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JP5488044B2 - Torque ripple suppression control device and control method for rotating electrical machine - Google Patents

Torque ripple suppression control device and control method for rotating electrical machine Download PDF

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JP5488044B2 JP2010039524A JP2010039524A JP5488044B2 JP 5488044 B2 JP5488044 B2 JP 5488044B2 JP 2010039524 A JP2010039524 A JP 2010039524A JP 2010039524 A JP2010039524 A JP 2010039524A JP 5488044 B2 JP5488044 B2 JP 5488044B2
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Description

本発明は、モータ等の回転電気機械のトルク制御装置において、回転電気機械のトルクリプル(トルク脈動)を自動的に抑制する制御装置および制御方法に係り、特にトルクリプル抑制の補償電流の非干渉化制御に関する。   The present invention relates to a control device and a control method for automatically suppressing torque ripple (torque pulsation) of a rotary electric machine in a torque control device of a rotary electric machine such as a motor, and more particularly to non-interference control of compensation current for torque ripple suppression. About.

モータは原理的にトルクリプル(トルク脈動)を発生し、振動・騒音、乗り心地への悪影響、電気・機械共振等の種々の問題を引き起こす。特に、近年普及が進んでいる埋込磁石PMモータ(IPMSM)は、コギングトルクリプルとリラクタンストルクリプルが複合的に発生する。その対策として、トルクリプルを打ち消す補償電流をトルク指令に重畳する種々の方式が検討されている。   In principle, the motor generates torque ripple (torque pulsation), causing various problems such as vibration / noise, adverse effects on riding comfort, and electrical / mechanical resonance. In particular, an embedded magnet PM motor (IPMSM), which has become popular in recent years, generates a combination of cogging torque ripple and reluctance torque ripple. As a countermeasure, various methods for superimposing a compensation current for canceling the torque ripple on the torque command have been studied.

しかしながら、例えば数式解析モデルを用いてフィードフォワード補償を行なう方式では、解析誤差の影響が懸念される。また、定常動作点でのフィードバック学習制御結果を記憶してフィードフォワード補償する方式では動作点毎に制御パラメータを適切に調整するための時間を要し、オンライン補償が難しくなる。また、電流リプルを低減する方式は、トルクリプルの観点からは最適に抑制されているとは限らない。そのほか、トルクリプルオブザーバ補償方式も検討されているが、可変速運転時の特性やオンラインフィードバック抑制の検証が不充分なものであった。   However, for example, in the method of performing feedforward compensation using a mathematical analysis model, there is a concern about the influence of analysis errors. Further, in the method of storing the feedback learning control result at the steady operating point and performing feedforward compensation, it takes time to appropriately adjust the control parameter for each operating point, and online compensation becomes difficult. Further, the method for reducing the current ripple is not always optimally suppressed from the viewpoint of torque ripple. In addition, torque ripple observer compensation methods have been studied, but the characteristics during variable speed operation and on-line feedback suppression verification have been insufficient.

上記の課題に対し、電気・機械共振の元凶であるトルクリプルを高精度に抑制する目的で、軸トルクメータによるフィードバック抑制制御法を本願発明者等は既に提案している(例えば、非特許文献1参照)。この制御法は、トルクリプルの周期性に着目して脈動周波数成分毎に補償する制御系を構築すると共に、システム同定結果を用いて動作状態変化に即応するようパラメータを自動調整する機能を設けたものであり、この制御法の詳細を以下に説明する。   The inventors of the present application have already proposed a feedback suppression control method using an axial torque meter for the purpose of highly accurately suppressing torque ripple, which is a cause of electrical / mechanical resonance, in response to the above problems (for example, Non-Patent Document 1). reference). This control method focuses on the periodicity of torque ripple and constructs a control system that compensates for each pulsation frequency component, and also has a function that automatically adjusts parameters to respond quickly to changes in the operating state using the system identification result. The details of this control method will be described below.

(1)トルクリプル抑制制御装置の基本構成
図4は、従来のトルクリプル抑制制御装置の基本構成図である。同図は、モータによって負荷をトルク加振するシステムに適用したものである。
(1) Basic Configuration of Torque Ripple Suppression Control Device FIG. 4 is a basic configuration diagram of a conventional torque ripple suppression control device. The figure is applied to a system in which a load is torque-excited by a motor.

トルクリプルの発生源となるモータ1と、何らかの負荷装置2をシャフト3で結合し、その軸トルクをトルクメータ4で計測してトルクリプル抑制装置5に入力する。また、ロータリエンコーダ等の回転位置センサ6を用いてモータの回転子位置(位相)情報を入力する。トルクリプル抑制装置5は、トルク脈動抑圧手段を搭載し、トルク指令値(あるいは速度指令値)に基づいて生成された電流指令値に、トルク脈動補償電流を上乗せした指令値をインバータ7に与える。図4の例では、インバータ7で電流ベクトル制御することを考慮して、モータの回転に同期した回転座標(直交dq軸)上のd軸、q軸電流指令値id*、iq*を与えている。 A motor 1 that is a torque ripple generation source and some load device 2 are coupled by a shaft 3, and its shaft torque is measured by a torque meter 4 and input to a torque ripple suppression device 5. Moreover, the rotor position (phase) information of a motor is input using rotational position sensors 6, such as a rotary encoder. The torque ripple suppression device 5 includes torque pulsation suppression means, and gives the inverter 7 a command value obtained by adding a torque pulsation compensation current to the current command value generated based on the torque command value (or speed command value). In the example of FIG. 4, in consideration of the current vector control by the inverter 7, the d-axis and q-axis current command values id * and iq * on the rotation coordinates (orthogonal dq axes) synchronized with the rotation of the motor are given. Yes.

トルクリプル(トルク脈動)はモータの構造上、回転子位置に応じて周期的に発生することが知られている。そこで、モータ回転に同期してトルクリプル周波数成分を抽出する手段を用い、任意次数nのトルクリプルを余弦、正弦係数TAn,TBn[Nm]に変換する。トルクリプル周波数成分の厳密な計測手段にはフーリエ変換などあがるが、演算容易性を重視すれば回転位相θ[rad]を基準とした単相の高調波回転座標系に低域通過フィルタを通すことでトルクリプル周波数成分を抽出することができる。 It is known that torque ripple (torque pulsation) periodically occurs according to the rotor position due to the structure of the motor. Therefore, means for extracting a torque ripple frequency component in synchronism with the motor rotation is used to convert the torque ripple of arbitrary order n into cosine and sine coefficients T An and T Bn [Nm]. The exact measurement means for torque ripple frequency components includes Fourier transform, but if importance is placed on the ease of operation, a low-pass filter can be passed through a single-phase harmonic rotation coordinate system based on the rotation phase θ [rad]. A torque ripple frequency component can be extracted.

トルクリプル抑制装置5では、上記の余弦、正弦係数TAn,TBnを用いてトルクリプル抑制制御を行い、任意周波数成分の補償電流iqc*[アンペア]の余弦/正弦係数IAn,IBn[アンペア]を生成する。補償電流iqc*への変換は、変換時と同じ回転位相θを用いて以下の(2)式で求め、この補償電流はq軸電流指令値に重畳して通常のベクトル制御を行う。 The torque ripple suppression device 5 performs torque ripple suppression control using the cosine and sine coefficients T An and T Bn described above, and the cosine / sine coefficients I An and I Bn [ampere] of the compensation current iqc * [ampere] of an arbitrary frequency component. Is generated. Conversion to the compensation current iqc * is obtained by the following equation (2) using the same rotation phase θ as that at the time of conversion, and this compensation current is superposed on the q-axis current command value and normal vector control is performed.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

図5は、前記の軸トルクTdetと回転位相θからトルクリップルの余弦、正弦係数TAn,TBnを求め、これらと回転速度ωから補償電流余弦係数IAnおよび正弦係数IBnを求めてトルク周期性外来抑制の補償電流を求めるトルクリプル抑制装置の制御ブロック図である。図中の記号は、以下の意味である。 In FIG. 5, the cosine and sine coefficients T An and T Bn of the torque ripple are obtained from the shaft torque T det and the rotational phase θ, and the compensation current cosine coefficient I An and the sine coefficient I Bn are obtained from these and the rotational speed ω. It is a control block diagram of the torque ripple suppression apparatus which calculates | requires the compensation current of torque periodic external suppression. The symbols in the figure have the following meanings.

*:トルク指令値、Tdet:トルク検出値、TAn:n次トルク脈動抽出成分(余弦係数)、TBn:n次トルク脈動抽出成分(正弦係数)、ω:回転数検出値、θ:回転位相検出値、iqc*:トルクリプル補償電流、id:d軸電流検出値、id*:d軸電流指令値、iq:q軸電流検出値、iq*:q軸電流指令値、iu.iv.iw:u、v、w相電流、iqo*:q軸電流指令値(補償電流重畳前)、IAn:n次補償電流余弦係数、lBn:n次補償電流正弦係数、abz:回転センサ信号。なお、添え字のnはn次成分トルクリプルである。 T * : Torque command value, T det : Torque detection value, T An : n-th order torque pulsation extraction component (cosine coefficient), T Bn : n-th order torque pulsation extraction component (sine coefficient), ω: Rotation speed detection value, θ : Rotation phase detection value, iqc * : torque ripple compensation current, id: d-axis current detection value, id * : d-axis current command value, iq: q-axis current detection value, iq * : q-axis current command value, iu. iv. iw: u, v, w-phase current, iqo * : q-axis current command value (before compensation current superposition), I An : n-order compensation current cosine coefficient, l Bn : n-order compensation current sine coefficient, abz: rotation sensor signal . Note that the subscript n is an nth-order component torque ripple.

図5において、指令値変換部11は、トルク指令値T*から、ベクトル制御における回転dq座標系のd軸およびq軸電流指令値Id*、Iqo*に変換する。一般には、最大トルク/電流制御を実現するような変換数式やテーブルなどが用いられる。電流ベクトル制御部12は、q軸電流指令値iqo*にトルク脈動補償電流iqc*を重畳したものをq軸電流指令値iq*としてトルク脈動を抑制する。図5の例ではq軸電流指令値に補償電流iqcを重畳しているが、d軸電流、あるいはd軸とq軸の両方に与えても良い。あるいは、dq軸電流の干渉が問題にならないシステムであれば、トルク指令値に対して直接的にトルク脈動補償信号を重畳しても良い。 In FIG. 5, the command value conversion unit 11 converts the torque command value T * into d-axis and q-axis current command values Id * and Iqo * in the rotation dq coordinate system in vector control. In general, conversion formulas and tables that realize maximum torque / current control are used. Current vector control unit 12 suppresses the torque ripple those superimposed torque pulsation compensation current iqc * the q-axis current command value Iqo * as q-axis current command value iq *. In the example of FIG. 5, the compensation current i qc is superimposed on the q-axis current command value, but it may be applied to the d-axis current or both the d-axis and the q-axis. Alternatively, in a system where interference of dq axis current does not become a problem, a torque pulsation compensation signal may be directly superimposed on the torque command value.

電流ベクトル制御部12は、一般的な直交回転座標系d軸q軸において、電流ベクトル制御の動作を行い、モータ(IPMSM)13をベクトル制御で駆動することで、負荷装置14を駆動する。座標変換部15は、電流センサ16で検出する3相交流電流iu、iv、iwとモータ回転位相θから、モータ回転座標に同期したdq軸直交回転座標系の電流id,iqに変換する。回転位相/速度検出部17は、エンコーダ等の回転位置センサ18の回転センサ信号abzから回転速度ωおよび回転位相θの情報に変換する。   The current vector control unit 12 drives the load device 14 by performing a current vector control operation on a general orthogonal rotating coordinate system d-axis q-axis and driving the motor (IPMSM) 13 by vector control. The coordinate conversion unit 15 converts the three-phase alternating currents iu, iv, iw and the motor rotation phase θ detected by the current sensor 16 into currents id, iq in a dq axis orthogonal rotation coordinate system synchronized with the motor rotation coordinates. The rotation phase / speed detection unit 17 converts the rotation sensor signal abz of the rotation position sensor 18 such as an encoder into information on the rotation speed ω and the rotation phase θ.

トルク脈動周波数成分抽出部19では、軸トルクメータ20で検出する軸トルク検出値Tdetと回転位相θからトルク周期性外乱を脈動周波数成分ごとに抽出する。代表的な抽出手段としてフーリエ変換がある。脈動成分の抽出方法は任意であるが、演算容易性を重視し、軸トルク検出値Tdet[Nm]に回転位相θを基準としたn次余弦波・正弦波を乗じ、それぞれに低域通過フィルタを施すことで、(3)〜(5)式に示す近似的なフーリエ変換を行う。これを、トルクリプル同期座標変換と称する。 The torque pulsation frequency component extraction unit 19 extracts torque periodic disturbance for each pulsation frequency component from the shaft torque detection value T det detected by the shaft torque meter 20 and the rotation phase θ. A typical extraction means is Fourier transform. The method of extracting the pulsation component is arbitrary, but the emphasis is placed on ease of calculation, and the shaft torque detection value T det [Nm] is multiplied by the nth-order cosine wave and sine wave based on the rotational phase θ, and each is passed through a low-frequency range. By applying the filter, the approximate Fourier transform shown in the equations (3) to (5) is performed. This is called torque ripple synchronous coordinate transformation.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

£:ラプラス変換、GF:脈動抽出フィルタ、ωf:脈動抽出ローパスフィルタ遮断周波数[rad/s]、s:ラプラス演算子
トルクリプル抑制制御部21では、(3)〜(5)式で抽出・変換したTAn、TBnを用いてトルクリプル抑制制御を各次成分で行い、補償電流iqc *[A]のn次周波数成分iqcn *[A]の余弦係数IAn *[A]ならびに正弦係数IBn *[A]を生成する。n次補償電流iqcn *への変換は、前記(2)式と同様に、トルクリプル同期座標変換時と同一の回転位相θを用いて計算する。
£: Laplace transform, G F : Pulsation extraction filter, ω f : Pulsation extraction low-pass filter cut-off frequency [rad / s], s: Laplace operator The torque ripple suppression control unit 21 performs extraction / expression using equations (3) to (5) Torque ripple suppression control is performed with each order component using the converted T An and T Bn, and the cosine coefficient I An * [A] and the sine of the n-th order frequency component i qcn * [A] of the compensation current i qc * [A]. A coefficient I Bn * [A] is generated. The conversion to the n-th order compensation current i qcn * is calculated using the same rotation phase θ as in the torque ripple synchronous coordinate conversion, as in the equation (2).

トルク指令T*[Nm]は、最大トルク/電流制御を実現するdq軸電流指令値id *、iq0 *に変換し、(2)式で生成した各次補償電流の合成値iqc *をiq0 *に重畳して、ベクトル制御を行う。基本的に、トルクリプル抑制制御装置で行う演算処理内容は、軸トルク脈動成分抽出・トルクリプル抑制・補償電流信号生成であり、それ以外の処理については一般的なインバータで行っている。 The torque command T * [Nm] is converted into dq-axis current command values i d * and i q0 * that realize the maximum torque / current control, and the combined value i qc * of each compensation current generated by the equation (2) . Is superposed on i q0 * to perform vector control. Basically, the contents of calculation processing performed by the torque ripple suppression control device are extraction of shaft torque pulsation component, torque ripple suppression, and compensation current signal generation, and other processing is performed by a general inverter.

上記のトルクリプル抑制制御部21の代表形態として、周期性外乱オブザーバ補償法または補償電流フーリエ係数学習制御法を用いることができる。   As a representative form of the torque ripple suppression control unit 21, a periodic disturbance observer compensation method or a compensation current Fourier coefficient learning control method can be used.

補償電流生成部22では、前記の(2)式で補償電流指令値iqc*を生成し、q軸電流指令値に重畳する。 The compensation current generator 22 generates a compensation current command value iqc * by the above equation (2) and superimposes it on the q-axis current command value.

(2)システムの同定
図4に示すようなシステム構成は、PMモータ1,負荷装置2,卜ルクメータ4,カップリング3等の慣性モーメントにより多慣性軸ねじれ共振系となる。軸トルク検出値をフィードバックする場合は複数の共振・反共振周波数があるため、動作状態に応じて適切に抑制制御パラメータを決定しなければならない。制御パラメータの学習時間か長いと電気・機械共振現象を増大させる危険があるため、速やかな自動調整機能が必要である。
(2) System Identification The system configuration shown in FIG. 4 is a multi-inertia torsional resonance system due to the moment of inertia of the PM motor 1, the load device 2, the torque meter 4, the coupling 3, and the like. When the detected value of the shaft torque is fed back, since there are a plurality of resonance / anti-resonance frequencies, the suppression control parameter must be appropriately determined according to the operation state. If the learning time of the control parameter is long, there is a risk of increasing the electric / mechanical resonance phenomenon, so a quick automatic adjustment function is necessary.

そこで、非特許文献1では、回転速度変化に適応する可変ノミナル制御パラメータを導出するために、図4のトルクリプル抑制装置5の出力値から入力値までのシステム伝達特性、すなわち図5における補償電流指令値iqc*から軸トルク検出器4の検出値Tdetまでの周波数伝達特性を同定する。システム同定手法は任意であるが、開ループでiqc*にガウス性ノイズ信号を与えた時の軸トルク検出値Tdetを演算周期100μsで20秒間計測し、入出力のパワースペクトル密度の比から周波数伝達関数をノンパラメトリックに推定した結果を図6に示す(機械系,インバータ電流応答,トルクメータ応答,無駄時間などを含んだ実機の特性)。また、周波数伝達特性の傾向から4慣性系に近似した場合のパラメトリック同定結果も併せて示す。近似のための最適化手法にも種々の方式があるが、周波数領域でlkHzまでの振幅特性の誤差を評価し、制約付き非線形最小化(逐次2次計画法)を行った。 Therefore, in Non-Patent Document 1, in order to derive a variable nominal control parameter adapted to the rotational speed change, the system transfer characteristic from the output value to the input value of the torque ripple suppressing device 5 in FIG. 4, that is, the compensation current command in FIG. The frequency transfer characteristic from the value iqc * to the detection value T det of the shaft torque detector 4 is identified. The system identification method is arbitrary, but the shaft torque detection value T det when a Gaussian noise signal is given to iqc * in an open loop is measured for 20 seconds at a calculation period of 100 μs, and the frequency is calculated from the ratio of input and output power spectral densities. The results of non-parametric estimation of the transfer function are shown in FIG. 6 (actual machine characteristics including mechanical system, inverter current response, torque meter response, dead time, etc.). In addition, the result of parametric identification in the case of approximating a four-inertia system from the tendency of frequency transfer characteristics is also shown. There are various optimization methods for approximation, but errors in amplitude characteristics up to 1 kHz in the frequency domain were evaluated, and constrained nonlinear minimization (sequential quadratic programming) was performed.

図5ではトルクリプル周波数に同期した座標で制御系を構築するため、図6のシステム同定結果から任意の周波数伝達特性のみを抽出する。定常状態において、トルクリプル周波数に同期したシステムの振幅・位相伝達特性は1次元複素ベクトルで表現できるので、図5の制御系でのシステム特性Psysを下記の(6)式のように定義する。 In FIG. 5, in order to construct a control system with coordinates synchronized with the torque ripple frequency, only an arbitrary frequency transfer characteristic is extracted from the system identification result of FIG. In the steady state, the amplitude / phase transfer characteristic of the system synchronized with the torque ripple frequency can be expressed by a one-dimensional complex vector. Therefore, the system characteristic Psys in the control system of FIG. 5 is defined as the following equation (6).

Figure 0005488044
Figure 0005488044

Am:システム特性の実部、PBm:システム特性の虚部、m:システム同定テーブルの周波数要素番号
例えば、1〜1000[Hz]までのシステム特性をIHz毎に(3)式で表現した場合、1000個の複素ベクトルの要素からシステム同定テーブルを構築することができる。制御系で使用されるのは常に1つの複素ベクトルに限られ、回転速度変化(トルクリプル周波数変化)に応じて同定テーブルから瞬時にPAmとPBmを読み出し、線形補間を施して複素ベクトル化された同定結果を抑制制御に適用する。なお、回転位相を基準とした実部と虚部の軸を定義するため、(1)式における余弦係数は実部成分、正弦係数は虚部成分に対応する。
P Am : Real part of the system characteristic, P Bm : Imaginary part of the system characteristic, m: Frequency element number of the system identification table For example, the system characteristic from 1 to 1000 [Hz] is expressed by equation (3) for each IHz. In this case, the system identification table can be constructed from the elements of 1000 complex vectors. Only one complex vector is always used in the control system, and P Am and P Bm are instantaneously read from the identification table according to changes in the rotational speed (torque ripple frequency change), and converted into complex vectors by linear interpolation. The identified results are applied to suppression control. Since the axes of the real part and the imaginary part are defined with reference to the rotation phase, the cosine coefficient in equation (1) corresponds to the real part component and the sine coefficient corresponds to the imaginary part component.

(3)補償電流フーリエ係数学習制御法
前記の非特許文献1に方式1として記載されるトルクリプル抑制制御法であり、トルクリプル周波数成分のフーリエ係数として求め、これから前記(2)式の演算で補償電流iqc*を求める。この制御法では、トルクリプル周波数に同期した周波数成分のシステム伝達関数を1次元複素ベクトルで表現し、任意周波数成分のトルクリプルの実部・虚部をフーリエ変換等で抽出している。その余弦・正弦フーリエ係数を複素ベクトルの実部・虚部に当てはめて、フィードバック抑制制御系を構築する。
(3) Compensation current Fourier coefficient learning control method This is a torque ripple suppression control method described as method 1 in Non-Patent Document 1 described above, which is obtained as a Fourier coefficient of a torque ripple frequency component, and from this, the compensation current is calculated by the above equation (2). Find iqc * . In this control method, a system transfer function of a frequency component synchronized with the torque ripple frequency is expressed by a one-dimensional complex vector, and a real part and an imaginary part of the torque ripple of an arbitrary frequency component are extracted by Fourier transform or the like. By applying the cosine and sine Fourier coefficients to the real and imaginary parts of the complex vector, a feedback suppression control system is constructed.

補償電流係数はI−P(比例・積分)学習制御方式で求める。I−P抑制制御系の閉ループ特性が、モデルマッチング法によって任意の標準系規範モデルの極配置と一致するように比例・積分ゲインを決定する。また、それらは前記のシステム同定結果と回転速度情報を用いて自動的にパラメータを適応させるので、多慣性共振系システムヘの実装を容易にする。   The compensation current coefficient is obtained by an IP (proportional / integral) learning control method. The proportional / integral gain is determined by the model matching method so that the closed loop characteristic of the IP suppression control system matches the pole arrangement of an arbitrary standard system reference model. In addition, since the parameters are automatically adapted using the system identification result and the rotation speed information, the implementation to the multi-inertia resonance system is facilitated.

任意の定常動作点(定常トルク・定常回転数)において、抑制完了したときの補償電流信号の振幅・位相を保存し、それを複数の動作点で実施して、トルク・回転数の2次元テーブルとして実装する。この際、トルク・回転数情報をテーブルに入力し、読み出した補償電流振幅・位相データから補償電流を生成してフィードフォワード抑制することが可能となる。   Saves the amplitude and phase of the compensation current signal when suppression is completed at an arbitrary steady operating point (steady torque and steady rotational speed), and implements it at multiple operating points to create a two-dimensional table of torque and rotational speed Implement as At this time, it is possible to input the torque / rotational speed information into the table, generate a compensation current from the read compensation current amplitude / phase data, and suppress feedforward.

図7は、フーリエ係数学習制御の演算ブロック図であり、31はI−P制御部、32は非干渉化部、33は実システム、34はトルクリプル抽出部を表現している。同図は、トルクリプル周波数成分に同期した制御系のみを表現しており、(6)式の同定結果をノミナルモデルとして使用する。この方式は、トルクリプル成分の余弦(実部)/正弦(虚部)係数指令値TAn *,TBn *を0とした比例項を前段に設けたI−P制御方式でトルクリプルを抑制する。補償電流も複素ベクトルで表現してシステムに重畳した場合、トルク検出値Tdetは(7)式となり、実部と虚部で補償電流IAn.IBnが互いに干渉することが分かる。 FIG. 7 is a calculation block diagram of Fourier coefficient learning control, in which 31 represents an IP control unit, 32 represents a non-interacting unit, 33 represents an actual system, and 34 represents a torque ripple extracting unit. This figure represents only the control system synchronized with the torque ripple frequency component, and uses the identification result of equation (6) as a nominal model. In this method, torque ripple is suppressed by an IP control method in which a proportional term in which cosine (real part) / sine (imaginary part) coefficient command values T An * and T Bn * of the torque ripple component are set to 0 is provided in the preceding stage. When the compensation current is also expressed as a complex vector and superimposed on the system, the torque detection value T det is expressed by Equation (7), and the compensation current I An . It can be seen that I Bn interfere with each other.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

そこで、図7に示すように、システム同定結果を用いた速度適応型の非干渉項を与えることで、実部と虚部の抑制制御系を非干渉化する。非干渉化した後の目標値から検出値までの閉ルーブ系伝達関数は(8)式となる。   Therefore, as shown in FIG. 7, by providing a speed adaptive type non-interference term using the system identification result, the suppression control system of the real part and the imaginary part is made non-interactive. The closed loop transfer function from the target value to the detected value after decoupling is given by equation (8).

Figure 0005488044
Figure 0005488044

(8)式の目標値応答を(10)式に示す二項係数標準系の極配置に適合させると、(8)、(10)式の係数比較から(11)式を導出できるので、これをノミナル比例ゲインKp・積分ゲインKiとして与える。 When the target value response of equation (8) is adapted to the pole placement of the binomial coefficient standard system shown in equation (10), equation (11) can be derived from the coefficient comparison of equations (8) and (10). Is given as a nominal proportional gain K p and an integral gain K i .

Figure 0005488044
Figure 0005488044

ωc:所望の学習制御応答周波数[rad/s]、ただし、ωc<ωf/2 ω c : Desired learning control response frequency [rad / s], where ω cf / 2.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

(11)式の比例ゲインKpは速度に応じて変化するシステム同定モデルの実部PAmと虚部PBmの成分が含まれるため、回転速度(トルクリプル周波数)が変化しても(10)式の極配置応答を維持するように機能する。学習制御応答には、条件を満たす範囲で任意に決定する。また、外乱応答の詳細は省略するが、ゲイン式の導出結果は(11)式と同等である。 Since the proportional gain K p in the equation (11) includes components of the real part P Am and the imaginary part P Bm of the system identification model that changes according to the speed, even if the rotational speed (torque ripple frequency) changes (10) Serves to maintain the pole placement response of the equation. The learning control response is arbitrarily determined within a range that satisfies the condition. Although details of the disturbance response are omitted, the derivation result of the gain equation is equivalent to the equation (11).

只野 他、「PMモータの周期性外乱に着目したトルクリプル抑制制御法の検討」、平成21年電気学会産業応用部門大会、I−615〜618、会期:平成21年8月31日〜9月2日、会場:三重大学Kanno et al., “Examination of torque ripple suppression control method focusing on periodic disturbance of PM motor”, 2009 IEEJ Industrial Application Division Conference, I-615-618, Date: August 31-September 2, 2009 Sun, venue: Mie University

一般に、トルクリプルを検出し、全周波数帯域に亘るフィードバック制御でトルクリプルを抑制する装置では、高周波帯域では演算無駄時間の影響を受けてフィードバック制御応答が低下し、高周波帯域の外乱抑圧性能が低下し、所望の補償電流生成が困難となる。   In general, in a device that detects torque ripple and suppresses torque ripple by feedback control over the entire frequency band, the feedback control response decreases due to the influence of computation dead time in the high frequency band, and disturbance suppression performance in the high frequency band decreases. It becomes difficult to generate a desired compensation current.

一方、前記のI−P(比例・積分)学習制御方式などで求める周期的学習法は、周期性外乱と同一周波数の正弦波・余弦波を生成してから、その正弦・余弦係数(振幅・位相と等価)を調整対象とする。したがって、この方式は、全周波数帯域の補償電流を一括して生成する制御器よりも高周波外乱への対応が容易になり、周期外乱抑圧性能の改善が期待できる。また、対象次数毎に並列に抑制制御器を構成すれば、同時に複数の次数のトルクリプル抑制にも対応できる。   On the other hand, the periodic learning method obtained by the above-described IP (proportional / integral) learning control method generates a sine wave / cosine wave having the same frequency as that of the periodic disturbance, and then generates the sine / cosine coefficient (amplitude / cosine coefficient). (Equivalent to phase). Therefore, this method is easier to deal with high frequency disturbances than a controller that collectively generates compensation currents in all frequency bands, and can be expected to improve periodic disturbance suppression performance. Further, if a suppression controller is configured in parallel for each target order, torque ripple suppression of a plurality of orders can be handled at the same time.

また、図5ではトルクリプル周波数に同期した座標で制御系を構築するため、トルクリプル補償電流指令値iqc *から軸トルク検出値Tdetまでのシステム伝達特性を同定する。このシステム同定結果から任意の周波数伝達特性のみを抽出してフィードバック制御する。定常状態において、トルクリプル周波数に同期したシステムの振幅・位相伝達特性は1次元複素ベクトルで表現できるので、実システムの周波数伝達関数を回転速度ωに関する複素ベクトルP(jω)で(12)式のとおり定義することができる。 Further, in FIG. 5, in order to construct a control system with coordinates synchronized with the torque ripple frequency, system transfer characteristics from the torque ripple compensation current command value i qc * to the shaft torque detection value T det are identified. From this system identification result, only an arbitrary frequency transfer characteristic is extracted and feedback controlled. In the steady state, the amplitude / phase transfer characteristic of the system synchronized with the torque ripple frequency can be expressed by a one-dimensional complex vector. Therefore, the frequency transfer function of the real system is expressed by the complex vector P (jω) related to the rotational speed ω as shown in the equation (12). Can be defined.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

A(ω):実システムの実部、 PB(ω):実システムの虚部
非特許文献1では、トルクリプル同期座標で制御系を構築するため、(12)式から任意n次成分の周波数伝達特性のみを抽出し、トルクリプル同期座標の実システムを(13)式とする。つまり、任意n次成分のシステムの振幅・位相特性は、単純な1次元複素ベクトルPnで表現できることに着目する。なお、(2)〜(5)式と同様に、回転位相θを基準として実部・虚部の軸を定義し、余弦係数は実部成分、正弦係数は虚部成分に対応させている。
P A (ω): Real part of real system, P B (ω): Imaginary part of real system In Non-Patent Document 1, in order to construct a control system with torque ripple synchronous coordinates, an arbitrary n-th order component is obtained from equation (12). Only the frequency transfer characteristic is extracted, and an actual system of torque ripple synchronous coordinates is expressed by equation (13). That is, it is noted that the amplitude / phase characteristics of an arbitrary n-order component system can be expressed by a simple one-dimensional complex vector P n . As in the equations (2) to (5), the real part / imaginary part axes are defined with reference to the rotational phase θ, the cosine coefficient corresponds to the real part component, and the sine coefficient corresponds to the imaginary part component.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

An:実システムn次成分実部、 PBn:実システムn次成分虚部
図5の制御系におけるシステム同定結果についても、同様に1次元複素ベクトルで(14)式のとおり定義することができる。なお、(14)式中の推定値および以降の式中では「^」記号をPの頂部に付して示すが、明細書中では「P^」のように記す。
P An : Real system n-order component real part, P Bn : Real system n-order component imaginary part The system identification result in the control system of FIG. 5 can be similarly defined as a formula (14) with a one-dimensional complex vector. it can. In addition, in the estimated value in the equation (14) and the following equations, the “^” symbol is attached to the top of P, but in the specification, it is written as “P ^”.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

P^An:同定結果のn次成分実部推定値、P^Bn:同定結果のn次成分虚部推定値
例えば、1〜l000Hzまでのシステム同定結果をIHz毎に複素ベクトルで表現した場合、1000個の1次元複素ベクトルの要素からなるテーブルを構築することができる。同定結果を近似式で表現することも可能である。
P ^ An : n-order component real part estimated value of identification result, P ^ Bn : n-order component imaginary part estimated value of identification result For example, when the system identification result from 1 to 1000 Hz is expressed by a complex vector for each IHz, A table composed of 1000 one-dimensional complex vector elements can be constructed. It is also possible to express the identification result by an approximate expression.

以上から、複雑なシステムであってもシステムモデルは常に簡素な1次元複素ベクトルとなり、モータ回転速度ωの変化(トルクリプル周波数変化)に応じて(14)式も瞬時に参照値を変更すれば可変速運転にも容易に対応できる。   From the above, even in a complex system, the system model is always a simple one-dimensional complex vector, and equation (14) can be changed instantaneously according to changes in motor rotation speed ω (torque ripple frequency change). It can easily handle variable speed operation.

ここで、図7に示すトルクリプル抑制制御ブロックにおいて、非干渉化部では、除算PBn/PAnを用いているが、このシステム実部PAnがゼロとなるような動作状態になると除算PBn/PAnの分母PAnがゼロになるゼロ割となってしまい、この演算を行う除算器またはデータ処理ステップではオーバフローが発生して動作停止または演算中止のおそれがあった。 Here, in the torque ripple suppression control block shown in FIG. 7, the division P Bn / P An is used in the non-interacting unit. However, when the system real part P An becomes an operation state that becomes zero, the division P Bn / P An has a zero denominator P An, which results in an overflow in the divider or data processing step that performs this calculation, which could cause the operation to stop or stop.

また、積分ゲインKiの決定には、(8)式における分母(2ωc−ωf)が0になると、ゼロ割になってしまい、決定不可になる。 Also, the determination of the integral gain K i, the denominator (2 [omega c - [omega] f) is 0 in (8), becomes zero split, the decision not.

本発明の目的は、非干渉化制御および積分ゲインKiの決定におけるゼロ割演算による不都合を回避したトルクリプル抑制制御ができる回転電気機械のトルクリプル抑制制御装置および制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a non-interacting control and the integral gain K i dynamoelectric machine torque ripple suppression control apparatus and a control method capable torque ripple suppression control that avoids the inconveniences caused by division by zero operation in the determination of.

本発明は、前記の課題を解決するため、非干渉化部は、トルクリプルのn次補償電流余弦係数IAnと正弦係数IBnに含まれる回転電気機械システムの同定結果のn次成分実部PAnと虚部PBnの成分によるPAn=0によるゼロ割(PBn/PAn)を無くした非干渉化演算で済むようにし、I−P制御部は積分ゲインKiの決定におけるゼロ割を無くしたもので、以下の装置および方法を特徴とする。 In the present invention, in order to solve the above-described problem, the non-interacting unit includes the n-order component real part P of the identification result of the rotating electrical machine system included in the n-order compensation current cosine coefficient I An and the sine coefficient I Bn of the torque ripple. to avoid by P an = 0 non-interference calculation eliminates division by zero (P Bn / P an) by by components of an and the imaginary part P Bn, I-P control unit division by zero in the determination of the integral gain K i And is characterized by the following apparatus and method.

(1)回転電気機械システムのトルク指令値または速度指令値をベクトル制御における回転座標系のd,q軸電流指令値に変換し、回転電気機械の制御系の周波数伝達関数をシステムの同定によって任意周波数成分の複素ベクトルで表現したモデル化を行い、このモデルを使って任意周波数成分のトルクリプルの実部・虚部を抽出し、このトルクリプルの実部・虚部を抑圧するように前記d,q軸電流指令値にフィードバック補償電流を重畳する回転電気機械のトルクリプル抑制制御装置であって、
回転電気機械の軸トルク検出値Tdetと脈動抽出フィルタGFおよび回転位相θから回転電気機械システムのトルクリプルが有するn次周波数成分別のトルク脈動の余弦係数TAnと正弦係数TBnを求めるトルクリプル抽出部と、
前記余弦係数TAnと正弦係数TBnおよび回転電気機械の回転速度ωからトルクリプルのn次補償電流余弦係数IAn’と正弦係数IBn’をI−P(比例・積分)学習制御で求めるI−P制御部と、
前記余弦係数IAn’と正弦係数IBn’に含まれる回転電気機械システムの同定結果のn次成分実部推定値P^Anとn次成分虚部推定値P^Bnを、
(1) The torque command value or speed command value of the rotating electrical machine system is converted into the d and q axis current command values of the rotating coordinate system in vector control, and the frequency transfer function of the rotating electrical machine control system is arbitrarily determined by system identification. Modeling represented by a complex vector of frequency components is performed, and the real and imaginary parts of the torque ripple of an arbitrary frequency component are extracted using this model, and the above d, q so as to suppress the real and imaginary parts of the torque ripple. A torque ripple suppression control device for a rotating electrical machine that superimposes a feedback compensation current on a shaft current command value,
Torque ripple seeking shaft torque detection value T det pulsating extraction filter G F and the rotational phase cosine coefficients of n order frequency components different torque pulsation torque ripple of the rotary electric machine system has a theta T An sine coefficient T Bn rotary electric machine An extractor;
I is obtained from the cosine coefficient T An , the sine coefficient T Bn, and the rotational speed ω of the rotating electrical machine to obtain the nth-order compensation current cosine coefficient I An ′ and sine coefficient I Bn ′ of the torque ripple by IP (proportional / integral) learning control -P control unit;
N-order component real part estimated value P ^ An and n-order component imaginary part estimated value P ^ Bn of the identification result of the rotating electrical machine system included in the cosine coefficient I An ′ and sine coefficient I Bn ′,

Figure 0005488044
Figure 0005488044

の演算で互いに非干渉化した余弦係数IAn *と正弦係数IBn *を求め、これらをトルクリプル補償電流指令値とする非干渉化部と、
前記余弦係数IAn *と正弦係数IBn *と回転電気機械の回転位相θから回転電気機械システムの周期性外乱抑制のフィードバック補償電流を求める補償電流生成部とを備えたことを特徴とする。
A non-interacting unit that obtains a cosine coefficient I An * and a sine coefficient I Bn * that are made non-interfering with each other in the calculation of
And a compensation current generator that obtains a feedback compensation current for suppressing periodic disturbance of the rotating electrical machine system from the cosine coefficient I An * , the sine coefficient I Bn *, and the rotational phase θ of the rotating electrical machine.

(2)前記I−P制御部は、   (2) The IP control unit

Figure 0005488044
Figure 0005488044

から比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを決定することを特徴とする。 The proportional gain K p and the integral gain K i are determined from the above.

(3)前記I−P制御部は、   (3) The IP control unit

Figure 0005488044
Figure 0005488044

から比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを決定することを特徴とする。 The proportional gain K p and the integral gain K i are determined from the above.

(4)回転電気機械システムのトルク指令値または速度指令値をベクトル制御における回転座標系のd,q軸電流指令値に変換し、回転電気機械の制御系の周波数伝達関数をシステムの同定によって任意周波数成分の複素ベクトルで表現したモデル化を行い、このモデルを使って任意周波数成分のトルクリプルの実部・虚部を抽出し、このトルクリプルの実部・虚部を抑圧するように前記d,q軸電流指令値にフィードバック補償電流を重畳する回転電気機械のトルクリプル抑制制御方法であって、
トルクリプル抽出部は、回転電気機械の軸トルク検出値Tdetと脈動抽出フィルタGFおよび回転位相θから回転電気機械システムのトルクリプルが有するn次周波数成分別のトルク脈動の余弦係数TAnと正弦係数TBnを求め、
I−P制御部は、前記余弦係数TAnと正弦係数TBnおよび回転電気機械の回転速度ωからトルクリプルのn次補償電流余弦係数IAn’と正弦係数IBn’をI−P(比例・積分)学習制御で求め、
非干渉化部は、前記余弦係数IAn’と正弦係数IBn’に含まれる回転電気機械システムの同定結果のn次成分の実部推定値P^Anとn次成分虚部推定値P^Bnを、
(4) The torque command value or speed command value of the rotating electrical machine system is converted into the d and q axis current command values of the rotating coordinate system in vector control, and the frequency transfer function of the rotating electrical machine control system is arbitrarily determined by system identification. Modeling represented by a complex vector of frequency components is performed, and the real and imaginary parts of the torque ripple of an arbitrary frequency component are extracted using this model, and the above d, q so as to suppress the real and imaginary parts of the torque ripple. A torque ripple suppression control method for a rotating electrical machine that superimposes a feedback compensation current on a shaft current command value,
Torque ripple extraction unit, cosine coefficient T An sine coefficients of the shaft torque detection value T det pulsating extraction filter G F and the rotary electric machine system n order frequency components different torque pulsations torque ripple having from rotational phase θ of the rotary electric machine Find T Bn ,
The IP control unit calculates the n-th compensation current cosine coefficient I An 'and the sine coefficient I Bn ' of the torque ripple from the cosine coefficient T An and the sine coefficient T Bn and the rotational speed ω of the rotating electrical machine by IP (proportional / Integral) learning control,
The non-interacting unit includes a real part estimated value P ^ An and an nth order component imaginary part estimated value P ^ of the identification result of the rotating electrical machine system included in the cosine coefficient I An 'and the sine coefficient I Bn '. Bn

Figure 0005488044
Figure 0005488044

の演算で互いに非干渉化した余弦係数IAn *と正弦係数IBn *を求め、これらをトルクリプル補償電流指令値とし、
補償電流生成部は、前記余弦係数IAn *と正弦係数IBn *と回転電気機械の回転位相θから回転電気機械システムの周期性外乱抑制のフィードバック補償電流を求めることを特徴とする。
The cosine coefficient I An * and the sine coefficient I Bn * which are made non-interfering with each other in the calculation of are obtained, and these are used as the torque ripple compensation current command value.
The compensation current generator obtains a feedback compensation current for suppressing periodic disturbance of the rotating electrical machine system from the cosine coefficient I An * , the sine coefficient I Bn *, and the rotational phase θ of the rotating electrical machine.

以上のとおり、本発明によれば、非干渉化部は、トルクリプルのn次補償電流余弦係数IAnと正弦係数IBnに含まれる回転電気機械システムの同定結果のn次成分の実部PAnと虚部PBnによるPAn=0によるゼロ割(PBn/PAn)を無くした非干渉化演算で済むようにし、I−P制御部は積分ゲインKiの決定におけるゼロ割を無くしたため、非干渉化制御および積分ゲインKiの決定におけるゼロ割演算による不都合を回避したトルクリプル抑制制御ができる。 As described above, according to the present invention, the non-interacting unit performs the real part P An of the n-order component of the identification result of the rotating electrical machine system included in the n-order compensation current cosine coefficient I An and the sine coefficient I Bn of the torque ripple. since the imaginary part and by P an = 0 by P Bn to avoid a non-interference calculation eliminates division by zero (P Bn / P an), I-P controller with eliminates division by zero in the determination of the integral gain K i It can torque ripple suppression control that avoids the inconveniences caused by division by zero operation in the determination of non-interacting control and the integral gain K i.

フーリエ係数学習制御の演算ブロック図(実施形態1)。FIG. 4 is a calculation block diagram of Fourier coefficient learning control (first embodiment). 実施形態1によるトルクリプル抑制試験結果。The torque ripple suppression test result by Embodiment 1. FIG. フーリエ係数学習制御の演算ブロック図(実施形態2)。FIG. 4 is a calculation block diagram of Fourier coefficient learning control (second embodiment). 従来のトルクリプル抑制制御装置の基本構成図。The basic block diagram of the conventional torque ripple suppression control apparatus. 従来のトルクリプル抑制装置の制御ブロック図。The control block diagram of the conventional torque ripple suppression apparatus. 周波数伝達関数のノンパラメトリック推定によるシステム同定結果。System identification result by nonparametric estimation of frequency transfer function. フーリエ係数学習制御の演算ブロック図。The operation block diagram of Fourier coefficient learning control.

(実施形態1)
図1は、本実施形態におけるフーリエ係数学習制御の演算ブロック図である。同図において、トルクリプル周波数成分抽出部(図5の19)は(3)〜(5)式に従った演算ブロックに構成する。トルクリプル抑制制御部(21)は、トルクリプル同期座標における比例先行形のI−P制御部ならびに非干渉化部で構成され、トルクリプル指令値の余弦係数(実部)TAn *と正弦係数(虚部)TBn *には0を入力して抑制する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a calculation block diagram of Fourier coefficient learning control in the present embodiment. In the figure, the torque ripple frequency component extraction unit (19 in FIG. 5) is configured as a calculation block according to equations (3) to (5). The torque ripple suppression control unit (21) includes a proportional leading IP control unit and a non-interacting unit in torque ripple synchronous coordinates, and a cosine coefficient (real part) T An * and a sine coefficient (imaginary part) of the torque ripple command value. ) Input 0 to T Bn * to suppress it.

なお、比例先行形I−P制御を採用した理由は、トルクリプル抑制開始指令時の過渡応答改善と、非干渉化後の閉ループ応答を参照モデルにマッチングさせる際の計算を容易にするためである(後述)。   Note that the reason why the proportional precedence type IP control is adopted is to facilitate the transient response improvement at the time of the torque ripple suppression start command and the calculation when matching the closed loop response after decoupling with the reference model ( Later).

ところで、前記の(2)式で示した、n次補償電流iqcn *を複素ベクトルで表現すると、オイラーの公式から以下のように変換される。 By the way, when the n-order compensation current i qcn * shown in the above equation (2) is expressed by a complex vector, it is converted as follows from Euler's formula.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

同様に、n次成分のトルクリプル検出値Tdetnを以下のように変換される。 Similarly, the torque ripple detection value T detn of the nth order component is converted as follows.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

ここで、(13)式の実システムを用いると、以下の関係が成り立つ。   Here, if the real system of Formula (13) is used, the following relationship is established.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

din:n次周期外乱電流
補償電流によって周期外乱電流が除去された状態を考えて、前記のシステム同定結果(14)式を用いると、(17)式の関係は以下のように示される。
di n : n-th order periodic disturbance current Considering a state in which the periodic disturbance current is removed by the compensation current, using the system identification result (14), the relationship of the expression (17) is expressed as follows.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

ここで、(14)、(15)式を(18)式に代入し、(5)式に示す抽出フィルタ特性を考慮すると、以下のようになる。   Here, when Expressions (14) and (15) are substituted into Expression (18) and the extraction filter characteristics shown in Expression (5) are taken into consideration, the following is obtained.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

(16)式の複素フーリエ係数n次成分TCn(n>0)を取り出すと、以下のようになる。 When the complex Fourier coefficient n-order component T Cn (n> 0) of the equation (16) is extracted, it is as follows.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

同様に、(19)式の複素フーリエ係数n次成分TCn(n>0)を取り出すと、以下のようになる。 Similarly, when the complex Fourier coefficient n-order component T Cn (n> 0) of the equation (19) is extracted, it is as follows.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

(20)式と(21)式の実部・虚部の係数を比較し、以下の関係式を導く。   By comparing the coefficients of the real part and the imaginary part of the equations (20) and (21), the following relational expression is derived.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

(22)式からわかるように、トルク検出値Tdetの実部と虚部のそれぞれに、補償電流の実部IAn *と虚部IBn *が含まれてしまうことが分かる。 As can be seen from the equation (22), it can be seen that the real part and the imaginary part of the torque detection value T det include the real part I An * and the imaginary part I Bn * of the compensation current.

実部と虚部の干渉を打ち消すために、図1の非干渉化部は(23)式に示す非干渉化演算を行う。   In order to cancel the interference between the real part and the imaginary part, the non-interacting part in FIG. 1 performs a non-interacting calculation shown in the equation (23).

Figure 0005488044
Figure 0005488044

同定結果を正として、(23)式を(21)式に代入して非干渉化すると、(24)式のように置き換えられ、実部と虚部の補償電流は独立かつ同一に制御設計できる。この実部と虚部を独立して設計できることは、前記の0割の問題を回避できる。   When the identification result is positive and the equation (23) is substituted into the equation (21) to make it non-interfering, the equation (24) is replaced, and the compensation currents for the real part and the imaginary part can be controlled independently and identically. . The fact that the real part and the imaginary part can be designed independently can avoid the problem of 0%.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

次に、前記(8)式と同様に、非干渉化後の目標値応答の閉ループ伝達関数を計算すると、(25)式となる。   Next, when the closed-loop transfer function of the target value response after decoupling is calculated in the same manner as in the equation (8), the equation (25) is obtained.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

この目標値応答を、モデルマッチング法により(26)式に示す二項係数標準系の極配置に適合させる。なお、本実施形態では(26)式に適合させたが、例えばバターワース標準系などの他の規範モデルに適合させることも可能である。   This target value response is adapted to the pole arrangement of the binomial coefficient standard system shown in the equation (26) by the model matching method. In the present embodiment, the equation (26) is adapted, but it is also possible to adapt it to another reference model such as a Butterworth standard system.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

ωc:所望の学習制御応答周波数[rad/s]
(25)式と(26)式の係数比較から、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを求めると(27)式になる。
ω c : Desired learning control response frequency [rad / s]
(25) from the coefficient comparison equation (26) becomes the determining the proportional gain K p and the integral gain K i (27) below.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

また、このときの周期外乱応答は(28)式となり、極配置は(26)式の目標値応答と一致する。最終値定理より、任意次数の周期外乱実部dIAnおよび虚部dIBnが入力されてもトルクリプルは0に収束することが分かる。 In addition, the periodic disturbance response at this time is expressed by the equation (28), and the pole arrangement coincides with the target value response of the equation (26). Than the final value theorem, the torque ripple is seen to converge to zero even if the input cycle disturbance real part dI An and the imaginary part dI Bn any order.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

本制御系に適用する(28)式の比例ゲインKpには、(14)式のシステム同定結果の実部推定値P^Anと虚部推定値P^Bnが含まれている。また、(23)式の非干渉項にも同様に同定結果が用いられる。すなわち、これらはモータ回転速度ωに応じて自動的に調整され、(26)式に示す標準系極配置を常に維持するように機能する。 The proportional gain K p of the equation (28) applied to this control system includes the real part estimated value P ^ An and the imaginary part estimated value P ^ Bn of the system identification result of the expression (14). Similarly, the identification result is used for the non-interference term in the equation (23). That is, these are automatically adjusted according to the motor rotational speed ω, and function to always maintain the standard system pole arrangement shown in the equation (26).

以上から、本実施形態では、非干渉化制御におけるゼロ割の問題を回避したトルクリプル抑制制御ができ、しかも可変速運転による動作点変動に適応可能な周期性外乱抑制になって、制御パラメータの自動調整による省力化も期待できる。   From the above, in this embodiment, torque ripple suppression control that avoids the problem of zero percent in non-interacting control can be performed, and periodic disturbance suppression that can be adapted to operating point fluctuations due to variable speed operation is achieved. Labor-saving by adjustment can also be expected.

図2は、図1に示す演算ブロックで構成したトルクリプル抑制装置によるトルクリプル抑制試験結果を示し、6次成分のトルクリプル抑制結果を得ている。   FIG. 2 shows a torque ripple suppression test result by the torque ripple suppression device configured by the calculation block shown in FIG. 1 and obtains a torque ripple suppression result of the sixth-order component.

(実施形態2)
実施形態1の構成において、(27)式のKiの分母に着目すると、ωc=ωf/2のときにゼロ割になる可能性がある。ωc、ωfはユーザが任意に決定する固定値であるため、上記特異点を避けるように設定すれば問題ないが、本実施形態では特異点が発生しない制御構成を提案し、応答周波数の自由度を高める。
(Embodiment 2)
In the configuration of the first embodiment, paying attention to the denominator of K i in the equation (27), there is a possibility that it becomes zero when ω c = ω f / 2. Since ω c and ω f are fixed values determined arbitrarily by the user, there is no problem if they are set so as to avoid the singular point, but in this embodiment, a control configuration in which no singular point is generated is proposed, and the response frequency Increase the degree of freedom.

図3は、本実施形態におけるフーリエ係数学習制御の演算ブロック図である。同図が図1と異なる部分は、I−P制御部の演算ブロック構成にある。   FIG. 3 is a calculation block diagram of Fourier coefficient learning control in the present embodiment. 1 is different from FIG. 1 in the calculation block configuration of the IP controller.

このI−P制御部の構成による目標値応答の閉ループ伝達関数を計算すると(29)式となる。   When the closed-loop transfer function of the target value response according to the configuration of the IP control unit is calculated, equation (29) is obtained.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

標準系極配置設計となるように、(29)式と(26)式の係数比較から比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを求めると(30)式になる。 When the proportional gain K p and the integral gain K i are obtained from the coefficient comparison of the equations (29) and (26) so that the standard system pole arrangement design is obtained, the equation (30) is obtained.

Figure 0005488044
Figure 0005488044

(30)式の積分ゲインKiをみて分かるように、実施形態1の(27)式のKiのような特異点によるゼロ割は発生しない。 As can be seen from the integral gain K i in equation (30), zero division by a singular point like K i in equation (27) of the first embodiment does not occur.

したがって、ωc=ωf/2の設定をしても問題なく制御装置を動作させることができる。なお、ωc=ωf/2においては、比例ゲインKp=0となるので、積分制御のみが機能することになる。 Therefore, the controller can be operated without any problem even if ω c = ω f / 2. Note that, when ω c = ω f / 2, since the proportional gain K p = 0, only the integral control functions.

11 指令値変換部
12 電流ベクトル制御部
13 モータ
14 負荷装置
15 座標変換部
16 電流センサ
17 回転位相/速度検出部
18 回転位置センサ
19 トルク脈動周波数成分抽出部
20 軸トルク検出器
21 トルクリプル抑制制御部
22 補償電流生成部
31 I−P制御部
32 非干渉化部
33 実システム
34 トルクリプル抽出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Command value conversion part 12 Current vector control part 13 Motor 14 Load apparatus 15 Coordinate conversion part 16 Current sensor 17 Rotation phase / speed detection part 18 Rotation position sensor 19 Torque pulsation frequency component extraction part 20 Shaft torque detector 21 Torque ripple suppression control part 22 Compensation current generation unit 31 IP control unit 32 Decoupling unit 33 Real system 34 Torque ripple extraction unit

Claims (4)

回転電気機械システムのトルク指令値または速度指令値をベクトル制御における回転座標系のd,q軸電流指令値に変換し、回転電気機械の制御系の周波数伝達関数をシステムの同定によって任意周波数成分の複素ベクトルで表現したモデル化を行い、このモデルを使って任意周波数成分のトルクリプルの実部・虚部を抽出し、このトルクリプルの実部・虚部を抑圧するように前記d,q軸電流指令値にフィードバック補償電流を重畳する回転電気機械のトルクリプル抑制制御装置であって、
回転電気機械の軸トルク検出値Tdetと脈動抽出フィルタGFおよび回転位相θから回転電気機械システムのトルクリプルが有するn次周波数成分別のトルク脈動の余弦係数TAnと正弦係数TBnを求めるトルクリプル抽出部と、
前記余弦係数TAnと正弦係数TBnおよび回転電気機械の回転速度ωからトルクリプルのn次補償電流余弦係数IAn’と正弦係数IBn’をI−P(比例・積分)学習制御で求めるI−P制御部と、
前記余弦係数IAn’と正弦係数IBn’に含まれる回転電気機械システムの同定結果のn次成分実部推定値P^Anとn次成分虚部推定値P^Bnを、
Figure 0005488044
の演算で互いに非干渉化した余弦係数IAn *と正弦係数IBn *を求め、これらをトルクリプル補償電流指令値とする非干渉化部と、
前記余弦係数IAn *と正弦係数IBn *と回転電気機械の回転位相θから回転電気機械システムの周期性外乱抑制のフィードバック補償電流を求める補償電流生成部とを備えたことを特徴とする回転電気機械のトルクリプル抑制制御装置。
The torque command value or the speed command value of the rotating electrical machine system is converted into the d and q axis current command values of the rotating coordinate system in vector control, and the frequency transfer function of the rotating electrical machine control system is changed to an arbitrary frequency component by system identification. Modeling is performed with a complex vector, and the real and imaginary parts of the torque ripple of any frequency component are extracted using this model, and the d and q-axis current commands are used to suppress the real and imaginary parts of the torque ripple. A torque ripple suppression control device for a rotating electrical machine that superimposes a feedback compensation current on a value,
Torque ripple seeking shaft torque detection value T det pulsating extraction filter G F and the rotational phase cosine coefficients of n order frequency components different torque pulsation torque ripple of the rotary electric machine system has a theta T An sine coefficient T Bn rotary electric machine An extractor;
I is obtained from the cosine coefficient T An , the sine coefficient T Bn, and the rotational speed ω of the rotating electrical machine to obtain the nth-order compensation current cosine coefficient I An ′ and sine coefficient I Bn ′ of the torque ripple by IP (proportional / integral) learning control -P control unit;
N-order component real part estimated value P ^ An and n-order component imaginary part estimated value P ^ Bn of the identification result of the rotating electrical machine system included in the cosine coefficient I An ′ and sine coefficient I Bn ′,
Figure 0005488044
A non-interacting unit that obtains a cosine coefficient I An * and a sine coefficient I Bn * that are made non-interfering with each other in the calculation of
And a compensation current generator for obtaining a feedback compensation current for suppressing periodic disturbance of the rotating electrical machine system from the cosine coefficient I An * , the sine coefficient I Bn * and the rotational phase θ of the rotating electrical machine. Torque ripple suppression control device for electric machines.
前記I−P制御部は、
Figure 0005488044
から比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを決定することを特徴とする請求項1に記載の回転電気機械のトルクリプル抑制制御装置。
The IP controller is
Figure 0005488044
The torque ripple suppression control device for a rotary electric machine according to claim 1, wherein the proportional gain K p and the integral gain K i are determined from
前記I−P制御部は、
Figure 0005488044
から比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを決定することを特徴とする請求項1に記載の回転電気機械のトルクリプル抑制制御装置。
The IP controller is
Figure 0005488044
The torque ripple suppression control device for a rotary electric machine according to claim 1, wherein the proportional gain K p and the integral gain K i are determined from
回転電気機械システムのトルク指令値または速度指令値をベクトル制御における回転座標系のd,q軸電流指令値に変換し、回転電気機械の制御系の周波数伝達関数をシステムの同定によって任意周波数成分の複素ベクトルで表現したモデル化を行い、このモデルを使って任意周波数成分のトルクリプルの実部・虚部を抽出し、このトルクリプルの実部・虚部を抑圧するように前記d,q軸電流指令値にフィードバック補償電流を重畳する回転電気機械のトルクリプル抑制制御方法であって、
トルクリプル抽出部は、回転電気機械の軸トルク検出値Tdetと脈動抽出フィルタGFおよび回転位相θから回転電気機械システムのトルクリプルが有するn次周波数成分別のトルク脈動の余弦係数TAnと正弦係数TBnを求め、
I−P制御部は、前記余弦係数TAnと正弦係数TBnおよび回転電気機械の回転速度ωからトルクリプルのn次補償電流余弦係数IAn’と正弦係数IBn’をI−P(比例・積分)学習制御で求め、
非干渉化部は、前記余弦係数IAn’と正弦係数IBn’に含まれる回転電気機械システムの同定結果のn次成分の実部推定値P^Anとn次成分虚部推定値P^Bnを、
Figure 0005488044
の演算で互いに非干渉化した余弦係数IAn *と正弦係数IBn *を求め、これらをトルクリプル補償電流指令値とし、
補償電流生成部は、前記余弦係数IAn *と正弦係数IBn *と回転電気機械の回転位相θから回転電気機械システムの周期性外乱抑制のフィードバック補償電流を求めることを特徴とする回転電気機械のトルクリプル抑制制御方法。
The torque command value or the speed command value of the rotating electrical machine system is converted into the d and q axis current command values of the rotating coordinate system in vector control, and the frequency transfer function of the rotating electrical machine control system is changed to an arbitrary frequency component by system identification. Modeling is performed with a complex vector, and the real and imaginary parts of the torque ripple of any frequency component are extracted using this model, and the d and q-axis current commands are used to suppress the real and imaginary parts of the torque ripple. A torque ripple suppression control method for a rotating electrical machine that superimposes a feedback compensation current on a value,
Torque ripple extraction unit, cosine coefficient T An sine coefficients of the shaft torque detection value T det pulsating extraction filter G F and the rotary electric machine system n order frequency components different torque pulsations torque ripple having from rotational phase θ of the rotary electric machine Find T Bn ,
The IP control unit calculates the n-th compensation current cosine coefficient I An 'and the sine coefficient I Bn ' of the torque ripple from the cosine coefficient T An and the sine coefficient T Bn and the rotational speed ω of the rotating electrical machine by IP (proportional / Integral) learning control,
The non-interacting unit includes a real part estimated value P ^ An and an nth order component imaginary part estimated value P ^ of the identification result of the rotating electrical machine system included in the cosine coefficient I An 'and the sine coefficient I Bn '. Bn
Figure 0005488044
The cosine coefficient I An * and the sine coefficient I Bn * which are made non-interfering with each other in the calculation of are obtained, and these are used as the torque ripple compensation current command value.
A compensation current generator obtains a feedback compensation current for suppressing periodic disturbance of a rotating electrical machine system from the cosine coefficient I An * , the sine coefficient I Bn * and the rotational phase θ of the rotating electrical machine. Torque ripple suppression control method.
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