WO2014167667A1

WO2014167667A1 - 回転機制御装置

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Publication number: WO2014167667A1
Application number: PCT/JP2013/060809
Authority: WO
Inventors: 孝志保月; 山崎　尚徳
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-10-16
Also published as: JPWO2014167667A1; US9998043B2; KR101758004B1; US20160013738A1; CN105103435B; CN105103435A; BR112015025020A2; KR20150130388A; JP5936770B2

Abstract

　推定部（７）においてＰＭモータ（１２）のｑ軸誘起電圧推定値ｅｑ及び推定トルクτが推定され、加算器（１０）にてトルク指令τ^＊と第１指令とが加算される。第１指令は、第１指令生成部（１００）において推定トルクτに基づいて求められる。加算器（１１）にてｑ軸電圧指令ｖｑ^＊と第２指令とが加算される。第２指令は第２指令生成部（２００）においてｑ軸誘起電圧推定値ｅｑに基づいて求められる。併せて第１及び第２指令生成部（１００，２００）において、電流制御部（２）を含む電流制御系の制御遅れ並びに推定部（７）におけるＰＭモータ（１２）の推定トルク及び推定誘起電圧の推定遅れが補償される。制御遅れ及び推定遅れが補償された第１及び第２指令によってトルク指令とｑ軸電圧指令とを同時補償することで、高周波域でのｑ軸電圧指令ｖｑ^＊の不足分が補われるため、高速域まで広い速度域においてトルクリプルが効果的に抑制される。

Description

回転機制御装置

　本発明は、回転機の回転中に生じるトルクリプルを抑制する回転機制御装置に関する。

　回転機としてのＰＭモータ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｍｏｔｏｒ）は小型かつ高効率という特徴を持ち、近年では、産業機器用などに広く利用されている。しかし、ＰＭモータはその構造上、誘起電圧に高調波成分を含むため発生トルクにトルクリプルを持つ。これは振動や騒音、機械的共振等の問題を引き起こす原因となりうるためその低減技術が必要となる。
　低減技術として、電流指令に対しトルクリプルを抑制するための補償信号を重畳することでトルクリプルを抑制するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－２８８０７６号公報

　従来の回転機制御装置は、以上のように構成され、電流指令に補償信号を重畳することでトルクリプルを抑制するものであるので、電流制御部の制御周波数帯域が抑制対象のトルクリプルの周波数帯域を下回る場合に指令通りの補償信号が出力されずに、トルクリプル抑制性能が低下するという問題点があった。トルクリプル周波数はＰＭモータの回転速度に比例して増加するため、この問題点はモータが高速回転中の場合において特に重要である。
　この発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであり、広い範囲の速度域においてトルクリプルをより効果的に抑制できる回転機制御装置を得ることを目的とする。

　この発明に係る回転機制御装置においては、
トルク補償部と電流制御部と電圧指令生成部と位相補償部を備え、前記電圧指令生成部から出力される３相の駆動電圧指令により電力変換器を介して印加される駆動電圧により回転機を制御する回転機制御装置であって、
前記トルク補償部は、電圧推定部とトルク推定部と第１指令生成部と第２指令生成部とを有するものであって、
前記電圧推定部は、前記回転機に流れる実電流と前記駆動電圧とに基づき前記回転機の推定誘起電圧を推定するものであり、
前記トルク推定部は、前記推定誘起電圧と前記実電流とに基づいて前記回転機の推定トルクを推定するものであり、
前記第１指令生成部は、前記推定トルクに基づいて前記回転機のトルクリプルを抑制する第１指令を生成するものであり、
前記第２指令生成部は、前記推定誘起電圧に基づいて前記回転機のトルクリプルを抑制する第２指令を生成するものであり、
前記電流制御部は、前記電力変換器から前記回転機へ供給される電流を指令するｑ軸電流指令と前記実電流との差を前記第１指令にて補償してｑ軸電圧指令を生成するものであり、
前記電圧指令生成部は、前記ｑ軸電圧指令を前記第２指令にて補償し、補償された前記ｑ軸電圧指令に基づき、前記３相の駆動電圧指令を生成するものであり、
前記位相補償部は、前記第１指令及び第２指令の少なくとも一方を補償して前記電流制御部を含む電流制御系の制御遅れと前記トルク推定部の推定遅れの少なくとも一方を補償するものである。

　この発明にかかる回転機制御装置は、以上のように構成されているので、広い範囲の速度域においてトルクリプルをより効果的に抑制できる回転機制御装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１である回転機制御装置の構成を示すブロック図である。図１の第１指令生成部の詳細構成を示すブロック図である。図１の第２指令生成部の詳細構成を示すブロック図である。図３の制御パラメータＫｐの設定について説明するための図である。本発明で補償する電力変換器の位相遅れを説明するための電圧波形図である。図１に示した回転機制御装置によりトルクリプル抑制制御を行う場合のシミュレーション結果を示す図である。この発明の実施の形態３の動作を説明するための電流制御系の数理モデルを示すブロック図である。

実施の形態１．
　図１～図６は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は回転機制御装置の構成を示すブロック図、図２は図１の第１指令生成部の詳細構成を示すブロック図、図３は図１の第２指令生成部の詳細構成を示すブロック図である。図４は、図３の制御パラメータＫｐの設定について説明するための図、図５は本発明で補償する電力変換器の位相遅れを説明するための電圧波形図、図６は図１に示した回転機制御装置によりトルクリプル抑制制御を行う場合のシミュレーション結果を示す図である。

　図１において、回転機制御装置は、電流指令生成部１、電流制御部２、ｄｑ－三相変換部３、電流検出部５、三相－ｄｑ変換部６、推定部７、減算器８，９、加算器１０，１１、回転位置検出器（ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１３、第１指令生成部１００、第２指令生成部２００を有する。推定部７は、回転機としてのＰＭモータ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｍｏｔｏｒ）（以下単にモータと称する）１２のトルク及び誘起電圧を推定するものである。回転位置検出器１３は、モータの回転位置を検出する。第１指令生成部１００は、図２にその詳細を示すように、処理部１０１、演算部１０２，１０３、演算部１０５，１０６、加算器１０７を有し、トルクリプルを抑制するための第１指令を生成する。処理部１０１は、抽出部１０１ａ及び位相補償部１０１ｂを有する。抽出部１０１ａは、推定トルクτの振動成分（脈動成分）を抽出する。位相補償部１０１ｂは、推定トルクτの実トルクからの推定遅れを補償するための補償設定値に基づき抽出部１０１ａにて抽出された推定トルクτの振動成分の位相を補償する（詳細後述）。演算部１０２，１０３は、トルクリプル振動抑制値を演算する。演算部１０２，１０３は、それぞれ、減算器１０２ａ，１０３ａ、抑制制御部１０２ｂ，１０３ｂを有する。演算部１０５，１０６は、信号生成部１０５ａ，１０６ａ、乗算器１０５ｂ，１０６ｂを有する。信号生成部１０５ａ，１０６ａは、周期信号を生成し、併せて電流制御系の制御遅れを補償する。なお、推定部７、第１指令生成部１００、第２指令生成部２００がこの発明におけるトルク補償部である。また、第１指令生成部１００及び第２指令生成部２００がこの発明における位相補償部を兼ねている（詳細後述）。電流制御部２、ｄｑ－三相変換部３、推定部７、第１指令生成部１００にてこの発明における電流制御系が構成されている。推定部７がこの発明における電圧推定部及びトルク推定部であり、ｄｑ－三相変換部３及び加算器１１が電圧指令生成部である。抽出部１０１ａがこの発明における第１抽出部、位相補償部１０１ｂが第１位相補償部である。演算部１０２，１０３がこの発明における第１演算部であり、演算部１０５，１０６が第２演算部である。信号生成部１０５ａ，１０６ａが、この発明における第２位相補償部である。

　第２指令生成部２００は、図３にその詳細を示すように処理部２０１、演算部２０２，２０３、加算器２０４、調節部２０５を有し、トルクリプルを抑制するためのトルクリプルの補償電圧指令である第２指令を生成する。処理部２０１は、抽出部２０１ａ及び位相補償部２０１ｂを有する。抽出部２０１ａは、誘起電圧中の振動成分を抽出する。位相補償部２０１ｂは、ｑ軸誘起電圧推定値ｅｑの実電圧からの推定遅れを補償するための補償設定値に基づき抽出部２０１ａにて抽出された誘起電圧中の振動成分の位相を補償する（詳細後述）。演算部２０２，２０３は、それぞれ信号生成部２０２ａ，２０３ａ、乗算器２０２ｂ，２０３ｂを有し、第２指令を演算する。信号生成部２０２ａ，２０３ａは、周期信号を生成し、電流制御系の制御遅れを補償する。抽出部２０１ａがこの発明における第２抽出部、位相補償部２０１ｂが第３位相補償部である。演算部２０２，２０３が、この発明における第３演算部である。信号生成部２０２ａ，２０３ａが、この発明における第４位相補償部である。

　次に、動作を説明する。図１において、トルクの設定値τ^＊＊とトルクリプル補償指令である位相補償された第１指令τ^＊ _ｒｉｐ（詳細後述）とが加算器１０にて加算され、トルク指令τ^＊として電流指令生成部１へ出力される（与えられる）。電流指令生成部１では、トルク指令τ^＊とモータ定数とに基づいてｑ軸電流指令ｉｑ^＊が演算され、減算器８へ出力される。また、電流検出部５では、モータ１２の実電流ベクトルｉが検出され、三相－ｄｑ変換部６へ出力される。そして、三相－ｄｑ変換部６では実電流ベクトルｉに基づき、ｑ軸実電流ｉｑ及びｄ軸実電流ｉｄが演算され、ｑ軸実電流ｉｑは減算器８へ、ｄ軸実電流ｉｄは減算器９へ出力される。

　減算器８ではｑ軸電流指令ｉｑ^＊とｑ軸実電流ｉｑとの差が演算され電流制御部２へ出力される。減算器９ではｄ軸電流指令ｉｄ^＊とｄ軸実電流ｉｄとの差が演算され、同じく電流制御部２へ出力される。電流制御部２ではｄ軸電圧指令ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ^＊が演算され、ｄ軸電圧指令ｖｄ^＊はｄｑ－三相変換部３へ出力される。また、ｑ軸電圧指令ｖｑ^＊と位相補償された第２指令ｖｑ^＊ _ｒｉｐ（詳細後述）とが加算器１１にて加算され、ｄｑ－三相変換部３へ出力される。ｄｑ－三相変換部３ではｄ軸電圧指令ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ^＊から三相の駆動電圧指令としての電圧指令ベクトルｖ^＊が演算され、電力変換器４へ出力される。電力変換器４では電圧指令ベクトルｖ^＊に従って三相電圧が出力され、トルク指令τ^＊と等しいトルクを発生させるよう、モータ１２が駆動される。

　以上が、動作の概略であるが、本実施の形態においては、推定部７、第１指令生成部１００、第２指令生成部２００等にて求められた、位相補償された第１指令τ^＊ _ｒｉｐ及び位相補償された第２指令ｖｑ^＊ _ｒｉｐに基づいて制御の補償が行なわれる。以下に、その詳細を説明する。推定部７ではモータ定数と、実電流ベクトルｉと、モータ１２への電圧指令ベクトルｖ^＊と、エンコーダ等の回転位置検出器１３によって検出されたモータの電気角θ_ｒｅに基づき、以下の演算によってモータの推定誘起電圧としての推定電圧ベクトルｅが推定される。

　ここで、Ｒはモータの巻線抵抗、Ｌは自己インダクタンス、Ｐｍは極対数、ｐは微分演算子、Ｉは単位行列、Ｊは交代行列、Ｆ（ｓ）はローパスフィルタのゲイン、ω_ｒｍは機械角速度、ω_ｒｅは電気角速度を表している。ゲインＦ（ｓ）は、図示していないが推定部７内においてマイクロプロセッサによるソフトウエア処理により実現されているローパスフィルタの伝達関数である。

　そして、推定部７では、推定電圧ベクトルｅと前記実電流ベクトルｉ及び電気角速度ω_ｒｅから以下の式（２）の演算によってモータの推定トルクτが推定される。なお、式（２）中、ｉ^Ｔはｉの転置行列である。

　次に図２を参照して第１指令生成部１００の動作を説明する。まず、抽出部１０１ａにおいて推定トルクτの脈動成分が抽出される。その演算方法は任意の公知技術を用いることができるが、ここでは一例として、推定トルクτに対してフーリエ級数展開を参考にした次式（３）の演算を用いる。

　ここで、τ_Ｃｎは推定トルクτの余弦係数、τ_Ｓｎは推定トルクτの正弦係数、Ｆ_ＬＰＦ（ｓ）はローパスフィルタのゲイン、ｎはトルクリプル次数である。Δθ_τ-ｅｓｔは推定トルクτの実トルクからの推定遅れを補償するための位相の補償設定値であり、位相補償部１０１ｂにて設定される。補償設定値Δθ_τ-ｅｓｔは、実測やモデルから求めて、予め設定される。

　次に、図２に詳細を示すように前記余弦係数τ_Ｃｎ、及び正弦係数τ_Ｓｎがそれぞれ演算部１０２の減算器１０２ａ、１０３ａへ出力される。演算部１０２，１０３（減算器１０２ａ、１０３ａ及び抑制制御部１０２ｂ，１０３ｂ）では、次の式（４）の演算によってトルクリプル振動抑制値としてトルクリプル補償余弦係数τ_Ｃｎ ^＊、及びトルクリプル補償正弦係数τ_Ｓｎ ^＊が演算され、それぞれ演算部１０５，１０６の乗算器１０５ｂ、１０６ｂへ出力される。

　ここで、Ｇ_ｒｉｐ（ｓ）は抑制制御部１０２ｂ，１０３ｂの伝達特性、τ_Ｃｎ ^＊＊、τ_Ｓｎ ^＊＊はトルクリプル抑制指令値を表している。

　演算部１０５，１０６の乗算器１０５ｂ、１０６ｂ及び加算器１０７において式（５）の演算が行なわれ、トルクリプルの周期に同期した変換信号へと変換され、第１指令τ^＊ _ｒｉｐが出力される。なお、信号生成部１０５ａ，１０６ａにおいて、モータ１２の電気角速度ω_ｒｅに基づき、位相補償（Δθ_ｉ）が行われ前記変換信号が生成される。補償設定値Δθ_ｉは、実測やモデルから求めて、予め設定される。

　Δθ_ｉは、電力変換器４を含む電流制御系による、第一指令生成に係る制御遅れに基づく位相補償の設定値を表している。

　次に図３を参照して第２指令生成部２００の詳細な動作を説明する。まず、推定電圧ベクトルｅ中のｑ軸誘起電圧推定値ｅｑについて、抽出部２０１ａ及び位相補償部２０１ｂにおいて以下の式（６）の演算が行なわれる。Ｆ_ＬＰＦ（ｓ）は、図示していないが、抽出部２０１ａ内においてマイクロプロセッサによるソフトウエア処理により実現されているローパスフィルタの伝達関数である。また、Δθ_{ｅq-ｅｓｔ}はｑ軸誘起電圧推定値ｅｑの実電圧からの推定遅れを補償する補償設定値であり、位相補償部２０１ｂにより設定される。補償設定値Δθ_{ｅq-ｅｓｔ}は、実測やモデルから求めて、予め設定される。

　前記式（６）により、ｑ軸誘起電圧推定値ｅｑのトルクリプルの周期に同期した振動成分がフーリエ係数ｅｑ_Ｃｎ，ｅｑ_Ｓｎとして抽出される。そして、これらの値が演算部２０２，２０３の乗算器２０２ｂ、２０３ｂへと出力される。なお、信号生成部２０２ａ，２０３ａにおいては、モータ１２の電気角速度ω_ｒｅに基づき、位相補償（Δθ_ｖ）が行われた周期信号が生成される。補償設定値Δθ_ｖは、実測やモデルから求めて、予め設定される。
　演算部２０２，２０３の乗算器２０２ｂ、２０３ｂ及び加算器２０４では式（７）の演算が行なわれ、トルクリプルの周期に同期した周期信号ｅｑ_ｒｉｐへと変換され、調節部２０５へ出力される。

　ただし、Δθ_ｖは、ｄｑ－三相変換部３、電力変換器４、推定部７及び処理部２０１による、第二指令生成に係る制御遅れに基づく位相の補償設定値を表している。

　ここでは簡単のため、調節部２０５において次式（８）のような比例制御が行なわれるものとする。制御パラメータＫｐ（ω_ｒｅ）は例えば図４の折線Ｆに示すように回転機の回転速度としての電気角速度ω_ｒｅに応じて変化させられる。すなわち、低速（低周波域）では、電流制御部２からトルクリプルを抑制するための充分な電流指令値が出力されるので、ある電気角速度（周波数）ω_１までは制御パラメータＫｐ（ω_ｒｅ）は０とされ、これ以上の領域では電気角速度が大きくなって電流制御部２から出力される指令値が小さくなるのを補うために制御パラメータＫｐ（ω_ｒｅ）が電気角速度に比例して大きくなるようにされている。これにより、調節部２０５から回転速度に応じた第２指令ｖｑ^＊ _ｒｉｐが出力される。

　以上のようにして、推定遅れ及び制御系の制御遅れに応じて位相補正された第１指令τ^＊ _ｒｉｐが第１指令生成部１００から出力され、同じく位相補正された第２指令ｖｑ^＊ _ｒｉｐが第２指令生成部２００から出力される。
　図１に戻って、加算器１０ではトルク指令τ^＊に第１指令τ^＊ _ｒｉｐを加算して電流指令生成部１へ出力し、加算器１１ではｑ軸電圧指令ｖｑ^＊に第２指令ｖｑ^＊ _ｒｉｐを加算してｄｑ－三相変換部３へ出力する。このようにしてトルク（電流）指令τ^＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ^＊を同時に補償する。

　トルクリプルの周波数帯域が電流制御部２の制御周波数帯域を上回るような高速領域では、トルク（電流）指令τ^＊のみを補償してもその影響は電流制御部２で減衰され、トルクリプル抑制を行うのに十分な高周波のｑ軸電圧指令ｖｑ^＊がｄｑ－三相変換部３へ出力されない。しかし、ｑ軸電圧指令ｖｑ^＊を同時に補償することによって、高周波域におけるｑ軸電圧指令ｖｑ^＊の不足分を補うことができるため、高速領域においてもトルクリプル抑制を効果的に行うことができ、広い範囲の速度域においてトルクリプルを抑制できる回転機制御装置を得ることができる。

　式（３）、式（５）、式（７）から明らかなように本実施の形態では推定トルクが持つ推定遅れと、電流制御系全体が持つ制御遅れとを独立して補償しているので位相補償量の調整が容易となる。
　図５は制御遅れの一例として、電力変換器等の電力変換手段を用いたモータ駆動系で生じる位相遅れについて説明する図である。図５に示したように、ｄｑ－三相変換部３が電流制御部２から黒実直線のような指令Ｖａが与えられたとしても、実際に制御入力として入力されるのは階段波形Ｖｂの平均値（点線の波形）Ｖｃである。Ｔを電力変換器の実際の電圧の更新周期の間隔とすると点線の平均値Ｖｃは実線の指令Ｖａから時間としてＴａ＋Ｔｂ＝１．５Ｔ（Ｔａ＝Ｔ，Ｔｂ＝０．５Ｔ）［ｓｅｃ］、すなわち位相として１．５Ｔ×ｎω_ｒｅ［ｒａｄ］だけ遅れている。したがって、電流制御部２における制御遅れを∠θ_ｉ、抑制制御部１０２ｂ，１０３ｂにおける制御遅れを∠θ_ｒｉｐとすれば、式（５）及び式（７）における位相補償量を、次の式（９）

のように選ぶことができる。

　図６は図１に示した回転機制御装置によりトルクリプル抑制制御を行った場合のシミュレーション結果を示す図であるが、６次成分のトルクリプルを持つ１０極対のモータモデルに対して実施の形態１による回転機制御装置を取り付け、電流制御帯域を２０００［ｒａｄ／ｓｅｃ］とし、負荷側からモータ１２を１０００［ｒ／ｍｉｎ］一定で回転させている。このとき６次成分のトルクリプル周波数はおよそ６２８０［ｒａｄ／ｓｅｃ］となるため、従来技術では抑制困難となる。区間ａは第１指令生成部１００及び第２指令生成部２００を動作させず、抑制制御を行っていない。区間ｂでは第１指令生成部１００のみ動作させ、最後に区間ｃにおいて第２指令生成部２００も動作させ、実施の形態１による回転機制御装置として完全な動作をさせている。
　１０００［ｒ／ｍｉｎ］の高速域において、第１指令生成部１００のみではトルクリプルを完全には抑制できていないが、第２指令生成部２００を合わせて動作させることで、高い抑制効果が得られていることが分かる。

　このように本実施の形態では、制御遅れ及び推定遅れが補償された第１及び第２指令によってトルク指令とｑ軸電圧指令とを同時補償することにより、高周波域におけるｑ軸電圧指令ｖｑ^＊の不足分が補われるため、高速域まで広い範囲の速度域においてトルクリプルがより効果的に抑制されるという効果が得られる。
　加えて、本発明では制御遅れや推定遅れといった位相遅れを補償した値に基づいて第１及び第２指令を生成するので、計測設備を用いた煩雑な事前計測作業を行うことなしに、トルクリプルを効果的に抑制することができる。

実施の形態２．
　本実施の形態における構成は、図１～図６に示した実施の形態１と同様のものであるので、図示を省略する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、第１指令生成部１００では抽出部１０１ａにて式（３）の演算が、演算部１０２，１０３にて式（４）の演算が、演算部１０５，１０６にて式（５）の演算が行なわれ、第２指令生成部２００では抽出部２０１ａにて式（６）の演算が、演算部２０２，２０３、加算器２０４にて式（７）の演算が、調節部２０５にて式（８）の演算が行なわれることで、第ｎ次のトルクリプルを補償するための指令を生成する。
　このとき相異なる自然数ｎｉ、ｎｖ（ｎｉ＜ｎｖ）を用いて、第１指令生成部１００においてトルクリプル次数ｎをｎｉ、第２指令生成部２００においてｎをｎｖと設定すれば、それぞれ異なる次数のトルクリプルを補償するように動作させることができる。また、より高次のトルクリプルの抑制を第２指令生成部２００において行うように設定することで抑制効果を高めることができる。

　これにより、例えば、トルクリプルが増大する低速度領域ではトルクリプルの主要な成分である６次成分と１２次成分の両方を抑制するためにｎｉ＝６、ｎｖ＝１２とすることで複数の次数のトルクリプルを抑制するよう動作させ、トルクリプルが減少するが抑制は困難となる高速度領域では、最も主要な成分である６次成分のみに着目してｎｉ＝ｎｖ＝６として実施の形態１のように動作させ、６次成分の抑制効果を高めるというような、動作モードの切り替えが可能となる。

　このように本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に高速回転域でのトルクリプル抑制が可能となる効果が得られ、第１指令生成部１００と第２指令生成部２００において抑制対象とするトルクリプルの次数（周波数）を独立して設定することによって、モータ特性や運転条件に応じて適切なトルクリプル抑制が可能となる効果が得られる。

実施の形態３．
　本実施の形態における構成は、図１～図６に示した実施の形態１と同様のものであるので、図示を省略する。なお、図７はこの実施の形態における動作を説明するための電流制御系の数理モデルを示すブロック図である。本実施の形態では、実施の形態１や実施の形態２と同様に、第１指令生成部１００では抽出部１０１ａにて式（３）の演算が、演算部１０２，１０３にて式（４）の演算が、演算部１０５，１０６にて式（５）の演算が行なわれ、第２指令生成部２００では抽出部２０１ａにて式（６）の演算が、演算部２０２，２０３、加算器２０４にて式（７）の演算が、調節部２０５にて式（８）の演算が行なわれることで、第ｎ次のトルクリプルを補償するための第１及び第２指令が生成される。
　ところで、ｑ軸上の数理モデルとして推定部７を含む電流制御系の伝達特性は図７のようになる。すなわち、電流指令生成部１の伝達関数は、
　　１／Ｐ_ｍφ_ｆ
電流制御部２の伝達関数は、
　　Ｋ_ｐ＋Ｋ_ｉ／ｓ
モータ１２の伝達関数は、
　　１／（Ｌｓ＋Ｒ）
図７中の推定部７における電圧降下分の伝達関数は、　
　　Ｆ（ｓ）（Ｌｓ＋Ｒ）
となる。ここで、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^＊は、
　　ｖｑ^＊＝ｖｑ^＊ _ｒｉｐ＋（Ｌｓ＋Ｒ）ｉｑ
であり、ｑ軸誘起電圧推定値ｅｑは電圧指令値ｖｑ^＊から電圧降下分を差し引くことにより求められるため、
　　ｅｑ＝ｖｑ^＊－Ｆ（ｓ）（Ｌｓ＋Ｒ）ｉｑ
である。従って、ｖｑ^＊ _ｒｉｐからｉｑまでの伝達特性も考慮すると、第２指令ｖｑ^＊ _ｒｉｐを入力としたｑ軸誘起電圧推定値ｅｑの算出までの伝達特性Ｇｖ（ｓ）は

のように計算できる。そのため、式（１０）に基づいて図３における第２指令生成部２００の演算部２０２，２０３において、

と設定することができる。ただしｊは虚数単位を表す。
　このように本実施の形態によれば、制御系の数理モデルに基づいた演算によって、第２指令生成部２００における位相補償量Δθ_ｖ、調節部２０５における調節量Ｋｐ（ω_ｒｅ）を決定し、式（７）、式（８）に基づいてｅｑ_ｒｉｐ、第２指令ｖｑ^＊ _ｒｉｐを演算するので、制御系の調整が容易になる効果がある。

　なお、前記実施の形態においては、加算器１０（図１参照）においてトルク指令τ^＊に第１指令生成部１００にて求められた第１指令τ^＊ _ｒｉｐを加算するものを示したが、第１指令生成部１００から出力される第１指令τ^＊ _ｒｉｐをｑ軸電流に換算したものをｑ軸電流指令ｉｑ^＊に加算するようにしてもよい。
　また、本発明は、その発明の範囲内において、上述した各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。

Claims

トルク補償部と電流制御部と電圧指令生成部と位相補償部を備え、前記電圧指令生成部から出力される３相の駆動電圧指令により電力変換器を介して印加される駆動電圧により回転機を制御する回転機制御装置であって、
前記トルク補償部は、電圧推定部とトルク推定部と第１指令生成部と第２指令生成部とを有するものであって、
前記電圧推定部は、前記回転機に流れる実電流と前記駆動電圧とに基づき前記回転機の推定誘起電圧を推定するものであり、
前記トルク推定部は、前記推定誘起電圧と前記実電流とに基づいて前記回転機の推定トルクを推定するものであり、
前記第１指令生成部は、前記推定トルクに基づいて前記回転機のトルクリプルを抑制する第１指令を生成するものであり、
前記第２指令生成部は、前記推定誘起電圧に基づいて前記回転機のトルクリプルを抑制する第２指令を生成するものであり、
前記電流制御部は、前記電力変換器から前記回転機へ供給される電流を指令するｑ軸電流指令と前記実電流との差を前記第１指令にて補償してｑ軸電圧指令を生成するものであり、
前記電圧指令生成部は、前記ｑ軸電圧指令を前記第２指令にて補償し、補償された前記ｑ軸電圧指令に基づき、前記３相の駆動電圧指令を生成するものであり、
前記位相補償部は、前記第１指令及び第２指令の少なくとも一方を補償して前記電流制御部を含む電流制御系の制御遅れと前記トルク推定部の推定遅れの少なくとも一方を補償するものである
回転機制御装置。
前記第１指令生成部及び前記第２指令生成部は、前記第１指令生成部の抑制対象とする前記トルクリプルの周波数と前記第２指令生成部の抑制対象とする前記トルクリプルの周波数とが、異なる周波数にされたものである
請求項１に記載の回転機制御装置。
前記第１指令生成部及び第２指令生成部は、前記第１指令生成部の抑制対象とする前記トルクリプルの周波数と前記第２指令生成部の抑制対象とする前記トルクリプルの周波数とを独立して変更しうるようにされたものである
請求項１に記載の回転機制御装置。
前記第２指令生成部は、調節部を有するものであって、
前記調節部は、前記回転機の回転速度に応じて前記第２指令の指令値の大きさを変えるものである
請求項１に記載の回転機制御装置。
前記第１指令生成部は、第１抽出部と第１演算部と第２演算部とを有し、
前記第１抽出部は、前記推定トルク中の前記トルクリプルの振動成分を抽出するものであり、
前記第１演算部は、前記抽出されたトルクリプルの振動成分と抑制指示値との差からトルクリプル振動抑制値を求めるものであり、
前記第２演算部は、前記トルクリプル振動抑制値を前記トルクリプルの周期に同期した変換信号に変換し前記変換信号に基づいて前記第１指令を生成するものである
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
前記位相補償部は、前記第１指令を補償するものであって、第１位相補償部及び第２位相補償部を有し、
前記第１位相補償部は、前記トルクリプルの振動成分の位相を補償することにより前記推定トルクの推定遅れを補償し、
前記第２位相補償部は、前記変換信号の位相を補償することにより前記電流制御系の制御遅れを補償するものである
請求項５に記載の回転機制御装置。
前記第２指令生成部は、第２抽出部と第３演算部とを有し、
前記第２抽出部は、前記トルクリプルの周波数における前記推定誘起電圧中の振動成分を抽出するものであり、
前記第３演算部は、前記抽出された推定誘起電圧中の振動成分を前記トルクリプルの周期に同期した同期信号に変換し前記同期信号に基づいて前記第２指令を生成するものである
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
前記位相補償部は、前記第２指令を補償するものであって、第３位相補償部及び第４位相補償部を有し、
前記第３位相補償部は、前記推定誘起電圧中の振動成分の位相を補償することにより上記推定トルクの推定遅れを補償し、
前記第４位相補償部は、前記同期信号の位相を補償することにより前記電流制御系の制御遅れを補償するものである
請求項７に記載の回転機制御装置。
前記第４位相補償部は、前記電圧指令生成部におけるキャリアの半周期をＴ［ｓｅｃ］、前記トルクリプルの次数をｎ、前記回転機の電気角速度をω_ｒｅ［ｒａｄ／ｓｅｃ］とするとき、前記電圧指令生成部が有する前記制御遅れを補償するよう、前記第２指令の位相補償量Δθ［ｒａｄ］をΔθ＝１．５Ｔ×ｎω_ｒｅで与えるものである
請求項８に記載の回転機制御装置。
前記第４位相補償部は、前記電流制御系の伝達特性の数理モデルに基づき数理モデル位相補償量を演算し、前記数理モデル位相補償量に基づいて前記同期信号の位相を補償することにより前記電流制御系の制御遅れを補償するものである
請求項８に記載の回転機制御装置。