特表2022-553094スイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-21
(54)【発明の名称】スイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法
(51)【国際特許分類】
B66D 1/46 20060101AFI20221214BHJP
G05B 11/36 20060101ALI20221214BHJP
H02P 25/08 20160101ALI20221214BHJP
【ＦＩ】
B66D1/46 B
G05B11/36 Q
H02P25/08
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022523969
(86)(22)【出願日】2021-05-11
(85)【翻訳文提出日】2022-04-22
(86)【国際出願番号】 CN2021092975
(87)【国際公開番号】W WO2022012130
(87)【国際公開日】2022-01-20
(31)【優先権主張番号】202010672942.X
(32)【優先日】2020-07-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521082684
【氏名又は名称】湖南科技大学
【氏名又は名称原語表記】Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．２， Ｓｈｉｍａｔｏｕ， Ｙｕｈｕ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｘｉａｎｇｔａｎ Ｃｉｔｙ， Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100132883
【弁理士】
【氏名又は名称】森川 泰司
(74)【代理人】
【識別番号】100148633
【弁理士】
【氏名又は名称】桜田 圭
(74)【代理人】
【識別番号】100147924
【弁理士】
【氏名又は名称】美恵 英樹
(72)【発明者】
【氏名】張 小平
(72)【発明者】
【氏名】厳 穎
(72)【発明者】
【氏名】趙 延明
(72)【発明者】
【氏名】黄 良沛
(72)【発明者】
【氏名】余 萍
【テーマコード（参考）】
5H004
5H501
【Ｆターム（参考）】
5H004GB20
5H004HB08
5H004HB10
5H004KA03
5H501DD09
5H501GG03
5H501JJ06
5H501JJ25
5H501LL01
5H501LL29
5H501LL32
(57)【要約】
本発明は、スイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法を開示している。マリンウインチのヒーブ速度とスイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度に基づいて、スイッチトリラクタンスモータの回転速度偏差を求め、得られた回転速度偏差を漸進的定常誤差制御（ＧＳＳＥＣ）アルゴリズムで処理して所定トルクを得て、実際のトルクに合わせて、トルク偏差を得て、スイッチトリラクタンスモータの所定磁束リンケージに基づいて、同時にその実際の磁束リンケージを測定して、磁束リンケージ偏差を得て、トルク偏差と磁束リンケージ偏差に基づいて、電力変換回路に制御信号を送り、電力変換回路内の電源スイッチのオン／オフを制御する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
マリンウインチのヒーブ速度とスイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度に基づいて、スイッチトリラクタンスモータの回転速度偏差を求め、得られた回転速度偏差を漸進的定常誤差制御アルゴリズムで処理して所定トルクを得て、実際のトルクに合わせて、トルク偏差を得て、スイッチトリラクタンスモータの所定磁束リンケージに基づいて、同時にその実際の磁束リンケージを測定して、磁束リンケージ偏差を得て、トルク偏差と磁束リンケージ偏差に基づいて、電力変換回路に制御信号を送り、電力変換回路内の電源スイッチのオン／オフを制御する、ことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【請求項2】
（ａ）マリンウインチのヒーブ速度をリアルタイムに検出し、マリンウインチのアクティブヒーブ補償に対応するスイッチトリラクタンスモータの回転速度を求め、この回転速度をスイッチトリラクタンスモータの所定回転速度とするステップと、（ｂ）スイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度を測定し、スイッチトリラクタンスモータの所定回転速度に合わせて、回転速度偏差を得るステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で得られた回転速度偏差を漸進的定常誤差制御アルゴリズムで処理して、スイッチトリラクタンスモータの所定トルクを得るステップと、
（ｄ）スイッチトリラクタンスモータの実際のトルクを測定して、ステップ（ｃ）で得られた所定トルクに基づいて、トルク偏差を得るステップと、
（ｅ）スイッチトリラクタンスモータの磁束リンケージを測定して、同時にその所定磁束リンケージに基づいて、その磁束リンケージ偏差を得るステップと、
（ｆ）ステップ（ｄ）と（ｅ）で得られたトルク偏差と磁束リンケージ偏差に基づいて、ダイレクトトルク制御処理を行い、スイッチトリラクタンスモータの電力変換回路における対応する電源スイッチの制御信号を得るステップと、
（ｇ）ステップ（ｆ）で得られた制御信号に基づいて、電力変換回路における対応する電源スイッチのオン／オフを制御するステップと、
を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【請求項3】
前記ステップ（ａ）におけるマリンウインチのヒーブ速度は、式（１）【数1】
ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【請求項4】
前記ステップ（ｃ）において、漸進的定常誤差制御（ＧＳＳＥＣ）アルゴリズムを用いてスイッチトリラクタンスモータの所定トルクを得るステップは、現在のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ）、前回のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ－１）とし、非線形誤差アルゴリズムを用いて、式（２）
【数2】
前回のサンプリング時刻の所定トルクＴｅ ＊（ｋ－１）を収集し、式（３）
【数3】
を備える、
ことを特徴とする請求項３に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【請求項5】
前記ステップ（ｃ）の式（２）において、ＧＳＳＥＣ制御パラメータＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１、２、３、４）を最適値にする、ことを特徴とする請求項４に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【請求項6】
制御パラメータをＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）を最適化対象として、スイッチトリラクタンスモータの回転速度偏差△ｎと磁束リンケージ偏差△Ψを最適化目標として、多目的最適化の満足度関数と適応度関数を構築して、フルーツフライ最適化アルゴリズムを用いて回転速度偏差△ｎと磁束リンケージ偏差△Ψを最適化して、制御パラメータＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）の最適値を決定する、ことを特徴とする請求項５に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マリンウインチのアクティブヒーブ補償（コンペンセーション）制御分野に関し、特にスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
マリンウインチは、海洋科学の考察や海洋資源の探査・開発において重要な吊上げ・吊下げ装置である。海上風や波浪の強い非線形外乱が通常の海上作業に与える影響を克服するために、マリンウインチにアクティブヒーブ補償機能が求められるのは普通である。ＡＣ可変周波数ドライブは、現在、リンウインチアクティブヒーブ補償動力駆動の発展方向として、単純な構造、高い信頼性、簡単な調整などの利点があるが、ドライブ用ＡＣ可変周波数モータは、まだ大きな起動電流、低過負荷容量、低い力率などの不足があり、マリンウインチのアクティブヒーブ補償のために、頻繁な起動・制動、加速・減速、及び往復運動が要求され、このような運転状況にとって、全体的な運行効率が低く、エネルギー消費量が大きいため、アクティブヒーブ補償機能の普及に大きく影響している。
【0003】
スイッチトリラクタンスモータは、低い起動電流、高い起動トルク、単純で堅牢な構造、高い効率、高い耐障害性、広い調速範囲などの利点があり、マリンウインチ電気駆動システムへの応用に非常に適している。特に、マリンウインチのアクティブヒーブ補償のために、頻繁な起動・制動、加速・減速、及び往復運動が要求されるという運転状況にとって、スイッチトリラクタンスモータは効率の面で、ＡＣ可変周波数モータとは比べ物にならない優位性があるため、スイッチトリラクタンスモータをマリンウインチ電気駆動システムに応用することは重要な意義がある。しかし、マリンウインチのアクティブヒーブ補償制御では、マリンウインチが母船のヒーブ運動と同期して運転することを実現するために、その駆動モータは頻繁に正転・逆転し、その回転速度はリアルタイムに変化する運転状況にあり、モータの実際の回転速度がその時間変化による所定回転速度を正確に追跡することができないと、マリンウインチのアクティブヒーブ補償の同期制御要件を満たせないため、スイッチトリラクタンスモータの高性能回転速度制御方法の研究は、非常に重要な意義がある。
【0004】
現在、国内外ではスイッチトリラクタンスモータの高性能回転速度制御に関する一連の研究が行われており、自己補正Ｔａｋａｇｉ－Ｓｕｇｅｎｏ－Ｋａｎｇファジィ制御（ＡＴＳＫＦＣ）やスーパートルクアルゴリズムに基づく２次スライディングモード制御（ＳＯＳＭＣ）など多くの制御方法が提案され、一定の制御効果を得たが、時間変化による所定回転速度の運転状況にとって、その回転速度の追跡制御精度は依然として制御要件を満たすことが困難である。そのため、マリンウインチのアクティブヒーブ補償の同期制御要件を満たすために、スイッチトリラクタンスモータのより効果的な高性能追跡制御方法の研究は、重要な意義がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記の技術的課題を解決するために、スイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、上記の技術的課題を解決するために、スイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法を提供しており、前記方法は、マリンウインチのヒーブ速度とスイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度に基づいて、スイッチトリラクタンスモータの回転速度偏差を求め、前記回転速度偏差を漸進的定常誤差制御アルゴリズムで処理して、所定トルクを得て、実際のトルクに合わせて、トルク偏差を得て、スイッチトリラクタンスモータの所定磁束リンケージに基づいて、同時にその実際の磁束リンケージを測定して、磁束リンケージ偏差を得て、トルク偏差と磁束リンケージ偏差に基づいて、電力変換回路に制御信号を送り、電力変換回路内の電源スイッチのオン／オフを制御する。
【0007】
上記の技術的解決策のさらなる改善として、以下である。
好ましくは、上記方法は、
（ａ）マリンウインチのヒーブ速度をリアルタイムに検出し、マリンウインチのアクティブヒーブ補償に対応するスイッチトリラクタンスモータの回転速度を求め、この回転速度をスイッチトリラクタンスモータの所定回転速度とするステップと、
（ｂ）スイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度を測定し、スイッチトリラクタンスモータの所定回転速度に合わせて、回転速度偏差を得るステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で得られた回転速度偏差を漸進的定常誤差制御アルゴリズムで処理して、スイッチトリラクタンスモータの所定トルクを得るステップと、
（ｄ）スイッチトリラクタンスモータの実際のトルクを測定して、ステップ（ｃ）で得られた所定トルクに基づいて、トルク偏差を得るステップと、
（ｅ）スイッチトリラクタンスモータの磁束リンケージを測定して、同時にその所定磁束リンケージに基づいて、その磁束リンケージ偏差を得るステップと、
（ｆ）ステップ（ｄ）と（ｅ）で得られたトルク偏差と磁束リンケージ偏差に基づいて、ダイレクトトルク制御処理を行い、スイッチトリラクタンスモータの電力変換回路における対応する電源スイッチの制御信号を得るステップと、
（ｇ）ステップ（ｆ）で得られた制御信号に基づいて、電力変換回路における対応する電源スイッチのオン／オフを制御するステップと、
を備える。
好ましくは、上記方法は、
（ａ）マリンウインチのヒーブ速度をリアルタイムに検出し、マリンウインチのアクティブヒーブ補償に対応するスイッチトリラクタンスモータの回転速度を求め、この回転速度をスイッチトリラクタンスモータの所定回転速度とするステップと、
（ｂ）スイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度を測定し、スイッチトリラクタンスモータの所定回転速度に合わせて、回転速度偏差を得るステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で得られた回転速度偏差を漸進的定常誤差制御アルゴリズムで処理して、スイッチトリラクタンスモータの所定トルクを得るステップと、
（ｄ）スイッチトリラクタンスモータの実際のトルクを測定して、ステップ（ｃ）で得られた所定トルクに基づいて、トルク偏差を得るステップと、
（ｅ）スイッチトリラクタンスモータの磁束リンケージを測定して、同時にその所定磁束リンケージに基づいて、その磁束リンケージ偏差を得るステップと、
（ｆ）ステップ（ｄ）と（ｅ）で得られたトルク偏差と磁束リンケージ偏差に基づいて、ダイレクトトルク制御処理を行い、スイッチトリラクタンスモータの電力変換回路における対応する電源スイッチの制御信号を得るステップと、
（ｇ）ステップ（ｆ）で得られた制御信号に基づいて、電力変換回路における対応する電源スイッチのオン／オフを制御するステップと、
を備える。
【0008】
好ましくは、上記方法において、前記ステップ（ａ）におけるマリンウインチのヒーブ速度は、式（１）
により、スイッチトリラクタンスモータの所定速度を求め、ここで、ｎｒｅｆはスイッチトリラクタンスモータの所定速度で、ｖはマリンウインチのヒーブ速度で、Ｒはマリンウインチのリールの半径で、ｋはリールとスイッチトリラクタンスモータの変速比である。
【数1】
【0009】
好ましくは、上記方法において、前記ステップ（ｃ）では漸進的定常誤差制御（ＧＳＳＥＣ）アルゴリズムを用いてスイッチトリラクタンスモータの所定トルクを得て、具体的なステップは、以下である。
ステップｃ－１：現在のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ）とし、前回のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ－１）とし、非線形誤差アルゴリズムを用いて、式（２）
により、現在のサンプリング時刻の制御出力ｕ１（ｋ）を得て、ここで、ＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）は、ＧＳＳＥＣ制御パラメータで、且つ、Ｋ２ｐ≧Ｋ１ｐ＞０で、ｖｓ（ｋ）は、回転速度偏差△ｎ（ｋ）に基づいて、ｕ１（ｋ）を調整する制御変数である。
ステップｃ－２：前回のサンプリング時刻の所定トルクＴｅ ＊（ｋ－１）を収集し、式（３）
により、今回のサンプリング時刻の制御出力ｕ１（ｋ）を補正し、今回のサンプリング時刻の所定トルクＴｅ
＊（ｋ）を得る。
ステップｃ－１：現在のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ）とし、前回のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ－１）とし、非線形誤差アルゴリズムを用いて、式（２）
【数2】
ステップｃ－２：前回のサンプリング時刻の所定トルクＴｅ ＊（ｋ－１）を収集し、式（３）
【数3】
【0010】
好ましくは、上記方法において、前記ステップ（ｃ）の式（２）において、ＧＳＳＥＣ制御パラメータＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１、２、３、４）を最適値にする。
【0011】
好ましくは、上記方法において、制御パラメータをＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）を最適化対象として、スイッチトリラクタンスモータの回転速度偏差△ｎと磁束リンケージ偏差△Ψを最適化目標として、多目的最適化の満足度関数と適応度関数を構築して、フルーツフライ（ショウジョウバエ、Drosophila）最適化アルゴリズムを用いて回転速度偏差△ｎと磁束リンケージ偏差△Ψを最適化して、制御パラメータＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）の最適値を決定する。
【発明の効果】
【0012】
本発明におけるスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法は、従来技術と比較して以下のような利点がある。
（１）本発明のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法は、スイッチトリラクタンスモータをマリンウインチのアクティブヒーブ補償電気伝動システムに応用することを提案し、現在の最も先進的なのＡＣ可変周波数電気伝動システムに比べて、その運行効率を大幅に改善し、さらにそのアクティブヒーブ補償制御システムの制御性能とシステム信頼性を効果的に向上させることができる。
（２）本発明のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法は、ＧＳＳＥＣ制御法を用いて、スイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度が時間変化による所定回転速度を正確的に追跡することを提案し、マリンウインチのアクティブヒーブ補償の同期制御要件を満たすことができる。この制御法は、被制御対象の正確な数学モデルに依存せず、シンプルなアルゴリズムと高精度な速度追跡制御などの特徴がある。
（１）本発明のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法は、スイッチトリラクタンスモータをマリンウインチのアクティブヒーブ補償電気伝動システムに応用することを提案し、現在の最も先進的なのＡＣ可変周波数電気伝動システムに比べて、その運行効率を大幅に改善し、さらにそのアクティブヒーブ補償制御システムの制御性能とシステム信頼性を効果的に向上させることができる。
（２）本発明のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法は、ＧＳＳＥＣ制御法を用いて、スイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度が時間変化による所定回転速度を正確的に追跡することを提案し、マリンウインチのアクティブヒーブ補償の同期制御要件を満たすことができる。この制御法は、被制御対象の正確な数学モデルに依存せず、シンプルなアルゴリズムと高精度な速度追跡制御などの特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明におけるスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法のフローチャートである。
【図2】本発明におけるＧＳＳＥＣ制御原理のブロック図である。
【図3】本発明におけるＧＳＳＥＣ制御パラメータ最適化のフローチャートである。
【図4】本発明におけるフルーツフライ最適化アルゴリズムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付の図面に関し、本発明の実施形態をより具体的に説明する。本明細書に記載された実施形態は、本発明を例示し説明することのみを目的としており、本発明を限定することを意図していないことを理解されたい。
【0015】
（ａ）マリンウインチのヒーブ速度ｖをリアルタイムに検出し、式（１）
により、マリンウインチのアクティブヒーブ補償に対応するスイッチトリラクタンスモータの回転速度を求め、この回転速度をスイッチトリラクタンスモータの所定回転速度ｎｒｅｆとする。
ここで、Ｒはマリンウインチのリールの半径で、ｋはリールとスイッチトリラクタンスモータの変速比である。
【数4】
ここで、Ｒはマリンウインチのリールの半径で、ｋはリールとスイッチトリラクタンスモータの変速比である。
【0016】
（ｂ）スイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度ｎを測定し、スイッチトリラクタンスモータの所定回転速度ｎｒｅｆに合わせて、回転速度偏差△ｎを得る。
【0017】
（ｃ）ステップ（ｂ）で得られた回転速度偏差△ｎを漸進的定常誤差制御（ＧＳＳＥＣ）アルゴリズムで処理して、スイッチトリラクタンスモータの所定トルクＴｅ
＊を得る。前記（ＧＳＳＥＣ）処理は、以下のステップである。
【0018】
ステップｃ－１：現在のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ）とし、前回のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ－１）とし、非線形誤差アルゴリズムを用いて、式（２）
により、現在のサンプリング時刻の制御出力ｕ１（ｋ）を得て、ここで、ＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）は、ＧＳＳＥＣ制御パラメータで、且つ、Ｋ２ｐ≧Ｋ１ｐ＞０で、ｖｓ（ｋ）は、回転速度偏差△ｎ（ｋ）に基づいて、ｕ１（ｋ）を調整する制御変数である。
【数5】
【0019】
ステップｃ－２：前回のサンプリング時刻の所定トルクＴｅ
＊（ｋ－１）を収集し、式（３）
により、今回のサンプリング時刻の制御出力ｕ１（ｋ）を補正し、今回のサンプリング時刻の所定トルクＴｅ
＊（ｋ）を得る。
【数6】
【0020】
（ｄ）多目的最適化満足度関数を構築するステップは、以下である。
【0021】
ステップｄ－１：前記最適化目標に対する△ｎと△Ψの満足度関数をそれぞれ構築する。
ここで、△ｎの満足度関数式は、以下である。
ここで、△ｎの満足度関数式は、以下である。
【0022】
【数7】
【0023】
△Ψの満足度関数式は、以下である。
【0024】
【数8】
【0025】
ステップｄ－２：多目的最適化満足度関数ｆを構築し、次式である。
ｆ＝ｋ１ｆ△ｎ＋ｋ２ｆ△Ψ （６）
ここで、ｋ１とｋ２はそれぞれ最適化目標のウェイト係数であり、且つｋ１＋ｋ２＝１である。
ｆ＝ｋ１ｆ△ｎ＋ｋ２ｆ△Ψ （６）
ここで、ｋ１とｋ２はそれぞれ最適化目標のウェイト係数であり、且つｋ１＋ｋ２＝１である。
【0026】
（ｅ）前記多目的最適化満足度関数ｆに基づいて、フルーツフライアルゴリズムの適応度関数を構築するステップは、以下である。
【0027】
ステップｅ－１：前記最適化目標のいずれかの満足度が対応する満足度閾値未満である場合は、対応する動的ペナルティ係数を設定する。
満足度ｆ△ｎまたはｆ△Ψが対応する満足度閾値Ｍ△ｎまたはＭ△Ψ未満である場合は、対応する動的ペナルティ係数ｂ△ｎまたはｂ△Ψを配置する。
満足度ｆ△ｎまたはｆ△Ψが対応する満足度閾値Ｍ△ｎまたはＭ△Ψ未満である場合は、対応する動的ペナルティ係数ｂ△ｎまたはｂ△Ψを配置する。
【0028】
ここで、前記満足度閾値はそれぞれ、
である。
【数9】
【0029】
前記動的ペナルティ係数はそれぞれ、
である。
【数10】
【0030】
満足度ｆ△ｎ、ｆ△Ψが対応する満足度閾値Ｍ△ｎ、Ｍ△Ψ以上である場合は、その動的ペナルティ係数がｂ△ｎ＝１、ｂ△Ψ＝１である。
【0031】
ステップｅ－２：前記動的ペナルティ係数を設定した後、次式で多目的最適化適応度関数ｆｓ（ＳＫ（ｉ））を設定する。
【0032】
【数11】
【0033】
ここで、ｉはフルーツフライ個体番号を示し、値の範囲が１、２．．．ｓｉｚｅｐｏｐである。ｓｉｚｅｐｏｐはフルーツフライの個体数で、Ｋは前記最適化対象ＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１、２、３、４）で、ＳＫ（ｉ）は前記最適化対象Ｋのｉ番目のフルーツフライ個体に対応する味濃度判定値を示す。
【0034】
ステップｅ－３：多目的最適化の適応度値を味濃度Ｓｍｅｌｌで示し、前記味濃度Ｓｍｅｌｌの範囲は、０～１であり、前記味濃度Ｓｍｅｌｌは、次式を満たす。
【0035】
【数12】
【0036】
（ｆ）前記フルーツフライアルゴリズムの適応度関数に基づいて、最適化対象ＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１、２、３、４）を繰り返し最適化し、最高な最適化対象を一組得るステップは、以下である。
【0037】
ステップｆ－１：初期化パラメータ（個体群Ｎ、最大繰り返し回数Ｍａｘｇｅｎ、初期フルーツフライ群位置を含む）。
【0038】
ステップｆ－２：最適化対象のＫＬとＫ２ｐのフルーツフライ個体を配置し、方向と距離をランダムに探し、ｉ番目のフルーツフライ個体位置を得る。ここで、Ｋ２ｐのフルーツフライ個体位置
は、式（９）に示すように、初期化フルーツフライ群の位置に基づいて求められる。
【数13】
【0039】
【数14】
【0040】
ここで、
はＫ２ｐのフルーツフライの個体位置の横座標を表し、
はＫ２ｐのフルーツフライの個体位置の縦座標を表し、Ｘ′は初期化フルーツフライ群位置の横座標を表し、Ｙ′は初期化フルーツフライ群位置の縦座標を表し、ｒａｎｄ（）はランダム値である。
【数15】
【数16】
【0041】
ステップｆ－３：ステップｆ－２で得られた最適化対象Ｋ２ｐのフルーツフライ個体位置に基づいて、同時に最適化対象Ｋ１ｐとＫ２ｐがＫ２ｐ≧Ｋ１ｐ＞０を満たす条件に基づいて、最適化対象Ｋ１ｐのフルーツフライ個体位置を設定する。Ｋ１ｐのフルーツフライ個体位置
は式（１０）である。
【数17】
【0042】
【数18】
【0043】
ここで、
はＫ１ｐのフルーツフライ個体位置の横座標を表し、
はＫ１ｐのフルーツフライ個体位置の縦座標を表し、ａは０より大きい係数である。
【数19】
【数20】
【0044】
ステップｆ－４：前記最適化対象Ｋのｉ番目のフルーツフライ個体に対応する味濃度判定値ＳＫ（ｉ）を下式のように求める。
【0045】
【数21】
【0046】
ここで、ＸＫ（ｉ）は前記最適化対象Ｋのフルーツフライ個体位置の横座標を表し、ＹＫ（ｉ）は前記最適化対象Ｋのフルーツフラの個体位置の縦座標を表す。
【0047】
ステップｆ－５：味濃度判定値ＳＫ（ｉ）に基づいて、前記最適化対象ＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２、３，４）を一組得て、最適化対象に基づいて対応する△ｎと△Ψを求める。ここで、味濃度判定値と前記最適化対象は、以下の関係を満たす。
【0048】
【数22】
【0049】
ステップｆ－６：式（８）により、ｉ番目の前記フルーツフライ個体の味濃度Ｓｍｅｌｌ（ｉ）を求める。
【0050】
ステップｆ－７：ｉ番目の前記フルーツフライ個体がフルーツフライ群の上限に達したかどうかを判断し、達した場合はステップｆ－８を実行し、そうでない場合はステップｆ－２を実行する。
【0051】
ステップｆ－８：味濃度が最も高いフルーツフライ個体をフルーツフライ群の最適個体として求め、最適フルーツフライ個体の味濃度と位置を保留する。
【0052】
ステップｆ－９：最大繰り返し回数Ｍａｘｇｅｎに達したかどうかを判断し、達した場合は、最適フルーツフライ個体の味濃度判定値、すなわち最適化対象ＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１、２、３、４）の最適解を出力し、そうでない場合は繰り返し回数に１を加え、ステップｆ－２へ戻る。
【0053】
（ｇ）スイッチトリラクタンスモータの実際のトルクＴｅを測定して、ステップ（ｃ）で得られた所定トルクＴｅ
＊（ｋ）に基づいて、トルク偏差△Ｔｅを得る。
【0054】
（ｈ）スイッチトリラクタンスモータの磁束リンケージΨを測定して、同時にその所定磁束リンケージΨ＊に基づいて、その磁束リンケージ偏差△Ψを得る。
【0055】
（ｉ）ステップ（ｇ）と（ｈ）で得られたトルク偏差△Ｔｅと磁束リンケージ偏差△Ψに基づいて、ダイレクトトルク制御処理を行い、スイッチトリラクタンスモータの電力変換回路における対応する電源スイッチの制御信号を得る。
【0056】
（ｊ）ステップ（ｉ）で得られた制御信号に基づいて、電力変換回路における対応する電源スイッチのオン／オフを制御することで、スイッチトリラクタンスモータの実際のトルクとその所定トルクをほぼ一致させることができ、スイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度がその所定回転速度を正確に追跡することを実現し、マリンウインチのアクティブヒーブ補償制御の目的を達成する。
【0057】
本発明によるＧＳＳＥＣ制御法について、その制御パラメータＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１、２、３、４）をフルーツフライアルゴリズムで最適化し、表１に示すような最適制御パラメータを一組得る。さらに、本発明によるＧＳＳＥＣ制御方法の有効性を説明するために、現在使用されている自己補正Ｔａｋａｇｉ－Ｓｕｇｅｎｏ－Ｋａｎｇファジー制御（ＡＴＳＫＦＣ）とスーパートルクアルゴリズムに基づく２次スライディングモード制御（ＳＯＳＭＣ）と比較・分析し、その関連結果を表２に示しており、ＡＴＳＫＦＣとＳＯＳＭＣの制御方法に対して、本発明によるＧＳＳＥＣ制御方法の回転速度の制御精度が高いことがわかる。
【0058】
【表1】
【0059】
【表2】
【0060】
なお、上記は本発明の好ましい実施形態に過ぎず、本発明を何ら限定するものではない。本発明は、好ましい実施形態として記載されているが、本発明を限定することを意図するものではない。したがって、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明の技術的実体に従ってなされるあらゆる上記実施形態の単純な修正、均等な変更、及び修正が本発明の技術的解決策の保護範囲に含まれるものとする。
【0061】
（付記）
（付記１）
マリンウインチのヒーブ速度とスイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度に基づいて、スイッチトリラクタンスモータの回転速度偏差を求め、得られた回転速度偏差を漸進的定常誤差制御アルゴリズムで処理して所定トルクを得て、実際のトルクに合わせて、トルク偏差を得て、スイッチトリラクタンスモータの所定磁束リンケージに基づいて、同時にその実際の磁束リンケージを測定して、磁束リンケージ偏差を得て、トルク偏差と磁束リンケージ偏差に基づいて、電力変換回路に制御信号を送り、電力変換回路内の電源スイッチのオン／オフを制御する、
ことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
（付記１）
マリンウインチのヒーブ速度とスイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度に基づいて、スイッチトリラクタンスモータの回転速度偏差を求め、得られた回転速度偏差を漸進的定常誤差制御アルゴリズムで処理して所定トルクを得て、実際のトルクに合わせて、トルク偏差を得て、スイッチトリラクタンスモータの所定磁束リンケージに基づいて、同時にその実際の磁束リンケージを測定して、磁束リンケージ偏差を得て、トルク偏差と磁束リンケージ偏差に基づいて、電力変換回路に制御信号を送り、電力変換回路内の電源スイッチのオン／オフを制御する、
ことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【0062】
（付記２）
（ａ）マリンウインチのヒーブ速度をリアルタイムに検出し、マリンウインチのアクティブヒーブ補償に対応するスイッチトリラクタンスモータの回転速度を求め、この回転速度をスイッチトリラクタンスモータの所定回転速度とするステップと、
（ｂ）スイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度を測定し、スイッチトリラクタンスモータの所定回転速度に合わせて、回転速度偏差を得るステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で得られた回転速度偏差を漸進的定常誤差制御アルゴリズムで処理して、スイッチトリラクタンスモータの所定トルクを得るステップと、
（ｄ）スイッチトリラクタンスモータの実際のトルクを測定して、ステップ（ｃ）で得られた所定トルクに基づいて、トルク偏差を得るステップと、
（ｅ）スイッチトリラクタンスモータの磁束リンケージを測定して、同時にその所定磁束リンケージに基づいて、その磁束リンケージ偏差を得るステップと、
（ｆ）ステップ（ｄ）と（ｅ）で得られたトルク偏差と磁束リンケージ偏差に基づいて、ダイレクトトルク制御処理を行い、スイッチトリラクタンスモータの電力変換回路における対応する電源スイッチの制御信号を得るステップと、
（ｇ）ステップ（ｆ）で得られた制御信号に基づいて、電力変換回路における対応する電源スイッチのオン／オフを制御するステップと、
を備える、
ことを特徴とする付記１に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
（ａ）マリンウインチのヒーブ速度をリアルタイムに検出し、マリンウインチのアクティブヒーブ補償に対応するスイッチトリラクタンスモータの回転速度を求め、この回転速度をスイッチトリラクタンスモータの所定回転速度とするステップと、
（ｂ）スイッチトリラクタンスモータの実際の回転速度を測定し、スイッチトリラクタンスモータの所定回転速度に合わせて、回転速度偏差を得るステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で得られた回転速度偏差を漸進的定常誤差制御アルゴリズムで処理して、スイッチトリラクタンスモータの所定トルクを得るステップと、
（ｄ）スイッチトリラクタンスモータの実際のトルクを測定して、ステップ（ｃ）で得られた所定トルクに基づいて、トルク偏差を得るステップと、
（ｅ）スイッチトリラクタンスモータの磁束リンケージを測定して、同時にその所定磁束リンケージに基づいて、その磁束リンケージ偏差を得るステップと、
（ｆ）ステップ（ｄ）と（ｅ）で得られたトルク偏差と磁束リンケージ偏差に基づいて、ダイレクトトルク制御処理を行い、スイッチトリラクタンスモータの電力変換回路における対応する電源スイッチの制御信号を得るステップと、
（ｇ）ステップ（ｆ）で得られた制御信号に基づいて、電力変換回路における対応する電源スイッチのオン／オフを制御するステップと、
を備える、
ことを特徴とする付記１に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【0063】
（付記３）
前記ステップ（ａ）におけるマリンウインチのヒーブ速度は、式（１）
により、スイッチトリラクタンスモータの所定速度を求め、ここでは、ｎｒｅｆはスイッチトリラクタンスモータの所定速度で、ｖはマリンウインチのヒーブ速度で、Ｒはマリンウインチのリールの半径で、ｋはリールとスイッチトリラクタンスモータの変速比である、
ことを特徴とする付記２に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
前記ステップ（ａ）におけるマリンウインチのヒーブ速度は、式（１）
【数23】
ことを特徴とする付記２に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【0064】
（付記４）
前記ステップ（ｃ）において、漸進的定常誤差制御（ＧＳＳＥＣ）アルゴリズムを用いてスイッチトリラクタンスモータの所定トルクを得るステップは、
現在のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ）、前回のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ－１）とし、非線形誤差アルゴリズムを用いて、式（２）
により、現在のサンプリング時刻の制御出力ｕ１（ｋ）を得て、ここでは、ＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）は、ＧＳＳＥＣ制御パラメータで、且つ、Ｋ２ｐ≧Ｋ１ｐ＞０で、ｖｓ（ｋ）は、回転速度偏差△ｎ（ｋ）に基づいて、ｕ１（ｋ）を調整する制御変数である、ステップｃ－１と、
前回のサンプリング時刻の所定トルクＴｅ ＊（ｋ－１）を収集し、式（３）
により、今回のサンプリング時刻の制御出力ｕ１（ｋ）を補正し、今回のサンプリング時刻の所定トルクＴｅ
＊（ｋ）を得る、ステップｃ－２と、
を備える、
ことを特徴とする付記３に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
前記ステップ（ｃ）において、漸進的定常誤差制御（ＧＳＳＥＣ）アルゴリズムを用いてスイッチトリラクタンスモータの所定トルクを得るステップは、
現在のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ）、前回のサンプリング時刻の回転速度偏差を△ｎ（ｋ－１）とし、非線形誤差アルゴリズムを用いて、式（２）
【数24】
前回のサンプリング時刻の所定トルクＴｅ ＊（ｋ－１）を収集し、式（３）
【数25】
を備える、
ことを特徴とする付記３に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【0065】
（付記５）
前記ステップ（ｃ）の式（２）において、ＧＳＳＥＣ制御パラメータＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１、２、３、４）を最適値にする、
ことを特徴とする付記４に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
前記ステップ（ｃ）の式（２）において、ＧＳＳＥＣ制御パラメータＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１、２、３、４）を最適値にする、
ことを特徴とする付記４に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【0066】
（付記６）
制御パラメータをＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）を最適化対象として、スイッチトリラクタンスモータの回転速度偏差△ｎと磁束リンケージ偏差△Ψを最適化目標として、多目的最適化の満足度関数と適応度関数を構築して、フルーツフライ最適化アルゴリズムを用いて回転速度偏差△ｎと磁束リンケージ偏差△Ψを最適化して、制御パラメータＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）の最適値を決定する、
ことを特徴とする付記５に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
制御パラメータをＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）を最適化対象として、スイッチトリラクタンスモータの回転速度偏差△ｎと磁束リンケージ偏差△Ψを最適化目標として、多目的最適化の満足度関数と適応度関数を構築して、フルーツフライ最適化アルゴリズムを用いて回転速度偏差△ｎと磁束リンケージ偏差△Ψを最適化して、制御パラメータＫＬ、Ｋ１ｐ、Ｋ２ｐ（ｐ＝１，２，３，４）の最適値を決定する、
ことを特徴とする付記５に記載のスイッチトリラクタンスモータ駆動のマリンウインチのアクティブヒーブ補償制御方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】