(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ軸およびｑ軸の電流指令値および電流検出値，周波数演算値およびモータ定数の設定値とにより、電力変換器の出力電圧値を制御し、前記電力変換器の出力電圧値と電流検出値とから求めた有効電力あるいは無効電力と、周波数演算値および電流検出値を用いて、前記モータ定数を同定する永久磁石同期モータのベクトル制御装置であって、
低速域では、ｄ軸電流指令値を「正」又は「負」と、「ゼロ」との少なくとも２段階に設定する区間を設け、ｄ軸電流指令値が、「正」又は「負」の区間における有効電力の絶対値から、「ゼロ」の区間における有効電力の絶対値を減算し、該減算値を、「正」もしくは「負」のｄ軸電流検出値を２乗した値で、除算演算することにより、前記モータの抵抗値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２】
ｄ軸およびｑ軸の電流指令値および電流検出値，周波数演算値およびモータ定数の設定値とにより、電力変換器の出力電圧値を制御し、前記電力変換器の出力電圧値と電流検出値とから求めた有効電力あるいは無効電力と、周波数演算値および電流検出値を用いて、前記モータ定数を同定する永久磁石同期モータのベクトル制御装置であって、
中高速域では、ｄ軸電流指令値を「零」に設定し、無効電力の絶対値を、周波数演算値とｑ軸電流検出値を２乗した値との乗算値で、除算演算することにより、前記モータのｑ軸インダクタンス値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３】
ｄ軸およびｑ軸の電流指令値および電流検出値，周波数演算値およびモータ定数の設定値とにより、電力変換器の出力電圧値を制御し、前記電力変換器の出力電圧値と電流検出値とから求めた有効電力あるいは無効電力と、周波数演算値および電流検出値を用いて、前記モータ定数を同定する永久磁石同期モータのベクトル制御装置であって、 
中高速域では、ｄ軸電流指令値を「正」と「負」の少なくても２段階に設定する区間を設け、ｄ軸電流指令値が、「正」の区間における無効電力の絶対値から、「負」の区間における無効電力の絶対値を減算し、該減算値を、周波数演算値とｄ軸電流検出値との乗算値で、除算演算することにより、モータの誘起電圧係数値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４】
ｄ軸およびｑ軸の電流指令値および電流検出値，周波数演算値およびモータ定数の設定値とにより、電力変換器の出力電圧値を制御し、前記電力変換器の出力電圧値と電流検出値とから求めた有効電力あるいは無効電力と、周波数演算値および電流検出値を用いて、前記モータ定数を同定する永久磁石同期モータのベクトル制御装置であって、
中高速域では、ｄ軸電流指令値を「正」と「負」および「ゼロ」の少なくても３段階に設定する区間を設け、
ｄ軸電流指令値が、「正」の区間における無効電力の絶対値と「負」の区間における無効電力の絶対値および「ゼロ」の区間における無効電力の絶対値の２倍相当とを加算し、該加算値を、周波数演算値とｄ軸電流検出値を２乗した値との乗算値の２倍相当で、除算演算することにより、モータのｄ軸インダクタンス値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５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
電力変換器の出力電圧値は、ｄ軸およびｑ軸の電流指令値と電流検出値から演算した第２の電流指令値，電動機定数および周波数演算値とから、演算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６】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
電力変換器の出力電圧値は、第１のｄ軸およびｑ軸の電流指令値，周波数演算値およびモータ定数とを用いて演算されたベクトル制御演算部の出力値と、モータの電流検出値が前記第１の電流指令値に追従するように制御された電流制御演算部の出力値との加算値であ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７】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
同定演算により得られたモータ定数を用いて、電力変換器の出力電圧値の演算に用いるモータ定数の設定値を修正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】
請求項５において、
同定演算により得られたモータ定数を用いて、第２の電流指令値を演算する制御ゲインを修正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９】
請求項６において、
同定演算により得られたモータ定数を用いて、電流制御演算部の出力値を演算する制御ゲインを修正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１０】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記電流検出値は、電力変換器の入力母線直流電流検出値からモータ電流を再現した電流であることを特徴とする永久磁石同期電動機のベクトル制御装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の永久磁石同期モータのベクトル制御装置と前記電力変換器を有するインバータモジュールにおいて、
前記電力変換器の出力電圧値と電流検出値から求めた有効電力あるいは無効電力と、周波数演算値および電流検出値とを用いて、
前記モータ定数を同定することを特徴とするインバータモジュール。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の永久磁石同期モータのベクトル制御装置と表示装置とを有する永久磁石同期電動機モータ定数表示システムにおいて、
前記電力変換器の出力電圧値と電流検出値とから求めた有効電力あるいは無効電力と、周波数演算値および電流検出値を用いて、モータ定数を求めるモータ定数演算部を有し、前記モータ定数を表示装置で表示することを特徴とする永久磁石同期電動機モータ定数表示システム。
【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方式に係わる。
【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としては、特開２００１−１４５３９９号公報記載のように、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記載されている。
【０００３】
（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。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４５３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２００１−１４５３９９号公報記載の方法では、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、「モータ定数の同定精度」が劣化し、制御特性の劣化につながる課題が懸念される。
【０００６】
本発明の目的は、検出器などを新たに付加せず、「高精度，高応答なトルク制御」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】
【０００７】
上記の課題を解決する一つの手段として、本発明はｄ軸およびｑ軸の電流指令値および電流検出値，周波数演算値およびモータ定数の設定値とにより、電力変換器の出力電圧値を制御し、前記電力変換器の出力電圧値と電流検出値とから求めた有効電力あるいは無効電力と、周波数演算値および電流検出値を用いて、前記モータ定数を同定する永久磁石同期モータのベクトル制御装置であって、低速域では、ｄ軸電流指令値を「正」又は「負」と、「ゼロ」との少なくとも２段階に設定する区間を設け、ｄ軸電流指令値が、「正」又は「負」の区間における有効電力の絶対値から、「ゼロ」の区間における有効電力の絶対値を減算し、該減算値を、「正」もしくは「負」のｄ軸電流検出値を２乗した値で、除算演算することにより、前記モータの抵抗値を同定することを特徴とする。
【０００８】
上記の課題を解決する他の一つの手段として、本発明はｄ軸およびｑ軸の電流指令値および電流検出値，周波数演算値およびモータ定数の設定値とにより、電力変換器の出力電圧値を制御し、前記電力変換器の出力電圧値と電流検出値とから求めた有効電力あるいは無効電力と、周波数演算値および電流検出値を用いて、前記モータ定数を同定する永久磁石同期モータのベクトル制御装置であって、中高速域では、ｄ軸電流指令値を「零」に設定し、無効電力の絶対値を、周波数演算値とｑ軸電流検出値を２乗した値との乗算値で、除算演算することにより、前記モータのｑ軸インダクタンス値を同定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高精度，高応答なトルク制御を実現する永久磁石同期モータのベクトル制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、永久磁石同期モータのベクトル制御方式に係わり、実運転の直前や実運転中において、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、高精度，高応答なトルク制御を実現する技術に関するものである。
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１２】
［第１の実施例］
図１は、本発明の一実施例である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。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は電動機の位置θを検出できる位置検出器、５は位置検出値θｃから周波数演算値ω1*を演算する周波数演算部、６は３相交流の電流検出値Ｉｕｃ，Ｉｖｃ，Ｉｗｃと位置検出値θｃからｄ軸およびｑ軸の電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃを出力する座標変換部、７は第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ* を設定するｄ軸電流指令設定部、８は第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、中間的な第２の電流指令値Ｉｄ**を出力するｄ軸電流指令演算部、９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、中間的な第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ**を出力するｑ軸電流指令演算部、１０は電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*と電流検出値Ｉｄｃ，
Ｉｑｃより、永久磁石同期モータ１の無効電力と有効電力を演算し、無効電力演算値Ｐｃと有効電力演算値Ｑｃを出力する電力演算部、１１は無効電力Ｐｃ，有効電力Ｑｃと電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃより、永久磁石同期モータ１の、抵抗の同定値Ｒ＾、ｄ軸およびｑ軸インダクタンスの同定値Ｌｄ＾，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は中間的な第２のｄ軸およびｑ軸の電流指令値Ｉｄ**，Ｉｑ**と周波数演算値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（Ｒ＾，Ｌｄ＾，Ｌｑ＾，Ｋｅ＾）を用いて、電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*を出力するベクトル制御演算部、１３は電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*と位置検出値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。
【００１３】
最初に、永久磁石同期モータのベクトル制御装置における、電圧と位相の基本的な制御方法について述べる。
【００１４】
電圧制御の基本動作は、ｄ軸およびｑ軸の電流指令演算部８および９において、上位から与えられる第１の電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*と電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃを用いて、ベクトル制御演算に用いる中間的な第２の電流指令値Ｉｄ**，Ｉｑ**を演算する。
【００１５】
ベクトル制御演算部１２では、第２の電流指令値Ｉｄ**，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）に示す電圧指令値Ｖｄ**，Ｖｑ**を演算し、電力変換器の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｖ*を制御する。
【００１６】
【数１】
0004730073.tif 000002
【００１７】
ここに、Ｒ：抵抗値，Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス値，Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス値，
Ｋｅ：誘起電圧係数、＊：設定値である。
【００１８】
一方、位相制御の基本動作については、位置検出器４において、永久磁石同期モータ１の位置検出値θｃを得る。周波数演算部５では、この位置検出値θｃから、数（２）に示す周波数演算値ω1*を演算する。
【００１９】
【数２】
0004730073.tif 000003
【００２０】
また、座標変換部６と１３の基準位相を位置検出値θｃとすることにより、永久磁石同期モータ１の位相を制御する。
【００２１】
以上が、永久磁石同期モータのベクトル制御装置における電圧制御と位相制御の基本動作である。
【００２２】
次に、本発明の特徴であるモータ定数同定演算部１１を設けない場合（モータ定数の設定値はＲ*，Ｌｄ*，Ｌｑ*，Ｋｅ*）における制御特性について述べる。
【００２３】
図１の制御装置において、モータ定数の設定誤差が存在する場合の電流ステップ応答特性を、図２，図３に示す。
【００２４】
図２は、永久磁石同期モータ１のｄ軸およびｑ軸のインダクタンス値Ｌｄ，Ｌｑと、ベクトル制御演算部１２に設定する設定値Ｌｄ*，Ｌｑ*が一致している場合（Ｌｄ* ＝Ｌｄ，Ｌｑ*＝Ｌｑ）の特性である。
【００２５】
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、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軸の電流検出値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している様子がわかる。
【００２６】
一方、モータのインダクタンス値Ｌｄ，Ｌｑと設定値Ｌｄ*，Ｌｑ*が一致していない場合（Ｌｄ*＝０.５×Ｌｄ，Ｌｑ*＝０.５×Ｌｑ）の特性である図３では、指令値Ｉｑ* に対して、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃの追従は遅くなっており、オーバーシュートも発生している様子がわかる。
【００２７】
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が劣化し、最終的にトルク応答，トルク精度の劣化につながる問題となる。
【００２８】
以下、永久磁石同期モータ１の有効電力と無効電力を利用した「モータ定数の同定原理」について説明を行う。
【００２９】
永久磁石同期モータ１のｄ軸およびｑ軸上での印加電圧Ｖｄ，Ｖｑは、モータ電流Ｉｄ，Ｉｑとモータ定数を用いて表すと、
【００３０】
【数３】
0004730073.tif 000004
最初に、有効電力Ｐに着目した「抵抗Ｒの同定原理」について説明する。
【００３１】
永久磁石同期モータ１の有効電力Ｐは、数（４）で示すことができる。
【００３２】
【数４】
0004730073.tif 000005
【００３３】
ここで、数（３），（４）より、
【００３４】
【数５】
0004730073.tif 000006
また、制御側で演算した有効電力をＰｃとすると、
【００３５】
【数６】
0004730073.tif 000007
モータ軸と制御軸が一致しているとし（有効電力Ｐと有効電力演算値Ｐｃは一致し）、数（５）において、モータ電流Ｉｄ，Ｉｑを電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃ、モータ周波数ω1を周波数演算値ω1*と置くと、
【００３６】
【数７】
0004730073.tif 000008
数（７）において、周波数演算値ω1*が「ゼロ」付近であれば、
【００３７】
【数８】
0004730073.tif 000009
ここで、第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ* を「ゼロ」と「正」あるいは「負」の２段間に設定する区間を設けた場合、各々に発生した有効電力をＰｃ[Idc=0]，Ｐｃ[Idc≠0]として、数（９）の演算を行うと、
【００３８】
【数９】
0004730073.tif 000010
数（１０）より、抵抗Ｒの同定値をＲ＾を演算することができる。
【００３９】
【数１０】
0004730073.tif 000011
【００４０】
次に、無効電力Ｑに着目した「ｄ軸およびｑ軸のインダクタンスＬｄ，Ｌｑと誘起電圧係数Ｋｅの同定原理」について説明する。
【００４１】
永久磁石同期モータ１の無効電力Ｑは、数（１１）で示すことができる。
【００４２】
【数１１】
0004730073.tif 000012
【００４３】
ここで、数（３），（１１）より、
【００４４】
【数１２】
0004730073.tif 000013
また、制御側で演算する無効電力をＱｃとすると、
【００４５】
【数１３】
0004730073.tif 000014
ここで、モータ軸と制御軸が一致しているものとし、数（１２）において、モータ電流
Ｉｄ，Ｉｑを電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃ，モータ周波数ω1 を周波数演算値ω1*とすると、
【００４６】
【数１４】
0004730073.tif 000015
数（１４）において、無効電力演算値Ｑｃには、モータ定数のｄ軸およびｑ軸のインダクタンスＬｄ，Ｌｑと誘起電圧係数Ｋｅが含まれていることがわかる。
【００４７】
一番目に、「ｑ軸インダクタンスＬｑの同定原理」について説明する。
【００４８】
図１におけるｄ軸電流指令設定部７において、ｄ軸電流指令値Ｉｄ* を「ゼロ」に設定し、この時、電力演算部１０で演算される無効電力演算値ＱｃをＱｃ[Idc=0]とすると、
【００４９】
【数１５】
0004730073.tif 000016
ｑ軸インダクタンスＬｑの同定値Ｌｑ＾は、数（１６）より演算することができる。
【００５０】
【数１６】
0004730073.tif 000017
【００５１】
二番目には、「誘起電圧係数Ｋｅの同定原理」について説明する。
【００５２】
第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ*を、「正」と「負」の２段間に設定する区間を設けて設定した場合、各々の区間において演算した無効電力演算値Ｑｃ[Idc>0]，Ｑｃ[Idc<0]を用いて、数（１７）の演算を行うと、
【００５３】
【数１７】
0004730073.tif 000018
誘起電圧係数Ｋｅの同定値Ｋｅ＾は、数（１８）より演算することができる。
【００５４】
【数１８】
0004730073.tif 000019
【００５５】
三番目には、「ｄ軸インダクタンスＬｄの同定原理」について説明する。今度は、無効電力演算値Ｑｃ[Idc>0]，Ｑｃ[Idc<0]を用いて、数（１９）の演算を行うと、
【００５６】
【数１９】
0004730073.tif 000020
ここで、数（１５）と数（１９）より、
【００５７】
【数２０】
0004730073.tif 000021
ｄ軸インダクタンスＬｄの同定値Ｌｄ＾は、数（２１）より演算することができる。
【００５８】
【数２１】
0004730073.tif 000022
【００５９】
以上が、「モータ定数の同定原理」についての説明である。
【００６０】
ここで、本発明の特徴的である「モータ定数同定演算部１１の構成」を、図１，図４，図５を用いて説明する。
【００６１】
最初に、本発明の特徴である「低速域」の区間で実行する「抵抗Ｒの同定演算」について説明する。
【００６２】
図４において、周波数演算値ω1*は、「低速域」区間を判断する信号発生部１１１に入力される。信号発生部１１１では、ω1* と低速域検出レベル（low_mod_lvl）とを比較して、数（２２）の関係で、判定フラグ（low_mod_flg）を作成する。
【００６３】
【数２２】
0004730073.tif 000023
【００６４】
判定フラグが「１」の時に、低速域と判断し、抵抗Ｒの同定演算を行う。
【００６５】
ここで、低速域検出レベルは、モータ定格回転数の数％以下の値である。
【００６６】
また、図１のｄ軸電流指令設定部７では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*を「ゼロ」と「正」
（あるいは「負」）の少なくとも２段階に設定する。
【００６７】
次に、「抵抗Ｒの同定演算」の具体的内容について、図５を用いて説明する。
【００６８】
減算部１１２には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ* を「正」に設定した時の電力演算部１０の出力信号である有効電力演算値Ｐｃ[Idc≠0]と、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*を「ゼロ」に設定した時の電力演算部１０の出力信号である演算したＰｃ[Idc=0] が入力され、その出力信号は、乗算部１１３の出力信号であるｄ軸電流検出値Ｉｄｃを２乗した値と共に、除算部114に入力される。除算部１１４の出力信号が抵抗Ｒの同定値Ｒ＾となる。
【００６９】
二番目に、「中高速域」の区間で実行する「ｄ軸およびｑ軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑと誘起電圧係数Ｋｅとの同定演算」について、図６から図１０を用いて説明する。
【００７０】
周波数演算値ω1*は、「中高速域」区間を判断する信号発生部１１５に入力される。信号発生部１１５では、ω1*と中高速域検出レベル(high_mod_lvl)とを比較して、数(２３)の関係で、判定フラグ（high_mod_flg）を作成する。
【００７１】
【数２３】
0004730073.tif 000024
【００７２】
判定フラグが「１」の時、「高速域」区間と判断し、「インダクタンス値と誘起電圧係数」の同定演算を行う。ここで、高速域検出レベルは、モータ定格回転数の１０％程度以上の値である。
【００７３】
図７に、第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ* の設定パ ターンと３つ（Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）の同定区間の関係を示す。
【００７４】
Ｉｄｃが「零」の区間(Ａ区間)では、ｑ軸インダクタンスＬｑを同定し、次に、Ｉｄｃを「正」と「負」の区間（Ｂ区間）では、ｄ軸のインダクタンス値Ｌｄと誘起電圧係数
Ｋｅを同定する。
【００７５】
図８〜図１０を用いて、この説明を行う。
【００７６】
最初に、「ｑ軸インダクタンスＬｑの同定演算」について、図８を用い説明する。
【００７７】
乗算部１１６では、ｄ軸電流検出値Ｉｄｃが入力され、Ｉｄｃを２乗した値が出力される。乗算部１１７には、周波数演算値ω1*と乗算部１１６の出力信号が入力される。
【００７８】
除算部１１８には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ* を「ゼロ」に設定した時の電力演算部１０の出力信号であるＱｃ[Idc=0]と乗算部１１７の出力信号が入力される。
【００７９】
除算部１１８の出力信号が、ｑ軸インダクタンスＬｑの同定値Ｌｑ＾となる。
【００８０】
二番目に、「誘起電圧係数Ｋｅの同定演算」について、図９を用い説明する。
【００８１】
減算部１１９には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ* を「正」に設定した時の電力演算部１０の出力である無効電力Ｑｃ[Idc>0]と、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*を「負」に設定した時の電力演算部１０の出力であるＱｃ[Idc<0] が入力され、その出力信号は、絶対値演算部１１１０に入力される。
【００８２】
また、乗算部１１１１にはｄ軸電流検出値Ｉｄｃと周波数演算値ω1*が入力され、その出力信号は定数値１１１２である「２」を乗じて、先程の絶対値演算部１１１０の出力信号と共に、除算部１１１３に入力される。
【００８３】
除算部１１１３の出力信号が、誘起電圧係数Ｋｅの同定値Ｋｅ＾となる。
【００８４】
三番目に、「ｄ軸インダクタンスＬｄの同定演算」について、図１０を用い説明する。減算部１１１４には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ* を「正」に設定した時の電力演算部１０の出力である無効電力Ｐｃ[Idc>0]と、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*を「負」に設定した時の電力演算部１０の出力であるＰｃ[Idc<0]および、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*を「ゼロ」に設定した時の電力演算部１０の出力であるＰｃ[Idc=0] に定数値１１１５である「２」を乗じた値とが入力される。その出力信号は、絶対値演算部１１１６に入力される。
【００８５】
また、乗算部１１１７では、ｄ軸電流検出値Ｉｄｃが入力され、Ｉｄｃを２乗した値が出力される。乗算部１１１８には、周波数演算値ω1*と乗算部１１１７の出力信号が入力される。その出力信号は定数値１１１９である「２」を乗じて、先程の絶対値演算部1116の出力信号と共に、除算部１１２０に入力される。
【００８６】
除算部１１２０の出力信号が、ｄ軸インダクタンスＬｄの同定値Ｌｄ＾となる。
【００８７】
ここで、ベクトル制御演算部１２では、演算により求めた永久磁石同期モータ１の同定値を使って、数（２４）に示す電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*を演算し、電力変換器の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｖ* を制御することにより、実運転の直前や実運転中において、高精度，高応答なトルク制御を実現する永久磁石同期モータのベクトル制御装置を提供できる。
【００８８】
【数２４】
0004730073.tif 000025
【００８９】
[第２の実施例]
第１の実施例では、モータ定数同定演算部１１の出力値 (Ｒ＾,Ｌｄ＾,Ｌｑ＾,Ｋｅ＾)を用いて、ベクトル制御演算部１２のモータ定数を設定する方式であったが、１１の出力値を用いて第２のｄ軸およびｑ軸の電流指令演算部８ａ，９ａの制御ゲインの修正にも適用することができる。
【００９０】
図１１に、この実施例を示す。図において、１〜７，１０〜１３，２１は図１のものと同一物である。
【００９１】
数（２５）に示すように、同定したモータ定数（Ｒ＾，Ｌｄ＾，Ｌｑ＾）を用いて、電流指令演算部８ａ，９ａの制御ゲイン（Ｋｐ＿ｄ，Ｋｉ＿ｄ，Ｋｐ＿ｑ，Ｋｉ＿ｑ）を修正すれば、高精度，高応答なトルク制御系を実現することができる。
【００９２】
【数２５】
0004730073.tif 000026
【００９３】
ここで、Ｋｐ＿ｄ：第２のｄ軸電流指令演算用の比例ゲイン、Ｋｉ＿ｄ：積分ゲイン、Ｋｐ＿ｑ：第２のｑ軸電流指令演算用の比例ゲイン、Ｋｉ＿ｑ：積分ゲイン、ωc_acr ：電流制御応答角周波数［ｒａｄ／ｓ］である。
【００９４】
[第３の実施例]
図１２は、本発明の他の実施例を示す。本実施例は、上位から与えられる電流指令値と電流検出値の偏差で、ベクトル制御演算の出力値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*を補正する永久磁石同機モータのベクトル制御装置である。
【００９５】
図において、１〜７，１０，１１，１３，２１は図１のものと同一物である。８ｂはｄ軸電流指令値Ｉｄ *とｄ軸電流検出値Ｉｄｃが一致するようにｄ軸の補正電圧ΔＶｄを演算するｄ軸電流制御演算部、９ｂはｑ軸電流指令値Ｉｑ *とｑ軸電流検出値Ｉｑｃが一致するようにｑ軸の補正電圧ΔＶｑを演算するｑ軸電流制御演算部、１２′はｄ軸およびｑ軸の電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*と周波数演算値ω1*およびモータ定数同定演算部１１の出力値である（Ｒ＾，Ｌｄ＾，Ｌｑ＾，Ｋｅ＾）を用いて、電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*を出力するベクトル制御演算部である。
【００９６】
先の実施例で示した図１との相違点は、ｄ軸およびｑ軸の電流制御演算部８ｂ，９ｂでは、上位から与えられる電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*に電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃが一致するように、電圧補正値ΔＶｄ，ΔＶｑを演算していることにある。
【００９７】
またベクトル制御演算部１２′では、電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*と周波数指令値ω1*およびモータ定数の同定値を用いて、数（２６）に示す電圧指令の基準値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*を演算し、
【００９８】
【数２６】
0004730073.tif 000027
数（２７）で示すように、電力変換器の電圧指令値Ｖｄｃ*′，Ｖｑｃ*′を演算している点にある。
【００９９】
【数２７】
0004730073.tif 000028
【０１００】
このようなベクトル制御演算においても、前記実施例と同様に動作し、同様の効果が得られることは明らかである。
【０１０１】
[第４の実施例]
第３の実施例では、モータ定数同定演算部１１の出力値（Ｒ＾,Ｌｄ＾,Ｌｑ＾,Ｋｅ＾)を用いて、ベクトル制御演算部１２′のモータ定数を設定する方式であったが、１１の出力値を用いて、ｄ軸およびｑ軸の電流指令演算部８ｃ，９ｃの制御ゲインの修正にも適用することができる。
【０１０２】
図１３に、この実施例を示す。図において、１〜７，１０，１１，１２′，１３，２１は図１２のものと同一物である。
【０１０３】
数（２８）に示すように、同定したモータ定数（Ｒ＾，Ｌｄ＾，Ｌｑ＾）を用いて、電流指令演算部８ｃ，９ｃの制御ゲイン（Ｋｐ＿ｄ１，Ｋｉ＿ｄ１，Ｋｐ＿ｑ１，Ｋｉ＿
ｑ１）を修正すれば、高精度，高応答なトルク制御系を実現することができる。
【０１０４】
【数２８】
0004730073.tif 000029
【０１０５】
ここで、Ｋｐ＿ｄ１：ｄ軸電流制御演算用の比例ゲイン、Ｋｉ＿ｄ１：積分ゲイン、
Ｋｐ＿ｑ１：ｑ軸電流制御演算用の比例ゲイン、Ｋｉ＿ｑ１：積分ゲイン、ωc＿ａｃｒ ：電流制御応答角周波数［ｒａｄ／ｓ］である。
【０１０６】
[第５の実施例]
第１の実施例では、高価な電流検出器３で３相の交流電流Ｉｕ〜Ｉｗを検出する方式であったが、安価な電流検出を行う制御装置においても適用することができる。
【０１０７】
図１４に、この実施例を示す。図において、１，２，４〜１３，２１は図１のものと同一物である。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を推定する電流再現部である。
【０１０８】
この推定電流値Ｉｕ＾，Ｉｖ＾，Ｉｗ＾を用いて、座標変換部６において、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃを演算する。このような電流センサレス・システムにおいても安価でありながら、前記実施例と同様に動作し、同様の効果が得られることは明らかである。
【０１０９】
また、第２，第３，第４の実施例に適用しても、安価でありながら、前記実施例と同様に動作し、同様の効果が得られることは明らかである。
【０１１０】
[第６の実施例]
図１５を用いて本発明をモジュールに適用した例について説明する。本実施例は、第６実施例の実施形態を示すものである。
【０１１１】
ここで、周波数演算部５，座標変換部６，ｄ軸電流指令設定部７，ｄ軸電流指令演算部８，ｑ軸電流指令演算部９，電力演算部１０，モータ定数同定演算部１１，ベクトル制御演算部１２，座標変換部１３は１チップマイコンを用いて構成している。
【０１１２】
また、前記１チップマイコンと電力変換器は、同一基板上で構成される１モジュール内に納められている形態となっている。ここでいうモジュールとは「規格化された構成単位」という意味であり、分離可能なハードウェア／ソフトウェアの部品から構成されているものである。尚、製造上、同一基板上で構成されていることが好ましいが、同一基板に限定はされない。これより、同一筐体に内蔵された複数の回路基板上に構成されても良い。他の実施例においても同様の形態構成をとることができる。
【０１１３】
[第７の実施例]
これまでの実施例では、モータ定数をモータ定数同定演算部１１を演算し、ベクトル制御演算部のモータ定数を同定していたが、モータ定数をモータ定数同定演算部１１で演算し、それを表示することも考えられる。
【０１１４】
これにより、永久磁石モータの特性の変化を可視化することができる。また、可視化することのより永久磁石モータの劣化度を認識することもができる。そして、ある程度劣化するとモータを交換する時期がわかるという効果も奏します。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の一実施例を示す永久磁石モータのベクトル制御装置の構成図。
【図２】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が一致している場合の電流制御特性（Ｌｄ*＝Ｌｄ，Ｌｑ*＝Ｌｑ）。
【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が一致していない場合の電流制御特性（Ｌｄ*＝０.５×Ｌｄ，Ｌｑ*＝０.５×Ｌｑ）。
【図４】図１の制御装置におけるモータ定数同定演算部１１の説明図。
【図５】図１の制御装置におけるモータ定数同定演算部１１の説明図
【図６】図１の制御装置におけるモータ定数同定演算部１１の説明図。
【図７】図１の制御装置におけるモータ定数同定演算部１１の説明図。
【図８】図１の制御装置におけるモータ定数同定演算部１１の説明図。
【図９】図１の制御装置におけるモータ定数同定演算部１１の説明図。
【図１０】図１の制御装置におけるモータ定数同定演算部１１の説明図。
【図１１】本発明の他の実施例を示す永久磁石同期モータのベクトル制御装置の構成図。
【図１２】本発明の他の実施例を示す永久磁石同期モータのベクトル制御装置の構成図。
【図１３】本発明の他の実施例を示す永久磁石同期モータのベクトル制御装置の構成図。
【図１４】本発明の他の実施例を示す永久磁石同期モータのベクトル制御装置の構成図。
【図１５】本発明の実施形態を示す構成図の一例。
【符号の説明】
【０１１６】
１…永久磁石同期モータ、２…インバータ、３…電流検出器、４…位置検出器、５…周波数演算部、６，１３…座標変換部、７…ｄ軸電流指令設定部、８，８ａ…ｄ軸電流指令演算部、８ｂ，８ｃ…ｄ軸電流制御演算部、９，９ａ…ｑ軸電流指令演算部、９ｂ，９ｃ…ｑ軸電流制御演算部、１０…電力演算部、１１…モータ定数同定演算部、１２，１２′…ベクトル制御演算部、１４…電流再現部、Ｒ＾…抵抗Ｒの同定値、Ｋｅ＾…誘起電圧係数Ｋｅの同定値、Ｌｄ＾…ｄ軸インダクタンスＬｄの同定値、Ｌｑ＾…ｑ軸インダクタンスＬｑの同定値、Ｉｄ*…第１のｄ軸電流指令値、Ｉｄ**…第２のｄ軸電流指令値、Ｉｑ*…第１のｑ軸電流指令値、Ｉｑ**…第２のｑ軸電流指令値、Ｖｄ**…ｄ軸の電圧指令値、Ｖｑ**…ｑ軸の電圧指令値、ω1*…周波数演算値、ＩDC…入力直流母線電流検出値。
【図１】
0004730073.tif 000030
【図２】
0004730073.tif 000031
【図３】
0004730073.tif 000032
【図４】
0004730073.tif 000033
【図５】
0004730073.tif 000034
【図６】
0004730073.tif 000035
【図７】
0004730073.tif 000036
【図８】
0004730073.tif 000037
【図９】
0004730073.tif 000038
【図１０】
0004730073.tif 000039
【図１１】
0004730073.tif 000040
【図１２】
0004730073.tif 000041
【図１３】
0004730073.tif 000042
【図１４】
0004730073.tif 000043
【図１５】
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