JPWO2014199994A1 - 周期外乱自動抑制装置 - Google Patents

Abstract

バッテリを主電源とする装置をフィードフォワードテーブルを用いてトルク脈動の抑制制御を行うと、負荷電力に応じてバッテリの内部抵抗により電圧が変動することで補償テーブル誤差が発生する。トルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された回転数によってトルク補償値により周波数成分毎のトルク脈動を抑制するとき、制御対象の主電源電圧を検出して電圧に対応する補償テーブルに入力し、補償テーブルに対して電圧に依存したトルク補償値を出力して補償する。また、補償値補正部では、実部補償テーブルの出力Ｔaと虚部補償テーブルｊＴbとの和によるトルク補償値Ｔｃnを電圧のみに依存した特定のテーブルもしくは比例式により補正を行う。

Description

本発明は、例えばモータ等の回転電気機械などのような回転電気機械のトルクリプルを自動的に抑制する周期外乱自動抑制装置に係わり、特にトルク脈動周波数成分毎に補償電流を予め学習し、学習した補償値をテーブル化する補償テーブルに関するものである。

周期外乱の発生抑制制御としては、ロボットによる位置決め制御、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等が存在し、これら各製品での周期外乱を高精度に抑制することが要望されている。例えば、モータは原理的にトルクリプルを発生し、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、埋込磁石形のＰＭモータは、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。このトルクリプルを抑制する制御方式として、特許文献１などが公知となっている。

図１３は、特許文献１に記載されたモータのトルク脈動抑制システムの構成図で、電流ベクトル制御方式のインバータで電動機をトルク／速度制御する場合を示したものである。インバータ１の電流ベクトル制御部１１は、電流センサ１２で検出するモータ駆動電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wとモータ２のロータ回転角度θから座標変換部１３によりモータ回転座標に同期したｄｑ軸直交回転座標系の電流に変換し、変換したｄ，ｑ軸電流検出値と指令値との比較によりモータ電流の制御を行う。ロータ回転角度θは回転位置センサ３によるエンコーダ波形ａｂｚから速度・位相検出部１４により速度ωと共に求められる。

トルク／ｉｄ，ｉｑ変換部１５は、コントローラ５からのトルク指令値Ｔ_refとモータ回転速度ω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ｉ_d ^*、ｉ_q0 ^*に変換し、これら電流指令値のうちｑ軸電流指令値
ｉ_q0 ^*にトルク脈動補償電流ｉ_qc*を重畳して電流ベクトル制御指令値とする。
コントローラ５は、トルクリプル抑制制御手段５Ａと学習手段５Ｂを搭載し、トルク脈動抑制に必要な補償電流をフーリェ係数テーブルとしてメモリに保存する。

その後、図１４で示す補償テーブル１６を実装したトルク脈動抑制システムを構成して、トルク脈動をフィードフォワード的に抑制するトルク脈動抑制制御を行う。図１４のシステムが図１３と異なる部分は、コントローラ５およびトルクメータ４を省き、インバータ１にはトルク脈動を抑制する補償電流生成手段を搭載すると共にトルク指令値Ｔ_ref ^*を直接に与える。この補償電流生成手段として振幅・位相補償電流テーブル１６と補償電流生成部１７を備える。

特許文献１は、上位に制御指令値を発生する制御器を持ち、周期性外乱が発生する制御対象に対し、周期外乱オブザーバを用いて取得した振動抑制用補償テーブルによって振動を抑制するものである。すなわち、制御対象に対してフィードフォワード制御を行うためにモータのトルク脈動成分を抽出し、抽出したトルク脈動成分を抑制するために必要な補償電流を求めて制御対象の制御装置にフィードバックしてトルク脈動を抑制するトルク脈動抑制手段を設けている。このトルク脈動抑制手段によるトルク抑制運転時のトルク脈動補償電流を学習し、補償電流をテーブル化して制御装置に実装する。そして、モータの制御運転時に補償電流をテーブルから読み出した補償電流でフィードフォワード的にトルク脈動を補償するものである。
日本国の公開特許である特開２０１１−５０１１８号公報

フィードフォワード制御のために補償テーブルを利用する場合、回転数取得部において制御対象の回転数を取得し、その回転数Ｎ（ω）と可変ので設定されるトルク設定値Ｔ_ref ^*を入力変数とし補償テーブルに入力し、各ポイントでのトルク補償値Ｔｃ_nの出力とトルク設定値Ｔ_ref ^*との偏差で補償するため、抑制応答性の向上や制御装置の構成を簡便化させることができる。しかし、制御対象が何等かの理由で変動を起こした場合、基本的にはフィードフォワードテーブルとのずれが発生して補償誤差となって現れ、場合によっては制御前よりも振動が増幅する懸念が生じる。

フィードフォワードテーブルを適用する制御対象の一つとして、電動車両のモータなどバッテリを主電源とする装置を考えると、その場合、負荷電力に応じてバッテリの内部抵抗により、制御装置に入力される電圧が変動する。また、バッテリ自身の充電の具合や、並列に負荷が接続された場合など、モータ制御装置自身が発生するトルクリプルや、電流制御応答に変動が起こる。これにより特定のバッテリ電圧時に取得したフィードフォワードテーブルを適用して抑制制御を行っている状態でバッテリ電圧変動が発生すると、上記懸念の補償テーブル誤差が発生することになる。

そこで、本発明が目的とするところは、制御装置にフィードフォワードテーブルを適用する際の電圧変動を考慮して、電圧変動による誤差を補償することで、より高性能な周期外乱自動抑制装置を提供することにある。

本発明の１つの観点によれば、制御対象のトルク脈動周波数成分を抽出してトルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された回転数によってトルク補償値を求め、求まったトルク補償値とトルク設定値の偏差分を制御対象に入力して周波数成分毎のトルク脈動を抑制するものにおいて、
前記補償テーブルを電圧毎に複数設け、前記制御対象の主電源電圧を検出して電圧に対応する補償テーブルに入力し、補償テーブルに対して主電源電圧の変動値に連動したトルク補償値を出力するよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の他の観点によれば、制御対象のトルク脈動周波数成分を抽出してトルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された制御対象の回転数によってトルク補償値を求め、求まったトルク補償値とトルク設定値の偏差分を制御対象に入力して周波数成分毎のトルク脈動を抑制するものにおいて、
前記補償テーブルは実数部を補正する実部補償テーブルと虚数部を補正する虚部補償テーブルを備え、且つ前記制御対象の主電源電圧の検出値Ｖを入力する補償値補正部を設け、この補償値補正部で、前記実部補償テーブルの出力Ｔaと虚部補償テーブルｊＴbとの和によるトルク補償値Ｔｃ_nを主電源電圧の変動値に連動した特定のテーブルもしくは比例式により補正を行うよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の別の観点によれば、前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴としたものである。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・（ａ・Ｖ＋ｂ）＋ｊＴb_n・（ｃ・Ｖ＋ｄ）
ただし、添え字のｎはｎ次成分を示す。

本発明の更に別の観点によれば、トルク設定値と制御対象の回転数検出値を入力してトルク・回転数に依存した多項式用の係数を出力する係数テーブルを設け、この係数テーブルの出力を前記補償値補正部に入力し、この補償値補正部でトルク・回転数に依存したテーブルもしくは比例式によりトルク補償値Ｔｃ_nの補正を行うよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の他の観点によれば、前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴としたものである。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｔ^cmd，Ｎ）・Ｖ＋ｆb（Ｔ^cmd，Ｎ）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｔ^cmd，Ｎ）・Ｖ＋ｆd（Ｔ^cmd，Ｎ）｝
ただし、ｆa〜ｆdは関数、Ｔ^cmdはトルク設定値、Ｎは回転数、Ｖは電圧検出値、ｎはｎ次成分
本発明の他の観点によれば、トルク設定値を入力してトルク依存した多項式用の係数を出力する係数テーブルを設け、この係数テーブルの出力を前記補償値補正部に入力し、この補償値補正部でトルクに依存したテーブルもしくは比例式によりトルク補償値Ｔｃ_nの補正を行うよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の更に他の観点によれば、前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴としたものである。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｔ^cmd）・Ｖ＋ｆb（Ｔ^cmd）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｔ^cmd）・Ｖ＋
ｆd（Ｔ^cmd）｝
ただし、ｆa〜ｆdは関数、Ｔ^cmdはトルク設定値、Ｖは電圧検出値、ｎはｎ次成分
本発明の他の観点によれば、前記制御対象の回転数検出値を入力して回転数に依存した多項式用の係数を出力する係数テーブルを設け、この係数テーブルの出力を前記補償値補正部に入力し、この補償値補正部で回転数に依存したテーブルもしくは比例式によりトルク補償値Ｔｃ_nの補正を行うよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の他の観点によれば、前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴としたものである。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｎ）・Ｖ＋ｆb（Ｎ）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｎ）・Ｖ＋ｆd（Ｎ）｝
ただし、ｆa〜ｆdは関数、Ｎは回転数、Ｖは電圧検出値、ｎはｎ次成分
本発明の更に他の観点によれば、制御対象のトルク脈動周波数成分を抽出してトルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された制御対象の回転数によってトルク補償値を求め、求まったトルク補償値とトルク設定値の偏差分を制御対象に入力して周波数成分毎のトルク脈動を抑制するものにおいて、
前記制御対象は、主電源をバッテリとし、電圧を可変制御可能とした電圧制御手段を備え、前記補償テーブルは、予め電圧制御手段による動作点毎の調整された印過電圧による補正値によって生成された補償テーブルであることを特徴としたものである。

本発明の実施例を示す周期外乱自動抑制装置の要部概略構成図。 補償テーブルデータ生成説明図。 補償テーブルの構成図。 他の実施例を示す周期外乱自動抑制装置の要部概略構成図。 補償テーブルデータ生成説明図。 他の実施例を示す周期外乱自動抑制装置の要部概略構成図。 補償テーブルデータ生成説明図。 他の周期外乱自動抑制装置の要部概略構成図。 他周期外乱自動抑制装置の要部概略構成図。 制御対象における制御機器構成図。 他の実施例を示す周期外乱自動抑制装置の要部概略構成図。 他の実施例を示す周期外乱自動抑制装置の学習システムの構成図。 従来の周期外乱自動抑制装置の学習システムの構成図。 従来の周期外乱自動抑制装置の構成図。

本発明は、トルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された回転数によってトルク補償値により
周波数成分毎のトルク脈動を抑制するとき、制御対象の主電源電圧を検出して電圧に対応する補償テーブルに入力し、補償テーブルに対して電圧に依存したトルク補償値を出力して補償するもので、図に基づいて以下に詳述する。

図１は、本発明の第１の実施例を示す概略構成図である。基本的には図１４のように構成されるが、制御対象２０は、ここではインバータの主回路やモータ等を含み、回転数検出部２１によってモータの回転数Ｎが検出される。また、インバータの直流回路から電圧Ｖが検出されて回転数Ｎと共に補償テーブル２２に入力される。補償テーブル２２は１〜ｎ個の複数の補償テーブルを有し、図１４で示すＴref^*に相当するトルク設定値Ｔ^cmdも入力される。

補償テーブル２２でのデータ取得方法としては、図１３で示すシステムを用いてトルク設定値Ｔ^cmdと回転数Ｎを変更し、そのポイントでの振動抑制の補償値を取得する。これを想定動作範囲の全点で繰返し行なって実験データを取得する。最終的に全実験データから、そのまま若しくは部分的に補間処理を行って補償テーブルを生成する。

本発明では、さらに電圧による変動値を考慮して、インバータ主電源の直流電圧Ｖも変動要素に加えて補償テーブル２２によりトルク補償値Ｔｃ_nを生成する。これにより図２で示すような（トルクｉ点×回転数ｊ点）×主電圧ｋ点の補償テーブルデータを生成し、これを周期外乱自動抑制装置に実装してフィードフォワード制御を行う。すなわち、検出された電圧Vに基づいて線ｌ１又はｌ２のような特性でトルク補償値Ｔｃ_nが求められる。

図３は補償テーブルの詳細図を示したものである。ｎ個の補償テーブルはそれぞれ実数部の補償テーブル２２Ａと虚数部の補償テーブル２２Ｂを有し、それぞれにはトルク設定値Ｔ^cmdと回転数Ｎが入力されて入力値に対応したトルクＴa，Ｔbが選択され、補償値補正部（加算部）２３において実数値Ｔa_nと虚数値ｊＴb_nとの和がトルク補償値Ｔｃ_nとなる。

テーブル参照時には、補償テーブル２２のデータに対してトルク設定値Ｔ^cmdに対する検出された現在の回転数Ｎと主電源電圧Ｖから補償値を参照し、振動抑制のトルク補償値Ｔｃ_nを減算部に出力してトルク設定値Ｔ^cmdとの偏差を求め、この偏差と周期外乱dＴnの加算値が制御対象２０に入力されて振動抑制が行われる。

本実施例によれば、上位に制御指令値を発生する制御器を持ち、周期性外乱が発生する制御対象に対し、周期外乱オブザーバを用いて取得した振動抑制用補償テーブルによって振動を抑制するものにおいて、負荷変化による主電源電圧変動をトルク・回転数・主電源電圧をパラメータとする補償テーブルとしたことにより、特に主電源がバッテリである場合には、モータ制御装置自身が発生するトルクリプルの抑制や、高精度な電流制御応答が可能となるものである。

図４は第２の実施例を示したもので、補償値変動量が制御対象主電源の電圧変動にのみ依存する場合の例である。補償値変動量が電圧のみに依存する場合、補償テーブル２２は図３で示すように実数部の補償テーブル２２Ａと虚数部の補償テーブル２２Ｂの１組のみでよく、且つ実施例１のようにトルク・回転数を含めてデータを取得する必要はない。

この実施例は、主電圧Ｖをノミナルな主電圧で取得した補償テーブルに対して、主電圧Ｖを補償値補正部２３に直接入力して電圧のみに依存した特定テーブルもしくは比例式により演算を行うことによって、補償テーブル保存用のメモリを省き、検出された電圧Vに基づいて図５のような補償特性でトルク補償値Ｔｃ_nが求められる。

なお、補償値補正部２３において、一次多項式で補正する場合のトルク補償値Ｔｃ_nの算出は（１）式によって行われる。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・（ａ・Ｖ＋ｂ）＋ｊＴb_n・（ｃ・Ｖ＋ｄ）…… （１）
テーブル参照時には、補償テーブル２２からトルク設定値Ｔ^cmdと検出された現在の回転数Ｎに対応したトルクＴa_n，Ｔb_nが選択され、補償値補正部２３において（１）式の演算が行われてトルク補償値Ｔｃ_nが算出される。トルク補償値Ｔｃ_nは、減算部においてトルク設定値Ｔ^cmdとの差演算が行われて偏差が求められ、
この偏差と周期外乱dＴnの加算値が制御対象２０に入力されて振動抑制が行われる。

この実施例によれば、制御対象の主電源がバッテリであるようなシステムにおいて、負荷変化による主電源電圧変動を、主電源電圧をパラメータとする式もしくはテーブルを用いて振動抑制を行うことで、補償テーブル保存用のメモリが省ける効果得られるものである。他は実施例１と同様の効果を有するものである。

図６は第３の実施例を示したもので、図４との相違点は係数補正テーブル２４を設けたことである。係数補正テーブル２４にはトルク設定値Ｔ^cmdと検出された回転数Ｎが入力され、入力値に対応した係数ｆa，ｆb，ｆc，ｆdを補償値補正部２３に出力するよう構成し、補償値補正部２３でノミナルな補償テーブルの補償値をｎ次多項式で補正する。この時の多項式係数をトルク・回転数に依存したテーブルもしくは式により補正を行い、補正式のパラメータについては実験又は解析により算出する。

図７は生成された補償テーブルデータの態様を示したもので、電圧に対応して線ｌ１又はｌ２のような特性でトルク補償値Ｔｃ_nが求められる。なお、補償値補正部２３において一次多項式で補正を実施する場合のトルク補償値Ｔｃ_nの算出は（２）式に基づいて行われる。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｔ^cmd，Ｎ）・Ｖ＋ｆb（Ｔ^cmd，Ｎ）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｔ^cmd，Ｎ）・Ｖ＋ｆd（Ｔ^cmd，Ｎ）｝ …… （２）
図８は係数補正テーブル２４にはトルク設定値Ｔ^cmdのみを入力する場合の例を示したもので、この場合の補償値補正部２３における一次多項式でのトルク補償値Ｔｃ_nの算出は（３）式に基づいて行われる。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｔ^cmd）・Ｖ＋ｆb（Ｔ^cmd）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｔ^cmd）・Ｖ＋
ｆd（Ｔ^cmd）｝ …… （３）
また、図９は係数補正テーブル２４には検出された回転数Ｎのみを入力する場合の例を示したもので、この場合の補償値補正部２３における一次多項式でのトルク補償値Ｔｃ_nの算出は（４）式に基づいて行われる。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｎ）・Ｖ＋ｆb（Ｎ）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｎ）・Ｖ＋ｆd（Ｎ）｝……… （４）
したがって、この実施例３によれば、補償テーブルの補償値をn次多項式で補正することにより、実施例２の補償よりもさらに拡張された振動抑制のための補償が可能となるものである。

制御対象の主電源がバッテリであるシステムにおいては、主電源の変動は負荷に伴う内部抵抗による低下（もしくは増加）量は指令値を基準として推定することができる。この実施例はそのような場合に好適なもので、図１０で示すように制御対象２０には電圧制御が可能な電圧制御手段ＣEを有し、印加電圧Ｖinを（５）式の関係から（６）式に基づいて制御する。
Ｖin=Vbas−Iin・Rin
Iin=Pout／Vin
Pout=ω・Ｔ^cmd …… （５）

ここで、Rin：主電源内部抵抗、Vbas：主電源内部電圧、Iin：主電源通流電流、Ｖin：機器印加電圧、Pout：機器出力電圧、ω：モータ回転数
補償テーブル２２でのデータ取得方法としては図１２で示すシステムが用いられ、トルク／速度指令値が電圧演算部６に入力されて（５）式の関係から（６）式に基づいて電圧Ｖinを演算し、可変電圧制御部７は電圧Ｖinに基づいてインバータ１の直流電圧Ｖdcを制御する。このときの回転数とトルク検出値を図１３と同様にコントローラ５のトルク脈動抑制手段に保存する。これを瞬間的な負荷電流変動を含む想定動作範囲の全点で繰返し行なって実験データを取得する。最終的に全実験データから、そのまま若しくは部分的に補間処理を行って補償テーブルを生成する。

この実施例における補償テーブルを利用した振動抑制制御装置としては図１１が用いられ、補償テーブル２２にはトルク設定値Ｔ^cmdと回転数Ｎのみが入力される。ノミナルな補償テーブルの生成は、主電源の電圧制御手段ＣEの電圧指令をＶinとし、動作点毎に、その時のトルク・回転指令値により電圧制御手段ＣEが電圧調整を行って補償テーブル２２によるトルク補償値を生成する。したがって、得られた補償テーブル２２は予め電圧変動分を考慮したテーブルとなっており、これを周期外乱自動抑制装置に実装することで運転時には電圧変動についても誤差なく振動抑制を達成することができる。

この実施例によれば、実施例１〜３と比較して主電源電圧変動を考慮しても制御機器のメモリ量に変動を与えることなく、振動抑制を精度よく行なうことが可能となる。

以上のとおり、本発明によれば、フィードフォワード制御を行うために用いられる補償テーブルを、負荷変化による主電源電圧変動に対しても補償するようにしたもので、これにより、制御対象に変動が生じた場合でも高精度な振動抑制制御を可能としたものである。

本発明の1つの観点によれば、制御対象に対しフィードフォワード制御するものであって、制御対象のトルク脈動周波数成分を抽出してトルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された回転数によってトルク補償値を求め、求まったトルク補償値とトルク設定値の偏差分を制御対象に入力して周波数成分毎のトルク脈動を抑制するものにおいて、
複数の補償テーブルを設け、前記制御対象の直流電圧を検出して電圧に対応する補償テーブルに入力し、補償テーブルに対して直流電圧の変動値に連動したトルク補償値を出力するよう構成したことを特徴としたものである。
また、本発明の他の観点によ前記補償テーブルは、予めトルク設定値と回転数を変更しながら当該各時点のトルク設定値，回転数における振動抑制補正値とした複数の補償テーブルを設け、前記制御対象の直流電圧を検出して電圧に対応する補償テーブルに入力し、補償テーブルに対して直流電圧の変動値に連動したトルク補償値を出力するよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の他の観点によれば、制御対象に対しフィードフォワード制御するものであって、制御対象のトルク脈動周波数成分を抽出してトルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された制御対象の回転数によってトルク補償値を求め、求まったトルク補償値とトルク設定値の偏差分を制御対象に入力して周波数成分毎のトルク脈動を抑制するものにおいて、
複数の補償テーブルを設け、前記補償テーブルは、実数部を補正する実部補償テーブルと虚数部を補正する虚部補償テーブルを備え、且つ前記制御対象の直流電圧の検出値Ｖを入力する補償値補正部を設け、この補償値補正部で、前記実部補償テーブルの出力Ｔaと虚部補償テーブルｊＴbとの和によるトルク補償値Ｔｃnを直流電圧の変動値に連動した特定のテーブルもしくは比例式により補正を行うよう構成したことを特徴としたものである。
また、本発明の他の観点による前記補償テーブルは、予めトルク設定値と回転数を変更しながら当該各時点のトルク設定値，回転数における振動抑制補正値とした複数の補償テーブルを設け、前記補償テーブルは、実数部を補正する実部補償テーブルと虚数部を補正する虚部補償テーブルを備え、且つ前記制御対象の直流電圧の検出値Ｖを入力する補償値補正部を設け、この補償値補正部で、前記実部補償テーブルの出力Ｔaと虚部補償テーブルｊＴbとの和によるトルク補償値Ｔｃnを直流電圧の変動値に連動した特定のテーブルもしくは比例式により補正を行うよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の他の観点によれば、前記トルク補償値Ｔｃnを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴としたものである。
Ｔｃn＝Ｔan・｛ｆa（Ｎ）・Ｖ＋ｆb（Ｎ）｝＋ｊＴbn・｛ｆc（Ｎ）・Ｖ＋ｆd（Ｎ）｝
ただし、ｆa〜ｆdは係数、Ｎは回転数、Ｖは電圧検出値、ｎはｎ次成分

図１３は、特許文献１に記載されたモータのトルク脈動抑制システムの構成図で、電流ベクトル制御方式のインバータで電動機をトルク／速度制御する場合を示したものである。インバータ１の電流ベクトル制御部１１は、電流センサ１２で検出するモータ駆動電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ _w をモータ２のロータ回転角度θから座標変換部１３によりモータ回転座標に同期したｄｑ軸直交回転座標系の電流に変換し、変換したｄ，ｑ軸電流検出値と指令値との比較によりモータ電流の制御を行う。ロータ回転角度θは回転位置センサ３によるエンコーダ波形ａｂｚから速度・位相検出部１４により速度ωと共に求められる。

トルク／ｉｄ，ｉｑ変換部１５は、コントローラ５からのトルク指令値Ｔ _ref ^* とモータ回転速度ω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ｉ_d ^*、ｉ_q0 ^*に変換し、これら電流指令値のうちｑ軸電流指令値ｉ_q0 ^*にトルク脈動補償電流ｉ_qc*を重畳して電流ベクトル制御指令値とする。
コントローラ５は、トルクリプル抑制制御手段５Ａとトルクリプル補償電流学習手段５Ｂを搭載し、トルク脈動抑制に必要な補償電流をフーリェ係数テーブルとしてメモリに保存する。

フィードフォワード制御のために補償テーブルを利用する場合、回転数取得部において制御対象の回転数を取得し、その回転数Ｎ（ω）と可変で設定されるトルク設定値Ｔ_ref ^*を入力変数とし補償テーブルに入力し、各ポイントでのトルク補償値Ｔｃ_nの出力とトルク設定値Ｔ_ref ^*との偏差で補償するため、抑制応答性の向上や制御装置の構成を簡便化させることができる。しかし、制御対象が何等かの理由で変動を起こした場合、基本的にはフィードフォワードテーブルとのずれが発生して補償誤差となって現れ、場合によっては制御前よりも振動が増幅する懸念が生じる。

本発明の１つの観点によれば、制御対象に対しフィードフォワード制御するものであって、制御対象のトルク脈動周波数成分を抽出してトルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された制御対象の回転数によってトルク補償値を求め、求まったトルク補償値とトルク設定値の偏差分を制御対象に入力して周波数成分毎のトルク脈動を抑制するものにおいて、
入力したトルク設定値と検出された回転数に対応して前記補償値をテーブル化した複数の補償テーブルを設け、前記補償テーブルは、前記補償値の実数部を有した実部補償テーブルと前記補償値の虚数部を有した虚部補償テーブルを備え、且つ前記制御対象の直流電圧の検出値Ｖを入力する補償値補正部を設け、この補償値補正部で、前記実部補償テーブルの出力Ｔaと虚部補償テーブルの出力ｊＴbとの和によるトルク補償値Ｔｃnを、直流電圧の変動値に連動した特定のテーブルもしくは比例式により補正を行うよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の別の観点によれば、前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴としたものである。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・（ａ・Ｖ＋ｂ）＋ｊＴb_n・（ｃ・Ｖ＋ｄ）
ただし、添え字のｎはｎ次成分

本発明の他の観点によれば、前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴としたものである。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｔ^cmd，Ｎ）・Ｖ＋ｆb（Ｔ^cmd，Ｎ）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｔ^cmd，Ｎ）・Ｖ＋ｆd（Ｔ^cmd，Ｎ）｝
ただし、ｆa〜ｆdは関数、Ｔ^cmdはトルク設定値、Ｎは回転数、Ｖは電圧検出値、ｎはｎ次成分
本発明の他の観点によれば、トルク設定値を入力してトルクに依存した多項式用の係数を出力する係数テーブルを設け、この係数テーブルの出力を前記補償値補正部に入力し、この補償値補正部でトルクに依存したテーブルもしくは比例式によりトルク補償値Ｔｃ_nの補正を行うよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の他の観点によれば、前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴としたものである。
Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｎ）・Ｖ＋ｆb（Ｎ）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｎ）・Ｖ＋ｆd（Ｎ）｝
ただし、ｆa〜ｆdは関数、Ｎは回転数、Ｖは電圧検出値、ｎはｎ次成分
本発明の更に他の観点によれば、前記補償テーブルの補償値は、予めトルク設定値と回転数を変更しながら取得されたデータであることを特徴としたものである。

この実施例によれば、制御対象の主電源がバッテリであるようなシステムにおいて、負荷変化による主電源電圧変動を、主電源電圧をパラメータとする式もしくはテーブルを用いて振動抑制を行うことで、補償テーブル保存用のメモリが省ける効果が得られるものである。他は実施例１と同様の効果を有するものである。

ここで、Rin：主電源内部抵抗、Vbas：主電源内部電圧、Iin：主電源通流電流、Ｖin：機器印加電圧、Pout：機器出力電力、ω：モータ回転数
補償テーブル２２でのデータ取得方法としては図１２で示すシステムが用いられ、トルク／速度指令値が電圧演算部６に入力されて（５）式の関係から（６）式に基づいて電圧Ｖinを演算し、可変電圧制御部７は電圧Ｖinに基づいてインバータ１の直流電圧Ｖdcを制御する。このときの回転数とトルク検出値を図１３と同様にコントローラ５のトルク脈動抑制手段に保存する。これを瞬間的な負荷電流変動を含む想定動作範囲の全点で繰返し行なって実験データを取得する。最終的に全実験データから、そのまま若しくは部分的に補間処理を行って補償テーブルを生成する。

Claims (10)

1. 制御対象のトルク脈動周波数成分を抽出してトルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された回転数によってトルク補償値を求め、求まったトルク補償値とトルク設定値の偏差分を制御対象に入力して周波数成分毎のトルク脈動を抑制するものにおいて、
   前記補償テーブルを複数の補償テーブルとし、前記制御対象の主電源電圧を検出して電圧に対応する補償テーブルに入力し、補償テーブルに対して主電源電圧の変動値に連動したトルク補償値を出力するよう構成したことを特徴とする周期外乱自動抑制装置。
2. 制御対象のトルク脈動周波数成分を抽出してトルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された制御対象の回転数によってトルク補償値を求め、求まったトルク補償値とトルク設定値の偏差分を制御対象に入力して周波数成分毎のトルク脈動を抑制するものにおいて、
   前記補償テーブルは実数部を補正する実部補償テーブルと虚数部を補正する虚部補償テーブルを備え、且つ前記制御対象の主電源電圧の検出値Ｖを入力する補償値補正部を設け、この補償値補正部で、前記実部補償テーブルの出力Ｔaと虚部補償テーブルｊＴbとの和によるトルク補償値Ｔｃ_nを主電源電圧の変動値に連動した特定のテーブルもしくは比例式により補正を行うよう構成したことを特徴とする周期外乱自動抑制装置。
3. 前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴とする請求項２記載の周期外乱自動抑制装置。
   Ｔｃ_n＝Ｔa_n・（ａ・Ｖ＋ｂ）＋ｊＴb_n・（ｃ・Ｖ＋ｄ）
   ただし、添え字のｎはｎ次成分を示す。
4. トルク設定値と制御対象の回転数検出値を入力してトルク・回転数に依存した多項式用の係数を出力する係数テーブルを設け、この係数テーブルの出力を前記補償値補正部に入力し、この補償値補正部でトルク・回転数に依存したテーブルもしくは比例式によりトルク補償値Ｔｃ_nの補正を行うよう構成したことを特徴とする請求項２記載の周期外乱自動抑制装置。
5. 前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴とする請求項４記載の周期外乱自動抑制装置。
   Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｔ^cmd，Ｎ）・Ｖ＋ｆb（Ｔ^cmd，Ｎ）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｔ^cmd，Ｎ）・Ｖ＋ｆd（Ｔ^cmd，Ｎ）｝
   ただし、ｆa〜ｆdは係数、Ｔ^cmdはトルク設定値、Ｎは回転数、Ｖは電圧検出値、ｎはｎ次成分
6. トルク設定値を入力してトルク依存した多項式用の係数を出力する係数テーブルを設け、この係数テーブルの出力を前記補償値補正部に入力し、この補償値補正部でトルクに依存したテーブルもしくは比例式によりトルク補償値Ｔｃ_nの補正を行うよう構成したことを特徴とする請求項２記載の周期外乱自動抑制装置。
7. 前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴とする請求項６記載の周期外乱自動抑制装置。
   Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｔ^cmd）・Ｖ＋ｆb（Ｔ^cmd）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｔ^cmd）・Ｖ＋
   ｆd（Ｔ^cmd）｝
   ただし、ｆa〜ｆdは係数、Ｔ^cmdはトルク設定値、Ｖは電圧検出値、ｎはｎ次成分
8. 前記制御対象の回転数検出値を入力して回転数に依存した多項式用の係数を出力する係数テーブルを設け、この係数テーブルの出力を前記補償値補正部に入力し、この補償値補正部で回転数に依存したテーブルもしくは比例式によりトルク補償値Ｔｃ_nの補正を行うよう構成したことを特徴とする請求項２記載の周期外乱自動抑制装置。
9. 前記トルク補償値Ｔｃ_nを補正するための比例式は、次式による一次多項式で補正することを特徴とする請求項８記載の周期外乱自動抑制装置。
   Ｔｃ_n＝Ｔa_n・｛ｆa（Ｎ）・Ｖ＋ｆb（Ｎ）｝＋ｊＴb_n・｛ｆc（Ｎ）・Ｖ＋ｆd（Ｎ）｝
   ただし、ｆa〜ｆdは係数、Ｎは回転数、Ｖは電圧検出値、ｎはｎ次成分
10. 制御対象のトルク脈動周波数成分を抽出してトルク脈動を抑制するための補償値を予め補償テーブルにテーブル化し、入力したトルク設定値と検出された制御対象の回転数によってトルク補償値を求め、求まったトルク補償値とトルク設定値の偏差分を制御対象に入力して周波数成分毎のトルク脈動を抑制するものにおいて、
    前記制御対象は、主電源をバッテリとし、電圧を可変制御可能とした電圧制御手段を備え、前記補償テーブルは、予め電圧制御手段による動作点毎の調整された印過電圧による補正値によって生成された補償テーブルであることを特徴とした周期外乱自動抑制装置。