(57)【要約】【課題】誘導電動機の磁束推定器の推定値を補正する方法を提供する。【解決手段】誘導電動機の３相の固定子電流のうち少なくとも２相分の固定子電流を検出し、α−β相座標系に変換したα相電流、β相電流と、α−β相座標系に変換された電圧指令値を磁束推定器に入力し電流推定値、２次側鎖交磁束推定値、速度推定値ωｒｅｓｔ（ｋ）、位相推定値θ１ｅｓｔ（ｋ）を推定する磁束推定方法において、位相推定値θ１ｅｓｔ（ｋ）と、電流検出値ｉｓα、ｉｓβ（ｋ）よりｄ−ｑ変換したｑ相電流ｉｑ（ｋ）を計算しｑ相電流ｉｑ（ｋ）とｑ相電流指令ｉｑｒｅｆ（ｋ）の差に比例ゲインを乗じた補正量を速度推定値に加える速度補正器８を設けて、磁束推定器の推定値の精度を向上させている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機の２次磁束のベクトルの方向をｄ相とし、それに直交する相をｑ相とするｄ−ｑ座標軸に制御系構成の基準座標軸であるγ−δ座標軸を一致するように制御する誘導電動機の制御方法により、誘導電動機の３相の固定子電流のうち少なくとも２相分の固定子電流ｉｓｕ（ｋ）、ｉｓｖ（ｋ）を検出し、α−β相座標系に変換したα相電流のｉｓα（ｋ）、β相電流ｉｓβ（ｋ）と、α−β相座標系に変換された電圧指令値Ｖα＊（ｋ）、Ｖβ＊（ｋ）を磁束推定器に入力し電流推定値ｉｓαｅｓｔ（ｋ＋１）、ｉｓβｅｓｔ（ｋ＋１）、２次側鎖交磁束推定値φｒαｅｓｔ（ｋ＋１）、φｒβｅｓｔ（ｋ＋１）、速度推定値ωｒｅｓｔ（ｋ）、位相推定値θ１ｅｓｔ（ｋ）を推定する磁束推定方法において、
前記位相推定値θ１ｅｓｔ（ｋ）と電流検出値ｉｓα、ｉｓβ（ｋ）よりｄ−ｑ変換したｑ相電流ｉｑ（ｋ）を計算し、ｑ相電流ｉｑ（ｋ）とｑ相電流指令ｉｑｒｅｆ（ｋ）の差に比例ゲインを乗じた補正量を速度推定値に加えることにより磁束推定器の推定値の精度を向上させることを特徴とする誘導電動機磁束推定器の推定値補正方法。
【請求項２】
誘導電動機の２次磁束のベクトルの方向をｄ相とし、それに直交する相をｑ相とするｄ−ｑ座標軸に制御系構成の基準座標軸であるγ−δ座標軸を一致するように制御する誘導電動機の制御方法により、誘導電動機の３相の固定子電流のうち少なくとも２相分の固定子電流ｉｓｕ（ｋ）、ｉｓｖ（ｋ）を検出し、α−β相座標系に変換したα相電流のｉｓα（ｋ）、β相電流ｉｓβ（ｋ）と、α−β相座標系に変換された電圧指令値Ｖα＊（ｋ）、Ｖβ＊（ｋ）を磁束推定器に入力し電流推定値ｉｓαｅｓｔ（ｋ＋１）、ｉｓβｅｓｔ（ｋ＋１）、２次側鎖交磁束推定値φｒαｅｓｔ（ｋ＋１）、φｒβｅｓｔ（ｋ＋１）、速度推定値ωｒｅｓｔ（ｋ）、位相推定値θ１ｅｓｔ（ｋ）を推定する磁束推定方法において、
前記位相推定値θ１ｅｓｔ（ｋ）と電流検出値ｉｓα、ｉｓβ（ｋ）よりｄ−ｑ変換したｑ相電流ｉｑ（ｋ）を計算し、ｑ相電流ｉｑ（ｋ）とｑ相電流指令ｉｑｒｅｆ（ｋ）の差に比例ゲインを乗じ、積分した補正量を速度推定値に加えることにより磁束推定器の推定値の精度を向上させることを特徴とする誘導電動機磁束推定器の推定値補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導電動機の速度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機制御方法における位置・速度などのセンサレス制御方法では、誘導電動機磁束推定器はｋ・Ｔｓ秒（ｋは制御ステップの順を表す整数で、Ｔｓは制御ステップの周期）の時点で誘導電動機に供給される電流のうち少なくとも２相分のステータ電流（例えば、Ｕ相電流ｉｓｕ（ｋ）、Ｖ相電流ｉｓｖ（ｋ））、及びステータ側電圧（例えば、Ｕ相電圧Ｖｓｕ（ｋ）、Ｖ相電圧Ｖｓｖ（ｋ））を検出して、３相−２相変換より、通常ベクトル制御で用いられているα−β相座標系に、この電流、電圧を座標変換して、それぞれｋ・Ｔｓ秒時のα相電流ｉｓα（ｋ）、β相電流ｉｓβ（ｋ）、α相電圧Ｖα（ｋ）、β相電圧Ｖβ（ｋ）を算出する。
【０００３】
センサレス制御の従来の技術１として挙げる、電学論Ｄ、ＶＯＬ．３．ＮＯ．１１．ｐ．９５４−９６０（１９９１）に示される誘導電動機の状態方程式から導かれる磁束推定器の式（１）、及び速度推定式（２）、位相推定式（３）は次の通りである。
【数１】
2004180368.tif 000003
【０００４】
【数２】
2004180368.tif 000004
次に、これらを逐次形に展開した式を示す。
【０００５】
【数３】
2004180368.tif 000005
【０００６】
上式に従って動作する誘導電動機制御回路用のオブザーバを用いて、制御ステップｋの推定値等により、制御ステップ（ｋ＋１）の推定値を算出する。すなわち、制御ステップｋの制御ループで推定されたｋ・Ｔｓ秒時のα相電流推定値ｉｓαｅｓｔ（ｋ）と、α相電流ｉｓα（ｋ）との推定誤差、
ｉｓα（ｋ）−ｉｓαｅｓｔ（ｋ）、
と、β相電流推定値ｉｓβｅｓｔとβ相電流ｉｓβ（ｋ）との推定誤差、
ｉｓβ（ｋ）−ｉｓβｅｓｔ（ｋ）、
を用いて、（ｋ＋１）・Ｔｓ秒時の推定値ｉｓαｅｓｔ（ｋ＋１）、ｉｓβｅｓｔ（ｋ＋１）、φｒαｅｓｔ（ｋ＋１）、φｒβｅｓｔ（ｋ＋１）、を算出する。
【０００７】
この従来の技術１の場合は、電圧Ｖα、Ｖβを用いるための電圧センサを、なお必要とするが、コストの削減の目的から電圧センサを削減する方法に、従来の技術２として、α相電圧指令値Ｖα＊（ｋ）、β相電圧指令値Ｖβ＊（ｋ）をＶα（ｋ）、Ｖβ（ｋ）の代わりに使用することが考えられる。
例えば、特許文献１の「誘導電動機の速度センサレスベクトル制御方式」は、電圧センサを削除して、補償用の誤差電圧を出力するｑ相、ｄ相の電流コントローラに、ｑ相電流指令ｉｑ＊とｑ相電流ｉｑ（及び、ｄ相電流指令ｉｄ＊とｄ相電流ｉｄ）の偏差を入力して、出力されるｑ相の誤差電圧Δｖ１ｑをＰＩ演算することにより速度推定を行うものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開Ｈ０５−２９２７７７号公報（［００６０］〜［００６４］、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、従来の技術１の場合はコストの削減と言う見地から電圧センサの削減が課題であり、これを実現する方法として、従来の技術２の場合は、指令値と実際値との間に誤差が生ずることがあり、ロータ鎖交磁束推定値、速度推定値に誤差を生ずるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、速度センサや電圧センサを有していないセンサレスの場合の速度推定を、速度推定値の補正を行って推定誤差を減少させることによって精度の良い速度推定を可能にする誘導電動機磁束推定器の推定値補正方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、誘導電動機の２次磁束のベクトルの方向をｄ相とし、それに直交する相をｑ相とするｄ−ｑ座標軸に制御系構成の基準座標軸であるγ−δ座標軸を一致するように制御する誘導電動機の制御方法により、誘導電動機の３相の固定子電流のうち少なくとも２相分の固定子電流ｉｓｕ（ｋ）、ｉｓｖ（ｋ）を検出し、α−β相座標系に変換したα相電流のｉｓα（ｋ）、β相電流ｉｓβ（ｋ）と、α−β相座標系に変換された電圧指令値Ｖα＊（ｋ）、Ｖβ＊（ｋ）を磁束推定器に入力し電流推定値ｉｓαｅｓｔ（ｋ＋１）、ｉｓβｅｓｔ（ｋ＋１）、２次側鎖交磁束推定値φｒαｅｓｔ（ｋ＋１）、φｒβｅｓｔ（ｋ＋１）、速度推定値ωｒｅｓｔ（ｋ）、位相推定値θ１ｅｓｔ（ｋ）を推定する磁束推定方法において、前記位相推定値θ１ｅｓｔ（ｋ）と電流検出値ｉｓα、ｉｓβ（ｋ）よりｄ−ｑ変換したｑ相電流ｉｑ（ｋ）を計算し、ｑ相電流ｉｑ（ｋ）とｑ相電流指令ｉｑｒｅｆ（ｋ）の差に比例ゲインを乗じた補正量を速度推定値に加えることにより磁束推定器の推定値の精度を向上させることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、誘導電動機の２次磁束のベクトルの方向をｄ相とし、それに直交する相をｑ相とするｄ−ｑ座標軸に制御系構成の基準座標軸であるγ−δ座標軸を一致するように制御する誘導電動機の制御方法により、誘導電動機の３相の固定子電流のうち少なくとも２相分の固定子電流ｉｓｕ（ｋ）、ｉｓｖ（ｋ）を検出し、α−β相座標系に変換したα相電流のｉｓα（ｋ）、β相電流ｉｓβ（ｋ）と、α−β相座標系に変換された電圧指令値Ｖα＊（ｋ）、Ｖβ＊（ｋ）を磁束推定器に入力し電流推定値ｉｓαｅｓｔ（ｋ＋１）、ｉｓβｅｓｔ（ｋ＋１）、２次側鎖交磁束推定値φｒαｅｓｔ（ｋ＋１）、φｒβｅｓｔ（ｋ＋１）、速度推定値ωｒｅｓｔ（ｋ）、位相推定値θ１ｅｓｔ（ｋ）を推定する磁束推定方法において、前記位相推定値θ１ｅｓｔ（ｋ）と電流検出値ｉｓα、ｉｓβ（ｋ）よりｄ−ｑ変換したｑ相電流ｉｑ（ｋ）を計算し、ｑ相電流ｉｑ（ｋ）とｑ相電流指令ｉｑｒｅｆ（ｋ）の差に比例ゲインを乗じ、積分した補正量を速度推定値に加えることにより磁束推定器の推定値の精度を向上させることを特徴としている。
【００１２】
この誘導電動機磁束推定器の推定値補正方法によれば、観測量ｉｓα（ｋ）、ｉｓβ（ｋ）と、位相推定量θ１ｅｓｔ（ｋ）より、下記の（７）式、
【数４】
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【００１３】
で求めたｑ相電流ｉｑ（ｋ）とｑ相電流指令ｉｑｒｅｆ（ｋ）よりｉｑ（ｋ）とｉｑｒｅｆ（ｋ）の差が下記の（８）式、
【数５】
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【００１４】
のように、実際の速度と速度推定量との誤差に相当することを利用して、下記の速度推定器を構成する。
【数６】
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この（９）式の補正を加える前の速度推定値ω´ｒｅｓｔ（ｋ）（従来技術の速度推定値）と、実際の速度ωｒ（ｋ）に誤差がある時、（９）式の第２項（比例ゲインによる補正量）と、第３項（積分項による補正量）に補正量が生じ、補正を加えた速度推定値ω´ｒｅｓｔ（ｋ）を実際の速度ωｒ（ｋ）に一致させることにより、速度推定精度を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の誘導電動機磁束推定器の推定値補正方法が適用される誘導電動機の制御システムのブロック図である。
図１において、１は外部からの速度指令ωｒ＊と、後述の速度補正器からの速度推定値ω´ｒｅｓｔが入力する速度コントローラである。
【００１６】
２はｑ相電圧指令ｖｑ＊を出力するｑ相コントローラであり、３はｄ相電圧指令ｖｄ＊を出力するｄ相コントローラである。４は電圧指令ｖｑ＊、ｖｄ＊より静止座標系のα相電圧指令ｖα＊、β相電圧指令ｖβ＊に換算して出力するベクトル制御回路である。５はインバータ回路で、６は電動機２相電流ｉｓｕ、ｉｓｖを入力して静止座標系のα相電流ｉｓαとβ相電流ｉｓβに相変換を行う相変換器であり、７は磁束推定器でα相、β相電流推定値、ロータ鎖交磁束推定値、速度推定値、位相推定値を演算・出力する。８は速度補正器で速度推定値ωｒｅｓｔを補正してω´ｒｅｓｔを出力する。９はｄ−ｑ座標変換器である。１０は誘導電動機である。
【００１７】
つぎに動作について説明する。
先ず、外部と速度補正器８から、速度指令ωｒ＊と速度推定値ω´ｒｅｓｔとが、それぞれ速度コントローラ１へ入力し、速度コントローラ１は回転座標系のｑ相電流指令ｉｑｒｅｆを出力する。ｑ相電流コントローラ２はｑ相電流指令ｉｑｒｅｆと、ｑ相電流値ｉｑを入力してｑ相電圧指令ｖｑｒｅｆを出力する。
一方、ｄ相電流指令ｉｄｒｅｆとｄ相電流値ｉｄがｄ相電流コントローラ３へ入力して、ｄ相電流コントローラ３はｄ相電圧指令ｖｄｒｅｆを出力する。電圧指令ｖｑｒｅｆとｖｄｒｅｆは、ベクトル制御演算回路４に入力して、磁束推定器７より出力される位相θ１ｅｓｔによりα相電圧指令ｖα＊、β相電圧指令ｖβ＊に換算して出力される。
【００１８】
相変換器６は誘導電動機１０のＵ相電流ｉｓｕとＶ相電流ｉｓｖとを入力し、静止座標系のα相電流ｉｓαとβ相電流ｉｓβに変換する。磁束推定器７はこれらのα相電流ｉｓα、β相電流ｉｓβと、電圧指令ｖα＊、ｖβ＊とを入力し、内蔵している（１）式、（２）式、（３）式により、α相、β相電流推定値ｉｓαｅｓｔ、ｉｓβｅｓｔ、ロータ鎖交磁束推定値φｒαｅｓｔ、φｒβｅｓｔ、及び、速度推定値ωｒｅｓｔ、位相推定値θ１ｅｓｔを、演算し出力する。
ｄ−ｑ座標変換器９は相変換器６の出力のα相電流ｉｓαと、β相電流ｉｓβと、位相推定値θ１ｅｓｔを入力として、ｄ相電流ｉｄとｑ相電流ｉｑを出力する。
【００１９】
以上は、センサレス・ベクトル制御として公知の部分であるが、本発明では、更に、速度補正器８を設けて、磁束推定器７から出力される従来の速度推定値ωｒｅｓｔを補正して、正確な速度推定値ω´ｒｅｓｔを速度コントローラ１へ供給する。具体的には、速度補正器８は、ｄ−ｑ座標変換器９で（７）式により求めたｑ相電流ｉｑ（ｋ）と、速度コントローラ１からのｑ相電流指令ｉｑｒｅｆを入力し、その差が（８）式のように、実際の速度と速度推定量との誤差に相当するとして誤差検出を行い、誤差が検出されたら（９）式の第２項による偏差値に比例ゲインｋｑを乗じた補正量を加算して補正するか、更に、第３項による積分量を加算して正確に補正することによって、速度推定値ωｒｅｓｔの誤差が補正されて実速度と一致した速度推定値ω´ｒｅｓｔにより速度制御が実施されるので、追従性の高い安定なセンサレス・ベクトル制御が可能になる。
また、本実施の形態は、すべり周波数を用いる誘導電動機のセンサレス速度制御だけではなく、γ−δ座標系などの設定によって、永久磁石形同期電動機のセンサレス速度制御にもそのまま適用できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来センサレス・ベクトル制御に用いられている磁束推定器より演算出力される誘導電動機の速度推定値に対して、更に、速度補正器を設けて補正することによって、速度推定値に誤差が生じても常に正確な速度推定値が得られるので、誘導電動機の速度制御精度、トルク制御精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導電動機磁束推定器の推定値補正方法が適用される制御システムのブロック図である。
【符号の説明】
１  速度コントローラ
２  ｑ相電流コントローラ
３  ｄ相電流コントローラ
４  ベクトル制御回路
５  インバータ回路
６  相変換器
７  磁束推定器
８  速度補正器
９  ｄ−ｑ座標変換器
１０  電動機
【図１】
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