JP5621274B2 - 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機械共振抑制に関する。   The present invention relates to a motor torque control device, and more particularly, to periodic disturbance suppression and mechanical resonance suppression of torque output in a motor control device that generates an arbitrary waveform torque output to the motor.

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、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。   The motor in principle generates torque ripple (torque pulsation), which causes various problems such as adverse effects on vibration, noise, riding comfort, and 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、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 in order to suppress the torque ripple, which is a cause of mechanical resonance, with high accuracy with respect to the above problem (see, for example, Non-Patent Document 1). . 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4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. 4 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4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. 4, 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(1)式に示すように回転位相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 of the torque ripple frequency component includes Fourier transform, etc. However, if importance is placed on the ease of operation, a single-phase harmonic rotation coordinate system based on the rotation phase θ [rad] as shown in equation (1) A torque ripple frequency component can be extracted by passing through a low-pass filter.

Figure 0005621274
Figure 0005621274

ωf:フィルタ遮断周波数[rad/s]、Tdet:軸トルク検出値[Nm]
トルクリプル抑制装置5では、上記式で抽出した係数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。
ω f : filter cutoff frequency [rad / s], T det : shaft torque detection value [Nm]
The torque ripple suppression device 5 performs torque ripple suppression control using the coefficients T An and T Bn extracted by the above formula, and the cosine / sine coefficients I An and I Bn [ampere] of the compensation current iqc * [ampere] of the 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 0005621274
Figure 0005621274

図5は、トルクリプル補償電流テーブルによ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. 5 is a control block diagram of the torque ripple suppression device based on the torque ripple compensation current table. The symbols in the figure have the following meanings.

*:トルク指令値、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:補償電流余弦係数、IBn: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, ω: rotational speed detection value, θ: rotational phase detection value, iqc * : torque ripple compensation current, id: d-axis current detection value, id * : d-axis current command value, iq: q-axis current Detected 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 : compensation current cosine coefficient, I Bn : compensation current sine coefficient, abz: rotation sensor signal. Note that the subscript n is an nth-order component torque ripple.

図5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*に変換し(例えば一般に、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)、q軸電流指令値Iqo*にトルク脈動補償電流iqc*を重畳してトルク脈動を抑圧する。図5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. 5, 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 (for example, generally the maximum torque / current A conversion formula or a table that realizes the control is used), and the torque pulsation is suppressed by superimposing the torque pulsation compensation current iqc * on the q-axis current command value Iqo * . In the example of FIG. 5, the compensation current iqc * is superimposed on the q-axis current command value, but 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 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.

補償電流テーブル19は、前記のように、トルク指令値T*と回転数ωを入力とし、これら入力から補償電流余弦係数IAnおよび正弦係数IBnを出力する2次元テーブルである。補償電流生成部20では、前記の(2)式で補償電流指令値を生成し、q軸電流指令値に重畳する。なお、補償電流テーブル19に代えて、図4における軸トルク検出器4で検出する軸トルクTdetと回転位相θからトルクリプル分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を求める方法でもよい。 As described above, the compensation current table 19 is a two-dimensional table that receives the torque command value T * and the rotational speed ω and outputs the compensation current cosine coefficient I An and the sine coefficient I Bn from these inputs. The compensation current generator 20 generates a compensation current command value by the above equation (2) and superimposes it on the q-axis current command value. Instead of the compensation current table 19, torque ripples T An and T Bn are obtained from the shaft torque T det detected by the shaft torque detector 4 in FIG. 4 and the rotational phase θ, and the compensation current cosine coefficient is obtained from these and the rotational speed ω. A method of obtaining I An and sine coefficient I Bn may be used.

図6は、試験システムにおける3次元補償電流テーブル特性の例であり、6次トルクリプル補償余弦係数Ianと正弦係数Ibnを用いて6次成分のトルクリプルを抑制するものである。 FIG. 6 is an example of a three-dimensional compensation current table characteristic in the test system, and suppresses torque ripple of the sixth-order component using the sixth-order torque ripple compensation cosine coefficient I an and the sine coefficient I bn .

(2)システムの同定
図4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 shown in FIG. 4 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 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4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関数、すなわち図5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までの周波数伝達関数として同定する。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7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、周波数伝達関数の傾向から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 function from the output value to the input value of the torque ripple suppression device 5 in FIG. 4, that is, the compensation current command in FIG. It is identified as a frequency transfer function from the value iqc * to the detected value T det of the shaft torque detector 4. 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. 7 (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 the frequency transfer function 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5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7のシステム同定結果から任意の周波数伝達関数のみを抽出する。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・位相伝達関数は1次元複素ベクトルで表現できるので、図5の制御系でのシステム特性Psysを(3)式のように定義する。 In FIG. 5, in order to construct a control system with coordinates synchronized with the torque ripple frequency, only an arbitrary frequency transfer function is extracted from the system identification result of FIG. In the steady state, the amplitude / phase transfer function 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.

Figure 0005621274
Figure 0005621274

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、(1)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. Since the axes of the real part and the imaginary part are defined with reference to the rotation phase, the cosine coefficient in equation (1) corresponds to the real part component and the sine coefficient corresponds to the 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.

図8は、フーリエ係数学習制御の演算ブロック図である。同図は、トルクリプル周波数成分に同期した制御系のみを表現しており、(3)式の同定結果をノミナルモデルとして使用する。この方式は、トルクリプル成分の余弦(実部)/正弦(虚部)係数指令値TAn *,TBn *を0とした比例項を前段に設けたI−P制御方式でトルクリプルを抑制する。補償電流も複素ベクトルで表現してシステムに重畳した場合、トルク検出値Tdetは(4)式となり、実部と虚部で補償電流IAn.IBnが互いに干渉することが分かる。 FIG. 8 is a calculation block diagram of Fourier coefficient learning control. The figure represents only the control system synchronized with the torque ripple frequency component, and uses the identification result of equation (3) as a nominal model. In this method, torque ripple is suppressed by an IP control method in which a proportional term in which cosine (real part) / sine (imaginary part) coefficient command values T An * and T Bn * of the torque ripple component are set to 0 is provided in the preceding stage. When the compensation current is also expressed as a complex vector and superimposed on the system, the torque detection value T det is expressed by equation (4), and the compensation current I An . It can be seen that I Bn interfere with each other.

Figure 0005621274
Figure 0005621274

そこで、図8に示すように、システム同定結果を用いた速度適応型の非干渉項を与えることで、実部と虚部の抑制制御系を非干渉化する。非干渉化した後の目標値から検出値までの閉ルーブ系伝達関数は(5)式となる。   Therefore, as shown in FIG. 8, by providing a speed adaptive type non-interference term using the system identification result, the real part and imaginary part suppression control systems are made non-interactive. The closed loop transfer function from the target value to the detected value after decoupling is given by equation (5).

Figure 0005621274
Figure 0005621274

(5)式の目標値応答を(7)式に示す二項係数標準系の極配置に適合させると、(5)、(7)式の係数比較から(8)式を導出できるので、これをノミナル比例/積分ゲインとして与える。   When the target value response of equation (5) is adapted to the pole placement of the binomial coefficient standard system shown in equation (7), equation (8) can be derived from the coefficient comparison of equations (5) and (7). Is given as a nominal proportional / integral gain.

Figure 0005621274
Figure 0005621274

ωc:所望の学習制御応答周波数[rad/s]、ただし、ωc<ωf/2 ω c : Desired learning control response frequency [rad / s], where ω cf / 2.

Figure 0005621274
Figure 0005621274

(8)式の比例ゲインKpは速度に応じて変化するシステム同定モデルの実部PAmと虚部PBmの成分が含まれるため、回転速度(トルクリプル周波数)が変化しても(7)式の極配置応答を維持するように機能する。学習制御応答には、条件を満たす範囲で任意に決定する。また、外乱応答の詳細は省略するが、ゲイン式の導出結果は(8)式と同等である。 Since the proportional gain K p in the equation (8) includes components of the real part P Am and the imaginary part P Bm of the system identification model that changes according to the speed, even if the rotational speed (torque ripple frequency) changes (7) Serves to maintain the pole placement response of the equation. The learning control response is arbitrarily determined within a range that satisfies the condition. Although the details of the disturbance response are omitted, the result of deriving the gain equation is equivalent to the equation (8).

(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.

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、モータのトルクの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 exciting and superimposing multiple sine wave torque commands of frequency components, if the torque excitation frequency matches the resonance point of the electromechanical system, the torque waveform resonates and vibrates.・ Causes various problems such as noise, equipment damage, and measurement problems. In addition, periodic disturbances in the torque of the motor cause similar problems due to mechanical resonance.

前記の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、トルクの周期性外乱を抑制する制御手法であるが、トルク加振制御など、任意波形のトルク指令値に出力制御する場合に発生する可能性がある機械共振現象の抑制手法については考慮されていない。   The compensation current Fourier coefficient learning control method and the periodic disturbance observer compensation method described above are control methods for suppressing the periodic disturbance of torque, but when output control is performed to a torque command value having an arbitrary waveform such as torque excitation control. No consideration is given to a method for suppressing a mechanical resonance phenomenon that may occur.

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抑制および機械共振抑制が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 torque control device for a motor capable of suppressing periodic disturbance and mechanical resonance of a motor torque output in a motor control device that generates torque output having an arbitrary waveform such as torque excitation. is there.

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、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もので、以下の構成を特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides a torque control device for a motor that controls the output of a motor with a torque command value having an arbitrary waveform. It is identified as a system transfer function for each frequency component from to the torque detection value, and a torque command value is generated by a resonance suppression table or resonance suppression calculation using the inverse of the identification result for each frequency component. It is characterized by the configuration of

(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で前記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 motor torque control device provided with a torque control circuit for controlling the output of a motor that drives a load device to an arbitrary waveform torque command value, the resonance phenomenon of the electric / mechanical system due to the frequency component of the motor torque output And a mechanical resonance suppression control unit that identifies the system transfer function for each frequency component from the torque command value to the torque detection value, and generates the torque command value using a resonance suppression table using the reciprocal of the identification result for each frequency component. It is provided with.

(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)前記機械共振抑制制御手段は、前記共振抑制テーブルで前記トルク指令値を生成すると同時に、モータのトルク出力の周期性外乱を抑制する周期性外乱補償電流テーブルまたは周期性外乱抑制演算で前記トルク指令値を補正する周期性外乱抑制制御手段を備えたことを特徴とする。 (3) The mechanical resonance suppression control means generates the torque command value in the resonance suppression table, and at the same time, performs periodic disturbance compensation current table or periodic disturbance suppression calculation for suppressing periodic disturbance of the torque output of the motor. There is provided periodic disturbance suppression control means for correcting the torque command value.

(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重ね合わせて任意波形のトルク出力を発生させる場合、共振抑制テーブルで並列に複数の前記トルク指令値を生成することを特徴とする。 (4) the machine resonance suppression control means, when generating a torque output of the arbitrary waveform by superimposing a torque command value of an arbitrary waveform having a plurality of frequency components including the DC component, a plurality of the in parallel resonance suppression table A torque command value is generated.

(5)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軸電流指令値のみのトルク指令値を補正することを特徴とする。
(5) 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 unit corrects a torque command value of only the q-axis current command value.

(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。   (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 is converted into a q-axis current command value, and torque components other than direct current are converted into a q-axis current command value considering resonance suppression.

(7)前記周期性外乱抑制制御手段は、複数の周波数成分を含むq軸電流指令値を入力としたトルク共振抑制テーブルまたはトルク共振抑制演算でトルクの周期性外乱を抑制することを特徴とする。   (7) The periodic disturbance suppression control means suppresses a periodic disturbance of torque by a torque resonance suppression table or a torque resonance suppression calculation using a q-axis current command value including a plurality of frequency components as an input. .

以上のとおり、本発明によれば、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、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ができる。   As described above, according to the present invention, in a motor torque control device that controls the output of a motor with a torque command value having an arbitrary waveform, the resonance phenomenon of the electric / mechanical system due to the frequency component of the torque output is reduced from the torque command value to the torque. The system is identified as a system transfer function for each frequency component up to the detected value, and a torque command value is generated by a resonance suppression table or resonance suppression calculation using the reciprocal of the identification result for each frequency component. In addition, it is possible to suppress periodic disturbance and mechanical resonance of the torque output of the motor in a motor control device that generates torque output of an arbitrary waveform in the motor.

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). 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). 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. トルク抑制制御における3次元補償電流テーブル特性の例。The example of the three-dimensional compensation electric current table characteristic in torque suppression control. 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. 補償電流係数の演算ブロック図。Compensation current coefficient calculation block diagram.

(実施形態1)
本実施形態では、前記の補償電流テーブルを使ってモータのトルクリプル抑制を実現しつつ、トルク加振による機械共振現象も同時に抑制する手法を提案するものである。特に、多慣性共振系システムに対して加振信号を与える場合に着眼して、容易に共振抑制可能なトルク制御装置を提供するものである。
(Embodiment 1)
The present embodiment proposes a method of simultaneously suppressing the mechanical resonance phenomenon due to torque excitation while realizing the torque ripple suppression of the motor using the compensation current table. In particular, the present invention provides a torque control device that can easily suppress resonance, focusing on giving an excitation signal to a multi-inertia resonance system.

図1は、本発明の実施形態を示すモータのトルク制御装置の制御ブロック図である。同図が図5と異なる部分は、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、加振トルク指令Tvib*に応じてトルク加振指令値T*を得る共振抑制テーブル21を設けた点にある。この加振トルク指令Tvib*の周波数成分は任意であるが、本実施形態では正弦波とする。また、共振抑制テーブルに代えて後に説明するシステム伝達関数を基にした共振抑制演算でトルク指令値を生成することができる。 FIG. 1 is a control block diagram of a motor torque control apparatus showing an embodiment of the present invention. 5 differs from FIG. 5 in that a resonance suppression table 21 for obtaining a torque excitation command value T * according to the excitation torque command Tvib * is provided as mechanical resonance suppression control means for suppressing resonance of the electric / mechanical system. It is in the point. The frequency component of the vibration torque command Tvib * is arbitrary, but in the present embodiment, it is a sine wave. Further, the torque command value can be generated by a resonance suppression calculation based on a system transfer function described later instead of the resonance suppression table.

ここで、共振抑制テーブル21の実現方法を説明する。共振抑制テーブル21は、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、そのときの軸トルク出力信号(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特性を求めれば、周波数成分ごとのシステム伝達特性(同定結果)を入手できる。なお、軸トルク出力信号(Tdet)に代えて、フレームに設置した加速度センサ等によるフレーム振動検出、回転位置センサ等による回転速度/位置変動検出、あるいは電流センサによる電流脈動検出に置き換えることが可能である。 Here, a method of realizing the resonance suppression table 21 will be described. The resonance suppression table 21 is identified as a system transfer function for each frequency component from the identification input “torque command value T * ” to the identification output “torque detection value T det ”, and the reciprocal of the identification result for each frequency component is used. Configure. Since system identification is a general technique, details of the method are not particularly limited. For example, white noise is given to the torque command value T * as an identification input signal, and the shaft torque output signal (T det ) at that time is observed and recorded. If the frequency transfer characteristic is obtained from the input / output recorded data, the system transfer characteristic (identification result) for each frequency component can be obtained. Instead of the shaft torque output signal (T det ), it can be replaced with frame vibration detection using an acceleration sensor installed on the frame, rotation speed / position fluctuation detection using a rotation position sensor, or current pulsation detection using a current sensor. It is.

同定結果は前記(3)式に対応する下記(9)式を基に求められ、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 obtained on the basis of the following equation (9) corresponding to the equation (3), and is represented by a one-dimensional complex vector for each frequency component and tabulated. 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 0005621274
Figure 0005621274

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。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番目要素である。 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 increments of 1 Hz. P Am : real part m-th element of system identification result, P Bm : imaginary part m-th element of system identification result.

上記(9)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Tvib*を入力すれば、システム共振特性を予め考慮したトルク加振指令値T*を生成することができる。(9)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。したがって、図1の共振抑制テーブル21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、加振周波数別の伝達関数は軸トルクメータ22で検出する軸トルク検出値Tdetから求められる。 Above (9) P Tm expressed in equation, it indicates a transfer characteristic from the torque command T * to a torque detection value T det in the frequency component corresponding to the m-th element, the back-calculated values, i.e. the inverse characteristic P Tm If a desired excitation torque command value Tvib * is input via −1 , a torque excitation command value T * in consideration of the system resonance characteristics can be generated. Since P Tm −1 which is the reciprocal of the equation (9) is set data of the reciprocal of the one-dimensional complex vector, it can be easily calculated. Therefore, a table of system inverse characteristics P Tm −1 calculated in advance is given to the resonance suppression table 21 of FIG. The frequency component extracted from the resonance suppression table is matched with the frequency component of the excitation torque command value. The transfer function for each excitation frequency is obtained from the detected shaft torque value T det detected by the shaft torque meter 22.

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。また、モータのトルク出力の周期性外乱を抑制する周期性外乱抑制制御手段として、補償電流テーブル19(または共振抑制演算)によって同時に抑制する構成とすることで、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 electric / 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. Further, the periodic disturbance suppression control means for suppressing the periodic disturbance of the torque output of the motor is configured to suppress simultaneously by the compensation current table 19 (or the resonance suppression calculation), so that the periodic disturbance suppression / target value is achieved. Both responses can be realized simultaneously.

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)
本実施形態の構成図を図2に示す。同図が図1と異なる部分は、共振抑制テーブル23が直流成分を含む複数の周波数成分別のトルク加振指令値Tvibl*〜Tvibn*を基にして共振抑制を考慮した周波数成分別のトルク指令値T1*〜Tn*を得てそれらを重ね合わせてトルク指令値T*を生成する点にある。
(Embodiment 2)
A configuration diagram of this embodiment is shown in FIG. 1 differs from FIG. 1 in that the resonance suppression table 23 is a torque command for each frequency component considering resonance suppression based on torque excitation command values Tvibl * to Tvibn * for a plurality of frequency components including DC components. The point is that the values T1 * to Tn * are obtained and superimposed to generate a torque command value T * .

前記の(4)式におけるPTm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1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。トルクリプル周期性外乱抑制と、トルク加振による電気・機械系の共振現象の抑制を両立させる方法は、実施形態1に記載の手法と同様である。 P Tm in the above equation (4) can be realized by superposing a plurality of frequency components. Therefore, in the present embodiment, the configuration of the first embodiment is made to correspond to torque excitation command values of a plurality of frequency components. The method for achieving both the torque ripple periodic disturbance suppression and the suppression of the resonance phenomenon of the electric / mechanical system by torque excitation is the same as the method described in the first embodiment.

図2に示したとおり、共振抑制テーブルを多入力多出力として各々独立に共振抑制を行えば、所望の周波数成分の加振信号による共振現象をすべて抑制できる。このときの共振抑制テーブルは同一のものを用いればよいので、各周波数成分で別途テーブルを用意する必要はない。トルク加振周波数に対応するテーブル値を各々読み出した後に、トルク指令値を重ね合わせれば、複数次数成分の共振抑制を考慮したトルク加振指令値T*を生成できる。 As shown in FIG. 2, if the resonance suppression table is used as a multi-input multi-output and resonance suppression is performed independently, all resonance phenomena due to an excitation signal of a desired frequency component can be suppressed. Since the same resonance suppression table may be used at this time, it is not necessary to prepare a separate table for each frequency component. If the torque command values are overlapped after reading the table values corresponding to the torque excitation frequencies, the torque excitation command value T * considering the resonance suppression of the multi-order component can be generated.

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.

(実施形態3)
モータが埋込磁石同期モータ(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 3)
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 between 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.

上述までの実施形態では、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軸電流をトルク加振した場合、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 embodiments described above, vector control is performed by converting a torque command including an excitation frequency component into 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 subjected to torque excitation for such a motor, there is a possibility that torque with a more complicated frequency component may be 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下記(10)式で示されるが、右辺第2項では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.(10)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 the following equation (10). However, since the second term on the right side is multiplied by id and iq, 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 (10) cannot accurately represent the frequency component included in the torque.

Figure 0005621274
Figure 0005621274

T:トルク、Pn:極対数、Φ:永久磁石による電機子鎖交磁束、Ld:d軸インダクタンス、Lq:q軸インダクタンス
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が含まれている。そこで、本実施形態では、d軸とq軸電流のトルク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トルク加振する。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, Pn: Number of pole pairs, Φ: Armature interlinkage magnetic flux by permanent magnet, Ld: d-axis inductance, Lq: q-axis inductance As described above, the torque generated by the motor is complicated due to the various causes described above. Frequency components are included. Therefore, in this embodiment, torque excitation is performed using only the q-axis current in order to reduce the adverse effects of the error and interference between the torque excitation frequencies of the d-axis and q-axis currents. 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)軸トルク指令値Tsh*から、直流成分To*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 a direct current component To * and an excitation component Tvib * (a plurality of frequency components other than direct current) from an arbitrary waveform (that is, including a plurality of frequency components) shaft torque command value Tsh * . 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、加振成分Tvib*は共振抑制テーブル21A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21Aは前述の実施形態1のそれとは異なる。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、(10)式に示す加振電流指令値iqvib*から軸トルク検出値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。 The DC component T 0 * of the torque command separated as described above is converted into a d-axis current command value id * and a q-axis current command value (DC component) iqo * via the normal torque-id, iq current conversion unit 11. . On the other hand, the excitation component Tvib * uses the resonance suppression table 21A to suppress the resonance phenomenon due to the excitation torque command value. However, the resonance suppression table 21A used here is different from that of the first embodiment. In the present embodiment, in order to convert the excitation torque command into the q-axis current command value, the system identification result P iq from the excitation current command value iqvib * to the shaft torque detection value Tdet shown in Equation (10) is used. The reciprocal P iq −1 (inverse model) is given as a resonance suppression table.

Figure 0005621274
Figure 0005621274

Aiqm:システム同定結果の実部m番目要素、PBAiqm:システム同定結果の虚部m番目要素
次に、トルクリプル周期性外乱抑制についても、前述までの実施形態と異なり、トルク指令T*と回転数ωの代わりにq軸電流指令値iqrと回転数ωを入力変数として、2次元補償電流テーブル19Aを構成する。図3に示す通り、直流電流値iqo*と加振電流iqvib*を合わせたものがiqrである。補償電流の生成については、前記実施形態1または実施形態2と同様であり、補償電流iqc*をq軸電流指令値iqrに重畳して、最終的なq軸電流指令値iq*を生成する。
P Aiqm : m-th element of the real part of the system identification result, P BAiqm : m-th element of the imaginary part of the system identification result Next, torque ripple T * and rotation are also different for torque ripple periodic disturbance suppression. The two-dimensional compensation current table 19A is configured with the q-axis current command value iqr and the rotation speed ω as input variables instead of the number ω. As shown in FIG. 3, iqr is a combination of the direct current value iqo * and the excitation current iqvib * . The generation of the compensation current is the same as that in the first or second embodiment, and the final q-axis current command value iq * is generated by superimposing the compensation current iqc * on the q-axis current command value iqr.

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比較的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. It can be reduced relatively.

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 補償電流テーブル
20 補償電流生成部
21、21A、23、 共振抑制テーブル
22 軸トルクメータ
24 軸トルク指令分離部
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 Compensation current table 20 Compensation current generation part 21, 21A, 23, Resonance suppression Table 22 Shaft torque meter 24 Shaft torque command separator

Claims (7)

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で前記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,
The resonance phenomenon of the electric / mechanical system due to the frequency component of the torque output of the motor is identified as a system transfer function for each frequency component from the torque command value to the detected torque value, and the reciprocal of the identification result for each frequency component is used. A motor torque control apparatus comprising mechanical resonance suppression control means for generating the torque command value using a resonance suppression table .
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. 前記機械共振抑制制御手段は、前記共振抑制テーブルで前記トルク指令値を生成すると同時に、モータのトルク出力の周期性外乱を抑制する周期性外乱補償電流テーブルまたは周期性外乱抑制演算で前記トルク指令値を補正する周期性外乱抑制制御手段を備えた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 mechanical resonance suppression control means generates the torque command value in the resonance suppression table, and at the same time, generates the torque command by a periodic disturbance compensation current table or a periodic disturbance suppression calculation that suppresses periodic disturbance of motor torque output. 3. The motor torque control device according to claim 1, further comprising periodic disturbance suppression control means for correcting the value. 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重ね合わせて任意波形のトルク出力を発生させる場合、共振抑制テーブルで並列に複数の前記トルク指令値を生成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。 When the mechanical resonance suppression control unit generates an arbitrary waveform torque output by superimposing an arbitrary waveform torque command value having a plurality of frequency components including a DC component, a plurality of the torque command values in parallel in a resonance suppression table The torque control apparatus for a motor according to any one of claims 1 to 3, wherein: 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軸電流指令値のみのトルク指令値を補正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 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,
5. The motor torque control apparatus according to claim 1, wherein the periodic disturbance suppression control unit corrects a torque command value of only the q-axis current command value. 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1〜5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. 6. The motor torque control device according to claim 1, wherein a torque component other than direct current is converted into a q-axis current command value in consideration of resonance suppression. 前記周期性外乱抑制制御手段は、複数の周波数成分を含むq軸電流指令値を入力としたトルク共振抑制テーブルまたはトルク共振抑制演算でトルクの周期性外乱を抑制することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のモータのトルク制御装置。   2. The periodic disturbance suppression control means suppresses a torque periodic disturbance by a torque resonance suppression table or a torque resonance suppression calculation using a q-axis current command value including a plurality of frequency components as an input. The torque control device for a motor according to any one of -6.
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