(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の検出値と、モータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部を備え、
該モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値が予め定めた値より小さな低速域で、前記第１のｄ軸電流指令値を零以外の所定値に設定し、前記第２のｄ軸電流指令値とｄ軸電流検出値との比に、前記モータ定数設定値の抵抗値を乗じてモータの抵抗値を同定し、
前記モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項２】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の検出値と、モータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部を備え、
該モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値が予め定めた値より小さな低速域で、前記第１のｄ軸電流指令値を零以外の所定値に設定し、前記第２のｄ軸電流指令値と第１のｄ軸電流指令値との比に、前記モータ定数設定値の抵抗値を乗じてモータの抵抗値を同定し、
前記モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項３】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の検出値と、モータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部を備え、
前記モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値が予め定めた値より小さな低速域で、前記第２のｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との比に、前記モータ定数設定値の抵抗値を乗じてモータの抵抗値を同定し、
前記モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項４】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の検出値と、モータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部を備え、
該モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値が予め定めた値より小さな低速域で、前記第２のｄ軸電流指令値とｄ 軸電流検出値との比に、前記モータ定数設定値の抵抗値を乗じてモータの抵抗値を同定し、
前記モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項５】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の検出値と、モータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部を備え、
該モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値が予め定めた値より小さな低速域で、
前記第１のｄ軸電流指令値が第１の所定値以下の場合に、第１のｄ軸電流指令値を零以外の第２の所定値に設定して、前記第２のｄ軸電流指令値とｄ軸電流検出値との比に、前記モータ定数設定値の抵抗値を乗じてモータの抵抗値を同定し、
前記第１のｄ軸電流指令値が第１の所定値より大きな場合に、前記第１のｄ軸電流指令値を零に設定し、前記第２のｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との比に、前記モータ定数設定値の抵抗値を乗じてモータの抵抗値を同定し、
前記モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項６】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の検出値と、モータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部を備え、
該モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値が予め定めた値より大きな高速域で、
前記第２のｄ軸電流指令値と前記モータ定数設定値のｄ軸インダクタンス設定値と誘起電圧係数設定値とを用いてモータの誘起電圧係数を同定し、
前記第２のｄ軸電流指令値とｄ軸電流検出値と前記モータ定数設定値のｄ軸インダクタンス設定値とを用いてモータのｄ軸インダクタンスを同定し、
該モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
前記モータ定数同定演算部が、前記高速域の前記第１のｄ軸電流指令値が零である第１の区間で、前記モータの誘起電圧係数を同定し、前記高速域の前記第１のｄ軸電流指令値が零以外の所定の値である第２の区間で、前記モータのｄ軸インダクタンスを同定することを特徴とする永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項８】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の検出値と、モータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部を備え、
該モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値が予め定めた値より大きな高速域で、
前記第２のｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値の比に、前記モータ定数設定値のｑ軸インダクタンス設定値を乗じてモータのｑ軸インダクタンスを同定し、
前記モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項９】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、前記電力変換器の入力直流電流から電力変換器の出力電流を推定する電流推定部と、前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の推定値と、モータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部と、を備え、
前記モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値が予め定めた値より小さな低速域で、前記第１のｄ軸電流指令値を零以外の所定値に設定し、前記第２のｄ軸電流指令値とｄ軸電流推定値との比に、前記モータ定数設定値の抵抗値を乗じてモータの抵抗値を同定し、
該モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項１０】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、前記電力変換器の入力直流電流から電力変換器の出力電流を推定する電流推定部と、前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の推定値と、モータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部と、を備え、
前記モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値が予め定めた値より大きな高速域で、
前記第２のｄ軸電流指令値と前記モータ定数設定値のｄ軸インダクタンス設定値と誘起電圧係数設定値とを用いてモータの誘起電圧係数を同定し、
前記第２のｄ軸電流指令値とｄ軸電流推定値と前記モータ定数設定値のｄ軸インダクタンス設定値とを用いてモータのｄ軸インダクタンスを同定し、
該モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項１１】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、前記電力変換器の入力直流電流から電力変換器の出力電流を推定する電流推定部と、前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の推定値と、モータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部と、を備え、
前記モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値が予め定めた値より大きな高速域で、
前記第２のｑ軸電流指令値とｑ軸電流推定値の比に、前記モータ定数設定値のｑ軸インダクタンス設定値を乗じてモータのｑ軸インダクタンスを同定し、
該モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項１２】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、
前記電力変換器の入力直流電流から電力変換器の出力電流を推定する電流再現部と、
該推定した電力変換器の出力電流と前記第２のｄ軸電流指令値と前記第２のｑ軸指令値とを用いて軸誤差を演算する位相誤差推定部と、
位相誤差推定部が出力する軸誤差を入力して周波数指令値の推定値を出力する周波数推定部と、
前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の推定値と、前記周波数指令値の推定値とモータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部と、を備え、
該モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値の推定値が予め定めた値より小さな低速域で、前記第１のｄ軸電流指令値を零以外の所定値に設定し、前記第２のｄ軸電流指令値とｄ軸電流推定値との比に、前記モータ定数設定値の抵抗値を乗じてモータの抵抗値を同定し、
前記モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項１３】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、
前記電力変換器の入力直流電流から電力変換器の出力電流を推定する電流再現部と、
該推定した電力変換器の出力電流と前記第２のｄ軸電流指令値と前記第２のｑ軸指令値とを用いて軸誤差を演算する位相誤差推定部と、
位相誤差推定部が出力する軸誤差を入力して周波数指令値の推定値を出力する周波数推定部と、
前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の推定値と、前記周波数指令値の推定値とモータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部と、を備え、
該モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値の推定値が予め定めた値より大きな高速域で、
前記第２のｄ軸電流指令値と前記モータ定数設定値のｄ軸インダクタンス設定値と誘起電圧係数設定値とを用いてモータの誘起電圧係数を同定し、
前記第２のｄ軸電流指令値とｄ軸電流推定値と前記モータ定数設定値のｄ軸インダクタンス設定値とを用いてモータのｄ軸インダクタンスを同定し、
前記モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項１４】
永久磁石同期モータを駆動する電力変換器の出力電圧を、第１のｄ軸電流指令値から演算した第２のｄ軸電流指令値と、第１のｑ軸電流指令値から演算した第２のｑ軸電流指令値と、周波数指令値と、モータ定数設定値とに基づいて制御する、永久磁石同期モータのベクトル制御装置において、
該ベクトル制御装置が、
前記電力変換器の入力直流電流から電力変換器の出力電流を推定する電流再現部と、
該推定した電力変換器の出力電流と前記第２のｄ軸電流指令値と前記第２のｑ軸指令値とを用いて軸誤差を演算する位相誤差推定部と、
位相誤差推定部が出力する軸誤差を入力して周波数指令値の推定値を出力する周波数推定部と、
前記第２のｄ軸電流指令値と第２のｑ軸電流指令値と、前記電力変換器の出力電流の推定値と、前記周波数指令値の推定値とモータ定数設定値とを用いて、前記電力変換器に接続した永久磁石同期モータのモータ定数を同定するモータ定数同定演算部と、を備え、
該モータ定数同定演算部が、
前記周波数指令値の推定値が予め定めた値より大きな高速域で、
前記第２のｑ軸電流指令値とｑ軸電流推定値の比に、前記モータ定数設定値のｑ軸インダクタンス設定値を乗じてモータのｑ軸インダクタンスを同定し、
前記モータ定数同定演算部が同定したモータ定数をベクトル制御演算に用いて前記永久磁石モータを駆動制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期モータのベクトル制御装置に係わり、実運転の直前や実運転中に、モータ定数を同定し、かつ制御系に設定しているモータ定数を自動的に修正することより、高い精度，応答性が良いトルク制御を実現する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期モータのベクトル制御方式におけるモータ定数の同定技術が、特許文献１に記載されている。特許文献１には、電力変換器に電圧検出器を取り付けて、ｄ軸およびｑ軸の電圧検出値を演算し、下記３つの工程より、モータ定数を同定する技術が開示されている。
（１）ベクトル制御におけるｑ軸（トルク）成分の電圧指令値と電圧検出値の偏差から、モータの誘起電圧係数を同定する。
（２）ｄ軸（磁束）成分の電圧指令値と電圧検出値の偏差から、モータ抵抗値を同定する。
（３）上記（２）で同定したモータの抵抗値が制限値を超えた場合は、ｄ軸成分の電圧偏差から、ｑ軸インダクタンスを同定する動作に切替える。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４５３９９号公報（（０００８）段落から（００１０）段落の記載。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の方法では、電力変換器に専用の電圧検出器が必要であり、また電圧オフセット等により、制御に用いるモータ定数の同定精度が劣化し、制御特性の劣化が懸念される。
【０００５】
本発明の目的は、検出器などを新たに付加せず、高い精度で、応答性が良いトルク制御を実現できる永久磁石動機モータのベクトル制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の永久磁石動機モータのベクトル制御装置は、第１のｄ軸およびｑ軸の電流指令値と電流検出値により演算した中間的な第２の電流指令値と周波数指令値およびモータ定数値を用いて、
（１）低速域では、第２のｄ軸電流指令値あるいは第２のｑ軸電流指令値を用いて、モータの抵抗値を同定する。
（２）高速域では、ｄ軸電流を「零」と「零以外の所定値」とに制御し、第２のｄ軸電流指令値を用いて、誘起電圧係数とｄ軸インダクタンス値とを同定する。
（３）高速域では、ｑ軸電流が「所定値以上」であれば、第２のｑ軸指令値を用いて、ｑ軸インダクタンス値を同定する。
（４）これらモータ定数の同定値を用いて、電圧指令演算あるいは第２の電流指令演算に用いる制御ゲインを自動修正する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の永久磁石同期モータのベクトル制御装置では、高精度で、応答性が良いトルク制御を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本実施例の永久磁石同期モータのベクトル制御装置の構成例を示す。符号１は永久磁石同期モータ、２は３相交流の電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に比例した電圧を出力する電力変換器、２１は直流電源、３は３相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出できる電流検出器、４は電動機の電気角６０°毎の位置検出値θiを検出できる磁極位置検出器、５は位置検出値θiから周波数指令値ω1*を演算する周波数演算部、６は位置検出値θiと周波数指令値ω1*から電動機の回転位相指令値θｃ*を演算する位相演算部、７は前記３相交流電流の検出値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃと回転位相指令値θｃ*からｄ軸電流検出値Ｉｄｃ、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃを出力する座標変換部、８はｄ軸電流指令値Ｉｄ*を設定するｄ軸電流指令発生部、９は上位から与えられる第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｄ軸電流検出値Ｉｄｃの偏差に応じて、第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**を出力するｄ軸電流指令演算部、１０は上位から与えられる第１のｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｑ軸電流検出値Ｉｑｃの偏差に応じて、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**を出力するｑ軸電流指令演算部、１１は第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**とｄ軸電流検出値Ｉｄｃ、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃおよび永久磁石同期モータ１の電気定数の設定値に基づいて、抵抗の同定値Ｒ＾、ｄ軸インダクタンスの同定値Ｌｄ＾、ｑ軸インダクタンスの同定値Ｌｑ＾、誘起電圧係数の同定値Ｋｅ＾を演算するモータ定数同定演算部、１２は第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**と周波数指令値ω1*およびモータ定数の設定値（Ｒ*、Ｌｄ*、Ｌｑ*、Ｋｅ*）、あるいはモータ定数同定演算部１１の出力値である抵抗の同定値Ｒ＾、ｄ軸インダクタンスの同定値Ｌｄ＾、ｑ軸インダクタンスの同定値Ｌｑ＾、誘起電圧係数の同定値Ｋｅ＾を用いて、第２のｄ軸電圧指令値Ｖｄ**、第２のｑ軸電圧指令値Ｖｑ**を出力するベクトル制御演算部、１３は第２のｄ軸電圧指令値Ｖｄ**、第２のｑ軸電圧指令値Ｖｑ**と回転位相指令値θｃ*から３相交流の電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を出力する座標変換部である。
【００１０】
最初に、電圧と位相の制御方法を説明する。電圧制御の基本動作は、ｄ軸電流指令演算部９およびｑ軸電流指令演算部１０で、上位から与えられる第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*、第１のｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流検出値Ｉｄｃ、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃを用いて、ベクトル制御演算に用いる中間的な第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**を演算する。
【００１１】
ベクトル制御演算部１２では、第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**と周波数指令値ω1*およびモータ定数の設定値を用いて、（数１）式に示す第２のｄ軸電圧指令値Ｖｄ**、第２のｑ軸電圧指令値Ｖｑ**を演算し、電力変換器の３相交流の電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｖ*を制御する。
【００１２】
【数１】
0004677852.tif 000002
【００１３】
ここに、Ｒ*は抵抗値の設定値、Ｌｄ*はｄ軸インダクタンス値の設定値、Ｌｑ*はｑ軸インダクタンス値の設定値、Ｋｅ*は誘起電圧係数の設定値を示す。
【００１４】
一方、位相制御の基本動作については、磁極位置検出器４では、電気角６０°毎の磁極の位置を把握できる。この時の位置検出値θiを本実施例では、（数２）式のように示す。
【００１５】
【数２】
0004677852.tif 000003
【００１６】
ここに、ｉ＝０、１、２、３、４、５としている。
【００１７】
周波数演算部５では、この位置検出値θiから、最短で６０°区間の平均の回転速度である周波数指令値ω1*を（数３）式に従い算出する。
【００１８】
【数３】
0004677852.tif 000004
【００１９】
ここに、軸誤差Δθはθi−θ(i-1)を示し、Δｔは６０°区間の位置検出信号を検出するまでの時間である。
【００２０】
位相演算部６では、位置検出値θiと周波数指令値ω1*を用いて、回転位相指令値θｃ*を（数４）式のように演算して、永久磁石同期モータ１の基準位相を制御する。
【００２１】
【数４】
0004677852.tif 000005
【００２２】
以上が、永久磁石同期モータのベクトル制御装置での電圧制御と位相制御の基本動作である。
【００２３】
次に、モータ定数同定演算部１１がない場合（モータ定数の設定値はＲ*、Ｌｄ*、Ｌｑ*、Ｋｅ*）の制御特性をまず説明する。図１の制御装置において、モータ定数の設定誤差がない場合の電流ステップ応答特性を図２に示し、モータ定数の設定誤差がある場合電流ステップ応答特性を、図３に示す。
【００２４】
図２は、永久磁石同期モータ１のｄ軸インダクタンス値Ｌｄ、ｑ軸インダクタンス値Ｌｑと、ベクトル制御演算部１２に設定するｄ軸インダクタンス値の設定値Ｌｄ*、ｑ軸インダクタンス値の設定値Ｌｑ*とが一致している場合（Ｌｄ*＝Ｌｄ、Ｌｑ*＝Ｌｑ）の特性である。モータが一定速度で運転されているとき、時間０.１［ｓ］のＡ点において、第１のｑ軸電流指令値Ｉｑ*を破線で示すようにステップ変化させると、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃは応答時間１.６［ｍｓ］で、オーバーシュートなしに速やかに追従する。
【００２５】
しかし、モータのｄ軸インダクタンス値Ｌｄ、ｑ軸インダクタンス値Ｌｑとｄ軸インダクタンス値の設定値Ｌｄ*、ｑ軸インダクタンス値の設定値Ｌｑ*とが一致していない場合（Ｌｄ*＝０.５×Ｌｄ、Ｌｑ*＝０.５×Ｌｑ）の図３では、第１のｑ軸電流指令値Ｉｑ*に対して、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃの追従特性が劣化し、オーバーシュートも発生している。つまり、モータ定数の設定誤差が存在すると、電流指令値への追従特性の劣化やオーバーシュートが発生し、最終的には、トルク応答、トルク精度の劣化につながる。
【００２６】
次に、モータ定数の同定原理を説明する。ベクトル制御演算部１２では、（数１）式で示される第２のｄ軸電圧指令値Ｖｄ**、第２のｑ軸電圧指令値Ｖｑ**が演算される。以下、＊をつけた符号は設定値を表す。モータの印加電圧Ｖｄ、Ｖｑは、モータ電流Ｉｄ、Ｉｑ、モータ定数を用いて表すと、（数５）式のようになる。
【００２７】
【数５】
0004677852.tif 000006
【００２８】
ここで、ω1は周波数となり、ω1を周波数指令値ω1*、またモータ電流Ｉｄ、Ｉｑをｄ軸電流検出値Ｉｄｃ、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃとすると、（数１）式と（数５）式の右辺は一致する関係から、ｄ軸電流指令演算部９、ｑ軸電流指令演算部１０の出力値である第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**は、（数６）式で示すことができる。
【００２９】
【数６】
0004677852.tif 000007
【００３０】
次に、「低速域」と「高速域」区間において、第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**に現れるパラメータ感度について調べる。最初に、「低速域」区間では、（数７）式の関係より、
【００３１】
【数７】
0004677852.tif 000008
周波数ω1について整理すると、（数８）式となる。
【００３２】
【数８】
0004677852.tif 000009
すると、（数６）式より、（数９）式のような近似が成立する。
【００３３】
【数９】
0004677852.tif 000010
【００３４】
さらに、周波数ω1が零付近となると、
【００３５】
【数１０】
0004677852.tif 000011
（数１０）式より、第２の電流指令値（第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**の少なくともどちらか一方）と抵抗の設定値Ｒ*および電流検出値（ｄ軸電流検出値Ｉｄｃ、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃの少なくともどちらか一方）あるいは第１の電流指令値（第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*、第１のｑ軸電流指令値Ｉｑ*の少なくともどちらか一方）を用いて、モータの抵抗値Ｒを同定することが可能である。（数１１）式、（数１２）式より、抵抗の同定値Ｒ＾を演算する。
【００３６】
【数１１】
0004677852.tif 000012
【００３７】
【数１２】
0004677852.tif 000013
【００３８】
つまり、「低速域」区間においては、第２の電流指令値（第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**の少なくともどちらか一方）よりモータの抵抗値Ｒを同定できる。一方、「高速域」区間では、（数１３）式の関係より、（数１４）式が成立する。
【００３９】
【数１３】
0004677852.tif 000014
【００４０】
【数１４】
0004677852.tif 000015
【００４１】
すると、（数６）式は、（数１５）式となる。
【００４２】
【数１５】
0004677852.tif 000016
【００４３】
ここで、ω1が大（ω12＞＞ω1）であることより、（数１６）式を得ることができる。
【００４４】
【数１６】
0004677852.tif 000017
【００４５】
（数１６）式より、第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**からは、誘起電圧係数Ｋｅとｄ軸インダクタンス値Ｌｄを、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**からは、ｑ軸インダクタンス値Ｌｑを同定できることがわかる。最初に第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**に着目すると、ｄ軸電流検出値Ｉｄｃが「零」の時は、第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**から、モータの誘起電圧係数Ｋｅを同定できる。誘起電圧係数Ｋｅの同定値Ｋｅ＾は、（数１７）式より演算する。
【００４６】
【数１７】
0004677852.tif 000018
【００４７】
次に、所定の値にｄ軸電流検出値Ｉｄｃがなるように電流を流し、このとき発生した第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**とｄ軸電流検出値Ｉｄｃ（あるいは第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*）および、ｄ軸電流検出値Ｉｄｃが「零」の区間に発生した第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**0を用いて、（数１８）式に従い、ｄ軸インダクタンスの同定値Ｌｄ＾を演算する。
【００４８】
【数１８】
0004677852.tif 000019
【００４９】
今度は、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**に着目すると、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**とｑ軸インダクタンス値の設定値Ｌｑ*およびｑ軸電流検出値Ｉｑｃ、あるいは第１のｑ軸電流指令値Ｉｑ*を用いて、モータのｑ軸インダクタンス値Ｌｑを同定することが可能である。（数１９）式より、ｑ軸インダクタンスの同定値をＬｑ＾を演算する。
【００５０】
【数１９】
0004677852.tif 000020
【００５１】
以上が、モータ定数の同定原理の説明である。ここで、本発明のモータ定数同定演算部１１の構成を、図４と図５を用いて説明する。最初に、「低速域」区間で実行する「抵抗値Ｒの同定演算」について図４を用いて説明する。周波数指令値ω1*が、「低速域」区間を判断する信号発生部１０１に入力されると、信号発生部１０１では、周波数指令値ω1*と低速域検出レベルｌｏｗ_ｍｏｄ_ｌｖｌとを比較して、（数２０）式の関係で、判定フラグｌｏｗ_ｍｏｄ_ｆｌｇを作成する。
【００５２】
【数２０】
0004677852.tif 000021
【００５３】
判定フラグが「１」の時、低速域と判断し、抵抗の同定演算を行う。ここで、低速域検出レベルは、（数２１）式の関係を満たす必要がある。
【００５４】
【数２１】
0004677852.tif 000022
【００５５】
図５を用いて、この説明をする。ｑ軸電流検出値Ｉｑｃは、判定部１０３に入力されて、所定の電流レベルＩｑ_ｍｉｎ_ｌｖｌ_１と比較され、（数２２）式の関係で、判定フラグｉ_ｍｏｄ_ｆｏｇ_１を作成する。
【００５６】
【数２２】
0004677852.tif 000023
【００５７】
ここで、所定の電流レベルＩｑ_ｍｉｎ_ｌｖｌ_１は、同定演算が実行可能な電流検出レベルであり、定格電流の１％から１０％、好ましくは３％から６％程度あれば良い。この判定フラグｉ_ｍｏｄ_ｆｏｇ_１が「１」の場合、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**とｑ軸電流検出値Ｉｑｃとの比率Ｋｑ_Ｒが、切替部１０４から出力され、判定フラグが「０」の場合は、第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*に「零以外の所定値」を設定し電流制御を行い、第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**とｄ軸電流検出値Ｉｄｃとの比率Ｋｄ_Ｒが、切替部１０４から出力される。この出力値に、抵抗の設定値Ｒ*を乗じて、抵抗の同定値Ｒ＾を演算する。なお、ｄ軸電流検出値Ｉｄｃの代わりに第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*を用いて、同様に抵抗の同定値Ｒ＾を演算しても良い。同様にｑ軸電流検出値Ｉｑｃの代わりに第１のｑ軸電流指令値Ｉｑ*を用いて、抵抗の同定値Ｒ＾を演算しても良い。
【００５８】
次に、「高速域」区間で実行する誘起電圧係数Ｋｅとｄ軸インダクタンス値Ｌｄ、ｑ軸インダクタンス値Ｌｑの同定演算について、図６から図９を用いて説明する。図６に示すように、周波数指令値ω1*が、「高速域」区間を判断する信号発生部１０６に入力されると、信号発生部１０６では、周波数指令値ω1*と高速域検出レベルｈｉｇｈ_ｍｏｄ_ｌｖｌとを比較して、（数２３）式の関係で、判定フラグｈｉｇｈ_ｍｏｄ_ｆｌｇを作成する。
【００５９】
【数２３】
0004677852.tif 000024
【００６０】
判定フラグが「１」の時、「高速域」区間と判断し、誘起電圧係数とインダクタンス値の同定演算を行う。ここで、高速域検出レベルは、（数２４）式の関係を満たす必要がある。
【００６１】
【数２４】
0004677852.tif 000025
【００６２】
図７に、第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*の設定パターンと誘起電圧係数Ｋｅとｄ軸インダクタンスＬｄを同定する区間との関係を示す。第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*が「零」すなわちｄ軸電流検出値Ｉｄｃが「零」の区間（Ｃ区間）では、誘起電圧係数Ｋｅを同定し、次に、ｄ軸電流検出値Ｉｄｃを「零以外の所定値」に第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*を制御し（Ｄ区間）、ｄ軸のインダクタンス値Ｌｄを同定する。
【００６３】
図８を用いて、これを説明する。ｄ軸電流検出値Ｉｄｃが「零」の区間では、第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**に、ｄ軸インダクタンス値の設定値Ｌｄ*を乗算し、その乗算値に誘起電圧係数の設定値Ｋｅ*を加算し、誘起電圧係数の同定値Ｋｅ＾を演算する。さらに、ｄ軸電流検出値Ｉｄｃが「零以外の所定値」の区間では、第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**からｄ軸電流検出値Ｉｄｃが「零」の区間で発生した第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**を記憶する手段１０９からの出力信号であるＩｄ**0を減算し、この減算値とｄ軸電流検出値Ｉｄｃとの比率Ｋｄ_Ｌに、ｄ軸インダクタンス値の設定値Ｌｄ*を乗じて、ｄ軸インダクタンスの同定値Ｌｄ＾を演算する。
【００６４】
次に、ｑ軸の電流情報を用いたｑ軸インダクタンス値Ｌｑの同定演算を説明する。図９を用いて、この説明をする。ｑ軸電流検出値Ｉｑｃは、判定部１００９に入力されて、所定の電流レベルＩｑ_ｍｉｎ_ｌｖｌ_２と比較され、（数２５）式の関係で、判定フラグＩｑ_ｍｉｎ_ｆｌｇｌ_２を作成する。
【００６５】
【数２５】
0004677852.tif 000026
【００６６】
ここで、所定の電流レベルＩｑ_ｍｉｎ_ｌｖｌ_２は、同定演算が実行可能な電流検出レベルであり、定格電流１％から１０％、好ましくは３％から６％程度であれば良い。判定フラグＩｑ_ｍｉｎ_ｆｌｇｌ_２が「１」の場合、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**とｑ軸電流検出値Ｉｑｃとの比率Ｋｑ_Ｌが、判定フラグが「０」の場合は、正しい同定演算が行えないと判断し、前回のｑ軸インダクタンスの同定値Ｌｑ＾が、切替部１０１０から出力される。この出力値に、ｑ軸インダクタンス値の設定値Ｌｑ*を乗じて、ｑ軸インダクタンスの同定値Ｌｑ＾を演算する。
【００６７】
これら同定したモータ定数（Ｒ＾、Ｋｅ＾、Ｌｄ＾、Ｌｑ＾）を、ベクトル制御演算部１２の設定値である（Ｒ*、Ｋｅ*、Ｌｄ*、Ｌｑ*）に置き換えて、トルク制御系を実現する。このように、本実施例に拠れば、実運転の直前や実運転中に、モータ定数を同定し、かつ制御系に設定しているモータ定数を自動的に補正することができるので、高い精度で、応答性が良い制御ができる。
【実施例２】
【００６８】
図１０に、本実施例を示す。本実施例では、モータ定数同定演算部１１の出力値（Ｒ＾、Ｌｄ＾、Ｌｑ＾、Ｋｅ＾）を用いて、ｄ軸電流指令演算部９′およびｑ軸電流指令演算部１０′の制御ゲインをベクトル制御演算にも適用することが、実施例１と相違する。図１０で、符号１〜８、１１〜１３、２１は図１と同じである。（数２６）式に示すように、同定したモータ定数（Ｒ＾、Ｌｄ＾、Ｌｑ＾）を用いて、ｄ軸電流指令演算部９′、ｑ軸電流指令演算部１０′の制御ゲイン（Ｋｐ_ｄ、Ｋｉ_ｄ、Ｋｐ_ｑ、Ｋｉ_ｑ）を修正して、実施例１と同様に高い精度で、応答性が良いトルク制御系を実現する。
【００６９】
【数２６】
0004677852.tif 000027
【００７０】
ここで、Ｋｐ_ｄは第２のｄ軸電流指令演算用の比例ゲイン、Ｋｉ_ｄは積分ゲイン、Ｋｐ_ｑは第２のｑ軸電流指令演算用の比例ゲイン、Ｋｉ_ｑは積分ゲイン、ωC_ａｒｃは電流制御応答角周波数［ｒａｄ／ｓ］である。
【実施例３】
【００７１】
図１１に本実施例を示す。本実施例では、電流検出器３を備えずに、電力変換器２の入力母線に流れる直流電流ＩDCから、電力変換器２の出力電流であって永久磁石同期モータ１に流れる３相の交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを推定する電流推定部１４を備えたことが実施例１と異なる。
【００７２】
図１１で、符号１、２、４〜１２、２１は図１と同じである。符号１４は電力変換器の入力母線に流れる直流電流ＩDCから、永久磁石同期モータ１に流れる３相の交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを推定する電流推定部である。
【００７３】
この電流推定部１４が出力する推定電流値Ｉｕ＾、Ｉｖ＾、Ｉｗ＾を用いて、座標変換部７で、ｄ軸電流検出値Ｉｄｃ、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃを演算する。本実施例のような電流センサレス・システムでも、実施例１や実施例２と同様に動作し、同様の効果が得られる。
【実施例４】
【００７４】
図１２に、本実施例を示す。本実施例では、永久磁石同期モータ１の磁極位置を検出する位置センサである磁極位置検出器４を省略したことが実施例１と異なる。図１２で、符号１、２、４〜１３、２１は、図１と同じである。符号１７は電力変換器の入力母線に流れる直流電流ＩDCから、永久磁石同期モータ１に流れる３相の交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを推定する電流再現部である。符号１５は、第２のｄ軸電圧指令値Ｖｄ**、第２のｑ軸電圧指令値Ｖｑ**、ｄ軸電流検出値Ｉｄｃ、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃを用いて、回転位相指令値θｃ*とモータの磁束軸θとの軸誤差Δθ（＝θｃ*−θ）を、（数２７）式より、推定演算し、位相誤差演算値Δθｃを出力する位相誤差推定部である。
【００７５】
【数２７】
0004677852.tif 000028
【００７６】
符号１６は、推定演算した位相誤差演算値Δθｃが零となるように、新たな周波数指令値ω1*を推定する周波数推定部である。本実施例の位置センサレス、電流センサレス・システムでも、実施例１や実施例２と同様に動作し、同様の効果が得られる。
【実施例５】
【００７７】
図１３に、本実施例を示す。本実施例は、実施例４の位相誤差推定部１５のモータ定数をモータ定数同定演算部１１の出力値（Ｒ＾、Ｌｑ＾）を用いて、自動修正する。図１３で、符号１、２、４〜１３、１６、２１は、図４と同じである。符号１５′は、第２のｄ軸電圧指令値Ｖｄ**、第２のｑ軸電圧指令値Ｖｑ**、ｄ軸電流検出値Ｉｄｃ、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃ、モータ定数同定演算部１１の出力値（Ｒ＾、Ｌｑ＾）を用いて、回転位相指令値θｃ*とモータの磁束軸θとの軸誤差Δθ（＝θｃ*−θ）を、（数２８）式より、推定演算し、位相誤差演算値Δθｃ′を出力する位相誤差推定部である。
【００７８】
【数２８】
0004677852.tif 000029
【００７９】
本実施例の位置センサレス、電流センサレス・システムでも、実施例１や実施例２と同様に動作し、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施例１の永久磁石モータのベクトル制御装置の構成図。
【図２】実施例１で、モータのインダクタンス値とベクトル演算に設定するインダクタンス設定値とが一致している場合の電流制御特性の説明図。
【図３】モータのインダクタンス値とベクトル演算に設定するインダクタンス設定値とが不一致の場合の電流制御特性の説明図。
【図４】実施例１のモータ定数同定演算部１１の信号発生部１０１の動作の説明図。
【図５】実施例１のモータ定数同定演算部１１の低速域の抵抗の同定値Ｒ＾の演算の説明図。
【図６】実施例１のモータ定数同定演算部１１の信号発生部１０６の動作の説明図。
【図７】実施例１のモータ定数同定演算部１１の第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*の設定パターンと２つの同定区間の動作の説明図。
【図８】実施例１のモータ定数同定演算部１１の誘起電圧係数の同定値Ｋｅ＾とｄ軸インダクタンス値の同定値Ｌｄ＾の演算の説明図。
【図９】実施例１のモータ定数同定演算部１１のｑ軸インダクタンス値の同定値Ｌｑ＾の演算の説明図。
【図１０】実施例２の永久磁石モータのベクトル制御装置の構成図。
【図１１】実施例３の永久磁石モータのベクトル制御装置の構成図。
【図１２】実施例４の永久磁石モータのベクトル制御装置の構成図。
【図１３】実施例５の永久磁石モータのベクトル制御装置の構成図。
【符号の説明】
【００８１】
１…永久磁石同期モータ、２…電力変換器、３…電流検出器、４…磁極位置検出器、５…周波数演算部、６…位相演算部、７、１３…座標変換部、８…ｄ軸電流指令発生部、９、９′…ｄ軸電流指令演算部、１０、１０′…ｑ軸電流指令演算部、１１…モータ定数同定演算部、１２…ベクトル制御演算部、１４…電流推定部、１５、１５′…位相誤差推定部、１６…周波数推定部、１７…電流再現部、２１…直流電源、１０１、１０６…信号発生部、１０３、１００９…判定部、１０４、１０１０…切替部、１０９…第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ**を記憶する手段、Ｉｄ、Ｉｑ…モータ電流、Ｉｄ*…第１のｄ軸電流指令値、Ｉｄ**…第２のｄ軸電流指令値、Ｉｄｃ…ｄ軸電流検出値、Ｉｑ*…第１のｑ軸電流指令値、Ｉｑ**…第２のｑ軸電流指令値、Ｉｑｃ…ｑ軸電流検出値、Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ…３相交流電流、Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃ…３相交流電流の検出値、Ｋｅ…誘起電圧係数、Ｋｅ*…誘起電圧係数の設定値、Ｋｅ＾…誘起電圧係数の同定値、Ｌｄ…ｄ軸インダクタンス値、Ｌｄ*…ｄ軸インダクタンス値の設定値、Ｌｄ＾…ｄ軸インダクタンスの同定値、Ｌｑ…ｑ軸インダクタンス値、Ｌｑ*…ｑ軸インダクタンス値の設定値、Ｌｑ＾…ｑ軸インダクタンスの同定値、Ｒ…抵抗値、Ｒ*…抵抗値の設定値、Ｒ＾…抵抗の同定値、Ｖｄ、Ｖｑ…モータの印加電圧、Ｖｄ**…第２のｄ軸の電圧指令値、Ｖｑ**…第２のｑ軸の電圧指令値、Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*…３相交流の電圧指令値、θｃ*…回転位相指令値、ω1*…周波数指令値、Δθ…軸誤差、Δθｃ、Δθｃ′…位相誤差演算値、Δθｃ*…回転位相指令、ＩDC…電力変換器の入力母線に流れる直流電流。
【図１】
0004677852.tif 000030
【図２】
0004677852.tif 000031
【図３】
0004677852.tif 000032
【図４】
0004677852.tif 000033
【図５】
0004677852.tif 000034
【図６】
0004677852.tif 000035
【図７】
0004677852.tif 000036
【図８】
0004677852.tif 000037
【図９】
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【図１０】
0004677852.tif 000039
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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