(57)【要約】  本発明は、永久磁石同期機、「ＰＭＳＭ」を制御するための装置に関し、これは  −回転子位置の測定値θｍを抽出するためのセンサと、  −回転子位置および定義済みパラメータに応じてＰＭＳＭの動作点を制御するための制御手段と、  −回転子に関わる推定されたパーク座標系δ−γにおける回転子位置の推定値2013514049.tif 000139  を決定するための推定手段（２３）であって、前記推定手段（２３）は、前記推定された回転子位置2013514049.tif 000140  に前記測定された回転子位置θｍを追跡させるための調整手段（６１）を含む、推定手段（２３）と、  −前記センサの故障を検出するための故障検出器と、  −故障検出器が前記センサのいかなる故障も示していない間に制御手段が回転子の測定位置θｍを受信するために、制御手段をセンサに接続するように、あるいは故障検出器が前記センサの故障を示しているときに制御手段が回転子の推定位置2013514049.tif 000141  を受信するために、制御手段を推定手段に接続するように構成されている、スイッチと、を含む。
2013514049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子および回転子（７）を含み、インバータ（１１）によって電力供給される、永久磁石同期機、「ＰＭＳＭ」（３）を制御するための装置（１）であって、回転子（７）の位置の測定値θｍを抽出するためのセンサ（１５）と、回転子の位置および設定に応じてＰＭＳＭ（３）の動作点を制御するための制御手段（１９）と、を含み、これはさらに、
回転子に関わる推定されたパーク座標系δ−γにおいて回転子位置の推定値
【数１】
2013514049.tif 000098
を決定するための推定手段（２３）であって、前記推定手段（２３）は、前記推定された回転子位置
【数２】
2013514049.tif 000099
に前記測定された回転子位置θｍを追跡させるための調整手段（６１）を含む、推定手段（２３）と、
前記センサ（１５）の故障を検出するための故障検出器（２５）と、
故障検出器（２５）が前記センサのいかなる故障も示していない間に制御手段（１９）が回転子の測定位置θｍを受信するために、制御手段（１９）をセンサ（１５）に接続するように、あるいは故障検出器（２５）が前記センサの故障を示しているときに制御手段（１９）が回転子の推定位置
【数３】
2013514049.tif 000100
を受信するために、制御手段（１９）を推定手段（２３）に接続するように構成されている、スイッチ２７と、を含むことを特徴とする、装置。
【請求項２】
推定手段（２３）が、
固定子電流の測定値から得られた電流成分ｉδ、ｉγ、インバータの基準電圧に対応する固定子電圧の成分νδ、νγ、および回転子の回転速度Ωｃを含む、前記パーク座標系において定義された規模に応じて、推定されたパーク座標系δ−γにおける起電力「ｅｍｆ」の成分
【数４】
2013514049.tif 000101
【数５】
2013514049.tif 000102
を推定するための、起電力推定器（３１）と、
ＰＭＳＭの動作設定点と等しい漸近的に安定した平衡の単一点を含む大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって回転速度Ωｃを決定するために、起電力推定器（３１）から得られたｅｍｆの前記推定成分
【数６】
2013514049.tif 000103
【数７】
2013514049.tif 000104
を用い、ならびに非線形補正器を用いる、速度推定器（３３）と、
回転子位置の前記推定値
【数８】
2013514049.tif 000105
を計算するために、速度推定器（３３）から得られた回転速度Ωｃを用いる積分器３５と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記速度推定器（３３）は、以下の式
【数９】
2013514049.tif 000106
によって、軸γに関わるｅｍｆの推定成分
【数１０】
2013514049.tif 000107
および回転子の永久磁石の特性に応じた所定の物理的パラメータＫｆにしたがって、回転速度の以前の推定値
【数１１】
2013514049.tif 000108
を判定するように構成された第一推定器（４３）を含むこと、
および非線形補正器は、以下の式
【数１２】
2013514049.tif 000109
によって、回転速度の前記推定値
【数１３】
2013514049.tif 000110
を補正する項を導入することによって、回転速度を調整するように構成されていることを特徴とし、
ここでｂは所定の動作設定、
【数１４】
2013514049.tif 000111
は回転速度の前記推定値
【数１５】
2013514049.tif 000112
の符号、
【数１６】
2013514049.tif 000113
は軸δに関わるｅｍｆ、そしてＫは、軸δに関わるｅｍｆ
【数１７】
2013514049.tif 000114
の符号に、ならびに以下の式および条件
【数１８】
2013514049.tif 000115
ここで０＜ξ＜１、および
【数１９】
2013514049.tif 000116
によって定義済みの係数ζに依存する、非線形因子である、
請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記調整手段（６１）は、測定された回転子位置θｍと推定された回転子位置
【数２０】
2013514049.tif 000117
との間でＰＩを実行するように構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
【請求項５】
調整手段（６１）は、前記センサの故障が検出されたときに調整手段を抑制するための抑制手段（７１）を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
前記推定手段（２３）は、センサ（１５）の故障の検出の前に、最終回転子位置推定値
【数２１】
2013514049.tif 000118
を用いて、推定された回転子位置
【数２２】
2013514049.tif 000119
を再初期化するための、初期化手段を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の制御装置（１）を含む、永久磁石同期機ＰＭＳＭ。
【請求項８】
請求項７に記載のＰＭＳＭを含む、航空機のアクチュエータ。
【請求項９】
固定子および回転子（７）を含み、インバータ（１１）によって電力供給される、永久磁石同期機、「ＰＭＳＭ」（３）を制御するための方法であって、
センサ（１５）によって、回転子の位置θｍを測定するステップと、
回転子位置および定義済みパラメータに応じてＰＭＳＭの動作点を確認するステップと、を含む制御方法であって、
方法は、
回転子に関わる推定されたパーク座標系δ−γにおける回転子位置の推定値
【数２３】
2013514049.tif 000120
を決定するステップと、
前記推定された回転子位置
【数２４】
2013514049.tif 000121
に前記測定された回転子位置θｍを追跡させるステップと、
前記センサの故障を検出するステップと、
センサが故障していない間に測定された回転子位置θｍにしたがってＰＭＳＭの動作点を確認し、あるいはセンサが故障している間に推定された回転子位置
【数２５】
2013514049.tif 000122
に応じてＰＭＳＭの動作点を確認するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
固定子電流の測定値から得られた電流の成分ｉδ、ｉγ、インバータの基準電圧に対応する固定子電圧の成分νδ、νγ、および回転子の回転速度Ωｃを含む前記パーク座標系において定義された規模に応じて、推定されたパーク座標系δ−γにおける起電力「ｅｍｆ」の成分
【数２６】
2013514049.tif 000123
【数２７】
2013514049.tif 000124
を推定するステップと、
ｅｍｆの前記推定成分
【数２８】
2013514049.tif 000125
【数２９】
2013514049.tif 000126
に応じて回転速度Ωｃを推定し、ＰＭＳＭの動作設定点と等しい、漸近的に安定した平衡の単一点を含む大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって、非線形補正器を使用するステップと、
回転速度Ωｃに応じて前記推定された回転子位置
【数３０】
2013514049.tif 000127
を計算するステップと、を含むことを特徴とする、請求項９に記載の制御方法。
【請求項１１】
以下の式
【数３１】
2013514049.tif 000128
によって、軸γに関わるｅｍｆの推定成分
【数３２】
2013514049.tif 000129
および回転子の永久磁石の特性に応じた所定の物理的パラメータＫｆに応じて、回転速度の以前の推定値
【数３３】
2013514049.tif 000130
を判定するステップと、
以下の式
【数３４】
2013514049.tif 000131
によって、回転速度の前記推定値
【数３５】
2013514049.tif 000132
に補正項を導入することによって回転速度を調節するステップと、を含むことを特徴とし、
ここでｂは所定の動作設定、
【数３６】
2013514049.tif 000133
は回転速度の前記推定値
【数３７】
2013514049.tif 000134
の符号、
【数３８】
2013514049.tif 000135
は軸δに関わるｅｍｆ、そしてＫは、軸δに関わるｅｍｆ
【数３９】
2013514049.tif 000136
の符号に、ならびに以下の式および条件
【数４０】
2013514049.tif 000137
ここで０＜ξ＜１および
【数４１】
2013514049.tif 000138
によって定義済みの係数ζに依存する、非線形因子である、
請求項１０に記載の制御方法。
【請求項１２】
処理手段によって実行されたときに、請求項９から１１のいずれか１つによる制御方法を実行するためのコード命令を含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期機（ＰＭＳＭ）の制御の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期機（ＰＭＳＭ）は、固定子および回転子を含む。一般的に、固定子は星形に接続された巻線を含み、回転子は永久磁石を含む。
【０００３】
ＰＭＳＭは、電流のリップル因子および機械のトルクを低下させることが可能なインバータによって、常に電力供給されている。
【０００４】
ＰＭＳＭは、高いトルクおよび非常に低い慣性を有する。加えて、これは比較的低いインダクタンスを有し、これが電流およびひいてはトルクの高速応答をもたらす。
【０００５】
したがって、高出力および高性能アクチュエータのモータ、とりわけ航空機搭載システムにＰＭＳＭを使用することは、非常に有利である。
【０００６】
図５は、制御装置１０１、インバータ１１１、およびＰＭＳＭ１０３を含むシステムを図式的に示している。
【０００７】
インバータ１１１は、直流電圧を用いてＰＭＳＭ１０３に電力供給する。これは、制御装置１０１によって調整可能な振幅および周波数電圧がＰＭＳＭ１０３の端子に印加されることを可能にする。
【０００８】
制御装置１０１は、電気的帰還データ１０６、とりわけ回転子の位置θの正確な指示を用いて、インバータ１１１の電圧をベクトル的に制御するように構成されている。この情報は、機械のシャフト上に位置する位置または速度センサから常に生じる。
【０００９】
しかしながら、センサレスＰＭＳＭ制御装置もある（たとえば、「Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｌａｗｓ  ｏｆ  ＰＭＳＭｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｍｆ」と題される、Ｂａｂａｋ  Ｎａｈｉｄ−Ｍｏｂａｒａｋｅｈらによる文献、Ｒｅｖｕｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  Ｇｅｎｉｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｑｕｅ  ［Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｒｅｖｉｅｗ］，Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｖｏｌ６／５−６−２００３−ｐｐ５４７−５７７  −ｄｏｉ：１０．３１６６／ｒｉｇｅ．６．５４５−５７７を参照されたい）。
【００１０】
センサレス制御のための装置に関する記述は本質的に上記のＢａｂａｋ  Ｎａｈｉｄ−Ｍｏｂａｒａｋｅｈらによる文献から引用されることは、留意されたい。
【００１１】
一般的に、固定子に関わる静止座標系におけるＰＭＳＭの電気式は：
【数１】
2013514049.tif 000003
によって記述され、ここでνａ、νｂ、νｃは固定子相の電圧、Ｒは固定子相の抵抗、ｉａ、ｉｂ、ｉｃは固定子相の電流、およびψａ、ψｂ、ψｃは固定子巻線を通る磁束である。
【００１２】
ＰＭＳＭは、回転子に関わる回転座標系において非常に単純にモデリングされることも可能である。
【００１３】
図６は、直軸Ｏｄおよび横軸Ｏｑを含む、回転子に関わる回転座標系ｄ−ｑ（パーク座標系と称される）を示す。直軸Ｏｄは、固定子に関わる静止軸Ｏαに対して角度θを形成する。より具体的には、角度θは、その励起軸Ｏｄによって識別される回転子位置を指定する。
【００１４】
コンコルディア変換Ｔ３２およびパーク変換を上記の連立方程式に適用することにより、パーク座標系ｄ−ｑにおける電気式が、以下のように表されることが可能である：
【数２】
2013514049.tif 000004
【数３】
2013514049.tif 000005
ここで、νｄ、νｑおよびｉｄ、ｉｑは直軸および横軸電圧および電流成分、Ｌは固定子インダクタンス、Ωは回転子の回転速度（すなわち座標系ｄ−ｑの角速度）、ｐは回転子の永久磁石の極の対の数、およびｅｄ、ｅｑは、以下の関係によって定義される座標系ｄ−ｑにおける「ｅｍｆ」起電力成分である：
ｅｄ＝０
ｅｑ＝ｐΩψｆ
ここでψｆは、直流等価回路を通る磁石の磁束である。
【００１５】
回転子の位置θおよび角速度Ωが測定されないと仮定すると、座標系ｄ−ｑは位置特定されることが不可能であり、この座標系における電気の大きさの成分は未知である。
【００１６】
通常、この問題を解決するために、回転している推定座標系δ−γが定義され、その位置
【数４】
2013514049.tif 000006
および速度Ωｃは既知である。推定座標系δ−γの軸Ｏδは、静止軸Ｏαに対する角度
【数５】
2013514049.tif 000007
および軸Ｏｄに対する角度φを形成する。角度φは、軸ＯδとＯｄとの間のずれを示す。
【００１７】
するとセンサレスベクトル制御の問題は、
【数６】
2013514049.tif 000008
とθとの間の位置の差φが相殺されるように、角速度Ωｃを決定することからなる。
【００１８】
すると推定座標系δ−γにおけるＰＭＳＭの電気式は、以下のように記述されることが可能である：
【数７】
2013514049.tif 000009
【数８】
2013514049.tif 000010
ここで、νδ、νγおよびｉδ、ｉγは座標系δ−γにおける電圧および電流成分、Ωｃは座標系δ−γの角速度、およびｅδ、ｅγは、以下の関係によって定義される座標系δ−γにおけるｅｍｆの成分である：
ｅδ＝ｐψｆΩｓｉｎφ
ｅγ＝ｐΩψｆｃｏｓφ
【００１９】
一般的に、センサレスＰＭＳＭを制御するために、ｅｍｆの成分ｅδ、ｅγは、回転している推定座標系δ−γにおいて推定される。座標系δ−γが回転子に関わる回転座標系ｄ−ｑと一致する場合、回転している推定座標系におけるｅｍｆの直流成分はゼロになる。これは、回転子に関わる座標系ｄ−ｑと同期できるようにするため、回転している推定座標系δ−γの位置
【数９】
2013514049.tif 000011
および速度Ωｃが修正され得るようにする、基準を与える。この後、回転子の位置および速度は、推定座標系δ−γの位置および速度から直接推測されることが可能である。
【００２０】
センサレスベクトル制御の問題は次に、φがいつもゼロに維持され、電流ｉδ、ｉγの成分が基準トルクΓｒｅｆによって決定されるその基準値ｉδｒｅｆ、ｉγｒｅｆに維持されることを保証する、座標系δ−γにおける角速度Ωｃおよび固定子電圧の成分νδ、νγを決定する制御法則を決めることによって、集約されることが可能である。
【００２１】
図７は、センサレス制御装置を図式的に示す。
【００２２】
この制御装置は、トルク−電流コンバータ１３７、ベクトル制御手段１１９、および座標系δ−γにおけるインバータ−ＭＳＡＦアセンブリ１１４のモデルを含む。
【００２３】
コンバータ１３７は、基準トルク（または設定トルク）Γｒｅｆの値を座標系δ−γにおける対応する基準電流ｉδｒｅｆ、ｉγｒｅｆに変換することによって、トルクから電流への遷移を実現する。
【００２４】
ベクトル制御手段１１９は、φが常時ゼロに維持されることを保証しながら（φｒｅｆ＝０）、インバータ−ＭＳＡＦアセンブリ１１４を制御するための制御法則を決定する。この制御法則は、逆電流の測定から得られる電流の成分ｉδ、ｉγ、および基準電流の成分ｉδｒｅｆ、ｉγｒｅｆに応じて、角速度Ωｃ、および座標系δ−γにおける固定子電圧の成分νδ、νγを定義する。
【００２５】
センサレス制御装置は、検出要素が１つ少ないので、特に堅牢である。このためセンサレス制御装置は製造しやすく、センサを備える制御装置よりも長い寿命を有することができる。
【００２６】
しかしながら、位置センサは通常非常に精密であり、結果的に位置センサを用いる制御装置は、センサレス制御装置よりも高い精度で、ＭＳＡＦに電力供給するインバータの電圧を調節することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２７】
【非特許文献１】「Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｌａｗｓ  ｏｆ  ＰＭＳＭｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｍｆ」と題される、Ｂａｂａｋ  Ｎａｈｉｄ−Ｍｏｂａｒａｋｅｈらによる文献、Ｒｅｖｕｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  Ｇｅｎｉｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｑｕｅ  ［Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｒｅｖｉｅｗ］，Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｖｏｌ６／５−６−２００３−ｐｐ５４７−５７７  −ｄｏｉ：１０．３１６６／ｒｉｇｅ．６．５４５−５７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明の目的は結果的に、最適な信頼性を有するＭＳＡＦを制御するための、極めて安全な装置を提供することであり、これは航空機業界における主要な関心事である。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、固定子および回転子を含み、インバータによって電力供給される、永久磁石同期機、「ＰＭＳＭ」を制御するための装置に関し、制御装置は、
−回転子位置の測定値θｍを抽出するためのセンサと、
−回転子位置および定義済みパラメータに応じてＰＭＳＭの動作点を制御するための制御手段と、
−回転子に関わる推定されたパーク座標系δ−γにおける回転子位置の推定値
【数１０】
2013514049.tif 000012
を決定するための推定手段であって、前記推定手段は、前記推定された回転子位置
【数１１】
2013514049.tif 000013
に前記測定された回転子位置θｍを追跡させるための調整手段を含む、推定手段と、
−前記センサの故障を検出するための故障検出器と、
−故障検出器が前記センサのいかなる故障も示していない間に制御手段が回転子の測定位置θｍを受信するために、制御手段をセンサに接続するように、あるいは故障検出器が前記センサの故障を示しているときに制御手段が回転子の推定位置
【数１２】
2013514049.tif 000014
を受信するために、制御手段を推定手段に接続するように構成されている、スイッチと、を含む。
【００３０】
これは、センサの故障時に機械が問題なく動作することを保証することによって、劣化モードにおけるＰＭＳＭの利用可能性を向上させることを可能にする。この装置は、センサによって抽出された測定値を用いるＰＭＳＭの制御を好み、センサの異常が検出された場合にのみセンサレス制御を切り替え、その一方でセンサを用いる制御がセンサレス制御に切り替わるときに２つの位置の間の実質的な差を回避できるようにすることは、留意されたい。
【００３１】
有利なことに、推定手段は：
−固定子電流の測定値から得られた電流成分ｉδ、ｉγ、インバータの基準電圧に対応する固定子電圧の成分νδ、νγ、および回転子の回転速度Ωｃを含む、前記パーク座標系において定義された規模に応じて、推定されたパーク座標系δ−γにおける起電力「ｅｍｆ」の成分
【数１３】
2013514049.tif 000015
【数１４】
2013514049.tif 000016
を推定するための、起電力推定器と、
−ＰＭＳＭの動作設定点と等しい漸近的に安定した平衡の単一点を含む大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって回転速度Ωｃを決定するために、起電力推定器から得られたｅｍｆの前記推定成分
【数１５】
2013514049.tif 000017
【数１６】
2013514049.tif 000018
を用い、ならびに非線形補正器を用いる、速度推定器と、
−回転子位置の前記推定値
【数１７】
2013514049.tif 000019
を計算するために、速度推定器から得られた回転速度Ωｃを用いる積分器と、を含む。
【００３２】
このため本発明による制御装置は、固定子に対する回転子位置がどうであれ、単一の望ましい動作点への収束を制限する大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって、センサの故障時に、ＰＭＳＭが制御されることを可能にする。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、前記速度推定器は、以下の式
【数１８】
2013514049.tif 000020
によって、軸γに関わるｅｍｆの推定成分
【数１９】
2013514049.tif 000021
および回転子の永久磁石の特性に応じた所定の物理的パラメータＫｆにしたがって、回転速度の以前の推定値
【数２０】
2013514049.tif 000022
を判定するように構成された第一推定器を含み、
そして、非線形補正器は、以下の式
【数２１】
2013514049.tif 000023
によって、回転速度の前記推定値
【数２２】
2013514049.tif 000024
を補正する項を導入することによって、回転速度を調整するように構成され、
ここでｂは所定の動作設定、
【数２３】
2013514049.tif 000025
は回転速度の前記推定値
【数２４】
2013514049.tif 000026
の符号、
【数２５】
2013514049.tif 000027
は軸δに関わるｅｍｆ、そしてＫは、軸δに関わるｅｍｆである
【数２６】
2013514049.tif 000028
の符号に、ならびに以下の式および条件
【数２７】
2013514049.tif 000029
ここで０＜ξ＜１および
【数２８】
2013514049.tif 000030
によって定義済みの係数ζに依存する、非線形因子である。
【００３４】
このため、非線形補正器は、軸δに関わる起電力ｅδを常時ゼロに維持することによって、および全ての望ましくない動作点を不安定にすることによって、回転子の実際の座標系に近づくことを可能にする。これは、回転速度の反転を可能にしながら、望ましい動作点に向かう迅速な収束を引き起こす。
【００３５】
前記調整手段は、測定された回転子位置θｍと推定された回転子位置
【数２９】
2013514049.tif 000031
との間でＰＩを実行するように構成されている。
【００３６】
調整手段は、前記センサの故障が検出されたときに調整手段を抑制するための抑制手段を、有利に含むことができる。
【００３７】
故障が検出された場合、測定された回転子位置θｍはおそらく誤っているので、調整手段によってなされる補正は有利に抑制される。
【００３８】
有利なことに、前記推定手段は、センサの故障の検出の前に、最終回転子位置推定値
【数３０】
2013514049.tif 000032
を用いて、推定された回転子位置
【数３１】
2013514049.tif 000033
を再初期化するための、初期化手段を含む。
【００３９】
これは、センサを用いる制御がセンサレス制御に切り替えられるときに、過渡振動を防止し、トルク値を一定に保つことを可能にする。
【００４０】
本発明はまた、上記の特性を有する制御装置を含む永久磁石同期機ＰＭＳＭも、包含する。
【００４１】
本発明はまた、上記の特性を有するＰＭＳＭを含む航空機のアクチュエータも、包含する。
【００４２】
本発明はまた、固定子および回転子を含み、インバータによって電力供給される、永久磁石同期機、「ＰＭＳＭ」を制御するための方法にも関し、制御方法は：
−センサによって、回転子の位置θｍを測定するステップと、
−回転子位置および定義済みパラメータに応じてＰＭＳＭの動作点を確認するステップと、
−回転子に関わる推定されたパーク座標系δ−γにおける回転子位置の推定値
【数３２】
2013514049.tif 000034
を決定するステップと、
−前記推定された回転子位置
【数３３】
2013514049.tif 000035
に前記測定された回転子位置θｍを追跡させるステップと、
−前記センサの故障を検出するステップと、
−センサが故障していない間に測定された回転子位置θｍにしたがってＰＭＳＭの動作点を確認し、あるいはセンサが故障している間に推定された回転子位置
【数３４】
2013514049.tif 000036
に応じてＰＭＳＭの動作点を確認するステップと、を含む。
【００４３】
制御方法はまた：
−固定子電流の測定値から得られた電流の成分ｉδ、ｉγ、インバータの基準電圧に対応する固定子電圧の成分νδ、νγ、および回転子の回転速度Ωｃを含む前記パーク座標系において定義された規模に応じて、推定されたパーク座標系δ−γにおける起電力「ｅｍｆ」の成分
【数３５】
2013514049.tif 000037
【数３６】
2013514049.tif 000038
を推定するステップと、
−ｅｍｆの前記推定成分
【数３７】
2013514049.tif 000039
【数３８】
2013514049.tif 000040
に応じて回転速度Ωｃを推定し、ＰＭＳＭの動作設定点と等しい、漸近的に安定した平衡の単一点を含む大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって、非線形補正器を使用するステップと、
−回転速度Ωｃに応じて前記推定された回転子位置
【数３９】
2013514049.tif 000041
を計算するステップと、を含む。
【００４４】
制御方法はまた：
−以下の式
【数４０】
2013514049.tif 000042
によって、軸γに関わるｅｍｆの推定成分
【数４１】
2013514049.tif 000043
および回転子の永久磁石の特性に応じた所定の物理的パラメータＫｆに応じて、回転速度の以前の推定値
【数４２】
2013514049.tif 000044
を判定するステップと、
−以下の式
【数４３】
2013514049.tif 000045
によって、回転速度の前記推定値
【数４４】
2013514049.tif 000046
に補正項を導入することによって回転速度を調節するステップと、を含み、
【００４５】
ここでｂは所定の動作設定、
【数４５】
2013514049.tif 000047
は回転速度の前記推定値
【数４６】
2013514049.tif 000048
の符号、
【数４７】
2013514049.tif 000049
は軸δに関わるｅｍｆ、そしてＫは、軸δに関わるｅｍｆである
【数４８】
2013514049.tif 000050
の符号に、ならびに以下の式および条件
【数４９】
2013514049.tif 000051
ここで０＜ξ＜０および
【数５０】
2013514049.tif 000052
によって定義済みの係数ζに依存する、非線形因子である。
【００４６】
本発明はまた、上記制御方法の実行のための命令を含むコンピュータプログラムも包含する。
【００４７】
本発明のその他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照してなされる本発明の好適な実施形態を読むことで、明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による永久磁石同期機「ＰＭＳＭ」を示す線図である。
【図２】図１の制御装置の実施形態を示す線図である。
【図３】図２に示される速度推定器の実施形態を示す線図である。
【図４Ａ】図１に示される調整手段の特定の実施形態を示す線図である。
【図４Ｂ】図２に示される調整手段の特定の実施形態を示す線図である。
【図５】先行技術による、ＰＭＳＭを制御する装置の線図である。
【図６】ＰＭＳＭの回転子に関わるパーク座標系を示す図である。
【図７】先行技術による、センサレスＰＭＳＭを制御する装置を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１は、本発明による、永久磁石同期機または「ＰＭＳＭ」３を制御するための装置１を図式的に示す。
【００５０】
ＰＭＳＭ機械３は通常、別電源を有する星形に接続された固定子巻線５、および（そのうちの１対がここに示される、ｐ＝１）ｐ対の極を備える対称構成の永久磁石９を備える回転子７を含む。
【００５１】
ＰＭＳＭ３は、固定子巻線５の端子に電圧νａ、νｂ、νｃを印加するインバータ１１によって、電力供給される。三相モデルによるインバータ−ＰＭＳＭアセンブリは、簡素化された形態で、ブロック１３によって表される。
【００５２】
制御装置１は、位置センサ１５、電気的測定手段１７、および制御手段１９を含む。
【００５３】
位置センサ１５は、回転子位置７測定値θｍを正確に抽出するためにＰＭＳＭ３に実装されたリゾルバ（たとえば、ホール効果センサ、またはその他のタイプのリゾルバ）である。位置は、当然ながら、その位置の代わりに回転子の回転速度を測定することによって、間接的に判断されることも可能である。この場合、位置センサは、回転速度を測定するための手段、および位置を判定するための積分器を含むことができる。
【００５４】
電気的測定手段１７は、電気的帰還データを測定するように、およびより具体的には、ＰＭＳＭ３の固定子電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃを測定するように、構成されている。
【００５５】
制御手段１９は、回転子位置に関する信号、電気的測定手段１７によって測定された固定子電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃに関する信号、および基準トルクΓｒｅｆおよび／または基準回転Ωｒｅｆに関するデータを、受信する。
【００５６】
制御手段１９は、インバータ−ＰＭＳＭアセンブリ１３の三相モデルとパーク座標系における二相モデルとの間の変換インターフェース２１を含む。この変換は、回転子７の位置にしたがって、三相モデルの物理的規模を二相モデルに変換させること、およびその逆の変換を、可能にする。
【００５７】
このため、制御手段１９は、回転子９の位置、定義済みパラメータ（Γｒｅｆおよび／またはΩｒｅｆ）、および電気的帰還データに応じて、ＰＭＳＭ３の動作点（すなわち、基準トルクΓｒｅｆおよび／または基準回転Ωｒｅｆによって望まれるかまたは設定される動作点）を制御または検査することができる。
【００５８】
本発明によれば、制御装置１は、推定手段２３、故障検出器２５、および遷移スイッチ２７も含む。
【００５９】
推定手段２３は、推定されたパーク座標系δ−γにおける回転子７の推定位置
【数５１】
2013514049.tif 000053
を判定するように構成されている。図２を参照して以下により詳細に見られるように、この推定は、回転子に関わる座標系ｄ−ｑと同期するように、推定された回転座標系δ−γの位置
【数５２】
2013514049.tif 000054
を補正することによって、なされることが可能である（図６も参照のこと）。
【００６０】
故障検出器２５は、センサ１５の可能性のある故障を検出するように構成されている。具体的には、故障検出器２５は、たとえば、故障したときにセンサ１５自身によって生成または送達される故障信号からなってもよい。
【００６１】
スイッチ２７は、センサ１５が故障していることを故障信号Ｓが示すか否かに応じて、推定手段２３または位置センサ１５のいずれかに、制御手段１９を接続するように構成されている。
【００６２】
より具体的には、故障検出器が位置センサ１５のいかなる故障も示していない間は、スイッチ２７は、制御手段１９が回転子７の測定位置θｍを受信するために、制御手段１９と位置センサ１５との間の接続を維持する。反対に、位置センサ１５が故障していることを故障検出器が示すときには、スイッチ２７は、制御手段１９が回転子７の推定位置
【数５３】
2013514049.tif 000055
を受信するために、制御手段１９を推定手段２３に接続する。
【００６３】
このため、センサ１５が故障するとすぐに、スイッチ２７は、センサを用いる制御からＰＭＳＭ３のセンサレス制御への変換を可能にする。これは、劣化モードにおけるＰＭＳＭ３の利用可能性を上昇させることができる。当然ながら、位置センサ１５が修理されるとすぐに、ＰＭＳＭ３は再び位置センサ１５によって制御されることが可能である。
【００６４】
図１および図２〜図４Ｂは、本発明による制御方法の主要ステップの図でもあることは、留意されたい。
【００６５】
図２は図１の制御装置の実施形態を示す。
【００６６】
この図は、推定手段２３が起電力推定器３１、速度推定器３３、および積分器３５を含むことを示している。加えて、制御手段１９は、変換インターフェース２１に加えて、トルク−電流コンバータ３７および電流調整器３９を含む。
【００６７】
トルク−電流コンバータ３７は、基準トルクの値Γｒｅｆを、推定されたパーク座標系δ−γにおける対応する基準電流ｉδｒｅｆ、ｉγｒｅｆに変換する。
【００６８】
加えて、変換インターフェース２１は、電気的測定手段１７によって測定された固定子電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃを、パーク座標系δ−γにおける電流の成分ｉδ、ｉγに変換する。
【００６９】
加えて、電流調整器３９は、インバータ１１の基準電圧に対応する座標系δ−γにおける固定子電圧の成分νδ、νγを判定するために、トルク−電流コンバータ３７から基準電流ｉδｒｅｆ、ｉγｒｅｆを、および変換インターフェース２１から座標系δ−γにおける電流成分ｉδ、ｉγを、受信する。変換インターフェース２１は、二相モデルにしたがって固定子電圧νδ、νγのこれらの成分を受信し、三相モデルにしたがってこれらをインバータ１１の基準電圧ν’ａ、ν’ｂ、ν’ｃに変換する。
【００７０】
センサレスベクトル制御は、
【数５４】
2013514049.tif 000056
とθとの間の位置の差φが相殺されるように、角速度Ωｃを推定することからなる（図６参照）。言い換えると、角速度Ωｃは、位置誤差φが常にゼロに維持されることを保証する制御法則から得られなければならない（２πモジュロ）。
【００７１】
しかしながら、φがゼロに近づくときに軸δにおけるｅｍｆの成分ｅδもゼロに近づくとすると（ｅδ＝ｐψｆΩｓｉｎφ）、位置の差φを常にゼロに維持することは、ｅδを常にゼロに維持することに置き換えられることが可能である。
【００７２】
この推定は、推定座標系δ−γにおける以下の電気式を解くことからなる：
【数５５】
2013514049.tif 000057
【数５６】
2013514049.tif 000058
【００７３】
結果的に、起電力推定器３１は、推定座標系δ−γにおけるｅｍｆの成分
【数５７】
2013514049.tif 000059
【数５８】
2013514049.tif 000060
を、これらの規模に応じて推定するために、変換インターフェース２１から電流の成分ｉδ、ｉγを、電流調整器３９から固定子電圧の成分νδ、νγを、そして速度推定器３３から回転子の回転速度Ωｃを、受信する。
【００７４】
回転子の回転速度Ωｃは、起電力推定器３１によって決定されたｅｍｆの推定値
【数５９】
2013514049.tif 000061
【数６０】
2013514049.tif 000062
にしたがって速度推定器３３によって、および成分
【数６１】
2013514049.tif 000063
を常にゼロに維持することによって、閉ループ内で推定される。回転子の回転速度Ωｃは当然ながら、所定の初期値Ωｃ０によって初期化される。
【００７５】
有利なことに、速度推定器３１は、リャプノフの意味において漸近的に安定した平衡の単一点を含む大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって回転速度Ωｃを判定するために、非線形補正器を使用する。この平衡の単一点はＭＳＡＦの動作設定点と等しい。
【００７６】
図３は、速度推定器３３の実施形態を示す。
【００７７】
この例によれば、速度推定器３３の機能図は、第一速度推定器４３、比較器４５、第一および第二符号表示器４７および４９、加算器５１、および非線形補正器５３を含む。
【００７８】
比較器４５の目的は、成分
【数６２】
2013514049.tif 000064
をその基準成分ｅδｒｅｆ＝０と比較することである。第一速度推定器４３の目的は、推定成分
【数６３】
2013514049.tif 000065
にしたがって回転速度の以前の推定値
【数６４】
2013514049.tif 000066
を決定することである。第一符号表示器４７の目的は、
【数６５】
2013514049.tif 000067
であると仮定される場合に、回転速度の以前の推定値
【数６６】
2013514049.tif 000068
を示すことであり、ここでΩｒｅｆは設定回転速度である。第二符号表示器４９の目的は、成分
【数６７】
2013514049.tif 000069
の符号を示すことである。非線形補正器５３の目的は、制御法則の全ての望ましくない収束点を不安定にするため、またはいずれの望ましくない解への収束も防止するために、非線形項を導入することである。最後に、加算器５１の目的は、回転速度Ωｃを判定するために、以前の推定値
【数６８】
2013514049.tif 000070
に非線形項を加算することである。
【００７９】
第一速度推定器４３は、以下の式
【数６９】
2013514049.tif 000071
を用いて、軸γに関わるｅｍｆの成分
【数７０】
2013514049.tif 000072
と回転子の永久磁石の特性に応じた所定の物理的パラメータＫｆとの商を計算する：
ここで、
Ｋｆ＝ｐψｆ。
【００８０】
特定の実施形態によれば、非線形補正器５３は、以下の式
【数７１】
2013514049.tif 000073
および
【数７２】
2013514049.tif 000074
を用いて、回転速度の以前の推定値
【数７３】
2013514049.tif 000075
の符号
【数７４】
2013514049.tif 000076
所定の動作パラメータｂ、物理的パラメータＫｆ、軸δに関わるｅｍｆの成分
【数７５】
2013514049.tif 000077
の関数である、補正項、および最終的に成分
【数７６】
2013514049.tif 000078
の符号および所定の係数ζに依存する非線形因子を導入する：
【００８１】
次に加算器５１は、以下の式
【数７７】
2013514049.tif 000079
を用いて回転速度Ωｃを判定するために、上記補正項を以前の推定値
【数７８】
2013514049.tif 000080
に加算する。
【００８２】
上記の式を用いて回転速度Ωｃによって表される制御法則の安定性を解析することによって（「Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｌａｗｓ  ｏｆ  ＰＭＳＭｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｍｆ」と題される、Ｂａｂａｋ  Ｎａｈｉｄ−Ｍｏｂａｒａｋｅｈらによる文献参照）、位相空間φ−Ωの全ての軌跡が、以下の条件
０＜ξ＜１および
【数７９】
2013514049.tif 000081
にとって望ましい平衡点（φ＝０、Ω＝Ωｒｅｆ）に向かって収束することがわかることは、留意されたい。
【００８３】
動作パラメータｂは有利なことに、０から３の間（０＜ｂ≦３）であり、より好ましくは１に近い。
【００８４】
上記制御方法は、特定の平衡点を不安定にすることによって、およびこれらを防止するために位相空間におけるその他の点を十分に遠ざけることによって、位相空間の全ての軌跡が全ての望ましくない平衡点に向かって収束するのを防ぐことができる。これは特に、ゼロに近い回転速度での電気式に内在する不可観測性の問題が克服されることを、可能にする。
【００８５】
さらに、回転速度の符号
【数８０】
2013514049.tif 000082
に対する補正項の依存は、設定回転速度Ωｒｅｆの符号が何であれ、位相空間φ−Ωの軌道が、所望の点に向かって収束することを可能にし、まったく問題なく速度反転を可能にする。
【００８６】
このようにして、上記の条件を用いると、初期座標点（−π≦φ≦π、Ω＝Ω０）が何であれ、位相空間φ−Ωの全ての軌道は、望ましい平衡点に向かって収束する。
【００８７】
言い換えると、たとえ開始時に初期位置誤差がπ程度であったとしても、軌跡は設定トルクおよび回転速度値を用いて動作点に向かって急速に収束する。
【００８８】
加えて、たとえ開始時に初期点が設定速度とは逆の符号の回転速度を有していても、位置誤差はゼロに向かって急速に収束し、ＰＭＳＭが設定トルクおよび回転速度値に等しい整定速度を迅速に達成できるようにする。
【００８９】
回転速度が速度推定器３３によって判断されるとき、積分器３５は、推定された回転子位置
【数８１】
2013514049.tif 000083
を決定するために、速度推定器３３からの回転速度Ωｃを積分する。
【００９０】
さらに、センサを用いる制御とセンサレス制御との間の均一で正確な遷移を可能にするために、推定手段２３は、推定された回転子位置
【数８２】
2013514049.tif 000084
を連続的に調整する手段を含むことができる。
【００９１】
図４Ａは、推定手段２３に含まれることが可能な調整手段６１を示す。これらの調整手段６１は、推定された回転子位置
【数８３】
2013514049.tif 000085
に測定された回転子位置θｍを追跡させるために、測定された該回転子位置θｍと推定された回転子位置との間の差に対してＰＩを実行するように構成されている。
【００９２】
調整手段６１はこのため、位置センサ１５によって測定された回転子位置θｍを積分器３５から推定された回転子位置
【数８４】
2013514049.tif 000086
と迅速に比較するための位置比較器６３と、積分が発散しないための逆反応を達成するためのＰＩフィルタまたは利得乗算器６５と、推定された回転子位置
【数８５】
2013514049.tif 000087
を測定された回転子位置θｍと同期させるための追加積分器６７と、回転子位置を補正
【数８６】
2013514049.tif 000088
するための、追加積分器６７の出力と推定された回転子位置
【数８７】
2013514049.tif 000089
との間の第二比較器６９と、を含むことができる。
【００９３】
位置センサ１５の使用中、推定値
【数８８】
2013514049.tif 000090
は開ループ内にあることになるので、回転子位置の推定値
【数８９】
2013514049.tif 000091
が発散するのを防止するために、比較および逆反応が連続的に発生することは、留意されたい。位置センサ１５の故障が検出されると、その時点で速度推定器３３からの回転速度Ωｃの最終推定値は、制御が切り替わった瞬間に、積分器３５に代入される。
【００９４】
結果的に、センサを用いる制御とセンサレス制御との間で切り替えが実際に行われた場合、最後に測定された値θｍと推定値
【数９０】
2013514049.tif 000092
との間の差は、有利なことに非常に小さい。
【００９５】
遷移が行われた後には、位置センサ１５の値は誤っているので、逆反応の必要性はない。
【００９６】
実際、図４Ａは、調整手段６１が、故障検出器２５が位置センサ１５の故障を示すときに調整手段６１を抑制するための、抑制手段７１を含むことを示している。これらの抑制手段７１は非常に単純に、故障信号Ｓと、追加積分器６７によって送達された回転子位置の補正値との積を計算する、乗算器を含むことができる。このため、故障が検出されたとき、故障信号はゼロに等しく（Ｓ＝０）、したがって抑制手段７１の出力はゼロに設定され、これは回転子位置の最後に測定された値θｍが抑制されるか、または無視されることを可能にする。反対に、故障信号がセンサの異常を示していない間（Ｓ＝１）、調整手段は回転子位置の測定された値θｍを使用する。
【００９７】
図４Ｂは、推定手段２３が、位置センサ１５の故障の検出の前の最終推定値
【数９１】
2013514049.tif 000093
を用いて推定された回転子位置
【数９２】
2013514049.tif 000094
を再初期化するための、初期化手段７３も含むことができることを示している。
【００９８】
初期化手段７３は、まだ正しい回転子位置の最終値（推定値
【数９３】
2013514049.tif 000095
または補正値
【数９４】
2013514049.tif 000096
）を記録するためのメモリを含む。
【００９９】
実際、故障が検出されると、故障信号Ｓはトリガ、たとえば、最後に推定された回転子位置
【数９５】
2013514049.tif 000097
によって再初期化されている積分を生じる立ち下がり信号を、起動する。
【０１００】
このため、センサを用いる制御とセンサレス制御との間の切り替えの時点で、２つの制御形態の間の過渡状態の時点のトルクは、振動しない。
【０１０１】
制御装置の異なる要素は、１つまたは複数のコンピュータプログラムがこれら様々な要素によって実行されたときに、本発明による制御方法を実行するためのコード命令を含む１つ以上のコンピュータプログラムを有する処理または計算手段を含むことができることは、留意されたい。
【０１０２】
結果的に、本発明は、制御装置の異なる要素において実行されることが可能なコンピュータプログラム製品も包含し、このプログラムは、上述のような本発明による方法を実現することができるコード命令を含む。
【０１０３】
本発明によるＰＭＳＭおよびこの制御を含むシステムは、有利なことに、航空機搭載システムのアクチュエータモータにおいて使用されることが可能である。一例として、これは圧縮機、通気システム、逆推力装置、ドア、およびその他多くの航空機設備に使用されることが可能である。
【図１】
2013514049.tif 000142
【図２】
2013514049.tif 000143
【図３】
2013514049.tif 000144
【図４Ａ】
2013514049.tif 000145
【図４Ｂ】
2013514049.tif 000146
【図５】
2013514049.tif 000147
【図６】
2013514049.tif 000148
【図７】
2013514049.tif 000149
【国際調査報告】
2013514049.tif 000150
2013514049.tif 000151
2013514049.tif 000152
2013514049.tif 000153