JP6222417B1 - 電動機制御装置、圧縮機及び電動機制御方法 - Google Patents

Abstract

指令角周波数と、速度フィードバック角周波数の差から、速度リップル成分を抽出する速度リップル成分抽出部と、前記速度リップル成分から前記速度リップル成分の位相を生成する位相同期回路（１７１）と、周期関数の前記位相に応じた値と、所与の振幅を乗算してトルク補償値を生成するトルク補償値生成部（１７９）と、前記指令角周波数と、前記速度フィードバック角周波数の差から、トルク指令値を演算する速度制御部（１１）と、前記トルク指令値に、前記トルク補償値を加算して得られる補償後トルク指令に基いて、電動機に出力する電流を制御する電流制御部（１２）と、を有する電動機制御装置（１）。

Description

本発明は、電動機制御装置、圧縮機及び電動機制御方法に関する。

電動機をインバータなどの電動機制御装置を用いて速度制御する際に、電動機が圧縮機など、周期的に負荷が変動する用途に用いられていると、かかる負荷変動に伴い、周期的に電動機の速度変動が生じ、振動や騒音の原因となる。

特許文献１には、負荷トルクの変動に合わせた補償電圧パターンを予め電動機の所定回転角度毎に求めて当該制御手段の内部メモリに記憶して、その所定回転角度毎に内部メモリから読み出した加算データを基準電圧に加算した値を電動機の印可電圧にすることにより、その電動機の出力トルクを変化させて１回転中の回転速度の変動を抑制する電動機の制御方法が記載されている。

特許文献２には、目標速度およびフィードバック速度によって、位相ロックループＰＬＬの方式を利用してトルク補正角度を生成し、付加トルク参考値によってトルク補正幅値を生成し、目標速度、トルク補正角度とトルク補正幅値によってフィードフォワードトルク補正値を生成する圧縮機のトルクの自動補正方法が記載されている。

特開２００２−２４７８７８号公報 特許第５９１４７７７号公報

本発明は、電動機の機械角度を測定する必要がなく、当然に機械角度に応じた補正量のマップをも必要とせずに、電動機の速度変動を抑制することをその課題とする。

本発明の一の側面による電動機制御装置は、指令角周波数と、速度フィードバック角周波数の差から、速度リップル成分を抽出する速度リップル成分抽出部と、前記速度リップル成分から前記速度リップル成分の位相を生成する位相同期回路と、周期関数の前記位相に応じた値と、所与の振幅を乗算してトルク補償値を生成するトルク補償値生成部と、前記指令角周波数と、前記速度フィードバック角周波数の差から、トルク指令値を演算する速度制御部と、前記トルク指令値に、前記トルク補償値を加算して得られる補償後トルク指令に基いて、電動機に出力する電流を制御する電流制御部と、を有する。

また、本発明の一の側面による電動機制御装置では、前記位相同期回路は、前記速度リップル成分と、前記速度リップル成分の位相を９０°ずらせた成分から、ｄ−ｑ変換を用いて前記位相を生成してよい。

また、本発明の一の側面による電動機制御装置では、前記位相同期回路は、更に所与のオフセット値に基いて前記位相を生成してよい。

また、本発明の一の側面による電動機制御装置は、前記所与の振幅を変化させる振幅変化部を有してよい。

また、本発明の一の側面による電動機制御装置では、前記振幅変化部は、少なくとも、前記電動機の速度の安定後、前記振幅を徐々に増加させてよい。

また、本発明の一の側面による電動機制御装置では、前記振幅変化部は、速度フィードバックの振幅に応じて、前記振幅を決定してよい。

また、本発明の一の側面による電動機制御装置では、前記振幅変化部は、電動機速度に変化があった場合、前記振幅を徐々に減少させてよい。

本発明の別の一側面による圧縮機は、上述のいずれかに記載の電動機制御装置と、前記電動機制御装置により制御される電動機と、を有する。

本発明の別の一側面による電動機制御方法は、指令角周波数と、速度フィードバック角周波数の差から、速度リップル成分を抽出し、前記速度リップル成分から、前記速度リップル成分の位相を生成し、周期関数の前記位相に応じた値と、所与の振幅を乗算してトルク補償値を生成し、前記指令角周波数と、前記速度フィードバック角周波数の差から、トルク指令値を演算し、前記トルク指令値に、前記トルク補償値を加算して補償後トルク指令を得、前記補償後トルク指令に基いて、電動機に出力する電流を制御する。

本発明の一実施形態に係る電動機制御装置の構成を示すブロック図である。 電流制御部のより詳細な構成を示す図である。 振動抑制部のより詳細な構成を示す図である。 振動抑制部による振動抑制の動作を説明する波形図である。 電動機の速度として周波数指令を用いた時の振幅変化部による振動抑制の動作を説明する波形図である。 振動抑制部の動作を示すフロー図である。 電動機制御装置としての一連の処理をソフトウェアで行うコンピュータのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動機制御装置１の構成を示すブロック図である。

電動機制御装置１は、入力された周波数指令ｆ_ｒｅｆに基づき、電動機２が所望の速度で回転するよう電力を供給する装置である。ここでは、電動機制御装置１は、いわゆるインバータ制御装置（単にインバータともいう。）であるが、必ずしもこれに限定されず、例えば、サーボ制御装置やサイクロコンバータなどの制御装置であってもよい。電動機２は、交流電動機であるが、その形式は特に限定されず、各種の誘導機であっても、同期機であってもよい。ここでは、電動機２は一例として、３相永久磁石同期電動機である。電動機２には、図示しない任意の負荷が接続されている。この負荷は、特に限定はされないが、ここでは、電動機２の一回転中にトルク変動の大きい機構として、圧縮機を例示する。

＜電動機制御装置＞
図２に示すように、電動機制御装置１は、基本的な構成として、ソフトスタータ１０、速度制御部１１、電流制御部１２、電圧指令演算部１３、インバータ回路１４、モータオブザーバ１５、電流検出器１６及び、振動抑制部１７を有している。ソフトスタータ１０は、電動機２の起動時に、過負荷を避けスムースに電動機２が所定の速度まで加速するよう、指令角周波数ω_ｃｏｍを徐々に増加させる。十分な時間の経過後は、ω_ｃｏｍは２πｆ_ｒｅｆに一致する。指令角周波数ω_ｃｏｍからは速度フィードバック角周波数ω_ＦＢが減算されていわゆる速度フィードバックが構成され、差分角周波数Δωが速度制御部１１に入力される。

速度制御部１１は、速度制御器とも言い、差分角周波数Δωから、指令トルクＴ_ｃｏｍを出力する。指令トルクＴ_ｃｏｍには、トルク補償値Ｔ_ｃが加算されて振動抑制が行われ、補償後指令トルクＴ（補償後トルク指令に相当）が電流制御部１２に入力される。

電流制御部１２は、電流制御器とも言い、補償後指令トルクＴに基いて、所望のトルクを電動機２が出力するようインバータ回路１４への指令値を出力するものであり、ここでは、インバータ回路１４は電圧型であるので、ｄ−ｑ平面上の電圧指令Ｖ_ｄｑを出力している。電圧指令Ｖ_ｄｑはさらに、電圧指令演算部１３により例えばＰＷＭ変調されてインバータ回路１４に印加される。なお、インバータ回路１４が電流型である場合には、電流制御部１２からの出力は電流指令であってよく、その場合は電圧指令演算部１３に変えて電流指令演算部を設けるようにしてよい。

電流制御部１２からの電圧指令Ｖ_ｄｑと、インバータ回路１４と電動機１６間に設けられた電流検出器１６から検出された電流値Ｉ_{ｄｑ−ｏｂｓ}から、モータオブザーバ１５は、電動機の推定機械位置θ_ｏｂｓと、電動機の推定角周波数である速度フィードバック角周波数ω_ＦＢを求める。推定機械位置θ_ｏｂｓは、ｄ−ｑ平面上での電流値である電流値Ｉ_{ｄｑ−ｏｂｓ}を得るため、電流検出器１６で使用されるが、これは必ずしも必須ではなく、電流検出器１６や電動機２の形式により、電流値Ｉ_{ｄｑ−ｏｂｓ}が得られればよい。

振動抑制部１７は、電動機の振動を抑制するため、指令トルクＴ_ｃｏｍに加算するべきトルク補償値Ｔ_ｃを出力する。振動抑制部１７は、指令角周波数ω_ｃｏｍと、速度フィードバック角周波数ω_ＦＢの差を用いるため、ここでは指令角周波数ω_ｃｏｍと速度フィードバック角周波数ω_ＦＢが入力されているが、出力値であるトルク補償値Ｔ_ｃの値の大きさ（振幅）と指令角周波数ω_ｃｏｍと速度フィードバック角周波数ω_ＦＢの差の値の大きさとの間に直接の関係はなく、振動抑制部１７はいわゆるフィードバックループを構成しない。このため、指令トルクＴ_ｃｏｍへのトルク補償値Ｔ_ｃの加算は、フィードフォワード補償と考えることができる。

なお、以上説明した電動機制御装置１の構成において、電流制御部１２と振動抑制部１７については、その詳細を後ほど説明する。その他の構成、すなわち、ソフトスタータ１０、速度制御部１１、電圧指令演算部１３、モータオブザーバ１５及び電流検出器１６は、任意の公知の構造を採用してよく、その詳細は本発明の技術的主題でないため、その詳細の説明は割愛する。

さらに、モータオブザーバ１５及び電流検出器１６は、ここでは、速度フィードバック角周波数ω_ＦＢが得られるものであればどのような構成であってもよく、モータオブザーバ１５及び電流検出器１６による構成に変えて、ロータリエンコーダ又はレゾルバのような、電動機２の機械位置を連続的に検出するセンサを設けるようにしてもよいし、電動機２にホール素子等の機械位置を部分的に検出するセンサを設けて、機械位置を推定する公知の構成を設けるようにしてもよい。ただし、図１に示したように、モータオブザーバ１５及び電流検出器１６による構成であれば、電動機２に特別のセンサを設ける必要がなく、電動機制御装置１を含む電動機２の制御システムの低コスト化・小型化を図ることができる。

＜電流制御部＞
図２は、電流制御部１２のより詳細な構成を示す図である。図２に示すように、電流制御部１２は、一例として、トルク制限回路１２０、Ｉｑ指令演算回路１２１、Ｉｄ指令演算回路１２２、出力電圧制限制御回路１２３、非干渉制御回路１２４及び、電流制御回路１２５を有している。電流制御部１２の構成は公知のものであり、特殊なものではない。

電流制御部１２に入力された補償後指令トルクＴは、トルク制限回路１２０により過大なトルク指令とならないよう、その上限が制限され、そののちＩｑ指令演算回路１２１及びＩｄ指令演算回路１２２によりｄ−ｑ平面上の電流値Ｉｄｑへと変換される。なお、インバータ回路１４で出力できる電圧には限界があるため、本例では、必要に応じて、出力電圧制限制御回路１２３をトルク制限回路１２０と切り替えてＩｄ指令演算回路１２２と接続し、電流値Ｉｄｑのｄ成分を制限できるようになっている。

本例ではインバータ回路１４は電圧型であるため、電流値Ｉ_ｄｑは、電流制御回路１２５により電圧値に変換され、また、非干渉制御回路１２４により非干渉化がなされ、電圧指令Ｖ_ｄｑがえられる。ここで、トルク制限回路１２０、出力電圧制限制御回路１２３、非干渉制御回路１２４はいずれも必須のものではなく、任意構成である。また、電流制御部１２を構成する各機能は、公知の構成を適宜採用すればよいため、それぞれの詳細の説明は割愛する。

＜振幅抑制部＞
図３は、振動抑制部１７のより詳細な構成を示す図である。図３に示すように、振動抑制部１７は、ハイパスフィルター１７０、位相同期回路１７１、並びに、周期関数演算部１７７及び振幅変化部１７８を含むトルク補償値生成部１７９を有している。

振動抑制部１７は、速度フィードバック角周波数ω_ＦＢと指令角周波数ω_ｃｏｍとの差から、ハイパスフィルター１７０により直流成分を除去して交流成分である速度リップル成分Δω_ｒを抽出する。なお、ハイパスフィルター１７０は、速度フィードバック角周波数ω_ＦＢと指令角周波数ω_ｃｏｍとの差から、速度リップル成分を抽出する速度リップル成分抽出部の一例としての構成である。

なお、速度リップル成分抽出部の具体的構成は、ここで上げたハイパスフィルター１７０に限定されない。例えば、入力信号の平均値をオンラインで計測し、その計測値を入力信号から差し引く構成であってもよい。この場合、オンライン計測された入力信号の平均値が直流成分に該当すると考えられる。あるいは、入力信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等の周波数変換をし、低周波成分（これが直流成分に該当すると考えられる）を除去したのち、逆変換する構成であってもよい。さらにその他の構成であっても差し支えない。

振動抑制部１７は、この速度リップル成分Δω_ｒから、位相同期回路１７１により、速度リップル成分Δω_ｒの位相θを同期させ、抽出する。位相同期回路１７１の構成は必ずしも限定されず、公知のものを適宜採用しても差し支えないが、本例では、まず、速度リップル成分Δω_ｒかそれ自体をα相、オールパスフィルタ１７２を通過させて位相を９０度ずらしたものをβ相として、α相とβ相から振幅演算１７３にて速度リップル成分Δω_ｒの振幅を得るとともに、ｄ−ｑ変換１７４にて座標変換を行い、α−β平面からｄ−ｑ平面への速度リップル成分Δω_ｒの座標変換を行う。

オールパスフィルタ１７２にて位相を９０度ずらすのは、この後ｄ−ｑ変換を行って、位相θを同期させるためである。この同期演算については後述する。また、オールパスフィルタ１７２には、離散化演算による位相ずれを補償するため、プリワーピング１７５より補償を行ってよい。また、振幅演算１７３で得られた振幅は、ローパスフィルタ１７６により離散化演算等に起因するノイズを除去してよい。

ここで、ｄ−ｑ変換１７４により得られたｄ軸成分に対し、ｄ軸成分の目標指令値ｄ^＊として、０を入力してＰＩ制御を行っている。その結果得られる速度リップル成分の位相差分Δθが遅延素子Ｚ^−１を介して、次回演算時の位相差分Δθに加算されることで、積分演算が行われ、オフセット前位相θ_ｐｒｅが得られる。同時に、オフセット前位相θ_ｐｒｅは、ｄ−ｑ変換１７４に入力され、ｄ−ｑ変換時に用いられる。この構成は、すなわち、ｄ−ｑ変換１７４により得られたｄ軸成分が０となるようにオフセット前位相θ_ｐｒｅを求めるということである。換言するならば、ｄ−ｑ変換の際に、ｄ軸成分を０に拘束してオフセット前位相θ_ｐｒｅを求めていることになる。

そして、このオフセット前位相θ_ｐｒｅが速度リップル成分Δω_ｒの位相をおおむね示している。このように、速度リップル成分Δω_ｒと（α相）、速度リップル成分Δω_ｒの位相を９０°ずらせた成分から（β相）、ｄ−ｑ変換を用いてオフセット前位相θ_ｐｒｅを求めることで、電動機２の機械位置を検出せずとも、速度リップル成分Δω_ｒの位相を求めることができる。

得られたオフセット前位相θ_ｐｒｅは、速度リップル成分Δω_ｒの速度自体に対する位相であるから、オフセット値θ_ｏｆｆｓを加算してトルク補償に適した位相θを得る。オフセット値θ_ｏｆｆｓは速度に対するトルクの位相差であるからおおむね９０度であるが、電動機２の慣性質量や負荷により若干の変動があるため、所与の指定値としてあらかじめ与えておく。

得られた位相θは、周期関数演算部１７７により、所与の関数の位相に応じた値に変換される。ここで、周期関数演算部１７７は、所与の関数として、周期２πの任意の関数ｆ（θ）を使用するが、電動機２に生じる速度振動の波形に応じた任意の周期関数を用意してよい。本例では、電動機２に使用する速度振動は、ほぼ正弦波関数にて近似できるため、周期関数演算部１７７は、正弦波関数を使用する。

また、周期関数演算部１７７には、振幅変化部１７８より振幅Ａ（所与の振幅に相当）が与えられ、乗算される。こうして得られたＡｆ（θ）がトルク補償値Ｔ_ｃとなり、指令トルクＴ_ｃｏｍに加算され、補償後指令トルクＴが算出される。従って、周期関数演算部１７７と振幅変化部１７８により、周期関数ｆの位相θに応じた値ｆ（θ）と、所与の振幅Ａを乗算してトルク補償値Ｔ_ｃを生成するトルク補償値生成部１７９が構成される。

ここで、振幅変化部１７８より出力する振幅Ａは、一定の固定値として与えてもよいが、種々の条件により変化させてもよい。以下、振幅変化部１７８が出力する振幅Ａの制御について説明する。

＜振動抑制の動作＞
図４は、振動抑制部１７による振動抑制の動作を説明する波形図である。同図は、横軸を時間に取り、上段からそれぞれ、速度リップル成分Δω_ｒ、位相θ、振幅演算１７３により得られた速度リップル成分の振幅、振幅変化部１７８から出力される振幅Ａ、トルク補償値Ｔ_ｃを示している。

まず、時刻ｔ_０〜ｔ_１の区間は、電動機２を起動してから速度が安定するまでを示している。そして、電動機２の速度が安定するまでは、振動抑制のための補償を行ったとしても、速度のずれが生じるため、必ずしも振動の抑制ができるとは限らず、場合によってはかえって振動を増幅させる可能性もあるため、そもそも振動抑制を行わない。本例では、振動抑制部１７自体の動作を止め、何もしない区間となっている。時刻ｔ_０に起動された電動機２が時刻ｔ_１に安定するまでの時間時刻ｔ_ｉｎｉｔは、適宜定めておいてよい。負荷の大きさにもよるが、ｔ_１は数秒から数十秒程度であり、特に大型の機械の場合には、数分程度としてよい。

続いて、時刻ｔ_１〜ｔ_２の区間は、振動抑制部１７自体を起動してから、位相同期回路が安定するまでを示している。この区間では、図３に示したｄ−ｑ変換１７４により求められるΔθの値が安定するまで、図４に示すように、θの値及び、速度リップル成分の振幅の値は不安定である。この区間で振動抑制のための補償を行ったとしても、θの値が必ずしも正確でないため、振動抑制が十分でないか、または増幅する恐れがある。そこで、振幅変化部１７８は、この区間においては振幅Ａを０または十分に低い値として、トルク補償値Ｔ_ｃを０又はほぼ０に保ち、実質的に振動抑制を行わないようにしている。時刻ｔ_１〜ｔ_２までの時間ｔ_ｓｔもまた適宜定めてよく、１〜数秒程度である。

さらに、時刻ｔ_２〜ｔ_３の区間は、振動抑制部１７による振動抑制が行われつつある区間である。この区間では、位相同期回路は安定しており、振幅θが正しく得られている。この時、振幅変化部１７８は、振幅Ａの値を徐々に増加させていく。これに伴い、トルク補償値Ｔ_ｃの振幅も徐々に増加していく。これは、電動機２の挙動に対して急減な変化を与えず、徐々に変化を与えることで、機構的なショックを避ける目的である。振幅Ａの値の最大値Ａ_ｍａｘは、あらかじめ与えておいてよい。また、振幅Ａの変化時間ｔ_ｔｒも任意である。おおむね、数秒〜数十秒程度としてよい。さらに、振幅Ａを増加させていくパターンは、本例では図示のように直線状に増加させているが、これを任意の曲線に沿って増加させるものとしても差し支えない。

最後に、時刻ｔ_３以降の区間は、振動抑制部１７による振動抑制が安定して行われている区間である。この区間では、同図に示した要素に大きな時間的変化はなく、速度リップル成分Δω_ｒ、振幅演算１７３により得られた速度リップル成分の振幅がともに小さく抑えられており、電動機２の振動が抑制されていることがわかる。

＜振幅変化時の振動抑制動作＞
さらに、振幅変化部１７８は、電動機２の速度に応じて振幅Ａを変化させてよい。図５は、電動機２の速度として周波数指令ｆ_ｒｅｆを用いた時の振幅変化部１７８による振動抑制の動作を説明する波形図である。なお、ここでは電動機２の速度は速やかに周波数指令ｆ_ｒｅｆに追従するものとして、周波数指令ｆ_ｒｅｆを用いているが、これに変えて速度フィードバック角周波数ω_ＦＢを用いても同様である。あるいは、指令角周波数ω_ｃｏｍを用いてもよい。

図５に示した例では、周波数指令ｆ_ｒｅｆが運転の途中で変化する場合が示されている。同図に示した最初の状態（時刻ｔ_４より前）では、周波数指令ｆ_ｒｅｆは比較的高い値に保たれており、振幅Ａも最大値Ａ_ｍａｘとなっている。その後、周波数指令ｆ_ｒｅｆが低下し始め、電動機２の速度の変化が検出されると、振幅変化部１７８は、振幅Ａを徐々に減少させる。この検出は、電動機２の速度が、その検出された安定値からある一定の範囲を超えた場合に変化ありと検出するようにしている。より具体的には、図５に示した、周波数指令ｆ_ｒｅｆがその安定値から±ｄの範囲を逸脱した時刻ｔ_４において、速度変化ありと検出され、振幅Ａを徐々に減少させる。

一方で、一定の時間の間、電動機２の速度に変化がない場合には、電動機２の速度が安定したものと検出される。その場合には、今度は振幅変化部１７８は、振幅Ａを徐々に増加させる。図５では、時刻ｔ_５にて、周波数指令ｆ_ｒｅｆの値の変化がなくなり安定している。本例では、一定の時間として、図４の時刻ｔ_１〜ｔ_２の区間の時間ｔ_ｓｔを用いている。これは、先に説明したようにｄ−ｑ変換１７４により求められるΔθの値が安定するまでの時間であり、安定した振動抑制のために必要なためである。そして、振幅変化部１７８は、この時間ｔ_ｓｔが経過した時刻ｔ６より、振幅Ａを徐々に増加させている。

周波数指令ｆ_ｒｅｆの値が増加する場合にも同様である。時刻ｔ_８で電動機２の速度変化が検出され、やはり振幅Ａは減少させられる。時刻ｔ_９で周波数指令ｆ_ｒｅｆの値の変化が止まり、この時間ｔ_ｓｔ経過後の時刻ｔ_１０から時刻ｔ_１１まで、振幅Ａは再び増加され、振動抑制が行われる。

この振幅変化部１７８の動作は、基本的に、電動機２の速度が変化している場合には、振動抑制が必ずしも効果的でないため、振動抑制を行わず、電動機２の速度が安定して変化していない場合に振動抑制を行うものである。そして、振動抑制を行うか、行わないかを急激に切り替えるのでなく、振幅Ａを徐々に変化させることでなだらかに振動抑制の入切を行って、機構的なショックを避けるようにしている。

さらに、振幅変化部１７８は、速度フィードバックの振幅に応じて、振幅Ａを決定するようにしてもよい。図４に戻り、上の説明では、振幅Ａの最大値Ａ_ｍａｘはあらかじめ与えておいてよいものとして説明した。しかしながら、Ａ_ｍａｘをユーザ、あるいは電動機２を用いた機器（例えば圧縮機）の製造時で定めるのは、試運転と計測による調整が必要であり、また、負荷変動や経年変化があると、最初に与えたＡ_ｍａｘの値が常に最適であるとは限らない。そして、Ａ_ｍａｘの値に不足があると、振動抑制が十分にできず、また、Ａ_ｍａｘの値が過大であると、振動を抑制するばかりか、かえって逆向きの振動を助長することとなってしまう。

そこで、振幅変化部１７８は、速度フィードバックの振幅と所定の閾値ｔｈとを比較し、速度フィードバックの振幅が閾値ｔｈを下回り、十分に振動が抑制されたと判断した時点で振幅Ａの増加を止めるようにして、かかる値を振幅Ａの値として用いてもよい。図４では、速度フィードバックの振幅として、振幅演算１７３により得られた速度リップル成分の振幅を用いることができ、参考として示した閾値ｔｈをこの値が下回って時点で、Ａ_ｍａｘに関わらず、振幅Ａの値の増加を止め、振幅Ａの値として決定してよい。このようにすることで、Ａ_ｍａｘの値をあらかじめ決める手間を軽減し、負荷の変動や経年変化があった場合にも、適切な振幅Ａの値を自動的に得ることができる。

＜動作フロー＞
図６は、振動抑制部１７の動作を示すフロー図である。まず、振動抑制部１７は初期状態では起動されておらず、電動機２の起動から時間ｔ_ｉｎｉｔ経過したかを判断する（ステップＳＴ１）。経過していなければ（ＳＴ１：Ｎ）、時間ｔ_ｉｎｉｔ経過して電動機２の速度が安定するまで待ち、経過していれば（ＳＴ１：Ｙ）、振動抑制部１７を起動する（ステップＳＴ２）。

振動抑制部１７は、起動されると、指令角周波数ω_ｃｏｍと、速度フィードバック角周波数ω_ＦＢの差から速度リップル成分Δωを抽出する（ステップＳＴ３）。また、さらに、速度リップル成分Δωから位相同期回路１７１により、位相θを生成する（ステップＳＴ４）。このとき、すでに説明したとおり、速度リップル成分Δωと、速度リップル成分Δωの位相を９０度ずらした成分からｄ−ｑ変換を用いて位相θを生成している。

つづけて、振動抑制部１７は、電動機速度が時間ｔ_ｓｔの間継続的に安定しているか否かを判断する（ステップＳＴ５）。この判断は、安定した電動機速度から所定の範囲（±ｄ）を電動機速度が逸脱するか否かにより判断してよい。また、電動機速度としては、周波数指令ｆ_ｒｅｆ、速度フィードバック角周波数ω_ＦＢ、指令角周波数ω_ｃｏｍのいずれを用いてもよい。

電動機速度が時間ｔ_ｓｔの間継続的に安定している場合（ステップＳＴ５：Ｙ）、速度フィードバックの振幅が閾値ｔｈを下回っており、すでに十分に振動抑制が行われているか、又は振幅Ａがその最大値Ａ_ｍａｘに到達しているかを判断する（ステップＳＴ６）。速度フィードバックの振幅が閾値ｔｈを下回っておらず、かつ振幅Ａがその最大値Ａ_ｍａｘに到達していない場合（ステップＳＴ６：Ｎ）、振幅変化部１７８は、振幅Ａの値を徐々に増加する（ステップＳＴ７）。そして、得られた振幅Ａを用いて、トルク補償値Ｔ_ｃは、周期関数ｆ（θ）を用いてＡｆ（θ）として求められ、トルク補償がなされて振動抑制が行われる（ステップＳＴ８）。

速度フィードバックの振幅が閾値ｔｈを下回っているか、又は振幅Ａがその最大値Ａ_ｍａｘに到達している場合には（ステップＳＴ６：Ｙ）、振幅Ａを増加させる必要はないので、振幅Ａの値は変化させることなく、ステップＳＴ８へと進み振動抑制が行われる。

一方で、電動機速度が時間ｔ_ｓｔの間継続的に安定していない場合（ステップＳＴ５：Ｎ）、すなわち、電動機速度が変化しているか、電動機速度が安定してから時間ｔ_ｓｔ経過していない場合には、振幅Ａがすでに０であるか、あるいは、振幅Ａの最小値Ａｍｉｎに到達しているかを判断する（ステップＳＴ９）。なお、ここで振幅Ａの最小値Ａｍｉｎは必ずしも設定しなくともよく、０としてもよい。

振幅Ａが０でなく、振幅Ａの最小値Ａｍｉｎにも到達していない場合（ステップＳＴ９：Ｎ）は、振幅変化部１７８は、振幅Ａを徐々に減少させる（ステップＳＴ１０）。その後、ステップＳＴ８へと進み振動抑制が行われる。振幅Ａが０であるか、又は振幅Ａの最小値Ａｍｉｎに到達している場合（ステップＳＴ９：Ｙ）は、ただちにステップＳＴ８へと進み、振幅Ａを変化させることなく振動抑制が行われる。この時、振幅Ａが０であると、振動抑制は全く行われないことになる。

振動抑制が行われると（ステップＳＴ８）、再度ステップＳＴ３へと戻り、電動機２が回転している間は、振動抑制が行われる。そして、図６に示したフローによれば、点同期２の速度が運転途中で変化した場合にも、速度変化中は振動抑制を行わず、速度が安定している間は振動抑制を行え、かつ、両者間の変化をなだらかなものとして機構へのショック等を軽減できる。また、振幅Ａの値は振動抑制が十分になしうる値へと自動調整される。

なお、以上の説明では、振動抑制部１７に、指令角周波数ω_ｃｏｍと、速度フィードバック角周波数ω_ＦＢがそれぞれ独立に入力され、これを振動抑制部１７内で差し引くことにより速度リップル成分Δω_ｒを求めていたが、電動機制御装置１の構成によっては、速度リップル成分Δω_ｒを直接振動抑制部１７に入力するようにしてもよい。図１に示した例では、差分角周波数Δωの符号を反転させたものは速度リップル成分Δω_ｒに等しいから、振動抑制部１７に差分角周波数Δωまたはその符号を反転させたものを直接入力するようにしてもよい。あるいは、電動機制御装置１の構成として、例えばロバスト性を付与する目的で速度補償器や、位相補償器を備えたものである場合に、速度リップル成分Δω_ｒを使用している場合があるため、これを直接振動抑制部１７に入力するようにしてもよい。

＜効果の例＞
以上説明したように、本実施形態に係る電動機制御装置１によれば、速度リップル成分Δω_ｒを抽出した後、位相同期回路１７１により、その速度リップル成分Δω_ｒの位相θを生成し、その位相θからトルク補償値Ｔ_ｃを生成して、トルク指令Ｔ_ｃｏｍを補償することができる。したがって、電動機２で生じる実際の速度変動の位相にあわせて、その速度変動を抑制することが可能である。したがって、電動機２の機械角度を測定する必要がなく、当然に機械角度に応じた補正量のマップをも必要とせずに、電動機２の速度変動を抑制することができる。更に、一旦速度リップル成分Δω_ｒの位相θを生成後に、トルク補償値Ｔ_ｃを生成することで、トルク補償値Ｔ_ｃの演算遅れを抑えることができるため、速度変動の抑制効果を高めることができる。更に、トルク補償値Ｔ_ｃの演算を、速度制御部１１とは独立して行い、トルク補償値Ｔ_ｃをフィードフォワードすることが可能であるため、速度制御部１１の出力であるトルク指令Ｔ_ｃｏｍが急変した場合であっても、トルク補償値Ｔ_ｃの演算が影響されずに済み、速度変動の抑制を継続する事が可能である。

また、電動機制御装置１によれば、位相同期回路１７１が、速度リップル成分Δω_ｒと、その位相を９０°ずらせた成分とから、ｄ−ｑ変換により位相θを生成する。したがって、この位相θの生成においても、機械角度を測定する必要がなく、かつ、演算におけるローパスフィルターなどの遅延が生じる処理を最小限に抑えることができる。また、位相θの生成において、入力された周波数指令ｆ_ｒｅｆを用いずにｄ−ｑ変換により位相θを生成ので、指令トルクＴ_ｃｏｍが安定していない場合でも、独立してトルク補償値Ｔ_ｃを算出できる。

また、電動機制御装置１によれば、位相同期回路１７１において、予め定められたオフセット値θ_ｏｆｆを考慮して、位相θを生成することができる。したがって、例えば、予め慣性質量や負荷、ＰＩループやローパスフィルタ１７６等の遅れを、予めオフセット値θ_ｏｆｆとして設定しておくことで、速度変動の抑制効果を迅速かつ確実に効かせることが可能である。

更に、電動機制御装置１によれば、周期関数演算部１７７によるトルク補償値Ｔ_ｃの振幅Ａは、振幅変化部１７８により、設定されるため、電動機２などの機械諸元やそれに伴うパラメータ等を事前に設定する必要がない。また、振幅変化部１７８は、振幅Ａを変化させることにより、急激な速度の変化を伴わずに速度変動を抑制することができる。

この際、振幅変化部１７８により、電動機２の速度が安定した後に、振幅Ａを徐々に増加させることができるため、電動機２の加速時などの速度変化中に、速度変動の抑制を開始してしまうことによる誤動作、例えば、かえって速度変化が増幅してしまうなどの不具合を防止しつつ、速度変動を抑制することができる。

また、振幅変化部１７８は、速度フィードバックの振幅に応じて、振幅Ａを決定することも可能であり、この場合、速度変動の大きさ（振動の大きさなど）に応じて、振幅Ａを自動生成することにより、速度変動をより効果的に抑制することも可能である。更に、振幅変化部１７８は、電動機２の速度に変化があった場合に、振幅Ａを徐々に減少させることもでき、この場合、速度変動の抑制機能をオフするなどの際に、急激に速度が変化することを抑制することができる。

以上説明した実施形態の構成は具体例として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定することは意図されていない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形を加えてもよく、また、フロー図に示した制御は、同等の機能を奏する他の制御に置き換えてもよい。本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

また、上記実施形態で説明した一連の処理の少なくとも一部は、専用のハードウエアにより実行させてもよいが、ソフトウエアにより実行させてもよい。一連の処理をソフトウエアにより行う場合、電動機制御装置には汎用又は専用のコンピュータが含まれ、当該コンピュータがプログラムを実行させることにより、上記の一連の処理の少なくとも一部を実現することができる。

図７は、そのようなコンピュータ１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。コンピュータは、ＣＰＵ１０１（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録装置１０２と、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）・インターネット等のネットワークに接続された通信装置１０３と、マウス・キーボード等の入力装置１０４と、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、各種のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）・ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ）ディスク・ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体等を読み書きするドライブ１０５と、モニタなどの表示装置・スピーカやヘッドホンなどの音声出力装置などの出力装置１０６等と、を有してもよい。これらコンピュータ１００を構成する機器は、データバス１０７により接続され、互いに情報通信可能に統合されてよい。また、このコンピュータ１００は、ＣＰＵ１０１に加えて又は換えて、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を有してもよい。そして、このコンピュータ１００は、記録装置１０２・リムーバブル記憶媒体に記録されたプログラム、又はネットワークを介して取得したプログラムを実行することにより、上記一連の処理の少なくとも一部を実行してもよい。

Claims (9)

1. 指令角周波数と、速度フィードバック角周波数の差から、速度リップル成分を抽出する速度リップル成分抽出部と、
   前記速度リップル成分から前記速度リップル成分の位相を生成する位相同期回路と、
   周期関数の前記位相に応じた値と、所与の振幅を乗算してトルク補償値を生成するトルク補償値生成部と、
   前記指令角周波数と、前記速度フィードバック角周波数の差から、トルク指令値を演算する速度制御部と、
   前記トルク指令値に、前記トルク補償値を加算して得られる補償後トルク指令に基いて、電動機に出力する電流を制御する電流制御部と、
   を有する電動機制御装置。
2. 前記位相同期回路は、前記速度リップル成分と、前記速度リップル成分の位相を９０°ずらせた成分から、ｄ−ｑ変換を用いて前記位相を生成する
   請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記位相同期回路は、更に所与のオフセット値に基いて前記位相を生成する、
   請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 前記所与の振幅を変化させる振幅変化部を有する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
5. 前記振幅変化部は、少なくとも、前記電動機の速度の安定後、前記振幅を徐々に増加させる、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
6. 前記振幅変化部は、速度フィードバックの振幅に応じて、前記振幅を決定する、
   請求項５に記載の電動機制御装置。
7. 前記振幅変化部は、電動機速度に変化があった場合、前記振幅を徐々に減少させる、
   請求項５又は６に記載の電動機制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の電動機制御装置と、
   前記電動機制御装置により制御される電動機と、
   を有する圧縮機。
9. 指令角周波数と、速度フィードバック角周波数の差から、速度リップル成分を抽出し、
   前記速度リップル成分から、前記速度リップル成分の位相を生成し、
   周期関数の前記位相に応じた値と、所与の振幅を乗算してトルク補償値を生成し、
   前記指令角周波数と、前記速度フィードバック角周波数の差から、トルク指令値を演算し、
   前記トルク指令値に、前記トルク補償値を加算して補償後トルク指令を得、
   前記補償後トルク指令に基いて、電動機に出力する電流を制御する、
   電動機制御方法。

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