(57)【要約】【課題】厳密なパラメータ調整が不要で、高価なＣＰＵを必要としないでモータの制振制御を実現する。【解決手段】速度指令ωｒｒｅｆから加速トルクを演算し、出力するフィードフォワード制御回路１０と、速度指令ωｒｒｅｆとモータ速度検出値ωｒとの偏差に基づいてモータ２へのトルク指令を生成する速度制御回路１１と、トルク指令とモータ速度検出値ωｒに基づいて予測速度を生成し、負荷外乱トルクを演算し、フィードバックする負荷外乱オブザーバ１８とを備えたモータ制御装置の制振制御方法において、速度制御回路１０のゲインを速度制御精度が保てる程度の値とすることで、トルク指令に加えられる速度制御回路１１の出力からの振動成分を低減し、速度指令応答の不足分をフィードフォワード制御回路１０の出力の加速トルク成分で補うようにしたモータ制御装置の制振制御方法。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令から加速トルクを演算し、出力するフィードフォワード制御回路と、前記速度指令とモータ速度検出値との偏差に基づいてモータへのトルク指令を生成する速度制御回路と、前記トルク指令と前記モータ速度検出値に基づいて予測速度を生成し、負荷外乱トルクを演算し、フィードバックする負荷外乱オブザーバとを備えたモータ制御装置の制振制御方法において、
前記速度制御回路のゲインを速度制御精度が保てる程度の値とすることで、前記トルク指令に加えられる速度制御回路出力からの振動成分を低減し、
速度指令応答の不足分を前記フィードフォワード制御回路出力の加速トルク成分で補うようにしたことを特徴とするモータ制御装置の制振制御方法。
【請求項２】
速度指令から加速トルクを演算し、出力するフィードフォワード制御回路と、前記速度指令とモータ速度検出値との偏差に基づいてモータへのトルク指令を生成する速度制御回路と、前記トルク指令と前記モータ速度検出値に基づいて予測速度を生成し、負荷外乱トルクを演算し、フィードバックする負荷外乱オブザーバとを備えたモータ制御装置の制振制御装置において、
前記速度制御回路により生成されるトルク指令の指令応答の速さを、前記フィードフォワード制御回路により生成される加速トルク指令の指令応答速さの１／１０以下にしたことを特徴とするモータ制御装置の制振制御装置。
【請求項３】
速度指令から加速トルクを演算し、出力するフィードフォワード制御回路と、前記速度指令とモータ速度検出値との偏差に基づいてモータへのトルク指令を生成する速度制御回路と、前記トルク指令と前記モータ速度検出値に基づいて予測速度を生成し、負荷外乱トルクを演算し、フィードバックする負荷外乱オブザーバとを備えたモータ制御装置の制振制御方法において、
前記速度制御回路への入力値、あるいは、速度検出値をノッチフィルタ回路を通して前記速度制御回路から出力されるトルク指令中の振動成分を低減することを特徴とするモータ制御装置の制振制御方法。
【請求項４】
速度指令から加速トルクを演算し、出力するフィードフォワード制御回路と、前記速度指令とモータ速度検出値との偏差に基づいてモータへのトルク指令を生成する速度制御回路と、前記トルク指令と前記モータ速度検出値に基づいて予測速度を生成し、負荷外乱トルクを演算し、フィードバックする負荷外乱オブザーバとを備えたモータ制御装置の制振制御装置において、
前記速度制御回路への入力値、あるいは、速度検出値中の振動成分を低減するノッチフィルタ回路を設けたことを特徴とするモータ制御装置の制振制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレベータのようなバネ系により共振しやすい機械を駆動するモータ制御装置の制振制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ制御装置の一例を図３および図４に示す。図３は、従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図であり、図４（ａ）は速度制御部と制振制御に関する部分の制御ブロック線図である。
図３に示すように、三相交流電源２０から供給される三相交流電圧は、パワー素子２１により直流電圧に変換され（直流電源を用いてもよい）、電圧形ＰＷＭインバータからなる電力変換器１により、任意の周波数と電圧の交流電圧に再度変換され、その一次周波数および一次電圧が交流モータ２に供給される。なお、交流モータ２によって駆動される機械系の記載は省略している。
交流モータ２のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相に流れる一次電流（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ）は電流検出器３Ａ，３Ｂ，３Ｃにより検出され、３相／２相変換器５によりｄ軸の励磁電流帰還値Ｉｄｆｂおよびｑ軸のトルク電流帰還値Ｉｑｆｂに変換される。
【０００３】
また、交流モータ２の回転速度は速度検出器４で検出され、速度制御回路（ＡＳＲ）１１０に帰還される。一次角周波数演算回路６は、後述する励磁電流指令値Ｉｄｒｅｆ，トルク電流指令値Ｉｑｒｅｆと設定された二次抵抗ｒ２とからすべり周波数指令値ωｓを求め、その周波数指令値ωｓと速度検出器４からの速度検出値ωｒとに基づいて一次角周波数ω１を演算して出力する。また磁束指令演算器７では速度検出値ωｒから磁束指令を演算し、係数器８により係数（係数値：１／Ｍ＊、Ｍ＊は励磁インダクタンス）を乗じて励磁電流指令値Ｉｄｒｅｆを出力する。
励磁電流制御回路（ＡＣＲｄ）９は、励磁電流指令値Ｉｄｒｅｆと３相／２相変換器５からの励磁電流帰還値Ｉｄｆｂとが一致するように励磁電流方向電圧を制御する。
【０００４】
フィードフォワード制御回路１０は、外部から入力された速度指令値ωｒｒｅｆに基づき、交流モータと負荷のイナーシャから加速トルクを演算する。フィードフォワード制御回路１０は、制御ゲインＫｆと交流モータと負荷の合計イナーシャＪの逆数を係数とした係数器と積分器とからなり、速度指令値ωｒｒｅｆと前記積分器出力を突き合せた一次遅れフィルタとして構成される。加速トルク指令は、制御ゲインＫｆを掛けた後の値を用いる。フィードフォワード制御回路１０により生成される加速トルク指令の指令応答速さを表す時定数は、Ｊ／Ｋｆとなり、Ｋｆの設定により決めることができる。速度制御回路（ＡＳＲ）１１０は、フィードフォワード制御回路１０内をスルーした速度指令値ωｒｒｅｆと速度検出器４からの速度検出値ωｒが一致するように比例・積分（ＰＩ）制御する。フィードフォワード制御回路１０出力と速度制御回路１１０の出力は加算器１２−１で加算され、さらに減算器１７で速度制御回路１１０の出力と負荷外乱オブザーバ１８出力の差を演算してトルク電流指令値Ｉｑｒｅｆをトルク電流制御回路（ＡＣＲｑ）１３に与える。トルク電流制御回路１３は、トルク電流指令値Ｉｑｒｅｆと３相／２相変換器５の出力であるトルク電流帰還値Ｉｑｆｂとが一致するように制御する。
電圧指令補償回路１４は、交流モータ２の漏れインダクタンスｌや一次抵抗ｒ１による逆起電力の励磁電流方向成分の電圧と、交流モータ２の磁束で発生する誘導起電力係数による誘起電圧と一次抵抗による逆起電力のトルク電流方向成分の電圧を出力する。
【０００５】
電流指令補償回路１４の出力のうち、トルク電流方向成分の電圧は、加算器１２−２によりトルク電流制御回路１３出力と加算され、トルク電流方向電圧指令値Ｖｑｒｅｆが生成される。電圧指令補償回路１４の出力のうち、励磁電流方向成分の電圧は、加算器１２−３により励磁電流制御回路９の出力と加算され、励磁電流方向電圧指令値Ｖｄｒｅｆが生成される。
２相／３相変換器１５は、励磁電流方向電圧指令値Ｖｄｒｅｆとトルク電流方向電圧指令値ＶｑｒｅｆよりＵ，Ｖ，Ｗの各相の電圧指令（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）のＰＷＭ信号を生成して電力変換器１に出力する。
【０００６】
積算器１６は、一次角周波数ω１を積算して位相θとし、３相／２相変換器５および２相／３相変換器１５へ相変換の位相基準値として与える。
負荷外乱オブザーバ１８では、減算器１７の出力と速度検出器４からの速度検出値ωｒを取り込み、速度検出値と負荷外乱オブザーバ１８内で演算された予測速度との差を演算し、その出力を比例・積分（ＰＩ）制御したものを負荷外乱演算値として、減算器１７に帰還する。
なお、図では負荷外乱オブザーバ１８に減算器出力１７（Ｉｑｒｅｆ）を入力しているが、厳密には磁束指令演算器７の出力である磁束指令との積を取り、トルク指令とする必要がある。
しかし、説明を簡略化するため、ここでは省略しているし、以下、トルク指令とトルク電流指令を厳密に分けていない。また、界磁弱め制御についても省略している。
【０００７】
また、負荷外乱オブザーバ１８では、トルク電流指令値ＩｑｒｅｆをモータイナーシャＪＭの逆数を係数とする係数器に通し、これと後述する速度予測誤差を比例・積分（ＰＩ）制御（各ゲインはＫ１，Ｋ２で決める）した値との差分値を積分器に通し、予測速度（以下、ωｒ＾とする）を求める。これとモータ端速度である速度検出値ωｒの突き合せにより、速度予測誤差を演算する。この速度予測誤差は、負荷外乱により発生したものであるとして扱う。なお、負荷外乱オブザーバ１８ではダイナミックスの応答をなるべく速く減衰させるように、Ｋ１、Ｋ２を振動系の応答周波数に対して５〜１０倍程度になるように決める。また、速度予測誤差を比例・積分（ＰＩ）制御（各ゲインはＫ３、Ｋ４で決める）し、負荷外乱オブザーバ出力としている。
以上のようにして、従来の制振制御は行われている。
【０００８】
図４（ｂ）、（ｃ）は、図４（ａ）のブロック線図を等価的に整理したものである。図４（ａ）は、上記のようにベクトル制御されており、電流制御部などは、十分応答周波数が高いとして定数化し、また、便宜上、摩擦、ダンピング係数は無いものとして扱っている。
ここで、図４（ａ）〜（ｃ）で用いられている記号を説明する。
ＪＬはモータにより駆動される負荷のイナーシャ、Ｋｃはモータと負荷の間のねじり軸剛性係数、ωＬは反共振周波数でωＬ＝ωＭ／√（１＋ＪＬ／ＪＭ）（ωＭ：共振周波数）として演算される。
【０００９】
速度予測誤差（ωｒ−ωｒ＾）は１式で示す伝達関数で求まり、モータ端速度である速度検出値ωｒの２回微分の項を含んでいることがわかる。これを比例・積分（ＰＩ）制御後、トルク電流指令値にフィードバックしている。
ωｒ−ωｒ＾＝［｛ωＬ２／（ｓ２＋ωＬ２）｝／（ｓ２＋Ｋ１ｓ＋Ｋ２）］
・（ＪＬ／ＪＭ）・ωｒ・ｓ２　　　　　　　　　　　　　・・・・（１式）
また、実際のオブザーバ出力ＯＢＳｏは、
ＯＢＳｏ＝［｛（Ｋ３ｓ＋Ｋ４）・ωＬ２／（ｓ２＋ωＬ２）｝／（ｓ２＋Ｋ１ｓ＋Ｋ２）］
・（ＪＬ／ＪＭ）　ωｒ・ｓ　　　　　　　　　　　　　　・・・（２式）となる。
負荷外乱オブザーバとしては、例えば特許文献１、特許文献２において開示されたものがある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−２６９１８８号公報
【特許文献２】
特開平９−９３９７２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の制振制御方法では、図４（ｂ）からわかるように、速度制御回路（ＡＳＲ）１１０は、速度指令とモータ端速度である速度検出値ωｒの差分を比例・積分制御して、トルク指令に加算するようにしているのに対し、負荷外乱オブザーバ１８は、１式よりモータ端速度である速度検出値ωｒと逆位相である成分を比例・積分制御しているので、機械の振動を十分に抑制することができなかった。
つまり、負荷外乱オブザーバ１８で、機械端が振動しないように制御しても、速度制御回路（ＡＳＲ）１１０から逆位相のトルク指令が出力されるので共振の原因となり、機械の振動を十分に抑制することができないという問題があった。また、エレベータなどへの適用を考えると、多慣性の負荷外乱オブザーバを考え、解決する手法も考えられるが、共振系モデルが複雑になること、調整が非常に難しくなるなどの問題も抱えていた。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、厳密なパラメータ調整が不要で、高価なＣＰＵを必要としないで制振制御を実現できる方法および装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の第１の手段に係るモータ制御装置の制振制御方法は、速度指令から加速トルクを演算し、出力するフィードフォワード制御回路と、前記速度指令とモータ速度検出値との偏差に基づいてモータへのトルク指令を生成する速度制御回路と、前記トルク指令と前記モータ速度検出値に基づいて予測速度を生成し、負荷外乱トルクを演算し、フィードバックする負荷外乱オブザーバとを備えたモータ制御装置の制振制御方法において、前記速度制御回路のゲインを速度制御精度が保てる程度の値とすることで、前記トルク指令に加えられる速度制御回路出力からの振動成分を低減し、速度指令応答の不足分を前記フィードフォワード制御回路出力の加速トルク成分で補うようにしたものである。
【００１３】
また本発明の第１の手段に係るモータ制御装置の制振制御装置は、速度指令から加速トルクを演算し、出力するフィードフォワード制御回路と、前記速度指令とモータ速度検出値との偏差に基づいてモータへのトルク指令を生成する速度制御回路と、前記トルク指令と前記モータ速度検出値に基づいて予測速度を生成し、負荷外乱トルクを演算し、フィードバックする負荷外乱オブザーバとを備えたモータ制御装置の制振制御装置において、前記速度制御回路により生成されるトルク指令の指令応答の速さを、前記フィードフォワード制御回路により生成される加速トルク指令の指令応答速さの１／１０以下にしたものである。
【００１４】
この第１の手段においては、速度制御回路のゲインを速度制御精度が保てる程度に設定することで、速度制御回路からの振動成分をトルク指令に加えないようにする。しかし、速度制御回路のゲインを極度に小さくするだけでは、速度指令応答が悪化し、また速度指令に対する実速度が一致しなくなるという新たな問題が起きる。そこで、替わりにフィードフォワード制御回路の出力である加速トルク指令を入力することで、速度指令応答の不足分を補うことにする。これにより、速度制御回路からの振動成分がトルク指令に加わらず、負荷外乱オブザーバによる振動抑制が効率的に行われる。
【００１５】
また、本発明の第２の手段に係るモータ制御装置の制振制御方法は、速度指令から加速トルクを演算し、出力するフィードフォワード制御回路と、前記速度指令とモータ速度検出値との偏差に基づいてモータへのトルク指令を生成する速度制御回路と、前記トルク指令と前記モータ速度検出値に基づいて予測速度を生成し、負荷外乱トルクを演算し、フィードバックする負荷外乱オブザーバとを備えたモータ制御装置の制振制御方法において、前記速度制御回路への入力値、あるいは、速度検出値をノッチフィルタ回路を通して前記速度制御回路から出力されるトルク指令中の振動成分を低減するようにしたものである。
【００１６】
本発明の第２の手段に係るモータ制御装置の制振制御装置は、速度指令から加速トルクを演算し、出力するフィードフォワード制御回路と、前記速度指令とモータ速度検出値との偏差に基づいてモータへのトルク指令を生成する速度制御回路と、前記トルク指令と前記モータ速度検出値に基づいて予測速度を生成し、負荷外乱トルクを演算し、フィードバックする負荷外乱オブザーバとを備えたモータ制御装置の制振制御装置において、前記速度制御回路への入力値、あるいは、速度検出値中の振動成分を低減するノッチフィルタ回路を設けたものである。
第２の手段によれば、ノッチフィルタ回路を設けたことにより、速度制御回路のゲインを通常より過度に下げることなく、負荷外乱オブザーバによる振動抑制が効率的に行われる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図である。図１は、構成上において、図３の従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図と同じ構成であるので、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態においては、図３における速度制御回路（ＡＳＲ）１１０を速度制御回路（ＡＳＲ）１１に変更しているが、ゲイン設定方法が異なるのみであり、構成自体は変わらない。
【００１８】
図１の回路においては、速度制御回路（ＡＳＲ）１１は速度指令とモータ速度を一致させることが可能である程度の値、つまり、通常、共振しにくい機械に適用する場合に比べ、ゲインを下げた設定としている。しかし、速度制御回路のゲインを極度に小さくするだけでは、速度指令応答が悪化し、また速度指令に対して実速度が一致しなくなる恐れがあるので、フィードフォワード制御回路１０の出力である加速トルク指令を入力することで、速度指令応答の不足分を補う。そうすることで、トルク指令には、機械系の振動成分が含まれないようになり、振動を抑制することができる。
【００１９】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図である。図２は、構成上において、図３の従来のモータ制御装置のブロック図との相違点は、ノッチフィルタ回路１９を挿入しているところである。図２は、図面上では速度制御回路１１入力値の記載は省略し、速度検出値をノッチフィルタ１９に通すようにのみ記載しているが、実施する場合は、どちらか一方に付加すればよい。
以下、速度制御回路１１入力部にノッチフィルタ１９を追加した場合の動作を説明する。
【００２０】
速度制御回路１１入力部にノッチフィルタ１９を挿入し、速度検出値に含まれる振動周波数成分を取り除くことにより、トルク指令には、機械系の振動成分を含まないようにすることができ、振動を抑制することができるとともに、速度制御回路のゲインを通常より過度に下げることもなくなる。
同様に速度検出値にノッチフィルタを通すようにしても、速度検出値に乗っている振動周波数成分が除去できるので、速度制御回路１１入力部にノッチフィルタ１９を挿入したときと同様の効果が期待できる。
【００２１】
以上、交流モータの中でも誘導モータを例にして説明したが、モータの種類に関係なく適用できるし、また、速度検出値を用いない制御方式においても、速度制御回路出力と負荷外乱オブザーバ出力が逆位相となるような場合には、同じように効果を発揮する。また、エレベータ等の共振周波数の低い機械への適用という説明をしたが、振動周波数が高い機械でも同様に適用可能である。
また、負荷外乱オブザーバは振動抑制に効果があれば、上記した構成でなくても良いし、フィードフォワード制御回路についても加速トルクが出力できれば良い。
また、フィードフォワード制御回路１０では、速度指令値ωｒｒｅｆをスルーさせた例での適用を説明したが、フィードフォワード制御回路１０は、外部から入力された交流モータと負荷のイナーシャから加速トルクを演算し、推定速度を求め、求めた推定速度を速度制御回路１０の速度指令値として与えるようにしたモータ制御装置にも適用できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の第１の手段によれば、速度制御回路のゲインを速度制御精度が保てる程度の低い値とすることで、トルク指令に加えられる速度制御回路出力からの振動成分を低減し、速度制御回路からの速度指令応答の不足分をフィードフォワード制御回路出力である加速トルク指令を入力することで補うようにしたことにより、速度制御回路からの振動成分がトルク指令に加わらなくなる。これにより、複雑な共振系モデルを必要とせず、厳密なパラメータ調整が不要で適用でき、高価なＣＰＵを必要としない制振制御を実現できる。
また、本発明の第２の手段によれば、速度制御回路への入力値、あるいは、速度検出値をノッチフィルタ回路を通して速度制御回路から出力されるトルク指令中の振動成分を低減するようにしたので、速度制御回路のゲインを通常より過度に下げることなく、負荷外乱オブザーバによる振動抑制を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図である。
【図３】従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】速度制御部と制振制御に関する部分の制御ブロック線図である。
【符号の説明】
１　電力変換器
２　交流モータ
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ　電流検出器
４　速度検出器
５　３相／２相変換器
６　一次角周波数演算回路
７　磁束指令演算器
８　係数器
９　励磁電流制御回路（ＡＣＲｄ）
１０　フィードフォワード制御回路
１１　速度制御回路（ＡＳＲ）
１２−１、−２、−３　加算器
１３　トルク電流制御回路（ＡＣＲｑ）
１４　電圧指令補償回路
１５　２相／３相変換器
１６　積算器
１７　減算器
１８　負荷外乱オブザーバ
１９　ノッチフィルタ回路
２０　三相交流電源
２１　パワー素子
１１０　速度制御回路（ＡＳＲ）（従来）
【図１】
2004129416.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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