JP5434368B2 - 電動機のトルク脈動抑制システム - Google Patents
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Description
前記学習時には、電動機の制御装置とは別装置にしたコントローラを接続し、該コントローラは、電動機のトルク脈動周波数成分を抽出し、このトルク脈動を抑制するのに必要な補償電流を求めて前記制御装置にフィードバックしてトルク脈動を抑制するトルク脈動抑制手段と、トルク脈動抑制手段によるトルク脈動抑制運転時のトルク脈動補償電流を学習し、この補償電流をテーブル化しておくトルク脈動補償電流学習手段とを備え、
電動機の装置運転時には、前記補償電流テーブルを電動機の制御装置に実装し、該補償電流テーブルから読み出した補償電流でフィードフォワード的にトルク脈動を抑制する補償電流生成手段を設けると共に、
前記トルク脈動補償電流学習手段は、トルク脈動抑制運転時の周波数成分毎のトルク脈動補償電流の振幅Mと位相φとして学習し、これら振幅Mと位相φを直流信号で前記補償電流生成手段に送信する構成とし、
前記補償電流生成手段は、前記振幅Mと位相φと制御装置内部の位相情報θと周波数nを用いて補償電流iqc*=M・sin(nθ+φ)を生成する構成としたことを特徴とする。
本発明の実施形態を説明する前に、本発明による補償電流の学習によるトルク脈動抑制システムを説明する。
本実施形態では、トルク脈動補償電流テーブルを生成するための「学習システム形態」と、生成された補償電流テーブルを実装してフィードフォワード的にトルク脈動を抑制する「テーブル実装システム形態」の2種類のシステムを構築し、学習システム形態でテーブルを生成した後は、テーブル実装システム形態に切り替えてトルク脈動を抑制する。
図2で示した「学習システム形態」は、インバータ7と物理的に分離されたコントローラ5を外付けしているため、インバータ内部における回転位相・速度情報と、通信を経てコントローラ5内のトルク脈動抑制制御手段に取り込まれた回転位相・速度情報では、時間的にズレがある。定常運転における速度情報は特に問題とならないが、回転位相のように時々刻々と変化する状態量は、装置間の通信等の無駄時間が影響してしまう。例えば、図2の「学習システム形態」で学習した補償電流の位相情報は、図3の「テーブル実装システム形態」で用いている位相情報とは通信無駄時間分だけタイミングにずれが起きる。
図2の「学習システム形態」では、トルク脈動抑制制御手段で学習した補償電流iqc *(交流信号)をインバータに送信していたが、本実施形態では図6に示すように学習手段5Bでは定常運転状態における補償電流の振幅Mと位相φとして学習し、これら振幅Mと位相φを直流信号でインバータ7側に送信し、補償電流生成部17ではインバータ内部の位相情報θを用いて補償電流iqc *=M・sin(nθ+φ)を生成する。
本実施形態はトルク脈動補償電流テーブルの形式に関するものである。インバータ駆動されるモータのトルク脈動の発生要因としては、主としてモータの電磁気的な構造に起因するものと、インバータの電圧出力特性に起因するものがある。例えば、前記のように、近年実用化が進んでいる埋込磁石形同期モータの場合は、マグネットトルク脈動とリラクタンストルク脈動が複合的に発生する。また、インバータ駆動により、デッドタイムの影響、電圧高調波の影響、電流制御特性の影響、電流センサのオフセット誤差/ゲイン誤差、などが発生し、これらがトルク脈動の発生要因となる。
本実施形態では、実施形態4のトルク脈動補償電流テーブルの生成における「トルク」の情報に置き換えて、図8に示すとおり「q軸電流iq *」を用いる。このとき、学習システム形態においても回転数とq軸電流をパラメータとして各動作点の補償電流を学習しておく。
コントローラ5のトルク脈動抑制制御手段では、基本的にフーリエ変換(あるいはそれに類する手法)によってトルク脈動周波数成分を抽出して抑制する手法を用いている。例えば、特許文献1では2つのフーリエ係数(正弦フーリエ係数および余弦フーリエ係数)を用いて補償電流の振幅値、位相値を計算している。他の手法として、2つのフーリエ係数に相当する複素ベクトルの実部と虚部の成分を用いて補償電流の振幅値、位相値を計算することもできる。
振幅M=√(A2+B2)、位相φ=tan-1(B/A)
これら振幅M、位相φからテーブル補償電流iqc *=M・sin(nθ+φ)を生成する。
本実施形態では、上記実施形態4〜6における補償電流テーブルを関数化する。例えば実施形態4の構成においては、トルクT*と回転数ωを変数とした関数を考えればよい。関数として表現する手法は種々であるが、例えば応答曲面法などから、誤差εとして、
M=fm(T*,ω)+εm
φ=fφ(T*,ω)+εφ
などの多項式近似を求めて、近似数式化する。
本実施形態では、上述までの実施形態のいずれかの構成において、学習手段は補償電流テーブルを周波数成分毎に並列化して生成し、トルク脈動抑制制御手段は並列化した補償電流テーブルを使って複数次数成分のトルク脈動を同時に抑制するシステムを提供する。
2 負荷装置
5 コントローラ
5A トルクリプル抑制制御手段
5B トルクリプル補償電流学習手段
7 インバータ
15 指令値変換部(トルク/id,iq変換部)
16 トルクリプル補償電流テーブル
17 補償電流生成部
21 正弦・余弦波生成器
22 フーリエ変換部
23A,23B PI制御器
24A,24B 乗算器
25 低周波数域通過フィルタ
26 メモリ
27 RMS評価&ゲイン調整部
Claims (5)
- 電動機のトルク脈動周波数成分を抽出してトルク脈動を抑制するための補償電流を学習し、この補償電流を電動機の制御装置の電流制御指令に重畳させて周波数成分毎のトルク脈動を抑制するトルク脈動抑制システムであって、
前記学習時には、電動機の制御装置とは別装置にしたコントローラを接続し、該コントローラは、電動機のトルク脈動周波数成分を抽出し、このトルク脈動を抑制するのに必要な補償電流を求めて前記制御装置にフィードバックしてトルク脈動を抑制するトルク脈動抑制手段と、トルク脈動抑制手段によるトルク脈動抑制運転時のトルク脈動補償電流を学習し、この補償電流をテーブル化しておくトルク脈動補償電流学習手段とを備え、
電動機の装置運転時には、前記補償電流テーブルを電動機の制御装置に実装し、該補償電流テーブルから読み出した補償電流でフィードフォワード的にトルク脈動を抑制する補償電流生成手段を設けると共に、
前記トルク脈動補償電流学習手段は、トルク脈動抑制運転時の周波数成分毎のトルク脈動補償電流の振幅Mと位相φとして学習し、これら振幅Mと位相φを直流信号で前記補償電流生成手段に送信する構成とし、
前記補償電流生成手段は、前記振幅Mと位相φと制御装置内部の位相情報θと周波数nを用いて補償電流iqc*=M・sin(nθ+φ)を生成する構成としたことを特徴とするトルク脈動抑制システム。 - 前記補償電流生成手段は、前記学習時のコントローラと制御装置との間の位相情報通信タイミングのずれを無くすよう、補償電流生成時に調整する無駄時間調整手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載のトルク脈動抑制システム。
- 前記トルク脈動補償電流学習手段は、「回転数」と「トルク」を電動機および制御装置の動作状態のパラメータとして、前記振幅Mと位相φを個別にテーブル化した2次元のトルク脈動補償電流テーブルとして生成する構成を特徴とする請求項1に記載のトルク脈動抑制システム。
- 前記トルク脈動補償電流学習手段は、「回転数」と「q軸電流」を電動機および制御装置の動作状態のパラメータとして、前記振幅Mと位相φを個別にテーブル化した2次元のトルク脈動補償電流テーブルとして生成する構成を特徴とする請求項1に記載のトルク脈動抑制システム。
- 前記トルク脈動補償電流学習手段は、前記振幅Mと位相φに変換する前の2つのフーリエ係数IAn、IBnまたは補償電流の実部成分B、虚部成分Aの状態で補償電流テーブルを生成する構成を特徴とする請求項1又は3又は4のいずれか1項に記載のトルク脈動抑制システム。
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