(57)【要約】【課題】正確な電流推定、誘起電圧補償ができ、速度制御性能を向上できる同期電動機の制御方法および制御装置を提供する。【解決手段】トルク電流指令と電流フィードバック信号よりトルク電圧指令を生成する同期電動機の電流制御方法において、電流フィードバック信号として、実速度と推定速度の誤差を補正する補正項を有するオブザーバを用いて推定した電流信号を用いることを特徴とする同期電動機の電流制御方法。  【選択図】    図１
2005124359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク電流指令と電流フィードバック信号よりトルク電圧指令を生成する同期電動機の電流制御方法において、
前記電流フィードバック信号として、実速度と推定速度の誤差を補正する補正項を有するオブザーバを用いて推定した電流信号を用いることを特徴とする同期電動機の電流制御方法。
【請求項２】
励磁電流指令およびトルク電流指令と電流フィードバック信号より励磁電圧指令およびトルク電圧指令を生成する電流制御部を有する同期電動機の電流制御装置において、
前記電流制御部において使用する電流フィードバック信号に、
実速度と推定速度の誤差を補正する補正項を有するオブザーバを用いて推定した電流信号を用いることを特徴とする同期電動機の電流制御装置。
【請求項３】
前記オブザーバを同期電動機に印加されるトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成する外乱補償オブザーバとしたことを特徴とする請求項１記載の同期電動機の電流制御方法。
【請求項４】
前記オブザーバを同期電動機に印加されるトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成する外乱補償オブザーバとしたことを特徴とする請求項２記載の同期電動機の電流制御装置。
【請求項５】
前記オブザーバで推定する電流を次式で求める請求項１記載の同期電動機の電流制御方法。
【数１】
2005124359.tif 000022
ここで、ωe（ｋ）は角速度信号３とし、Vq（ｋ）は電流制御部で計算されたとおりの電圧が同期電動機に印加されると考えると、Vq（ｋ）=Vq（トルク電圧）指令４とすればよい。また、ｋ１、ｋ２はオブザーバのゲインであり、式（７）、式（８）で計算される。
【数２】
2005124359.tif 000023
【請求項６】
前記推定速度であるオブザーバ推定速度ωe_ob（ｋ）を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることを特徴とする請求項１又は５記載の同期電動機の電流制御方法。
【請求項７】
前記外乱補償オブザーバのＩｑ外乱補償オブザーバ電流を次式で求めることを特徴とする請求項３記載の同期電動機の電流制御方法。
【数３】
2005124359.tif 000024
ここで、ωe（ｋ）は角速度信号３とし、Vq（ｋ）は電流制御部で計算された通りの電圧が同期電動機に印加されると考えると、Vq（ｋ）=Vq（トルク電圧）指令４とすればよい。また、ｋ３、ｋ４、ｋ５はオブザーバのゲインであり、式（１３）、式（１４）、式（１５）で計算される。
【数４】
2005124359.tif 000025
【請求項８】
前記外乱補償オブザーバの推定速度を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることを特徴とする請求項３又は７記載の同期電動機の電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電流センサ信号を用いずに同期電動機の相電流の状態を検出して同期電動機への印加電圧を制御する同期電動機の電流制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の同期電動機の電流制御方法は、同期電動機モデルより計算したId_sim,Iq_sim（以下、Idシミュレート電流、Iqシミュレート電流と呼ぶ）を電流フィードバック信号の代わりに利用して電流センサレスドライブシステムを実現している。（例えば、非特許文献１参照）。
また、同一相のスイッチング素子のデッドタイム期間中の端子電圧を検出し、検出された端子電圧から相電流の符号変化のタイミングを検出して、相電流符号が変化したタイミング信号と相印加指令電圧の符号が変化したタイミングと位相差に基づいて印加電圧を制御するように構成し、電流センサレスドライブシステムを実現しているものもある。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の方法１を図５に基づいて説明する。
図５は、従来の方法１の同期電動機速度制御システムのブロック図を示している。
図５において、１０１は速度制御部、１０２は電流制御部、１０３はｄ＿ｑ変換および二相三相変換を行うｄ＿ｑおよび二相三相変換部、１０４はデッドタイム補償部、１０５はPWM制御部、１０６は同期電動機、１０７はエンコーダ、１０８はエンコーダ１０７のエンコーダ信号１１８より同期電動機１０６のロータ回転角度位置を生成する位置検出部、１０９はエンコーダ１０７のエンコーダ信号１１８より同期電動機のロータ回転速度を生成する速度検出部、１１０は速度指令、１１１は速度検出部１０９において生成された同期電動機１０６の速度フィードバック信号、１１２  は速度検出部１０９において生成された同期電動機１０６の角速度信号、１１３  は速度制御部１０１で生成されたId（励磁電流）指令、１１４は速度制御部１０１で生成されたIq（トルク電流）指令、１１５は電流制御部１０２で生成された  Vd（励磁電圧）指令、１１６は電流制御部１０２で生成されたVq（トルク電圧）指令、１１７は電流制御部１０２で生成されたIdシミュレート電流、Iqシミュレート電流、１１８はエンコーダ１０７の信号であるエンコーダ信号、１１９は位置検出部１０８で生成された同期電動機１０６の位置信号である。
【０００４】
次に動作について説明する。同期電動機１０６を速度指令１１０で運転する場合、速度制御部１０１では速度指令１１０とエンコーダ１０７のエンコーダ信号１１８より速度検出部１０９で生成された速度フィードバック信号１１１との偏差をPI補償してIq（トルク電流）指令１１４を生成し、Iq（トルク電流）指令１１４と速度に応じて、Id（励磁電流）指令１１３を生成する。Id（励磁電流）指令１１３とIq（トルク電流）指令１１４の関係は電流のベクトル制御法によって異なるが、トルク／電流比を最大にする最大トルク制御や高速運転を実現する弱め磁束制御、高効率運転を実現する最大効率制御などが適用できる。電流制御部１０２では、Id（励磁電流）指令１１３およびIq（トルク電流）指令１１４通りの電流が流れるように、Vd（励磁電圧）指令１１５およびVq（トルク電圧）指令１１６を生成する。Id（励磁電流）指令１１３およびIq（トルク電流）指令１１４と電流フィードバック信号との偏差をPI補償して、Vd（励磁電圧）指令１１５およびVq（トルク電圧）指令１１６を生成するが、このときの電流フィードバックは同期電動機モデルより計算したIdシミュレート電流、Iqシミュレート電流１１７を用いる。ここで、Idシミュレート電流、Iqシミュレート電流１１７の計算方法を示す。
同期電動機の電圧電流方程式は式（１）である。
【０００５】
【数１】
2005124359.tif 000003
【０００６】
ただし、id,iq：励磁電流、トルク電流、Vd,Vq：励磁電圧、トルク電圧、R：電機子巻線抵抗、Ld,Lq：d,q軸インダクタンス、ωe：電気角速度、ke：誘起電圧定数、p＝d/dtである。
前記同期電動機の電圧電流方程式を離散化すると式（２）になる。
【０００７】
【数２】
2005124359.tif 000004
【０００８】
この式（２）を用いて、Idシミュレート電流、Iqシミュレート電流１１７を計算すると式（３）となる。
【０００９】
【数３】
2005124359.tif 000005
【００１０】
ここで、ωe（ｋ）はエンコーダ１０７のエンコーダ信号１１８より速度検出部１０９で生成された角速度信号１１２とし、Vd_sim,Vq_simは電流制御部１０２で計算されたとおりの電圧が同期電動機に印加されると考えると、Vd_sim=Vd（励磁電圧）指令１１５,Vq_sim=Vq（トルク電圧）指令１１６とすればよい。電流制御部１０２で生成されたVd（励磁電圧）指令１１５およびVq（トルク電圧）指令１１６は、ｄ−ｑ変換および二相三相変換部１０３で、エンコーダ１０７のエンコーダ信号１１８より位置検出部１０８で生成された位置信号１１９を用いて、ｄ−ｑ変換され、さらに二相三相変換されVu_ref、Vv_ref、Vw_refとなり、デッドタイム補償部１０４へ出力される。デッドタイム補償部１０４では、Idシミュレート電流、Iqシミュレート電流１１７をｄ−ｑ変換および二相三相変換を行い、この三相交流電流の極性に基づいてデッドタイム補償を行う。デッドタイム補償を行ったVu_out、Vv_out、Vw_outをデッドタイム補償部１０４より出力し、PWM制御部１０５においてVu_out、Vv_out、Vw_out よりゲート信号を生成し、Vu、Vv,Vwを同期電動機１０６に印加して、同期電動機１０６を駆動する。
【００１１】
次に、従来の方法２を図６に基づいて説明する。
図６は、従来の方法２の同期電動機ユニットの構成を示すブロック図を示している。
図６において、２０１は同期電動機、２０２はロータ、２０３は相電流が流れるコイルであり、u相コイル２０３u、v相コイル２０３v、w相コイル２０３wから構成されている。ロータ２０２の表面には永久磁石が配設されている。各コイル２０３はインバータ２０４に接続されて、このインバータ２０４により各コイル２０３に印加される電圧が制御されている。図６に示すように、インバータ２０４は、直流電源２０５と、三相ブリッジに構成された上側スイッチング素子群２０６（２０６u、２０６v、２０６w）と下側スイッチング素子群２０７（２０７u、２０７v、２０７w）を有している。また、インバータ２０４には、上側スイッチング素子群２０６と下側スイッチング素子群２０７における各スイッチング素子２０６u、２０６v、２０６w、２０７u、２０７v、２０７wに逆方向で並列に接続されたダイオード２０８uu、２０８vu、２０８wu、２０８ud、２０８vd、２０８wdが設けられている。上側スイッチング素子群２０６と下側スイッチング素子群２０７は、スイッチング素子変調手段であるスイッチング素子変調回路２０９に接続されており、このスイッチング素子変調回路２０９により制御されている。
また、同期電動機の制御装置には、抵抗体で分圧して各相の電圧に比例した電圧信号を出力する電圧出力手段である電圧出力回路２１０が設けられている。電圧出力回路２１０は各相の上側スイッチング素子２０６u、２０６v、２０６wと下側スイッチング素子２０７u、２０７v、２０７wとの間のコイル２０３への電流の入出力端子に印加される実際の電圧（Vu,Vv、Vw）を検出する。さらに、同期電動機の制御装置は、電圧出力回路２１０から各相の電圧信号が入力される電流符号変化検出手段である電流符号変化検出部２１１、電圧指令手段である電圧指令部２２０及び第１の印加電圧制御手段である第１の印加電圧制御回路２１４が設けられている。
【００１２】
次に、相電流の零クロス点を通過した時を示す零クロス信号を用いて同期電動機を制御する方法について説明するロータ２０２の表面に磁石が配設される表面磁石形ロータの場合、検出された誘起電圧の位相と一致させるよう相電圧の位相を制御することにより、同期電動機の効率がよくなることが知られている。そこで、相電流の位相と誘起電圧の位相とを一致させるように次のように制御する。
従来の方法２の同期電動機の制御装置および同期電動機ユニットは、同一相のスイッチング素子のデッドタイム期間中の端子電圧を検出し、検出された端子電圧から相電流の符号変化のタイミングを検出して、相電流符号が変化したタイミング信号と相印加指令電圧の符号が変化したタイミングとの位相差に基づいて印加電圧を制御するよう構成されている。このため、従来の方法２の同期電動機の制御装置及び同期電動機ユニットは、同期電動機のロータ位置に応じた電圧を印加することができ、高精度なモータ駆動が可能となる。したがって、従来の方法２によれば、誘起電圧を検出するために通電しない期間を設定する必要がなく、電流センサレスで連続通電を実現することができ、高効率で低振動の同期電動機の制御装置及び同期電動機ユニットが提供できる。
【特許文献１】特開２０００−８３３９７号公報（第９−１６頁、第１図）
【非特許文献１】森本茂雄、木下健次、武田洋次著「低分解能位置センサのみによる同期モータの電流センサレスドライブシステム」、（社）電気学会論文誌D産業応用部門誌、2001年11月1日p.1126-1133
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の電流制御方法１では同期電動機モデルより計算したIdシミュレート電流、Iqシミュレート電流を利用するので、同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値にずれがあるとIdシミュレート電流、Iqシミュレート電流を正しく生成できなかった。
また、相電流符号が変化したタイミング信号と相印加指令電圧の符号が変化したタイミングと位相差に基づいて印加電圧を制御する方法では、電圧出力回路を必要とするので高価となった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁石の磁力のバラツキや同期電動機運転中の温度変化等によって生じる同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値のずれが発生しても、PWM制御によって発生するトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差を抑え、電流を正確に推定でき、正確な誘起電圧補償ができ、速度制御性能を向上できる同期電動機の制御方法および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】
【００１４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成した。
【００１５】
請求項１に記載の発明は、トルク電流指令と電流フィードバック信号よりトルク電圧指令を生成する同期電動機の電流制御方法において、前記電流フィードバック信号として電流センサ信号を用いず、実速度と推定速度の誤差を補正する補正項を有するオブザーバを用いて推定した電流信号を用いることを特徴とするものである。
このようになっているため、磁石の磁力のバラツキや同期電動機運転中の温度変化等によって生じる同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値のずれの影響を抑え、電流を推定することができ、かつコストが低減できる。また、オブザーバ推定速度ωe_ob（ｋ）を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることで、正確な誘起電圧補償が可能となり、速度制御性能を向上できる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、励磁電流指令およびトルク電流指令と電流フィードバック信号より励磁電圧指令およびトルク電圧指令を生成する電流制御部を有する同期電動機の電流制御装置において、前記電流制御部において使用する電流フィードバック信号に、実速度と推定速度の誤差を補正する補正項を有するオブザーバを用いて推定した電流信号を用いることを特徴とするものである。
このようになっているため、磁石の磁力のバラツキや同期電動機運転中の温度変化等によって生じる同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値のずれの影響を抑え、電流を推定することができ、かつコストが低減できる。また、オブザーバ推定速度ωe_ob（ｋ）を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることで、正確な誘起電圧補償が可能となり、速度制御性能を向上できる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、前記オブザーバを同期電動機に印加されるトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成する外乱補償オブザーバとしたことを特徴とするものである。
このようになっているため、磁石の磁力のバラツキや同期電動機運転中の温度変化等によって生じる同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値のずれの影響やPWM制御によって発生するトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差を請求項１記載の方法よりもさらに抑えることが可能であり、電流を正確に推定することができ、かつコストが低減できる。また、
【００１８】
【数４】
2005124359.tif 000006
【００１９】
を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることで、正確な誘起電圧補償が可能となり、速度制御性能を向上できる。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、前記オブザーバを同期電動機に印加されるトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成する外乱補償オブザーバとしたことを特徴とするものである。
このようになっているため、磁石の磁力のバラツキや同期電動機運転中の温度変化等によって生じる同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値のずれの影響やPWM制御によって発生するトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差を請求項２記載の装置よりもさらに抑えることが可能であり、電流を正確に推定することができ、かつコストが低減できる。また、
【００２１】
【数５】
2005124359.tif 000007
【００２２】
を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることで、正確な誘起電圧補償が可能となり、速度制御性能を向上できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の同期電動機の電流制御方法によれば、オブザーバの補正項により実際の同期電動機の速度とオブザーバで計算される推定速度との誤差を補正しながらIdオブザーバ電流、Iqオブザーバ電流を生成していくので、磁石の磁力のバラツキや同期電動機運転中の温度変化等によって生じる同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値のずれの影響を抑え、電流を推定することができ、かつコストが低減できる。また、オブザーバ推定速度ωe_ob（ｋ）を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることで、正確な誘起電圧補償が可能となり、速度制御性能を向上できる。
【００２４】
また、請求項２に記載の同期電動機の電流制御装置によれば、電流制御部のオブザーバの補正項により実際の同期電動機の速度とオブザーバで計算される推定速度との誤差を補正しながらIdオブザーバ電流、Iqオブザーバ電流を生成していくので、磁石の磁力のバラツキや同期電動機運転中の温度変化等によって生じる同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値のずれの影響を抑え、電流を推定することができ、かつコストが低減できる。また、オブザーバ推定速度ωe_ob（ｋ）を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることで、正確な誘起電圧補償が可能となり、速度制御性能を向上できる。
【００２５】
また、請求項３に記載の同期電動機の電流制御方法によれば、同期電動機に印加されるトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成した外乱補償オブザーバの補正項により実際の同期電動機の速度とオブザーバで計算される推定速度との誤差を補正しながらId外乱補償オブザーバ電流、Iq外乱補償オブザーバ電流を生成していくので、磁石の磁力のバラツキや同期電動機運転中の温度変化等によって生じる同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値のずれの影響やPWM制御によって発生するトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差を請求項１記載の方法よりもさらに抑えることが可能であり、電流を正確に推定することができ、かつコストが低減できる。また、
【００２６】
【数６】
2005124359.tif 000008
【００２７】
を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることで、正確な誘起電圧補償が可能となり、速度制御性能を向上できる。
【００２８】
また、請求項４に記載の同期電動機の電流制御装置によれば、電流制御部の同期電動機に印加されるトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成した外乱補償オブザーバの補正項により、実際の同期電動機の速度とオブザーバで計算される推定速度との誤差を補正しながらId外乱補償オブザーバ電流、Iq外乱補償オブザーバ電流を生成していくので、磁石の磁力のバラツキや同期電動機運転中の温度変化等によって生じる同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値のずれの影響やPWM制御によって発生するトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差を請求項２記載の装置よりもさらに抑えることが可能であり、電流を正確に推定することができ、かつコストが低減できる。また、
【００２９】
【数７】
2005124359.tif 000009
【００３０】
を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることで、正確な誘起電圧補償が可能となり、速度制御性能を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本発明の第１実施例を示す電流制御部、同期電動機部のブロック図である。図１において、１はオブザーバ、２はIqオブザーバ電流、３は同期電動機の角速度信号、４はVq（トルク電圧）指令、５はIq（トルク電流）指令である。３１は減算器、３２は比例アンプ、３３は積分器、３４は加算器、３５はインダクタンス要素、３６は一次遅れ要素、３７は係数器、３８は同期電動機の一次遅れ慣性要素である。前記のオブザーバ１、減算器３１、比例アンプ３２、積分器３３、加算器３４およびインダクタンス要素３５により、電流制御部７が構成されている。
次に、この動作について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。
同期電動機をＩq（トルク電流）指令５に基づいて運転する場合、図１の電流制御部７では、減算器３１で演算されたＩq(トルク電流)指令５と電流フィードバック信号との偏差を比例アンプ３２と積分器３３でＰＩ補償して、Ｖq（トルク電圧）指令４を生成する（図７のステップＳ１００〜Ｓ１２０）。このとき、電流フィードバック信号には電流センサ信号を用いず、角速度信号３に基づいてオブザーバ１により推定したＩqオブザーバ電流２を用いる。
ここで、Ｉqオブザーバ電流２および電動機のオブザーバ推定速度ωe_obの計算方法を以下に示す。
【００３３】
同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式は式（４）である。
【００３４】
【数８】
2005124359.tif 000010
【００３５】
ただし、R：電機子巻線抵抗、Lq：q軸インダクタンス、P：極対数、KT:トルク定数、J:ロータイナーシャである。
前記同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式を離散化すると式（５）になる。
【００３６】
【数９】
2005124359.tif 000011
【００３７】
ここで、ts：制御サンプリング時間である。この式（５）を用いて、Iqオブザーバ電流２を計算すると式（６）となる。
【００３８】
【数１０】
2005124359.tif 000012
【００３９】
ここで、ωe（ｋ）は角速度信号３とし、Vq（ｋ）は電流制御部で計算されたとおりの電圧が同期電動機に印加されると考えると、Vq（ｋ）=Vq（トルク電圧）指令４とすればよい。また、ｋ１、ｋ２はオブザーバのゲインであり、式（７）、式（８）で計算される。
【００４０】
【数１１】
2005124359.tif 000013
【００４１】
ここで、Ld:d軸インダクタンスである。
このようにして、同期電動機をIq（トルク電流）指令５の通りで運転することが可能である。また、オブザーバ推定速度ωe_ob（ｋ）を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることも可能である。
【実施例２】
【００４２】
図２は、本発明の第２実施例を示す同期電動機速度制御システムのブロック図である。
図２において、６は速度制御部、７は電流制御部、８はｄ−ｑ変換および二相三相変換を行うｄ−ｑおよび二相三相変換部、９はデッドタイム補償部、１０はPWM制御部、１１は同期電動機、１２はエンコーダ、１３はエンコーダ１２のエンコーダ信号２０より同期電動機１１の位置を生成する位置検出部、１４はエンコーダ１２のエンコーダ信号２０より同期電動機１１の速度を生成する速度検出部、１５は速度指令、１６は速度検出部１４において生成された同期電動機１１の速度フィードバック信号、１７は速度制御部６で生成されたIq（励磁電流）指令、１８は電流制御部７で生成された  Vd（励磁電圧）指令、１９は電流制御部７で生成されたId_ob、Iq_ob（以下、Idオブザーバ電流、Iqオブザーバ電流と呼ぶ）、２０はエンコーダ１２の出力信号であるエンコーダ信号、２１は位置検出部１３で生成された同期電動機１１の位置信号である。その他の符号は前述に同じである。
【００４３】
次に動作について説明する。
同期電動機１１を速度指令１５で運転する場合、速度制御部６では速度指令１５とエンコーダ１２のエンコーダ信号２０より速度検出部１４で生成された速度フィードバック信号１６との偏差をPI補償してIq（トルク電流）指令５を生成し、Iq（トルク電流）指令５と速度に応じて、Id（励磁電流）指令１７を生成する。Id（励磁電流）指令１７とIq（トルク電流）指令５の関係は電流のベクトル制御法によって異なるが、トルク／電流比を最大にする最大トルク制御や高速運転を実現する弱め磁束制御、高効率運転を実現する最大効率制御などが適用できる。電流制御部７では、Id（励磁電流）指令１７およびIq（トルク電流）指令５通りの電流が流れるように、Vd（励磁電圧）指令１８およびVq（トルク電圧）指令４を生成する。Id（励磁電流）指令１７およびIq（トルク電流）指令５と電流フィードバック信号との偏差をPI補償して、Vd（励磁電圧）指令１８およびVq（トルク電圧）指令４を生成するが、このときの電流フィードバックはオブザーバで計算したIdオブザーバ電流、Iqオブザーバ電流２２を用いる。ここで、Idオブザーバ電流、Iqオブザーバ電流２２の計算方法を示す。
同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式は式（４）である。
式（４）の同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式を離散化すると式（５）になる。
式（５）を用いて、Iqオブザーバ電流２２を計算すると式（６）となる。
式（６）において、ωe（ｋ）はエンコーダ１２のエンコーダ信号２０より速度検出部１４で生成された角速度信号３とし、Vq（ｋ）は電流制御部７で計算された通りの電圧が同期電動機に印加されると考えると、Vq（ｋ）=Vq（トルク電圧）指令４とすればよい。また、ｋ１、ｋ２はオブザーバのゲインであり、式（７）、式（８）で計算される。
さらに、Idオブザーバ電流は、式（９）を用いて計算する。
電流制御部７で生成されたVd（励磁電圧）指令２０およびVq（トルク電圧）指令４は、ｄ−ｑ変換および二相三相変換部８で、エンコーダ１２のエンコーダ信号２０より位置検出部１３で生成された位置信号２１を用いて、ｄ−ｑ変換され、さらに二相三相変換されVu_ref、Vv_ref、Vw_refとなり、デッドタイム補償部９へ出力される。デッドタイム補償部９では、Idオブザーバ電流、Iqオブザーバ電流２２をｄ−ｑ変換および二相三相変換を行い、この三相交流電流の極性に基づいてデッドタイム補償を行う。デッドタイム補償を行ったVu_out、Vv_out、Vw_outをデッドタイム補償部９より出力し、PWM制御部１０においてVu_out、Vv_out、Vw_out よりゲート信号を生成し、Vu、Vv,Vwを同期電動機１１に印加して、同期電動機１１を運転する。
また、オブザーバ推定速度ωe_ob（ｋ）を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることも可能である。
【実施例３】
【００４４】
図３は、本発明の第３実施例を示す電流制御部、同期電動機部のブロック図である。
図３において、２２は外乱補償オブザーバ、２３はIq外乱補償オブザーバ電流、その他の符号は第１の実施例と同じである。
【００４５】
次に動作について説明する。
同期電動機をIq（トルク電流）指令５の通りで運転する場合、図３の電流制御部では、Iq(トルク電流)指令５と電流フィードバックとの偏差をPI補償して、Vq（トルク電圧）指令４を生成する。このとき、速度フィードバック信号には電流センサ信号を用いず、外乱補償オブザーバ２２により推定したIq外乱補償オブザーバ電流２３を用いる。
ここで、Iq外乱補償オブザーバ電流２３の計算方法を示す。
同期電動機に印加されるトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱dqとすると、同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式は式（１０）である。
【００４６】
【数１２】
2005124359.tif 000014
【００４７】
ただし、R：電機子巻線抵抗、Lq：q軸インダクタンス、P：極対数、KT:トルク定数、J:ロータイナーシャである。
前記同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式を離散化すると式（１１）になる。
【００４８】
【数１３】
2005124359.tif 000015
【００４９】
ここで、ts：制御サンプリング時間である。この式（１１）を用いて、Iq外乱補償オブザーバ電流２３を計算すると式（１２）となる。
【００５０】
【数１４】
2005124359.tif 000016
ここで、ωe（ｋ）は角速度信号３とし、Vq（ｋ）は電流制御部で計算された通りの電圧が同期電動機に印加されると考えると、Vq（ｋ）=Vq（トルク電圧）指令４とすればよい。また、ｋ３、ｋ４、ｋ５はオブザーバのゲインであり、式（１３）、式（１４）、式（１５）で計算される。
【００５１】
【数１５】
2005124359.tif 000017
【００５２】
ここで、Ld:d軸インダクタンスである。
このように第１の実施例のオブザーバを同期電動機に印加されるトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成する外乱補償オブザーバとするため、第１の実施例よりも、磁石の磁力のバラツキや同期電動機運転中の温度変化等によって生じる同期電動機パラメータ（抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等）の理論値と実際値のずれの影響やPWM制御によって発生するトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差をさらに抑えることが可能であり、電流を正確に推定することができる。
このようにして、同期電動機をIq（トルク電流）指令５の通りで運転することが可能である。また、
【００５３】
【数１６】
2005124359.tif 000018
【００５４】
を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることも可能である。
【実施例４】
【００５５】
図４は、本発明の第４実施例を示す同期電動機速度制御システムのブロック図である。
図４において、２４は
【００５６】
【数１７】
2005124359.tif 000019
【００５７】
（以下、Id外乱補償オブザーバ電流、Iq外乱補償オブザーバ電流と呼ぶ）、その他の符号は前述に同じである。
【００５８】
次に動作について説明する。
同期電動機１１を速度指令１５で運転する場合、速度制御部６では速度指令１５とエンコーダ１２のエンコーダ信号２０より速度検出部１４で生成された速度フィードバック信号１６との偏差をPI補償してIq（トルク電流）指令５を生成し、Iq（トルク電流）指令５と速度に応じて、Id（励磁電流）指令１７を生成する。Id（励磁電流）指令１７とIq（トルク電流）指令５の関係は電流のベクトル制御法によって異なるが、トルク／電流比を最大にする最大トルク制御や高速運転を実現する弱め磁束制御、高効率運転を実現する最大効率制御などが適用できる。電流制御部７では、Id（励磁電流）指令１７およびIq（トルク電流）指令５通りの電流が流れるように、Vd（励磁電圧）指令１８およびVq（トルク電圧）指令４を生成する。Id（励磁電流）指令１７およびIq（トルク電流）指令５と電流フィードバック信号との偏差をPI補償して、Vd（励磁電圧）指令１８およびVq（トルク電圧）指令４を生成するが、このときの電流フィードバックは外乱補償オブザーバで計算したId外乱補償オブザーバ電流、Iq外乱補償オブザーバ電流２４を用いる。ここで、Id外乱補償オブザーバ電流、Iq外乱補償オブザーバ電流２４の計算方法を示す。
同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式は式（１０）である。
式（１０）の同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式を離散化すると式（１１）になる。
式（１１）を用いて、Iqオブザーバ電流２２を計算すると式（１２）となる。
式（１２）において、ωe（ｋ）はエンコーダ１２のエンコーダ信号２０より速度検出部  １４で生成された角速度信号３とし、Vq（ｋ）は電流制御部７で計算された通りの電圧が同期電動機に印加されると考えると、Vq（ｋ）=Vq（トルク電圧）指令４とすればよい。また、ｋ３、ｋ４、ｋ５はオブザーバのゲインであり、式（１３）、式（１４）、式（１５）で計算される。
さらに、Id外乱補償オブザーバ電流は、式（１６）を用いて計算する。
電流制御部７で生成されたVd（励磁電圧）指令２０およびVq（トルク電圧）指令４は、ｄ−ｑ変換および二相三相変換部８で、エンコーダ１２のエンコーダ信号２０より位置検出部１３で生成された位置信号２１を用いて、ｄ−ｑ変換され、さらに二相三相変換されVu_ref、Vv_ref、Vw_refとなり、デッドタイム補償部９へ出力される。デッドタイム補償部９では、Id外乱補償オブザーバ電流、Iq外乱補償オブザーバ電流２４をｄ＿ｑ変換および二相三相変換を行い、この三相交流電流の極性に基づいてデッドタイム補償を行う。デッドタイム補償を行ったVu_out、Vv_out、Vw_outをデッドタイム補償部９より出力し、PWM制御部１０においてVu_out、Vv_out、Vw_out よりゲート信号を生成し、Vu、Vv,Vwを同期電動機１１に印加して、同期電動機１１を運転する。
また、
【００５９】
【数１８】
2005124359.tif 000020
【００６０】
を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施例を示す電流制御部、同期電動機部のブロック図
【図２】本発明の第２実施例を示す同期電動機速度制御システムのブロック図
【図３】本発明の第３実施例を示す電流制御部、同期電動機部のブロック図
【図４】本発明の第４実施例を示す同期電動機速度制御システムのブロック図
【図５】従来の方法１の同期電動機速度制御システムのブロック図
【図６】従来の方法２の同期電動機ユニットの構成を示すブロック図
【図７】本発明の第１実施例におけるオブザーバ電流およびオブザーバ推定速度の算出過程をを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１  オブザーバ
２  Iqオブザーバ電流
３、１１２  角速度信号
４、１１６  Vq（トルク電圧）指令
５、１１４  Iq（トルク電流）指令
６、１０１  速度制御部
７、１０２  電流制御部
８、１０３  ｄ−ｑおよび二相三相変換部
９、１０４  デッドタイム補償部
１０、１０５  PWM制御部
１１、１０６  同期電動機
１２、１０７  エンコーダ
１３、１０８  位置検出部
１４、１０９  速度検出部
１５、１１０  速度指令
１６、１１１  速度フィードバック信号
１７、１１３  Iq（励磁電流）指令
１８、１１５  Vd（励磁電圧）指令
１９  Id_ob、Iq_ob
２０、１１８  エンコーダ信号
２１、１１９  位置信号
２２  外乱補償オブザーバ
２３  Iq外乱補償オブザーバ電流
【００６３】
【数１９】
2005124359.tif 000021
【００６４】
１１７  Id_sim、Iq_sim
２０１  同期電動機
２０２  ロータ
２０３  コイル
２０４  インバータ
２０５  直流電源
２０６  上側スイッチング素子群
２０７  下側スイッチング素子群
２０８  ダイオード
２０９  スイッチング素子変調回路
２１０  電圧出力回路
２１１  電流符号変化検出部
２１４  第１の印加電圧制御回路
２２０  電圧指令部
【図１】
2005124359.tif 000026
【図２】
2005124359.tif 000027
【図３】
2005124359.tif 000028
【図４】
2005124359.tif 000029
【図５】
2005124359.tif 000030
【図６】
2005124359.tif 000031
【図７】
2005124359.tif 000032