(57)【要約】  本発明は、電流制御器の相互干渉を抑制し、電動機電流指令に対する応答と電力変換器の電圧誤差等による電動機電流の低周波成分を抑制することにより、電動機のトルクを十分な応答で制御すると共に、電動機電流の低周波成分を抑制することを目的とする。このため、電圧指令に基づき交流電圧を出力し電動機を駆動する電力変換器と、トルク指令に前記電動機のトルクが一致するように電圧指令を出力する制御手段を具備する電力変換装置において、制御手段は、トルク指令が変化した場合、トルク応答に相当する角周波数より回転速度に対応する角周波数が高いときと、回転速度に対応する角周波数が低いときのトルクの立上り時間が等しく、かつ電力変換器の出力電圧に直流外乱が加えられた条件における出力電流に重畳する直流成分が等しくなるようにされている。
2013073026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧指令に基づき交流電圧を出力し電動機を駆動する電力変換器と、トルク指令に前記電動機のトルクが一致するように前記電圧指令を出力する制御手段を具備する電力変換装置において、
前記制御手段は、トルク指令が変化した場合、トルク応答に相当する角周波数より回転速度に対応する角周波数が高いときと、回転速度に対応する角周波数が低いときのトルクの立上り時間が等しく、かつ前記電力変換器の出力電圧に直流外乱が加えられた条件における出力電流に重畳する直流成分が等しくなるようにされていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
電圧指令に基づき交流電圧を出力し電動機を駆動する電力変換器と、トルク指令に前記電動機のトルクが一致するように電流指令を演算する電流指令演算手段と、前記電流指令に基づき回転座標軸上で該電力変換器の出力電流を制御する第１の電流制御手段と、固定座標軸上で前記出力電流を制御する第２の電流制御手段と、前記第１の電流制御手段と第２の電流制御手段の出力に基づき電圧指令を演算する電圧演算手段を具備する電力変換装置において、
トルク指令が変化した場合、トルク応答に相当する角周波数より回転速度に対応する角周波数が高いときと、回転速度に対応する角周波数が低いときのトルクの立上り時間が等しいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
電圧指令に基づき交流電圧を出力する電力変換器と、回転座標軸上で前記電力変換器の電流を制御する第１の電流制御手段と、固定座標軸上で前記電力変換器の電流を制御する第２の電流制御手段と、前記第１の電流制御手段と第２の電流制御手段の出力に基づき前記電圧指令を演算する電圧演算手段を具備する電力変換装置において、
第１の電流制御手段に対する電流指令に基づき前記第２の電流制御手段に対する電流指令を補正する第１の補正手段を具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置において、
トルク指令を得て、前記回転座標軸上の電流指令を定める電流指令演算器を備え、該電流指令演算器の電流指令を前記第１の電流制御手段と前記第１の補正手段に与えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の電力変換装置において、
前記電圧演算手段は、前記第１の電流制御手段が与える回転座標軸上の出力信号を固定座標軸上に変換して得た第１の電圧信号と、前記第２の電流制御手段が与える固定座標軸上の第２の電圧信号の和信号を用いて前記交流電圧の電圧指令を得ることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記電力変換器の交流電流を固定座標軸上の電流に変換し、さらに回転座標軸上の電流に変換する変換回路を備え、該固定座標軸上の電流を前記第２の電流制御手段の帰還信号とし、該回転座標軸上の電流を前記第１の電流制御手段の帰還信号とすることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項３から請求項６のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記第２の電流制御手段の出力に基づき前記第１の電流制御手段に与えられる入力を補正する第２の補正手段を具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
電圧指令に基づき交流電圧を出力する電力変換器と、回転座標軸上で前記電力変換器の電流を制御する第１の電流制御手段と、固定座標軸上で前記電力変換器の電流を制御する第２の電流制御手段と、前記第１の電流制御手段と第２の電流制御手段の出力に基づき前記電圧指令を演算する電圧演算手段を具備する電力変換装置において、
第１の電流制御手段の入力である電流指令に基づき前記第２の電流制御手段の入力を補正し、第２の電流制御手段の出力で前記第１の電流制御手段の入力を補正することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項３から請求項８のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記第１の補正手段は、前記第１の電流制御手段の制御応答に基づき電流指令を補正することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項３から請求項９のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記第２の補正手段は、前記第２の電流制御手段の出力に対する前記電力変換装置の推定電流を求め、該推定電流に基づき前記第１の電流制御手段の電流指令を補正することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関連し、特に電動機の制御に好適な電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の制御に好適な電力変換装置の背景技術として、特許文献１がある。ここには「高速な電流制御処理を行う制御系を、比較的少ない演算量で構成することができ、また良好な電流制御性能を持つ電力変換器の制御装置を得ることを目的として、所定の周期毎に１回の演算を行い、電流指令値と電流出力値との電流誤差に基づく積分制御演算処理により電圧指令積分項を算出する低速演算部、および上記低速演算部の周期の１／５の周期毎に１回の演算を行い、上記電流誤差に基づく比例制御演算処理により電圧指令比例項を算出し、上記電圧指令積分項と電圧指令比例項との加算処理により電圧指令値を作成する高速演算部を備えた。」と記載されている。【０００３】
また、特許文献２には、「モータ電流に発生する低周波脈動を抑制する手段を、変調率１００％においても適用可能なフィードバック制御で実現するため、直流電源と、平滑化コンデンサと、第１の電力変換器と、交流電動機と、交流電流検出手段と、第１の座標変換手段と、第１の電流制御手段から構成される電力変換装置において、前記交流電流検出手段により検出した交流電流検出値の低周波成分を検出する手段と、前記交流電流検出値の低周波成分がゼロになるように前記第１の電力変換器の出力する交流電圧を操作する第２の電流制御手段を備える。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９６０５５号公報
【特許文献２】特開平１１−２４３７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献の技術では、電動機電流を回転座標変換して制御する回転座標軸上の電流制御器と、電動機電流指令を回転座標変換して固定座標軸上の電流制御器を併用している。これにより、電動機電流指令に対しては、固定座標軸上の電流制御器により高応答な制御が実現でき、電力変換器の変換誤差等により電圧の直流成分を原因とした電動機電流の低周波成分は固定座標軸上の電流制御器が抑制することが期待される。【０００６】
しかし実際には、２組の電流制御器が相互に干渉するため、十分な応答を得ることが出来ない。このため、電力変換器の変換誤差等が原因で出力電圧に低周波成分が重畳すると、電動機電流にも低周波成分が含まれることになり、トルクリプルの原因となる。【０００７】
これに対し、本発明の目的は電流制御器の相互干渉を抑制し、電動機電流指令に対する応答と電力変換器の電圧誤差等による電動機電流の低周波成分を抑制することにより、電動機のトルクを十分な応答で制御すると共に、電動機電流の低周波成分を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明においては、電圧指令に基づき交流電圧を出力し電動機を駆動する電力変換器と、トルク指令に前記電動機のトルクが一致するように電圧指令を出力する制御手段を具備する電力変換装置において、制御手段は、トルク指令が変化した場合、トルク応答に相当する角周波数より回転速度に対応する角周波数が高いときと、回転速度に対応する角周波数が低いときのトルクの立上り時間が等しく、かつ電力変換器の出力電圧に直流外乱が加えられた条件における出力電流に重畳する直流成分が等しくなるようにされている。【０００９】
上記課題を解決するために本発明においては、電圧指令に基づき交流電圧を出力し電動機を駆動する電力変換器と、トルク指令に電動機のトルクが一致するように電流指令を演算する電流指令演算手段と、電流指令に基づき回転座標軸上で電力変換器の出力電流を制御する第１の電流制御手段と、固定座標軸上で出力電流を制御する第２の電流制御手段と、第１の電流制御手段と第２の電流制御手段の出力に基づき電圧指令を演算する電圧演算手段を具備する電力変換装置において、トルク指令が変化した場合、トルク応答に相当する角周波数より回転速度に対応する角周波数が高いときと、回転速度に対応する角周波数が低いときのトルクの立上り時間が等しい。【００１０】
上記課題を解決するために本発明においては、電圧指令に基づき交流電圧を出力する電力変換器と、回転座標軸上で電力変換器の電流を制御する第１の電流制御手段と、固定座標軸上で電力変換器の電流を制御する第２の電流制御手段と、第１の電流制御手段と第２の電流制御手段の出力に基づき電圧指令を演算する電圧演算手段を具備する電力変換装置において、第１の電流制御手段に対する電流指令に基づき第２の電流制御手段に対する電流指令を補正する第１の補正手段を具備する。【００１１】
また、トルク指令を得て、回転座標軸上の電流指令を定める電流指令演算器を備え、電流指令演算器の電流指令を第１の電流制御手段と第１の補正手段に与える。【００１２】
また、電圧演算手段は、第１の電流制御手段が与える回転座標軸上の出力信号を固定座標軸上に変換して得た第１の電圧信号と、第２の電流制御手段が与える固定座標軸上の第２の電圧信号の和信号を用いて交流電圧の電圧指令を得る。【００１３】
また、電力変換器の交流電流を固定座標軸上の電流に変換し、さらに回転座標軸上の電流に変換する変換回路を備え、固定座標軸上の電流を第２の電流制御手段の帰還信号とし、回転座標軸上の電流を第１の電流制御手段の帰還信号とする。【００１４】
また、第２の電流制御手段の出力に基づき第１の電流制御手段に与えられる入力を補正する第２の補正手段を具備する。【００１５】
上記課題を解決するために本発明においては、電圧指令に基づき交流電圧を出力する電力変換器と、回転座標軸上で電力変換器の電流を制御する第１の電流制御手段と、固定座標軸上で電力変換器の電流を制御する第２の電流制御手段と、第１の電流制御手段と第２の電流制御手段の出力に基づき電圧指令を演算する電圧演算手段を具備する電力変換装置において、第１の電流制御手段の入力である電流指令に基づき第２の電流制御手段の入力を補正し、第２の電流制御手段の出力で第１の電流制御手段の入力を補正する。【００１６】
また、第１の補正手段は、第１の電流制御手段の制御応答に基づき電流指令を補正する。【００１７】
また、第２の補正手段は、第２の電流制御手段の出力に対する電力変換装置の推定電流を求め、推定電流に基づき第１の電流制御手段の電流指令を補正する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電力変換装置によれば、電流制御器の相互干渉を抑制し、電動機のトルクを十分な応答で制御すると共に、電動機電流の低周波成分を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の電力変換装置の構成例を示す図。
【図２】（１６）式と等価な、本実施例の制御特性を表すブロック図。
【図３】回転速度が遅い場合の指令応答を示すタイムチャート。
【図４】回転速度が速い場合の外乱応答を示すタイムチャート。
【図５】回転速度が遅い場合の指令応答を示すタイムチャート。
【図６】回転速度が速い場合の外乱応答を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本実施例の電力変換装置の構成例を示す図である。図１の電力変換装置において、１は交流電源、２は整流器、３は平滑コンデンサ、４は電力変換器、５は電流検出器、６は同期電動機、７は位置検出器、１００は制御装置である。【００２２】
この電力変換装置によれば、交流電源１の交流電圧を整流器２及び平滑コンデンサ３で直流電圧に変換し、制御装置１００の出力（三相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、及びＶｗ＊）に基づき該直流電圧を可変周波数可変電圧の交流電圧に変換して同期電動機６を駆動する。なお、同期電動機６に流れる三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、及びｉｗを電流検出器５で検出し、同期電動機６の磁極位置θを位置検出器７で検出して、制御装置１００に入力する。【００２３】
制御装置１００は、トルク指令Ｔ＊、三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ及び磁極位置θに基づき、同期電動機６のトルクがトルク指令Ｔ＊と一致するように、三相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、及びＶｗ＊を演算し、電力変換器４に与える。【００２４】
以下、制御装置１００の具体的な回路構成について説明する。１０１、１０２、１１０、１１１、１１５、及び１１６は減算器、１０３は回転座標軸上の電流制御器、１０４、１０９、及び１１４は回転座標変換器、１０５と１０６は加算器、１０７は二相三相変換器、１１３は第１の補償器、１１２は固定座標軸上の電流制御器、１０８は第２の補償器、１１７は三相二相変換器、１１８は電流指令演算器である。【００２５】
尚、制御装置内１００内の処理を説明するに当り、ここでは電流ｉや電圧Ｖについて三相交流量と、固定座標軸上の量と、回転座標軸上の量として取り扱う。このためこれらを区別するために、三相交流量について各相を意味するＵ、Ｖ、Ｗの符号を付与して表し、固定座標軸上の量についてα相とβ相を意味するａ、ｂの符号を付与し、回転座標軸上の量についてｄ軸とｑ軸を意味するｄ、ｑの符号を付与して表わしている。【００２６】
また電流ｉや電圧Ｖに付与したこれらの符号に続いて２桁目の符号を付与するものがある。この２桁目の符号は、電流ｉや電圧Ｖを発する部位を特定している。例えば２桁目の符号の「ａ」は、固定座標軸上の電流制御器１１２の出力と第１の補償器１１３の出力に付与されており、同様に、「ｃ」は三相二相変換器１１７の出力であり、「ｄ」は回転座標軸上の電流制御器１０３の出力と第１の補償器１０８の出力と回転座標変換器１０４の出力に付与されており、ｅは回転座標変換器１１４の出力に付与されている。さらに、電流ｉや電圧Ｖに付与した「＊」は、これが指令値であることを意味している。【００２７】
係る記号付与の約束に従い、以下各部の構成と動作について説明する。このうちまず電流指令演算器１１８は、トルク指令Ｔ＊に基づき回転座標電流指令（ｉｄ＊、ｉｑ＊）を演算する。ここでｉｄ＊は回転座標ｄ軸電流指令であり、ｉｑ＊は回転座標ｑ軸電流指令である。図１の制御では例えば、回転座標ｄ軸電流指令ｉｄ＊は０として、回転座標ｑ軸電流指令ｉｑ＊をトルク指令Ｔ＊に比例した値を出力する。【００２８】
ただし、同期電動機６の回転子に突極性がある場合はリラクタンストルクが発生する。このため、損失が最小になるように回転座標ｄ軸電流指令ｉｄ＊を操作し、それに合わせてトルクがトルク指令Ｔ＊に一致するように回転座標ｑ軸電流指令ｉｑ＊を制御することも可能である。【００２９】
本発明では、電流指令演算器１１８で演算した回転座標電流指令（ｉｄ＊、ｉｑ＊）に基づき、２組の電流制御器が作動する。このうちの１つは回転座標軸上の電流制御器１０３である。【００３０】
回転座標軸上での電流制御は、回転座標電流指令（ｉｄ＊、ｉｑ＊）に回転座標電流（ｉｄｅ、ｉｑｅ）がそれぞれ一致するように、減算器１０１と１０２で回転座標電流指令と回転座標電流の偏差を演算し、回転座標軸上の電流制御器１０３で（１）式により、回転座標電圧指令Ｖｄｄ＊、Ｖｑｄ＊を演算することにより実現される。【００３１】
【数１】
2013073026.tif 000003
【００３２】
但し（１）式において、Ｒは同期電動機６の巻線抵抗、Ｌｄは磁極位置方向（ｄ軸）のインダクタンス、Ｌｑは磁極と直交する方向（ｑ軸）のインダクタンス、φは磁束、ωは磁極位置θから演算できる回転角速度、ωｄは回転座標軸上の電流制御器１０３の応答角周波数、及びｓは微分演算子である。【００３３】
なお（１）式において回転座標電流ｉｄｅ、ｉｑｅは、補償後固定座標電流ｉａｅ、ｉｂｅを、回転座標変換器１１４で回転座標変換して求めたものである。補償後固定座標電流ｉａｅ、ｉｂｅは、固定座標電流ｉａｃ、ｉｂｃから第１の補償器１１３の出力である固定座標電流補償量ｉａａ、ｉｂａを減算器１１５、１１６で減算して求めたものである。【００３４】
このうち固定座標電流ｉａｃ、ｉｂｃは、三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、及びｉｗを、三相二相変換器１１７で二相変換して得たものである。三相二相変換器１１７では、三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、及びｉｗから、（２）式を用いて固定座標電流ｉａｃ、ｉｂｃを求める。【００３５】
【数２】
2013073026.tif 000004
【００３６】
これに対し、第１の補償器１１３では、固定座標軸上の電流制御器１１２の出力である第２の回転座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊から（３）式により、固定座標電流補償量ｉａａ、ｉｂａを演算する。【００３７】
【数３】
2013073026.tif 000005
【００３８】
但し、インダクタンスＬ０、Ｌ１はそれぞれ（４）、（５）式で求められる。【００３９】
【数４】
2013073026.tif 000006
【００４０】
【数５】
2013073026.tif 000007
【００４１】
回転座標変換器１１４では、減算器１１５と１１６の出力である補償後固定座標電流ｉａｅ、ｉｂｅを、（６）式により磁極位置θを用いて座標変換して、回転座標電流ｉｄｅ、ｉｑｅを求める。【００４２】
【数６】
2013073026.tif 000008
【００４３】
つぎに、電流指令演算器１１８で演算した回転座標電流指令（ｉｄ＊、ｉｑ＊）に基づき作動する２組の電流制御器のうち、もう１つの電流制御器である固定座標軸上の電流制御器１１２について説明する。【００４４】
固定座標軸上での電流制御は、固定座標電流指令ｉａ＊、ｉｂ＊に固定座標電流ｉａｃ、ｉｂｃがそれぞれ一致するように、減算器１１０、１１１で固定座標電流指令と固定座標電流の偏差を演算し、固定座標軸上の電流制御器１１２で（７）式により、第２の回転座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊を演算することにより実現される。【００４５】
【数７】
2013073026.tif 000009
【００４６】
なお固定座標電流指令ｉａ＊、ｉｂ＊は回転座標電流指令（ｉｄ＊、ｉｑ＊）を第２の補償器１０８に導いて補償後回転座標電流指令（ｉｄｄ＊、ｉｑｄ＊）を得、さらに回転座標変換器１０９において回転座標変換したものである。【００４７】
このうち第２の補償器１０８では、回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊から、（８）式により補償後回転座標電流指令ｉｄｄ＊、ｉｑｄ＊を求める。【００４８】
【数８】
2013073026.tif 000010
【００４９】
また回転座標変換器１０９では、補償後回転座標電流指令ｉｄｄ＊、ｉｑｄ＊を、（９）式により磁極位置θを用いて座標変換して、固定座標電流指令ｉａ＊、ｉｂ＊を求める。【００５０】
【数９】
2013073026.tif 000011
【００５１】
尚、固定座標電流補償量ｉａａ、ｉｂａは、第１の補償器１１３により逆行列を用いた（３）式に基づき演算していたが、（３）式に（７）式を代入した（１０）式を用いて、固定座標電流指令ｉａ＊、ｉｂ＊及び固定座標電流ｉａｃ、ｉｂｃの偏差から演算することも可能である。【００５２】
【数１０】
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【００５３】
図１の実施例では、回転座標電流指令（ｉｄ＊、ｉｑ＊）に基づき作動した２組の電流制御器の出力の和として最終的に三相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、及びＶｗ＊を算出する。【００５４】
三相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、及びＶｗ＊は、第３の固定座標電圧指令Ｖａ＊、Ｖｂ＊を三相二相変換器１０７で三相に座標変換して求められる。第３の固定座標電圧指令Ｖａ＊、Ｖｂ＊は、第１の固定座標電圧指令Ｖａｄ＊、Ｖｂｄ＊に、第２の固定座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊を、それぞれ加算器１０５、１０６で加算して得られたものである。【００５５】
ここで、第２の回転座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊は、固定座標軸上の電流制御器１１２において（７）式を実行することで求められたものである。【００５６】
これに対し、第１の固定座標電圧指令Ｖａｄ＊、Ｖｂｄ＊は、回転座標軸上の電流制御器１０３の出力である回転座標電圧指令Ｖｄｄ＊、Ｖｑｄ＊を回転座標変換器１０４で座標変換したものである。【００５７】
最終的に三相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、及びＶｗ＊を算出する一連の処理のうち、回転座標変換器１０４では、回転座標電圧指令Ｖｄｄ＊、Ｖｑｄ＊から、（１１）式により磁極位置θを用いて回転座標変換して、第１の固定座標電圧指令Ｖａｄ＊、Ｖｂｄ＊を演算する。【００５８】
【数１１】
2013073026.tif 000013
【００５９】
また三相二相変換器１０７では、第３の回転座標電圧指令Ｖａ＊、Ｖｂ＊から（１２）式により三相二相変換して三相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、及びＶｗ＊を演算する。【００６０】
【数１２】
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【００６１】
次に、図１のように構成された本実施例の動作及び特性について説明する。まず、制御装置１００により制御を行う場合に、トルク指令Ｔ＊が変更された場合の応答（指令応答）について説明する。【００６２】
同期電動機６のトルクは電流により決まる。このため、トルク指令Ｔ＊に対する実トルクの応答は、回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊や、外乱に対する同期電動機６の電流の応答により決まる。よって、以下では電流制御について説明を行う。【００６３】
本実施例では、回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に対して同期電動機６の電流を追従させる制御は回転座標軸上の電流制御器１０３が行い、電力変換器１の変換誤差等による直流を含む低周波の電圧外乱に関しては、固定座標軸上の電流制御器１１２が補償を行う構成としている。【００６４】
以下、この２組の電流制御器による制御として、指令変更された場合の応答を説明する。ここでは前提として、低周波の電圧外乱が生じていないものとする。また、固定座標軸上の電流制御器１１２の出力である第２の固定座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊が０であると仮定する。このとき、電流制御器１１２の出力Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊を入力とする第１の補償器１１３では、（３）式から明らかなように固定座標電流補償量ｉａａ、ｉｂａも０となる。この結果、補償後固定座標電流ｉａｅ、ｉｂｅと同期電動機６の回転座標上の電流が一致し、同期電動機の電圧方程式から（１３）式が成立する。【００６５】
【数１３】
2013073026.tif 000015
【００６６】
一方、回転座標軸上の電流制御器１０３の特性は（１）式で表されるため、ループゲインＧ（ｓ）は（１４）式となる。【００６７】
【数１４】
2013073026.tif 000016
【００６８】
また、回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に対し、回転座標電流ｉｄｅ、ｉｑｅは（１５）式で応答する。【００６９】
【数１５】
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【００７０】
以上の説明は、低周波の電圧外乱が生じておらず、固定座標軸上の電流制御器１１２の出力が０であると仮定したときの回転座標軸上の電流制御器１０３の特性を示している。しかしながら、固定座標軸上の電流制御器１１２が動作すると、回転座標軸上の電流制御に対する外乱となるため、回転座標電流指令に対する応答が乱れることになる。すなわち、回転座標軸上の電流制御（電流制御器１０３）に対して、固定座標軸上の電流制御（電流制御器１１２）が干渉することになる。【００７１】
このため本発明においては、第２の補償器１０８により、固定座標軸上の電流制御器１１２に対する電流指令を補償する。（８）式と（１５）式を比較すると、回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に対して、補償後回転座標電流指令ｉｄｄ＊、ｉｑｄ＊は、回転座標電流ｉｄｅ、ｉｑｅの特性は一致させているため、偏差は０になる。これは、固定座標軸上に変換した場合においても成り立つため、回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に対して、減算器１１０と１１１の出力は０になる。【００７２】
これにより、回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に対しては固定座標軸上の電流制御器１１２は動作が抑制され、固定座標軸上の電流制御（電流制御器１１２）が回転座標軸上の電流制御（電流制御器１０３）の操作量に対する外乱となることが抑制されると共に、固定座標電流補償量ｉａａ、ｉｂａが不要な補償を行うことも抑制される。【００７３】
次に電力変換器１の変換誤差等による直流を含む低周波の外乱に対する動作を説明する。図１の実施例では、外乱により三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗや固定座標電流ｉａｃ、ｉｂｃに低周波成分が重畳すると、固定座標軸上の電流制御器１１２が動作し、第２の回転座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊が操作される。【００７４】
しかし、第２の回転座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊は、回転座標軸上の電流制御（電流制御器１０３）に対しては電圧外乱となる。このため、回転座標軸上の電流制御が固定座標軸上の電流制御（電流制御器１１２）に干渉し、電流制御器１１２による所望の応答性能（外乱応答）が得られない。このため本発明では、第１の補償器１１３により、第２の回転座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊に対する回転座標軸上の電流制御（電流制御器１０３）の動作を抑制している。【００７５】
第２の回転座標電圧指令（電流制御器１０３）による電圧に対応して同期電動機６に流れる電流が変化すると、回転座標軸上の電流制御器１０３にフィードバックされる電流が変化し、これを抑制するように回転座標軸上の電流制御器１０３が動作する。このため、回転座標軸上の電流制御による固定座標軸上の電流制御（電流制御器１１２）に対する干渉が発生する。【００７６】
このため本発明では、第２の回転座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊に対する同期電動機６の電流を第２の補償器１１３により推定し、回転座標軸上の電流制御器１０３にフィードバックされる電流から減算することにより、第２の回転座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊に対する電流変化が相殺され、回転座標軸上の電流制御器１０３の動作を抑制することができる。【００７７】
次に本実施例における回転座標軸上の電流制御器１０３による具体的な電流制御特性を説明する。同期電動機６を（１３）式でモデル化したときの、回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊及び三相外乱電圧ΔＶｕ、ΔＶｖ、ΔＶｗに対する回転座標電動機電流ｉｄ、ｉｑは（１６）式となる。【００７８】
【数１６】
2013073026.tif 000018
【００７９】
但し、回転座標電動機電流ｉｄ、ｉｑは、（１７）式により三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、及びｉｗを三相二相変換及び磁極位置θに基づく回転座標変換した値である。【００８０】
【数１７】
2013073026.tif 000019
【００８１】
図２に（１６）式と等価なブロック図、すなわち本実施例の制御特性を表すブロック図を示す。図２のブロック図において、図１における機能と同一の機能に関しては同一の符号を付し、説明を省略する。【００８２】
図２において、２０１は三相二相変換器、２０２、２０３、２０７、及び２０８は加算器、２０４は固定座標軸上の電動機モデル、２０５は回転座標変換器、２０６は回転座標軸上の電動機モデルである。【００８３】
このうち、三相二相変換器２０１は、（１８）式を演算する。【００８４】
【数１８】
2013073026.tif 000020
【００８５】
固定座標軸上の電動機モデル２０４は（１９）式を演算する。【００８６】
【数１９】
2013073026.tif 000021
【００８７】
回転座標変換器２０５は（２０）式を演算する。【００８８】
【数２０】
2013073026.tif 000022
【００８９】
回転座標軸上の電動機モデル２０６は（２１）式を演算する。【００９０】
【数２１】
2013073026.tif 000023
【００９１】
次に（１６）式が図２のブロック図の特性になっていることを説明する。まず、固定座標軸上の電流制御の応答を（７）式と（１９）式を用いて計算すると（２２）式となる。【００９２】
【数２２】
2013073026.tif 000024
【００９３】
また、回転座標軸上の電流制御の応答を（１）式と（２１）式を用いて計算すると（２３）式となる。【００９４】
【数２３】
2013073026.tif 000025
【００９５】
（２３）式に（２０）式と（２２）式を代入すると（１６）式が得られることから、（１６）式と図２のブロック図の特性が一致することがわかる。このことは、図２の構成が、図１の構成による応答特性を表していることを意味している。【００９６】
次に図２のブロック図を用いて、回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊及び三相外乱電圧ΔＶｕ、ΔＶｖ、ΔＶｗに対する回転座標電動機電流ｉｄ、ｉｑの応答を説明する。【００９７】
図２の構成は下半分の回転座標系と、上半分の固定座標系に分けて把握することができる。このうち下半分の回転座標系は、回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に対する応答を示している。この構成を回転座標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊から把握すると、回転座標軸上の電流制御器１０３を補償器とし、回転座標軸上の電動機モデル２０６をプラントとし、回転座標軸電流ｉｄ、ｉｑを帰還信号とするフィードバック制御系である。ここには固定座標軸上の電流制御応答による干渉がなく、所望の制御応答が得られることがわかる。【００９８】
一方、上半分の固定座標系は、三相外乱電圧ΔＶｕ、ΔＶｖ、ΔＶｗに対する応答を示している。この構成を三相外乱電圧ΔＶｕ、ΔＶｖ、ΔＶｗから把握すると、固定座標軸上の電流制御器１１２を補償器とし、固定座標軸上の電動機モデル２０４をプラントとし、第２の回転座標電圧指令Ｖａａ＊、Ｖｂａ＊を指令値とするフィードバック制御系の操作量に対する外乱である。よって、三相外乱電圧ΔＶｕ、ΔＶｖ、ΔＶｗに対する電流ｉａｃ、ｉｂｃは固定座標電流制御の外乱抑制特性により抑制される。【００９９】
さらに、回転座標変換された電流ｉｄａ、ｉｑａは回転座標軸上の電流制御の出力に対する外乱である。以上から、三相外乱電圧ΔＶｕ、ΔＶｖ、ΔＶｗに対しては、固定座標電流制御と回転座標電流制御が互いに干渉することなく作用し、回転座標電動機電流ｉｄ、ｉｑは、固定座標電流制御と回転座標電流制御の外乱抑制特性が直列に接続された特性となることがわかる。【０１００】
次にシミュレーション結果を用いて、本実施例によるときの具体的な応答特性を説明する。図３、図４、図５、及び図６に本実施例のシミュレーション結果を示す。これらの図では横軸に時間をとっている。縦軸には、図１の各部諸量として、回転座標ｄ軸電流指令ｉｄ＊、回転座標ｄ軸電流ｉｄ、回転座標ｑ軸電流指令ｉｑ＊、回転座標ｑ軸電流ｉｑ、三相外乱電圧ΔＶｕ、三相電流ｉｕをとって、相互の間の関係を示している。【０１０１】
また図３、図４、図５、及び図６において、（ａ）は本発明装置の応答を示すシミュレーション結果である。（ｂ）（ｃ）は本発明装置の応答（ａ）と対比してその相違を明確にするために参考として記載したものである。（ｂ）は回転座標軸上の電流制御のみの場合、（ｃ）は回転座標軸上の電流制御と固定座標軸上の電流制御を併用し、第２の補償器１１３及び第１の補償器１０８による補償を行わなかった場合のシミュレーション結果である。【０１０２】
これらシミュレーション結果を示す図のうち、図３と図４はトルク指令Ｔ＊をステップ状に立ち上げ、これに伴い回転座標電流指令ｉｑ＊をステップ状に立ち上げたときの特性である。また図３は回転速度が遅い場合、図４は回転速度が速い場合を示している。また、図５と図６はステップ状の三相外乱電圧ΔＶｕを与えた場合の特性であり、図５は回転速度が遅い場合、図６は回転速度が速い場合を示している。【０１０３】
回転座標軸上の電流制御器１０３は、応答角周波数ωｄ以下の角周波数の電流を制御する。一方、固定座標軸上の直流電流は、回転座標軸においては回転速度に相当する周波数の電流に変換されるため、回転速度に相当する角周波数が応答角周波数ωｄより大きい条件では、固定座標軸上の直流電流成分を制御することができない。【０１０４】
このため、図３と図５の遅い回転速度は、相当する角周波数が応答角周波数ωｄより小さい場合であり、図４と図５の速い回転速度は、相当する角周波数が応答角周波数ωｄより大きい場合である。【０１０５】
尚、（１５）式に示すように、トルク指令Ｔ＊及び回転座標電流指令ｉｑ＊をステップ状に立ち上げたときの同期電動機６のトルク及び回転座標電流ｉｑの応答は応答角周波数ωｄにより決まる。尚、図３〜６では、シミュレーションを行った条件においては、トルク指令Ｔ＊及び同期電動機６のトルクはそれぞれ回転座標電流指令ｉｑ＊及び回転座標電流ｉｑに比例するため、トルク指令Ｔ＊及び同期電動機６のトルクの特性は図示していない。【０１０６】
図３において、横軸は時間であり、波形は上から、回転座標電流指令ｉｄ＊、三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗから（１７）式を用いて求めた回転座標電流ｉｄ、回転座標電流指令ｉｑ＊、回転座標電流ｉｑ、三相外乱電圧ΔＶｕ、三相交流電流ｉｕである。この図は時刻Ｔ１において、トルク指令Ｔ＊をステップ状に立ち上げ、これに伴い回転座標電流指令ｉｑ＊をステップ状に立ち上げたときの特性である。【０１０７】
本実施例（ａ）では、回転座標軸上の電流制御のみの場合（ｂ）と同様に、回転座標電流ｉｑが設計通り立ち上がっている。一方、補償を行わなかった場合（ｃ）では、固定座標軸上の電流制御の干渉により回転座標電流ｉｑが、はやく立ち上がり過ぎており、回転座標電流ｉｄに対しても、干渉が見られる。【０１０８】
図４は、同期電動機６の回転速度が速い場合であり、条件や波形は図３と同様である。特に横軸の時間スケールは図３と合わせてある。この場合も、本実施例（ａ）では、回転座標軸上の電流制御のみの場合（ｂ）と同様に、回転座標電流ｉｑが設計通り立ち上がっている。一方、補償を行わなかった場合（ｃ）では、固定座標軸上の電流制御の干渉により回転座標電流ｉｑの応答が乱れている。【０１０９】
また、図３と図４から、本実施例（ａ）によれば回転速度が、回転座標軸上の電流制御器の応答角周波数ωｄに相当する回転速度より速い場合においても、遅い場合においてもトルク指令Ｔ＊及び回転座標電流指令ｉｑ＊に対するトルク指令Ｔ＊及び回転座標電流指令ｉｑ＊をステップ状に立ち上げたときの同期電動機６のトルク及び回転座標電流ｉｑは同様の応答をする。このため、ステップ応答を評価する指標は同じ値であり、例えば同期電動機６のトルクが１０％から９０％まで変化するまでの立ち上がり時間を比較すれば、同じ値となる。【０１１０】
図５は、回転座標電流指令ｉｑ＊に変えて、時刻Ｔ２において、ステップ状の三相外乱電圧ΔＶｕを与えた場合あり、条件や波形は図３と同様である。但し、横軸は図３及び図４よりも長い時間を表示している。本実施例（ａ）では、回転座標電流ｉｄ及びｉｑに三相外乱電圧ΔＶｕよる影響はほとんどなく、外乱抑制が十分に行われていることがわかる。一方、回転座標軸上の電流制御のみの場合（ｂ）は、回転座標電流ｉｄ及びｉｑに大きな振動が発生している。補償を行わなかった場合（ｃ）においても、電流回転座標軸上の電流制御のみの場合（ｂ）より小さくはなっているが、回転座標電流ｉｄ及びｉｑに振動が残っている。【０１１１】
図６は、同期電動機６の回転速度が図４よりも速い場合であり、条件や波形は図５と同様である。本実施例（ａ）及び補償を行わなかった場合（ｃ）では、回転座標電流ｉｄ及びｉｑに三相外乱電圧ΔＶｕよる影響はほとんどなく、外乱抑制が十分に行われていることがわかる。一方、電流回転座標軸上の電流制御のみの場合（ｂ）は、回転座標電流ｉｄ及びｉｑに大きな振動が発生し、三相交流電流ｉｕにも直流分が重畳している。【０１１２】
また、図５と図６の定常状態から、本実施例（ａ）によれば回転速度が、回転座標軸上の電流制御器の応答角周波数ωｄに相当する回転速度より速い場合においても、遅い場合においても、三相外乱電圧ΔＶｕに対する三相交流電流ｉｕの直流成分が等しいことがわかる。【０１１３】
以上をまとめると、本実施例（ａ）は回転速度によらず、良好な指令応答及び外乱応答が実現できている。一方、回転座標軸上の電流制御のみの場合（ｂ）には、外乱応答に対する抑制が不十分であり、特に回転速度が速い場合に顕著である。また、補償を行わなかった場合（ｃ）には、指令応答に問題があり、また回転数が遅い場合の外乱応答も本実施例に対して劣っている。
【符号の説明】
【０１１４】
４：電力変換器，１０３：回転座標軸上の電流制御器，１１２：固定座標軸上の電流制御器，１０４：回転座標変換器，１０５、１０６：加算器，１０７：二相三相変換器，１１３：第２の補償器，１０８：第１の補償器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013073026.tif 000030
【図６】
2013073026.tif 000031
【国際調査報告】
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2013073026.tif 000033
2013073026.tif 000034
2013073026.tif 000035
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