(57)【要約】【課題】低速域と高速域との双方で電動機定数を同定する。【解決手段】永久磁石同期電動機１と、電力変換器２と、電力変換器２を制御する制御信号を出力するベクトル制御部１５０と、永久磁石同期電動機の速度推定値を積分して求めた位相推定値と前記永久磁石同期電動機の位相値との偏差である軸誤差情報を推定する軸誤差推定演算部４と、軸誤差推定演算部が演算した推定値を軸誤差情報の指令値に一致するように制御する速度推定演算部５とを備える電動機制御システム２００において、軸誤差推定演算部４が演算したｑ軸電圧成分値Ｘと速度推定値ω１又は速度指令値とを用いて、永久磁石同期電動機１の電動機定数を同定し、同定された電動機同定定数をベクトル制御部１５０に反映させる電動機定数同定演算部１４を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2010011564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期電動機に接続された電力変換器を制御する制御信号を生成するベクトル制御部と、
前記永久磁石同期電動機の速度推定値を積分して求めた位相推定値と前記永久磁石同期電動機の位相値との偏差である軸誤差情報を推定する軸誤差推定演算部と、
前記軸誤差推定演算部が演算した推定値を軸誤差情報の指令値に一致するように制御する速度推定演算部とを備える永久磁石同期電動機の制御装置であって、
前記軸誤差推定演算部が演算したｑ軸電圧成分値と速度推定値又は速度指令値とを用いて、前記永久磁石同期電動機の電動機定数を同定し、同定された電動機同定定数を前記ベクトル制御部に反映させる電動機定数同定演算部を備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２】
前記ｑ軸電圧成分値は、巻線抵抗値の設定誤差及びｑ軸電流推定値の積と、前記速度推定値及び誘起電圧係数の積との和により演算されることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項３】
前記電動機定数同定演算部は、
前記速度推定値又は前記速度指令値が所定速度よりも低い低速域を示す場合においては、
前記永久磁石同期電動機の巻線抵抗値を同定し、
前記速度推定値又は前記速度指令値が前記所定速度以上の高速域を示す場合においては、
前記永久磁石同期電動機の誘起電圧係数と前記ベクトル制御部の設定値との比率を同定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項４】
前記低速域においては、
速度推定値又は速度指令値と誘起電圧係数の設定値とを乗算し、この乗算値を、前記ｑ軸電圧成分値から減算し、この減算値を用いて比例積分演算を行い、この比例積分演算値を前記軸誤差推定演算部の抵抗の設定値に加算し、
前記高速域においては、
速度推定値又は速度指令値と誘起電圧係数の設定値とを乗算し、この乗算値と前記軸誤差推定演算部が演算するｑ軸電圧成分値との比率を演算し、この比率に基づいて、前記永久磁石同期電動機のトルク係数の設定値を修正することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期電動機のベクトル制御装置。
【請求項５】
前記ベクトル制御部は、前記電動機定数同定演算部が同定した電動機同定定数を用いて、前記永久磁石同期電動機の設定値を修正することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項６】
前記ベクトル制御部は、前記電動機定数同定演算部が同定した電動機同定定数を用いて、制御ゲインを修正することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項７】
永久磁石同期電動機と、この永久磁石同期電動機に接続された電力変換器と、この電力変換器を制御する制御信号を生成する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記制御信号を出力するベクトル制御部と、前記永久磁石同期電動機の速度推定値を積分して求めた位相推定値と前記永久磁石同期電動機の位相値との偏差である軸誤差情報を推定する軸誤差推定演算部と、
前記軸誤差推定演算部が演算した推定値を軸誤差情報の指令値に一致するように制御する速度推定演算部とを備える電動機制御システムであって、
前記軸誤差推定演算部が演算したｑ軸電圧成分値と速度推定値又は速度指令値とを用いて、前記永久磁石同期電動機の電動機定数を同定し、同定された電動機同定定数を前記ベクトル制御部に反映させる電動機定数同定演算部を備えたことを特徴とする電動機制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期電動機の巻線抵抗値と誘起電圧係数とを同定する制御装置、及び電動機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
位置センサを省略して電動機を制御するセンサレスベクトル制御方式には、電動機定数の同定技術が用いられる。例えば、特許文献１には、逆誘起電圧係数同定器を設け、永久磁石同期電動機のモータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められる電動機の回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧Ｖqestと、電動機に流れる電流Ｉdest，Ｉqestと、電動機の回転角速度ω1と、電動機巻線の抵抗成分Ｒと、ｄ軸インダクタンス成分Ｌｄとを用いて、（１）式に示す演算により逆起電圧係数φの同定演算を行う技術が開示されている。
【数１】
2010011564.tif 000003
【特許文献１】特開２００４−７９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の技術は、逆起電圧定数同定器で得た逆起電圧係数φをモータ制御演算部に用いることで、電動機の出力トルクの最適動作点での駆動を実現することを目的としている。このため、位置センサレス制御を用いる場合に大きな問題となる「低速域における抵抗値の設定誤差の影響や同定手法」などについては触れられていない。
【０００４】
そこで、本発明は、低速域と高速域との双方で電動機定数を同定することができる永久磁石同期電動機の制御装置、及び電動機制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の手段は、永久磁石同期電動機（１）に接続された電力変換器（２）を制御する制御信号を出力するベクトル制御部（１５０）と、前記永久磁石同期電動機の速度推定値を積分して求めた位相推定値と前記永久磁石同期電動機の位相値との偏差である軸誤差情報を推定する軸誤差推定演算部（４）と、前記軸誤差推定演算部が演算した推定値を軸誤差情報の指令値に一致するように制御する速度推定演算部（５）とを備える永久磁石同期電動機の制御装置（１００）において、前記軸誤差推定演算部が演算したｑ軸電圧成分値（Ｘ）と速度推定値（ω１）又は速度指令値とを用いて、前記永久磁石同期電動機の電動機定数を同定し、同定された電動機同定定数を前記ベクトル制御部に反映させる電動機定数同定演算部（１４）を備えたことを特徴とする。なお、括弧内は例示である。
【０００６】
これによれば、巻線抵抗値の設定誤差ΔＲ及びｑ軸電流推定値Ｉｑｃの積と、前記速度推定値ω１及び誘起電圧係数Ｋｅ＊の積との和により演算されるｑ軸電圧成分値（Ｘ＝（Ｒ−（Ｒ＊＋ΔＲ＾））・Ｉｑｃ＋ω１・Ｋｅ）と、速度推定値ω１又は速度指令値とを用いて、電動機定数が同定される。ｑ軸電圧成分値Ｘは、速度推定値ω１の値が大きな「高速域」では、巻線抵抗値Ｒの項（Ｒ−（Ｒ＊＋ΔＲ＾））・Ｉｑｃが無視され、速度推定値ω１の値が小さな「低速域」では、巻線抵抗値Ｒの項（Ｒ−（Ｒ＊＋ΔＲ＾））・Ｉｑｃに支配される。
【０００７】
すなわち、（１）低速域では、軸誤差推定演算のｑ軸電圧成分値から、「速度推定値と誘起電圧係数の設定値との乗算値」を減算し、この減算値に基づいて，永久磁石同期電動機の巻線抵抗値を同定し、（２）高速域では、軸誤差推定演算のｑ軸電圧成分値と、「速度推定値と誘起電圧係数の設定値との乗算値」との比率に基づいて、永久磁石同期電動機の誘起電圧係数を同定することができる。
【０００８】
なお、「低速域」とは、抵抗の設定値と誘起電圧係数の比率に、ｑ軸の電流指令値あるいは電流検出値を乗算し、この乗算値が定格回転速度の数％以下の値である任意に設定可能な第１の速度設定レベル値以下であり、「高速域」とは、抵抗の設定値と誘起電圧係数の比率に、ｑ軸の電流指令値あるいは電流検出値を乗算値し、この乗算値が定格回転速度の数十％以上の値である任意に設定する第２の速度設定レベル値以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低速域と高速域との双方で電動機定数を同定することができる。このため、低速域では、脱調現象が抑制され高安定化を図ることができ、高速域では速度制御の精度が向上し、高精度化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
図１は，本発明の一実施形態である電動機制御システムの全体構成図である。
図１の電動機制御システム２００は、永久磁石同期電動機１と、電力変換器２と、電流検出器３と、直流電源２１と、制御装置１００とを備え、制御装置１００のベクトル制御部１５０がトルク指令τ＊を目標値としてｄｑベクトル制御するように構成されている。
【００１１】
永久磁石同期電動機１は、永久磁石を内蔵した回転子が固定子の内部を回転するように構成されており、電動機定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）により、励磁軸（ｄ軸）及びトルク軸（ｑ軸）の電圧電流特性が規定される。電力変換器２は、電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*と三角波とを比較することにより、直流電圧がＰＷＭ変調された三相交流電圧を出力する。電流検出器３は、永久磁石同期電動機１に流れる３相交流電流Ｉu，Ｉv，Ｉwを検出する。直流電源２１は、電力変換器２に直流電力を供給する。
【００１２】
制御装置１００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、軸誤差推定演算部４と、速度推定演算部５と、電動機定数同定演算部１４と、ベクトル制御部１５０とを備え、ベクトル制御部１５０は、位相演算部６と、座標変換部７と、ｄ軸電流指令発生部８と、ｄ軸電流制御演算部９と、トルク／電流変換部１０と、ｑ軸電流制御演算部１１と、ベクトル制御演算部１２ａと、座標変換部１３と、加算器１５，１６との各機能を備える。
【００１３】
軸誤差推定演算部４は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ*，ｄ軸電流検出値Ｉｄｃ、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃ、速度推定値ω１、及び「巻線抵抗値の設定誤差（Ｒ−Ｒ＊）の同定値ΔＲ＾」を用いて、制御の基準軸θｃ*とモータの磁束軸θとの位相誤差である軸誤差Δθ(＝θｃ*−θ)の推定演算を行い、軸誤差推定値Δθｃとｑ軸電圧成分値「Ｘ」とを出力する。
【００１４】
速度推定演算部５は、軸誤差推定値Δθcが、軸誤差の指令値である「零」と一致するようにＰＬＬ制御された速度推定値ω１を出力する。
位相演算部６は、速度推定値ω１を積分演算して永久磁石同期電動機１の回転位相指令値θｃ*を演算する。座標変換部７は、３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値Ｉｕｃ，Ｉｖｃ，Ｉｗｃと、永久磁石同期電動機１の回転位相指令値θｃ*とからｄ軸電流検出値Ｉｄｃ、及びｑ軸電流検出値Ｉｑｃを出力する。ｄ軸電流指令発生部８は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*を出力し、弱め界磁以外では「０」を出力する。
【００１５】
トルク／電流変換部１０は、上位から与えられるトルク指令値τ*を、誘起電圧係数Ｋｅを設定値Ｋｅ*で除した値（誘起電圧係数Ｋｅと設定値Ｋｅ*との比率）の同定値Ｋｅ＾＿gainに応じて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*に変換する。
ｄ軸電流制御演算部９は、第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｄ軸電流検出値Ｉｄｃとの偏差に応じて、第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**を演算する。
ｑ軸電流制御演算部１１は、第１のｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｑ軸電流検出値Ｉｑｃとの偏差に応じて、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**を演算する。
ここで、ｄ軸電流制御演算部９，ｑ軸電流制御演算部１１は、「比例演算＋積分演算」あるいは「積分演算」で構成されるものとする。
【００１６】
ベクトル制御演算部１２ａは、第２のｄ軸の電流指令値Ｉｄ**、第２のｑ軸の電流指令値Ｉｑ**と、速度推定値ω１、及び電動機定数の設定値（Ｒ*，Ｌｄ*，Ｌｑ*，Ｋｅ*）を用いて、電圧指令値Ｖｄ* ，Ｖｑ*を演算する。
座標変換部１３は、電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*と回転位相指令値θｃ*とを用いて、３相交流の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を演算する。
電動機定数同定部１４は、軸誤差推定演算部４の内部で演算されるｑ軸電圧成分値「Ｘ」と速度推定値ω１、及び誘起電圧係数Ｋｅの設定値Ｋｅ*を用いて、巻線抵抗値の設定誤差の同定値ΔＲ＾，誘起電圧係数Ｋeと設定値Ｋe*との比率の同定値Ｋe＾＿gainを演算する。
【００１７】
最初に、電圧制御と位相制御の基本動作について述べる。
まず、トルク／電流変換部１０は、上位から与えられるトルク指令値τ＊が、（２）式を用いて、ｑ軸の電流指令値Ｉｑ*に変換する。
【数２】
2010011564.tif 000004
ここで、
Ｐm       ：永久磁石同期電動機の極対数
Ｋe＊       ：誘起電圧係数Keの設定値
Ｋe＾＿gain：誘起電圧係数Ｋeと設定値Ｋe*との比率の同定値（Ｋe／Ｋe*）
である。
【００１８】
次に、ｄ軸電流制御演算部９、及びｑ軸電流制御演算部１１は、
第１の電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*と電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃとを用いて、ベクトル制御演算に用いる中間的な第２の電流指令値Ｉｄ**，Ｉｑ**を演算する。
ベクトル制御演算部１２ａでは、第２の電流指令値Ｉｄ**，Ｉｑ**と速度推定値ω１、及び永久磁石同期電動機１の定数設定値（Ｒ*，Ｌｄ*，Ｌｑ*，Ｋｅ*）を用いて、（３）式に示す電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*を演算し、電力変換器２の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を制御する。
【００１９】
【数３】
2010011564.tif 000005
ここで、
Ｒ  ：巻線抵抗値
Ｌd ：ｄ軸インダクタンス値、  Ｌq ：ｑ軸インダクタンス値
である。
【００２０】
一方、位相制御の基本動作については、軸誤差推定演算部４において、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ*，電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃ、速度推定値ω１、永久磁石同期電動機１の定数設定値（Ｒ*，Ｌq*）、及び「巻線抵抗値の設定誤差（Ｒ−Ｒ＊）の同定値ΔＲ＾」を用いて、回転位相指令値θｃ*と回転位相値θの偏差である軸誤差値Δθ(＝θｃ*−θ)の推定演算を行う。軸誤差推定値Δθｃは、（４）式を用いて演算される。
【数４】
2010011564.tif 000006
【００２１】
速度推定演算部５は、推定位相誤差値Δθｃが「ゼロ」となるようにＰＬＬ制御することにより、（５）式を用いて速度推定値ω１を演算する。
【数５】
2010011564.tif 000007
ここで、Ｋｐ：比例ゲイン，Ｋｉ：積分ゲイン，Ｓはラプラス演算子である。
【００２２】
位相演算部６では、速度推定値ω１を用いて、（６）式に示す演算で回転位相推定値θｃ*を制御する。
【数６】
2010011564.tif 000008
以上が、ベクトル制御部１５０の電圧制御と位相制御との基本動作である。
【００２３】
次に、本実施形態の特徴構成である「電動機定数同定演算部１４」を設けず、ベクトル制御部１５０の設定値を固定した場合の制御特性について説明する。
図１の制御装置において、低速域（定格回転速度の数％程度）での一定速運転を行い、ランプ状に変化する負荷トルクτＬを与える。
このとき、永久磁石同期電動機１の巻線抵抗値と、軸誤差推定演算部４とベクトル制御演算部１２ａの設定値Ｒ＊の誤差（有／無）による制御特性」を図２，図３に示す。
低速域では、永久磁石同期電動機１の巻線抵抗値Ｒの変動が安定性の大きな問題となる。
【００２４】
図２は、永久磁石同期電動機１の巻線抵抗値Ｒと、軸誤差推定演算部４とベクトル制御演算部１２ａに設定されている設定値Ｒ*とが一致している場合（Ｒ＝Ｒ*）の制御特性であり、横軸は時間［ｓ］である。永久磁石同期電動機１が１０％速度で回転しているとき、図２（ａ）のＡ点からＢ点までの間に、ランプ状の負荷トルクτＬ（０→１００％）を与えている。
負荷トルクτＬが変化している区間（Ａ点からＢ点まで）では、図２（ｂ）に示される回転速度ωｒが１０％速度から２％速度まで低下するが、Ｂ点以降において、回転速度は戻り、１０％速度で安定に運転されている。
しかし、運転中に負荷トルクτＬが増加する高負荷運転や、負荷トルクτＬが入った状態が継続される場合には、永久磁石同期電動機１の巻線抵抗値Ｒは、発熱により増加し、設定誤差（Ｒ―Ｒ*）が発生する。
【００２５】
図３は、巻線抵抗値Ｒが２０％増加した場合（Ｒ=１.２×Ｒ＊）の制御特性であり、横軸は時間［ｓ］である。図３（ａ）において負荷トルクτＬが直線的に増加すると、図３（ｂ）のＣ点において、永久磁石同期電動機１の回転速度が低下し、運転不能の状態（脱調）に陥っている。
これは、Ｒ＞Ｒ*の状態で設定誤差（Ｒ―Ｒ*）が発生すると、軸誤差推定演算部４のｑ軸電圧成分である分母値「Ｘ」が大きくなり、速度推定値ω１の推定精度劣化が脱調の原因である（永久磁石同期電動機１の回転速度ωｒは大きく変化しているが、速度推定値ω１の変化幅は小さい）。
【００２６】
また、高速域（定格回転速度の数十％以上）においても同様に、一定速運転でランプ状に変化する負荷トルクτＬが永久磁石同期電動機１に与えられると、永久磁石同期電動機１の誘起電圧係数Ｋｅの変動が問題となる。
高速域では、運転中に負荷トルクが増加する高負荷運転や、負荷トルクτＬが入った状態が継続される場合、永久磁石同期電動機１は、誘起電圧係数Ｋｅが低下し、設定誤差（Ｋｅ−Ｋｅ*）が発生する。
【００２７】
図１の電動機制御システム２００において電動機定数同定演算部１４を設けない場合に、高速域（定格回転速度の数十％以上）の等速度運転を行い、ランプ状に変化する負荷トルクτＬが与えられているとする。
図４は、永久磁石同期電動機１の誘起電圧係数Ｋｅと、トルク／電流変換部１０、及びベクトル制御演算部１２ａに設定する設定値Ｋｅ*とが一致している場合（Ｋｅ＝Ｋｅ＊）の制御特性図である。永久磁石同期電動機１（図１）が一定の１００％速度の回転速度ωｒで運転しているとき、Ｄ点からＥ点までの間に、ランプ状の負荷トルクτL（０→１００％）が与えられている。
負荷トルクτＬが変化している区間（Ｄ点からＥ点まで）は、回転速度ωｒが９２％まで低下するが、Ｅ点以降は、回転速度ωｒが戻り、１００％速度で高精度に運転している。
【００２８】
図５は、誘起電圧係数Ｋeが２０％減少した場合（Ｋｅ=０.８×Ｋｅ＊）の制御特性図である。誘起電圧係数の誤差（Ｋe−Ｋｅ＊）が発生しても、安定な運転は可能であるが、Ｆ点からＧ点までの間には、図５（ｂ）に示される回転速度ωｒが、図４の場合（Ｋｅ＝Ｋｅ＊）に比べて約２％低下している。制御系では，設定値Ｋｅ*を用いてｑ軸電流指令値Ｉｑ*を算出していることが原因であり、この回転速度ωｒの偏差は，負荷のイナーシャ値が小さい程大きくなる。つまり、低イナーシャ値の場合は，回転速度ωｒの偏差が数十％となってしまう。
このように、低速域では巻線抵抗値の設定誤差（Ｒ−Ｒ＊）により制御特性が劣化し、高速域では誘起電圧係数の設定誤差（Ｋｅ＊−Ｋｅ）により、制御特性が劣化してしまうという問題があった。
【００２９】
ここからは、本実施形態の特徴となる「電動機定数の同定原理」について説明を行う。
ベクトル制御演算部１２ａでは、（３）式で示される電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*が演算される。また、永久磁石同期電動機１の印加電圧Ｖｄ，Ｖｑは、永久磁石同期電動機１のｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉq、及び電動機定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）を用いて表すと、 
【数７】
2010011564.tif 000009
となる。
【００３０】
ここで、軸誤差Δθ＝0となるようにＰＬＬ制御されると、
（３）式と（７）式との右辺は一致するので、ｄ軸電流制御演算部９、及びｑ軸電流制御演算部１１の出力値Ｉｑ**，Ｉｑ **は、（８）式で表すことができる。
【数８】
2010011564.tif 000010
また、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*を「０」に設定していることから、
【数９】
2010011564.tif 000011
となる。
【００３１】
ここで、軸誤差推定演算部４の演算について着目する。
軸誤差推定演算部４では、（４）式を用いて軸誤差推定値Δθｃが演算されるので、Ｉｄ*＝Ｉｄｃ，Ｉｑ*＝Ｉｑｃ，ω１＝ωｒとして、（３）式、及び（９）式を、（４）式に代入すると、軸誤差演算値Δθcは、（１０）式のように示すことができる。
【数１０】
2010011564.tif 000012
【００３２】
ここで、「低速域」と「高速域」とにおいて、（１０）式の分母に現れるｑ軸電圧成分値Ｘ＝（Ｒ−（Ｒ＊＋ΔＲ＾））・Ｉｑｃ＋ω１・Ｋｅのパラメータ感度について調べるため、電動機定数同定演算を行わない場合（ΔＲ＾＝０，Ｋｅ＿gain＝１）のｑ軸電圧成分値Ｘ０を考える。
【００３３】
最初に、「低速域」について調べる。
（１０）式の分母に現れるｑ軸電圧成分値「Ｘ０」(ΔＲ＾＝０)は、（１１）式に示されるように、巻線抵抗値の設定誤差（Ｒ−Ｒ＊）を含んでいることがわかる。
【数１１】
2010011564.tif 000013
【００３４】
ｑ軸電圧成分値Ｘ０を、巻線抵抗値の設定誤差（Ｒ−Ｒ＊）について整理すると、
【数１２】
2010011564.tif 000014
となる。
【００３５】
そこで、同定する巻線抵抗値の設定誤差（Ｒ−Ｒ＊）をΔＲ＾として、
軸誤差推定演算部４において、ΔＲ＾を考慮した（４）式の演算を行えば、フィードバックループが構成され、分母に現れるｑ軸電圧成分値「Ｘ」を用いて、設定誤差ΔＲ＾の同定を行うことができる。
【数１３】
2010011564.tif 000015
ここで、Ｋは積分ゲインである。
【００３６】
（１０）式の分母に現れるｑ軸電圧成分値「Ｘ」は、設定誤差ΔＲ＾＝（Ｒ−Ｒ＊）を用いて（１４）式となる。
【数１４】
2010011564.tif 000016
さらに、永久磁石同期電動機１の回転速度ωｒが零付近で非常に小さく、（１５）式の関係が成立する範囲ならば、
【数１５】
2010011564.tif 000017
となる。
【００３７】
（１３）式の代わりに、（１６）式を演算してもよい。
【数１６】
2010011564.tif 000018
つまり、低速域の区間においては、（１０）式の分母に現れるｑ軸電圧成分値「Ｘ」を用いて、永久磁石同期電動機１の巻線抵抗値Ｒを同定することが可能である。この同定値ΔＲ＾を用いて、軸誤差推定演算を行えば、巻線抵抗値Ｒの変化に対してロバストで高安定な制御特性を実現することができる。
【００３８】
一方、高速域の区間では、（１７）式に示す関係が成立する。
【数１７】
2010011564.tif 000019
すると、軸誤差推定演算部４の分母値に現れるｑ軸電圧成分値「Ｘ」は、（１８）式となる。
【数１８】
2010011564.tif 000020
【００３９】
そこで、（１９）式により、永久磁石同期電動機１の誘起電圧係数Ｋｅと設定値Ｋｅ*との比率（Ｋｅ／Ｋｅ*）の同定演算を行う。
【数１９】
2010011564.tif 000021
ここで、（１８）式を（１９）式に代入すると、同定値Ｋe＾＿gain の値は（２０）式となることがわかる。
【数２０】
2010011564.tif 000022
通常は、誘起電圧係数の設定値Ｋｅ*を用いて、（２１）式によりｑ軸電流指令値Ｉｑ*を演算するのが一般的である。
【数２１】
2010011564.tif 000023
【００４０】
本実施形態では、誘起電圧係数Ｋｅと設定値Ｋｅ*との比率（Ｋｅ／Ｋｅ*）の同定値Ｋe＾＿gainを用いて、（２２）式の演算を行う。
【数２２】
2010011564.tif 000024
つまり、高速域の区間においても、軸誤差演算部４の分母に表れているｑ軸電圧成分値「Ｘ」を用いて誘起電圧係数Ｋｅと設定値Ｋｅ*との比率（Ｋｅ／Ｋｅ*）を同定することが可能である。
【００４１】
この比率の同定値Ｋｅ＾＿gain を用いて、トルク／電流変換を行えば、誘起電圧係数の変化にロバストな制御特性を実現することができる。以上が、「電動機定数の同定原理」である。
【００４２】
次に、制御装置１００の構成について説明する。
最初に、図６，図７を用いて、低速域の区間で実行する「巻線抵抗値Ｒの同定演算」について説明する。
低速域用信号発生部１４１は、電動機定数同定演算部１４（図１）に含まれているものであり、速度推定値ω１を入力し、速度推定値ω１と低速域検出レベル（low＿mod＿lvl）とを比較することにより、（２３）式の関係の判定フラグ（low＿mod＿flg）を作成する。
【数２３】
2010011564.tif 000025
電動機定数同定演算部１４は、判定フラグが「１」のとき、低速域と判断し、巻線抵抗値の同定演算を行う。
【００４３】
また、低速域検出レベルは、（２４）式の関係を満たす必要がある。
【数２４】
2010011564.tif 000026
ここで、Ｉq＿ｍｉｎ＿ｌｖｌは、所定の電流レベル値であり、同定演算が実行可能な電流検出レベルであればよく、具体的には、定格電流の数［％］程度である。
【００４４】
図７を用いて、「巻線抵抗値Ｒの同定演算の処理」について説明を行う。
電動機定数同定演算部１４は、判定部１４２と、乗算器１４３と、加算器１４６と、積分器１４４と、切替部１４５とを備える。
判定部１４２は、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃを入力し、所定の電流レベル（Iq＿min＿lvl）と比較され、（２５）式の関係の判定フラグ（i＿mod＿flg＿1）を作成する。
【数２５】
2010011564.tif 000027
【００４５】
乗算器１４３は、速度推定値ω１に、誘起電圧係数の設定値である定数Ｋｅ*を乗算する。加算器１４６は、ｑ軸電圧成分値Ｘから乗算器１４３による乗算値Ｋｅ*・ω１を減算する。積分器１４４は、加算器１４６の出力信号をＫ／ｓ倍に積分し、出力値ΔＲ＿１を出力する。
切替部１４５は、判定部１４２の判定フラグ（i＿mod＿flg＿1）が「１」のとき、積分演算部１４４の出力値であるΔＲ＿１を出力し、判定フラグ（i＿mod＿flg＿1）が「０」のとき、切替部１４５の出力である同定演算値ΔＲの前回値であるΔＲ＿２を出力する。
【００４６】
次に、図８，図９を用いて、高速域で実行される「誘起電圧係数Ｋｅの同定演算」について説明する。
高速域用信号発生部１４６は、速度推定値ω１を入力し、速度推定値ω１と高速域検出レベル（high＿mod＿lvl）とを比較して、（２６）式の判定フラグ（high＿mod＿flg）を生成する。
【数２６】
2010011564.tif 000028
電動機定数同定演算部１４は、判定フラグが「１」のとき、高速域の区間と判断し、誘起電圧係数の同定演算を行う。
ここで、高速域検出レベルは、（２７）式の関係を満たす必要がある。
【数２７】
2010011564.tif 000029
【００４７】
図９を用いて、「誘起電圧係数Ｋｅの同定演算の処理」について説明を行う。
電動機定数同定演算部１４は、乗算器１４７と、除算演算部１４８と、切替部１４９とを備え、ｑ軸電圧成分値「Ｘ」、及び速度推定値ω１を用いて同定値Ｋe＾＿gainを演算する。乗算器１４７は、速度推定値ω１と、誘起電圧係数Ｋｅの設定値Ｋｅ*とを乗算する。除算演算部１４８は、（１９）式に基づき、ｑ軸電圧成分値「Ｘ」を乗算器１４７の乗算結果ω１・Ｋｅ＊で除す。
【００４８】
切替部１４９は、
判定フラグ（ｈigh＿mod＿flg）が「１」の場合は、除算演算部１４８の出力値であるＫe＾＿gain＿１を出力し、
判定フラグ（ｈigh＿mod＿flg）が「０」の場合は、切替部１４９の出力である誘起電圧係数の設定比（Ｋｅ／Ｋｅ*）である同定演算値Ｋｅ＾＿gainの前回値Ｋｅ＾＿gain＿２を出力する。
【００４９】
図１０，図１１は、本実施形態の「電動機定数の同定演算」を行った場合の特性図である。
図１０は、低速域の制御特性図であり、横軸は時間［ｓ］を示している。図１０（ａ）は、永久磁石同期電動機１の巻線抵抗値Ｒが設定値Ｒ＊よりも２０％増加した場合（Ｒ=１.２×Ｒ＊）の負荷トルクτＬを示し、図１０（ｂ）は回転速度ωｒを示し、図１０（ｃ）の破線は、巻線抵抗値Ｒを示し，図１０（ｃ）の実線は（設定値Ｒ＊＋同定値ΔＲ＾）を示している。
【００５０】
図１０（ｃ）の○で囲んだＨ領域において、ΔＲ＾の推定演算が行われている。
このＨ領域以降で、「同定値ΔＲ＾と設定値Ｒ＊との加算値」である実線が、「破線」で示す「永久磁石同期電動機１の巻線抵抗値Ｒ」に一致している（１．０→１．２）。すなわち、図３のような運転不能の状態（脱調）には陥らず、安定な制御特性を実現できている。
【００５１】
図１１は、高速域の制御特性図であり、永久磁石同期電動機１の誘起電圧係数Ｋｅが２０％減少した場合（Ｋｅ=０.８×Ｋｅ*）の負荷トルクτＬ（図１１（ａ）），回転速度ωｒ（図１１（ｂ））、誘起電圧係数Ｋｅ（図１１（ｃ）の破線）、誘起電圧係数の設定比（Ｋｅ＾＿gain×Ｋｅ＊）（図１１（ｃ）の実線）を示している。
【００５２】
図１１（ｃ）の○で囲んだＩ領域において、本実施形態による設定値Ｋｅ^＿gainの推定演算が実行されている。
このＩ領域以降において、「Ｋｅ＾＿gainとＫｅ＊との乗算値」である実線が、「破線」で示す「永久磁石同期電動機１の誘起電圧係数Ｋｅ」に一致している（１.０→０.８）ことがわかる。
すなわち、図１１（ｂ）において、回転速度ωｒは９２％であり、図５（ｂ）のように、さらに回転速度２％低下のような状態になっておらず、高精度な制御が実現できていることがわかる。
【００５３】
（第２実施形態）
第１実施形態では、電動機定数同定演算部１４の出力値（ΔＲ＾、Ｋｅ＾＿gain）を用いて、トルク／電流変換部１０と軸誤差推定演算部４の電動機定数とを修正する方式であったが、出力値（ΔＲ＾、Ｋｅ＾＿gain）を用いて、ベクトル制御演算部１２の設定値にも適用することができる。
【００５４】
図１２の全体構成図の各構成要素は、ベクトル制御演算部１２ａがベクトル制御演算部１２ｂに変更になっている。すなわち、電動機制御システム２１０は、制御装置１１０を備え、制御装置１１０はベクトル制御部１５２を備え、ベクトル制御部１５２は、ベクトル制御演算部１２ｂを備えている点を除いて図１と同様である。
ベクトル制御演算部１２ｂは、（２８）式に示すようなｄ軸電圧指令値Ｖｄ*、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を出力する。
【数２８】
2010011564.tif 000030
【００５５】
本実施形態によれば、ベクトル制御演算部１２ｂが、永久磁石同期電動機１の定数の同定値（ΔＲ＾， Ｋｅ＾＿gain）を用いて演算を行うことにより、高精度なベクトル制御系を実現することができる。
【００５６】
（第３実施形態）
第１実施形態では、電動機定数同定演算部１４の出力値（ΔＲ＾，Ｋｅ＾＿gain）を用いて、トルク／電流変換部１０と軸誤差推定演算部４の電動機定数とを修正する方式であったが、出力値ΔＲ＾を用いて、ｄ軸電流制御演算部９、及びｑ軸電流制御演算部１１の制御ゲインを演算にも適用することができる。
【００５７】
図１３の全体構成図において、電動機制御システム２２０は、制御装置１２０を備え、制御装置１２０はベクトル制御部１５４を備え、ベクトル制御部１５４は、ｄ軸電流制御演算部９ａ、及びｑ軸電流制御演算部１１ａを備えている点を除いて、図１と同様である。
（２９）式に示すように、同定した永久磁石同期電動機１の定数の同定値Ｒ＾を用いて、ｄ軸電流制御演算部９ａ、及びｑ軸電流制御演算部１１ａの制御ゲイン（Ｋｐ＿ｄ, Ｋｐ＿ｑ）を修正すれば、高応答なトルク制御系を実現することができる。
【数２９】
2010011564.tif 000031
ここで、Kp_d    ：第２のｄ軸電流制御演算用の比例ゲイン，Ki_d:積分ゲイン
Kp_q    ：第２のｑ軸電流制御演算用の比例ゲイン，Ki_q:積分ゲイン
ωc_acr  ：電流制御応答角周波数［ｒａｄ／ｓ］
である。
【００５８】
（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）第１実施形態から第３実施形態までは、第１の電流指令値（Ｉｄ*，Ｉｑ*)と電流検出値（Ｉｄｃ，Ｉｑｃ）とから、第２の電流指令値（Ｉｄ**，Ｉq**）を作成して、この電流指令値を用いてベクトル制御演算を行ったが、
ａ）第１の電流指令値（Ｉｄ*，Ｉｑ*)と電流検出値（Ｉｄｃ，Ｉｑｃ）とから、電圧補正値（ΔＶｄ*，ΔＶｑ*）を作成して、この電圧補正値（ΔＶｄ*, ΔＶｑ*）と、第１の電流指令値（Ｉd*，Ｉq*），速度推定値ω1，永久磁石同期電動機１の定数を用いて、（３０）式に従い電圧指令値（ΔＶｄ*，ΔＶｑ*）を演算することも可能である。また、
ｂ）第１のｄ軸の電流指令Ｉｄ*（＝０）、及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｃの一次遅れ信号Ｉｑｃｔｄ、及び速度指令値ωｒ*，永久磁石同期電動機１の定数を用いて、（３１）式に従い電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*を演算することもできる。
【００５９】
（２）第１実施形態から第３実施形態までは、高価な電流検出器３で検出した３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する方式であったが、電力変換器２の過電流検出用に取り付けているワンシャント抵抗に流れる直流電流から、３相のモータ電流Ｉｕ＾,Ｉv＾,Ｉw＾を再現し，この再現電流値を用いる「低コストなシステム」にも対応することができる。
【数３０】
2010011564.tif 000032
【数３１】
2010011564.tif 000033
本実施形態によれば、永久磁石同期電動機のベクトル制御方式において、実運転の直前や実運転中において、周囲温度によって変化する電動機の巻線抵抗値と誘起電圧係数を同定し、かつ制御系に設定している電動機の定数値を自動的に修正することより、高精度かつ高応答な制御特性を提供することができる。
【００６０】
（３）前記各実施形態は、トルク指令制御であったので、電動機定数同定演算部１４が、速度推定値ω１を用いて電動機定数を同定したが、速度指令制御の場合は、速度指令値を用いて電動機定数を同定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態である電動機制御システムの全体構成図である。
【図２】本発明を適用しない場合の低速域における制御特性図である（Ｒ＝Ｒ＊）。
【図３】本発明を適用しない場合の低速域における制御特性図である（Ｒ＝１.２×Ｒ＊）。
【図４】本発明を適用しない場合の高速域における制御特性図である（Ｋｅ＝ Ｋｅ＊）。
【図５】本発明を適用しない場合の高速域における制御特性図である（Ｋｅ＝ ０.８×Ｋｅ＊）。
【図６】電動機定数同定演算部に含まれる低速域用信号発生部の説明図である。
【図７】低速域で実行される電動機定数同定演算部の説明図である。
【図８】電動機定数同定演算部に含まれる高速域用信号発生部の説明図である。
【図９】高速域で実行される電動機定数同定演算部の説明図である。
【図１０】第１実施形態の低速域における制御特性図である（Ｒ＝１.２×Ｒ＊）。
【図１１】第１実施形態の高速域における制御特性図である（Ｋｅ＝ ０.８×Ｋｅ＊）。
【図１２】本発明の第２実施形態を示す電動機制御システムの全体構成図である。
【図１３】本発明の第３実施形態を示す電動機制御システムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  永久磁石同期電動機
２  電力変換器
３  電流検出器
４  軸誤差推定演算部
５  速度推定演算部
６  位相演算部
７  座標変換部
８  ｄ軸電流指令発生部
９，９ａ  ｄ軸電流制御演算部
１０  トルク／電流変換部
１１，１１ａ  ｑ軸電流制御演算部
１２，１２ａ，１２ｂ  ベクトル制御演算部
１３  座標変換部
１４  電動機定数同定演算部
１５，１６，１４６  加算器
２１  直流電源
１００，１１０，１２０  制御装置
１４１  低速域用信号発生部
１４２  判定部
１４３，１４７  乗算器
１４４  積分器
１４５，１４９  切替部
１４８  除算演算部
１５０，１５２，１５４  ベクトル制御部
２００，２１０，２２０  電動機制御システム
【図１】
2010011564.tif 000034
【図２】
2010011564.tif 000035
【図３】
2010011564.tif 000036
【図４】
2010011564.tif 000037
【図５】
2010011564.tif 000038
【図６】
2010011564.tif 000039
【図７】
2010011564.tif 000040
【図８】
2010011564.tif 000041
【図９】
2010011564.tif 000042
【図１０】
2010011564.tif 000043
【図１１】
2010011564.tif 000044
【図１２】
2010011564.tif 000045
【図１３】
2010011564.tif 000046