(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷装置を駆動するモータを、任意波形のトルク指令値に出力制御するトルク制御回路を設けたモータのトルク制御装置において、
モータのトルク出力の周波数成分による電気・機械系の共振現象を、前記トルク指令値からトルク検出値までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いた共振抑制テーブルで前記トルク指令値を生成する機械共振抑制制御手段を備えたことを特徴とするモータのトルク制御装置。
【請求項２】
前記機械共振抑制制御手段は、前記システム同定結果を、システム特性を近似的な数式で表現することを特徴とする請求項１に記載のモータのトルク制御装置。
【請求項３】
前記機械共振抑制制御手段は、前記共振抑制テーブルで前記トルク指令値を生成すると同時に、モータのトルク出力の周期性外乱を抑制する周期性外乱補償電流テーブルまたは周期性外乱抑制演算で前記トルク指令値を補正する周期性外乱抑制制御手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のモータのトルク制御装置。
【請求項４】
前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を重ね合わせて任意波形のトルク出力を発生させる場合、共振抑制テーブルで並列に複数の前記トルク指令値を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータのトルク制御装置。
【請求項５】
前記トルク制御回路は、前記トルク指令値をベクトル制御における回転座標系のｄ軸ｑ軸電流指令値に変換してモータ電流を制御する構成とし、
前記周期性外乱抑制制御手段は、前記ｑ軸電流指令値のみのトルク指令値を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータのトルク制御装置。
【請求項６】
前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク成分はｄ軸ｑ軸電流指令値に変換し、直流以外のトルク成分は共振抑制を考慮したｑ軸電流指令値に変換することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータのトルク制御装置。
【請求項７】
前記周期性外乱抑制制御手段は、複数の周波数成分を含むｑ軸電流指令値を入力としたトルク共振抑制テーブルまたはトルク共振抑制演算でトルクの周期性外乱を抑制することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータのトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのトルク制御装置に係り、特にモータに任意波形のトルク出力を発生させるモータの制御装置におけるトルク出力の周期性外乱抑制および機械共振抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、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。
【０００３】
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。
【０００４】
上記の課題に対し、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。
【０００５】
（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制御ブロック図である。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。
【０００６】
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。
【０００７】
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（１）式に示すように回転位相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。
【０００８】
【数１】
0005621274.tif 000002
【０００９】
ωf：フィルタ遮断周波数［ｒａｄ／ｓ］、Ｔdet：軸トルク検出値［Ｎｍ］
トルクリプル抑制装置５では、上記式で抽出した係数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。
【００１０】
【数２】
0005621274.tif 000003
【００１１】
図５は、トルクリプル補償電流テーブルによ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。
【００１２】
Ｔ*：トルク指令値、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：補償電流余弦係数、ＩBn：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。
【００１３】
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*に変換し（例えば一般に、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）、ｑ軸電流指令値Ｉｑｏ*にトルク脈動補償電流ｉｑｃ*を重畳してトルク脈動を抑圧する。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。
【００１４】
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。
【００１５】
補償電流テーブル１９は、前記のように、トルク指令値Ｔ*と回転数ωを入力とし、これら入力から補償電流余弦係数ＩAnおよび正弦係数ＩBnを出力する２次元テーブルである。補償電流生成部２０では、前記の（２）式で補償電流指令値を生成し、ｑ軸電流指令値に重畳する。なお、補償電流テーブル１９に代えて、図４における軸トルク検出器４で検出する軸トルクＴdetと回転位相θからトルクリプル分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を求める方法でもよい。
【００１６】
図６は、試験システムにおける３次元補償電流テーブル特性の例であり、６次トルクリプル補償余弦係数Ｉanと正弦係数Ｉbnを用いて６次成分のトルクリプルを抑制するものである。
【００１７】
（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。
【００１８】
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関数、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までの周波数伝達関数として同定する。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７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、周波数伝達関数の傾向から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。
【００１９】
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７のシステム同定結果から任意の周波数伝達関数のみを抽出する。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・位相伝達関数は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（３）式のように定義する。
【００２０】
【数３】
0005621274.tif 000004
【００２１】
ＰAm：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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
図８は、フーリエ係数学習制御の演算ブロック図である。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、（３）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（４）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。
【００２６】
【数４】
0005621274.tif 000005
【００２７】
そこで、図８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（５）式となる。
【００２８】
【数５】
0005621274.tif 000006
【００２９】
（５）式の目標値応答を（７）式に示す二項係数標準系の極配置に適合させると、（５）、（７）式の係数比較から（８）式を導出できるので、これをノミナル比例／積分ゲインとして与える。
【００３０】
【数６】
0005621274.tif 000007
【００３１】
ωc：所望の学習制御応答周波数［ｒａｄ／ｓ］、ただし、ωc＜ωf／２
【００３２】
【数７】
0005621274.tif 000008
【００３３】
（８）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（７）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（８）式と同等である。
【００３４】
（４）周期性外乱オブザーバ補償法
前記の非特許文献１に方式２として記載されるトルクリプル抑制制御法である。前記補償電流フーリエ係数学習制御法での制御パラメータ自動調整手法は、Ｉ−Ｐ制御ゲインの調整を介して外乱を抑制するため、可変速運転に対する即応性が低下する。そのため、学習した結果を予めテーブル化しておき、フィードフォワード抑制する使い方を推奨している。
【００３５】
本方式の周期性外乱オブザーバ補償法は、周期性外乱オブザーバという考え方を用いて直接的にトルクリプル外乱を推定するため、上記の即応性の問題を改善できる。したがって、可変速・負荷変動を有するシステムに対しても常時オンラインフィードバックでトルクリプルを抑制できる。また、補償電流フーリエ係数学習制御法と同様に１次元複素ベクトルで表現したシステム同定結果を用いて、周期性外乱オブザーバの逆モデルを自動調整する機能を持たせることで、多慣性共振系システムヘの実装も容易になる特徴を持つ。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３６】
【非特許文献１】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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
複数の周波数成分の正弦波トルク指令で加振・重畳して任意トルク波形を生成するモータ制御装置において、トルク加振周波数が電気機械系システムの共振点に一致すると、トルク波形が共振して振動・騒音・機器破損・計測障害などの種々の問題を引き起こす。また、モータのトルクの周期性外乱も機械共振によって同様の問題を引き起こす。
【００３８】
前記の補償電流フーリエ係数学習制御法および周期性外乱オブザーバ補償法では、トルクの周期性外乱を抑制する制御手法であるが、トルク加振制御など、任意波形のトルク指令値に出力制御する場合に発生する可能性がある機械共振現象の抑制手法については考慮されていない。
【００３９】
本発明の目的は、トルク加振など、モータに任意波形のトルク出力を発生させるモータ制御装置におけるモータのトルク出力の周期性外乱抑制および機械共振抑制ができるモータのトルク制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明は、前記の課題を解決するため、任意波形のトルク指令値でモータの出力を制御するモータのトルク制御装置において、トルク出力の周波数成分による電気・機械系の共振現象を、トルク指令値からトルク検出値までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いた共振抑制テーブルまたは共振抑制演算でトルク指令値を生成するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００４１】
（１）負荷装置を駆動するモータを、任意波形のトルク指令値に出力制御するトルク制御回路を設けたモータのトルク制御装置において、モータのトルク出力の周波数成分による電気・機械系の共振現象を、前記トルク指令値からトルク検出値までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いた共振抑制テーブルで前記トルク指令値を生成する機械共振抑制制御手段を備えたことを特徴とする。
【００４２】
（２）前記機械共振抑制制御手段は、前記システム同定結果を、システム特性を近似的な数式で表現することを特徴とする。
【００４３】
（３）前記機械共振抑制制御手段は、前記共振抑制テーブルで前記トルク指令値を生成すると同時に、モータのトルク出力の周期性外乱を抑制する周期性外乱補償電流テーブルまたは周期性外乱抑制演算で前記トルク指令値を補正する周期性外乱抑制制御手段を備えたことを特徴とする。
【００４４】
（４）前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を重ね合わせて任意波形のトルク出力を発生させる場合、共振抑制テーブルで並列に複数の前記トルク指令値を生成することを特徴とする。
【００４５】
（５）前記トルク制御回路は、前記トルク指令値をベクトル制御における回転座標系のｄ軸ｑ軸電流指令値に変換してモータ電流を制御する構成とし、
前記周期性外乱抑制制御手段は、前記ｑ軸電流指令値のみのトルク指令値を補正することを特徴とする。
【００４６】
（６）前記機械共振抑制制御手段は、直流成分を含む複数の周波数成分を有する任意波形のトルク指令値を直流分のトルク成分と直流以外のトルク成分に分離し、直流分のトルク成分はｄ軸ｑ軸電流指令値に変換し、直流以外のトルク成分は共振抑制を考慮したｑ軸電流指令値に変換することを特徴とする。
【００４７】
（７）前記周期性外乱抑制制御手段は、複数の周波数成分を含むｑ軸電流指令値を入力としたトルク共振抑制テーブルまたはトルク共振抑制演算でトルクの周期性外乱を抑制することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４８】
以上のとおり、本発明によれば、任意波形のトルク指令値でモータの出力を制御するモータのトルク制御装置において、トルク出力の周波数成分による電気・機械系の共振現象を、トルク指令値からトルク検出値までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いた共振抑制テーブルまたは共振抑制演算でトルク指令値を生成するようにしたため、トルク加振装置など、モータに任意波形のトルク出力を発生させるモータ制御装置におけるモータのトルク出力の周期性外乱抑制および機械共振抑制ができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】トルク制御装置の制御ブロック図（実施形態１）。
【図２】トルク制御装置の制御ブロック図（実施形態２）。
【図３】トルク制御装置の制御ブロック図（実施形態３）。
【図４】従来のトルク制御装置の構成図。
【図５】従来のトルク制御装置の制御ブロック図。
【図６】トルク抑制制御における３次元補償電流テーブル特性の例。
【図７】トルク制御装置の周波数伝達関数の例。
【図８】補償電流係数の演算ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
（実施形態１）
本実施形態では、前記の補償電流テーブルを使ってモータのトルクリプル抑制を実現しつつ、トルク加振による機械共振現象も同時に抑制する手法を提案するものである。特に、多慣性共振系システムに対して加振信号を与える場合に着眼して、容易に共振抑制可能なトルク制御装置を提供するものである。
【００５１】
図１は、本発明の実施形態を示すモータのトルク制御装置の制御ブロック図である。同図が図５と異なる部分は、電気・機械系の共振を抑制する機械共振抑制制御手段として、加振トルク指令Ｔｖｉｂ*に応じてトルク加振指令値Ｔ*を得る共振抑制テーブル２１を設けた点にある。この加振トルク指令Ｔｖｉｂ*の周波数成分は任意であるが、本実施形態では正弦波とする。また、共振抑制テーブルに代えて後に説明するシステム伝達関数を基にした共振抑制演算でトルク指令値を生成することができる。
【００５２】
ここで、共振抑制テーブル２１の実現方法を説明する。共振抑制テーブル２１は、同定入力「トルク指令値Ｔ*」から同定出力「トルク検出値Ｔdet」までの周波数成分別のシステム伝達関数として同定し、この周波数成分別の同定結果の逆数を用いて構成する。システム同定は一般的な技術であるため、手法の詳細は特に限定しない。例えば、トルク指令値Ｔ*にホワイトノイズを同定入力信号して与え、そのときの軸トルク出力信号（Ｔdet）を観測して記録する。入力・出力の記録データから周波数伝達特性を求めれば、周波数成分ごとのシステム伝達特性（同定結果）を入手できる。なお、軸トルク出力信号（Ｔdet）に代えて、フレームに設置した加速度センサ等によるフレーム振動検出、回転位置センサ等による回転速度／位置変動検出、あるいは電流センサによる電流脈動検出に置き換えることが可能である。
【００５３】
同定結果は前記（３）式に対応する下記（９）式を基に求められ、周波数成分ごとに１次元複素ベクトルで表現してテーブル化する。ｍは周波数成分を表すテーブル要素番号、Ｎはテーブルの要素数を示している。実際に使用するときは所望の加振周波数成分に対応する１次元複素ベクトルのみをテーブルから抽出して使用する。
【００５４】
【数８】
0005621274.tif 000009
【００５５】
Ｎはテーブルの周波数分解能を決定づける任意自然数で、例えばＮ＝１０００個で１Ｈｚごとにテーブルを構成した場合は、１〜１０００Ｈｚまでを１Ｈｚ刻みで表現できる。ＰAm：システム同定結果の実部ｍ番目要素、ＰBm：システム同定結果の虚部ｍ番目要素である。
【００５６】
上記（９）式で表現したＰTmは、ｍ番目要素に対応する周波数成分におけるトルク指令Ｔ*からトルク検出値Ｔdetまでの伝達特性を示しているので、その逆算値、すなわち逆特性ＰTm-1を介して所望の加振トルク指令値Ｔｖｉｂ*を入力すれば、システム共振特性を予め考慮したトルク加振指令値Ｔ*を生成することができる。（９）式の逆数であるＰTm-1は、１次元複素ベクトルの逆数の集合データとなるので容易に計算できる。したがって、図１の共振抑制テーブル２１には、予め計算したシステム逆特性ＰTm-1のテーブルを与える。共振抑制テーブルから抽出する周波数成分は、加振トルク指令値の周波数成分に一致させる。なお、加振周波数別の伝達関数は軸トルクメータ２２で検出する軸トルク検出値Ｔdetから求められる。
【００５７】
本実施形態によれば、加振トルク指令が電気・機械系の共振点に一致しても、危険なトルク共振現象を発生することなく、安全かつ良好に軸トルク波形を所望値に制御することができる。また、モータのトルク出力の周期性外乱を抑制する周期性外乱抑制制御手段として、補償電流テーブル１９（または共振抑制演算）によって同時に抑制する構成とすることで、周期性のある外乱抑制・目標値応答の双方を同時に実現できる。
【００５８】
一般に多慣性共振系システムは高次の複雑なシステムとなり、制御器も複雑な演算を要求される場合が多い。本実施形態を用いれば、逆モデル特性も１次元複素ベクトルで表されるため、比較的容易に抑制制御系を設計できる利点がある。
【００５９】
（実施形態２）
本実施形態の構成図を図２に示す。同図が図１と異なる部分は、共振抑制テーブル２３が直流成分を含む複数の周波数成分別のトルク加振指令値Ｔｖｉｂｌ*〜Ｔｖｉｂｎ*を基にして共振抑制を考慮した周波数成分別のトルク指令値Ｔ１*〜Ｔｎ*を得てそれらを重ね合わせてトルク指令値Ｔ*を生成する点にある。
【００６０】
前記の（４）式におけるＰTmは、複数の周波数成分の重ね合わせで実現できる。そこで、本実施形態では、実施形態１の構成を複数の周波数成分のトルク加振指令値に対応させる。トルクリプル周期性外乱抑制と、トルク加振による電気・機械系の共振現象の抑制を両立させる方法は、実施形態１に記載の手法と同様である。
【００６１】
図２に示したとおり、共振抑制テーブルを多入力多出力として各々独立に共振抑制を行えば、所望の周波数成分の加振信号による共振現象をすべて抑制できる。このときの共振抑制テーブルは同一のものを用いればよいので、各周波数成分で別途テーブルを用意する必要はない。トルク加振周波数に対応するテーブル値を各々読み出した後に、トルク指令値を重ね合わせれば、複数次数成分の共振抑制を考慮したトルク加振指令値Ｔ*を生成できる。
【００６２】
以上、本実施形態を用いれば、複数の周波数成分の加振トルクを重ね合わせて、共振現象を発生することなく任意トルク波形を生成することが可能となる。併せて、トルクリプル周期性外乱を同時に抑制することができる。
【００６３】
（実施形態３）
モータが埋込磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ）の場合は、ｄ軸電流を用いてリラクタンストルクを有効活用するのが通例である。例えば、最大トルクが得られるようにｄ軸電流とｑ軸電流の割合を制御する。一般には理論的な変換数式や、調整可能な変換テーブルを用いてトルク指令からｉｄ、ｉｑ電流指令値に変換している。
【００６４】
上述までの実施形態では、加振周波数成分を含むトルク指令をｉｄ、ｉｑ電流指令値に変換してベクトル制御を行っている。つまり、ｉｄ、ｉｑ電流指令の双方が加振周波数成分を有することになる。ＩＰＭＳＭは構造上、負荷や回転数に依存して複雑なトルク発生メカニズムを持っており、トルク誤差を発生しやすい。そのようなモータに対してｄ軸、ｑ軸電流をトルク加振した場合、上述の誤差やトルクリプル特性などの影響を受けて、より複雑な周波数成分のトルクを発生してしまう可能性がある。
【００６５】
ＩＰＭＳＭの最も単純なトルク式は下記（１０）式で示されるが、右辺第２項ではｉｄとｉｑの乗算が行われるため、双方に加振周波数成分があると２倍の周波数を発生する。また、実際にはトルクリプルがあるので．（１０）式のような単純な近似式ではトルクに含まれる周波数成分を正確に表現できない。
【００６６】
【数９】
0005621274.tif 000010
【００６７】
Ｔ：トルク、Ｐｎ：極対数、Φ：永久磁石による電機子鎖交磁束、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
このように、上述する種々の原因から、モータが発生するトルクには複雑な周波数成分が含まれている。そこで、本実施形態では、ｄ軸とｑ軸電流のトルク加振周波数の誤差と干渉による悪影響を低減するため、ｑ軸電流のみを用いてトルク加振する。図３は、本実施形態の基本構成図であり、図１と異なる部分は、軸トルク指令分離部２４を追加した点にある。
【００６８】
軸トルク指令分離部２４は、任意波形（すなわち複数の周波数成分を含む）軸トルク指令値Ｔｓｈ*から、直流成分Ｔｏ*と加振成分Ｔｖｉｂ*（直流以外の複数の周波数成分）を分離する。分離方法は任意である。例えば、任意波形の指令値を生成する際、予め直流分とそれ以外の周波数成分の指令値を分けて指令してもよいし、混合された指令値であっても高域通過フィルタ（ハイパスフィルタ）を用いて直流以外の成分を分離することができる。
【００６９】
上記で分離したトルク指令の直流成分Ｔ0*は、通常のトルク−ｉｄ、ｉｑ電流変換部１１を介してｄ軸電流指令値ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値（直流分）ｉｑｏ*に変換する。一方、加振成分Ｔｖｉｂ*は共振抑制テーブル２１Ａを用いて、加振トルク指令値による共振現象を抑制する。ただし、ここで用いる共振抑制テーブル２１Ａは前述の実施形態１のそれとは異なる。本実施形態では、加振トルク指令からｑ軸電流指令値に変換するため、（１０）式に示す加振電流指令値ｉｑｖｉｂ*から軸トルク検出値Ｔｄｅｔまでのシステム同定結果Ｐiqを用いて、その逆数Ｐiq-1（逆モデル）を共振抑制テーブルとして与える。
【００７０】
【数１０】
0005621274.tif 000011
【００７１】
ＰAiqm：システム同定結果の実部ｍ番目要素、ＰBAiqm：システム同定結果の虚部ｍ番目要素
次に、トルクリプル周期性外乱抑制についても、前述までの実施形態と異なり、トルク指令Ｔ*と回転数ωの代わりにｑ軸電流指令値ｉｑｒと回転数ωを入力変数として、２次元補償電流テーブル１９Ａを構成する。図３に示す通り、直流電流値ｉｑｏ*と加振電流ｉｑｖｉｂ*を合わせたものがｉｑｒである。補償電流の生成については、前記実施形態１または実施形態２と同様であり、補償電流ｉｑｃ*をｑ軸電流指令値ｉｑｒに重畳して、最終的なｑ軸電流指令値ｉｑ*を生成する。
【００７２】
本実施形態によれば、直流トルク成分と分離しつつ、ｑ軸電流指令によるトルク加振を用いることで、トルクリプルやｄ軸・ｑ軸電流加振の干渉によるトルク波形ひずみやトルク誤差の悪影響を比較的低減することができる。
【００７３】
なお、各実施形態においては、モータ出力にトルク加振を得る制御装置の場合を示すが、モータに任意波形のトルク出力を発生させるモータの制御装置に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
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  補償電流テーブル
２０  補償電流生成部
２１、２１Ａ、２３、  共振抑制テーブル
２２  軸トルクメータ
２４  軸トルク指令分離部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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