JP7214976B2 - 振動抑制装置及びリニアモータ制御装置 - Google Patents
振動抑制装置及びリニアモータ制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7214976B2 JP7214976B2 JP2018082765A JP2018082765A JP7214976B2 JP 7214976 B2 JP7214976 B2 JP 7214976B2 JP 2018082765 A JP2018082765 A JP 2018082765A JP 2018082765 A JP2018082765 A JP 2018082765A JP 7214976 B2 JP7214976 B2 JP 7214976B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- linear motor
- command
- periodic disturbance
- machine body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
Landscapes
- Compressor (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Linear Motors (AREA)
Description
図5において、101は直流電源、102は半導体スイッチング素子Q1~Q4からなる単相インバータ、103はリニアコンプレッサ、104A,104Bはリニアモータ、105A,105Bはピストン、106はシリンダ、107はピストン105A,105B同士の衝突を防止するための位置情報を得る位置センサである。
この従来技術では、単相インバータ102によりリニアモータ104A,104Bの駆動コイルに交流電圧を供給し、ピストン105A,105Bを互いに逆方向に往復動させることにより、シリンダ106内部のガスを所定周期で圧縮、膨張させて膨張機に供給している。
図6は、特許文献2に記載されたスターリング冷凍機の制御システムを示している。
図6において、200は基本周波数振動制御部、201は振幅/位相調整部、202a,202bは減算器、203a,203bは位置サーボ補償器、300はスターリング冷凍機、301はコンプレッサ、302a,302bはリニアモータ、303a,303bはピストン、310はヘリウム流路、321はエキスパンダ、322a,322bはリニアモータ、323はピストン、324はバランス部、325は蓄冷機である。ここで、基本周波数振動制御部200には、コンプレッサ301のピストン303a,303bにそれぞれ対応したリニアモータ302a,302bのストローク指令(位置指令)Sa,Sbが入力されている。
この従来技術は、電力制御回路408により駆動される本体機械410の機械的振動を、本体機械410に取り付けられたアクティブ振動バランサ411内のモータ412を駆動して抑制するものである。
一方、本体機械410とアクティブ振動バランサ411との結合体の振動が振動センサ413により検出され、その検出信号はディジタルプロセッサ400内のA/D変換部405を介して適応平衡化信号発生器404a,404b,…,404nに入力されている。適応平衡化信号発生器404a,404b,…,404nは、A/D変換部405の出力信号に基づき、所定の適応フィルタアルゴリズムに従って本体機械410の動作周波数の基本波成分ω及び高調波成分2ω,…,nωを持つ適応平衡化信号を生成する。これらの適応平衡化信号は加算器406により合成され、D/A変換部407を介してモータ制御部409に入力される。このモータ制御部409によってアクティブ振動バランサ411のモータ412を駆動することで、本体機械410の動作周波数の基本波成分ω及び高調波成分2ω,…,nωの振動を打ち消すことができる。
また、特許文献3の従来技術では、理論的に基本波成分から複数次の高調波成分まで対応できる反面、適応平衡化信号発生器404a,404b,…,404nにおける適応フィルタアルゴリズムの安定性やディジタルプロセッサ400の処理能力等の問題により、機械的振動を低コストにて確実に抑制することが困難であった。
前記機械本体の振動に関する信号から抽出された前記リニアモータの駆動周波数の基本波成分及び高調波成分に基づいて周期外乱を推定する外乱推定手段と、
前記周期外乱を周期外乱指令にフィードバックして前記周期外乱を打ち消すための補正指令を生成する周期外乱抑制演算手段と、
前記リニアモータを駆動するための主指令と前記補正指令とを加算する加算手段と、
前記加算手段の出力に従って前記リニアモータを駆動する手段と、
を備え、
前記機械本体の振動に関する信号として、前記機械本体の振動検出信号が得られる場合には当該振動検出信号を用い、前記機械本体の振動検出信号が得られない場合には前記振動の前記基本波成分及び前記高調波成分を予め測定して記憶したデータに基づく信号を用いるように選択する振動抑制装置であって、
前記機械本体がリニアコンプレッサであり、
前記リニアコンプレッサが、
前記アクチュエータとして第1,第2のアクチュエータを備えると共に、
前記第1,第2のアクチュエータが、前記リニアモータと当該リニアモータにより駆動されて互いに逆方向に往復運動するピストンとをそれぞれ備え、
前記機械本体の振動に関する信号は、前記第1,第2のアクチュエータ内の前記ピストンの往復運動に伴うガス力の既知の周期的変化に起因して前記リニアコンプレッサのハウジングに発生する振動に関する信号であることを特徴とする。
前記外乱推定手段は、周期外乱オブザーバを用いて前記機械本体の振動に関する信号から前記周期外乱を推定し、前記周期外乱抑制演算手段は、前記周期外乱オブザーバにより推定した前記周期外乱を打ち消すための前記補正指令を演算することを特徴とする。
まず、図1は、本実施形態に係る振動抑制装置の概略的な構成を示すブロック図である。この振動抑制装置は、例えば、スターリング冷凍機を構成するリニアコンプレッサにおいて、アクチュエータを構成する一対のピストンの往復運動によって発生する振動を抑制するために使用される。
振動センサ11は、リニアコンプレッサの機械本体30のハウジングの振動を検出するものであり、その振動検出信号が選択器13の端子aに入力される。
振動抑制制御部10が振動センサ11を有しない場合には、メモリ内のガス力特徴カーブ12に基づくデータが選択器13の端子bに入力される。機械本体30内のピストンの往復運動によりシリンダ内のガス力が周期的に変化し、これに起因して機械的振動が発生するが、その基本波成分及び各次高調波成分は予め測定可能であるため、これらのデータを前記ガス力特徴カーブ12としてメモリに予め記憶しておくことができる。
各フィルタ141~14nにより抽出された各次成分(外乱として抽出または推定された成分)は減算手段151,152,……,15nに入力されて「0」(目標値)との偏差が演算され、これらの偏差は1次振動成分抑制制御器161,2次振動成分抑制制御器162,……,n次振動成分抑制制御器16nにそれぞれ入力される。
各抑制制御器161,162,……,16nは、それぞれに入力された偏差が0となるように演算を行って補正指令を生成し、これらの補正指令を、スイッチS1,S2,……,Snを介して加算手段17に入力することにより、主指令としての指令信号2に加算する。
ここで、主駆動アクチュエータ31は、例えば図6のコンプレッサ301のようにリニアモータ302a及びピストン303aにより構成され、平衡用アクチュエータ32は、同じくリニアモータ302b及びピストン303bにより構成されている。
なお、図1に示す如く、1台の電力増幅器20により主駆動アクチュエータ31及び平衡用アクチュエータ32を駆動しても良いし、各アクチュエータ31,32を個別の電力増幅器によってそれぞれ駆動しても良い。
機械本体30が冷凍機のリニアコンプレッサである場合、一対のピストンが往復運動することによりハウジングに発生する機械的振動は、主に、(1)対向配置されたピストンが発生する慣性力は等しくないこと、(2)ピストンの往復運動により周期的なガス力が外乱として作用すること、が原因となっている。
このうち、(1)については、個々のピストンを電流制御して推力を制御すれば、慣性力の相違を完全に相殺することができる。また、(2)のガス力については、図2に示すように、ピストン位置に応じて周期的に変化することが知られている。これらの点は、Huiming Zou, “Experimental investigation and performance analysis of a dual-cylinder opposed linear compressor” ,Journal of Mechanical Science and Technology, August, 2011年(Fig.A.1)にも開示されている。
この図3及び後述の図4では、主指令及び補正指令に電流指令を用いているが、電圧指令を用いても良い。また、図3では振動センサ11により機械的振動を検出しているが、図1に示したように、振動センサ11による振動検出信号に代えてガス力特徴カーブ12を用いても良い。
周期外乱オブザーバ50は、加速度Adetに含まれる平衡用アクチュエータ32(ボイスコイルモータ32a)の駆動周波数の基本波成分及び高調波成分を抽出する周波数成分抽出部51と、これらの周波数成分から外乱を推定する逆システム52とを備えている。
電流制御器72,74は、ボイスコイルモータ31a,32aの電流が各電流指令に追従するように制御指令をそれぞれ生成してPWMインバータ21,22に出力し、これらのPWMインバータ21,22がボイスコイルモータ31a,32aをそれぞれ駆動してピストン31c,32cの往復運動を制御する。
図4において、コンプレッサ駆動システム80は主駆動システム81と平衡用システム82とからなる。主駆動システム81は、図3の電流制御器72、PWMインバータ21、ボイスコイルモータ31a、加算手段31b、ピストン31c等を含むブロックであり、平衡用システム82は、図3の電流制御器74、PWMインバータ22、ボイスコイルモータ32a、加算手段32b、ピストン32c等を含むブロックである。なお、図4においては、図3の振動センサ11の図示を省略してある。
Aan,Abnに含まれる振動成分は数式2に「*」を付した部分であり、これらの振動成分はローパスフィルタGF(s)によって遮断される。なお、数式2の右辺において、aan,abnは振幅、a0は定数である。
これらの実部電流指令Ian *,虚部電流指令Ibn *にcos(nωt),sin(nωt)を乗算して合成することにより、n次の補正電流指令icn *を生成する。この補正電流指令icn *を実システム83に与え、外乱成分ineq2及び正弦波電流指令(主指令)Asin(ωt)に加算した結果を電流指令としてボイスコイルモータ32aを駆動することにより、ピストン32cの往復運動に伴って変化するガス力に起因した機械的振動を抑制することができる。
11:振動センサ
12:ガス力特徴カーブ
13:選択器
141:1次成分フィルタ
142:2次成分フィルタ
14n:n次成分フィルタ
151~15n:減算手段
161:1次振動成分抑制制御器
162:2次振動成分抑制制御器
16n:n次振動成分抑制制御器
17:加算手段
20,20A:電力増幅器
21,22:PWMインバータ
30A:リニアコンプレッサ
30:機械本体
31:主駆動アクチュエータ
32:平衡用アクチュエータ
31a,32a:ボイスコイルモータ
31b,32b:加算手段
31c,32c:ピストン
50:周期外乱オブザーバ
51:周波数成分抽出部
52:逆システム
61,63,71,73:減算手段
62:フィルタ
72,74:電流制御器
80:コンプレッサ駆動システム
81:主駆動システム
82:平衡用システム
83:実システム
91:分離手段
S1~Sn:スイッチ
Claims (5)
- リニアモータを含むアクチュエータの動作によって発生する機械本体の振動を、前記リニアモータを制御することにより抑制する振動抑制装置において、
前記機械本体の振動に関する信号から抽出された前記リニアモータの駆動周波数の基本波成分及び高調波成分に基づいて周期外乱を推定する外乱推定手段と、
前記周期外乱を周期外乱指令にフィードバックして前記周期外乱を打ち消すための補正指令を生成する周期外乱抑制演算手段と、
前記リニアモータを駆動するための主指令と前記補正指令とを加算する加算手段と、
前記加算手段の出力に従って前記リニアモータを駆動する手段と、
を備え、
前記機械本体の振動に関する信号として、前記機械本体の振動検出信号が得られる場合には当該振動検出信号を用い、前記機械本体の振動検出信号が得られない場合には前記振動の前記基本波成分及び前記高調波成分を予め測定して記憶したデータに基づく信号を用いるように選択する振動抑制装置であって、
前記機械本体がリニアコンプレッサであり、
前記リニアコンプレッサが、
前記アクチュエータとして第1,第2のアクチュエータを備えると共に、
前記第1,第2のアクチュエータが、前記リニアモータと当該リニアモータにより駆動されて互いに逆方向に往復運動するピストンとをそれぞれ備え、
前記機械本体の振動に関する信号は、前記第1,第2のアクチュエータ内の前記ピストンの往復運動に伴うガス力の既知の周期的変化に起因して前記リニアコンプレッサのハウジングに発生する振動に関する信号であることを特徴とする振動抑制装置。 - 請求項1に記載した振動抑制装置において、
前記第1のアクチュエータを構成するリニアモータを前記主指令に従って駆動し、前記第2のアクチュエータを構成するリニアモータを前記加算手段の出力に従って駆動することを特徴とする振動抑制装置。 - 請求項1または2に記載した振動抑制装置において、
前記外乱推定手段は、周期外乱オブザーバを用いて前記機械本体の振動に関する信号から前記周期外乱を推定し、
前記周期外乱抑制演算手段は、前記周期外乱オブザーバにより推定した前記周期外乱を打ち消すための前記補正指令を演算することを特徴とする振動抑制装置。 - 請求項3に記載した振動抑制装置において、
前記主指令及び前記補正指令が電流指令または電圧指令であることを特徴とする振動抑制装置。 - 請求項1~4の何れか1項に記載した振動抑制装置における前記加算手段の出力を用いて、前記リニアモータに交流電力を供給する電力変換器を制御することを特徴とするリニアモータ制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018082765A JP7214976B2 (ja) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 振動抑制装置及びリニアモータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018082765A JP7214976B2 (ja) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 振動抑制装置及びリニアモータ制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019193408A JP2019193408A (ja) | 2019-10-31 |
JP7214976B2 true JP7214976B2 (ja) | 2023-01-31 |
Family
ID=68391094
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018082765A Active JP7214976B2 (ja) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 振動抑制装置及びリニアモータ制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7214976B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116146450A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-05-23 | 北京空间机电研究所 | 基于动量补偿的对置式空间制冷压缩机主动减振控制方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015530638A (ja) | 2012-07-16 | 2015-10-15 | サンパワー・インコーポレーテッド | 基本及び高調波周波数の振動を最小限にするためのアクティブ振動バランサの駆動 |
JP2018005259A (ja) | 2016-06-27 | 2018-01-11 | 株式会社明電舎 | 制御システム |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5412951A (en) * | 1993-12-22 | 1995-05-09 | Hughes Aircraft Company | Cyrogenic cooling system with active vibration control |
-
2018
- 2018-04-24 JP JP2018082765A patent/JP7214976B2/ja active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015530638A (ja) | 2012-07-16 | 2015-10-15 | サンパワー・インコーポレーテッド | 基本及び高調波周波数の振動を最小限にするためのアクティブ振動バランサの駆動 |
JP2018005259A (ja) | 2016-06-27 | 2018-01-11 | 株式会社明電舎 | 制御システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019193408A (ja) | 2019-10-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101542482B1 (ko) | 스털링 머신에 커플링된 선형 모터/얼터네이터의 전기자로 고조파 밸런싱 신호를 주입함으로써 고조파 주파수에서의 진동들의 밸런싱 | |
KR101550264B1 (ko) | 기본 및 고조파 주파수들에서 진동들을 최소화하도록 능동 진동 밸런서의 구동 | |
JP2723475B2 (ja) | 能動的振動制御装置を有する低温冷却システム | |
JP6537725B2 (ja) | 交流電動機の速度推定装置、交流電動機の駆動装置、冷媒圧縮機および冷凍サイクル装置 | |
CN109792224B (zh) | 线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机 | |
Tsai et al. | High-frequency linear compressor and lateral position regulation | |
JP7214976B2 (ja) | 振動抑制装置及びリニアモータ制御装置 | |
JP2008259409A (ja) | リニア振動アクチュエータとそれを用いたリニアコンプレッサーおよびリニア振動発電機 | |
JP6965048B2 (ja) | リニアモータシステム | |
JP7012901B2 (ja) | 交流電動機の速度推定装置、交流電動機の駆動装置、冷媒圧縮機及び冷凍サイクル装置 | |
WO2021132606A1 (ja) | 圧縮機制御方法 | |
JP6975659B2 (ja) | 振動制御システム及び洗濯機 | |
JP6899720B2 (ja) | リニアモータシステム及びそれを有する圧縮機 | |
WO2021144856A1 (ja) | 交流電動機の駆動装置、圧縮機駆動装置及び冷凍サイクル装置 | |
Kimpara | Mitigation of Torque Ripple and Vibration in Switched Reluctance Motor Drives: A Switching Optimization | |
Latham et al. | Speed ripple cancellation in a rolling piston compressor via a nonlinear adaptive speed controller | |
Holliday | Driving an active vibration balancer to minimize vibrations at the fundamental and harmonic frequencies | |
Tsai et al. | Innovative linear compressor by magnetic drive and control | |
WO2019008908A1 (ja) | リニアモータシステム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210315 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211222 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220125 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220308 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220726 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220926 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20220927 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20221006 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221011 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221212 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221220 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230102 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7214976 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |