(57)【要約】【課題】低速領域での振動発生を低減し、中・高速領域では、制御軸に依存せず、負荷の急変化、急加減速運転に対し制御精度の良い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とその装置を提供する。【解決手段】交流電動機９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えられる位置誤差Δθが零となるように、位置・速度推定器１５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θestを用いて制御を行う。【選択図】  図１
2006158046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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えられる位置誤差が零となるように、回転子の速度と位置を推定し、この推定された速度と位置を指令値として前記交流電動機を制御することを特徴とする交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項２】
前記第１の磁束ベクトルは、回転子磁束ベクトルと、回転子電気角度の２倍で変化するインダクタンスと電流ベクトルとで構成される電機子反作用磁束ベクトルとの合成ベクトルとすることを特徴とする請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項３】
前記第２の磁束ベクトルは、交流電動機の電圧ベクトルと電流ベクトルと電動機定数とに基づいて演算することを特徴とする請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項４】
前記第２の磁束ベクトルは、回転座標上の２点のインピーダンス偏差を利用して、その方向を修正することを特徴とする請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項５】
前記位置誤差が零となるように、機械数式モデルを用いて速度と位置を推定することを特徴とする請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項６】
電動機の３相の電流のうち少なくとも２相の電流値ｉu，ｉvを入力するステップと、
前回の演算ループで推定した位置推定値θest(k)を使用し、３相２相変換を実施し、静止座標系における実電流値ｉα(k)、ｉβ(k)を計算するステップと、
前回ループで計算された（ｋ＋１）時点に出力される電圧指令値ｖγREF(k)、ｖδREF(k)を入力するステップと、
前回の演算ループで推定した位置推定値θest(k)を使用し、静止座標系における電圧指令値ｖαREF(k)、ｖβREF(k)を計算するステップと、
前ステップの演算結果よりベクトルの修正量ΔＩmを計算するステップと、
（ｋ）時点の回転子角度を用いない磁束ベクトルφ0α(k)、φ0β(k)を計算するステップと、
回転子角度を用いる磁束ベクトルφ0α~(k)、φ0β~(k)を計算するステップと、
第１の磁束ベクトルと第２の磁束ベクトルの外積を演算し、位置誤差Δθ(k)を推定するステップと、
速度推定値ωest(k+1)と位置推定値θest(k+1)を計算するステップと、
位置推定値θest(k)によって、静止座標系における実電流値ｉα(k)、ｉβ(k)から回転座標系の電流値ｉγ(k)、ｉδ(k)を計算するステップと、
γ軸電流指令値ｉγREF(k)およびγ軸電流値ｉγ(k)から、（ｋ＋１）時点に出力するγ軸電圧指令値ｖγREF(k+1)と、δ軸電流指令値ｉδREF(k)およびδ軸電流値ｉδ(k)から、（ｋ＋１）時点に出力するδ軸電圧指令値ｖδREF(k+1)とを計算するステップと
を含み、前記γ軸電圧指令値ｖγREF(k+1)とδ軸電圧指令値ｖδREF(k+1)に基づいてベクトル制御を行うことを特徴とする交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項７】
交流電動機の回転子位置の推定値に基づいて、前記交流電動機の位置、速度、トルクを制御する交流電動機のセンサレス制御装置において、
電動機速度と電圧に応じてγ軸電流指令値ｉγREFを発生するγ軸電流発生器と、
速度推定値ωestに基づいて高周波信号振幅を調整し、指定した周波数の高周波信号Δｖを発生する高周波信号発生器と、
トルク指令値に比例するδ軸電流指令値ｉδREFに基づいてδ軸電圧指令値ｖδREFを出力するδ軸電流制御器と、
前記γ軸電流指令値に基づいてγ軸電圧指令値ｖγREFを出力するγ軸電流制御器と、
前記δ軸電圧指令値ｖδREFとγ軸電圧指令値ｖγREFと高周波信号Δｖに基づいて交流電動機を駆動するインバータ回路に電圧の大きさ、位置角度を出力するベクトル制御回路と、
前記交流電動機の２相の電流に基づいて、静止座標系の２相電流ｉβおよびｉαを生成する３相２相変換器と、
前記δ軸電圧指令値ｖδREFとγ軸電圧指令値ｖγREFに基づいて静止座標系の２相電圧指令値ｖβREFおよびｖαREFを生成する電圧ベクトル座標変換器と、
前記静止座標系の２相電流ｉβおよびｉαに基づいて、回転子角度を用いずに演算される第２の磁束ベクトルのベクトル方向を修正するためのベクトル修正量Δｉmを演算するベクトル修正量演算器と、
前記２相電流ｉβおよびｉαと前記δ軸電圧指令値ｖδREFおよびγ軸電圧指令値ｖγREFと前記ベクトル修正量Δｉmと位置推定値θestに基づいて、回転子角度を用いて演算される第１の磁束ベクトルと前記第２の磁束ベクトルとを演算し、前記第１の磁束ベクトルと前記第２の磁束ベクトルの外積演算により位置誤差Δθを演算する位置誤差推定器と、
前記位置誤差推定器に電動機定数を設定する電動機定数設定器と、
前記位置誤差Δθに基づいて速度推定値ωestおよび位置推定値θestを演算する位置速度推定器と、
前記位置推定値θestと前記静止座標系の２相電流値ｉβおよびｉαに基づいて、回転座標系のδ軸電流値ｉδおよびγ軸電流値ｉγを生成し、δ軸電流値ｉδをδ軸電流制御器に、γ軸電流値ｉγをγ軸電流制御器にそれぞれ出力する電流ベクトル変換器と
を備えたことを特徴とする交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項８】
速度指令値ωREFと前記速度推定値ωestに基づいて、前記δ軸電流値ｉδREFを出力する速度制御器を備えたことを特徴とする請求項７記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項９】
位置指令値θREFと前記位置推定値θestに基づいて、速度指令値ωREFを出力する位置制御器を備えたことを特徴とする請求項７記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項１０】
前記位置速度推定器は、位置誤差Δθと前記δ軸電流指令値ｉδREFに基づいて、機械数式モデルを用いて速度推定値ωestおよび位置推定値θestを演算することを特徴とする請求項７記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電動機の制御方法に関し、特に位置検出器、速度検出器を持たない交流電動機のセンサレス制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電動機の正確な電流制御、速度制御、位置制御を実現するためには、電動機回転子の位置を必要とするため、エンコーダやレゾルバを用いるのが一般であるが、配線や構造の複雑さ、価格や使用環境などについて問題があるため、回転子位置検出器を用いないで回転子の磁極位置を求める位置センサレス制御方法が提案されている。
この位置センサレス制御方法には停止を含む低速領域のセンサレス制御方法と中・高速領域のセンサレス制御方法がある。低速領域のセンサレス制御方法では電動機のインダクタンスが回転位置により変化することを利用し、電流あるいは電圧の高周波信号を注入し位置を観測している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、中・高速領域では、電動機巻線に発生する誘起電圧を利用する方法が各種提案されており、それらの多くは電動機回転子の磁束方向の位置であるｄ軸と、それから９０度進んだｑ軸からなるｄ−ｑ回転座標系に対し、制御に用いるγ−δ（あるいは、ｄｃ−ｑｃ）制御座標系を定義し、ｄ−ｑ回転座標系で予測される電流値とγ−δ制御座標系で電圧電流方程式をもとに構築された電動機モデルの出力である電流予測値との偏差からそれら座標軸の位置誤差を観測し、制御軸をｄ−ｑ回転座標系に一致するように制御するものである。
これに対し、特許文献２に開示された技術では、位置誤差が大きくても安定に制御することを目的に制御軸に依存しない値で位置誤差を観測する方法が提案されている。この方法は電動機電流と電動機電圧の位相差、および電動機定数から、電動機電流と実回転軸との位相差を求め、他方電動機電流と仮想回転軸との位相差を求め、これら二つの位相差の偏差から位置誤差を観測し、それが零となるように制御軸を修正するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−５８２９４号公報（請求項９、図１０）
【特許文献２】特開２００３−３０９９９２号公報（請求項６，７、図５，６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のセンサレス制御方法において、特許文献１に開示された低速領域のセンサレス制御方法は、高周波信号を重畳するために振動が発生し、制御応答性を上げることができないこと、さらに位置決め停止時の振動による電動機負荷装置への影響を与えるという問題がある。
また、中・高速領域での方法で制御軸に依存する方法は位置誤差がある程度少ないことを前提条件としており、sinΔθ＝Δθと近似していること、位置誤差を観測するための電流自身がどちらも回転座標系での予測値であることから負荷の急変化、急加減速運転のような位置誤差が大きい場合に制御精度が著しく低下するなどの問題がある。
一方、特許文献２に開示された制御軸に依存しない方法は、位置誤差の演算に電動機定数の設定誤差の影響が直接影響するため、その影響を低減するためには電流値を最小化するように位相補償をしなければならず、結局この位相補償完了には相当な時間を要するため、この方法の特徴である負荷の急変化、急加減速運転に対し制御精度が改善されることに矛盾することになる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、低速領域での振動発生を低減し、中・高速領域では、制御軸に依存せず、かつ電動機定数の設定誤差に強く、負荷の急変化、急加減速運転に対し制御精度の良い交流電動機の位置センサレス制御方法および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】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明の第１の構成は、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えられる位置誤差が零となるように、回転子の速度と位置を推定し、この推定された速度と位置を指令値として前記交流電動機を制御することを特徴とする。
この第１の構成によれば、零速を含む低速領域での振動発生を低減し、中・高速領域では、制御軸に依存せず、かつ電動機定数の設定誤差に強く、負荷の急変化、急加減速運転に対し制御精度の良い交流電動機の位置センサレス制御が可能となる。
本発明の第２の構成は、第１の構成において、前記第１の磁束ベクトルは、回転子磁束ベクトルと、回転子電気角度の２倍で変化するインダクタンスと電流ベクトルとで構成される電機子反作用磁束ベクトルとの合成ベクトルとすることを特徴とする。
この第２の構成によれば、前記合成ベクトルから第１の磁束ベクトルを生成することができる。
本発明の第３の構成は、第１の構成において、前記第２の磁束ベクトルは、交流電動機の電圧ベクトルと電流ベクトルと電動機定数とに基づいて演算することを特徴とする。
この第３の構成によれば、交流電動機の電圧ベクトルと電流ベクトルと電動機定数とに基づいて第２の磁束ベクトルを演算することができる。
本発明の第４の構成は、第１の構成において、前記第２の磁束ベクトルは、回転座標上の２点のインピーダンス偏差を利用して、その方向を修正することを特徴とする。
この第４の構成によれば、回転座標上の２点のインピーダンス偏差を利用して、第２の磁束ベクトルの方向を修正することができる。
本発明の第５の構成は、第１の構成において、前記位置誤差が零となるように、機械数式モデルを用いて速度と位置を推定することを特徴とする。
この第５の構成によれば、機械数式モデルを用いることにより、実機に近似した速度と位置の推定を行うことができる。
【０００７】
本発明の第６の構成は、電動機の３相の電流のうち少なくとも２相の電流値ｉu，ｉvを入力するステップと、前回の演算ループで推定した位置推定値θest(k)を使用し、３相２相変換を実施し、静止座標系における実電流値ｉα(k)、ｉβ(k)を計算するステップと、前回ループで計算された(k+1)時点に出力される電圧指令値ｖγREF(k)、ｖδREF(k)を入力するステップと、前回の演算ループで推定した位置推定値θest(k)を使用し、静止座標系における電圧指令値ｖαREF(k)、ｖβREF(k)を計算するステップと、前ステップの演算結果よりベクトルの修正量ΔＩmを計算するステップと、（ｋ）時点の回転子角度を用いない磁束ベクトルφ0α(k)、φ0β(k)を計算するステップと、回転子角度を用いる磁束ベクトルφ0α~(k)、φ0β~(k)を計算するステップと、第１の磁束ベクトルと第２の磁束ベクトルの外積を演算し、位置誤差Δθ(k)を推定するステップと、速度推定値ωest(k+1)と位置推定値θest(k+1)を計算するステップと、位置推定値θest(k)によって、静止座標系における実電流値ｉα(k)、ｉβ(k)から回転座標系の電流値ｉγ(k)、ｉδ(k)を計算するステップと、γ軸電流指令値ｉγREF(k)およびγ軸電流値ｉγ(k)から、（ｋ＋１）時点に出力するγ軸電圧指令値ｖγREF(k+1)と、δ軸電流指令値ｉδREF(k)およびδ軸電流値ｉδ(k)から、（ｋ＋１）時点に出力するδ軸電圧指令値ｖδREF(k+1)とを計算するステップとを含み、前記γ軸電圧指令値ｖγREF(k+1)とδ軸電圧指令値ｖδREF(k+1)に基づいてベクトル制御を行うことを特徴とする。
この第６の構成によれば、零速を含む低速領域での振動発生を低減し、中・高速領域では、制御軸に依存せず、かつ電動機定数の設定誤差に強く、負荷の急変化、急加減速運転に対し制御精度の良い交流電動機の位置センサレス制御が可能となる。
【０００８】
本発明の第７の構成は、交流電動機の回転子位置の推定値に基づいて、前記交流電動機の位置、速度、トルクを制御する交流電動機のセンサレス制御装置において、電動機速度と電圧に応じてγ軸電流指令値ｉγREFを発生するγ軸電流発生器と、速度推定値ωestに基づいて高周波信号振幅を調整し、指定した周波数の高周波信号Δｖを発生する高周波信号発生器と、トルク指令値に比例するδ軸電流指令値ｉδREFに基づいてδ軸電圧指令値ｖδREFを出力するδ軸電流制御器と、前記γ軸電流指令値に基づいてγ軸電圧指令値ｖγREFを出力するγ軸電流制御器と、前記δ軸電圧指令値ｖδREFとγ軸電圧指令値ｖγREFと高周波信号Δｖに基づいて交流電動機を駆動するインバータ回路に電圧の大きさ、位置角度を出力するベクトル制御回路と、前記交流電動機の２相の電流に基づいて、静止座標系の２相電流ｉβおよびｉαを生成する３相２相変換器と、前記δ軸電圧指令値ｖδREFとγ軸電圧指令値ｖγREFに基づいて静止座標系の２相電圧指令値ｖβREFおよびｖαREFを生成する電圧ベクトル座標変換器と、前記静止座標系の２相電流ｉβおよびｉαに基づいて、回転子角度を用いずに演算される第２の磁束ベクトルのベクトル方向を修正するためのベクトル修正量Δｉmを演算するベクトル修正量演算器と、前記２相電流ｉβおよびｉαと前記δ軸電圧指令値ｖδREFおよびγ軸電圧指令値ｖγREFと前記ベクトル修正量Δｉmと位置推定値θestに基づいて、回転子角度を用いて演算される第１の磁束ベクトルと前記第２の磁束ベクトルとを演算し、前記第１の磁束ベクトルと前記第２の磁束ベクトルの外積演算により位置誤差Δθを演算する位置誤差推定器と、前記位置誤差推定器に電動機定数を設定する電動機定数設定器と、前記位置誤差Δθに基づいて速度推定値ωestおよび位置推定値θestを演算する位置速度推定器と、前記位置推定値θestと前記静止座標系の２相電流値ｉβおよびｉαに基づいて、回転座標系のδ軸電流値ｉδおよびγ軸電流値ｉγを生成し、δ軸電流値ｉδをδ軸電流制御器に、γ軸電流値ｉγをγ軸電流制御器にそれぞれ出力する電流ベクトル変換器とを備えたことを特徴とする。
この第７の構成によれば、零速を含む低速領域での振動発生を低減し、中・高速領域では、制御軸に依存せず、かつ電動機定数の設定誤差に強く、負荷の急変化、急加減速運転に対し制御精度の良い交流電動機の位置センサレス制御が可能となる。
【０００９】
本発明の第８の構成は、第７の構成において、速度指令値ωREFと前記速度推定値ωestに基づいて、前記δ軸電流値ｉδREFを出力する速度制御器を備えたことを特徴とする。
この第８の構成によれば、速度制御器を用いることにより、δ軸電流ｉδREFを生成することができる。
本発明の第９の構成は、第７の構成において、位置指令値θREFと前記位置推定値θestに基づいて、速度指令値ωREFを出力する位置制御器を備えたことを特徴とする。
この第９の構成によれば、位置制御器を用いることにより、速度指令値ωREFを生成することができる。
本発明の第１０の構成は、第７の構成において、前記位置速度推定器は、位置誤差Δθと前記δ軸電流指令値ｉδREFに基づいて、機械数式モデルを用いて速度推定値ωestおよび位置推定値θestを演算することを特徴とする。
この第１０の構成によれば、位置速度推定器に機械数式モデルを用いることにより、実機に近似した速度と位置の推定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の交流電動機のセンサレス制御方法および制御装置によれば、零速を含む低速領域での振動発生を低減し、中・高速領域では、制御軸に依存せず、かつ電動機定数の設定誤差に強く、負荷の急変化、急加減速運転に対し制御精度の良い交流電動機の位置センサレス制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図１から図５を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る交流電動機の位置センサレス制御装置の構成を示すブロック図、図２は本実施の形態におけるベクトル修正量演算器の詳細を示すブロック図、図３は本実施の形態における位置誤差推定器の詳細を示すブロック図、図４は本実施の形態における位置・速度推定器の詳細を示すブロック図、図５は本実施の形態に係る交流電動機の位置センサレス制御方法を示すフローチャートである。
図１において、本実施の形態に係る位置センサレス制御装置は、位置指令値θREF(k+1)と位置推定値θest(k+1)から速度指令値ωREFを生成する位置制御器１と、速度指令値ωREFと速度推定値ωest(k+1)からδ軸電流指令値ｉδREF(k+1)を生成する速度制御器２と、γ軸電流指令値を発生するγ軸電流指令発生器３と、速度推定値ωest(k+1)から高周波信号Δｖを発生する高周波信号発生器４と、δ軸電流指令値ｉδREF(k+1)からδ軸電圧指令値ｖδREF(k+1)を発生するδ軸電流制御器５と、γ軸電流指令値ｉγREF(k+1)からγ軸電圧指令値ｖγREF(k+1)を発生するγ軸電流制御器６と、δ軸電圧指令値ｖδREF(k+1)とγ軸電圧指令値ｖγREF(k+1)と高周波信号Δｖと位置推定値θest(k+1)とからベクトル制御に必要な大きさの電圧および位相角を生成するベクトル制御器７と、ベクトル制御器７の出力に基づいて３相電流ｉu，ｉv，ｉwを生成するインバータ制御器８と、ベクトル制御される交流電動機９と、３相電流から２相電流ｉα，ｉβを生成する３相２相変換器１０と、２相電流ｉα，ｉβをδ軸電流ｉδおよびγ軸電流ｉγに変換する電流ベクトル座標変換器１１と、δ軸電圧指令値ｖδREF(k+1)およびγ軸電圧指令値ｖγREF(k+1)からα軸電圧指令値ｖαREF(k+1)およびβ軸電圧指令値ｖβREF(k+1)を生成する電圧ベクトル座標変換器１２と、後述するベクトル修正量演算器１３と、位置誤差推定器１４と、位置速度推定器１５と、電動機定数設定器１６とを備えている。
【００１２】
位置誤差推定器１４は、図２に示すように、第１の磁束ベクトル１４１を回転子磁束ベクトルと、回転子電気角度の２倍で変化するインダクタンスと電流ベクトルとで構成される電機子反作用磁束ベクトルとの合成ベクトルとし、後述の数式９のように計算する。また、第２の磁束ベクトル１４２は、電動機の電圧ベクトルと電流ベクトルと電動機定数で、後述の数式７のように計算する。乗算器１４４，１５５、減算器１４６および定数器１４３による第１と第２の磁束ベクトルの外積により、位置誤差Δθを出力する。
ベクトル修正量演算器１３は、図３に示すように、座標変換器１３１と、重畳高周波成分抽出バンドパスフィルタ１３２と、振幅演算器１３３と、減算器１３４および１３５により構成される。零速を含む低速時には第２の磁束ベクトルを演算するための電圧値が低くなるので演算精度が劣化する。それを補うために低速時に高周波信号発生器４（図１参照）より高周波信号Δｖを出力し、交流電動機９へ供給する電圧あるいは電流に重畳し、回転座標上の２点の重畳高周波領域でのインピーダンス偏差を観測すると、ベクトル制御器７に入力した位置角度からのベクトルのずれがわかる。そのインピーダンス偏差に反比例する量がΔＩmとして計算されるので、そのΔＩmがゼロとなるように第２の磁束ベクトルの方向を修正すると、低速でも第２の磁束ベクトルの演算精度が劣化しなくなる。
【００１３】
図４は、機械数式モデルを考慮した位置・速度推定器１５の構成を示すものであり、位置誤差推定値Δθestを入力とし、速度推定値ωestと位置推定値θestを出力するもので、位置誤差推定値Δθestが零となるように位置と速度を推定する。基本的には２次のフィルタと等価であるため、低速時に重畳する高周波の影響を除去することができる。また、フィルタのための遅れ要素１／ｓ，１／Ｊmｓがあるが、トルク電流指令値を前向きの補償として入力し補償している。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図５のフローチャートを参照して説明する。
図５（ａ）の初期設定モードにおいて、電動機の種類を永久磁石同期電動機（突極あり、突極なし）、あるいは誘導電動機であるかの設定をしておく（ステップＳ１）。つぎに電動機定数を設定あるいはオフラインで同定しておく（ステップＳ２）。つぎに、図５（ｂ）の演算モードでは、電動機の３電流のうち少なくとも２相の電流ｉu，ｉvを入力する（ステップＳ１１）。前回の演算ループで推定した位置推定値θest(k)を使用し、３相２相変換を実施し、静止座標系における実電流値ｉα(k)、ｉβ(k)を計算する（ステップＳ１２）。前回ループで計算された(k+1)時点に出力される電圧指令値ｖγREF(k)、ｖδREF(k)を入力する（ステップＳ１３）。前回の演算ループで推定した位置推定値θest(k)を使用し、静止座標系における電圧指令値ｖαREF(k)、ｖβREF(k)を計算する（ステップＳ１４）。零速を含む低速時には、位置誤差推定器１４の精度が劣化するため、それを修正するため高周波Δｖを重畳し、回転座標上の２点の重畳高周波領域でのインピーダンス偏差を利用する。インピーダンス偏差の指標として高周波成分電流を用いるため、制御座標のγ軸を基準として４５度の所に位置するｄｍ−ｑｍ軸上に、ｉα(k)、ｉβ(k)を図３のように位置推定値θest(k)から４５度（π／４）のところへ座標変換して得られる信号から、予め低速域に高周波信号発生器よりベクトル制御回路へ出力していた周波数成分を抽出するため、バンドパスフィルタ１３２に入力する。次にバンドパスフィルタ出力信号であるｉdm~とｉqm~の振幅ＩdmとＩqmを求める方法を以下に示す。重畳高周波ｆhの成分を含むｉdm~は数式１のように表される。
【００１５】
【数１】
2006158046.tif 000003
数式１にはｆhの他にノイズを含めた高周波信号が混在する。そこで，数式２，３のようにｉdm~に重畳周波数のsine，cosine成分を乗算し，数式４のようにローパスフィルタ（LPF）を通すことによってｉdm~からａ，ｂを抽出することができる。
【００１６】
【数２】
2006158046.tif 000004
【００１７】
【数３】
2006158046.tif 000005
【００１８】
【数４】
2006158046.tif 000006
【００１９】
そして，重畳周波成分の振幅値は，数式４で抽出したａ，ｂより数式５のように求められる。
【００２０】
【数５】
2006158046.tif 000007
【００２１】
また、ｉqm~の振幅値Ｉqmも同様に計算する。ここで、導出された（k）時点のＩdm(k)とＩqm(k)はｄｍ−ｑｍ軸上の高周波インピーダンスに反比例する物理量であり、Ｉdm(k)＝Ｉqm(k)の場合は、制御座標γ軸が実際の二次磁束の軸へ一致することを意味する。したがって、Ｉdm(k)とＩqm(k)の偏差をベクトルの修正量として数式６のように計算する（ステップＳ１５）。
【００２２】
【数６】
2006158046.tif 000008
【００２３】
次に数式７にしたがって（ｋ）時点の回転子角度を用いない磁束ベクトルφ0α(k)、
φ0β(k)を計算する（ステップＳ１６）。
【００２４】
【数７】
2006158046.tif 000009
【００２５】
ここで、Rsは固定子巻線抵抗値、Ｌ0は回転子の角度に依存しないインダクタンス値である。突極性のある同期電動機ではＬ0はd軸とq軸インダクタンスの平均値、突極性のない同期電動機では固定子自己インダクタンス、誘導電動機では固定子漏れインダクタンスが初期設定モードで設定される。また、ｕoffα(k)とｕoffβ(k)はベクトル修正量ΔＩmを用いて数式８のように計算される。
【００２６】
【数８】
2006158046.tif 000010
【００２７】
Ｋoff1は調整ゲインであり、その符号は電動機の種類によって設定変更する。
数式７の右辺第１項は積分で構成したが、ローパスフィルタに置き換えることも可能である。
【００２８】
つぎに数式９にしたがって、回転子角度を用いる磁束ベクトルφ0α~(k)、φ0β~(k)を計算する（ステップＳ１７）。
【００２９】
【数９】
2006158046.tif 000011
【００３０】
φ0は同期電動機ではマグネット磁束、誘導電動機では二次磁束であり、それぞれ定数あるいは指令値が初期モードで設定される。Ｌ1は突極性のある電動機においてd軸とq軸インダクタンスの偏差の２分の１が初期設定モードで設定される。
【００３１】
つぎに数式１０にしたがって、数式９で計算した磁束ベクトル１と数式７で計算した磁束ベクトル２の外積を演算し、位置誤差Δθ(k)を推定する。(ステップＳ１８)
【００３２】
【数１０】
2006158046.tif 000012
【００３３】
Ｋφは二つの磁束ベクトルの振幅の積である。
つぎに数式１１にしたがって、速度推定値ωest(k+1)と位置推定値θest(k+1)を計算する。(ステップＳ１９)
【００３４】
【数１１】
2006158046.tif 000013
【００３５】
ここで、ｌ1、ｌ2、ｌ3は調整ゲイン、Ｋf0は摩擦定数、Ｋｔはトルク定数、Ｔｓはサンプリング時間、Ｊｍは電動機と負荷機の総合イナーシャである。
つぎに位置推定値θest(k)によって、静止座標系における実電流値ｉα(k)、ｉβ(k)を回転座標系ｉγ(k)、ｉδ(k)を計算する。（ステップＳ２０）
電流指令値ｉγREF(k)とｉγ(k)から(k+1)時点に出力するγ電圧指令値ｖγREF(k+1)と、ｉδREF(k)とｉδ(k)から(k+1)時点に出力するδ電圧指令値ｖδREF(k+1)を計算する。（ステップＳ２１）
ステップＳ１からステップＳ２１によりセンサレス制御で基本となるトルク制御を完了する。速度制御を追加する場合はステップＳ１９とＳ２０の間で速度指令値ωREF(k)と速度推定値ωest(k)とによりδ軸電流指令値ｉδREF(k)を計算する。位置制御を追加する場合はステップＳ１９とＳ２０の間で、位置指令値θREF(k)と位置推定値θest(k)から速度指令値ωREF(k)を計算する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、零速を含む低速領域での振動発生を低減し、中・高速領域では、制御軸に依存せず、かつ電動機定数の設定誤差に強く、負荷の急変化、急加減速運転に対し制御精度が良いため、位置検出器、速度検出器を持たない交流電動機のトルク制御、速度制御、位置制御が可能となるため、ファン、ポンプの駆動、昇降機、エレベータ駆動のほか無人搬送装置や移動ロボットなどの電気車両にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る交流電動機の位置センサレス制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態におけるベクトル修正量演算器の詳細を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態における位置誤差推定器の詳細を示すブロック図である。
【図４】本実施の形態における位置・速度推定器の詳細を示すブロック図である。
【図５】本実施の形態に係る交流電動機の位置センサレス制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１  位置制御器
２  速度制御器
３  γ軸電流指令発生器
４  高周波信号発生器
５  δ軸電流制御器
６  γ軸電流制御器
７  ベクトル制御器
８  インバータ制御器
９  交流電動機
１０  ３相２相変換器
１１  電流ベクトル座標変換器
１２  電圧ベクトル座標変換器
１３  ベクトル修正量演算器
１４  位置誤差推定器
１５  位置・速度推定器
１６  電動機定数設定器
【図１】
2006158046.tif 000014
【図２】
2006158046.tif 000015
【図３】
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【図４】
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【図５】
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