周期外乱抑制装置および周期外乱抑制方法
【課題】システム同定モデル誤差を補正できる周期外乱抑制装置を提供する。
【解決手段】上位に制御指令値ｒn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プラントＰnの出力ｙｎ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し、それを前記ｒnから差し引いて周期外乱ｄｎを抑制する周期外乱オブザーバＰＤＯと、周期外乱抑制制御中における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に基づいて、システム同定モデル誤差による位相誤差θrefを算出する位相算出手段（１０，１１）と、システム同定モデル誤差によるゲイン誤差Ｇrefを算出するゲイン算出手段（２０，２１，２２）と、前記θrefとＧrefとを積算して求めた回転ベクトルＰrefnを補正指令値として前記システム同定モデルを補正する。
【解決手段】上位に制御指令値ｒn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プラントＰnの出力ｙｎ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し、それを前記ｒnから差し引いて周期外乱ｄｎを抑制する周期外乱オブザーバＰＤＯと、周期外乱抑制制御中における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に基づいて、システム同定モデル誤差による位相誤差θrefを算出する位相算出手段（１０，１１）と、システム同定モデル誤差によるゲイン誤差Ｇrefを算出するゲイン算出手段（２０，２１，２２）と、前記θrefとＧrefとを積算して求めた回転ベクトルＰrefnを補正指令値として前記システム同定モデルを補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象で発生する周期性の外乱を抑制する周期外乱抑制装置ならびに抑制手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御対象において周期性の外乱が発生することがある。例えば、制御対象がモータであればコギングトルクなどによる回転数に同期した外乱であるトルクリプルがこれに相当し、振動や騒音などの問題の要因となる。このような周期性の外乱が発生することはモータに限らず一般的であり、これを抑制するための制御方法は多く考案されている。
【０００３】
周期外乱オブザーバは周期性の外乱を抑制するための制御手法の一つである。制御の基本構成は一般的な外乱オブザーバと同様であるが、各外乱周波数に同期した成分を個別に抑制する。逆システムモデルに複素ベクトルで表現した周波数成分毎のシステム同定モデルを用いることで、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抑制効果が得られる。
【０００４】
このように周期外乱オブザーバを用いてモータのトルクリプルを抑制することは、例えば特許文献１および非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／０２４１９５Ａ１
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｙ．Ｔａｄａｎｏ，ｅｔ ａｌ．“Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｔｏｒｑｕｅ Ｒｉｐｐｌｅ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒｓ”，ＩＥＥＥ ＩＰＥＣ−Ｓａｐｐｏｒｏ，ｐｐ．１３６３−１３７０（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および非特許文献１に開示されている技術を図１とともに説明する。図１は周期外乱オブザーバの制御構成を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。
【０００８】
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。
【０００９】
※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。
【００１０】
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）
制御に先立ちまず、制御対象のプラントＰnに対してあらかじ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。
【００１１】
Ｐ＾n＝Ｐ＾An＋ｊＰ＾Bn （１）
※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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、制御指令値との差分を加算器１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２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３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。
【００１５】
この制御手法に関して、制御の根幹を成し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。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、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および周期外乱抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するための、請求項１に記載の周期外乱抑制装置は、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、該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周期外乱抑制手段と、前記周期外乱抑制手段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、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから見た、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルの回転角度を、システム同定モデル誤差による位相誤差として算出する位相算出手段と、前記周期外乱抑制手段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ゲインの現在値と所望値に基づいてシステム同定モデル誤差によるゲイン誤差を算出するゲイン算出手段と、前記位相算出手段により算出された位相誤差と前記ゲイン算出手段により算出されたゲイン誤差を積算した回転ベクトルを、システム同定モデルに対する補正指令値として算出する補正指令値算出手段とを備え、前記補正指令値算出手段により算出された補正指令値によって前記システム同定モデルを補正することを特徴としている。
【００１９】
また請求項５に記載の周期外乱抑制方法は、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た周期外乱抑制手段が、前記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周期外乱抑制ステップと、位相算出手段が、前記周期外乱抑制手段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、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから見た、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルの回転角度を、システム同定モデル誤差による位相誤差として算出する位相算出ステップと、ゲイン算出手段が、前記周期外乱抑制手段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ゲインの現在値と所望値に基づいてシステム同定モデル誤差によるゲイン誤差を算出するゲイン算出ステップと、補正指令値算出手段が、前記位相算出手段により算出された位相誤差と前記ゲイン算出手段により算出されたゲイン誤差を積算した回転ベクトルを、システム同定モデルに対する補正指令値として算出する補正指令値算出ステップと、前記算出された補正指令値によって前記システム同定モデルを補正するステップとを備えたことを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、システム同定モデル誤差を補正することができ、正確な同定モデルにより最適な抑制制御を行うことができる。
【００２１】
また、請求項２に記載の周期外乱抑制装置は、請求項１において、前記位相算出手段は、前記回転角度を、前記ベクトル軌跡の、１周期前の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度と、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度との和によって算出することを特徴としている。
【００２２】
また請求項６に記載の周期外乱抑制方法は、請求項５において、前記位相算出ステップは、前記回転角度を、前記ベクトル軌跡の、１周期前の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度と、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度との和によって算出することを特徴としている。
【００２３】
上記構成によれば、システム同定モデル誤差による位相誤差を、現在状態に加えて過去状態も含めて算出するので、補正精度を向上させることができる。
【００２４】
また、請求項３に記載の周期外乱抑制装置は、請求項１又は２において、前記位相算出手段は前記回転角度と所望の回転角度の偏差をＰＩ制御器に通して前記位相誤差を算出し、前記ゲイン算出手段は前記ゲインの現在値と所望値の偏差をＰＩ制御器に通して前記ゲイン誤差を算出することを特徴としている。
【００２５】
また請求項７に記載の周期外乱抑制方法は、請求項５又は６において、前記位相算出ステップは前記回転角度と所望の回転角度の偏差をＰＩ制御器に通して前記位相誤差を算出し、前記ゲイン算出ステップは前記ゲインの現在値と所望値の偏差をＰＩ制御器に通して前記ゲイン誤差を算出することを特徴としている。
【００２６】
上記構成によれば、所望値に対するベクトル軌跡の追随性能を向上させることができる。
【００２７】
また、請求項４に記載の周期外乱抑制装置は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記位相算出手段、ゲイン算出手段および補正指令値算出手段を周期外乱の周波数成分の複数次数分設け、各次数の周期外乱の周波数成分における補正指令値を求めて、前記システム同定モデルの補正を行うことを特徴としている。
【００２８】
また請求項８に記載の周期外乱抑制方法は、請求項５ないし７のいずれか１項において、前記位相算出手段、ゲイン算出手段および補正指令値算出手段は周期外乱の周波数成分の複数次数分設けられ、前記位相算出ステップ、ゲイン算出ステップおよび補正指令値算出ステップは、周期外乱の周波数成分の各次数について前記算出を各々実行することを特徴としている。
【００２９】
上記構成によれば、抑制およびシステム同定モデルを補正すべき周期外乱の周波数成分が複数、同時に存在する場合においても、複数の次数の周期外乱を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３０】
（１）請求項１〜８に記載の発明によれば、システム同定モデル誤差を補正することができ、正確な同定モデルにより最適な抑制制御を行うことができる。
（２）請求項２、６に記載の発明によれば、システム同定モデル誤差による位相誤差を、現在状態に加えて過去状態も含めて算出するので、補正精度を向上させることができる。
（３）請求項３、７に記載の発明によれば、所望値に対するベクトル軌跡の追随性能を向上させることができる。
（４）請求項４、８に記載の発明によれば、抑制およびシステム同定モデルを補正すべき周期外乱の周波数成分が複数、同時に存在する場合においても、複数の次数の周期外乱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用される周期外乱抑制制御系における周期外乱オブザーバの制御ブロック図。
【図２】本発明で利用するシステム同定モデル誤差による位相誤差を説明するための複素ベクトル平面軌跡図。
【図３】ベクトル平面軌跡例を表し、（ａ）はシステム同定モデル誤差なしの場合のベクトル軌跡図、（ｂ）はシステム同定モデル誤差ありの場合のベクトル軌跡図。
【図４】本発明の実施例１によるシステム同定モデル補正器の制御ブロック図。
【図５】本発明をシステム同定モデル誤差ありの場合に適用した後のベクトル軌跡図。
【図６】本発明の実施例２の原理を説明するための複素ベクトル平面軌跡図。
【図７】本発明の実施例３によるシステム同定モデル補正器の制御ブロック図。
【図８】本発明の実施例４を示す制御ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。本実施形態では、システム同定モデル誤差を学習し、これを補正するように構成した。尚、以下の実施例においては、モータ制御時のトルクリプル抑制を例として説明する場合もあるが、本発明はこれに限るものではない。
【実施例１】
【００３３】
まず、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（図２）に描く軌跡に着目する。
【００３４】
尚、図２において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。
【００３５】
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）がない状態に、例えば図３（ａ）に示すように直線かつ、最適な応答時間で向かう。
【００３６】
この軌跡は誤差の存在する状態では、例えば図３（ｂ）に示すような曲線や円軌道を描き、最悪は発散し無限遠方向に向かう。
【００３７】
尚、本実施例においてｎ次補償電流指令値（ｄＩ*An，ｄＩ*Bn）（図１の制御指令ｒn）をゼロとしてトルクリプル（図１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。
【００３８】
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Ｐrefn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、新たにＰ’nの同定モデルを得る。そして図１の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。
【００３９】
Ｐrefn＝Ｇref・（ｃｏｓθref＋ｊｓｉｎθref） （２）
Ｐ’n＝Ｐ＾n・Ｐrefn （３）
図４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４は図１の構成を周波数成分について簡略化して表しており、図１と同一部分は同一符号をもって示している。
【００４０】
図４において１０は、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を算出する回転角度算出部であり、１１は前記位相θを反転させて位相θref（システム同定モデル誤差による位相誤差）を求める符号反転器であり、これら回転角度算出部１０および符号反転器１１によって、本発明の位相算出手段を構成している。
【００４１】
２０は、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現在の速度（ゲインの現在値）｜ｖ｜を算出する現在速度算出部であり、２１は任意の所望速度ｖrefを決定する所望速度計算器であり、２２は前記｜ｖ｜とｖrefの比によりゲインＧref（＝｜ｖ｜／ｖref：システム同定モデル誤差によるゲイン誤差）を演算する演算器であり、これら現在速度算出部２０、所望速度計算器２１および演算器２２によって、本発明のゲイン算出手段を構成している。
【００４２】
３０は、前記位相θrefとゲインＧrefを乗算して回転ベクトルＰref（システム同定モデルに対する補正指令値）を算出し、該Ｐrefによって周期外乱オブザーバＰＤＯのシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部であり、本発明の補正指令値算出手段を構成している。
【００４３】
前記位相θrefについては、図２に示すように、抑制開始からの経過時刻[ｔ＝ｔn]の位置１００n（ＴAn、ＴBn）の原点方向のベクトルをＰtとし、時刻[ｔ＝ｔn-1]の位置１００n-1から時刻[ｔ＝ｔn]の位置１００nへのベクトルをｖとおく。Ｐtから見たｖの回転角度をθとし、これをシステム同定モデルの真値からの位相誤差と近似的に見る。よって時刻[ｔ＝ｔn]の補正すべき角度θrefを（４）式にて定める。
【００４４】
【数１】
【００４５】
※（４）式において[×]記号は外積を表し、[・]記号は内積を表す。
【００４６】
Ｇrefは、所望速度ｖrefをＰtの大きさ（原点からの距離）に基づいて所望速度計算器２１によって決定し、演算器２２において現在の速度｜ｖ｜に対する比率として（５）式に定める。
【００４７】
【数２】
【００４８】
これをシステム同定モデル誤差によるゲイン誤差とする。
【００４９】
本発明では、任意の所望速度ｖrefが決定出来れば、これに従ってシステム同定モデルを補正し、所望の応答を得ることが可能である。所望速度つまり抑制制御の応答速度または応答波形の形に関しては、制御の適用条件により必ずしも理想的な応答に設定するとは限らない。このような場合においても、要求を満たす所望速度を決定することでこれを満足することができる。
【００５０】
この時、誤差が存在する図３（ｂ）の状態に対して本発明を適用したシミュレーション結果を図５に示す。本発明の適用前では図３（ｂ）のように曲線であった軌跡が直線に近づいており、本発明の効果を確認できる。
【実施例２】
【００５１】
本実施例２では、実施例１に対して、角度補正の精度を向上させるように構成した。図３に示した複素ベクトル平面の軌跡を時刻[ｔ＝ｔn-2]の位置１００n-2（２周期前の検出位置）まで拡張したものを図６に示す。また、図６においては、時刻[ｔ＝ｔn]の位置１００nにおける角度誤差をθtnとする。前記実施例１では、前記θtnが同定モデルの真値に対する位相誤差であると近似的にみていた。より詳細には、周期外乱オブザーバにより移動方向がもともと決定されるため、時刻[ｔ＝ｔn+1]の位置（１周期後の検出位置）ではθrefで補正した方向以上もしくは以下の移動方向となる可能性がある。また、補正に対してこれ以外の誤差が発生することも考えられる。
【００５２】
そこで本実施例２では、過去情報を反映させて補正精度を向上させるように構成した。
【００５３】
図６において、時刻[ｔ＝ｔn-1]の位置１００n-1の原点方向のベクトルＰt-1から見たベクトルｖの回転角度θｔn-1を前記（４）式と同様に算出する。これを、時刻[ｔ＝ｔn-1]の位置１００n-1の補正に対して実際に移動した方向との誤差と見ることができる。これを反映し、時刻[ｔ＝ｔn]の位置１００nの補正すべき角度θrefを回転角度θtnとθtn-1の和の（６）式とする。
【００５４】
【数３】
【００５５】
したがって、本実施例２において実施例１と異なる点は、回転角度算出部１０において前記位相（回転角度）θに代えてθtn＋θtn-1を算出する点にあり、その他の部分は実施例１（図４）と同一に構成されている。
【００５６】
以上のように、過去の補正に対する誤差を現在の補正に反映させることで補正精度を向上させることができる。
【実施例３】
【００５７】
前記実施例１、実施例２においては回転ベクトルＰrefnのゲインＧrefと位相θrefを現在および過去の情報から一意に決定したが、図７のような制御器（１４、２４）を用いた構成によってもＧrefとθrefを決定することが可能である。
【００５８】
すなわち、実施例１と同様に、ベクトル軌跡における位相（回転角度）θおよびゲインｖに対して、所望の角度を所望角度計算器１２により設定し、所望の速度を所望速度計算器２１により設定する。所望速度については実施例１と同様であり、所望角度は基本的にはゼロである。
【００５９】
そして、所望角度計算器１２で設定された所望角度と回転角度算出部１０で算出された現在のθとの差分を加算器１３により求めてＰＩ制御器１４に入力し、所望速度計算器２１で設定された所望速度と現在速度算出部２０で算出された現在速度｜ｖ｜との差分を加算器２３により求めてＰＩ制御器２４に入力し、位相θrefおよびゲインＧrefを各々算出する。
【００６０】
尚、図７において図４と同一部分は同一符号をもって示している。前記ＰＩ制御器１４、２４は一般的なものでよく、ＰＩＤ制御などでも実現可能である。
【００６１】
また、本実施例３においても、回転角度算出部１０が算出する位相（回転角度）は、θに代えて、実施例２で述べたθtn＋θtn-1であってもよい。
【００６２】
上記構成により、前記実施例１、実施例２に比較して、所望値に対するベクトル軌跡の追随性能を向上させることができる。
【実施例４】
【００６３】
前記実施例１〜３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補正可能であることを示した。本実施例４では、図８に示すように、Ｎ個（周期外乱の周波数成分の次数ｎ個）の同定モデル補正器付きＰＤＯ４０Ｐ1〜４０ＰNを設け、図４、図７の制御系を抑制する各次数に対する同定モデル誤差推定、補正を並列・同時に実施するように構成した。
【００６４】
同定モデル補正器付きＰＤＯ４０Ｐ1〜４０ＰNは、図４（実施例１）に示す周期外乱オブザーバＰＤＯ、回転角度算出部１０、符号反転器１１、現在速度算出部２０、所望速度計算器２１、演算器２２および回転ベクトル算出部３０の各機能を備えるか、又は、図７（実施例３）に示す周期外乱オブザーバＰＤＯ、回転角度算出部１０、所望角度計算器１２、加算器１３、２３、ＰＩ制御器１４、２４、現在速度算出部２０、所望速度計算器２１および回転ベクトル算出部３０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。
【００６５】
上記構成によれば、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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、例えば、ダイナモメータシステムの軸トルク共振抑制、モータ筐体の振動抑制（電気自動車、エレベータなど乗り心地に関連するもの）、その他、トルクリプル（周期外乱）が問題となる可変速装置全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１，２，３，１３，２３…加算器
１０…回転角度算出部
１１…符号反転器
１２…所望角度計算器
１４，２４…ＰＩ制御器
２０…現在速度算出部
２１…所望速度計算器
２２…演算器
３０…回転ベクトル算出部
４０Ｐ1〜４０ＰN…同定モデル補正器付きＰＤＯ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象で発生する周期性の外乱を抑制する周期外乱抑制装置ならびに抑制手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御対象において周期性の外乱が発生することがある。例えば、制御対象がモータであればコギングトルクなどによる回転数に同期した外乱であるトルクリプルがこれに相当し、振動や騒音などの問題の要因となる。このような周期性の外乱が発生することはモータに限らず一般的であり、これを抑制するための制御方法は多く考案されている。
【０００３】
周期外乱オブザーバは周期性の外乱を抑制するための制御手法の一つである。制御の基本構成は一般的な外乱オブザーバと同様であるが、各外乱周波数に同期した成分を個別に抑制する。逆システムモデルに複素ベクトルで表現した周波数成分毎のシステム同定モデルを用いることで、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抑制効果が得られる。
【０００４】
このように周期外乱オブザーバを用いてモータのトルクリプルを抑制することは、例えば特許文献１および非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／０２４１９５Ａ１
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｙ．Ｔａｄａｎｏ，ｅｔ ａｌ．“Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｔｏｒｑｕｅ Ｒｉｐｐｌｅ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒｓ”，ＩＥＥＥ ＩＰＥＣ−Ｓａｐｐｏｒｏ，ｐｐ．１３６３−１３７０（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および非特許文献１に開示されている技術を図１とともに説明する。図１は周期外乱オブザーバの制御構成を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。
【０００８】
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。
【０００９】
※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。
【００１０】
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）
制御に先立ちまず、制御対象のプラントＰnに対してあらかじ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。
【００１１】
Ｐ＾n＝Ｐ＾An＋ｊＰ＾Bn （１）
※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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、制御指令値との差分を加算器１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２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３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。
【００１５】
この制御手法に関して、制御の根幹を成し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。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、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および周期外乱抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するための、請求項１に記載の周期外乱抑制装置は、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、該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周期外乱抑制手段と、前記周期外乱抑制手段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、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから見た、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルの回転角度を、システム同定モデル誤差による位相誤差として算出する位相算出手段と、前記周期外乱抑制手段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ゲインの現在値と所望値に基づいてシステム同定モデル誤差によるゲイン誤差を算出するゲイン算出手段と、前記位相算出手段により算出された位相誤差と前記ゲイン算出手段により算出されたゲイン誤差を積算した回転ベクトルを、システム同定モデルに対する補正指令値として算出する補正指令値算出手段とを備え、前記補正指令値算出手段により算出された補正指令値によって前記システム同定モデルを補正することを特徴としている。
【００１９】
また請求項５に記載の周期外乱抑制方法は、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た周期外乱抑制手段が、前記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周期外乱抑制ステップと、位相算出手段が、前記周期外乱抑制手段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、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから見た、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルの回転角度を、システム同定モデル誤差による位相誤差として算出する位相算出ステップと、ゲイン算出手段が、前記周期外乱抑制手段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ゲインの現在値と所望値に基づいてシステム同定モデル誤差によるゲイン誤差を算出するゲイン算出ステップと、補正指令値算出手段が、前記位相算出手段により算出された位相誤差と前記ゲイン算出手段により算出されたゲイン誤差を積算した回転ベクトルを、システム同定モデルに対する補正指令値として算出する補正指令値算出ステップと、前記算出された補正指令値によって前記システム同定モデルを補正するステップとを備えたことを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、システム同定モデル誤差を補正することができ、正確な同定モデルにより最適な抑制制御を行うことができる。
【００２１】
また、請求項２に記載の周期外乱抑制装置は、請求項１において、前記位相算出手段は、前記回転角度を、前記ベクトル軌跡の、１周期前の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度と、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度との和によって算出することを特徴としている。
【００２２】
また請求項６に記載の周期外乱抑制方法は、請求項５において、前記位相算出ステップは、前記回転角度を、前記ベクトル軌跡の、１周期前の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度と、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度との和によって算出することを特徴としている。
【００２３】
上記構成によれば、システム同定モデル誤差による位相誤差を、現在状態に加えて過去状態も含めて算出するので、補正精度を向上させることができる。
【００２４】
また、請求項３に記載の周期外乱抑制装置は、請求項１又は２において、前記位相算出手段は前記回転角度と所望の回転角度の偏差をＰＩ制御器に通して前記位相誤差を算出し、前記ゲイン算出手段は前記ゲインの現在値と所望値の偏差をＰＩ制御器に通して前記ゲイン誤差を算出することを特徴としている。
【００２５】
また請求項７に記載の周期外乱抑制方法は、請求項５又は６において、前記位相算出ステップは前記回転角度と所望の回転角度の偏差をＰＩ制御器に通して前記位相誤差を算出し、前記ゲイン算出ステップは前記ゲインの現在値と所望値の偏差をＰＩ制御器に通して前記ゲイン誤差を算出することを特徴としている。
【００２６】
上記構成によれば、所望値に対するベクトル軌跡の追随性能を向上させることができる。
【００２７】
また、請求項４に記載の周期外乱抑制装置は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記位相算出手段、ゲイン算出手段および補正指令値算出手段を周期外乱の周波数成分の複数次数分設け、各次数の周期外乱の周波数成分における補正指令値を求めて、前記システム同定モデルの補正を行うことを特徴としている。
【００２８】
また請求項８に記載の周期外乱抑制方法は、請求項５ないし７のいずれか１項において、前記位相算出手段、ゲイン算出手段および補正指令値算出手段は周期外乱の周波数成分の複数次数分設けられ、前記位相算出ステップ、ゲイン算出ステップおよび補正指令値算出ステップは、周期外乱の周波数成分の各次数について前記算出を各々実行することを特徴としている。
【００２９】
上記構成によれば、抑制およびシステム同定モデルを補正すべき周期外乱の周波数成分が複数、同時に存在する場合においても、複数の次数の周期外乱を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３０】
（１）請求項１〜８に記載の発明によれば、システム同定モデル誤差を補正することができ、正確な同定モデルにより最適な抑制制御を行うことができる。
（２）請求項２、６に記載の発明によれば、システム同定モデル誤差による位相誤差を、現在状態に加えて過去状態も含めて算出するので、補正精度を向上させることができる。
（３）請求項３、７に記載の発明によれば、所望値に対するベクトル軌跡の追随性能を向上させることができる。
（４）請求項４、８に記載の発明によれば、抑制およびシステム同定モデルを補正すべき周期外乱の周波数成分が複数、同時に存在する場合においても、複数の次数の周期外乱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用される周期外乱抑制制御系における周期外乱オブザーバの制御ブロック図。
【図２】本発明で利用するシステム同定モデル誤差による位相誤差を説明するための複素ベクトル平面軌跡図。
【図３】ベクトル平面軌跡例を表し、（ａ）はシステム同定モデル誤差なしの場合のベクトル軌跡図、（ｂ）はシステム同定モデル誤差ありの場合のベクトル軌跡図。
【図４】本発明の実施例１によるシステム同定モデル補正器の制御ブロック図。
【図５】本発明をシステム同定モデル誤差ありの場合に適用した後のベクトル軌跡図。
【図６】本発明の実施例２の原理を説明するための複素ベクトル平面軌跡図。
【図７】本発明の実施例３によるシステム同定モデル補正器の制御ブロック図。
【図８】本発明の実施例４を示す制御ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。本実施形態では、システム同定モデル誤差を学習し、これを補正するように構成した。尚、以下の実施例においては、モータ制御時のトルクリプル抑制を例として説明する場合もあるが、本発明はこれに限るものではない。
【実施例１】
【００３３】
まず、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（図２）に描く軌跡に着目する。
【００３４】
尚、図２において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。
【００３５】
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）がない状態に、例えば図３（ａ）に示すように直線かつ、最適な応答時間で向かう。
【００３６】
この軌跡は誤差の存在する状態では、例えば図３（ｂ）に示すような曲線や円軌道を描き、最悪は発散し無限遠方向に向かう。
【００３７】
尚、本実施例においてｎ次補償電流指令値（ｄＩ*An，ｄＩ*Bn）（図１の制御指令ｒn）をゼロとしてトルクリプル（図１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。
【００３８】
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Ｐrefn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、新たにＰ’nの同定モデルを得る。そして図１の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。
【００３９】
Ｐrefn＝Ｇref・（ｃｏｓθref＋ｊｓｉｎθref） （２）
Ｐ’n＝Ｐ＾n・Ｐrefn （３）
図４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４は図１の構成を周波数成分について簡略化して表しており、図１と同一部分は同一符号をもって示している。
【００４０】
図４において１０は、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を算出する回転角度算出部であり、１１は前記位相θを反転させて位相θref（システム同定モデル誤差による位相誤差）を求める符号反転器であり、これら回転角度算出部１０および符号反転器１１によって、本発明の位相算出手段を構成している。
【００４１】
２０は、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現在の速度（ゲインの現在値）｜ｖ｜を算出する現在速度算出部であり、２１は任意の所望速度ｖrefを決定する所望速度計算器であり、２２は前記｜ｖ｜とｖrefの比によりゲインＧref（＝｜ｖ｜／ｖref：システム同定モデル誤差によるゲイン誤差）を演算する演算器であり、これら現在速度算出部２０、所望速度計算器２１および演算器２２によって、本発明のゲイン算出手段を構成している。
【００４２】
３０は、前記位相θrefとゲインＧrefを乗算して回転ベクトルＰref（システム同定モデルに対する補正指令値）を算出し、該Ｐrefによって周期外乱オブザーバＰＤＯのシステム同定モデルを補正する回転ベクトル算出部であり、本発明の補正指令値算出手段を構成している。
【００４３】
前記位相θrefについては、図２に示すように、抑制開始からの経過時刻[ｔ＝ｔn]の位置１００n（ＴAn、ＴBn）の原点方向のベクトルをＰtとし、時刻[ｔ＝ｔn-1]の位置１００n-1から時刻[ｔ＝ｔn]の位置１００nへのベクトルをｖとおく。Ｐtから見たｖの回転角度をθとし、これをシステム同定モデルの真値からの位相誤差と近似的に見る。よって時刻[ｔ＝ｔn]の補正すべき角度θrefを（４）式にて定める。
【００４４】
【数１】
【００４５】
※（４）式において[×]記号は外積を表し、[・]記号は内積を表す。
【００４６】
Ｇrefは、所望速度ｖrefをＰtの大きさ（原点からの距離）に基づいて所望速度計算器２１によって決定し、演算器２２において現在の速度｜ｖ｜に対する比率として（５）式に定める。
【００４７】
【数２】
【００４８】
これをシステム同定モデル誤差によるゲイン誤差とする。
【００４９】
本発明では、任意の所望速度ｖrefが決定出来れば、これに従ってシステム同定モデルを補正し、所望の応答を得ることが可能である。所望速度つまり抑制制御の応答速度または応答波形の形に関しては、制御の適用条件により必ずしも理想的な応答に設定するとは限らない。このような場合においても、要求を満たす所望速度を決定することでこれを満足することができる。
【００５０】
この時、誤差が存在する図３（ｂ）の状態に対して本発明を適用したシミュレーション結果を図５に示す。本発明の適用前では図３（ｂ）のように曲線であった軌跡が直線に近づいており、本発明の効果を確認できる。
【実施例２】
【００５１】
本実施例２では、実施例１に対して、角度補正の精度を向上させるように構成した。図３に示した複素ベクトル平面の軌跡を時刻[ｔ＝ｔn-2]の位置１００n-2（２周期前の検出位置）まで拡張したものを図６に示す。また、図６においては、時刻[ｔ＝ｔn]の位置１００nにおける角度誤差をθtnとする。前記実施例１では、前記θtnが同定モデルの真値に対する位相誤差であると近似的にみていた。より詳細には、周期外乱オブザーバにより移動方向がもともと決定されるため、時刻[ｔ＝ｔn+1]の位置（１周期後の検出位置）ではθrefで補正した方向以上もしくは以下の移動方向となる可能性がある。また、補正に対してこれ以外の誤差が発生することも考えられる。
【００５２】
そこで本実施例２では、過去情報を反映させて補正精度を向上させるように構成した。
【００５３】
図６において、時刻[ｔ＝ｔn-1]の位置１００n-1の原点方向のベクトルＰt-1から見たベクトルｖの回転角度θｔn-1を前記（４）式と同様に算出する。これを、時刻[ｔ＝ｔn-1]の位置１００n-1の補正に対して実際に移動した方向との誤差と見ることができる。これを反映し、時刻[ｔ＝ｔn]の位置１００nの補正すべき角度θrefを回転角度θtnとθtn-1の和の（６）式とする。
【００５４】
【数３】
【００５５】
したがって、本実施例２において実施例１と異なる点は、回転角度算出部１０において前記位相（回転角度）θに代えてθtn＋θtn-1を算出する点にあり、その他の部分は実施例１（図４）と同一に構成されている。
【００５６】
以上のように、過去の補正に対する誤差を現在の補正に反映させることで補正精度を向上させることができる。
【実施例３】
【００５７】
前記実施例１、実施例２においては回転ベクトルＰrefnのゲインＧrefと位相θrefを現在および過去の情報から一意に決定したが、図７のような制御器（１４、２４）を用いた構成によってもＧrefとθrefを決定することが可能である。
【００５８】
すなわち、実施例１と同様に、ベクトル軌跡における位相（回転角度）θおよびゲインｖに対して、所望の角度を所望角度計算器１２により設定し、所望の速度を所望速度計算器２１により設定する。所望速度については実施例１と同様であり、所望角度は基本的にはゼロである。
【００５９】
そして、所望角度計算器１２で設定された所望角度と回転角度算出部１０で算出された現在のθとの差分を加算器１３により求めてＰＩ制御器１４に入力し、所望速度計算器２１で設定された所望速度と現在速度算出部２０で算出された現在速度｜ｖ｜との差分を加算器２３により求めてＰＩ制御器２４に入力し、位相θrefおよびゲインＧrefを各々算出する。
【００６０】
尚、図７において図４と同一部分は同一符号をもって示している。前記ＰＩ制御器１４、２４は一般的なものでよく、ＰＩＤ制御などでも実現可能である。
【００６１】
また、本実施例３においても、回転角度算出部１０が算出する位相（回転角度）は、θに代えて、実施例２で述べたθtn＋θtn-1であってもよい。
【００６２】
上記構成により、前記実施例１、実施例２に比較して、所望値に対するベクトル軌跡の追随性能を向上させることができる。
【実施例４】
【００６３】
前記実施例１〜３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補正可能であることを示した。本実施例４では、図８に示すように、Ｎ個（周期外乱の周波数成分の次数ｎ個）の同定モデル補正器付きＰＤＯ４０Ｐ1〜４０ＰNを設け、図４、図７の制御系を抑制する各次数に対する同定モデル誤差推定、補正を並列・同時に実施するように構成した。
【００６４】
同定モデル補正器付きＰＤＯ４０Ｐ1〜４０ＰNは、図４（実施例１）に示す周期外乱オブザーバＰＤＯ、回転角度算出部１０、符号反転器１１、現在速度算出部２０、所望速度計算器２１、演算器２２および回転ベクトル算出部３０の各機能を備えるか、又は、図７（実施例３）に示す周期外乱オブザーバＰＤＯ、回転角度算出部１０、所望角度計算器１２、加算器１３、２３、ＰＩ制御器１４、２４、現在速度算出部２０、所望速度計算器２１および回転ベクトル算出部３０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。
【００６５】
上記構成によれば、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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、例えば、ダイナモメータシステムの軸トルク共振抑制、モータ筐体の振動抑制（電気自動車、エレベータなど乗り心地に関連するもの）、その他、トルクリプル（周期外乱）が問題となる可変速装置全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１，２，３，１３，２３…加算器
１０…回転角度算出部
１１…符号反転器
１２…所望角度計算器
１４，２４…ＰＩ制御器
２０…現在速度算出部
２１…所望速度計算器
２２…演算器
３０…回転ベクトル算出部
４０Ｐ1〜４０ＰN…同定モデル補正器付きＰＤＯ
【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、該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周期外乱抑制手段と、
前記周期外乱抑制手段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、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから見た、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルの回転角度を、システム同定モデル誤差による位相誤差として算出する位相算出手段と、
前記周期外乱抑制手段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ゲインの現在値と所望値に基づいてシステム同定モデル誤差によるゲイン誤差を算出するゲイン算出手段と、
前記位相算出手段により算出された位相誤差と前記ゲイン算出手段により算出されたゲイン誤差を積算した回転ベクトルを、システム同定モデルに対する補正指令値として算出する補正指令値算出手段とを備え、
前記補正指令値算出手段により算出された補正指令値によって前記システム同定モデルを補正することを特徴とする周期外乱抑制装置。
【請求項２】
前記位相算出手段は、前記回転角度を、前記ベクトル軌跡の、１周期前の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度と、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度との和によって算出することを特徴とする請求項１に記載の周期外乱抑制装置。
【請求項３】
前記位相算出手段は前記回転角度と所望の回転角度の偏差をＰＩ制御器に通して前記位相誤差を算出し、
前記ゲイン算出手段は前記ゲインの現在値と所望値の偏差をＰＩ制御器に通して前記ゲイン誤差を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の周期外乱抑制装置。
【請求項４】
前記位相算出手段、ゲイン算出手段および補正指令値算出手段を周期外乱の周波数成分の複数次数分設け、各次数の周期外乱の周波数成分における補正指令値を求めて、前記システム同定モデルの補正を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の周期外乱抑制装置。
【請求項５】
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た周期外乱抑制手段が、前記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周期外乱抑制ステップと、
位相算出手段が、前記周期外乱抑制手段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、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから見た、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルの回転角度を、システム同定モデル誤差による位相誤差として算出する位相算出ステップと、
ゲイン算出手段が、前記周期外乱抑制手段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ゲインの現在値と所望値に基づいてシステム同定モデル誤差によるゲイン誤差を算出するゲイン算出ステップと、
補正指令値算出手段が、前記位相算出手段により算出された位相誤差と前記ゲイン算出手段により算出されたゲイン誤差を積算した回転ベクトルを、システム同定モデルに対する補正指令値として算出する補正指令値算出ステップと、
前記算出された補正指令値によって前記システム同定モデルを補正するステップとを備えたことを特徴とする周期外乱抑制方法。
【請求項６】
前記位相算出ステップは、前記回転角度を、前記ベクトル軌跡の、１周期前の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度と、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度との和によって算出することを特徴とする請求項５に記載の周期外乱抑制方法。
【請求項７】
前記位相算出ステップは前記回転角度と所望の回転角度の偏差をＰＩ制御器に通して前記位相誤差を算出し、
前記ゲイン算出ステップは前記ゲインの現在値と所望値の偏差をＰＩ制御器に通して前記ゲイン誤差を算出することを特徴とする請求項５又は６に記載の周期外乱抑制方法。
【請求項８】
前記位相算出手段、ゲイン算出手段および補正指令値算出手段は周期外乱の周波数成分の複数次数分設けられ、前記位相算出ステップ、ゲイン算出ステップおよび補正指令値算出ステップは、周期外乱の周波数成分の各次数について前記算出を各々実行することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の周期外乱抑制方法。
【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、該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周期外乱抑制手段と、
前記周期外乱抑制手段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、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから見た、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルの回転角度を、システム同定モデル誤差による位相誤差として算出する位相算出手段と、
前記周期外乱抑制手段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ゲインの現在値と所望値に基づいてシステム同定モデル誤差によるゲイン誤差を算出するゲイン算出手段と、
前記位相算出手段により算出された位相誤差と前記ゲイン算出手段により算出されたゲイン誤差を積算した回転ベクトルを、システム同定モデルに対する補正指令値として算出する補正指令値算出手段とを備え、
前記補正指令値算出手段により算出された補正指令値によって前記システム同定モデルを補正することを特徴とする周期外乱抑制装置。
【請求項２】
前記位相算出手段は、前記回転角度を、前記ベクトル軌跡の、１周期前の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度と、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度との和によって算出することを特徴とする請求項１に記載の周期外乱抑制装置。
【請求項３】
前記位相算出手段は前記回転角度と所望の回転角度の偏差をＰＩ制御器に通して前記位相誤差を算出し、
前記ゲイン算出手段は前記ゲインの現在値と所望値の偏差をＰＩ制御器に通して前記ゲイン誤差を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の周期外乱抑制装置。
【請求項４】
前記位相算出手段、ゲイン算出手段および補正指令値算出手段を周期外乱の周波数成分の複数次数分設け、各次数の周期外乱の周波数成分における補正指令値を求めて、前記システム同定モデルの補正を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の周期外乱抑制装置。
【請求項５】
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た周期外乱抑制手段が、前記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周期外乱抑制ステップと、
位相算出手段が、前記周期外乱抑制手段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、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから見た、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルの回転角度を、システム同定モデル誤差による位相誤差として算出する位相算出ステップと、
ゲイン算出手段が、前記周期外乱抑制手段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ゲインの現在値と所望値に基づいてシステム同定モデル誤差によるゲイン誤差を算出するゲイン算出ステップと、
補正指令値算出手段が、前記位相算出手段により算出された位相誤差と前記ゲイン算出手段により算出されたゲイン誤差を積算した回転ベクトルを、システム同定モデルに対する補正指令値として算出する補正指令値算出ステップと、
前記算出された補正指令値によって前記システム同定モデルを補正するステップとを備えたことを特徴とする周期外乱抑制方法。
【請求項６】
前記位相算出ステップは、前記回転角度を、前記ベクトル軌跡の、１周期前の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度と、現在の検出位置から原点に向かうベクトルから、１周期前の検出位置から現在の検出位置に向かうベクトルを見た回転角度との和によって算出することを特徴とする請求項５に記載の周期外乱抑制方法。
【請求項７】
前記位相算出ステップは前記回転角度と所望の回転角度の偏差をＰＩ制御器に通して前記位相誤差を算出し、
前記ゲイン算出ステップは前記ゲインの現在値と所望値の偏差をＰＩ制御器に通して前記ゲイン誤差を算出することを特徴とする請求項５又は６に記載の周期外乱抑制方法。
【請求項８】
前記位相算出手段、ゲイン算出手段および補正指令値算出手段は周期外乱の周波数成分の複数次数分設けられ、前記位相算出ステップ、ゲイン算出ステップおよび補正指令値算出ステップは、周期外乱の周波数成分の各次数について前記算出を各々実行することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の周期外乱抑制方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２６４１１（Ｐ２０１２−２２６４１１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９０７３３（Ｐ２０１１−９０７３３）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔発行者名〕 社団法人電気学会 〔刊行物名〕 平成２３年 電気学会全国大会 講演論文集ＤＶＤ 〔発行年月日〕 平成２３年３月５日
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔発行者名〕 社団法人電気学会 〔刊行物名〕 平成２３年 電気学会全国大会 講演論文集ＤＶＤ 〔発行年月日〕 平成２３年３月５日
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
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