(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機の一次電流を固定座標系で変換した電流値
【外１】
0003674638.tif 000084
を観測量として、また一次電圧を前記固定座標系で変換した電圧値
【外２】
0003674638.tif 000085
を用い、電流推定値
【外３】
0003674638.tif 000086
と固定子座標系で変換した２次鎖交磁束推定値
【外４】
0003674638.tif 000087
を推定し、
前記２次鎖交磁束推定値
【外５】
0003674638.tif 000088
のそれぞれの自乗の和を１／２乗し、これに１／Ｌｍ（Ｌｍ：相互インダクタンス）を乗じることにより導出される界磁電流絶対値
【外６】
0003674638.tif 000089
を用い、速度推定値
【外７】
0003674638.tif 000090
を補正する、誘導電動機の速度推定方法。
【請求項２】
電流推定値
【外８】
0003674638.tif 000091
と２次鎖交磁束推定値
【外９】
0003674638.tif 000092
より導出されるｄ軸電流推定値
【外１０】
0003674638.tif 000093
を時定数
【外１１】
0003674638.tif 000094
のローパスフィルタを通して得られる界磁電流推定値
【外１２】
0003674638.tif 000095
と界磁電流絶対値
【外１３】
0003674638.tif 000096
の偏差で速度推定値
【外１４】
0003674638.tif 000097
を補正する、請求項１記載の速度推定方法。
【請求項３】
誘導電機駆動装置において、
誘導電動機の一次電流を固定座標系で変換した電流値
【外１５】
0003674638.tif 000098
を観測量として、また一次電圧を前記固定座標系で変換した電圧値
【外１６】
0003674638.tif 000099
を用い、電流推定値
【外１７】
0003674638.tif 000100
と固定子座標系で変換した２次鎖交磁束推定値
【外１８】
0003674638.tif 000101
を推定し、
前記２次鎖交磁束推定値
【外１９】
0003674638.tif 000102
のそれぞれの自乗の和を１／２乗し、これに１／Ｌｍ（Ｌｍ：相互インダクタンス）を乗じることにより導出される界磁電流絶対値
【外２０】
0003674638.tif 000103
を用い、速度推定値
【外２１】
0003674638.tif 000104
を補正する磁束速度全次元オブザーバを有することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
【請求項４】
前記磁束速度全次元オブザーバは、電流推定値
【外２２】
0003674638.tif 000105
と２次鎖交磁束推定値
【外２３】
0003674638.tif 000106
より導出されるｄ軸電流推定値
【外２４】
0003674638.tif 000107
を時定数
【外２５】
0003674638.tif 000108
のローパスフィルタを通して得られる界磁電流推定値
【外２６】
0003674638.tif 000109
と界磁電流絶対値
【外２７】
0003674638.tif 000110
の偏差で速度推定値
【外２８】
0003674638.tif 000111
を補正する、請求項３記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項５】
速度指令値
【外２９】
0003674638.tif 000112
と速度推定値
【外３０】
0003674638.tif 000113
との偏差を入力し、トルク電流指令を出力する速度フィードバックコントローラと、
速度指令値
【外３１】
0003674638.tif 000114
と界磁電流指令
【外３２】
0003674638.tif 000115
と前記速度フィードバックコントローラの出力を入力するフィードフォワードコントローラと、
前記速度フィードバックコントローラの出力とｑ軸電流推定値
【外３３】
0003674638.tif 000116
の偏差を入力するトルク電流フィードバックコントローラと、
界磁電流指令
【外３４】
0003674638.tif 000117
とｄ軸電流推定値
【外３５】
0003674638.tif 000118
の偏差を入力する界磁電流フィードバックコントローラと、
前記フィードフォワードコントローラの出力と前記トルク電流フィードバックコントローラの出力の加算値であるｑ相電圧指令
【外３６】
0003674638.tif 000119
と、前記フィードフォワードコントローラの出力と前記励磁電流フィードバックコントローラの出力の加算値であるｄ相電圧指令
【外３７】
0003674638.tif 000120
と磁束位置を入力し、インバータを介して誘導電動機に三相の一次電圧ｖu ，ｖv ，ｖw を印加するベクトル制御部と、
前記一次電圧ｖu ，ｖv ，ｖw と前誘導電動機に流れる三相の一次電流ｉu ，ｉv ，ｉw を入力し、α軸一次電圧
【外３８】
0003674638.tif 000121
とβ軸一次電圧
【外３９】
0003674638.tif 000122
とα軸一次電流
【外４０】
0003674638.tif 000123
とβ軸一次電流
【外４１】
0003674638.tif 000124
を出力する３相／２相変換器と、
前記３相／２相変換器から出力された
【外４２】
0003674638.tif 000125
と前回導出した一次電流のα軸、β軸成分推定値
【外４３】
0003674638.tif 000126
と二次磁束のα軸、β軸成分推定値
【外４４】
0003674638.tif 000127
を用いて
【外４５】
0003674638.tif 000128
を
【外４６】
0003674638.tif 000129
の時定数のローパスフィルタを通して得られる
【外４７】
0003674638.tif 000130
と界磁電流絶対値
【外４８】
0003674638.tif 000131
を算出し、次に
速度推定値
【外４９】
0003674638.tif 000132
を計算し、これを請求項１記載の方法により補正し、
（Ｋ＋１）Ｔs （Ｋ＝０，１，２，・・・，Ｔs はサンプリングタイム）秒時の
【外５０】
0003674638.tif 000133
を算出し、
【外５１】
0003674638.tif 000134
と磁束位置を出力する磁束速度全次元オブザーバを有する誘導電動機駆動装置。
【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の速度センサレス速度推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁束推定オブザーバを用いた速度推定方法は、（１）式で全次元オブザーバを構成し、（２）式で示す様に速度推定値
【０００３】
【外５２】
0003674638.tif 000002
を、磁束推定値ベクトル
【０００４】
【外５３】
0003674638.tif 000003
と電流推定値誤差ベクトル
【０００５】
【外５４】
0003674638.tif 000004
の外積値を用いて速度の推定を行なっていた（電学論Ｂ，ｖｏｌ．１０５，Ｐ７６３（１９８５），電学論Ｄ，ｖｏｌ．１１１，Ｎｏ．１１，Ｐ９５４〜９６０（１９９１））．
【０００６】
【数１】
0003674638.tif 000005
【０００７】
【数２】
0003674638.tif 000006
図６のフローチャートにより詳しく説明する。
【０００８】
Ｋ・ＴS （ＴS ：サンプリングタイム）秒の時点でインバータから誘導機に出力される少なくとも２相分の電圧および電流（例えば、電圧としてｕ相電圧ｖu ，ｖ相電圧ｖv 、電流としてｕ相電流ｉu ，ｖ相電流ｉv ）を検出し（ステップ２０）、これを３相／２相変換し、Ｋ・ＴS 秒時のα相電圧
【０００９】
【外５５】
0003674638.tif 000007
、β相電圧
【００１０】
【外５６】
0003674638.tif 000008
、α相電流
【００１１】
【外５７】
0003674638.tif 000009
、β相電流
【００１２】
【外５８】
0003674638.tif 000010
を算出し（ステップ２１）、前回のループで算出されているＫ・ＴS 秒時のα相電流推定値
【００１３】
【外５９】
0003674638.tif 000011
β相電流推定値
【００１４】
【外６０】
0003674638.tif 000012
，α相ロータ磁束
【００１５】
【外６１】
0003674638.tif 000013
，β相ロータ磁束
【００１６】
【外６２】
0003674638.tif 000014
を用いて、（３）式にしたがって、Ｋ・ＴS 秒の速度推定値
【００１７】
【外６３】
0003674638.tif 000015
を算出する（ステップ２２）、
【００１８】
【数３】
0003674638.tif 000016
この
【００１９】
【外６４】
0003674638.tif 000017
と、
【００２０】
【外６５】
0003674638.tif 000018
を用いて、（１）式の全次元オブザーバの後退差分より得られる（４）式の逐次式に従い、（Ｋ＋１）ＴS 秒の推定値
【００２１】
【外６６】
0003674638.tif 000019
を算出する（ステップ２３）。
【００２２】
【数４】
0003674638.tif 000020
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、実際には、
【００２４】
【外６７】
0003674638.tif 000021
の演算に必要である磁束推定値と磁束真値の外積からなる（５）式の成分が０に近いとして無視していた。
【００２５】
【数５】
0003674638.tif 000022
図７に示す様に（５）式は磁束軸にずれがある時値をもつ項であり、（６）式の様に書き直せる。
【００２６】
【数６】
0003674638.tif 000023
発生トルクは、ｃｏｓδに比例する（定常時）といった関係がある。したがって、負荷と発生トルクは、速度一定で動作している時、等しいので、負荷は、ｃｏｓδに比例する。一方、誤差は、（６）式よりｓｉｎ（δ′−δ）に比例するので、発生しているトルクに対する誤差の割り合いは（δ′−δ）が同じであればδが小さいほど大きくなる。すなわち、図７（ａ）に示すように、（６）式は負荷が十分大きい時は、トルクとトルク推定値に与える影響が小さいが、図７に示すように、負荷が小さく、電流軸と磁束軸との角度δが小さいとき大きな影響となり、結果として推定速度
【００２７】
【外６８】
0003674638.tif 000024
に誤差が発生する。                                                        （５）式には、測定できない
【００２８】
【外６９】
0003674638.tif 000025
を含み、使用することができないといった問題がある。
【００２９】
本発明の目的は、無負荷時、低速時でも精度良く速度推定値を算出する、誘導電動機の速度推定方法および誘導電動機駆動装置を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘導電動機の速度推定方法は、
誘導電動機の一次電流を固定座標系で変換した電流値
【００３１】
【外７０】
0003674638.tif 000026
を観測量、一次電圧を前記固定座標系で変換した電圧値
【００３２】
【外７１】
0003674638.tif 000027
を入力し、電流推定値
【００３３】
【外７２】
0003674638.tif 000028
と固定子座標系で変換した２次鎖交磁束推定値
【００３４】
【外７３】
0003674638.tif 000029
を推定し、
前記２次鎖交磁束推定値
【００３５】
【外７４】
0003674638.tif 000030
のそれぞれの自乗の和を１／２乗し、これに１／Ｌｍ（Ｌｍ：相互インダクタンス）を乗じることにより導出される界磁電流絶対値
【００３６】
【外７５】
0003674638.tif 000031
を用い、速度推定値
【００３７】
【外７６】
0003674638.tif 000032
を補正する。
【００３８】
【作用】
α相電流が
【００３９】
【外７７】
0003674638.tif 000033
，β相電流が
【００４０】
【外７８】
0003674638.tif 000034
で，α相ロータ磁束
【００４１】
【外７９】
0003674638.tif 000035
，β相ロータ磁束
【００４２】
【外８０】
0003674638.tif 000036
が発生している時、α−β座標で図５（ａ）のようなベクトル図がかける。
【００４３】
磁束ベクトルΦ方向にｄ軸、ｄ軸から空間的に９０°位相が進んだ軸をｑ軸とすると、ｄ−ｑ座標上に電流ベクトルＩs を投影し、図５（ｂ）の様にｄ軸電流ｉsd、ｑ軸電流ｉsqを定義することができる。
【００４４】
ｉmr＝（１／Ｌｍ）Φr （Ｌｍ：相互インダクタンス）と定義すると、ベクトル制御の原理から自明な様に、定常時においては、ｉmrとｉsdは一致する。また、過渡時においては、ｉmrは次の（７）式によって表わされることが知られている。
【００４５】
【数７】
0003674638.tif 000037
したがって、ｉmrは時定数τr でｉsdに近付くことになる。
【００４６】
ここで、
【００４７】
【数８】
0003674638.tif 000038
と定義すると、上記のことよりオブザーバ推定値
【００４８】
【外８１】
0003674638.tif 000039
が真値に一致するならば、当然、
【００４９】
【外８２】
0003674638.tif 000040
もｉmrに一致することになる。また、
【００５０】
【外８３】
0003674638.tif 000041
より導出される
【００５１】
【外８４】
0003674638.tif 000042
も真値ｉsdに一致することになる。
【００５２】
ｉmrとｉsdの関係式より、ｉmrはｉsd時定数τr のローパスフィルタを通して得られるものになるため、
【００５３】
【外８５】
0003674638.tif 000043
を
【００５４】
【外８６】
0003674638.tif 000044
のローパスフィルタを通して得られる値を
【００５５】
【外８７】
0003674638.tif 000045
と定義すると、
【００５６】
【外８８】
0003674638.tif 000046
もｉmrと一致することになる。
【００５７】
しかし、磁束軸に誤差が（６）式のδ′が主な要因となっている時は、
【００５８】
【数９】
0003674638.tif 000047
ではあるが、
【００５９】
【数１０】
0003674638.tif 000048
となる。
【００６０】
【外８９】
0003674638.tif 000049
は、
【００６１】
【外９０】
0003674638.tif 000050
と
【００６２】
【数１１】
0003674638.tif 000051
を用いて算出するため、
【００６３】
【数１２】
0003674638.tif 000052
すなわち
【００６４】
【数１３】
0003674638.tif 000053
となる。
【００６５】
一方、
【００６６】
【外９１】
0003674638.tif 000054
は、
【００６７】
【数１４】
0003674638.tif 000055
で求めるため、
【００６８】
【数１５】
0003674638.tif 000056
である。
【００６９】
結局、磁束軸に誤差がある時、
【００７０】
【数１６】
0003674638.tif 000057
となり、それが速度推定値に影響を与え、
【００７１】
【数１７】
0003674638.tif 000058
となる。このため、
【００７２】
【外９２】
0003674638.tif 000059
と
【００７３】
【外９３】
0003674638.tif 000060
の偏差とその積分値を速度推定値にフィードバックし、
【００７４】
【数１８】
0003674638.tif 000061
となれば、磁束軸が一致し、結果として、
【００７５】
【外９４】
0003674638.tif 000062
とωr と一致させることができる。
【００７６】
【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。
【００７７】
図１は本発明の一実施例を示す誘導電動機制御装置の構成図、図２は磁束速度全次元オブザーバ９の処理を示すフローチャートである。
【００７８】
本実施例の誘導電動機制御装置は速度フィードバックコントローラ１とフィードフォワードコントローラ２とトルク電流フィードバックコントローラ３と励磁電流フィードバックコントローラ４とベクトル制御部５とインバータ６と３相／２相変換回路７と磁束・速度全次元オブザーバ８で構成されている。
【００７９】
速度指令
【００８０】
【外９５】
0003674638.tif 000063
と速度推定値
【００８１】
【外９６】
0003674638.tif 000064
との偏差が速度フィードバックコントローラ１に入力され、トルク電流指令
【００８２】
【外９７】
0003674638.tif 000065
が与えられる。一方、界磁電流指令はモータ運転条件に従い決定されており、
【００８３】
【外９８】
0003674638.tif 000066
として与えられる。それぞれ
【００８４】
【外９９】
0003674638.tif 000067
と
【００８５】
【外１００】
0003674638.tif 000068
との偏差がとられ、トルク電流フィードバックコントローラ３、界磁電流フィードバック４に入力され、その出力がフィードフォワードコントローラ３から出力される値と加算され、ｑ相電圧指令
【００８６】
【外１０１】
0003674638.tif 000069
、ｄ相電圧指令
【００８７】
【外１０２】
0003674638.tif 000070
が磁束位置と共にベクトル制御部５に入力される。ベクトル制御部５からインバータ６を介して誘導電動機９に一次電圧ｖu ，ｖv ，ｖw が印加され、各相に電流ｉu ，ｉv ，ｉw が流れる。
【００８８】
３相／２相変換器７は誘導電動機の１次電流、１次電圧をそれぞれ３相／２相変換する。
【００８９】
磁束・速度全次元オブザーバ８は図２に示す処理を行なう。誘導電動機印加の２相電圧、２相電流を入力し（ステップ１０）、これらを固定子座標（α−β座標）で変換してＫ・ＴS （Ｋ＝０，１，２，３，…，ＴS はサンプリングタイム）秒時の電流値
【００９０】
【外１０３】
0003674638.tif 000071
、電圧値
【００９１】
【外１０４】
0003674638.tif 000072
を出力する（ステップ１１）。次に、前回導出した推定値
【００９２】
【外１０５】
0003674638.tif 000073
を用い、（９），（１０）式により
【００９３】
【外１０６】
0003674638.tif 000074
を算出する（ステップ１２）。
【００９４】
【数１９】
0003674638.tif 000075
【００９５】
【数２０】
0003674638.tif 000076
次に、（１１）式に従い、
【００９６】
【外１０７】
0003674638.tif 000077
を算出する（ステップ１３）。
【００９７】
【数２１】
0003674638.tif 000078
次に、（Ｋ＋１）ＴS 秒時の
【００９８】
【外１０８】
0003674638.tif 000079
を（４）式で算出する（ステップ１４）。ここで、
【００９９】
【外１０９】
0003674638.tif 000080
は（１２）式で算出する。
【０１００】
【数２２】
0003674638.tif 000081
最後に、
【０１０１】
【外１１０】
0003674638.tif 000082
、磁束位置を出力する（ステップ１５）。
【０１０２】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は本実施例による推定速度のシミュレーションの結果を示す図である。ωr が真値、
【０１０３】
【外１１１】
0003674638.tif 000083
が推定値である。ωr が２００（ｒｐｍ），１００（ｒｐｍ），１０（ｒｐｍ）の場合についてそれぞれ示されており、図４の従来結果と比べて本実施例の方が誤差が少ないことがわかる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、２次鎖交磁束推定値から求めた２次鎖交磁束の絶対値を速度推定値を補正することにより、速度推定値の誤差を減少させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の誘導電動機制御装置の構成図である。
【図２】  図１中の磁束・速度全次元オブザーバ８の処理のフローチャートである。
【図３】  図１の実施例を用いたとき速度推定値のシミュレーション波形を示す図である。
【図４】  従来技術による速度推定値のシミュレーションは波形を示す図である。
【図５】  本発明の原理を説明するための図である。
【図６】  従来の誘導電動機の速度推定方法を示すフローチャートである。
【図７】  電流、磁束ベクトルと推定トルクの誤差の関係を示す図である。
【符号の説明】
１    誘導電動機
２    速度フィードバックコントローラ
３    フィードフォワードコントローラ
４    トルク電流フィードバックコントローラ
５    界磁電流フィードバックコントローラ
６    ベクトル制御部
７    インバータ
８    ３相／２相変換器
９    磁束・速度全次元オブザーバ
１０〜１５    ステップ
【図１】
0003674638.tif 000135
【図２】
0003674638.tif 000136
【図３】
0003674638.tif 000137
【図４】
0003674638.tif 000138
【図５】
0003674638.tif 000139
【図６】
0003674638.tif 000140
【図７】
0003674638.tif 000141