(57)【要約】交流回転機の制御装置は、電流ベクトル検出部（３）と、磁束ベクトル検出部（９）と、適応観測部（８）と、制御部（４）と、電圧印加部（５）と、電流偏差ベクトルと磁束偏差ベクトルとを出力する偏差ベクトル演算部（６）と、偏差増幅部（７）とを備え、適応観測部（８）は電圧指令ベクトルと増幅偏差ベクトルとに基づき推定電流ベクトルと推定磁束ベクトルと推定位置を演算し、さらに、制御部（４）は高周波電圧ベクトルを重畳し、磁束ベクトル検出部（９）は検出電流ベクトルに含まれる高周波電圧ベクトルと同一周波数成分の高周波電流ベクトルの大きさと回転子磁束の大きさから検出磁束ベクトルを演算する。
2013111383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流回転機の電流から検出電流ベクトルを検出する電流ベクトル検出部と、
前記交流回転機の前記検出電流ベクトルから回転子磁束ベクトルを検出し検出磁束ベクトルとして出力する磁束ベクトル検出部と、
前記交流回転機の推定電流ベクトルと推定磁束ベクトルと推定位置とを出力する適応観測部と、
前記検出電流ベクトルが電流指令ベクトルに一致するように電圧指令ベクトルを出力する制御部と、
前記電圧指令ベクトルに基づいて前記交流回転機に電圧を印加する電圧印加部と、
前記推定電流ベクトルと前記検出電流ベクトルの偏差である電流偏差ベクトルと、前記推定磁束ベクトルと前記検出磁束ベクトルの偏差である磁束偏差ベクトルとを出力する偏差ベクトル演算部と、
前記電流偏差ベクトルと前記磁束偏差ベクトルを増幅して増幅偏差ベクトルとして出力する偏差増幅部とを備え、
前記適応観測部は前記電圧指令ベクトルと前記増幅偏差ベクトルとに基づいて前記推定電流ベクトルと前記推定磁束ベクトルと前記推定位置とを演算して出力し、
さらに、前記制御部は前記交流回転機を駆動する周波数とは異なる周波数成分の高周波電圧ベクトルを重畳した電圧指令ベクトルを出力し、前記磁束ベクトル検出部は前記検出電流ベクトルに含まれる前記高周波電圧ベクトルと同一周波数成分の高周波電流ベクトルの大きさと回転子磁束の大きさから前記検出磁束ベクトルを演算し出力する交流回転機の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は交番電圧の高周波電圧ベクトルを重畳した電圧ベクトルを出力し、
前記磁束ベクトル検出部は前記高周波電流ベクトルの前記交番電圧の高周波電圧ベクトルと平行方向成分の大きさと直交方向成分の大きさのうち少なくとも一方と回転子磁束の大きさから前記検出磁束ベクトルを演算し出力する請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項３】
前記磁束ベクトル検出部から出力する前記検出磁束ベクトルは、前記交番電圧ベクトルと平行方向成分と直交方向成分から構成される請求項２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は回転電圧の高周波電圧ベクトルを重畳した電圧ベクトルを出力し、
前記磁束ベクトル検出部は前記高周波電流ベクトルをα軸とβ軸からなる静止直交座標へ分解するとともに、前記高周波電流ベクトルのα軸方向成分の大きさとβ軸方向成分の大きさと回転子磁束の大きさから前記検出磁束ベクトルを演算し出力する請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項５】
前記磁束ベクトル検出部から出力する前記検出磁束ベクトルは、前記α軸方向成分と前記β軸方向成分から構成される請求項４に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項６】
前記偏差増幅部は前記電流偏差ベクトルと前記磁束偏差ベクトルを増幅する増幅ゲインを、前記適応観測部が演算した前記交流回転機の推定速度によって変更する構成とした請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転子位置情報を得るために位置センサを用いないで、誘導機や同期機などの交流回転機を制御できる交流回転機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
同期機や誘導機といった交流回転機を制御する方法として適応観測器などを利用して誘起電圧に基づくセンサレス制御法が知られている。この誘起電圧に基づくセンサレス制御法は位置センサや速度センサを省略することができる特長を有するが、低速回転域では誘起電圧が小さくなるために誘起電圧の検出もしくは推定が難しくなり、低速回転域では駆動特性が低下するという問題がある。
一方、低速域では、交流回転機の基本周波数とは異なる周波数の電圧や電流を重畳してインダクタンスの突極性を利用した位置検出結果に基づいて制御をすれば、位置センサレスでも低速域の駆動が可能になる。しかし、インダクタンスの突極性を利用して高回転域で駆動しようとすると基本波以外の電圧や電流が発生する分、運転効率、電圧利用率、最大電流の点で不利となる。
そこで、インダクタンスの突極性を利用した位置検出結果に基づいて交流回転機を駆動するとともに、高回転域では誘起電圧を利用したセンサレス制御によって交流回転機を駆動すれば安価でかつ全速度領域で駆動可能な装置を提供することができる。この場合、低速域から高速域まで円滑に駆動することが要点となる。【０００３】
交流回転機を低速域から高速域まで円滑に駆動することを可能とするために、例えば以下の発明が開示されている。
位置センサを用いないで、ベクトルコントローラ基本部で必要とする回転ｄｑ座標系の位相を適切に生成するために、低周波領域用の位相を生成する低周波領域位相生成器と高周波領域用の位相を生成する高周波領域位相生成器とを用意し、さらに、これら２種類の位相を周波数的に加重平均して合成する位相合成器を構成し、合成された最終位相を回転ｄｑ座標系の位相とする発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
また、交流電動機の零速から高速域までを連続的に制御するためのセンサレス制御方法において、回転子角度を用いて演算される第１の磁束ベクトルと、回転子角度を用いずに演算される第２の磁束ベクトルとの外積演算によって得られる位置誤差Δθが零となるように、位置・速度推定器により、機械数式モデルにより推定した速度推定値ωｅｓｔと位置推定値θ０を用いて制御を行う発明が開示されている（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１０−９４２９８号公報（段落［００３２］、図１）
【特許文献２】特開２００６−１５８０４６号公報（段落［００１２］、［００１３］、図２、３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１開示の発明では、２種類の位相を周波数的に加重平均して合成するため、低速領域用と高速領域用の位相を同時に得る必要があり、低周波領域位相生成器と高周波領域位相生成器の両方を同時に演算処理するため、非常に演算処理が増大する問題がある。また、周波数が低くなる低速域では２種類の位相のうち低周波領域位相生成器に基づいて駆動する必要があり、低周波領域位相生成器の推定応答が遅いと、低速領域では速度制御応答やトルク制御応答などの応答性を高く保つことができないという問題もある。【０００７】
また、特許文献２開示の発明では、第１の磁束ベクトルを得るために回転子角度を必要とし、この回転子角度はあらかじめ、検出もしくは演算処理して求める必要があるため、演算量が増大する問題がある。また、第１の磁束ベクトルを得るために必要な回転子角度の検出・推定の応答が遅いと、第１の磁束ベクトルと第２の磁束ベクトルとの外積演算によって得られる位置誤差Δθの応答も遅くなり、位置・速度推定器が求める速度推定値ωｅｓｔと位置推定値θｅｓｔの応答も遅くなる。その結果、速度制御応答やトルク制御応答などの応答性を高く保つことができないという問題もある。【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、全速度領域において位置センサを用いないで円滑な交流回転機の駆動が可能で、演算量の低減と応答性の向上を図ることができる交流回転機の制御装置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】
【０００９】
この発明に係る交流回転機の制御装置は、交流回転機の電流から検出電流ベクトルを検出する電流ベクトル検出部と、交流回転機の検出電流ベクトルから回転子磁束ベクトルを検出し検出磁束ベクトルとして出力する磁束ベクトル検出部と、交流回転機の推定電流ベクトルと推定磁束ベクトルと推定位置とを出力する適応観測部と、検出電流ベクトルが電流指令ベクトルに一致するように電圧指令ベクトルを出力する制御部と、電圧指令ベクトルに基づいて交流回転機に電圧を印加する電圧印加部と、推定電流ベクトルと検出電流ベクトルの偏差である電流偏差ベクトルと、推定磁束ベクトルと検出磁束ベクトルの偏差である磁束偏差ベクトルとを出力する偏差ベクトル演算部と、電流偏差ベクトルと磁束偏差ベクトルを増幅して増幅偏差ベクトルとして出力する偏差増幅部とを備え、適応観測部は電圧指令ベクトルと増幅偏差ベクトルとに基づいて推定電流ベクトルと推定磁束ベクトルと推定位置とを演算して出力し、さらに、制御部は交流回転機を駆動する周波数とは異なる周波数成分の高周波電圧ベクトルを重畳した電圧指令ベクトルを出力し、磁束ベクトル検出部は検出電流ベクトルに含まれる高周波電圧ベクトルと同一周波数成分の高周波電流ベクトルの大きさと回転子磁束の大きさから検出磁束ベクトルを演算し出力するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る交流回転機の制御装置は、上記のように構成されているため、全速度領域において、位置センサを用いないで、円滑な交流回転機の駆動が可能で、演算量の低減と応答性の向上を図れる交流回転機の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係るシステム構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る制御部の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る偏差増幅部の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る適応観測部の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る適応観測部の内部構成図である。
【図６】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の内部構成図である。
【図８】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の内部構成図である。
【図９】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の内部構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る回転子磁束ベクトルの説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る変形例のシステム構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態１の交流回転機の制御装置に係る変形例の偏差増幅部の構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態２の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態２の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の内部構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態２の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の内部構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態３の交流回転機の制御装置に係るシステム構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態３の交流回転機の制御装置に係る制御部の構成図である。
【図１８】この発明の実施の形態３の交流回転機の制御装置に係る制御部の内部構成図である。
【図１９】この発明の実施の形態３の交流回転機の制御装置に係る適応観測部の構成図である。
【図２０】この発明の実施の形態３の交流回転機の制御装置に係る適応観測部の内部構成図である。
【図２１】この発明の実施の形態３の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の構成図である。
【図２２】この発明の実施の形態３の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の内部構成図である。
【図２３】この発明の実施の形態３の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の内部構成図である。
【図２４】この発明の実施の形態３の交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部の内部構成図である。
【図２５】この発明の実施の形態３の交流回転機の制御装置に係る回転子磁束ベクトルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
実施の形態１は、検出磁束ベクトルと推定磁束ベクトルの偏差である磁束偏差ベクトルと、検出電流ベクトルと推定電流ベクトルの偏差である電流偏差ベクトルを求め、増幅した増幅偏差ベクトルで適応観測部が出力する推定速度や推定位置を用いて交流回転機を駆動する交流回転機の制御装置に関するものである。ここで、磁束ベクトル検出部が出力する検出磁束ベクトルを演算する際、検出電流ベクトルから高周波電圧ベクトルと同一周波数成分の高周波電流ベクトルを抽出し、高周波電圧ベクトルと直交方向の成分の大きさを用いて高周波電圧ベクトルを印加しているｄ軸と回転子磁束ベクトルと平行方向であるｄｍ軸との差分Δθを演算し、Δθと回転子磁束ベクトルの大きさφｆをのみ用いる構成としたものである。
【００１３】
以下、本願発明の実施の形態１について、交流回転機の制御装置１に係るシステム構成図である図１、制御部の構成図である図２、偏差増幅部の構成図である図３、適応観測部の構成図である図４、適応観測部の内部構成図である図５、磁束ベクトル検出部の構成図である図６、磁束ベクトル検出部の内部構成図である図７〜図９、回転子磁束ベクトルの説明図である図１０、変形例のシステム構成図である図１１、変形例の偏差増幅部の構成図である図１２に基づいて説明する。
【００１４】
まず、本願発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置１を含む全体システム構成について説明する。
図１において、交流回転機の制御装置１は、交流回転機２を制御するために、電流ベクトル検出部３、制御部４、電圧印加部５、偏差ベクトル演算部６、偏差増幅部７、適応観測部８、磁束ベクトル検出部９から構成される。
なお、図において、２本斜線（／／）、３本斜線（／／／）、４本斜線（／／／／）は、それぞれ２次元、３次元、４次元のベクトルを示す。
【００１５】
交流回転機の制御装置１の構成、機能および動作の詳細は後述するが、まず交流回転機の制御装置１の各構成部の機能概要を説明する。
電流ベクトル検出部３は、交流回転機２の電流から検出電流ベクトルを検出する。磁束ベクトル検出部９は、電流ベクトル検出部３が出力する交流回転機２の検出電流ベクトルから回転子磁束ベクトルを検出して、検出磁束ベクトルとして出力する。適応観測部８は、検出磁束ベクトルから交流回転機２の推定電流ベクトルと推定磁束ベクトルと推定位置を出力する。制御部４は、検出電流ベクトルが電流指令ベクトルに一致するように電圧指令ベクトルを出力し、電圧印加部５は、電圧指令ベクトルに基づいて交流回転機に電圧を印加する。偏差ベクトル演算部６は、推定電流ベクトルと検出電流ベクトルの偏差である電流偏差ベクトルと推定磁束ベクトルと検出磁束ベクトルの偏差である磁束偏差ベクトルとを出力し、偏差増幅部７は、電流偏差ベクトルと磁束偏差ベクトルを増幅して増幅偏差ベクトルとして出力する。
【００１６】
図１において、交流回転機２は本実施の形態１では３相巻線を有する突極型の永久磁石同期機を例として説明するが、他種類の回転機であっても同様の原理で交流回転機の制御装置を構成することが可能である。
【００１７】
以下、順次、交流回転機の制御装置１の各構成部の構成、機能および動作について説明する。
電流ベクトル検出部３は、交流回転機２に流れる３相電流を検出し、座標変換器３１において、後述する推定位置θ０を用いて、交流回転機２の回転子に同期して回転する直交座標として公知であるｄ−ｑ軸に３相電流をｄ軸方向に座標変換したｄ軸電流ｉｄとｑ軸方向に座標変換したｑ軸電流ｉｑとを検出電流ベクトルとして出力する。
【００１８】
次に、図２に基づき制御部４の構成、機能および動作について説明する。
制御部４は、加減算器４１、電流制御器４２、高周波電圧ベクトル発生器４３、加減算器４４、座標変換器４５から構成される。
制御部４は、加減算器４１により、外部から与えられる電流指令ベクトル（ｉｄ＿ｒｅｆ，ｉｑ＿ｒｅｆ）から検出電流ベクトル（ｉｄｓ，ｉｑｓ）をそれぞれ減算する。電流制御器４２は、加減算器４１の出力である電流指令ベクトルと検出電流ベクトルの偏差が無くなるように、比例積分制御して基本波電圧ベクトル（ｖｄｆ，ｖｑｆ）を出力する。高周波電圧ベクトル発生器４３は、ｄ−ｑ軸上の高周波電圧ベクトル（ｖｄｈ，ｖｑｈ）を出力する。
なお、本実施の形態１では、ｖｑｈ＝０としてｄ軸方向のみに印加する交番電圧とする。
加減算器４４では、基本波電圧ベクトル（ｖｄｆ，ｖｑｆ）と高周波電圧ベクトル（ｖｄｈ，ｖｑｈ）を加算したｄ−ｑ軸上の電圧指令ベクトル（ｖｄ，ｖｑ）を出力し、座標変換器４５では後述する推定位置θ０を用いて加減算器４４の出力であるｄ−ｑ軸上の電圧指令ベクトル（ｖｄ，ｖｑ）をｄ−ｑ軸から静止座標の電圧指令ベクトル（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）に変換して出力する。
【００１９】
電圧印加部５は、制御部４が出力する電圧指令ベクトル（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）に基づいて、交流回転機２に三相電圧を印加する。
【００２０】
次に、偏差ベクトル演算部６の構成、機能および動作について説明する。
偏差ベクトル演算部６は、加減算器６１、６２から構成される。
偏差ベクトル演算部６は、加減算器６１により後述する適応観測部８の出力である推定電流ベクトル（ｉｄｓ０，ｉｑｓ０）から電流ベクトル検出部３の出力である検出電流ベクトル（ｉｄｓ，ｉｑｓ）を減算した電流偏差ベクトル（ｅｉｄｓ，ｅｉｑｓ）を出力する。また、加減算器６２により後述する適応観測部８の出力である推定磁束ベクトル（φｄｒ０，φｑｒ０）から後述する磁束ベクトル検出部の出力である検出磁束ベクトル（φｄｒＤ，φｑｒＤ）を減算した磁束偏差ベクトル（ｅφｄｒ，ｅφｑｒ）を出力する。
【００２１】
次に、図３に基づき偏差増幅部７の構成、機能および動作について説明する。
偏差増幅部７は、ゲイン行列演算器７１、７２と加減算器７３から構成される。
ゲイン行列演算器７１は、電流偏差ベクトル（ｅｉｄｓ，ｅｉｑｓ）の転置行列である（ｅｉｄｓ，ｅｉｑｓ）Ｔ（Ｔは転置行列の意味）に行列Ｈｃを乗算した結果を出力する。ゲイン行列演算器７２は、磁束偏差ベクトル（ｅφｄｒ，ｅφｑｒ）Ｔに行列Ｈｆを乗算した結果を出力する。
ここで、行列Ｈｃ、Ｈｆは（１）式で定義するゲイン行列である。（１）式中のｈ１１〜ｈ４４は増幅ゲインであり、ｈ１１〜ｈ４４は任意に設定可能な値である。
【００２２】
【数１】
2013111383.tif 000003
【００２３】
図３において、加減算器７３は、ゲイン行列演算器７１の出力ベクトルとゲイン行列演算器７２の出力ベクトルとを加算し、増幅偏差ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４）Ｔを出力する。
なお、交流回転機２が高回転速度になると、後述する適応観測部８は出力する推定速度や推定位置を、検出磁束ベクトルと推定磁束ベクトルの偏差である磁束偏差ベクトルを用いなくても良好に推定できる。このため、ゲイン行列演算器７２において、推定速度の絶対値が大きい場合は、ｈ１３〜ｈ４４の値が零になるようにして、高回転域でゲイン行列演算器７２の出力を零とする。その結果、磁束ベクトル検出部９の演算を停止することで、演算量を低減できる。また、制御部４内部の高周波電圧ベクトル発生器４３の出力である高周波電圧ベクトル（ｖｄｈ、ｖｑｈ）もゼロにすることで、高周波電圧ベクトル（ｖｄｈ、ｖｑｈ）により発生する高周波電流も発生しなくなり、高周波電流による損失も無くすことができる。
【００２４】
次に、適応観測部８の構成、機能および動作について説明する。図４は適応観測部８の構成図であり、図５は適応観測部８の主要構成要素である状態観測器８２の構成図である。
図４において、適応観測部８は、座標変換器８１、状態観測器８２、積分器８３から構成される。
図５において、状態観測器８２は、ゲイン行列演算器８２１、８２３、８２５、８２６、および加減算器８２２、積分器８２４、速度推定器８２７から構成される。
【００２５】
次に、適応観測部８の全体動作について説明する。
交流回転機２の電機子抵抗をＲ、ｄ軸方向の電機子インダクタンスをＬｄ、ｑ軸方向の電機子インダクタンスをＬｑ、推定速度をωｒ０、電源角周波数をωとし、行列Ａ、Ｂ、Ｃ１、Ｃ２を（２）式で定義する。
なお、交流回転機２が非突極機の場合はＬｄ＝Ｌｑとなる。
【００２６】
【数２】
2013111383.tif 000004
【００２７】
また、ｄ−ｑ軸上の推定電機子反作用ベクトルのｄ軸成分をφｄｓ０、ｑ軸成分をφｑｓ０、ｄ−ｑ軸上の電圧指令ベクトルのｄ軸成分をｖｄｓ、ｑ軸成分をｖｑｓと定義すると、（３）式のように推定電機子反作用ベクトル（φｄｓ０，φｑｓ０）と推定磁束ベクトル（φｄｒ０，φｑｒ０）を得ることができる。
【００２８】
【数３】
2013111383.tif 000005
【００２９】
また、ラプラス演算子（微分演算子）をｓ、ｋｐを比例ゲイン、ｋｉを積分ゲインと定義し、（２）式の行列Ａの内部パラメータである推定速度ωｒ０は、電流偏差ベクトル（ｅｉｄｓ、ｅｉｑｓ）と推定磁束ベクトル（φｄｒ０、φｑｒ０）を用いて（４）式によって与えられる。
【００３０】
【数４】
2013111383.tif 000006
【００３１】
推定位置θ０は、（５）式のように推定速度ωｒ０を積分することで得ることができる。
【００３２】
【数５】
2013111383.tif 000007
【００３３】
また、推定電流ベクトル（ｉｄｓ０，ｉｑｓ０）は（６）式より求めることができる。
【００３４】
【数６】
2013111383.tif 000008
【００３５】
同様に、推定磁束ベクトル（φｄｒ０、φｑｒ０）は（７）式より求めることができる。
【００３６】
【数７】
2013111383.tif 000009
【００３７】
以上のように、（２）〜（７）式を用いれば、電圧指令ベクトル（ｖｄｓ、ｖｑｓ）と増幅偏差ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４）Ｔと電流偏差ベクトル（ｅｉｄｓ、ｅｉｑｓ）に基づいて、推定位置θ０と推定電流ベクトル（ｉｄｓ０，ｉｑｓ０）と推定磁束ベクトル（φｄｒ０、φｑｒ０）を算出することが可能である。
以上が適応観測部８の全体の動作説明である。
【００３８】
次に、適応観測部８の各主要構成要素の機能、動作について説明する。
図４において、座標変換器８１は制御部４の出力である３相交流の電圧指令ベクトルを直交回転座標であるｄ−ｑ軸の電圧指令ベクトル（ｖｄｓ、ｖｑｓ）に変換し、状態観測器８２へ出力する。状態観測器８２は、偏差増幅部７からの出力である増幅偏差ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４）Ｔと座標変換器８１の出力である電圧指令ベクトル（ｖｄｓ、ｖｑｓ）に基づき、推定速度ωｒ０、推定電流ベクトル（ｉｄｓ０，ｉｑｓ０）、および推定磁束ベクトル（φｄｒ０、φｑｒ０）を演算して出力する。積分器８３は、（５）式により、状態観測器８２の出力である推定速度ωｒ０を積分することで、推定位置θ０を求める。
【００３９】
図５において、ゲイン行列演算器８２１は、座標変換器８１の出力である電圧指令ベクトル（ｖｄｓ、ｖｑｓ）Ｔに行列Ｂを乗算し、その結果を出力する。加減算器８２２は、ゲイン行列演算器８２１の出力とゲイン行列演算器８２３の出力と増幅偏差ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４）Ｔとを加減算したベクトルを出力する。積分器８２４は、加減算器８２２が出力するベクトルを要素毎に積分し、ベクトル（φｄｓ０，φｑｓ０，φｄｒ０，φｑｒ０）Ｔを出力する。以上が（３）式右辺に相当する部分である。なお、（３）式の左辺は積分器８２４の入力部分に相当する。
ゲイン行列演算器８２５は、行列Ｃ１をベクトル（φｄｓ０，φｑｓ０，φｄｒ０，φｑｒ０）Ｔに乗算することで、推定電流ベクトル（φｄｓ０，φｑｓ０）Ｔを出力する。この部分は（６）式に相当する。
なお、ここでベクトル（φｄｓ０，φｑｓ０，φｄｒ０，φｑｒ０）Ｔは、固定子・回転子推定磁束ベクトルである。
ゲイン行列演算器８２６は、行列Ｃ２をベクトル（φｄｓ０，φｑｓ０，φｄｒ０，φｑｒ０）Ｔに乗算することで、推定磁束ベクトル（φｄｒ０，φｑｒ０）Ｔを出力する。この部分は（７）式に相当する。
速度推定器８２７は、電流偏差ベクトル（ｅｉｄｓ、ｅｉｑｓ）と推定磁束ベクトル（φｄｒ０、φｑｒ０）を用いて（４）式によって推定速度ωｒ０を算出する。
ゲイン行列演算器８２３は、速度推定器８２７の出力である推定速度ωｒ０を入力し、積分器８２４の出力であるベクトル（φｄｓ０，φｑｓ０，φｄｒ０，φｑｒ０）Ｔに行列Ａを施して、結果を加減算器８２２に出力する。
【００４０】
以上が適応観測部８の全体および各主要構成要素の機能、動作説明である。この適応観測部８の特徴は、増幅偏差ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４）Ｔに磁束偏差ベクトル（ｅφｄｒ、ｅφｑｒ）を増幅したｅ３、ｅ４を含んでいることであり、これにより零速を含む低速域において良好に推定速度ωｒ０や推定位置θ０を求めることができる。
【００４１】
本実施の形態の適応観測部８は、後述する磁束ベクトル検出部９の出力である検出磁束ベクトルが零速〜低速域において定数誤差や電圧誤差の影響を受けないため、検出磁束ベクトルと推定磁束ベクトルの偏差である磁束偏差ベクトルを求め、磁束偏差ベクトルを増幅したｅ３、ｅ４を用いることで零速〜低速でも良好に速度や位置を推定することができる。
【００４２】
次に、磁束ベクトル検出部９の構成、機能および動作について図６から図１０に基づいて説明する。
まず、磁束ベクトル検出部９の構成を説明する。
磁束ベクトル検出部９の構成図である図６において、磁束ベクトル検出部９は、フィルタ９１、直交成分抽出器９２、検出磁束ベクトル演算器９３から構成される。
フィルタ９１は図７に示すように、ノッチフィルタ９１１、加減算器９１２から構成される。直交成分抽出器９２は図８に示すように、直交成分選択器９２１、振幅演算器９２２から構成される。直交成分抽出器９２は図９に示すように、差分演算器９３１、余弦演算器９３２、正弦演算器９３３、乗算器９３４、９３５から構成される。
【００４３】
次に、磁束ベクトル検出部９の機能および動作について説明するが、まず、磁束ベクトル検出部９の全体の動作を説明し、その後、各構成要素の機能、動作を説明する。
【００４４】
図２の高周波電圧ベクトル発生器４３から高周波電圧ベクトル（ｖｄｈ、ｖｑｈ）を出力するときに、交流回転機２に流れる高周波電流ベクトルの数式について説明する。
図１０に示すように、制御部４が構成する交流回転機２の回転子に同期して回転する座標系を直交座標ｄ−ｑ軸とする。交流回転機２の回転子磁束ベクトルΦｒと同一方向をｄｍ軸とし、その直交方向をｑｍ軸とする。直交座標系ｄ軸と回転子磁束ベクトルのｄｍ軸との差分がΔθであるとする。なお、ｄ軸は適応観測部８が出力する推定位置θ０の方向である。定常的にはｄ軸とｄｍ軸は一致するよう動作するものであり、図１０は瞬時的にΔθの偏差が生じた場合の図である。
このとき、高周波電圧ベクトル（ｖｄｈ，ｖｑｈ）をそれぞれ、ｄ軸、ｑ軸に印加するときの交流回転機２の数式は（８）式のように表現することができる。ここで、式中のｐは微分演算子である。
【００４５】
【数８】
2013111383.tif 000010
【００４６】
前述したとおり、高周波電圧ベクトルは零速〜低速でのみ印加するので、回転速度ωｒ≒０とすれば（９）式を得ることができる。
【００４７】
【数９】
2013111383.tif 000011
【００４８】
さらに、右辺第２項は、高周波電流の微分であり、高周波電流の微分は高周波電圧の角周波数ωｈ倍されるため、右辺第２項≫右辺第１項となるため、右辺第１項は無視することができ、その結果（１０）式を得ることができる。
【００４９】
【数１０】
2013111383.tif 000012
【００５０】
ここで、高周波電圧ベクトルを（１１）式のように与えるとすると、高周波電流ベクトル（ｉｄｈ、ｉｑｈ）は、（１０）式に（１１）式を代入し、両辺を積分することで、（１２）式のようになる。
【００５１】
【数１１】
2013111383.tif 000013
【００５２】
【数１２】
2013111383.tif 000014
【００５３】
次に検出磁束ベクトルについて説明する。図１０のように、回転子磁束ベクトルΦｒはｄｍ軸と同一方向である。ここで、回転子磁束ベクトルΦｒを高周波電圧ベクトルと平行方向、すなわちｄ軸方向のφｄｒＤと、高周波電圧ベクトルと直交方向、すなわちｑ軸方向のφｑｒＤに射影する。このｄ軸とｑ軸に射影したφｄｒＤとφｑｒＤを検出磁束ベクトルとし、数式で表すと（１３）式のように表現することができる。
【００５４】
【数１３】
2013111383.tif 000015
【００５５】
（１３）式中のφｆは回転子磁束ベクトルΦｒの大きさであり、永久磁石同期機の場合のφｆは温度により若干変化するものの、予め測定しておくことで把握でき、また、誘導機や巻線界磁式同期機の場合は、励磁電流や界磁電流の大きさより計算することできるため、φｆは既知の値である。
φｆは既知の値であるため、（１３）式から検出磁束ベクトルを演算するためには、Δθが分かればよい。
【００５６】
ここで、Δθを求める方法について検討する。Δθはｄ軸とｄｍ軸の差分であるため、ｄ軸の位置とｄｍ軸の位置が分かれば演算することができる。ｄ軸の位置は適応観測部８が出力する推定位置θ０であるので既知である。しかし、ｄｍ軸の位置（以下、θｄｍと呼ぶ）は未知であるため別の方法で求める必要がある。
例えば、国際公開広報ＷＯ２００９−０４０９６５号に開示されているように、零速〜低回転でも良好にｄｍ軸方向の位置を推定可能な高周波電圧を重畳して求めた推定位置をθｄｍとして利用することでΔθを求めることが可能である。しかし、この開示された方法でΔθを求めた場合、θｄｍを求めるときに、新たに位置推定部を設ける必要があるため、演算量が大幅に増大する。
【００５７】
そこで、本実施の形態１では、（１２）式に着目し、高周波電流ベクトルの大きさにΔθが含まれていることから、高周波電圧ベクトルを重畳するが位置推定は行わずに、高周波電流ベクトルの大きさを抽出して、検出磁束ベクトルを演算する。
本実施の形態１では、高周波電圧ベクトルと直交方向であるｑ軸の高周波電流ベクトルｉｑｈの大きさを利用する。
（１２）式より高周波電流ベクトルｉｑｈの大きさ｜ｉｑｈ｜は、（１４）式となるので、Δθは（１５）式のように求めることができる。
【００５８】
【数１４】
2013111383.tif 000016
【００５９】
【数１５】
2013111383.tif 000017
【００６０】
なお、高周波電流ベクトルの大きさ｜ｉｑｈ｜は、（１６）式で求めることができる。高周波電圧の角周波数ωｈと高周波電圧振幅Ｖｈは、高周波電圧ベクトル発生器４３で任意に設定できるため既知であり、Ｌ、ｌは（８）式のようにＬｄ、Ｌｑより求めることができる。また、Ｌｄ、Ｌｑは事前に測定することで把握できるため、Ｌ、ｌも既知である。なお、式（１６）中のＴは、高周波電流ベクトル（ｉｄｈ，ｉｑｈ）の周期である。
【００６１】
【数１６】
2013111383.tif 000018
【００６２】
以上説明したように、検出磁束ベクトルφｄｒＤ、φｑｒＤは（１３）、（１５）、（１６）式より求めることができる。
なお、適応観測部８の出力である推定位置θ０は、回転子磁束ベクトルΦｒの方向、またはこの方向に近い値となるので２Δθ≒０であり、ｓｉｎ２Δθ≒２Δθと近似することができる。したがって、Δθは（１７）式のように求めてもよく、この場合、検出磁束ベクトル（φｄｒＤ、φｑｒＤ）は（１３）、（１６）、（１７）式から求めることができる。
【００６３】
【数１７】
2013111383.tif 000019
【００６４】
以上が磁束ベクトル検出部９の全体の動作である。
【００６５】
次に、磁束ベクトル検出部９の各構成要素の機能、動作について説明をする。
図６において、フィルタ９１は、検出電流ベクトルから高周波電流ベクトルを抽出するものであり、検出電流ベクトルから高周波電圧ベクトルと同一周波数成分を抽出できるものならどのようなものでもよい。例えば、狭帯域のバンドストップフィルタとして公知であるノッチフィルタを利用して、図７のように高周波電流ベクトルを抽出することができる。図７のノッチフィルタ９１１では、（１８）式の高周波電圧ベクトルの角周波数ωｈを除去するノッチフィルタを検出電流ベクトルに施して、検出電流ベクトルから角周波数ωｈ成分を除去する。
加減算器９１２は、検出電流ベクトルからノッチフィルタ９１１の出力を減算することで、検出電流ベクトルから角周波数ωｈ成分の高周波電流ベクトルを演算する。なお、式（１８）のｓはラプラス演算子、ｑｘはノッチの深さである。
【００６６】
【数１８】
2013111383.tif 000020
【００６７】
図８において、直交成分抽出器９２は、直交成分選択器９２１で高周波電流ベクトル（ｉｄｈ，ｉｑｈ）に行列（０，１）Ｔを乗算することで、ｄ軸と直交方向の高周波電流ベクトルの成分であるｉｑｈのみを選択する。
振幅演算器９２２は、（１６）式の演算をすることで、ｉｑｈの大きさ（振幅）である｜ｉｑｈ｜を演算し、出力する。
【００６８】
図９の検出磁束ベクトル演算器９３において、差分演算器９３１は直交成分抽出器の出力である｜ｉｑｈ｜から（１５）式または（１７）式の演算をしてΔθを出力する。
余弦演算器９３２は、差分演算器９３１の出力であるΔθを用いて余弦演算を行い、ｃｏｓΔθを出力する。乗算器９３４は、余弦演算器９３２の出力であるｃｏｓΔθに回転子磁束の大きさφｆを乗算して、高周波電圧ベクトルと平行方向の検出磁束ベクトルの成分であるφｄｒＤを出力する。
正弦演算器９３３は、差分演算器９３１の出力であるΔθを用いて正弦演算を行い、ｓｉｎΔθを出力する。乗算器９３５は、正弦演算器９３３の出力であるｓｉｎΔθに回転子磁束の大きさφｆを乗算して、高周波電圧ベクトルと直交方向の検出磁束ベクトルの成分であるφｑｒＤを出力する。
以上が、磁束ベクトル検出部１９の構成、機能および動作の説明である。
【００６９】
次に、本実施の形態１の変形例を説明する。
図３の偏差増幅部７において、行列Ｈｃ、Ｈｆは（１）式で定義するゲイン行列であり、（１）式中のｈ１１〜ｈ４４は増幅ゲインであり、ｈ１１〜ｈ４４は任意に設定可能な値である。
ここで例えば、特許４６７２２３６号の図９に記載されているように、行列Ｈｃのｈ１１〜ｈ４２は、推定速度ωｒ０によって各増幅ゲインの値を変更するようにすることができる。同様に、ゲイン行列Ｈｆのｈ１３〜ｈ４４の値も推定速度ωｒ０によって各増幅ゲインの値を変更することができる。
この場合、図１１の変形例のシステム構成図に示すように、適応観測部８から推定速度ωｒ０も出力する。また、偏差増幅部７０は、図１２に示すようにゲイン行列演算器７０１、７０２に推定速度ωｒ０を入力するようにする。
図１２において、加減算器７３はゲイン行列演算器７０１とゲイン行列演算器７０２の出力ベクトルとを加算し、増幅偏差ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４）Ｔを出力する。
また、前述のようにゲイン行列演算器７０２において、推定速度ωｒ０の絶対値が大きい場合は、ｈ１３〜ｈ４４の値が零になるようにして、高回転速度域でゲイン行列演算器７０２の出力は零とする。
【００７０】
以上説明したように、実施の形態１に係る交流回転機の制御装置１は、検出磁束ベクトルと推定磁束ベクトルの偏差である磁束偏差ベクトルと、検出電流ベクトルと推定電流ベクトルの偏差である電流偏差ベクトルを求め、磁束偏差ベクトルを増幅した増幅偏差ベクトルを用いることで零速〜高速域まで適応観測部が出力する１種類の推定速度や推定位置のみを用いて交流回転機を駆動することができる。このため、低周波領域位相生成器と高周波領域位相生成器の両方を同時に演算処理する必要がなく、演算処理を大幅に低減することができる。
さらにまた、磁束ベクトル検出部が出力する検出磁束ベクトルφｄｒＤ、φｑｒＤを演算する際、検出電流ベクトルから高周波電圧ベクトルと同一周波数成分の高周波電流ベクトルを抽出している。この抽出した高周波電流ベクトルのうち、高周波電圧ベクトルと直交方向のｉｑｈの大きさ｜ｉｑｈ｜を用いて｜ｉｑｈ｜に含まれる高周波電圧ベクトルを印加しているｄ軸と回転子磁束ベクトルと平行方向であるｄｍ軸との差分Δθを演算し、Δθと回転子磁束ベクトルの大きさφｆをのみ用いている。したがって、検出磁束ベクトルを求めるためにあらかじめ回転子角度を用意する必要がなく、演算量を低減することができ、また、回転子角度の推定応答も全く関係ないため、速度制御応答やトルク制御応答などの応答性を高く保つことができる効果がある。
【００７１】
実施の形態２．
実施の形態２に係る交流回転機の制御装置は、磁束ベクトル検出部９について、検出磁束ベクトル（φｄｒＤ、φｑｒＤ）を演算する際、検出電流ベクトルから高周波電圧ベクトルと同一周波数成分の高周波電流ベクトルを抽出する。この抽出した高周波電流ベクトルのうち、高周波電圧ベクトルと平行方向のｉｄｈの大きさ｜ｉｄｈ｜より、｜ｉｄｈ｜に含まれる高周波電圧ベクトルを印加しているｄ軸と回転子磁束ベクトルと平行方向であるｄｍ軸との差分Δθおよび回転子磁束ベクトルの大きさφｆのみを用いる構成としたものである。
【００７２】
本実施の形態２では、この磁束ベクトル検出部以外は実施の形態１と同様の構成であるため、磁束ベクトル検出部以外の説明は省略する。
以下、本願発明の実施の形態２について、交流回転機の制御装置に係る磁束ベクトル検出部９の構成図および内部構成図である図１３から図１５に基づいて説明する。
図１３から図１５において、実施の形態１の図６から図９と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
【００７３】
図１３は本実施の形態の磁束ベクトル検出部９の構成図である。図１３で、実施の形態１と異なるのは、平行成分抽出器９４と検出磁束ベクトル演算器９５であり、フィルタ９１は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
図１４は平行成分抽出器９４の構成図である。平行成分選択器９４１は、高周波電流ベクトル（ｉｄｈ，ｉｑｈ）に行列（１，０）Ｔを乗算することでｄ軸と平行方向の高周波電流ベクトルであるｉｄｈのみを選択する。振幅演算器９４２では、ｉｄｈの大きさ｜ｉｄｈ｜を（１９）式で演算して出力する。
【００７４】
【数１９】
2013111383.tif 000021
【００７５】
図１５は検出磁束ベクトル演算器９５の構成図である。平行成分抽出器９４の出力である｜ｉｄｈ｜は（１２）式より（２０）式となる。差分演算器９５１では（２０）式および（２１）式の演算を行い、Δθを出力する。
【００７６】
【数２０】
2013111383.tif 000022
【００７７】
【数２１】
2013111383.tif 000023
【００７８】
余弦演算器９３２では、差分演算器９５１の出力であるΔθを用いて余弦演算を行い、ｃｏｓΔθを出力する。乗算器９３４では、余弦演算器９３２の出力であるｃｏｓΔθに回転子磁束の大きさφｆを乗算して、高周波電圧ベクトルと平行方向の検出磁束ベクトルであるφｄｒＤとして出力する。
正弦演算器９３３では、差分演算器９５１の出力であるΔθを用いて正弦演算を行い、ｓｉｎΔθを出力する。乗算器９３５では正弦演算器９３３の出力であるｓｉｎΔθに回転子磁束の大きさφｆを乗算して、高周波電圧ベクトルと直交方向の検出磁束ベクトルであるφｑｒＤとして出力する。
【００７９】
以上説明したように、実施の形態２に係る交流回転機の制御装置は、磁束ベクトル検出部９が出力する検出磁束ベクトルφｄｒＤ、φｑｒＤを演算する際、検出電流ベクトルから高周波電圧ベクトルと同一周波数成分の高周波電流ベクトルを抽出している。この抽出した高周波電流ベクトルのうち、高周波電圧ベクトルと平行方向のｉｄｈの大きさ｜ｉｄｈ｜を用いて｜ｉｄｈ｜に含まれる高周波電圧ベクトルを印加しているｄ軸と回転子磁束ベクトルと平行方向であるｄｍ軸との差分Δθを演算し、Δθと回転子磁束ベクトルの大きさφｆのみを用いる。このため、実施の形態１と同様に、演算量の低減ができ、また、速度制御応答やトルク制御応答などの応答性を高く保つことができる効果がある。
【００８０】
実施の形態３．
実施の形態１では電流ベクトル検出部が出力する検出電流ベクトルは、交流回転機の回転子に同期して回転する直交座標であるｄ−ｑ軸上の検出電流ベクトルであり、制御部、偏差ベクトル演算部、偏差増幅部、適応観測部、磁束ベクトル検出部もｄ−ｑ軸上で構成していた。
一方、本実施の形態３では、電流ベクトル検出部が出力する検出電流ベクトルを静止直交座標系として公知であるα−β軸上の検出電流ベクトル（ｉα、ｉβ）を出力し、制御部、偏差ベクトル演算部、偏差増幅部、適応観測部、磁束ベクトル検出部もα−β軸上で構成したものである。
【００８１】
以下、本願発明の実施の形態３について、交流回転機の制御装置１０に係るシステム構成図である図１６、制御部の構成図である図１７、制御部の内部構成図である図１８、適応観測部の構成図である図１９、適応観測部の内部構成図である図２０、磁束ベクトル検出部の構成図である図２１、磁束ベクトル検出部の内部構成図である図２２〜図２４、回転子磁束ベクトルの説明図である図２５に基づいて説明する。
【００８２】
まず、本願発明の実施の形態３に係る交流回転機の制御装置１０を含む全体システム構成について説明する。
図１６において、交流回転機の制御装置１０は、交流回転機２を制御するために、電流ベクトル検出部１３、制御部１４、電圧印加部５、偏差ベクトル演算部６、偏差増幅部７、適応観測部１８、磁束ベクトル検出部１９から構成される。
図１６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いる。
【００８３】
実施の形態３の交流回転機の制御装置１０が、実施の形態１の交流回転機の制御装置１と異なる点は、電流ベクトル検出部１３、制御部１４、適応観測部１８、磁束ベクトル検出部１９の構成のみであるため、以下、順次、交流回転機の制御装置１０の各構成部の構成、機能および動作について、この差異を中心に説明する。
【００８４】
電流ベクトル検出部１３は、交流回転機２に流れる３相電流を検出し、座標変換器１３１において、交流回転機２の回転子の静止直交座標系であるα−β軸に３相電流をα軸方向に座標変換したα軸電流ｉαとβ軸方向に座標変換したβ軸電流ｉβとを検出電流ベクトル（ｉα、ｉβ）として出力する。
【００８５】
次に、図１７に基づき制御部１４の構成、機能および動作について説明する。
制御部１４は、座標変換器１４１、加減算器１４２、電流制御器１４３、座標変換器１４４、高周波電圧ベクトル発生器１４５、加減算器１４６から構成される。
なお、制御部１４の演算はｄ−ｑ軸上で行う。座標変換器１４１は、後述する適応観測部１８の出力である推定位置θ０を用いて、検出電流ベクトル（ｉα、ｉβ）をｄ−ｑ軸上のベクトルに変換する。加減算器１４２では、外部から与えられる電流指令ベクトル（ｉｄ＿ｒｅｆ，ｉｑ＿ｒｅｆ）から座標変換器１４１の出力である検出電流ベクトル（ｉｄｓ，ｉｑｓ）をそれぞれ減算する。電流制御器１４３では、加減算器１４２の出力である電流指令ベクトルと検出電流ベクトルの偏差が無くなるように、比例積分制御して基本波電圧ベクトル（ｖｄｆ，ｖｑｆ）を出力する。座標変換器１４４では、推定位置θ０を用いて基本波電圧ベクトル（ｖｄｆ，ｖｑｆ）をｄ−ｑ軸から静止座標の電圧指令ベクトル（ｖｕｆ，ｖｖｆ，ｖｗｆ）に変換し出力する。
高周波電圧ベクトル発生器１４５は、図１８の高周波電圧ベクトル発生器１４５の構成図のように、（２２）式で表す静止直交座標であるα−β軸の高周波電圧指令ベクトル（ｖαｈ、ｖβｈ）を与え、座標変換器４０１により、静止座標の高周波電圧ベクトル指令（ｖｕｈ、ｖｖｈ、ｖｗｈ）に変換して出力する。
本実施の形態３では、このように高周波電圧ベクトル指令を与えることで、実施の形態１の交番電圧とは異なり、回転電圧の高周波電圧ベクトル指令を与えることができる。
【００８６】
【数２２】
2013111383.tif 000024
【００８７】
加減算器１４６では、座標変換器１４４の出力である電圧指令ベクトル（ｖｕｆ，ｖｖｆ，ｖｗｆ）と高周波電圧ベクトル指令（ｖｕｈ、ｖｖｈ、ｖｗｈ）を加算して、電圧指令ベクトル（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）を出力する。
【００８８】
次に、偏差ベクトル演算部６について説明する。
偏差ベクトル演算部６は、入力と出力がｄ−ｑ軸からα―β軸に変わっているが、実施の形態１と同様に推定電流ベクトル（ｉα０、ｉβ０）と検出電流ベクトル（ｉα、ｉβ）の差分である電流偏差ベクトル（ｅｉα、ｅｉβ）と、推定磁束ベクトル（φαｒ０、φβｒ０）と検出磁束ベクトル（φαｒＤ、φβｒＤ）の差分である磁束偏差ベクトル（ｅφαｒ、ｅφβｒ）とを出力する。
【００８９】
次に、偏差増幅部７について説明する。
偏差増幅部７も、入力と出力がｄ−ｑ軸からα―β軸に変わっているが、実施の形態１と同様に、電流偏差ベクトル（ｅｉα、ｅｉβ）に（１）式の行列Ｈｃを乗算したものと、磁束偏差ベクトル（ｅφαｒ、ｅφβｒ）に（１）式の行列Ｈｆを乗算したものを加算した増幅偏差ベクトル（ｅ１、ｅ２、ｅ３、ｅ４）を出力する。
【００９０】
次に、適応観測部１８について説明する。適応観測部１８も基本的な構成は実施の形態１の適応観測部８と同様であるが、内部の行列Ａと行列Ｃ１が異なる。
図１９は適応観測部１８の構成図であり、図２０は適応観測部１８の主要構成要素である状態観測器１８２の構成図である。
図１９において、適応観測部１８は、座標変換器１８１、状態観測器１８２、積分器１８３から構成される。
図２０において、状態観測器１８２は、ゲイン行列演算器８３１、８３３、８３５、８３６、および加減算器８３２、積分器８３４、速度推定器８３７から構成される。
【００９１】
次に、適応観測部１８の全体動作について説明する。
適応観測部１８において、実施の形態１の適応観測部８の（２）〜（４）式の演算に相当する式は、それぞれ下記の（２３）〜（２５）式であり、（６）〜（７）式に相当する式は、それぞれ（２６）〜（２７）式である。
【００９２】
【数２３】
2013111383.tif 000025
【００９３】
【数２４】
2013111383.tif 000026
【００９４】
【数２５】
2013111383.tif 000027
【００９５】
【数２６】
2013111383.tif 000028
【００９６】
【数２７】
2013111383.tif 000029
【００９７】
次に、適応観測部１８の各主要構成要素の機能および動作について説明する。
図１９において、座標変換器１８１は制御部１４の出力である３相交流の電圧指令ベクトルを静止直交座標であるα−β軸の電圧指令ベクトル（ｖαｓ、ｖβｓ）に変換し、状態観測器１８２へ出力する。図２０の状態観測器１８２では、座標変換器１８１の出力である電圧指令ベクトル（ｖαｓ、ｖαｓ）Ｔにゲイン行列演算器８３１で（２３）式の行列Ｂを乗算した結果を出力する。加減算器８３２はゲイン行列演算器８３１の出力とゲイン行列演算器８３３の出力と増幅偏差ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４）Ｔとを加減算したベクトルを出力する。積分器８３４は加減算器８３２が出力するベクトルを要素毎に積分し、ベクトル（φαｓ０，φβｓ０，φαｒ０，φβｒ０）Ｔとして出力する。以上が、（２４）式右辺に相当する部分である。（２４）式の左辺は、積分器８３４の入力部分に相当する。
ゲイン行列演算器８３５は、（２３）式の行列Ｃ１をベクトル（φαｓ０，φβｓ０，φαｒ０，φβｒ０）Ｔに乗算することで、推定電流ベクトル（φαｓ０，φβｓ０）Ｔを出力する。この部分は（２６）式に相当する。
なお、ここでベクトル（φαｓ０，φβｓ０，φαｒ０，φβｒ０）Ｔは、固定子・回転子推定磁束ベクトルである。
ゲイン行列演算器８３６は行列Ｃ２をベクトル（φαｓ０，φβｓ０，φαｒ０，φβｒ０）Ｔに乗算することで、推定磁束ベクトル（φαｒ０，φβｒ０）Ｔを出力する。この部分は（２７）式に相当する。
ゲイン行列演算器８３３は、速度推定器８３７の出力である推定速度ωｒ０を入力し、積分器８３４の出力であるベクトル（φαｓ０，φβｓ０，φαｒ０，φβｒ０）Ｔ  に行列Ａを施して、結果を加減算器８３２に出力する。
図１９の積分器１８３では、実施の形態１と同様に（５）式により、状態観測器１８２の出力である推定速度ωｒ０を積分することで推定位置θ０を求める。
以上が、適応観測部１８の構成、機能および動作の説明である。
【００９８】
次に、磁束ベクトル検出部１９の構成、機能および動作について図２１から図２５に基づいて説明する。
まず、磁束ベクトル検出部１９の構成を説明する。
磁束ベクトル検出部１９の構成図である図２１において、磁束ベクトル検出部１９は、フィルタ９１、α軸成分抽出器１９２、β軸成分抽出器１９３、検出磁束ベクトル演算器１９４から構成される。
α軸成分抽出器１９２は、図２２に示すように、α軸成分選択器９６１、振幅演算器９６２から構成される。β軸成分抽出器１９３は、図２３に示すように、β軸成分選択器９６３、振幅演算器９６４から構成される。検出磁束ベクトル演算器１９４は、図２４に示すように、差分演算器９６５、余弦演算器９６６、正弦演算器９６７、乗算器９６８、９６９から構成される。
【００９９】
次に、磁束ベクトル検出部１９の機能および動作について説明するが、まず、磁束ベクトル検出部１９の全体の動作を説明し、その後、各構成要素の機能、動作を説明する。
【０１００】
図１７の高周波電圧ベクトル発生器１４５から、高周波電圧ベクトル（ｖαｈ，ｖβｈ）を印加しているときの交流回転機２のα−β軸上の数式は、（２８）式のように表現することができる。ここで、式中のｐは微分演算子である。
【０１０１】
【数２８】
2013111383.tif 000030
【０１０２】
実施の形態１と同様に、高周波電圧ベクトルは零速〜低速でのみ印加するので、回転速度ωｒ≒０とすれば（２９）式を得ることができる。
【０１０３】
【数２９】
2013111383.tif 000031
【０１０４】
さらに、右辺第２項は、高周波電流の微分であり、高周波電流の微分は高周波電圧の角周波数ωｈ倍されるため、右辺第２項≫右辺第１項となるため、右辺第１項は無視することができ、その結果（３０）式を得ることができる。
【０１０５】
【数３０】
2013111383.tif 000032
【０１０６】
ここで、高周波電圧ベクトル（ｖαｈ、ｖβｈ）は（２２）式で与えられるので、高周波電流ベクトル（ｉαｈ、ｉαｈ）は（３０）式に（２２）式を代入し、両辺を積分することで、（３１）式のようになる。
【０１０７】
【数３１】
2013111383.tif 000033
【０１０８】
次に検出磁束ベクトルについて説明する。図２５のように、ある瞬間において、回転子磁束ベクトルΦｒとα軸が図２５のような関係となり、それらのなす角をθｄｍとする。回転子位置は回転子磁束ベクトルと平行方向とするので、α軸から見た回転子位置はθｄｍとなる。前述したように、本実施の形態３では偏差ベクトル演算部６で、α−β軸上の磁束偏差ベクトルを演算するので、磁束ベクトル検出部１９が出力する検出磁束ベクトルはα−β軸上のものである。図２５より、回転子磁束ベクトルのα軸方向の射影成分をφαｒＤ、β軸方向の射影成分をφβｒＤとする。φαｒＤとφβｒＤは、（３２）式で求められ、検出磁束ベクトル（φαｒＤ，φβｒＤ）を磁束ベクトル検出部１９が出力する。
【０１０９】
【数３２】
2013111383.tif 000034
【０１１０】
（３２）式中のφｆは、回転子磁束ベクトルΦｒの大きさで既知の値である。（３２）式から検出磁束ベクトルの成分φαｒＤ、φβｒＤを演算するためにはθｄｍが分かればよい。
（３１）式に着目すると、高周波電流ベクトル（ｉαｈ、ｉβｈ）の大きさにθｄｍが含まれているので、高周波電流ベクトル（ｉαｈ、ｉβｈ）の大きさからθｄｍを求めることができる。α軸の高周波電流ｉαｈの大きさを｜ｉαｈ｜、β軸の高周波電流ｉβｈの大きさを｜ｉβｈ｜とすると、｜ｉαｈ｜、｜ｉβｈ｜は（３３）式となる。
【０１１１】
【数３３】
2013111383.tif 000035
【０１１２】
また、｜ｉαｈ｜、｜ｉβｈ｜の大きさは、高周波電流ベクトル（ｉαｈ、ｉβｈ）より、（３４）式の演算を行うことで求めることができる。ここで、式（３４）中のＴは、高周波電流ベクトル（ｉαｈ、ｉβｈ）の周期である。
【０１１３】
【数３４】
2013111383.tif 000036
【０１１４】
（３３）式より、｜ｉβｈ｜の逆数から｜ｉαｈ｜の逆数を減算したものは（３５）式となるので、（３５）式よりθｄｍは（３６）式のようにして求めることができる。
【０１１５】
【数３５】
2013111383.tif 000037
【０１１６】
【数３６】
2013111383.tif 000038
【０１１７】
以上により、検出磁束ベクトル（φαｒＤ、φβｒＤ）は（３２）、（３６）式より求めることができる。
以上が磁束ベクトル検出部１９の全体の動作である。
【０１１８】
次に、磁束ベクトル検出部１９の各構成要素の機能、動作について説明をする。
図２１のフィルタ９１は、入力と出力がα−β軸上の検出電流ベクトルと高周波電流ベクトルになっただけで実施の形態１と同じであり、検出電流ベクトル（ｉαｓ、ｉβｓ）から高周波電流ベクトル（ｉαｈ、ｉβｈ）を出力する。
α軸成分抽出器１９２は、図２２のように、α軸成分選択器９６１により高周波電流ベクトル（ｉαｈ，ｉβｈ）に行列（１，０）Ｔを乗算することでα軸方向の高周波電流ベクトルの成分であるｉαｈのみを選択する。振幅演算器９６２では（３４）式の演算をすることで、ｉαｈの大きさ｜ｉαｈ｜を演算し出力する。β軸成分抽出器１９３は、図２３のように、
β軸成分選択器９６３により高周波電流ベクトル（ｉαｈ，ｉβｈ）に行列（０，１）Ｔを乗算することでβ軸方向の高周波電流ベクトルの成分であるｉβｈのみを選択する。振幅演算器９６４では（３４）式の演算をすることで、ｉβｈの大きさ｜ｉβｈ｜を演算し出力する。
【０１１９】
検出磁束ベクトル演算器１９４について説明する。図２４において、差分演算器９６５は、α軸成分抽出器１９２の出力である｜ｉαｈ｜とβ軸成分抽出器１９３の出力である｜ｉβｈ｜より、（３６）式の演算をしてθｄｍを出力する。余弦演算器９６６では、差分演算器９６５の出力であるθｄｍを用いて余弦演算を行い、ｃｏｓθｄｍを出力する。乗算器９６８では、余弦演算器９６６の出力であるｃｏｓθｄｍに回転子磁束の大きさφｆを乗算して、α軸方向の検出磁束ベクトル成分であるφαｒＤを出力する。正弦演算器９６７では、差分演算器９６５の出力であるθｄｍを用いて正弦演算を行い、ｓｉｎθｄｍを出力する。乗算器９６９では、正弦演算器９６７の出力であるｓｉｎθｄｍに、回転子磁束の大きさφｆを乗算して、β軸方向の検出磁束ベクトル成分であるφβｒＤを出力する。
以上が、磁束ベクトル検出部１９の構成、機能および動作の説明である。
【０１２０】
以上説明したように、実施の形態３に係る交流回転機の制御装置は、検出磁束ベクトルと推定磁束ベクトルの偏差である磁束偏差ベクトルと、検出電流ベクトルと推定電流ベクトルの偏差である電流偏差ベクトルを求め、磁束偏差ベクトルを増幅した増幅偏差ベクトルを用いる。これにより零速〜高速域まで適応観測部が出力する１種類の推定速度や推定位置のみで交流回転機を駆動することができるため、低周波領域位相生成器と高周波領域位相生成器の両方を同時に演算処理する必要がなく、演算処理を大幅に低減することができる。
また、磁束ベクトル検出部が出力する検出磁束ベクトルφｄｒＤ、φｑｒＤを演算する際、検出電流ベクトルから高周波電圧ベクトルと同一周波数成分の高周波電流ベクトルを抽出し、抽出した高周波電流ベクトルのα軸方向のｉαｈの大きさ｜ｉαｈ｜とβ軸方向のｉβｈの大きさ｜ｉβｈ｜からθｄｍを求め、θｄｍと回転子磁束ベクトルの大きさφｆをのみを用いる。したがって、検出磁束ベクトルを求めるためにあらかじめ回転子角度を用意する必要がないため、演算量を低減することができ、また、回転子角度の推定応答も全く関係ないため、速度制御応答やトルク制御応答などの応答性を高く保つことができる。
さらに、検出磁束ベクトルをα−β軸上のベクトルとすることで、適応観測部もα−β軸で構成でき、電流ベクトル検出部や適応観測部内部の座標変換器を、推定位置θ０を必要とするｄ−ｑ軸上へ変換する座標変換器から演算量が少ないα−β軸へ変換する座標変換器に置き換えることができるため、演算量を低減できる効果がある。
【０１２１】
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、省略したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
この発明は、全速度領域において位置センサを用いずに円滑な交流回転機の駆動が可能で、演算量の低減と応答性の向上を図ることができ、交流回転機の制御装置に広く適用できる。
【図１】
2013111383.tif 000039
【図２】
2013111383.tif 000040
【図３】
2013111383.tif 000041
【図４】
2013111383.tif 000042
【図５】
2013111383.tif 000043
【図６】
2013111383.tif 000044
【図７】
2013111383.tif 000045
【図８】
2013111383.tif 000046
【図９】
2013111383.tif 000047
【図１０】
2013111383.tif 000048
【図１１】
2013111383.tif 000049
【図１２】
2013111383.tif 000050
【図１３】
2013111383.tif 000051
【図１４】
2013111383.tif 000052
【図１５】
2013111383.tif 000053
【図１６】
2013111383.tif 000054
【図１７】
2013111383.tif 000055
【図１８】
2013111383.tif 000056
【図１９】
2013111383.tif 000057
【図２０】
2013111383.tif 000058
【図２１】
2013111383.tif 000059
【図２２】
2013111383.tif 000060
【図２３】
2013111383.tif 000061
【図２４】
2013111383.tif 000062
【図２５】
2013111383.tif 000063
【国際調査報告】
2013111383.tif 000064
2013111383.tif 000065