WO2025220195A1 - 脈動抑制装置および脈動抑制システム - Google Patents

脈動抑制装置および脈動抑制システム

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WO2025220195A1
WO2025220195A1 PCT/JP2024/015465 JP2024015465W WO2025220195A1 WO 2025220195 A1 WO2025220195 A1 WO 2025220195A1 JP 2024015465 W JP2024015465 W JP 2024015465W WO 2025220195 A1 WO2025220195 A1 WO 2025220195A1
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pulsation
rotation
unit
rotation amount
suppression device
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PCT/JP2024/015465
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French (fr)
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健治 ▲高▼橋
裕一 清水
厚司 土谷
幹幸 谷口
雄紀 谷山
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple

Definitions

  • This disclosure relates to a pulsation suppression device and a pulsation suppression system that suppress mechanical or electrical pulsations in an electromechanical system having a power supply circuit, a motor, and a mechanical device.
  • electromechanical systems that use motors and power conversion circuits to drive mechanical devices have become widely used in industry and the home appliance industry. These electromechanical systems are often exposed to periodic disturbances. When high-frequency periodic disturbances are applied to an electromechanical system, control performance can deteriorate.
  • Patent Document 1 calculates the sine and cosine coefficients of rotational irregularities of any harmonic, performs proportional-integral control to reduce these to zero, and then drives the driver in accordance with a correction signal created from the sine and cosine coefficients, thereby reducing rotational irregularities.
  • Patent Document 1 if the plant characteristics of the electromechanical system are complex, the operation of the electromechanical system may become unstable. As a result, with the technology of Patent Document 1, it may not be possible to eliminate the effects of periodic disturbances, and good operating characteristics cannot be obtained.
  • the present disclosure has been made in light of the above, and aims to provide a pulsation suppression device that can achieve good operating characteristics even when the plant characteristics of the electromechanical system are complex.
  • the pulsation suppression device disclosed herein suppresses mechanical or electrical pulsation in an electromechanical system having a power supply circuit, a motor, and a mechanical device, and includes a pulsation extraction unit that separates and extracts the periodic pulsation of a periodic disturbance, which is a periodic disturbance that occurs in the electromechanical system, into a cosine component and a sine component.
  • the pulsation suppression device disclosed herein also includes a rotation amount adjustment unit that determines the amount of rotation when performing a rotation calculation on the cosine component and sine component of the periodic pulsation, and a rotation calculation unit that performs a rotation calculation on the cosine component and sine component using the rotation amount.
  • the pulsation suppression device disclosed herein also includes a first integral control unit that integrates the rotated cosine component, a second integral control unit that integrates the rotated sine component, and an AC restoration unit that restores the integrated cosine component and the integrated sine component to an AC signal based on the disturbance frequency, which is the pulsation frequency of the DC bus voltage of the power supply circuit, and outputs the restored signal.
  • the rotation amount adjustment unit adjusts the amount of rotation so that the periodic pulsation is reduced.
  • the pulsation suppression device disclosed herein has the advantage of being able to achieve good operating characteristics even when the plant characteristics of the electromechanical system are complex.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pulsation suppression device according to a first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing an operation pattern of a deviation vector when the pulsation suppressing device according to the first embodiment performs beatless control when the rotation amount is in an optimal state.
  • FIG. 10 is a diagram showing an operation pattern of a deviation vector when the pulsation suppressing device according to the first embodiment performs beatless control when the rotation amount is within a range of less than ⁇ 90 degrees from the optimal value.
  • FIG. 10 is a diagram showing an operation pattern of a deviation vector when the pulsation suppressing device according to the first embodiment performs beatless control when the rotation amount is in a state where it is deviated from the optimal value by more than ⁇ 90 degrees.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a pulsation suppression device according to a first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing an operation pattern of a deviation vector when the pulsation suppressing device according to
  • FIG. 10 is a diagram showing an operation pattern of a deviation vector when the pulsation suppressing device according to the first embodiment performs beatless control.
  • FIG. 1 is a first explanatory diagram for explaining a search direction corrected by a pulsation suppression device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a second explanatory diagram for explaining a search direction corrected by the pulsation suppression device according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a third explanatory diagram for explaining a search direction corrected by the pulsation suppression device according to the first embodiment
  • FIG. 1 is a first explanatory diagram for explaining a search direction corrected by a pulsation suppression device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a second explanatory diagram for explaining a search direction corrected by the pulsation suppression device according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a third explanatory diagram for explaining a search direction corrected by the pulsation suppression device according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a fourth explanatory diagram for explaining a search direction corrected by the pulsation suppression device according to the first embodiment
  • 1 is a flowchart showing a procedure of a pulsation suppression process executed by a pulsation suppression device according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration for implementing a pulsation suppression device according to a first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a pulsation suppression device according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an electromechanical system according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a motor control device according to a third embodiment;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining beat vibration when the pulsation suppressing device according to the third embodiment does not perform voltage phase manipulation.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the principle by which the pulsation suppression device according to the third embodiment suppresses beat vibration by controlling the voltage phase.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a pulsation extraction unit included in a pulsation suppression device according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an AC restoration unit according to a third embodiment;
  • FIG. 10 is a diagram showing a first behavior of a deviation vector when the pulsation suppressing device according to the third embodiment is executing pulsation suppression control.
  • FIG. 10 is a diagram showing a second behavior of the deviation vector when the pulsation suppressing device according to the third embodiment is executing pulsation suppression control.
  • FIG. 10 is a diagram showing a third behavior of the deviation vector when the pulsation suppressing device according to the third embodiment is executing pulsation suppression control.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an evaluation value used by the pulsation suppressing device according to the third embodiment to evaluate whether beatless control is being performed appropriately.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a procedure for beatless control processing executed by a pulsation suppressing device according to a third embodiment.
  • 10 is a flowchart showing a procedure of a rotation amount adjustment process executed by a rotation amount adjustment unit according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a motor control device according to a fourth embodiment;
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a pulsation suppression device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining a first application example of a pulsation suppressing device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining a second application example of the pulsation suppressing device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining a third application example of the pulsation suppression device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining a fourth application example of the pulsation suppressing device according to the sixth embodiment.
  • Embodiment 1. 1 is a diagram showing the configuration of a pulsation suppressing device according to embodiment 1.
  • the pulsation suppressing device 200 is connected to an electromechanical system 100 and suppresses pulsations in the electromechanical system 100.
  • the pulsation suppression device 200 suppresses various pulsations.
  • the pulsation suppression device 200 performs, for example, beatless control, which is a control for suppressing beat vibrations.
  • beatless control which is a control for suppressing beat vibrations.
  • the pulsation suppression device 200 may also suppress vibrations other than beat vibrations.
  • the pulsation suppression device 200 performs pulsation suppression control such as beatless control.
  • the electromechanical system 100 includes a power supply circuit 101, a motor 102, and a mechanical device 103.
  • the electromechanical system 100 is affected by a periodic disturbance d c (not shown).
  • the periodic disturbance d c is generated by any of the power supply circuit 101, the motor 102, or the mechanical device 103.
  • the mechanical device 103 is a refrigerant compression mechanism
  • the motor 102 is affected by periodic load torque pulsation due to the processes of discharging, suctioning, and compressing the refrigerant, causing pulsation in the rotational speed.
  • the compression mechanism is an example of a mechanical device 103 driven by the motor 102, and the mechanical device 103 is not limited to a compression mechanism.
  • the power supply circuit 101 has an inverter 11 (described later)
  • the DC bus voltage pulsates at a frequency six times the input power frequency, causing low-frequency pulsation in the phase current of the motor 102.
  • This pulsation also becomes a disturbance factor for motor control.
  • pulsation occurs in the rotational speed of the motor 102, pulsation in the phase current of the motor 102, and the like.
  • various other factors cause a periodic disturbance dc to be applied to the electromechanical system 100.
  • the frequency of the periodic disturbance dc is represented by the symbol fdis .
  • the pulsation suppression device 200 is a device that suppresses mechanical or electrical pulsations of the electromechanical system 100.
  • the pulsation suppression device 200 acquires a signal output from the electromechanical system 100 or a state quantity of the electromechanical system 100 from the electromechanical system 100.
  • the signal or state quantity acquired by the pulsation suppression device 200 from the electromechanical system 100 is referred to as the input signal y.
  • the pulsation suppression device 200 inputs an output signal x, which is a control signal for the electromechanical system 100, to the electromechanical system 100.
  • the output signal x of the pulsation suppression device 200 and the input signal y to the pulsation suppression device 200 are arbitrary physical quantities and can be freely selected according to the needs of the user or designer.
  • the input signal y is, for example, a current, a rotor angular velocity (rotational speed), a voltage, etc. That is, examples of the input signal y are a dq-axis current vector I dq , an estimated angular velocity ⁇ e , and a DC bus voltage V DC, which will be described later.
  • the output signal x is, for example, a manipulated variable for the voltage phase, a voltage command (for example, a dq-axis voltage pulsation command V ** dq , which will be described later), a torque command, etc.
  • the pulsation suppression device 200 suppresses the pulsation of the input signal y by outputting the output signal x to the electromechanical system 100.
  • the pulsation suppression device 200 can reduce rotational irregularities of the motor 102 by using the rotation speed as input signal y to the pulsation suppression device 200 and the torque command as output signal x from the pulsation suppression device 200.
  • the pulsation suppression device 200 can reduce beat vibration by using the dq-axis current as input signal y to the pulsation suppression device 200 and the manipulated variable of the voltage phase as output signal x from the pulsation suppression device 200.
  • the manipulated variables of the dq-axis current and voltage phase will be described later.
  • the pulsation suppression device 200 includes subtractors 201A and 201B, a rotation calculation unit 202, integral control units 203A and 203B, an AC restoration unit 204, a pulsation extraction unit 205, and a rotation amount adjustment unit 206.
  • the integral control unit 203A is the first integral control unit
  • the integral control unit 203B is the second integral control unit.
  • a signal f dis which is the frequency of the periodic disturbance d c stored in advance, is input to the pulsation suppression device 200.
  • An input signal y is also input to the pulsation suppression device 200 from the electromechanical system 100.
  • the signal f dis and the input signal y are sent to a pulsation extraction unit 205.
  • the pulsation extraction unit 205 extracts the pulsation component contained in the input signal y based on fdis .
  • the frequency component to be extracted here is a component of the disturbance frequency fdis (a fundamental frequency component) or a harmonic component that is an integer multiple of the fundamental frequency.
  • the pulsation extraction unit 205 may extract the pulsation component of the input signal y by any extraction method.
  • the pulsation extraction unit 205 extracts the pulsation component by separating the sin (sine) component and cos (cosine) component of the pulsation of the input signal y, for example, using the principle of Fourier series.
  • the pulsation extraction unit 205 may also extract the pulsation component using a band-pass filter. The following describes a case where the pulsation extraction unit 205 extracts the pulsation component of the input signal y using the principle of Fourier series.
  • the disturbance frequency f dis is converted into an angular frequency, and the converted result is defined as a disturbance angular frequency ⁇ dis .
  • the relation between ⁇ dis and f dis is given by the following equation (1).
  • ⁇ dis can be expressed as a linear function of time t.
  • the cosine and sinusoidal components contained in the input signal y can be calculated using the following equations (3) and (4).
  • the pulsation extraction unit 205 calculates y cos , which is the cos component of the pulsation contained in the input signal y, and outputs the result to the subtractor 201A.
  • the pulsation extraction unit 205 also calculates y sin , which is the sine component of the pulsation contained in the input signal y, and outputs the result to the subtractor 201B.
  • Subtractor 201A calculates the difference between a pre-stored target value r * of the pulsation component and y cos , which is the cosine component of the pulsation, and outputs the calculation result as a deviation e cos of the cosine component to rotation calculation unit 202.
  • Subtractor 201B also calculates the difference between a target value r * of the pulsation component and y sin, which is the sine component of the pulsation, and outputs the calculation result as a deviation e sin of the sin component to rotation calculation unit 202.
  • target value r * of the pulsation component is set to zero, but target value r * of the pulsation component may also be a non-zero value (a value other than zero).
  • the rotation calculation unit 202 performs rotation calculation on e cos and e sin using the following equation (5):
  • the cos component after the rotation calculation is called e Rcos
  • the sin component after the rotation calculation is called e Rsin .
  • ⁇ R is the amount of rotation in the rotation calculation.
  • the amount of rotation ⁇ R is set in advance by the user in the rotation amount adjustment unit 206.
  • the rotation amount adjustment unit 206 adjusts the amount of rotation ⁇ R based on e cos and e sin so that the periodic pulsation is reduced, and sets the amount of rotation ⁇ R in the rotation calculation unit 202.
  • the method for adjusting the amount of rotation ⁇ R will be described later.
  • the integral control unit 203A integrates the deviation e Rcos (the cosine component after rotational calculation) corresponding to y cos
  • the integral control unit 203B integrates the deviation e Rsin (the sin component after rotational calculation) corresponding to y sin . That is, the integral control unit 203A determines x cos by performing integral control on e Rcos
  • the integral control unit 203B determines x sin by performing integral control on e Rsin .
  • x cos and x sin are the cosine component and sin component, respectively, of the output signal x of beatless control.
  • the integral control units 203A and 203B accumulate the error between the target value r * and the actual value and perform integral control by adding an amount proportional to this accumulated value to the manipulated variable.
  • the integral control unit 203A performs integral control so that the rotated cos component e Rcos becomes zero. That is, the integral control unit 203A determines x cos from e Rcos so that the deviation e cos , which is the difference between the target value r * of the pulsating component and the cos component y cos of the pulsation, becomes zero. That is, the integral control unit 203A determines x cos by performing integral control so that y cos approaches the target value r * of the pulsating component.
  • the integral control unit 203B performs integral control so that the rotated sine component e Rsin becomes zero. That is, the integral control unit 203B determines x sin from e Rsin so that the deviation e sin , which is the difference between the target value r * of the pulsating component and the sine component y sin of the pulsation, becomes zero. That is, the integral control unit 203B determines x sin by performing integral control so that y sin approaches the target value r * of the pulsating component.
  • pulsation suppression device 200 uses integral control units 203A and 203B here, pulsation suppression device 200 may use other control units as long as the control includes an integral element.
  • pulsation suppression device 200 may use a control unit that performs PI (Proportional-Integral) control, or a control unit that performs PID (Proportional-Integral-Differential) control.
  • PI Proportional-Integral
  • PID Proportional-Integral-Differential
  • the AC restoration unit 204 receives pre-stored f dis as input.
  • the AC restoration unit 204 converts the output of the integral control into AC and determines the output signal x. That is, the AC restoration unit 204 calculates the output signal x based on x cos , x sin , and f dis .
  • the AC restoration unit 204 converts x cos and x sin into AC signals based on, for example, the following equation (6).
  • the calculation result (AC signal) using equation (6) becomes the output signal x from the pulsation suppression device 200.
  • the pulsation suppression device of the comparative example has the same configuration as the pulsation suppression device 200, except that it does not have the rotation amount adjustment unit 206. Since the pulsation suppression device of the comparative example does not have the rotation amount adjustment unit 206, the rotation amount ⁇ R is treated as a fixed value.
  • Figure 2 is a diagram showing the operation pattern of the deviation vector when the pulsation suppression device of embodiment 1 performs beatless control when the rotation amount is in an optimal state.
  • Figure 3 is a diagram showing the operation pattern of the deviation vector when the pulsation suppression device of embodiment 1 performs beatless control when the rotation amount is in a state within a range of less than ⁇ 90 degrees from the optimal value.
  • Figure 4 is a diagram showing the operation pattern of the deviation vector when the pulsation suppression device of embodiment 1 performs beatless control when the rotation amount is in a state away from the optimal value by more than ⁇ 90 degrees.
  • the absolute value of the difference between the amount of rotation ⁇ R and the optimal value is less than 90 degrees.
  • the absolute value of the difference between the amount of rotation ⁇ R and the optimal value is greater than 90 degrees.
  • FIGS. 2 to 4 show a deviation vector locus Et, which is the operating pattern of a deviation vector E (not shown) composed of e cos and e sin when the pulsation suppression device 200 executes pulsation suppression control such as beatless control.
  • the deviation vector E is a vector directed from the origin toward (e cos , e sin ).
  • the pulsation suppression device 200 performs control so that (e cos , e sin ) approaches the origin, i.e., so that the absolute value of the deviation vector E decreases.
  • the deviation vector locus Et has a starting point "Start” and an end point “Goal.”
  • the operating pattern of the deviation vector E under beatless control (the deviation vector locus Et corresponding to the behavior of the pulsation suppression device 200) can be roughly classified into four types depending on the rotation amount ⁇ R.
  • the rotation amount ⁇ R is in an optimal state.
  • the deviation vector E composed of e cos and e sin approaches the origin in the shortest distance due to the action of integral control.
  • 3 is a second operation pattern when the rotation amount ⁇ R is within a range of less than ⁇ 90 degrees from the optimum value.
  • the pulsation suppression device 200 starts pulsation suppression control such as beatless control, the deviation vector E approaches the origin while drawing a spiral.
  • the fourth operating pattern occurs when the rotation amount ⁇ R is in the worst state (180 degrees away from the optimum value). If the pulsation suppression device 200 starts pulsation suppression control such as beatless control at this time, the deviation vector E moves away from the origin in a straight line.
  • the user sets in advance an amount of rotation ⁇ R that is as close to the optimum value as possible in the rotation amount adjustment unit 206.
  • the amount of rotation ⁇ R that is less than ⁇ 85 degrees from the optimum value is set in the rotation amount adjustment unit 206.
  • the pulsation suppression device 200 includes the rotation amount adjustment unit 206, which can adjust the rotation amount ⁇ R to an appropriate value. That is, the rotation amount adjustment unit 206 can optimize the rotation amount ⁇ R by examining the behavior of the deviation vector E. This enables the pulsation suppression device 200 to control the deviations e cos and e sin to zero using an appropriate rotation amount ⁇ R. Since the target value r * of the pulsation component is usually set to zero, when the deviations e cos and e sin are zero, the cosine component y cos and sine component y sin of the pulsation also become zero, enabling the pulsation suppression device 200 to perform stable control.
  • the pulsation suppression device 200 adjusts the rotation amount ⁇ R to an appropriate value, and therefore can appropriately reduce pulsation caused by the periodic disturbance d c .
  • the pulsation suppression device 200 according to the first embodiment adjusts the rotation amount ⁇ R to an appropriate value, and therefore can appropriately reduce pulsation caused by the periodic disturbance d c .
  • Fig. 5 is a diagram showing the operation pattern of a deviation vector when the pulsation suppression device according to the first embodiment executes beatless control.
  • the horizontal axis of Fig. 5 represents the cosine component (e cos ), and the vertical axis represents the sin component (e sin ).
  • Fig. 5 shows a deviation vector locus Et, which is the operation pattern of a deviation vector E (not shown) composed of e cos and e sin when the pulsation suppression device 200 executes pulsation suppression control such as beatless control.
  • the deviation vector locus Et begins at "Start" and ends at "Goal.”
  • the rotation amount adjustment unit 206 included in the pulsation suppression device 200 of embodiment 1 calculates the temporal change in the absolute value of the deviation vector E,
  • ⁇ (e cos 2 + e sin 2 ), (temporal change in the absolute value of the periodic pulsation), and corrects the rotation amount ⁇ R if the absolute value of the deviation vector E (norm of the deviation vector E) does not decrease as intended.
  • the rotation amount adjustment unit 206 adjusts the rotation amount ⁇ R based on the temporal change in the absolute value of the periodic pulsation. By changing the rotation amount ⁇ R , the rotation amount adjustment unit 206 can eventually find the point at which ⁇ (e cos 2 + e sin 2 ) decreases.
  • the trajectory of the deviation vector E does not necessarily become the straight line or spiral shown in Figure 2 or Figure 3, but the rotation amount adjustment unit 206 can ultimately reduce the deviation vector E to zero by performing this correction operation (adjustment process).
  • the rotation amount adjustment unit 206 detects this increase.
  • the rotation amount adjustment unit 206 determines that pulsation suppression is abnormal (the amount of rotation ⁇ R is in an inappropriate state) and corrects the amount of rotation ⁇ R.
  • the rotation amount adjustment unit 206 finds a search direction that reduces y cos and y sin , thereby ultimately setting the deviation vector E to zero.
  • Figure 6 is a first explanatory diagram for explaining the search direction corrected by the pulsation suppression device according to the first embodiment.
  • Figure 7 is a second explanatory diagram for explaining the search direction corrected by the pulsation suppression device according to the first embodiment.
  • Figure 8 is a third explanatory diagram for explaining the search direction corrected by the pulsation suppression device according to the first embodiment.
  • Figure 9 is a fourth explanatory diagram for explaining the search direction corrected by the pulsation suppression device according to the first embodiment.
  • FIGS. 6 to 9 show an image of the search direction corrected by the pulsation suppression device 200.
  • the horizontal axis of FIGS. 6 to 9 represents the cosine components (e cos , e Rcos , x cos ), and the vertical axis represents the sin components (e sin , e Rsin , x sin ).
  • FIGS. 6 to 8 additionally show a deviation vector trajectory ERt, which is the movement pattern (trajectory) of the deviation vector ER (not shown) after the rotation operation, an output signal trajectory xt, which is the movement pattern of the output signal vector x (not shown), and a sector-shaped region representing an image of the search direction.
  • the deviation vector ER after the rotation operation is a vector resulting from the rotation operation performed by the rotation operation unit 202 on the deviation vector E before the rotation operation.
  • the output signal trajectory xt is the trajectory of the output signal vector x of beatless control.
  • the deviation vector ER is a vector directed from the origin toward (e Rcos , e Rsin ), and the deviation vector E is a vector directed from the origin toward (e cos , e sin ), as described above.
  • the ideal values of the deviation vector E before the rotation operation and the deviation vector ER after the rotation operation are zero (the origin).
  • the search direction is represented by a sector-shaped figure (sector region) that mimics the human field of vision. If the center of the sector region is the position of the output signal vector x at a certain time, the arc of the sector region represents the forward field of view at that time.
  • the image of the search direction is shown as search direction image SD1
  • the image of the search direction is shown as search direction images SD2 and SD3.
  • the image of the search direction is shown as search direction images SD4, SD5, and SD6, and in Figure 9, the image of the search direction is shown as search direction images SD7 and SD8.
  • the search direction image SD1 does not need to be changed from the start to the end of the search.
  • the search direction images SD2 and SD3 shown in Fig. 7 are search direction images when the rotation amount ⁇ R is an appropriate value.
  • the search direction image SD2 is an image of the search direction when the search starts
  • the search direction image SD3 is an image of the search direction when the search is completed.
  • the search direction image SD3 is a search direction image after a specific time has elapsed since the start of the search using the search direction image SD2.
  • Search direction images SD4, SD5, and SD6 shown in Figure 8 are search direction images when the rotation amount ⁇ R is an inappropriate value.
  • Search direction image SD4 is an image of the search direction when the search starts
  • search direction image SD5 is an image of the search direction during the search
  • search direction image SD6 is an image of the search direction when the search fails.
  • search direction image SD5 is a search direction image after a specific time has elapsed since the start of the search using search direction image SD4.
  • Search direction image SD6 is a search direction image after a specific time has elapsed since the search using search direction image SD5.
  • Figures 6 to 8 show the trajectory of the deviation vector ER after the rotation calculation as it moves from the point of the deviation vector ER's initial value ERs to the point of the deviation vector ER's ideal value Ei (origin) as the deviation vector trajectory ERt.
  • FIG. 9 shows a deviation vector locus ERt2, which is a locus that moves from the point of the initial value ERs of the deviation vector ER to the point of the ideal value Ei of the deviation vector ER (the origin) after the rotation amount ⁇ R has been adjusted in the case where the search has failed due to an inappropriate rotation amount ⁇ R as shown in FIG. 8.
  • the pulsation suppression device 200 cannot know in advance where in the diagram the ideal value of the output signal vector x is located.
  • the pulsation suppression device 200 can determine whether it has successfully searched for the ideal value of the output signal vector x only by observing the deviation vectors E and ER.
  • the search range of the output signal vector x is limited.
  • the output signal vector x has a searchable range SR, which is the range that can be searched. If the ideal value of the output signal vector x is not within the searchable range SR, the deviation vectors E and ER cannot be set to zero, so the pulsation suppression device 200 searches for an output signal vector x that minimizes the deviation vectors E and ER within the searchable range SR.
  • the initial value xs of the output signal vector x is an arbitrary value, and is often set to zero, but here it is set to a non-zero value for convenience of drawing.
  • the initial values of the deviation vectors E and ER are also set to arbitrary non-zero values.
  • the initial value of the deviation vector E is indicated by the initial value Es
  • the initial value of the deviation vector ER is indicated by the initial value ERs. Note that the initial value ERs of the deviation vector ER may be the same as the initial value Es of the deviation vector E.
  • FIG. 6 shows the operation patterns of the deviation vectors E and ER and the output signal vector x when the pulsation suppressing device 200 according to the first embodiment performs beatless control when the rotation amount ⁇ R is in an optimal state.
  • the deviation vector locus Et which is the locus of the deviation vector E
  • the deviation vector locus ERt which is the locus of the deviation vector ER after the rotation calculation
  • the amount of rotation ⁇ R is ideal, the deviation vectors E and ER move in the shortest distance from their initial values Es and ERs toward the ideal value Ei (origin), which is the ideal point for the deviation vectors E and ER.
  • the output signal vector x must also move in the shortest distance from its initial value xs toward the ideal value xi, which is the ideal point for the output signal vector x.
  • the output signal vector x is a vector obtained by integrating the deviation vector ER, if the direction of the deviation vector ER does not match the direction of movement of the ideal output signal vector x, it is impossible for the output signal vector x to move in the shortest distance.
  • the parameter for adjusting the direction of the deviation vector ER is the amount of rotation ⁇ R , the pulsation suppression device 200 can move the deviation vectors E, ER toward the ideal value Ei in the shortest distance by optimizing the amount of rotation ⁇ R.
  • the direction of the deviation vector ER as viewed from the origin can be considered the search direction of the output signal vector x.
  • the search direction of beatless control can be said to be the approximate direction of travel of the output signal vector x.
  • the sector area (search direction image SD1) shown in Fig. 6 corresponds to the field of view when the rotation amount ⁇ R is the optimal value.
  • the ideal value xi of the output signal vector x is on the extension of the search direction, so the search for the ideal value xi of the output signal vector x is successful and smooth.
  • the sector-shaped regions (search direction images SD2 and SD3) shown in FIG. 7 correspond to the field of view when the rotation amount ⁇ R is within a range of less than ⁇ 90 degrees from the optimal value. In this case, there is a slight deviation between the direction of the ideal value xi of the output signal vector x and the search direction.
  • the internal integral control (integral control by integral control units 203A and 203B) in the pulsation suppression device 200 allows for a slight deviation in the search direction, so the pulsation suppression device 200 can cause the deviation vectors E and ER to ultimately reach the ideal value Ei.
  • the output signal vector x does not move toward the ideal value xi of the output signal vector x in the shortest distance, the deviation vectors E and ER decrease in a spiral manner.
  • the sector-shaped regions (search direction images SD4, SD5, SD6) shown in FIG. 8 correspond to the field of view when the rotation amount ⁇ R is more than ⁇ 90 degrees away from the optimal value.
  • the pulsation suppression device 200 does not reduce the deviation vectors E and ER as intended even when the output signal vector x is changed, so the search direction cannot be uniquely determined and the output signal vector x is manipulated so that the deviation vectors E and ER are directed toward a point different from the ideal value Ei.
  • the pulsation suppression device 200 increases the deviation vectors E and ER along a spiral trajectory, resulting in a failure of beatless control.
  • the points of the deviation vectors E and ER when a search failure is detected are shown as deviation vectors Ef and ERf, respectively. Also in Figure 8, the point of the output signal vector x when a search failure is detected is shown as the reached value xf.
  • the pulsation suppression device 200 may be provided with a search failure detection unit that detects a failure in searching for the optimal value of the rotation amount ⁇ R.
  • the cause of the search failure in the operation described in Fig. 8 is that the search direction was inappropriate (in other words, the rotation amount ⁇ R was inappropriate). If the search fails, the pulsation suppression device 200 detects the search failure and corrects the search direction, so that it will eventually be able to succeed in searching for the optimal value of the rotation amount ⁇ R.
  • Fig. 9 shows an image of operation when, after a search for the optimal value of the rotation amount ⁇ R has failed, the search direction is corrected and the search is performed again. That is, the behavior shown in Fig. 9 is the behavior when, when the pulsation suppression device 200 detects a search failure, it adjusts the rotation amount ⁇ R and resets the rotation amount ⁇ R to an appropriate value. Note that, in Fig. 9 as in Fig. 8, the points of the deviation vectors E and ER when a search failure is detected are indicated by deviation vectors Ef and ERf, respectively.
  • the amount of rotation before correction is indicated by the amount of rotation B ⁇ R
  • the amount of rotation after correction is indicated by the amount of rotation A ⁇ R
  • the search direction image SD8 shows the search direction image after the pulsation suppression device 200 adjusts the amount of rotation B ⁇ R , relative to the search direction image SD7 when a search failure is detected.
  • the pulsation suppression device 200 adjusts the amount of rotation B ⁇ R
  • the amount of rotation becomes the amount of rotation A ⁇ R
  • the locus of the output signal vector x after the rotation amount B ⁇ R has been adjusted is indicated by locus xt2.
  • the locus of the deviation vector ER rotated by the adjusted rotation amount A ⁇ R is indicated by deviation vector locus ERt2.
  • the locus of the deviation vector E rotated by the adjusted rotation amount A ⁇ R is indicated by deviation vector locus Et2.
  • FIG. 9 illustrates a case where the amount of rotation ⁇ R can be adjusted to an optimum value by adjusting the amount of rotation ⁇ R by one degree.
  • the optimum value of the amount of rotation ⁇ R is unknown, so the amount of rotation ⁇ R is adjusted little by little over multiple times by the integral control units 203A and 203B.
  • the pulsation suppression device 200 may continuously correct the rotation amount ⁇ R during beatless control operation by a method that combines a cross product calculation and PID control, which will be described later.
  • the deviation vector E may approach the origin along a complex deviation vector locus Et as shown in Fig. 5.
  • the deviation vector E may approach the origin along a linear deviation vector locus Et2.
  • the rotation amount adjustment unit 206 may use any method to adjust the rotation amount ⁇ R. For example, the rotation amount adjustment unit 206 adjusts the rotation amount ⁇ R using a method that combines a cross product calculation and PID control, which will be described later. Alternatively, the rotation amount adjustment unit 206 may automatically search for the rotation amount ⁇ R using AI (artificial intelligence) or machine learning.
  • AI artificial intelligence
  • the rotation amount ⁇ R is adjusted by a method similar to feedback control.
  • the pulsation suppression device 200 may also adjust the rotation amount ⁇ R by using a method similar to feedforward control in combination.
  • Figure 10 is a flowchart showing the processing steps of the pulsation suppression process executed by the pulsation suppression device according to the first embodiment.
  • the pulsation suppression device 200 reduces the pulsation of the input signal y in the following procedure.
  • the pulsation extraction unit 205 extracts the pulsation of the input signal y by dividing it into a cosine component and a sinus component (step S200).
  • the subtractor 201A calculates the deviation e cos of the cosine component, which is the difference between the target value r * of the pulsation component and the cosine component y cos of the pulsation, and the subtractor 201B calculates the deviation e sin of the sinus component, which is the difference between the target value r * of the pulsation component and the sinus component y sin of the pulsation (step S210).
  • the rotation amount adjustment unit 206 adjusts the rotation amount ⁇ R (step S220).
  • the rotation amount adjustment unit 206 sets the adjusted rotation amount ⁇ R in the rotation calculation unit 202.
  • the rotation calculation unit 202 performs a vector rotation calculation using the rotation amount ⁇ R (step S230). Specifically, the rotation calculation unit 202 applies e cos , e sin , and the rotation amount ⁇ R to equation (5) to calculate e Rcos , which is a cosine component after the rotation calculation, and e Rsin, which is a sin component after the rotation calculation.
  • the integral control units 203A and 203B execute integral control calculations (step S240). Specifically, the integral control unit 203A integrates e Rcos after the rotation calculation to determine x cos , which is the cos component of the output signal x for beatless control, and the integral control unit 203B integrates e Rsin after the rotation calculation to determine x sin , which is the sin component of the output signal x for beatless control.
  • the AC restoration unit 204 performs an AC restoration calculation (step S250). Specifically, the AC restoration unit 204 calculates an output signal x using the AC restoration calculation, and outputs the output signal x, which is the calculation result, to the electromechanical system 100.
  • the electromechanical system 100 By operating using the output signal x, the electromechanical system 100 is able to suppress pulsations in the rotational speed of the motor 102, pulsations in the phase current of the motor 102, and the like.
  • Figure 11 is a diagram showing an example of the hardware configuration that realizes the pulsation suppression device according to the first embodiment.
  • the pulsation suppression device 200 is realized by a processor 91, a memory 92, and peripheral devices 93.
  • the pulsation suppression device 200 and pulsation suppression devices 200A, 200B, 200X, and 200Y described below are realized by a processor 91, a memory 92, and peripheral devices 93.
  • Each function of the pulsation suppression device 200 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software or firmware is written as a control program (pulsation suppression program) and stored in memory 92.
  • the processor 91 reads and executes the control program stored in memory 92 to realize each function.
  • This control program may be provided by a computer-readable recording medium on which the control program is recorded, or by other means such as a communication medium.
  • the control program can also be said to be a program that causes the pulsation suppression device 200 to execute the processing of steps S200 to S250 in Figure 10. Note that if the processor 91 has sufficient computing performance, the processor 91 of the pulsation suppression device 200 may execute a control calculation different from the calculation processing of Figure 10 in parallel.
  • Processor 91 is a CPU (Central Processing Unit, also known as a central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, or DSP (Digital Signal Processor)) or a system LSI (Large Scale Integration).
  • CPU Central Processing Unit
  • processing unit also known as a central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, or DSP (Digital Signal Processor)
  • DSP Digital Signal Processor
  • system LSI Large Scale Integration
  • Memory 92 may be, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), or EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). Furthermore, memory 92 is not limited to these, and may also be a magnetic disk, optical disk, compact disk, minidisc, or DVD (Digital Versatile Disc).
  • the peripheral device 93 is, for example, an analog-to-digital conversion circuit, an encoder counter, etc. Furthermore, when a modulation unit 13, a coordinate conversion unit 17, etc., which will be described later, are arranged in the pulsation suppression device 200, the analog-to-digital conversion circuit is arranged in the modulation unit 13, the coordinate conversion unit 17, etc.
  • the analog-to-digital conversion circuit is used, for example, to detect the DC bus voltage V DC and the phase current of the motor 102.
  • the encoder counter is arranged in the rotor position calculation unit 14.
  • the encoder counter is used, for example, to acquire rotor position information.
  • the pulsation suppression device 200 optimizes the rotation amount ⁇ R based on the behavior of the deviation vector E, and therefore can accurately reduce pulsations caused by the periodic disturbance d c even when the electromechanical system 100 has complex plant characteristics or experiences significant characteristic fluctuations. Therefore, the pulsation suppression device 200 can obtain favorable operating characteristics even when the electromechanical system 100 has complex plant characteristics or experiences significant characteristic fluctuations.
  • the pulsation suppression device 200 can accurately reduce pulsation, thereby achieving reduced vibration, reduced noise, improved energy-saving performance, and increased maximum output of the electromechanical system 100.
  • Embodiment 2 Next, a second embodiment will be described with reference to Fig. 12. In the second embodiment, a modification of the first embodiment will be described in which the internal configuration of the pulsation suppressing device 200 is changed.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of a pulsation suppression device according to the second embodiment.
  • those that achieve the same functions as those in the pulsation suppression device 200 according to the first embodiment shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
  • the pulsation suppression device 200A of embodiment 2 is connected to the electromechanical system 100, similar to the pulsation suppression device 200 of embodiment 1, and suppresses pulsation in the electromechanical system 100.
  • pulsation suppression device 200A of embodiment 2 includes an extraction rotation calculation unit 207 instead of pulsation extraction unit 205 and rotation calculation unit 202. That is, pulsation suppression device 200A includes extraction rotation calculation unit 207, subtractors 201A and 201B, integral control units 203A and 203B, AC restoration unit 204, and rotation amount adjustment unit 206.
  • the extraction and rotation calculation unit 207 has the functions of the pulsation extraction unit 205 and the rotation calculation unit 202.
  • the extraction and rotation calculation unit 207 is equipped with the pulsation extraction unit 205 (not shown in FIG. 12) and the rotation calculation unit 202 (not shown in FIG. 12).
  • the extraction and rotation calculation unit 207 simultaneously performs pulsation extraction calculation and rotation calculation.
  • the extraction and rotation calculation unit 207 is a calculation unit that integrates the pulsation extraction unit 205 and rotation calculation unit 202 of embodiment 1.
  • subtractor 201A is connected to extraction rotation calculation unit 207, integral control unit 203A, and rotation amount adjustment unit 206. Also, in pulsation suppression device 200A, subtractor 201B is connected to extraction rotation calculation unit 207, integral control unit 203B, and rotation amount adjustment unit 206. Also, rotation amount adjustment unit 206 is connected to extraction rotation calculation unit 207.
  • the extraction rotation calculation unit 207 is connected to the AC restoration unit 204.
  • a pre-stored signal f dis is input to the extraction rotation calculation unit 207.
  • the input signal y sent from the electromechanical system 100 is also input to the extraction rotation calculation unit 207.
  • the rotation amount ⁇ R is also input to the extraction rotation calculation unit 207 from the rotation amount adjustment unit 206.
  • the extraction and rotation calculation unit 207 calculates the cosine and sinue components of the pulsating component contained in the input signal y based on f dis .
  • the extraction and rotation calculation unit 207 calculates the cosine and sinue components of the pulsating component using the following equations (7) and (8).
  • the y Rcos and y Rsin derived by the calculation using the formulas (7) and (8) are out of phase with the y cos and y sin derived by the calculation using the formulas (3) and (4) by the amount of rotation ⁇ R. That is, the calculation using the formulas (7) and (8) calculates y Rcos and y Rsin after performing a rotation calculation on y cos and y sin by the amount of rotation ⁇ R.
  • the extraction rotation calculation unit 207 sends the calculation result yRcos to the subtractor 201A, and sends the calculation result yRsin to the subtractor 201B.
  • the subtractor 201A can directly calculate the deviation eRcos after the rotation calculation by calculating the difference between the pre-stored target value r* of the pulsating component and yRcos.
  • the subtractor 201B can directly calculate the deviation eRsin after the rotation calculation by calculating the difference between the pre-stored target value r * of the pulsating component and yRsin .
  • the subtractor 201A sends the deviation e Rcos to the integral control unit 203A and the rotation amount adjustment unit 206, and the subtractor 201B sends the deviation e Rsin to the integral control unit 203B and the rotation amount adjustment unit 206.
  • the rotation amount adjustment unit 206 corrects the rotation amount ⁇ R when the absolute value of the deviation vector E does not decrease as intended. Through this correction operation, the rotation amount adjustment unit 206 finds the point at which
  • the pulsation suppression device 200A of embodiment 2 can obtain processing results similar to those of the pulsation suppression device 200 of embodiment 1. Furthermore, the pulsation suppression device 200A of embodiment 2 has the advantage of requiring less calculations than the pulsation suppression device 200 of embodiment 1.
  • the pulsation suppression device 200A optimizes the rotation amount ⁇ R based on the behavior of the deviation vector E, similarly to the first embodiment, and therefore can accurately reduce pulsation caused by the periodic disturbance d c even when the electromechanical system 100 has complex plant characteristics or experiences significant characteristic fluctuations. Therefore, the pulsation suppression device 200A can obtain favorable operating characteristics even when the electromechanical system 100 has complex plant characteristics or experiences significant characteristic fluctuations.
  • the pulsation suppression device 200A can accurately reduce pulsation, thereby reducing vibration and noise, improving energy-saving performance, and increasing the maximum output of the system.
  • Embodiment 3 Next, a third embodiment will be described with reference to Figures 13 to 26. In the third embodiment, a specific application example of the pulsation suppressing device 200 will be described.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an electromechanical system according to a third embodiment.
  • the following describes the pulsation suppression device 200 and other components using the electromechanical system 100 shown in FIG. 13.
  • the electromechanical system 100 is connected to an AC power supply 5.
  • the electromechanical system 100 includes a power supply circuit 101 and a compressor 3.
  • the compressor 3 includes a motor 102 and a mechanical device 103.
  • the rotating shaft of the motor 102 is mechanically connected to the mechanical device 103.
  • the mechanical device 103 is, for example, a refrigerant compression mechanism. Note that the compression mechanism is merely one example of the mechanical device 103 driven by the power supply circuit 101, and the power supply circuit 101 can also be applied to other types of mechanical devices.
  • the power supply circuit 101 converts the AC power input from the AC power supply 5 into the desired power to drive the motor 102 and the mechanical device 103.
  • a source impedance (parasitic impedance) exists between the electromechanical system 100 and the AC power supply 5.
  • the source inductance 6 is the inductance component of the source impedance.
  • the AC power supply 5 which is the input power supply
  • the electromechanical system 100 of embodiment 3 can also be applied when the AC power supply 5 is a single-phase AC power supply.
  • the power supply circuit 101 includes a diode rectifier 7, a DC reactor 8, a capacitor 9, a DC bus voltage detector 10, an inverter 11, a current detector 12, a modulator 13, and a rotor position calculator 14.
  • an AC (Alternating Current) - DC (Direct Current) converter is configured using a diode rectifier 7, a DC reactor 8, a capacitor 9, etc. Power supply circuit 101 uses this AC-DC converter to convert the input AC voltage into a DC voltage.
  • the AC-DC converter shown in Figure 13 is a very simple AC-DC converter, but if power factor correction or voltage boosting is required, a different type of AC-DC converter may be used.
  • One end of the DC reactor 8 is connected to the positive output point of the diode rectifier 7, and the other end of the DC reactor 8 is connected to the positive input point of the inverter 11.
  • one end of the capacitor 9 is connected to the other end of the DC reactor 8.
  • the other end of the capacitor 9 is connected to the negative output point of the diode rectifier 7 and the negative input point of the inverter 11.
  • the DC reactor 8 and capacitor 9 are provided to smooth the DC power output from the diode rectifier 7.
  • the DC bus voltage detection unit 10 detects the voltage across the capacitor 9 as the DC bus voltage VDC and outputs it to the modulation unit 13. Furthermore, when the input signal y to the pulsation suppression device 200 is the DC bus voltage VDC, the DC bus voltage detection unit 10 outputs the detected DC bus voltage VDC to the pulsation suppression device 200. In this case, the pulsation suppression device 200 suppresses the pulsation of the DC bus voltage VDC.
  • the modulator 13 determines a PWM (Pulse Width Modulation) signal for operating the inverter 11. Specifically, the modulator 13 determines the PWM signal based on the DC bus voltage V DC sent from the DC bus voltage detector 10 and a voltage command vector (a three-phase voltage command vector V * uvw described later) sent from a coordinate converter 16 described later, and outputs the PWM signal to the inverter 11.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the current detection unit 12 detects the phase current (phase current vector I uvw ) flowing from the inverter 11 to the motor 102 and outputs it to the rotor position calculation unit 14 and a coordinate conversion unit 17 described later.
  • Motor 102 may be a DC motor or an AC motor.
  • motor 102 is an AC motor.
  • Power supply circuit 101 controls motor 102 in a rotating two-phase coordinate system.
  • power supply circuit 101 controls in a dq rotating coordinate system based on the direction of the rotor magnet, but power supply circuit 101 may also control in a coordinate system other than the dq rotating coordinate system.
  • the power supply circuit 101 calculates the angular difference between the fixed two-phase coordinates and the rotating two-phase coordinates.
  • a rotor position calculation unit 14 in the power supply circuit 101 receives a three-phase voltage command vector V * uvw from a coordinate conversion unit 16 and estimates an estimated magnetic pole position ⁇ e and an estimated angular velocity ⁇ e from the three-phase voltage command vector V * uvw and the phase current vector Iuvw .
  • the estimated magnetic pole position ⁇ e is information obtained by estimating the magnetic pole position of the rotor of the motor 102.
  • the estimated angular velocity ⁇ e is information obtained by estimating the angular velocity of the rotor.
  • the rotor position calculation unit 14 outputs the estimated magnetic pole position ⁇ e to a coordinate conversion unit 17 and an adder 19 (described later), and outputs the estimated angular velocity ⁇ e to a voltage command determination unit 15 (described later).
  • the power supply circuit 101 may also directly observe the rotor's magnetic pole position using a position sensor such as an encoder or resolver.
  • the power supply circuit 101 calculates the rotor's angular velocity based on the rotor's magnetic pole position.
  • the electromechanical system 100 may have at least one of an acceleration sensor 1 and a force sensor 2.
  • Fig. 13 shows a case in which the electromechanical system 100 has an acceleration sensor 1 and a force sensor 2.
  • the acceleration sensor 1 detects the acceleration a m of the motor 102 and outputs the detected value to the pulsation suppression device 200.
  • the force sensor 2 detects the force F m applied to the refrigerant pipes or the like and outputs the detected value to the pulsation suppression device 200.
  • acceleration sensor 1 and force sensor 2 may be attached to the mechanical device 103 when it is desired to suppress stress or vibration acting on components inside the mechanical device 103.
  • the mechanical device 103 is a compression mechanism
  • the compressor 3 applies vibration to the refrigerant piping or the installation floor surface on which the compressor 3 is installed during the process of discharging, suctioning, or compressing the refrigerant.
  • control of the compressor 3 requires suppressing stress on the refrigerant piping or the installation floor surface, or vibration of the compressor 3 housing.
  • acceleration sensor 1 or force sensor 2 the electromechanical system 100 can suppress such stress or vibration with high precision.
  • the pulsation suppression device 200 of the third embodiment can easily reduce pulsation even when the frequency characteristics and input/output characteristics of the plant cannot be accurately determined, because it optimizes the amount of rotation ⁇ R based on the behavior of the deviation vector E.
  • the pulsation suppression device 200 can accurately reduce pulsation caused by the periodic disturbance dc without performing cumbersome advance adjustments, even when the electromechanical system 100 has complex plant characteristics or when the plant characteristics fluctuate significantly.
  • the pulsation suppression device 200 is effective in suppressing various types of periodic disturbances dc .
  • the pulsation suppression device 200 performs beatless control to suppress current pulsation caused by pulsation of the DC bus voltage VDC.
  • the motor control device 300 is connected to the pulsation suppression device 200 when used. Note that calculations for the motor control device 300 and the pulsation suppression device 200 may be performed by a single computer.
  • the motor control device 300 receives the phase current vector I uvw from the electromechanical system 100, and outputs a three-phase voltage command vector V * uvw to the electromechanical system 100.
  • the motor control device 300 performs a series of control calculations to drive the motor 102.
  • the motor control device 300 has a voltage command determination unit 15, coordinate conversion units 16 and 17, and an adder 19.
  • the coordinate conversion unit 17 receives the phase current vector I uvw of the motor 102 from the current detection unit 12.
  • the coordinate conversion unit 17 performs coordinate conversion of the phase current vector I uvw into a dq-axis current vector I dq . That is, the coordinate conversion unit 17 converts the three-phase current vector into two vectors (a d-axis current vector and a q-axis current vector) that are current vectors in a rotating two-phase coordinate system.
  • the coordinate conversion unit 17 uses the estimated magnetic pole position ⁇ e sent from the rotor position calculation unit 14 for this coordinate conversion. That is, the coordinate conversion unit 17 performs a rotating two-phase conversion based on the estimated magnetic pole position ⁇ e, which is rotor position information.
  • the coordinate conversion unit 17 outputs the dq-axis current vector I dq to the pulsation suppression device 200 and the voltage command determination unit 15.
  • the voltage command determiner 15 determines a voltage command to be applied to the motor 102. That is, the voltage command determiner 15 performs speed control calculations and current control calculations to determine a dq-axis voltage command vector V * dq from the dq-axis current vector Idq . For example, the voltage command determiner 15 resolves the dq-axis current vector Idq into a d-axis current vector and a q-axis current vector by vector control to determine a d-axis voltage command vector and a q-axis voltage command vector. Then, the voltage command determiner 15 determines the dq-axis voltage command vector V * dq from the d-axis voltage command vector and the q-axis voltage command vector.
  • the voltage command determiner 15 determines the dq-axis voltage command vector V * dq so that the speed command ⁇ * e matches the estimated angular velocity ⁇ e sent from the rotor position calculator 14.
  • the speed command ⁇ * e is a command for the angular velocity of the rotor.
  • the voltage command determiner 15 acquires the speed command ⁇ * e from a higher-level program used by a higher-level device of the motor control device 300.
  • the voltage command determination unit 15 outputs the dq-axis voltage command vector V * dq to the coordinate transformation unit 16 .
  • the pulsation suppression device 200 of the third embodiment suppresses pulsation of the motor current caused by periodic pulsation of the DC bus voltage VDC by manipulating the voltage phase of a voltage command to the inverter 11.
  • the pulsation suppression device 200 receives a disturbance frequency fdis input by a user and also receives a dq-axis current vector Idq of the motor 102 from the coordinate conversion unit 17. Based on the disturbance frequency fdis input by the user, the pulsation suppression device 200 extracts components of the disturbance frequency fdis included in the dq-axis current vector Idq and determines a voltage phase manipulation amount (phase change amount) ⁇ b that reduces the extracted components.
  • the dq-axis current vector Idq is a current vector that is actually detected by the current detection unit 12 and coordinate-converted into a dq rotating coordinate system by the coordinate conversion unit 17.
  • the pulsation suppression device 200 outputs the manipulated variable ⁇ b of the voltage phase to the adder 19. In this way, the pulsation suppression device 200 outputs the manipulated variable ⁇ b of the voltage phase to manipulate the voltage phase of the voltage command to the inverter 11, thereby suppressing the pulsation of the motor current.
  • the adder 19 determines the phase angle ⁇ eb by adding the voltage phase manipulated variable ⁇ b sent from the pulsation suppression device 200 to the estimated magnetic pole position ⁇ e sent from the rotor position calculation unit 14. That is, the adder 19 determines the phase angle ⁇ eb as the sum of the voltage phase manipulated variable ⁇ b and the estimated magnetic pole position ⁇ e .
  • the phase angle ⁇ eb is the magnetic pole position of the rotor adjusted to suppress pulsation corresponding to the disturbance frequency fdis .
  • the adder 19 sends the phase angle ⁇ eb to the coordinate conversion unit 16.
  • the coordinate conversion unit 16 converts the d- and q-axis voltage command vector V * dq into a three-phase voltage command vector V * uvw using the phase angle ⁇ eb . That is, the coordinate conversion unit 16 generates the three-phase voltage command vector V * uvw based on the rotor magnetic pole position (phase angle ⁇ eb ) adjusted to suppress pulsation. Specifically, the coordinate conversion unit 16 manipulates the voltage phase of the d- and q-axis voltage command vector V * dq using the phase angle ⁇ eb , and converts the manipulated d- and q-axis voltage command vector V * dq into a three-phase voltage command vector V * uvw .
  • the coordinate conversion unit 16 outputs the three-phase voltage command vector V * uvw to the modulation unit 13.
  • the modulation unit 13 determines a PWM signal based on the three-phase voltage command vector V * uvw and the DC bus voltage VDC. This PWM signal is output to the inverter 11.
  • the inverter 11 outputs a voltage corresponding to the PWM signal to the motor 102.
  • the motor 102 is thereby driven by the pulsation suppression device 200, the motor control device 300, and the power supply circuit 101.
  • the DC bus voltage VDC is more likely to pulsate significantly.
  • the disturbance frequency which is the pulsation frequency of the DC bus voltage VDC
  • the disturbance frequency which is the pulsation frequency of the DC bus voltage VDC
  • harmonic pulsations occur at frequencies that are integer multiples of these frequencies.
  • this current pulsation When viewed from the dq axis current, the frequency of this current pulsation coincides with the disturbance frequency and an integer multiple of the disturbance frequency.
  • this current pulsation When observed on a three-phase coordinate system, it becomes a current pulsation with frequencies
  • phase current pulsation caused by pulsation of the DC bus voltage V DC is called beat vibration, and various countermeasures have long been studied to address it.
  • the phase current pulsates due to beat vibration it can cause disadvantages such as a decrease in motor efficiency due to an increase in the current peak value, a decrease in maximum output of the motor 102 due to restrictions on overcurrent protection, and increased vibration or noise of the motor 102.
  • the pulsation suppression device 200 of embodiment 3 automatically minimizes beat vibrations to suppress pulsations in the motor current. By manipulating the voltage phase, the pulsation suppression device 200 minimizes beat vibrations even in the voltage saturation region of the inverter voltage, where the amplitude of the voltage command cannot be manipulated.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating beat vibrations when the pulsation suppression device according to the third embodiment does not perform voltage phase manipulation.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the principle by which the pulsation suppression device according to the third embodiment suppresses beat vibrations by manipulating the voltage phase.
  • the horizontal axis of the graphs shown in Figures 15 and 16 is the d axis, and the vertical axis is the q axis.
  • the voltage that the inverter 11 outputs on average is shown as ( vd0 , vq0 ), and the current that the inverter 11 outputs on average is shown as ( id0 , iq0 ).
  • the inverter 11 outputs voltages of vd0 and vq0 , and currents of id0 and iq0 flow through the motor 102.
  • the inverter voltage which is the voltage of the inverter 11
  • the inverter voltage expands and contracts as shown in Figure 15 due to the pulsation (disturbance voltage VD) of the DC bus voltage VDC.
  • the dq-axis currents trace an elliptical locus centered at point (i d0 , i q0 ). That is, the current locus Ita, which is the locus of the dq-axis currents, is an elliptical locus.
  • the larger the elliptical current locus Ita of the dq-axis currents the larger the beat oscillation that appears in the phase currents.
  • the pulsation suppression device 200 cannot manipulate the amplitude of the voltage command in the voltage saturation region of the inverter voltage, so it manipulates the voltage phase to reduce beat vibration.
  • the pulsation suppression device 200 efficiently reduces the elliptical current locus Itb of the dq-axis current, as shown in Figure 16.
  • Figure 16 shows a case where the pulsation suppression device 200 changes the voltage phase by a phase change amount Pc, causing the voltage locus of the pulsation suppression device 200 to become the voltage locus Vt and the elliptical current locus of the dq-axis current to become the current locus Itb.
  • the pulsation suppression device 200 drives the motor 102 so that the major and minor axis directions of the elliptical current locus Itb of the dq-axis currents are at the angle desired by the user.
  • the pulsation suppression device 200 reduces the elliptical current locus Itb of the dq-axis current and adjusts the major and minor axis directions to the desired angle set by the user, so the pulsation extraction unit 205 has the configuration shown in FIG. 17.
  • FIG 17 is a diagram showing the configuration of the pulsation extraction unit provided in the pulsation suppression device according to the third embodiment.
  • the pulsation extraction unit 205 includes a norm calculation unit 401, a weighting coefficient setting unit 402, a phase angle calculation unit 403, a cosine signal generation unit 404, a sinine signal generation unit 405, a cosine component extraction unit 406, and a sinine component extraction unit 407.
  • the norm calculation unit 401 receives, as an input signal y, the dq-axis current vector I dq from the electromechanical system 100.
  • the pulsation suppression device 200 here reduces the pulsation of the dq-axis current vector I dq .
  • the norm calculation unit 401 calculates the norm (absolute value) or weighted norm of the dq-axis current vector Idq .
  • the pulsation extraction unit 205 only needs to have the weighting coefficient setting unit 402 when calculating the weighted norm of the dq-axis current vector Idq , but does not need to have the weighting coefficient setting unit 402 when calculating the norm of the dq-axis current vector Idq (when not calculating the weighted norm).
  • the weighting coefficient setting unit 402 stores weighting coefficients w1 and w2 (described later) set by the user, and sets the weighting coefficients w1 and w2 in the norm calculation unit 401.
  • the weighting coefficient w1 is the weight for the d-axis current
  • the weighting coefficient w2 is the weight for the q-axis current.
  • the weights of the d-axis current and the q-axis current are adjusted depending on the ratio of the weighting coefficients w1 and w2 .
  • norms There are various types of norms, but the most well-known norm is the L2 norm, which is calculated using the following equation (9):
  • i d and i q are the d-axis current and the q-axis current, respectively.
  • the norm calculation unit 401 calculates the norm
  • 2 corresponds to the absolute value of the d-axis current vector I dq .
  • the norm calculation unit 401 may use an L1 norm, an L ⁇ norm, or the like instead of the L2 norm.
  • the norm calculation unit 401 may calculate the weighted norm
  • the weighting coefficients w1 and w2 in equation (10) are set to any value equal to or greater than zero.
  • id2 and iq2 instead of id2 and iq2 , id3 and iq3 may be applied, or id4 and iq4 may be applied.
  • 2 is equal to
  • Figure 17 shows the configuration of the pulsation extraction unit 205 when the norm calculation unit 401 calculates
  • the pulsation suppression device 200 of the third embodiment reduces the pulsation component of the norm (
  • the input signal y is not limited to the dq-axis current vector I dq , and may be the norm calculated by the norm calculation unit 401.
  • a case where the input signal y is
  • the norm calculation unit 401 sends
  • the effect achieved by beatless control varies depending on the norm of the pulsation component that the pulsation suppression device 200 suppresses. For example, if it is desired to suppress the phase current peak value, the pulsation suppression device 200 suppresses the pulsation of
  • the calculations performed by the norm calculation unit 401 are performed to set the major and minor axis directions of the elliptical current locus Itb of the dq axis currents to the angle desired by the user, and are performed to effectively operate beatless control.
  • the weighting coefficient setting unit 402 sets the weighting coefficients w1 and w2 depending on the purpose of beatless control (the control effect desired to be obtained by beatless control).
  • the weighting coefficients w1 and w2 may be set arbitrarily by the user of the pulsation suppression device 200. Note that, although an unweighted norm will be described below in some cases, the norm may also be a weighted norm. Note that the weighting coefficient setting unit 402 may adjust the weighting coefficients w1 and w2 based on the dq-axis current vector Idq , the rotation speed of the motor 102, etc.
  • the phase angle calculation unit 403 calculates the phase angle ⁇ dis of the signal for detecting pulsation based on equation (2). That is, the phase angle calculation unit 403 calculates the phase angle ⁇ dis from the disturbance frequency f dis using equation (2). The phase angle calculation unit 403 outputs the phase angle ⁇ dis to the cos signal generation unit 404 and the sin signal generation unit 405.
  • the cosine signal generating unit 404 and the cosine component extracting unit 406 calculate y cos , which is the cosine component included in the input signal y, based on equation (3). That is, the cosine signal generating unit 404 generates cos ⁇ dis , which is the cosine component of the phase angle ⁇ dis, from the phase angle ⁇ dis, and outputs this to the cosine component extracting unit 406.
  • the cosine component extracting unit 406 calculates y cos , which is the cosine component included in the input signal y, by applying the input signal y and cos ⁇ dis to equation (3).
  • the sin signal generating unit 405 and the sin component extracting unit 407 calculate y sin , which is the sin component included in the input signal y, based on equation (4). That is, the sin signal generating unit 405 generates sin ⁇ dis , which is the sin component of the phase angle ⁇ dis, from the phase angle ⁇ dis, and outputs this to the sin component extracting unit 407.
  • the sin component extracting unit 407 calculates y sin , which is the sin component included in the input signal y, by applying the input signal y and sin ⁇ dis to equation (4).
  • the cos component extraction unit 406 outputs the calculated y cos to the subtractor 201A, and the sin component extraction unit 407 outputs the calculated y sin to the subtractor 201B.
  • subtractor 201A calculates the difference between pre-stored target value r * of the pulsation component and y cos, which is the cosine component of the pulsation, and outputs the calculation result as a deviation e cos of the cosine component to rotation calculation unit 202.
  • Subtractor 201B calculates the difference between target value r * of the pulsation component and y sin , which is the sin component of the pulsation, and outputs the calculation result as a deviation e sin of the sin component to rotation calculation unit 202.
  • the rotation calculation unit 202, integral control units 203A and 203B, and AC restoration unit 204 perform the same processing as in embodiment 1. As a result, the AC restoration unit 204 outputs the output signal x to the electromechanical system 100.
  • FIG. 18 is a diagram showing the configuration of the AC restoration unit according to the third embodiment. Note that, among the components in FIG. 18, components that achieve the same functions as the components of the pulsation extraction unit 205 shown in FIG. 17 are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted.
  • the AC restoration unit 204 has a phase angle calculation unit 403, a cos signal generation unit 404, a sin signal generation unit 405, multipliers 408 and 409, and an adder 410.
  • phase angle calculation unit 403, cos signal generation unit 404, and sin signal generation unit 405 perform the same processing as the phase angle calculation unit 403, cos signal generation unit 404, and sin signal generation unit 405 of the pulsation extraction unit 205.
  • the cosine signal generating section 404 generates cosine ⁇ dis from the phase angle ⁇ dis and outputs it to the multiplier 408.
  • the sinine signal generating section 405 generates sinine ⁇ dis from the phase angle ⁇ dis and outputs it to the multiplier 409.
  • Multipliers 408 and 409 and an adder 410 calculate the manipulated variable ⁇ b, which is the output signal x of the pulsation suppression device 200, based on the following equation (11).
  • the multiplier 408 multiplies x cos sent from the integral control unit 203A by cos ⁇ dis sent from the cos signal generating unit 404, and outputs the multiplication result to the adder 410. Furthermore, the multiplier 409 multiplies x sin sent from the integral control unit 203B by sin ⁇ dis sent from the sin signal generating unit 405, and outputs the multiplication result to the adder 410. The adder 410 adds the multiplication result sent from the multiplier 408 to the multiplication result sent from the multiplier 409 to calculate the manipulated variable ⁇ b, and outputs the calculated manipulated variable ⁇ b to the electromechanical system 100.
  • the rotation amount adjustment unit 206 may use any method to adjust the amount of rotation ⁇ R.
  • the method of adjusting the amount of rotation ⁇ R by the rotation amount adjustment unit 206 will be described later.
  • FIG. 19 is a diagram showing a first behavior of the deviation vector when the pulsation suppression device according to the third embodiment is performing pulsation suppression control.
  • FIG. 20 is a diagram showing a second behavior of the deviation vector when the pulsation suppression device according to the third embodiment is performing pulsation suppression control.
  • FIG. 21 is a diagram showing a third behavior of the deviation vector when the pulsation suppression device according to the third embodiment is performing pulsation suppression control.
  • the horizontal axis represents the cosine component (e cos ), and the vertical axis represents the sin component (e sin ).
  • 19 to 21 schematically show the behavior of the deviation vector E, which is composed of e cos and e sin , when the pulsation suppression device 200 is performing beatless control.
  • the pulsation suppression device 200 can determine whether the amount of rotation ⁇ R during pulsation suppression control is appropriate (whether control is being performed appropriately) by examining the deviation vector E and the time differential vector (d/dt)E of the deviation vector E.
  • the time differential vector (d/dt)E of the deviation vector E may be referred to as the time differential vector (d/dt)E.
  • the pulsation suppression device 200 determines that the amount of rotation ⁇ R is in the most appropriate state.
  • the pulsation suppression device 200 determines that the amount of rotation ⁇ R is in a fairly appropriate state.
  • the pulsation suppression device 200 determines that the amount of rotation ⁇ R is in an inappropriate state.
  • the pulsation suppression device 200 corrects the rotation amount ⁇ R so that the deviation vector E will be in the state shown in FIG. 19 or 20.
  • the pulsation suppression device 200 may correct the rotation amount ⁇ R so that the direction of the time differential vector (d/dt) E is directed further inward.
  • the pulsation suppression device 200 evaluates whether beatless control is being performed appropriately using a quantitative numerical value (evaluation value) in order to correct the rotation amount ⁇ R.
  • the pulsation suppression device 200 corrects the rotation amount ⁇ R by a correction amount corresponding to the evaluation value.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating the evaluation value used by the pulsation suppression device according to the third embodiment to evaluate whether beatless control is being performed appropriately.
  • the horizontal axis of FIG. 22 represents the cosine component, and the vertical axis represents the sinusoidal component.
  • the pulsation suppression device 200 evaluates the appropriateness of the beatless control operation, for example, by using the cross product of the deviation vector E and the time differential vector (d/dt)E of the deviation vector E (the area of the parallelogram formed by the two vectors).
  • the evaluation value for evaluating whether the beatless control is being performed appropriately is indicated by Cd .
  • the cross product of the deviation vector E and the time differential vector (d/dt)E of the deviation vector E is Cd .
  • the pulsation suppression device 200 reduces the amount of correction of the rotation amount ⁇ R as the area of the parallelogram formed by the deviation vector E and the time differential vector (d/dt)E of the deviation vector E decreases.
  • the amount of correction of the rotation amount ⁇ R decreases as the angle between the deviation vector E and the time differential vector (d/dt) E approaches 180 degrees or approaches 0 degrees.
  • the pulsation suppression device 200 increases the amount of correction of the rotation amount ⁇ R as the angle between the deviation vector E and the time differential vector (d/dt)E approaches 90 degrees.
  • FIG. 23 is a diagram showing the configuration of the rotation amount adjustment unit of the pulsation suppression device according to the third embodiment.
  • the rotation amount adjustment unit 206 of the third embodiment has a cross product calculation unit 500, which is an evaluation value calculation unit, and an evaluation value control unit 507.
  • the evaluation value control unit 507 has a dead band 505 and a PID control unit 506.
  • the deviation e cos is input to the cross product calculation unit 500 from the subtractor 201A, and the deviation e sin is input from the subtractor 201B.
  • the cross product calculation unit 500 calculates an evaluation value Cd by performing a cross product calculation.
  • the deviation e cos is input to a pseudo differentiator 502A and a multiplier 503B, and the deviation e sin is input to a pseudo differentiator 502B and a multiplier 503A.
  • Pseudo differentiator 502A calculates (d/dt)e cos by differentiating deviation e cos with respect to time t and passing the result through a low-pass filter, and outputs the result to multiplier 503A.
  • Multiplier 503A multiplies e sin by (d/dt)e cos and outputs the multiplication result to subtractor 504.
  • the pseudo differentiator 502B calculates (d/dt)e sin by differentiating the deviation e sin with respect to time t and passing it through a low-pass filter, and outputs the result to the multiplier 503B.
  • the multiplier 503B multiplies e cos by (d/dt)e sin and outputs the multiplication result to the subtractor 504.
  • the subtractor 504 calculates an evaluation value Cd by subtracting the multiplication result output from the multiplier 503B from the multiplication result output from the multiplier 503A.
  • the subtractor 504 outputs Cd to the dead zone 505.
  • the dead zone 505 stops adjusting the rotation amount ⁇ R after the beatless control has converged to the final value. Since it is undesirable in terms of the stability of the beatless control to adjust the rotation amount ⁇ R more than necessary, the rotation amount adjustment unit 206 of embodiment 3 stops adjusting the rotation amount ⁇ R by using the dead zone 505 after the beatless control has converged to a specific value (final value) desired by the user. Note that the use of the dead zone 505 by the rotation amount adjustment unit 206 is just one example, and a circuit other than the dead zone 505 may be used as a mechanism for stopping the adjustment of the rotation amount ⁇ R.
  • the PID control unit 506 performs PID control on the signal output from the dead zone 505 and outputs the rotation amount ⁇ R to the rotation calculation unit 202.
  • the PID control unit 506 performs PID control using the signal output from the dead zone 505 so that the evaluation value C d gradually approaches zero.
  • the adjustment of the rotation amount ⁇ R may also be performed using any circuit.
  • the adjustment of the rotation amount ⁇ R may be performed by a PI control unit that performs PI control. If better control results can be expected, the rotation amount ⁇ R may be adjusted using another type of control unit or AI.
  • the rotation amount adjustment unit 206 changes the rotation amount ⁇ R , the beatless control operation is optimized and the evaluation value Cd decreases.
  • the evaluation value Cd decreases to a specific value, the change in the rotation amount ⁇ R stops. At this time, the rotation amount ⁇ R has reached an appropriate value, so the deviation vector E eventually converges to zero.
  • the third embodiment aims to minimize the pulsation of the norm or weighted norm is that minimization is best achieved in the voltage saturation region of the inverter voltage (inverter overmodulation region).
  • VDC DC bus voltage
  • pulsation occurs in both the d-axis and q-axis currents.
  • both the amplitude and phase of the voltage must be manipulated. This is self-evident from the perspective of control freedom.
  • the pulsation suppression device 200 can control only one parameter. Therefore, under such circumstances, the pulsation suppression device 200 aims to minimize the pulsation of the norm or weighted norm by controlling the voltage phase.
  • the pulsation suppression device 200 minimizes the pulsation of any norm or weighted norm by appropriately manipulating the voltage phase.
  • the optimal voltage phase manipulated variable ⁇ b for minimizing the pulsation varies in a complex manner depending on the complexity of the control plant in which the electromechanical system 100 is installed, the influence of the motor power factor, the influence of the power supply inductance 6, etc. In other words, when the plant characteristics of the electromechanical system 100 are complex or when the plant characteristics fluctuate significantly, the voltage phase manipulated variable ⁇ b for minimizing the pulsation varies in a complex manner.
  • the pulsation suppression device 200 of embodiment 3 is equipped with a rotation amount adjustment unit 206, which ensures that pulsation such as beat vibration can be reliably suppressed under a variety of conditions.
  • the effect achieved by pulsation suppression control varies depending on the norm of the pulsation component that the pulsation suppression device 200 suppresses.
  • the pulsation suppression device 200 can prevent, for example, a deterioration in motor efficiency due to an increase in the current peak value, a decrease in the maximum output of the motor 102 due to overcurrent protection restrictions, and an increase in vibration or noise from the motor 102.
  • Figure 24 is a flowchart showing the procedure for the control processing executed by the motor control device and the pulsation suppression device according to the third embodiment.
  • the modulation unit 13 and the rotor position calculation unit 14 are arranged in the pulsation suppression device 200.
  • the motor control device 300 acquires from the current detection unit 12 the phase current (phase current vector I uvw ) flowing through the motor 102 detected by the current detection unit 12 (step S10).
  • the pulsation suppression device 200 acquires from the DC bus voltage detection unit 10 the DC bus voltage V DC , which is the voltage across the capacitor 9 detected by the DC bus voltage detection unit 10 (step S20).
  • the coordinate conversion unit 17 performs a coordinate conversion calculation of the current (step S30). That is, the coordinate conversion unit 17 converts the phase current vector I uvw received from the current detection unit 12 into a d-axis and q-axis current vector I dq using the estimated magnetic pole position ⁇ e .
  • the rotor position calculation unit 14 calculates the rotor position (step S40). As a result, the rotor position calculation unit 14 acquires position information and rotor speed information of the rotor of the motor 102. Specifically, the rotor position calculation unit 14 estimates an estimated magnetic pole position ⁇ e, which is rotor position information, and an estimated angular velocity ⁇ e , which is rotor speed information, from the three-phase voltage command vector V * uvw and the phase current vector I uvw .
  • the voltage command determiner 15 calculates a voltage command for rotating the motor 102 at a desired speed and torque (step S50). Specifically, the voltage command determiner 15 calculates a dq-axis voltage command vector V * dq from the dq-axis current vector Idq so that the speed command ⁇ * e matches the estimated angular velocity ⁇ e .
  • the pulsation suppression device 200 executes beatless control calculation (step S60). As a result, the pulsation suppression device 200 determines the manipulated variable ⁇ b of the voltage phase. Specifically, the pulsation suppression device 200 extracts the component of the disturbance frequency fdis contained in the dq-axis current vector Idq , and determines the manipulated variable ⁇ b of the voltage phase that reduces the extracted component.
  • the coordinate converter 16 converts the voltage command into a value on the three-phase coordinate system (step S70). Specifically, the coordinate converter 16 converts the dq-axis voltage command vector V * dq into a three-phase voltage command vector V * uvw using a phase angle ⁇ eb, which is the sum of the voltage phase manipulated variable ⁇ b and the estimated magnetic pole position ⁇ e .
  • the modulator 13 executes a modulation calculation (step S80). Specifically, the modulator 13 determines a PWM signal based on the DC bus voltage V DC and the three-phase voltage command vector V * uvw . The modulator 13 provides the PWM signal to the inverter 11. This causes the inverter 11 to drive the motor 102. In this way, by driving the motor 102 using the voltage phase manipulated variable ⁇ b , it becomes possible to effectively suppress beat oscillation of the current even when the operating conditions change significantly.
  • Figure 25 is a flowchart showing the processing steps of the beatless control process executed by the pulsation suppression device according to the third embodiment. Note that, among the processes shown in Figure 25, processes that are similar to the processes described in Figure 10 are assigned the same step numbers.
  • the weighting coefficient setting unit 402 sets pre-stored weighting coefficients w1 and w2 in the norm calculation unit 401 (step S110).
  • the norm calculation unit 401 executes a norm calculation (step S120). That is, the norm calculation unit 401 calculates the norm or weighted norm of the d-axis and q-axis current vector Idq .
  • the pulsation components are extracted by a phase angle calculation unit 403, a cosine signal generation unit 404, a sinine signal generation unit 405, a cosine component extraction unit 406, and a sinine component extraction unit 407.
  • the pulsation extraction unit 205 outputs the cosine component of the norm pulsation as y cos to the subtractor 201A, and outputs the sin component of the norm pulsation as y sin to the subtractor 201B.
  • the subtractor 201A calculates the deviation e cos of the cos component, and the subtractor 201B calculates the deviation e sin of the sine component (step S210).
  • the rotation amount adjuster 206 adjusts the rotation amount ⁇ R based on the deviation e cos and the deviation e sin (step S220).
  • the rotation amount adjuster 206 sets the adjusted rotation amount ⁇ R in the rotation calculation unit 202.
  • the rotation calculation unit 202 performs a vector rotation calculation using the rotation amount ⁇ R (step S230). As a result, the rotation calculation unit 202 calculates e Rcos and e Rsin .
  • the integral control units 203A and 203B execute integral control calculations (step S240). As a result, the integral control units 203A and 203B determine x cos and x sin .
  • the AC restoration unit 204 executes AC restoration calculation (step S250). Specifically, the AC restoration unit 204 applies x cos , x sin , and f dis to equations (1), (2), and (11) to calculate the manipulated variable ⁇ b of the voltage phase (output signal x).
  • phase angle calculation section 403 cosine signal generation section 404, sinue signal generation section 405, multipliers 408 and 409, and adder 410 calculate a manipulated variable ⁇ b of the voltage phase.
  • Figure 26 is a flowchart showing the processing steps of the rotation amount adjustment process executed by the rotation amount adjustment unit according to the third embodiment.
  • the cross product calculation unit 500 calculates Cd , which is an evaluation value for determining whether beatless control is being performed appropriately, by cross product calculation (step S320). That is, the cross product calculation unit 500 calculates Cd, which is an evaluation value , based on the deviation e cos of the cosine components calculated by the subtractor 201A and the deviation e sin calculated by the subtractor 201B.
  • the dead zone 505 of the rotation amount adjustment unit 206 executes dead zone processing (step S330).
  • the PID control unit 506 of the rotation amount adjustment unit 206 performs PID control calculation (step S340) and adjusts the rotation amount ⁇ R so that the evaluation value C d becomes zero.
  • the rotation amount adjusting unit 206 of the pulsation suppressing device 200 automatically detects an improper state when the rotation amount ⁇ R is in an improper state and corrects the rotation amount ⁇ R. Therefore, beat vibrations caused by pulsations in the DC bus voltage V DC can be effectively suppressed without performing complicated control adjustments.
  • the pulsation suppression device 200 can prevent a deterioration in motor efficiency due to an increase in current peak values, a decrease in the maximum output of the motor 102 due to overcurrent protection restrictions, and an increase in vibration or noise from the motor 102.
  • Embodiment 4 Next, a fourth embodiment will be described with reference to Fig. 27.
  • pulsation suppression devices are arranged in parallel to suppress pulsation based on the component of the disturbance frequency fdis and harmonic components that are integer multiples of the disturbance frequency fdis .
  • FIG. 27 is a diagram showing the configuration of a motor control device according to the fourth embodiment. Of the components in FIG. 27, those that achieve the same functions as those in the motor control device 300 according to the third embodiment shown in FIG. 14 are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
  • the motor control device 300A is connected to a pulsation suppression system 20 that suppresses mechanical or electrical pulsations of the electromechanical system 100.
  • the pulsation suppression system 20 has pulsation suppression devices 200X and 200Y.
  • the motor control device 300A is connected to the pulsation suppression devices 200X and 200Y when used. Note that calculations for the motor control device 300 and the pulsation suppression devices 200X and 200Y may be performed by a single computer. In embodiment 4, as in embodiment 3, beatless control will be described as an example of pulsation suppression control.
  • pulsation suppression device 200X which is a first pulsation suppression device
  • pulsation suppression device 200Y which is a second pulsation suppression device
  • pulsation suppression devices 200X and 200Y are devices that suppress pulsation of electromechanical system 100 based on input signal y output from electromechanical system 100.
  • the pulsation extraction unit 205 of the pulsation suppression device 200X is the first pulsation extraction unit
  • the pulsation extraction unit 205 of the pulsation suppression device 200Y is the second pulsation extraction unit.
  • the periodic pulsation extracted by the first pulsation extraction unit is the first periodic pulsation
  • the first pulsation extraction unit separates and extracts the first periodic pulsation into a first cosine component and a first sine component.
  • the periodic pulsation extracted by the second pulsation extraction unit is the second periodic pulsation
  • the second pulsation extraction unit separates and extracts the second periodic pulsation into a second cosine component and a second sine component.
  • the rotation amount adjustment unit 206 of the pulsation suppression device 200X is the first rotation amount adjustment unit
  • the rotation amount adjustment unit 206 of the pulsation suppression device 200Y is the second rotation amount adjustment unit.
  • the first rotation amount adjustment unit determines the first rotation amount when performing a rotation calculation on the first cosine component and the first sine component
  • the second rotation amount adjustment unit determines the second rotation amount when performing a rotation calculation on the second cosine component and the second sine component.
  • the rotation calculation unit 202 of the pulsation suppression device 200X is the first rotation calculation unit
  • the rotation calculation unit 202 of the pulsation suppression device 200Y is the second rotation calculation unit.
  • the first rotation calculation unit performs a rotation calculation on the first cosine component and the first sine component using a first rotation amount
  • the second rotation calculation unit performs a rotation calculation on the second cosine component and the second sine component using a second rotation amount.
  • Integral control unit 203A of pulsation suppression device 200X is the first integral control unit, and integral control unit 203B is the second integral control unit. Furthermore, integral control unit 203A of pulsation suppression device 200Y is the third integral control unit, and integral control unit 203B is the fourth integral control unit.
  • the first integral control unit integrates the first cosine component after the rotation calculation, and the second integral control unit integrates the first sine component after the rotation calculation.
  • the third integral control unit integrates the third cosine component after the rotation calculation, and the fourth integral control unit integrates the fourth sine component after the rotation calculation.
  • the AC restoration unit 204 of the pulsation suppression device 200X is the first AC restoration unit
  • the AC restoration unit 204 of the pulsation suppression device 200Y is the second AC restoration unit.
  • the first AC restoration unit restores the integrated first cosine component and the integrated first sine component to AC signals and outputs them
  • the second AC restoration unit restores the integrated second cosine component and the integrated second sine component to AC signals and outputs them.
  • the motor control device 300A has a voltage command determination unit 15, coordinate conversion units 16 and 17, and an adder 19.
  • the voltage command determination unit 15 is connected to the pulsation suppression devices 200X and 200Y.
  • the adder 19 is also connected to the pulsation suppression devices 200X and 200Y.
  • pulsation of the DC bus voltage VDC contains harmonic components, which affect the dq-axis currents of the motor 102.
  • a control system that simultaneously suppresses the fundamental component and harmonic components in order to reduce pulsation of the norm or weighted norm of the dq-axis currents is constructed by the motor control device 300A and the pulsation suppression devices 200X and 200Y.
  • the pulsation suppression device 200X suppresses pulsation (first periodic pulsation) based on a fundamental component of the disturbance frequency fdis
  • the pulsation suppression device 200Y suppresses pulsation (second periodic pulsation) based on a harmonic component that is an integer multiple of the disturbance frequency fdis . That is, the pulsation suppression device 200X, which is the first pulsation suppression device, suppresses the fundamental component fdis, similar to the pulsation suppression device 200
  • the pulsation suppression device 200Y which is the second pulsation suppression device, suppresses a harmonic component that is N times fdis (N is an integer equal to or greater than 2).
  • the pulsation suppression devices 200X and 200Y simultaneously reduce the fundamental component and harmonic component of the disturbance frequency fdis .
  • the pulsation suppression device 200X and the pulsation suppression device 200Y perform similar processing, with the only difference being the target disturbance frequency.
  • the disturbance frequency N times fdis is indicated as Nfdis .
  • the pulsation suppression device 200X receives a disturbance frequency f dis input by a user and also receives a dq-axis current vector I dq of the motor 102 from the coordinate conversion unit 17.
  • the pulsation suppression device 200Y receives a disturbance frequency Nf dis input by a user and also receives a dq-axis current vector I dq of the motor 102 from the coordinate conversion unit 17.
  • the pulsation suppression device 200X extracts the cosine and sinusoidal components of the disturbance frequency fdis contained in the dq-axis current vector Idq based on the disturbance frequency fdis .
  • the pulsation suppression device 200Y extracts the cosine and sinusoidal components of the disturbance frequency Nfdis contained in the dq-axis current vector Idq based on the disturbance frequency Nfdis .
  • the pulsation suppression device 200X performs a rotation calculation by the rotation calculation unit 202, an integration calculation by the integral control units 203A and 203B, and a calculation of a voltage phase manipulation amount ⁇ b based on the integration calculation result by the AC restoration unit 204, for the cosine component and the sinus component of the disturbance frequency f dis .
  • the pulsation suppression device 200Y performs a rotation calculation by the rotation calculation unit 202, an integration calculation by the integral control units 203A and 203B, and a calculation of a manipulated variable ⁇ b2 of the voltage phase based on the integration calculation result by the AC restoration unit 204, for the cos N component and the sin N component of the disturbance frequency Nf dis.
  • the manipulated variable ⁇ b2 output by the pulsation suppression device 200Y can be expressed by the following equation (12).
  • x cosN and x sinN are the cosN and sinN components of the beatless control output signal x, respectively.
  • the fundamental and harmonic control systems are parallelized. However, if it is desired to simultaneously suppress harmonic components of multiple orders, parallelization can be performed in a similar manner.
  • a plurality of pulsation suppression devices such as the pulsation suppression devices 200X and 200Y are used, so that beat vibration can be effectively suppressed even when the pulsation of the DC bus voltage VDC contains large harmonic components.
  • the pulsation suppression devices 200X and 200Y can prevent a deterioration in motor efficiency due to an increase in current peak values, a decrease in the maximum output of the motor 102 due to restrictions on overcurrent protection, and an increase in vibration or noise from the motor 102.
  • Embodiment 5 Next, a fifth embodiment will be described with reference to Fig. 28.
  • the rotation amount ⁇ R is adjusted based on additional information such as the characteristics of the controlled plant.
  • FIG. 28 is a diagram showing the configuration of a pulsation suppression device according to the fifth embodiment.
  • those that achieve the same functions as those in the pulsation suppression device 200 according to the first embodiment shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
  • the pulsation suppression device 200B of embodiment 5 includes a rotation amount adjustment unit 206B instead of the rotation amount adjustment unit 206. Also, like the pulsation suppression device 200, the pulsation suppression device 200B includes subtractors 201A and 201B, a rotation calculation unit 202, integral control units 203A and 203B, an AC restoration unit 204, and a pulsation extraction unit 205.
  • the pulsation suppression devices 200, 200A, 200X, and 200Y described in the first to fourth embodiments adjust the rotation amount ⁇ R based on an increase or decrease in the deviation vector E, and therefore, depending on the operating conditions, it may take a long time to adjust the rotation amount ⁇ R. Also, feedforward control generally provides a faster response than feedback control. For this reason, in the fifth embodiment, the pulsation suppression device 200B, which combines feedforward control with the pulsation suppression device 200, completes the adjustment of the rotation amount ⁇ R in a short time.
  • the rotation amount adjustment unit 206B manipulates the rotation amount ⁇ R based on the additional information.
  • beatless control will be described as an example of control for pulsation suppression.
  • the rotation amount adjustment unit 206B adjusts the rotation amount ⁇ R based on additional information including at least one of the following information: characteristics of the controlled plant, the power factor of the motor 102 (motor power factor), an estimated value of the power source inductance 6 of the AC power source 5, and the installation status of surrounding electrical devices.
  • the rotation amount adjusting unit 206B can suppress pulsation of the DC bus voltage VDC even if the LC resonance frequency decreases, for example, by adjusting the rotation amount ⁇ R based on the estimated value of the power supply inductance 6.
  • the pulsation suppression device 200B can accurately reduce pulsation, thereby reducing vibration and noise, improving energy-saving performance, and increasing the maximum output of the system.
  • Embodiment 6 Next, a sixth embodiment will be described with reference to Figures 29 to 32.
  • the cases where the pulsation suppression devices 200, 200X, 200Y, and 200B are applied to beatless control have been described, but in the sixth embodiment, the pulsation suppression device 200 suppresses other types of pulsation.
  • the pulsation suppression device 200 is applied to a control other than beatless control.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a first application example of a pulsation suppression device according to the sixth embodiment.
  • the components in FIG. 29 those that achieve the same functions as those in the motor control device 300 according to the third embodiment shown in FIG. 14 are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
  • FIG. 29 illustrates the pulsation suppression device 200 and a motor control device 300B according to a first example of embodiment 6.
  • the motor control device 300B is a motor control device in which the speed pulsation of the motor 102 is suppressed by the pulsation suppression device 200.
  • the pulsation suppression device 200 in Fig. 29 receives the estimated angular velocity ⁇ e of the motor 102 from the rotor position calculation unit 14.
  • the pulsation suppression device 200 in Fig. 29 calculates dq-axis voltage pulsation commands V ** dq based on the estimated angular velocity ⁇ e and outputs the dq-axis voltage pulsation commands V ** dq to the motor control device 300B.
  • the dq-axis voltage pulsation commands V ** dq are commands for the dq-axis voltages for suppressing speed pulsation of the motor 102.
  • the pulsation suppression device 200 of Fig. 29 also calculates the dq-axis voltage pulsation command V ** dq , which is the output signal x, using the rotation amount adjustment unit 206. In this way, the pulsation suppression device 200 of Fig. 29 receives the estimated angular velocity ⁇ e of the motor 102 as an input and outputs the dq-axis voltage pulsation command V ** dq .
  • the motor control device 300B of the sixth embodiment has a voltage command determiner 15, coordinate converters 16 and 17, and an adder 19.
  • the estimated magnetic pole position ⁇ e is input to the coordinate converters 16 and 17.
  • the adder 19 is also connected to the voltage command determiner 15, the coordinate converter 16, and the pulsation suppression device 200.
  • the adder 19 adds the dq-axis voltage pulsation command V ** dq output from the pulsation suppression device 200 and the dq-axis voltage command vector V * dq output from the voltage command determination unit 15, and outputs the addition result, a dq-axis voltage command V *** dq , to the coordinate conversion unit 16.
  • the coordinate conversion unit 16 converts the dq-axis voltage command V *** dq into a three-phase voltage command vector V * uvw on the three-phase coordinate system using the estimated magnetic pole position ⁇ e .
  • the coordinate conversion unit 16 outputs the three-phase voltage command vector V * uvw to the modulation unit 13.
  • the inverter 11 operates based on the three-phase voltage command vector V * uvw and drives the motor 102.
  • the pulsation suppression device 200 can suppress speed pulsation in the rotational speed of the motor 102.
  • the pulsation suppression device 200 and the motor control device 300B here perform compensation for the dq-axis voltage commands (dq-axis voltage command vector V * dq )
  • the pulsation suppression device 200 and the motor control device 300B may also perform compensation for the dq-axis current commands (dq-axis current command vectors).
  • a phase difference may occur between the estimated angular velocity ⁇ e and the true angular velocity value ⁇ e , which is the actual value of the angular velocity, due to the responsiveness of the estimation system. This phase difference may make it difficult to suppress speed pulsation.
  • the pulsation suppression device 200 calculates the dq-axis voltage pulsation command V ** dq using the rotation amount adjustment unit 206, and the motor control device 300 controls the electromechanical system 100 using the dq-axis voltage pulsation command V ** dq , so that speed pulsation can be suppressed appropriately.
  • FIG. 30 is a diagram illustrating a second application example of a pulsation suppression device according to the sixth embodiment.
  • those that achieve the same functions as those in the motor control device 300B shown in FIG. 29 are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted.
  • Figure 30 illustrates the pulsation suppression device 200 and a motor control device 300C according to a second example of embodiment 6.
  • the motor control device 300C is a motor control device in which the pulsation suppression device 200 suppresses current pulsation in the motor 102.
  • the pulsation suppression device 200 in Fig. 30 receives the dq-axis current vector Idq from the coordinate conversion unit 17.
  • the pulsation suppression device 200 in Fig. 30 calculates the dq-axis voltage pulsation commands V ** dq based on the dq-axis current vector Idq , and outputs the dq-axis voltage pulsation commands V ** dq to the motor control device 300C.
  • the pulsation suppression device 200 of Fig. 30 also calculates the dq-axis voltage pulsation command V ** dq , which is the output signal x, using the rotation amount adjustment unit 206. In this way, the pulsation suppression device 200 of Fig. 30 receives the dq-axis current vector Idq of the motor 102 as an input and outputs the dq-axis voltage pulsation command V ** dq .
  • the inverter overmodulation region which is the voltage saturation region of the inverter voltage
  • the pulsation suppression device 200 and motor control device 300C can manipulate both the d-axis voltage and the q-axis voltage in the linear region of the inverter 11, the d-axis voltage and the q-axis voltage may also be manipulated.
  • the pulsation suppression device 200 and motor control device 300C may suppress the pulsation of either the d-axis or q-axis current, or the pulsation suppression device 200 may be connected in parallel to suppress both pulsations. In this way, the pulsation suppression device 200 may suppress current pulsation in the linear region of the inverter 11.
  • FIG. 31 is a diagram illustrating a third application example of a pulsation suppression device according to the sixth embodiment.
  • those that achieve the same functions as those in the motor control device 300C shown in FIG. 30 are given the same reference numerals, and duplicated descriptions will be omitted.
  • Figure 31 illustrates the pulsation suppression device 200 and a motor control device 300D according to a third example of embodiment 6.
  • the motor control device 300D is a motor control device in which the pulsation suppression device 200 suppresses the pulsation components contained in the acceleration information.
  • the pulsation suppression device 200 in Fig. 31 receives the acceleration a m of the motor 102 from the acceleration sensor 1.
  • the pulsation suppression device 200 in Fig. 31 calculates the d-axis and q-axis voltage pulsation commands V ** dq based on the acceleration a m , and outputs the d-axis and q-axis voltage pulsation commands V ** dq to the motor control device 300D.
  • the pulsation suppression device 200 of Fig. 31 also calculates the dq-axis voltage pulsation command V ** dq , which is the output signal x, using the rotation amount adjustment unit 206. In this way, the pulsation suppression device 200 of Fig. 31 receives the acceleration a m as an input and outputs the dq-axis voltage pulsation command V ** dq .
  • FIG. 32 is a diagram illustrating a fourth application example of a pulsation suppression device according to the sixth embodiment.
  • those that achieve the same functions as those in the motor control device 300B shown in FIG. 29 are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
  • the motor control device 300D is a motor control device in which the pulsation component included in the force information is suppressed by the pulsation suppression device 200.
  • the force information is information about the force Fm .
  • the force Fm is, for example, a force acting on a refrigerant pipe connected to the compressor 3, a force acting on a floor on which the compressor 3 is placed, or the like.
  • the pulsation suppression device 200 in Fig. 32 receives a force Fm applied to the motor 102 from the force sensor 2.
  • the pulsation suppression device 200 in Fig. 32 calculates a d-axis voltage pulsation command V ** dq based on the force Fm , and outputs the d-axis voltage pulsation command V ** dq to the motor control device 300D.
  • the pulsation suppression device 200 of Fig. 32 also calculates the dq-axis voltage pulsation command V ** dq , which is the output signal x, using the rotation amount adjustment unit 206. In this way, the pulsation suppression device 200 of Fig. 32 receives the force Fm as an input and outputs the dq-axis voltage pulsation command V ** dq .
  • the pulsation suppression device 200 and motor control devices 300C, 300D also compensate for the dq-axis voltage commands in Figures 30 to 32, the pulsation suppression device 200 and motor control devices 300C, 300D may also compensate for the dq-axis current commands.
  • the pulsation suppression device 200 calculates the output signal x using the rotation amount adjustment unit 206, so even if the frequency characteristics and input/output characteristics of the plant cannot be accurately determined, it is possible to reduce pulsation and obtain good operating characteristics.

Landscapes

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Abstract

電源回路（１０１）、モータ（１０２）、および機械装置（１０３）を有した電気機械システム（１００）の機械的脈動または電気的脈動を抑制する脈動抑制装置（２００）は、電気機械システムに生じる周期外乱の周期脈動をコサイン成分とサイン成分とに分けて抽出する脈動抽出部（２０５）と、コサイン成分およびサイン成分に対して回転演算を行う際の回転量を決定する回転量調整部（２０６）と、コサイン成分およびサイン成分に対して回転量で回転演算を行う回転演算部（２０２）と、回転演算されたコサイン成分を積分する積分制御部（２０３Ａ）と、回転演算されたサイン成分を積分する積分制御部（２０３Ｂ）と、積分されたコサイン成分およびサイン成分を、電源回路の直流母線電圧の脈動周波数である外乱周波数に基づいて、交流信号に復元して出力する交流復元部（２０４）と、を備え、回転量調整部は、周期脈動が低減されるように回転量を調整する。

Description

脈動抑制装置および脈動抑制システム
　本開示は、電源回路、モータ、および機械装置を有した電気機械システムの機械的脈動または電気的脈動を抑制する脈動抑制装置および脈動抑制システムに関する。
　近年の産業界および家電機器業界では、モータおよび電力変換回路によって機械装置を駆動する電気機械システムが多用されている。この電気機械システムは、周期外乱にさらされることが多い。高周波の周期外乱が電気機械システムに加わると、制御性能が劣化することがある。
　例えば、空調機器が備える圧縮機駆動システムでは、冷媒の吐出、吸入、または圧縮に伴う負荷トルクの変動が常にモータに加わるので、回転速度に脈動（速度むらとも呼ばれる）が発生する。また、低コストの電源回路を用いた電気機械システムでは、インバータの直流母線電圧が入力電源周波数の２倍または６倍の周波数で脈動するので、モータの相電流に低周波の脈動（ゆらぎ、ビート振動とも呼ばれる）が現れることがある。これらの回転速度またはモータ電流の脈動は、振動または騒音の原因になるとともに、省エネルギー性能の悪化およびシステムの最大出力低下の原因となる。また、モータ内部の磁気飽和によって生じるトルクリプルまたはインバータのデッドタイム電圧誤差も周期外乱の一例であるといえる。
　このような周期外乱による制御性能の劣化を防ぐべく、さまざまな種類の制御方法が提案されている。特許文献１に記載の制御方法では、任意調波の回転むらの正弦項係数および余弦項係数を算出し、これらが零になるように比例積分制御を行った後、正弦項係数および余弦項係数から作成された補正信号に応じてドライバを駆動することで回転むらを軽減している。
特開平１－３０８１８４号公報
　しかしながら、上記特許文献１の技術では電気機械システムのプラント特性が複雑である場合には、電気機械システムの動作が不安定化することがある。このため、上記特許文献１の技術では、周期外乱の影響を除去することができなくなる場合があり、良好な動作特性を得ることができないという問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、電気機械システムのプラント特性が複雑な場合であっても良好な動作特性を得ることができる脈動抑制装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の脈動抑制装置は、電源回路、モータ、および機械装置を有した電気機械システムの機械的脈動または電気的脈動を抑制する脈動抑制装置であって、電気機械システムに生じる周期的な外乱である周期外乱の周期脈動をコサイン成分とサイン成分とに分けて抽出する脈動抽出部を備える。また、本開示の脈動抑制装置は、周期脈動のコサイン成分およびサイン成分に対して回転演算を行う際の回転量を決定する回転量調整部と、コサイン成分およびサイン成分に対して回転量で回転演算を行う回転演算部とを備える。また、本開示の脈動抑制装置は、回転演算されたコサイン成分を積分する第１の積分制御部と、回転演算されたサイン成分を積分する第２の積分制御部と、積分されたコサイン成分および積分されたサイン成分を、電源回路の直流母線電圧の脈動周波数である外乱周波数に基づいて、交流信号に復元して出力する交流復元部と、を備える。回転量調整部は、周期脈動が低減されるように回転量を調整する。
　本開示にかかる脈動抑制装置は、電気機械システムのプラント特性が複雑な場合であっても良好な動作特性を得ることができるという効果を奏する。
実施の形態１にかかる脈動抑制装置の構成を示す図 実施の形態１にかかる脈動抑制装置が、回転量が最適な状態にあるときにビートレス制御を実行した場合の偏差ベクトルの動作パターンを示す図 実施の形態１にかかる脈動抑制装置が、回転量が最適値から±９０度未満の範囲内の状態にあるときにビートレス制御を実行した場合の偏差ベクトルの動作パターンを示す図 実施の形態１にかかる脈動抑制装置が、回転量が最適値から±９０度よりも離れている状態にあるときにビートレス制御を実行した場合の偏差ベクトルの動作パターンを示す図 実施の形態１にかかる脈動抑制装置がビートレス制御を実行した場合の偏差ベクトルの動作パターンを示す図 実施の形態１にかかる脈動抑制装置が修正する探索方向を説明するための第１の説明図 実施の形態１にかかる脈動抑制装置が修正する探索方向を説明するための第２の説明図 実施の形態１にかかる脈動抑制装置が修正する探索方向を説明するための第３の説明図 実施の形態１にかかる脈動抑制装置が修正する探索方向を説明するための第４の説明図 実施の形態１にかかる脈動抑制装置が実行する脈動抑制処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態１にかかる脈動抑制装置を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる脈動抑制装置の構成を示す図 実施の形態３にかかる電気機械システムの構成を示す図 実施の形態３にかかるモータ制御装置の構成を示す図 実施の形態３にかかる脈動抑制装置が電圧位相操作を行わない場合のビート振動を説明するための図 実施の形態３にかかる脈動抑制装置が電圧位相操作によってビート振動を抑制する原理を説明するための図 実施の形態３にかかる脈動抑制装置が備える脈動抽出部の構成を示す図 実施の形態３にかかる交流復元部の構成を示す図 実施の形態３にかかる脈動抑制装置が脈動抑制の制御を実行している際の偏差ベクトルの第１の挙動を示す図 実施の形態３にかかる脈動抑制装置が脈動抑制の制御を実行している際の偏差ベクトルの第２の挙動を示す図 実施の形態３にかかる脈動抑制装置が脈動抑制の制御を実行している際の偏差ベクトルの第３の挙動を示す図 実施の形態３にかかる脈動抑制装置が、ビートレス制御が適切に行われているか否かを評価するための評価値を説明するための図 実施の形態３にかかる脈動抑制装置が有する回転量調整部の構成を示す図 実施の形態３にかかるモータ制御装置および脈動抑制装置が実行する制御処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態３にかかる脈動抑制装置が実行するビートレス制御処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態３にかかる回転量調整部が実行する回転量調整処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態４にかかるモータ制御装置の構成を示す図 実施の形態５にかかる脈動抑制装置の構成を示す図 実施の形態６にかかる脈動抑制装置の第１の適用例を説明するための図 実施の形態６にかかる脈動抑制装置の第２の適用例を説明するための図 実施の形態６にかかる脈動抑制装置の第３の適用例を説明するための図 実施の形態６にかかる脈動抑制装置の第４の適用例を説明するための図
　以下に、本開示の実施の形態にかかる脈動抑制装置および脈動抑制システムを図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置の構成を示す図である。脈動抑制装置２００は、電気機械システム１００に接続されており、電気機械システム１００の脈動を抑制する。
　電気機械システム１００が駆動される際には、電流、電動機（後述するモータ１０２）が備える回転子の角速度、電圧などの種々の信号が脈動する場合がある。このため、脈動抑制装置２００は、種々の脈動を抑制する。脈動抑制装置２００は、例えば、ビート振動を抑制するための制御であるビートレス制御などを実行する。実施の形態１では、主にビート振動の抑制について説明するが、脈動抑制装置２００は、ビート振動以外の他の振動を抑制してもよい。
　インバータを用いてモータ１０２が駆動される場合、直流母線電圧の脈動周波数（外乱周波数）とモータ１０２の相電流の周波数とが近くなると、ビート振動と呼ばれる低周波の電流脈動が発生する。ビート振動によって相電流が脈動すると、電流ピーク値の増加によってモータ効率が悪化したり、過電流保護の制約によってモータの最大出力が低下したり、モータ１０２の振動または騒音が増加したりするなどのデメリットが生じる。このため、脈動抑制装置２００は、ビートレス制御などの脈動抑制の制御を実行する。
　電気機械システム１００は、電源回路１０１と、モータ１０２と、機械装置１０３とを備えている。電気機械システム１００は、周期的な外乱である周期外乱ｄc（図示せず）の影響を受けている。周期的な外乱である周期外乱ｄcは、電源回路１０１、モータ１０２、および機械装置１０３の何れかが原因で発生する。例えば、機械装置１０３が冷媒の圧縮機構であった場合、冷媒の吐出、吸入、および圧縮のプロセスによって、モータ１０２が周期的な負荷トルク脈動の影響を受けるので、回転速度に脈動が発生する。
　なお、圧縮機構は、モータ１０２によって駆動される機械装置１０３の一例であり、機械装置１０３は、圧縮機構に限定されない。例えば、電源回路１０１が、後述するインバータ１１を有している場合、入力電源周波数の６倍の周波数で直流母線電圧が脈動して、モータ１０２の相電流に低周波の脈動が発生する。この脈動もモータ制御にとっては外乱要因となる。このように、電気機械システム１００では、モータ１０２の回転速度の脈動、モータ１０２の相電流の脈動などが発生する。この他にもさまざまな要因で、電気機械システム１００には周期外乱ｄcが加わる。ここでは、周期外乱ｄcの周波数をｆdisという記号で表すことにする。
　脈動抑制装置２００は、電気機械システム１００の機械的脈動または電気的脈動を抑制する装置である。脈動抑制装置２００は、電気機械システム１００から出力される信号または電気機械システム１００の状態量を、電気機械システム１００から取得する。以下では、脈動抑制装置２００が電気機械システム１００から取得する信号または状態量を入力信号ｙという。脈動抑制装置２００は、入力信号ｙに含まれる脈動に含まれる周期脈動を抑制するために、電気機械システム１００への制御信号である出力信号ｘを電気機械システム１００に入力する。ここで、脈動抑制装置２００の出力信号ｘおよび脈動抑制装置２００への入力信号ｙは任意の物理量であり、ユーザまたは設計者のニーズに応じて自由に選ぶことができる。
　入力信号ｙは、例えば、電流、回転子の角速度（回転速度）、電圧などである。すなわち、入力信号ｙの例は、後述するｄｑ軸電流ベクトルＩdq、推定角速度ω^e、直流母線電圧ＶDCなどである。また、出力信号ｘは、例えば、電圧位相の操作量、電圧指令（例えば、後述するｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dq）、トルク指令などである。脈動抑制装置２００は、出力信号ｘを電気機械システム１００に出力することで入力信号ｙの脈動を抑制する。
　脈動抑制装置２００は、例えば、圧縮機制御の場合には、回転速度が脈動抑制装置２００への入力信号ｙとされ、トルク指令を脈動抑制装置２００からの出力信号ｘとすることで、モータ１０２の回転むらを減少させることができる。
　また、低コストの電源装置が用いられる場合、脈動抑制装置２００は、ｄｑ軸電流が脈動抑制装置２００への入力信号ｙとされ、電圧位相の操作量を脈動抑制装置２００からの出力信号ｘとすることで、ビート振動を低減することができる。ｄｑ軸電流および電圧位相の操作量については後述する。
　脈動抑制装置２００は、減算器２０１Ａ，２０１Ｂと、回転演算部２０２と、積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂと、交流復元部２０４と、脈動抽出部２０５と、回転量調整部２０６とを備えている。積分制御部２０３Ａが第１の積分制御部であり、積分制御部２０３Ｂが第２の積分制御部である。
　脈動抑制装置２００へは、予め記憶しておいた周期外乱ｄcの周波数であるｆdisが入力される。また、脈動抑制装置２００へは、電気機械システム１００から入力信号ｙが入力される。ｆdisおよび入力信号ｙは、脈動抽出部２０５に送られる。
　脈動抽出部２０５は、ｆdisに基づいて入力信号ｙに含まれる脈動成分を抽出する。ここで抽出する周波数成分は外乱周波数ｆdisの成分（基本周波数の成分）、または基本周波数の整数倍の高調波成分である。脈動抽出部２０５は、何れの抽出方法によって入力信号ｙの脈動成分を抽出してもよい。
　脈動抽出部２０５は、例えば、フーリエ級数の原理を用いて、入力信号ｙの脈動のｓｉｎ（サイン）成分とｃｏｓ（コサイン）成分とを分離して脈動成分を抽出する。また、脈動抽出部２０５は、バンドパスフィルタを用いて脈動成分を抽出してもよい。以下では、脈動抽出部２０５が、フーリエ級数の原理を用いて入力信号ｙの脈動成分を抽出する場合について説明する。
　外乱周波数であるｆdisを角周波数に換算した換算結果を外乱角周波数ωdisとする。ωdisとｆdisとの関係式は、以下の式（１）となる。
　ここで、以下の式（２）のようにωdisを時間ｔで積分した積分結果をθdisの記号で表すことにする。
　ここで、ｆdisは定数とみなすことができるので、θdisは時間ｔの１次関数として表せる。入力信号ｙに含まれるｃｏｓ成分およびｓｉｎ成分は、以下の式（３）および式（４）を用いて計算できる。
　脈動抽出部２０５は、入力信号ｙに含まれる脈動のｃｏｓ成分であるｙcosを演算して減算器２０１Ａに出力する。また、脈動抽出部２０５は、入力信号ｙに含まれる脈動のｓｉｎ成分であるｙsinを演算して減算器２０１Ｂに出力する。
　減算器２０１Ａは、予め記憶しておいた脈動成分の目標値ｒ*と脈動のｃｏｓ成分であるｙcosとの差を演算し、演算結果をｃｏｓ成分の偏差ｅcosとして回転演算部２０２に出力する。また、減算器２０１Ｂは、脈動成分の目標値ｒ*と脈動のｓｉｎ成分であるｙsinとの差を演算し、演算結果をｓｉｎ成分の偏差ｅsinとして回転演算部２０２に出力する。通常、脈動成分の目標値ｒ*はゼロに設定されるが、脈動成分の目標値ｒ*は非ゼロの値（ゼロ以外の値）にしても構わない。
　回転演算部２０２は、ｅcosと、ｅsinとに対し、以下の式（５）を用いて回転演算を行う。ここでは回転演算後のｃｏｓ成分をｅRcosといい、回転演算後のｓｉｎ成分をｅRsinという。
　式（５）におけるθRは、回転演算の回転量である。回転量θRは、予めユーザによって回転量調整部２０６に設定される。回転量調整部２０６は、回転量θRをｅcosおよびｅsinに基づいて、周期脈動が低減されるように回転量θRを調整し、回転演算部２０２に設定する。回転量θRの調整方法については後述する。
　積分制御部２０３Ａは、ｙcosに対応する偏差ｅRcos（回転演算されたｃｏｓ成分）を積分し、積分制御部２０３Ｂは、ｙsinに対応する偏差ｅRsin（回転演算されたｓｉｎ成分）を積分する。すなわち、積分制御部２０３Ａは、ｅRcosに対して積分制御を実行することでｘcosを決定し、積分制御部２０３Ｂは、ｅRsinに対して積分制御を実行することでｘsinを決定する。ｘcos、ｘsinは、それぞれビートレス制御の出力信号ｘのｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分である。積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂは、目標値ｒ*と実際の値との誤差を累積させ、この累積値に比例させた量を操作量に加えることで積分制御を実行する。
　積分制御部２０３Ａは、回転されたｃｏｓ成分であるｅRcosがゼロになるように積分制御を行う。すなわち、積分制御部２０３Ａは、脈動成分の目標値ｒ*と脈動のｃｏｓ成分であるｙcosとの差である偏差ｅcosがゼロになるように、ｅRcosからｘcosを決定する。すなわち、積分制御部２０３Ａは、ｙcosが脈動成分の目標値ｒ*に近付くよう積分制御することでｘcosを決定する。
　また、積分制御部２０３Ｂは、回転されたｓｉｎ成分であるｅRsinがゼロになるように積分制御を行う。すなわち、積分制御部２０３Ｂは、脈動成分の目標値ｒ*と脈動のｓｉｎ成分であるｙsinとの差である偏差ｅsinがゼロになるように、ｅRsinからｘsinを決定する。すなわち、積分制御部２０３Ｂは、ｙsinが脈動成分の目標値ｒ*に近付くよう積分制御することでｘsinを決定する。
　なお、ここでは脈動抑制装置２００が、積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂを用いているが、脈動抑制装置２００は、積分要素の含まれる制御であれば他の制御部を用いてもよい。例えば、脈動抑制装置２００は、ＰＩ（Proportional-Integral、比例積分）制御を行う制御部を用いてもよいし、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential、比例積分微分）制御を行う制御部を用いてもよい。
　交流復元部２０４へは、予め記憶しておいたｆdisが入力される。交流復元部２０４は、積分制御の出力を交流化して出力信号ｘを決定する。すなわち、交流復元部２０４は、ｘcos、ｘsin、およびｆdisに基づいて、出力信号ｘを演算する。交流復元部２０４は、例えば、以下の式（６）に基づいてｘcosおよびｘsinを交流信号に変換する。式（６）を用いた演算結果（交流信号）が脈動抑制装置２００からの出力信号ｘとなる。
　ここで、回転量調整部２０６の役割を説明するため、回転量調整部２０６を持たない比較例の脈動抑制装置の動作について説明する。比較例の脈動抑制装置は、回転量調整部２０６を持たない点以外は、脈動抑制装置２００と同じ構成であるとする。比較例の脈動抑制装置は、回転量調整部２０６を備えていないので、回転量θRを固定値として扱う。
　図２は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置が、回転量が最適な状態にあるときにビートレス制御を実行した場合の偏差ベクトルの動作パターンを示す図である。図３は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置が、回転量が最適値から±９０度未満の範囲内の状態にあるときにビートレス制御を実行した場合の偏差ベクトルの動作パターンを示す図である。図４は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置が、回転量が最適値から±９０度よりも離れている状態にあるときにビートレス制御を実行した場合の偏差ベクトルの動作パターンを示す図である。
　回転量θRが最適値から±９０度未満の範囲内の状態にあるときは、回転量θRと最適値との差の絶対値が９０度未満の場合である。回転量θRが最適値から±９０度よりも離れている状態にあるときは、回転量θRと最適値との差の絶対値が９０度よりも大きい場合である。
　図２～図４の横軸はｃｏｓ成分（ｅcos）であり、縦軸はｓｉｎ成分（ｅsin）である。図２～図４では、脈動抑制装置２００がビートレス制御などの脈動抑制の制御を実行した場合に、ｅcosおよびｅsinから構成される偏差ベクトルＥ（図示せず）の動作パターンである偏差ベクトル軌跡Ｅｔを示している。偏差ベクトルＥは、原点から（ｅcos，ｅsin）に向かうベクトルである。脈動抑制装置２００は、（ｅcos，ｅsin）が原点に近付くよう、すなわち偏差ベクトルＥの絶対値が小さくなるように制御する。偏差ベクトル軌跡Ｅｔは、「Ｓｔａｒｔ」が始点であり、「Ｇｏａｌ」が終点である。ビートレス制御による偏差ベクトルＥの動作パターン（脈動抑制装置２００の挙動に対応する偏差ベクトル軌跡Ｅｔ）は、回転量θRに応じて、おおまかに４種類に分類できる。
　図２に示す第１の動作パターンは、回転量θRが最適な状態にあるときである。この状態のときに脈動抑制装置２００がビートレス制御などの脈動抑制の制御を開始すると、ｅcosとｅsinとから構成される偏差ベクトルＥは、積分制御の作用によって、原点に向かって最短距離で原点に近付いていく。
　図３に示す第２の動作パターンは、回転量θRが最適値から±９０度未満の範囲内にあるときである。このときに、脈動抑制装置２００がビートレス制御などの脈動抑制の制御を開始すると、偏差ベクトルＥは、螺旋を描きながら原点に近付いていく。
　図４に示す第３の動作パターンは、回転量θRが最適値から±９０度よりも離れているときである。このときに、脈動抑制装置２００がビートレス制御などの脈動抑制の制御を開始すると、偏差ベクトルＥは螺旋を描きながら原点から遠ざかっていく。
　図示していない第４の動作パターンは、回転量θRが最悪な状態（最適値から１８０度離れている状態）にあるときである。このときに、脈動抑制装置２００がビートレス制御などの脈動抑制の制御を開始すると、偏差ベクトルＥは原点から一直線で遠ざかっていく。
　回転量調整部２０６へは、予めユーザによってできるだけ最適値に近い回転量θRが設定される。回転量調整部２０６へは、例えば、最適値から±８５度未満の回転量θRが設定される。
　このように、回転量調整部２０６によって回転量θRが適切に与えられていれば、偏差ｅcos，ｅsinをゼロに制御することが可能である。脈動抑制装置２００および比較例の脈動抑制装置が備える制御系が安定に動作するか否かは、回転量θRが適切に与えられているか否かで決まる。ところが、複雑なプラント特性を有する電気機械システム、およびプラントの特性変動が激しい電気機械システムでは、どのような回転量θRを与えればよいかが分からないケースがある。
　実施の形態１にかかる脈動抑制装置２００は、回転量調整部２０６を備えているので、回転量調整部２０６によって回転量θRを適切な値に調整することができる。すなわち、回転量調整部２０６は、偏差ベクトルＥの挙動を調べて回転量θRを適正化することができる。これにより、脈動抑制装置２００は、適切な回転量θRを用いて、偏差ｅcos，ｅsinをゼロに制御することが可能となる。通常、脈動成分の目標値ｒ*はゼロに設定されるので、偏差ｅcos，ｅsinがゼロになれば、脈動のｃｏｓ成分であるｙcos、およびｓｉｎ成分であるｙsinもゼロになり、脈動抑制装置２００は、安定した制御を実行することが可能となる。
　例えば、電気機械システム１００のプラント特性が非線形である場合などプラント特性が複雑な場合には、動作が不安定化することがあるが、実施の形態１にかかる脈動抑制装置２００は、回転量θRを適切な値に調整するので、周期外乱ｄcに起因する脈動を的確に低減することができる。また、電気機械システム１００のプラント特性に激しい特性変動が生じるような場合には、脈動の低減が困難になるが、実施の形態１にかかる脈動抑制装置２００は、回転量θRを適切な値に調整するので、周期外乱ｄcに起因する脈動を的確に低減することができる。
　図５は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置がビートレス制御を実行した場合の偏差ベクトルの動作パターンを示す図である。図５の横軸はｃｏｓ成分（ｅcos）であり、縦軸はｓｉｎ成分（ｅsin）である。図５では、脈動抑制装置２００がビートレス制御などの脈動抑制の制御を実行した場合の、ｅcosおよびｅsinから構成される偏差ベクトルＥ（図示せず）の動作パターンである偏差ベクトル軌跡Ｅｔを示している。偏差ベクトル軌跡Ｅｔは、「Ｓｔａｒｔ」が始点であり、「Ｇｏａｌ」が終点である。
　実施の形態１の脈動抑制装置２００が備える回転量調整部２０６は、偏差ベクトルＥの絶対値である｜Ｅ｜＝√（ｅcos 2＋ｅsin 2）の時間的変化（周期脈動の絶対値の時間的変化）を演算し、偏差ベクトルＥの絶対値（偏差ベクトルＥのノルム）が意図した通りに減少していない場合には、回転量θRを修正する。偏差ベクトルＥの絶対値が意図した通りに減少していない場合とは、周期脈動に対応する偏差ベクトルＥの絶対値が増加している場合である。回転量調整部２０６は、周期脈動の絶対値の時間的変化に基づいて、回転量θRを調整する。回転量調整部２０６は、回転量θRを変えていくと、いずれ√（ｅcos 2＋ｅsin 2）が減少するポイントを発見することができる。
　偏差ベクトルＥの軌跡は、必ずしも図２または図３に示した直線状または螺旋状にはならないが、回転量調整部２０６は、この修正動作（調整処理）を実行することで、偏差ベクトルＥを最終的にゼロにすることができる。
　このように、回転量調整部２０６は、脈動のｃｏｓ成分であるｙcosまたはｓｉｎ成分であるｙsinが意図せずに増加している場合、この増加を検知する。回転量調整部２０６は、ｙcosおよびｙsinの意図しない増加を検知すると、脈動抑制が異常状態にある（回転量θRが不適切な状態である）と判断し、回転量θRを修正する。回転量調整部２０６は、この修正動作によってｙcosおよびｙsinを減少させる探索方向を発見することで、偏差ベクトルＥを最終的にゼロにする。
　ここで脈動抑制装置２００が修正する探索方向の概念について説明する。図６は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置が修正する探索方向を説明するための第１の説明図である。図７は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置が修正する探索方向を説明するための第２の説明図である。図８は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置が修正する探索方向を説明するための第３の説明図である。図９は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置が修正する探索方向を説明するための第４の説明図である。
　図６～図９では、脈動抑制装置２００が修正する探索方向のイメージを示している。図６～図９の横軸はｃｏｓ成分（ｅcos，ｅRcos，ｘcos）であり、縦軸はｓｉｎ成分（ｅsin，ｅRsin，ｘsin）である。図６～図８では、図２～図４に対し、回転演算後の偏差ベクトルＥＲ（図示せず）の動作パターン（軌跡）である偏差ベクトル軌跡ＥＲｔと、出力信号ベクトルｘ（図示せず）の動作パターンである出力信号軌跡ｘｔと、探索方向のイメージを表す扇形領域とを追記している。回転演算後の偏差ベクトルＥＲは、回転演算部２０２によって回転演算前の偏差ベクトルＥを回転演算した回転結果のベクトルである。出力信号軌跡ｘｔは、ビートレス制御の出力信号ベクトルｘの軌跡である。
　偏差ベクトルＥＲは、原点から（ｅRcos，ｅRsin）に向かうベクトルであり、偏差ベクトルＥは、前述したように、原点から（ｅcos，ｅsin）に向かうベクトルである。ここでは、回転演算前の偏差ベクトルＥおよび回転演算後の偏差ベクトルＥＲの理想値が、ゼロ（原点）である場合について説明する。
　図６～図９では、探索方向のイメージを、人間の視野を模した扇形の図形（扇形領域）で示している。扇形領域の中心がある時刻での出力信号ベクトルｘの位置であるとした場合、扇形領域の弧の部分がその時刻での前方方向の視野のイメージである。
　具体的には、図６では、探索方向のイメージを探索方向イメージＳＤ１で示し、図７では、探索方向のイメージを探索方向イメージＳＤ２，ＳＤ３で示している。また、図８では、探索方向のイメージを探索方向イメージＳＤ４，ＳＤ５，ＳＤ６で示し、図９では、探索方向のイメージを探索方向イメージＳＤ７，ＳＤ８で示している。
　図６に示す探索方向イメージＳＤ１は、回転量θRが最適な値である場合の探索方向イメージである。回転量θRが最適な場合、探索方向イメージＳＤ１は、探索を開始してから完了するまで変化させる必要がない。
　図７に示す探索方向イメージＳＤ２，ＳＤ３は、回転量θRが適切な値である場合の探索方向イメージである。探索方向イメージＳＤ２は、探索を開始した際の探索方向のイメージであり、探索方向イメージＳＤ３は、探索を完了できた際の探索方向のイメージである。すなわち、探索方向イメージＳＤ３は、探索方向イメージＳＤ２を用いた探索開始から特定時間が経過した後の探索方向イメージである。
　図８に示す探索方向イメージＳＤ４，ＳＤ５，ＳＤ６は、回転量θRが不適切な値である場合の探索方向イメージである。探索方向イメージＳＤ４は、探索を開始した際の探索方向のイメージであり、探索方向イメージＳＤ５は、探索中の探索方向のイメージであり、探索方向イメージＳＤ６は、探索を失敗した際の探索方向のイメージである。すなわち、探索方向イメージＳＤ５は、探索方向イメージＳＤ４を用いた探索開始から特定時間が経過した後の探索方向イメージである。探索方向イメージＳＤ６は、探索方向イメージＳＤ５を用いた探索から特定時間が経過した後の探索方向イメージである。
　図６～図８では、回転演算前の偏差ベクトルＥが、偏差ベクトルＥの初期値Ｅｓの地点から偏差ベクトルＥの理想値Ｅｉの地点（原点）へと向かおうとする際の軌跡を偏差ベクトル軌跡Ｅｔとして図示している。
　また、図６～図８では、回転演算後の偏差ベクトルＥＲが、偏差ベクトルＥＲの初期値ＥＲｓの地点から偏差ベクトルＥＲの理想値Ｅｉの地点（原点）へと向かおうとする際の軌跡を偏差ベクトル軌跡ＥＲｔとして図示している。
　また、図９では、図８に示すように回転量θRが不適切で探索に失敗し、回転量θRが調整された後に、偏差ベクトルＥＲの初期値ＥＲｓの地点から偏差ベクトルＥＲの理想値Ｅｉの地点（原点）へと向かおうとする際の軌跡を偏差ベクトル軌跡ＥＲｔ２として図示している。
　ここでは、出力信号ベクトルｘの理想値を探索することができれば、回転演算前の偏差ベクトルＥおよび回転演算後の偏差ベクトルＥＲをゼロにすることができるものとする。ただし、脈動抑制装置２００は、出力信号ベクトルｘの理想値が図中のどこにあるかを事前に知ることはできない。
　脈動抑制装置２００は、出力信号ベクトルｘの理想値の探索に成功したか否かを、偏差ベクトルＥ，ＥＲを観測することによってのみ判断できる。ただし、出力信号ベクトルｘは、探索範囲が制限されている。すなわち、出力信号ベクトルｘには、探索可能な範囲である探索可能範囲ＳＲが設けられている。出力信号ベクトルｘの理想値が探索可能範囲ＳＲ内にない場合は偏差ベクトルＥ，ＥＲをゼロにすることができないので、脈動抑制装置２００は、探索可能範囲ＳＲ内で偏差ベクトルＥ，ＥＲを最小化するような出力信号ベクトルｘを探索するものとする。
　出力信号ベクトルｘの初期値ｘｓは任意の値であり、多くの場合はゼロに設定されるが、ここでは作図の都合上、非ゼロの値としている。また、偏差ベクトルＥ，ＥＲの初期値は、非ゼロの任意の値とした。図６～図８では、偏差ベクトルＥの初期値を初期値Ｅｓで示し、偏差ベクトルＥＲの初期値を初期値ＥＲｓで示している。なお、偏差ベクトルＥＲの初期値ＥＲｓは、偏差ベクトルＥの初期値Ｅｓと同じであってもよい。
　図６では、実施の形態１にかかる脈動抑制装置２００が、回転量θRが最適な状態にあるときにビートレス制御を実行した場合の偏差ベクトルＥ，ＥＲおよび出力信号ベクトルｘの動作パターンを表している。
　偏差ベクトルＥの軌跡である偏差ベクトル軌跡Ｅｔと、回転演算後の偏差ベクトルＥＲの軌跡である偏差ベクトル軌跡ＥＲｔとは、回転量θRの分だけ位相が異なっている。回転量θRが理想的な状態にあるとき、偏差ベクトルＥ，ＥＲは、初期値Ｅｓ，ＥＲｓから偏差ベクトルＥ，ＥＲの理想の地点である理想値Ｅｉ（原点）に向かって最短距離で移動していく。そのためには、出力信号ベクトルｘも同様に初期値ｘｓから出力信号ベクトルｘの理想の地点である理想値ｘｉに向かって最短距離で移動する必要がある。
　出力信号ベクトルｘは、偏差ベクトルＥＲを積分したベクトルであるので、偏差ベクトルＥＲの方向と理想的な出力信号ベクトルｘの移動方向とが一致していなければ、出力信号ベクトルｘの最短距離での移動は不可能である。この場合において、偏差ベクトルＥＲの方向を調整するためのパラメータが回転量θRであるので、脈動抑制装置２００は、回転量θRを最適な状態にすれば、偏差ベクトルＥ，ＥＲを理想値Ｅｉに向かって最短距離で移動させることができる。
　出力信号ベクトルｘは、原点から見た偏差ベクトルＥＲの向きに沿って移動していくので、原点から見た偏差ベクトルＥＲの向きは出力信号ベクトルｘの探索方向であると考えることができる。あるいは、ビートレス制御の探索方向は、出力信号ベクトルｘのおおよその進行方向であると言える。
　図６に示す扇形領域（探索方向イメージＳＤ１）は、回転量θRが最適値である場合の視野に対応している。この場合、出力信号ベクトルｘの理想値ｘｉが探索方向の延長線上にあるので、出力信号ベクトルｘの理想値ｘｉの探索はスムーズに成功する。
　図７に示す扇形領域（探索方向イメージＳＤ２，ＳＤ３）は、回転量θRが最適値から±９０度未満の範囲内にある場合の視野に対応している。この場合、出力信号ベクトルｘの理想値ｘｉの方向と探索方向との間に多少のずれがある。脈動抑制装置２００における内部の積分制御（積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂによる積分制御）によって探索方向の多少のずれは許容されるので、脈動抑制装置２００は、偏差ベクトルＥ，ＥＲを最終的に理想値Ｅｉに到達させることができる。ただし、出力信号ベクトルｘが、出力信号ベクトルｘの理想値ｘｉに最短距離で向かわない分、偏差ベクトルＥ，ＥＲは螺旋を描くような形で減少していくことになる。
　図８に示す扇形領域（探索方向イメージＳＤ４，ＳＤ５，ＳＤ６）は、回転量θRが最適値から±９０度よりも離れている場合の視野に対応している。この場合、出力信号ベクトルｘの理想値ｘｉの方向と探索方向との間に大きなずれがある。この場合、脈動抑制装置２００は、出力信号ベクトルｘを変化させても偏差ベクトルＥ，ＥＲが意図した通りに減少しないので、探索方向が一意に定まらず、偏差ベクトルＥ，ＥＲが理想値Ｅｉとは異なる地点に向かうように出力信号ベクトルｘを操作してしまう。このため、脈動抑制装置２００は、偏差ベクトルＥ，ＥＲが螺旋を描くような軌跡で偏差ベクトルＥ，ＥＲを増加させてしまい、ビートレス制御に失敗する。
　図８では、探索に失敗したことが検知された際の偏差ベクトルＥ，ＥＲの地点を、それぞれ偏差ベクトルＥｆ，ＥＲｆで示している。また、図８では、探索に失敗したことが検知された際の出力信号ベクトルｘの地点を到達値ｘｆで示している。
　実施の形態１では、偏差ベクトルＥ，ＥＲが図８に示すような動作を行った場合に備えて、脈動抑制装置２００に、回転量θRの最適値の探索に失敗したことを検知する探索失敗検知部が設けられてもよい。図８で説明した動作において探索に失敗した原因は、探索方向が不適切であった（言い換えると、回転量θRが不適切であった）からである。脈動抑制装置２００は、探索に失敗した場合は探索の失敗を検知して探索方向を修正することで、いずれ回転量θRの最適値の探索に成功することができる。
　図９では、回転量θRの最適値の探索に失敗した後、探索方向を修正して再度探索が実行された場合の動作イメージを示している。すなわち、図９に示す挙動は、脈動抑制装置２００が、探索の失敗を検知した場合に、回転量θRを調整し、回転量θRを適切な値に再設定したときの挙動である。なお、図９でも図８と同様に、探索に失敗したことが検知された際の偏差ベクトルＥ，ＥＲの地点を、それぞれ偏差ベクトルＥｆ，ＥＲｆで示している。
　図９では、修正前の回転量を回転量ＢθRで示し、修正後の回転量を回転量ＡθRで示している。また、図９では、探索に失敗したことが検知された際の探索方向イメージＳＤ７に対して、脈動抑制装置２００が、回転量ＢθRを調整した後の探索方向イメージを探索方向イメージＳＤ８で示している。脈動抑制装置２００が回転量ＢθRを調整すると、回転量が回転量ＡθRとなり、回転演算後の偏差ベクトルＥＲおよび探索方向が変化する。
　図９では、回転量ＢθRが調整された後の出力信号ベクトルｘの軌跡を軌跡ｘｔ２で示している。また、図９では、調整後の回転量ＡθRによって回転演算された偏差ベクトルＥＲの軌跡を偏差ベクトル軌跡ＥＲｔ２で示している。また、図９では、調整後の回転量ＡθRによって回転演算された偏差ベクトルＥの軌跡を偏差ベクトル軌跡Ｅｔ２で示している。
　仮に、回転量ＢθRの調整によって回転量ＡθRが最適値となった場合、出力信号ベクトルｘの理想値ｘｉは探索方向の延長線上にくるので、最適値の探索はスムーズに完了する。
　なお、図９では、説明の都合上、１度の回転量θRの調整で回転量θRを最適値に調整できた場合について説明したが、実際には回転量θRの最適値は不明であるので、回転量θRの調整は積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂによって複数回に渡って少しずつ行われる。
　また、脈動抑制装置２００は、後述の外積演算とＰＩＤ制御とを組み合わせた方法によって、ビートレス制御の動作中に常に回転量θRを修正し続けてもよい。このような回転量θRの修正プロセスによって、偏差ベクトルＥは、図５に示したような複雑な偏差ベクトル軌跡Ｅｔを通って原点に近づく場合がある。また、偏差ベクトルＥは、図９に示したように、回転量θRの修正後に、偏差ベクトルＥが直線的な偏差ベクトル軌跡Ｅｔ２で原点に向かう場合もある。
　ビートレス制御では、出力信号ベクトルｘの理想値ｘｉが何れの地点にあるかは不明であり、出力信号ベクトルｘが不適切な方向に操作されてしまうとビート振動が増加してしまうので、出力信号ベクトルｘの理想値ｘｉの探索は慎重に行われる必要がある。このため、実施の形態１では、脈動抑制装置２００が、ビートレス制御の探索方向を適宜修正することで、出力信号ベクトルｘが理想値ｘｉに確実に到達できるようにしている。
　回転量調整部２０６は、何れの方法によって回転量θRを調整してもよい。回転量調整部２０６は、例えば、後述の外積演算とＰＩＤ制御とを組み合わせた方法によって回転量θRを調整する。また、回転量調整部２０６は、ＡＩ（Artificial　Intelligence、人工知能）または機械学習を用いて回転量θRを自動探索してもよい。
　なお、実施の形態１ではフィードバック制御に近い方法によって回転量θRを調整する場合について説明したが、脈動抑制装置２００は、フィードフォワード制御に近い方法を併用して回転量θRを調整してもよい。
　つぎに、脈動抑制装置２００の動作について説明する。図１０は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置が実行する脈動抑制処理の処理手順を示すフローチャートである。脈動抑制装置２００は、以下の手順で入力信号ｙの脈動を低減する。
　脈動抽出部２０５は、入力信号ｙの脈動をｃｏｓ成分とｓｉｎ成分とに分けて抽出する（ステップＳ２００）。減算器２０１Ａは、脈動成分の目標値ｒ*と脈動のｃｏｓ成分であるｙcosとの差であるｃｏｓ成分の偏差ｅcosを演算し、減算器２０１Ｂは、脈動成分の目標値ｒ*と脈動のｓｉｎ成分であるｙsinとの差であるｓｉｎ成分の偏差ｅsinを演算する（ステップＳ２１０）。回転量調整部２０６は、回転量θRを調整する（ステップＳ２２０）。回転量調整部２０６は、調整した回転量θRを回転演算部２０２に設定する。
　回転演算部２０２は、回転量θRを用いて、ベクトルの回転演算を行う（ステップＳ２３０）。具体的には、回転演算部２０２は、ｅcosと、ｅsinと、回転量θRとを式（５）に適用することで、回転演算後のｃｏｓ成分であるｅRcosと、回転演算後のｓｉｎ成分であるｅRsinとを演算する。
　積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂは、積分制御演算を実行する（ステップＳ２４０）。具体的には、積分制御部２０３Ａは、回転演算後のｅRcosを積分することで、ビートレス制御の出力信号ｘのｃｏｓ成分であるｘcosを決定し、積分制御部２０３Ｂは、回転演算後のｅRsinを積分することで、ビートレス制御の出力信号ｘのｓｉｎ成分であるｘsinを決定する。
　交流復元部２０４は、交流復元演算を実行する（ステップＳ２５０）。具体的には、交流復元部２０４は、交流復元演算によって出力信号ｘを演算し、演算結果である出力信号ｘを電気機械システム１００に出力する。
　電気機械システム１００は、出力信号ｘを用いて動作することで、モータ１０２の回転速度の脈動、モータ１０２の相電流の脈動などを抑制することが可能となる。
　つづいて、脈動抑制装置２００のハードウェア構成について説明する。図１１は、実施の形態１にかかる脈動抑制装置を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。
　脈動抑制装置２００は、プロセッサ９１、メモリ９２、および周辺機器９３により実現される。なお、実施の形態１だけでなく、他の実施の形態においても、脈動抑制装置２００、および後述する脈動抑制装置２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｘ，２００Ｙは、プロセッサ９１、メモリ９２、および周辺機器９３により実現される。
　脈動抑制装置２００の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアは制御プログラム（脈動抑制プログラム）として記述され、メモリ９２に格納される。脈動抑制装置２００を実現する処理回路では、メモリ９２に記憶された制御プログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。この制御プログラムは、制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。制御プログラムは、図１０のステップＳ２００～Ｓ２５０の処理を脈動抑制装置２００に実行させるプログラムであるとも言える。なお、プロセッサ９１の演算性能に余裕がある場合、脈動抑制装置２００のプロセッサ９１は、図１０の演算処理とは異なる別の制御演算を並列して実行してもよい。
　プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）ともいう）、またはシステムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）である。
　メモリ９２は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）といった不揮発性または揮発性の半導体メモリを例示できる。また、メモリ９２は、これらに限定されず、磁気ディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）でもよい。
　周辺機器９３は、例えば、アナログデジタル変換回路、エンコーダカウンタなどである。また、後述する変調部１３、後述する座標変換部１７などが脈動抑制装置２００に配置されている場合、アナログデジタル変換回路は、変調部１３、座標変換部１７などに配置される。アナログデジタル変換回路は、例えば、直流母線電圧ＶDCおよびモータ１０２の相電流の検出などに用いられる。
　また、後述する圧縮機３に配置された位置センサによって回転子の位置が検出され、後述する回転子位置演算部１４が脈動抑制装置２００に配置されている場合、エンコーダカウンタは、回転子位置演算部１４に配置される。エンコーダカウンタは、例えば、回転子位置情報の取得に用いられる。
　このように、実施の形態１によれば、脈動抑制装置２００は、偏差ベクトルＥの挙動に基づいて、回転量θRを適正化するので、電気機械システム１００が複雑なプラント特性を有する場合または特性変動が激しい場合であっても、周期外乱ｄcに起因する脈動を的確に低減することができる。したがって、脈動抑制装置２００は、電気機械システム１００が複雑なプラント特性を有する場合または特性変動が激しい場合であっても、良好な動作特性を得ることができる。
　また、脈動抑制装置２００は、脈動を的確に低減することができるので、振動の低減、騒音の低減、省エネルギー性能の改善、電気機械システム１００の最大出力増大などを実現することができる。
実施の形態２．
　つぎに、図１２を用いて実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１の変形例として、脈動抑制装置２００の内部構成を変更した場合について説明する。
　図１２は、実施の形態２にかかる脈動抑制装置の構成を示す図である。図１２の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の脈動抑制装置２００と同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
　実施の形態２の脈動抑制装置２００Ａは、実施の形態１の脈動抑制装置２００と同様に、電気機械システム１００に接続されており、電気機械システム１００の脈動を抑制する。
　実施の形態２の脈動抑制装置２００Ａは、脈動抑制装置２００と比較して、脈動抽出部２０５および回転演算部２０２の代わりに、抽出回転演算部２０７を備えている。すなわち、脈動抑制装置２００Ａは、抽出回転演算部２０７と、減算器２０１Ａ，２０１Ｂと、積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂと、交流復元部２０４と、回転量調整部２０６とを備えている。
　抽出回転演算部２０７は、脈動抽出部２０５の機能および回転演算部２０２の機能を有している。換言すると、抽出回転演算部２０７は、脈動抽出部２０５（図１２では図示せず）および回転演算部２０２（図１２では図示せず）を備えている。すなわち、抽出回転演算部２０７は、脈動抽出演算と回転演算とを同時に実行する。このように、抽出回転演算部２０７は、実施の形態１の脈動抽出部２０５と回転演算部２０２とが一体化された演算部である。
　なお、交流復元部２０４による交流復元演算と回転演算部２０２による回転演算とを同時に実行すること、すなわち、実施の形態１の交流復元部２０４と回転演算部２０２とを一体化させることも可能ではある。
　脈動抑制装置２００Ａでは、減算器２０１Ａは、抽出回転演算部２０７、積分制御部２０３Ａ、および回転量調整部２０６に接続されている。また、脈動抑制装置２００Ａでは、減算器２０１Ｂは、抽出回転演算部２０７、積分制御部２０３Ｂ、および回転量調整部２０６に接続されている。また、回転量調整部２０６は、抽出回転演算部２０７に接続されている。
　抽出回転演算部２０７は、交流復元部２０４に接続されている。抽出回転演算部２０７へは、予め記憶しておいたｆdisが入力される。また、抽出回転演算部２０７へは、電気機械システム１００から送られてくる入力信号ｙが入力される。また、抽出回転演算部２０７へは、回転量調整部２０６から回転量θRが入力される。
　抽出回転演算部２０７は、ｆdisに基づいて入力信号ｙに含まれる脈動成分のｃｏｓ成分およびｓｉｎ成分を演算する。抽出回転演算部２０７は、以下の式（７）および式（８）を用いて、脈動成分のｃｏｓ成分およびｓｉｎ成分を演算する。
　式（７）および式（８）を用いた演算によって導出されるｙRcosおよびｙRsinは、式（３）および式（４）を用いた演算によって導出されるｙcosおよびｙsinと比較して、回転量θRの分だけ位相が異なっている。すなわち、式（７）および式（８）を用いた演算では、ｙcosおよびｙsinに対して回転量θRの分だけ回転演算を行った後のｙRcosおよびｙRsinが演算していることになる。
　抽出回転演算部２０７は、演算結果であるｙRcosを減算器２０１Ａに送り、演算結果であるｙRsinを減算器２０１Ｂに送る。これにより、減算器２０１Ａは、予め記憶しておいた脈動成分の目標値ｒ*と、ｙRcosとの差を演算することで、回転演算後の偏差ｅRcosを直接的に計算できる。また、減算器２０１Ｂは、予め記憶しておいた脈動成分の目標値ｒ*と、ｙRsinとの差を演算することで、回転演算後の偏差ｅRsinを直接的に計算できる。
　減算器２０１Ａは、偏差ｅRcosを積分制御部２０３Ａおよび回転量調整部２０６に送り、減算器２０１Ｂは、偏差ｅRsinを積分制御部２０３Ｂおよび回転量調整部２０６に送る。
　｜Ｅ｜＝√（ｅcos 2＋ｅsin 2）＝√（ｅRcos 2＋ｅRsin 2）であるので、回転演算を行っても偏差ベクトルＥの絶対値は変わらない。このため、回転量調整部２０６にはｅcosおよびｅsinの代わりにｅRcosおよびｅRsinが入力されても構わない。すなわち、実施の形態１のように回転量調整部２０６にｅcosおよびｅsinが入力されても、実施の形態２のように回転量調整部２０６にｅRcosおよびｅRsinが入力されても、回転量調整部２０６は、同様の修正処理によって回転量θRを調整することができる。回転量調整部２０６は、回転量θRを抽出回転演算部２０７に出力する。
　回転量調整部２０６は、実施の形態１の場合と同様に、偏差ベクトルＥの絶対値が意図した通りに減少していない場合に、回転量θRを修正する。この修正動作によって、回転量調整部２０６は、｜Ｅ｜が減少するポイントを発見する。偏差ベクトルＥの軌跡は、必ずしも図２または図３に示した直線状または螺旋状にはならないが、回転量調整部２０６は、この修正動作を実行することで、偏差ベクトルＥを最終的にゼロにすることができる。
　実施の形態２の脈動抑制装置２００Ａは、実施の形態１の脈動抑制装置２００と同様の処理結果を得ることができる。また、実施の形態２の脈動抑制装置２００Ａは、実施の形態１の脈動抑制装置２００と比較して、計算量が少なくなるというメリットがある。
　このように、実施の形態２によれば、脈動抑制装置２００Ａは、実施の形態１と同様に、偏差ベクトルＥの挙動に基づいて回転量θRを適正化するので、電気機械システム１００が複雑なプラント特性を有する場合または特性変動が激しい場合であっても、周期外乱ｄcに起因する脈動を的確に低減することができる。したがって、脈動抑制装置２００Ａは、電気機械システム１００が複雑なプラント特性を有する場合または特性変動が激しい場合であっても、良好な動作特性を得ることができる。
　また、脈動抑制装置２００Ａは、脈動を的確に低減することができるので、振動の低減、騒音の低減、省エネルギー性能の改善、システムの最大出力増大などを実現することができる。
実施の形態３．
　つぎに、図１３～図２６を用いて実施の形態３について説明する。実施の形態３では、脈動抑制装置２００の具体的な適用例について説明する。
　図１３は、実施の形態３にかかる電気機械システムの構成を示す図である。以下では、図１３に示した電気機械システム１００を用いて脈動抑制装置２００などの説明を行う。電気機械システム１００は、交流電源５に接続されている。電気機械システム１００は、電源回路１０１および圧縮機３を備えている。圧縮機３は、モータ１０２および機械装置１０３を有している。モータ１０２の回転軸は機械装置１０３と機械的に接続されている。機械装置１０３は、例えば、冷媒の圧縮機構である。なお、圧縮機構は、電源回路１０１によって駆動される機械装置１０３の一例に過ぎず、電源回路１０１は他種の機械装置への応用も可能である。
　電気機械システム１００では、電源回路１０１が、交流電源５から入力された交流電力を所望の電力に変換してモータ１０２および機械装置１０３を駆動する。電気機械システム１００と交流電源５との間には、電源インピーダンス（寄生インピーダンス）が存在する。電源インダクタンス６は電源インピーダンスのインダクタンス成分である。
　なお、説明の都合上、ここでは入力電源である交流電源５が三相交流である場合について説明するが、交流電源５が単相交流である場合にも実施の形態３の電気機械システム１００は適用可能である。
　電源回路１０１は、ダイオード整流器７と、直流リアクトル８と、コンデンサ９と、直流母線電圧検出部１０と、インバータ１１と、電流検出部１２と、変調部１３と、回転子位置演算部１４とを備えている。
　電源回路１０１では、ダイオード整流器７、直流リアクトル８、コンデンサ９などによってＡＣ（Alternating　Current、交流）－ＤＣ（Direct　Current、直流）コンバータが構成されている。電源回路１０１は、このＡＣ－ＤＣコンバータによって、入力交流電圧を直流電圧に変換する。図１３に示したＡＣ－ＤＣコンバータは、ごく単純なＡＣ－ＤＣコンバータであるが、力率改善または昇圧などが必要な場合は別種類のＡＣ－ＤＣコンバータが用いられてもよい。
　直流リアクトル８の一端はダイオード整流器７の正極側の出力点に接続され、直流リアクトル８の他端はインバータ１１の正極側の入力点に接続される。また、直流リアクトル８の他端には、コンデンサ９の一端が接続されている。コンデンサ９の他端は、ダイオード整流器７の負極側の出力点およびインバータ１１の負極側の入力点に接続されている。直流リアクトル８およびコンデンサ９は、ダイオード整流器７から出力される直流電力を平滑化するために設けられている。
　直流母線電圧検出部１０は、コンデンサ９の両端電圧を直流母線電圧ＶDCとして検出し、変調部１３に出力する。また、直流母線電圧検出部１０は、脈動抑制装置２００への入力信号ｙが直流母線電圧ＶDCである場合には、検出した直流母線電圧ＶDCを脈動抑制装置２００に出力する。この場合、脈動抑制装置２００は、直流母線電圧ＶDCの脈動を抑制する。ＤＣ－ＡＣコンバータであるインバータ１１は、直流電圧を交流電圧に変換し、交流電圧によってモータ１０２を駆動する。
　変調部１３は、インバータ１１を動作させるためのＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）信号を決定する。具体的には、変調部１３は、直流母線電圧検出部１０から送られてくる直流母線電圧ＶDCおよび後述する座標変換部１６から送られてくる電圧の指令ベクトル（後述する三相電圧指令ベクトルＶ* uvw）に基づいて、ＰＷＭ信号を決定し、インバータ１１に出力する。
　電流検出部１２は、インバータ１１からモータ１０２に流れる相電流（相電流ベクトルＩuvw）を検出して回転子位置演算部１４および後述する座標変換部１７に出力する。
　モータ１０２は、直流電動機であってもよいし交流電動機であってもよい。ここでは、モータ１０２が交流電動機である場合について説明する。電源回路１０１は、モータ１０２の制御を回転二相座標系で行う。ここでは、電源回路１０１が、回転子磁石の方向を基準としたｄｑ回転座標系で制御を行う場合について説明するが、電源回路１０１は、ｄｑ回転座標系以外の他の座標系で制御を行ってもよい。
　電源回路１０１は、回転二相座標系で制御を行うために、固定二相座標と回転二相座標との角度差を求める。ここでは、電源回路１０１内の回転子位置演算部１４が、座標変換部１６から三相電圧指令ベクトルＶ* uvwを受け付けて、三相電圧指令ベクトルＶ* uvwと相電流ベクトルＩuvwとから、推定磁極位置θ^eと推定角速度ω^eとを推定する。推定磁極位置θ^eは、モータ１０２が備える回転子の磁極位置を推定した情報である。推定角速度ω^eは、回転子の角速度を推定した情報である。以下、「*」を用いて示される情報は指令の情報であり、「^」を用いて示される情報は推定された情報である。回転子位置演算部１４は、推定磁極位置θ^eを座標変換部１７および後述する加算器１９に出力し、推定角速度ω^eを後述する電圧指令決定部１５に出力する。
　モータ１０２が回転している最中に発生する速度起電力から回転子の磁極位置を推定する方法としては、適応磁束オブザーバ、拡張誘起電圧オブザーバなど、種々の方法がある。また、電源回路１０１は、エンコーダ、レゾルバといった位置センサを用いて回転子の磁極位置を直接的に観測してもよい。電源回路１０１は、回転子の磁極位置に基づいて、回転子の角速度を算出する。
　電気機械システム１００は、加速度センサ１および力センサ２の少なくとも一方を有していてもよい。図１３では、電気機械システム１００が、加速度センサ１および力センサ２を有している場合を示している。加速度センサ１は、モータ１０２の加速度ａmを検出して脈動抑制装置２００に出力する。力センサ２は、冷媒配管などにかかる力Ｆmを検出して脈動抑制装置２００に出力する。
　電気機械システム１００に対しては、機械装置１０３の内部の部品に掛かる応力または振動を抑制したい場合、加速度センサ１および力センサ２が機械装置１０３に取り付けられる場合がある。例えば、機械装置１０３が圧縮機構である場合、圧縮機３は、冷媒の吐出、吸入、または圧縮のプロセスによって、冷媒配管または圧縮機３が設置された設置床面に対して振動を与える。このため、圧縮機３の制御では冷媒配管または設置床面に対する応力ストレス、または圧縮機３の筐体の振動を抑制することが求められる。電気機械システム１００は、加速度センサ１または力センサ２を用いることで、こういった応力ストレスまたは振動を高精度に抑えることができる。
　ところが、モータ１０２から加速度センサ１または力センサ２までのプラントの周波数特性を調べるのは煩雑である。実施の形態３の脈動抑制装置２００は、プラントの周波数特性および入出力特性を正確に把握できない場合においても、偏差ベクトルＥの挙動に基づいて、回転量θRを適正化するので、容易に脈動を低減することができる。すなわち、脈動抑制装置２００は、電気機械システム１００が複雑なプラント特性を有する場合、またはプラントの特性変動が激しい場合であっても、煩雑な事前調整を行うことなく、周期外乱ｄcに起因する脈動を的確に低減することができる。
　脈動抑制装置２００は、さまざまな種類の周期外乱ｄcの抑制に効果を発揮するが、実施の形態３では、脈動抑制装置２００が、直流母線電圧ＶDCの脈動に起因する電流脈動を抑制するビートレス制御を実行する場合について説明する。
　図１４は、実施の形態３にかかるモータ制御装置の構成を示す図である。モータ制御装置３００は、脈動抑制装置２００に接続されて使用される。なお、単一の計算機でモータ制御装置３００および脈動抑制装置２００の演算が行われてもよい。モータ制御装置３００は、電気機械システム１００から相電流ベクトルＩuvwを受け付けて、電気機械システム１００に三相電圧指令ベクトルＶ* uvwを出力する。
　モータ制御装置３００は、モータ１０２を駆動するための一連の制御演算を行う。モータ制御装置３００は、電圧指令決定部１５と、座標変換部１６，１７と、加算器１９とを有している。
　座標変換部１７は、電流検出部１２からモータ１０２の相電流ベクトルＩuvwを受け付ける。座標変換部１７は、相電流ベクトルＩuvwを、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqに座標変換する。すなわち、座標変換部１７は、三相電流ベクトルを、回転二相座標系の電流ベクトルである２つのベクトル（ｄ軸電流ベクトルおよびｑ軸電流ベクトル）に変換する。座標変換部１７は、この座標変換に回転子位置演算部１４から送られてくる推定磁極位置θ^eを用いる。すなわち、座標変換部１７は、回転子位置情報である推定磁極位置θ^eに基づいて回転二相変換を行う。座標変換部１７は、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqを、脈動抑制装置２００および電圧指令決定部１５に出力する。
　電圧指令決定部１５は、モータ１０２に印加する電圧指令を決定する。すなわち、電圧指令決定部１５は、速度制御演算および電流制御演算を実行して、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqからｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dqを決定する。電圧指令決定部１５は、例えば、ベクトル制御によって、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqをｄ軸電流ベクトルとｑ軸電流ベクトルとに分解してｄ軸電圧指令ベクトルとｑ軸電圧指令ベクトルとを決定する。そして、電圧指令決定部１５は、ｄ軸電圧指令ベクトルおよびｑ軸電圧指令ベクトルからｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dqを決定する。電圧指令決定部１５は、速度指令ω* eと、回転子位置演算部１４から送られてくる推定角速度ω^eとが一致するように、ｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dqを決定する。速度指令ω* eは、回転子の角速度の指令である。電圧指令決定部１５は、モータ制御装置３００の上位装置が用いる上位プログラムから速度指令ω* eを取得する。電圧指令決定部１５は、ｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dqを座標変換部１６に出力する。
　実施の形態３の脈動抑制装置２００は、インバータ１１への電圧指令の電圧位相を操作することによって直流母線電圧ＶDCの周期脈動に起因するモータ電流の脈動を抑制する。具体的には、脈動抑制装置２００は、ユーザによって入力される外乱周波数ｆdisを受け付けるとともに、モータ１０２のｄｑ軸電流ベクトルＩdqを座標変換部１７から受け付ける。脈動抑制装置２００は、ユーザによって入力される外乱周波数ｆdisに基づいて、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqの中に含まれる外乱周波数ｆdisの成分を抽出し、抽出した成分を低減する電圧位相の操作量（位相変化量）θbを決定する。ｄｑ軸電流ベクトルＩdqは、電流検出部１２が実際に検出し座標変換部１７がｄｑ回転座標系に座標変換した電流ベクトルである。
　脈動抑制装置２００は、電圧位相の操作量θbを加算器１９に出力する。このように、脈動抑制装置２００は、電圧位相の操作量θbを出力することでインバータ１１への電圧指令の電圧位相を操作し、これにより、モータ電流の脈動を抑制する。
　加算器１９は、回転子位置演算部１４から送られてくる推定磁極位置θ^eに、脈動抑制装置２００から送られてくる電圧位相の操作量θbを加算することで、位相角θ^ebを決定する。すなわち、加算器１９は、電圧位相の操作量θbと推定磁極位置θ^eとの和を位相角θ^ebに決定する。位相角θ^ebは、外乱周波数ｆdisに対応する脈動を抑制するために調整された、回転子の磁極位置である。加算器１９は、位相角θ^ebを座標変換部１６に送る。
　座標変換部１６は、位相角θ^ebを用いてｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dqを三相電圧指令ベクトルＶ* uvwに変換する。すなわち、座標変換部１６は、脈動を抑制するために調整された回転子の磁極位置（位相角θ^eb）に基づいて、三相電圧指令ベクトルＶ* uvwを生成する。具体的には、座標変換部１６は、位相角θ^ebを用いてｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dqの電圧位相を操作し、操作したｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dqを三相電圧指令ベクトルＶ* uvwに変換する。座標変換部１６は、三相電圧指令ベクトルＶ* uvwを変調部１３に出力する。これにより、変調部１３は、三相電圧指令ベクトルＶ* uvwおよび直流母線電圧ＶDCに基づいてＰＷＭ信号を決定する。このＰＷＭ信号は、インバータ１１に出力される。
　インバータ１１は、ＰＷＭ信号に応じた電圧をモータ１０２に出力する。これにより、モータ１０２は、脈動抑制装置２００、モータ制御装置３００、および電源回路１０１によって駆動される。一般的に、直流リアクトル８またはコンデンサ９が小容量化されると、直流母線電圧ＶDCが大きく脈動しやすくなる。入力が三相交流電源の場合、直流母線電圧ＶDCの脈動周波数である外乱周波数は、電源周波数の６倍になることが知られている。また、単相交流電源の場合、直流母線電圧ＶDCの脈動周波数である外乱周波数は、電源周波数の２倍になることが知られている。さらに、これらの整数倍の周波数の高調波脈動が生じる。こういった直流母線電圧ＶDCの脈動により、モータ電流に脈動が生じる。
　ｄｑ軸電流で見ると、この電流脈動の周波数は、外乱周波数および外乱周波数の整数倍の周波数に一致する。この電流脈動を三相座標上で観測すると、外乱周波数ｆdisとモータ１０２の相電流の周波数ｆeとの和および差の周波数｜ｆdis±ｆe｜の電流脈動になる。この電流脈動は、差の周波数｜ｆdis－ｆe｜が小さいときに顕在化しやすい。
　直流母線電圧ＶDCの脈動によって生じるこの低周波（外乱周波数ｆdis）の相電流脈動はビート振動と呼ばれ、古くからさまざまな対策が検討されてきた。ビート振動によって相電流が脈動すると、電流ピーク値の増加によってモータ効率が悪化したり、過電流保護の制約によってモータ１０２の最大出力が低下したり、モータ１０２の振動または騒音が増加したりするなどのデメリットが生じる。
　実施の形態３の脈動抑制装置２００は、モータ電流の脈動を抑制するためビート振動を自動的に最小化する。脈動抑制装置２００は、電圧位相を操作することで、電圧指令の振幅を操作することができないインバータ電圧の電圧飽和領域においてもビート振動を最小化する。
　図１５は、実施の形態３にかかる脈動抑制装置が電圧位相操作を行わない場合のビート振動を説明するための図である。図１６は、実施の形態３にかかる脈動抑制装置が電圧位相操作によってビート振動を抑制する原理を説明するための図である。
　図１５および図１６に示すグラフの横軸はｄ軸であり、縦軸はｑ軸である。図１５および図１６では、インバータ１１が平均的に出力する電圧を（ｖd0，ｖq0）で示し、平均的に出力する電流を（ｉd0，ｉq0）で示している。すなわち、平均的にみると、インバータ１１がｖd0およびｖq0の電圧を出力しており、モータ１０２にはｉd0およびｉq0の電流が流れているとする。
　インバータ１１の電圧であるインバータ電圧が飽和しているとき、インバータ電圧は、直流母線電圧ＶDCの脈動（外乱電圧ＶＤ）によって、図１５に示すように伸縮する。これによりｄｑ軸電流は、（ｉd0，ｉq0）の点を中心とした楕円状の軌跡を描く。すなわち、ｄｑ軸電流の軌跡である電流軌跡Ｉｔａは、楕円状の軌跡となる。このｄｑ軸電流の楕円状の電流軌跡Ｉｔａが大きくなるほど、相電流に現れるビート振動も大きくなる。
　実施の形態３では、脈動抑制装置２００は、インバータ電圧の電圧飽和領域では、電圧指令の振幅を操作することができないので、ビート振動を小さくするために電圧位相を操作する。
　一般的に、ｄｑ軸電圧指令に対して、適切に電圧位相に変化を与えれば、ｄｑ軸電流の楕円軌跡が小さくなることが知られている。こういった電圧位相操作型のビートレス制御は種々検討されているが、効率的にｄｑ軸電流の楕円状の電流軌跡Ｉｔａを小さくするために、どのような電圧位相変化（電圧位相の操作量）を与えればよいのかという点については検討されていなかった。
　脈動抑制装置２００は、適切に電圧位相を変化させることで、図１６に示すように、効率的にｄｑ軸電流の楕円状の電流軌跡Ｉｔｂを小さくする。図１６では、脈動抑制装置２００が、電圧位相を位相変化量Ｐｃだけ変化させることで、脈動抑制装置２００の電圧の軌跡が電圧軌跡Ｖｔとなり、ｄｑ軸電流の楕円状の電流の軌跡が電流軌跡Ｉｔｂとなった場合を示している。
　また、脈動抑制装置２００は、ビートレス制御の効果を高めるために、ｄｑ軸電流の楕円状の電流軌跡Ｉｔｂの長短軸方向が、ユーザが所望する角度になるようにモータ１０２を駆動する。
　実施の形態３では、脈動抑制装置２００がｄｑ軸電流の楕円状の電流軌跡Ｉｔｂを小さくし、且つ長短軸方向をユーザに設定された所望の角度にするために、脈動抽出部２０５の構成を図１７に示す構成とした。
　図１７は、実施の形態３にかかる脈動抑制装置が備える脈動抽出部の構成を示す図である。脈動抽出部２０５は、ノルム演算部４０１と、重み係数設定部４０２と、位相角演算部４０３と、ｃｏｓ信号発生部４０４と、ｓｉｎ信号発生部４０５と、ｃｏｓ成分抽出部４０６と、ｓｉｎ成分抽出部４０７とを有している。
　ノルム演算部４０１は、入力信号ｙとして、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqを電気機械システム１００から受け付ける。ここでの脈動抑制装置２００は、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqの脈動を低減する。
　ノルム演算部４０１は、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqのノルム（絶対値）、または重み付きノルムを計算する。脈動抽出部２０５は、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqの重み付きノルムを計算する場合に重み係数設定部４０２を有していればよく、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqのノルムを計算する場合（重み付きノルムを計算しない場合）には重み係数設定部４０２を有していなくてもよい。重み係数設定部４０２は、ユーザによって設定される後述の重み係数ｗ1，ｗ2を記憶しておき、ノルム演算部４０１に重み係数ｗ1，ｗ2を設定する。
　重み係数ｗ1は、ｄ軸電流への重みであり、重み係数ｗ2は、ｑ軸電流への重みである。重み係数ｗ1，ｗ2の比率によって、ｄ軸電流およびｑ軸電流の重みが調整される。ノルムには種々の種類があるが、もっとも有名なノルムは以下の式（９）を用いて計算されるＬ２ノルムである。
　ただし、式（９）でのｉdおよびｉqは、ｄｑ軸電流（ｄ軸電流およびｑ軸電流）である。ノルム演算部４０１は、式（９）を用いてノルムである｜Ｉdq｜2を計算する。｜Ｉdq｜2は、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqの絶対値に相当する。なお、ノルム演算部４０１は、Ｌ２ノルムの代わりに、Ｌ１ノルム、Ｌ∞ノルムなどを用いてもよい。
　また、ノルム演算部４０１は、重み係数ｗ1，ｗ2を適用した以下の式（１０）を用いて重み付きノルムである｜Ｉdqw｜を計算してもよい。この場合、ノルム演算部４０１は、重み係数設定部４０２が記憶している重み係数ｗ1，ｗ2を用いて｜Ｉdqw｜を計算する。
　式（１０）での重み係数ｗ1，ｗ2は、ゼロ以上の任意の値とする。なお、式（１０）においては、ｉd 2およびｉq 2の代わりに、ｉd 3およびｉq 3が適用されてもよいし、ｉd 4およびｉq 4などが適用されてもよい。また、｜Ｉdq｜2は、ｗ1＝ｗ2＝１のときの｜Ｉdqw｜に等しい。図１７では、ノルム演算部４０１が｜Ｉdqw｜を計算してｃｏｓ成分抽出部４０６に出力する場合の脈動抽出部２０５の構成を示している。
　実施の形態３の脈動抑制装置２００は、ノルム演算部４０１が演算したノルム（｜Ｉdq｜2または｜Ｉdqw｜）の脈動成分を低減する。なお、入力信号ｙは、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqに限らず、ノルム演算部４０１が演算したノルムであってもよい。ここでは、入力信号ｙが｜Ｉdqw｜である場合について説明する。すなわち、何れかのノルムの信号を入力信号ｙとする。ノルム演算部４０１は、入力信号ｙである｜Ｉdqw｜をｃｏｓ成分抽出部４０６およびｓｉｎ成分抽出部４０７に送る。
　脈動抑制装置２００が、どういったノルムの脈動成分を抑えるかによって、ビートレス制御によって得られる効果が変わってくる。例えば、相電流ピーク値を抑えたい場合は、脈動抑制装置２００は、｜Ｉdq｜2の脈動を小さく抑える。また、モータ１０２の振動および騒音を抑えたい場合は、脈動抑制装置２００は、ｗ1＝０、ｗ2＝１とし、ｑ軸電流の脈動を抑える。また、脈動抑制装置２００は、これらの中間の状態を目指す場合は、ｗ1＝０．５、ｗ2＝０．５のように重み係数ｗ1，ｗ2を変えてもよい。また、脈動抑制装置２００は、ｗ1＝０．２５、ｗ2＝０．７５などのように重み係数ｗ1，ｗ2を変えてもよいし、ｗ1＝０．７５、ｗ2＝０．２５などのように重み係数ｗ1，ｗ2を変えてもよい。また、脈動抑制装置２００は、ｄ軸電流がｑ軸電流よりも大きいケースでは、ｗ1＝１、ｗ2＝０とし、ｄ軸電流の脈動を抑えるようにしてもよい。
　ノルム演算部４０１での演算は、ｄｑ軸電流の楕円状の電流軌跡Ｉｔｂの長短軸方向をユーザが所望する角度にするための演算であり、ビートレス制御を効果的に作用させるための演算である。
　重み係数設定部４０２には、ビートレス制御の目的（ビートレス制御によってどのような制御効果を得たいか）に応じて、重み係数ｗ1，ｗ2が設定される。重み係数ｗ1，ｗ2は、脈動抑制装置２００のユーザが任意に設定してよい。なお、以下では、重み付けされていないノルムについて説明する場合があるが、ノルムは、重み付きノルムであってもよい。なお、重み係数設定部４０２は、ｄｑ軸電流ベクトルＩdq、モータ１０２の回転数などに基づいて、重み係数ｗ1，ｗ2を調整してもよい。
　位相角演算部４０３は、式（２）に基づいて、脈動を検波する信号の位相角θdisを演算する。すなわち、位相角演算部４０３は、式（２）を用いて、外乱周波数ｆdisから位相角θdisを演算する。位相角演算部４０３は、位相角θdisをｃｏｓ信号発生部４０４およびｓｉｎ信号発生部４０５に出力する。
　ｃｏｓ信号発生部４０４およびｃｏｓ成分抽出部４０６は、式（３）に基づいて、入力信号ｙに含まれるｃｏｓ成分であるｙcosを計算する。すなわち、ｃｏｓ信号発生部４０４は、位相角θdisから位相角θdisのｃｏｓ成分であるｃｏｓθdisを発生させてｃｏｓ成分抽出部４０６に出力する。ｃｏｓ成分抽出部４０６は、式（３）に入力信号ｙおよびｃｏｓθdisを適用することで、入力信号ｙに含まれるｃｏｓ成分であるｙcosを計算する。
　同様に、ｓｉｎ信号発生部４０５およびｓｉｎ成分抽出部４０７は、式（４）に基づいて、入力信号ｙに含まれるｓｉｎ成分であるｙsinを計算する。すなわち、ｓｉｎ信号発生部４０５は、位相角θdisから位相角θdisのｓｉｎ成分であるｓｉｎθdisを発生させてｓｉｎ成分抽出部４０７に出力する。ｓｉｎ成分抽出部４０７は、式（４）に入力信号ｙおよびｓｉｎθdisを適用することで、入力信号ｙに含まれるｓｉｎ成分であるｙsinを計算する。
　ｃｏｓ成分抽出部４０６は、計算したｙcosを減算器２０１Ａに出力し、ｓｉｎ成分抽出部４０７は、計算したｙsinを減算器２０１Ｂに出力する。
　前述したように、減算器２０１Ａは、予め記憶しておいた脈動成分の目標値ｒ*と脈動のｃｏｓ成分であるｙcosとの差を演算し、演算結果をｃｏｓ成分の偏差ｅcosとして回転演算部２０２に出力する。また、減算器２０１Ｂは、脈動成分の目標値ｒ*と脈動のｓｉｎ成分であるｙsinとの差を演算し、演算結果をｓｉｎ成分の偏差ｅsinとして回転演算部２０２に出力する。
　回転演算部２０２、積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂ、および交流復元部２０４は、実施の形態１の場合と同様の処理を実行する。これにより、交流復元部２０４から出力信号ｘが電気機械システム１００に出力される。
　図１８は、実施の形態３にかかる交流復元部の構成を示す図である。なお、図１８の各構成要素のうち図１７に示す脈動抽出部２０５が有する構成要素と同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。交流復元部２０４は、位相角演算部４０３と、ｃｏｓ信号発生部４０４と、ｓｉｎ信号発生部４０５と、乗算器４０８，４０９と、加算器４１０とを有している。
　位相角演算部４０３、ｃｏｓ信号発生部４０４、およびｓｉｎ信号発生部４０５は、脈動抽出部２０５が有する位相角演算部４０３、ｃｏｓ信号発生部４０４、およびｓｉｎ信号発生部４０５と同様の処理を実行する。
　ｃｏｓ信号発生部４０４は、位相角θdisからｃｏｓθdisを発生させて乗算器４０８に出力する。また、ｓｉｎ信号発生部４０５は、位相角θdisからｓｉｎθdisを発生させて乗算器４０９に出力する。
　乗算器４０８，４０９および加算器４１０は、以下の式（１１）に基づいて、脈動抑制装置２００の出力信号ｘである操作量θbを計算する。
　具体的には、乗算器４０８は、積分制御部２０３Ａから送られてくるｘcosに、ｃｏｓ信号発生部４０４から送られてくるｃｏｓθdisを乗算し、乗算結果を加算器４１０に出力する。また、乗算器４０９は、積分制御部２０３Ｂから送られてくるｘsinに、ｓｉｎ信号発生部４０５から送られてくるｓｉｎθdisを乗算し、乗算結果を加算器４１０に出力する。加算器４１０は、乗算器４０８から送られてくる乗算結果に乗算器４０９から送られてくる乗算結果を加算することで操作量θbを計算し、電気機械システム１００に出力する。
　ここで、回転量調整部２０６が調整する回転量θRについて説明する。回転量調整部２０６は、何れの方法によって回転量θRを調整してもよい。回転量調整部２０６による回転量θRの調整方法については後述する。
　図１９は、実施の形態３にかかる脈動抑制装置が脈動抑制の制御を実行している際の偏差ベクトルの第１の挙動を示す図である。図２０は、実施の形態３にかかる脈動抑制装置が脈動抑制の制御を実行している際の偏差ベクトルの第２の挙動を示す図である。図２１は、実施の形態３にかかる脈動抑制装置が脈動抑制の制御を実行している際の偏差ベクトルの第３の挙動を示す図である。
　図１９～図２１の横軸はｃｏｓ成分（ｅcos）であり、縦軸はｓｉｎ成分（ｅsin）である。図１９～図２１では、脈動抑制装置２００がビートレス制御を実行している際のｅcosおよびｅsinから構成される偏差ベクトルＥの挙動を模式的に示している。
　脈動抑制装置２００は、脈動抑制の制御を実行している際の回転量θRが適切であるか（制御が適切に行われているか）否かを、偏差ベクトルＥと、偏差ベクトルＥの時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅとを調べることで判別できる。以下、偏差ベクトルＥの時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅを時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅという場合がある。
　図１９に示す偏差ベクトルＥの第１の挙動のように、偏差ベクトルＥと時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅとが逆位相である場合、脈動抑制装置２００は、回転量θRは最も適切な状態であると判断する。
　また、図２０に示す偏差ベクトルＥの第２の挙動のように、偏差ベクトルＥの垂直線よりも時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅの向きが内側（原点側）にある場合、脈動抑制装置２００は、回転量θRはある程度適切な状態であると判断する。
　図２１に示す偏差ベクトルＥの第３の挙動のように、偏差ベクトルＥの垂直線よりも時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅの向きが外側にある場合、脈動抑制装置２００は、回転量θRは不適切な状態であると判断する。
　図２１に示す偏差ベクトルＥの状態を放置すると、ビートレス制御が不安定化して発散するので、脈動抑制装置２００は、偏差ベクトルＥが図１９または図２０に示す状態になるように回転量θRを修正する。
　なお、脈動抑制装置２００は、図２０に示すように、偏差ベクトルＥの垂直線よりも時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅの向きが内側にある場合に、時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅの向きがさらに内側に向くように回転量θRを修正してもよい。
　脈動抑制装置２００は、回転量θRを修正するために、ビートレス制御が適切に行われているか否かを定量的な数値（評価値）で評価する。脈動抑制装置２００は、評価値に応じた修正量で回転量θRを修正する。
　図２２は、実施の形態３にかかる脈動抑制装置が、ビートレス制御が適切に行われているか否かを評価するための評価値を説明するための図である。図２２の横軸はｃｏｓ成分であり、縦軸はｓｉｎ成分である。
　図２２では、評価値の定義の一例を示している。脈動抑制装置２００は、例えば、偏差ベクトルＥと、偏差ベクトルＥの時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅとの外積（２つのベクトルがなす平行四辺形の面積）を利用して、ビートレス制御の動作の妥当性を評価する。ここでは、ビートレス制御が適切に行われているか否かを評価するための評価値をＣdで示している。偏差ベクトルＥと、偏差ベクトルＥの時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅとの外積がＣdである。
　脈動抑制装置２００は、偏差ベクトルＥと、偏差ベクトルＥの時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅとがなす平行四辺形の面積が小さいほど、回転量θRの修正量を小さくする。これにより、偏差ベクトルＥと時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅとのなす角度が１８０度に近いほど、または０度に近いほど回転量θRの修正量が小さくなる。すなわち、脈動抑制装置２００は、偏差ベクトルＥと時間微分ベクトル（ｄ／ｄｔ）Ｅとのなす角度が９０度に近いほど回転量θRの修正量を大きくする。
　図２３は、実施の形態３にかかる脈動抑制装置が有する回転量調整部の構成を示す図である。実施の形態３の回転量調整部２０６は、評価値演算部である外積演算部５００と、評価値制御部５０７とを有している。評価値制御部５０７は、不感帯５０５と、ＰＩＤ制御部５０６とを備えている。
　外積演算部５００は、疑似微分器５０２Ａ，５０２Ｂと、乗算器５０３Ａ，５０３Ｂと、減算器５０４とを備えている。なお、図２３で示している記号ｓはラプラス演算子である。回転量調整部２０６に対しては、疑似微分器５０２Ａ，５０２Ｂの代わりに、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low　Pass　Filter、低域通過濾波器）のない微分器が用いられてもよいが、図２３では、微分ノイズを除去するためのローパスフィルタが付与された疑似微分器５０２Ａ，５０２Ｂが用いられる場合について説明する。
　外積演算部５００へは、減算器２０１Ａから偏差ｅcosが入力され、減算器２０１Ｂから偏差ｅsinが入力される。外積演算部５００は、外積演算によって評価値であるＣdを計算する。外積演算部５００では、偏差ｅcosが疑似微分器５０２Ａおよび乗算器５０３Ｂに入力され、偏差ｅsinが疑似微分器５０２Ｂおよび乗算器５０３Ａに入力される。
　疑似微分器５０２Ａは、偏差ｅcosを時間ｔで微分してローパスフィルタを通すことによって（ｄ／ｄｔ）ｅcosを算出し、乗算器５０３Ａに出力する。乗算器５０３Ａは、ｅsinと（ｄ／ｄｔ）ｅcosとを乗算し、乗算結果を減算器５０４に出力する。
　疑似微分器５０２Ｂは、偏差ｅsinを時間ｔで微分してローパスフィルタを通すことによって（ｄ／ｄｔ）ｅsinを算出し、乗算器５０３Ｂに出力する。乗算器５０３Ｂは、ｅcosと（ｄ／ｄｔ）ｅsinとを乗算し、乗算結果を減算器５０４に出力する。
　減算器５０４は、乗算器５０３Ａから出力された乗算結果から、乗算器５０３Ｂから出力された乗算結果を減算することで、評価値であるＣdを計算する。減算器５０４は、Ｃdを不感帯５０５に出力する。
　不感帯５０５は、ビートレス制御が最終値に収束した後に回転量θRの調整を停止させる。回転量θRの調整が必要以上に行われることは、ビートレス制御の安定性の面で好ましくないので、実施の形態３の回転量調整部２０６は、ビートレス制御がユーザ所望の特定値（最終値）に収束した後、不感帯５０５によって回転量θRの調整を停止させている。なお、回転量調整部２０６が不感帯５０５を用いることは一例であり、回転量θRの調整を停止させるための仕組みとして不感帯５０５以外の他の回路等が用いられてもよい。
　ＰＩＤ制御部５０６は、不感帯５０５から出力されてくる信号に対してＰＩＤ制御を実行し、回転量θRを回転演算部２０２に出力する。ＰＩＤ制御部５０６は、評価値Ｃdが少しずつゼロに近付くように、不感帯５０５から出力されてくる信号を用いてＰＩＤ制御を実行する。なお、回転量θRの調整も何れの回路を用いて行われてもよい。回転量θRの調整は、例えば、ＰＩ制御を実行するＰＩ制御部で行われてもよい。さらに良い制御結果が期待できるのであれば、別種類の制御部またはＡＩを用いて回転量θRが調整されてもよい。
　回転量調整部２０６が回転量θRを変化させると、ビートレス制御の動作が適正化され、評価値Ｃdが減少していく。評価値Ｃdが特定値まで減少すると、回転量θRの変化が停止する。このとき、回転量θRは、適切な値になっているので、偏差ベクトルＥはいずれゼロに収束する。
　実施の形態３においてノルムまたは重み付けノルムの脈動の最小化を目指す理由は、最小化がインバータ電圧の電圧飽和領域（インバータ過変調領域）で実現できる最も良い状態だからである。直流母線電圧ＶDCが脈動している場合、ｄｑ軸電流の両方に脈動が生じるが、ｄｑ軸電流脈動の両方を同時に抑制するためには、電圧の振幅と位相との両方を操作しなければならない。これは制御自由度の観点から考えて自明なことである。インバータ過変調のときのように電圧の位相しかコントロールできない状態では、脈動抑制装置２００が制御できるパラメータは１つだけである。したがって、このような状況下において、脈動抑制装置２００では、電圧の位相を制御することで、ノルムまたは重み付けノルムの脈動の最小化を目指す。
　このように、脈動抑制装置２００は、電圧の位相を適切に操作することで任意のノルムまたは重み付けノルムの脈動を最小化する。ただし、脈動を最小化するための最適な電圧位相の操作量θbは、電気機械システム１００が配置される制御プラントの複雑性、モータ力率の影響、電源インダクタンス６の影響などによって複雑に変化する。すなわち、電気機械システム１００のプラント特性が複雑な場合、またはプラント特性に激しい特性変動が生じるような場合には、脈動を最小化するための電圧位相の操作量θbが複雑に変化する。
　従来の脈動抑制装置ではこういった複雑なプラント特性などに対応できないので、動作条件によっては脈動抑制の制御を適切に行うことができなかった。実施の形態３の脈動抑制装置２００は、回転量調整部２０６を備えているので、さまざまな状況下においてもビート振動などの脈動の抑制を確実に実現することができる。
　脈動抑制装置２００が、どういったノルムの脈動成分を抑えるかによって、脈動抑制の制御によって得られる効果が変わってくる。脈動抑制装置２００は、ユーザが所望する脈動成分を抑えることで、例えば、電流ピーク値の増加によるモータ効率の悪化、過電流保護の制約によるモータ１０２の最大出力の低下、モータ１０２の振動または騒音の増加などを防ぐことができる。
　つぎに、モータ制御装置３００および脈動抑制装置２００の動作について説明する。図２４は、実施の形態３にかかるモータ制御装置および脈動抑制装置が実行する制御処理の処理手順を示すフローチャートである。ここでは、変調部１３および回転子位置演算部１４が脈動抑制装置２００に配置されている場合について説明する。
　モータ制御装置３００は、電流検出部１２によって検出されたモータ１０２に流れる相電流（相電流ベクトルＩuvw）を電流検出部１２から取得する（ステップＳ１０）。続いて、脈動抑制装置２００は、直流母線電圧検出部１０によって検出されたコンデンサ９の両端電圧である直流母線電圧ＶDCを直流母線電圧検出部１０から取得する（ステップＳ２０）。
　その後、座標変換部１７は、電流の座標変換演算を行う（ステップＳ３０）。すなわち、座標変換部１７は、電流検出部１２から受け付けた相電流ベクトルＩuvwを、推定磁極位置θ^eを用いてｄｑ軸電流ベクトルＩdqに座標変換する。
　回転子位置演算部１４は、回転子位置を演算する（ステップＳ４０）。これにより、回転子位置演算部１４は、モータ１０２の回転子の位置情報および回転子の速度情報を取得する。具体的には、回転子位置演算部１４は、三相電圧指令ベクトルＶ* uvwと相電流ベクトルＩuvwとから、回転子の位置情報である推定磁極位置θ^eと、回転子の速度情報である推定角速度ω^eとを推定する。
　電圧指令決定部１５は、モータ１０２を所望の速度およびトルクで回転させるための電圧指令を演算する（ステップＳ５０）。具体的には、電圧指令決定部１５は、速度指令ω* eと、推定角速度ω^eとが一致するように、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqからｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dqを演算する。
　脈動抑制装置２００は、ビートレス制御演算を実行する（ステップＳ６０）。これにより、脈動抑制装置２００は、電圧位相の操作量θbを決定する。具体的には、脈動抑制装置２００は、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqの中に含まれる外乱周波数ｆdisの成分を抽出し、抽出した成分を低減する電圧位相の操作量θbを決定する。
　座標変換部１６は、電圧指令を三相座標上の値に座標変換する（ステップＳ７０）。具体的には、座標変換部１６は、電圧位相の操作量θbと推定磁極位置θ^eとの和である位相角θ^ebを用いてｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dqを三相電圧指令ベクトルＶ* uvwに変換する。
　変調部１３は、変調演算を実行する（ステップＳ８０）。具体的には、変調部１３は、直流母線電圧ＶDCおよび三相電圧指令ベクトルＶ* uvwに基づいて、ＰＷＭ信号を決定する。変調部１３は、インバータ１１にＰＷＭ信号を与える。これにより、インバータ１１がモータ１０２を駆動する。このように、電圧位相の操作量θbを用いてモータ１０２が駆動されることで、動作条件が大きく変化しても、電流のビート振動を効果的に抑制することが可能となる。
　つぎに、脈動抑制装置２００の動作について説明する。図２５は、実施の形態３にかかる脈動抑制装置が実行するビートレス制御処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図２５に示す処理のうち、図１０で説明した処理と同様の処理については、同じステップ番号を付している。
　脈動抑制装置２００では、重み係数設定部４０２が、予め記憶しておいた重み係数ｗ1，ｗ2をノルム演算部４０１に設定する（ステップＳ１１０）。ノルム演算部４０１は、ノルム演算を実行する（ステップＳ１２０）。すなわち、ノルム演算部４０１は、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqのノルムまたは重み付きノルムを計算する。
　脈動抽出部２０５は、ノルム演算部４０１で計算されたノルムまたは重み付きノルムの脈動抽出演算を実行する（ステップＳ１３０）。すなわち、脈動抽出部２０５は、外乱周波数ｆdisの成分および外乱周波数ｆdisの整数倍の高調波成分に基づいて、ノルムまたは重み付きノルムに含まれる脈動成分を抽出する。
　脈動抽出部２０５では、位相角演算部４０３、ｃｏｓ信号発生部４０４、ｓｉｎ信号発生部４０５、ｃｏｓ成分抽出部４０６、およびｓｉｎ成分抽出部４０７が、脈動成分を抽出する。脈動抽出部２０５は、ノルムの脈動のｃｏｓ成分をｙcosとして減算器２０１Ａに出力し、ノルムの脈動のｓｉｎ成分をｙsinとして減算器２０１Ｂに出力する。
　減算器２０１Ａは、ｃｏｓ成分の偏差ｅcosを演算し、減算器２０１Ｂは、ｓｉｎ成分の偏差ｅsinを演算する（ステップＳ２１０）。回転量調整部２０６は、偏差ｅcosおよび偏差ｅsinに基づいて、回転量θRを調整する（ステップＳ２２０）。回転量調整部２０６は、調整した回転量θRを回転演算部２０２に設定する。
　回転演算部２０２は、回転量θRを用いて、ベクトルの回転演算を行う（ステップＳ２３０）。これにより、回転演算部２０２は、ｅRcosおよびｅRsinを演算する。積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂは、積分制御演算を実行する（ステップＳ２４０）。これにより、積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂは、ｘcosおよびｘsinを決定する。
　交流復元部２０４は、交流復元演算を実行する（ステップＳ２５０）。具体的には、交流復元部２０４は、式（１）、式（２）、および式（１１）にｘcos、ｘsin、およびｆdisを適用することで、電圧位相の操作量θb（出力信号ｘ）を演算する。
　交流復元部２０４では、位相角演算部４０３、ｃｏｓ信号発生部４０４、ｓｉｎ信号発生部４０５、乗算器４０８，４０９、および加算器４１０が電圧位相の操作量θbを演算する。
　つぎに、回転量調整部２０６の動作について説明する。図２６は、実施の形態３にかかる回転量調整部が実行する回転量調整処理の処理手順を示すフローチャートである。
　外積演算部５００は、ビートレス制御が適切に行われているかを判定するための評価値であるＣdを、外積演算によって計算する（ステップＳ３２０）。すなわち、外積演算部５００は、減算器２０１Ａが演算したｃｏｓ成分の偏差ｅcosと、減算器２０１Ｂが演算した偏差ｅsinとに基づいて、評価値であるＣdを演算する。
　回転量調整部２０６の不感帯５０５は、不感帯処理を実行する（ステップＳ３３０）。回転量調整部２０６のＰＩＤ制御部５０６は、ＰＩＤ制御演算を行い（ステップＳ３４０）、評価値Ｃdがゼロになるように回転量θRを調整する。
　このように、実施の形態３によれば、脈動抑制装置２００の回転量調整部２０６は、回転量θRが不適切な状態である場合に、不適切な状態を自動的に検知し、回転量θRを修正するので、煩雑な制御調整を行うことなく、直流母線電圧ＶDCの脈動によって生じるビート振動を効果的に抑制することができる。
　また、脈動抑制装置２００は、ビート振動の抑制によって、電流ピーク値の増加によるモータ効率の悪化、過電流保護の制約によるモータ１０２の最大出力の低下、モータ１０２の振動または騒音の増加などを防ぐことができる。
実施の形態４．
　つぎに、図２７を用いて実施の形態４について説明する。実施の形態４では、脈動抑制装置を並列化することで、外乱周波数ｆdisの成分および外乱周波数ｆdisの整数倍の高調波成分に基づいて、脈動を抑制する。
　図２７は、実施の形態４にかかるモータ制御装置の構成を示す図である。図２７の各構成要素のうち図１４に示す実施の形態３のモータ制御装置３００と同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
　モータ制御装置３００Ａは、電気機械システム１００の機械的脈動または電気的脈動を抑制する脈動抑制システム２０に接続されて使用される。脈動抑制システム２０は、脈動抑制装置２００Ｘ，２００Ｙを有している。これにより、モータ制御装置３００Ａは、脈動抑制装置２００Ｘ，２００Ｙに接続されて使用される。なお、単一の計算機でモータ制御装置３００および脈動抑制装置２００Ｘ，２００Ｙの演算が行われてもよい。実施の形態４では、実施の形態３と同様に、ビートレス制御を脈動抑制の制御例として説明する。
　実施の形態４では、第１の脈動抑制装置である脈動抑制装置２００Ｘと第２の脈動抑制装置である脈動抑制装置２００Ｙとが並列化されている。脈動抑制装置２００Ｘ，２００Ｙは、実施の形態１などで説明した脈動抑制装置２００と同様に、電気機械システム１００から出力された入力信号ｙに基づいて、電気機械システム１００の脈動を抑制する装置である。
　脈動抑制装置２００Ｘの脈動抽出部２０５が第１の脈動抽出部であり、脈動抑制装置２００Ｙの脈動抽出部２０５が第２の脈動抽出部である。第１の脈動抽出部が抽出する周期脈動が第１の周期脈動であり、第１の脈動抽出部は、第１の周期脈動を第１のコサイン成分と第１のサイン成分とに分けて抽出する。第２の脈動抽出部が抽出する周期脈動が第２の周期脈動であり、第２の脈動抽出部は、第２の周期脈動を第２のコサイン成分と第２のサイン成分とに分けて抽出する。
　脈動抑制装置２００Ｘの回転量調整部２０６が第１の回転量調整部であり、脈動抑制装置２００Ｙの回転量調整部２０６が第２の回転量調整部である。第１の回転量調整部は、第１のコサイン成分および第１のサイン成分に対して回転演算を行う際の第１の回転量を決定し、第２の回転量調整部は、第２のコサイン成分および第２のサイン成分に対して回転演算を行う際の第２の回転量を決定する。
　脈動抑制装置２００Ｘの回転演算部２０２が第１の回転演算部であり、脈動抑制装置２００Ｙの回転演算部２０２が第２の回転演算部である。第１の回転演算部は、第１のコサイン成分および第１のサイン成分に対して第１の回転量で回転演算を行い、第２の回転演算部は、第２のコサイン成分および第２のサイン成分に対して第２の回転量で回転演算を行う。
　脈動抑制装置２００Ｘの積分制御部２０３Ａが第１の積分制御部であり、積分制御部２０３Ｂが第２の積分制御部である。そして、脈動抑制装置２００Ｙの積分制御部２０３Ａが第３の積分制御部であり、積分制御部２０３Ｂが第４の積分制御部である。第１の積分制御部は、回転演算された第１のコサイン成分を積分し、第２の積分制御部は、回転演算された第１のサイン成分を積分する。第３の積分制御部は、回転演算された第３のコサイン成分を積分し、第４の積分制御部は、回転演算された第４のサイン成分を積分する。
　脈動抑制装置２００Ｘの交流復元部２０４が第１の交流復元部であり、脈動抑制装置２００Ｙの交流復元部２０４が第２の交流復元部である。第１の交流復元部は、積分された第１のコサイン成分および積分された第１のサイン成分を交流信号に復元して出力し、第２の交流復元部は、積分された第２のコサイン成分および積分された第２のサイン成分を交流信号に復元して出力する。
　モータ制御装置３００Ａは、モータ制御装置３００と同様に電圧指令決定部１５と、座標変換部１６，１７と、加算器１９とを有している。モータ制御装置３００Ａでは、電圧指令決定部１５が、脈動抑制装置２００Ｘ，２００Ｙに接続されている。また、モータ制御装置３００Ａでは、加算器１９が、脈動抑制装置２００Ｘ，２００Ｙに接続されている。
　一般に直流母線電圧ＶDCの脈動には高調波成分が含まれるので、モータ１０２のｄｑ軸電流は、高調波成分の影響を受ける。実施の形態４では、ｄｑ軸電流のノルムまたは重み付けノルムの脈動を小さくするために、基本波成分と高調波成分とを同時に抑制する制御系が、モータ制御装置３００Ａおよび脈動抑制装置２００Ｘ，２００Ｙによって構築されている。
　脈動抑制装置２００Ｘは、外乱周波数ｆdisの成分である基本波成分に基づいて脈動（第１の周期脈動）を抑制し、脈動抑制装置２００Ｙは、外乱周波数ｆdisの整数倍の高調波成分に基づいて脈動（第２の周期脈動）を抑制する。すなわち、第１の脈動抑制装置である脈動抑制装置２００Ｘは、脈動抑制装置２００と同様に基本波成分であるｆdisを抑制し、第２の脈動抑制装置である脈動抑制装置２００Ｙは、ｆdisのＮ倍（Ｎは２以上の整数）の高調波成分を抑制する。脈動抑制装置２００Ｘ，２００Ｙは、外乱周波数ｆdisの基本波成分および高調波成分を同時に低減する。脈動抑制装置２００Ｘと脈動抑制装置２００Ｙとはターゲットとなる外乱周波数が異なるだけで、同様の処理を実行する。図２７では、ｆdisのＮ倍の外乱周波数をＮｆdisで示している。
　脈動抑制装置２００Ｘは、ユーザによって入力される外乱周波数ｆdisを受け付けるとともに、モータ１０２のｄｑ軸電流ベクトルＩdqを座標変換部１７から受け付ける。また、脈動抑制装置２００Ｙは、ユーザによって入力される外乱周波数Ｎｆdisを受け付けるとともに、モータ１０２のｄｑ軸電流ベクトルＩdqを座標変換部１７から受け付ける。
　脈動抑制装置２００Ｘは、外乱周波数ｆdisに基づいてｄｑ軸電流ベクトルＩdqの中に含まれる外乱周波数ｆdisのｃｏｓ成分およびｓｉｎ成分を抽出する。また、脈動抑制装置２００Ｙは、外乱周波数Ｎｆdisに基づいてｄｑ軸電流ベクトルＩdqの中に含まれる外乱周波数Ｎｆdisのｃｏｓ成分であるｃｏｓＮ成分およびｓｉｎ成分であるｓｉｎＮ成分を抽出する。
　脈動抑制装置２００Ｘは、外乱周波数ｆdisのｃｏｓ成分およびｓｉｎ成分に対して、回転演算部２０２による回転演算と、積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂによる積分演算と、交流復元部２０４による積分演算結果に基づいた電圧位相の操作量θbの計算とを行う。
　また、脈動抑制装置２００Ｙは、外乱周波数ＮｆdisのｃｏｓＮ成分およびｓｉｎＮ成分に対して、回転演算部２０２による回転演算と、積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂによる積分演算と、交流復元部２０４による積分演算結果に基づいた電圧位相の操作量θb2の計算とを行う。脈動抑制装置２００Ｙが出力する操作量θb2は、以下の式（１２）のように表せる。
　ただし、式（１２）のｘcosNおよびｘsinNは、それぞれビートレス制御の出力信号ｘのｃｏｓＮ成分、ｓｉｎＮ成分である。なお、実施の形態４では、基本波および高調波の制御系を並列化する場合について説明したが、複数の次数の高調波成分を同時に抑制したい場合は、同様の方法で並列化を行えばよい。
　このように実施の形態４によれば、脈動抑制装置２００Ｘ，２００Ｙのように複数の脈動抑制装置が用いられるので、直流母線電圧ＶDCの脈動に大きな高調波成分が含まれる場合であっても、ビート振動を効果的に抑制することができる。
　また、脈動抑制装置２００Ｘ，２００Ｙは、ビート振動の抑制によって、電流ピーク値の増加によるモータ効率の悪化、過電流保護の制約によるモータ１０２の最大出力の低下、モータ１０２の振動または騒音の増加などを防ぐことができる。
実施の形態５．
　つぎに、図２８を用いて実施の形態５について説明する。実施の形態５では、脈動抑制の応答性を改善するために、制御プラントの特性などの追加情報に基づいて、回転量θRを調整する。
　図２８は、実施の形態５にかかる脈動抑制装置の構成を示す図である。図２８の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の脈動抑制装置２００と同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
　実施の形態５の脈動抑制装置２００Ｂは、実施の形態１の脈動抑制装置２００と比較して、回転量調整部２０６の代わりに回転量調整部２０６Ｂを備えている。また、脈動抑制装置２００Ｂは、脈動抑制装置２００と同様に、減算器２０１Ａ，２０１Ｂと、回転演算部２０２と、積分制御部２０３Ａ，２０３Ｂと、交流復元部２０４と、脈動抽出部２０５とを備えている。
　実施の形態１～４で説明した脈動抑制装置２００，２００Ａ，２００Ｘ，２００Ｙは、偏差ベクトルＥの増減に基づいて回転量θRを調整するので、動作条件によっては回転量θRの調整に長い時間が掛かる場合がある。また、一般にフィードバック制御よりもフィードフォワード制御のほうが応答が早い。このため、実施の形態５では、脈動抑制装置２００にフィードフォワード制御を組み合わせた脈動抑制装置２００Ｂによって回転量θRの調整を短時間で完了させる。
　回転量調整部２０６Ｂは、追加情報に基づいて回転量θRを操作する。実施の形態５では、実施の形態３，４と同様に、ビートレス制御を脈動抑制の制御例として説明する。回転量調整部２０６Ｂは、制御プラントの特性、モータ１０２の力率（モータ力率）、交流電源５の電源インダクタンス６の推定値、周囲の電気機器の設置状況などのうちの少なくとも１つの情報を含んだ追加情報に基づいて回転量θRを調整する。
　電源インダクタンス６が大きくなると、ＬＣ（エルシー）共振周波数が低下して、ビートレス制御に悪影響を及ぼす。回転量調整部２０６Ｂは、例えば、電源インダクタンス６の推定値に基づいて回転量θRを調整することで、ＬＣ共振周波数が低下しても直流母線電圧ＶDCの脈動を抑制できる。
　また、回転量調整部２０６Ｂは、制御プラントの特性に基づいて回転量θRを調整するので、種々の運転条件で意図した通りに脈動を小さくすることができる。また、回転量調整部２０６Ｂは、モータ１０２の力率に基づいて回転量θRを調整するので、種々の運転条件で意図した通りに脈動を小さくすることができる。また、回転量調整部２０６Ｂは、周囲の電気機器の設置状況に基づいて回転量θRを調整するので、種々の運転条件で意図した通りに脈動を小さくすることができる。
　なお、追加情報は、ビートレス制御にとって有益な情報であれば、上述した情報以外の他の情報であってもよい。追加情報は、脈動抑制装置２００Ｂの外部に配置された不図示の演算装置から脈動抑制装置２００Ｂに送られてきてもよいし、脈動抑制装置２００Ｂの内部で計算されてもよい。脈動抑制装置２００Ｂは、追加情報に基づいてフィードフォワードで回転量θRを調整することで、周期脈動を短時間で抑制することが可能となる。
　このように実施の形態５によれば、脈動抑制装置２００Ｂは、追加情報に基づいて回転量θRを操作するので、複雑なプラント特性を有する電気機械システム１００およびプラントの特性変動の激しい電気機械システム１００に対しても、周期外乱ｄcに起因する脈動を短時間で的確に低減することができる。したがって、脈動抑制装置２００Ｂは、電気機械システム１００が複雑なプラント特性を有する場合または特性変動が激しい場合であっても、良好な動作特性を得ることができる。
　また、脈動抑制装置２００Ｂは、脈動を的確に低減することができるので、振動の低減、騒音の低減、省エネルギー性能の改善、システムの最大出力増大などを実現することができる。
実施の形態６．
　つぎに、図２９～図３２を用いて実施の形態６について説明する。実施の形態３～５では、脈動抑制装置２００，２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｂがビートレス制御に適用される場合について説明したが、実施の形態６では、脈動抑制装置２００が、他の種類の脈動を抑制する。実施の形態６では、脈動抑制装置２００がビートレス制御以外に適用される場合の適用例について説明する。
　図２９は、実施の形態６にかかる脈動抑制装置の第１の適用例を説明するための図である。図２９の各構成要素のうち図１４に示す実施の形態３のモータ制御装置３００と同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
　図２９では、脈動抑制装置２００と、実施の形態６の第１例のモータ制御装置３００Ｂとを図示している。モータ制御装置３００Ｂは、脈動抑制装置２００によってモータ１０２の速度脈動を抑える場合のモータ制御装置である。
　図２９の脈動抑制装置２００は、回転子位置演算部１４からモータ１０２の推定角速度ω^eを受け付ける。図２９の脈動抑制装置２００は、推定角速度ω^eに基づいて、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを演算し、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqをモータ制御装置３００Ｂに出力する。ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqは、モータ１０２の速度脈動を抑制するためのｄｑ軸電圧の指令である。
　図２９の脈動抑制装置２００も、実施の形態３の脈動抑制装置２００と同様に、回転量調整部２０６を用いて出力信号ｘであるｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを演算する。このように、図２９の脈動抑制装置２００は、モータ１０２の推定角速度ω^eを入力とし、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを出力としている。
　実施の形態６のモータ制御装置３００Ｂは、実施の形態１のモータ制御装置３００と同様に、電圧指令決定部１５と、座標変換部１６，１７と、加算器１９とを有している。モータ制御装置３００Ｂでは、推定磁極位置θ^eが座標変換部１６，１７に入力される。また、加算器１９が電圧指令決定部１５、座標変換部１６、および脈動抑制装置２００に接続されている。
　加算器１９は、脈動抑制装置２００から出力されたｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqと、電圧指令決定部１５から出力されたｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dqとを加算し、加算結果としてｄｑ軸電圧指令Ｖ*** dqを座標変換部１６に出力する。座標変換部１６は、推定磁極位置θ^eを用いてｄｑ軸電圧指令Ｖ*** dqを三相座標上の三相電圧指令ベクトルＶ* uvwに変換する。座標変換部１６は、三相電圧指令ベクトルＶ* uvwを変調部１３に出力する。
　これにより、インバータ１１は、三相電圧指令ベクトルＶ* uvwに基づいて動作し、モータ１０２を駆動する。この結果、脈動抑制装置２００は、モータ１０２の回転速度の速度脈動を抑制することができる。なお、ここでは、脈動抑制装置２００およびモータ制御装置３００Ｂが、ｄｑ軸電圧指令（ｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ* dq）に対して補償を行っているが、脈動抑制装置２００およびモータ制御装置３００Ｂは、ｄｑ軸電流指令（ｄｑ軸電流指令ベクトル）に対して補償を行ってもよい。
　速度起電力に基づいた位置センサレス制御では、推定系の応答性の都合上、推定角速度ω^eと、角速度の実際の値である角速度真値ωeとの間に位相差が生じる場合がある。この位相差が原因で速度脈動の抑制が難しくなる場合があるが、実施の形態６では、脈動抑制装置２００が、回転量調整部２０６を用いてｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを演算し、モータ制御装置３００が、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを用いて電気機械システム１００を制御しているので、速度脈動を的確に抑制できる。
　図３０は、実施の形態６にかかる脈動抑制装置の第２の適用例を説明するための図である。図３０の各構成要素のうち図２９に示すモータ制御装置３００Ｂと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
　図３０では、脈動抑制装置２００と、実施の形態６の第２例のモータ制御装置３００Ｃとを図示している。モータ制御装置３００Ｃは、脈動抑制装置２００によってモータ１０２の電流脈動を抑える場合のモータ制御装置である。
　図３０の脈動抑制装置２００は、座標変換部１７からｄｑ軸電流ベクトルＩdqを受け付ける。図３０の脈動抑制装置２００は、ｄｑ軸電流ベクトルＩdqに基づいて、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを演算し、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqをモータ制御装置３００Ｃに出力する。
　図３０の脈動抑制装置２００も、実施の形態３の脈動抑制装置２００と同様に、回転量調整部２０６を用いて出力信号ｘであるｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを演算する。このように、図３０の脈動抑制装置２００は、モータ１０２のｄｑ軸電流ベクトルＩdqを入力とし、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを出力としている。
　実施の形態３～５では、インバータ電圧の電圧飽和領域であるインバータ過変調領域を想定していたので、電圧位相が操作されたが、脈動抑制装置２００およびモータ制御装置３００Ｃは、インバータ１１の線形領域ではｄ軸電圧およびｑ軸電圧の両方を操作できるので、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧を操作してもよい。この場合、脈動抑制装置２００およびモータ制御装置３００Ｃは、ｄｑ軸電流の何れか一方の脈動を抑制してもよいし、脈動抑制装置２００を並列化して両方の脈動を抑制してもよい。このように、脈動抑制装置２００は、インバータ１１の線形領域で電流脈動を抑えてもよい。
　図３１は、実施の形態６にかかる脈動抑制装置の第３の適用例を説明するための図である。図３１の各構成要素のうち図３０に示すモータ制御装置３００Ｃと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
　図３１では、脈動抑制装置２００と、実施の形態６の第３例のモータ制御装置３００Ｄとを図示している。モータ制御装置３００Ｄは、脈動抑制装置２００によって加速度情報に含まれる脈動成分を抑える場合のモータ制御装置である。
　図３１の脈動抑制装置２００は、加速度センサ１からモータ１０２の加速度ａmを受け付ける。図３１の脈動抑制装置２００は、加速度ａmに基づいて、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを演算し、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqをモータ制御装置３００Ｄに出力する。
　図３１の脈動抑制装置２００も、実施の形態３の脈動抑制装置２００と同様に、回転量調整部２０６を用いて出力信号ｘであるｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを演算する。このように、図３１の脈動抑制装置２００は、加速度ａmを入力とし、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを出力としている。
　図３２は、実施の形態６にかかる脈動抑制装置の第４の適用例を説明するための図である。図３２の各構成要素のうち図２９に示すモータ制御装置３００Ｂと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
　図３２では、脈動抑制装置２００と、実施の形態６の第４例のモータ制御装置３００Ｄとを図示している。モータ制御装置３００Ｄは、脈動抑制装置２００によって力情報に含まれる脈動成分を抑える場合のモータ制御装置である。力情報は、力Ｆmの情報である。力Ｆmは、例えば、圧縮機３に接続される冷媒配管にかかる力、圧縮機３が配置される床にかかる力などである。
　図３２の脈動抑制装置２００は、力センサ２からモータ１０２にかかる力Ｆmを受け付ける。図３２の脈動抑制装置２００は、力Ｆmに基づいて、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを演算し、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqをモータ制御装置３００Ｄに出力する。
　図３２の脈動抑制装置２００も、実施の形態３の脈動抑制装置２００と同様に、回転量調整部２０６を用いて出力信号ｘであるｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを演算する。このように、図３２の脈動抑制装置２００は、力Ｆmを入力とし、ｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを出力としている。
　なお、図３０～図３２でも、脈動抑制装置２００およびモータ制御装置３００Ｃ，３００Ｄが、ｄｑ軸電圧指令に対して補償を行っているが、脈動抑制装置２００およびモータ制御装置３００Ｃ，３００Ｄは、ｄｑ軸電流指令に対して補償を行ってもよい。
　図３１および図３２の脈動抑制装置２００は、機械装置１０３に取り付けられた加速度センサ１または力センサ２を用いて、機械装置１０３の内部の部品に掛かる応力または振動を抑制する。モータ１０２からこれらの加速度センサ１または力センサ２までのプラントの周波数特性を調べるのは煩雑であるが、脈動抑制装置２００は、回転量調整部２０６を用いてｄｑ軸電圧脈動指令Ｖ** dqを演算するので、煩雑な事前調整を行うことなく、周期外乱ｄcに起因する脈動を的確に低減することができる。
　このように実施の形態６によれば、脈動抑制装置２００は、回転量調整部２０６を用いて出力信号ｘを演算するので、プラントの周波数特性および入出力特性を正確に把握できない場合であっても脈動を低減することができ、良好な動作特性を得ることができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　加速度センサ、２　力センサ、３　圧縮機、５　交流電源、６　電源インダクタンス、７　ダイオード整流器、８　直流リアクトル、９　コンデンサ、１０　直流母線電圧検出部、１１　インバータ、１２　電流検出部、１３　変調部、１４　回転子位置演算部、１５　電圧指令決定部、１６，１７　座標変換部、１９，４１０　加算器、２０　脈動抑制システム、９１　プロセッサ、９２　メモリ、９３　周辺機器、１００　電気機械システム、１０１　電源回路、１０２　モータ、１０３　機械装置、２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｘ，２００Ｙ　脈動抑制装置、２０１Ａ，２０１Ｂ，５０４　減算器、２０２　回転演算部、２０３Ａ，２０３Ｂ　積分制御部、２０４　交流復元部、２０５　脈動抽出部、２０６，２０６Ｂ　回転量調整部、２０７　抽出回転演算部、３００，３００Ａ～３００Ｄ　モータ制御装置、４０１　ノルム演算部、４０２　重み係数設定部、４０３　位相角演算部、４０４　ｃｏｓ信号発生部、４０５　ｓｉｎ信号発生部、４０６　ｃｏｓ成分抽出部、４０７　ｓｉｎ成分抽出部、４０８，４０９，５０３Ａ，５０３Ｂ　乗算器、５００　外積演算部、５０２Ａ，５０２Ｂ　疑似微分器、５０５　不感帯、５０６　ＰＩＤ制御部、５０７　評価値制御部、Ｃd　評価値、Ｅ，ＥＲ　偏差ベクトル、Ｅｔ，ＥＲｔ　偏差ベクトル軌跡、Ｉｔａ，Ｉｔｂ　電流軌跡、Ｐｃ　位相変化量、ＶＤ　外乱電圧、Ｖｔ　電圧軌跡。

Claims (6)

  1. 　電源回路、モータ、および機械装置を有した電気機械システムの機械的脈動または電気的脈動を抑制する脈動抑制装置であって、
    　前記電気機械システムに生じる周期的な外乱である周期外乱の周期脈動をコサイン成分とサイン成分とに分けて抽出する脈動抽出部と、
    　前記周期脈動のコサイン成分およびサイン成分に対して回転演算を行う際の回転量を決定する回転量調整部と、
    　前記コサイン成分および前記サイン成分に対して前記回転量で回転演算を行う回転演算部と、
    　回転演算された前記コサイン成分を積分する第１の積分制御部と、
    　回転演算された前記サイン成分を積分する第２の積分制御部と、
    　積分された前記コサイン成分および積分された前記サイン成分を、前記電源回路の直流母線電圧の脈動周波数である外乱周波数に基づいて、交流信号に復元して出力する交流復元部と、
    　を備え、
    　前記回転量調整部は、前記周期脈動が低減されるように前記回転量を調整する、
    　ことを特徴とする脈動抑制装置。
  2. 　前記回転量調整部は、
    　前記周期脈動の絶対値の時間的変化を演算し、前記時間的変化に基づいて前記回転量を調整する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の脈動抑制装置。
  3. 　前記回転量調整部は、
    　前記周期脈動の絶対値の時間的変化を定量的に評価して評価値を演算する評価値演算部と、
    　前記評価値が特定値になるように前記回転量を調整する評価値制御部と、
    　を有している、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の脈動抑制装置。
  4. 　前記回転量調整部は、人工知能を用いて前記回転量を調整する、
    　ことを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の脈動抑制装置。
  5. 　前記回転量調整部は、
    　前記電気機械システムのプラント特性、前記モータの力率、前記電源回路の電源インダクタンスの推定値、および周囲の電気機器の設置状況のうちの少なくとも１つの情報を含んだ追加情報に基づいて、前記回転量を調整する、
    　ことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載の脈動抑制装置。
  6. 　電源回路、モータ、および機械装置を有した電気機械システムの機械的脈動または電気的脈動を抑制する脈動抑制システムであって、
    　前記脈動抑制システムは、
    　前記電気機械システムの前記機械的脈動または電気的脈動を抑制する第１の脈動抑制装置と、
    　前記電気機械システムの前記機械的脈動または電気的脈動を抑制する第２の脈動抑制装置と、
    　を有し、
    　前記第１の脈動抑制装置は、
    　前記電気機械システムに生じる周期的な外乱である周期外乱の第１の周期脈動を第１のコサイン成分と第１のサイン成分とに分けて抽出する第１の脈動抽出部と、
    　前記第１の周期脈動の第１のコサイン成分および第１のサイン成分に対して回転演算を行う際の第１の回転量を決定する第１の回転量調整部と、
    　前記第１のコサイン成分および前記第１のサイン成分に対して前記第１の回転量で回転演算を行う第１の回転演算部と、
    　回転演算された前記第１のコサイン成分を積分する第１の積分制御部と、
    　回転演算された前記第１のサイン成分を積分する第２の積分制御部と、
    　積分された前記第１のコサイン成分および積分された前記第１のサイン成分を、前記電源回路の直流母線電圧の脈動周波数である外乱周波数に基づいて、交流信号に復元して出力する第１の交流復元部と、
    　を備え、
    　前記第１の回転量調整部は、前記第１の周期脈動が低減されるように前記第１の回転量を調整し、
    　前記第２の脈動抑制装置は、
    　前記電気機械システムに生じる周期的な外乱である周期外乱の第２の周期脈動を第２のコサイン成分と第２のサイン成分とに分けて抽出する第２の脈動抽出部と、
    　前記第２の周期脈動の第２のコサイン成分および第２のサイン成分に対して回転演算を行う際の第２の回転量を決定する第２の回転量調整部と、
    　前記第２のコサイン成分および前記第２のサイン成分に対して前記第２の回転量で回転演算を行う第２の回転演算部と、
    　回転演算された前記第２のコサイン成分を積分する第３の積分制御部と、
    　回転演算された前記第２のサイン成分を積分する第４の積分制御部と、
    　積分された前記第２のコサイン成分および積分された前記第２のサイン成分を、前記電源回路の直流母線電圧の脈動周波数である外乱周波数に基づいて、交流信号に復元して出力する第２の交流復元部と、
    　を備え、
    　前記第２の回転量調整部は、前記第２の周期脈動が低減されるように前記第２の回転量を調整し、
    　前記第１の脈動抑制装置および前記第２の脈動抑制装置は、前記第１の周期脈動および前記第２の周期脈動を同時に低減する、
    　ことを特徴とする脈動抑制システム。
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