(57)【要約】【課題】誘導電動機パラメータの推定値の信頼性の向上や、当該推定値の調整の容易化に貢献可能な技術を提供する。【解決手段】記録部４および推定部５を有した推定装置６により誘導電動機パラメータを導出する。記録部４は、トルクセンサ３３によって導出されたトルク計測値Teと、トルク制御部２３によって導出された滑り周波数ωslと、電流センサ３５によって導出された一次電流振幅iaと、のデータを記録部４に記録する。データの記録においては、モータ３の駆動制御中に複数の動作点でサンプリングして得たデータを記録する。推定部５は、トルク計測値Te，滑り周波数ωsl，一次電流振幅iaのデータに基づいて、二次抵抗Rr，励磁インダクタンスLMの各推定値^Rr，^LMを最小二乗法で導出する。【選択図】図１
2019134531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータによって駆動制御される誘導電動機のトルク計測値，滑り周波数，一次電流振幅をN（Nは２以上の自然数）個の動作点でサンプリングして得られたデータを記録する記録部と、
記録部に記録されたデータにより、誘導電動機パラメータである二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を導出する推定部と、を備え、
推定部は、
記録部に記録されたデータにより、式（１）に示す行列Xと式（２）に示すベクトルyを生成し、
式（３）に示す変数wが関係式Xw＝yを満たす場合において、当該変数wの最小二乗推定値を算出することにより、二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を導出することを特徴とする推定装置。
【数１６】
2019134531.tif 000018
【数１７】
2019134531.tif 000019
【数１８】
2019134531.tif 000020
式（１）〜（３）において、Teはトルク計測値、ωslはインバータの出力周波数と誘導電動機の回転速度との差分である滑り周波数、iaは一次電流振幅、PPは極対数、Rrは二次抵抗、LMは励磁インダクタンス。
【請求項２】
インバータによって誘導電動機を駆動制御するインバータシステムであって、請求項１記載の推定装置を備え、当該推定装置が導出した各推定値をインバータのトルク制御にフィードバックすることを特徴とするインバータシステム。
【請求項３】
インバータは、
誘導電動機の回転速度に基づき当該誘導電動機の機械角速度を検出する機械角速度検出部と、
トルク指令信号と、機械角速度と、当該誘導電動機パラメータの推定値と、に基づきd軸，q軸電流指令信号および周波数指令信号を出力するトルク制御部と、
周波数指令信号を積分して電気角を算出する積分部と、
周波数指令信号と、電流制御の周期の１．５倍値と、の積を算出する周波数・周期乗算部と、
インバータの出力側の三相電流検出信号を積分部からの電気角に基づきd軸，q軸電流検出信号に変換する検出信号座標変換部と、
d軸，q軸電流指令信号と、d軸，q軸電流検出信号と、に基づきd軸，q軸電圧指令信号を出力する電流制御部と、
積分部が算出した電気角と、周波数・周期乗算部の算出値と、の和に基づきd軸，q軸電圧指令信号を三相電圧指令信号に変換する指令信号座標変換部と、
三相電圧指令信号に基づきパルス幅変調を行い生成した三相交流電圧を誘導電動機に出力するパルス幅変調部と、
を備えていることを特徴とする請求項２記載のインバータシステム。
【請求項４】
インバータに備えられるトルク制御部において、
外部からの磁束指令信号と励磁インダクタンスの推定値の逆数との積を算出して、d軸電流指令信号を出力するd軸電流指令信号算出部と、
トルク指令信号と極対数の逆数との積を、磁束指令信号で割って、q軸電流指令信号を出力するq軸電流指令信号算出部と、
q軸電流指令信号と二次抵抗の推定値との積を、磁束指令信号で割って滑り周波数を出力する滑り周波数算出部と、
機械角速度と極対数との積を算出して、電気角速度を出力する角速度算出部と、
滑り周波数と電気角速度との和を算出して、周波数指令信号を出力する周波数算出部と、
を備えていることを特徴とする請求項２または３記載のインバータシステム。
【請求項５】
インバータによって駆動制御される誘導電動機のトルク計測値，滑り周波数，一次電流振幅をN（Nは２以上の自然数）個の動作点でサンプリングして得られたデータを記録する過程と、
記録部に記録されたデータにより、誘導電動機パラメータである二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を導出する過程と、を有し、
導出する過程は、
記録部に記録されたデータにより、式（１）に示す行列Xと式（２）に示すベクトルyを生成し、
式（３）に示す変数wが関係式Xw＝yを満たす場合において、当該変数wの最小二乗推定値を算出することにより、二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を導出することを特徴とする推定方法。
【数１９】
2019134531.tif 000021
【数２０】
2019134531.tif 000022
【数２１】
2019134531.tif 000023
式（１）〜（３）において、Teはトルク計測値、ωslはインバータの出力周波数と誘導電動機の回転速度との差分である滑り周波数、iaは一次電流振幅、PPは極対数、Rrは二次抵抗、LMは励磁インダクタンス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機パラメータの推定装置，推定方法，インバータシステムに係るものであって、誘導電動機の駆動制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータによる誘導電動機の駆動制御においては、誘導電動機パラメータ（例えば一次抵抗，二次抵抗，漏れインダクタンス，励磁インダクタンス等のモータ定数）を推定し、その推定値を当該駆動制御に適用（トルク制御や電流制御に適用）する技術が知られている。
【０００３】
推定値は、例えば、規格で決められた無負荷・拘束試験法（例えば非特許文献１）を利用したり、インバータに搭載されたオートチューニング機能(例えば特許文献１，２）を利用して導出することができ、その導出した推定値を電気的情報に基づいて調整することもできる。
【０００４】
また、トルク制御に適用可能な二次抵抗や励磁インダクタンスの各推定値を調整する場合には、単に電気的情報に基づいて調整するだけでなく、トルクメータ等により計測して得たトルク計測値特性に基づいて調整することも可能である。例えば、非特許文献２のようにトルク指令に対するトルク計測値特性を導出し、当該トルク計測値特性の特性線（特性カーブ）が直線性を示すように、推定値を調整（例えば調整項目を変更して調整）することが挙げられる（以下、このような手法を単に従来手法と適宜称する）。
【０００５】
このように、実際に計測したトルク計測値に基づいて推定値を調整した場合には、当該推定値の信頼性が高くなり、所望の駆動制御をより実現し易くなる可能性がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】電気学会電気規格調査会標準規格、ＪＥＣ２１３７−２０００  誘導機、電気書院、９７頁〜１０３頁
【非特許文献２】山本康弘，小倉和也，鈴呂友康，若林茂隆，「誘導機トルク制御の高精度チューニング方法」，電気学会研究会、ＭＩＤ−９７−２４
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２２８１３号公報
【特許文献２】特開２０１７−７０１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のような従来手法の場合、例えば調整者が、特性線を描写して確認しながら調整項目を変更操作することにより、当該特性線の直線性を高めるように推定値を調整することになる。この場合、特性線を描写する手順と、調整項目を変更する手順と、を交互に繰り返すこととなり、所望の調整ができるまでには、手間や時間がかかってしまうおそれがある。
【０００９】
また、調整項目が複数存在する場合には、調整バランスを考慮しながら、各調整項目を順に変更したり繰り返し変更する操作を要する場合がある。すなわち、更なる手間や時間がかかってしまったり、当該調整結果が調整者の習熟度に依存する等の懸念が生じるおそれがあった。
【００１０】
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたものであって、誘導電動機パラメータの推定値の信頼性の向上や、当該推定値の調整の容易化に貢献可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の一態様は、インバータによって駆動制御される誘導電動機のトルク計測値，滑り周波数，一次電流振幅をN（Nは２以上の自然数）個の動作点でサンプリングして得られたデータを記録する記録部と、記録部に記録されたデータにより、誘導電動機パラメータである二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を導出する推定部と、を備え、推定部は、記録部に記録されたデータにより、式（１）に示す行列Xと式（２）に示すベクトルyを生成し、式（３）に示す変数wが関係式Xw＝yを満たす場合において、当該変数wの最小二乗推定値を算出することにより、二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を導出することを特徴とする推定装置である。
【００１２】
【数１】
2019134531.tif 000003
【００１３】
【数２】
2019134531.tif 000004
【００１４】
【数３】
2019134531.tif 000005
【００１５】
式（１）〜（３）において、Teはトルク計測値、ωslはインバータの出力周波数と誘導電動機の回転速度との差分である滑り周波数、iaは一次電流振幅、PPは極対数、Rrは二次抵抗、LMは励磁インダクタンス。
【００１６】
他の態様は、インバータによって誘導電動機を駆動制御するインバータシステムであって、前述のような推定装置を備え、当該推定装置が導出した各推定値をインバータのトルク制御にフィードバックすることを特徴とする。
【００１７】
インバータは、誘導電動機の回転速度に基づき当該誘導電動機の機械角速度を検出する機械角速度検出部と、トルク指令信号と、機械角速度と、当該誘導電動機パラメータの推定値と、に基づきd軸，q軸電流指令信号および周波数指令信号を出力するトルク制御部と、周波数指令信号を積分して電気角を算出する積分部と、周波数指令信号と、電流制御の周期の１．５倍値と、の積を算出する周波数・周期乗算部と、インバータの出力側の三相電流検出信号を積分部からの電気角に基づきd軸，q軸電流検出信号に変換する検出信号座標変換部と、d軸，q軸電流指令信号と、d軸，q軸電流検出信号と、に基づきd軸，q軸電圧指令信号を出力する電流制御部と、積分部が算出した電気角と、周波数・周期乗算部の算出値と、の和に基づきd軸，q軸電圧指令信号を三相電圧指令信号に変換する指令信号座標変換部と、三相電圧指令信号に基づきパルス幅変調を行い生成した三相交流電圧を誘導電動機に出力するパルス幅変調部と、を備えているものであっても良い。
【００１８】
また、インバータに備えられるトルク制御部において、外部からの磁束指令信号と励磁インダクタンスの推定値の逆数との積を算出して、d軸電流指令信号を出力するd軸電流指令信号算出部と、トルク指令信号と極対数の逆数との積を、磁束指令信号で割って、q軸電流指令信号を出力するq軸電流指令信号算出部と、q軸電流指令信号と二次抵抗の推定値との積を、磁束指令信号で割って滑り周波数を出力する滑り周波数算出部と、機械角速度と極対数との積を算出して、電気角速度を出力する角速度算出部と、滑り周波数と電気角速度との和を算出して、周波数指令信号を出力する周波数算出部と、を備えているものであっても良い。
【００１９】
他の態様は、インバータによって駆動制御される誘導電動機のトルク計測値，滑り周波数，一次電流振幅をN（Nは２以上の自然数）個の動作点でサンプリングして得られたデータを記録する過程と、記録部に記録されたデータにより、誘導電動機パラメータである二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を導出する過程と、を有し、導出する過程は、記録部に記録されたデータにより、式（１）に示す行列Xと式（２）に示すベクトルyを生成し、式（３）に示す変数wが関係式Xw＝yを満たす場合において、当該変数wの最小二乗推定値を算出することにより、二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を導出することを特徴とする推定方法である。
【発明の効果】
【００２０】
以上示したように本発明によれば、インバータにおいて所望の制御性能を得られ易くすることに貢献可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態によるインバータシステムの一例を示す概略構成図。
【図２】T−I型等価回路の概略説明図。
【図３】トルク制御部２３の一例を示す概略説明図。
【図４】推定装置６の一例を示す概略説明図。
【図５】一般的なトルク計測値特性図の一例を示す図（トルク指令値に対するトルク計測値特性図）。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態における誘導電動機パラメータの推定装置，推定方法，インバータシステムは、従来手法のように推定値を単にトルク計測値特性に基づいて調整（調整者等が調整）するものとは全く異なるものである。
【００２３】
すなわち、本実施形態においては、トルク計測値，滑り周波数，一次電流振幅のデータに基づいて、二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を最小二乗法で導出（同時に導出）するものである。当該データには、N（Nは２以上の自然数）個の動作点でサンプリングして得られたデータを利用する。そして、当該データにより、式（１）に示す行列Xと式（２）に示すベクトルyを生成し、式（３）に示す変数wが関係式Xw＝yを満たす場合において、当該変数wの最小二乗推定値を算出することにより、各推定値を導出する（具体的には、例えば後述のように式（１）〜（１２）等に基づいて導出する）。
【００２４】
従来手法の場合、調整者が、例えば図５のような特性線を描写して確認（例えばモニター等に表示して確認）しながら調整項目を変更操作することにより、当該特性線の直線性を高めるように推定値を調整することになる。すなわち、特性線を描写する手順と、調整項目を変更する手順と、を交互に繰り返すこととなり、所望の調整ができるまでには、手間や時間がかかってしまうおそれがある。例えば、二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値の誤差が大きくなると、特性線の直線性が低くなってしまう（特性線がＳ字状のカーブを描くような誤差を持つこととなる）。
【００２５】
一方、本実施形態によれば、従来手法のような複雑な変更操作は不要であり、例えば調整者の習熟度に依存することがなく、二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を自動的に導出することも可能となる。
【００２６】
また、N個のデータに基づいた最小二乗法による推定を実施して誘導電動機パラメータの推定値を導出することができるため、従来手法に比べて、ノイズによる駆動制御への影響を抑制することができる。
【００２７】
ゆえに、良好な推定精度（信頼性）で誘導電動機パラメータの推定値を導出することができ、誘導電動機を駆動制御するインバータにおいて所望の制御性能を得られ易くなる。
【００２８】
本実施形態の推定装置等は、前述のようにトルク計測値，滑り周波数，一次電流振幅のデータに基づいて二次抵抗，励磁インダクタンスの各推定値を最小二乗法で導出することが可能な構成であれば、種々の分野（例えば各種設備のインバータ技術，誘導電動機技術，最小二乗法を利用した技術等の分野）の技術常識を適宜適用して設計することが可能であり、その一例として以下に示すものが挙げられる。
【００２９】
≪本実施形態によるインバータシステムの構成例≫
図１に示す本実施形態の実施例であるインバータシステム１は、複数の機能部（詳細を後述する）を有し誘導電動機仕様のモータ３を駆動制御するインバータ２と、記録部４および推定部５を有し誘導電動機パラメータ（二次抵抗Rr，励磁インダクタンスLM）を導出する推定装置６（詳細を後述する）と、を備えた構成となっている。
【００３０】
インバータ２とモータ３とは、三相電線３１を介して接続され、当該モータ３は負荷３２にカップリングされた構成となっている。モータ３においては、例えば図２に示すT−I型等価回路モデルのような構成を適用することが挙げられる。モータ３と負荷３２との間には、例えば当該トルクセンサ（エンコーダ等）３３等が介在し、モータ３のトルクを検出してトルク計測値Teを導出できる構成となっている。
【００３１】
インバータ２が有する各機能部のうち、検出部２０は、例えば速度センサ（例えばモータ３の回転軸の回転速度を検出できるように取り付けられるエンコーダ等）３４を介して検出されるモータ３の回転速度に基づき、当該モータ３の機械角速度ωmを検出するものである。速度制御部２１は、外部からの速度指令信号ω*mと機械角速度ωmとに基づき、モータ３のトルク指令信号T*eを出力するものである。
【００３２】
切り替えスイッチ２２は、速度制御部２１から出力されたトルク指令信号T*eと、外部からのトルク指令信号（すなわち、速度制御部２１による速度制御を介さない）T*e´と、の両者が入力されるものであって、当該両者のうち一方を選択的に、トルク制御部２３に出力することが可能なものである。
【００３３】
トルク制御部２３は、誘導電動機パラメータのうち二次抵抗Rrおよび励磁インダクタンスLMの各推定値と、トルク指令信号T*e（またはトルク指令信号T*e´）および機械角速度ωmと、に基づき、d軸，q軸電流指令信号（一次電流指令信号）i*d，i*qを出力し、周波数指令信号ωeを出力するものである。このトルク制御部２３では、後述するように滑り周波数ωslを算出することもできる。
【００３４】
積分部２４は、トルク制御部２３からの周波数指令信号ωeの時系列信号を積分して電気角θeを算出するものである。周波数・周期乗算部２５は、トルク制御部２３からの周波数指令信号ωeと電流制御の周期Tsの１．５倍値との積を算出するものである。
【００３５】
検出信号用座標変換部２６は、インバータ２の出力側で検出された三相電流検出信号iu，iv，iwを、積分部２４からの電気角θeに基づき、d軸，q軸電流検出信号（一次電流検出信号）id，iqに変換するものである。三相電流検出信号iu，iv，iwは、例えば三相電線３１に付帯された電流センサ３５により検出することが挙げられる。また、当該電流センサ３５の検出により、一次電流振幅ia（ia＝||is||＝sqrt（iu2＋iv2＋iw2））を導出することができる。
【００３６】
電流制御部２７は、トルク制御部２３からのd軸，q軸電流指令信号i*d，i*qおよび検出信号用座標変換部２６からのd軸，q軸電流検出信号id，iqと、に基づきd軸，q軸電圧指令信号v*d，v*qを算出するものである。
【００３７】
指令信号用座標変換部２８は、電流制御部２７からのd軸，q軸電圧指令信号v*d，v*qを、積分部２４からの電気角θeと周波数・周期乗算部２５からの積の値との和に基づき、三相電圧指令信号v*u，v*v，v*wに変換するものである。パルス幅変調部２９（以下、PWM部２９）は、指令信号用座標変換部２８から供される三相電圧指令信号v*u，v*v，v*wに基づき、パルス幅変調（PWM）を行い生成した三相交流電圧をモータ３に出力するものである。
【００３８】
＜トルク制御部２３の具体例＞
トルク制御部２３においては、種々の態様を適用することが可能であるが、その一例として図３に示すような構成が挙げられる。図３において、d軸電流指令信号算出部２３１は、外部からの磁束指令信号φ*r,dと励磁インダクタンスLMの推定値^LMの逆数との積を算出して、d軸電流指令信号i*dを出力するものである。
【００３９】
q軸電流指令信号算出部２３２は、トルク指令信号T*e（またはトルク指令信号T*e´）と極対数PPの逆数との積を、磁束指令信号φ*r,dで割って、q軸電流指令信号i*qを出力するものである。
【００４０】
滑り周波数算出部２３３は、q軸電流指令信号i*qと二次抵抗Rrの推定値^Rrとの積を、磁束指令信号φ*r,dで割って滑り周波数ωslを出力するものである。
【００４１】
角速度算出部２３４は、機械角速度ωmと極対数PPとの積を算出して、電気角速度ωrを出力（機械角速度ωmを電気角速度ωrに変換して出力）するものである。
【００４２】
周波数算出部２３５は、滑り周波数ωslと電気角速度ωrとの和を算出して、周波数指令信号ωeを出力するものである。
【００４３】
ここで、滑り周波数ωslにおいては、周波数指令信号ωeと電気角速度ωrとの差分であることが読み取れる。また、周波数指令信号ωeはインバータ２の出力周波数に相当し、電気角速度ωrはモータ３の回転速度に相当するものと言える。
【００４４】
＜推定装置６の具体例＞
推定装置６においては、種々の態様を適用することが可能であり、その一例としては図４に示すような構成が挙げられる。なお、図１，図３と同様のものには、同一符号を付する等により、その詳細な説明を適宜省略する。
【００４５】
図４の推定装置６において、記録部４は、トルクセンサ３３によって導出されたトルク計測値Teと、トルク制御部２３によって導出された滑り周波数ωslと、電流センサ３５によって導出された一次電流振幅iaと、のデータを記録する。これらトルク計測値Te，滑り周波数ωsl，一次電流振幅iaのデータの記録においては、当該モータ３の駆動制御中に複数の動作点（すなわち、N（Nは２以上の自然数）個の動作点）でサンプリングして得たデータ（以下、単にN組データと適宜称する）を記録する。モータ３の駆動の態様については、前述したようにトルク計測値Te，滑り周波数ωsl，一次電流振幅iaのN組データが得られる態様であれば特に限定されるものではなく、例えばV／f制御（電圧／周波数一定制御）であってもベクトル制御であっても良い。
【００４６】
推定部５は、記録部４に記録されたN組データに基づいて、誘導電動機パラメータである二次抵抗Rr，励磁インダクタンスLMの各推定値^Rr，^LMを最小二乗法により導出（例えば同時に導出）するものである。この導出した各推定値^Rr，^LMは、インバータ２のトルク制御部２３にフィードバックする。
【００４７】
各推定値^Rr，^LMを最小二乗法により導出する手法としては、例えば以下に示すように式（１）〜（６）等に基づいて導出することが挙げられる。まず、N組データから、式（１）に示す行列Xと式（２）に示すベクトルyを生成することができる。
【００４８】
【数４】
2019134531.tif 000006
【００４９】
【数５】
2019134531.tif 000007
【００５０】
ここで、変数wについて、式（３）（４）のように定義する。
【００５１】
【数６】
2019134531.tif 000008
【００５２】
【数７】
2019134531.tif 000009
【００５３】
この式（３）（４）のように定義されたwの最小二乗推定値^wは、式（５）によって導出することができる。
【００５４】
【数８】
2019134531.tif 000010
【００５５】
式（５）における推定値^Rrは、当該式（５）右辺側の２行目の要素^w2である。また、式（５）における推定値^LMは、該式（５）右辺側の１行目の要素^w1と、二次抵抗推定値^Rrと、に基づいて式（６）により求めることができる。
【００５６】
【数９】
2019134531.tif 000011
【００５７】
＜推定部５による推定例＞
定常時の一次電流isと二次磁束φrとの関係は、二次抵抗Rr，励磁インダクタンスLMを用いて式（７）のように表すことができる。
【００５８】
【数１０】
2019134531.tif 000012
【００５９】
式（７）のJはベクトルを９０度回転させる行列である。ここで、式（７）について、左からJを乗じると、JJ＝−Iであることから式（８）のようになる。なお、Ｉは単位行列である。
【００６０】
【数１１】
2019134531.tif 000013
【００６１】
ここで、式（７）（８）について、それぞれ右からPP・isとの外積をとると、Te＝PP・φr×is、is×is＝０、ia2＝||is||2＝is×Jisであることから、式（９）（１０）の関係式が得られる。
【００６２】
【数１２】
2019134531.tif 000014
【００６３】
【数１３】
2019134531.tif 000015
【００６４】
式（９）（１０）を連立させてJφr×isの項を消去すると、式（１１）（１２）の関係式が得られる。
【００６５】
【数１４】
2019134531.tif 000016
【００６６】
【数１５】
2019134531.tif 000017
【００６７】
そして、トルク計測値Te，滑り周波数ωsl，一次電流振幅iaのN組データに基づいて、式（１２）の関係式を複数（Ｎ個）立てて連立させることにより、式（４）の関係式が得られる。さらに、式（５）右辺側の２行目の要素^w2を解くことによって、推定値^Rrを算出することができる。さらに、式（５）右辺側の１行目の要素^w1の算出結果と推定値^Rrとを、式（６）に代入することによって、推定値^LMを算出することができる。
【００６８】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００６９】
図１中のインバータシステム１の推定装置６は、インバータ２の外側に位置する構成となっているが、これに限定されるものではなく、例えばインバータ２内側に位置する構成であっても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１…インバータシステム
２…インバータ
２３…トルク制御部
２７…電流制御部
３…モータ
４…記録部
５…推定部
６…推定装置
【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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