(57)【要約】【課題】フィードバック電流制御に基づく３相電流の制御方法及び同装置に関し、従来の標準ベクトル制御法は、電流制御ループ内に離散時間処理が不可欠なベクトル回転器を有するために、外乱抑圧性、速応性の向上に効果がある電流制御ループの広帯域化を追求できないと言う課題を有し、一方、従来の簡易ベクトル制御法は、理想的な電流制御を追求できないと言う課題を有した。【解決手段】離散時間処理が不可欠なベクトル回転器６ｂは、フィードバック電流制御ループ外に構成することで、電流制御ループの広帯域化を可能としている。これに加えて、フィードバック電流制御の中心的役割を担う電流制御器１０に関しては、固定座標系上の信号に対し動作するようにし、かつその周波数特性をスカラ可変信号に応じて変化できるようにし、定常オフセットの除去に代表される理想的な電流制御を追求できるようにしている。これらにより、課題を解決している。【選択図】  図５
2004180482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードバック電流制御工程を有する３相電流の制御方法であって、該電流制御工程を、２軸または３軸の固定座標系上で動作しかつスカラ可変信号に応じて周波数特性を変化できる電流制御器を少なくとも用い、構成することを特徴とする３相電流の制御方法。
【請求項２】
２軸固定座標系上で動作する該電流制御器を、その入力と出力の関係が微分演算子ｓを対角的にかつ該スカラ可変信号ωを交代的に配した２ｘ２Ｄ因子
2004180482.tif 000052
による有理行列多項式として記述されるように、構成したことを特徴とする請求項１記載の３相電流の制御方法。
【請求項３】
３軸固定座標系上で動作する該電流制御器を、その入力と出力の関係が微分演算子ｓを対角的にかつ該スカラ可変信号ωの定倍値を交代的に配した３ｘ３Ｄ因子
2004180482.tif 000053
による有理行列多項式として記述されるように、構成したことを特徴とする請求項１記載の３相電流の制御方法。
【請求項４】
フィードバック電流制御手段を有する３相電流の制御装置であって、該電流制御手段を、２軸または３軸の固定座標系上で動作しかつスカラ可変信号に応じて周波数特性を変化できる電流制御器を少なくとも用い、構成することを特徴とする３相電流の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータを使用した電動機の電流制御、コンバータを使用した発電機の電流制御等、電力変換器を使用した３相システムの３相電流制御に関するものである。特に、電流制御性能を支配する電流制御器の周波数特性を可変できるようにした電流制御方法及び同装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
インバータを使用した電動機の電流制御、コンバータを使用した発電機の電流制御等、電力変換器を使用した３相システムの電流制御に関する従来方法は、例えば下記文献に詳しく説明されている。
（１）田村、田中：「エネルギー変換応用システム」、丸善、ｐｐ．１７７−２４０（２０００−１２）
（２）杉本、小山、玉井：「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際」、総合電子出版、ｐｐ．７２−１３４（１９９０−５）
（３）楠原、大山、有永、重水：「永久磁石同期発電機を用いた風力発電システムのモデリング」、平成１３年電気学会全国大講演論文集、４、ｐｐ．１４２５−１４２６（２００１−３）
【０００３】
上記文献を参考に、電力変換器を使用した３相電流制御法の代表として、標準的ベクトル制御法を装置化し図１に示す。図１は３相電流制御システム全体を示したものであり、同図の３は３相プラント（３相電動機、３相発電機など）を、４は電力変換器を、５ａ、５ｂは３／２相変換器、２／３相変換器（以下、両者とも相変換器と略記）を、６ａ、６ｂはベクトル回転器を、７ａは電流制御器を、８は積分器を意味している。また、同図では、簡明のため、細線でスカラ信号線を、太い線で２ｘ１ベクトル信号（２相信号）線または３ｘ１ベクトル信号（３相信号）線を表現している。
【０００４】
同図に示しているように、標準ベクトル制御法による３相電流制御システムは、３相プラント３と電力変換器４を含めた制御対象部１と、相変換器５ａ、５ｂ、ベクトル回転器６ａ，６ｂ、電流制御器７ａなどからなるベクトル制御部（以下、標準ベクトル制御部と略記）２ａとに大別することができる。同図における相変換器５ａ、５ｂ、ベクトル回転器６ａ，６ｂは、厳密には、数式を用いてそれぞれ以下のように表現される。
【数１】
2004180482.tif 000003
【数２】
2004180482.tif 000004
【０００５】
ここに、ωはベクトル回転器のためのスカラ可変信号である。（１）式の相変換器、（２）式のベクトル回転器に基づく、３軸（ｕ軸、ｖ軸、ｗ軸）固定座標系、２軸（α軸、β軸）固定座標系、２軸（ｄ軸、ｑ軸）回転座標系の関係を、参考までに図２に示した。同図に明示しているように、３軸固定座標系のｕ軸と２軸固定座標系のα軸とは同一である。また、２軸回転座標系のｄ軸は、２軸固定座標系のα軸に対して、ある瞬時に位相θを成しており、かつその瞬時速度はスカラ可変信号と同一のωである。
【０００６】
電流制御器７ａは、１入力１出力用すなわち１ｘ１であり、一般には微分演算子ｓのｍ次有理多項式として次式のように表現される。
【数３】
2004180482.tif 000005
実際的には、１次制御器の１種である次のＰＩ形が多用されている。
【数４】
2004180482.tif 000006
ここに、ｃｄ，ｉ，ｃｎ，ｉ，ｋｐ，ｋｉは電流制御器のパラメータである。当業者には周知のように、１ｘ１Ｃ（ｓ）電流制御器７ａが２ｘ１ベクトル信号に作用すると言うことは、ベクトル信号の各成分に、１ｘ１Ｃ（ｓ）電流制御器が個別独立的に作用することを意味する。
【０００７】
本標準ベクトル制御法による３相電流制御システムの構造的特色は、図１より明白なように、電流制御を回転座標系上で遂行すべく、電流制御ループ内にベクトル回転器１対を内装している点にある。電流制御の観点からは、回転座標系上
2004180482.tif 000007
ている点に特色がある。すなわち、
【数５】
2004180482.tif 000008
既に説明したように、（５）式における１ｘ１Ｃ（ｓ）のベクトル信号に対する作用は、Ｃ（ｓ）がベクトル各成分に個別独立に作用することを意味している。
【０００８】
図３は、前記文献を参考に、簡易ベクトル制御法を装置化し、これによる３相電流制御システムの代表例を示したものである。本３相電流制御システムの構造は、大きくは制御対象部１とベクトル制御部（以下、簡易ベクトル制御部と略記）２ｂとから構成される点においては、標準ベクトル制御法によるシステムの構造と同様である。しかし、電流制御を３軸固定座標系上で行うべく電流制御ループ内にベクトル回転器１対、相変換器１対を有せず、これに代わって電流制御ループ外に電流指令値の変換に関連してベクトル回転器６ｂ、相変換器５ｂ各１個を有している点は、大きな違いである。１ｘ１Ｃ（ｓ）電流制御器７ｂは、（３）式で定義されたものと同一である。ここで、当業者には周知であるが、１ｘ１Ｃ（ｓ）電流制
2004180482.tif 000009
ベクトル信号の各成分に、１ｘ１Ｃ（ｓ）電流制御器が個別独立的に作用することを意味していることを重ねて注意しておく。本３相電流制御システムでは、電流制御器の積分処理によるオフセット除去の効果は得られず、電流制御器としては次のゼロ次のＰ形が用いられることが多い。
【数６】
2004180482.tif 000010
【０００９】
電流制御器７ｂは、ベクトル信号としての電流偏差に作用し、ベクトル信号とし
2004180482.tif 000011
トル信号の３成分はｕ相、ｖ相、ｗ相の各相成分に対応していることを注意しておく。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の３相電流制御のための標準ベクトル制御法と簡易ベクトル制御法は、上記構造的特色に起因して、制御性能面において以下の特徴を有する。
【００１１】
（１）標準ベクトル制御法は、簡易ベクトル制御法に比し、より理想的な電流制御を遂行し得る。このため、制御法における電流制御ループ帯域が同一と言う条件下では、簡易ベクトル制御法に基づく制御性能は標準ベクトル制御法に基づく制御性能に劣る。
【００１２】
（２）２軸回転座標系上で電流制御器を構成する標準ベクトル制御法は、ＰＩ形など積分機能をもつ電流制御器を構成することにより、指令値・応答値間の定常オフセットを難なく除去することができる。一方、３軸固定座標系上で電流制御器を構成する簡易ベクトル制御法では、電流制御器に単に積分機能を持たせても指令値・応答値間の定常オフセットを除去することはできない。
【００１３】
（３）簡易ベクトル制御法による３相電流制御システムは、電流・電圧信号に対しディジタル的余弦正弦処理を行うベクトル回転器を電流制御ループ内に有しない簡易な構造であるため、アナログ的な電流制御を遂行できる。当然、電流のディジタル変換のためのＡ／Ｄ変換器も必要としない。このため、簡易ベクトル制御法によるシステムは、Ａ／Ｄ変換器の利用を前提としこの変換時間の制約を受ける標準ベクトル制御法によるシステムに比し、電流制御ループの広帯域化が可能である。この結果、簡易ベクトル制御法による場合には、外乱抑圧性、速応性の向上に代表される広帯域化メリットを享受できる。
【００１４】
上記従来法における特色は、解決すべき課題として、以下のように整理される。すなわち、標準ベクトル制御法は、外乱抑圧性、速応性の向上に効果がある電流制御ループの広帯域化を追求できないと言う課題を有し、一方で、簡易ベクトル制御法は、定常オフセットの除去に代表される理想的な電流制御を追求できないと言う課題を有する。
【００１５】
本発明は上記背景の下になされたものであり、その目的は、標準ベクトル制御法と同様に理想的な電流制御を追求でき、しかも、簡易ベクトル制御法と同様に外乱抑圧性、速応性の向上に効果がある電流制御ループの広帯域化を追求できる、３相電流の新規な制御方法及び同装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、フィードバック電流制御工程を有する３相電流の制御方法であって、該電流制御工程を、２軸または３軸の固定座標系上で動作しかつスカラ可変信号に応じて周波数特性を変化できる電流制御器を少なくとも用い、構成することを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載の３相電流の制御方法であって、２軸固定座標系上で動作する該電流制御器を、その入力と出力の関係が微分演算子ｓを対角的にかつ該スカラ可変信号ωを交代的に配した２ｘ２Ｄ因子
2004180482.tif 000012
による有理行列多項式として記述されるように、構成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１記載の３相電流の制御方法であって、３軸固定座標系上で動作する該電流制御器を、その入力と出力の関係が微分演算子ｓを対角的にかつ該スカラ可変信号ωの定倍値を交代的に配した３ｘ３Ｄ因子
2004180482.tif 000013
による有理行列多項式として記述されるように、構成したことを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明は、フィードバック電流制御手段を有する３相電流の制御装置であって、該電流制御手段を、２軸または３軸の固定座標系上で動作しかつスカラ可変信号に応じて周波数特性を変化できる電流制御器を少なくとも用い、構成することを特徴とする。
【００２０】
次に本発明の作用について説明する。請求項１あるいは請求項４の本発明は、２軸または３軸の固定座標系上でフィードバック電流制御を行うものである。このため、本電流制御に際し、２軸回転座標系上のフィードバック電流制御で不可欠とされたフィードバック電流制御ループ内のベクトル回転１対を必要としない。ひいては、請求項１あるいは請求項４の本発明によれば、簡易ベクトル制御法と同様な本構造的特色により、簡易ベクトル制御法と同様に電流制御ループの広帯域化が図れると言う作用が得られる。
【００２１】
請求項１あるいは請求項４の本発明は、２軸または３軸の固定座標系上でフィードバック電流制御を担う電流制御器の周波数特性をスカラ可変信号ωに応じて直接的に変化できるようしている。一方、従来の標準ベクトル制御法による、相変換器１対とベクトル回転器１対をフィードバック電流制御ループ内に同伴した２軸回転座標系上で動作する電流制御器Ｃ（ｓ）の３軸固定座標系上での再評価周波数特性は、電流制御器Ｃ（ｓ）単独での周波数特性は不変であるが電流制御ループ内のベクトル回転器１対の作用により、等価的にＣ（ｓ−ｊω）と評価されることが、すなわち、スカラ可変信号ωに応じて変化することが、知られている。本発明の制御法と従来の標準ベクトル制御法とにおける、「スカラ可変信号ωに応じた周波数特性の変化」と言う特性の類似性より当業者には理解されるように、請求項１あるいは請求項４の本発明によれば、２軸あるいは３軸の固定座標系上で動作する電流制御器を用いながらも、ベクトル回転器１対を電流制御ループ内に同伴した２軸回転座標系上で動作する電流制御器Ｃ（ｓ）と類似の制御特性を達成できると言う作用が得られる（本作用は、請求項２、請求項３による発明の作用説明に際し、数式を用い改めて詳しく説明する）。換言するならば、請求項１あるいは請求項４の本発明によれば、電流制御ループ内にベクトル回転器１対を使用しない構造でありながら、電流制御ループ内にベクトル回転器１対の使用を不可欠とする従来の標準ベクトル制御法と類似した、理想的な制御応答を達成できると言う作用が得られる。なお、本発明作用の上記説明の正当性は、実施形態の１例たる実験を通じ、実験的にも示す。
【００２２】
次に、本発明の請求項２の作用について説明する。先ず、本発明の請求項２による２ｘ２Ｄ因子を用いた電流制御器を説明する。２ｘ２Ｄ因子を用いた電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））は、スカラ可変信号ωを交代的に含む２ｘ２Ｄ因子Ｄ２（ｓ，−ω）の有理行列多項式として、例えば１ｘ１電流制御器Ｃ（ｓ）のパラメータを使用すると、以下のように構成される。
【数７】
2004180482.tif 000014
【数８】
2004180482.tif 000015
【数９】
2004180482.tif 000016
【００２３】
本発明の２ｘ２Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））を用いたベクトル制御部２ｃを図４に示す。９が２ｘ２Ｄ因子を用いた電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））である。本ベクトル制御部には、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器は存在せず、これに代わって、フィードバック電流制御ループ外にベクトル回転器６ｂ１個が使用されている点には、特に注意されたい。本ベクトル制御部２ｃにおける相変換器５ａ、５ｂ及び積分器８は、従来の標準ベクトル制御法による標準ベクトル制御部２ａに使用されたものと同一である。また、本ベクトル制御部２ｃに接続される制御対象部１も、従来の制御法の説明の際に利用した図１、図３のものと同一である。このため、制御対象部１の描画は省略している。
【００２４】
２ｘ２電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））は、スカラ可変信号ωを含む２ｘ２Ｄ因子Ｄ２（ｓ，−ω）の有理行列多項式として記述されるものであるが、本例では特に電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））のパラメータとして１ｘ１電流制御器Ｃ（ｓ）のパラメータを利用している。この結果、２ｘ２Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））は、Ｃ（ｓ）の周波数特性をスカラ可変信号ωに応じて線形的にシフトしたＣ（ｓ−ｊω）と言う周波数特性をもつことになる。ひいては、Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））は、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対を使用しない２軸固定座標系上の電流制御器でありながら、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対を必須とする２軸回転座標系上の電流制御と完全等価な応答を発生する、と言う作用が得られる。応答の完全等価性を、次に数式を用いて、厳密かつ詳しく説明する。
【００２５】
図４の２ｘ２Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））９を含むベクトル制御部２ｃの要点は、次の（１０）式〜（１２）式を用いて表現することができる。
【数１０】
2004180482.tif 000017
【数１１】
2004180482.tif 000018
【数１２】
2004180482.tif 000019
【００２６】
（１２）式における２ｘ２Ｄ因子を用いた電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））の特性は、電流制御器Ｃ（ｓ）にベクトル回転器１対を同伴させることでも、等価的に得られることが下記文献を通じ明らかにされている。
新中新二：「３相信号処理のための可変特性多変数フィルタの提案、−ベクトル回転器同伴フィルタ効果の簡易発生−」，電気学会論文誌Ｄ、１２１、２、ｐｐ．２５３−２６０（２００１−２）
【００２７】
この結果を活用すると、（１２）式の関係は、以下のように展開することができる。
【数１３】
2004180482.tif 000020
【００２８】
ここで、Ｉ２を２ｘ２単位行列として、ベクトル回転器に関する次の関係を考慮すると、
【数１４】
2004180482.tif 000021
（１３）式は更に次のように展開することができる。
【数１５】
2004180482.tif 000022
（１５）式は、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対を利用し、２軸回転座標系上で電流制御を遂行する、従来の標準ベクトル制御法による標準ベクトル制御部２ａそのものである（図１参照）。
【００２９】
（１２）式と（１５）式とによる応答等価性は、本発明のベクトル制御部２ｃにより発生した２軸固定座標系上での電圧指令値は、電流制御器に同一のパラメータが使用されるならば、従来の標準ベクトル制御法による標準ベクトル制御部２ａで発生した電圧指令値と、完全等価であることを意味している。
【００３０】
以上の説明より明白なように、請求項２の本発明によれば、従来の標準ベクトル制御法で設計された電流制御器のパラメメータを、単に２ｘ２Ｄ因子電流制御器に利用するだけで、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対を用いることなく、従来の標準ベクトル制御法と完全等価な２軸固定座標系上の電圧指令値を簡単に発生できると言う作用が得られる。換言するならば、請求項２の本発明によれば、請求項１の本発明の作用を正確かつ簡単に実現できると言う作用が得られる。なお、２ｘ２Ｄ因子電流制御器の実現方法は、実施形態例を通じ、具体的かつ詳しく説明する。
【００３１】
次に、本発明の請求項３の作用について説明する。先ず、本発明の請求項３による３ｘ３Ｄ因子を用いた電流制御器を説明する。３ｘ３Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））の構成は、（１２）式に使用した２ｘ２Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））と同様である。３ｘ３Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））を得るには、形式的に、２ｘ２Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））における２ｘ２Ｄ因子Ｄ２（ｓ，−ω）を３ｘ３Ｄ因子Ｄ３（ｓ，−ω）で置換すればよい。すなわち、３ｘ３Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））は、スカラ可変信号ωを交代的に含む３ｘ３Ｄ因子Ｄ３（ｓ，−ω）の有理行列多項式として、例えば１ｘ１電流制御器Ｃ（ｓ）のパラメータを使用すると、以下のように構成される。
【数１６】
2004180482.tif 000023
【数１７】
2004180482.tif 000024
【数１８】
2004180482.tif 000025
当然のことながら、３ｘ３Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））の入力信号、出力信号は、３ｘ１ベクトルとなる。
【００３２】
本発明の３ｘ３Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））を用いたベクトル制御部２ｄを図５に示す。１０が３ｘ３Ｄ因子を用いた電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））である。本ベクトル制御部２ｄには、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器及び相変換器は存在せず、これに代わって、フィードバック電流制御ループ外にベクトル回転器６ｂ１個、相変換器５ｂ１個が使用されている点には、特に注意されたい。この点は、従来の簡易ベクトル制御法による簡易ベクトル制御部２ｂと同様である。なお、３ｘ３Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））を用いたベクトル制御部２ｄに接続される制御対象部は、従来の制御法の説明の際に利用した図１、図３のものと同一であるので、この描画は省略した。
【００３３】
３ｘ３電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））は、スカラ可変信号ωを含む３ｘ３Ｄ因子Ｄ３（ｓ，−ω）の有理行列多項式として記述されものであるが、本例では特に電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））のパラメータとして１ｘ１電流制御器Ｃ（ｓ）のパラメータとを利用している。この結果、３ｘ３Ｄ因子電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））は、Ｃ（ｓ）の周波数特性をスカラ可変信号ωに応じて線形的にシフトしたＣ（ｓ−ｊω）と言う周波数特性をもつことになる。ひいては、Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））は、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対、相変換器１対を使用しない３軸固定座標系上の電流制御器でありながら、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対を必須とする２軸回転座標系上の電流制御と完全等価な応答を発生する、と言う作用が得られる。応答の完全等価性を、次に数式を用いて、厳密かつ詳しく説明する。
【００３４】
図５のベクトル制御部は、次の（１９）〜（２１）式を用いて表現することができる。
【数１９】
2004180482.tif 000026
【数２０】
2004180482.tif 000027
【数２１】
2004180482.tif 000028
【００３５】
（２１）式における３ｘ３Ｄ因子を用いた電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））の特性は、電流制御器Ｃ（ｓ）にベクトル回転器１対、相変換器１対を同伴させることでも、等価的に得ることができることが下記文献を通じ明らかにされている。
新中新二：「３相信号直接処理のための３入出力可変特性Ｄ因子フィルタの提案」、電気学会論文誌Ｄ、１２２、６、ｐｐ．５８２−５９０（２００２−５）
【００３６】
この結果を活用すると、（２１）式の関係は、以下のように展開することができる。
【数２２】
2004180482.tif 000029
【００３７】
ここで、ベクトル回転器、相変換器に関する次の関係を考慮すると、
【数２３】
2004180482.tif 000030
（２２）式は以下のように展開することができる。
【数２４】
2004180482.tif 000031
（２４）式は、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対、相変換器１対を利用し、２軸回転座標系上で電流制御を遂行する、従来の標準ベクトル制御法による標準ベクトル制御部２ａそのものである（図１参照）。
【００３８】
（２１）式と（２４）式とによる応答等価性は、本発明のベクトル制御部２ｄにより発生した３軸固定座標系上での電圧指令値は、電流制御器に同一のパラメータが使用されるならば、従来の標準ベクトル制御法による標準ベクトル制御部２ａで発生した電圧指令値と、完全等価であることを意味している。
【００３９】
以上の説明より明白なように、請求項３の本発明によれば、従来の標準ベクトル制御法で設計された電流制御器のパラメメータを、単に３ｘ３Ｄ因子電流制御器に利用するだけで、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対、相変換器１対を用いることなく、従来の標準ベクトル制御法と完全等価な３軸固定座標系上の電圧指令値を簡単に発生できると言う作用が得られる。換言するならば、請求項３の本発明によれば、請求項１の本発明の作用を正確かつ簡単に実現できると言う作用が得られる。なお、３ｘ３Ｄ因子電流制御器の実現方法は、実施形態例を通じ、具体的かつ詳しく説明する。
【００４０】
図１、３を利用した従来制御法の説明においては、スカラ可変信号ωを積分して、ベクトル回転器に使用する信号θを生成する例を示した。電流制御法によっては、先ず信号θを得え、これより信号ωを得ることもある。本発明による制御法及び制御装置の作用の説明においては、説明の簡明性を確保すべく、図１、３に対応した形で、スカラ可変信号ωを積分して、ベクトル回転器に使用する信号θを生成する例を示した。本発明による制御法及び装置においても、先ず信号θを得、これより信号ωを得る構成とすることも可能であることを指摘しておく。一般に、信号ωと信号θは、微分と積分の関係にあるので、一方から他方を得ることができる。
【００４１】
【実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。まず、本発明の電流制御器の実施形態例の１つとして、２ｘ２Ｄ因子による有理行列多項式として記述された電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））９の実現方法を例示をもって示す。説明の簡明性を確保すべく、（７）〜（９）式で記述した電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））の次数は３次とする。すなわち、ｍ＝３とする。図６に、３次の電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））の実現例
2004180482.tif 000032
れた電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））の例である。
【００４２】
また、図６（ｃ）は、図６（ａ）、（ｂ）で使用した２ｘ２Ｄ因子の逆行列
2004180482.tif 000033
中の１／ｓは積分器であり、Ｊ２は次式に定めた２ｘ２交代行列である。
【数２５】
2004180482.tif 000034
算器を意味している。同実現における２ｘ２交代行列Ｊ２は、単に信号を交代的に接続するのみで、特別の乗算を必要とするものではない点には注意されたい。
【００４３】
図６の実施形態例より、外部からのスカラ可変信号ωに応じて、電流制御器Ｃ（Ｄ２（ｓ，−ω））の周波数特性が変化することは容易に理解されよう。厳密には、図６（ａ）、（ｂ）の何れの実現においても、電流制御器は同一の周波数特性Ｃ（ｓ−ｊω）をもつ。ｍ＝３とした図６（ａ）、（ｂ）の実施形態例を利用して、これを一般のｍ次電流制御器に応用することは自明である。
【００４４】
次に、本発明の電流制御器の実施形態例の１つとして、３ｘ３Ｄ因子Ｄ３（ｓ，−ω）による有理行列多項式として記述された電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））１０の実現方法を例示をもって示す。３ｘ３電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））の実現に際しては、３ｘ３Ｄ因子Ｄ３（ｓ，−ω）は、次の（２６）式のように構成した方が都合がよい。
【数２６】
2004180482.tif 000035
ここに、Ｉ３は３ｘ３単位行列であり、Ｊｒは次の（２７）式で定義した３ｘ３交代行列である。
【数２７】
2004180482.tif 000036
【００４５】
図７に、上記（２６）、（２７）式に基づく３ｘ３電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））の実現例を示した。本例でも、説明の簡明性を確保すべく、（１６）〜（１８）式で記述した電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））の次数は３次としている。すなわち、ｍ＝３としている。図７（ａ）、（
2004180482.tif 000037
【００４６】
2004180482.tif 000038
３ｘ１入力信号をｕ、３ｘ１出力信号をｙとして、示した。同図における１／ｓは積分器
2004180482.tif 000039
乗算器である。本実現における３ｘ３交代行列Ｊｒは、単に信号を交代的に接続するのみで、特別の乗算を必要とするものではない点には注意されたい。
【００４７】
図７の実施形態例より、外部からのスカラ可変信号ωに応じて、電流制御器Ｃ（Ｄ３（ｓ，−ω））の周波数特性が変化することは容易に理解されよう。厳密には、図７（ａ）、（ｂ）の何れの実現においても、電流制御器は同一の周波数特性Ｃ（ｓ−ｊω）をもつ。ｍ＝３とした図７（ａ）、（ｂ）の実施形態例を利用して、これを一般のｍ次電流制御器に応用することは自明である。
【００４８】
次に、本発明の実施形態第３例として、本発明を誘導電動機の電流制御に応用した例を示す。すなわち、３相プラント３は３相誘導電動機とし、この電流制御を考える。表１に供試電動機の特性を示す。
【表１】
2004180482.tif 000040
表１における電気的パラメータＲ１、Ｌ１、Ｌ１ｔ、Ｗ２は電動機の固定子抵抗、固定子インダクタンス、固定子総合漏れインダクタンス、回転子逆時定数（時定数の逆数）を各々意味している。
【００４９】
電流制御ループ帯域ωｉｃはωｉｃ＝２０００（ｒａｄ／ｓ）とし、１ｘ１電流制御器Ｃ（ｓ）は、産業界で多用されている（４）式の１次ＰＩ形とした。このときの電流制御器パラメータ（ＰＩパラメータ）は次式に従い定めた。
【数２８】
2004180482.tif 000041
【数２９】
2004180482.tif 000042
【００５０】
スカラ可変信号ωは、誘導電動機の滑り周波数形ベクトル制御法の考えに従い、以下のように電流指令値を利用し生成した。
【数３０】
2004180482.tif 000043
【数３１】
2004180482.tif 000044
【数３２】
2004180482.tif 000045
【数３３】
2004180482.tif 000046
【００５１】
2004180482.tif 000047
発生するようにした。
【数３４】
2004180482.tif 000048
【数３５】
2004180482.tif 000049
ここに、Ｎｐは電動機の極対数である。
【００５２】
同一の制御対象部１に対し、同一の（２８）〜（３５）式に基づき（すなわち、同一の設計仕様で）、標準ベクトル制御法による標準ベクトル制御部２ａ、簡易ベクトル制御法による簡易ベクトル制御部２ｂ、２ｘ２Ｄ因子電流制御器によるベクトル制御部２ｃ、３ｘ３Ｄ因子電流制御器によるベクトル制御部２ｄの４種を各々個別に構成した。本実施形態例における各ベクトル制御部における電流制御器の実現例を図８に示した。図８では、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順で、ベクトル制御部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにおける電流制御器の実現例を示している。ただし、電流制御器は、（２８）、（２９）式に基づく１次のＰＩ形である。図８（ｃ）、（ｄ）は、各々図６（ａ）、図７（ａ）に準拠して構成している。図８より明白なように、電流制御器を産業界で多用されている１次のＰＩ形とする場合には、本発明による電流制御器は、従来の電流制御器にわずか１個のベクトル乗算器を追加するだけで実現することができ、実現のための追加的負担は僅少である。この点を特に注意しておく。
【００５３】
供試電動機をこれに連結した負荷装置で定格速度３００（ｒａｄ／ｓ）に維持し（速度
2004180482.tif 000050
え、回転子磁束の立上がりに十分な時間経過後、５０、１００、１５０％定格のトルク指令を与えた場合の応答を図９に示す。なお、このときの電力変換器４は、指令通りの電圧を発生する理想的インバータとした。
【００５４】
図９（ａ）は、トルク指令と同応答値を示したものであり、上から、トルク指令、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対を利用した標準ベクトル制御部２ａによる応答、２ｘ２Ｄ因子電流制御器を用いたベクトル制御部２ｃによる応答、３ｘ３Ｄ因子電流制御器を用いたベクトル制御部２ｄによる応答、簡易ベクトル制御部２ｂによる応答である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に対応した形で、電流
2004180482.tif 000051
る。すなわち、上から、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対を利用した標準ベクトル制御部２ａによる指令、２ｘ２Ｄ因子電流制御器を用いたベクトル制御部２ｃによる指令、３ｘ３Ｄ因子電流制御器を用いたベクトル制御部２ｄによる指令、簡易ベクトル制御部２ｂによる指令となっている。
【００５５】
図９（ａ）、（ｂ）より、Ｄ因子電流制御器を用いたベクトル制御部２種は、同一の設計仕様の下では、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対を有する従来の標準ベクトル制御部と完全等価な応答を示していることが確認される。この完全等価な応答特性より、本発明によるＤ因子電流制御器を用いたベクトル制御部による場合、電流指令値と同応答値の間のオフセットは、従来のベクトル制御部と同様に速度の如何に拘わらず除去されていることも確認される。本実験結果より、本発明の作用に関する説明が正しいことも確認される。
【００５６】
従来技術の課題の説明に際し、同一設計仕様の下では、従来の簡易ベクトル制御法による応答は、従来の標準ベクトル制御法に劣り、定常でもオフセットを伴うことを述べたが、この特性が本実験結果からも確認される。
【００５７】
一方で、従来の標準ベクトル制御法は、フィードバック電流制御ループ内に離散時間的処理が不可避なベクトル回転器１対による処理を含んでおり、電流制御ループ帯域の広帯域化が困難である。これに対し、簡易ベクトル制御法は、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対による処理を含んでおらず、電流制御ループ帯域の広帯域化が可能である。すなわち、電流制御ループ帯域に関しては高い設計仕様を付与することができる。本発明による電流制御法は、簡易ベクトル制御法と同様に、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転器１対による処理を含んでおらず、電流制御ループ帯域の広帯域化が可能である。図９の応答比較では、４制御法の特性の定量的比較を簡明に行うべく同一設計仕様とした点を、重ねて注意しておく。本発明の制御法は、簡易ベクトル制御法と同様に、本実施形態例で採用した電流制御ループ帯域ωｉｃ＝２０００（ｒａｄ／ｓ）より高い帯域を難なく実現できる点を指摘しておく。
【００５８】
第３実施形態例では、３相プラントとして誘導電動機を対象にこの電流制御の１例を例示したが、本発明は、永久磁石同期電動機など他の電動機の電流制御にも、同様にして適用できることを指摘しておく。また、本発明は、３相プラントとして発電機を対象とする場合にも、その電流制御に同様に適用できることを指摘しておく。これは、発電機の運転が電動機の回生運転と等価であることより、明白である。本発明は、３相プラントとして、単なる３相負荷を対象とする場合にも、適用できることを指摘しておく。単なる３相負荷に対する電流制御は、３相プラントの電流制御の中でも最も単純であることを考慮するならば、本発明がこの種の電流制御に適用できることは自明である。
【００５９】
第３実施形態例で明瞭に確認されたように、本発明によれば、簡易ベクトル制御法の課題であった、定常オフセット除去などの理想的な電流制御を追求できると同時に、従来の標準ベクトル制御法の課題であった電流制御ループの広帯域化も追求できる。すなわち、本発明によれば、従来技術の課題を克服することができる。しかも、電流制御器を産業界で多用されている１次のＰＩ形とする場合には、本発明による電流制御器は、従来の電流制御器にわずか１個のベクトル乗算器の追加するだけで実現することができ、実現のための追加的負担は僅少である。以上、本発明による３相電流の制御方法及び同装置に関し、各種の図を利用しつつ複数の実施形態例を用いて具体的かつ詳しく説明した。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明より明白なように、本発明は以下の効果を奏する。請求項１あるいは請求項４の本発明によれば、フィードバック電流制御ループ内にベクトル回転１対を必要としない構造的特色により、電流制御ループの広帯域化が図れると言う作用が得られた。広帯域化の作用の結果、請求項１あるいは請求項４の本発明によれば、従来の標準ベクトル制御法では達成困難であった外乱抑圧性、速応性の向上を図ることができると言う効果が得られる。また、請求項１あるいは請求項４の本発明によれば、同一設計仕様の下では、電流制御ループ内にベクトル回転器１対を有しない従来の簡易ベクトル制御法では達成できない、より理想的な制御応答を得ることができると言う作用が得られた。この作用の結果、請求項１あるいは請求項４の本発明によれば、定常時のオフセットの排除などより理想的な制御性能を達成できると言う効果が得られる。以上のように、請求項１あるいは請求項４の本発明によれば、従来の標準ベクトル制御法、簡易ベクトル制御法の両者の長所を活かすと同時に短所を克服した制御性能と言う優れた総合制御性能を、達成できると言う効果が得られる。
【００６１】
次に、請求項２の本発明による効果を説明する。請求項２の本発明によれば、請求項１の本発明の作用を正確かつ簡単に実現できると言う作用が得られた。この作用の結果、請求項２の本発明によれば、請求項１の本発明の効果を正確かつ簡単に達成できると言う効果が得られる。ひいては、請求項１の発明による３相電流制御の効果及び有用性を総合的に高めることができると言う効果が得られる。
【００６２】
続いて、請求項３の本発明による効果を説明する。請求項３の本発明によれば、請求項１の本発明の作用を正確かつ簡単に実現できると言う作用が得られた。この作用の結果、請求項３の本発明によれば、請求項１の本発明の効果を正確かつ簡単に達成できると言う効果が得られる。ひいては、請求項１の発明による３相電流制御の効果及び有用性を総合的に高めることができると言う効果が得られる。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の標準ベクトル制御装置の１基本構成例を示すブロック図
【図２】３つの座標系の関係を示す図
【図３】従来の簡易ベクトル制御装置の１基本構成例を示すブロック図
【図４】２ｘ２Ｄ因子ベクトル制御装置の１基本構成例を示すブロック図
【図５】３ｘ３Ｄ因子ベクトル制御装置の１基本構成例を示すブロック図
【図６】１実施形態例における２ｘ２Ｄ因子電流制御器の実現を示すブロック図
【図７】１実施形態例における２ｘ２Ｄ因子電流制御器の実現を示すブロック図
【図８】１実施形態例における標準ベクトル制御用電流制御器、簡易ベクトル制御用電流制御器、２ｘ２Ｄ因子電流制御器、３ｘ３Ｄ因子電流制御器の実現例を示すブロック図
【図９】１実施形態例における標準ベクトル制御部、簡易ベクトル制御部、２ｘ２Ｄ因子電流制御器を用いたベクトル制御部、３ｘ３Ｄ因子電流制御器を用いたベクトル制御部による応答比較図
【符号の説明】
１          制御対象部
２ａ        標準ベクトル制御部
２ｂ        簡易ベクトル制御部
２ｃ        ２ｘ２Ｄ因子電流制御器を用いたベクトル制御部
２ｄ        ３ｘ３Ｄ因子電流制御器を用いたベクトル制御部
３          ３相プラント
４          電力変換器
５ａ        ３／２相変換器
５ｂ        ２／３相変換器
６ａ        ベクトル回転器
６ｂ        ベクトル回転器
７ａ        標準ベクトル制御用電流制御器
７ｂ        簡易ベクトル制御用電流制御器
８          積分器
９          ２ｘ２Ｄ因子電流制御器
１０        ３ｘ３Ｄ因子電流制御器
【図１】
2004180482.tif 000054
【図２】
2004180482.tif 000055
【図３】
2004180482.tif 000056
【図４】
2004180482.tif 000057
【図５】
2004180482.tif 000058
【図６】
2004180482.tif 000059
【図７】
2004180482.tif 000060
【図８】
2004180482.tif 000061
【図９】
2004180482.tif 000062