JP5637042B2

JP5637042B2 - 電動機の脈動抑制装置および電動機の脈動抑制方法

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Publication number: JP5637042B2
Application number: JP2011073860A
Authority: JP
Inventors: 山口　崇; 崇山口; 裕吾只野
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: WO2012133799A1; JP2012210067A

Description

本発明は、電動機等のトルク脈動（以下、トルクリプルと称することもある）を自動的に抑制する制御装置ならびに制御手法に関する。

従来、電動機の脈動抑制装置としては、例えば特許文献１に開示されているように、電動機の脈動を任意の次数成分についてフーリエ変換で抽出し、そのフーリエ係数が０となるように学習制御し、その制御で得た脈動補償信号（補償電流）をインバータの電流指令に加える装置が知られている。

また非特許文献１には、事前にトルクリプル補償指令から軸トルク検出値までのシステム同定を行い、軸トルク検出値のトルク脈動の周波数成分を抽出し、これに前記システム同定モデルの逆システムを乗算して外乱トルクを推定し、該外乱トルクの推定値と指令値（通常０値）との差分によりトルクリプル補償指令を生成することが開示されている。

国際公開ＷＯ２０１０／０２４１９５Ａ１

Ｙ．Ｔａｄａｎｏ，ｅｔａｌ．"ＰｅｒｉｏｄｉｃＬｅａｒｎｉｎｇＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｏｆＴｏｒｑｕｅＲｉｐｐｌｅＵｔｉｌｉｚｉｎｇＳｙｓｔｅｍＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒｓ"，ＩＥＥＥＩＰＥＣ−Ｓａｐｐｏｒｏ，ｐｐ．１３６３−１３７０（２０１０）

特許文献１および非特許文献１に開示されている技術を図１〜図３とともに説明する。図１はトルクリプル抑制制御の制御対象機器の構成を示している。

図１において、インバータ１により駆動されてトルク脈動の発生源となるモータ２（例えばＰＭＳＭ（ＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒｓ；永久磁石型同期モータ）と、負荷装置３はシャフト４によって結合されている。

前記シャフト４の軸トルクは、軸トルクメータ５によって計測され、トルク検出値としてトルクリプル抑制装置６に入力され、またロータリエンコーダ等の回転位置センサ７によってモータ２の回転子位置が計測され、位相検出値としてトルクリプル抑制装置６に入力される。

トルクリプル抑制装置６は、入力された前記トルク検出値および位相検出値に基づいて、トルク脈動周波数成分をフーリエ変換によって抽出するトルク脈動周波数成分抽出部と、前記抽出された成分にシステム同定モデルの逆システムを乗算して外乱トルクを推定する周期外乱オブザーバを有したトルクリプル抑制制御部と、前記外乱トルク推定値と補償電流指令値から補償電流を生成してインバータ１に与える補償電流生成部とを備えている。

図１の例では、インバータ１で電流ベクトル制御することを考慮して、モータ２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（補償電流）を与えている。

図１では、軸トルクメータ５のフィードバックによりトルク脈動を検出しているが、この形態はあくまでも一例であり、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、電動機の軸の脈動抑制や電動機のフレームの脈動抑制、電動機の速度の脈動抑制あるいは回転位置の脈動抑制、電動機の電流の脈動制御をすることが可能である。

前記インバータ１には、例えば最大トルク／電流制御を実現する電流ベクトル制御でモータ電流（トルク）を制御する一般的な制御装置を用いればよい。

トルクリプル抑制装置６では、トルク脈動周波数成分を抽出して、それを周波数成分毎に抑制する補償電流を生成する。

図２は図１におけるトルクリプル抑制制御系の基本構成を示し、図３は図１における周期外乱オブザーバのトルクリプル周波数成分のみを表した制御ブロックを示している。

図２、図３中の各記号の定義は下記のとおりである。

Ｔ^*：トルク指令値、Ｔ_det：トルク検出値、
Ｔ_An：ｎ次トルク脈動抽出成分（余弦係数）、
Ｔ_Bn：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、
ｉｄ，ｉｑ：ｄ，ｑ軸電流検出値、ｉｄ^*，ｉｑ^*：ｄ，ｑ軸電流指令値、
ｉｑ₀ ^*：ｑ軸電流指令値（補償電流重畳前）、
ｉｑｃ^*：トルクリプル補償電流指令値
Ｉ_An：ｎ次補償電流余弦係数、Ｉ_Bn：ｎ次補償電流正弦係数、
ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ：ｕ，ｖ，ｗ相電流
ａｂｚ：回転センサ信号
ｄＩ^* _An、ｄＩ^* _Bn：ｎ次補償電流指令値、
ｄＩ＾_An、ｄＩ＾_Bn：ｎ次外乱電流推定値、
ｄＩ_n：ｎ次外乱電流
尚、添え字のｎはｎ次周波数成分を意味する。

図２、図３において、図１と同一部分は同一符号をもって表しており、１０は実システム、１１はトルクからｉｄ，ｉｑへの変換部、１２は電流ベクトル制御部、１３は電流センサ、１４は座標変換部、１５は回転位相／速度検出部、６１はトルク脈動周波数成分抽出部、６２はトルクリプル抑制制御部、６３は補償電流生成部、６２１は周期外乱オブザーバ（ＰｅｒｉｏｄｉｃＤｉｓｔｕｒｂａｎｃｅＯｂｓｅｒｖｅｒ）を各々示している。

図２、図３において、トルクからｉｄ，ｉｑへの変換部１１では、トルク指令値Ｔ^*を所望のｄ軸電流指令値ｉｄ^*とｑ軸電流指令値ｉｑ₀ ^*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、一般的な直交回転座標系ｄ軸ｑ軸において、各軸に対する電流制御を行う。座標変換部１４は、３相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを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１５は、エンコーダ等の回転位置センサ７の情報から回転位相および回転速度の情報に変換する。

モータのトルクリプルは回転位相θ[ｒａｄ]に準じて周期的に発生する外乱であることが知られている。そこで、モータ回転数ω[ｒａｄ／ｓ]に同期してトルクリプル周波数成分を抽出する手段、すなわちトルク脈動周波数成分抽出部６１を用い、任意次数ｎ（電気的回転周波数の整数倍）の余弦係数Ｔ_An[Ｎｍ]ならびに正弦係数Ｔ_Bn[Ｎｍ]に変換する。周波数成分の厳密な計測手段にはフーリエ変換などがあるが、本例では演算容易性を重視し、軸トルクメータ５による軸トルク検出値Ｔ_det[Ｎｍ]に回転位相θを基準としたｎ次余弦波・正弦波を乗じ、それぞれに低域通過フィルタＧ_Fを施すことで、近似的なフーリエ変換を行っている。

次に、制御を行う前に予め、トルクリプル補償電流指令値ｉｑｃ^*から軸トルク検出値Ｔ_detまでの実システム１０の伝達特性を同定する。システム同定手法は一般的な技術であるため、任意手法を用いればよい。

ここで、実システム１０の周波数伝達関数を回転速度ωに関する複素ベクトルＰ（ｊω）で（１）式のとおり定義する。

Ｐ（ｊω）＝Ｐ_A（ｊω）＋ｊＰ_B（ｊω）（１）
※Ｐ_A：実システムの実部、Ｐ_B：実システムの虚部。

抑制制御系はトルクリプル同期座標で制御系を構築するため、（１）式から任意ｎ次成分の周波数伝達特性のみを抽出し、トルクリプル同期座標の実システムを（２）式とする。つまり、任意ｎ次成分のシステムの振幅・位相特性は、単純な１次元複素ベクトルＰ_nで表現できる。なお、回転位相を基準として実部・虚部の軸を定義し、余弦係数が実部成分、正弦係数が虚部成分に対応する。

Ｐ_n＝Ｐ_An＋ｊＰ_Bn （２）
※Ｐ_An：実システムｎ次成分実部、Ｐ_Bn：実システムｎ次成分虚部。
抑制制御系におけるシステム同定結果についても、同様に１次元複素ベクトルで（３）式のとおり定義する。

Ｐ＾_n＝Ｐ＾_An＋ｊＰ＾_Bn （３）
※Ｐ＾_An：同定結果のｎ次成分実部、Ｐ＾_Bn：同定結果のｎ次成分虚部。

例えば、１〜１０００Ｈｚまでのシステム同定結果を１Ｈｚ毎に複素ベクトルで表現した場合、１０００個の１次元複素ベクトルの要素からなるテーブルを構築することができる。同定結果を近似数式で表現することも可能である。よって、複雑なシステムであってもシステムモデルは常に簡素な１次元複素ベクトルで表現が可能である。

前記抽出・変換したＴ_An，Ｔ_Bnに、同定モデルの逆システム（１／（Ｐ_An＋ｊＰ_Bn））を乗算することで外乱トルクを複素ベクトルの形で推定する。これらの過程を各次成分で行い、補償電流生成部６３では、外乱トルク推定値（ｄＩ＾_An、ｄＩ＾_Bn）と補償電流指令値（ｄＩ^* _An、ｄＩ^* _Bn）の偏差を加算器１７_A，１７_Bにより求めてトルクリプル補償電流指令値ｉｑｃ^*[Ａ]のｎ次周波数成分ｉｑｃ_n ^*[Ａ]の余弦係数Ｉ_An ^*[Ａ]ならびに正弦係数Ｉ_Bn ^*[Ａ]を生成する。ｎ次補償電流指令値ｉｑｃｎ^*への変換は、トルクリプル同期座標変換時と同一の回転位相θを用いて計算する。

尚、前記Ｉ_An ^*、Ｉ_Bn ^*は、低域通過フィルタＧ_Fを通して、実システム１０を通らない成分として外乱オブザーバ６２１内部で使用される。

前記変換部１１では、トルク指令Ｔ^*[ＮＭ]から、最大トルク／電流制御を実現するｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*，ｉｑ₀ ^*に変換し、前記生成した各次補償電流指令値の合成値ｉｑｃ^*をｉｑ₀ ^*に重畳して、通常のベクトル制御を行う。

基本的に、トルクリプル抑制装置６で行なう演算処理内容は、軸トルク脈動成分抽出・トルクリプル抑制・補償電流信号生成であり、それ以外の処理については一般的なインバータで行なっている。

本例ではｑ軸電流指令値ｉｑ₀ ^*に補償電流指令値ｉｑｃ^*を重畳しているが、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。

高周波帯域では演算無駄時間の影響を受けてフィードバック制御応答が低下する。一般に全周波数帯域でフィードバック抑制制御を行う方式では、高周波帯域の外乱抑圧性能が低下し、所望の補償電流生成が困難となる。一方図１〜図３で取り扱う制御方式は、周期外乱と同一周波数の正弦波・余弦波を生成してから、その正弦・余弦係数（振幅・位相と等価）を調整対象とする。したがって、この方式は全周波数帯域の補償電流を一括して生成する制御器よりも高周波外乱への対応が容易になり、周期外乱抑圧性能の改善が期待できる。また、対象次数毎に並列に抑制制御器（トルクリプル抑制装置６）を構成すれば、同時に複数次数のトルクリプル抑制にも対応できる。

上記の図２、図３の制御系に関して、制御の根幹を成し制御性能を左右するものはシステム同定モデルの真値に対する精度である。トルクリプル抑制能力向上のためには、より精度の高いシステム同定が求められる。

しかしながら、同定モデルの高精度な取得は難しく、経年変化などによりシステムが変動することも予想される。真値との誤差は抑制完了までの収束時間の増大や、最悪の場合では位相誤差により抑制制御自身がトルクリプルを増大させ、制御を不安定にする可能性もある。このため、同定モデル誤差に対するロバスト性の向上が求められる。

本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、システム同定モデル誤差を推定することができる電動機の脈動抑制装置および脈動抑制方法を提供することにある。

上記課題を解決するための、請求項１に記載の電動機の脈動抑制装置は、電動機のトルク指令値をベクトル制御における回転座標系のｄ，ｑ軸電流成分に変換したｄ，ｑ軸電流指令値と、インバータの出力電流検出値とから電動機の電流制御を行なうインバータと、前記電動機のトルク脈動をフーリエ変換して抽出したトルク脈動成分に、システム同定モデルとして同定された、トルク脈動補償電流指令値から前記電動機の軸トルク検出値までの周波数伝達関数の逆関数を乗算して周期外乱トルクを推定する周期外乱オブザーバを有し、該周期外乱オブザーバで推定された外乱トルク推定値と補償電流指令値から生成したトルク脈動補償電流指令値を前記ｄ，ｑ軸電流指令値に加えるトルク脈動抑制制御手段と、前記伝達関数が同定された実システムにおける、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始直前の初期状態時の軸トルク検出値と、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始後であり、且つトルク脈動が打ち消された最終状態時に、前記周期外乱オブザーバにより推定された外乱トルク推定値を外乱とみなし、前記システム同定モデルから推定した軸トルク推定値とを比較して、システム同定モデル誤差を求める誤差推定手段と、を備えたことを特徴としている。

また請求項５に記載の電動機の脈動抑制方法は、動機のトルク指令値をベクトル制御における回転座標系のｄ，ｑ軸電流成分に変換したｄ，ｑ軸電流指令値と、インバータの出力電流検出値とから電動機の電流制御を行なうインバータと、前記電動機のトルク脈動をフーリエ変換して抽出したトルク脈動成分に、システム同定モデルとして同定された、トルク脈動補償電流指令値から前記電動機の軸トルク検出値までの周波数伝達関数の逆関数を乗算して周期外乱トルクを推定する周期外乱オブザーバを有し、該周期外乱オブザーバで推定された外乱トルク推定値と補償電流指令値から生成したトルク脈動補償電流指令値を前記ｄ，ｑ軸電流指令値に加えるトルク脈動抑制制御手段とを備えた装置における電動機の脈動抑制方法であって、誤差推定手段が、前記伝達関数が同定された実システムにおける、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始直前の初期状態時の軸トルク検出値と、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始後であり、且つトルク脈動が打ち消された最終状態時に、前記周期外乱オブザーバにより推定された外乱トルク推定値を外乱とみなし、前記システム同定モデルから推定した軸トルク推定値とを比較して、システム同定モデル誤差を求める誤差推定ステップ、を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、システム同定モデル誤差を推定することができる。

また、請求項２に記載の電動機の脈動抑制装置は、請求項１において、前記誤差推定手段により求められたシステム同定モデル誤差を、前記電動機の回転数およびトルクを参照値とするテーブルデータとして格納する保存手段を備え、前記保存手段に格納されたシステム同定モデル誤差を用いて前記システム同定モデルを補正することを特徴としている。

また請求項６に記載の電動機の脈動抑制方法は、請求項５において、前記誤差推定手段が、誤差推定ステップにより求められたシステム同定モデル誤差を、前記電動機の回転数およびトルクを参照値とするテーブルデータとして保存手段に格納する保存ステップを備え、前記保存手段に格納されたシステム同定モデル誤差を用いて前記システム同定モデルを補正することを特徴としている。

上記構成によれば、システム同定モデルを補正し、正確な同定モデルにより最適な抑制制御を行うことができる。

また、請求項３に記載の電動機の脈動抑制装置は、請求項２において、前記誤差推定手段をトルク脈動周波数成分の複数次数分設け、各次数のトルク脈動周波数成分におけるシステム同定モデル誤差を求めて、前記システム同定モデルの補正を行うことを特徴としている。

また請求項７に記載の電動機の脈動抑制方法は、請求項６において、前記誤差推定手段はトルク脈動周波数成分の複数次数分設けられ、前記保存ステップは、前記各次数のトルク脈動周波数成分におけるシステム同定モデル誤差を前記保存手段に格納することを特徴としている。

上記構成によれば、抑制およびシステム同定モデル誤差を推定すべきトルクリプル周波数成分が複数、同時に存在する場合においても、複数の次数のトルクリプルを抑制することができる。

また、請求項４に記載の電動機の脈動抑制装置は、請求項２又は３において、前記誤差推定手段は、前記電動機の動作範囲内の周波数・トルクの動作点における、前記トルク脈動制御手段によるトルク脈動抑制制御開始直前の初期状態時の軸トルク検出値を初期値として前記保存手段に記録し、前記動作点における、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始後であり、且つトルク脈動が打ち消された最終状態時に推定した軸トルク推定値を最終値として前記保存手段に記録し、前記初期値と最終値を比較してシステム同定モデル誤差を計算し、該誤差計算結果を前記保存手段に保存し、前記システム同定モデル誤差の保存後に、前記トルク脈動抑制制御を行わない状態で前記動作点を変更させ、該変更後の動作点において、前記初期値、最終値の記録、システム同定モデル誤差の計算および該誤差計算結果の保存を実行することを特徴としている。

また請求項８に記載の電動機の脈動抑制方法は、請求項６又は７において、前記誤差推定手段が、前記電動機の動作範囲内の周波数・トルクの動作点における、前記トルク脈動制御手段によるトルク脈動抑制制御開始直前の初期状態時の軸トルク検出値を初期値として前記保存手段に記録する初期値記録ステップと、前記動作点における、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始後であり、且つトルク脈動が打ち消された最終状態時に推定した軸トルク推定値を最終値として前記保存手段に記録する最終値記録ステップと、前記初期値と最終値を比較してシステム同定モデル誤差を計算する誤差計算ステップと、前記誤差計算結果を前記保存手段に保存するデータ保存ステップと、前記システム同定モデル誤差の保存後に、前記トルク脈動抑制制御を行わない状態で前記動作点を変更させ、該変更後の動作点において、前記初期値記録ステップ、最終値記録ステップ、誤差計算ステップおよびデータ保存ステップを実行することを特徴としている。

上記構成によれば、システム同定を綿密に実施できない場合においても、正確なシステム同定を実施することができる。

（１）請求項１〜８に記載の発明によれば、システム同定モデル誤差を推定することができる。
（２）請求項２、６に記載の発明によれば、推定したシステム同定モデル誤差に基づいて、システム同定モデルを補正し、正確な同定モデルにより最適な抑制制御を行うことができる。
（３）請求項３、７に記載の発明によれば、抑制およびシステム同定モデル誤差を推定すべきトルクリプル周波数成分が複数、同時に存在する場合においても、複数の次数のトルクリプルを抑制することができる。
（４）請求項４、８に記載の発明によれば、システム同定を綿密に実施できない場合においても、正確なシステム同定を実施することができる。さらに、抑制およびシステム同定モデル誤差を推定すべきトルクリプル周波数成分が複数、同時に存在する場合に、１動作点で複数の周波数に対して記録が可能であるので、全体の測定完了までの時間を短縮することができる。

本発明が適用される制御対象機器の構成図。図１の装置におけるトルクリプル抑制制御系の基本構成図。図２の制御系における周期外乱オブザーバのトルクリプル周波数成分のみを表した制御ブロック図。本発明の実施例１を示す制御ブロック図。本発明の実施例２を示す制御ブロック図。本発明の実施例３を示す制御ブロック図。本発明の実施例４の処理シーケンスを示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。本実施形態では、例えば図１〜図３の脈動抑制装置において、抑制制御開始直前時点を初期状態とし、抑制制御開始後にトルクリプルが十分打ち消された状態を最終状態と定義し、この２つの状態を誤差推定手段により比較して同定モデルを推定するものである。

図４は、本発明の誤差推定器を図３の構成に追加し、各周波数成分のみについて簡略化した図である。図４において、Ｐ_nは実プラント（実システム１０）、ＰＤＯは周期外乱オブザーバ（６２１）、Ｐ＾_nは同定モデル（システム同定モデル）、１００は誤差推定手段としての誤差推定器を各々示している。

Ｔ_nは軸トルク（検出値）であり、図３のｎ次トルク脈動抽出成分Ｔ_An，Ｔ_Bnに相当する。ｄＩ＾_nは周期外乱オブザーバＰＤＯにより推定された外乱推定値であり、図３のｎ次外乱電流推定値ｄＩ＾_An、ｄＩ＾_Bnに相当する。

このｄＩ＾_nは、抑制制御開始時にオンとなるスイッチｓｗを介して加算器１７（図３の加算器１７_A，１７_Bに相当）において外乱指令値Ｉ^* _nとの偏差がとられる。

加算器１７の偏差出力は、加算器１８において周期外乱成分（ｎ次外乱電流）ｄＩ_nと加算される。

Ｔ＾_nは、前記外乱推定値ｄＩ＾_nを外乱としたときに同定モデルＰ＾_nから推定される軸トルク推定値である。

誤差推定器１００は、トルクリプル抑制制御開始直前時点（スイッチｓｗのオフ時）の初期状態時の軸トルクＴ_nと、トルクリプル抑制制御開始後（スイッチｓｗのオン後）であり、且つトルクリプルが十分打ち消された最終状態時の軸トルク推定値Ｔ＾ｎとを比較してシステム同定モデルの誤差ΔＰ_nを出力する。

上記のように構成された装置において、抑制制御を開始してからの経過時間をｔとおき、初期状態[ｔ＝ｔ₀]における実プラントＰ_n、周期外乱成分ｄＩ_n、軸トルクＴ_nの関係は（４）式となる。このとき抑制制御の初期状態と最終状態までの時間は比較的短時間であるとし、プラントに時間変化は現われないものとする。なお、添え字のカンマ後は時刻ｔの値であることを示している。

ｄＩ_n,t0・Ｐ_n＝Ｔ_n,t0 （４）
最終状態[ｔ＝ｔ_n]では、同定モデルＰ＾ｎによって、外乱推定値ｄＩ＾_n,tnを外乱としたときの軸トルクが、軸トルク推定値Ｔ＾_n,tnとして（５）式から推定できる。

ｄＩ＾_n,tn・Ｐ＾_n＝Ｔ＾_n,tn （５）
時刻ｔ₀とｔ_nの抑制制御前後で外乱に変化がなく、周期外乱を十分抑制している状態であるならば外乱と外乱推定値（補償指令）は同一となるので、（６）式が成り立つ。

ｄＩ_n,t0＝ｄＩ＾_n,tn （６）
次に、同定モデルを真値と誤差ΔＰ_nとの合算として（７）式で表しておく。

Ｐ＾_n＝Ｐ_n＋ΔＰ_n （７）
（７）式を（５）式へ代入し（８）式にて表す。

ｄＩ＾_n,tn・（Ｐ_n＋ΔＰ_n）＝Ｔ＾_n,tn （８）
最終的に（８）式を変形し、（４）式と（６）式の条件から（９）式を得る。

（９）式より、観測可能な抑制前後の状態量Ｔ_n,t0とＴ＾_n,tnを誤差推定器１００により比較することで同定モデル誤差を推定し、正しい同定モデルを学習可能にする。

実施例１では、ある回転数・トルク指令において抑制制御を一度行なうことでシステム同定モデルの誤差を導くことを示した。本実施例２では、図４において誤差推定を行なった結果を図５に示すようなメモリー１１０に保存するように構成した。図５において図４と同一部分は同一符号をもって示しており、誤差推定器１００の動作は図４と同一となる。

メモリー１１０は回転数（ω）・トルク（Ｔ）を参照値とするテーブルデータとし、再度同様の回転数・トルク指令時にはこのテーブルを参照する。テーブルからは記録したシステム同定誤差を出力し、抑制制御内部のシステム同定モデルＰ＾_n（周期外乱オブザーバＰＤＯ）を補正する。

これにより一度学習を行なった回転数・トルクのポイントにおいては、その後正確な同定モデルにより最適な抑制制御を行うことが可能となる。

実施例２では、ある特定の周波数成分について同定モデル誤差を推定し補正可能であることを示した。本実施例３では、図６に示すように、Ｎ個（トルクリプル周波数成分の次数ｎ個）の誤差推定器付きＰＤＯ１２０Ｐ₁〜１２０Ｐ_Nを設け、図５の制御系を抑制する各次数に対する同定モデル誤差推定を並列・同時に実施するように構成した。

誤差推定器付きＰＤＯ１２０Ｐ₁〜１２０Ｐ_Nは、図５のＰＤＯと、誤差推定器１００と、メモリー１１０の各機能を併せて備えており、ｎ次の外乱指令値（ｎ次補償電流指令値）Ｉ^* ₁〜Ｉ^* _Nに対して、同定モデル誤差を推定し、その誤差によってシステム同定モデルを補正した結果の外乱推定値ｄＩ＾₁〜ｄＩ＾_Nを各々出力する。

上記構成によれば、抑制およびシステム同定モデル誤差を推定すべきトルクリプル周波数成分が複数、同時に存在する場合においても、対応することができる。

本実施例４では、前記実施例２、３における、同定モデル誤差推定結果のテーブルデータへの保存（メモリー１１０への保存）を、機器が動作する範囲すべて、もしくは一定量の動作点（回転数・トルク）で、動作点を変更して繰り返し実施するように構成した。

前記動作点の移動に伴い、動作点移動中はトルクリプル抑制制御をオフとし、移動後に動作が安定した段階でオンとして抑制制御を行い、初期値と最終値を更新し、最終的に回転数・トルクを参照値とするテーブルデータを完成させる。以上の処理シーケンスを図７に示す。

図７において、まずステップＳ１では、トルクリプル抑制制御をオフ（図５、図６のスイッチｓｗをオフ）として動作点を移動させる。

次にステップＳ２において動作点の移動が完了したと判定された場合は、ステップＳ３において、トルクリプル抑制制御開始直前の初期状態時の軸トルクＴ_nを初期値としてメモリー１１０に記録する。

次にステップＳ４において、図５、図６のスイッチｓｗをオンにしてトルクリプル抑制制御を行なう。

次にステップＳ５において抑制が完了した（トルクリプルが十分に打ち消された）と判定された場合は、ステップＳ６において、当該最終状態時に推定した軸トルク推定値Ｔ＾_nを最終値としてメモリー１１０に記録する。

次にステップＳ７において図５、図６のスイッチｓｗをオフにしてトルクリプル抑制制御をオフとする。

次にステップＳ８において、誤差推定器１００により前記初期値Ｔ_nと最終値Ｔ＾_nを比較してシステム同定誤差ΔＰ_nを計算し、ステップＳ９においてメモリー１１０に保存する。

そしてステップＳ１０において、全動作点（機器が動作する範囲すべて）について処理が完了したかどうかを判定し、未完了の場合は前記ステップＳ１〜Ｓ９の処理を繰り返し実行し、全動作点で完了した場合は処理を終了する。

また、前記全動作点ではなく、一定量の動作点で処理を行なった場合は、間欠点を任意の方式により補間する。また、得られたデータにより同定モデルを数式化することも可能である。

上記の手法により、システム同定を綿密に実施できない場合においても、正確なシステム同定がトルクリプル抑制制御系を用いることで可能になる。

尚、本実施例４を前記実施例３に適用すれば、１動作点で複数の周波数に対して記録が可能であるので、全体の測定完了までの時間を短縮することが可能である。

本発明は、例えば、ダイナモメータシステムの軸トルク共振抑制、モータ筐体の振動抑制（電気自動車、エレベータなど乗り心地に関連するもの）、その他、トルク脈動が問題となる可変速装置全般に利用することができる。

１…インバータ
２…モータ
３…負荷装置
４…シャフト
５…軸トルクメータ
６…トルクリプル抑制装置
７…回転位置センサ
１０…実システム
１１…変換部
１２…電流ベクトル制御部
１３…電流センサ
１４…座標変換部
１５…回転位相／速度検出部
１７，１７_A，１７_B，１８…加算器
６１…トルク脈動周波数成分抽出部
６２…トルクリプル抑制制御部
６３…補償電流生成部
１００…誤差推定器
１１０…メモリー
１２０Ｐ₁〜１２０Ｐ_N…誤差推定器付きＰＤＯ
６２１…周期外乱オブザーバ

Claims

電動機のトルク指令値をベクトル制御における回転座標系のｄ，ｑ軸電流成分に変換したｄ，ｑ軸電流指令値と、インバータの出力電流検出値とから電動機の電流制御を行なうインバータと、
前記電動機のトルク脈動をフーリエ変換して抽出したトルク脈動成分に、システム同定モデルとして同定された、トルク脈動補償電流指令値から前記電動機の軸トルク検出値までの周波数伝達関数の逆関数を乗算して周期外乱トルクを推定する周期外乱オブザーバを有し、該周期外乱オブザーバで推定された外乱トルク推定値と補償電流指令値から生成したトルク脈動補償電流指令値を前記ｄ，ｑ軸電流指令値に加えるトルク脈動抑制制御手段と、
前記伝達関数が同定された実システムにおける、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始直前の初期状態時の軸トルク検出値と、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始後であり、且つトルク脈動が打ち消された最終状態時に、前記周期外乱オブザーバにより推定された外乱トルク推定値を外乱とみなし、前記システム同定モデルから推定した軸トルク推定値とを比較して、システム同定モデル誤差を求める誤差推定手段と、
を備えたことを特徴とする電動機の脈動抑制装置。
前記誤差推定手段により求められたシステム同定モデル誤差を、前記電動機の回転数およびトルクを参照値とするテーブルデータとして格納する保存手段を備え、
前記保存手段に格納されたシステム同定モデル誤差を用いて前記システム同定モデルを補正することを特徴とする請求項１に記載の電動機の脈動抑制装置。
前記誤差推定手段をトルク脈動周波数成分の複数次数分設け、各次数のトルク脈動周波数成分におけるシステム同定モデル誤差を求めて、前記システム同定モデルの補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の電動機の脈動抑制装置。
前記誤差推定手段は、
前記電動機の動作範囲内の周波数・トルクの動作点における、前記トルク脈動制御手段によるトルク脈動抑制制御開始直前の初期状態時の軸トルク検出値を初期値として前記保存手段に記録し、
前記動作点における、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始後であり、且つトルク脈動が打ち消された最終状態時に推定した軸トルク推定値を最終値として前記保存手段に記録し、
前記初期値と最終値を比較してシステム同定モデル誤差を計算し、該誤差計算結果を前記保存手段に保存し、
前記システム同定モデル誤差の保存後に、前記トルク脈動抑制制御を行わない状態で前記動作点を変更させ、該変更後の動作点において、前記初期値、最終値の記録、システム同定モデル誤差の計算および該誤差計算結果の保存を実行することを特徴とする請求項２又は３に記載の電動機の脈動抑制装置。
電動機のトルク指令値をベクトル制御における回転座標系のｄ，ｑ軸電流成分に変換したｄ，ｑ軸電流指令値と、インバータの出力電流検出値とから電動機の電流制御を行なうインバータと、
前記電動機のトルク脈動をフーリエ変換して抽出したトルク脈動成分に、システム同定モデルとして同定された、トルク脈動補償電流指令値から前記電動機の軸トルク検出値までの周波数伝達関数の逆関数を乗算して周期外乱トルクを推定する周期外乱オブザーバを有し、該周期外乱オブザーバで推定された外乱トルク推定値と補償電流指令値から生成したトルク脈動補償電流指令値を前記ｄ，ｑ軸電流指令値に加えるトルク脈動抑制制御手段とを備えた装置における電動機の脈動抑制方法であって、
誤差推定手段が、前記伝達関数が同定された実システムにおける、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始直前の初期状態時の軸トルク検出値と、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始後であり、且つトルク脈動が打ち消された最終状態時に、前記周期外乱オブザーバにより推定された外乱トルク推定値を外乱とみなし、前記システム同定モデルから推定した軸トルク推定値とを比較して、システム同定モデル誤差を求める誤差推定ステップ、を備えたことを特徴とする電動機の脈動抑制方法。
前記誤差推定手段が、誤差推定ステップにより求められたシステム同定モデル誤差を、前記電動機の回転数およびトルクを参照値とするテーブルデータとして保存手段に格納する保存ステップを備え、
前記保存手段に格納されたシステム同定モデル誤差を用いて前記システム同定モデルを補正することを特徴とする請求項５に記載の電動機の脈動抑制方法。
前記誤差推定手段はトルク脈動周波数成分の複数次数分設けられ、前記保存ステップは、前記各次数のトルク脈動周波数成分におけるシステム同定モデル誤差を前記保存手段に格納することを特徴とする請求項６に記載の電動機の脈動抑制方法。
前記誤差推定手段が、
前記電動機の動作範囲内の周波数・トルクの動作点における、前記トルク脈動制御手段によるトルク脈動抑制制御開始直前の初期状態時の軸トルク検出値を初期値として前記保存手段に記録する初期値記録ステップと、
前記動作点における、前記トルク脈動抑制制御手段によるトルク脈動抑制制御開始後であり、且つトルク脈動が打ち消された最終状態時に推定した軸トルク推定値を最終値として前記保存手段に記録する最終値記録ステップと、
前記初期値と最終値を比較してシステム同定モデル誤差を計算する誤差計算ステップと、
前記誤差計算結果を前記保存手段に保存するデータ保存ステップと、
前記システム同定モデル誤差の保存後に、前記トルク脈動抑制制御を行わない状態で前記動作点を変更させ、該変更後の動作点において、前記初期値記録ステップ、最終値記録ステップ、誤差計算ステップおよびデータ保存ステップを実行することを特徴とする請求項６又は７に記載の電動機の脈動抑制方法。