(57)【要約】【課題】位置センサを用いて電力変換器により電動機を駆動制御する装置において、位置センサに異常が発生しても、電動機や電力変換器に過電流を発生させることがなく、安全に電動機を停止させることができる電力変換器制御装置を得ることを目的とする。【解決手段】位置センサ１７の異常を検出したときＰＷＭ制御部１１の出力を停止してＰＭモータ１６を停止させる異常検出部９、位置センサ１７からのセンサ出力に基づき位相情報θを生成する位相検出部１０、および位相情報θに基づき位相信号θｓを生成するものであって、位置センサ１７の異常により位相情報θに加わる外乱による位相信号θｓの変動を抑制する補償機能を有する位相補償部８を備えた。【選択図】図１
2014138435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機に電力を供給する電力変換器を制御する電力変換器制御装置であって、
上位からの指令に基づいて直交二相電流指令を生成する電流指令生成部、前記電動機に流れる交流電流を検出する電流検出器、位相信号に基づき前記電流検出器からの前記交流電流を直交二相電流検出値に変換する第一座標変換部、前記直交二相電流指令と前記直交二相電流検出値との偏差に基づき直交二相電圧指令を生成する電圧指令生成部、前記位相信号に基づき前記電圧指令生成部からの前記直交二相電圧指令を交流電圧指令に変換する第二座標変換部、および前記第二座標変換部からの前記交流電圧指令に基づき前記電力変換器を駆動する駆動信号を生成する駆動制御部を備えた電力変換器制御装置において、
前記電動機の回転子の磁極位置を検出する位置センサ、この位置センサの異常を検出したとき前記駆動制御部の出力を停止して前記電動機を停止させる異常検出部、前記位置センサからのセンサ出力に基づき位相情報を生成する位相検出部、および前記位相情報に基づき前記位相信号を生成するものであって、前記位置センサの異常により前記位相情報に加わる外乱による前記位相信号の変動を抑制する補償機能を有する位相補償部を備えたことを特徴とする電力変換器制御装置。
【請求項２】
前記位相補償部は、前記位相情報を微分演算することにより速度情報を出力する微分演算手段、前記位相情報と前記位相信号との偏差に基づき前記速度情報を補正する速度補正量を生成する補償手段、前記速度情報と前記速度補正量とを加算した信号を積分演算することにより前記位相信号を出力する積分演算手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換器制御装置。
【請求項３】
前記位相補償部は、前記位相情報を微分演算することにより速度情報を出力する第一微分演算手段、前記位相情報と前記位相信号との偏差に基づき前記速度情報を補正する速度補正量を生成する第一補償手段、前記速度情報を微分演算することによりトルク情報を出力する第二微分演算手段、前記速度情報と前記速度補正量との和と速度信号との偏差に基づき前記トルク情報を補正するトルク補正量を生成する第二補償手段、前記トルク情報と前記トルク補正量との和を積分演算することにより前記速度信号を出力する第一積分演算手段、および前記速度信号を積分演算することにより前記位相信号を出力する第二積分演算手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換器制御装置。
【請求項４】
前記交流電圧指令と前記交流電流とに基づき推定速度情報を生成する速度推定手段を備え、
前記位相補償部は、前記補償機能を高めるため前記速度情報と前記推定速度情報とから補正速度情報を出力する速度補正手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の電力変換器制御装置。
【請求項５】
前記速度補正手段は、前記微分演算手段が出力する前記速度情報から前記推定速度情報を減算することにより前記補正速度情報としての速度偏差を出力する減算器であり、前記積分演算手段は、前記速度補正量と前記速度偏差とを加算した信号を積分演算することにより前記位相信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項４記載の電力変換器制御装置。
【請求項６】
前記速度補正手段は、前記微分演算手段が出力する前記速度情報が、前記推定速度情報に基づき設定される上限下限範囲を越えないよう制限処理をした補正速度情報を出力する補正回路であり、前記積分演算手段は、前記速度補正量と前記補正速度情報とを加算した信号を積分演算することにより前記位相信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項４記載の電力変換器制御装置。
【請求項７】
前記電流指令生成部は、前記上位からの指令としてトルク指令に基づいて前記直交二相電流指令を生成するものであり、
前記位相補償部は、前記補償機能を高めるため前記トルク情報と前記トルク指令とから補正トルク情報を出力するトルク補正手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の電力変換器制御装置。
【請求項８】
前記トルク補正手段は、前記第二微分演算手段が出力する前記トルク情報から前記トルク指令を減算することにより前記補正トルク情報としてのトルク偏差を出力する減算器であり、前記第一積分演算手段は、前記トルク補正量と前記トルク偏差とを加算した信号を積分演算することにより前記速度信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項７記載の電力変換器制御装置。
【請求項９】
前記トルク補正手段は、前記第二微分演算手段が出力する前記トルク情報が、前記トルク指令に基づき設定される上限下限範囲を越えないよう制限処理をした補正トルク情報を出力する補正回路であり、前記第一積分演算手段は、前記トルク補正量と前記補正トルク情報とを加算した信号を積分演算することにより前記速度信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項７記載の電力変換器制御装置。
【請求項１０】
前記交流電圧指令と前記交流電流とに基づき推定速度情報を生成する速度推定手段を備え、前記電流指令生成部は、前記上位からの指令としてトルク指令に基づいて前記直交二相電流指令を生成するものであり、
前記位相補償部は、前記位相情報を微分演算することにより速度情報を出力する第一微分演算手段、前記位相情報と前記位相信号との偏差に基づき前記速度情報を補正する速度補正量を生成する第一補償手段、前記速度情報を微分演算することによりトルク情報を出力する第二微分演算手段、前記推定速度情報と前記速度補正量との和と速度信号との偏差に基づき前記トルク情報を補正するトルク補正量を生成する第二補償手段、前記第二微分演算手段が出力する前記トルク情報から前記トルク指令を減算することによりトルク偏差を出力する減算器、前記トルク補正量と前記トルク偏差とを加算した信号を積分演算することにより前記速度信号を出力する第一積分演算手段、および前記速度信号を積分演算することにより前記位相信号を出力する第二積分演算手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換器制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機に電力を供給する電力変換器を制御する電力変換器制御装置に係り、特に、電動機の駆動制御に用いるための回転子の磁極位置を検出する位置センサに故障などの異常が発生したときの対策に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力変換器を用いて交流電動機を駆動する場合、その制御では電流センサや位置センサなどが用いられる。電力変換器は、交流電力系統と直流電力系統との間に接続され、電力を直流−交流変換する装置である。位置センサは、電動機の回転子の磁極位置を検出する装置であり、エンコーダやレゾルバといった種類のものがある。電動機を、位置センサの位相情報を用いてベクトル制御する場合、位置センサに故障などの異常が発生したときは、電力変換器を停止させて電動機を安全に停止させる必要がある。
しかし、位置センサの異常状態の検出が遅れると、誤った位相情報を制御に用いることになり、電力変換器や電動機に過電流が発生する可能性がある。
【０００３】
電動機や電力変換器において、過電流が発生すると様々な弊害が発生する。特に、永久磁石を用いた同期電動機の場合は、回転子が減磁して出力トルクが低下するといった影響が出る場合がある。大電流で減磁した場合には恒久的に元の状態に戻らなくなってしまう。
電力変換器では、過大電流が発生している最中にスイッチング素子のオン・オフ動作が何度も発生すると、スイッチング素子に過大な負荷を与える危険があり、また、許容範囲を越える過大な電流が流れるとスイッチング素子が破壊される可能性がある。
【０００４】
位置センサの信号を外乱に対して安定化させる方法として、位相信号と角速度信号を入力し、角速度信号と組み合わせたＰ（比例）制御を行うことによって外乱に対してロバストにする方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、位置センサレスで計算した位相信号を安定化させる方法として、誘起電圧により求めた推定位相信号に対し、速度を計算する微分回路、その速度から外乱などのノイズを除去するＬＰＦ、その処理に伴う位相遅れを補償するＰＩ（比例積分）制御、とを組み合わせる方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−９０５８７号公報
【特許文献２】特開２００７−９７２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の各文献においては、位置センサの故障などに伴う位相信号の外乱が発生した場合に、位相信号の変動を抑制するよう機能する方策については開示するが、位置センサの異常が発生し、更に、この異常状態が検出され、これに応答して電動機や電力変換器への影響を軽減する方策については何ら開示していない。
このため、外乱が加わり位相信号の急変などが発生したときに、位相信号を安定化させたとしてもそのまま制御を継続することにより、電動機や電力変換器で過電流が発生するという問題点があった。
【０００７】
この発明は、以上の従来の問題点を解決するためになされたもので、位置センサを用いて電力変換器により電動機を駆動制御する装置において、位置センサに異常が発生しても、電動機や電力変換器に過電流を発生させることがなく、安全に電動機を停止させることができる電力変換器制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電力変換器制御装置は、電動機に電力を供給する電力変換器を制御する電力変換器制御装置であって、
上位からの指令に基づいて直交二相電流指令を生成する電流指令生成部、電動機に流れる交流電流を検出する電流検出器、位相信号に基づき電流検出器からの交流電流を直交二相電流検出値に変換する第一座標変換部、直交二相電流指令と直交二相電流検出値との偏差に基づき直交二相電圧指令を生成する電圧指令生成部、位相信号に基づき電圧指令生成部からの直交二相電圧指令を交流電圧指令に変換する第二座標変換部、および第二座標変換部からの交流電圧指令に基づき電力変換器を駆動する駆動信号を生成する駆動制御部を備えた電力変換器制御装置において、
電動機の回転子の磁極位置を検出する位置センサ、この位置センサの異常を検出したとき駆動制御部の出力を停止して電動機を停止させる異常検出部、位置センサからのセンサ出力に基づき位相情報を生成する位相検出部、および位相情報に基づき位相信号を生成するものであって、位置センサの異常により位相情報に加わる外乱による位相信号の変動を抑制する補償機能を有する位相補償部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電力変換器制御装置は、以上のように、特に、位置センサの異常を検出したとき駆動制御部の出力を停止して電動機を停止させる異常検出部、位置センサからのセンサ出力に基づき位相情報を生成する位相検出部、および位相情報に基づき位相信号を生成するものであって、位置センサの異常により位相情報に加わる外乱による位相信号の変動を抑制する補償機能を有する位相補償部を備え、位置センサに異常が発生した後、位相信号がほとんど変動しない段階で電動機を停止させるので、電動機や電力変換器に不要な過電流を発生させることなく電動機の回転動作を安全に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るシステム構成図である。
【図２】図１の位相補償部８の内部構成を示すブロック図である。
【図３】位置センサ１７の異常発生時の各位相の波形を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２の位相補償部８の内部構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３の電力変換器制御装置に係るシステム構成図である。
【図６】図５の位相補償部３６の内部構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態４の位相補償部３６の内部構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態５の電力変換器制御装置に係るシステム構成図である。
【図９】図８の位相補償部４１の内部構成を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態６の位相補償部４１の内部構成を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態７の電力変換器制御装置に係るシステム構成図である。
【図１２】図１１の位相補償部４６の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電力変換器制御装置の全体構成を示すシステム構成図である。先ず、図１により、全体構成の概要を説明する。
トルク指令生成部１では、制御系における図示されていない上位から入力された情報により、電流指令生成部２にトルク指令Ｔ＊を出力する。電流指令生成部２は、入力されたトルク指令Ｔ＊に基づき、ｄｑ軸の直交二相座標系で表された電流指令（直交二相電流指令）ｉｄ＊、ｉｑ＊を生成し、後段の減算器３、４に出力する。減算器３、４は、電流指令生成部２から入力された電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊と後述する第一座標変換部７から入力される電流検出値（直交二相電流検出値）ｉｄ、ｉｑとの偏差をそれぞれ計算する。減算器３および減算器４でそれぞれ計算された電流偏差は、電圧指令生成部５に入力される。
【００１２】
電圧指令生成部５では、例えば、ＰＩ制御によって、直交二相座標系で表された電圧指令（直交二相電圧指令）ｖｄ＊、ｖｑ＊が生成される。このときＰＩ制御においては、
【００１３】
【数１】
2014138435.tif 000003
【００１４】
の演算が行われる。式（１）において、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲインである。
電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊は、第二座標変換部６に入力され、三相交流座標系で表された電圧指令（三相交流電圧指令）ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換される。
一般に、直交二相座標系から三相交流座標系への座標変換式は、
【００１５】
【数２】
2014138435.tif 000004
【００１６】
で表される。式（２）において、角度θは、ｕ相を基準の０度とし、回転子の界磁磁束の方向をｄ軸とした磁極位置の方向を示す。
第二座標変換部６は、角度θとして、後述する位相補償部８の出力する位相信号θｓに基づき、式（２）に示すような演算を行い、三相交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を駆動制御部としてのＰＷＭ制御部１１に出力する。ＰＷＭ制御部１１は、入力された三相交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊をＰＷＭ（パルス幅変調）処理することによって電力変換器駆動用のゲート信号（駆動信号）ＧＤｕ、ＧＤｖ、ＧＤｗに変換し、電力変換器１２に出力する。一般的に、三相交流電圧指令のＰＷＭ処理では、三角波キャリア信号との振幅比較処理を行うことによりＰＷＭ処理する。
【００１７】
電力変換器１２は、ＰＷＭ制御部１１から入力されたゲート信号ＧＤｕ、ＧＤｖ、ＧＤｗに基づき、直流電圧源に接続された各スイッチング素子のスイッチング処理を行い、三相交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを電動機としてのＰＭモータ１６に出力する。
電流検出器１３、１４、１５は、電力変換器１２とＰＭモータ１６との間に流れる三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。
第一座標変換部７は、電流について三相交流座標系から直交二相座標系への変換を行い、電流検出器１３、１４、１５で検出された三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを直交二相座標系で表された電流値（直交二相電流検出値）ｉｄ、ｉｑに変換する。一般に、三相交流座標系から直交二相座標系への座標変換式は、
【００１８】
【数３】
2014138435.tif 000005
【００１９】
で表される。
式（３）の角度θには、第二座標変換部６の場合と同様、後述する位相補償部８の出力する位相信号θｓを使用する。
【００２０】
位置センサ１７は、ＰＭモータ１６の回転子の磁極位置を検出するセンサであり、例えば、インクリメンタルエンコーダやレゾルバなどが用いられる。位置センサ１７の信号は、位相検出部１０に入力され、回転子の磁極位置を表す位相情報θに変換される。
位相検出部１０は、例えば、レゾルバの信号をデジタル信号に変換するＲＤ変換を行い、制御に用いるための位相情報θを求める。
位相補償部８は、後段で更に詳述するが、位相検出部１０の出力する位相情報θの急激な変動を抑制する補償機能を有している。そのため、位置センサに故障などの異常が発生したときでも、出力の急激な変動が抑制される。
【００２１】
異常検出部９は、位置センサ１７と位相検出部１０との間の各信号の状態監視を行い、位置センサ１７の故障などの異常を検出する。例えば、位置センサ１７がレゾルバである場合には、励磁信号、誘起電圧信号が接続され、これらの信号の状態監視を行う。ＰＭモータ１６は、永久磁石を用いた同期機などの電動機である。
【００２２】
次に、この発明の実施の形態１に係る電力変換器制御装置の動作について説明する。先ず、図１の異常検出部９からＰＷＭ制御部１１に至る動作について説明する。
図１において、異常検出部９は、位相検出部１０と位置センサ１７との間の信号を状態監視している。そして、これらの信号線の断線や地絡、短絡などの異常状態を検出した場合、異常検出フラグを用いてＰＷＭ制御部１１に信号を伝達し、電力変換器１２の動作停止を行う。
なお、異常検出の方法としては、例えば、信号線に重畳されたオフセット電圧レベルや、交流を検波した信号レベルなどを監視し、一定時間以上異常な数値が続けば異常状態と判定するような方法などがある。
【００２３】
異常検出部９の異常フラグにより異常状態と判定されるとＰＷＭ制御部１１は電力変換器１２に出力するゲート信号ＧＤｕ、ＧＤｖ、ＧＤｗをオフにして、電力変換器１２からＰＭモータ１６に供給する電圧を遮断する。その結果、ＰＭモータ１６の回転動作を停止させることができる。しかし、ＰＷＭ制御部１１には、常に、第二座標変換部６から電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊が入力され続けており、位相信号θｓが実際の磁極位置からはずれた誤った情報であると、ＰＷＭ制御部１１には誤った電圧指令を出力することになる。
【００２４】
このような誤った電圧指令の演算を防ぐために、位相補償部８は、位置センサ１７で故障などの異常状態が発生したときでも、位相信号θｓを真の値から急激にはずれないよう安定化させるよう機能する。
ＰＭモータ１６は、回転動作中に位置センサ１７に故障などの異常が発生したとしても、慣性の影響によって急激に速度が変化するわけではないので、回転しているときの速度情報を利用することによって位相信号の急変を抑制することができる。
【００２５】
この発明の位相補償部８は、以上の考えのもとに設定されたもので、以下、図２に基づき、位相補償部８の詳細について説明する。図２において、入力端子１８には、位相検出部１０で計算した位相情報θが入力される。入力された位相情報θは、微分演算手段としての微分回路２０と減算器１９とに入力される。
【００２６】
なお、電気理論通りの微分処理では、その入力波形によっては、無限大値に発散する波形出力となる恐れがあるので、この微分回路２０（後段の各微分回路も同様）は、実際には、微分要素と一次遅れ要素とを組み合わせた、
【００２７】
【数４】
2014138435.tif 000006
【００２８】
で表される近似微分、いわば不完全微分処理を行うものである。式（４）において、γは微分ゲイン、Ｔｄは微分時間である。微分回路２０では、位相情報θを微分することになるので、出力は速度情報ωとなる。
減算器１９は、入力端子１８から入力された位相情報θと出力端子２４から出力される位相信号θｓとの位相偏差Δθを計算する。位相偏差Δθは、補償手段としてのＰＩ補償回路２１に入力されて、ＰＩ補償演算が行われる。ＰＩ補償回路２１の出力は、速度補正量ω＊となり、加算器２２において、微分回路２０で計算した速度情報ωと加算される。加算器２２の出力は、積分演算手段としての積分回路２３に入力され、積分演算を行うことによって位相信号θｓとして出力端子２４から出力される。
【００２９】
図２に示すフィードバック制御系が動作することで、異常の無い定常状態では、微分回路２０は速度情報ωを出力し、ＰＩ補償回路２１の出力はゼロとなり、θ＝θｓとなる。  また、位相情報θに外乱が発生すると、微分回路２０から外乱を伴った速度が発生するので、ＰＩ補償回路２１は、速度を安定化させるように機能し、その結果位相信号θｓも安定化される。
即ち、位相補償部８は、位相情報θに加わる外乱による位相信号θｓの変動を抑制する補償機能を有する。
【００３０】
図３は、各位相の波形を示したタイミング図であり、異常が発生したときの動作波形を示している。θ１は正常なときに位相検出部１０が出力する位相情報、θ２は異常が発生したときに位相検出部１０が出力する位相情報、θｓは、位相補償部８が出力する補償処理がなされた位相信号である。異常検出フラグは、異常が発生してから一定期間経過したのちに異常と判断する。位置センサ１７に異常がない状態では、位相補償部８の位相信号出力θｓは、位相検出部１０の出力する位相情報θと同じである。フィードバック系を構成しているので位相遅れも発生しない。
【００３１】
位置センサ１７に故障などの異常が発生すると、位相検出部１０の位相情報出力θは、図３に示すθ２のような急激な変動を伴った乱れた波形となる。このような異常時の制御位相θ２をそのままＰＭモータ１６のベクトル制御演算に用いると、誤った電圧指令を計算してしまい、その電圧指令を電力変換器１２からそのままＰＭモータ１６に印加すると、過電流などの異常動作を引き起こす可能性がある。
【００３２】
位置センサ１７の故障などの異常発生時には、異常検出部９は異常検出フラグを、例えば“Ｌ”から“Ｈ”に変えることによって、ＰＷＭ制御部１１に異常状態を伝達し、電力変換器１２に出力するゲート信号を停止させる。しかし、図３に示すように異常検出部９では、異常発生から異常状態であることを判定するまでに、所定の判定時間が必要となる。この判定時間中には、異常時の制御位相情報θ２をそのまま電圧指令演算に用いるため、この判定時間内においてはＰＭモータ１６にて過電流が発生する可能性がある。そのため、本発明では、位置センサ１７で求めた位相情報θをそのまま制御演算には用いずに、位相補償された位相信号θｓを演算に用いるよう構成している。
【００３３】
以上のように、この発明の実施の形態１に係る電力変換器制御装置においては、異常時の位相情報θ２を位相補償部８に入力した場合、図３に示されるような制御位相信号θｓとなり、正常時の位相情報θ１に近い信号波形が得られる。このように、位相補償部８で補償された位相信号θｓを電圧指令演算に用いることにより制御位相の急変が抑制され、その結果、過電流の発生を抑制することができる。
また、位置センサ１７の異常状態が正しく判定されると、電力変換器１２に出力するゲート信号が確実に遮断され安全にＰＭモータ１６の回転動作が停止する。
【００３４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る電力変換器制御装置は、実施の形態１とは異なり、位相補償部として、微分回路を２個備え、速度情報に加えて加速度（トルク）情報に基づいて制御する位相補償部を備えることで補償機能をより高めた構成としたものである。
以下、この発明の実施の形態２について、位相補償部８に係るブロック図である図４に基づいて説明する。図４は、実施の形態１と同様、位相補償部８のブロック構成を示しており、図２と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付して個々の説明は適宜省略するものとする。以下、実施の形態１との差異を中心に説明する。
【００３５】
図４において、入力端子１８には位相検出部１０で計算した位相情報θが入力される。入力された位相情報θは、第一微分演算手段としての微分回路２０と減算器１９とに入力される。微分回路２０での演算は、式（４）と同様である。減算器１９は、入力端子１８から入力された位相情報θと出力端子２４から出力される位相信号θｓとの位相偏差Δθを計算し、この位相偏差Δθは、第一補償手段としてのＰ補償回路２５に入力される。微分回路２０の出力は、第二微分演算手段としての微分回路２７と減算器２６とに入力される。
【００３６】
Ｐ補償回路２５では、例えば、比例動作によるＰ補償演算が行われる。Ｐ補償回路２５の出力は速度補正量ω＊であり、減算器２６では、微分回路２０で計算した速度情報ωとＰ補償回路２５で求めた速度補正量ω＊との和から、後述する第一積分演算手段としての積分回路３１の出力する速度信号が減算される。
減算器２６の出力を速度偏差Δωとすると、この速度偏差Δωは、第二補償手段としてのＰＩ補償回路２９に入力され、
【００３７】
【数５】
2014138435.tif 000007
【００３８】
の演算を行い、トルク補正量τ＊を求める。式（５）において、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲインである。
微分回路２７の出力は、速度を微分演算したもので加速度情報となる。微分回路２７の出力は、乗算器２８に入力されて慣性モーメント値Ｊが乗算される。即ち、加速度に慣性モーメントＪの値を乗算することによりトルク情報τが計算される。
加算器３０には、乗算器２８からのトルク情報τとＰＩ補償回路２９からのトルク補正量τ＊とが入力される。加算器３０の出力は、積分回路３１に入力され、慣性モーメント１／Ｊをゲインとする積分演算を行う。この積分回路３１の出力は、加速度情報を積分演算したものであるので速度信号であり、この速度信号は第二積分演算手段としての積分回路３２に入力される。積分回路３２の出力は、速度信号を積分演算したものであるので位相信号θｓとなり出力端子２４から出力される。
【００３９】
図４に示す位相補償部８においては、異常の無い一定回転速度の定常状態では、微分回路２０は速度情報ωを出力し、Ｐ補償回路２５の出力はゼロとなる。また、速度に変化がなければ、微分回路２７の出力もゼロである。
しかし、位相情報θに外乱が発生すると、微分回路２０から外乱を伴った速度が発生するので、Ｐ補償回路２５は、速度を安定化させるように機能し、また、微分回路２７（乗算器２８）から外乱を伴った加速度（トルク）が発生するので、ＰＩ補償回路２９は加速度を安定させるように機能し、その結果、位相信号θｓも安定化される。
なお、ＰＩ補償回路２９は、比例動作のみを行うＰ補償回路としても同様の効果を得ることができる。
【００４０】
以上のように、この発明の実施の形態２の位相補償部８は、速度情報に加えて加速度情報を加味して位相信号θｓを安定化させるように構成したので、装置の慣性モーメント値に適応した応答性のもとで位相信号θｓを安定化させることができ、補償機能が高まるという効果がある。
【００４１】
実施の形態３．
この実施の形態３に係る電力変換器制御装置は、実施の形態１とは異なり、位置センサ１７からの情報に加えて、更に、別途推定した速度情報を使用して位相補償を行うものである。
以下、この発明の実施の形態３における電力変換器制御装置の係るシステム構成図である図５およびその位相補償部３６の詳細ブロック図である図６に基づいて説明する。
【００４２】
先ず、この発明の実施の形態３に係る電力変換器制御装置を含む全体システム構成について説明する。図５において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付して個々の説明は適宜省略するものとする。
図５は、実施の形態１と同様、位置センサ１７に故障などの異常が発生したときに安全に電力変換器１２を停止させる異常検出部９と位相補償部３６を備えた電力変換器制御装置のシステム構成を示しており、以下、実施の形態１との差異を中心に説明する。
【００４３】
図５において、速度推定手段として、座標変換部３３と座標変換部３４と速度位相推定部３５とが備えられている。
座標変換部３３では、電圧指令に関して三相交流座標系から直交二相座標系への変換を行う。具体的には、第二座標変換部６が出力している三相交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を、速度位相推定部３５の出力する推定位相θ０上の直交二相座標系で表された推定電圧指令ｖｄ０＊、ｖｑ０＊に変換する。
座標変換部３４は、電流に関して三相交流座標系から直交二相座標系への変換を行う。具体的には、電流検出器１３、１４、１５で検出された三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、速度位相推定部３５の出力する推定位相θ０上の直交二相座標系で表された推定電流ｉｄ０、ｉｑ０に変換する。
【００４４】
直交二相座標系で表された推定電圧指令ｖｄ０＊、ｖｑ０＊および推定電流ｉｄ０、ｉｑ０は、速度位相推定部３５に入力される。速度位相推定部３５では、例えば、「回転座標上の適応オブザーバを用いたＰＭ電動機の位置センサレス制御」（平成１５年  電気学会論文誌Ｄ  １２３巻５号）に公開されているような方法で、速度情報を推定する。推定位相は速度情報を積分演算することにより得られる。
速度位相推定部３５からの推定速度情報ω０は、位相補償部３６に、推定位相情報θ０は、座標変換部３３および座標変換部３４に出力される。
位相補償部３６は、位相検出部１０からの位相情報θに加えて推定速度情報ω０を用いて位相信号θｓを外乱に対して安定化するよう計算する。
【００４５】
次に、位相補償部３６の動作について、位相補償部３６に係るブロック構成図である図６に基づいて説明する。図６は、実施の形態１と同様、位相補償部３６のブロック構成を示しており、図２と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付して個々の説明は適宜省略するものとする。以下、実施の形態１との差異を中心に説明する。
【００４６】
図６において、入力端子１８には、位置検出部１０で計算した位相情報θが入力され、入力端子３７には、速度位相推定部３５からの推定速度情報ω０が入力される。入力された推定速度情報ω０は、速度補正手段としての減算器３８に入力されて、微分回路２０の出力である速度情報ωから推定速度情報ω０が減算される。
従って、減算器３８では、補正速度情報としての速度偏差Δωを演算することになる。これに伴い、ＰＩ補償回路２１は、速度の偏差分を抑えるように動作する。
【００４７】
図６に示す位相補償部３６においては、異常の無い一定回転速度の定常状態では、入力端子３７から入力される推定速度情報ω０と微分回路２０の出力とが同じであり、減算器３８の出力する速度偏差Δωはゼロとなる。従って、ＰＩ補償回路２１の出力ω＊は定常速度成分となる。しかし、位相情報θに外乱が発生すると、減算器３８から外乱による速度偏差が発生するので、ＰＩ補償回路２１は、速度信号を安定化させるように機能し、その結果位相信号θｓも安定化される。
【００４８】
以上のように、この発明の実施の形態３の位相補償部３６は、推定速度情報と組み合わせることにより、位置センサ１７に異常が発生したときは、その外乱成分のみを抑えるように動作する。
【００４９】
即ち、実施の形態１の図２においては、フィードバック系を構成するＰＩ補償回路２１の出力は、速度情報の変化分を補償するものであるので、その変動は大きいが、実施の形態３の図６のＰＩ補償回路２１は、その出力変動量が小さくなるよう、速度情報の変化分を補償するという責務から速度情報の偏差分の変化を補償するという責務に軽減し、これにより、図６のＰＩ補償回路２１は、定常速度成分を中心にわずかに変動する出力状況となり、結果として、位相信号θの安定化が良くなる。
【００５０】
実施の形態４．
実施の形態４に係る電力変換器制御装置は、実施の形態３とは異なり、推定した速度情報を用いて速度の補正演算を行うようにしたものである。
以下、この発明の実施の形態４について、位相補償部３６に係る詳細ブロック構成図である図７に基づいて説明する。図７において、図６と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付して個々の説明は適宜省略するものとする。以下、実施の形態３との差異を中心に説明する。
【００５１】
図７において、入力端子３７には、速度位相推定部３５で計算した推定速度情報ω０が入力され、この推定速度情報ω０は速度補正手段としての補正回路３９に入力される。補正回路３９では、入力端子３７から入力される推定速度情報ω０と微分回路２０が出力する速度情報ωを組み合わせて速度信号を計算する。例えば、微分回路２０の出力する速度情報ωが、推定速度情報ω０に基づいて設定される上限下限範囲（例えば、その１１０％〜９０％の範囲）を越えないように制限する処理が考えられる。補正回路３９は、この制限処理をした補正速度情報を加算器２２に出力する。
【００５２】
補償手段としてのＰ補償回路４０は、減算器１９の出力する位相偏差Δθに対して比例演算によりＰ補償動作を行う。加算器２２には補正回路３９からの補正速度情報が入力されるため、比例動作のみで速度補正量ω＊を計算する。
【００５３】
以上のように、この発明の実施の形態４の位相補償部３６は、位置センサ１７に異常が発生して微分回路２０の出力である速度情報ωが仮に大幅に急変しても、その時点では正しい出力を保っている推定速度情報ω０に基づき設定された所定の範囲内に収めて速度情報ωの急変を防止する。
【００５４】
実施の形態５．
実施の形態５に係る電力変換器制御装置は、実施の形態３とは異なり、トルク指令および位相情報をもとに電力変換器を制御する構成としたものである。
以下、この発明の実施の形態５について、電力変換器制御装置に係るシステム構成図である図８およびその位相補償部４１の詳細ブロック構成図である図９に基づいて説明する。
【００５５】
先ず、この発明の実施の形態５に係る電力変換器制御装置を含む全体システム構成について説明する。図８において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付して個々の説明は適宜省略するものとする。
図８は、実施の形態３と同様、位置センサ１７に故障などの異常が発生したときに安全に電力変換器１２を停止させる異常検出部９と位相補償部４１を備えた電力変換器制御装置のシステム構成を示しており、以下、実施の形態３との差異を中心に説明する。
図８において、位相補償部４１には、位相検出部１０からの位相情報θに加えてトルク指令生成部１の出力であるトルク指令Ｔ＊を用いて位相信号θｓを外乱に対して安定化するよう計算する。
【００５６】
次に、位相補償部４１の動作について、位相補償部４１に係るブロック構成図である図９に基づいて説明する。図９は、先の図４と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付して個々の説明は適宜省略するものとする。以下、実施の形態３との差異を中心に説明する。
【００５７】
図９において、入力端子４２には、トルク指令生成部１が出力するトルク指令Ｔ＊が入力される。入力されたトルク指令Ｔ＊は、トルク補正手段としての減算器４３に入力されて、乗算器２８の出力するトルク情報τからトルク指令Ｔ＊が減算される。
従って、減算器４３では、補正トルク情報としてトルク偏差Δτを演算することになる。これに伴い、ＰＩ補償回路２９は、トルクの偏差分を抑えるように動作する。
図９に示す位相補償部４１においては、異常の無い一定加速の定常状態では、入力端子４２から入力されるトルク指令Ｔ＊と乗算器２８からのトルク情報τとは同じであり、減算器４３の出力するトルク偏差Δτはゼロとなる。従って、ＰＩ補償回路２９の出力τ＊は定常加速度成分となる。しかし、位相情報θに外乱が発生すると、減算器４３から外乱を伴ったトルク偏差が発生するので、ＰＩ補償回路２９は、トルクを安定化させるように機能し、その結果位相信号θｓも安定化される。
【００５８】
以上のように、この実施の形態５の位相補償部４１は、トルク指令と組み合わせることにより、位置センサ１７に異常が発生したときでも外乱成分のみを抑え実施の形態３と同様の効果を得ることが可能である。
【００５９】
実施の形態６．
実施の形態６に係る電力変換器制御装置は、実施の形態５とは異なりトルク指令を用いてトルクの補正演算を行うようにしたものである。
以下、この発明の実施の形態６について、位相補償部４１に係る詳細ブロック構成図である図１０に基づいて説明する。図１０において、図９と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付して個々の説明は適宜省略するものとする。以下、実施の形態５との差異を中心に説明する。
【００６０】
図１０において、入力端子４２には、トルク指令生成部１が出力するトルク指令Ｔ＊が入力され、このトルク指令Ｔ＊はトルク補正手段としての補正回路４４に入力される。補正回路４４では、入力端子４２から入力されるトルク指令Ｔ＊と乗算器２８からのトルク情報τとを組み合わせてトルク信号を計算する。例えば、乗算器２８の出力するトルク情報τが、トルク指令Ｔ＊に基づいて設定される上限下限範囲（例えば、その１１０％〜９０％の範囲）を越えないように制限する処理が考えられる。補正回路４４は、この制限処理をした補正トルク情報を加算器３０に出力する。
【００６１】
第二補償手段としてのＰ補償回路４５は、減算器２６の出力する速度偏差Δωに対して比例演算によりＰ補償動作を行う。加算器３０には補正回路４４からの補正トルク情報が入力されるため、比例動作のみでトルク補正量τ＊を出力する。
【００６２】
以上のように、この発明の実施の形態６の位相補償部４１は位置センサ１７に異常が発生して乗算器２８の出力であるトルク情報τが仮に大幅に急変しても、その時点では一定値を保っているトルク指令Ｔ＊に基づき設定された所定の範囲内に収めてトルク情報τの急変を防止する。
【００６３】
実施の形態７．
この実施の形態７に係る電力変換器制御装置は、位置センサ１７からの情報に加えて、別途推定した速度情報、更には、トルク指令を使用して位相補償を行うものである。
以下、この発明の実施の形態７について、電力変換器制御装置に係るシステム構成図である図１１およびその位相補償部４６の詳細ブロック図である図１２に基づいて説明する。
【００６４】
先ず、この発明の実施の形態７に係る電力変換器制御装置を含む全体システム構成について説明する。図１１において、先の形態例と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付して個々の説明は適宜省略するものとする。
図１１は、先の形態例と同様、位置センサ１７に故障などの異常が発生したときに安全に電力変換器１２を停止させる異常検出部９と位相補償部４６を備えた電力変換器制御装置のシステム構成を示しており、以下、先の形態例との差異を中心に説明する。
【００６５】
図１１において、位相補償部４６は、位相検出部１０からの位相情報θに加えて、速度位相推定部３５からの推定速度情報ω０およびトルク指令生成部１からのトルク指令Ｔ＊を用いて位相信号θｓを外乱に対して安定化するよう計算する。
【００６６】
次に、位相補償部４６の動作について、位相補償部４６に係る詳細ブロック構成図である図１２に基づいて説明する。図１２は、先の形態例と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付して個々の説明は適宜省略するものとする。以下、先の形態例との差異を中心に説明する。
【００６７】
図１２において、入力端子４２には、トルク指令生成部１が出力するトルク指令Ｔ＊が入力され、入力端子３７には、速度位相推定部３５で計算した推定速度情報ω０が入力される。減算器２６では、推定速度情報ω０とＰ補償回路２５の出力する速度補正量ω＊との和から積分回路３１の出力する速度信号を減算する処理を行う。
【００６８】
ここで、実施の形態５（図９）との差異は、ＰＩ補償回路２９に入力する速度偏差Δωを計算するときに用いる速度情報を、微分回路２０の出力ではなく、速度位相推定部３５で計算した推定速度情報ω０を用いる点である。
これにより、速度位相推定部３５で計算した推定速度情報ω０が安定であれば、この発明の速度演算部分をより安定に動作する構成とすることが可能である。
【００６９】
以上のように、この実施の形態７の位相補償部４６は、推定した速度情報とトルク指令と組み合わせることにより、位置センサ１７に異常が発生したときでも、外乱成分のみを抑え、更なる優れた補償機能を実現することが可能である。
【００７０】
なお、この実施の形態７で使用した推定速度情報ω０を活用するという観点から、例えば、先の実施の形態１（図２）において、微分回路２０を用いず、加算器２２には、推定速度情報ω０を入力するという変形例が考えられる。推定速度情報ω０を算出するための速度位相推定部３５を別途備える必要があるが、より高い補償機能が期待できる。
【００７１】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  トルク指令生成部、２  電流指令生成部、５  電圧指令生成部、
６  第二座標変換部、７  第一座標変換部、８，３６，４１，４６  位相補償部、
９  異常検出部、１０  位相検出部、１１  ＰＷＭ制御部、１２  電力変換器、
１３〜１５  電流検出器、１６  ＰＭモータ、２０，２７  微分回路、
２１，２９，４５  ＰＩ補償回路、２３，３１，３２  積分回路、
２５，４０  Ｐ補償回路、３５  速度位相推定部、３９，４４  補正回路。
【図１】
2014138435.tif 000008
【図２】
2014138435.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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