(57)【要約】    【課題】  適応二次磁束オブザーバを用いた誘導電動機の速度センサレスベクトル制御による誘導電動機の制御方法を提供する。    【解決手段】  誘導電動機１００の速度推定誤差の収束時間をより短縮するために、誘導電動機１００の速度制御装置における制御部３０に該電動機のトルク電流とその推定値との偏差に対して位相およびゲイン補償するための位相・ゲイン補償器３１を備え、誘導電動機１００の速度推定系における該電動機の二次時定数とすべり周波数とで決まる共振周波数付近での位相特性を改善する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
適応二次磁束オブザーバを用いた誘導電動機の速度センサレスベクトル制御により該電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御方法において、
前記誘導電動機のトルク電流の推定値とその実際値との偏差に対して所定の位相およびゲイン補償した値に基づいて、該電動機の回転速度の推定値を導出することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、適応二次磁束オブザーバを用いた誘導電動機の速度センサレスベクトル制御により該電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、この種の速度センサレスベクトル制御を行う誘導電動機の速度制御装置の従来例を示す回路構成図である。
【０００３】
図５に示した速度制御装置には誘導電動機１００に所望の交流電力を供給する電力変換装置１と、この電力変換装置１から誘導電動機１００への一次電流，一次電圧それぞれを検出する電流検出器２，電圧検出器３と、指令される速度指令値に基づき電力変換装置１を介して誘導電動機１００を可変速制御するためのベクトル制御システム部分および適応二次磁束オブザーバシステム部分からなる制御部１０とを備えている。
【０００４】
前記ベクトル制御シスシム部分は指令される速度指令値と後述の回転速度推定値との偏差を零にする調節演算値と後述の誘導電動機１００の二次磁束推定値とに基づき該電動機のトルク電流指令値を生成する速度調節手段１１と、電流検出器２からの誘導電動機１００の一次電流の検出値を該電動機のトルク電流および励磁電流の検出値に座標変換する座標変換手段１２と、前記トルク電流指令値とトルク電流の検出値との偏差を零にする調節演算値と前記二次磁束推定値と後述の誘導電動機１００の一次・二次抵抗推定値とに基づき該電動機のトルク成分の電圧指令値を生成するトルク電流調節手段１３と、指令される励磁電流指令値と前記励磁電流の検出値との偏差を零にする調節演算値と前記一次・二次抵抗推定値とに基づき誘導電動機１００の励磁成分の電圧指令値を生成する励磁電流調節手段１４と、前記回転速度推定値と一次・二次抵抗推定値とに基づき誘導電動機１００の一次周波数を生成するすべり周波数制御手段１５と、前記トルク成分および励磁成分の電圧指令値と一次周波数とに基づく座標逆変換をして電力変換装置１への３相電圧指令値（交流量）を生成する座標逆変換手段１６とから構成され、速度調節手段１１，座標変換手段１２，トルク電流調節手段１３，励磁電流調節手段１４，すべり周波数制御手段１５，座標逆変換手段１６それぞれは周知の技術により形成されている。
【０００５】
また、前記適応二次磁束オブザーバシステム部分は電流・磁束オブザーバ２１と、オブザーバゲイン設定器２２と、回転速度・抵抗推定手段２３とから構成され、電流・磁束オブザーバ２１では誘導電動機１００の一次電流，二次磁束を状態変数とした状態方程式における一次抵抗，二次抵抗，回転速度をそれぞれ推定値に置き換え、該電動機のトルク電流，励磁電流それぞれの推定誤差にオブザーバゲイン設定器２２のそれぞれの値を乗じてフィードバックさせた値と電圧検出器３からの該電動機の一次電圧との和に基づき、誘導電動機１００のトルク電流，励磁電流，二次磁束それぞれの推定値を演算している。これを式で表すと、下記数１式となる。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
上記式における動特性を決定するオブザーバゲイン行列Ｇは下記数２式で表され、オブザーバゲイン設定器２２にて設定される。
【０００８】
【数２】
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【０００９】
上述の電流・磁束オブザーバ２１ではパラメータとして推定値を用いているため、この推定値に誤差がある場合には、誘導電動機１００のトルク電流，励磁電流それぞれの推定値に誤差を含むことになる。そこで、前記誤差が無くなるように、この適応二次磁束オブザーバを用いた速度センサレス制御では適応推定機構を付加し、誘導電動機１００の回転速度，一次抵抗値，二次抵抗値それぞれの推定値を回転速度・抵抗推定器２３において、下記数３式に基づいて導出している。
【００１０】
【数３】
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【非特許文献１】杉本英彦，他「誘導電動機の速度センサレスベクトル制御の安定性の改善」平成１３年度電気学会全国大会講演論文集、４−１０９、２００１年３月２１日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記数２式で示したオブザーバゲイン行列Ｇの各要素に対して、上記非特許文献１などでは下記数４式で示すように設定している。
【００１２】
【数４】
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【００１３】
しかしながら、上記数４式で示した従来のオブザーバゲイン行列Ｇの設定方法では、速度センサレスベクトル制御を行う誘導電動機の回転速度が低いときに、速度推定誤差が長時間収束しない場合があった。
【００１４】
この発明の目的は上記問題点を解決する誘導電動機の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、適応二次磁束オブザーバを用いた誘導電動機の速度センサレスベクトル制御により該電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御方法において、
前記誘導電動機のトルク電流の推定値とその実際値との偏差に対して所定の位相およびゲイン補償した値に基づいて、該電動機の回転速度の推定値を導出することを特徴とする制御方法を行う。
【００１６】
この発明の誘導電動機の制御方法について、図面を参照しつつ、以下に説明する。
【００１７】
図３は、誘導電動機の速度センサレスベクトル制御における状態変数の誤差に関する等価フィードバック系を示すブロック図である。
【００１８】
すなわち、従来の誘導電動機の速度制御装置において、誘導電動機１００の回転速度から回転速度推定値までの一巡伝達関数Ｇ（ｓ）を求めると、下記数５式で表される。ここで、Ｇ1（ｓ）はオブザーバと誘導電動機の状態変数の誤差を出力する伝達関数を表し、Ｇn（ｓ）は誘導電動機の二次抵抗と回転速度の推定器を含む伝達関数である。
【００１９】
【数５】
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【００２０】
前記数５式中のＫRrP，ＫωPは推定器の比例ゲイン、ＫRrI，ＫωIは積分ゲインである。また、ｇ22はオブザーバゲイン行列の２行２列目の要素であり、分母に０次の項に含まれるｑという係数はオブザーバゲイン行列の２行１列目に含まれる係数である。
【００２１】
すなわち、従来の誘導電動機の制御方法では前記ｑの値を上げれば、Ｇ1（ｓ）の直流および直流に近いゲインを高め、その結果、速度誤差の収束性能を高めることができるが、ｑ＞０の場合、Ｇ1（ｓ）は分母が４次、分子が３次となるため、Ｇ1（ｓ）の入出力間の位相差が９０°を越える周波数帯が存在することがあり、このときには制御系の安定性が保証されない。
【００２２】
図４は、この発明の誘導電動機の制御方法を用いた速度推定系のブロック図である。すなわち、誘導電動機の電流推定誤差に対する補償器が新たに備えられ、従来の制御方法におけるＧ1（ｓ）の入出力間の位相差が９０°を越える周波数帯に対して、該位相差が９０°を越えないようにしている。
【発明の効果】
【００２３】
図４に示した補償器を用いると、適応二次磁束オブザーバにおけるオブザーバゲインの影響より発生した位相遅れを補償できるため、制御系を安定に保ちながらオブザーバゲインの調整範囲を広げられ、従って、速度推定性能を上げることができる。また、前記補償器のゲイン補償によって、ゲインを高めた周波数帯での速度推定性能を上げられるため、速度推定系として望ましい伝達特性を持たせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、この発明の誘導電動機の制御方法を行う誘導電動機の速度制御装置の回路構成図であり、この図において、図５に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００２５】
すなわち、図１に示した制御部３０には図５に示した制御部１０に対して、位相・ゲイン補償器３１が追加されている。
【００２６】
この位相・ゲイン補償器３１は、図４に示した補償器に相当するものであり、下記数６式で示すような伝達関数で表される遅れ進みフィルタである。
【００２７】
【数６】
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【００２８】
ここで、ω02＞ω01，ｋ＞１とする。
【００２９】
上記数６式のω01をＲr／Ｌrとωｓｅ＃で決まる共振周波数より低く設定し、この共振周波数付近で位相進み補償とゲイン補償が行われるようにすると、図２に示すようなボード線図の特性が得られる。
【００３０】
すなわち図２において、濃実線は位相・ゲイン補償器３１を用いた速度推定系の特性、淡実線は従来の速度推定系の特性、破線は位相・ゲイン補償器３１の特性を示している。この特性図からも明らかなように、従来の制御方法ではｑを高く設定した結果、９０°以上の位相遅れが発生するが、この発明の制御方法では位相が９０°以下となり、角周波数が１００［ｒａｄ／ｓ］付近でのゲインが高められるため、誤差収束時間がより短縮される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施例を示す誘導電動機の速度制御装置の回路構成図
【図２】この発明の速度推定系の動作を説明するボード線図
【図３】速度センサレス制御系の誤差に関する等価フィードバック系のブロック図
【図４】この発明の動作を説明する速度推定系のブロック図
【図５】従来例を示す誘導電動機の速度制御装置の回路構成図
【符号の説明】
【００３２】
１…電力変換装置、２…電流検出器、３…電圧検出器、１０…制御部、１１…速度調節手段、１２…座標変換手段、１３…トルク電流調節手段、１４…励磁電流調節手段、１５…すべり周波数制御手段、１６…座標逆変換手段、２１…電流・磁束オブザーバ、２２…オブザーバゲイン設定器、２３…回転速度・抵抗推定器、３０…制御部、３１…位相・ゲイン補償器、１００…誘導電動機。
【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】
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