JPWO2015186406A1 - Periodic disturbance automatic suppression device - Google Patents

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Abstract

本発明は、電流センサ誤差補正を行いつつトルクリプル抑制を行う周期外乱自動抑制装置を提供することを目的として、電流誤差補正制御系の周期外乱オブザーバとトルクリプル抑制系の周期外乱オブザーバ、およびプラントモデル部を設け、プラントモデル部に電圧指令値を入力して仮想電流値を生成し、仮想電流値は座標変換部を介して電流誤差補正制御系の周期外乱オブザーバに入力して補償値を算出し、補償値を電流検出値に重畳して、電流センサによる電流検出値を補正するとともに、トルクリプル抑制系の周期外乱オブザーバにプラントの出力トルク及び回転角速度を入力して補償値を算出し、算出された補償値を、座標変換部を介して電流指令値に加算するよう構成した周期外乱自動抑制装置である。An object of the present invention is to provide a periodic disturbance automatic suppression device that suppresses torque ripple while performing current sensor error correction, a periodic disturbance observer of a current error correction control system, a periodic disturbance observer of a torque ripple suppression system, and a plant model unit And generating a virtual current value by inputting a voltage command value to the plant model unit, and calculating the compensation value by inputting the virtual current value to the periodic disturbance observer of the current error correction control system via the coordinate conversion unit, The compensation value is superimposed on the current detection value to correct the current detection value by the current sensor, and the compensation value is calculated by inputting the plant output torque and the rotational angular velocity to the periodic disturbance observer of the torque ripple suppression system. It is a periodic disturbance automatic suppression device configured to add a compensation value to a current command value via a coordinate conversion unit.

Description

本発明は、周期外乱自動抑制装置に係わり、特に電流誤差補正を行いつつトルクリプル抑制も行う周期外乱自動抑制装置に関するものである。  The present invention relates to an automatic periodic disturbance suppressing device, and more particularly to an automatic periodic disturbance suppressing device that suppresses torque ripple while performing current error correction.

周期外乱の発生抑制制御としては、受変電設備での電力系統制御、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（電気自動車、エレベータなどの乗り心地に関連するもの）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。  Periodic disturbance generation suppression control includes power system control in power receiving / transforming equipment, robot positioning control, dynamometer system axial torque resonance suppression, motor housing vibration suppression (related to riding comfort of electric vehicles, elevators, etc.) Etc.), and it is desired to suppress the periodic disturbance in each of these products with high accuracy.

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。その対策として、トルクリプルを抑制する制御方式として周期外乱オブザーバ補償法が提案されている。  For example, a motor generates torque ripple in principle, causing various problems such as vibration, noise, adverse effects on riding comfort, and electrical / mechanical resonance. In particular, in an embedded magnet type PM motor, cogging torque ripple and reluctance torque ripple are generated in a composite manner. As a countermeasure, a periodic disturbance observer compensation method has been proposed as a control method for suppressing torque ripple.

図５は、特許文献１及び非特許文献によって公知となっている周期外乱オブザーバのｎ次トルクリプル周波数成分に関する制御ブロック図を示したものである。
１はトルクリプル補償値演算部で、正弦波／余弦波の制御指令ｒn（通常は０）と周期外乱オブザーバ３による推定値ｄＴA＾n， ｄＴB＾nとの差分にそれぞれ正弦波／余弦波値を乗算してそれを加算することでトルクリプル補償指令ＴC * nを生成し制御対象２に出力される。制御対象２では、周期の外乱（以下周期外乱ｄＴnという）が発生することがある。例えば、制御対象がモータであればコギングトルクなどによる回転数に同期した外乱であるトルクリプルがこれに相当し、振動や騒音の要因となる。FIG. 5 is a control block diagram relating to the n-th order torque ripple frequency component of the periodic disturbance observer known from Patent Document 1 and Non-Patent Document.
Reference numeral 1 denotes a torque ripple compensation value calculation unit. The difference between the control command r n (usually 0) of the sine wave / cosine wave and the estimated values dT A ^ n and dT B ^ n by the periodic disturbance observer 3 is respectively calculated as the sine wave / cosine. By multiplying the wave values and adding them, a torque ripple compensation command T C * n is generated and output to the controlled object 2. In the control object 2, there is a periodic disturbance (hereinafter referred to cycle disturbance dT n) is generated. For example, if the object to be controlled is a motor, a torque ripple that is a disturbance synchronized with the rotational speed due to cogging torque or the like corresponds to this and causes vibration and noise.

周期外乱オブザーバ３は周期外乱ｄＴnを抑制するもので、周波数成分毎に複素ベクトルで表現したシステム同定モデルを外乱オブザーバの逆システムモデルを用いることで、制御対象とする周波数の外乱を直接的に推定して補償する。
これにより比較的単純な制御構成でありながら、対象とした周波数に対しては次数に関係なく高い抑制効果が得られる。Periodic disturbance observer 3 intended to suppress the periodic disturbance dT n, a system identification model represented by a complex vector for each frequency component by using the inverse system model of the disturbance observer directly the disturbance frequency to be controlled Estimate and compensate.
Thereby, although it is a comparatively simple control configuration, a high suppression effect can be obtained for the target frequency regardless of the order.

システム同定モデルＰ＾nの取得に関して、制御に先立って制御対象のプラントＰn（＝ＰAn＋ｊＰBn）に対して予めシステム同定を行い、１次元複素ベクトルの形で（１）式として表現する。
Ｐ＾n＝Ｐ＾An＋ｊＰ＾Bn …（１）
ただし、添字のｎはｎ次成分、変数は何れもＸn＝ＸAn＋ｊＸBnと表現される複素ベクトルである。Regarding the acquisition of the system identification model P ^ n , system identification is performed in advance for the plant P n (= P An + jP Bn ) to be controlled prior to the control, and is expressed as an equation (1) in the form of a one-dimensional complex vector. .
P ^ n = P ^ An + jP ^ Bn (1)
However, the subscript n is an n-order component, and all variables are complex vectors expressed as X n = X An + jX Bn .

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でシステムを表現できる。または、同定結果を数式化してシステムを表現することも可能である。何れの手法も、特定の周波数成分については簡素な１次元複素ベクトルでシステムモデルの表現は可能となる。
なお、システム同定モデルに限らず文中記載のＰ＾n，ｒn，ｄＴn，ｄＴ＾n，ＴnもＸn＝ＸAn＋ｊＸBnと表現される複素ベクトルである。For example, when the system identification result of 1 to 1000 Hz is expressed by a complex vector every 1 Hz, the system can be expressed by a table composed of 1000 one-dimensional complex vector elements. Alternatively, the system can be expressed by formulating the identification result. In any method, the system model can be expressed with a simple one-dimensional complex vector for a specific frequency component.
Incidentally, a complex vector which is expressed as a system identification model without being limited mentioned in this document P ^ n, r n, dT n, dT ^ n, T n be X n = X An + jX Bn .

具体的な制御手法としては、プラント出力に対してフーリエ変換を簡易化した低域通過フィルタＧFを通すことで、周期外乱の抑制対象とする周波数成分を抽出する。これに上記のシステム同定モデルの逆数Ｐ＾n -nで表現される逆システムを乗算し、ＧFを通した制御指令値との差分から周期外乱ｄＴnを推定しシステム同定モデルｄ＾nとする。推定した周期外乱ｄＴnを制御指令値ｒnから差し引いて外乱補償値とし、周期外乱ｄＴnを抑制する。以上の流れが周期外乱オブザーバによる周期外乱を抑制する制御手法である。
国際公開ＷＯ２０１０／０２４１９５Ａ１ 複素ベクトル表現を用いた周期外乱オブザーバに基づくＰＭモータのトルクリプル抑制制御法、電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１３２， Ｎｏ．１．ｐ．８４−９３（２０１２） Specific control method, by passing the low-pass filter G F which simplifies Fourier transform to the plant output, to extract a frequency component to be suppressed subject to periodic disturbances. This multiplies the inverse system represented by the reciprocal P ^ n -n the above system identification model, the difference estimating periodic disturbance dT n from and system identification model d ^ n the control command value through a G F To do. The disturbance compensation value by subtracting the estimated period disturbance dT n from the control command value r n, suppressing periodic disturbance dT n. The above flow is a control method for suppressing the periodic disturbance caused by the periodic disturbance observer.
International Publication WO2010 / 024195A1 Torque ripple suppression control method for PM motor based on periodic disturbance observer using complex vector representation, IEEJ Transactions D, Vol. 132, no. 1. p. 84-93 (2012)

インバータ駆動の装置における周期外乱の発生要因は多々あるが、電流センサのオフセットおよびゲイン誤差もその一つである。オフセット誤差は主に同期周波数の１ｆに、ゲイン誤差は主に２ｆの周期外乱を発生させる。  There are many causes of periodic disturbances in an inverter-driven device, and current sensor offset and gain errors are one of them. The offset error mainly causes 1f of the synchronization frequency, and the gain error mainly generates 2f of periodic disturbance.

トルクリプルを発生させる要因はこの電流センサ誤差以外にもモータ自身のコギングトルクなどがある。この時、“トルクリプル抑制“と”電流センサ誤差補正“の２つを同時目的とする場合を考える。  Factors that generate torque ripple include the cogging torque of the motor itself in addition to the current sensor error. At this time, let us consider a case where the two purposes of “torque ripple suppression” and “current sensor error correction” are simultaneously aimed.

従来のトルク検出値を入力としたトルクリプル抑制の周期外乱オブザーバ構成では、トルクリプルは抑制可能であるが電流センサ誤差を補正することは出来ない。これは図５の制御対象からの検出値をトルク検出値として制御指令値ｒnをトルク指令もしくは電流指令とした場合に相当する。出願人は、電流センサ誤差補正を可能とする手法についての特許出願をしているが、この場合は逆にコギングトルクなどによってあらわれるトルクリプルは残留したままになる。単純に、電流センサ誤差補正とトルクリプル抑制を並列駆動させることも考えられるが、センサ誤差要因とモータ側要因のリプルが同次元に発生している場合では、両者の干渉が発生し振動抑制および電流が制御不能に陥る。In the conventional disturbance observer configuration for torque ripple suppression using the detected torque detection value as an input, torque ripple can be suppressed, but current sensor error cannot be corrected. This corresponds to a case where the control command value r n and a torque command or current command and a detected value from the controlled object 5 as a torque detection value. The applicant has filed a patent application regarding a technique that enables current sensor error correction. In this case, however, the torque ripple generated by the cogging torque or the like remains. It may be possible to simply drive the current sensor error correction and torque ripple suppression in parallel, but if the sensor error factor and the motor side ripple occur in the same dimension, interference between the two causes vibration suppression and current ripple. Falls out of control.

このため、電流センサ誤差補正を行いつつトルクリプル抑制も達成する制御方式が必要となる。  For this reason, a control system that achieves torque ripple suppression while performing current sensor error correction is required.

本発明が目的とするところは、電流誤差補正を行いつつトルクリプルの抑制も行う周期外乱自動抑制装置を提供することにある。
本発明は、電流指令値と、電流センサによる電流検出値から、電流制御部によって電圧指令値を生成し、電圧指令値に基づいて制御装置を介してプラントを制御するものにおいて、
プラントモデル部を設け、プラントモデル部に前記電圧指令値を入力して仮想電流値を生成し、仮想電流値は座標変換部を介して電流誤差補正制御系の周期外乱オブザーバに入力して補償値を算出し、算出された補償値を前記電流検出値に重畳して、電流センサによる電流検出値を補正すると共に、
トルクリプル抑制系の周期外乱オブザーバを設け、この周期外乱オブザーバにプラントの出力トルク及び回転角速度を入力して補償値を算出し、算出された補償値は座標変換部を介して前記電流指令値に加算するよう構成したことを特徴としたものである。An object of the present invention is to provide a periodic disturbance automatic suppression device that suppresses torque ripple while performing current error correction.
The present invention generates a voltage command value by a current control unit from a current command value and a current detection value by a current sensor, and controls a plant via a control device based on the voltage command value.
A plant model unit is provided, and the voltage command value is input to the plant model unit to generate a virtual current value. The virtual current value is input to the periodic disturbance observer of the current error correction control system via the coordinate conversion unit and compensated. And superimposing the calculated compensation value on the current detection value to correct the current detection value by the current sensor,
A periodic disturbance observer for the torque ripple suppression system is provided, and the compensation value is calculated by inputting the plant output torque and the rotational angular velocity to the periodic disturbance observer, and the calculated compensation value is added to the current command value via the coordinate converter. It is characterized by having constituted so.

また、本発明は、トルクリプル抑制系の座標変換部を経て出力される補償値と前記プラントモデル部からの仮想電流値の差分を算出して前記電流誤差補正制御系の座標変換部に入力するよう構成したことを特徴としたものである。  Further, the present invention calculates a difference between the compensation value output through the coordinate conversion unit of the torque ripple suppression system and the virtual current value from the plant model unit, and inputs the difference to the coordinate conversion unit of the current error correction control system. It is characterized by comprising.

更に本発明は、電流誤差補正制御系の周期外乱オブザーバの出力側に設けられたスイッチとメモリを有するスイッチ部と、
前記トルクリプル抑制系の周期外乱オブザーバの出力側に設けられたスイッチ部を備え、電流誤差補正制御系による電流センサ誤差補正時に、前記トルクリプル抑制系のスイッチ部をオフにし、且つ前記電流誤差補正制御系スイッチ部のスイッチをオンにして補償値をメモリに記憶し、メモリに記憶された補償値に基づいて電流センサ誤差補正を行うと共に、
電流センサ誤差補正の終了後に前記トルクリプル抑制系のスイッチ部をオンしてトルクリプルを抑制するよう構成したことを特徴としたものである。The present invention further includes a switch provided on the output side of the periodic disturbance observer of the current error correction control system and a switch unit having a memory,
A switch unit provided on the output side of the periodic disturbance observer of the torque ripple suppression system, and when the current sensor error correction by the current error correction control system, the switch unit of the torque ripple suppression system is turned off, and the current error correction control system Turn on the switch of the switch unit, store the compensation value in the memory, perform current sensor error correction based on the compensation value stored in the memory,
The torque ripple suppression system is configured to suppress torque ripple by turning on the switch portion of the torque ripple suppression system after completion of the current sensor error correction.

また、本発明は、電流指令値と、電流センサによる電流検出値から、電流制御部によって電圧指令値を生成し、電圧指令値に基づいて制御装置を介してプラントを制御するものにおいて、
前記生成された電圧指令値と前記プラントの回転角速度信号を電流誤差補正制御系の周期外乱オブザーバに入力して外乱推定値を算出すると共に、
トルクリプル抑制系の周期外乱オブザーバを設け、この周期外乱オブザーバにプラントの出力トルク及び回転角速度を入力して補償指令値を算出し、算出された補償指令値と前記電流誤差補正制御系の周期外乱オブザーバによって算出された外乱推定値の差分を補償値とし、この補償値と前記電流検出値との差分を補償値として前記電流指令値に加算するよう構成したことを特徴としたものである。Further, the present invention generates a voltage command value by a current control unit from a current command value and a current detection value by a current sensor, and controls a plant via a control device based on the voltage command value.
The generated voltage command value and the rotational angular velocity signal of the plant are input to a periodic disturbance observer of a current error correction control system to calculate a disturbance estimated value,
A periodic disturbance observer for a torque ripple suppression system is provided, and a compensation command value is calculated by inputting a plant output torque and a rotational angular velocity to the periodic disturbance observer, and the calculated compensation command value and a periodic disturbance observer for the current error correction control system are calculated. The difference between the estimated disturbance values calculated by the above is used as a compensation value, and the difference between the compensation value and the detected current value is added to the current command value as a compensation value.

本発明の第１の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows the 4th Embodiment of this invention. 周期外乱オブザーバの構成ブロック図。The block diagram of a periodic disturbance observer.

本発明では、電流センサ誤差による周期外乱の抑制と共に、トルクリプルの抑制も行うもので、以下図に基づいて説明する。なお、電流センサによる振動発生はインバータとモータの組み合わせに限らず、電流センサを用いた制御機器一般に当てはまる問題である。よって、以下で示す各実施形態では、制御装置をインバータとし、制御対象をモータの例としているが、一般的な制御機器に対して適用可能なものである。  In the present invention, torque ripple is also suppressed along with suppression of periodic disturbance due to current sensor error, which will be described below with reference to the drawings. It should be noted that generation of vibration by the current sensor is not limited to the combination of the inverter and the motor, and is a problem that applies to general control equipment using the current sensor. Therefore, in each embodiment shown below, the control device is an inverter and the controlled object is an example of a motor. However, the present invention is applicable to general control equipment.

図１は、本発明の第１の実施形態を示す構成図を示したものである。なお、図における各記号は次の通りである。
［共通変数］
Ｔ*：トルク指令値、ｉdq *：ｉd，ｉq指令値、ｖdq ref：ｖd，ｖq指令値、ｉuvw：相電流値、Ｔ：出力トルク値、θ：回転角、ω：回転角速度、ｉdq sense：電流検出ｉd，ｉq値［電流センサ補正側変数］
ｉdq´：補償後ｉd，ｉq、ｉｃdq CT：ｉd，ｉq補償値、ｉ^ dq：仮想ｉd，ｉq値、Ｉdqn：ｎ次高調波ｉd，ｉq値、ｉｃdqn：ｎ次ｉd，ｉq補償値、ｄＩdq * n：ｎ次ｉd，ｉq補償指令値、ｄＩdqn：ｎ次ｉd，ｉq外乱推定値
［トルク補正側変数］
ｉｃdq trq：補償ｉd，ｉq値、Ｔn：ｎ次高調波ｉd，ｉq値、Ｔｃn：ｎ次ｉd，ｉq補償値、ｄＴ* n：ｎ次トルク補償指令値、ｄＴn：ｎ次トルク外乱推定値、
図１において、１は制御装置となるインバータ、２は制御対象となるプラント（ここではＰＭモータ）、３，４は周期外乱オブザーバで、周期外乱オブザーバ３は電流誤差補正制御系となり、周期外乱オブザーバ４はトルクリプル抑制系となる。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. The symbols in the figure are as follows.
[Common variables]
T * : torque command value, i dq * : i d , i q command value, v dq ref : v d , v q command value, i uvw : phase current value, T: output torque value, θ: rotation angle, ω : Rotational angular velocity, i dq sense : current detection i d , i q value [current sensor correction side variable]
i dq ′: post-compensation i d , i q , ic dq CT : i d , i q compensation value, i ^ dq : virtual i d , i q value, I dqn : n-order harmonics i d , i q value, ic dqn : n-order i d , i q compensation value, dI dq * n : n-order i d , i q compensation command value, dI dqn : n-order i d , i q disturbance estimated value [torque correction side variable]
ic dq trq : compensation i d , i q value, T n : n-order harmonics i d , i q value, Tc n : n-order i d , i q compensation value, dT * n : n-order torque compensation command value dT n : n-th order torque disturbance estimated value,
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an inverter that is a control device, 2 is a plant to be controlled (here, a PM motor), 3 and 4 are periodic disturbance observers, and the periodic disturbance observer 3 is a current error correction control system, which is a periodic disturbance observer. 4 is a torque ripple suppression system.

１１は変換部で、トルク指令値Ｔ*をｄ，ｑ軸の電流指令値ｉdq *（ｉd，ｉq）に変換する。変換された電流指令値ｉdq *は加減算部においてｉdq´と減算、またはｉｃdq trqと加算演算が行われて電流制御部１２に入力される。電流制御部１２は、ｉdq *とｉdq´との差分、またはｉdq *とｉｃdq trqとの加算値に基づいて電圧指令値ｖdq refを算出する。１３は変換部で、ｄ，ｑ軸の２相電圧を３相に変換してインバータ１に出力すると共に、電流センサ１４により検出された３相電流を２相に変換し、ｉd，ｉqの電流検出値ｉdq sens eとして減算部に出力されてｉd，ｉqの補償値ｉｃdq CTとの差分ｉdq´が算出される。11 converts the conversion unit, the torque command value T * d, the current command value of q-axis i dq * (i d, i q) to. The converted current command value i dq * is subtracted with i dq ′ or added with ic dq trq in the adder / subtractor and input to the current controller 12. The current control unit 12 calculates the voltage command value v dq ref based on the difference between i dq * and i dq ′ or the added value of i dq * and ic dq trq . A conversion unit 13 converts the d- and q-axis two-phase voltages into three phases and outputs them to the inverter 1, and converts the three-phase current detected by the current sensor 14 into two phases, i d , i q Current detection value i dq sens e is output to the subtraction unit, and a difference i dq ′ between i d and i q and the compensation value ic dq CT is calculated.

１５は回転位置センサで、エンコーダ波形ａｂｚからのロータ回転角度θと回転角速度ωを検出して変換部１３に出力すると共に、係数ｎ倍して座標変換部１７及びトルクリプル抑制系の変換部２１と座標変換部２２にそれぞれ出力される。
また、角速度ωは係数ｎ倍した後、周期外乱オブザーバ３と４に入力される。
１６はプラントモデル部（ここではモータモデル部）で電流制御部１２の出力であるｖdq ref指令を入力してモータの回路方程式により仮想電流値ｉ＾dqを算出し、後述のトルク補償値ｉｃdq trqとの差分を振動抑制対象として座標変換部１７を介して周期外乱オブザーバ３に出力する。これにより、電流センサ誤差補正を行いなから、同時にトルクリプルの抑制を達成する。
なお、周期外乱オブザーバ３，４におけるＧFはローパスフィルタである。  A rotational position sensor 15 detects the rotor rotational angle θ and the rotational angular velocity ω from the encoder waveform abz, outputs them to the conversion unit 13, and multiplies them by a coefficient n to the coordinate conversion unit 17 and the torque ripple suppression system conversion unit 21. Each is output to the coordinate conversion unit 22.
Further, the angular velocity ω is input to the periodic disturbance observers 3 and 4 after being multiplied by a factor n.
Reference numeral 16 denotes a plant model unit (here, a motor model unit), which is an output of the current control unit 12 vdq refInput a command and the virtual current value i ^dqAnd a torque compensation value ic described laterdq trqIs output to the periodic disturbance observer 3 via the coordinate conversion unit 17 as a vibration suppression target. Thereby, since current sensor error correction is not performed, torque ripple suppression is achieved at the same time.
Note that G in the periodic disturbance observers 3 and 4FIs a low-pass filter.

電流センサに誤差が生じている場合、電流制御部１２の応答範囲内においては検出したｉdq sense上の振動を電流制御部１２が抑制する。振動分はｖdq ref指令に重畳され、これにより出力電流が振動することで周期外乱となって現れる。このためインバータ内部においてｉdq senseに振動は観測されない。しかし、ｖdq ref指令をモータモデル部１６の回路方程式を通すことで振動状態の仮想電流値ｉ＾dqの観測が可能となる。モータモデル部１６における回路方程式は、対象がＰＭモータである場合は（２）式を用いる。When an error occurs in the current sensor, the current control unit 12 suppresses the detected vibration on the i dq sense within the response range of the current control unit 12. The vibration component is superimposed on the v dq ref command, and as a result, the output current vibrates and appears as a periodic disturbance. For this reason, no vibration is observed in the i dq sense inside the inverter. However, the virtual current value i ^ dq in the vibration state can be observed by passing the v dq ref command through the circuit equation of the motor model unit 16. The circuit equation in the motor model unit 16 uses equation (2) when the target is a PM motor.

Figure 2015186406
Figure 2015186406

ここで、Ｒ：電気子抵抗、Ｌd：ｄ軸インダクタンス、Ｌq：ｑ軸インダクタンス、Φ：磁束鎖交数である。Here, R is an electric resistance, L d is a d-axis inductance, L q is a q-axis inductance, and Φ is a flux linkage number.

モータモデル部１６における回路方程式に用いるパラメータ精度については、高精度なものは必要ではなく周期外乱オブザーバ３のロバスト性範囲内であれば良い。このため設計値などを適用し、周期外乱オブザーバ３の内部のシステムモデルもこれに従い予め計算可能であり、実測などによる正確な取得は必ずしも必要ではない。  The parameter accuracy used in the circuit equation in the motor model unit 16 is not required to be high accuracy and may be within the robustness range of the periodic disturbance observer 3. For this reason, a design value or the like is applied, and a system model inside the periodic disturbance observer 3 can be calculated in advance according to this, and accurate acquisition by actual measurement or the like is not necessarily required.

次に仮想電流値ｉ＾dqの対象周波数成分抽出のために座標変換部１７では（３）式の高調波ｄｑ変換を行う。Next, in order to extract the target frequency component of the virtual current value i ^ dq , the coordinate conversion unit 17 performs harmonic dq conversion of equation (3).

Figure 2015186406
Figure 2015186406

電流ｉd，ｉqが常に直交することを利用し、周期外乱オブザーバ３で抑制対象とする複素数形式の周波数成分にはｉdn，ｉqnをそれぞれ実部、虚部に設定し、
ｉdqn＝ｉdn＋ｊｉqnとして扱う。ここからは通常の周期外乱オブザーバ３の制御則に従い補償値を算出する。
最後に座標変換部１７では、補償値を（４）式の座標系逆変換によりｄｑ座標系に変換する。Using the fact that the currents i d and i q are always orthogonal, i dn and i qn are set to the real part and the imaginary part, respectively, for the complex frequency components to be suppressed by the periodic disturbance observer 3.
Treat as i dqn = i dn + ji qn . From here, the compensation value is calculated according to the control law of the normal periodic disturbance observer 3.
Finally, the coordinate conversion unit 17 converts the compensation value into the dq coordinate system by the coordinate system inverse conversion of equation (4).

Figure 2015186406
Figure 2015186406

これにより得られるｎ次の高調波電流補償値ｉｃdqnはベクトルの加算部１８で加算されて補償値ｉｃdq CTとなり、このｉｃdq CTを電流検出値ｉdq senseに逆極性に重畳して補償値ｉdq´とし、更にｉdq *との差分を得て電流制御部１２に入力する。
したがって、周期外乱オブザーバ３は電流誤差補正制御系となり、電流センサ誤差による周期外乱を低減することで電流検出値を直接補償することが可能となる。The nth-order harmonic current compensation value ic dqn obtained as a result is added by the vector adding unit 18 to become a compensation value ic dq CT , and this ic dq CT is superimposed on the current detection value i dq sense with a reverse polarity to compensate. A value i dq ′ is set, and a difference from i dq * is obtained and input to the current controller 12.
Therefore, the periodic disturbance observer 3 becomes a current error correction control system, and the current detection value can be directly compensated by reducing the periodic disturbance due to the current sensor error.

次に、トルクリプル抑制系について説明する。
ＰＭモータ２の出力トルク値Ｔは変換部２１に入力される。変換部２１には、回転位置センサ１５により検出されたロータ回転角度θが係数ｎ倍されて入力されており、トルク値Ｔはこのθに対応してａｂの２相信号に変換され、周期外乱オブザーバ４に入力される。Next, the torque ripple suppression system will be described.
The output torque value T of the PM motor 2 is input to the conversion unit 21. A rotor rotation angle θ detected by the rotational position sensor 15 is input to the conversion unit 21 after being multiplied by a factor n, and the torque value T is converted into a two-phase ab signal corresponding to this θ, and a periodic disturbance is generated. Input to the observer 4.

周期外乱オブザーバ４には係数ｎ倍された角速度ωも入力されて図５と同様な演算が行われて補償値Ｔｃnを算出し、座標変換部２２に出力される。座標変換部２２で、ｄ，ｑ軸の座標に変換された補償値ｉｃdq trqは電流指令値ｉdq *に加算されて電流制御部１２に入力されると共に、補償値ｉｃdq trqはモータモデル部１６の出力ｉ^ dqと逆極性に重畳されて座標変換部１７に入力される。The periodic disturbance observer 4 also input coefficients n times the angular velocity ω is carried out similar operations as in FIG. 5 calculates a compensation value Tc n, is output to the coordinate transformation unit 22. The compensation value ic dq trq converted to the coordinates of the d and q axes by the coordinate transformation unit 22 is added to the current command value i dq * and input to the current control unit 12, and the compensation value ic dq trq is the motor model. The signal is superimposed on the opposite polarity to the output i ^ dq of the unit 16 and input to the coordinate conversion unit 17.

したがって、この実施形態によれば、電流センサ誤差による周期外乱の補正が可能となると共に、トルクリプルの抑制も可能となるものである。  Therefore, according to this embodiment, it is possible to correct the periodic disturbance due to the current sensor error and to suppress the torque ripple.

図２は第２の実施形態を示すブロック構成図で、図１で示す第１の実施形態と異なる部分は、スイッチ部１９，２３を設けたことである。
図１で示す第１の実施形態の場合、モータモデル部１６に誤差があると補償値の干渉誤差となる。その場合でも電流誤差補正とトルクリプル抑制を達成することはできるが、補償値ｉｃdqnに現れて電流センサ誤差補正値とセンサ誤差の真値にずれが生じる。このため一旦取得した補償値ｉｃdqnから電流センサ誤差を推定し、フィードフォワードで電流センサ誤差補正を行うことで補正誤差が生じる。FIG. 2 is a block diagram showing the second embodiment. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that switch portions 19 and 23 are provided.
In the case of the first embodiment shown in FIG. 1, if there is an error in the motor model unit 16, it becomes an interference error of the compensation value. Even in such a case, current error correction and torque ripple suppression can be achieved, but a deviation occurs between the current sensor error correction value and the true value of the sensor error appearing in the compensation value ic dqn . For this reason, the current sensor error is estimated from the compensation value ic dqn once acquired, and the current sensor error correction is performed by feedforward, thereby generating a correction error.

そこで、図２ではモータモデル部１６の出力ｉ^ dqからトルクリプル抑制系の補償値ｉｃdq trqを差引くのを止めてスイッチ部１９，２３によって制御系の動作を切り替える手法を採ったものである。なお、スイッチ部１９には、スイッチ１９ａとメモリ１９ｂを備えている。Therefore, in FIG. 2, a method of stopping the subtraction of the compensation value ic dq trq of the torque ripple suppression system from the output i ^ dq of the motor model unit 16 and switching the operation of the control system by the switch units 19 and 23 is adopted. . The switch unit 19 includes a switch 19a and a memory 19b.

抑制制御の手順は以下とする。
（１）スイッチ部１９のスイッチ１９ａをオンにし、スイッチ部２３をオフ状態にして電流誤差補正制御系のみを動作させて電流センサ誤差補正を行い、メモリ１９ｂに補償値ｉｃdq CTを記憶させる。
（２）電流センサ誤差補正が十分に完了した時点でスイッチ１９ａをメモリ側の端子に切替え、以下の補償値ｉｃdq CTは、メモリ１９ｂに記憶された補償値を用いて電流センサ誤差補正を行う。この時点ではトルクリプルはまだ十分に抑制されない。
（３）次に、電流センサ誤差補正が十分完了した時点でスイッチ部２３をオン状態にし、残留しているトルクリプルの抑制制御を行う。The procedure of suppression control is as follows.
(1) The switch 19a of the switch unit 19 is turned on, the switch unit 23 is turned off, only the current error correction control system is operated, current sensor error correction is performed, and the compensation value ic dq CT is stored in the memory 19b.
(2) When the current sensor error correction is sufficiently completed, the switch 19a is switched to a terminal on the memory side, and the following compensation value ic dq CT performs current sensor error correction using the compensation value stored in the memory 19b. . At this point, torque ripple is not yet sufficiently suppressed.
(3) Next, when the current sensor error correction is sufficiently completed, the switch unit 23 is turned on, and the remaining torque ripple is controlled to be suppressed.

これにより、制御応答が犠牲になるため、可変速運転中などでは適用不可であるが、固定動作点ではモータモデル部１６の精度に関係なく、電流センサ誤差補正ｉｃdqn値を精度よく取得することが可能となる。As a result, the control response is sacrificed and cannot be applied during variable speed operation or the like, but the current sensor error correction ic dqn value can be accurately obtained at a fixed operating point regardless of the accuracy of the motor model unit 16. Is possible.

図３は第３の実施形態を示すブロック構成図で、図１で示す第１の実施形態と異なる部分は、トルクリプル抑制系の補償値ｉｃdq trqとモータモデル部１６の出力ｉ^ dqとの差演算がないことである。FIG. 3 is a block diagram showing the third embodiment. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is the difference between the compensation value ic dq trq of the torque ripple suppression system and the output i ^ dq of the motor model unit 16. There is no difference calculation.

実施形態１，２では、同次数の抑制を想定して電流誤差補正制御系とトルクリプル抑制系との干渉を防ぐことを目的として構成されているが、異次数の同時抑制であれば両者の干渉を考慮する必要が無い。このため図３に示す単純な結合で同時抑制を達成することができる。  In the first and second embodiments, it is configured to prevent interference between the current error correction control system and the torque ripple suppression system assuming suppression of the same order. There is no need to consider. Therefore, simultaneous suppression can be achieved with the simple coupling shown in FIG.

図４は第４の実施形態を示すブロック構成図で、図１で示す第１の実施形態と異なる部分は、モータモデル部１６と座標変換部２２を省いたものである。すなわち、周期外乱オブザーバ４の出力Ｔｃnを補償指令値ｄＩdq * nとして周期外乱オブザーバ３に入力し、周期外乱オブザーバ３で算出された外乱推定値ｄＩdqnとの差分が得られる。この差分が補償値Ｉｃdqnとして座標変換部１７に入力される。FIG. 4 is a block diagram showing the fourth embodiment. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the motor model unit 16 and the coordinate conversion unit 22 are omitted. That is, the input to the cycle disturbance observer 3 output Tc n periodic disturbance observer 4 as compensation command value dI dq * n, the difference between the calculated disturbance estimated value dI dqn at periodic disturbance observer 3 is obtained. This difference is input to the coordinate conversion unit 17 as the compensation value Ic dqn .

また、モータモデル部１６を省くことで、周期外乱オブザーバ３には予めモータモデル部１６に用いていた回路方程式によるパラメータ変更機能を持たせる。例えば、周期外乱オブザーバ３におけるシステム同定モデルＰ＾nの取得時に、周波数毎にテーブルなどによるモデルを可変する機能をもたせている。Further, by omitting the motor model unit 16, the periodic disturbance observer 3 is provided with a parameter changing function based on a circuit equation used in the motor model unit 16 in advance. For example, when acquiring the system identification model P ^ n in the periodic disturbance observer 3, a function of changing the model by a table or the like for each frequency is provided.

この実施形態では、全体の制御基本構成は図１と同様としながら電流センサ誤差補正側の振動抑制対象をｖdq ref指令とし、センサ誤差由来で電圧指令値ｖdq refに発生しているリプルを抑制しながらモータ由来のトルクリプルも抑制して補償指令としてセンサ誤差補正に入力している。これによって、モータ由来とセンサ誤差由来の同次数に発生するリプルを互いに非干渉で抑制することが可能となる。In this embodiment, the overall control basic configuration is the same as in FIG. 1, and the vibration suppression target on the current sensor error correction side is the v dq ref command, and the ripple generated in the voltage command value v dq ref is derived from the sensor error. While suppressing, the torque ripple derived from the motor is also suppressed and input to the sensor error correction as a compensation command. This makes it possible to suppress ripples generated in the same order derived from the motor and the sensor error without causing interference.

したがって、この実施形態によれば、トルクリプルも抑制しながら電流検出値を正確に補正することができる。  Therefore, according to this embodiment, the current detection value can be accurately corrected while suppressing torque ripple.

Claims (4)

電流指令値と、電流センサによる電流検出値から、電流制御部によって電圧指令値を生成し、電圧指令値に基づいて制御装置を介してプラントを制御するものにおいて、
プラントモデル部を設け、プラントモデル部に前記電圧指令値を入力して仮想電流値を生成し、仮想電流値は座標変換部を介して電流誤差補正制御系の周期外乱オブザーバに入力して補償値を算出し、算出された補償値を前記電流検出値に重畳して、電流センサによる電流検出値を補正すると共に、
トルクリプル抑制系の周期外乱オブザーバを設け、この周期外乱オブザーバにプラントの出力トルク及び回転角速度を入力して補償値を算出し、算出された補償値は座標変換部を介して前記電流指令値に加算するよう構成したことを特徴とした周期外乱自動抑制装置。From the current command value and the current detection value by the current sensor, a voltage command value is generated by the current control unit, and the plant is controlled via the control device based on the voltage command value.
A plant model unit is provided, and the voltage command value is input to the plant model unit to generate a virtual current value. The virtual current value is input to the periodic disturbance observer of the current error correction control system via the coordinate conversion unit and compensated. And superimposing the calculated compensation value on the current detection value to correct the current detection value by the current sensor,
A periodic disturbance observer for the torque ripple suppression system is provided, and the compensation value is calculated by inputting the plant output torque and the rotational angular velocity to the periodic disturbance observer, and the calculated compensation value is added to the current command value via the coordinate converter. An apparatus for automatically suppressing periodic disturbances configured to perform 前記トルクリプル抑制系の座標変換部を経て出力される補償値と前記プラントモデル部からの仮想電流値の差分を算出して前記電流誤差補正制御系の座標変換部に入力するよう構成したことを特徴とした請求項１に記載の周期外乱自動抑制装置。  A difference between a compensation value output through the coordinate conversion unit of the torque ripple suppression system and a virtual current value from the plant model unit is calculated and input to the coordinate conversion unit of the current error correction control system. The periodic disturbance automatic suppression device according to claim 1. 前記電流誤差補正制御系の周期外乱オブザーバの出力側に設けられたスイッチとメモリを有するスイッチ部と、
前記トルクリプル抑制系の周期外乱オブザーバの出力側に設けられたスイッチ部を備え、
電流誤差補正制御系による電流センサ誤差補正時に、前記トルクリプル抑制系のスイッチ部をオフにし、且つ前記電流誤差補正制御系スイッチ部のスイッチをオンにして補償値をメモリに記憶し、メモリに記憶された補償値に基づいて電流センサ誤差補正を行うと共に、
電流センサ誤差補正の終了後に前記トルクリプル抑制系のスイッチ部をオンしてトルクリプルを抑制するよう構成したことを特徴とした請求項１に記載の周期外乱自動抑制装置。A switch provided on the output side of the periodic disturbance observer of the current error correction control system and a switch unit having a memory;
A switch portion provided on the output side of the periodic disturbance observer of the torque ripple suppression system;
At the time of current sensor error correction by the current error correction control system, the switch part of the torque ripple suppression system is turned off, and the switch of the current error correction control system switch part is turned on, and the compensation value is stored in the memory and stored in the memory. Current sensor error correction based on the compensation value,
2. The periodic disturbance automatic suppression device according to claim 1, wherein after the current sensor error correction is completed, the torque ripple suppression system is turned on to suppress the torque ripple. 電流指令値と、電流センサによる電流検出値から、電流制御部によって電圧指令値を生成し、電圧指令値に基づいて制御装置を介してプラントを制御するものにおいて、
前記生成された電圧指令値と前記プラントの回転角速度を電流誤差補正制御系の周期外乱オブザーバに入力して外乱推定値を算出すると共に、
トルクリプル抑制系の周期外乱オブザーバを設け、この周期外乱オブザーバにプラントの出力トルク及び回転角速度を入力して補償指令値を算出し、算出された補償指令値と前記電流誤差補正制御系の周期外乱オブザーバによって算出された外乱推定値の差分を補償値とし、この補償値と前記電流検出値との差分を前記電流指令値に加算するよう構成したことを特徴とした周期外乱自動抑制装置。From the current command value and the current detection value by the current sensor, a voltage command value is generated by the current control unit, and the plant is controlled via the control device based on the voltage command value.
While inputting the generated voltage command value and the rotational angular velocity of the plant into a periodic disturbance observer of a current error correction control system to calculate a disturbance estimated value,
A periodic disturbance observer for a torque ripple suppression system is provided, and a compensation command value is calculated by inputting a plant output torque and a rotational angular velocity to the periodic disturbance observer, and the calculated compensation command value and a periodic disturbance observer for the current error correction control system are calculated. A periodic disturbance automatic suppression device configured to add the difference between the estimated disturbance value calculated by the above equation as a compensation value and add the difference between the compensation value and the detected current value to the current command value.
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