(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機制御装置における電動機を制御する電流指令値対して前記電動機のトルクに含まれる周期的なトルク脈動を補正する電動機のトルク脈動補正装置であって、
前記電動機を回転させた時に、位置検出器からの前記電動機の回転位置から前記電動機の回転速度を演算して回転速度を周波数解析し、特定周波数の振幅および位相を演算して周波数解析結果として出力する周波数解析部と、
電動機制御装置に電動機運転指令を入力して前記電動機を回転させると共に、前記周波数解析結果から前記電動機に発生するトルク脈動の振幅および位相を推定してトルク脈動推定値として出力するトルク脈動推定部と、
前記トルク脈動推定値と電流検出器で検出された電動機電流と前記位置検出信号によりトルク脈動補正電流値を演算して前記電動機制御装置の電流指令値を補正するトルク脈動補正部と、
を備え、
前記トルク脈動推定部は、前記周波数解析部に前記電動機の電流が異なる複数の条件について前記周波数解析結果を演算させ、取得した複数の前記周波数解析結果からトルク脈動の振幅または位相を電流の関数として求める、電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項２】
前記トルク脈動推定部は、
前記トルク脈動補正部によってトルク脈動補正を行わない状態で前記電動機を運転させる第１制御処理と、
前記周波数解析部によって、前記第１制御処理によって得られた前記電動機の回転速度を、前記トルク脈動に対応した周波数について周波数解析させた振幅および位相を得る第２制御処理と、
前記トルク脈動補正部に既知の振幅、位相および周波数を有する試験信号を設定し、前記トルク脈動補正部によって前記試験信号を加えた状態で前記電動機を運転させる第３制御処理と、
前記周波数解析部によって、前記第３制御処理によって得られた前記電動機の回転速度を、前記試験信号の周波数について周波数解析させた振幅および位相を得る第４制御処理と、を有し、
前記第２制御処理で得られた振幅および位相、および前記第４制御処理で得られた振幅および位相に基づいて、前記トルク脈動の振幅および位相を演算する、
請求項１に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項３】
前記トルク脈動推定部は、前記電動機の電流から電動機の回転速度までの前記トルク脈動に対応した特定周波数における伝達特性を演算し、前記伝達特性に基づいて前記トルク脈動の振幅および位相の推定値を推定する請求項２に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項４】
前記伝達特性は、前記電動機の電流から前記電動機の回転速度までのゲインおよび位相である請求項３に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項５】
前記試験信号の周波数は、前記トルク脈動に対応した特定周波数に設定され、
前記トルク脈動推定部は、複数の周波数解析から、トルク脈動に起因する速度脈動成分と、試験信号に起因する速度脈動成分を分離する演算を行い、前記トルク脈動に起因する速度脈動成分と前記伝達特性に基づいて、前記トルク脈動を推定する請求項３または４に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項６】
前記トルク脈動推定部は、前記電動機制御装置、前記位置検出器、前記電流検出器、および前記トルク脈動補正装置から構成される電動機の制御システムの据付調整時に、前記トルク脈動の推定を行う請求項２から５までのいずれか１項に記載の位置検出器のトルク脈動補正装置。
【請求項７】
前記トルク脈動に対応した特定周波数が、前記電動機制御装置、前記位置検出器、前記電流検出器、および前記トルク脈動補正装置から構成される電動機の制御システムの共振周波数と一致するか否かを判定する共振判定部をさらに有し、
前記トルク脈動推定部は、前記共振判定部で前記トルク脈動に対応した特定周波数が前記電動機の制御システムの共振周波数と一致すると判定された場合には、前記電動機の回転速度または回転位置を変更して前記トルク脈動の推定を行う請求項２から６までのいずれか１項に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項８】
前記共振判定部は、トルク脈動に対応した特定周波数成分の前記電動機の速度脈動の振幅の変化量と位相の変化量のうち少なくとも１つが設定値を超える場合に共振であると判定する、請求項７に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項９】
前記トルク脈動推定部は、前記第２制御処理により得られた振幅である第１振幅と、前記第４制御処理により得られた振幅である第２振幅および前記試験信号の振幅と、を用いて、前記第１振幅と前記第２振幅との比に前記試験信号の振幅の乗じることで前記トルク脈動の振幅を推定する、請求項２から８までのいずれか１項に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項１０】
前記トルク脈動補正部は、振幅、位相および周波数が同じ前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
前記トルク脈動推定部は、前記トルク脈動の振幅の推定を複数回行い、複数回の前記トルク脈動の振幅の推定値の平均値を前記トルク脈動の振幅の推定値とする、
請求項９に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項１１】
前記トルク脈動補正部は、振幅、位相および周波数が異なる前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
前記トルク脈動推定部は、前記トルク脈動の振幅の推定を複数回行い、複数回の前記トルク脈動の振幅の推定値の平均値を前記トルク脈動の振幅の推定値とする、
請求項９に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項１２】
前記トルク脈動推定部は、前記第２制御処理により得られた位相である第１位相と、前記第４制御処理により得られた位相と前記試験信号の位相との差分である第２位相と、を用いて、前記第１位相と前記第２位相の差分により前記トルク脈動の位相を推定する、請求項２から８までのいずれか１項に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項１３】
前記トルク脈動補正部は、振幅、位相および周波数が同じ前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
前記トルク脈動推定部は、前記トルク脈動の位相の推定を複数回行い、複数回の前記トルク脈動の位相の推定値の平均値を前記トルク脈動の位相の推定値とする、
請求項１２に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項１４】
前記トルク脈動補正部は、振幅、位相および周波数が異なる前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
前記トルク脈動推定部は、前記トルク脈動の位相の推定を複数回行い、複数回の前記トルク脈動の位相の推定値の平均値を前記トルク脈動の位相の推定値とする、
請求項１２に記載の電動機のトルク脈動補正装置。
【請求項１５】
エレベーターの巻上機である電動機と、
前記電動機の制御する電動機制御装置と、
前記電動機の回転位置を検出する位置検出器と、
前記電動機に流れる電動機電流を検出する電流検出器と、
前記電動機の回転位置および電動機電流に基づいて、前記電動機制御装置における前記電動機を制御する電流指令値対して前記電動機のトルクに含まれる周期的なトルク脈動を補正するトルク脈動補正電流値で補正を行う請求項１から１４までのいずか１項に記載のトルク脈動補正装置と、
を備えたエレベーターの制御装置。
【請求項１６】
電動機を制御する電動機制御装置の電流指令値に対して前記電動機のトルクに含まれる周期的なトルク脈動を補正する電動機のトルク脈動補正方法であって、
前記電動機を回転させた時に、位置検出器からの前記電動機の回転位置から前記電動機の回転速度を演算して回転速度を周波数解析し、特定周波数の振幅および位相を演算して周波数解析結果として求め、
前記周波数解析結果から前記電動機に発生するトルク脈動の振幅および位相を推定してトルク脈動推定値として求め、
前記トルク脈動推定値と電流検出器で検出された電動機電流と前記位置検出信号によりトルク脈動補正電流値を演算して前記電動機制御装置の電流指令値を補正し、
前記トルク脈動推定値を求める際に、前記電動機の電流が異なる複数の条件について前記周波数解析結果を演算し、取得した複数の前記周波数解析結果からトルク脈動の振幅または位相を電流の関数として求める、電動機のトルク脈動補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばエレベーター巻上機の制御装置、車載電動機の制御装置または工作機械の電動機の制御装置等に適用され、電動機の回転位置に応じて一意に決まる周期的なトルク脈動を補正する電動機のトルク脈動補正装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機に発生するトルク脈動は、主に回転子位置に依存して発生することが分かっており、これを周期的な外乱と見なして繰り返し補償信号を生成する方法が従来から考えられている。
下記特許文献１では、電動機のトルク脈動周波数成分を軸トルク検出値から抽出してトルク脈動を抑制するための補償電流を学習で求め、補償電流をインバータの電流制御指令に重畳させて周波数成分毎のトルク脈動を抑制する。
このトルク脈動抑制のための補償電流の学習を、複数の異なる動作点で自動的に繰り返し実行し、この学習データを補償電流テーブルとして生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５０１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のトルク脈動の補正装置では、軸トルク検出値の周波数解析を複数の動作点で繰り返し行い、このデータを基にトルク脈動の補償電流テーブルを生成している。ここで、学習結果によりテーブルデータを作成するため、多数回のデータ(学習)が必要であり、特に、電動機とその制御装置を機械システムに据付けた後にトルク脈動の調整を行う場合には、運用開始前に多数の運転条件でデータを取得することが困難であるため、より簡素な構成でトルク脈動を補正することが課題である。【０００５】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、トルク脈動を簡素な構成で推定して補正することができる電動機のトルク脈動補正装置および電動機のトルク脈動補正方法等を得ることを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、電動機制御装置における電動機を制御する電流指令値対して前記電動機のトルクに含まれる周期的なトルク脈動を補正する電動機のトルク脈動補正装置であって、前記電動機を回転させた時に、位置検出器からの前記電動機の回転位置から前記電動機の回転速度を演算して回転速度を周波数解析し、特定周波数の振幅および位相を演算して周波数解析結果として出力する周波数解析部と、電動機制御装置に電動機運転指令を入力して前記電動機を回転させると共に、前記周波数解析結果から前記電動機に発生するトルク脈動の振幅および位相を推定してトルク脈動推定値として出力するトルク脈動推定部と、前記トルク脈動推定値と電流検出器で検出された電動機電流と前記位置検出信号によりトルク脈動補正電流値を演算して前記電動機制御装置の電流指令値を補正するトルク脈動補正部と、を備え、前記トルク脈動推定部は、前記周波数解析部に前記電動機の電流が異なる複数の条件について前記周波数解析結果を演算させ、取得した複数の前記周波数解析結果からトルク脈動の振幅または位相を電流の関数として求める、電動機のトルク脈動補正装置等にある。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、トルク脈動を簡素な構成で推定して補正することができる電動機のトルク脈動補正装置およびトルク脈動補正方法等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１，２における電動機のトルク脈動補正装置を含む電動機の制御システムの全体図を示すブロック図である。
【図２】図１に示した電動機の制御システムの電動機制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１における電動機のトルク脈動補正装置においてトルク脈動補正部の出力を明示したブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１における電動機のトルク脈動補正装置においてトルク脈動補正部の出力から電動機速度までの伝達特性を伝達関数で表わしたブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１における電動機のトルク脈動補正装置においてトルク脈動補正部の出力から電動機速度までの伝達特性の伝達関数の一例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１における電動機のトルク脈動補正装置の処理を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１における電動機のトルク脈動の振幅と電流値の関係を示す概略図である。
【図８】この発明の実施の形態１における電動機のトルク脈動補正装置の特にトルク脈動推定部の処理を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２における電動機のトルク脈動の位相と電流値の関係を示す概略図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における電動機のトルク脈動補正装置の特にトルク脈動推定部の処理を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態３における電動機のトルク脈動補正装置を含む電動機の制御システムの全体図を示すブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態４におけるエレベーター制御装置を含むエレベーターシステムを示す概略構成図である。
【図１３】この発明の一実施の形態における電動機のトルク脈動補正装置を含む電動機の制御システムの制御部分のハードウェア構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明による電動機のトルク脈動補正装置および補正方法、エレベーターの制御装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、また重複する説明は省略する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動機のトルク脈動補正装置を含む電動機の制御システムの全体構成を示すブロック図である。図１において、この電動機の制御システムは、電動機制御装置４、位置検出器２、電流検出器３およびトルク脈動補正装置５を備えている。以下、電動機１も含めて電動機の制御システムと記載する場合もある。
【００１１】
電動機制御装置４は、電動機１の回転速度や回転位置を制御する装置である。ここで、図２を参照しながら、電動機制御装置４が電動機１の回転速度を制御する場合について説明する。図２は、図１に示した電動機の制御システムの電動機制御装置４の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図２において、電動機制御装置４は、速度演算部４１、速度制御部４２、電流制御部４３および電力変換器４４を有している。速度演算部４１は、位置検出器２で検出された電動機１の回転位置ＭＲＰまたは角度情報に基づいて、電動機１の回転速度ＭＲＳを演算する。なお、速度演算部４１は、最も簡単な構成は、位置情報または角度情報の時間微分によって回転速度を演算する。
【００１３】
速度制御部４２は、電動機１の回転速度ＭＲＳが予め定められた設定速度になるように、電動機１のトルク指令値ｔｃである電流指令値ｉｃを演算する。なお、電流指令値ｉｃを速度制御信号とする。また、速度制御部４２の出力には加算部ＡＤ１により、トルク脈動補正部５３からの出力であるトルク脈動補正電流信号Ｉｔｐｃまたは試験信号ＴＳが加算される。これにより電動機１のトルク脈動を補正するトルク指令値ＴＣである電流指令値ＩＣとなる。なお、トルク脈動補正電流信号Ｉｔｐｃ、試験信号ＴＳの詳細については後述する。電流制御部４３は、速度制御部４２から出力された電流指令値ＩＣに、電流検出器３で検出された電動機１の電流である電動機電流Ｉｍが一致するように、電動機１の電圧指令値ＶＣを演算する。電力変換器４４は、電動機電流Ｉｍを制御するために、電流制御部４３から出力された電圧指令値ＶＣに基づいて、電動機１に電動機印加電圧Ｖｍａを印加する。
【００１４】
ここで、速度制御部４２や電流制御部４３での制御には、一般的にＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御が用いられることが多いが、種々の制御方法を用いることができる。また、電動機１の電流制御には、一般的にベクトル制御が用いられ、電動機電流や電動機印加電圧をｄ−ｑ軸に変換し、変換後の電流、電圧に対して、前述のＰＩＤ制御等の制御方法が用いられる。
【００１５】
また、電動機１に電圧を印加する電力変換器４４としては、一般的にインバータが用いられる。インバータは、図示しない電源の電圧を、所望の可変電圧可変周波数の電圧に変換する。この発明では電力変換器４４は、一般的に販売されているインバータ装置のように、コンバータによって交流電圧を直流電圧に変換した後に、インバータによって直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器、またはマトリクスコンバータのように、交流電圧を直接交流の可変電圧可変周波数の電圧に変換する電力変換器を含む可変電圧可変周波数の電力変換器を指す。
【００１６】
また、この発明の実施の形態１に係るインバータすなわち電力変換器４４は、上述したインバータに加えて、座標変換の機能を含んでもよい。すなわち、電圧指令値ＶＣがｄ−ｑ軸の電圧指令値である場合には、ｄ−ｑ軸の電圧指令値を相電圧または線間電圧に変換して、指令された電圧指令値に従った電圧に変換する座標変換機能も含むものとする。なお、インバータのデッドタイムを補正する装置または手段が設けられていても、この発明は、適用することができる。
【００１７】
また、電動機１の回転位置を制御する場合には、速度制御部４２の上位に位置制御部４２ａが付加される。位置制御部４２ａは、電動機１の回転位置が所望の位置になるように、速度制御部４２に入力される電動機１の速度指令値ＳＣを演算する。速度制御部４２は、速度指令値ＳＣを所望の速度として上述した制御を実行する。位置制御部４２ａでの制御には、一般的にＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御が用いられることが多いが、種々の制御方法を用いることができる。
【００１８】
また、速度制御部４２を用いずに、位置制御部４２ａおよび電流制御部４３によって電動機制御装置４を構成してもよい。この場合には、位置制御部４２ａは、電動機１の回転位置が所望の位置になるように、電動機１の電流指令値ＩＣを演算する。
【００１９】
図１に戻って、電流検出器３は、電動機１の電流を測定する。例えば、電動機１が三相電動機である場合には、二相の相電流を測定することが多いが、三相の相電流を測定してもよい。なお、図１では、電流検出器３が電動機制御装置４の出力、すなわち電力変換器４４の出力電流を測定しているが、電流検出器３は、ワンシャント抵抗による電流測定法のように、電力変換器４４の母線電流を測定して、各相電流を推定してもよい。この場合であっても、この発明に何等影響を与えない。
【００２０】
ここで、電動機１の出力するトルクには、トルク脈動が含まれている。電動機１は、構造的な磁束の歪みおよびコギングトルクを持つため、回転に応じて振動、騒音の一因となるトルク脈動を発生する。また、電動機１に発生するトルク脈動は、モータ構造の磁気的な不完全性、およびそのモータ構造を駆動するインバータの応答誤差または電流誤差、機械特性など、様々な要因が複雑に関連している。ただし、電動機の脈動周期に着目すると、主に回転子位置に依存して発生することが分かっている。
【００２１】
以下、電動機１の回転位置に応じて一意に決まるトルク脈動を、Ｔｒとして表現する。なお、この発明は、電動機１が回転位置に応じて一意に決まる周期的なトルク脈動を含み、かつトルク脈動Ｔｒの主成分次数が既知である場合に適用することができる。
【００２２】
電動機１の周期的なトルク脈動Ｔｒは、次式(１)のように、正弦波を用いて近似的に表すことができる。なお、正弦波による表記でも余弦波による表記でも本質的な違いはないので、この発明の実施の形態１では、正弦波による表記に統一する。
【００２３】
Ｔr＝Ａr1sin(Ｎ1θm＋φr1)＋Ａr2sin(Ｎ2θm＋φr2)＋…＋Ａrnsin(Ｎnθm＋φrn)                                       (１)
【００２４】
ただし、式(１)において、
θm：電動機１の機械角度
Ａr1：Ｎ1次の次数におけるトルク脈動の振幅
Ａr2：Ｎ2次の次数におけるトルク脈動の振幅
Ａrn：Ｎn次の次数におけるトルク脈動の振幅
φr1：Ｎ1次の次数における電動機１の機械角度に対する位相ずれ(初期位相)
φr2：Ｎ2次の次数における電動機１の機械角度に対する位相ずれ
φrn：Ｎn次の次数における電動機１の機械角度に対する位相ずれ
を示している。
【００２５】
なお、式(１)のＮ1、Ｎ2…Ｎnの次数は、１、２…Ｎnのように連続した整数である必要はなく、電動機１の回転位置に応じて一意に決まる周期的なトルク脈動の主成分の次数である。ここでいう主成分とは、他の周波数の振幅に対して、その次数における振幅が大きなものを指す。また、式(１)は、３つ以上の周波数成分を合成したものとして表記されているが、周期的なトルク脈動Ｔｒの周波数成分は、１つでも２つでも、またはそれ以上の成分から構成されていてもよい。
【００２６】
ここで、式(１)に対応した電流値は、ｄ−ｑ軸上のｑ軸の電流値を用いて、次式(２)のように表わすことができる。
【００２７】
ｉqr＝Ｉqr1sin(Ｎ1θm＋φr1)＋Ｉqr2sin(Ｎ2θm＋φr2)＋…
＋Ｉqrnsin(Ｎnθm＋φrn)          (２)
【００２８】
なお、トルク脈動Ｔｒとそれに対応したｑ軸電流値ｉｑｒとの関係は、トルク定数Ｋｔを用いて、次式で表現できる。
【００２９】
Ｔr＝Ｋt・ｉqr          (３)
【００３０】
したがって、トルク脈動の振幅とその電流換算値の振幅は、例えば、
Ｉqr1＝Ａr1／Ｋt
の関係となる。従って、速度制御部４２の出力する電流指令値ｉｃに対し、式(１)で表わされるトルク脈動と同様の式(２)で再現したトルク脈動補正電流信号を重畳することでトルク脈動を補正することができる。
【００３１】
また、位置検出器２は、例えば光学式エンコーダや磁気式エンコーダ、レゾルバのように、電動機１の制御に必要な電動機１の回転位置を検出して、電動機回転位置ＭＲＰで示される位置検出信号を出力するが、位置検出器２により出力される回転位置の情報には、電動機１の回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差を含んでいる。
【００３２】
ここで、電動機１の回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差とは、レゾルバの検出誤差や、光学式エンコーダにおけるスリット不良によるパルス抜けおよびパルス間距離の不均衡のように、回転位置に応じて再現性のある誤差を指す。電動機１の回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差は、位置情報を角度に変換した角度誤差θerrとして表現すると、次式(４)のように、正弦波を用いて近似的に表すことができる。なお、正弦波による表記でも余弦波による表記でも本質的な違いはないので、この発明の実施の形態１では、正弦波による表記に統一する。
【００３３】
θerr＝Ａerr1sin(Ｘ1θm＋ψ1)＋Ａerr2sin(Ｘ2θm＋ψ2)＋…
＋Ａerrnsin(Ｘnθm＋ψn)      (４)
【００３４】
ただし、式(４)において、
θm：電動機１の機械角度
Ａerr1：Ｘ1次の次数における誤差振幅
Ａerr2：Ｘ2次の次数における誤差振幅
Ａerrn：Ｘn次の次数における誤差振幅
ψ1：Ｘ1次の次数における電動機１の機械角度に対する位相ずれ(初期位相)
ψ2：Ｘ2次の次数における電動機１の機械角度に対する位相ずれ
ψn：Ｘn次の次数における電動機１の機械角度に対する位相ずれ
を示している。
【００３５】
なお、式(４)のＸ1、Ｘ2…Ｘnの次数は、１、２…Ｘnのように連続した整数である必要はなく、電動機１の回転位置に応じて一意に決まる周期的な誤差の主成分の次数である。ここでいう主成分とは、他の周波数の振幅に対して、その次数における振幅が大きなものを指す。また、式(４)は、３つ以上の周波数成分を合成したものとして表記されているが、周期的な角度誤差θerrの周波数成分は、１つでも２つでも、またはそれ以上の成分から構成されていてもよい。
【００３６】
ここで、電動機１の回転位置に応じて一意に決まる周期的なトルク脈動が電動機１の出力トルクに含まれる場合には、トルク脈動と同一次元の周波数成分を含む速度脈動が発生することが分かっている。同様に、トルク脈動補正部５３により特定の周期的な信号を発生し、速度制御部４２の出力に加えると、加えた信号と同じ周波数成分を含む速度脈動が発生することが分かっている。
【００３７】
従って、式(１)に示した電動機１のトルク脈動と式(４)に示した位置検出器２の周期的な誤差の次数が一致するとき、すなわち、式(１)と式(４)において、Ｎ1＝Ｘ1、Ｎ2＝Ｘ2、Ｎn＝Ｘn、の場合、電動機１の回転速度には、電動機１のトルク脈動による速度脈動成分と、位置検出器２の角度誤差による速度脈動成分の和が含まれることになる。これを次式(５)のように表わす。
【００３８】
ωerr＝Ｙerr1sin(Ｎ1θm＋γ1)＋Ｙerr2sin(Ｎ2θm＋γ2)＋…
＋Ｙerrnsin(Ｎnθｍ＋γn)
＝Ｙerr1sin(Ｘ1θm＋γ1)＋Ｙerr2sin(Ｘ2θm＋γ2)＋…
＋Ｙerrnsin(Ｘnθm＋γn)      (５)
【００３９】
ここで、式(５)において、
θm：電動機１の機械角度
Ｙerr1：Ｎ1次またはＸ1次の次数における速度脈動振幅
Ｙerr2：Ｎ2次またはＸ2次の次数における誤差振幅
Ｙerrn：Ｎn次またはＸn次の次数における誤差振幅
γ1：Ｎ1次またはＸ1次の次数における電動機１の機械角度に対する位相ずれ(初期位相)
γ2：Ｎ2次またはＸ2次の次数における電動機１の機械角度に対する位相ずれ
γn：Ｎn次またはＸn次の次数における電動機１の機械角度に対する位相ずれ
を示している。
【００４０】
なお、式(１)に示した電動機１のトルク脈動と式(４)に示した位置検出器２の周期的な誤差の次数が一致しないときには、速度脈動は、電動機１のトルク脈動による成分と位置検出器２の誤差による速度脈動成分とを分離して取り扱うことができる。
【００４１】
以降、式(１)に示した電動機１のトルク脈動と式(４)に示した位置検出器２の周期的な誤差の次数は一致しているとする。すなわち、電動機１の回転速度に含まれる速度脈動は、電動機１のトルク脈動成分と位置検出器２の角度誤差成分の和となっている。
【００４２】
次に、この発明の実施の形態１において、トルク脈動補正装置５は、周波数解析部５１、トルク脈動推定部５２およびトルク脈動補正部５３を有している。トルク脈動推定部５２は、周波数解析部５１で解析した電動機１の回転速度の周波数解析結果ＦＡＲに基づいて、電動機１のトルク脈動を式(１)と同様の形の関数として推定する。本実施の形態では、電動機１のトルク脈動と位置検出器２の周期的な誤差の次数は一致しているとするため、式(１)に対し位置検出器２の誤差による速度脈動を補正するトルク脈動補正値が加算された形で推定する。
【００４３】
また、トルク脈動補正部５３は、トルク脈動推定部５２からの入力信号であるトルク脈動推定値(ＴＰＥ)、位置検出器２からの回転位置信号(ＭＲＰ)と電流検出器３からの電動機電流信号(Ｉｍ)から加算信号を生成する。具体的には、トルク脈動補正部５３は、トルク脈動の推定結果に基づいて、式(１)と同形式のトルク脈動補正値を生成し、図２に示すようにトルク指令値(ｔｃ)である電流指令値(ｉｃ)に加算することにより、トルク脈動を補正する。
【００４４】
以下、トルク脈動補正装置５の動作について説明する。周波数解析部５１は、位置検出器２で検出された電動機１の回転位置ＭＲＰまたは角度情報に基づいて電動機１の回転速度ＭＲＳを演算し、回転速度ＭＲＳおよび位置検出器２からの出力である電動機１の回転位置情報ＭＲＰまたは角度情報に基づいて、電動機速度の特定の周波数における振幅(Ａ１)および位相(φ１)のうち、少なくとも１つを演算する。なお、周波数解析部５１における速度演算は、電動機制御装置４に含まれる速度演算部４１と同様のものである。また、周波数解析部５１に含まれる速度演算機能は、速度演算部４１と同様でなくても良い。電動機１の回転速度を演算する種々の方法を適用できる。なお、電動機速度とは電動機の回転速度を意味し、以下同様とする。
【００４５】
ここで、周波数解析部５１は、フーリエ変換、フーリエ級数解析または高速フーリエ変換のように、入力する信号の所望の周波数における振幅および位相が得られる構成が望ましいが、ノッチフィルタやバンドパスフィルタを組み合わせたフィルタのように、所望の周波数信号を抽出し、振幅検出部や位相検出部によって、入力信号の所望の振幅や位相を演算する構成であってもよい。また、ここで用いるフィルタは、抵抗やコンデンサ、コイル等を組み合わせた電気的なものであっても、計算機内で行う処理であってもよい。
【００４６】
なお、ここでいう所望の周波数すなわち特定周波数の信号とは、電動機１のトルク脈動Ｔｒに起因するトルク脈動Ｔｒの主成分と同じ周波数の信号、または位置検出器２の角度誤差に起因する速度脈動の主成分と同じ周波数の信号、またはトルク脈動補正部５３で発生させる試験信号ＴＳの主成分と同じ周波数の信号を指す。なお、試験信号について、詳細は後述する。
【００４７】
トルク脈動推定部５２は、周波数解析部５１の出力の周波数解析結果(ＦＡＲ)である所望の周波数成分の速度振幅値(Ａ１)、または速度振幅値(Ａ１)および位相値(φ１)と、位置検出器２からの出力である電動機１の回転位置(ＭＲＰ)、または角度情報と、電流検出器３からの出力である電動機電流(Ｉｍ)を用いて、電動機１の回転位置に応じて一意に決まる周期的なトルク脈動Ｔｒを後述する推定方法によって推定し、トルク脈動推定値(ＴＰＥ)をトルク脈動補正部５３に出力する。
【００４８】
トルク脈動補正部５３は電動機制御装置４に対して、加算部ＡＤ１により、速度制御部４２の出力(ｉｃ)に、トルク脈動推定部５２からの出力であるトルク脈動推定値(ＴＰＥ)に基づくトルク脈動補正電流信号(Ｉｔｐｃ)または試験信号(ＴＳ)を加算して、トルク脈動を補正するトルク指令値(ＴＣ)である電流指令値(ＩＣ)を出力させるようにする。従って図２の加算部ＡＤ１はトルク脈動補正部５３の機能を示すものとする。
【００４９】
なお、上記式(１)で示されるように、トルク脈動の周波数成分が複数ある場合には、逐次各成分で角度誤差を推定して足し合わせるか、または複数の周波数成分を同時に推定すればよい。このとき、逐次各成分でトルク脈動を推定する場合に比べて、同時推定の場合には、推定時間を短縮することができる。ここでは、説明を簡単にするために、トルク脈動が単一の周波数成分のみからなる場合について説明する。
【００５０】
周波数解析部５１で速度信号を周波数解析すると、電動機１のトルク脈動および位置検出器２の角度誤差に起因した速度脈動成分を抽出することができる。なお、周波数解析を行う場合には、加速度が一定の条件で推定を行う。特に、加速度がゼロ、すなわち速度一定で電動機１が回転している条件で推定を行うことが望ましい。
【００５１】
これらトルク脈動やトルク脈動補正部５３からの信号は、電動機制御装置４、電動機１、電動機１に接続される後述するエレベーターの綱車等からなる負荷の動特性によって決まる伝達特性に従って速度脈動を生じさせる。また、位置検出器２の角度誤差は位置検出器２のみの特性により決まるが、位置検出器２の角度誤差は、電動機１のトルク脈動により発生していると考えることもできる。
【００５２】
そのため、この伝達特性を求めることができれば、速度脈動を生じさせるトルク脈動信号を推定することができる。すなわち、求めた伝達特性と速度脈動とから、その速度脈動を生じさせるトルク脈動を逆算して求めることができる。
【００５３】
以下、電動機１の速度の周波数解析結果から、伝達特性および周期的なトルク脈動等を推定する方法について説明する。なお、伝達特性および周期的なトルク脈動等の推定はトルク脈動推定部５２で行われる。
【００５４】
図３は、この発明の実施の形態１に係るトルク脈動補正装置において、トルク脈動補正部５３の出力を明示したブロック図である。図３において、トルク脈動補正部５３は、トルク脈動補正電流値(Ｉｔｐｃ)を生成する。トルク脈動補正部５３により生成されるトルク脈動補正電流値(Ｉｔｐｃ)を、速度制御部４２の出力すなわち電流指令値ｉｃに加えて補正した電流指令値ＩＣが電流制御部４３へ入力される。電流制御部４３では、電流指令値ＩＣと電流検出器３で検出された電動機電流Ｉｍとに基づき電圧指令値ＶＣが計算される。計算された電圧指令値ＶＣは電力変換器４４へ入力され、電力変換器４４は電動機１に電圧を印加し、その結果、電動機１が回転する。そして、位置検出器２はその電動機１の回転を検出する。
【００５５】
このとき、トルク脈動補正電流Ｉｔｐｃから電動機１の電動機速度ＭＲＳまでの伝達特性ＴＣＨを、伝達関数表現でＧTr_ω(ｓ)と表すと、ブロック図は図４のように示される。図４は、この発明の実施の形態１に係るトルク脈動補正装置において、トルク脈動補正部５３の出力から電動機速度までの伝達特性を伝達関数表現で表したブロック図である。ここで、「ｓ」はラプラス演算子である。なお、電動機１に負荷が接続されている場合は、負荷の動特性も含めてＧTr_ω(ｓ)で表されるものとする。
【００５６】
この発明では、ＧTr_ω(ｓ)の、速度脈動の周波数または特定の周波数における振幅を示すゲインおよび位相を求め、求めたゲインおよび位相からトルク脈動を推定する。図５にＧTr_ω(ｓ)の一例を示す。図５は、この発明の実施の形態１に係るトルク脈動補正装置において、トルク脈動補正部の出力から電動機速度までの伝達特性の一例を示す図である。
【００５７】
図５において、上段の５Ａはゲイン特性を示し、下段の５Ｂは位相特性を示している。トルク脈動の周波数が変化すると、トルク脈動に対応する電動機速度脈動の振幅および位相は、図５のような特性に従って変化する。また、トルク脈動の周波数は、電動機１の回転速度ＭＲＳに依存して変化する。すなわち、回転速度に応じてトルク脈動に起因する速度脈動の位相および振幅が変化する。
【００５８】
また、式(５)に示した速度脈動とトルク脈動補正電流Ｉｔｐｃの関係は、図５の伝達特性で決まる。従って、図５の伝達特性ＴＣＨを求めることができれば、速度脈動を補正する電流補正値を求めることが可能であり、逆に電流補正値から速度脈動を求めることも可能となる。従って、位置検出器２の誤差による速度脈動は、図５の伝達特性を求めることができれば、電流補正値により補正することが可能である。電動機１のトルク脈動による速度脈動も同様である。なお、電動機１のトルク脈動と位置検出器２の周期的な誤差の次数は一致しているときには、図５の伝達特性により、電動機１のトルク脈動による速度脈動と位置検出器２の誤差による速度脈動を同時に補正する電流補正値を求めればよい。
【００５９】
続いて、図６のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るトルク脈動補正装置５の処理について説明する。
【００６０】
まず、トルク脈動の推定を開始すると、トルク脈動推定部５２は、電動機１の運転指令ＭＤＣを電動機制御装置４に出力する。これにより運転指令ＭＤＣが例えば電動機制御装置４の図２に示した速度制御部４２へ入力されて電動機１が運転される。この時、トルク脈動推定部５２は、トルク脈動補正部５３にトルク脈動補正信号をゼロとする指令、すなわち試験信号ＴＳをゼロとする指令を出力する(ステップＳ１)。この結果、トルク脈動補正部５３は、トルク脈動補正電流Ｉｔｐｃをゼロとして、トルク脈動の補正を行わない状態で電動機１を回転させる。これは試験信号ＴＳを加えずに電動機１を運転することを意味する。
【００６１】
次に、トルク脈動推定部５２は、周波数解析指令ＦＡＣを周波数解析部５１に出力し、周波数解析部５１によって電動機回転位置ＭＲＰに従って電動機１の回転速度ＭＲＳが周波数解析される(ステップＳ２)。周波数解析結果ＦＡＲは、トルク脈動推定部５２に入力される。このとき周波数解析部５１では、トルク脈動の周波数に対応した周波数において、電動機１の回転速度が周波数解析される。
【００６２】
これは、例えば、特定周波数に対応する速度脈動のフーリエ係数を求めることによって行われる。以下、周波数解析部５１での周波数解析に関し、電動機回転位置ＭＲＰに従った速度信号に対して速度脈動のフーリエ係数を求める場合について説明する。トルク脈動の周波数に対応した速度脈動の周波数Ｍ1［Ｈｚ］におけるフーリエ係数は、次式(６)、(７)の演算式によって求めることができる。
【００６３】
Ａn1＝２／Ｔ∫T/2-T/2  ω(ｔ)cos(２πＭ1ｔ)ｄｔ          (６)
Ｂn1＝２／Ｔ∫T/2-T/2  ω(ｔ)sin(２πＭ1ｔ)ｄｔ          (７)
【００６４】
式(６)、(７)において、
ω(ｔ)：電動機速度(＝ＭＲＳ)
Ｔ：周波数Ｍ1［Ｈｚ］の速度脈動周期
を示している。
なお、Ｔ＝１／Ｍ1である。また、Ａn1、Ｂn1はそれぞれ余弦波、正弦波の係数を示している。
【００６５】
なお、式(６)、(７)は、時間積分の形式で求める場合について示しているが、電動機１の回転角度で積分する形式で求めてもよい。また、式(６)、(７)は、連続時間領域での演算式であるが、トルク脈動補正装置５をコンピュータ等の計算機で構成する際には、離散時間領域の式に変換して実行する。また、式(６)、(７)は、余弦波、正弦波の信号発生器、乗算器、積分器があれば演算できるため、計算機で容易に構成することができる。
【００６６】
また、式(６)、(７)は、信号１周期分の積分によってフーリエ係数を演算しているが、数周期分を積分して、積分値を周期数で割った値として求めてもよい。この場合は、数周期分の平均値として求めているため、電流脈動のばらつきや外乱の影響を軽減することができる。また、積分の開始時間を電動機１の回転角度の基準点、例えばゼロ度から開始することが望ましい。これにより、電動機１の回転角度を基準としたフーリエ係数を求めることができる。
【００６７】
ここで、式(６)、(７)のフーリエ係数から、速度脈動成分の振幅Ａω1および位相φω1を次式(８)、(９)で求めることができる。
【００６８】
Ａω1＝√(Ａn12＋Ｂn12)          (８)
φω1＝tan-1(Ａn1／＋Ｂn1)          (９)
【００６９】
トルク脈動推定部５２は、式(８)、(９)で求めた振幅Ａω1および位相φω1を記憶する。なお、フーリエ係数Ａn1、Ｂn1を記憶するようにして、振幅および位相は式(８)、(９)により演算で求めるようにしてもよい。
なお、ステップＳ２で求めた振幅、位相を振幅(Ａ１ａ)、位相(φ１ａ)とする。
【００７０】
続いて、トルク脈動推定部５２は、試験信号ＴＳを加えて電動機１を運転し(ステップＳ３)、電動機１を回転させた状態で、周波数解析部５１に電動機速度の周波数解析をさせる(ステップＳ４)。このときの電動機１の回転速度は、ステップＳ１と同じ速度で行うようにする。なお、電動機１の運転指令ＭＤＣはトルク脈動推定部５２から電動機制御装置４の例えば速度制御部４２へ入力され、試験信号ＴＳの設定値は、トルク脈動推定部５２からトルク脈動補正部５３へ出力される。また、周波数解析結果ＦＡＲは、周波数解析部５１からトルク脈動推定部５２に入力される。
【００７１】
ここで、試験信号ＴＳは、予め設定された振幅、周波数および初期位相を設定した正弦波または余弦波の試験信号とし、トルク脈動補正部５３により試験信号ＴＳを発生して、速度制御部４２の出力ｉｃに加える。正弦波および余弦波は、初期位相を変えると互いに変換することができるので、以下では正弦波として説明する。また、試験信号ＴＳの予め設定された振幅をＡtとし、初期位相をφtとする。また、試験信号ＴＳの周波数は、トルク脈動の周波数と同一周波数である。
【００７２】
また、ステップＳ４で電動機速度ＭＲＳの周波数解析を行う際は、ステップＳ３で加えた試験信号ＴＳに対応した周波数において周波数解析を行う。周波数解析は、式(６)から(９)と同様の演算により求めるが、Ｍ1やＴは、試験信号ＴＳに対応した周波数および周期に置き換えた値となるが、これはトルク脈動の周波数である。
【００７３】
このとき、速度脈動の周波数解析結果ＦＡＲは、電動機１のトルク脈動および位置検出器２の誤差と試験信号ＴＳとが合成された合成信号に対して生じた速度脈動に対する周波数解析結果となっている。
なお、ステップＳ４で求めた振幅、位相を振幅(Ａ１ｂ)、位相(φ１ｂ)とする。
【００７４】
続いて、ステップＳ５では、トルク脈動推定部５２は、ステップＳ２で求めた周波数解析結果ＦＡＲとステップＳ４で求めた周波数解析結果ＦＡＲとに基づいて、トルク脈動の推定を行う。このとき、上述したように、ステップＳ４で求めた周波数解析結果ＦＡＲは、電動機１のトルク脈動および位置検出器２の誤差と試験信号とが合成された合成信号に対して生じた速度脈動に対する周波数解析結果であり、トルク脈動および位置検出器の誤差の振幅および初期位相は未知であるから、この結果からトルク脈動の周波数における伝達特性を求めることができない。
【００７５】
そこで、まず、ステップＳ４で求めた周波数解析結果ＦＡＲから、トルク脈動および位置検出器の誤差に起因する速度脈動成分と、試験信号ＴＳに起因する速度脈動成分とを分離する演算を行う。これは、ステップＳ２とステップＳ４における各周波数解析結果を用いて行うことができる。
【００７６】
例えば、演算の一例として、ステップＳ４における周波数解析結果から、ステップＳ２における、試験信号ＴＳを加えずに運転したときの周波数解析結果を減じることで分離することができる。すなわち、ステップＳ４およびステップＳ２で求めたフーリエ係数の差が、試験信号ＴＳに起因する速度脈動成分のフーリエ係数となる。
【００７７】
このようにして抽出した試験信号ＴＳに起因する速度脈動成分の周波数解析結果であるフーリエ係数を用いて、試験信号ＴＳの周波数と等しいトルク脈動信号の周波数における伝達特性を求め、トルク脈動を推定する。
【００７８】
すなわち、抽出した試験信号ＴＳに起因する速度脈動成分のフーリエ係数を用いて試験信号ＴＳに対応する振幅および位相をそれぞれ、Ａωt、φωtとする。
【００７９】
次に、トルク脈動推定部５２は、電動機１のトルク脈動推定値を演算する(ステップＳ５)。ステップＳ４において、試験信号の振幅Ａtに対し、対応する速度脈動振幅がＡωtであったことから、速度脈動は、試験信号の振幅をＡωt／Ａt倍したものであることが分かる。
【００８０】
ここで、トルク脈動の周波数と試験信号の周波数が同じ場合、トルク脈動によって生じる速度脈動について、トルク脈動の振幅に対する速度脈動の振幅の倍率は、上述した倍率と同じとみなし、ステップＳ２で求めた誤差信号に関する電流脈動振幅Ａω1を発生させる誤差信号の振幅を求めることができる。すなわち、誤差信号の振幅をＡ1とすると、次式(１０)で求めることができる。
【００８１】
Ａ1＝(Ａω1／Ａωt)Ａt          (１０)
【００８２】
また、ステップＳ４において、試験信号の初期位相であるφtに対し、対応する速度脈動の位相がφωtであったことから、速度脈動の位相は、試験信号の位相に対してφωt−φtだけずれたものであることが分かる。
【００８３】
ここで、トルク脈動周波数と試験信号との周波数が同じ場合、トルク脈動によって生じる速度脈動について、トルク脈動振幅に対する電動機速度脈動振幅の位相ずれは、試験信号の位相ずれと同じとみなし、ステップＳ２で求めた誤差信号に関する電流脈動の位相φω1を発生させる誤差信号の位相を求めることができる。すなわち、誤差信号の位相をφ1とすると、次式(１１)で求めることができる。
なお、ステップＳ５で求めた振幅、位相を振幅(Ａ２)、位相(φ２)とする。
【００８４】
φ1＝φω1−(φωt−φt)          (１１)
【００８５】
以上のように、式(１０)、(１１)で求めた振幅および位相を持つ正弦波を、トルク脈動推定値ＴＰＥとして推定する。トルク脈動の推定が終了すると、トルク脈動補正部５３は、トルク脈動推定値ＴＰＥから生成されるトルク脈動に基づいて、それを打ち消すようなトルク脈動補正電流信号Ｉｔｐｃを生成し、速度制御部４２の出力ｉｃに加えて出力する。
【００８６】
この発明の実施の形態１では、トルク脈動の補正を行わない場合の速度脈動の周波数解析結果ＦＡＲと、所定の試験信号ＴＳを加えて運転した場合の速度脈動の周波数解析結果ＦＡＲとから、トルク脈動を推定している。これは、トルク脈動補正電流から電動機の回転速度までの伝達特性ＴＣＨを、トルク脈動に起因する速度脈動の周波数帯において求め、その伝達特性を用いてトルク脈動を換算していることとなる。
【００８７】
例えば、図５において、トルク脈動に対応する周波数がＡ点であったとすると、この発明の実施の形態１では、試験信号ＴＳをＡ点で設定し、試験信号を加えた運転によって、Ａ点における伝達特性(ゲインおよび位相)を求める。そして、試験信号を加えない運転で求めた速度脈動の振幅および位相から、トルク脈動を推定している。このように、速度信号ＭＲＳを周波数解析することでトルク脈動を補正する電流指令値すなわちトルク脈動補正電流信号Ｉｔｐｃを求めることができる。
そして電動機制御装置４の速度制御部４２から出力される電流指令値ｉｃが、トルク脈動補正装置５で求めたトルク脈動補正電流信号Ｉｔｐｃで補正され、補正された電流指令値ＩＣにより電動機１が駆動される。
【００８８】
なお、トルク脈動補正部５３により試験信号ＴＳを加えた運転を複数回実施して、複数回トルク脈動を推定するようにしても良い。図６を参照すると、ステップＳ３からＳ５を繰り返し行うことになる。また、複数得られた推定結果を平均化して最終的な推定値としても良い。これにより、推定結果の信頼性を向上することができる。
【００８９】
さらに、試験信号ＴＳの振幅、位相を変更しながら試験信号を加えた運転を複数回実施して、複数回トルク脈動を推定するようにしても良い。図６を参照すると、ステップＳ３で加える試験信号の振幅、位相を変化させ、ステップＳ３からＳ５を繰り返し行うことになる。また、複数得られた推定結果を平均化して最終的な推定値としても良い。これにより、推定結果の信頼性を向上することができる。
【００９０】
以上のような手法により速度信号を周波数解析することで、トルク脈動を推定することが可能であるが、電動機１のトルク脈動による速度脈動と位置検出器２に含まれる誤差による速度脈動の合成信号を周波数解析して補正値を求めていることになる。この場合、電動機１のトルク脈動と位置検出器２の誤差による速度脈動をトルク脈動によるものと見なして同時に補正していることになる。
【００９１】
位置検出器２の誤差は電動機１の回転角度に応じて一意に決まるが、電動機１のトルク脈動は電流値に応じて変化する。したがって、上記の手順で求めた補正値は、推定が完了したときの電流条件のみで有効であり、それ以外の電流条件では補正値に誤差が発生することが考えられるため、トルク脈動を精度よく補正することができない。電動機１のトルク脈動が、電流量に応じて変化しない場合には、この推定値で十分トルク脈動を補正可能であるが、一般的に電動機１のトルク脈動は電流値に応じて変化するため、トルク脈動の補正は電流値に応じて可変となるようにする必要がある。
【００９２】
ここで、電動機１のトルク脈動が電流値に比例する場合、トルク脈動の振幅は図７のようになる。電動機１のトルク脈動の振幅は、図７の直線Ｌ１のように表わされ、電流値ｉに比例する関数ａ×ｉとなる。ここで、ａは直線Ｌ１または直線Ｌ２の傾きである。なお、図７ではトルク脈動の振幅が電流値に対して線形に変化するとしているが、２次関数やそれ以上の高次の関数であっても良い。また、電流値に依存しないトルク脈動の振幅、すなわち、実施の形態１においては位置検出器２の誤差をトルク脈動によるものと見なしたときの振幅は、電流値に応じて変化しないためオフセット値ｂとして表わされる。
【００９３】
従って、電動機１のトルク脈動の周波数と、位置検出器２の誤差の周波数が一致しているときに、電動機１の回転速度を周波数解析してトルク脈動を推定すると、直線Ｌ２上の点が求まることになる。例えば、トルク脈動推定を行ったときの電流条件がｉ1のときには、振幅Ａr1が求まることになる。ここで、位置検出器２の誤差による推定結果を排除し、電動機１のトルク脈動のみを抽出するときには、直線Ｌ１と直線Ｌ２の傾きが同じであることを利用する。これは、電動機１の電流値ｉが異なる条件においてトルク脈動の推定を複数回行い、推定値の差をとることで、電流値に応じて変化しない位置検出器２の誤差による速度脈動成分を排除する。
【００９４】
まず、電流ｉ1のときにトルク脈動を推定し、トルク脈動の振幅を求める。求めたトルク脈動の振幅は、電動機１のトルク脈動の振幅と位置検出器２の誤差による速度脈動をトルク脈動によるものと見なしたときの振幅の和となる。
【００９５】
Ａr1＝ＡTr1＋ＡS          (１２)
【００９６】
ここで、
ＡTr1：電流ｉ1のときの電動機１のトルク脈動の振幅
ＡS：位置検出器２の誤差による速度脈動がトルク脈動に起因しているとしたときの振幅
である。
次に電流条件２で同様に求める。
【００９７】
Ａr2＝ＡTr2＋ＡS          (１３)
【００９８】
ここで、
ＡTr2：電流ｉ2のときの電動機１のトルク脈動の振幅
ＡS：位置検出器２の誤差による速度脈動がトルク脈動に起因しているとしたときの振幅
である。
電流条件１と２で求めた振幅の差を計算すると、次式(１４)となり、位置検出器２の誤差成分は打ち消され、電動機１のトルク脈動の振幅の差となる。
【００９９】
Ａr2−Ａr1＝ＡTr2−ＡTr1          (１４)
【０１００】
また、電動機１のトルク脈動の振幅を求めたときの電流値はｉ1とｉ2であるから、次式(１５)により電動機１のトルク脈動の電流値に対する傾きａを計算することができる。
【０１０１】
ａ＝(Ａr2−Ａr1)／(ｉ2−ｉ1)          (１５)
【０１０２】
傾きａが求まると、切片ｂ、すなわち位置検出器２の誤差をトルク脈動によるものと見なしたときの振幅を次式(１６)で求めることができる。
【０１０３】
ｂ＝Ａr2−ａｉ2
ｂ＝Ａr1−ａｉ1          (１６)
【０１０４】
(１６)式はどちらも同じ値である。従って、電流量に応じて可変となる電動機１のトルク脈動の振幅と、電流量に依存しない位置検出器２の誤差による速度脈動をトルクで補正するときの振幅を次式(１７)で計算できる。
【０１０５】
Ａ＝ａｉ＋ｂ          (１７)
【０１０６】
なお、電動機１のトルク脈動の位相は電流値に応じて変化しないとすると、電流条件１で求めた位相と電流条件２出求めた位相は同じであり、どちらを用いても良い。また、電流条件１と電流条件２で求めた位相の平均値としても良い。
【０１０７】
次に、電流によって可変となるトルク脈動の振幅の求め方を図８のフローチャートを参照して説明する。まず、トルク脈動の推定を開始すると、トルク脈動推定部５２は、電動機１の運転指令ＭＤＣを電動機制御装置４に出力するとともに、電流条件がｉ1となるように運転する(ステップＳ８１)。そして、電流条件がｉ1のときに、トルク脈動の推定を行う。なお、電流条件ｉ1で行うトルク脈動の推定は、図６のフローチャートの通りである。電流条件ｉ1でトルク脈動の推定が終わると、電流値ｉ1と振幅推定値Ａr1を合わせて記憶する(ステップＳ８２)。
【０１０８】
次に、電流条件がｉ2となるように運転する(ステップＳ８３)。そして、電流条件がｉ2のときに、トルク脈動の推定を行う。なお、電流条件ｉ2で行うトルク脈動の推定は、図６のフローチャートの通りである。電流条件ｉ2でトルク脈動の推定が終わると、電流値ｉ2と振幅推定値Ａr2を合わせて記憶する(ステップＳ８４)。このフローチャートでは、位相は電流条件ｉ1のときに求めた値を記憶するようにしたが、位相が電流値に応じて変化しないとすると、電流条件ｉ2で求めた値を記憶しても良い。また、電流条件ｉ1とｉ2で求めた位相を両方記憶しておき、その平均値を求めるようにしても良い。
【０１０９】
異なる電流条件で推定が完了すると、(１５)式、(１６)式により、トルク脈動の振幅を電流値の関数として計算する(ステップＳ８５)。これにより、電動機１のトルク脈動の周波数と同じ周波数の他の脈動、すなわち位置検出器２の誤差による脈動が存在してもそれぞれを正確に推定することができる。なお、電動機１のトルク脈動と位置検出器２の誤差の周波数が異なる場合には、式(１６)はゼロとなる。
【０１１０】
なお、実施の形態１では、２つの電流条件による推定方法を示したが、電流条件は２条件以上であればよい。また、２条件の線形近似の例を示したが、条件数を増やして２次関数、３次関数などの関数の次元を高くしても同じ方法により学習、補正することが可能である。したがって、電動機１のトルク脈動が非線形な場合にも適用することが可能である。
【０１１１】
なお、電動機１のトルク脈動推定は、電動機１を含めた電動機の制御システムの据付時に行うことができる。また、電動機１に負荷が取り付けられた状態でも取り付けられていいない状態でも、どちらの状態でも行うことができる。そのため、出荷前の調整等が不要で据付時に容易にトルク脈動の補正が可能である。また、トルク脈動の推定は、装置の保守時や、電動機１の交換時に行うことができ、さらには装置の稼働時に定期的に行うようにしてもよい。この発明では、電動機の制御システムの伝達特性を試験信号ＴＳによる運転で求めるため、負荷の有無に関わらずトルク脈動推定を行うことができる。
【０１１２】
また、この発明では、トルク脈動の推定にあたり、試験信号の有無の２通り×電流条件２通りからなる最小で４通りの周波数解析を行うだけでよい。また、周波数解析部５１によって行われる周波数解析も電動機１を１回転程度回転させている間に行うことができるため、短時間でトルク脈動推定を行うことができる。さらに、図６および図８のフローチャートを、電動機１を停止させずに連続的に行うことができるので、短時間でトルク脈動の推定を行うことができる。
【０１１３】
なお、上記式(１)で示されるように、トルク脈動の周波数成分が複数ある場合には、逐次各成分でトルク脈動を推定して足し合わせるか、または複数の周波数成分を同時に推定すればよい。複数の周波数成分を同時に推定する場合には、試験信号ＴＳによる運転を行う際に、試験信号ＴＳを推定するトルク脈動の周波数に合わせて同時に入力する。また、ステップＳ２およびステップＳ４で行う周波数解析についても、試験信号に起因する速度脈動成分の全てについて周波数解析を行う。
【０１１４】
なお、上記実施の形態１では、トルク脈動推定部５２でステップＳ１およびステップＳ３の電動機１の運転指令ＭＤＣを出力し、ステップＳ２およびステップＳ４で周波数解析指令ＦＡＣを出力しているが、これらのトルク脈動推定の動作シーケンス制御を行う動作シーケンス制御部を、トルク脈動補正装置５または電動機制御装置４に別に設けてもよいし、専用の制御装置として設けてもよい。
【０１１５】
以上のように、実施の形態１によれば、トルク脈動補正装置は、電動機速度の特定周波数成分を周波数解析し、周波数解析結果に基づいて電動機１の周期的なトルク脈動を推定できる。このとき、複数の電流条件で電動機の回転速度を周波数解析するステップと、周波数解析結果からトルク脈動を推定するステップと、演算された複数のトルク脈動推定結果からトルク脈動を電流の関数として求めるステップにより、トルク脈動を推定する。そのため、トルク脈動を正確に推定して補正することができるトルク脈動補正装置およびトルク脈動補正方法を得ることができる。
【０１１６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２では、図１に示したトルク脈動補正装置５において、トルク脈動の位相を電流値の関数として学習する。図９は、図７と同様、電動機１のトルク脈動の位相が電流値に応じて変化する時の概略図を示している。
【０１１７】
電動機１のトルク脈動の位相は、図９の直線Ｌ３のように表わされ、電流値ｉに比例する関数ｃ×ｉとなる。ここで、ｃは直線Ｌ３または直線Ｌ４の傾きである。なお、図９ではトルク脈動の位相が電流値に対して線形に変化するとしているが、２次関数やそれ以上の高次の関数であっても良い。また、電流値に依存しないトルク脈動の位相、すなわち、実施の形態２においては位置検出器２の誤差をトルク脈動によるものと見なしたときの位相は、電流値に応じて変化しないためオフセット値ｄとして表わされる。
【０１１８】
従って、電動機１のトルク脈動の周波数と、位置検出器２の誤差の周波数が一致しているときに、電動機１の回転速度を周波数解析すると、直線Ｌ４上の点が求まることになる。例えば、トルク脈動推定を行ったときの電流条件がｉ1のときには、位相φr1が求まることになる。ここで、位置検出器２の誤差による推定結果を排除し、電動機１のトルク脈動のみを抽出するときには、直線Ｌ３と直線Ｌ４の傾きが同じであることを利用する。これは、電動機１の電流値ｉが異なる条件においてトルク脈動の推定を複数回行い、推定値の差をとることで、電流値に応じて変化しない位置検出器２の誤差による速度脈動成分を排除する。
【０１１９】
まず、電流ｉ1のときにトルク脈動を推定し、トルク脈動の位相を求める。求めたトルク脈動の位相は、電動機１のトルク脈動の位相と位置検出器２の誤差による速度脈動をトルク脈動によるものと見なしたときの位相の和となる。
【０１２０】
φr1＝φTr1＋φS          (１８)
【０１２１】
ここで、
φTr1：電流ｉ1のときの電動機１のトルク脈動の位相
φS：位置検出器２の誤差による速度脈動がトルク脈動に起因しているとしたときの位相
である。
次に電流条件２で同様に求める。
【０１２２】
φr2＝φTr2＋φS          (１９)
【０１２３】
ここで、
φTr2：電流ｉ2のときの電動機１のトルク脈動の位相
φS：位置検出器２の誤差による速度脈動がトルク脈動に起因しているとしたときの位相
である。
電流条件１と２で求めた位相の差を計算すると、次式(２０)となり、位置検出器２の誤差成分は打ち消され、電動機１のトルク脈動の位相の差となる。
【０１２４】
φr2−φr1＝φTr2−φTr1          (２０)
【０１２５】
また、電動機１のトルク脈動の位相を求めたときの電流値はｉ1とｉ2であるから、次式(２１)により電動機１のトルク脈動の電流値に対する傾きｃを計算することができる。
【０１２６】
ｃ＝(φr2−φr1)／(ｉ2−ｉ1)          (２１)
【０１２７】
傾きｃが求まると、切片ｄ、すなわち位置検出器２の誤差をトルク脈動によるものと見なしたときの位相を次式(２２)で求めることができる。
【０１２８】
ｄ＝φr2−ｃｉ2
ｄ＝φr1−ｃｉ1          (２２)
【０１２９】
(２２)式はどちらも同じ値である。従って、電流量に応じて可変となる電動機１のトルク脈動の位相と、電流量に依存しない位置検出器２の誤差による速度脈動をトルクで補正するときの位相を次式(２３)で計算できる。
【０１３０】
φ＝ｃｉ＋ｄ          (２３)
【０１３１】
次に、電流によって可変となるトルク脈動の位相の求め方を図１０のフローチャートを参照して説明する。まず、トルク脈動の推定を開始すると、トルク脈動推定部５２は、電動機１の運転指令ＭＤＣを電動機制御装置４に出力するとともに、電流条件がｉ1となるように運転する(ステップＳ１０１)。そして、電流条件がｉ1のときに、トルク脈動の推定を行う。なお、電流条件ｉ1で行うトルク脈動の推定は、図６のフローチャートの通りである。電流条件ｉ1でトルク脈動の推定が終わると、電流値ｉ1と位相推定値φr1を合わせて記憶する(ステップＳ１０２)。
【０１３２】
次に、電流条件がｉ2となるように運転する(ステップＳ１０３)。そして、電流条件がｉ2のときに、トルク脈動の推定を行う。なお、電流条件ｉ2で行うトルク脈動の推定は、図６のフローチャートの通りである。電流条件ｉ2でトルク脈動の推定が終わると、電流値ｉ2と位相推定値φr2を合わせて記憶する(ステップＳ１０４)。
【０１３３】
異なる電流条件で推定が完了すると、(２１)式、(２２)式により、トルク脈動の位相を電流値の関数として計算する(ステップＳ１０５)。これにより、電動機１のトルク脈動の周波数と同じ周波数の他の脈動、すなわち位置検出器２の誤差による脈動が存在してもそれぞれを正確に推定することができる。また、電動機１のトルク脈動と位置検出器２の誤差の周波数が異なる場合には、式(２２)はゼロとなる。
【０１３４】
なお、実施の形態２では、２つの電流条件による推定方法を示したが、電流条件は２条件以上であればよい。また、２条件の線形近似の例を示したが、条件数を増やして２次関数、３次関数などの関数の次元を高くしても同じ方法により学習、補正することが可能である。したがって、電動機１のトルク脈動が非線形な場合にも適用することが可能である。
【０１３５】
なお、位相の推定も振幅の推定と同様の方法で行うことから、図１０のフローチャートは図８のフローチャートと同時に実行することが可能であり、この場合は振幅と位相の両方を電流値の関数として求めることができる。従って、位相を電流値の関数として求める処理を新たに行う必要がないため、トルク脈動の推定時間を短縮することができる。実施の形態２により、電動機１のトルク脈動の位相が電流値に応じて変化するような場合でも、精度良くトルク脈動を補正することが可能となる。
【０１３６】
実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３に係るトルク脈動補正装置を含む電動機の制御システムの全体構成を示すブロック図である。図１１において、図１と同じ符号を記した要素は、上記実施の形態１で説明した動作と同じ動作を行う。
【０１３７】
この発明の実施の形態３では、図１に示したトルク脈動補正装置５に代えて、トルク脈動補正装置５Ａを備えている。トルク脈動補正装置５Ａは、周波数解析部５１、トルク脈動推定部５２Ａ、トルク脈動補正部５３および共振判定部５４Ａを有している。すなわち、図１に示したトルク脈動推定部５２と動作の異なるトルク脈動推定部５２Ａを有し、共振判定部５４Ａをさらに有している。
【０１３８】
共振判定部５４Ａは、周波数解析部５１による周波数解析結果ＦＡＲ、またはトルク脈動推定部５２Ａによるトルク脈動推定値ＴＰＥに基づいて、電動機１のトルク脈動の周波数、または試験信号ＴＳの周波数が、電動機の制御システムの共振周波数と一致しているか否かの判定を行い、判定結果ＤＲをトルク脈動推定部５２Ａに出力する。
【０１３９】
電動機１を後述するエレベーターの綱車等からなる負荷に接続した場合、負荷の動特性によっては電動機の制御システムが共振点を持つ場合がある。電動機１の運転時にトルク脈動の周波数および試験信号ＴＳの周波数が、共振点の周波数である共振周波数に近い場合および一致する場合には、トルク脈動推定の推定精度が悪くなる場合がある。
【０１４０】
そこで、この発明の実施の形態３では、このようなケースを回避でき、トルク脈動推定が安定して高精度に行えるトルク脈動補正装置５Ａについて説明する。以下、共振判定部５４Ａの動作について説明する。共振判定部５４Ａは、上記実施の形態１と２で説明したトルク脈動推定を行う前に、電動機１を運転してトルク脈動の周波数および試験信号ＴＳの周波数が共振点の周波数と一致しているか否かを判定する。
トルク脈動推定部５２Ａは、共振判定部５４ａでトルク脈動に対応した特定周波数が電動機の制御システムの共振周波数と一致すると判定された場合には、電動機１の回転速度または回転位置を変更してトルク脈動の推定を行う。
【０１４１】
ここで、電動機１の回転位置によって共振点が変わらない場合、例えば負荷が回転機等である場合には、電動機１の運転速度を変えながら運転し、電動機電流Ｉｍの周波数解析を行う。
【０１４２】
また、電動機電流の周波数解析により、上記式(６)および式(７)、または上記式(８) および式(９)の値に基づいて、トルク脈動の周波数が共振周波数近傍であるか否かを判定する。共振周波数付近では、速度脈動の振幅が急増または急減したり、位相が１８０度近く急激に変化したりする。
【０１４３】
したがって、周波数解析で求めた速度脈動振幅(Ａ)や位相(φ)の変化量が予め定められた設定値を超えているか否かを調べ、設定値を超えている場合には、その周辺での電動機１の運転速度が共振周波数に近いと判定する。例えば、電動機の速度脈動の振幅の変化量と位相の変化量のうち少なくとも１つが設定値を超える場合に共振であると判定する。以下同様とする。
【０１４４】
また、トルク脈動推定部５２Ａは、共振判定部５４Ａの判定結果に基づいて、電動機制御装置４に対して、共振周波数に近くならない条件で電動機１の運転を行うような運転指令ＭＤＣを出力する。
【０１４５】
また、トルク脈動推定部５２Ａは、上記実施の形態１と２で説明した方法でトルク脈動の推定を行う。この場合には、電動機１の運転速度を変更して共振周波数を避けるようにする。電動機１の運転速度を変更すると、トルク脈動の周波数や試験信号の周波数が変わるため、共振周波数を回避することができる。
【０１４６】
以上のように、この発明の実施の形態３では、共振判定部５４Ａによってトルク脈動の周波数および試験信号の周波数が、電動機の制御システムの共振周波数と一致するか否かを判定し、共振周波数に一致しないような条件でトルク脈動の推定を行うため、トルク脈動の推定が安定して高精度に行える。特に、負荷を取り付けた状態においても共振周波数を回避することができるため、電動機の制御システムの据付時の調整を精度良く行うことができる。
【０１４７】
なお、上記実施の形態３では、トルク脈動推定部５２Ａによって、共振周波数を避けるような電動機１の運転指令ＭＤＣを出力した例について説明したが、上記のような電動機１の運転指令等のトルク脈動推定の動作シーケンスを上記実施の形態に記載した動作シーケンス制御部で行うようにしてもよいし、専用の制御装置として設けてもよい。
【０１４８】
実施の形態４．
図１２は、この発明の実施の形態４に係るエレベーター制御装置を含むエレベーターシステムを示す概略構成図である。図１２は、上記の実施の形態１から３に係るトルク脈動補正装置を含む電動機の制御システムを、アプリケーションとして例えばエレベーターに適用した場合の構成図を示している。図１２において、図１または図１１と同じ符号を記した部分は、上記実施の形態１から３で説明した動作と同じ動作を行う。
【０１４９】
図１２において、エレベーターのかご７と釣合錘９とは、それぞれ巻上ロープ８の両端に接続されて綱車６につるべ式に吊られている。綱車６は、かご７の駆動用電動機である電動機１に連結しており、かご７は、電動機１の動力により昇降する。
【０１５０】
ここでは、例えば巻上機の据付時に、トルク脈動を推定する。具体的には、エレベーターシステムにおける電動機１である巻上機を据え付けた後、綱車６にロープ８をかけていない状態、または綱車６にロープ８をかけた状態で、トルク脈動を推定するための運転を行い、巻上機(１)を回転させてトルク脈動の推定を行う。
【０１５１】
このとき、トルク脈動の推定は、かご７が一定速度で走行している区間のみで行うと、安定した推定を行うことができる。また、一定速度で走行している区間を延ばすために、走行速度を、エレベーターの定格速度よりも小さい速度として運転するようにしてもよい。また、推定精度を上げるために、速度脈動の振幅が大きくなるような走行速度になるようにエレベーターの走行速度を変更してもよい。なお、かご７の位置には制約はなく、かご７が走行する昇降路内のどの位置においても推定することができる。
【０１５２】
また、速度脈動の振幅を大きくして推定精度を上げるために、図２，３に示す電流制御部４３のゲインが大きくなるように変更して運転するようにしてもよい。ＰＩＤ制御の場合は、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインが制御装置のゲインに相当する。
【０１５３】
また、トルク脈動推定結果は、巻上機(１)の磁極位置に対応したトルク脈動として、例えば、不揮発性メモリからなる記憶媒体に記録する。通常の運転時には、この記憶媒体から位置検出器２の出力に対応したトルク脈動推定値を読み出し補正を行う。記憶媒体に記録するトルク脈動に関する情報は、トルク脈動の振幅および位相ずれとして上記式(１)と同様の式から演算によってトルク脈動を求める。
【０１５４】
なお、エレベーターでは、かご７の位置や積載重量に応じて、エレベーターシステムの動特性が変化するため、図５で示した伝達特性ＴＣＨもかご７の位置や積載重量に応じて変化する。そのため、トルク脈動推定を行う際の補正信号を加えない運転と補正信号を加えた運転は、かご位置や積載重量が同等か同等に近い条件で行うことが望ましい。
【０１５５】
また、エレベーターでは、昇降長さや定格積載量等の仕様が変わるとエレベーターシステムの動特性が変化するが、この発明では、電動機の制御システムの伝達特性ＴＣＨを試験信号ＴＳによる運転で求めるため、エレベーターの仕様に関わらずトルク脈動推定を行うことができる。もちろん、エレベーターに限らず、電動機の負荷の特性が時々刻々変化するようなシステムにおいても、この発明を用いることでトルク脈動推定を行うことができる。
【０１５６】
また、この発明では、トルク脈動の推定にあたり、最小で、電流条件２通り×試験信号の有無２通り、からなる４通りの周波数解析を行うだけでよく、短時間でトルク脈動を推定することが可能である。また、推定を開始すると、電動機１を停止させずに連続的に推定を行うことができるので、短時間でトルク脈動推定を行うことができる。よって、例えば、エレベーターを据え付けた後の試験運転中に短時間でトルク脈動推定が可能なため、据付時の調整時間を短縮することができる。
【０１５７】
次に、かご７の位置を変えながら推定する場合について説明する。例えば、据付時にかご７を最下階から最上階や、最上階から最下階に運転させながら推定する場合には、以下の手順で推定を行うことにより、精度よくトルク脈動の推定ができる。
【０１５８】
エレベーターでは、かご７とロープ８との間や釣合錘９とロープ８との間に、ロープ８の弾性特性に起因する共振点が存在する。また、共振点は、かご７の位置やかごの積載質量に応じて変化する。そのため、トルク脈動の周期や、トルク脈動推定を行う際の試験信号ＴＳの周波数が、これらの共振周波数と一致する場合がある。ここで、トルク脈動の周波数や試験信号の周波数がエレベーターの共振周波数と一致すると、周波数解析に用いる速度の振幅と位相とが急変化し、周波数解析結果が安定しないため、トルク脈動の推定精度が悪化してしまう。
【０１５９】
そこで、トルク脈動の推定を行う前に、エレベーターのかご７を最下階から最上階または最上階から最下階まで運転させ、トルク脈動に対応した周波数において、電動機速度の周波数解析を行う。このとき、トルク脈動の周波数が共振周波数近傍である場合には、対応する速度脈動の振幅が急増または急減したり、位相が１８０度近く急激に変化したりする。
【０１６０】
したがって、周波数解析で求めた速度脈動振幅や位相の変化量が所定値を超えているか否かを調べ、所定値を超えている場合には、その周辺で共振周波数に近いと判定する。また、この判定結果に基づいて、共振周波数に近いと判定される位置とは異なる位置でトルク脈動の推定を行うようにする。なお、トルク脈動推定時の運転速度を変更して共振周波数近傍とならないようにしてもよい。また、エレベーターに限らず、電動機１の回転位置によって共振周波数が変わる場合に上記方法を適用することができる。
【０１６１】
例えば、エレベーターの据付時においてトルク脈動の推定を実施するときには、次のようにすればよい。まず、エレベーターのかご７を最下階から最上階または最上階から最下階まで運転させ、トルク脈動に対応した周波数において、電動機速度の周波数解析を行い、速度脈動振幅および位相の変化量を計算する。
【０１６２】
このとき、速度脈動振幅および位相の変化量とともにかご位置を記憶しておく。続いて、最下階から最上階または最上階から最下階までの運転が終わると、速度脈動の振幅および位相の変化量が所定値を超えているか否かを調べ、所定値を超えていない位置を抽出する。次に、速度脈動の振幅および位相の変化量が所定値を超えていない位置へ移動し、トルク脈動推定を実施する。
【０１６３】
速度脈動の振幅および位相の変化量が所定値を超えているか否かを調べる運転が、最下階から最上階への運転であった場合には、トルク脈動を推定する運転は、反対の最上階から最下階への運転で実施すると、一度の往復運転でトルク脈動を推定できるため、トルク脈動推定に係る時間を短縮することができる。
【０１６４】
一方、速度脈動の振幅および位相の変化量が所定値を超えているか否かを調べる運転が、最上階から最下階への運転であった場合には、トルク脈動を推定する運転は、反対の最下階から最上階への運転で実施すればよい。このような推定方法により、共振による推定精度の悪化を避けてトルク脈動を推定できるため、トルク脈動の補正を正確に行うことができる。また、一度の往復運転によりトルク脈動を正確に推定できるため、据付時の調整時間の短縮にもなる。
【０１６５】
なお、エレベーターの全体の機器のレイアウトおよびローピング方式等は、図１２の例に限定されるものではない。例えば、この発明は、２：１ローピングのエレベーターにも適用することができる。また、例えば電動機１からなる巻上機の位置も図１２の例に限定されない。また、この発明は、例えば機械室レスエレベータ、ダブルデッキエレベータ、ワンシャフトマルチカー方式のエレベーター、または斜行エレベーター等、種々のタイプのエレベーターに適用することができる。
【０１６６】
なお、図１−３、図１１，１２の構成において、トルク脈動補正装置５，５Ａは専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう)であっても構成可能である。
【０１６７】
図１３の(ａ)はトルク脈動補正装置５，５Ａの機能をハードウェアで構成した場合、(ｂ)はソフトウェアで構成した場合の、ハードウェア構成を概略的に示す。
トルク脈動補正装置５，５Ａを図１３の(ａ)に示すハードウェアで構成した場合、処理回路１０００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。トルク脈動補正装置５，５Ａの各機能それぞれを処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路で実現してもよい。
【０１６８】
上記各機能を図１３の(ｂ)に示すＣＰＵで構成した場合、各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ２１００に格納される。処理回路であるプロセッサ２０００は、メモリ２１００に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。これらのプログラムは、上記各機能の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ２１００とは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。
【０１６９】
なお、上記各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
【０１７０】
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
また処理に必要な各種情報は、ハードウェア構成の場合は回路に予め設定され、またソフトウェア構成の場合にはメモリに予め記憶させておく。
【０１７１】
さらにトルク脈動補正装置５，５Ａは図２，３に示す電動機制御装置４の電力変換器４４を除く部分と共に上記のように構成することも可能である。
【０１７２】
以上この発明の電動機のトルク脈動補正装置では、電動機制御装置(４)における電動機(１)を制御する電流指令値(ｉｃ，ｔｃ)対して前記電動機のトルクに含まれる周期的なトルク脈動を補正する電動機のトルク脈動補正装置(５)であって、
前記電動機を回転させた時に、位置検出器(２)からの前記電動機の回転位置(ＭＲＰ)から前記電動機の回転速度(ＭＲＳ)を演算して回転速度を周波数解析し、特定周波数の振幅(Ａ１)および位相(φ１)を演算して周波数解析結果(ＦＡＲ)として出力する周波数解析部(５１)と、
電動機制御装置(４)に電動機運転指令(ＭＤＣ)を入力して前記電動機を回転させると共に、前記周波数解析結果(ＦＡＲ)から前記電動機に発生するトルク脈動の振幅(Ａ２)および位相(φ２)を推定してトルク脈動推定値(ＴＰＥ)として出力するトルク脈動推定部(５２)と、
前記トルク脈動推定値(ＴＰＥ)と電流検出器(３)で検出された電動機電流(Ｉｍ)と前記位置検出信号(ＭＲＰ)によりトルク脈動補正電流値(Ｉｔｐｃ)を演算して前記電動機制御装置(４)の電流指令値(ｉｃ，ｔｃ)を補正するトルク脈動補正部(５３)と、
を備え、
前記トルク脈動推定部(５２)は、前記周波数解析部(５１)に前記電動機の電流が異なる複数の条件について前記周波数解析結果(ＦＡＲ)を演算させ、取得した複数の前記周波数解析結果(ＦＡＲ)からトルク脈動の振幅(Ａ２)または位相(φ２)を電流の関数として求める。
これにより、トルク脈動の補正値を電流の関数として求めることで、テーブルデータなどが不要になり簡素な構成で補正が実施できる。
【０１７３】
また、前記トルク脈動推定部(５２)は、
前記トルク脈動補正部(５３)によってトルク脈動補正を行わない状態で前記電動機を運転させる第１制御処理と、
前記周波数解析部(５１)によって、前記第１制御処理によって得られた前記電動機の回転速度(ＭＲＳ)を、前記トルク脈動に対応した周波数について周波数解析させた振幅(Ａ１ａ)および位相(φ１ａ)を得る第２制御処理と、
前記トルク脈動補正部(５３)に既知の振幅、位相および周波数を有する試験信号(ＴＳ)を設定し、前記トルク脈動補正部(５３)によって前記試験信号(ＴＳ)を加えた状態で前記電動機を運転させる第３制御処理と、
前記周波数解析部(５１)によって、前記第３制御処理によって得られた前記電動機の回転速度(ＭＲＳ)を、前記試験信号(ＴＳ)の周波数について周波数解析させた振幅(Ａ１ｂ)および位相(φ１ｂ)を得る第４制御処理と、を有し、
前記第２制御処理で得られた振幅(Ａ１ａ)および位相(φ１ａ)、および前記第４制御処理で得られた振幅(Ａ１ｂ)および位相(φ１ｂ)に基づいて、前記トルク脈動の振幅(Ａ２)および位相(φ２)を演算する。
これにより、試験信号を入力することで速度からトルク脈動を補正する電流値を求めることができる。
【０１７４】
また、前記トルク脈動推定部(５２)は、前記電動機の電流から電動機の回転速度までの前記トルク脈動に対応した特定周波数における伝達特性(ＴＣＨ)を演算し、前記伝達特性(ＴＣＨ)に基づいて前記トルク脈動の振幅(Ａ２)および位相(φ２)の推定値を推定する。
これにより、負荷を接続した状態でもトルク脈動の推定を行うことができる。
また、前記伝達特性は、前記電動機の電流(Ｉｍ)から前記電動機の回転速度(ＭＲＳ)までのゲインおよび位相である。
【０１７５】
また、前記試験信号(ＴＳ)の周波数は、前記トルク脈動に対応した特定周波数に設定され、
前記トルク脈動推定部(５２)は、複数の周波数解析から、トルク脈動に起因する速度脈動成分と、試験信号に起因する速度脈動成分を分離する演算を行い、前記トルク脈動に起因する速度脈動成分と前記伝達特性(ＴＣＨ)に基づいて、前記トルク脈動を推定する。
これにより、試験信号の周波数をトルク脈動の周波数に一致させることで、精度良く推定ができる。
【０１７６】
また、前記トルク脈動推定部(５２)は、前記電動機制御装置(４)、前記位置検出器(２)、前記電流検出器(３)、および前記トルク脈動補正装置(５)から構成される電動機の制御システムの据付調整時に、前記トルク脈動の推定を行う。
これにより、据付後でも容易にトルク脈動の推定が可能である。
【０１７７】
また、前記トルク脈動に対応した特定周波数が、前記電動機制御装置(４)、前記位置検出器(２)、前記電流検出器(３)、および前記トルク脈動補正装置(５)から構成される電動機の制御システムの共振周波数と一致するか否かを判定する共振判定部(５４ａ)をさらに有し、
前記トルク脈動推定部(５２Ａ)は、前記共振判定部(５４ａ)で前記トルク脈動に対応した特定周波数が前記電動機の制御システムの共振周波数と一致すると判定された場合には、前記電動機の回転速度または回転位置を変更して前記トルク脈動の推定を行う。
これにより、共振時には推定誤差が発生するため、共振判定をすることで推定精度が高くなる。
また、前記共振判定部(５４Ａ)は、トルク脈動に対応した特定周波数成分の前記電動機の速度脈動の振幅の変化量と位相の変化量のうち少なくとも１つが設定値を超える場合に共振であると判定する。
【０１７８】
また、前記トルク脈動推定部(５２，５２Ａ)は、前記第２制御処理により得られた振幅である第１振幅と、前記第４制御処理により得られた振幅である第２振幅および前記試験信号の振幅と、を用いて、前記第１振幅と前記第２振幅との比に前記試験信号の振幅の乗じることで前記トルク脈動の振幅を推定する。
また、前記トルク脈動補正部(５３)は、振幅、位相および周波数が同じ前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
前記トルク脈動推定部(５２，５２Ａ)は、前記トルク脈動の振幅の推定を複数回行い、複数回の前記トルク脈動の振幅の推定値の平均値を前記トルク脈動の振幅の推定値とする。
これにより、同じ試験信号で複数回推定を行うことで信頼性が向上する。
また、前記トルク脈動補正部(５３)は、振幅、位相および周波数が異なる前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
前記トルク脈動推定部(５２，５２Ａ)は、前記トルク脈動の振幅の推定を複数回行い、複数回の前記トルク脈動の振幅の推定値の平均値を前記トルク脈動の振幅の推定値とする。
これにより、異なる試験信号で複数回推定を行うことで信頼性が向上する。
【０１７９】
また、前記トルク脈動推定部(５２，５２Ａ)は、前記第２制御処理により得られた位相である第１位相と、前記第４制御処理により得られた位相と前記試験信号の位相との差分である第２位相と、を用いて、前記第１位相と前記第２位相の差分により前記トルク脈動の位相を推定する。
また、前記トルク脈動補正部(５３)は、振幅、位相および周波数が同じ前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
前記トルク脈動推定部(５２，５２Ａ)は、前記トルク脈動の位相の推定を複数回行い、複数回の前記トルク脈動の位相の推定値の平均値を前記トルク脈動の位相の推定値とする。
これにより、同じ試験信号で複数回推定を行うことで信頼性が向上する。
また、前記トルク脈動補正部(５３)は、振幅、位相および周波数が異なる前記試験信号により前記第３制御処理および前記第４制御処理を複数回行い、
前記トルク脈動推定部(５２，５２Ａ)は、前記トルク脈動の位相の推定を複数回行い、複数回の前記トルク脈動の位相の推定値の平均値を前記トルク脈動の位相の推定値とする。
これにより、異なる試験信号で複数回推定を行うことで信頼性が向上する。
【０１８０】
またこの発明によるエレベーターの制御装置では、エレベーターの巻上機である電動機(１)と、前記電動機(１)の制御する電動機制御装置(４)と、前記電動機(１)の回転位置(ＭＲＰ)を検出する位置検出器(２)と、前記電動機(１)に流れる電動機電流(Ｉｍ)を検出する電流検出器(３)と、前記電動機(１)の回転位置(ＭＲＰ)および電動機電流(Ｉｍ)に基づいて、前記電動機制御装置(４)における前記電動機(１)を制御する電流指令値(ｉｃ，ｔｃ)対して前記電動機のトルクに含まれる周期的なトルク脈動を補正するトルク脈動補正電流値(Ｉｔｐｃ)で補正を行う請求項１から１４までのいずか１項に記載のトルク脈動補正装置(５)と、を備える。
【０１８１】
またこの発明の電動機のトルク脈動補正方法では、電動機(１)を制御する電動機制御装置(４)の電流指令値(ｉｃ，ｔｃ)に対して前記電動機のトルクに含まれる周期的なトルク脈動を補正する電動機のトルク脈動補正方法(５)であって、
前記電動機を回転させた時に、位置検出器(２)からの前記電動機の回転位置(ＭＲＰ)から前記電動機の回転速度(ＭＲＳ)を演算して回転速度を周波数解析し、特定周波数の振幅(Ａ１)および位相(φ１)を演算して周波数解析結果(ＦＡＲ)として求め(５１)、
前記周波数解析結果(ＦＡＲ)から前記電動機に発生するトルク脈動の振幅(Ａ２)および位相(φ２)を推定してトルク脈動推定値(ＴＰＥ)として求め(５２)、
前記トルク脈動推定値(ＴＰＥ)と電流検出器(３)で検出された電動機電流(Ｉｍ)と前記位置検出信号(ＭＲＰ)によりトルク脈動補正電流値(Ｉｔｐｃ)を演算して前記電動機制御装置(４)の電流指令値(ｉｃ，ｔｃ)を補正し(５３)、
前記トルク脈動推定値(ＴＰＥ)を求める際に、前記電動機の電流が異なる複数の条件について前記周波数解析結果(ＦＡＲ)を演算し、取得した複数の前記周波数解析結果(ＦＡＲ)からトルク脈動の振幅(Ａ２)または位相(φ２)を電流の関数として求める。
これにより、トルク脈動の補正値を電流の関数として求めることで、テーブルデータなどが不要になり簡素な構成で補正が実施できる。
【０１８２】
この発明に係る電動機のトルク脈動補正装置およびトルク脈動補正方法によれば、電動機の回転速度の特定周波数成分を周波数解析し、周波数解析結果に基づいて電動機のトルク脈動を推定できる。このとき、電流条件が異なる複数回の条件で得られた周波数解析結果に基づき、トルク脈動の振幅または位相を電流の関数として推定する。
そのため、トルク脈動を簡素な構成で推定して補正することができるトルク脈動補正装置およびトルク脈動補正方法を得ることができる。
また、この発明に係るエレベーターの制御装置によれば、電動機の回転速度の特定周波数成分を周波数解析し、周波数解析結果に基づいて電動機のトルク脈動を推定できる。このとき、電流条件が異なる複数回の条件で得られた周波数解析結果に基づき、トルク脈動の振幅または位相を電流の関数として推定する。
そのため、エレベーターにおいて、トルク脈動を簡素な構成で推定して補正することができるトルク脈動補正装置およびトルク脈動補正方法を得ることができる。
【０１８３】
この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。
【産業上の利用の可能性】
【０１８４】
この発明による電動機のトルク脈動補正装置および補正方法は、種々の分野で使用されている電動機に適用することができる。またこの発明によるエレベーターの制御装置は多くのタイプのエレベーターシステムに適用することができる。
【符号の説明】
【０１８５】
１  電動機、２  位置検出器、３  電流検出器、４  電動機制御装置、５，５Ａ  トルク脈動補正装置、６  綱車、８  ロープ、９  釣合錘、４１  速度演算部、４２  速度制御部、４２ａ  位置制御部、４３  電流制御部、４４  電力変換器、５１  周波数解析部、５２，５２Ａ  トルク脈動推定部、５３  トルク脈動補正部、５４Ａ  共振判定部、１０００  処理回路、２０００  プロセッサ、２１００  メモリ、ＡＤ１  加算部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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