex vector, it is decomposed into a real part component dI An * (cosine coefficient component) and an imaginary part component dI Bn * (sine coefficient component), and the torque ripple suppression control unit 21 receives a periodic disturbance. Input as current command value. That is, when the excitation current command value of an arbitrary n-order frequency component is expressed by the following equation (16), the periodic disturbance current command value is given as iq An = dI An * and iq Bn = dl Bn * . The torque ripple suppression control unit 21 is equivalent to the periodic disturbance observer proposed in the first and second embodiments.

Figure 0005488043
Figure 0005488043

上記で説明したように、加振電流指令値iqvib*を周期性外乱電流指令値iqAn=dIAn *、iqBn=dlBn *とすることで、周期性外乱オブザーバによるトルクリプル補償は所望の加振電流を生成しつつ、加振成分以外の外乱を抑制するように機能する。外乱抑制された加振電流指令値の実部成分IAnおよび虚部成分IBnは補償電流生成部22で下記の(16)式に従った演算で補償電流指令値iqc*に変換し、q軸電流指令値iq0*に重畳する。 As described above, by setting the excitation current command value iqvib * to the periodic disturbance current command value iq An = dI An * and iq Bn = dl Bn * , the torque ripple compensation by the periodic disturbance observer can be performed as desired. It functions to suppress disturbances other than the excitation component while generating an oscillating current. The real component I An and the imaginary component I Bn of the excitation current command value whose disturbance is suppressed are converted into a compensation current command value iqc * by the calculation according to the following equation (16) by the compensation current generator 22, and q It is superimposed on the shaft current command value iq0 * .

本実施形態によれば、加振トルク周波数成分とトルクリプル周波数成分が一致する条件であっても、加振トルク共振抑制制御系とトルクリプル抑制制御系の干渉を回避して共振現象を抑制し、軸トルクを所望の値に制御することができる。   According to the present embodiment, even if the excitation torque frequency component and the torque ripple frequency component coincide with each other, the resonance phenomenon is suppressed by avoiding interference between the excitation torque resonance suppression control system and the torque ripple suppression control system. The torque can be controlled to a desired value.

(実施形態4)
実施形態3は、軸トルク加振周波数成分が予め分かっている状態で、その加振電流指令値の実部と虚部を分離してトルクリプル抑制制御系の周期性外乱電流指令値としていた。本実施形態では、軸トルク指令値の周波数成分が分からない場合にもトルクリプル抑制制御系との干渉問題を回避するシステムを提案する。
(Embodiment 4)
In the third embodiment, in a state where the shaft torque excitation frequency component is known in advance, the real part and the imaginary part of the excitation current command value are separated and used as the periodic disturbance current command value of the torque ripple suppression control system. The present embodiment proposes a system that avoids an interference problem with the torque ripple suppression control system even when the frequency component of the shaft torque command value is unknown.

図6は、本実施形態の基本構成図である。基本的には実施形態3と同様であるが、共振抑制テーブル23Bの出力である加振電流指令値iqvib*をそのままq軸電流指令値に重畳するとともに、トルク脈動同期周波数成分抽出部27では加振電流指令値iqvib*からトルクリプル周期性外乱と同期する周波数成分のみを抽出してトルクリプル抑制制御の周期性外乱電流指令値dIAn *、dlBn *とする。 FIG. 6 is a basic configuration diagram of the present embodiment. This is basically the same as in the third embodiment, but the excitation current command value iqvib * , which is the output of the resonance suppression table 23B, is directly superimposed on the q-axis current command value, and the torque pulsation synchronization frequency component extraction unit 27 adds it. Only the frequency component synchronized with the torque ripple periodic disturbance is extracted from the vibration current command value iqvib * and set as the periodic disturbance current command values dI An * and dl Bn * of the torque ripple suppression control.

トルク脈動同期周波数成分抽出部27は、基本的にトルク脈動抽出部と同じ処理を行えばよい。すなわち、回転位相θを用いて以下のように抽出する。   The torque pulsation synchronization frequency component extraction unit 27 may basically perform the same processing as the torque pulsation extraction unit. That is, extraction is performed as follows using the rotational phase θ.

Figure 0005488043
Figure 0005488043

£:ラプラス変換、ωf:脈動抽出カットオフ周波数、iqAn:加振電流指令値の実部成分(余弦係数)、iqBn:加振電流指令値の虚部成分(正弦係数)
上記の(17)〜(19)式で求めた加振電流指令値の実部・虚部成分は、そのままトルクリプル抑制制御系の周期性外乱電流指令値の実部・虚部成分として与えればよい。すなわち、dIAn *=iqAn、dlBn *=iqBnとすればよい。
£: Laplace transform, ω f : Pulsation extraction cutoff frequency, iq An : Real part component (cosine coefficient) of excitation current command value, iq Bn : Imaginary component (sine coefficient) of excitation current command value
The real part / imaginary part component of the excitation current command value obtained by the above equations (17) to (19) may be given as it is as the real part / imaginary part component of the periodic disturbance current command value of the torque ripple suppression control system. . That is, dI An * = iq An and dl Bn * = iq Bn may be set.

本実施形態によれば、周波数成分が分からない、あるいは非周期的な周波数成分を含む加振トルク指令値が与えられても、基本的に加振トルク指令値による共振抑制を考慮した電流指令値を生成できる。また、トルクリプル周波数と同期する瞬間があっても、そのときの加振電流の周波数成分を抽出して周期性外乱電流指令値を与えるため、抑制制御系が干渉する問題も同時に回避することができる。   According to this embodiment, even if an excitation torque command value that does not know the frequency component or is provided with an aperiodic frequency component is given, the current command value that basically considers resonance suppression by the excitation torque command value Can be generated. Further, even when there is a moment synchronized with the torque ripple frequency, the frequency component of the excitation current at that time is extracted to give the periodic disturbance current command value, so that the problem that the suppression control system interferes can be avoided at the same time. .

(実施形態5)
本実施形態では、実施形態3あるいは実施形態4の周波数成分を並列かつ同時に実現する方法を提案する。基本構成図を図7に示し、加振周波数成分抽出部25A、共振抑制テーブル23C、トルク脈動同期周波数成分抽出部27A、トルクリプル抑制制御部21A、トルク脈動周波数成分抽出部19A、補償電流生成部22Aでは周波数成分別の指令値やトルク脈動等を求める。また、加算器28では周波数成分の加振電流指令値iqvibl*〜iqvibn*の加算によって加振電流指令値iqvib*を求める。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, a method for realizing the frequency components of the third or fourth embodiment in parallel and simultaneously is proposed. A basic configuration diagram is shown in FIG. 7, and an excitation frequency component extraction unit 25A, a resonance suppression table 23C, a torque pulsation synchronization frequency component extraction unit 27A, a torque ripple suppression control unit 21A, a torque pulsation frequency component extraction unit 19A, and a compensation current generation unit 22A. Then, the command value for each frequency component, torque pulsation, etc. are obtained. Also, determine the vibration current command value Iqvib * by the addition of vibration current command value iqvibl * ~iqvibn * frequency components in the adder 28.

図7中の各記号は、Tvibl*〜Tvibn*は異なる任意周波数成分のトルク加振指令値、iqvibl*〜iqvibn*は異なる任意周波数成分の加振電流指令値、diA1 *〜diAn *は異なる任意周波数成分の周期性外乱電流指令値の実部成分(余弦係数)、diB1 *〜diBn *は異なる任意周波数成分の周期性外乱電流指令値の虚部成分(正弦係数)、TA1 *〜TAn *は異なる任意周波数成分の周期性外乱トルクリプルの実部成分(余弦係数)、TB1 *〜TBn *は異なる任意周波数成分の周期性外乱トルクリプルの虚部成分(正弦係数)、IA1 *〜IAn *は周期性外乱抑制された加振電流指令値の実部成分(余弦係数)、IB1 *〜IBn *は周期性外乱抑制された加振電流指令値の虚部成分(正弦係数)、iqc*は周期性外乱補償された加振電流指令値である。 7, Tvibl * to Tvibn * are torque excitation command values of different arbitrary frequency components, iqvibl * to iqvibn * are excitation current command values of different arbitrary frequency components, and di A1 * to di An * are The real part component (cosine coefficient) of the periodic disturbance current command value of different arbitrary frequency components, di B1 * to di Bn * are the imaginary part component (sine coefficient) of the periodic disturbance current command value of different arbitrary frequency components, T A1 * ~ T An * is the real part component (cosine coefficient) of the periodic disturbance torque ripple of different arbitrary frequency components, T B1 * to T Bn * are the imaginary part component (sine coefficient) of the periodic disturbance torque ripple of different arbitrary frequency components, I A1 * to I An * are real part components (cosine coefficient) of the excitation current command value in which the periodic disturbance is suppressed, and I B1 * to I Bn * are imaginary parts of the excitation current command value in which the periodic disturbance is suppressed. component (sine coefficients), iqc * is periodic disturbance compensation A vibration current command value.

任意波形は、複数の周波数成分の重ね合わせで実現できる。そこで、本実施形態では、実施形態3または実施形態4の構成を複数の周波数成分のトルク加振指令値に対応させる。ここでは代表形態として実施形態4の構成を並列化する。トルクリプル周期性外乱抑制と加振信号による共振現象の抑制を両立する方法は、実施形態4に記載の手法と同様である。   An arbitrary waveform can be realized by superposing a plurality of frequency components. Therefore, in the present embodiment, the configuration of the third or fourth embodiment is made to correspond to the torque excitation command values of a plurality of frequency components. Here, the configuration of the fourth embodiment is parallelized as a representative form. The method for achieving both the torque ripple periodic disturbance suppression and the suppression of the resonance phenomenon by the excitation signal is the same as the method described in the fourth embodiment.

本実施形態では、図7に示すとおり、軸トルク指令値が複数の周波数成分を持つ場合を想定しているので、その周波数成分Tvibl*〜Tvibn*を抽出して共振抑制テーブル23Cに入力し、このテーブルには共振特性を考慮した加振電流指令値iqvibl*〜iqvibn*が得られるので、それらを加算器28で加算した加振電流指令値iqvib*をq軸電流指令値に重畳する。次に、トルクリプル抑制制御系との干渉を防止するために、トルク脈動同期周波数成分抽出部19Aでiqvib*に含まれるトルク脈動同期成分を抽出する。抽出方法は実施形態4と同様で、例えば前記の(17)〜(19)式を用いればよい。抽出された実部・虚部電流信号はそのまま周期性外乱電流指令値diA1 *〜diAn *、diA1 *〜diAn *としてトルクリプル抑制制御系に入力する。周期性外乱補償電流IA1 *〜IAn *、IB1 *〜IBn *は、前記の(2)式を用いてそれぞれの次数で生成・加算したものを補償電流iqc*とし、q軸電流指令値に重畳する。そのほかの構成部については、基本的に実施形態4と同様である。 In the present embodiment, as shown in FIG. 7, since it is assumed that the shaft torque command value has a plurality of frequency components, the frequency components Tvibl * to Tvibn * are extracted and input to the resonance suppression table 23C. since vibration current command value considering resonance characteristics in this table iqvibl * ~iqvibn * it is obtained, superimposing them adder 28 vibration current command value obtained by adding at Iqvib * the q-axis current command value. Next, in order to prevent interference with the torque ripple suppression control system, the torque pulsation synchronization frequency component extraction unit 19A extracts the torque pulsation synchronization component included in iqvib * . The extraction method is the same as that of the fourth embodiment, and for example, the above equations (17) to (19) may be used. The extracted real part / imaginary part current signals are directly input to the torque ripple suppression control system as periodic disturbance current command values di A1 * to di An * and di A1 * to di An * . The periodic disturbance compensation currents I A1 * to I An * and I B1 * to I Bn * are generated and added in the respective orders using the above equation (2) as the compensation current iqc * , and the q-axis current Superimpose on the command value. Other components are basically the same as those in the fourth embodiment.

以上、本実施形態を用いれば、複数の周波数成分の加振トルクを重ね合わせて、共振現象を発生することなく任意トルク波形を生成することが可能となる。併せて、トルクリプル周期性外乱を同時に抑制することができる。   As described above, by using this embodiment, it is possible to generate an arbitrary torque waveform without causing a resonance phenomenon by superimposing excitation torques of a plurality of frequency components. In addition, torque ripple periodic disturbance can be suppressed at the same time.

なお、各実施形態においては、モータ出力にトルク加振を得る制御装置の場合を示すが、モータに任意波形のトルク出力を発生させるモータの制御装置に適用して同等の作用効果を得ることができる。   Each embodiment shows a case of a control device that obtains torque excitation in the motor output, but it can be applied to a motor control device that generates a torque output of an arbitrary waveform in the motor to obtain an equivalent effect. it can.

11 指令値変換部
12 電流ベクトル制御部
13 モータ
14 負荷装置
15 座標変換部
16 電流センサ
17 回転位相/速度検出部
18 回転位置センサ
19,19A トルク脈動周波数成分抽出部
20 軸トルク検出器
21,21A トルクリプル抑制制御部
22,22A 補償電流生成部
23,23A,23B、23C 共振抑制テーブル
24 軸トルク指令分離部
25,25A 加振周波数成分抽出部
26 実部・虚部分離部
27,27A トルク脈動同期周波数成分抽出部
28 加算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Command value conversion part 12 Current vector control part 13 Motor 14 Load apparatus 15 Coordinate conversion part 16 Current sensor 17 Rotation phase / speed detection part 18 Rotation position sensor 19, 19A Torque pulsation frequency component extraction part 20 Axis torque detector 21, 21A Torque ripple suppression control unit 22, 22A Compensation current generation unit 23, 23A, 23B, 23C Resonance suppression table 24 Shaft torque command separation unit 25, 25A Excitation frequency component extraction unit 26 Real part / imaginary part separation unit 27, 27A Torque pulsation synchronization Frequency component extractor 28 Adder

Claims (8)

負荷装置を駆動するモータを、任意波形のトルク指令値に出力制御するトルク制御回路を設けたモータのトルク制御装置において、
モータのトルク出力からトルク周期性外乱をオブザーバで直接に推定し、この推定値でトルク指令値を補正してトルク周期性外乱を抑制する周期性外乱抑制制御手段と、
前記トルク出力の周波数成分による電気・機械系の共振現象を、前記トルク指令値からトルク検出値までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いた共振抑制テーブルまたは共振抑制演算でトルク指令値を生成する機械共振抑制制御手段を備えたことを特徴とするモータのトルク制御装置。
In a motor torque control device provided with a torque control circuit that outputs and controls a motor that drives the load device to a torque command value having an arbitrary waveform,
A periodic disturbance suppression control means for estimating torque periodic disturbance directly from the torque output of the motor with an observer, correcting the torque command value with this estimated value and suppressing the torque periodic disturbance;
The resonance phenomenon of the electrical / mechanical system due to the frequency component of the torque output is identified as a system transfer function for each frequency component from the torque command value to the torque detection value, and the resonance using the reciprocal of the identification result for each frequency component is identified. A motor torque control apparatus comprising mechanical resonance suppression control means for generating a torque command value by a suppression table or resonance suppression calculation.
前記機械共振抑制制御手段は、前記システム同定結果を、システム特性を近似的な数式で表現することを特徴とする請求項1に記載のモータのトルク制御装置。   2. The motor torque control device according to claim 1, wherein the mechanical resonance suppression control unit expresses the system identification result by an approximate mathematical expression of a system characteristic. 3. 前記トルク制御回路は、前記トルク指令値をベクトル制御における回転座標系のd軸q軸電流指令値に変換してモータ電流を制御する構成とし、
前記周期性外乱抑制制御手段は、前記q軸電流指令値から卜ルク検出値までのシステム同定結果に基づいて、その逆数を用いて周波数成分ごとに前記q軸電流指令値のみのトルク指令値を生成することを特徴とする請求項1または2に記載のモータのトルク制御装置。
The torque control circuit is configured to control the motor current by converting the torque command value into a d-axis q-axis current command value of a rotating coordinate system in vector control,
The periodic disturbance suppression control means, based on the system identification result from the q-axis current command value to the power detection value, uses the reciprocal thereof to calculate the torque command value of only the q-axis current command value for each frequency component. The motor torque control device according to claim 1, wherein the motor torque control device is generated.
前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク指令値はd軸q軸電流指令値の直流分として生成し、直流以外のトルク指令値は前記共振抑制テーブルまたは共振抑制演算で共振抑制を考慮したq軸電流指令値に変換することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータのトルク制御装置。   The mechanical resonance suppression control unit separates a torque command value having an arbitrary waveform having a plurality of frequency components including a DC component into a torque component other than DC and a torque component other than DC, and the torque command value for DC is d-axis q 4. A direct current component of an axial current command value is generated, and a torque command value other than direct current is converted into a q-axis current command value considering resonance suppression in the resonance suppression table or resonance suppression calculation. The motor torque control device according to any one of the above. 前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク成分はd軸q軸電流指令値に変換し、直流以外のトルク成分は前記共振抑制テーブルまたは共振抑制演算により機械共振特性を考慮したトルク指令値に変換することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のモータのトルク制御装置。   The mechanical resonance suppression control means separates a torque command value having an arbitrary waveform having a plurality of frequency components including a DC component into a torque component other than a DC component and a torque component other than a DC component, and the DC component torque component is a d-axis q-axis. 5. The torque command value is converted into a current command value, and torque components other than direct current are converted into a torque command value in consideration of mechanical resonance characteristics by the resonance suppression table or resonance suppression calculation. The motor torque control apparatus described. 前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク成分はd軸q軸電流指令値に変換し、直流以外のトルク成分は前記オブザーバが周期性外乱を複素ベクトルで表現して周期性外乱を求める場合の実部成分dIAn *(余弦係数成分)と虚部成分dIBn *(正弦係数成分)に分解して該オブザーバに周期性外乱電流指令値として入力することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のモータのトルク制御装置。 The mechanical resonance suppression control means separates a torque command value having an arbitrary waveform having a plurality of frequency components including a DC component into a torque component other than a DC component and a torque component other than a DC component, and the DC component torque component is a d-axis q-axis. The torque component other than the direct current is converted into a current command value, and the real component dI An * (cosine coefficient component) and the imaginary component dI Bn when the observer obtains the periodic disturbance by expressing the periodic disturbance with a complex vector. * torque control apparatus for a motor according to any one of claims 1 to 5, and decomposed into (sine coefficient component), characterized in that input as periodic disturbance current command value to the observer. 前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク成分はd軸q軸電流指令値に変換し、直流以外のトルク成分から前記トルクリプル周期性外乱と同期する周波数成分のみを抽出して前記オブザーバが周期性外乱を複素ベクトルで表現して周期性外乱を求める場合の実部成分dIAn *(余弦係数成分)と虚部成分dIBn *(正弦係数成分)に分解して該オブザーバに周期性外乱電流指令値として入力することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のモータのトルク制御装置。 The mechanical resonance suppression control means separates a torque command value having an arbitrary waveform having a plurality of frequency components including a DC component into a torque component other than a DC component and a torque component other than a DC component, and the DC component torque component is a d-axis q-axis. Real part when converting to a current command value, extracting only frequency components synchronized with the torque ripple periodic disturbance from torque components other than DC, and the observer expressing the periodic disturbance by a complex vector to obtain the periodic disturbance 6. The component dI An * (cosine coefficient component) and the imaginary part component dI Bn * (sine coefficient component) are decomposed and input to the observer as a periodic disturbance current command value. The motor torque control device according to claim 1. 前記機械共振抑制制御手段および前記周期性外乱抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を重ね合わせて任意波形のトルク出力を発生させる場合、並列かつ独立に任意周波数成分別のトルク指令値、複素ベクトル表現の電流指令値を生成することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のモータのトルク制御装置。   The mechanical resonance suppression control means and the periodic disturbance suppression control means are parallel and independent when generating an arbitrary waveform torque output by superimposing arbitrary waveform torque command values having a plurality of frequency components including a DC component. The torque control device for a motor according to any one of claims 1 to 7, wherein a torque command value for each arbitrary frequency component and a current command value in a complex vector representation are generated.
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