JP6653391B2 - モータ制御システム並びにモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの駆動を制御するモータ制御システム並びにモータ制御方法に関する。

モータの駆動を制御するモータ制御システムは、ファン、ポンプ、圧縮機、自動車、鉄道など、電力を機械出力に変換して利用する分野において幅広く適用されている。このモータ制御システムにおいては、複数の評価値の間にトレードオフの関係が存在する。トレードオフのバランスを最適化するには、制御パラメータを調整する必要があり、制御設計を複雑化させている。

評価値間のトレードオフのバランスに関する従来技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。本技術においては、負荷である圧縮機が発生する脈動成分を抽出し、それを補償するトルク制御において、脈動成分を補償する電流成分を制限するリミッタを設ける。これにより、脈動を低減しながらも、入力電力の増加を抑えることができる。

特開２００６−１８０６０５号公報

上記従来技術では、モータ制御システムや負荷に応じてリミッタを調整する必要があり、所望のトレードオフ調整を実現することや、最適なトレードオフ調整を行うことが難しい。

そこで、本発明は、トレードオフ関係にある評価値のバランスを容易に調整することができるモータ制御システム並びにモータ制御方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明によるモータ制御システムは、モータに交流電圧を印加するインバータと、制御指令に応じて、交流電圧の電圧指令を作成する制御部と、制御部に電圧指令を変更するための補正指令を与えるフィードバック部と、を備えるものであって、フィードバック部は、モータの少なくとも一つの状態量を入力変数、モータもしくはモータの駆動対象の複数の評価値を出力変数とする複数の回帰式を用いて、状態量から複数の評価値を推定し、推定された複数の評価値を引数とする評価関数を計算し、評価関数の計算値に基づいて、補正指令を作成する。

また、上記課題を解決するために、本発明によるモータ制御方法は、電圧指令に応じて、モータに交流電圧を印加するモータ制御方法であって、モータの少なくとも一つの状態量を入力変数、モータもしくはモータの駆動対象の複数の評価値を出力変数とする複数の回帰式を用いて、状態量から複数の評価値を推定し、推定された複数の評価値を引数とする評価関数を計算し、評価関数の計算値に基づいて、電圧指令を変更する。

本発明によれば、回帰式により評価値を推定し、推定された評価値を引数とする評価関数の計算値に基づき電圧指令を変更するので、トレードオフ関係にある複数の評価値のバランスを容易に調整することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１であるモータ制御システムの構成図である。 電圧・電流のベクトル図である。 状態量と回帰式の関係の一例を示す。 評価関数と推定評価値との関係、並びに推定評価値と電流指令補正値との関係の一例を示す。 図４のΔｉｄｑ，ｙ１’，ｙ２’，評価関数ｇ（ｙ’）の動作波形を示す。 本発明の実施例２であるモータ制御システムの構成図である。 機械的回転角に対する電流補正値の波形例を示す。 圧縮機のトルク脈動および電流ベクトルの波形例を示す。 実施例２における動作波形例を示す。 本発明の実施例３であるモータ制御システムの構成図である。 本発明の実施例４であるモータ制御システムの構成図である。

以下、本発明の実施形態について、実施例１〜４により、図面を用いながら説明する。

なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

図１は、本発明の実施例１であるモータ制御システムの構成図である。

図１に示すように、モータ１には、インバータ５より三相交流電圧（Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗ）が印加されることで、三相交流電流（Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗ）が流れる。これにより、モータ１はモータトルク（τ）を発生し、モータ１の負荷となる駆動対象２を駆動する。

ここで、モータ１の主たる状態量について、図２を用いて説明する。

図２は、電圧・電流のベクトル図である。以下に説明する電圧、電流、速度、トルクがモータ１の主たる状態量である。

図２に示すように、α軸は、モータ１のＵ相コイルが発生する磁束方向を示す。ｄ軸はα軸よりも電気的回転角θｄだけ進んだ軸であり（反時計方向：進み、時計方向：遅れ）、モータ１の回転速度ωで反時計方向に回転する。ｑ軸はｄ軸よりもπ／２だけ進んだ軸である。電圧ベクトルｖｄｑは三相交流電圧の振幅・位相を表すベクトルであり、その位相はｄ軸を基準として電圧位相θｖだけ進んでいる。電圧ベクトルｖｄｑのα軸成分、ｄ軸成分、ｑ軸成分は、それぞれ、Ｕ相電圧ｖｕ、ｄ軸電圧ｖｄ、ｑ軸電圧ｖｑである。電流ベクトルｉｄｑは、三相交流電流の振幅・位相を表すベクトルであり、その位相はｄ軸を基準として電流位相θｉだけ進んでいる。また、電流ベクトルｉｄｑのα軸成分、ｄ軸成分、ｑ軸成分は、それぞれ、Ｕ相電流ｉｕ、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑである。モータ１が永久磁石モータである場合、式（１）で表されるモータトルク（τ）が発生する。

式（１）において、Ｐｍ：極対数、Ｋｅ：誘起電圧係数、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス。

以下、図１にもどって、システム構成の説明を続ける。

駆動対象２は、モータ１を駆動源とするシステムであり、例えば、圧縮機、昇降機、巻取機などである。なお、本実施例１において、駆動源となるモータは１台であるが、複数台でも良い。

電圧指令演算部３および座標変換４から構成される制御部には、回帰式更新部６、回帰式計算部７および最適化部８によって構成されるフィードバック部から、三相交流電圧の指令値（ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊）を変更するための補正指令（本実施例では図１中のΔｉｄｑ）が与えられる。

電圧指令演算部３は、制御指令である、電流ベクトルｉｄｑの指令値ｉｄｑ＊（以下、「電流指令ｉｄｑ＊」と記す）と、補正指令である、ｉｄｑ＊の補正値Δｉｄｑ（以下、「電流補正値Δｉｄｑ」と記す）との差に基づいて、電圧ベクトルｖｄｑの指令値ｖｄｑ＊（以下、「電圧指令値ｖｄｑ＊」と記す）を演算する。電圧指令演算部３における電圧指令値ｖｄｑ＊の演算手段として、例えば、モータ１の電圧方程式やＰＩ制御が適用される。なお、補正値Δｉｄｑについては、後述する。

なお、制御指令は、上位の制御装置から与えられる。また、制御指令は、電流指令に限らず、後述するような位置指令（実施例３）やトルク指令（実施例４）などでも良い。

座標変換４は、電圧指令ｖｄｑ＊を三相交流電圧の指令値（Ｕ相電圧指令ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令ｖｗ＊）に変換する。変換手段としては、例えば、二相三相の相対変換が適用される。

インバータ５は、三相交流電圧の指令値に基づいて三相交流電圧を出力する。三相交流電圧の指令値から三相交流電圧への変換手段として、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ：「Pulse Width Modulation」の略）が適用される。なお、本実施例１においては、インバータ５として、図１に示すような、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を主スイッチ素子とする公知の２レベル電圧形インバータが用いられる。なお、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチング素子を適用しても良い。

回帰式更新部６は、モータ１の状態量ｘ１，ｘ２を入力変数、モータ制御システムの評価値、すなわちモータ１または駆動対象２の評価値ｙ１，ｙ２を出力変数とする回帰式ｆ（ｘ）を出力して、後述の回帰式計算部７に設定する。ここで、回帰式ｆ（ｘ）は、いわゆる回帰分析におけるモデルに相当する。

モータ１の状態量は、電流、電圧、速度、トルク、磁束、温度などであり、一つでも良いし二つ以上であってもよい。また、モータ制御システムの評価値とは、モータ１の消費電力、駆動対象２の効率、振動、騒音などであり、二つでも良いし、二つ以上であってもよい。本実施例１では、状態量は二つ（ｘ１，ｘ２）であり、評価値は二つ（ｙ１，ｙ２）である。なお、評価値ｙ１，ｙ２はその数値が低いほど、モータ制御システムとしては好ましいものとする。なお、状態量ｘ１，ｘ２は、推定値でも良いし、センサによる検出値でも良い。

例えば、ｘ１：電流、ｘ２：トルク、ｙ１：銅損（消費電力に比例）、ｙ２：角加速度（振動加速度に比例）とすると、回帰式として、式（２）並びに式（３）が成り立つ。

ただし、Ｒ：モータ１の抵抗値、Ｊ：駆動対象２の慣性値。

図３は、状態量ｘ１，ｘ２と回帰式ｆ（ｘ）の関係の一例を示す。

図３に示すように、本実施例１では、２つの回帰式「ｙ１＝ｆ１（ｘ１，ｘ２）」および「ｙ２＝ｆ２（ｘ１，ｘ２）」が定義されている。なお、図３では回帰式ｆ１，ｆ２は互いに独立であるが、線形従属でも良い。ここで、線形従属とは、ａ１・ｆ１＋ａ２・ｆ２＝０（ａ１，ａ２は係数）が零ではない係数に対して成立する場合である（ａ１＝ａ２＝０で成立する場合、ｆ１，ｆ２は独立）。

回帰式計算部７は、状態量ｘ１，ｘ２と、回帰式ｆ（ｘ）に基づいて、評価値ｙ１，ｙ２の推定値ｙ１’，ｙ２’（以下、「推定評価値ｙ１’，ｙ２’」と記す）を出力する。

最適化部８は、推定評価値ｙ１’，ｙ２’を引数とする評価関数ｇ（ｙ’）に基づいて、電流指令補正値Δｉｄｑを出力する。電流指令補正値Δｉｄｑは、図１の電圧指令演算部３に対して負のフィードバックとなる。すなわち、図１の電流指令ｉｄｑ＊は電流指令補正値Δｉｄｑだけ減算され、減算後の電流指令が電圧指令演算部３へ入力される。

評価関数ｇ（ｙ’）は、いわゆる最適制御理論や最適化理論に基づく公知の関数形が用いられる。従って、ｇ（ｙ’）が最小値あるいは最大値を示す場合の（ｙ１’，ｙ２’）が最適状態である。最適化部８は、（ｙ１’，ｙ２’）に応じて電流指令補正値Δｉｄｑを出力するが、ｇ（ｙ’）が最小値あるいは最大値となる場合、この時の（ｙ１’，ｙ２’）に対する電流指令補正値Δｉｄｑが最適状態にするための電流指令補正値Δｉｄｑとなる。

（ｙ１’，ｙ２’）に対する電流指令補正値Δｉｄｑは、両者の関係を表すテーブルデータを用いたり、電動機システムのモデルを用いた計算あるいはシミュレーションを用いたりして求められる。

なお、本実施例１においては、マイクロコンピュータなどの演算処理装置が、所定のプログラムを実行することにより、電圧指令演算部３、座標変換４、回帰式更新部６、回帰式計算部７および最適化部８として機能する。なお、マイクロコンピュータに限らず、種々のアナログ回路やデジタル回路を適宜用いても良い。

ここで、本実施例１の動作および効果を説明する前に、本発明者が検討したモータ制御システムにおける技術的問題点について説明しておく。

まず、モータ１の状態量ｘ１，ｘ２とモータ制御システムの評価値ｙ１，ｙ２の関係を正確に表すことが難しいという問題がある。例えば、状態量ｘ１をモータ１の電流実効値、評価値ｙ１をモータ１の消費電力とするとき、それらは正の相関関係にあることは判るが、正確な関係式はモータ制御システムごとに異なる。これは、モータ１の製造誤差、駆動対象２の特性、インバータ５のスイッチング遅延などの要因がシステムごとに異なるためである。このため、モータ１の電流実効値を低減しても、それによる消費電力の低減量を見積もることが難しい。モータ制御システムの性能は、モータ１の状態量ではなく、評価値によって判定されるので、評価値を正確に見積もることができないことは性能評価において問題となる。

このような問題に対し、本実施例１では、回帰式を用いて評価値が推定される。

また、モータ制御システムの評価値ｙ１，ｙ２がトレードオフの関係にある場合、両方を低減することは困難であるため、それらのバランスの最適化が問題となる。例えば、駆動対象２が圧縮機である場合、評価値ｙ１をモータ１の消費電力、評価値ｙ２を圧縮機の振動・騒音とすると、評価値ｙ１，ｙ２はトレードオフの関係にある。また、状態量ｘ１を電流実効値とし、状態量ｘ２を回転子位置の脈動成分とすると、両者は正の相関関係にある。よって、状態量ｘ１，ｘ２に基づいて評価値ｙ１，ｙ２のトレードオフのバランスを最適化することは難しい。また、トレードオフ最適化の手段として、電流指令補正値Δｉｄｑに対するリミッタを設定することも考えられる。このような手段は、電流指令補正値Δｉｄｑとモータ１の消費電力（評価値ｙ１）が負の相関関係にあることに基づいているが、リミッタ量の調整により所望のバランスに最適化できるとは限らない。このように、評価位置ｙ１とｙ２のトレードオフをある程度調整することは可能であるが、それらのバランスを最適化することは難しい。

これ対し、本実施例１では、回帰式更新部６、回帰式計算部７、最適化部８によって、トレードオフのバランスを最適化するためのフィードバック部が構成される。

次に、本実施例１における回帰式更新部６、回帰式計算部７、最適化部８の動作および効果ついて説明する。

回帰式更新部６は、状態量ｘ１，ｘ２を入力変数、評価値ｙ１，ｙ２を出力変数とする回帰式ｆ（ｘ）を記憶すると共に、ｆ（ｘ）を出力して回帰式計算部７に設定する。後述するように、回帰式ｆ（ｘ）を用いて評価値ｙ１，ｙ２を推定することにより、モータ１の稼動中において、評価値ｙ１，ｙ２を検出するための手段（例えば、センサ）は不要となる。これによりシステムのコスト低減・サイズ低減を図ることができる。

回帰式更新部６は、状態量ｘ１，ｘ２および評価値ｙ１，ｙ２の検出値に基づいて回帰式ｆ（ｘ）を求めて記憶する。ここでは、公知の回帰分析手段（例えば、最小二乗法など）が適用される。なお、回帰式更新部６は、モータ制御システムの製品出荷前などにおける試験時や、メンテナンス時において、状態量ｘ１，ｘ２および評価値ｙ１，ｙ２の検出値に基づいて回帰式ｆ（ｘ）を求めて記憶したり、既に記憶されている回帰式を新たに求めた回帰式に更新したりする。なお、回帰式更新部６は、モータ制御システムの稼動中に、所定の更新周期で、回帰式を更新しても良い。

なお、回帰式、すなわち回帰分析おけるモデルは、線形および非線形のいずれでも良い。また、回帰式に含まれる状態量の個数は、一つ以上の任意の個数で良い。

回帰式計算部７は、回帰式ｆ（ｘ）に基づいて推定評価値ｙ１’，ｙ２’を出力する。これにより、モータ１の製造誤差、駆動対象２の特性、インバータ５のスイッチング遅延などの要因により個々のモータ制御システムごとに異なる評価値を正確に推定することができる。

最適化部８は、推定評価値ｙ１’，ｙ２’を引数とする評価関数ｇ（ｙ’）を計算し、計算された評価関数の値に基づいて、電流指令補正値Δｉｄｑを出力する。これにより、トレードオフのバランスを最適化するためのフィードバック系が構築される。

図４は、評価関数ｇ（ｙ’）と推定評価値ｙ１’，ｙ２’との関係、並びに推定評価値ｙ１’、ｙ２’と電流指令補正値Δｉｄｑとの関係の一例を示す。

図４に示すように、電流指令補正値Δｉｄｑに対して推定評価値ｙ１’は反比例している。推定評価値ｙ２’は、Δｉｄｑ＝Ｃ１において極小点Ｃ０を有する。また、評価関数ｇ（ｙ’）は、推定評価値ｙ２’よりも推定評価値ｙ１’対して大きく変化している。

図５は、図４のΔｉｄｑ，ｙ１’，ｙ２’，評価関数ｇ（ｙ’）の動作波形を示す。ここで電流指令補正値Δｉｄｑの初期値はゼロ、最適化部８の動作開始時刻はｔ１としている。

図５に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２において、電流指令補正値Δｉｄｑは、Ｃ１まで増加し、推定評価値ｙ１’，ｙ２’はともに減少している。このため、評価関数ｇ（ｙ’）も減少する。時刻ｔ２〜ｔ３においても電流指令補正値Δｉｄｑは増加する。推定評価値ｙ２’は増加するが、推定評価値ｙ１’は減少している。このため、結果的に、評価関数ｇ（ｙ’）は減少する。そして、時刻ｔ３において、評価関数ｇ（ｙ’）の値は飽和し、電流指令補正値Δｉｄｑも飽和する。すなわち、評価関数ｇ（ｙ’）は最小値を示しているので、この時の電流指令補正値Δｉｄｑによって、トレードオフバランスがとれた推定評価値ｙ１’，ｙ２’が得られる。

上記のような本実施例１によれば、回帰式により求められる正確な推定評価値に基づき、評価値間の最適なバランスが得られるフィードバック系が構築される。従って、トレードオフ関係にある評価値間のバランスを高精度に最適制御することができる。また、このようなフィードバック系により、繁雑な制御パラメータの調整をすることなく、個々のモータ制御システムに応じて、自動的に最適制御を行うことができる。

なお、本実施例１において、推定評価値や状態量を表示する表示装置を設けても良い。これにより、モータ制御システムの利用者が自動最適化の状況を確認することが可能となる。

また、回帰式更新部６は、モータ１の状態量を入力変数、モータ１の評価値あるいは駆動対象２の評価値を出力変数とするシミュレーションモデルを備え、シミュレーションモデルのデータを用いて、回帰分析を行い、回帰式を求めても良い。これにより、回帰式を求める時の計算時間が短縮されるので、回帰式更新部６の更新周期を短縮することができる。

図６は、本発明の実施例２であるモータ制御システムの構成図である。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。なお、図示を省略しているが、電圧指令演算部３および座標変換４は、実施例１と同様である。

実施例２において、駆動対象２は、シリンダ２１を備える圧縮機である。モータ１の状態量（実施例１におけるｘ１，ｘ２）は、電流ベクトルｉｄｑおよび回転速度ωである。モータ制御システムの評価値（実施例１におけるｙ１，ｙ２）は、モータ１の消費電力Ｐおよびシリンダ２１の振動振幅値ａである。電流指令補正値Δｉｄｑは、機械的回転角θｍを引数とする数式あるいはテーブルデータによって、最適化部８において作成される。消費電力Ｐおよび振動振幅値ａは共に低減されることが望ましいが、消費電力Ｐおよび振動振幅値ａはトレードオフ関係にあり、実施例１と同様に、回帰式更新部６、回帰式計算部７並びに最適化部８を含むフィードバック部によって、トレードオフのバランスが自動で最適化される。

駆動対象２が圧縮機であるとき、モータ１の機械的回転角θｍに応じて周期的な圧縮機トルクの変動が発生する。このため、シリンダ２１には、機械的振動が発生する。機械的振動の振動振幅値ａは、モータ１の回転速度ωのＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）結果と関係性があるので、回帰式「ａ＝ｆ１（ω）」を用いて推定される。また、消費電力Ｐは、モータ１の電流ベクトルｉｄｑと関係性があることから、回帰式「Ｐ＝ｆ２（ｉｄｑ）」を用いて推定される。

圧縮機トルクは機械的回転角θｍに対して周期的に変動する。これに応じて、推定振動振幅値ａ’および推定消費電力Ｐ’も周期的に変動する。このため、最適化部８は、推定振動振幅値ａ’および推定消費電力Ｐ’を低減するように、機械的回転角θｍに対して周期的に変化する電流指令補正値Δｉｄｑを出力する。

図７は、機械的回転角θｍに対する電流補正値Δｉｄｑの波形例を示す。電流指令補正値Δｉｄｑは、ｄ軸電流補正値Δｉｄとｑ軸電流補正値Δｉｑの合成ベクトルであり、ΔｉｄおよびΔｉｑは「０≦θｍ≦２π」の範囲で周期性を有する。最適化部８は、推定振動振幅値ａ’および推定消費電力Ｐ’のトレードオフのバランスが最適化されるように、電流指令補正値Δｉｄｑの波形を設定する。

図８は、圧縮機のトルク脈動Δτおよび電流ベクトルｉｄｑの波形例を示す。振動振幅値ａを低減する場合、トルク脈動Δτを電流ベクトルｉｄｑの脈動によって打ち消すことが好ましい。また、消費電力Ｐを低減する場合、電流ベクトルｉｄｑを一定とすることが好ましい。従って、電流指令補正値Δｉｄｑによって、振動振幅値ａおよび消費電力Ｐを同時にゼロまで低減することは難しい。これに対し、本実施例２においては、推定振動振幅値ａ’および推定消費電力Ｐ’のトレードオフのバランスが最適化されるように、電流指令補正値Δｉｄｑが作成される。

図９は、実施例２における動作波形例を示す。最適化部８の演算開始時刻、演算終了時刻および電流補正値を作成するための演算周期は、それぞれｔ１，ｔ２およびＴとする。時刻ｔ１以降、ｄ軸電流補正値Δｉｄとｑ軸電流補正値Δｉｑは周期的に変化するが、振動の振幅の大きさは、時刻ｔ１から次第に大きくなり、時刻ｔ２にて飽和する。このとき、消費電力Ｐは増加するが、振動振幅値ａは低減される。なお、時刻ｔ２以降における消費電力Ｐと振動振幅値ａの最適な配分は、評価関数ｇ（Ｐ，ａ）の具体的な関数形による。

図９に示すように、本実施例においては、最適化部８の演算周期Ｔは圧縮機のトルク脈動Δτの周期と等しい。これに伴い、図９における各波形は圧縮機のトルク脈動Δτと同じ周期性を有する。これにより、ｄ軸電流補正値Δｉｄおよびｑ軸電流補正値Δｉｑの最適化に要する時間が増大することなく、ｄ軸電流補正値Δｉｄおよびｑ軸電流補正値Δｉｑが消費電力Ｐおよび振動振幅値ａに与える影響を十分に平均化して評価することができる。すなわち、高速かつ高精度に、振動振幅値および消費電力のトレードオフのバランスを最適化できる。

ここで、比較例を挙げて、本実施例と比較する。比較例は、前述の特許文献１などによって知られている技術である。

比較例おいては、振動振幅値（ａ）および消費電力（Ｐ）は回転速度（ω）の脈動成分に比例すると想定し、振動振幅値および消費電力を低減するために、回転速度（ω）の脈動成分を低減する。このため、回転速度（ω）の脈動成分をＦＦＴなどで抽出し、これにゲインを乗じた値を電流指令補正値Δｉｄｑとしてフィードバックする。例えば、図９の時刻ｔ１以降において、回転速度ωの脈動成分をＦＦＴで抽出して、これに基づきｑ軸電流補正値Δｉｑとして設定する。さらに、振動振幅値および消費電力の低減量のバランスを最適化するには、電流指令補正値Δｉｄｑにリミッタを設定する。

これに対し、本実施例２においては、振動振幅値（ａ）および消費電力（Ｐ）は、回帰式を用いて推定する。このため、図９に示すように、推定される振動振幅値および消費電力（ａ’，Ｐ’）は、トルク脈動Δτに伴う脈動成分を含まない。従って、ＦＦＴなどによる脈動成分抽出は不要となるが、電流指令補正値Δｉｄｑを作成するために、比較例とは異なり、実施例１および実施例２について上述したような最適化部８により電流指令補正値Δｉｄｑを設定する。最適化部８においては、振動振幅値（ａ）および消費電力（Ｐ）が脈動成分を含まないので、最適化制御のための演算が容易になる。さらに、いわゆる最適化制御により、振動振幅値および消費電力の低減量のバランスが最適化されるので、リミッタのような繁雑な調整を要する手段を要することなく、最適化部８によって電流指令補正値Δｉｄｑを作成することができる。

上述のように、実施例２によれば、回帰式により求められる正確な振動振幅値および消費電力の推定値に基づき、振動振幅値および消費電力間の最適なバランスが得られるフィードバック系が構築される。従って、トレードオフ関係にある振動振幅値および消費電力間のバランスを高精度に最適制御することができる。また、このようなフィードバック系により、繁雑な制御パラメータの調整をすることなく、個々のモータ制御システムに応じて、自動的に最適制御を行うことができる。

図１０は、本発明の実施例３であるモータ制御システムの構成図である。以下、主に、実施例１，２と異なる点について説明する。

実施例３において、駆動対象２は、かご２２を備える昇降機である。モータ１の状態量（実施例１におけるｘ１，ｘ２）は、実施例２と同様に、電流ベクトルｉｄｑおよび回転速度ωである。モータ制御システムの評価値（実施例１におけるｙ１，ｙ２）は、モータ１の消費電力Ｐおよびかご２２の到達時間ｔ０（停止階を出発してから目的階に到達するまでの時間）である。消費電力Ｐおよび到達時間ｔ０は共に低減されることが望ましいが、消費電力Ｐおよび到達時間ｔ０は応答性に関してトレードオフ関係にある。例えば、応答性を高めるほど、モータ１の消費電力Ｐは増加するが、昇降機の到達時間ｔ０が短くなる。これに対し、実施例１，２と同様に、回帰式更新部６、回帰式計算部７並びに最適化部８を含むフィードバック部によって、トレードオフのバランスが自動で最適化される。

本実施例３において、電圧指令演算部３は、位置指令ｒ＊に応じて、かご位置（最下階からのかご２２の高さ）ｒをｒ＊に一致させるように電圧指令ｖｄｑ＊を作成する。さらに、最適化部８は、実施例２とは異なり、回帰式により推定される消費電力Ｐおよび到達時間ｔ０の推定値（Ｐ’，ｔ０’）に基づいて、応答性に関する消費電力Ｐおよび到達時間ｔ０のトレードオフのバランスが最適化されるように、電圧指令演算部３の速度制御ゲイン補正値ΔＧａｓｒあるいは電流制御ゲイン補正値ΔＧａｃｒを作成して出力する。

なお、速度制御ゲイン補正値ΔＧａｓｒあるいは電流制御ゲイン補正値ΔＧａｃｒは、かご位置ｒを引数とする数式あるいはテーブルデータを用いて作成される。例えば、各ゲインは、位置ｒが低い場合には、駆動力不足によるかご２２の落ち込みを防止するように増大され、位置ｒが高い場合には、かご２２内部の乗り心地を改善するために低減される。

本実施例３によれば、回帰式により求められる正確な消費電力および到達時間の推定値に基づき、消費電力および到達時間との間の最適なバランスが得られるフィードバック系が構築される。従って、トレードオフ関係にある消費電力および到達時間との間のバランスを高精度に最適制御することができる。また、このようなフィードバック系により、繁雑な制御パラメータの調整をすることなく、個々のモータ制御システムに応じて、自動的に最適制御を行うことができる。

図１１は、本発明の実施例４であるモータ制御システムの構成図である。以下、主に、実施例１〜３と異なる点について説明する。

実施例４において、駆動対象２は巻取機である。巻取機は、金属板あるいは銅線などの被巻取物２３を張力τｄで巻き取る。ここで、張力τｄは、モータ１のトルクτと回転軸半径ｄの積である。モータ１は巻取部を駆動する。なお、巻出部１１は、モータを備えるものでも良い。

実施例４において、モータ１の状態量（実施例１におけるｘ１，ｘ２）は、実施例２，３と同様に、電流ベクトルｉｄｑおよび回転速度ωである。モータ制御システムの評価値（実施例１におけるｙ１，ｙ２）は、駆動対象２の作業時間ｔおよび被巻取物２３の欠陥発生率ｅである。作業時間ｔおよび欠陥発生率ｅは共に低減されることが望ましいが、作業時間ｔおよび欠陥発生率ｅは応答性に関してトレードオフ関係にある。例えば、応答性を高めるほど、作業時間ｔは短くなるが、欠陥発生率ｅは増加する。これに対し、実施例１〜３と同様に、回帰式更新部６、回帰式計算部７並びに最適化部８を含むフィードバック部によって、トレードオフのバランスが自動で最適化される。

本実施例４において、電圧指令演算部３は、所望の張力を得るためのトルク指令τ＊に応じて、張力τｄを「τ＊×ｄ」に一致させるように電圧指令ｖｄｑ＊を作成する。さらに、最適化部８は、実施例１〜３とは異なり、回帰式により推定される作業時間ｔおよび欠陥発生率ｅの推定値（ｔ’，ｅ’）に基いて、応答性に関する作業時間ｔおよび欠陥発生率ｅのトレードオフのバランスが最適化されるように、電圧指令演算部３の速度制御ゲイン補正値ΔＧａｓｒあるいは電流制御ゲイン補正値ΔＧａｃｒを作成して出力する。

なお、速度制御ゲイン補正値ΔＧａｓｒあるいは電流制御ゲイン補正値ΔＧａｃｒは、モータ１のトルクτを引数とする数式あるいはテーブルデータを用いて作成される
速度制御ゲイン補正値ΔＧａｓｒおよび電流制御ゲイン補正値ΔＧａｃｒは、トルクτの他、被巻取物２３の材料特性、残りの巻取量などを引数とする数式あるいはテーブルデータを用いて作成してもよい。例えば、剛性が高い被巻取物２３においては制御ゲインを増加させることで、作業時間ｔを低減することができる。また、残りの巻取量が少なくなったら、制御ゲインを低減することで、巻取完了後のショックを緩和することができる。

本実施例４によれば、回帰式により求められる正確な作業時間および欠陥発生率の推定値に基づき、作業時間ｔおよび欠陥発生率ｅの間の最適なバランスが得られるフィードバック系が構築される。従って、トレードオフ関係にある作業時間ｔおよび欠陥発生率ｅの間のバランスを高精度に最適制御することができる。また、このようなフィードバック系により、繁雑な制御パラメータの調整をすることなく、個々のモータ制御システムに応じて、自動的に最適制御を行うことができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

１…モータ，２…駆動対象，３…電圧指令演算部，４…座標変換，５…インバータ，６…回帰式更新部，７…回帰式計算部，８…最適化部，１１…巻出部，２１…シリンダ，２２…かご，２３…被巻取物

Claims (14)

1. モータに交流電圧を印加するインバータと、
   制御指令に応じて、前記交流電圧の電圧指令を作成する制御部と、
   前記制御部に、前記電圧指令を変更するための補正指令を与えるフィードバック部と、
   を備えるモータ制御システムにおいて、
   前記フィードバック部は、
   前記モータの少なくとも一つの状態量を入力変数、前記モータもしくは前記モータの駆動対象の複数の評価値を出力変数とする複数の回帰式を用いて、前記状態量から前記複数の評価値を推定し、
   推定された前記複数の評価値を引数とする評価関数を計算し、前記評価関数の計算値に基づいて、前記補正指令を作成することを特徴とするモータ制御システム。
2. 請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記複数の評価値はトレードオフの関係にあることを特徴とするモータ制御システム。
3. 請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記フィードバック部は、前記複数の回帰式を求める回帰式更新部を備えることを特徴とするモータ制御システム。
4. 請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、さらに、
   前記状態量および前記複数の評価値を表示する表示装置を備えることを特徴とするモータ制御システム。
5. 請求項３に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記回帰式更新部は、
   前記状態量を入力変数とし、かつ前記複数の評価値を出力変数とするシミュレーションモデルを用いて回帰分析を実行し、前記回帰式を求めることを特徴とするモータ制御システム。
6. 請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記駆動対象は圧縮機であり、
   前記状態量は前記モータの電流および回転速度であり、
   前記複数の評価値は前記モータの消費電力および前記圧縮機の振動振幅であり、
   前記制御指令はモータ電流指令であり、
   前記補正指令は、モータ電流指令の補正指令であることを特徴とするモータ制御システム。
7. 請求項６に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記モータ電流指令の補正指令は、前記モータの回転角を引数とする数式あるいはテーブルを用いて作成されることを特徴とするモータ制御システム。
8. 請求項６に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記モータ電流指令の補正指令は、前記モータの回転角に対して周期的に変化することを特徴とするモータ制御システム。
9. 請求項８に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記モータ電流指令の補正指令を作成するための演算周期は前記圧縮機のトルク脈動の周期と等しいことを特徴とするモータ制御システム。
10. 請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、
    前記駆動対象は、かごを備える昇降機であり、
    前記状態量は前記モータの電流および回転速度であり、
    前記複数の評価値は前記モータの消費電力および前記かごの目的階への到達時間であり、
    前記制御指令は前記かごの位置指令であり、
    前記補正指令は、前記制御部におけるゲインの補正指令であることを特徴とするモータ制御システム。
11. 請求項１０に記載のモータ制御システムにおいて、
    前記ゲインの補正指令は、前記かごの位置を引数とする数式あるいはテーブルを用いて作成されることを特徴とするモータ制御システム。
12. 請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、
    前記駆動対象は、巻取機であり、
    前記状態量は前記モータの電流および回転速度であり、
    前記複数の評価値は前記巻取機の作業時間および被巻取物の欠陥発生率であり、
    前記制御指令は前記モータのトルク指令であり、
    前記補正指令は、前記制御部におけるゲインの補正指令であることを特徴とするモータ制御システム。
13. 請求項１２に記載のモータ制御システムにおいて、
    前記ゲインの補正指令は、前記モータのトルクを引数とする数式あるいはテーブルを用いて作成されることを特徴とするモータ制御システム。
14. 電圧指令に応じて、モータに交流電圧を印加するモータ制御方法において、
    前記モータの少なくとも一つの状態量を入力変数、前記モータもしくは前記モータの駆動対象の複数の評価値を出力変数とする複数の回帰式を用いて、前記状態量から前記複数の評価値を推定し、
    推定された前記複数の評価値を引数とする評価関数を計算し、
    前記評価関数の計算値に基づいて、前記電圧指令を変更することを特徴とするモータ制御方法。

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