(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令と電動機速度との偏差信号からδ軸電流指令を出力するδ軸速度コントローラ、δ軸電流指令及びγ軸電流指令からδ軸電圧指令及びγ軸電圧指令をそれぞれ演算するδ軸電流コントローラ及びγ軸電流コントローラ、前記δ軸電圧指令及びγ軸電圧指令に基づいて電圧指令絶対値及び電圧指令位相を出力するベクトル制御回路、前記電圧指令絶対値及び電圧指令位相に基づいて同期電動機に駆動電流を供給するインバータ回路を備え、前記電動機速度を前記電動機の２相の電流に基づいて演算する同期電動機の制御装置における定数同定方法において、
前記電動機の固定子のU相をα軸、α軸から電気角９０°正回転方向にβ軸とするα−β空間座標系を設定し、前記α−β空間座標系に、同期電動機の真の磁軸をｄ軸、ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸とし、同期電動機回転速度ωrmで回転する座標ｄ−ｑ軸と同期電動機の指定磁軸をγ軸、γ軸から９０°進んだ軸をδ軸とし、同期電動機回転指令速度ωrm*で回転するγ−δ軸を想定し、γ-δ軸電流とδ軸電圧指令ｖd*を入力とし、同期電動機誘起電圧を外乱とした、δ軸電流方程式より作成した同期電動機誘起電圧ｅdestから補正量を加えた推定速度値ωrmestと補正量を加えない推定速度値ωrmest'が等しくなるように誘起電圧定数を調整することにより、前記誘起電圧定数を同定することを特徴とする同期電動機の定数同定方法。
【請求項２】
前記同期電動機の誘起電圧定数同定方法をソフトウェアで構成しインバータ装置に組込むことにより、高速で正確な同定を実現する手段を有する請求項1記載の同期電動機の定数同定方法。
【請求項３】
速度指令と電動機速度との偏差信号からδ軸電流指令を出力するδ軸速度コントローラ、δ軸電流指令及びγ軸電流指令からδ軸電圧指令及びγ軸電圧指令をそれぞれ演算するδ軸電流コントローラ及びγ軸電流コントローラ、前記δ軸電圧指令及びγ軸電圧指令に基づいて電圧指令絶対値及び電圧指令位相を出力するベクトル制御回路、前記電圧指令絶対値及び電圧指令位相に基づいて同期電動機に駆動電流を供給するインバータ回路を備え、前記電動機速度を前記電動機の２相の電流に基づいて演算する同期電動機の制御装置における定数同定方法において、
前記電動機の固定子のU相をα軸、α軸から電気角９０°正回転方向にβ軸とするα−β空間座標系を設定し、前記α−β空間座標系に、同期電動機の真の磁軸をｄ軸、ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸とし、同期電動機回転速度ωrmで回転する座標ｄ−ｑ軸と同期電動機の指定磁軸をγ軸、γ軸から９０°進んだ軸をδ軸とし同期電動機回転指令速度ωrm*で回転するγ−δ軸を設定し、δ軸方向電流ｉdとδ軸電圧指令ｖd*を入力とし、δ軸誘起電圧ｅdを外乱としたδ軸電流方程式より作成した、δ軸誘起電圧推定値ｅdestとγ軸電流指令ｉg*を用いて、γ軸に異なる数点の電流ｉg*を流し、その時のδ軸誘起電圧推定値ｅdestが等しくなるようにd軸インダクタンスを調整することにより、前記、d軸インダクタンスを同定することを特徴とする同期電動機の定数同定方法。
【請求項４】
前記同期電動機のd軸インダクタンス同定方法をソフトウェアで構成しインバータ装置に組込むことにより、高速で正確な同定を実現する手段を有する請求項３記載の同期電動機の定数同定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期電動機を駆動する制御装置の定数同定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベクトル制御用などの変換装置において、その出力電流の大きさ、周波数及び位相を精度よく制御できることに着目して、電動機に所定の電流を供給し、その際に誘起する電動機電圧に基づいて誘導電動機の電気定数を高精度に測定し、その測定結果に基づいて誘導電動機制御システムの制御演算定数を設定する提案がなされている（特開昭６０−１８３９５３号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし同期電動機を駆動する制御装置に対する電動機定数の同定手法は提案がなく、従来は電動機定数の設計値に基づいてその設定を行っているが、使用する電動機毎に制御定数を変更する必要があり、はん雑なこと、また前述の設計値と実際値の不一致により制御演算誤差を生じ、動作性能が悪化する問題があった。さらに、測定器を用いて人の手で測定すると、時間がかかり、電動機定数の精度が悪くなるという問題もあった。
そこで本発明は、高速で高精度に誘起電圧定数やd軸インダクタンスを同定する方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本発明は、速度指令と電動機速度との偏差信号からδ軸電流指令を出力するδ軸速度コントローラ、δ軸電流指令及びγ軸電流指令からδ軸電圧指令及びγ軸電圧指令をそれぞれ演算するδ軸電流コントローラ及びγ軸電流コントローラ、前記δ軸電圧指令及びγ軸電圧指令に基づいて電圧指令絶対値及び電圧指令位相を出力するベクトル制御回路、前記電圧指令絶対値及び電圧指令位相に基づいて同期電動機に駆動電流を供給するインバータ回路を備え、前記電動機速度を前記電動機の２相の電流に基づいて演算する同期電動機の制御装置における定数同定方法において、前記電動機の固定子のU相をα軸、α軸から電気角９０°正回転方向にβ軸とするα−β空間座標系を設定し、前記α−β空間座標系に、同期電動機の真の磁軸をｄ軸、ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸とし、同期電動機回転速度ωrmで回転する座標ｄ−ｑ軸と同期電動機の指定磁軸をγ軸、γ軸から９０°進んだ軸をδ軸とし、同期電動機回転指令速度ωrm*で回転するγ−δ軸を想定し、γ-δ軸電流とδ軸電圧指令ｖd*を入力とし、同期電動機誘起電圧を外乱とした、δ軸電流方程式より作成した同期電動機誘起電圧ｅdestから補正量を加えた推定速度値ωrmestと補正量を加えない推定速度値ωrmest'が等しくなるように誘起電圧定数を調整することにより、前記誘起電圧定数を同定することを特徴とする。
この方法において、前記同期電動機の誘起電圧定数同定方法をソフトウェアで構成しインバータ装置に組込むことにより、高速で正確に、誘起電圧定数を同定することができる。
【０００５】
また、前記課題を解決するため、本発明は、速度指令と電動機速度との偏差信号からδ軸電流指令を出力するδ軸速度コントローラ、δ軸電流指令及びγ軸電流指令からδ軸電圧指令及びγ軸電圧指令をそれぞれ演算するδ軸電流コントローラ及びγ軸電流コントローラ、前記δ軸電圧指令及びγ軸電圧指令に基づいて電圧指令絶対値及び電圧指令位相を出力するベクトル制御回路、前記電圧指令絶対値及び電圧指令位相に基づいて同期電動機に駆動電流を供給するインバータ回路を備え、前記電動機速度を前記電動機の２相の電流に基づいて演算する同期電動機の制御装置における定数同定方法において、前記電動機の固定子のU相をα軸、α軸から電気角９０°正回転方向にβ軸とするα−β空間座標系を設定し、前記α−β空間座標系に、同期電動機の真の磁軸をｄ軸、ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸とし、同期電動機回転速度ωrmで回転する座標ｄ−ｑ軸と同期電動機の指定磁軸をγ軸、γ軸から９０°進んだ軸をδ軸とし同期電動機回転指令速度ωrm*で回転するγ−δ軸を設定し、δ軸方向電流ｉdとδ軸電圧指令ｖd*を入力とし、δ軸誘起電圧ｅdを外乱としたδ軸電流方程式より作成した、δ軸誘起電圧推定値ｅdestとγ軸電流指令ｉg*を用いて、γ軸に異なる数点の電流ｉg*を流し、その時のδ軸誘起電圧推定値ｅdestが等しくなるようにd軸インダクタンスを調整することにより、前記、d軸インダクタンスを同定することを特徴とする。この方法において、前記同期電動機のd軸インダクタンス同定方法をソフトウェアで構成しインバータ装置に組込むことにより、高速で正確に、d軸インダクタンスを同定することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
特開平８−３０８２８６号公報に記載されている同期電動機のセンサレスベクトル制御手法では、回転子の磁軸上に設定したγ−δ軸座標系に変換されたステータ電流ｉg、ｉbと、前回推定された電流値ｉgestとｉdestとの差とγ−δ軸座標系に変換された電圧指令ｖg、ｖdを入力とし、γ−δ軸座標系における電流、ｉdestと誘起電圧ｅgest、ｅdestおよび、回転子の速度ωrmestを推定する。
本発明は前記手法において、時間ｋ・Ｔｓ秒時（但し、ｋ＝０，１，２，３，・・・，Ｔｓはサンプリングタイム）に同期電動機に供給される少なくとも２相分のステータ電流を検出し、回転子上に設定したγ−δ座標系に変換することにより、γ軸電流ｉg(k)、δ軸電流ｉd(k)を導出し、前回導出したγ軸電流推定値ｉg(k)、δ軸電流推定値ｉd(k)と、電圧ｖg(k)、ｖd(k)を用い、同期電動機のγ−δ軸座標系における状態方程式を離散値系に展開した。
【０００７】
【数１】
0003707659.tif 000002
但し、ｅgest＝−ｓｉｎθe（ωrm／Ｌｑ）Φmag、
ｅdest＝ｃｏｓθe（ωrm／Ｌｑ）Φmag、
Ｒｓ：ステータ側抵抗、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス、
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、
θe：γ−δ軸とｄ−ｑ軸とのずれ角、ωrm：回転子角速度、
Φmag：永久磁石が発生する磁束
によって、時間（ｋ＋１）Ｔs秒時の電流推定値ｉgest(k+1)、ｉdest(k+1)、誘起電圧推定値ｅgest(k+1)、ｅdest(k+1)が求まる。
【０００８】
（１）式より、δ軸電圧・電流方程式は
【数２】
0003707659.tif 000003
と表わされ、定常状態だとｉdest(k+1)=ｉdest(k)より
【数３】
0003707659.tif 000004
となる。
【０００９】
ここで、無負荷だと、トルク成分電流であるδ軸電流ｉdest(k)は零となり、このときのδ軸電圧・電流方程式は
【数４】
0003707659.tif 000005
となる。ここでｉg(k)=0に制御すると
【数５】
0003707659.tif 000006
よって、ｅdest（ｋ）＝ｖd(k)となり、推定誘起電圧は、モータ定数に依存しない。この推定誘起電圧に補正量を加えない速度推定値は
【数６】
0003707659.tif 000007
となり、推定値は誘起電圧定数の影響しか受けない。
【００１０】
また、推定誘起電圧に補正量を加えた推定速度値
【数７】
0003707659.tif 000008
とを比較し、ωgest(k)＋α＝ωgest'(k)（α＞０，αの量は現在未定）となるように誘起電圧定数ｋeをチューニングする。
【００１１】
以下、本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の抵抗値同定方法の一実施例が適用された同期電動機の制御システムを示すブロック図、図２は抵抗値同定方法のデジタル制御動作を示すフローチャートである。
図１の制御システムブロック図において、
角速度指令ωrm*と角速度推定値ωrmestが、速度コントローラ１に入力され、速度コントローラ１は、δ軸電流指令ｉd*を出力する。δ軸電流コントローラ２はδ軸電流指令ｉd*とδ軸電流推定値ｉdestとを入力し、δ軸電圧指令Ｖd*を出力する。一方、γ軸電流指令ｉg*とγ軸電流推定値ｉgestが、γ軸電流コントローラ３に入力され、γ軸電流コントローラ３はγ軸電圧指令Ｖg*を出力する。電圧指令Ｖd*とＶg*とγ−δ軸位置補正器１１から出力されるγ−δ軸位置がベクトル制御回路４に入力され、電圧値絶対値（Ｖd2＋Ｖg2）1/2とγ軸からの電圧出力方向の位相tan-1(ｖd/ｖg)がインバータ回路５に入力され点弧が実施される。
【００１２】
一方、γ−δ軸電流・誘起電圧推定器８は、同期電動機６のステータ電流ｉuとｉvを、相変換器７を介して得られるγ軸電流ｉg、δ軸電流ｉdと、γ−δ軸の位置と、電圧指令Ｖd*、Ｖg*を入力し、（１）式の演算を実施し、γ−δ軸電流推定値ｉgest、ｉdestと、γ−δ軸誘起電圧ｅgestとｅdestを出力する。電動機定数同定器１３はγ軸電流コントローラ３に対して数種類のγ軸電流指令ｉg*を入力し、その時のγ−δ軸電流、誘起電圧推定器８から出力されるそれぞれのγ軸誘起電圧推定値ｅgestの偏差が零に近づくように抵抗誤差ΔＲｓを計算し、この抵抗誤差をγ−δ軸電流、誘起電圧推定器８に報告する。
【００１３】
電動機定数同定器１３における本発明の処理を図２のフローチャートに示す。図２のフローチャートにおいて、まずωrm*で運転開始（ステップ１１０）し、ωrm*＝ωrestが一致するまで待つ（ステップ１１０）。次にδ軸誘起電圧推定値ｅdestを求め（ステップ１２０）、推定誘起電圧に補正値を加えた推定速度ωgestを計算する（ステップ１３０）。また推定誘起電圧に補正値を加えない推定速度ωgest'を計算する（ステップ１４０）。次に推定速度偏差量を計算し（ステップ１５０）、ステップ１６０において同定リミットを判定する。ステップ１７０で誘起電圧定数ｋeを調整し、前記速度偏差が目標とする精度に達したら誘起電圧定数同定を完了し、目標とする精度に達していなければ、ステップ１４０からステップ１８０までの処理を目標とする精度に達するまで繰り返す。
【００１４】
一方、前記の（４）式は、次の式に書き直すことができる。
【数８】
0003707659.tif 000009
となる。しかし、d軸インダクタンスＬdに誤差ΔＬdがあると
【数９】
0003707659.tif 000010
となる。
また、ｖd(k)として、実電圧ではなく指令電圧値を用いているので、実電圧と指令電圧の間に誤差Δｖdがあることを考慮すると
【数１０】
0003707659.tif 000011
となり、式(8)を満たすためにΔＬd・ωrmest・ｉgestとΔｖdを打ち消すためのΔｅdestが発生し、
【数１１】
0003707659.tif 000012
が成り立つ。
ここで、同期機が一定速度で回転しているとすると、式(7)はΔＬdを傾きとし、電圧誤差Δｖdを切片とする一次方程式となる。前記（７）式を用い、γ軸に異なる電流を流し、その時のδ軸誘起電圧推定値ｅdest(k)が等しくなるように抵抗誤差Ｌdを調整することにより、同期電動機のd軸インダクタンスを同定する。
【００１５】
図３は電動機の誘起電圧定数同定方法のデジタル制御動作を示すフローチャートである。
図３のフローチャートにおいて、まずγ軸に磁軸を引き込むためにγ軸に図４に示すパターンに従って電流Ｉgを流す（ステップ２００）。図４において、γ軸電流ｉgを時間Ｔ１で立ち上げ、電流を流した状態で安定するまでの時間としてＴ２時間待つ（ステップ２１０）。その他のステップでγ軸に電流を流して誘起電圧推定値を読み込む時も同様にＴ１時間及びＴ２時間待つものとする。
次に、γ軸に電流ｉg1を流し（ステップ２２０）、その時のδ軸誘起電圧推定値ｅd1を求める（ステップ１３０）。さらに、γ軸に電流ｉg2を流し（ステップ２４０）、その時のγ軸誘起電圧推定値ｅd2を求める（ステップ２５０）。
次に、ステップ２２０及びステップ２４０で与えた電流ｉg1、ｉg2、並びにγ軸電流指令を変化させた時のステップ２３０及びステップ２５０で求めたδ軸誘起電圧推定値ｅd1est、ｅd2estの偏差から、式（１１）を用いて誘起電圧定数を計算し、現在設定されている誘起電圧定数に反映させ（ステップ２６０）、前記誘起電圧定数が目標とする精度に達したら誘起電圧定数同定を完了し、目標とする精度に達していなければ、ステップ２２０からステップ２６０までの処理を目標とする精度に達するまで繰り返す。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、γ−δ軸電流、誘起電圧推定器で推定した軸誘起電圧推定値ｅdestから補正量を加えない速度推定値ωrmest'を求め、補正量を加える速度推定値ωrmestとが等しくなるように誘起電圧定数を同定する手法をソフトウェアで構成することにより、高速で正確にパラメータを同定でき、高性能な電動機制御が実現できる。
また、γ−δ軸電流、誘起電圧推定器で推定したδ軸誘起電圧推定値の偏差を利用して、同期電動機のd軸インダクタンスを同定する手法をソフトウェアで構成することにより、高速で正確にパラメータを同定でき、高性能な電動機制御が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明実施例の同期電動機の制御システムを表わすブロック線図である。
【図２】  離散値系における本発明のフローチャートである。
【図３】  本発明の他の実施例における離散値系における本発明のフローチャートである。
【図４】  電流立ち上げパターンを示す波形図である。
【符号の説明】
１  速度コントローラ、２  δ軸電流コントローラ、３  γ軸電流コントローラ、４  ベクトル制御回路、５  インバータ回路、６  同期電動機、７  相変換器、８  γ−δ軸電流・誘起電圧推定器、９  角速度導出器、１０  ずれ角θｅ導出器、１１  γ−δ軸位置補正器、１２  γ軸・δ軸電流補正器、１３  電動機定数同定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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