周期性擾動(dòng)自動(dòng)抑制設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于自動(dòng)抑制諸如馬達(dá)之類的旋轉(zhuǎn)電氣機(jī)械中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)(torqueripple)的自動(dòng)周期性擾動(dòng)抑制裝置或設(shè)備，并且更具體而言涉及適于在抑制控制期間根據(jù)需要校正周期性擾動(dòng)觀測(cè)器的識(shí)別模型的自動(dòng)周期性擾動(dòng)抑制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]用于抑制周期性擾動(dòng)的發(fā)生的控制被用在各種控制中，比如受變電設(shè)施中的電力系統(tǒng)控制、對(duì)機(jī)器人的定位控制、測(cè)力計(jì)系統(tǒng)中的軸轉(zhuǎn)矩共振抑制以及馬達(dá)外殼的振動(dòng)抑制(關(guān)聯(lián)諸如電氣車輛之類的車輛和電梯的乘坐舒適性)。在這些應(yīng)用中，存在對(duì)精確地抑制周期性擾動(dòng)的需求。
[0003]例如，馬達(dá)在原理上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，并且由此造成各種問題，比如振動(dòng)、噪聲、對(duì)乘坐質(zhì)量的不利影響以及電氣和機(jī)械共振。尤其是，在內(nèi)部PM馬達(dá)的情況下，復(fù)合地產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和磁阻轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。作為對(duì)策，已提出用于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的周期性擾動(dòng)觀測(cè)器補(bǔ)償方法。
[0004]圖6是示出專利文獻(xiàn)I和非專利文獻(xiàn)I中已知的用于周期性擾動(dòng)觀測(cè)器的第η階轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率分量的控制系統(tǒng)的控制框圖。
[0005]通過(guò)把正弦波/余弦波控制命令rn (通常等于零)與由周期性擾動(dòng)觀測(cè)器3估計(jì)的估計(jì)量dTA~n、dTB'n之差分別乘以正弦波/余弦波值并且把結(jié)果相加，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)補(bǔ)償量計(jì)算部分I生成轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)補(bǔ)償命令Tc*n。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)補(bǔ)償量計(jì)算部分I把轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)補(bǔ)償命令Tc*n遞送到受控對(duì)象2。在受控對(duì)象2中，可能產(chǎn)生周期性擾動(dòng)(下文中被稱為周期性擾動(dòng)dTn)。在馬達(dá)作為受控對(duì)象的情況下，例如，周期性擾動(dòng)可能以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的形式產(chǎn)生，這是由于齒槽轉(zhuǎn)矩造成的與旋轉(zhuǎn)同步的擾動(dòng)，并且周期性擾動(dòng)引起振動(dòng)和噪聲。
[0006]周期性擾動(dòng)觀測(cè)器3是用于抑制周期性擾動(dòng)dTn的設(shè)備。周期性擾動(dòng)觀測(cè)器3對(duì)每個(gè)頻率分量使用根據(jù)復(fù)向量表示的系統(tǒng)識(shí)別模型，以及擾動(dòng)觀測(cè)器的逆系統(tǒng)模型，并且由此直接估計(jì)要控制的頻率的擾動(dòng)，以執(zhí)行補(bǔ)償。
[0007]這種控制配置相對(duì)簡(jiǎn)單，但是，對(duì)于在不考慮階次的情況下向目標(biāo)頻率提供高抑制效果是有效的。
[0008]為了獲得系統(tǒng)識(shí)別模型P~n，在控制之前，對(duì)受控對(duì)象的設(shè)備Pn ( = PAn+jPBn)執(zhí)行系統(tǒng)識(shí)別，并且以一維復(fù)向量的形式獲得以下等式(I)。
[0009]P'n = P'An+jP'Bn...(I)
[0010]在這個(gè)等式中，下標(biāo)中的字母η代表第η階分量，并且每個(gè)變量是表示為Xn =XAn+jXBn的復(fù)向量。
[0011]例如，當(dāng)范圍I?1000[Hz]內(nèi)的系統(tǒng)識(shí)別結(jié)果對(duì)IHz的每個(gè)間隔以復(fù)向量的形式表示時(shí)，能夠用1000個(gè)一維復(fù)向量的元素的表來(lái)表示系統(tǒng)。作為替代，能夠通過(guò)從識(shí)別結(jié)果獲得的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表示系統(tǒng)。在任何一種情況下，對(duì)于預(yù)定的頻率分量，都能夠利用簡(jiǎn)單的一維復(fù)向量構(gòu)成系統(tǒng)模型。在說(shuō)明中以及在系統(tǒng)識(shí)別模型中，P~n，rn，dTn，dT~n和Tn當(dāng)中每一個(gè)都是表示為Xn = XAn+jXBn的復(fù)向量。
[0012]轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是根據(jù)旋轉(zhuǎn)相位Θ [rad]周期性產(chǎn)生的擾動(dòng)。因此，作為周期性擾動(dòng)觀測(cè)器3的控制，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率分量提取裝置或部分被用來(lái)變換到任意階次η (電氣旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍)的余弦系數(shù)TAn和正弦系數(shù)ΤΒη。對(duì)于頻率分量的嚴(yán)格測(cè)量，可以使用傅立葉變換。但是，圖6的系統(tǒng)重視簡(jiǎn)易性并且采用低通濾波器Gf(s)作為傅立葉變換的簡(jiǎn)化形式。該系統(tǒng)使設(shè)備輸出經(jīng)過(guò)低通濾波器Gf(S)，并且由此提取其中周期性擾動(dòng)dTn要被抑制的頻率分量。該系統(tǒng)將由這樣提取的系統(tǒng)識(shí)別模型的倒數(shù)PY1表示的逆系統(tǒng)乘以這個(gè)量，根據(jù)這樣確定的量與經(jīng)過(guò)低通濾波器Gf(S)的控制命令之差來(lái)估計(jì)周期性擾動(dòng)dTn，并且把估計(jì)出的量作為估計(jì)的周期性擾動(dòng)dT~n( = dT~An+jdT~Bn)遞送到轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算部分I。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算部分I從控制命令rn減去估計(jì)的周期性擾動(dòng)，并且由此抑制周期性擾動(dòng)dTn。
[0013]專利文獻(xiàn)1:TO2010/024195A1。
[0014]非專利文獻(xiàn)1:“Torque Ripple Suppress1n Control Based on the Per1dicDisturbance Observer with a Complex Vector Representat1n for Permanent MagnetSynchronous Motors，，，the transact1ns of the Institute of Electrical Engineersof Japan, D, Vol.132, N0.1.p.84-93 (2012)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]在基于周期性擾動(dòng)觀測(cè)器的控制中，影響控制性能的控制的核心基礎(chǔ)是關(guān)于系統(tǒng)識(shí)別模型P~n的真值的精度。為了提高抑制周期性擾動(dòng)的性能，要求提高系統(tǒng)識(shí)別的精度。但是，獲得精確的識(shí)別模型是困難的，并且有必要考慮由于老化或其它因素造成的設(shè)備的長(zhǎng)期變化，以及由于意外的突然系統(tǒng)變化造成的短期變化。由于在最壞的情況下抑制控制本身充當(dāng)擾動(dòng)，因此識(shí)別模型中的誤差可能增大到抑制結(jié)束的穩(wěn)定時(shí)間，并且使控制不穩(wěn)定。因此，存在提高對(duì)識(shí)別模型中誤差的健壯性的需求。
[0016]到目前為止，增益部分的調(diào)整是在監(jiān)視操作條件的監(jiān)視操作期間順序地確定的。在這種情況下，涉及許多調(diào)整參數(shù)并且校正的實(shí)現(xiàn)依賴于負(fù)責(zé)調(diào)整或設(shè)計(jì)的人員的技術(shù)。而且，模型校正對(duì)于超出順序假設(shè)范圍的條件是不可行的。
[0017]本發(fā)明的目的是減少調(diào)整參數(shù)的個(gè)數(shù)并且提供不依賴于調(diào)整和/或設(shè)計(jì)的人員的技術(shù)的周期性擾動(dòng)抑制系統(tǒng)或裝置。
[0018]解決問題的手段
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在用于通過(guò)將正產(chǎn)生周期性擾動(dòng)的受控對(duì)象的輸出輸入到周期性擾動(dòng)觀測(cè)器來(lái)計(jì)算估計(jì)的周期性擾動(dòng)或估計(jì)的周期性擾動(dòng)的值并且用于根據(jù)計(jì)算出的估計(jì)的周期性擾動(dòng)與控制命令之間的差來(lái)控制受控對(duì)象的周期性擾動(dòng)自動(dòng)抑制裝置中，為周期性擾動(dòng)觀測(cè)器設(shè)有模型校正裝置或部分，該模型校正裝置或部分被配置為計(jì)算來(lái)自校正識(shí)別模型的誤差，該校正識(shí)別模型是通過(guò)使用根據(jù)周期性擾動(dòng)觀測(cè)器的輸出以及受控對(duì)象的感測(cè)值得到的時(shí)間差量而被校正的，并且該模型校正裝置或部分被配置為將來(lái)自校正識(shí)別模型的誤差反饋到周期性擾動(dòng)觀測(cè)器的識(shí)別模型中。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)將在時(shí)刻t的受控對(duì)象的第η階輸出設(shè)置為ynt并且將識(shí)別模型P~n的估計(jì)的設(shè)備輸出設(shè)置為y~n，模型校正裝置或部分被配置為根據(jù)以下等式確定在時(shí)間差tl、t2的來(lái)自識(shí)別模型P~~n的誤差，
[0021]Pn= - (y~n.t2 - y~n.t/d^.t2 - d~n.
[0022]( = P—n)
[0023]其中Pn是設(shè)備，并且每個(gè)量是復(fù)數(shù)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過(guò)將在時(shí)刻t的受控對(duì)象的第η階輸出設(shè)置為ynt、將估計(jì)的周期性擾動(dòng)設(shè)置為cfn并且將識(shí)別模型P~n的估計(jì)的設(shè)備輸出設(shè)置為y~n，模型校正裝置或部分被配置為根據(jù)以下等式確定在時(shí)間差tl、t2的來(lái)自識(shí)別模型PMfn.Ρ~η的誤差，
[0025]Pn = - (y~n.t2 - y~n.t/d^.t2 - d~n..P~n
[0026]= Prefn.P'n
[0027]其中Pn是設(shè)備，并且每個(gè)量是復(fù)數(shù)。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，周期性擾動(dòng)觀測(cè)器還設(shè)有學(xué)習(xí)存儲(chǔ)器功能部分，該學(xué)習(xí)存儲(chǔ)器功能部分用于存儲(chǔ)由模型校正裝置或部分計(jì)算出的識(shí)別模型誤差以及設(shè)備的旋轉(zhuǎn)頻率，并且校正識(shí)別模型是通過(guò)乘以所存儲(chǔ)的識(shí)別模型誤差來(lái)計(jì)算的并且被用作控制輸出。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供具有模型校正裝置或部分的多個(gè)周期性擾動(dòng)觀測(cè)器，這多個(gè)周期性擾動(dòng)觀測(cè)器并聯(lián)連接并且被配置為產(chǎn)生多個(gè)估計(jì)的周期性擾動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是示出基本周期性擾動(dòng)觀測(cè)器控制系統(tǒng)的框圖。
[0031]圖2是代表本發(fā)明實(shí)施例的周期性擾動(dòng)觀測(cè)器控制系統(tǒng)的框圖。
[0032]圖3是代表本發(fā)明另一實(shí)施例的周期性擾動(dòng)觀測(cè)器控制系統(tǒng)的框圖。
[0033]圖4是代表本發(fā)明又一實(shí)施例的周期性擾動(dòng)觀測(cè)器控制系統(tǒng)的框圖。
[0034]圖5是代表本發(fā)明又一實(shí)施例的周期性擾動(dòng)觀測(cè)器控制系統(tǒng)的框圖。
[0035]圖6是示出周期性擾動(dòng)觀測(cè)器控制系統(tǒng)的整體的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]如以下參考附圖詳細(xì)說(shuō)明的，根據(jù)本發(fā)明，在用于通過(guò)把正經(jīng)歷或產(chǎn)生周期性擾動(dòng)的受控對(duì)象的輸出輸入到周期性擾動(dòng)觀測(cè)器中來(lái)計(jì)算估計(jì)的周期性擾動(dòng)或估計(jì)的周期性擾動(dòng)的值并且用于根據(jù)計(jì)算出的估計(jì)周期性擾動(dòng)與控制命令之間的差控制受控對(duì)象的系統(tǒng)或裝置中，周期性擾動(dòng)觀測(cè)器設(shè)有用于利用校正識(shí)別模型的誤差來(lái)校正估計(jì)的周期性擾動(dòng)的模型校正部分或裝置，該校正識(shí)別模型是通過(guò)使用因周期性擾動(dòng)觀測(cè)器的輸出或輸出值和/或受控對(duì)象的感測(cè)值而得出的一個(gè)或多個(gè)時(shí)間差量而被校正的。
[0037]圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的周期性擾動(dòng)觀測(cè)器控制結(jié)構(gòu)。
[0038]在圖1中，使用以下符號(hào)。
[0039]Pn:設(shè)備(受控對(duì)象)，cfn:估計(jì)的周期性擾動(dòng)(系統(tǒng)識(shí)別模型)
[0040]yn:受控對(duì)象的輸出(對(duì)應(yīng)于圖6中的TAn、TBn)，
[0041]rn:第η階控制命令，dn:第η階擾動(dòng)，
[0042]cfn.t:在時(shí)刻t的第η階補(bǔ)償命令(對(duì)應(yīng)于圖6中的dTA~n, dTB'n)，
[0043]P~n: