周期外乱抑制装置
【課題】周期外乱オブザーバによるトルクリプル抑制制御では、経年変化によるプラントの変動や、プラント特性の変動等を考慮する必要があるため、同定モデル誤差に対するロバスト性の向上が求められている。
【解決手段】周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の位相を演算して位相補正量を演算する位相補正量演算部と、周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の進行速度を算出して閾値と比較しながらゲイン補正量を算出するゲイン補正量演算部と、位相補正量とゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、この補正値に基づいて周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部を設けたものである。
【解決手段】周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の位相を演算して位相補正量を演算する位相補正量演算部と、周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の進行速度を算出して閾値と比較しながらゲイン補正量を算出するゲイン補正量演算部と、位相補正量とゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、この補正値に基づいて周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部を設けたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象物で発生する周期性の外乱を抑制する周期外乱抑制装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
学習機能を有する制御装置やモータ制御装置のように、制御対象物から周期性の外乱が発生する場合がある。
周期性の外乱が発生する制御対象物として、例えば、モータの場合には原理的にトルクリプルと呼ばれる脈動を発生して、振動、騒音、乗り心地の劣化、及び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同期モータ（以下ＰＭモータという）では、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、脈動を打ち消す補償信号を電気的に与えてトルクリプルを抑制する方式が知られている。
その方式を大別すると、主にトルクリプルに近似式や電磁界解析結果に基づいて補償するフィードフォワード補償方式と、フィードバック方式に大別される。
【０００３】
フィードバック方式には、トルクメータを用いての学習する方式、モータ電流リプルからトルクリプルを推定して抑制する方式、電流・回転数検出値に基づくトルクリプル外乱オブザーバ方式等が知られている。これらフィードバック方式は、リプル特性変化にもオンラインで対応できるが、電流リプルからトルクリプル推定値への近似誤差、高周波帯域における外乱オブザーバフィルタの帯域制限などがある。
【０００４】
また、トルクリプルはモータの回転次数で発生する周期性外乱であり、その高次成分は低速回転であっても機械共振周波数に一致しやすい傾向にある。したがって、共振系の可変速駆動システムに学習制御を適用する場合、振幅急変や位相反転による不安定現象への対応策が不可欠となっており、これらは一般に複雑な高次モデルや適切な制御調整が必要であり、トルクリプルのような周期性外乱を効果的に抑制することは困難となっている。この周期性外乱を抑制するものとして特許文献１が公知になっている。
【０００５】
特許文献１では、図１２で示すように、トルク指令Ｔrefは指令値変換部１に入力されてモータの回転に同期した回転座標（交直ｄｑ軸）上のｄ軸、ｑ軸の電流指令ｉd*，ｉq*を生成し、その電流指令をベクトル制御されるインバータ２に与える。インバータ２は、電流指令ｉd*，ｉq*に基づいて出力を発生し、シャフトを介して負荷を連結したＰＭモータ３を制御する。シャフトに取り付けられたトルク検出器によって検出された軸トルク検出値Ｔdetと位置検出器によって検出された回転子位相角θはオブザーバ部４に入力される。
【０００６】
オブザーバ部４では、フーリエ変換の周波数成分抽出手段によってＰＭモータの周期的な脈動を直流として検出し、その周波数成分上の周期性外乱を周期外乱オブザーバ補償部４ａによって推定し、この周期性外乱を抑圧するように電流指令に加算するように構成したものである。
【０００７】
周期外乱オブザーバ部４ａは周期性の外乱を抑制するために制御手法の一つであるが、制御の基本構成は一般的な外乱オブザーバと同様であり、周期外乱成分を個別に制御対象とする。周波数成分毎に複素ベクトルで表現ししたシステム同定モデルを外乱オブザーバの逆システムモデルに用いることで、制御対象とする周波数の外乱を直接的に推定して補償する。これにより、比較的単純な制御構成でありながら、対象とした周波数に対しては次数に関係なく高い制御効果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／２４１９５Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１３は特許文献１に開示されている周期外乱オブザーバの制御構成図で、ｎ次成分について簡略して示したものである。
図中の各記号の定義は下記のとおりである。
【００１０】
Ｐn：プラント、Ｐ^n：システム同定モデル
ｒn：制御指令
ｄn：周期外乱、ｄ^n：周期外乱推定値
ｙn：制御対象出力
添字のｎはｎ次成分であることを示す。
【００１１】
※上記変数はいずれもＸn＝ＸAn＋ｊＸBnと表される複素ベクトルである。
【００１２】
ＧF（ｓ）：低域通過フィルタ
controlled object：制御対象
ＰＤＯ：周期外乱オブザーバ（Ｐeriodic Ｄisturbance Ｏbserver）
先ず、制御対象のプラントＰnに対して予めシステム同定を行い、１次元複素ベクトルの形で（１）式として表現する。
Ｐ^n＝Ｐ^AN＋ｊＰ^Bn （１）
ただし、Ｐ^An：同定結果のｎ次成分実部、Ｐ^Bn：同定結果のｎ次成分虚部。
【００１３】
例えば、１〜１０００Ｈｚまでのシステム同定結果を１Ｈｚ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。同定結果を近似数式で表現することも可能である。いずれの手法でも、常に簡素な１次元複素ベクトルでシステムモデルを表現することが可能となる。
【００１４】
なお、上記システム同定モデルに限らず、以下の明細書中のＰ^n、ｒn、
ｄn、ｄ^n、ｙnもＸn＝ＸAn＋ｊＸBnと表される複素ベクトルである。
【００１５】
制御手法として、プラント出力（制御対象出力ｙn）にフーリエ変換を簡易化した低域通過フィルタＧF（ｓ）を通すことで、周期外乱の制御対象とする周波数成分を抽出する。これに上記の抽出したシステム同定モデルの逆数
Ｐ^n-1で表現される逆システムを乗算し、上位の制御器より発生した制御指令値ｒnとの差分を加算器Ａ１で取ることにより周期外乱ｄnを推定する。推定した周期外乱ｄ^nを補償指令値として、加算器Ａ２において制御指令値ｒnから差し引き、これによって加算器Ａ３に加算される周期外乱ｄnを抑制する。以上の流れが周期外乱オブザーバによる周期外乱を抑制する制御手法である。
【００１６】
この制御手法においては、制御の根幹を成して制御性能を左右するものはシステム同定モデルの真値に対する精度である。周期外乱の抑制能力向上のためには、より精度の高いシステム同定が求められる。
【００１７】
しかしながら、同定モデルの高精度な取得は難しく、経年変化などによるプラントの変動や、頻繁なプラント特性の変動に対する追従などといった事象についても考慮する必要がある。真値との誤差は抑制完了までの収束時間の増大や、最悪の場合では位相誤差により抑制制御自身が外乱成分となり、制御を不安定にする可能性もある。このため、同定モデル誤差に対するロバスト性の向上が求められる。
【００１８】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、その目的とするところは、システム同定モデル誤差を補正することができる周期外乱抑制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の請求項１は、上位に制御指令値を発生する制御器を持ち、周期性外乱が発生する制御対象の出力における、抑制制御対象とする周期外乱の周波数成分にシステム同定モデルの逆数で表現される逆システムを乗算して周期外乱を推定する周期外乱オブザーバを有し、周期外乱オブザーバで推定された周期外乱を補償指令値として前記制御指令値から差し引いて周期外乱を抑制するオブザーバ部と、
オブザーバ部による周期外乱抑制制御中における、前記周期外乱の各周波数成分が複素ベクトル平面に描くベクトル軌跡の位相を演算して位相補正量を演算する位相補正量演算部と、
前記制御対象の出力を入力して制御対象出力のゲインを補正するゲイン補正量演算部と、
前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、この補正値に基づいて前記周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部を備えたことを特徴としたものである。
【００２０】
本発明の請求項２は、前記制御対象物をモータとし、モータ出力を入力してモータにおける周期性の外乱発生の抑制量を周期外乱オブザーバ部で推定し、推定量をトルク指令から差引いて回転座標上のｄ，ｑ軸の電流指令を生成し、インバータを介してモータを制御するものにおいて、
前記モータ出力を入力して周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の位相を演算して位相補正量を演算する位相補正量演算部と、
前記モータ出力を入力して周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の進行速度を算出して閾値と比較し、この算出，比較を複数回繰り返してゲイン補正量を演算するゲイン補正量演算部と、
前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、この補正値に基づいて前記周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部を備えたことを特徴としたものである。
【００２１】
本発明の請求項３は、前記位相補正量演算部における位相補正量θrefnは、重みａとベクトルの回転角度θの積に前回算出の位相補正量θrefn-1を加算して求めることを特徴としたものである。
【００２２】
本発明の請求項４は、前記回転ベクトル演算部の出力側に学習機能部を設け、回転ベクトル演算部により求めたシステム同定モデル補正値を学習機能部で記憶し、システム同定モデル誤差に対する補正量の学習を実行し、学習値を前記周期外乱オブザーバ部に入力して前記同定モデル補正値に乗算して新たな同定モデル補正値とすることを特徴としたものである。
【００２３】
本発明の請求項５は、前記学習機能部に同定モデル補正機能部を設け、この同定モデル補正機能部によりシステム同定モデル補正値の記憶時の動作点を移動変更しながら繰返し行い、動作点移動完了時に周期外乱の抑制制御をオン状態とし、抑制制御完了時にシステム同定モデル補正値を記憶して周期外乱の抑制制御をオフ状態とすることを特徴としたものである。
【００２４】
本発明の請求項６は、前記学習機能部に補間補正手段を設け、学習後のシステム同定モデル補正値に対して任意の周波数幅を持たせることを特徴としたものである。
【００２５】
本発明の請求項７は、前記位相補正量演算部とゲイン補正量演算部及び回転ベクトル算出部を有する同定モデル補正手段は、周期外乱の周波数成分の次数ｎ個分を備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２６】
以上のとおり、本発明によれば、周期外乱オブザーバに使用するシステム同定モデルの誤差を適応的に補正することができ、同定モデル誤差に対するロバスト性の向上を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示す同定モデル補正部の構成図。
【図２】ゲイン補正決定時のフロー図。
【図３】本発明の他の実施例を示す同定モデル補正部の構成図。
【図４】複素ベクトル平面軌跡図。
【図５】シミュレーション時のシステム同定図。
【図６】学習機能なし時のシミュレーション結果図。
【図７】学習機能あり時のシミュレーション結果図。
【図８】変動モデル時のシミュレーション結果図。
【図９】誤学習防止処理フロー図。
【図１０】複数次数同時検出の構成図。
【図１１】補間処理説明図。
【図１２】従来の外乱抑圧装置の構成図。
【図１３】周期外乱オブザーバ制御構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、位相補正量演算部、ゲイン補正量演算部、及び回転ベクトル算出部を有する同定モデルの補正手段に設け、制御対象出力を入力して位相補正演算部では補正位相を算出し、ゲイン補正量演算部では補正ゲインを算出し、これら各補正量に基づいて、回転ベクトル算出部では回転ベクトルを決定することでシステム同定モデル誤差の補正を行うものである。以下図に基づいて詳述する。
【実施例１】
【００２９】
本発明の説明に先立って、システム同定モデル誤差に対する補正方式について説明する。
制御対象出力として、例えばトルクリプルの各周波数成分について、ｎ次トルク脈動抽出成分（余弦係数）ＴAnを実軸、ｎ次トルク脈動抽出成分（正弦係数）ＴBnを虚軸とした複素ベクトル平面内に描く軌跡に着目する。
【００３０】
図４は複素ベクトル平面軌跡図を示したもので、１００nは抑制開始からの経過時刻[ｔ＝ｔn]における位置（現在の検出位置）を示し、１００n-1は抑制開始からの経過時刻[ｔ＝ｔn-1]における位置（１周期前の検出位置）を示している。
【００３１】
システム同定モデルに真値と誤差がなければ、抑制開始点から原点、つまりトルクリプル（周期外乱）がない状態では直線かつ、最適な応答時間で向かう。この軌跡は誤差の存在する状態では、曲線や円軌道を描き、最悪は発散して無限遠方向に向かう。
【００３２】
本実施例においてｎ次補償電流指令値をゼロとしてトルクリプル（図１３の周期外乱ｄn）を打ち消すことを前提とするが、前記指令値をゼロ以外とする場合では補償電流指令のベクトル平面上での位置が原点に相当する。
【００３３】
本発明では、抑制制御中に逐次、前記軌跡情報から下記（２）式におけるゲインＧrefと位相θrefの回転ベクトルＰnrefを決定し、（３）式のとおり同定モデルＰ^nに乗算することで同定モデルを補正して新たにＰ’nの同定モデルを得る。これを周期外乱オブザーバＰＤＯにて用いる逆システムの同定モデルにＰ’nを適用する。
Ｐnref＝Ｇref・（ｃｏｓθref＋ｊｓｉｎθref） （２）
Ｐ’n＝Ｐ^n・Ｐnref （３）
図１に前記（２）、（３）式を実現する実施例１の制御ブロック図を示す。図１は図１３の構成を周波数成分について簡略化して表しており、図１３と同一部分には同一符号を付している。
【００３４】
図１で示すシステム同定モデルの補正手段の構成図において、１０は実プラント、１１は位相補正量演算部で、実プラント１０の制御対象出力ｙnから、周期外乱の各周波数成分が描くベクトル軌跡の位相（回転角度）θを算出すると共に、後述のように補正量θrefを算出する。１２はゲイン補正量演算部で、制御対象出力ｙnから、周期外乱の各周波数成分が描くベクトル軌跡の進行速度（ゲインの現在値）｜ｖ｜を算出し、図２に基づいて補正する。
【００３５】
１３は回転ベクトル算出部で、（２）式に基づき位相θrefとゲインＧrefを乗算して回転ベクトルＰnref（システム同定モデルに対する補正指令値）を算出し、この回転ベクトルＰnrefによって周期外乱オブザーバ部１４のシステム同定モデルを補正する。周期外乱オブザーバ部１４には、制御対象出力ｙnと制御指令が入力されており、図１３で示す演算を実行して周期外乱推定値ｄ^nを求め、その周期外乱推定値ｄ^nは加算器Ａ２において制御指令ｒnから差し引かれ、加算器Ａ３で加算される周期外乱ｄnを抑制する。
【００３６】
（２）式に基づく位相補正量θrefは以下のようにして決定される。
図４で示すように、抑制開始からの経過時刻［ｔ＝ｔn］の位置（ＴAn,ＴBn）の原点方向のベクトルをＰtとし、時刻［ｔ＝ｔn-1］から時刻［ｔ＝ｔn］へのベクトルをvとおく。Ｐtから見たｖの回転角度をθとする。モデル誤差がなければθは常にゼロとなる。検出した位相θに対して逆向きに位相補正量θrefを決定すればシステム同定モデルの誤差を補正することができる。
θ＝tan-1（Ｐt×ｖ／Ｐt・ｖ） （４）
（４）式において、［×］記号は外積を表し、［・］記号は内積を表す。
【００３７】
補正を行わなくても抑制可能な小程度のモデル誤差であれば周期外乱オブザーバ部によりθ＝０となる方向に補償指令が生成される。モデル誤差が存在する場合には、θを同定モデルの位相誤差と近似的に見て補正量の決定を行う。位相誤差を近似したことによる影響を低減するために、本発明における位相補正量演算部１１は（５）式で示すように、位相補正量θrefは重みａとθの積に前回の位相補正量θrefn-1を加算する演算を実行することでθrefを求める。
なお、位相補正量θrefnの初期値はゼロである。このようにすることにより、突発的な変動に対してもθrefが適応的に調整されることで柔軟に対応でき、θがゼロとなる方向へモデルが補正される。
θrefn＝θrefn-1−ａ・θ （５）
次に、ゲイン補正量演算部１２は、図２で示すフローチャートに基づいて補正ゲインＧrefを決定する。位相誤差が小さくともゲイン誤差が大きい場合には目標点を中心とした振動的挙動、もしくは収束時間が非常に長くなる可能性がある。位相補正に加えゲイン補正を行うことで、モデル誤差に対するロバスト性の高い補正制御を確立することができる。
【００３８】
補正ゲインＧref は、図４の位置ベクトルPtおよび速度ベクトルvから、図２に示すフローチャートに基づいて決定する。StartからEndまでを抑制制御と並行して周期的に繰り返し、ゲイン補正量を逐次決定する。なお補正量の調整方向として、補正ゲインＧref の増加/減少は移動速度の減少/増加に相当する。補正ゲインＧref の初期値は1とする。
【００３９】
以下に図２の（A)〜（E)の処理手順について説明する。
（Ａ）位置ベクトルの絶対値| r |が閾値rth以下のときには、収束状態と判定して調整しない。
（Ｂ）発散的挙動を防ぐため比較的早い周期（例えば数＋［ｍsec］毎）で移動速度の抑制を行う。速度ベクトルから進行速度| v 1|を算出し、判定閾値を| r |に比例としてk・| r |に決定する。進行速度| v 1|が閾値以上ならゲイン不足と判定して、補正ゲインＧref をa1[%]増加させる。ここで、a1、kは任意設定のパラメータである。
（Ｃ）補正制御周期をN回に分周し、この周期（例えば数[sec]毎）での進行速度| v 2|を算出する。
（Ｄ）| v 2|が閾値vth以下ならゲイン過大と判定しＧref をａ２［％］減少させる。これによりゲイン過大による収束遅延状態を防ぎ、移動速度を増加させる。vth、ａ２は任意設定のパラメータである。
（Ｅ）補正ゲインＧref をリミットして最終値をメモリーに保存する。
以上により、(YAN,YBN)のベクトル軌跡を利用して上記で示した位相およびゲイン補正手法を用いて、（３）式により同定モデルの補正を行う。
【００４０】
したがって、この実施例によれば、周期外乱オブザーバに使用するシステム同定モデル誤差を適応的に補正することができ、システム同定モデル誤差に対するロバスト性の向上を図ることができるものである。
【実施例２】
【００４１】
実施例１では、ある周波数において周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを適応的に補正する手段を示した。実施例２では、求められた最終補正値Ｐnrefを記録するためのメモリーを設けて学習（記憶）機能を付加したものである。
図３は、この学習機能を有する制御ブロック図を示したものである。１５はメモリーで、回転ベクトル算出部１３の出力Ｐrefnをスイッチ１６を通して入力すると共に、ＰＭモータの回転角速度ｎωが入力される。なお、このメモリー１５とスイッチ１６などによって学習機能部が構成される。
【００４２】
スイッチ１６は、最終補正された回転ベクトルＰrefnを取り込んでメモリー１５に保存するタイミングでオン・オフし、その保存タイミングは、同定モデルの補正処理が行われて十分に周期外乱が抑制された時点とする。そのときにおける回転ベクトルＰnrefをメモリーに保存することで、当該ＰrefnをＰmemnとして周期外乱オブザーバ１４に出力する。周期外乱オブザーバ１４は、（３）式の演算に対して（６）式で示すように、さらにＰmemnを乗算して補正された同定モデルＰn´が決定される。
Ｐ´n＝Ｐ^n・Ｐrefn・Ｐmemn （６）
図５〜８は、学習機能を用いた本実施例と学習機能を用いない場合のシミュレーション結果を示したものである。シミュレーションにおいては、回転数・トルク一定条件状態（４２［Ｈｚ］）、（極数４）、（３０［Ｎｍ］）とし、補正周期を２０［ｍｓ］としたものである。トルクリプルの条件として、電気的周波数１，２次周波数成分（１ｆ，２ｆ）に一定量を与えた。図５（ａ），（ｂ）で示すゲインと位相の両図において、それぞれ線ａはノミナル、線ｂは変動モデル１、線ｃは変動モデル２である。
【００４３】
システム同定モデルの誤差条件として、図５で示すモデルを逆モデルのノミナルな同定モデルに設定し、実プラントを変動モデル１として誤差設定してシミュレーションを行った。図６は学習機能を無効とした場合、図７は学習機能を有効とした場合を示し、各図において、（ａ）は学習機能を無効とした場合のベクトル軌跡図、（ｂ）図は（Ｔan），（Ｔbn）の原点から距離｜ｒ｜の時間応答、（ｃ）図は軸トルクの時間応答をそれぞれ示す。図7から明らかなように、抑制開始直後から位相誤差、及び発散方向に向かう速度を制御するようなノミナル同定モデルを補正するため、１ｆ，２ｆの場合においても、それぞれ抑制制御が発散することなくトルクリプルを抑制できていることが確認できる。
【００４４】
図8は、システム急変、及び外乱変動についての検証結果である。図５で示す変動モデル１で抑制が完了ししている状態で、変動モデル２にシステムを急変させ、同時にトルクリプルを２倍に変動させた。図８で明らかなように、システム急変、外乱変動に対しても同定モデルを逐次補正することにより発散動作を防ぎ、トルクリプルが抑制されることが確認できる。
【００４５】
したがって、この実施例によれば、実施例１の効果に加えて、更に、ある周波数における同定モデル誤差に対する補正量の学習（記憶）が可能となるので、再度の同周波数での動作において補正完了までの学習時間を短縮、もしくは学習を不必要とすることが可能となるものである。
【実施例３】
【００４６】
なお、図３で示す同定モデル補正量の学習のために、補正量をメモリーへ保存する。その保存を装置が動作する範囲の全て、若しくは一定量の範囲で動作点を変更して繰り返して実施するが、その際、誤学習の虞が生じる。
実施例３では、この動作点移動時には移動中の誤学習を防ぐために抑制制御をオン・オフするものである。
【００４７】
図９はそのための処理シーケンスで、ステップＳ１で動作点を移動させ、移動が完了（Ｓ２）したらＳ３で抑制制御をオンする。Ｓ４で抑制制御完了したらメモリーに保存（Ｓ５）し、Ｓ６で抑制制御をオフする。最終的には、Ｓ７の全動作点が完了するまで実行して補正した全周波数範囲での同定モデルを完成させる。一定量の動作点で行った場合は間欠点を任意の方式により補間する。
【００４８】
これにより、システム同定に誤差を含んでいる場合でも、モデル補正機能により抑制制御を完了させ、同時に新しい同定モデルを得ることが可能となるものである。
【実施例４】
【００４９】
上記した各実施例では、ある特定の周波数成分について同定モデル誤差を推定して補正を可能にしたことを示した。実施例３では、図１０に示すように、ｎ個（周期外乱の周波数成分の次数ｎ個）の同定モデル補正手段付きオブザーバ部２０1〜２０Nを設け、図１、図３の制御系を抑制する各次数に対する同定モデル誤差の推定、補正を並列・同時に実施するように構成したものである。
【００５０】
同定モデル補正手段付きオブザーバ部２０1〜２０Nは、図１、図３に示す周期外乱オブザーバ部１４、位相補正演算部１１、ゲイン補正演算部１２及び回転ベクトル算出部１３などの各機能を備えており、ｎ次の制御指令ｒ1〜ｒNに対して、同定モデル誤差を推定し、その誤差によってシステム同定モデルを補正した結果の周期外乱推定値ｄ＾1〜ｄ＾Nを各々出力するものである。
【００５１】
この実施例によれば、実施例１，２の効果に加えて、抑制およびシステム同定モデル誤差を推定すべき周期外乱周波数成分が複数、同時に存在する場合においても、対応することができるものである。
【実施例５】
【００５２】
第２以降の各実施例では、学習機能を付加したものであるが、その学習点が１ポイント周波数についてのものである。
すなわち、初期状態でのシステム同定モデルとして、図１１（ａ）のようなＰA（ＰB）に関する周波数応答グラフを有するものとする。上記各実施例において、同定モデル誤差を学習した結果は図１１（ｂ）のように、周期外乱の抑制制御は、ある特定した周波数ａ点、若しくはモデル変動に伴うｂ点のみの実施となるため、モデル誤差を学習可能なポイントも或る特定の周波数のみとなる。このため、学習した周波数から僅かでも移行した場合、直近の周波数で学習した結果値を適用することができない。制御対象がモータ等の可変速用途である場合、微小な周波数変動でも再学習が要求されることになる。
【００５３】
この実施例は同定モデル補正手段内に補間手段を設け、図１１（ｃ）で示すように学習点ａ，ｂ周囲の周波数領域に対して、補間手段による補間処理を施してピンポイントに対して任意の周波数幅を持たせたものである。
したがって、この実施例によれば、ある特定の周波数での学習結果を周辺周波数にまで影響させることで、周波数の変動に際しても抑制制御の安定性や学習に必要な時間の短縮が可能となるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１… 指令値変換部
２… インバータ
３… ＰＭモータ
４… オブザーバ部
１０… 実プラント（制御対象）
１１… 位相補正量演算部
１２… ゲイン補正量演算部
１３… 回転ベクトル算出部
１４… 周期外乱オブザーバ部
１５… メモリー
１６… スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象物で発生する周期性の外乱を抑制する周期外乱抑制装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
学習機能を有する制御装置やモータ制御装置のように、制御対象物から周期性の外乱が発生する場合がある。
周期性の外乱が発生する制御対象物として、例えば、モータの場合には原理的にトルクリプルと呼ばれる脈動を発生して、振動、騒音、乗り心地の劣化、及び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同期モータ（以下ＰＭモータという）では、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、脈動を打ち消す補償信号を電気的に与えてトルクリプルを抑制する方式が知られている。
その方式を大別すると、主にトルクリプルに近似式や電磁界解析結果に基づいて補償するフィードフォワード補償方式と、フィードバック方式に大別される。
【０００３】
フィードバック方式には、トルクメータを用いての学習する方式、モータ電流リプルからトルクリプルを推定して抑制する方式、電流・回転数検出値に基づくトルクリプル外乱オブザーバ方式等が知られている。これらフィードバック方式は、リプル特性変化にもオンラインで対応できるが、電流リプルからトルクリプル推定値への近似誤差、高周波帯域における外乱オブザーバフィルタの帯域制限などがある。
【０００４】
また、トルクリプルはモータの回転次数で発生する周期性外乱であり、その高次成分は低速回転であっても機械共振周波数に一致しやすい傾向にある。したがって、共振系の可変速駆動システムに学習制御を適用する場合、振幅急変や位相反転による不安定現象への対応策が不可欠となっており、これらは一般に複雑な高次モデルや適切な制御調整が必要であり、トルクリプルのような周期性外乱を効果的に抑制することは困難となっている。この周期性外乱を抑制するものとして特許文献１が公知になっている。
【０００５】
特許文献１では、図１２で示すように、トルク指令Ｔrefは指令値変換部１に入力されてモータの回転に同期した回転座標（交直ｄｑ軸）上のｄ軸、ｑ軸の電流指令ｉd*，ｉq*を生成し、その電流指令をベクトル制御されるインバータ２に与える。インバータ２は、電流指令ｉd*，ｉq*に基づいて出力を発生し、シャフトを介して負荷を連結したＰＭモータ３を制御する。シャフトに取り付けられたトルク検出器によって検出された軸トルク検出値Ｔdetと位置検出器によって検出された回転子位相角θはオブザーバ部４に入力される。
【０００６】
オブザーバ部４では、フーリエ変換の周波数成分抽出手段によってＰＭモータの周期的な脈動を直流として検出し、その周波数成分上の周期性外乱を周期外乱オブザーバ補償部４ａによって推定し、この周期性外乱を抑圧するように電流指令に加算するように構成したものである。
【０００７】
周期外乱オブザーバ部４ａは周期性の外乱を抑制するために制御手法の一つであるが、制御の基本構成は一般的な外乱オブザーバと同様であり、周期外乱成分を個別に制御対象とする。周波数成分毎に複素ベクトルで表現ししたシステム同定モデルを外乱オブザーバの逆システムモデルに用いることで、制御対象とする周波数の外乱を直接的に推定して補償する。これにより、比較的単純な制御構成でありながら、対象とした周波数に対しては次数に関係なく高い制御効果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／２４１９５Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１３は特許文献１に開示されている周期外乱オブザーバの制御構成図で、ｎ次成分について簡略して示したものである。
図中の各記号の定義は下記のとおりである。
【００１０】
Ｐn：プラント、Ｐ^n：システム同定モデル
ｒn：制御指令
ｄn：周期外乱、ｄ^n：周期外乱推定値
ｙn：制御対象出力
添字のｎはｎ次成分であることを示す。
【００１１】
※上記変数はいずれもＸn＝ＸAn＋ｊＸBnと表される複素ベクトルである。
【００１２】
ＧF（ｓ）：低域通過フィルタ
controlled object：制御対象
ＰＤＯ：周期外乱オブザーバ（Ｐeriodic Ｄisturbance Ｏbserver）
先ず、制御対象のプラントＰnに対して予めシステム同定を行い、１次元複素ベクトルの形で（１）式として表現する。
Ｐ^n＝Ｐ^AN＋ｊＰ^Bn （１）
ただし、Ｐ^An：同定結果のｎ次成分実部、Ｐ^Bn：同定結果のｎ次成分虚部。
【００１３】
例えば、１〜１０００Ｈｚまでのシステム同定結果を１Ｈｚ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。同定結果を近似数式で表現することも可能である。いずれの手法でも、常に簡素な１次元複素ベクトルでシステムモデルを表現することが可能となる。
【００１４】
なお、上記システム同定モデルに限らず、以下の明細書中のＰ^n、ｒn、
ｄn、ｄ^n、ｙnもＸn＝ＸAn＋ｊＸBnと表される複素ベクトルである。
【００１５】
制御手法として、プラント出力（制御対象出力ｙn）にフーリエ変換を簡易化した低域通過フィルタＧF（ｓ）を通すことで、周期外乱の制御対象とする周波数成分を抽出する。これに上記の抽出したシステム同定モデルの逆数
Ｐ^n-1で表現される逆システムを乗算し、上位の制御器より発生した制御指令値ｒnとの差分を加算器Ａ１で取ることにより周期外乱ｄnを推定する。推定した周期外乱ｄ^nを補償指令値として、加算器Ａ２において制御指令値ｒnから差し引き、これによって加算器Ａ３に加算される周期外乱ｄnを抑制する。以上の流れが周期外乱オブザーバによる周期外乱を抑制する制御手法である。
【００１６】
この制御手法においては、制御の根幹を成して制御性能を左右するものはシステム同定モデルの真値に対する精度である。周期外乱の抑制能力向上のためには、より精度の高いシステム同定が求められる。
【００１７】
しかしながら、同定モデルの高精度な取得は難しく、経年変化などによるプラントの変動や、頻繁なプラント特性の変動に対する追従などといった事象についても考慮する必要がある。真値との誤差は抑制完了までの収束時間の増大や、最悪の場合では位相誤差により抑制制御自身が外乱成分となり、制御を不安定にする可能性もある。このため、同定モデル誤差に対するロバスト性の向上が求められる。
【００１８】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、その目的とするところは、システム同定モデル誤差を補正することができる周期外乱抑制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の請求項１は、上位に制御指令値を発生する制御器を持ち、周期性外乱が発生する制御対象の出力における、抑制制御対象とする周期外乱の周波数成分にシステム同定モデルの逆数で表現される逆システムを乗算して周期外乱を推定する周期外乱オブザーバを有し、周期外乱オブザーバで推定された周期外乱を補償指令値として前記制御指令値から差し引いて周期外乱を抑制するオブザーバ部と、
オブザーバ部による周期外乱抑制制御中における、前記周期外乱の各周波数成分が複素ベクトル平面に描くベクトル軌跡の位相を演算して位相補正量を演算する位相補正量演算部と、
前記制御対象の出力を入力して制御対象出力のゲインを補正するゲイン補正量演算部と、
前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、この補正値に基づいて前記周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部を備えたことを特徴としたものである。
【００２０】
本発明の請求項２は、前記制御対象物をモータとし、モータ出力を入力してモータにおける周期性の外乱発生の抑制量を周期外乱オブザーバ部で推定し、推定量をトルク指令から差引いて回転座標上のｄ，ｑ軸の電流指令を生成し、インバータを介してモータを制御するものにおいて、
前記モータ出力を入力して周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の位相を演算して位相補正量を演算する位相補正量演算部と、
前記モータ出力を入力して周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の進行速度を算出して閾値と比較し、この算出，比較を複数回繰り返してゲイン補正量を演算するゲイン補正量演算部と、
前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、この補正値に基づいて前記周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部を備えたことを特徴としたものである。
【００２１】
本発明の請求項３は、前記位相補正量演算部における位相補正量θrefnは、重みａとベクトルの回転角度θの積に前回算出の位相補正量θrefn-1を加算して求めることを特徴としたものである。
【００２２】
本発明の請求項４は、前記回転ベクトル演算部の出力側に学習機能部を設け、回転ベクトル演算部により求めたシステム同定モデル補正値を学習機能部で記憶し、システム同定モデル誤差に対する補正量の学習を実行し、学習値を前記周期外乱オブザーバ部に入力して前記同定モデル補正値に乗算して新たな同定モデル補正値とすることを特徴としたものである。
【００２３】
本発明の請求項５は、前記学習機能部に同定モデル補正機能部を設け、この同定モデル補正機能部によりシステム同定モデル補正値の記憶時の動作点を移動変更しながら繰返し行い、動作点移動完了時に周期外乱の抑制制御をオン状態とし、抑制制御完了時にシステム同定モデル補正値を記憶して周期外乱の抑制制御をオフ状態とすることを特徴としたものである。
【００２４】
本発明の請求項６は、前記学習機能部に補間補正手段を設け、学習後のシステム同定モデル補正値に対して任意の周波数幅を持たせることを特徴としたものである。
【００２５】
本発明の請求項７は、前記位相補正量演算部とゲイン補正量演算部及び回転ベクトル算出部を有する同定モデル補正手段は、周期外乱の周波数成分の次数ｎ個分を備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２６】
以上のとおり、本発明によれば、周期外乱オブザーバに使用するシステム同定モデルの誤差を適応的に補正することができ、同定モデル誤差に対するロバスト性の向上を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示す同定モデル補正部の構成図。
【図２】ゲイン補正決定時のフロー図。
【図３】本発明の他の実施例を示す同定モデル補正部の構成図。
【図４】複素ベクトル平面軌跡図。
【図５】シミュレーション時のシステム同定図。
【図６】学習機能なし時のシミュレーション結果図。
【図７】学習機能あり時のシミュレーション結果図。
【図８】変動モデル時のシミュレーション結果図。
【図９】誤学習防止処理フロー図。
【図１０】複数次数同時検出の構成図。
【図１１】補間処理説明図。
【図１２】従来の外乱抑圧装置の構成図。
【図１３】周期外乱オブザーバ制御構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、位相補正量演算部、ゲイン補正量演算部、及び回転ベクトル算出部を有する同定モデルの補正手段に設け、制御対象出力を入力して位相補正演算部では補正位相を算出し、ゲイン補正量演算部では補正ゲインを算出し、これら各補正量に基づいて、回転ベクトル算出部では回転ベクトルを決定することでシステム同定モデル誤差の補正を行うものである。以下図に基づいて詳述する。
【実施例１】
【００２９】
本発明の説明に先立って、システム同定モデル誤差に対する補正方式について説明する。
制御対象出力として、例えばトルクリプルの各周波数成分について、ｎ次トルク脈動抽出成分（余弦係数）ＴAnを実軸、ｎ次トルク脈動抽出成分（正弦係数）ＴBnを虚軸とした複素ベクトル平面内に描く軌跡に着目する。
【００３０】
図４は複素ベクトル平面軌跡図を示したもので、１００nは抑制開始からの経過時刻[ｔ＝ｔn]における位置（現在の検出位置）を示し、１００n-1は抑制開始からの経過時刻[ｔ＝ｔn-1]における位置（１周期前の検出位置）を示している。
【００３１】
システム同定モデルに真値と誤差がなければ、抑制開始点から原点、つまりトルクリプル（周期外乱）がない状態では直線かつ、最適な応答時間で向かう。この軌跡は誤差の存在する状態では、曲線や円軌道を描き、最悪は発散して無限遠方向に向かう。
【００３２】
本実施例においてｎ次補償電流指令値をゼロとしてトルクリプル（図１３の周期外乱ｄn）を打ち消すことを前提とするが、前記指令値をゼロ以外とする場合では補償電流指令のベクトル平面上での位置が原点に相当する。
【００３３】
本発明では、抑制制御中に逐次、前記軌跡情報から下記（２）式におけるゲインＧrefと位相θrefの回転ベクトルＰnrefを決定し、（３）式のとおり同定モデルＰ^nに乗算することで同定モデルを補正して新たにＰ’nの同定モデルを得る。これを周期外乱オブザーバＰＤＯにて用いる逆システムの同定モデルにＰ’nを適用する。
Ｐnref＝Ｇref・（ｃｏｓθref＋ｊｓｉｎθref） （２）
Ｐ’n＝Ｐ^n・Ｐnref （３）
図１に前記（２）、（３）式を実現する実施例１の制御ブロック図を示す。図１は図１３の構成を周波数成分について簡略化して表しており、図１３と同一部分には同一符号を付している。
【００３４】
図１で示すシステム同定モデルの補正手段の構成図において、１０は実プラント、１１は位相補正量演算部で、実プラント１０の制御対象出力ｙnから、周期外乱の各周波数成分が描くベクトル軌跡の位相（回転角度）θを算出すると共に、後述のように補正量θrefを算出する。１２はゲイン補正量演算部で、制御対象出力ｙnから、周期外乱の各周波数成分が描くベクトル軌跡の進行速度（ゲインの現在値）｜ｖ｜を算出し、図２に基づいて補正する。
【００３５】
１３は回転ベクトル算出部で、（２）式に基づき位相θrefとゲインＧrefを乗算して回転ベクトルＰnref（システム同定モデルに対する補正指令値）を算出し、この回転ベクトルＰnrefによって周期外乱オブザーバ部１４のシステム同定モデルを補正する。周期外乱オブザーバ部１４には、制御対象出力ｙnと制御指令が入力されており、図１３で示す演算を実行して周期外乱推定値ｄ^nを求め、その周期外乱推定値ｄ^nは加算器Ａ２において制御指令ｒnから差し引かれ、加算器Ａ３で加算される周期外乱ｄnを抑制する。
【００３６】
（２）式に基づく位相補正量θrefは以下のようにして決定される。
図４で示すように、抑制開始からの経過時刻［ｔ＝ｔn］の位置（ＴAn,ＴBn）の原点方向のベクトルをＰtとし、時刻［ｔ＝ｔn-1］から時刻［ｔ＝ｔn］へのベクトルをvとおく。Ｐtから見たｖの回転角度をθとする。モデル誤差がなければθは常にゼロとなる。検出した位相θに対して逆向きに位相補正量θrefを決定すればシステム同定モデルの誤差を補正することができる。
θ＝tan-1（Ｐt×ｖ／Ｐt・ｖ） （４）
（４）式において、［×］記号は外積を表し、［・］記号は内積を表す。
【００３７】
補正を行わなくても抑制可能な小程度のモデル誤差であれば周期外乱オブザーバ部によりθ＝０となる方向に補償指令が生成される。モデル誤差が存在する場合には、θを同定モデルの位相誤差と近似的に見て補正量の決定を行う。位相誤差を近似したことによる影響を低減するために、本発明における位相補正量演算部１１は（５）式で示すように、位相補正量θrefは重みａとθの積に前回の位相補正量θrefn-1を加算する演算を実行することでθrefを求める。
なお、位相補正量θrefnの初期値はゼロである。このようにすることにより、突発的な変動に対してもθrefが適応的に調整されることで柔軟に対応でき、θがゼロとなる方向へモデルが補正される。
θrefn＝θrefn-1−ａ・θ （５）
次に、ゲイン補正量演算部１２は、図２で示すフローチャートに基づいて補正ゲインＧrefを決定する。位相誤差が小さくともゲイン誤差が大きい場合には目標点を中心とした振動的挙動、もしくは収束時間が非常に長くなる可能性がある。位相補正に加えゲイン補正を行うことで、モデル誤差に対するロバスト性の高い補正制御を確立することができる。
【００３８】
補正ゲインＧref は、図４の位置ベクトルPtおよび速度ベクトルvから、図２に示すフローチャートに基づいて決定する。StartからEndまでを抑制制御と並行して周期的に繰り返し、ゲイン補正量を逐次決定する。なお補正量の調整方向として、補正ゲインＧref の増加/減少は移動速度の減少/増加に相当する。補正ゲインＧref の初期値は1とする。
【００３９】
以下に図２の（A)〜（E)の処理手順について説明する。
（Ａ）位置ベクトルの絶対値| r |が閾値rth以下のときには、収束状態と判定して調整しない。
（Ｂ）発散的挙動を防ぐため比較的早い周期（例えば数＋［ｍsec］毎）で移動速度の抑制を行う。速度ベクトルから進行速度| v 1|を算出し、判定閾値を| r |に比例としてk・| r |に決定する。進行速度| v 1|が閾値以上ならゲイン不足と判定して、補正ゲインＧref をa1[%]増加させる。ここで、a1、kは任意設定のパラメータである。
（Ｃ）補正制御周期をN回に分周し、この周期（例えば数[sec]毎）での進行速度| v 2|を算出する。
（Ｄ）| v 2|が閾値vth以下ならゲイン過大と判定しＧref をａ２［％］減少させる。これによりゲイン過大による収束遅延状態を防ぎ、移動速度を増加させる。vth、ａ２は任意設定のパラメータである。
（Ｅ）補正ゲインＧref をリミットして最終値をメモリーに保存する。
以上により、(YAN,YBN)のベクトル軌跡を利用して上記で示した位相およびゲイン補正手法を用いて、（３）式により同定モデルの補正を行う。
【００４０】
したがって、この実施例によれば、周期外乱オブザーバに使用するシステム同定モデル誤差を適応的に補正することができ、システム同定モデル誤差に対するロバスト性の向上を図ることができるものである。
【実施例２】
【００４１】
実施例１では、ある周波数において周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを適応的に補正する手段を示した。実施例２では、求められた最終補正値Ｐnrefを記録するためのメモリーを設けて学習（記憶）機能を付加したものである。
図３は、この学習機能を有する制御ブロック図を示したものである。１５はメモリーで、回転ベクトル算出部１３の出力Ｐrefnをスイッチ１６を通して入力すると共に、ＰＭモータの回転角速度ｎωが入力される。なお、このメモリー１５とスイッチ１６などによって学習機能部が構成される。
【００４２】
スイッチ１６は、最終補正された回転ベクトルＰrefnを取り込んでメモリー１５に保存するタイミングでオン・オフし、その保存タイミングは、同定モデルの補正処理が行われて十分に周期外乱が抑制された時点とする。そのときにおける回転ベクトルＰnrefをメモリーに保存することで、当該ＰrefnをＰmemnとして周期外乱オブザーバ１４に出力する。周期外乱オブザーバ１４は、（３）式の演算に対して（６）式で示すように、さらにＰmemnを乗算して補正された同定モデルＰn´が決定される。
Ｐ´n＝Ｐ^n・Ｐrefn・Ｐmemn （６）
図５〜８は、学習機能を用いた本実施例と学習機能を用いない場合のシミュレーション結果を示したものである。シミュレーションにおいては、回転数・トルク一定条件状態（４２［Ｈｚ］）、（極数４）、（３０［Ｎｍ］）とし、補正周期を２０［ｍｓ］としたものである。トルクリプルの条件として、電気的周波数１，２次周波数成分（１ｆ，２ｆ）に一定量を与えた。図５（ａ），（ｂ）で示すゲインと位相の両図において、それぞれ線ａはノミナル、線ｂは変動モデル１、線ｃは変動モデル２である。
【００４３】
システム同定モデルの誤差条件として、図５で示すモデルを逆モデルのノミナルな同定モデルに設定し、実プラントを変動モデル１として誤差設定してシミュレーションを行った。図６は学習機能を無効とした場合、図７は学習機能を有効とした場合を示し、各図において、（ａ）は学習機能を無効とした場合のベクトル軌跡図、（ｂ）図は（Ｔan），（Ｔbn）の原点から距離｜ｒ｜の時間応答、（ｃ）図は軸トルクの時間応答をそれぞれ示す。図7から明らかなように、抑制開始直後から位相誤差、及び発散方向に向かう速度を制御するようなノミナル同定モデルを補正するため、１ｆ，２ｆの場合においても、それぞれ抑制制御が発散することなくトルクリプルを抑制できていることが確認できる。
【００４４】
図8は、システム急変、及び外乱変動についての検証結果である。図５で示す変動モデル１で抑制が完了ししている状態で、変動モデル２にシステムを急変させ、同時にトルクリプルを２倍に変動させた。図８で明らかなように、システム急変、外乱変動に対しても同定モデルを逐次補正することにより発散動作を防ぎ、トルクリプルが抑制されることが確認できる。
【００４５】
したがって、この実施例によれば、実施例１の効果に加えて、更に、ある周波数における同定モデル誤差に対する補正量の学習（記憶）が可能となるので、再度の同周波数での動作において補正完了までの学習時間を短縮、もしくは学習を不必要とすることが可能となるものである。
【実施例３】
【００４６】
なお、図３で示す同定モデル補正量の学習のために、補正量をメモリーへ保存する。その保存を装置が動作する範囲の全て、若しくは一定量の範囲で動作点を変更して繰り返して実施するが、その際、誤学習の虞が生じる。
実施例３では、この動作点移動時には移動中の誤学習を防ぐために抑制制御をオン・オフするものである。
【００４７】
図９はそのための処理シーケンスで、ステップＳ１で動作点を移動させ、移動が完了（Ｓ２）したらＳ３で抑制制御をオンする。Ｓ４で抑制制御完了したらメモリーに保存（Ｓ５）し、Ｓ６で抑制制御をオフする。最終的には、Ｓ７の全動作点が完了するまで実行して補正した全周波数範囲での同定モデルを完成させる。一定量の動作点で行った場合は間欠点を任意の方式により補間する。
【００４８】
これにより、システム同定に誤差を含んでいる場合でも、モデル補正機能により抑制制御を完了させ、同時に新しい同定モデルを得ることが可能となるものである。
【実施例４】
【００４９】
上記した各実施例では、ある特定の周波数成分について同定モデル誤差を推定して補正を可能にしたことを示した。実施例３では、図１０に示すように、ｎ個（周期外乱の周波数成分の次数ｎ個）の同定モデル補正手段付きオブザーバ部２０1〜２０Nを設け、図１、図３の制御系を抑制する各次数に対する同定モデル誤差の推定、補正を並列・同時に実施するように構成したものである。
【００５０】
同定モデル補正手段付きオブザーバ部２０1〜２０Nは、図１、図３に示す周期外乱オブザーバ部１４、位相補正演算部１１、ゲイン補正演算部１２及び回転ベクトル算出部１３などの各機能を備えており、ｎ次の制御指令ｒ1〜ｒNに対して、同定モデル誤差を推定し、その誤差によってシステム同定モデルを補正した結果の周期外乱推定値ｄ＾1〜ｄ＾Nを各々出力するものである。
【００５１】
この実施例によれば、実施例１，２の効果に加えて、抑制およびシステム同定モデル誤差を推定すべき周期外乱周波数成分が複数、同時に存在する場合においても、対応することができるものである。
【実施例５】
【００５２】
第２以降の各実施例では、学習機能を付加したものであるが、その学習点が１ポイント周波数についてのものである。
すなわち、初期状態でのシステム同定モデルとして、図１１（ａ）のようなＰA（ＰB）に関する周波数応答グラフを有するものとする。上記各実施例において、同定モデル誤差を学習した結果は図１１（ｂ）のように、周期外乱の抑制制御は、ある特定した周波数ａ点、若しくはモデル変動に伴うｂ点のみの実施となるため、モデル誤差を学習可能なポイントも或る特定の周波数のみとなる。このため、学習した周波数から僅かでも移行した場合、直近の周波数で学習した結果値を適用することができない。制御対象がモータ等の可変速用途である場合、微小な周波数変動でも再学習が要求されることになる。
【００５３】
この実施例は同定モデル補正手段内に補間手段を設け、図１１（ｃ）で示すように学習点ａ，ｂ周囲の周波数領域に対して、補間手段による補間処理を施してピンポイントに対して任意の周波数幅を持たせたものである。
したがって、この実施例によれば、ある特定の周波数での学習結果を周辺周波数にまで影響させることで、周波数の変動に際しても抑制制御の安定性や学習に必要な時間の短縮が可能となるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１… 指令値変換部
２… インバータ
３… ＰＭモータ
４… オブザーバ部
１０… 実プラント（制御対象）
１１… 位相補正量演算部
１２… ゲイン補正量演算部
１３… 回転ベクトル算出部
１４… 周期外乱オブザーバ部
１５… メモリー
１６… スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位に制御指令値を発生する制御器を持ち、周期性外乱が発生する制御対象の出力における、抑制制御対象とする周期外乱の周波数成分にシステム同定モデルの逆数で表現される逆システムを乗算して周期外乱を推定する周期外乱オブザーバを有し、周期外乱オブザーバで推定された周期外乱を補償指令値として前記制御指令値から差し引いて周期外乱を抑制するオブザーバ部と、
オブザーバ部による周期外乱抑制制御中における、前記周期外乱の各周波数成分が複素ベクトル平面に描くベクトル軌跡の位相を演算して位相補正量を演算する位相補正量演算部と、
前記制御対象の出力を入力して制御対象出力のゲインを補正するゲイン補正量演算部と、
前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、この補正値に基づいて前記周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部を備えたことを特徴とする周期外乱抑制装置。
【請求項２】
前記制御対象物をモータとし、モータ出力を入力してモータにおける周期性の外乱発生の抑制量を周期外乱オブザーバ部で推定し、推定量をトルク指令から差引いて回転座標上のｄ，ｑ軸の電流指令を生成し、インバータを介してモータを制御するものにおいて、
前記モータ出力を入力して周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の位相を演算して位相補正量を演算する位相補正量演算部と、
前記モータ出力を入力して周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の進行速度を算出して閾値と比較し、この算出，比較を複数回繰り返してゲイン補正量を演算するゲイン補正量演算部と、
前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、この補正値に基づいて前記周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部を備えたことを特徴とする請求項１記載の周期外乱抑制装置。
【請求項３】
前記位相補正量演算部における位相補正量θrefnは、重みａとベクトルの回転角度θの積に前回算出の位相補正量θrefn-1を加算して求めることを特徴とする請求項１又は２記載の周期外乱抑制装置。
【請求項４】
前記回転ベクトル演算部の出力側に学習機能部を設け、回転ベクトル演算部により求めたシステム同定モデル補正値を学習機能部で記憶し、システム同定モデル誤差に対する補正量の学習を実行し、学習値を前記周期外乱オブザーバ部に入力して前記同定モデル補正値に乗算して新たな同定モデル補正値とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の周期外乱抑制装置。
【請求項５】
前記学習機能部に同定モデル補正機能部を設け、この同定モデル補正機能部によりシステム同定モデル補正値の記憶時の動作点を移動変更しながら繰返し行い、動作点移動完了時に周期外乱の抑制制御をオン状態とし、抑制制御完了時にシステム同定モデル補正値を記憶して周期外乱の抑制制御をオフ状態とすることを特徴とする請求項４記載の周期外乱抑制装置。
【請求項６】
前記学習機能部に補間補正手段を設け、学習後のシステム同定モデル補正値に対して任意の周波数幅を持たせることを特徴とする請求項４又は５記載の周期外乱抑制装置。
【請求項７】
前記位相補正量演算部とゲイン補正量演算部及び回転ベクトル算出部を有する同定モデル補正手段は、周期外乱の周波数成分の次数ｎ個分を備えたことを特徴とする請求項１乃至６記載の何れかである周期外乱抑制装置。
【請求項１】
上位に制御指令値を発生する制御器を持ち、周期性外乱が発生する制御対象の出力における、抑制制御対象とする周期外乱の周波数成分にシステム同定モデルの逆数で表現される逆システムを乗算して周期外乱を推定する周期外乱オブザーバを有し、周期外乱オブザーバで推定された周期外乱を補償指令値として前記制御指令値から差し引いて周期外乱を抑制するオブザーバ部と、
オブザーバ部による周期外乱抑制制御中における、前記周期外乱の各周波数成分が複素ベクトル平面に描くベクトル軌跡の位相を演算して位相補正量を演算する位相補正量演算部と、
前記制御対象の出力を入力して制御対象出力のゲインを補正するゲイン補正量演算部と、
前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、この補正値に基づいて前記周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部を備えたことを特徴とする周期外乱抑制装置。
【請求項２】
前記制御対象物をモータとし、モータ出力を入力してモータにおける周期性の外乱発生の抑制量を周期外乱オブザーバ部で推定し、推定量をトルク指令から差引いて回転座標上のｄ，ｑ軸の電流指令を生成し、インバータを介してモータを制御するものにおいて、
前記モータ出力を入力して周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の位相を演算して位相補正量を演算する位相補正量演算部と、
前記モータ出力を入力して周期外乱の周波数成分が描くベクトル軌跡の進行速度を算出して閾値と比較し、この算出，比較を複数回繰り返してゲイン補正量を演算するゲイン補正量演算部と、
前記位相補正量演算部からの位相補正量とゲイン補正量演算部からのゲイン補正量を乗算してシステム同定モデル補正値を算出し、この補正値に基づいて前記周期外乱オブザーバ部のシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部を備えたことを特徴とする請求項１記載の周期外乱抑制装置。
【請求項３】
前記位相補正量演算部における位相補正量θrefnは、重みａとベクトルの回転角度θの積に前回算出の位相補正量θrefn-1を加算して求めることを特徴とする請求項１又は２記載の周期外乱抑制装置。
【請求項４】
前記回転ベクトル演算部の出力側に学習機能部を設け、回転ベクトル演算部により求めたシステム同定モデル補正値を学習機能部で記憶し、システム同定モデル誤差に対する補正量の学習を実行し、学習値を前記周期外乱オブザーバ部に入力して前記同定モデル補正値に乗算して新たな同定モデル補正値とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の周期外乱抑制装置。
【請求項５】
前記学習機能部に同定モデル補正機能部を設け、この同定モデル補正機能部によりシステム同定モデル補正値の記憶時の動作点を移動変更しながら繰返し行い、動作点移動完了時に周期外乱の抑制制御をオン状態とし、抑制制御完了時にシステム同定モデル補正値を記憶して周期外乱の抑制制御をオフ状態とすることを特徴とする請求項４記載の周期外乱抑制装置。
【請求項６】
前記学習機能部に補間補正手段を設け、学習後のシステム同定モデル補正値に対して任意の周波数幅を持たせることを特徴とする請求項４又は５記載の周期外乱抑制装置。
【請求項７】
前記位相補正量演算部とゲイン補正量演算部及び回転ベクトル算出部を有する同定モデル補正手段は、周期外乱の周波数成分の次数ｎ個分を備えたことを特徴とする請求項１乃至６記載の何れかである周期外乱抑制装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４７８６８（Ｐ２０１３−４７８６８Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５５５１（Ｐ２０１１−１８５５５１）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
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