JPWO2020157919A1 - Machine learning device and motor control system - Google Patents
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Abstract
本発明に係る機械学習装置(10)は、モータ(80)を駆動するモータ駆動装置(70)の状態変数を学習する。モータ駆動装置(70)は、整流回路(71)と、電解コンデンサ(72)と、インバータ(73)とを含む。状態変数は、交流電源(60)からの交流電力に関するデータ、および電解コンデンサ(72)が受ける直流電力に関するデータ、およびモータ(80)が受ける交流電力に関するデータの少なくとも1つを含む。機械学習装置(10)は、記憶部(12)と、制御部(11)とを備える。記憶部(12)には、状態変数と、モータ(80)の駆動周波数(fc)と、駆動周波数(fc)の評価値とが関連付けられた第1関数(Qt1)が保存されている。制御部(11)は、状態変数の変化が電解コンデンサ(72)を劣化させる程度に応じて駆動周波数(fc)の評価値を更新し、第1関数(Qt1)を出力する。The machine learning device (10) according to the present invention learns the state variables of the motor driving device (70) that drives the motor (80). The motor drive device (70) includes a rectifier circuit (71), an electrolytic capacitor (72), and an inverter (73). The state variable contains at least one of data on AC power from the AC power source (60), data on DC power received by the electrolytic capacitor (72), and data on AC power received by the motor (80). The machine learning device (10) includes a storage unit (12) and a control unit (11). The storage unit (12) stores a first function (Qt1) in which a state variable, a drive frequency (fc) of the motor (80), and an evaluation value of the drive frequency (fc) are associated with each other. The control unit (11) updates the evaluation value of the drive frequency (fc) according to the degree to which the change of the state variable deteriorates the electrolytic capacitor (72), and outputs the first function (Qt1).
Description
本発明は、機械学習装置、およびモータ制御システムに関する。 The present invention relates to a machine learning device and a motor control system.
従来、モータ駆動装置の平滑コンデンサとして電解コンデンサが使用可能であることが知られている。たとえば、特開2014−103703号公報(特許文献1)には、温度条件に応じて、平滑コンデンサと母線との接続状態およびインバータの制御方式を切り替えるインバータ制御装置が開示されている。当該インバータ制御装置によれば、モータを安定して駆動させることができるとともに、平滑コンデンサの寿命を延ばすことができる。 Conventionally, it is known that an electrolytic capacitor can be used as a smoothing capacitor for a motor drive device. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-103703 (Patent Document 1) discloses an inverter control device that switches a connection state between a smoothing capacitor and a bus and an inverter control method according to temperature conditions. According to the inverter control device, the motor can be driven stably and the life of the smoothing capacitor can be extended.
特許文献1に開示されているモータ制御装置は、モータ制御装置の周囲の温度が基準温度以上である場合を電解コンデンサの寿命に対して厳しい場合であるとして、当該場合に母線から電解コンデンサを切り離す。当該基準温度は、電解コンデンサの寿命の温度特性に応じて任意に設定される。電解コンデンサの寿命は、試作の評価時に様々な温度条件で電解コンデンサを測定して算出され得る。
The motor control device disclosed in
電解コンデンサが実際に使用される環境は、時間経過に伴って変化し、基準温度が決定された実機実験の環境あるいはシミュレーションにおける環境から乖離していくことが多い。そのため、予め決定された基準温度を用いた電解コンデンサの保護動作は、電解コンデンサが実際に使用される環境において電解コンデンサの劣化状況に適合していない可能性がある。 The environment in which the electrolytic capacitor is actually used changes with the passage of time, and often deviates from the environment in the actual machine experiment or the environment in which the reference temperature is determined. Therefore, the protective operation of the electrolytic capacitor using the predetermined reference temperature may not be suitable for the deterioration state of the electrolytic capacitor in the environment in which the electrolytic capacitor is actually used.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電解コンデンサが実際に使用される環境に適合された制御情報を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide control information suitable for the environment in which the electrolytic capacitor is actually used.
本発明に係る機械学習装置は、モータを駆動するモータ駆動装置の状態変数を学習する。モータ駆動装置は、整流回路と、電解コンデンサと、インバータとを含む。整流回路は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する。電解コンデンサは、整流回路からの直流電力を平滑する。インバータは、電解コンデンサからの直流電力を変換し、モータに交流電力を出力する。状態変数は、交流電源からの交流電力に関するデータ、および電解コンデンサが受ける直流電力に関するデータ、およびモータが受ける交流電力に関するデータの少なくとも1つを含む。機械学習装置は、記憶部と、制御部とを備える。記憶部には、状態変数と、モータの駆動周波数と、駆動周波数の評価値とが関連付けられた第1関数が保存されている。制御部は、状態変数の変化が電解コンデンサを劣化させる程度に応じて駆動周波数の評価値を更新し、第1関数を出力する。 The machine learning device according to the present invention learns the state variables of the motor driving device that drives the motor. The motor drive includes a rectifier circuit, an electrolytic capacitor, and an inverter. The rectifier circuit converts the AC power from the AC power supply into DC power. The electrolytic capacitor smoothes the DC power from the rectifier circuit. The inverter converts DC power from the electrolytic capacitor and outputs AC power to the motor. The state variable contains at least one of data about AC power from an AC power source, data about DC power received by an electrolytic capacitor, and data about AC power received by a motor. The machine learning device includes a storage unit and a control unit. The storage unit stores a first function in which the state variable, the drive frequency of the motor, and the evaluation value of the drive frequency are associated with each other. The control unit updates the evaluation value of the drive frequency according to the degree to which the change of the state variable deteriorates the electrolytic capacitor, and outputs the first function.
本発明に係る機械学習装置によれば、状態変数の変化が電解コンデンサを劣化させる程度に応じて第1関数におけるモータの駆動周波数の評価値が更新されることにより、電解コンデンサが実際に使用される環境に適合された制御情報を提供することができる。 According to the machine learning apparatus according to the present invention, the electrolytic capacitor is actually used by updating the evaluation value of the drive frequency of the motor in the first function according to the degree to which the change of the state variable deteriorates the electrolytic capacitor. It is possible to provide control information suitable for the environment.
以下、実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In principle, the same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description is not repeated.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るモータ制御システム1の構成を示す機能ブロック図である。モータ制御システム1は、モータ駆動装置70を制御することによって、モータ80の駆動を制御する。
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the
図1に示されるように、モータ駆動装置70は、整流回路71と、電解コンデンサ72と、インバータ73とを含む。整流回路71は、交流電源60からの三相(UVW相)交流電力を直流電力に変換する。電解コンデンサ72は、整流回路71からの直流電力を平滑する。インバータ73は、電解コンデンサ72からの直流電力を変換し、モータ80に三相交流電力を出力する。
As shown in FIG. 1, the
モータ制御システム1は、機械学習装置10と、インバータ制御装置20と、不平衡率計算部51と、リプル電流測定部52と、リプル電圧測定部53と、負荷電流測定部54とを備える。機械学習装置10は、制御部11と、メモリ12(記憶部)とを含む。
The
不平衡率計算部51は、交流電源60から出力される三相交流電力の各相間の不平衡率Ruv、Rvw、およびRwuを算出し、制御部11およびインバータ制御装置20に不平衡率Ruv、Rvw、およびRwuを出力する。各相間の不平衡率は、相間電圧Vuv、Vvw、およびVwuの平均電圧Vaveに対する、各相間電圧から平均電圧Vaveを引いた値の割合(各相間の不平衡率=(各相間電圧−Vave)/Vave)として算出される。相間電圧をVuvは、U相とV相との間の電圧である。相間電圧Vvwは、V相とW相との間の電圧である。相間電圧Vwuは、W相とU相との間の電圧である。平均電圧Vaveは、(Vuv+Vvw+Vwu)/3と表される。不平衡率Ruvは、(Vuv−Vave)/Vaveと表される。不平衡率Rvwは、(Vvw−Vave)/Vaveと表される。不平衡率Rwuは、(Vwu−Vave)/Vaveと表される。
The unbalance
リプル電流測定部52は、母線から電解コンデンサ72に流れるリプル電流Irpを検出し、制御部11およびインバータ制御装置20にリプル電流Irpを出力する。リプル電圧測定部53は、母線と電解コンデンサ72との間に発生するリプル電圧Vrpを検出し、制御部11およびインバータ制御装置20にリプル電圧Vrpを出力する。負荷電流測定部54は、インバータ73から出力されるU相電流Iu、V相電流Iv、およびW相電流Iwを検出し、制御部11およびインバータ制御装置20に負荷電流Iu、Iv、およびIwを出力する。
The ripple
制御部11は、強化学習のアルゴリズムを用いて、電解コンデンサ72の劣化に影響を与えるデータを含むモータ駆動装置70の状態変数を学習する。強化学習とは、選択した行動に応じて報酬が得られるという環境にいるエージェント(行動主体)が、時刻毎に観測した環境の状態に基づいて行動の選択をするということを繰り返すことにより、報酬の累積値の期待値を最大化する方策を学習するという学習アルゴリズムである。
The
電解コンデンサ72の劣化の原因として、リプル電流Irpが電解コンデンサ72を流れる場合の電解コンデンサ72のESR(Equivalent Series Resistance)による温度上昇を挙げることができる。リプル電流Irpは、交流電源60の電圧不平衡率が高いほど大きくなるとともに、モータ80の負荷電流が大きいほど大きくなることが知られている。そこで、当該状態変数は、電解コンデンサ72の劣化に影響を与えるデータとして、不平衡率Ruv、Rvw、およびRwu(交流電源からの交流電力に関するデータ)、リプル電流Irpおよびリプル電圧Vrp(電解コンデンサが受ける直流電力に関するデータ)、ならびに負荷電流Iu、Iv、およびIw(モータが受ける交流電力に関するデータ)を含む。なお、モータ駆動装置70の状態変数は、不平衡率、リプル電流、リプル電圧、負荷電流のすべてを含んでいる必要はなく、これらの少なくとも1つを含んでいればよい。
As a cause of deterioration of the
制御部11は、状態変数を外部記憶装置90に保存する。外部記憶装置90としては、たとえばインターネット上のクラウドサービスにおいて利用可能な記憶装置を挙げることができる。
The
制御部11は、Q学習において一般的に用いられる以下の式(1)を用いて、モータ駆動装置70の状態stと、モータ80の駆動周波数である行動atと、行動atの評価値であるQ値とが関連付けられた行動価値関数Q(st,at)(QテーブルQt1)を更新する。制御部11は、QテーブルQt1をインバータ73の制御情報としてインバータ制御装置20に出力する。QテーブルQt1は、メモリ12に保存される。
式(1)において、状態stは、時刻tにおける状態を表し、時刻tにおいて観測された状態変数によって決定される。時刻tは、行動選択を繰り返した回数である。t=0の場合の状態s0は、初期状態である。状態stにおいて行動atが選択された場合、報酬rt+1が得られるとともに、モータ駆動装置70の状態は、状態stからst+1に遷移する。報酬rt+1は、状態stにおいて行動atに関連付けられ、メモリ12に保存されている。行動bは、状態st+1において選択可能な行動である。αは学習率であり、γは割引率である。なお、制御部11において用いられる強化学習のアルゴリズムは、Q学習に限定されず、たとえばTD(Temporal Difference)学習であってもよい。In the formula (1), the state s t represents a state at time t, is determined by the observed state variable at time t. Time t is the number of times the action selection is repeated. The state s 0 when t = 0 is the initial state. If the action a t in state s t is selected, along with reward r t + 1 is obtained, the state of the
インバータ制御装置20は、機械学習装置10からのQテーブルQt1を用いて、現在の状態変数によって特定される状態において最も評価値が高い駆動周波数をモータ80の駆動周波数fcとして決定する。インバータ制御装置20は、駆動周波数fcに対応する指令信号cmをインバータ73に出力するとともに、駆動周波数fcを機械学習装置10に出力する。インバータ制御装置20は、リプル電流Irpおよびリプル電圧Vrpに応じて、電解コンデンサ72の保護処理を行なう。
The
インバータ73は、インバータ制御装置20からの指令信号cmに応じてスイッチング素子の接続状態をオンおよびオフの間で切り替えることにより、モータ80に負荷電流Iu、Iv、およびIwを出力する。インバータ73は、インバータ制御装置20からの指令信号cmに従い、交流電力を直流電力に変換する力行動作(順変換動作)、および直流電力を交流電力に変換する回生動作(逆変換動作)のいずれかを行なう。インバータ73の動作に対応して、モータ80は加速動作、定速動作、あるいは減速動作を行なう。
The
通常、モータ駆動装置70の周囲の温度が高くなるほど、電解コンデンサ72の寿命に対する影響は大きくなる。そのため、電解コンデンサ72に対する保護動作として、モータ駆動装置70の周囲の温度が基準温度以上である場合に母線から電解コンデンサ72を切り離す動作を挙げることができる。当該基準温度は、電解コンデンサ72の寿命の温度特性に応じて、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定され得る。
Generally, the higher the ambient temperature of the
電解コンデンサ72が実際に使用される環境は、時間経過に伴って変化し、基準温度が決定された実機実験の環境あるいはシミュレーションにおける環境から乖離していくことが多い。そのため、予め決定された基準温度を用いた電解コンデンサ72の保護動作は、電解コンデンサ72の劣化状況に適合していない可能性がある。
The environment in which the
そこで、モータ制御システム1においては、電解コンデンサ72が実際に使用される環境において電解コンデンサ72の劣化に影響を与える程度に応じて、機械学習装置10によってモータ80の駆動周波数の評価値が反復的に更新される。その結果、機械学習装置10は、電解コンデンサ72が実際に使用される環境に適合された制御情報をインバータ制御装置20に提供することができる。モータ制御システム1によれば、電解コンデンサ72が実際に使用される環境において電解コンデンサ72の劣化に影響が小さい駆動周波数が選択されることにより、電解コンデンサ72の劣化を抑制することができる。
Therefore, in the
図2は、図1の制御部11によって行なわれる駆動周波数に関する学習処理の流れを示すフローチャートである。図2に示される処理は、機械学習装置10の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって、インバータ制御装置20から駆動周波数fcが出力される度に呼び出される。以下では、ステップを単にSと記載する。なお、インバータ制御装置20が下限値以上の駆動周波数fcに対応する指令信号cmをインバータ73に出力するとともに、駆動周波数fcを機械学習装置10に出力することにより、図2に示される処理が最初に呼び出される。図2に示される処理が最初に呼び出される場合のモータ80の駆動周波数は、下限値以上の範囲でランダムに決定されてもよい。状態および駆動周波数(行動)に関連付けられている報酬には、予め初期値が設定されている。QテーブルQt1の各評価値には初期値(たとえば0)が予め設定されている。
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of learning processing regarding the drive frequency performed by the
以下では、図2に示される学習処理の回数が(m+1)回目である場合について説明する。mは0以上の自然数である。前回のm回目において、行動amとして駆動周波数fcmが選択され、状態変数によって決定される状態がsmからsm+1に遷移したとする。駆動周波数fcmに関連付けられている報酬をrm+1とする。(m+1)回目の学習処理において参照される状態変数は、状態sm+1に対応する状態変数である。Hereinafter, the case where the number of learning processes shown in FIG. 2 is the (m + 1) th time will be described. m is a natural number of 0 or more. In the last m-th, the selected driving frequency fc m is as action a m, state determined by the state variables and transitions from s m to s m + 1. Let the reward associated with the drive frequency fc m be rm + 1 . The state variable referred to in the (m + 1) th learning process is a state variable corresponding to the state sm + 1.
図2に示されるように、制御部11は、S101においてリプル電流Irpが閾値Ith1(第1基準値)以下であるか否かを判定する。閾値Ith1は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。リプル電流Irpが閾値Ith1以下である場合(S101においてYES)、制御部11は、S102において報酬rm+1を増加させて処理をS104に進める。リプル電流Irpが閾値Ith1より大きい場合(S101においてNO)、制御部11は、S103において報酬rm+1を減少させて処理をS104に進める。As shown in FIG. 2, the
制御部11は、S104においてリプル電圧Vrpが閾値Vth1(第2基準値)以下であるか否かを判定する。閾値Vth1は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。リプル電圧Vrpが閾値Vth1以下である場合(S104においてYES)、制御部11は、S105において報酬rm+1を増加させて処理をS107に進める。リプル電圧Vrpが閾値Vth1より大きい場合(S104においてNO)、制御部11は、S106において報酬rm+1を減少させて処理をS107に進める。The
制御部11は、S107において不平衡率Ruv、Rvw、およびRwuの最大値Rmaxが閾値Rth(基準比率)以下であるか否かを判定する。閾値Rthは、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。最大値Rmaxが閾値Rth以下である場合(S107においてYES)、制御部11は、交流電源60に電圧不平衡は発生していないとして、S108において報酬rm+1を増加させて処理をS110に進める。最大値Rmaxが閾値Rthより大きい場合(S107においてNO)、制御部11は、交流電源60に電圧不平衡が発生しているとして、S109において報酬rm+1を減少させて処理をS110に進める。The
制御部11は、S110において負荷電流Iu、Iv、およびIwが最適か否かを判定する。具体的には、制御部11は、S110において負荷電流Iu、Iv、およびIwの各々が許容範囲(基準範囲)内であるか否かを判定する。許容範囲は、不平衡率Ruv、Rvw、およびRwuから算出される。負荷電流Iu、Iv、およびIwの各々が許容範囲(基準範囲)内である場合(S110においてYES)、制御部11は、S111において報酬rm+1を増加させて処理をS113に進める。負荷電流Iu、Iv、およびIwのいずれかが許容範囲外である場合(S110においてNO)、制御部11は、S112において報酬rm+1を減少させて処理をS113に進める。制御部11は、S113において式(1)を用いてQテーブルQt1を更新して処理をメインルーチンに返す。The
駆動周波数fcが変更される度に図2に示される処理が呼び出されることにより、電解コンデンサ72が実際に使用される環境において電解コンデンサ72の劣化に影響が小さい駆動周波数の評価値が高くなる。機械学習装置10は、電解コンデンサ72が実際に使用される環境に適合された制御情報であるQテーブルQt1をインバータ制御装置20に提供することができる。
By calling the process shown in FIG. 2 every time the drive frequency fc is changed, the evaluation value of the drive frequency, which has little influence on the deterioration of the
なお、制御部11によって行なわれる処理は、CPU(Central Processing Unit)のようなコンピュータがメモリ12に保存されているプログラムを実行することによって実現されてもよいし、専用のハードウェア処理回路によって実現されてもよい。
The processing performed by the
図3は、図1のインバータ制御装置20によって行なわれる電解コンデンサ72の保護処理の流れを示すフローチャートである。図3に示される処理は、インバータ制御装置20の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって、一定時間間隔で呼び出される。
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of protection processing of the
図3に示されるように、インバータ制御装置20は、S121においてリプル電流Irpが閾値Ith2(第3基準値)以下であるか否かを判定する。閾値Ith2は、閾値Ith1よりも大きい。閾値Ith2は、電解コンデンサ72に流すことが可能な電流の上限値であり、予め決定されている。リプル電流Irpが閾値Ith2以下である場合(S121においてYES)、インバータ制御装置20は、処理をS122に進める。リプル電流Irpが閾値Ith2より大きい場合(S121においてNO)、インバータ制御装置20は、処理をS123に進める。
As shown in FIG. 3, the
インバータ制御装置20は、S122においてリプル電圧Vrpが閾値Vth2(第4基準値)以下であるか否かを判定する。閾値Vth2は、閾値Vth1よりも大きい。閾値Vth2は、電解コンデンサ72に印加することが可能な電圧の上限値であり、予め決定されている。リプル電圧Vrpが閾値Vth2以下である場合(S122においてYES)、インバータ制御装置20は、処理をメインルーチンに返す。リプル電圧Vrpが閾値Vth2より大きい場合(S122においてNO)、インバータ制御装置20は、処理をS123に進める。インバータ制御装置20は、S123においてモータ80の停止指令をインバータ73に出力して処理をメインルーチンに返す。インバータ73は、インバータ制御装置20からの停止指令に応じて、モータ80を停止させる。
The
なお、インバータ制御装置20において行なわれる処理は、CPUのようなコンピュータがインバータ制御装置20のメモリに保存されているプログラムを実行することによって実現されてもよいし、専用のハードウェア処理回路(半導体集積回路)によって実現されてもよい。
The processing performed in the
以上、実施の形態1に係るモータ制御システムによれば、電解コンデンサが実際に使用される環境に適合された制御情報を用いてモータを制御することにより、電解コンデンサの劣化を抑制することができる。 As described above, according to the motor control system according to the first embodiment, deterioration of the electrolytic capacitor can be suppressed by controlling the motor using control information suitable for the environment in which the electrolytic capacitor is actually used. ..
実施の形態2.
実施の形態1においては、強化学習の枠組みにおいて、モータの駆動周波数を行動として、機械学習装置が電解コンデンサの劣化に対する影響が小さい駆動周波数の評価値を学習処理の反復により高める場合について説明した。実施の形態2においては、モータ駆動周波数とともに電解コンデンサの寿命を行動として、機械学習装置が参照寿命との相対誤差が小さい電解コンデンサの予測寿命の評価値を学習処理の反復により高める場合について説明する。
In the first embodiment, in the framework of reinforcement learning, a case where the machine learning device raises the evaluation value of the drive frequency having a small influence on the deterioration of the electrolytic capacitor by repeating the learning process with the drive frequency of the motor as an action has been described. In the second embodiment, a case where the machine learning device raises the evaluation value of the predicted life of the electrolytic capacitor having a small relative error with the reference life by repeating the learning process by using the life of the electrolytic capacitor as an action together with the motor drive frequency will be described. ..
図4は、実施の形態2に係るモータ制御システム2の構成を示す機能ブロック図である。モータ制御システム2の構成は、図1の制御部11が11Bに置き換えられているとともに、寿命予測装置30および表示装置40が追加された構成である。制御部11Bは、制御部11の機能を有する。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。
FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the
図4を参照しながら、制御部11Bは、式(1)を用いて、モータ駆動装置70の状態stと、電解コンデンサ72の予測寿命である行動atと、行動atの評価値であるQ値とが関連付けられた行動価値関数Q(st,at)(QテーブルQt2)を更新し、QテーブルQt2を寿命予測装置30に出力する。QテーブルQt2は、メモリ12に保存される。With reference to FIG. 4, the
制御部11Bは、予測寿命の評価値を更新するために、外部サーバ100から電解コンデンサ72の寿命に関するデータを取得する。電解コンデンサ72の寿命に関するデータとは、電解コンデンサ72と同種の電解コンデンサの実験データ、シミュレーションデータ、あるいは状態変数と寿命が関連付けられたマップである。電解コンデンサ72の寿命に関するデータは、たとえば電解コンデンサ72の製造メーカから提供される。電解コンデンサ72の寿命に関するデータは、予めメモリ12に保存されていてもよい。制御部11Bは、状態変数および電解コンデンサ72の寿命に関するデータから、参照寿命LSrを算出する。
The
寿命予測装置30は、不平衡率計算部51から不平衡率Ruv、Rvw、およびRwuを受ける。寿命予測装置30は、リプル電流測定部52からリプル電流Irpを受ける。寿命予測装置30は、リプル電圧測定部53からリプル電圧Vrpを受ける。寿命予測装置30は、負荷電流測定部54から負荷電流Iu、Iv、およびIwを受ける。
The
寿命予測装置30は、制御部11BからのQテーブルQt2を用いて、状態変数によって特定される状態において最も評価値が高い予測寿命LSpを表示装置40に出力する。寿命予測装置30は、予測寿命LSpとともに電解コンデンサ72の交換時期を表示装置40に出力してもよい。表示装置40は、寿命予測装置30からの情報を表示する。
The
電解コンデンサ72の寿命に関するデータが取得された環境と、電解コンデンサ72が実際に使用される環境とは異なり得る。また、モータ制御システム2においては、電解コンデンサ72の劣化に対する影響が小さくなるように駆動周波数が選択される。そのため、電解コンデンサ72の寿命に関するデータから導出された参照寿命LSrは、電解コンデンサ72が実際に使用される環境における電解コンデンサ72の寿命から乖離し得る。
The environment in which the data regarding the life of the
そこで、モータ制御システム2においては、参照寿命LSrをそのまま予測寿命として使用するのではなく、参照寿命LSrと予測寿命LSpとの相対誤差に応じて、機械学習装置10によって予測寿命LSpの評価値が反復的に更新される。機械学習装置10は、電解コンデンサ72が実際に使用される環境に適合された寿命データを寿命予測装置30に提供することができる。モータ制御システム2によれば、電解コンデンサ72の寿命の予測精度を向上させることができる。
Therefore, in the
図5は、図4の制御部11Bによって行なわれる予測寿命に関する学習処理の流れを示すフローチャートである。図5に示される処理は、機械学習装置10の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって、インバータ制御装置20から駆動周波数fcが出力される度に呼び出される。図5に示される処理が最初に呼び出される場合、予測寿命に初期値が設定されている。当該初期値は、ランダムに決定されてもよい。状態および予測寿命(行動)に関連付けられている報酬には、予め初期値が設定されている。QテーブルQt2に含まれる各評価値には予め初期値(たとえば0)が設定されている。
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of learning processing regarding the predicted life performed by the
以下では、図5に示される学習処理の回数が(m+1)回目である場合について説明する。mは0以上の自然数である。前回のm回目において、行動amとして予測寿命LSpmが選択され、状態変数によって決定される状態がsmからsm+1に遷移したとする。駆動周波数に関連付けられている報酬rと区別するため、予測寿命LSpmに関連付けられている報酬をwm+1とする。(m+1)回目の学習処理において参照される状態変数は、状態sm+1に対応する状態変数である。Hereinafter, the case where the number of times of the learning process shown in FIG. 5 is the (m + 1) th time will be described. m is a natural number of 0 or more. In the last m-th, the selected predicted life LSp m as the action a m, state determined by the state variables and transitions from s m to s m + 1. To distinguish the reward r that is associated with the drive frequency, a reward associated with the expected lifetime LSp m and w m + 1. The state variable referred to in the (m + 1) th learning process is a state variable corresponding to the state sm + 1.
図5に示されるように、制御部11Bは、S201において参照寿命LSrに対する予測寿命LSpの相対誤差が許容誤差To1よりも小さいか否かを判定する。参照寿命LSrに対する予測寿命LSpの相対誤差とは、参照寿命LSrに対する、予測寿命LSpと参照寿命LSrとの差の絶対値の割合である。許容誤差To1は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定される。
As shown in FIG. 5, the
参照寿命LSrに対する予測寿命LSpの相対誤差が許容誤差To1よりも小さい場合(S201においてYES)、制御部11Bは、S202において報酬wm+1を増加させて処理をS204に進める。参照寿命LSrに対する予測寿命LSpの相対誤差が許容誤差To1以上である場合(S201においてNO)、制御部11Bは、S203において報酬wm+1を減少させて処理をS204に進める。制御部11Bは、S204において式(1)を用いてQテーブルQt2を更新して処理をメインルーチンに返す。When the relative error of the predicted life LSp with respect to the reference life LSr is smaller than the margin of error To1 (YES in S201), the
以上、実施の形態2に係るモータ制御システムによれば、電解コンデンサの劣化を抑制することができるとともに、電解コンデンサが実際に使用される環境における電解コンデンサの予測寿命の精度を向上させることができる。 As described above, according to the motor control system according to the second embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the electrolytic capacitor and improve the accuracy of the predicted life of the electrolytic capacitor in the environment where the electrolytic capacitor is actually used. ..
今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It is also planned that the embodiments disclosed this time will be appropriately combined and implemented within a consistent range. It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the claims rather than the above description, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
1,2 モータ制御システム、10 機械学習装置、11,11B 制御部、12 メモリ、20 インバータ制御装置、30 寿命予測装置、40 表示装置、51 不平衡率計算部、52 リプル電流測定部、53 リプル電圧測定部、54 負荷電流測定部、60 交流電源、70 モータ駆動装置、71 整流回路、72 電解コンデンサ、73 インバータ、80 モータ、90 外部記憶装置、100 外部サーバ。 1,2 Motor control system, 10 Machine learning device, 11,11B control unit, 12 memory, 20 inverter control device, 30 life prediction device, 40 display device, 51 imbalance rate calculation unit, 52 ripple current measurement unit, 53 ripple Voltage measuring unit, 54 load current measuring unit, 60 AC power supply, 70 motor drive, 71 rectifier circuit, 72 electrolytic capacitor, 73 inverter, 80 motor, 90 external storage device, 100 external server.
Claims (12)
前記モータ駆動装置は、
交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記整流回路からの直流電力を平滑する電解コンデンサと、
前記電解コンデンサからの直流電力を変換し、前記モータに交流電力を出力するインバータとを含み、
前記状態変数は、前記交流電源からの交流電力に関するデータ、および前記電解コンデンサが受ける直流電力に関するデータ、および前記モータが受ける交流電力に関するデータの少なくとも1つを含み、
前記機械学習装置は、
前記状態変数と、前記モータの駆動周波数と、前記駆動周波数の評価値とが関連付けられた第1関数が保存された記憶部と、
前記状態変数の変化が前記電解コンデンサを劣化させる程度に応じて前記駆動周波数の評価値を更新し、前記第1関数を出力する制御部とを備える、機械学習装置。It is a machine learning device that learns the state variables of the motor drive device that drives the motor.
The motor drive device is
A rectifier circuit that converts AC power from AC power to DC power,
An electrolytic capacitor that smoothes the DC power from the rectifier circuit,
Including an inverter that converts DC power from the electrolytic capacitor and outputs AC power to the motor.
The state variable includes at least one of data about AC power from the AC power source, data about DC power received by the electrolytic capacitor, and data about AC power received by the motor.
The machine learning device
A storage unit in which the first function in which the state variable, the drive frequency of the motor, and the evaluation value of the drive frequency are associated with each other is stored.
A machine learning device including a control unit that updates the evaluation value of the drive frequency according to the degree to which a change in the state variable deteriorates the electrolytic capacitor and outputs the first function.
前記制御部は、前記リプル電流が第1基準値よりも小さい場合、前記駆動周波数の評価値を増加させ、前記リプル電流が前記第1基準値よりも大きい場合、前記駆動周波数の評価値を減少させる、請求項1に記載の機械学習装置。The state variable includes a ripple current flowing through the electrolytic capacitor as data on the DC power.
The control unit increases the evaluation value of the drive frequency when the ripple current is smaller than the first reference value, and decreases the evaluation value of the drive frequency when the ripple current is larger than the first reference value. The machine learning device according to claim 1.
前記制御部は、前記リプル電圧が第2基準値よりも小さい場合、前記駆動周波数の評価値を増加させ、前記リプル電圧が前記第2基準値よりも大きい場合、前記駆動周波数の評価値を減少させる、請求項1または2に記載の機械学習装置。The state variable includes the ripple voltage of the electrolytic capacitor as data on the DC power.
The control unit increases the evaluation value of the drive frequency when the ripple voltage is smaller than the second reference value, and decreases the evaluation value of the drive frequency when the ripple voltage is larger than the second reference value. The machine learning device according to claim 1 or 2.
前記制御部は、前記不平衡率が基準比率よりも小さい場合、前記駆動周波数の評価値を増加させ、前記不平衡率が前記基準比率よりも大きい場合、前記駆動周波数の評価値を減少させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の機械学習装置。The state variable includes the unbalance rate of the AC power as data on the AC power from the AC power source.
The control unit increases the evaluation value of the drive frequency when the unbalance rate is smaller than the reference ratio, and decreases the evaluation value of the drive frequency when the unbalance rate is larger than the reference ratio. The machine learning device according to any one of claims 1 to 3.
前記制御部は、前記負荷電流が基準範囲内にある場合、前記駆動周波数の評価値を増加させ、前記負荷電流が基準範囲外である場合、前記駆動周波数の評価値を減少させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の機械学習装置。The state variable includes the load current flowing through the motor as data on the AC power received by the motor.
The control unit increases the evaluation value of the drive frequency when the load current is within the reference range, and decreases the evaluation value of the drive frequency when the load current is outside the reference range. 4. The machine learning device according to any one of 4.
前記制御部は、前記状態変数に対応する前記電解コンデンサと同種の電解コンデンサの参照寿命と前記予測寿命との差に応じて前記予測寿命の評価値を更新し、前記第2関数を出力する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の機械学習装置。The storage unit stores a second function in which the state variable, the predicted life of the electrolytic capacitor, and the evaluation value of the predicted life are associated with each other.
The control unit updates the evaluation value of the predicted life according to the difference between the reference life and the predicted life of the electrolytic capacitor of the same type as the electrolytic capacitor corresponding to the state variable, and outputs the second function. The machine learning device according to any one of claims 1 to 5.
前記機械学習装置から前記第1関数を受けて、前記状態変数において最も高い評価値が付された前記モータの駆動周波数に対応する指令信号を前記インバータに出力するインバータ制御装置とを備える、モータ制御システム。The machine learning device according to any one of claims 1 to 5.
Motor control including an inverter control device that receives the first function from the machine learning device and outputs a command signal corresponding to the drive frequency of the motor to which the highest evaluation value is given in the state variable to the inverter. system.
前記機械学習装置から前記第1関数を受けて、前記状態変数において最も高い評価値が付された前記モータの駆動周波数に対応する指令信号を前記インバータに出力するインバータ制御装置と、
前記機械学習装置から前記第2関数を受けて、前記状態変数において最も高い評価値が付された予測寿命を出力する寿命予測装置とを備える、モータ制御システム。The machine learning device according to claim 6 or 7.
An inverter control device that receives the first function from the machine learning device and outputs a command signal corresponding to the drive frequency of the motor to which the highest evaluation value is given in the state variable to the inverter.
A motor control system including a life prediction device that receives the second function from the machine learning device and outputs a predicted life with the highest evaluation value in the state variable.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1169834A (en) * | 1997-08-12 | 1999-03-09 | Fuji Electric Co Ltd | Life alarm device of aluminum electrolytic capacitor for inverter device |
JP2007240450A (en) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Fujitsu General Ltd | Deterioration detection circuit for smoothing capacitor, and electronic equipment provided therewith |
JP5956662B1 (en) * | 2015-07-31 | 2016-07-27 | ファナック株式会社 | Motor control device for adjusting power regeneration, control device for forward converter, machine learning device and method thereof |
WO2018190275A1 (en) * | 2017-04-13 | 2018-10-18 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device, control system for power conversion device, electronic device, machine learning device, and control method for cooling fan |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1169834A (en) * | 1997-08-12 | 1999-03-09 | Fuji Electric Co Ltd | Life alarm device of aluminum electrolytic capacitor for inverter device |
JP2007240450A (en) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Fujitsu General Ltd | Deterioration detection circuit for smoothing capacitor, and electronic equipment provided therewith |
JP5956662B1 (en) * | 2015-07-31 | 2016-07-27 | ファナック株式会社 | Motor control device for adjusting power regeneration, control device for forward converter, machine learning device and method thereof |
WO2018190275A1 (en) * | 2017-04-13 | 2018-10-18 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device, control system for power conversion device, electronic device, machine learning device, and control method for cooling fan |
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