(57)【要約】【目的】誘導電動機の制御装置および制御方法を提供する。【解決手段】制御装置は、磁化電圧指令を計算するための磁化電流調節ユニットと、トルク電圧指令を計算するためのトルク電流調節ユニットと、所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈ、固定子周波数ω１、および鎖交磁束推定角∠＾Ψｒに基づいて、鎖交磁束指令角度を計算する鎖交磁束指令角度生成ユニットと、前記磁化電圧指令、前記トルク電圧指令、および前記鎖交磁束指令角度に基づいて、電動機の固定子を制御するための固定子電圧指令を計算する電動機固定子電圧指令計算ユニットと、を含む。制御システムを不安定領域の外で動作させ、制御装置が制御を行う際の安定性を向上させることができる。【選択図】図３
2021533722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化電圧指令を計算するための磁化電流調節ユニットと、
トルク電圧指令を計算するためのトルク電流調節ユニットと、
所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈ、固定子周波数ω１、および鎖交磁束推定角∠＾Ψｒに基づいて、鎖交磁束指令角度を計算する鎖交磁束指令角度生成ユニットと、
前記磁化電圧指令、前記トルク電圧指令、および前記鎖交磁束指令角度に基づいて、電動機の固定子を制御するための固定子電圧指令を計算する電動機固定子電圧指令計算ユニットと、
を含む誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
前記鎖交磁束指令角度生成ユニットが、
前記所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈと前記固定子周波数ω１の差を計算する周波数差計算ユニットと、
前記差を積分して、鎖交磁束指令角補正量を取得する積分ユニットと、
前記鎖交磁束指令角補正量を用いて前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを補正し、前記鎖交磁束指令角度を取得する補正ユニットと、
を含む請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記鎖交磁束指令角補正量の最小値が、０である請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御装置が、
電動機の固定子電圧信号、固定子電流信号、および速度推定値に基づいて計算したα−β座標系に基づく鎖交磁束＾Ψｒaおよび＾Ψｒbに対してアークタンジェント計算を行い、前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを取得する鎖交磁束推定角計算ユニットをさらに含む請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御装置が、
前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを時間に対して導出し、前記固定子周波数ω１を取得する固定子周波数計算ユニットをさらに含む請求項１に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御装置が、
前記電動機に流れる固定子電流に基づいて得られたα−β座標系に基づく電流IaおよびIbに対してアークタンジェントを行って、電流ベクトル角∠Ｉを取得し、その後、前記電流ベクトル角∠Ｉを微分演算して前記固定子周波数ω１を取得する固定子周波数計算ユニットをさらに含む請求項１に記載の制御装置。
【請求項７】
前記制御装置が、
前記所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈおよび前記固定子周波数ω１に基づいて、速度指令補正量を計算するための速度指令補正量計算ユニットをさらに含み、
前記速度指令補正量が、速度指令値を調整して、前記トルク電圧指令を計算する請求項１に記載の制御装置。
【請求項８】
前記速度指令補正量計算ユニットが、
前記所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈと前記固定子周波数ω１の差を計算するための第１計算ユニットと、
前記第１計算ユニットが計算した差に基づいて、前記速度指令補正量を決定する第１決定ユニットと、
を含む請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記速度指令補正量計算ユニットが、
前記第１計算ユニットが計算した差に基づいて比例積分演算を行い、比例積分演算結果を出力する第１ＰＩ調節ユニットをさらに含み、
前記第１決定ユニットが、前記比例積分演算結果が０よりも小さい時に、前記速度指令補正量が０であると決定し、
前記第１決定ユニットが、前記比例積分演算結果が０よりも大きいか、それに等しい時に、前記速度指令補正量が前記比例積分演算結果であると決定する請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
磁化電圧指令を計算することと、
トルク電圧指令を計算することと、
所定の固定子周波数下限値、固定子周波数、および鎖交磁束推定角に基づいて、鎖交磁束指令角度を計算することと、
前記磁化電圧指令、前記トルク電圧指令、および前記鎖交磁束指令角度に基づいて、電動機の固定子運転を制御するための固定子電圧指令を計算することと、
を含む誘導電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機技術分野に関するものであり、特に、誘導電動機の制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機をベクトル制御する時、電動機に回転子の速度を測定するためのセンサを設置するのが難しい、あるいはコスト削減のためにセンサを設置していないことにより、電動機に対して速度センサレスのベクトル制御を行うことがある。
【０００３】
図１は、現有技術の電動機に対して速度センサレスのベクトル制御を行った時のシステムブロック図である。図１に示すように、
磁化電流指令演算手段１０１は、入力した鎖交磁束指令に基づいて、磁化電流指令を生成し、
磁化電流調節手段１０３は、磁化電流指令およびパーク（Ｐａｒｋ）変換手段１１０がフィードバックした磁化電流に基づいて、磁化電圧指令を取得し、
トルク電流指令演算手段１１６は、入力した速度指令値および速度推定手段１１１がフィードバックした速度推定値に基づいて、トルク電流指令を生成し、
トルク電流調節手段１０２は、トルク電流指令およびパーク変換手段１１０がフィードバックしたトルク電流に基づいて、トルク電圧指令を取得し、
逆パーク／クラーク（Ｐａｒｋ−Ｃｌａｒｋ）変換手段１０４は、鎖交磁束指令角度に基づいて、磁化電圧指令およびトルク電圧指令に対して逆パーク／クラーク変換を行い、Ｕ、Ｖ、Ｗ三相の固定子電圧指令を取得し、
インバータユニット２００は、固定子電圧指令に基づいて、電動機Ｍの固定子に入力するためのＵ、Ｖ、Ｗ三相の固定子電圧を生成し、電動機Ｍを制御する。
【０００４】
図１に示すように、速度推定値の生成方法は、以下の通りである。実際に出力したＵ、Ｖ、Ｗ三相固定子電圧、および電動機Ｍの固定子に流れた電流をサンプリングし、クラーク変換手段１０７、１０８によりα−β座標系の固定子電圧および電流信号を取得する。電流、鎖交磁束推定手段１０９は、速度推定手段１１１がフィードバックした速度推定値、およびクラーク変換手段１０７、１０８が出力したα−β座標系の固定子電圧および電流信号に基づいて、推定電流および推定鎖交磁束を生成する。速度推定手段１１１は、前記推定電流、推定鎖交磁束、およびクラーク変換手段１０８が出力した前記電流信号に基づいて、新しい速度推定値を計算する。
【０００５】
図１に示すように、磁化電流およびトルク電流の生成方法は、以下の通りである。パーク変換手段１１０は、鎖交磁束指令角度に基づいて、クラーク変換手段１０８が出力した電流信号に対してパーク変換を行い、磁化電流およびトルク電流を取得する。
【０００６】
図１に示すように、鎖交磁束指令角度の生成方法は、以下の通りである。滑り周波数演算手段１１２は、滑り周波数を生成する。固定子周波数演算手段１１３は、速度推定手段１１１がフィードバックした速度推定値および滑り周波数に基づいて、固定子周波数ω１を計算する。積分器１１７は、固定子周波数ω１を積分し、鎖交磁束指令角度を取得する。
【０００７】
図１に基づくと、前記制御システムに鎖交磁束指令および速度指令値を入力することによって、電動機Ｍに入力した固定子電圧を制御し、電動機Ｍをベクトル制御することができる。
【０００８】
図１に示した制御システムにおいて、速度推定手段１１１が計算した速度推定値ω１は、おそらく、不安定領域、すなわち、ω１∈（−ω１ｔｈ，ω１ｔｈ）にある。速度推定値ω１が不安定領域にある時、前記制御システムが制御不能になる。
【０００９】
特許文献１は、速度推定手段が計算した速度推定値ω１を不安定領域の外に配置して、制御システムが制御不能にならないようにすることのできる電動機の制御システムを公開している。
【００１０】
図２は、特許文献１に記載されている電動機の制御システムの概略図である。図２に示した制御システムと図１に示した制御システムを比較すると、その差異は、図２の制御システムが、固定子周波数下限ｌｉｍｉｔ実行判別手段１１４および速度指令補正量演算手段１１５を増やしたことである。
【００１１】
図２において、固定子周波数下限ｌｉｍｉｔ実行判別手段１１４は、前記制御システムに入力した速度指令値、滑り周波数演算手段１１２が計算した滑り周波数、および固定子周波数の下限値ω１ｔｈに基づいて判別を行い、判別結果を出力することができる。図２において、固定子周波数演算手段１１３は、１１４の判別結果に基づいて処理することにより、固定子周波数演算手段１１３が出力した速度推定値を不安定領域の外に配置する。
【００１２】
図２において、速度指令補正量演算手段１１５は、固定子周波数下限値ω１ｔｈ、速度指令値、および滑り周波数に基づいて、速度指令補正量を計算するとともに、１１４の判別結果に基づいて、異なる速度指令補正量を出力する。それによって、図２のトルク電流指令演算手段１１６は、速度指令値、速度推定値、および速度指令補正量に基づいて、トルク電流指令を計算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】日本特開２０１０−２２０９６Ａ
【００１４】
注意すべきこととして、上記の技術背景の紹介は、本発明の技術方案に対して明確で、完全な説明を行いやすくし、当業者が理解しやすいように詳述したものである。これらの案は、本発明の背景技術部分において詳述されているだけで、上記技術方案が当業者にとって公知であると認定することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の発明者は、特許文献１において、固定子周波数演算手段１１３、固定子周波数下限ｌｉｍｉｔ実行判別手段１１４、および速度指令補正量演算手段１１５がいずれも滑り周波数に基づいて計算しなければならないことを発見した。滑り周波数ωｓは、通常、下記の式（１）を用いて計算することにより得られる。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
式中、ｉｑは、トルク電流であり、Ψｒは、回転子鎖交磁束であり、Ｌｍは、回転子および固定子の相互インダクタンスであり、Ｒｒは、回転子の電気抵抗である。
【００１８】
上記の式（１）からわかるように、滑り周波数ωｓの計算精度は、回転子電気抵抗Ｒｒの影響を大きく受ける。電動機が動作し発熱すると、実際に、Ｒｒと公称値を比較した誤差は、２０％以上にも増大する。ωｓの計算偏差が著しく増大するため、固定子周波数演算手段１１３、固定子周波数下限ｌｉｍｉｔ実行判別手段１１４、および速度指令補正量演算手段１１５の演算結果は、いずれも偏差が生じる。したがって、制御システムは、依然として不安定領域内で動作し、前記制御システムが制御不能になる可能性がある。
【００１９】
本発明は、制御装置を用いて電動機に対して速度センサレスのベクトル制御を行う際に、電気抵抗の変化を受けて誤差が生じた滑り周波数ωｓを使用しなくても計算できるようにし、それにより、制御システムを不安定領域の外で動作させ、制御装置が制御を行う際の安定性を向上させることのできる誘導電動機の制御装置および制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の実施例の１つの方面に基づき、
磁化電圧指令を計算するための磁化電流調節ユニットと、
トルク電圧指令を計算するためのトルク電流調節ユニットと、
所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈ、固定子周波数ω１、および鎖交磁束推定角∠＾Ψｒに基づいて、鎖交磁束指令角度を計算する鎖交磁束指令角度生成ユニットと、
前記磁化電圧指令、前記トルク電圧指令、および前記鎖交磁束指令角度に基づいて、電動機の固定子を制御するための固定子電圧指令を計算する電動機固定子電圧指令計算ユニットと、
を含む誘導電動機の制御装置を提供する。
【００２１】
本発明の実施例の別の方面に基づき、前記鎖交磁束指令角度生成ユニットは、
前記所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈと前記固定子周波数ω１の差を計算する周波数差計算ユニットと、
前記差を積分して、鎖交磁束指令角補正量を取得する積分ユニットと、
前記鎖交磁束指令角補正量を用いて前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを補正し、前記鎖交磁束指令角度を取得する補正ユニットと、
を含む。
【００２２】
本発明の実施例の別の方面に基づき、前記鎖交磁束指令角補正量の最小値は、０である。すなわち、前記積分の下限値は、０である。
【００２３】
本発明の実施例の別の方面に基づき、前記制御装置は、
電動機の固定子電圧信号、固定子電流信号、および速度推定値に基づいて計算したα−β座標系に基づく鎖交磁束＾Ψｒａおよび＾Ψｒｂに対してアークタンジェント計算を行い、前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを取得する鎖交磁束推定角計算ユニットをさらに含む。
【００２４】
本発明の実施例の別の方面に基づき、前記制御装置は、
前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを時間に対して導出し、前記固定子周波数ω１を取得する固定子周波数計算ユニットをさらに含む。
【００２５】
本発明の実施例の別の方面に基づき、前記制御装置は、
前記電動機に流れる固定子電流に基づいて得られたα−β座標系に基づく電流ＩａおよびＩｂに対してアークタンジェントを行って、電流ベクトル角∠Ｉを取得し、その後、前記電流ベクトル角∠Ｉを微分演算して前記固定子周波数ω１を取得する固定子周波数計算ユニットをさらに含む。
【００２６】
本発明の実施例の別の方面に基づき、前記制御装置は、
前記所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈおよび前記固定子周波数ω１に基づいて、速度指令補正量を計算するための速度指令補正量計算ユニットをさらに含み、
前記速度指令補正量は、速度指令値を調整して、前記トルク電圧指令を計算する。
【００２７】
本発明の実施例の別の方面に基づき、速度指令補正量計算ユニットは、
前記所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈと前記固定子周波数ω１の差を計算するための第１計算ユニットと、
前記第１計算ユニットが計算した差に基づいて、前記速度指令補正量を決定する第１決定ユニットと、
を含む。
さらに、
前記第１計算ユニットが計算した差に基づいてＰＩ演算を行い、ＰＩ演算結果を出力する第１ＰＩ調節ユニットを含み、
前記第１決定ユニットは、前記ＰＩ演算結果が０よりも小さい時に、前記速度指令補正量が０であると決定し、
前記第１決定ユニットは、前記ＰＩ演算結果が０よりも大きいか、それに等しい時に、前記速度指令補正量が前記ＰＩ演算結果であると決定する。
【００２８】
本発明の実施例の別の方面に基づき、
磁化電圧指令を計算することと、
トルク電圧指令を計算することと、
所定の固定子周波数下限値、固定子周波数、および鎖交磁束推定角に基づいて、鎖交磁束指令角度を計算することと、
前記磁化電圧指令、前記トルク電圧指令、および前記鎖交磁束指令角度に基づいて、電動機の固定子運転を制御するための固定子電圧指令を計算することと、
を含む誘導電動機の制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の有益効果は、電気抵抗変化により誤差が生じた滑り周波数ωｓを使用しないで計算することによって、制御システムを不安定領域の外で動作させ、制御装置が制御を行う際の安定性を向上できることである。
【００３０】
本発明の特定の実施形態は、後述の説明及び図面に示すように、詳細に開示され、本発明の原理を採用されることが可能な方式を示している。理解すべきこととして、本発明の実施形態は、範囲上には限定されるものではない。本発明の実施形態は、添付されている特許請求の精神および条項の範囲内で、各種の改変、修正、および均等的なものが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
含まれている図面は、本発明の実施形態への更なる理解を提供するために用いられ、これらの図面は、本明細書の一部を構成し、本発明の実施方式を例示し、文字記載とともに本発明の原理を説明するために用いられる。また、明らかのように、以下に記載されている図面は、本発明の幾つかの実施方式を示すためのものに過ぎず、当業者は、創造性のある労働をせずに、これらの図面に基づいて他の図面を得ることもできる。
【００３２】
【図１】現有技術の電動機に対して速度センサレスのベクトル制御を行った時のシステムブロック図である。
【図２】特許文献１に記載されている電動機の制御システムの概略図である。
【図３】本発明の実施形態１の制御装置の概略図である。
【図４】本発明の実施形態１の制御装置における鎖交磁束指令角度生成ユニット２０４の概略図である。
【図５】固定子周波数計算ユニット２０２ａの概略図である。
【図６】本発明の実施形態１の速度指令補正量計算ユニット２０１の概略図である。
【図７】トルク電流指令計算ユニット１１６の概略図である。
【図８】前記実施形態の電動機をベクトル制御した時の概略図である。
【図９】本発明の実施形態２の誘導電動機の制御方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
添付した図面、および以下の明細書を参照することにより、本発明の前述および他の特徴が明らかになる。明細書および図面には、具体的に本発明の特定の実施方式を公開しているが、それらは、本発明の原理を採用し得る一部の実施方式だけを表す。理解すべきこととして、本発明は、記載されている実施方式に限定されず、反対に、本発明は、添付した請求項の範囲内の全ての修正、変形および均等的なものも含む。
【００３４】
（実施形態１）
本発明の実施形態は、誘導電動機の制御装置を提供する。図３は、本実施形態の制御装置の概略図である。
【００３５】
図３に示すように、誘導電動機の制御装置３０は、前記制御装置３０に入力した鎖交磁束指令、速度指令値、および固定子周波数下限値に基づいて、電動機Ｍに入力した固定子電圧を制御し、電動機Ｍをベクトル制御する。
【００３６】
図３に示すように、誘導電動機の制御装置３０は、磁化電流調節ユニット１０３と、トルク電流調節ユニット１０２と、鎖交磁束指令角度生成ユニット２０４と、電動機固定子電圧指令計算ユニット１０４と、を含む。
【００３７】
図３に示すように、磁化電流調節ユニット１０３は、磁化電流指令および磁化電流に基づいて、磁化電圧指令を計算することができる。
【００３８】
トルク電流調節ユニット１０２は、トルク電流およびトルク電流指令に基づいて、トルク電圧指令を計算することができる。鎖交磁束指令角度生成ユニット２０４は、所定の固定子周波数の下限値ω１ｔｈ、固定子周波数ω１、および鎖交磁束推定角∠＾Ψｒに基づいて、鎖交磁束指令角度を計算することができる。
【００３９】
電動機固定子電圧指令計算ユニット１０４は、前記磁化電圧指令、前記トルク電圧指令、および前記鎖交磁束指令角度に基づいて、電動機の固定子を制御するための固定子電圧指令を計算することができる。１つの実施方式において、電動機固定子電圧指令計算ユニット１０４は、鎖交磁束指令角度に基づいて、磁化電圧指令および前記トルク電圧指令に対して逆パーク／クラーク変換を行い、固定子電圧指令を取得することができる。
【００４０】
本実施形態において、電動機固定子電圧指令計算ユニット１０４が取得した固定子電圧指令は、インバータユニット２００に入力して、電動機Ｍに出力するＵ、Ｖ、Ｗ三相固定子電圧を形成することができる。
【００４１】
本実施形態において、磁化電流調節ユニット１０３、トルク電流調節ユニット１０２、電動機固定子電圧指令計算ユニット１０４、およびインバータユニット２００の説明は、背景技術において提示した特許文献１を参照することができる。
【００４２】
本実施形態に基づくと、誘導電動機の制御装置３０において、鎖交磁束指令角度生成ユニット２０４は、鎖交磁束指令角度を計算する時、滑り周波数ωｓに基づかないで計算することができるため、電動機回転子の電気抵抗変化が計算結果に影響しないようにすることができる。それにより、制御装置を不安定領域の外で動作させ、制御装置が制御を行う際の安定性を向上させる。
【００４３】
図４は、本発明の実施形態１の制御装置における鎖交磁束指令角度生成ユニット２０４の概略図である。図４に示すように、鎖交磁束指令角度生成ユニット２０４は、周波数差計算ユニット２０４ａと、積分ユニット２０４ｂと、補正ユニット２０４ｃと、を含む。
【００４４】
図４に示すように、周波数差計算ユニット２０４ａは、所定の固定子周波数の下限値ω１ｔｈと前記固定子周波数ω１の差を計算する。１つの実施方式において、周波数差計算ユニット２０４ａは、減算器であってもよく、差はω１ｔｈ−ω１で計算される。
【００４５】
本実施形態において、積分ユニット２０４ｂは、前記差を積分して、鎖交磁束指令角補正量を取得する。１つの実施方式において、前記鎖交磁束指令角補正量の最小値は、０であり、例えば、前記積分ユニット２０４ｂの抗飽和下限値は、０である。つまり、前記積分ユニット２０４ｂの積分結果は、０よりも大きいか、それに等しい。
【００４６】
本実施形態において、補正ユニット２０４ｃは、前記鎖交磁束指令角補正量を用いて前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを補正し、前記鎖交磁束指令角度を取得する。１つの実施方式において、補正ユニット２０４ｃは、加算器であってもよく、鎖交磁束指令角補正量と鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを足すことにより、前記鎖交磁束指令角度を取得することができる。
【００４７】
電動機の実際の動作過程において、実際に、鎖交磁束角と固定子周波数は、互いに対応する。鎖交磁束指令角度生成ユニット２０４により、鎖交磁束指令角を正確に制御することができるため、前記鎖交磁束指令角に制御されている鎖交磁束指令角に対応する固定子周波数ω１が常に前記下限値ω１ｔｈよりも大きいか、それに等しくなり、前記制御装置３０が不安定領域で動作しないように保証することに相当する。
【００４８】
本実施形態において、図３に示すように、前記制御装置３０は、さらに、鎖交磁束推定角計算ユニット２０３を含むことができる。鎖交磁束推定角計算ユニット２０３は、電動機Ｍの固定子電圧信号、固定子電流信号、および速度推定値に基づいて計算したα−β座標系に基づく鎖交磁束＾Ψｒａおよび＾Ψｒｂに対してアークタンジェント計算を行い、前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを取得することができる。
【００４９】
例えば、鎖交磁束推定角計算ユニット２０３は、下記の式（２）に基づいて、鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを取得することができる。
【００５０】
【数２】
2021533722.tif 000004
【００５１】
鎖交磁束推定角計算ユニット２０３が取得した前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを鎖交磁束指令角度生成ユニット２０４に入力して、計算を行うことができる。
【００５２】
本実施形態に基づくと、鎖交磁束推定角計算ユニット２０３は、鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを計算する時、滑り周波数ωｓを使用しないで計算するため、電動機回転子の電気抵抗変化が計算結果に影響しないようにすることができる。
【００５３】
本実施形態において、図３に示すように、制御装置３０は、さらに、電流／鎖交磁束推定ユニット１０９、クラーク変換ユニット１０７、１０８、および速度推定ユニット１１１を有してもよい。
【００５４】
電圧検出ユニット１０５は、実際に電動機Ｍに出力されたＵ、Ｖ、Ｗ三相固定子電圧を検出して、固定子電圧信号を取得する。電流検出ユニット１０６は、電動機Ｍの固定子に流れた電流を検出して、固定子電流信号を取得する。
【００５５】
クラーク変換ユニット１０７、１０８は、固定子電圧信号および固定子電流信号に対してクラーク変換を行い、α−β座標系の固定子電圧および固定子電流を取得する。電流／鎖交磁束推定ユニット１０９は、速度推定ユニット１１１がフィードバックした速度推定値、およびクラーク変換ユニット１０７、１０８が出力したα−β座標系の固定子電圧信号および固定子電流信号に基づいて、推定電流および推定鎖交磁束を生成する。前記推定鎖交磁束は、＾Ψｒａおよび＾Ψｒｂで表される。＾Ψｒａは、α軸の推定鎖交磁束であり、＾Ψｒｂは、β軸の推定鎖交磁束である。本実施形態において、推定鎖交磁束は、＾Ψｒａおよび＾Ψｒｂで表され、鎖交磁束推定角計算ユニット２０３に入力して、鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを計算するために使用される。
【００５６】
また、速度推定ユニット１１１は、前記推定電流、推定鎖交磁束（＾Ψｒａおよび＾Ψｒｂ）、およびクラーク変換ユニット１０８が出力した固定子電流に基づいて、新しい速度推定値を計算することができる。
【００５７】
本実施形態において、図３に示すように、制御装置３０は、さらに、固定子周波数計算ユニット２０２を有することができる。固定子周波数計算ユニット２０２は、滑り周波数ωｓに基づかないで固定子周波数ω１を計算することができるため、電動機回転子の電気抵抗変化が計算結果に影響しないようにすることができる。それにより、制御装置を不安定領域の外で動作させ、制御装置が制御を行う際の安定性を向上させる。
【００５８】
図３に示すように、１つの実施方式において、固定子周波数計算ユニット２０２は、鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを時間に対して導出し、固定子周波数ω１を取得することができる。例えば、固定子周波数計算ユニット２０２は、下記の式（３）に基づいて固定子周波数ω１を計算することができる。
【００５９】
【数３】
2021533722.tif 000005
【００６０】
また、本実施形態において、固定子周波数計算ユニット２０２は、その他の方法で固定子周波数ω１を計算してもよい。
【００６１】
例えば、別の実施方式において、固定子周波数計算ユニット２０２ａは、電動機Ｍに流れる固定子電流に基づいて得られたα−β座標系に基づく電流ＩａおよびＩｂに対してアークタンジェントを行って電流ベクトル角∠Ｉを取得し、その後、前記電流ベクトル角∠Ｉを微分演算して、前記固定子周波数ω１を取得することができる。
【００６２】
図５は、前記固定子周波数計算ユニット２０２ａの概略図である。図５に示すように、電流検出ユニット１０６が検出した固定子電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷは、クラーク変換ユニット１０８によりα−β座標系に基づく電流ＩａおよびＩｂに変換される。Ｉａは、α軸の電流であり、Ｉｂは、β軸の電流である。
【００６３】
本実施形態において、電流ＩａおよびＩｂは、固定子周波数計算ユニット２０２ａに入力される。前記固定子周波数計算ユニット２０２ａは、電流ベクトル角計算ユニット２０５および周波数計算ユニット２０２ａ１を含む。
【００６４】
図５に示すように、電流ベクトル角計算ユニット２０５は、電流ＩａおよびＩｂが取得した電流ベクトル角∠Ｉを取得する。電流ベクトル角計算ユニット２０５は、例えば、下記の式（４）により電流ベクトル角∠Ｉを計算することができる。
【００６５】
【数４】
2021533722.tif 000006
【００６６】
本実施形態において、周波数計算ユニット２０２ａ１は、電流ベクトル角計算ユニット２０５が計算した電流ベクトル角∠Ｉを導出して、固定子周波数ω１を計算することができる。例えば、周波数計算ユニット２０２ａ１は、下記の式（５）に基づいて、固定子周波数ω１を計算することができる。
【００６７】
【数５】
2021533722.tif 000007
【００６８】
本実施形態において、図３に示すように、制御装置３０は、さらに、速度指令補正量演算ユニット２０１を有することができる。速度指令補正量演算ユニット２０１は、所定の固定子周波数の下限値ω１ｔｈおよび前記固定子周波数ω１に基づいて、速度指令補正量を計算することができる。前記速度指令補正量は、前記制御装置３０に入力した速度指令値を調整して、前記トルク電圧指令を計算する。
【００６９】
図６は、本発明の実施形態の速度指令補正量計算ユニット２０１の概略図である。図６に示すように、速度指令補正量計算ユニット２０１は、第１計算ユニット２０１ａおよび第１決定ユニット２０１ｃを含む。
【００７０】
第１計算ユニット２０１ａは、前記所定の固定子周波数の下限値ω１ｔｈおよび固定子周波数ω１の差を計算するために使用される。第１決定ユニット２０１ｃは、第１計算ユニット２０１ａが計算した差に基づいて、速度指令補正量を決定する。
【００７１】
図６に示すように、第１計算ユニット２０１ａは、減算器であってもよく、差は、例えば、ω１ｔｈ−ω１で計算される。前記差が０よりも小さい時に、ω１が不安定領域の外にあることを示し、この時、第１決定ユニット２０１ｃは、出力した速度指令補正量が０であると決定する。前記差が０よりも大きいか、それに等しい時に、ω１が不安定領域内にあることを示し、この時、第１決定ユニット２０１ｃは、この差を速度指令補正量として出力することを決定する。
【００７２】
また、本実施形態において、図６に示すように、速度指令補正量計算ユニット２０１は、さらに、第１ＰＩ調節ユニット２０１ｂを含む。前記第１ＰＩ調節ユニット２０１ｂは、第１計算ユニットが計算した差に基づいて、比例積分（ＰＩ）演算を行い、ＰＩ演算結果を出力することができる。
【００７３】
第１決定ユニット２０１ｃは、ＰＩ演算結果に基づいて、速度指令補正量を出力する。例えば、前記ＰＩ演算結果が０よりも小さい時に、第１決定ユニット２０１ｃは、出力する速度指令補正量が０であると決定する。ＰＩ演算結果が０よりも大きいか、それに等しい時に、第１決定ユニット２０１ｃは、出力する速度指令補正量が前記ＰＩ演算結果であると決定する。
【００７４】
図６において、第１ＰＩ調節ユニット２０１ｂを設置することにより、出力する速度指令補正量の安定性を向上させることができる。
【００７５】
本実施形態に基づくと、本発明の速度指令補正量計算ユニット２０１は、電動機の滑り周波数ωｓに基づかないで速度指令補正量を計算することができるため、電動機回転子の電気抵抗変化が計算結果に影響しないようにすることができる。
【００７６】
本実施形態において、図３に示すように、前記制御装置３０は、さらに、トルク電流指令演算手段１１６を有することができる。前記トルク電流指令演算手段１１６は、入力した速度指令値、速度推定ユニット１１１が出力した速度推定値、および速度指令補正量計算ユニット２０１が出力した速度指令補正量に基づいて、トルク電流指令を計算することができる。
【００７７】
図７は、トルク電流指令計算ユニット１１６の概略図である。図７に示すように、前記トルク電流指令計算ユニット１１６は、加算器１１６ａ、減算器１１６ｂ、および第２ＰＩ調節器１１６ｃを含む。そのため、トルク電流指令計算ユニット１１６において、速度指令指と速度指令補正量を足して、この足し算の結果から速度推定値を引くことにより、差が得られる。この差は、第２ＰＩ調節器１１６ｃが比例積分（ＰＩ）演算を行い、前記第２ＰＩ調節器１１６ｃがＰＩ演算を行った結果は、トルク電流指令値としてトルク電流調節ユニット１０２に出力される。
【００７８】
本実施形態において、図３のその他のユニットの説明に関しては、特許文献１を参照することができる。
【００７９】
本実施形態において、現有技術を基礎として、トルク電流指令計算ユニット１１６を修正し、速度指令補正量計算ユニット２０１、固定子周波数計算ユニット２０２、鎖交磁束推定角計算ユニット２０３、および鎖交磁束指令角度生成ユニット２０４を増やした。そのため、電動機の滑り周波数ωｓに基づかなくても、固定子周波数ω１を安定領域内（または、不安定領域外）で制御することができる。つまり、ω１≧ω１ｔｈを保証するため、制御装置が制御を行う際の安定性を向上させる。
【００８０】
以下、１つの実例を用いて本発明の制御装置の効果についてさらに説明する。本実例において、誘導電動機の定格電圧は２００Ｖ、定格出力は２．２ｋＷ、電動機は正回転、負荷トルク（ｔｏｒｑｕｅ）は−２７．６Ｎｍ、安定領域境界（すなわち、所定の固定子周波数の下限値）ω１ｔｈ＝  ０．５Ｈｚである。
【００８１】
図８は、前記実施形態の電動機をベクトル制御した時の概略図である。図８において、横軸は時間であり、単位は秒（Ｓ）であり、縦軸は周波数であり、単位はヘルツ（Ｈｚ）である。曲線８０１は、本実施形態の制御装置に基づいて制御を行った時の電動機Ｍの回転子の実際の回転速度ωｒであり、曲線８０２は、本実施形態の制御装置に基づいて制御を行った時の電動機Ｍの固定子周波数ω１であり、曲線８０３は、電動機Ｍの滑り周波数ωｓであり、曲線８０４は、特許文献１の制御装置に基づいて制御を行った時の電動機Ｍの固定子周波数ω１’である。
【００８２】
図８に示すように、負荷が安定している場合、回転子電気抵抗Ｒｒは、長時間運転により温度上昇が増大し、実際の滑り周波数ωｓの絶対値もそれに伴い増大する（例えば、曲線８０３に示す）。本実施形態の制御装置に基づいて制御を行った時、速度指令補正量は、ＰＩ自動調節によって、実際の速度ωｒが自動的に上がるため、ω１がω１ｔｈで安定するのを保証する。つまり、曲線８０２は下降していないため、制御システムの終始安定を実現する。
【００８３】
これに対し、特許文献１の制御装置を使用して制御を行った時、Ｒｒが温度上昇により増大した場合、依然として公称のＲｒの値に基づいて滑り周波数を計算するため、計算で得られた滑り周波数は、実際の滑り周波数よりも小さくなり、さらには、実際に得られたω１’が安定領域境界ω１ｔｈよりも低くなり（例えば、曲線８０４に示す）、電動機を安定的に制御できなくなる。
【００８４】
（実施形態２）
本発明の実施形態２は、誘導電動機の制御方法を提供し、この制御方法は、実施形態１の制御装置３０に対応する。
【００８５】
図９は、本実施形態の誘導電動機の制御方法の概略図である。図９に示すように、この方法は、
磁化電圧指令を計算するステップ９０１と、
トルク電圧指令を計算するステップ９０２と、
所定の固定子周波数の下限値、固定子周波数、および鎖交磁束推定角に基づいて、鎖交磁束指令角度を計算するステップ９０３と、
前記磁化電圧指令、前記トルク電圧指令、および前記鎖交磁束指令角度に基づいて、電動機の固定子運転を制御するための固定子電圧指令を計算するステップ９０４と、
を含む。
【００８６】
前記制御方法の各ステップに関する説明は、実施形態１の対応するユニットの説明を参照することができる。また、前記制御方法は、図９に記載したステップ以外のステップを含んでもよく、実施形態１の制御装置３０に対する各ユニットの説明を参照してもよい。
【００８７】
本実施形態に基づくと、電動機の滑り周波数ωｓに基づかなくても、固定子周波数ω１を安定領域内（または、不安定領域外）で制御することができる。つまり、ω１≧ω１ｔｈを保証するため、制御装置が制御を行う際の安定性を向上させる。
【００８８】
本発明の実施形態に記載されているパラメータ計算装置を組み合わせて、ハードウェア、プロセッサで実行するソフトウェアモジュール、あるいは両者の組み合わせとして直接体現することができる。これらのハードウェアモジュールは、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を利用してこれらのソフトウェアモジュールのハードウェア化を実現することができる。
【００８９】
ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または本分野において周知の任意のその他の形式の記憶媒体に配置することができる。記憶媒体をプロセッサに接続することにより、プロセッサは、前記記憶媒体から情報を読み出すことができ、且つ前記記憶媒体に情報を書き込むことができる。あるいは、前記記憶媒体は、プロセッサの構成部分であってもよい。プロセッサと記憶媒体は、ＡＳＩＣの中に配置することができる。前記ソフトウェアモジュールは、モバイル端末のメモリに保存することができ、モバイル端末に挿入可能なメモリカードに保存することもできる。例えば、電子機器が比較的大容量のＭＥＧＡ−ＳＩＭカードまたは大容量のフラッシュメモリ装置を採用している場合、前記ソフトウェアモジュールは、前記ＭＥＧＡ−ＳＩＭカードまたは大容量のフラッシュメモリ装置に保存することができる。
【００９０】
本実施形態に記載のパラメータ計算装置については、本発明に記載されている機能を実行するための汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、またはその他のプログラマブル論理デバイス、離散ゲート、またはトランジスタ論理回路、離散ハードウェアコンポーネント、あるいはこれらの任意の適切な組み合わせによって実現することができる。
【００９１】
以上、具体的な実施方式を組み合わせて本発明について説明したが、当業者であれば明らかであるように、これらの記載は例示性のものであり、本発明の保護範囲に対する限定ではない。当業者であれば、本発明の精神および原理に基づいて、本発明に対して各種変形および修正を行うことができ、これらの変形および修正も本発明の範囲内に入る。
【図１】
2021533722.tif 000008
【図２】
2021533722.tif 000009
【図３】
2021533722.tif 000010
【図４】
2021533722.tif 000011
【図５】
2021533722.tif 000012
【図６】
2021533722.tif 000013
【図７】
2021533722.tif 000014
【図８】
2021533722.tif 000015
【図９】
2021533722.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月5日(2021.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
図１に示した制御システムにおいて、速度推定手段１１１が計算した速度推定値とする固定子周波数ω１は、おそらく、不安定領域、すなわち、ω１∈（−ω１ｔｈ，ω１ｔｈ）にある。速度推定値ω１が不安定領域にある時、前記制御システムが制御不能になる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
図２において、固定子周波数下限ｌｉｍｉｔ実行判別手段１１４は、前記制御システムに入力した速度指令値、滑り周波数演算手段１１２が計算した滑り周波数、および固定子周波数の下限値ω１ｔｈに基づいて判別を行い、判別結果を出力することができる。図２において、固定子周波数演算手段１１３は、固定子周波数下限ｌｉｍｉｔ実行判別手段１１４の判別結果に基づいて処理することにより、固定子周波数演算手段１１３が出力した速度推定値を不安定領域の外に配置する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図２において、速度指令補正量演算手段１１５は、固定子周波数下限値ω１ｔｈ、速度指令値、および滑り周波数に基づいて、速度指令補正量を計算するとともに、固定子周波数下限ｌｉｍｉｔ実行判別手段１１４の判別結果に基づいて、異なる速度指令補正量を出力する。それによって、図２のトルク電流指令演算手段１１６は、速度指令値、速度推定値、および速度指令補正量に基づいて、トルク電流指令を計算する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
図７は、トルク電流指令計算ユニット１１６の概略図である。図７に示すように、前記トルク電流指令計算ユニット１１６は、加算器１１６ａ、減算器１１６ｂ、および第２ＰＩ調節器１１６ｃを含む。そのため、トルク電流指令計算ユニット１１６において、速度指令値と速度指令補正量を足して、この足し算の結果から速度推定値を引くことにより、差が得られる。この差は、第２ＰＩ調節器１１６ｃが比例積分（ＰＩ）演算を行い、前記第２ＰＩ調節器１１６ｃがＰＩ演算を行った結果は、トルク電流指令値としてトルク電流調節ユニット１０２に出力される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化電圧指令を計算するための磁化電流調節ユニットと、
トルク電圧指令を計算するためのトルク電流調節ユニットと、
所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈ、固定子周波数ω１、および鎖交磁束推定角∠＾Ψｒに基づいて、鎖交磁束指令角度を計算する鎖交磁束指令角度生成ユニットと、
前記磁化電圧指令、前記トルク電圧指令、および前記鎖交磁束指令角度に基づいて、電動機の固定子を制御するための固定子電圧指令を計算する電動機固定子電圧指令計算ユニットと、
を含む誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
前記鎖交磁束指令角度生成ユニットが、
前記所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈと前記固定子周波数ω１の差を計算する周波数差計算ユニットと、
前記差を積分して、鎖交磁束指令角補正量を取得する積分ユニットと、
前記鎖交磁束指令角補正量を用いて前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを補正し、前記鎖交磁束指令角度を取得する補正ユニットと、
を含む請求項１に記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項３】
前記鎖交磁束指令角補正量の最小値が、０である請求項２に記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項４】
前記制御装置が、
電動機の固定子電圧信号、固定子電流信号、および速度推定値に基づいて計算したα−β座標系に基づく鎖交磁束＾Ψｒaおよび＾Ψｒbに対してアークタンジェント計算を行い、前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを取得する鎖交磁束推定角計算ユニットをさらに含む請求項１に記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項５】
前記制御装置が、
前記鎖交磁束推定角∠＾Ψｒを時間に対して導出し、前記固定子周波数ω１を取得する固定子周波数計算ユニットをさらに含む請求項１に記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項６】
前記制御装置が、
前記電動機に流れる固定子電流に基づいて得られたα−β座標系に基づく電流IaおよびIbに対してアークタンジェントを行って、電流ベクトル角∠Ｉを取得し、その後、前記電流ベクトル角∠Ｉを微分演算して前記固定子周波数ω１を取得する固定子周波数計算ユニットをさらに含む請求項１に記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項７】
前記制御装置が、
前記所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈおよび前記固定子周波数ω１に基づいて、速度指令補正量を計算するための速度指令補正量計算ユニットをさらに含み、
前記速度指令補正量が、速度指令値を調整して、前記トルク電圧指令を計算する請求項１に記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項８】
前記速度指令補正量計算ユニットが、
前記所定の固定子周波数下限値ω１ｔｈと前記固定子周波数ω１の差を計算するための第１計算ユニットと、
前記第１計算ユニットが計算した差に基づいて、前記速度指令補正量を決定する第１決定ユニットと、
を含む請求項７に記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項９】
前記速度指令補正量計算ユニットが、
前記第１計算ユニットが計算した差に基づいて比例積分演算を行い、比例積分演算結果を出力する第１ＰＩ調節ユニットをさらに含み、
前記第１決定ユニットが、前記比例積分演算結果が０よりも小さい時に、前記速度指令補正量が０であると決定し、
前記第１決定ユニットが、前記比例積分演算結果が０よりも大きいか、それに等しい時に、前記速度指令補正量が前記比例積分演算結果であると決定する請求項８に記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項１０】
磁化電圧指令を計算することと、
トルク電圧指令を計算することと、
所定の固定子周波数下限値、固定子周波数、および鎖交磁束推定角に基づいて、鎖交磁束指令角度を計算することと、
前記磁化電圧指令、前記トルク電圧指令、および前記鎖交磁束指令角度に基づいて、電動機の固定子運転を制御するための固定子電圧指令を計算することと、
を含む誘導電動機の制御方法。
【国際調査報告】
2021533722.tif 000017
2021533722.tif 000018
2021533722.tif 000019
2021533722.tif 000020