(57)【要約】【課題】  高い回転角速度から、角速度指令値が零速度近辺に急変した場合においても、確実に減速できる交流回転機の制御装置を得る。また、発熱等の原因で交流回転機の抵抗値が変化した場合においても、切換スイッチが零速度近辺と判断できる交流回転機の制御装置を得る。【解決手段】  電流検出器２から検出された交流回転機１の電流と電力変換器３が交流回転機１に印加する電圧に基づいて交流回転機１の回転角速度を第１の推定角速度と第１の角周波数を出力する速度推定手段５と、角速度指令と第１の推定角速度との偏差から偏差角速度を演算するとともに、トルク電流指令と電源角周波数を出力する指令演算手段６と、を備え、指令演算手段６は、偏差角速度の範囲を制限した値と第１の推定角速度とに基づいて、出力するトルク電流指令と電源角周波数を選択する。【選択図】        図１
2006197769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流回転機に電圧を印加する電力変換器と、
前記交流回転機の電流を検出する電流検出器と、
この電流検出器から検出された電流と前記電力変換器が印加する電圧に基づいて前記交流回転機の回転角速度を第１の推定角速度と第１の角周波数を出力する速度推定手段と、
前記角速度指令と前記第１の推定角速度との偏差から偏差角速度を演算するとともに、トルク電流指令と電源角周波数を出力する指令演算手段と、を備え、
前記指令演算手段は、前記偏差角速度の範囲を制限した値と前記第１の推定角速度とに基づいて、出力するトルク電流指令と電源角周波数を選択することを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項２】
前記指令演算手段は、前記偏差角速度に基づいて第１のトルク電流指令を演算し、予め設定した速度制御応答値と前記角速度指令とから第２の推定角速度を演算するとともに該第２の推定角速度に基づいて第２のトルク電流指令を演算し、前記偏差角速度の範囲を制限した値と前記第１の推定角速度とに基づいて、出力するトルク電流指令として、第１のトルク電流指令か第２のトルク電流指令のいずれかを選択すると同時に、出力する電源角周波数として、第１の角周波数か第２の角周波数のいずれかを選択することを特徴とする請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項３】
前記指令演算手段は、前記速度推定手段へ第２の推定角速度を出力するともに、前記偏差角速度の範囲を制限した値と前記第１の推定角速度とに基づいて前記速度推定手段へ切換信号を出力し、前記速度推定手段は、該切換信号に基づいて該指令演算手段が第２の角周波数を選択している期間前記第１の推定角速度を指令演算手段から入力された前記第２の推定角速度に置き換えることを特徴とする請求項２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、交流回転機を可変速制御す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】
交流回転機を可変速制御するための回転角速度検出器は、価格や配線の点で廃したい。この問題を解決するため、従来の交流回転機の制御装置では、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機の回転角角速度指令を入力し、推定回転角速度が回転角角速度指令に追従するように推定回転角速度に基づいて一次電圧を制御する速度制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その適応観測器から得られた推定回転角速度に基づいてその適応観測器内のフィードバックゲインを演算するゲイン演算器とから構成し、回転角速度検出器なしで、交流回転機（誘導電動機）を可変速制御している（例えば特許文献１）。
【０００３】
また、交流回転機として同期電動機を対象にした従来の交流回転機の可変速制御装置が発明されている。この発明は、交流回転機（同期電動機）の電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器により得られた電流を角周波数で回転する回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電流へ座標変換する座標変換器と、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電流指令に前記回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電流が追従するように回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電圧指令を出力する電流制御器と、前記電流制御器から得られた回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電圧指令を三相電圧指令へ座標変換する座標変換器と、前記回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電流と前記回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電圧指令とに基づいて前記角周波数と前記交流回転機（同期電動機）の推定電流と推定回転子磁束と推定回転角速度とを演算する適応オブザーバと、前記電圧指令に基づいて前記交流回転機（同期電動機）に電圧を印加するインバータとを備え、前記適応オブザーバは、推定回転子磁束のｑ 軸成分が零になるように角周波数を演算することともに、回転角角速度指令から推定回転角速度を減算し、その偏差を速度制御器へ出力し、速度制御器は、回転角角速度指令と推定回転角速度の偏差に基づいてｑ軸電流指令を出力している（例えば特許文献２）。
【０００４】
このような交流回転機の制御装置では、零速近辺における回転角速度の推定精度が低下するため、負荷の起動が遅れてしまう問題があった。この問題の解決を目的とした交流回転機の制御装置が発明されている。該交流回転機の可変速制御装置は、誘導電動機の速度推定を基にした速度制御系によってトルク電流指令と励磁電流指令を得、これら指令から電流制御系によってインバータから誘導電動機に供給する電流を制御する速度センサレスベクトル制御装置において、前記角速度指令が誘導電動機の零速度近辺にあるときに前記速度制御系からのトルク電流指令に代えて一定値のトルク電流指令を発生する関数発生器と切換スイッチと、前記角速度指令が誘導電動機の零速度近辺にあるときに前記推定角速度に代えて前記角速度指令を回転角速度検出値とする切換スイッチとを備え、零速度付近での制御遅れを少なくしている（例えば特許文献３）。
【０００５】
また、誘導電動機を駆動する電力変換器と、前記誘導電動機に供給する交流電流を検出する電流検出手段と、前記検出された交流電流を回転磁界座標系の磁束軸（ｄ軸）成分の電流（以下、ｄ軸電流）とｄ軸と直行する成分（以下、ｑ軸電流）に変換する変換手段と、前記ｑ軸電流から速度推定値を生成する第１の速度推定手段と、前記速度推定値に基づいて前記誘導電動機を駆動制御する手段を備えた誘導電動機の駆動制御装置において、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とから速度推定値を生成する第２の速度推定手段を設け、減速動作中に速度推定値が所定値以下になると、前記第２の速度推定手段に切り替えて前記誘導電動機を制御することにより、低速域まで安定した速度推定を行い、確実に減速する交流回転機の制御装置が発明されている（例えば特許文献４）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−４５９９号公報（７頁、段落００１７、図３）
【特許文献２】再公表特許WO０２／９１５５８号公報（２頁３〜１４行、１６頁４３〜４７行、図１、図１４）
【特許文献３】特開２００２−１４２４９９号公報（２頁、段落０００９、段落００１１、図１）
【特許文献４】特開２００１−２３８４９７号公報（２〜３頁、段落０００６、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３のような交流回転機の制御装置にあっては、零速度近辺にあるか否かを角速度指令で判断していたので、高い回転角速度から、角速度指令値が零速度近辺に急変した場合、実際の回転角速度が零速度近辺に到達していないにもかかわらず、切換スイッチが零速度近辺と判断してしまい、減速できなくなってしまうという問題点があった。
【０００８】
また、零速度近辺にあるときにトルク電流指令に代えて一定値のトルク電流指令を発生するので、角速度指令が変化する場合や、負荷のイナーシャが大きい場合に、トルク電流値が所望の値に一致せず、零速近傍で角速度指令に追従できないという問題点があった。
【０００９】
さらに、零速度近辺にあるときに推定角速度に代えて角速度指令を回転角速度としていたので、角速度指令値が急変し、零速度近辺から脱した時点で、推定角速度が実回転角速度と一致せずに切換ショックが発生するという問題点もあった。
【００１０】
特許文献４のような交流回転機の制御装置にあっては、零速度近辺にあるか否かを推定回転角速度で判断していた。発熱等の原因で交流回転機の抵抗値が変化すると、推定回転角速度は実際の値と異なる値になる。抵抗値が変化した場合、実際の回転角速度が零速度近辺に到達しているにもかかわらず切換スイッチが零速度近辺と判断できず、低速域まで安定した速度推定を行えず、確実に減速できないという問題点があった。
【００１１】
即ち、特許文献３のように零速度近辺にあるか否かを角速度指令で切換判断したり、特許文献４のように零速度近辺にあるか否かを推定回転角速度で切換判断すると、切換動作に問題が発生することがあった。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、高い回転角速度から、角速度指令値が零速度近辺に急変し、実際の回転角速度が零速度近辺に到達していない場合に減速できなくなってしまう問題の解決と、発熱等の原因で交流回転機の抵抗値が変化した場合に切換スイッチが零速度近辺と判断できない問題の解決を目的とするものである。
【００１３】
また、零速度近辺で角速度指令が変化する場合や、負荷のイナーシャが大きい場合の速度応答性の向上を得ることを目的とするものである。
【００１４】
さらに、零速度近辺にあるときに角速度指令値が急変し、零速度近辺から脱した場合でも、推定角速度を実回転角速度に一致させ、切換ショックの解消を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明の交流回転機の制御装置は、交流回転機に電圧を印加する電力変換器と、前記交流回転機の電流を検出する電流検出器と、この電流検出器から検出された電流と前記電力変換器が印加する電圧に基づいて前記交流回転機の回転角速度を第１の推定角速度と第１の角周波数を出力する速度推定手段と、前記角速度指令と前記第１の推定角速度との偏差から偏差角速度を演算するとともに、トルク電流指令と電源角周波数を出力する指令演算手段と、を備え、前記指令演算手段は、前記偏差角速度の範囲を制限した値と前記第１の推定角速度とに基づいて、出力するトルク電流指令と電源角周波数を選択するものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の交流回転機の制御装置は、指令演算手段が偏差角速度を制限した値を第１の推定角速度に加算して出力するトルク電流指令と電源角周波数を選択するので、高い回転角速度から、角速度指令値が零速度近辺に急変し、実際の回転角速度が零速度近辺に到達していない場合に減速できなくなってしまう問題を解決するとともに、発熱等の原因で交流回転機の抵抗値が変化した場合に切換スイッチが零速度近辺と判断できない問題を解決できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の構成を示す図である。図１において、交流回転機（誘導機）１に給電される相電流を電流検出器２で検出する。交流回転機（誘導機）１への給電は電力変換器３によって行なう。電流検出器２から得られた相電流を電源角周波数ωで回転する回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電流に座標変換器４によって座標変換する。
速度推定手段５は、電源角周波数ωと、座標変換器４から得られた回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電流と、後述する回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電圧指令とに基づいて、第１の角周波数ω1と第１の推定角速度＾ωr1と回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｄ軸推定磁束（推定磁束振幅）^φdrを出力する。ここで、記号 ^ は演算値を意味する。
【００１８】
指令演算手段６は、交流回転機（誘導機）１の回転角速度が角速度指令ωr*に一致するように、角速度指令ωr*と回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｄ軸磁束指令φdr*と第１の角周波数ω1と第１の推定角速度^ωr1とに基づいて、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｑ軸電流指令ｉqs*と電源角周波数ωと第２の推定角速度＾ωr2とを出力する。ここで、記号 * は指令値を意味する。
磁束制御器７は、速度推定手段５から得たｄ軸推定磁束^φdrがｄ軸磁束指令φdr*に一致するように、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｄ軸電流指令ｉds*を出力する。
【００１９】
制御手段８は、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｄ軸電流指令ｉds*と回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｑ軸電流指令ｉqs*と電源角周波数ωとに基づいて、電力変換器３へ給電すべき相電圧指令を出力する。制御手段８は、電流制御器９と積分器１０と座標変換器１１によって構成する。
電流制御器９は、磁束制御器７から得られた回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｄ軸電流指令ｉds*に座標変換器４から得られた回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｄ軸電流ｉdsが一致し、かつ指令演算手段６から得られた回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｑ軸電流指令ｉqs*に座標変換器４から得られた回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｑ軸電流ｉqsが一致するよう、上述した回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電圧指令を出力する。
積分器１０は、指令演算手段６から得た電源角周波数ωを積分して位相θを演算する。該位相θに基づいて座標変換器１１は、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電圧指令を電力変換器３へ給電すべき相電圧指令に座標変換して出力する。
【００２０】
図１において、切換信号SW1がFALSEの場合、速度推定手段５は、第１の推定角速度＾ωr1を制御手段８から入力された回転二軸上の電圧指令と座標変換器４から入力された回転二軸上の電流と指令演算手段６から入力された電源角周波数ωに基づいて第１の推定角速度＾ωr1を演算する。また、切換信号SW1がTRUEの場合、速度推定手段５は、第１の推定角速度＾ωr1を指令演算手段６から入力された第２の推定角速度＾ωr2に置き換える。
【００２１】
図２は、この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置における指令演算手段６の構成を示す図である。
図２において、切換信号演算器２０は速度推定手段５から得た推定角速度^ωr1と、後述する偏差角速度Δωrと後述する第１のｑ軸電流指令ｉqs1*とに基づいて、切換信号SW1を出力する。
速度応答演算器２１は、角速度指令ωr*に交流回転機（誘導機）１の回転角速度が追従すべき応答ωsc（rad/s）を予め設計値として準備しておき、該応答ωsc（rad/s）に基づいて第２の推定角速度^ωr2を演算する。後述するように速度制御器２６を比例積分制御で与える場合、角速度指令ωr*に交流回転機（誘導機）１の回転角速度が追従すべき応答は二次系となる。速度応答演算器２１は、速度制御器２６の動作を高い周波数帯域を簡略化して模擬するように、高い周波数帯域を省略した（１）式の一次系で与える。
^ωr2＝ωsc÷（ｓ+ωsc）×ωr*  ・・・（１）
ただし、ｓ：ラプラス演算子
【００２２】
回転角速度ωr（rad/s）と出力トルクτm（Nm）の間には（２）式の関係が成り立つ。
ωr＝Ｐm ÷（Ｊm×ｓ）×τm  ・・・（２）
ただし、Ｐm：交流回転機（誘導機）１の極対数
Ｊm：交流回転機（誘導機）１と負荷との総イナーシャ（kgfm2）
ｓ：ラプラス演算子
トルク指令演算器２２は、第２の推定角速度^ωr2とイナーシャＪm、極対数Ｐmとに基づき、（２）式の関係を利用した（３）式の演算によってトルク指令τm*を出力する。
τm*＝（Ｊm×ｓ）÷Ｐm×＾ωr2  ・・・（３）
【００２３】
回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｑ軸電流ｉqsと出力トルクτmとの間には（４）式の関係が成り立つ。
τm＝Ｐm×Ｍ÷Ｌr×φdr×ｉqs  ・・・（４）
ただし、Ｌr：交流回転機（誘導機）１の一次インダクタンス
Ｍ：交流回転機（誘導機）１の相互インダクタンス
係数演算器２３は、ｄ軸磁束指令φdr*とトルク指令τm*に基づき、（４）式の関係を利用した（５）式の演算によって第２のｑ軸電流指令ｉqs2*を出力する。
ｉqs2*＝Ｌr÷（Ｐm×Ｍ×φdr*）×τm*  ・・・（５）
【００２４】
電源角周波数ω、回転角速度ωr、ｑ軸電流ｉqsと二次磁束φdrとの間には、（６）式の関係が成り立つ。
ω=ωr＋Ｍ×Ｒr÷Ｌr×ｉqs÷φdr  ・・・（６）
角周波数演算器２４は、ｄ軸磁束指令φdr*と第２の推定角速度^ωr2と第２のｑ軸電流指令ｉqs2*とに基づいて、（６）式の関係を利用した（７）式の演算によって第２の角周波数ω2を演算する。
ω2=^ωr2＋Ｍ×Ｒr÷Ｌr×ｉqs*÷φdr*  ・・・（７）
減算器２５は、角速度指令ωr*から第１の推定角速度^ωr1を減算し、偏差角速度Δωrを出力する。
速度制御器２６は、偏差角速度Δωrを増幅して、第１のｑ軸電流指令ｉqs1*として出力する。実施の形態１において、速度制御器２６は偏差角速度Δωrの増幅を比例積分制御で与える。
【００２５】
切換器２７は第１の角周波数ω1、第２の角周波数ω2、第１のｑ軸電流指令ｉqs1*、第２のｑ軸電流指令ｉqs2*を入力し、切換信号SW1に基づいて、電源角周波数ωとｑ軸電流指令ｉqs*を出力する。
具体的には、SW1がFALSEの場合は、電源角周波数ωを第１の角周波数ω1で与えると同時に、ｑ軸電流指令ｉqs*を第１のｑ軸電流指令ｉqs1*で与える。また、SW1がTRUEの場合は、電源角周波数ωを第２の角周波数ω2で与えると同時に、ｑ軸電流指令ｉqs*を第２のｑ軸電流指令ｉqs2*で与える。
【００２６】
図３は、この発明の実施の形態１に係る指令演算手段６における切換信号演算器２０の構成を示す図である。図３において、制限器３０は、入力された偏差角速度Δωrの振幅を制限する。制限器３０の出力と第１の推定角速度^ωr1を加算器３１で加算し、その出力をフィルタ３２へ入力する。
フィルタ３２は、加算器３１の出力を入力とし、チャタリング防止を目的に折れ点が角周波数ωFの一次遅れ演算を行ない、判定速度^ωr3として出力する。判定器３３は、判定速度^ωr3に基づいて交流回転機（誘導機）１が零速近傍であるか否かを判定する。零速近傍であると判定した場合はTRUEを出力し、零速近傍外であると判定した場合はFALSEを出力する。
【００２７】
制限器３０の入力と出力が一致する場合、フィルタ３２の入力は角速度指令ωr*に一致し、制限器３０の入力と出力が一致しない場合、フィルタ３２の入力は第１の推定角速度^ωr1に偏差角速度Δωrを加算した値となる。判定速度^ωr3は、フィルタ３２の入力に対して一次遅れ演算したものである。
従来の交流回転機の制御装置では、抵抗値が変化した場合、推定回転角速度が誤差を有し、実際の回転角速度が零速度近辺に到達しているにもかかわらず切換スイッチが零速度近辺と判断できない問題があった。実施の形態１では、制限器３０の制限範囲を抵抗変化に起因する推定速度誤差より大きく設定しておくことによって、零速度近辺における判定速度^ωr3は角速度指令ωr*にフィルタ３２を介した値となるので、推定回転速度の誤差の有無に影響されず確実な切換を行える効果がある。
【００２８】
交流回転機が誘導機である場合、零速近傍であっても負荷が大きければ、すべり周波数も大きくなり、角周波数ωも大きくなる。交流回転機の制御装置では、零速近辺における回転角速度の推定精度が低下するため、負荷の起動が遅れてしまう問題があったが、この現象は電源角周波数ωが小さい場合に顕著である。逆に電源角周波数ωがある程度大きい場合は、回転角速度の推定精度は殆ど低下しない。そこで電源角周波数ωが小さい領域だけ電源角周波数ωを第２の角周波数ω2で与えると同時に、ｑ軸電流指令ｉqs*を第２のｑ軸電流指令ｉqs2*で与えたい。
【００２９】
判定器３４と論理積演算器３５を設けることにより、零速近傍であっても電源角周波数ωが小さい領域だけ電源角周波数ωを第２の角周波数ω2で与えると同時に、ｑ軸電流指令ｉqs*を第２のｑ軸電流指令ｉqs2*で与えることができる。判定器３４は、第１のｑ軸電流指令ｉqs1*が交流回転機（誘導機）１の負荷が軽負荷であるか否かを判定する。軽負荷であると判定した場合はTRUEを出力し、軽負荷でないと判定した場合はFALSEを出力する。
論理積演算器３５は、判定器３３及び判定器３４の出力のＡＮＤ演算を行う。即ち、判定器３３と判定器３４が同時にTRUEを出力する場合、論理積演算器３５はTRUEを出力し、それ以外の場合、論理積演算器３５はFALSEを出力する。
【００３０】
図４は、この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置における内部変数を示す波形である。総イナーシャＪmは、交流回転機（誘導機）１のイナーシャの２０倍である。図４において、横軸は時刻（秒）、縦軸は回転角速度（r/min）であり、角速度指令ωr*、第１の推定角速度^ωr1、判定速度^ωr3をプロットしたものである。交流回転機（誘導機）１は、時刻１秒まで、２００r/minで回転しており、時刻１秒で角速度指令ωr*を２００r/minから０r/minにステップ変化させた。
交流回転機（誘導機）１が出力可能なトルクの大きさは有限である。イナーシャが大きい場合、実際の回転角速度をステップ的に零にすることはできない。図中の第１の推定角速度^ωr1は、実際の回転角速度（図示せず）を正しく推定しており、イナーシャが２０倍の場合、零速近傍に到達するのは時刻６秒あたりである。判定速度^ωr3は、第１の推定角速度^ωr1に偏差角速度Δωrを制限した値を加算して生成しているので、判定速度^ωr3と第１の推定角速度^ωr1との最大差異は、偏差角速度Δωrの制限値である。実施の形態１では、偏差角速度Δωrの制限値を６０r/minとした。角速度指令が０にステップ変化する時刻１秒において、図中の判定速度^ωr3は、第１の推定角速度^ωr1との最大差異が６０r/minとなっている。
【００３１】
従来の交流回転機の制御装置では、回転角角速度指令に基づいて、回転角速度が零速近傍であることを判断していたので、イナーシャが大きい場合（図４ではイナーシャが２０倍の場合）、十分減速していないにも係らず、図４の（ａ）の時点で零速と誤判断してしまうので、減速トルクが出力できない問題があった。
実施の形態１では、判定速度^ωr3に基づいて回転角速度が零速近傍であることを判断する。実施の形態１によれば、切換信号演算器２０は、判定速度^ωr3が図４の（ｂ）の時点で零速近傍と判断する。即ち、切換信号演算器２０は、イナーシャが大きい場合（図４ではイナーシャが２０倍の場合）でも、図４の（ａ）の時点で零速と誤判断することなく、十分減速してから零速近傍と判断する。これにより、角速度指令がステップ変化で減速する場合にイナーシャが大きいと減速トルクが出力できない問題を解決できる。
【００３２】
以上のように実施の形態１では、切換信号演算器２０が偏差角速度Δωrを制限した値を第１の推定角速度^ωr1に加算して判定速度^ωr3を生成しているので、高い回転角速度から、角速度指令値が零速度近辺に急変し、実際の回転角速度が零速度近辺に到達していない場合に減速できなくなってしまう問題を解決できる効果がある。
【００３３】
図５は、この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の内部変数と実際の回転角速度を示す波形である。図５は、角速度指令ωr*、第２の推定角速度^ωr2、及び第２のｑ軸電流指令ｉqs2*、実際の回転角速度ωrの様子を示したものであり、総イナーシャＪmは交流回転機（誘導機）１のイナーシャ単体である。
切換信号演算器２０は、回転角速度が６０r/minであれば零速近傍と判断し、SW1はTRUEとしている。図において、時刻０．１秒で角速度指令ωr*は０〜６０r/minにステップ変化させており、切換信号演算器２０は、電源角周波数ωを第２の角周波数ω2で与えると同時に、ｑ軸電流指令ｉqs*を第２のｑ軸電流指令ｉqs2*で与える。
速度応答演算器２１は、角速度指令ωr*に交流回転機（誘導機）１の回転角速度が追従すべき応答ωsc（rad/s）を予め設計値として準備する。該応答ωsc（rad/s）は５０rad/sに設定し、この応答に基づいて第２の推定角速度^ωr2を演算している。
トルク指令演算器２２は、第２の推定角速度^ωr2とイナーシャＪm、極対数Ｐmとに基づき、（３）式の演算によってトルク指令τm*を出力し、係数演算器２３は、τm*を（Ｌr÷Ｐm×Ｍ×φdr*）倍した値を第２のｑ軸電流指令ｉqs2*として出力する。
【００３４】
図５に示すように、零速近傍で角速度指令がステップ変化した場合、第２の推定角速度は交流回転機（誘導機）１の回転角速度が追従すべき応答５０（rad/s）で角速度指令に追従する。第２のｑ軸電流指令ｉqs2*は、第２の推定角速度の変化率を考慮した（３）式の演算によって、第２の推定角速度が加速中に所望の値を出力する。切換信号演算器２０のSW1はTRUEであるので、切換器２７はｑ軸電流指令ｉqs*を第２のｑ軸電流指令ｉqs2*で与える。
交流回転機（誘導機）１の回転角速度が追従すべき応答５０（rad/s）で第２の推定角速度が角速度指令に追従し、第２のｑ軸電流指令ｉqs2*でｑ軸電流指令ｉqs*を与えたので、図５に示すように第２の推定角速度^ωr2と同様に、交流回転機（誘導機）１の実際回転角速度ωrは、追従すべき応答５０（rad/s）で角速度指令に追従する。
【００３５】
図６は、この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の内部変数と実際の回転角速度を示す波形である。図６は、総イナーシャＪmは交流回転機（誘導機）１のイナーシャ単体の１０倍とした時の角速度指令ωr*、第２の推定角速度^ωr2、及び第２のｑ軸電流指令ｉqs2*、実際の回転角速度ωrの様子を示したものであり、総イナーシャＪm以外は図５と同一条件である。
総イナーシャＪmが図５の１０倍であるので、トルク指令τm*をトルク指令演算器２２が（３）式の演算をする過程で、図５に対して１０倍となり、第２のｑ軸電流指令ｉqs2*も１０倍となる。イナーシャが大きい場合、同じ速度応答を得るためにはｑ軸電流指令も大きくする必要がある。トルク指令演算器２２は、（３）式の演算をする過程で実際回転角速度ωrが追従すべき応答と総イナーシャＪmを考慮している。この結果、第２のｑ軸電流指令ｉqs2*も実際回転角速度ωrが追従すべき応答と総イナーシャＪmを考慮した値となる。
【００３６】
以上のように、実施の形態１では、速度応答演算器２１が角速度指令ωr*に交流回転機（誘導機）１の回転角速度が追従すべき応答ωsc（rad/s）に基づいて第２の推定角速度^ωr2を演算し、トルク指令演算器２２が実際回転角速度ωrが追従すべき応答と総イナーシャＪmを考慮したトルク指令τm*を出力し、係数演算器２３がτm*を（Ｌr÷Ｐm×Ｍ×φdr*）倍した値を第２のｑ軸電流指令ｉqs2*として出力するので、零速度近辺で角速度指令が変化する場合や負荷のイナーシャが大きい場合にも回転角速度が追従すべき応答ωsc（rad/s）で角速度指令に追従できる効果がある。
【００３７】
図７は、この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の内部変数と実際の回転角速度を示す波形である。図７は、角速度指令ωr*、第１及び第２の推定角速度、第１及び第２のｑ軸電流指令、実際の回転角速度ωrの様子を示したものであり、総イナーシャＪmは交流回転機（誘導機）１のイナーシャ単体の５倍である。
図７において、時刻０．１２秒前後で切換信号演算器２０が出力する切換信号SW1は、TRUEからFALSEに切り換わっている。従って、時刻０．１２秒以前、切換器２７は、電源角周波数ωを第２の角周波数ω2で与えると同時に、ｑ軸電流指令ｉqs*を第２のｑ軸電流指令ｉqs2*で与える。速度推定手段５は、第１の推定角速度＾ωr1を指令演算手段６から入力された第２の推定角速度＾ωr2に置き換えている。また、時刻０．１２秒以後、切換器２７は、電源角周波数ωを第１の角周波数ω1で与えると同時に、ｑ軸電流指令ｉqs*を第１のｑ軸電流指令ｉqs1*で与える。なお、切換直後の第１のｑ軸電流指令ｉqs1*は、切換直前の第２のｑ軸電流指令ｉqs2*で与えている。
また、速度推定手段５は、第１の推定角速度＾ωr1を制御手段８から入力された回転二軸上の電圧指令と座標変換器４から入力された回転二軸上の電流と指令演算手段６から入力された電源角周波数ωに基づいて第１の推定角速度＾ωr1を演算する。なお、切換直後の第１の推定角速度＾ωr1は、切換直前の第２の推定角速度＾ωr2である。
以上の動作により、図７に示す通り、角速度指令値が急変し、零速度近辺から脱した場合でも、実際の回転角速度は、スムーズに加速できる。
【００３８】
以上のように、実施の形態１によれば、零速度近辺の場合、切換信号演算器２０はTRUEの切換信号SW1を出力し、速度推定手段５は、第１の推定角速度＾ωr1を指令演算手段６から入力された第２の推定角速度＾ωr2に置き換えるので、切換信号SW1が切り換わった直後に実際の回転角速度と角速度指令が一致していなくても、実際の回転角速度と第２の推定角速度＾ωr2とが一致する。
従って、角速度指令値が急変し、零速度近辺から脱した場合でも、切換ショックなく交流回転機（誘導機）１を駆動できる効果が得られる。
また、制限器３０の制限範囲を抵抗変化に起因する推定速度誤差より大きく設定しておくことによって、零速度近辺における判定速度^ωr3は角速度指令ωr*にフィルタ３２を介した値となるので、推定回転速度の誤差の有無に影響されず確実な切換を行える効果がある。
【００３９】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２に係る交流回転機の制御装置における指令演算手段６ａの構成を示す図である。
前記実施の形態１の指令演算手段６は、切換信号演算器２０によって速度推定手段から得た前記推定角速度^ωr1と、偏差角速度Δωrと第１のｑ軸電流指令ｉqs1*とに基づいて切換信号SW1を出力していたが、構成を簡素化するために、第１のｑ軸電流指令ｉqs1*を切換信号SW1の要件から外しても良い。具体的には、図１の指令演算手段６を指令演算手段６ａに置き換える（図示せず）。
図８において、２１〜２７は前記実施の形態１の図２と同様であり、その説明を省略する。切換信号演算器２０ａは速度推定手段５から得た推定角速度^ωr1と、偏差角速度Δωrとに基づいて、切換信号SW1を出力する。
【００４０】
図９は、この発明の実施の形態２に係る指令演算手段６ａにおける切換信号演算器２０ａの構成を示す図である。図９は、前記実施の形態１の図３で示した切換信号演算器２０の構成に対して、判定器３４と論理積演算器３５を省略し、判定機３３の出力信号を切換信号SW1として出力する点が異なる。
即ち、切換信号演算器２０ａは判定速度^ωr3に基づいて交流回転機（誘導機）１が零速近傍であるか否かを判定する。零速近傍であると判定した場合はTRUEを出力し、零速近傍外であると判定した場合はFALSEを出力する。
【００４１】
以上構成でも、実施の形態１と同様に切換信号演算器２０ａが偏差角速度Δωrを制限した値を第１の推定角速度^ωr1に加算して判定速度^ωr3を生成しているので、高い回転角速度から、角速度指令値が零速度近辺に急変し、実際の回転角速度が零速度近辺に到達していない場合に減速できなくなってしまう問題を解決できる効果がある。
【００４２】
実施の形態３．
ｄ軸磁束指令φdr*を一定に保つ場合、ｄ軸電流指令ｉds*は過渡項を省略した（８）式で与えれば良い。
ｉds*＝φdr*÷Ｍ    ・・・（８）
（８）式からｄ軸磁束指令φdr*を一定に保つ場合、ｄ軸電流指令ｉds*指令も一定となる。
前記実施の形態１、２では、磁束制御器７は速度推定手段５から得たｄ軸推定磁束^φdrがｄ軸磁束指令φdr*に一致するように、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｄ軸電流指令ｉds*を出力していたが、ｄ軸電流指令ｉds*を予め設定した所定値で与えても良い。
図１０は、この発明の実施の形態３に係る交流回転機の制御装置の構成を示す図である。図１０において、１〜５、８〜１１は図１と同様であり、その説明を省略する。
指令演算手段６ｂは、交流回転機（誘導機）１の回転角速度が角速度指令ωr*に一致するように、角速度指令ωr*と予め設定した回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｄ軸電流指令ｉds*と第１の角周波数ω1と第１の推定角速度^ωr1とに基づいて、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｑ軸電流指令ｉqs*と電源角周波数ωと第２の推定角速度＾ωr2とを出力する。
【００４３】
図１１は、この発明の実施の形態３に係る交流回転機の制御装置における指令演算手段６ｂの構成を示す図である。図１１において、２０ａ、２１、２２、２５、２６、２７は図８と同様であり、その説明を省略する。
ｄ軸電流ｉdsが一定の場合、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｑ軸電流ｉqsと出力トルクτmとの間には（９）式の関係が成り立つ。
τm＝Ｐm×Ｍ2÷Ｌr×ｉds×ｉqs  ・・・（９）
ただし、Ｌr：交流回転機（誘導機）１の一次インダクタンス
Ｍ：交流回転機（誘導機）１の相互インダクタンス
係数演算器２３ｂは、ｄ軸電流指令ｉds*とトルク指令τm*に基づき、（９）式の関係を利用した（１０）式の演算によって第２のｑ軸電流指令ｉqs2*を出力する。
ｉqs2*＝Ｌr÷（Ｐm×Ｍ2×ｉds*）×τm*  ・・・（１０）
ｄ軸電流ｉdsが一定の場合、電源角周波数ω、回転角速度ωr、ｑ軸電流ｉqsとｄ軸電流ｉdsとの間には、（１１）式の関係が成り立つ。
ω=ωr＋Ｒr÷Ｌr×ｉqs÷ｉds    ・・・（１１）
角周波数演算器２４ｂは、ｄ軸電流指令ｉds*と第２の推定角速度^ωr2と第２のｑ軸電流指令ｉqs2*とに基づいて、（１１）式の関係を利用した（１２）式の演算によって第２の角周波数ω2を演算する。
ω2=^ωr2＋Ｒr÷Ｌr×ｉqs*÷ｉds*  ・・・（１２）
【００４４】
以上構成でも、前記実施の形態１と同様に切換信号演算器２０ｂが偏差角速度Δωrを制限した値を第１の推定角速度^ωr1に加算して判定速度^ωr3を生成しているので、高い回転角速度から、角速度指令値が零速度近辺に急変し、実際の回転角速度が零速度近辺に到達していない場合に減速できなくなってしまう問題を解決できる効果がある。
【００４５】
実施の形態４．
図１２は、この発明の実施の形態４に係る交流回転機の制御装置の構成を示す図である。図１２において、２〜４、８〜１１は図１と同様であり、その説明を省略する。
交流回転機（同期機）１ｃに給電される相電流を電流検出器２で検出する。交流回転機（同期機）１ｃへの給電は電力変換器３によって行なう。
速度推定手段５ｃは、電源角周波数ωと、座標変換器４から得られた回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電流と、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電圧指令とに基づいて、交流回転機（同期機）１ｃの角周波数ω1と第１の推定角速度＾ωr1とを出力する。
指令演算手段６ｃは、交流回転機（同期機）１ｃの回転角速度が角速度指令ωr*に一致するように、角速度指令ωr*と第１の角周波数ω1と第１の推定角速度^ωr1とに基づいて、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｑ軸電流指令ｉqs*と電源角周波数ωと第２の推定角速度＾ωr2とを出力する。
【００４６】
切換信号SW1がFALSEの場合、速度推定手段５ｃは、第１の推定角速度＾ωr1を制御手段８から入力された回転二軸上の電圧指令と座標変換器４から入力された回転二軸上の電流と指令演算手段６から入力された電源角周波数ωに基づいて第１の推定角速度＾ωr1を演算する。また、切換信号SW1がTRUEの場合、速度推定手段５ｃは、第１の推定角速度＾ωr1を指令演算手段６ｃから入力された第２の推定角速度＾ωr2に置き換える。
【００４７】
図１３は、この発明の実施の形態４に係る交流回転機の制御装置における指令演算手段６ｃの構成を示す図である。図１３において、２０ａ、２１、２２、２５、２６は図１１と同様であり、その説明を省略する。
交流電動機（同期機）１ｃは同期機であるから、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のｑ軸電流ｉqsと出力トルクτmとの間には（１３）式の関係が成り立つ。
τm＝Ｐm×φf×ｉqs  ・・・（１３）
ただし、φf：交流回転機（同期機）１ｃの回転子磁束振幅
係数演算器２３ｃは、トルク指令τm*に基づき、（１３）式の関係を利用した（１４）式の演算によって第２のｑ軸電流指令ｉqs2*を出力する。
ｉqs2*＝１÷（Ｐm×φf）×τm*    ・・・（１４）
交流電動機（同期機）１ｃは同期機であるから、電源角周波数ωと回転角速度ωrは一致する。これを踏まえ、第２の角周波数ω2は第２の推定角速度ωr2で与える。
切換器２７ｃは第１の角周波数ω1、第２の角周波数ω2、第１のｑ軸電流指令ｉqs1*、第２のｑ軸電流指令ｉqs2*を入力し、切換信号SW1に基づいて、電源角周波数ωとｑ軸電流指令ｉqs*を出力する。
具体的には、SW1がFALSEの場合は、電源角周波数ωを第１の角周波数ω1で与えると同時に、ｑ軸電流指令ｉqs*を第１のｑ軸電流指令ｉqs1*で与える。また、SW1がTRUEの場合は、電源角周波数ωを第２の角周波数ω2で与えると同時に、ｑ軸電流指令ｉqs*を第２のｑ軸電流指令ｉqs2*で与える。
【００４８】
以上構成により、交流回転機が同期機であっても、前記実施の形態と同様に切換信号演算器２０ｃが偏差角速度Δωrを制限した値を第１の推定角速度^ωr1に加算して判定速度^ωr3を生成しているので、高い回転角速度から、角速度指令値が零速度近辺に急変し、実際の回転角速度が零速度近辺に到達していない場合に減速できなくなってしまう問題を解決できる効果がある。
【００４９】
また、実施の形態４では、交流回転機が同期機であっても、速度応答演算器２１が角速度指令ωr*に交流回転機（同期機）１ｃの回転角速度が追従すべき応答ωsc（rad/s）に基づいて第２の推定角速度^ωr2を演算し、トルク指令演算器２２が実際回転角速度ωrが追従すべき応答と総イナーシャＪmを考慮したトルク指令τm*を出力し、係数演算器２３ｃがτm*を｛１÷（Ｐm×φf）｝倍した値を第２のｑ軸電流指令ｉqs2*として出力するので、零速度近辺で角速度指令が変化する場合や負荷のイナーシャが大きい場合にも回転角速度が追従すべき応答ωsc（rad/s）で角速度指令に追従できる効果がある。
【００５０】
さらに、実施の形態４では、交流回転機が同期機であっても、零速度近辺の場合、切換信号演算器２０ｃはTRUEの切換信号SW1を出力し前記速度推定手段５ｃは、第１の推定角速度＾ωr1を指令演算手段６ｃから入力された第２の推定角速度＾ωr2に置き換えるので、切換信号SW1が切り換わった直後に実際の回転角速度と角速度指令が一致していなくても、実際の回転角速度と第２の推定角速度＾ωr2とが一致する。従って、角速度指令値が急変し、零速度近辺から脱した場合でも、切換ショックなく交流回転機（同期機）１ｃを駆動できる効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、この発明の交流回転機の制御装置は、零速近辺においても安定した速度推定ができるので、低速域で交流回転機の可変速制御を必要とする用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置における指令演算手段６の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る指令演算手段６における切換信号演算器２０の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置における内部変数を示す波形である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の内部変数と実際の回転角速度を示す波形である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の内部変数と実際の回転角速度を示す波形である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の内部変数と実際の回転角速度を示す波形である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る交流回転機の制御装置における指令演算手段６ａの構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る指令演算手段６ａにおける切換信号演算器２０ａの構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る交流回転機の制御装置の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る交流回転機の制御装置における指令演算手段６ｂの構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態４に係る交流回転機の制御装置の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る交流回転機の制御装置における指令演算手段６ｃの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  交流回転機（誘導機）、  １ｃ  交流回転機（同期機）、  ２  電流検出器、  ３  電力変換器、  ４  座標変換器、  ５，５ｃ  速度推定手段、  ６，６ａ，６ｂ，６ｃ  指令演算手段、  ７  磁束制御器、  ８  制御手段、  ９  電流制御器、  １０  積分器、  １１  座標変換器、  ２０，２０ａ，２０ｃ  切換信号演算器、  ２１  速度応答演算器、  ２２  トルク指令演算器、  ２３，２３ｃ  係数演算器、  ２４  角周波数演算器、  ２５  減算器、  ２６  速度制御器、  ２７，２７ｃ  切換器、  ３０  制限器、  ３１  加算器、  ３２  フィルタ、  ３３  判定器、  ３４  判定器、  ３５  論理積演算器
【図１】
2006197769.tif 000003
【図２】
2006197769.tif 000004
【図３】
2006197769.tif 000005
【図４】
2006197769.tif 000006
【図５】
2006197769.tif 000007
【図６】
2006197769.tif 000008
【図７】
2006197769.tif 000009
【図８】
2006197769.tif 000010
【図９】
2006197769.tif 000011
【図１０】
2006197769.tif 000012
【図１１】
2006197769.tif 000013
【図１２】
2006197769.tif 000014
【図１３】
2006197769.tif 000015