(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
【数３１】
0005488044.tif 000032
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。
【請求項２】
前記Ｉ−Ｐ制御部は、
【数３２】
0005488044.tif 000033
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。
【請求項３】
前記Ｉ−Ｐ制御部は、
【数３３】
0005488044.tif 000034
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。
【請求項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、
【数３４】
0005488044.tif 000035
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【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、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。
【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、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。
【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。
【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】
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。
【０００９】
【数１】
0005488044.tif 000002
【００１０】
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。
【００１１】
Ｔ*：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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
【数２】
0005488044.tif 000003
【００１６】
£：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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
（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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
【数３】
0005488044.tif 000004
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
【数４】
0005488044.tif 000005
【００３０】
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。
【００３１】
【数５】
0005488044.tif 000006
【００３２】
（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。
【００３３】
【数６】
0005488044.tif 000007
【００３４】
ωc：所望の学習制御応答周波数［ｒａｄ／ｓ］、ただし、ωc＜ωf／２
【００３５】
【数７】
0005488044.tif 000008
【００３６】
（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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３７】
【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】
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
【数８】
0005488044.tif 000009
【００４２】
ＰA（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。
【００４３】
【数９】
0005488044.tif 000010
【００４４】
ＰAn：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。
【００４５】
【数１０】
0005488044.tif 000011
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００５１】
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。
【００５２】
（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、
【００５３】
【数１１】
0005488044.tif 000012
【００５４】
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。
【００５５】
（２）前記Ｉ−Ｐ制御部は、
【００５６】
【数１２】
0005488044.tif 000013
【００５７】
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。
【００５８】
（３）前記Ｉ−Ｐ制御部は、
【００５９】
【数１３】
0005488044.tif 000014
【００６０】
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。
【００６１】
（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、
【００６２】
【数１４】
0005488044.tif 000015
【００６３】
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。
【発明の効果】
【００６４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】フーリエ係数学習制御の演算ブロック図（実施形態１）。
【図２】実施形態１によるトルクリプル抑制試験結果。
【図３】フーリエ係数学習制御の演算ブロック図（実施形態２）。
【図４】従来のトルクリプル抑制制御装置の基本構成図。
【図５】従来のトルクリプル抑制装置の制御ブロック図。
【図６】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。
【図７】フーリエ係数学習制御の演算ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
（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。
【００６７】
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）。
【００６８】
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。
【００６９】
【数１５】
0005488044.tif 000016
【００７０】
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。
【００７１】
【数１６】
0005488044.tif 000017
【００７２】
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。
【００７３】
【数１７】
0005488044.tif 000018
【００７４】
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。
【００７５】
【数１８】
0005488044.tif 000019
【００７６】
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。
【００７７】
【数１９】
0005488044.tif 000020
【００７８】
（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。
【００７９】
【数２０】
0005488044.tif 000021
【００８０】
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。
【００８１】
【数２１】
0005488044.tif 000022
【００８２】
（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。
【００８３】
【数２２】
0005488044.tif 000023
【００８４】
（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。
【００８５】
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。
【００８６】
【数２３】
0005488044.tif 000024
【００８７】
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。
【００８８】
【数２４】
0005488044.tif 000025
【００８９】
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。
【００９０】
【数２５】
0005488044.tif 000026
【００９１】
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。
【００９２】
【数２６】
0005488044.tif 000027
【００９３】
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。
【００９４】
【数２７】
0005488044.tif 000028
【００９５】
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。
【００９６】
【数２８】
0005488044.tif 000029
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
（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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
【数２９】
0005488044.tif 000030
【０１０４】
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。
【０１０５】
【数３０】
0005488044.tif 000031
【０１０６】
（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。
【０１０７】
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。
【符号の説明】
【０１０８】
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
【図１】
0005488044.tif 000036
【図２】
0005488044.tif 000037
【図３】
0005488044.tif 000038
【図４】
0005488044.tif 000039
【図５】
0005488044.tif 000040
【図６】
0005488044.tif 000041
【図７】
0005488044.tif 000042