(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機のステータ側電流を観測値とし、ステータ側電圧指令値を入力として構成される誘導電動機制御回路用のオブザーバにおいて、
推定されるロータ側鎖交磁束推定値と、ステータ側電流から推定されるステータ電流を差し引いたステータ電流推定誤差との内積値と、内積値の積分値からなる補正量を補正項としてステータ側電圧指令値に加えたものを新たに入力として使用し、推定値の誤差を低減することを特徴とする、誘導電動機制御回路用のオブザーバの入力電圧補正方法。
【請求項２】
入力した速度指令および電流指令、並びに現在の制御ステップより１周期後の次の制御ステップにおけるステータ電流推定ベクトルとから電圧指令ベクトルを生成する電圧指令生成回路と、電圧指令生成回路からの電圧指令ベクトルおよび次の制御ステップにおけるロータ側鎖交磁束推定ベクトルとから各相電圧指令を出力するベクトル制御回路と、ベクトル制御回路の出力する各相電圧指令に基づき誘導電動機を駆動するインバータとからなる誘導電動機制御回路に、前記次の制御ステップにおけるステータ電流推定ベクトルおよびロータ側鎖交磁束推定ベクトルを供給するために、現在の制御ステップのステータ電流推定ベクトルとロータ側鎖交磁束推定ベクトルおよび電圧指令生成回路からの電圧指令ベクトル、並びに実際のステータ電流ベクトルとステータ電流推定ベクトルとの誤差とから、次の制御ステップのステータ電流推定ベクトルおよびロータ側鎖交磁束推定ベクトルを推定する、誘導電動機制御回路用のオブザーバにおいて、
現在の制御ステップのロータ側鎖交磁束推定ベクトルと、現在の制御ステップの実際のステータ電流ベクトルとステータ電流推定ベクトルとの誤差との内積値と、前記内積値の現在の制御ステップまでの積分値との和からなる補正量を、現在の制御ステップの電圧指令生成回路からの電圧指令ベクトルに加えたものによって、現在の制御ステップの電圧指令生成回路からの電圧指令ベクトルを置き換えるベクトル補正回路を有することを特徴とする、誘導電動機制御回路用のオブザーバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、誘導電動機制御回路用のオブザーバおよびその入力電圧補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘導電動機制御回路用のオブザーバについて、図７に示すフローチャートに従って説明する。デジタル制御を用いた場合、まず、ｋ・Ｔs 秒（ｋは制御ステップの順を表す整数、Ｔsは制御ステップの周期）の時点でインバータから誘導電動機に供給される少なくとも２相分のステータ側電流（例えば、Ｕ相電流
【０００３】
【外１】
0003675509.tif 000002
Ｖ相電流
【０００４】
【外２】
0003675509.tif 000003
およびステータ側電圧（例えば、Ｕ相電圧
【０００５】
【外３】
0003675509.tif 000004
Ｖ相電圧
【０００６】
【外４】
0003675509.tif 000005
を検出し、３相−２相変換により、通常ベクトル制御で用いられるα−β軸座標系に、上記の電流、電圧を座標変換し、それぞれ、ｋ・Ｔs 秒時のα相電流
【０００７】
【外５】
0003675509.tif 000006
β相電流
【０００８】
【外６】
0003675509.tif 000007
α相電圧
【０００９】
【外７】
0003675509.tif 000008
β相電圧
【００１０】
【外８】
0003675509.tif 000009
を算出する。その後において、電学論Ｄ  ｖｏｌ．III ．Ｎｏ．１１，ｐ．９５４〜９６０（１９９１）に示される式（１），（２）を、逐次形に展開した式（３），（４）（式（１）ないし式（４）については、従来の技術の記載の最後尾に掲載してある）に従って動作する誘導電動機制御回路用のオブザーバを用い、制御ステップｋの推定値等により制御ステップ（ｋ＋１）の推定値を算出する。すなわち、制御ステップｋの制御ループで推定されたｋ・Ｔs 秒時のα相電流推定値
【００１１】
【外９】
0003675509.tif 000010
（上方の記号は推定値であることを表す）とα相電流
【００１２】
【外１０】
0003675509.tif 000011
との推定誤差
【００１３】
【数１】
0003675509.tif 000012
β相電流推定値
【００１４】
【外１１】
0003675509.tif 000013
とβ相電流
【００１５】
【外１２】
0003675509.tif 000014
との推定誤差
【００１６】
【数２】
0003675509.tif 000015
、α相ロータ側の界磁磁束推定値
【００１７】
【外１３】
0003675509.tif 000016
、β相ロータ側の界磁磁束推定値
【００１８】
【外１４】
0003675509.tif 000017
、α相電圧
【００１９】
【外１５】
0003675509.tif 000018
、β相電圧
【００２０】
【外１６】
0003675509.tif 000019
および速度
【００２１】
【外１７】
0003675509.tif 000020
、もしくは速度推定値
【００２２】
【外１８】
0003675509.tif 000021
を用いて、（ｋ＋１）・Ｔs 秒時の推定値
【００２３】
【外１９】
0003675509.tif 000022
を算出する。
【００２４】
上述の従来技術の記載において引用された式を以下に示す。
【００２５】
【数３】
0003675509.tif 000023
【００２６】
【数４】
0003675509.tif 000024
Ｒs ＝ステータ抵抗、Ｒr ＝ロータ抵抗、ＬM ＝ロータステータ相互インダクタンス、Ｌs ＝ステータ自己インダクタンス、Ｌr ＝ロータ自己インダクタンス、
【００２７】
【外２０】
0003675509.tif 000025
＝速度、
【００２８】
【外２１】
0003675509.tif 000026
＝速度推定値、ｇ1 ，ｇ2 ，ｇ3 ，ｇ4 ＝オブザーバフィードバックゲイン、
【００２９】
【外２２】
0003675509.tif 000027
＝ステータα相電流、
【００３０】
【外２３】
0003675509.tif 000028
＝ステータβ相電流、
【００３１】
【外２４】
0003675509.tif 000029
＝ステータα相電圧、
【００３２】
【外２５】
0003675509.tif 000030
＝ステータβ相電圧、
【００３３】
【外２６】
0003675509.tif 000031
＝ステータα相電流推定値、
【００３４】
【外２７】
0003675509.tif 000032
＝ステータβ相電流推定値、
【００３５】
【外２８】
0003675509.tif 000033
＝ロータα相界磁磁束推定値、
【００３６】
【外２９】
0003675509.tif 000034
＝ロータβ相界磁磁束推定値、
【００３７】
【数５】
0003675509.tif 000035
【００３８】
【数６】
0003675509.tif 000036
【００３９】
【数７】
0003675509.tif 000037
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の誘導電動機制御回路においては、電圧センサを削除してコストを削減することが強く望まれる。これを実現しようとするひとつの方法として、α相電圧指令値
【００４１】
【外３０】
0003675509.tif 000038
β相電圧指令値
【００４２】
【外３１】
0003675509.tif 000039
を
【００４３】
【外３２】
0003675509.tif 000040
の代りに使用することが考えられる。この場合に、電圧指令値と実際値に誤差が存在することがあり、特にロータ側界磁磁束
【００４４】
【外３３】
0003675509.tif 000041
および速度推定値
【００４５】
【外３４】
0003675509.tif 000042
に誤差が発生するという問題があった。
【００４６】
本発明は上記問題に鑑み、電圧指令値
【００４７】
【外３５】
0003675509.tif 000043
に誤差補正を行うことにより、精度よくロータ側鎖交磁束および速度推定を行うことができる、誘導電動機制御回路用のオブザーバとその入力電圧補正方法とを提供することを目的とする。
【００４８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の誘導電動機制御回路用のオブザーバの入力電圧補正方法は、誘導電動機のステータ側電流を観測値とし、ステータ側電圧指令値を入力として構成される誘導電動機制御回路用のオブザーバにおいて、推定されるロータ側鎖交磁束推定値と、ステータ側電流から推定されるステータ電流を差し引いたステータ電流推定誤差との内積値と、内積値の積分値からなる補正量を補正項としてステータ側電圧指令値に加えたものを新たに入力として使用し、推定値の誤差を低減する。
【００４９】
また、本発明の誘導電動機制御回路用のオブザーバは、入力した速度指令および電流指令、並びに現在の制御ステップより１周期後の次の制御ステップにおけるステータ電流推定ベクトルとから電圧指令ベクトルを生成する電圧指令生成回路と、電圧指令生成回路からの電圧指令ベクトルおよび次の制御ステップにおけるロータ側鎖交磁束推定ベクトルとから各相電圧指令を出力するベクトル制御回路と、ベクトル制御回路の出力する各相電圧指令に基づき誘導電動機を駆動するインバータとからなる誘導電動機制御回路に、前記次の制御ステップにおけるステータ電流推定ベクトルおよびロータ側鎖交磁束推定ベクトルを供給するために、現在の制御ステップのステータ電流推定ベクトルとロータ側鎖交磁束推定ベクトルおよび電圧指令生成回路からの電圧指令ベクトル、並びに実際のステータ電流ベクトルとステータ電流推定ベクトルとの誤差とから、次の制御ステップのステータ電流推定ベクトルおよびロータ側鎖交磁束推定ベクトルを推定する、誘導電動機制御回路用のオブザーバであって、
現在の制御ステップのロータ側鎖交磁束推定ベクトルと、現在の制御ステップの実際のステータ電流ベクトルとステータ電流推定ベクトルとの誤差との内積値と、前記内積値の現在の制御ステップまでの積分値との和からなる補正量を、現在の制御ステップの電圧指令生成回路からの電圧指令ベクトルに加えたものによって、現在の制御ステップの電圧指令生成回路からの電圧指令ベクトルを置き換えるベクトル補正回路を有する。
【００５０】
例えば本発明は、α−β軸座標系におけるロータ側鎖交磁束推定値ベクトル
【００５１】
【数８】
0003675509.tif 000044
と、ステータ側電流推定誤差
【００５２】
【数９】
0003675509.tif 000045
との内積とその積分値をそれぞれ所定ゲイン倍した、電圧補正量Ｖc(k)
【００５３】
【数１０】
0003675509.tif 000046
を電圧指令ベクトル絶対値である
【００５４】
【数１１】
0003675509.tif 000047
に加算し、電圧指令ベクトル絶対値を補正し、その後ｄ−ｑ軸座標系よりα，β軸座標系に変換したα相、およびβ相電圧
【００５５】
【外３６】
0003675509.tif 000048
を新らためて、オブザーバ入力値として使用するものである。
【００５６】
【作用】
上記、内積値
【００５７】
【数１２】
0003675509.tif 000049
は、図３，４のシミュレーション結果に示す様に指令電圧絶対値
【００５８】
【数１３】
0003675509.tif 000050
が実電圧絶対値
【００５９】
【数１４】
0003675509.tif 000051
と比較した場合に、
【００６０】
【数１５】
0003675509.tif 000052
である場合は、
【００６１】
【数１６】
0003675509.tif 000053
である場合と対応する（図３参照）。また、
【００６２】
【数１７】
0003675509.tif 000054
である場合は、
【００６３】
【数１８】
0003675509.tif 000055
である場合に対応する（図４参照）。
このため、電圧補正量Ｖc を
【００６４】
【数１９】
0003675509.tif 000056
で構成し、
【００６５】
【外３７】
0003675509.tif 000057
に加算して補正した
【００６６】
【数２０】
0003675509.tif 000058
を電圧指令絶対値としてα−β軸座標系に変換したα，β相電圧指令
【００６７】
【外３８】
0003675509.tif 000059
をオブザーバ入力とすれば、Ｖc(k)の積分項（右辺第２項）の作用により、
【００６８】
【数２１】
0003675509.tif 000060
すなわち
【００６９】
【数２２】
0003675509.tif 000061
となるまで電圧指令値が補正される。このことから最終的にはオブザーバに入力される電圧指令値と実電圧との誤差が０となる。誤差が０となる結果として他の推定値
【００７０】
【外３９】
0003675509.tif 000062
および速度推定値
【００７１】
【外４０】
0003675509.tif 000063
の誤差を減少させることができる。
【００７２】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の入力電圧補正方法の一実施例が適用された誘導電動機の制御システムを示すブロック図、図２は図１の制御システムのデジタル制御動作を示すフローチャートである。  相変換器７は、ｋ・Ｔs 秒（ｋは制御ステップの順を表す整数、Ｔsは制御ステップの周期）の時点でインバータ回路５から誘導電動機１０に供給される少なくとも２相分のステータ側電流（例えば、Ｕ相ステータ電流
【００７３】
【外４１】
0003675509.tif 000064
とＶ相ステータ電流
【００７４】
【外４２】
0003675509.tif 000065
を検出し（ステップＳ１）、α−β軸座標系に変換し、
【００７５】
【外４３】
0003675509.tif 000066
と
【００７６】
【外４４】
0003675509.tif 000067
を導出する（ステップＳ２）。制御ステップ（ｋ）の制御ループで計算されているステータ電流推定値
【００７７】
【外４５】
0003675509.tif 000068
（上方の記号は推定値であることを表す）、ロータ側鎖交磁束
【００７８】
【外４６】
0003675509.tif 000069
と
【００７９】
【外４７】
0003675509.tif 000070
を用い、式（５）により電圧補正量Ｖc(k)を算出する。
【００８０】
【数２３】
0003675509.tif 000071
【００８１】
【数２４】
0003675509.tif 000072
【００８２】
【数２５】
0003675509.tif 000073
ｑ相電流コントローラの出力である
【００８３】
【外４８】
0003675509.tif 000074
（＊は指令値であることを表す）と、ｄ相電流コントローラの出力である
【００８４】
【外４９】
0003675509.tif 000075
を入力し（ステップＳ３）、電圧指令絶対値
【００８５】
【外５０】
0003675509.tif 000076
を式（６）で求める（ステップＳ４）。
【００８６】
【数２６】
0003675509.tif 000077
これをＶc(k)を用いて補正し、補正後の電圧指令絶対値
【００８７】
【外５１】
0003675509.tif 000078
を式（７）に従って導出する（ステップＳ５）。
【００８８】
【数２７】
0003675509.tif 000079
絶対値が変更された電圧指令値をｄ−ｑ軸座標系よりα−β軸座標系に変換することにより、オブザーバ入力電圧指令
【００８９】
【外５２】
0003675509.tif 000080
と
【００９０】
【外５３】
0003675509.tif 000081
を得る（ステップＳ６）。この
【００９１】
【外５４】
0003675509.tif 000082
を用いて式（８）（実施例の説明の最後尾に示してある）に従い、（ｋ＋１）Ｔs 秒時の各推定値
【００９２】
【外５５】
0003675509.tif 000083
、および式（９）（実施例の説明の最後尾に示してある）により速度推定値
【００９３】
【外５６】
0003675509.tif 000084
を導出する（ステップＳ８）。
【００９４】
誘導電動機の速度の変化に関して、従来例による場合を図５（ａ）に、本実施例による場合を図５（ｂ）にそれぞれ示してある。本実施例による場合の速度推定値
【００９５】
【外５７】
0003675509.tif 000085
の方が、従来例による場合よりも正確に実速度
【００９６】
【外５８】
0003675509.tif 000086
を推定していることが分かる。
【００９７】
図６においても図５と同様な内容が示されており、図６（ａ）は、電圧指令入力の誤差補正を行なわない時の応答波形のシミュレーション結果を示し、図６（ｂ）は、電圧指令入力の誤差補正を行なった時の応答波形のシミュレーション結果を示している。
【００９８】
上述の実施例の説明で引用した式を以下に示す。
【００９９】
【数２８】
0003675509.tif 000087
【０１００】
【数２９】
0003675509.tif 000088
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ステータ側電圧をパラメータとして使用せず、推定ロータ側鎖交磁束とステータ推定電流誤差との内積値により、電圧指令と実電圧の補正を行ない、オブザーバ入力項である電圧指令入力の誤差補正を行なっていることにより、電流推定値
【０１０２】
【外５９】
0003675509.tif 000089
ロータ鎖交磁束推定値
【０１０３】
【外６０】
0003675509.tif 000090
および、速度推定値
【０１０４】
【外６１】
0003675509.tif 000091
の真値からの誤差を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導電動機制御回路用のオブザーバの一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の実施例の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の実施例におけるロータ側鎖交磁束推定ベクトルと、実際のステータ電流ベクトルとステータ電流推定ベクトルとの誤差との内積値の変化を示すタイムチャートである。
【図４】図１の実施例におけるロータ側鎖交磁束推定ベクトルと、実際のステータ電流ベクトルとステータ電流推定ベクトルとの誤差との内積値の変化を示すタイムチャートである。
【図５】（ａ）は従来例によって実験された誘導電動機の速度の変化を示すタイムチャートである。
（ｂ）は図１の実施例によって実験された誘導電動機の速度の変化を示すタイムチャートである
【図６】（ａ）は従来例によってシミュレートされた誘導電動機の速度の変化を示すタイムチャートである。
（ｂ）は図１の実施例によってシミュレートされた誘導電動機の速度の変化を示すタイムチャートである
【図７】従来例のオブザーバの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    速度コントローラ
２    ｑ相電流コントローラ
３    ｄ相電流コントローラ
４    ベクトル制御回路
５    インバータ回路
６，７    相変換器
８    磁束推定器
９    補正コントローラ
１０    誘導電動機
【図１】
0003675509.tif 000092
【図２】
0003675509.tif 000093
【図３】
0003675509.tif 000094
【図４】
0003675509.tif 000095
【図５】
0003675509.tif 000096
【図６】
0003675509.tif 000097
【図７】
0003675509.tif 000098