[发明专利]周期性扰动自动抑制设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于自动抑制诸如马达之类的旋转电气机械中的转矩脉动(torque ripple)的自动周期性扰动抑制装置或设备，并且更具体而言涉及适于在抑制控制期间根据需要校正周期性扰动观测器的识别模型的自动周期性扰动抑制装置。

背景技术

用于抑制周期性扰动的发生的控制被用在各种控制中，比如受变电设施中的电力系统控制、对机器人的定位控制、测力计系统中的轴转矩共振抑制以及马达外壳的振动抑制(关联诸如电气车辆之类的车辆和电梯的乘坐舒适性)。在这些应用中，存在对精确地抑制周期性扰动的需求。

例如，马达在原理上产生转矩脉动，并且由此造成各种问题，比如振动、噪声、对乘坐质量的不利影响以及电气和机械共振。尤其是，在内部PM马达的情况下，复合地产生齿槽转矩脉动和磁阻转矩脉动。作为对策，已提出用于抑制转矩脉动的周期性扰动观测器补偿方法。

图6是示出专利文献1和非专利文献1中已知的用于周期性扰动观测器的第n阶转矩脉动频率分量的控制系统的控制框图。

通过把正弦波/余弦波控制命令rn(通常等于零)与由周期性扰动观测器3估计的估计量dTA^n、dTB^n之差分别乘以正弦波/余弦波值并且把结果相加，转矩脉动补偿量计算部分1生成转矩脉动补偿命令Tc*n。转矩脉动补偿量计算部分1把转矩脉动补偿命令Tc*n递送到受控对象2。在受控对象2中，可能产生周期性扰动(下文中被称为周期性扰动dTn)。在马达作为受控对象的情况下，例如，周期性扰动可能以转矩脉动的形式产生，这是由于齿槽转矩造成的与旋转同步的扰动，并且周期性扰动引起振动和噪声。

周期性扰动观测器3是用于抑制周期性扰动dTn的设备。周期性扰动观测器3对每个频率分量使用根据复向量表示的系统识别模型，以及扰动观测器的逆系统模型，并且由此直接估计要控制的频率的扰动，以执行补偿。

这种控制配置相对简单，但是，对于在不考虑阶次的情况下向目标频率提供高抑制效果是有效的。

为了获得系统识别模型P^n，在控制之前，对受控对象的设备Pn(＝PAn+jPBn)执行系统识别，并且以一维复向量的形式获得以下等式(1)。

P^n＝P^An+jP^Bn     …(1)

在这个等式中，下标中的字母n代表第n阶分量，并且每个变量是表示为Xn＝XAn+jXBn的复向量。

例如，当范围1～1000[Hz]内的系统识别结果对1Hz的每个间隔以复向量的形式表示时，能够用1000个一维复向量的元素的表来表示系统。作为替代，能够通过从识别结果获得的数学表达式来表示系统。在任何一种情况下，对于预定的频率分量，都能够利用简单的一维复向量构成系统模型。在说明中以及在系统识别模型中，P^n,rn,dTn,dT^n和Tn当中每一个都是表示为Xn＝XAn+jXBn的复向量。

转矩脉动是根据旋转相位θ[rad]周期性产生的扰动。因此，作为周期性扰动观测器3的控制，转矩脉动频率分量提取装置或部分被用来变换到任意阶次n(电气旋转频率的整数倍)的余弦系数TAn和正弦系数TBn。对于频率分量的严格测量，可以使用傅立叶变换。但是，图6的系统重视简易性并且采用低通滤波器G_F(s)作为傅立叶变换的简化形式。该系统使设备输出经过低通滤波器G_F(s)，并且由此提取其中周期性扰动dTn要被抑制的频率分量。该系统将由这样提取的系统识别模型的倒数P^n^-1表示的逆系统乘以这个量，根据这样确定的量与经过低通滤波器G_F(s)的控制命令之差来估计周期性扰动dTn，并且把估计出的量作为估计的周期性扰动dT^n(＝dT^An+jdT^Bn)递送到转矩脉动补偿计算部分1。转矩脉动补偿计算部分1从控制命令rn减去估计的周期性扰动，并且由此抑制周期性扰动dTn。

专利文献1：WO2010/024195A1。

非专利文献1：“Torque Ripple Suppression Control Based on the Periodic Disturbance Observer with a Complex Vector Representation for Permanent Magnet Synchronous Motors”,the transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan,D,Vol.132,No.1.p.84-93(2012)。

发明内容