(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられたトルク指令を用いて電流指令を出力する電流指令演算器と、
交流電動機に流れる電流を検出して電流検出を算出する電流検出器と、
前記交流電動機の磁軸あるいは推定磁軸をｄ軸、該ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸としたｄ−ｑ座標系に対し、４５°遅らせたｄｍ−ｑｍ座標系で前記電流指令と前記電流検出の偏差（電流偏差）がゼロになるように演算して、前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令を算出する前記電流制御器と、
前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令に基づく電圧を前記交流電動機に供給して駆動するインバータ部と、
を備えることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記ｄ−ｑ座標系の電流指令を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換する座標変換器と、
前記ｄ−ｑ座標系の電流検出を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換する第２の座標変換器と、
前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令を前記ｄ−ｑ座標系に変換する座標逆変換器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記電流偏差を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換する座標変換器と、
前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令を前記ｄ−ｑ座標系に変換する座標逆変換器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記交流電動機の速度及び前記電流検出を用いて、前記ｄ−ｑ座標間の干渉項を演算する非干渉化演算器と、
前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令を前記ｄ−ｑ座標系に変換する座標逆変換器と、
前記ｄ−ｑ座標系に変換された電圧指令に前記干渉項を加算する加算器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記交流電動機の速度及び前記電流検出を用いて、前記ｄｍ−ｑｍ座標間の干渉項を演算する非干渉化演算器と、
前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令に前記干渉項を加算する加算器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記交流電動機の速度及び前記ｄ−ｑ座標系の電流検出を用いて、前記ｄ−ｑ座標間の干渉項を演算する非干渉化演算器と、
前記ｄ−ｑ座標系の電圧指令に前記干渉項を加算する加算器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記交流電動機の速度及び前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電流検出を用いて、前記ｄｍ−ｑｍ座標間の干渉項を演算する非干渉化演算器と、
前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令に前記干渉項を加算する加算器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載のインバータ装置。
【請求項８】
前記電流制御器の制御ゲインは、前記ｄｍ−ｑｍ座標系での前記交流電動機の回路定数を基に決定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項９】
前記電流制御器の制御ゲインは、所定の負荷条件における前記ｄｍ−ｑｍ座標系での前記交流電動機の回路定数を基に決定されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項１０】
前記所定の負荷条件は、前記交流電動機の定格負荷状態であることを特徴とする請求項９に記載のインバータ装置。
【請求項１１】
前記ｄｍ−ｑｍ座標系は、前記ｄ−ｑ座標系に対し４５°遅らせたことに代えて前記ｄ−ｑ座標系に対し４５°進ませたようにしたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項１２】
与えられたトルク指令を用いて電流指令を演算するステップと、
交流電動機に流れる電流を検出して電流検出を算出するステップと、
前記交流電動機の磁軸あるいは推定磁軸をｄ軸、該ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸としたｄ−ｑ座標系に対し、４５°位相が異なるｄｍ−ｑｍ座標系を定義し、
前記電流指令を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換するステップと、
前記電流検出を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換するステップと、
前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換された電流指令と前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換された電流検出の偏差（電流偏差）を演算するステップと、
前記電流偏差がゼロになるように電流制御して電圧指令を演算するステップと、
前記電圧指令を前記ｄ−ｑ座標系に変換するステップと、
前記ｄ−ｑ座標系に変換された電圧指令に基づく電圧を前記交流電動機に供給して駆動するステップと、
を備えることを特徴とするインバータ装置の電動機電流制御方法。
【請求項１３】
与えられたトルク指令を用いて電流指令を演算するステップと、
交流電動機に流れる電流を検出して電流検出を算出するステップと、
前記電流指令と前記電流検出の偏差（電流偏差）を算出するステップと、
前記交流電動機の磁軸あるいは推定磁軸をｄ軸、該ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸としたｄ−ｑ座標系に対し、４５°位相が異なるｄｍ−ｑｍ座標系を定義し、
前記電流偏差を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換するステップと、
前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換された電流偏差がゼロになるように電流制御して電圧指令を演算するステップと、
前記電圧指令を前記ｄ−ｑ座標系に変換するステップと、
前記ｄ−ｑ座標系に変換された電圧指令に基づく電圧を前記交流電動機に供給して駆動するステップと、
を備えることを特徴とするインバータ装置の電動機電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電動機を駆動するインバータ装置及びその電動機電流制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型化やコスト低減の要求により、埋込型永久磁石モータ（ＩＰＭＭ）やリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）などの交流電動機は、車載用、工作機械用とその利用分野を広げている。これらの分野では、リラクタンストルクを積極的に利用して高効率に駆動するため、結果的に磁気飽和によりインダクタンスが無負荷時の半分程度やそれ以下にまで低下する電気的特性を持つモータが設計され、速度制御範囲の拡大の要求に対応するため、高速域で磁束を弱める界磁制御が行われている。
周知のように交流電動機のインダクタンス値は、電流の大きさでその値は可変するので、交流電動機のｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスは、運転中にダイナミックに変化することになり、これに対応できる電流制御が求められるようになってきた。
【０００３】
従来の電流制御方法は、制御対象である埋込型永久磁石モータのｄ軸インダクタンスＬｄ及びｄ軸抵抗Ｒｄに基づきｄ軸電流制御部のゲインを設定し、ｑ軸インダクタンスＬｑ及びｑ軸抵抗Ｒｑに基づきｑ軸電流制御部のゲインを設定し、ｄ軸、ｑ軸の電流応答を同一にしている（例えば、特許文献１参照）。また、速度センサレスのベクトル制御における磁極位置を推定する方法として、高周波電圧を印加し、高周波インピーダンスをｄ−ｑ座標系から４５°位相を遅らせたｄｍ−ｑｍ座標系で高周波インピーダンスＺdm、Ｚqmを検出し、磁極位置推定値が正しければ、ＺdmとＺqmとに差は生じないことを利用する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
図７（ａ）は電流制御系のｄ軸電流、（ｂ）は電流制御系のｑ軸電流の構成を伝達関数で表現したブロック線図で、１２３、１２４は減算器、１２６はｄ軸電流ＰＩ制御部、１２８はｑ軸電流ＰＩ制御部、２５０ｄはｄ軸モータ・駆動回路系、２５０ｑはｑ軸モータ・駆動回路系である。ｄ軸モータ・駆動回路系２５０ｄの伝達関数Ｇｄｍ（ｓ）、ｑ軸モータ・駆動回路系２５０ｑの伝達関数Ｇｑｍ（ｓ）、ｄ軸電流ＰＩ制御部１２６の伝達関数Ｇｄｐｉ（ｓ）、及びｑ軸電流ＰＩ制御部１２８の伝達関数Ｇｑｐｉ（ｓ）は、次式で表される。
Ｇｄｍ（ｓ）＝Ｋｍ／（Ｌｄ・ｓ＋Ｒｄ）          …（１）
Ｇｑｍ（ｓ）＝Ｋｍ／（Ｌｑ・ｓ＋Ｒｑ）          …（２）
Ｇｄｐｉ（ｓ）＝Ｋｄｐ＋Ｋｄｉ／ｓ                   …（３）
Ｇｑｐｉ（ｓ）＝Ｋｑｐ＋Ｋｑｉ／ｓ                     …（４）
ここで、Ｋｍは定数、Ｌｄ、Ｌｑは各軸のインダクタンス、Ｒｄ、Ｒｑは各軸の抵抗、Ｋｄｐ、Ｋｑｐは各軸の比例ゲイン、Ｋｄｉ、Ｋｑｉは各軸の積分ゲインを示す。
【０００５】
ｄ軸電流ＰＩ制御部１２６の制御パラメータである上記の比例ゲインＫｄｐおよび積分ゲインＫｄｉは、Ｋ１を任意の係数として、上記のｄ軸インダクタンスＬｄおよびｄ軸抵抗Ｒｄに基づき次のように設定される。
Ｋｄｐ＝Ｋ１・Ｌｄ                       …（５）
Ｋｄｉ＝Ｋ１・Ｒｄ                       …（６）
また、ｑ軸電流ＰＩ制御部１２８の制御パラメータである上記の比例ゲインＫｑｐおよび積分ゲインＫｑｉは、Ｋ２を任意の係数として、上記のｑ軸インダクタンスＬｑおよびｑ軸抵抗Ｒｑに基づき次のように設定される。
Ｋｑｐ＝Ｋ２・Ｌｑ                       …（７）
Ｋｑｉ＝Ｋ２・Ｒｑ                       …（８）
【０００６】
上記のような電流制御系では、ｄ軸電流についての閉ループ伝達関数Ｇｄｃｌ（ｓ）は、図７（ａ）および式（１）（３）（５）（６）より、
Ｇｄｃｌ（ｓ）＝Ｇｄｐｉ（ｓ）・Ｇｄｍ（ｓ）／{１＋Ｇｄｐｉ（ｓ）・Ｇｄｍ（ｓ）} 
＝Ｋ１・Ｋｍ／（ｓ＋Ｋ１・Ｋｍ）            …（９）
となる。ここで、Ｋ１・Ｋｍ＝Ｒｄ／Ｌｄとおくと、
Ｇｄｃｌ（ｓ）＝Ｒｄ／（Ｌｄ・ｓ＋Ｒｄ）        …（１０）
となる。上記式（１０）を式（１）と比較すればわかるように、この場合、電流制御系は、ｄ軸電流につきモータ・駆動回路系と同様の周波数特性を有する。
【０００７】
同様に、ｑ軸電流についての閉ループ伝達関数Ｇｑｃｌ（ｓ）は、図７（ｂ）および式（２）（４）（６）（８）より、
Ｇｑｃｌ（ｓ）＝Ｇｑｐｉ（ｓ）・Ｇｑｍ（ｓ）／{１＋Ｇｑｐｉ（ｓ）・Ｇｑｍ（ｓ）} 
＝Ｋ２・Ｋｍ／（ｓ＋Ｋ２・Ｋｍ）           …（１１）
となる。ここで、Ｋ２・Ｋｍ＝Ｒｑ／Ｌｑとおくと、
Ｇｑｃｌ（ｓ）＝Ｒｑ／（Ｌｑ・ｓ＋Ｒｑ）        …（１２）
となる。上記式（１２）を式（２）と比較すればわかるように、この場合、電流制御系は、ｑ軸電流につきモータ・駆動回路系と同様の周波数特性を有する。
なお、上記式（５）〜（８）に示す比例ゲインおよび積分ゲインにおける係数Ｋ１，Ｋ２は、Ｋ１＝Ｋ２となるように設定されるのが通常であり、この場合、式（９）（１１）より、Ｋ１，Ｋ２自体の値に拘わらず、ｄ軸電流についての閉ループ伝達関数Ｇｄｃｌ（ｓ）とｑ軸電流についての閉ループ伝達関数Ｇｑｃｌ（ｓ）とが等しくなり、両軸の電流についての応答性が一致する。
このように、従来の電流制御方法は、ｄ軸及びｑ軸で異なるインダクタンスおよび抵抗に応じ各軸の電流制御ゲインを個別に設定することで、ｄ軸、ｑ軸の電流応答性を同一とし、モータの性能を最大限に引き出すのである。
【特許文献１】特開２００５−６４２０号公報（第１１、１２頁、図３）
【特許文献２】特開２００２−２９１２８３号公報（第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の交流電動機のインバータ装置及びその電動機電流制御方法は、既知でしかも固定値である電動機定数を用いて電流制御部のゲインを予め決定するようになっているので、運転中の電流の大きさや運転周波数といった運転条件によりインダクタンスが大きく変化すると、ｄ軸、ｑ軸の電流周波数応答を同一と出来ず、モータの性能を最大限に引き出せなくなるという問題があった。
なお、運転中にｑ軸インダクタンスは、埋込型永久磁石モータ（ＩＰＭＭ）では１／２、リラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）にいたっては１／５以下になるものがあり、このような場合には、電流制御ループは不安定となり、発振に至ることさえあった。
【０００９】
この対策として、運転中にインダクタンスを同定し、同定したインダクタンスに応じて電流制御部のゲインを変更する方法が考えられるが、電流制御部が制御している電流の大きさを用いて電流制御部のゲインを決定し、ゲインを変更することでまた電流の大きさが変化してしまうことになるので、運転状態によっては不安定になり、さらに、ｑ軸インダクタンスは、ｄ軸インダクタンスよりも電流依存性が強いために、やはり電流応答にアンバランスが生じ、電動機の性能が低下するばかりでなく電流制御ループが不安定になったりするという問題があった。
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、運転中に駆動している交流電動機のｄ軸、ｑ軸のインダクタンスの一方が大きく変化しても、ｄ軸、ｑ軸の電流応答性のアンバランスを解消した安定な電流制御を行う交流電動機のインバータ装置及びその電動機電流制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、与えられたトルク指令を用いて電流指令を出力する電流指令演算器と、交流電動機に流れる電流を検出して電流検出を算出する電流検出器と、前記交流電動機の磁軸あるいは推定磁軸をｄ軸、該ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸としたｄ−ｑ座標系に対し、４５°遅らせたｄｍ−ｑｍ座標系で前記電流指令と前記電流検出の偏差（電流偏差）がゼロになるように演算して、前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令を算出する前記電流制御器と、前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令に基づく電圧を前記交流電動機に供給して駆動するインバータ部と、を備えるようにしたものである。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ｄ−ｑ座標系の電流指令を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換する座標変換器と、前記ｄ−ｑ座標系の電流検出を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換する第２の座標変換器と、前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令を前記ｄ−ｑ座標系に変換する座標逆変換器と、をさらに備えるものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電流偏差を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換する座標変換器と、前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令を前記ｄ−ｑ座標系に変換する座標逆変換器と、をさらに備えるものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記交流電動機の速度及び前記電流検出を用いて、前記ｄ−ｑ座標間の干渉項を演算する非干渉化演算器と、 前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令を前記ｄ−ｑ座標系に変換する座標逆変換器と、前記ｄ−ｑ座標系に変換された電圧指令に前記干渉項を加算する加算器と、をさらに備えるものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記交流電動機の速度及び前記電流検出を用いて、前記ｄｍ−ｑｍ座標間の干渉項を演算する非干渉化演算器と、  前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令に前記干渉項を加算する加算器と、をさらに備えるものである。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記交流電動機の速度及び前記ｄ−ｑ座標系の電流検出を用いて、前記ｄ−ｑ座標間の干渉項を演算する非干渉化演算器と、前記ｄ−ｑ座標系の電圧指令に前記干渉項を加算する加算器と、をさらに備えるものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記交流電動機の速度及び前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電流検出を用いて、前記ｄｍ−ｑｍ座標間の干渉項を演算する非干渉化演算器と、前記ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令に前記干渉項を加算する加算器と、をさらに備えるものである。
【００１４】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発明において、前記電流制御器の制御ゲインは、前記ｄｍ−ｑｍ座標系での前記交流電動機の回路定数を基に決定されているものである。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発明において、記電流制御器の制御ゲインは、所定の負荷条件における前記ｄｍ−ｑｍ座標系での前記交流電動機の回路定数を基に決定されているものである。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記所定の負荷条件は、前記交流電動機の定格負荷状態とするものである。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発明において、前記ｄｍ−ｑｍ座標系は、前記ｄ−ｑ座標系に対し４５°遅らせたことに代えて前記ｄ−ｑ座標系に対し４５°進ませたようにしたものである。
【００１５】
さらに、上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１２に記載の発明は、与えられたトルク指令を用いて電流指令を演算するステップと、交流電動機に流れる電流を検出して電流検出を算出するステップと、前記交流電動機の磁軸あるいは推定磁軸をｄ軸、該ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸としたｄ−ｑ座標系に対し、４５°位相が異なるｄｍ−ｑｍ座標系を定義し、前記電流指令を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換するステップと、前記電流検出を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換するステップと、前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換された電流指令と前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換された電流検出の偏差（電流偏差）を演算するステップと、前記電流偏差がゼロになるように電流制御して電圧指令を演算するステップと、前記電圧指令を前記ｄ−ｑ座標系に変換するステップと、前記ｄ−ｑ座標系に変換された電圧指令に基づく電圧を前記交流電動機に供給して駆動するステップと、を備えるものである。
【００１６】
また、請求項１３に記載の発明は、与えられたトルク指令を用いて電流指令を演算するステップと、交流電動機に流れる電流を検出して電流検出を算出するステップと、前記電流指令と前記電流検出の偏差（電流偏差）を算出するステップと、前記交流電動機の磁軸あるいは推定磁軸をｄ軸、該ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸としたｄ−ｑ座標系に対し、４５°位相が異なるｄｍ−ｑｍ座標系を定義し、前記電流偏差を前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換するステップと、前記ｄｍ−ｑｍ座標系に変換された電流偏差がゼロになるように電流制御して電圧指令を演算するステップと、前記電圧指令を前記ｄ−ｑ座標系に変換するステップと、前記ｄ−ｑ座標系に変換された電圧指令に基づく電圧を前記交流電動機に供給して駆動するステップと、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、交流電動機のｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスの変化に対し、電流応答への影響を軽減するとともに、ｄ軸、ｑ軸の電流応答を同じにすることで、電流制御の不安定性が解消でき、安定な電動機起動が実現できる。
特に、請求項４乃至７に記載の発明によると、ｄ−ｑ座標間あるいはｄｍ−ｑｍ座標間の干渉を抑制でき、速度に依存しない安定な電流制御が実現でき、請求項８乃至１０に記載の発明によると、電流制御ゲインを適正に、かつ容易に設定でき、さらに安定な電流制御が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の交流電動機を駆動するインバータ装置の制御ブロック図である。図において、１はインバータ制御装置で駆動される交流電動機、２は交流電動機１に取り付けられ交流電動機１の位置を検出する位置検出器、３は位置検出器２で検出された位置情報を基に検出速度ωを演算する微分演算器、１７は与えられた速度指令ω＊と検出速度ωの偏差（速度偏差）を演算する減算器、４は速度偏差がゼロになるように、例えば比例・積分制御してトルク指令τ＊を出力する速度制御器、５はトルク指令τ＊を入力とし、後述する演算により電流指令ベクトルｉｄｑ＊（ｉｄ＊、ｉｑ＊）を出力する電流指令演算器である。
なお、電流指令ベクトルｉｄｑ＊は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊、ｑ軸電流指令ｉｑ＊の２つの要素を持つので、ベクトルと称している。また、後述される電流ベクトル、電圧指令ベクトルなどについても同様であり、図においては、ベクトル部分を太線で表示している。
【００２０】
さらに、６は４５°位相を遅らせる４５°座標変換器で、後述する変換行列Ｔ４５を用いてｄ−ｑ座標系の電流指令ベクトルｉｄｑ＊をｄｍ−ｑｍ座標系の電流指令ベクトルｉｄｑｍ＊（ｉｄｍ＊、ｉｑｍ＊）に変換する。なお、ｄｍ−ｑｍ座標系はｄ−ｑ座標系に対し４５°遅れた位相関係にある。１８は減算器で、ｄｍ−ｑｍ座標系の電流指令ベクトルｉｄｑｍ＊、および後述する電流ベクトルｉｄｑｍ（ｉｄｍ、ｉｑｍ）の偏差（電流偏差）を演算し、７は電流制御器で、電流偏差がゼロになるように、例えば比例・積分制御を用いて、ｄｍ、ｑｍ軸独立に制御し電圧指令ベクトルΔｄｑｍ（Δｄｍ、Δｑｍ）を算出する。８は４５°位相を進ませる４５°座標逆変換器で、後述する変換行列Ｔ４５−１用いてｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令ベクトルｖｄｑｍ＊（ｖｄｍ＊、ｖｑｍ＊）をｄ−ｑ座標系の電圧指令ベクトルｖｄｑ＊（ｖｄ＊、ｖｑ＊）に変換する。９はベクトル制御回路で、電圧指令ベクトルｖｄｑ＊を３相の電圧指令ベクトルｖｕｖｗ＊（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）に変換する。１０はインバータ回路で、電圧指令ベクトルｖｕｖｗ＊に基づく電圧を印加して交流電動機１を駆動する。
【００２１】
さらに、１１は非干渉化演算器で、後述する演算により電圧指令Δｖｄｑｍ＊を出力し、１３は電流検出器で、交流電動機１の相電流ベクトルｉｕｖｗ（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を検出し、１４は交流電動機１の固定子巻線のＵ相をα軸とし、α軸に対し９０°だけ進んだ位相をβ軸とするα−β座標系に変換する固定座標変換器で、相電流ベクトルｉｕｖｗを固定座標系電流ベクトルｉαβ（ｉα、ｉβ）に変換する。１５は回転座標変換器で、位置検出器２より得られる位置情報を基に算出された位相θを用いて、固定座標電流ベクトルｉαβをｄ−ｑ座標系の回転座標系電流ベクトルｉｄｑ（ｉｄ、ｉｑ）に変換する。なお、ｄ−ｑ座標系は、回転子の磁極軸方向をｄ軸、ｄ軸に９０°だけ進んだ位相をｑ軸とするものである。１６は６と同様の動作をする４５°座標変換器で、ｄ−ｑ座標系の電流ベクトルｉｄｑをｄｍ−ｑｍ座標系の電流ベクトルｉｄｑｍに変換する。
【００２２】
本発明が従来技術と異なる部分は、４５°座標変換器６及び１６と４５°座標逆変換器８と備え、電流制御器７及び非干渉化演算器１１においてｄｍ−ｑｍ座標における電流制御系を構築している部分である。
【００２３】
本発明の動作説明の前に、動作原理について説明する。
従来技術でも説明したように、従来のｄ−ｑ座標系で行われる電流制御では、ｄ軸電流制御ゲインはｄ軸インダクタンスと巻線抵抗に、ｑ軸電流制御ゲインはｑ軸インダクタンスと巻線抵抗に依存する。つまり、ｄ−ｑ座標系で電流制御を行う際の電流応答は、ｄ軸インダクタンスの変化はｄ軸の電流応答に、ｑ軸インダクタンスの変化はｑ軸の電流応答に影響を与える。さらに、非干渉制御が精度よく行われていなければ、特に高速度領域において、インダクタンスの変化はｄ軸電流によるｑ軸電圧への、ｑ軸電流によるｄ軸電圧への影響を与えることになる。
これに対し、ｄｍ−ｑｍ座標系で電流制御を行うと、ｄｍ軸、ｑｍ軸ともに、ｄ軸インダクタンス変化、ｑ軸インダクタンス変化に対し、それぞれの影響を１／√２（<１）にでき、しかも同じ大きさの影響とすることができる。
このように、ｄｍ−ｑｍ座標系で電流制御を行うことで、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスの変化に対し、電流応答への影響を軽減するとともに、ｄ軸、ｑ軸の電流応答を同じにすることができる。
【００２４】
次に、本発明の動作について説明する。ここでは、交流電動機１が埋め込み型永久磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）の場合を例にして電流指令演算器５の動作を説明する。
交流電動機１が埋め込み型永久磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）の場合、トルクτと電流ベクトルｉｄｑの関係は、（１３）式で与えられる。
【００２５】
【数１】
0005228629.tif 000002
【００２６】
所定のトルクを最小の電流で得るようにする条件を（１３）式に与えると、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑの関係は（１４）式として求まる。
【００２７】
【数２】
0005228629.tif 000003
【００２８】
電流指令演算器５では、（１３）式を変形した（１５）式にｄ軸電流ｉｄの前回値を代入してｑ軸電流指令ｉｑ＊を算出し、さらに、算出したｑ軸電流指令ｉｑ＊を（１４）式に代入してｄ軸電流指令（今回値）ｉｄ＊を算出する。
【００２９】
【数３】
0005228629.tif 000004
【００３０】
このようにして、電流指令演算器５は、トルク指令τ＊を入力とし、電流指令ベクトルｉｄｑ＊を演算して出力する。
【００３１】
次に、４５°座標変換器６、１６の動作を説明する。
４５°座標変換器６は、ｄ−ｑ座標系の電流指令ベクトルｉｄｑ＊を（１６）式で表される変換行列Ｔ４５を用いて、ｄｍ−ｑｍ座標系の電流指令ベクトルｉｄｑｍ＊に変換し、４５°座標変換器１６は、ｄ−ｑ座標系の電流ベクトルｉｄｑをｄｍ−ｑｍ座標系の電流ベクトルｉｄｑｍに変換する。
【００３２】
【数４】
0005228629.tif 000005
【００３３】
次に、４５°座標逆変換器８の動作を説明する。
４５°座標逆変換器８は、ｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令ベクトルｖｄｑ＊を（１７）式で表される変換行列Ｔ４５-1を用いて、ｄ−ｑ座標系の電圧ベクトルに変換（逆変換）する。
【００３４】
【数５】
0005228629.tif 000006
【００３５】
次に、電流制御器３１、３２及び非干渉化演算器１１の動作を説明する。
図２は、ｄｍ−ｑｍ座標における電流制御系の伝達関数表示したブロック図である。図において、１１は非干渉化演算器（ｄｍ−ｑｍ座標系）、３１はｄｍ軸電流制御器、３２はｑｍ軸電流制御器、３３はｄｍ軸モータ巻線、３４はｑｍ軸モータ巻線であり、非干渉化演算器１１は、駆動する交流電動機１のｄｍ−ｑｍ座標系での回路定数を基に決定されたインダクタンス設定値３５、インダクタンス設定値３６及び誘起電圧設定値３７により構成されている。なお、図２及び後述の図４におけるｓはラプラス変換子を示している。
【００３６】
非干渉化演算器１１では、入力される検出速度ω、ｄｍ軸電流ｉｄｍ、及びｑｍ軸電流ｉｑｍを用い、（１８）式に従って干渉項、つまりｄｍ軸電流ｉｄｍがｑｍ軸電圧指令ｖｑｍ＊に影響する項あるいはｑｍ軸電流ｉｑｍがｄｍ軸電圧指令ｖｄｍ＊に影響する項、及び交流電動機１の誘起電圧に関する項ω・ｋＥ＊が演算され、ｄｍ軸電流制御器３１の出力電圧Δｄｍ、及びｑｍ軸電流制御器３２の出力電圧Δｑｍに、それぞれ加算あるいは減算され、ｄｍ軸電圧指令ｖｄｍ＊、ｑｍ軸電圧指令ｖｑｍ＊が演算される。
【００３７】
【数６】
0005228629.tif 000007
【００３８】
なお、ｄｍ軸上のインダクタンスＬｄｍ及びｑｍ軸上のインダクタンスＬｑｍとの間には（１９）式の関係がある。
【００３９】
【数７】
0005228629.tif 000008
【００４０】
このようにして演算されたｄｍ軸電圧指令ｖｄｍ＊及びｑｍ軸電圧指令ｖｑｍ＊は、ベクトル制御回路９、インバータ回路１０を介し、ｄｍ軸モータ巻線３３、ｑｍ軸モータ巻線３４へ出力される。これにより、モータの巻線抵抗Ｒ、及びｄｑ軸インダクタンスより決定される（Ｌｄ＋Ｌｑ）／２Ｒを時定数とした一次遅れの応答としてｄｍ軸電流ｉｄｍ及びｑｍ軸電流ｉｑｍが流れ、この電流が検出されてフィードバック制御で電流制御される。
厳密には、ｄｍ軸電流ｉｄｍ及びｑｍ軸電流ｉｑｍは、電流検出器１３により検出された交流電動機１の相電流ベクトルｉｕｖｗが固定座標変換器１４、回転座標変換器１５、４５°座標変換器１６で順次座標変換されて算出される。
さらに、ｄｍ軸電流ｉｄｍ及びｑｍ軸電流ｉｑｍは、ｄｍ軸電流指令ｉｄｍ＊及びｑｍ軸電流指令ｉｑｍ＊との偏差が求められてｄｍ軸電流制御器３１及びｑｍ軸電流制御器３２へ入力されると共に、非干渉化演算器１１にも入力される。
【００４１】
ｄｍ軸電流制御器３１及びｑｍ軸電流制御器３２は、比例・積分制御で構成され、ｄｍ軸、ｑｍ軸の各電流制御器の伝達関数Ｇｏｉｄｍ（ｓ）、Ｇｏｉｑｍ（ｓ）はそれぞれ、（２０）式、（２１）式で与えられる。なお、Ｋｐｄｍはｄｍ軸の比例ゲイン、Ｋｉｄｍはｄｍ軸の積分ゲイン、Ｋｐｑｍはｑｍ軸の比例ゲイン、Ｋｉｑｍはｑｍ軸の積分ゲインを示す。
【００４２】
【数８】
0005228629.tif 000009
【００４３】
（２２）式を満足するようにｄｍ軸、ｑｍ軸の比例ゲイン、積分ゲインを同じ値に設定すれば、(２０)式、（２１）式の伝達関数が同じになるので、ｄｍ軸、ｑｍ軸の電流応答を等しくすることが可能になる。
【００４４】
【数９】
0005228629.tif 000010
【００４５】
このように、電流制御をｄｍ−ｑｍ座標系上で実施し、ｄｍ軸とｑｍ軸の電流制御器に同一の制御ゲインを設定すれば、ｄｍ軸とｑｍ軸の電流応答を等しくできるので、ｄ軸とｑ軸の電流応答も等しくすることができる。
さらに、所定の電流応答になるように電流制御ゲインを設定する際には、ωｃを電流制御系のカットオフ周波数とし、（２３）式に従いｄｍ軸電流制御器３１の比例ゲインＫｐｄｍ、及びｑｍ軸電流制御器３２の比例ゲインＫｐｑｍを、（２４）式に従いｄｍ軸電流制御器３１の積分ゲインＫｉｄｍ、及びｑｍ軸電流制御器３２の積分ゲインＫｉｑｍを設定すればよい。
【００４６】
【数１０】
0005228629.tif 000011
【００４７】
一般に、インダクタンスは、電流が大きくなる程インダクタンスの値は小さくなる電流特性を持つので、上記（２３）式で用いるｄ軸インダクタンス設定値Ｌｄ＊及びｑ軸インダクタンス設定値Ｌｑ＊は、交流電動機１の定格電流時のインダクタンス値、あるいは事前に負荷状況がわかっている場合においてはその負荷時におけるインダクタンス値を用いると、本発明をより効果的に実施できる。
【００４８】
なお、上記説明では、ｄ−ｑ座標系に対し４５°だけ遅れた位相をｄｍ−ｑｍ座標系と設定したが、４５°だけ進んだ位相をｄｍ−ｑｍ座標系と設定してもよい。この場合は、４５°座標変換器６、１６で用いる変換行列Ｔ４５である（１６）式と４５°座標逆変換器８で用いる変換行列Ｔ４５-1である（１７）式を入れ替えるだけで実現できる。
【実施例２】
【００４９】
図３は第２実施例のインバータ装置における電圧指令演算部２２の詳細制御ブロック図である。第１実施例におけるインバータ装置と異なる部分は、電圧指令演算部２１を電圧指令演算部２２に置き換えた部分だけであるので、インバータ装置の全体図は省略している。
図において、５は電流指令演算器、６は４５°座標変換器、７は電流制御器、８は４５°座標逆変換器、１６は４５°座標変換器、１２は非干渉化演算器（ｄ−ｑ座標系）、１９は加算器であり、図３の電圧指令演算部２２が、第１実施例の図１の電圧指令演算部２１と異なる部分は、非干渉化演算器１１に代えて非干渉化演算器１２を用い、非干渉化演算器１２に入力する電流信号をｄｍ軸電流ｉｄｍ、ｑｍ軸電流ｉｑｍからｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに変換し、加算器１９が電流制御器７の出力電圧Δｄｍ、Δｑｍと非干渉化演算器１１の出力の加算から、４５°座標逆変換器８の出力信号と非干渉化演算器１２の出力信号と加算するようにした点である。実施例１と同じ符号であるものは、動作は同じであるので、ここでは説明は省略する。
この構成により、第１実施例における非干渉化演算器１１がｄｍ−ｑｍ座標系で演算されているのに対し、第２実施例における非干渉化演算器１２はｄ−ｑ座標系で演算され、４５°座標逆変換器８は、電流制御器７の出力電圧Δｄｍ、Δｑｍをｄ−ｑ座標系の出力電圧Δｄ、Δｑに変換している。
【００５０】
次に、非干渉化演算器１２の構成を図４を用いて説明する。図において、４３はｑ軸インダクタンス設定値Ｌｑ*、４４はｄ軸インダクタンス設定値Ｌｄ*、４５は誘起電圧設定値ｋＥ*であり、駆動する交流電動機１の回路定数を基に決定されている。
非干渉化演算器１２には、検出速度ω、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑが入力され、ω・Ｌｑ*・ｉｑ、ω・Ｌｄ*・ｉｄ＋ω・ｋ・Ｅ*が演算され出力される。
非干渉化演算器１２の出力ω・Ｌｑ*・ｉｑ、ω・Ｌｄ*・ｉｄ＋ω・ｋ・Ｅ*は、それぞれ電流制御器７の出力Δｄ、Δｑと、（２５）、（２６）式に従い加減算され、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令ｖｑ＊は求められ、ベクトル制御器９へ出力される。
【００５１】
【数１１】
0005228629.tif 000012
【００５２】
このように、電流制御のみをｄｍ−ｑｍ座標系で行い、非干渉化演算器１２は、従来通りｄ−ｑ座標系に構築し、それらの出力を座標変換後に加算するという構成としてもよい。
【実施例３】
【００５３】
図５は第３実施例のインバータ装置における電圧指令演算部２３の詳細制御ブロック図である。第１実施例におけるインバータ装置と異なる部分は、電圧指令演算部２１を電圧指令演算部２３に置き換えた部分だけであるので、インバータ装置の全体図は省略している。
図において、５は電流指令演算器、６は４５°座標変換器、７は電流制御器、８は４５°座標逆変換器、１２は非干渉化演算器（ｄ−ｑ座標系）、１９は加算器であり、図５の電圧指令演算部２３が、図３の電圧指令演算部２２と異なる部分は、電流指令演算器５が出力する電流指令ベクトルｉｄｑ＊は、ｄ―ｑ座標系の電流ベクトルｉｄｑと減算器１８に入力され、それらの偏差は４５°座標変換器６に入力されｄｍ−ｑｍ座標系の電流偏差に変換され、電流制御器７に入力するようにした点である。実施例２と同じ符号であるものは、その動作は同じであるので、ここでは説明は省略する。
上記構成により、第３実施例で行われる電流制御は、ｄｍ−ｑｍ座標系で実施される。
【００５４】
このように、ｄ−ｑ座標系で電流指令ベクトルｉｄｑ＊と電流ベクトルｉｄｑの偏差を算出した後、ｄｍ−ｑｍ座標系への座標変換し、電流制御を行う構成としてもよい。
【実施例４】
【００５５】
図６は第４実施例のインバータ装置における電圧指令演算部２４の詳細制御ブロック図である。第１実施例におけるインバータ装置と異なる部分は、電圧指令演算部２１を電圧指令演算部２４に置き換えた部分だけであるので、インバータ装置の全体図は省略している。
図において、５は電流指令演算器、６は４５°座標変換器、７は電流制御器、８は４５°座標逆変換器、１１は非干渉化演算器、１６は４５°座標変換器、１９は加算器であり、図６の電圧指令演算部２４が、図５の電圧指令演算部２２と異なる部分は、４５°座標変換器１６を追加し、非干渉化演算器１１を非干渉化演算器１２に代え、電流制御器７の出力電圧Δｄｍ、Δｑｍと非干渉化演算器１１の出力を加算器１９で加算後、４５°座標逆変換器８に出力するようにし、非干渉化演算器１２の入力を４５°座標変換器１６の出力にした点である。なお、４５°座標変換器１６は、図１と同様、ｄ−ｑ座標系の電流ｉｄｑをｄｍ−ｑｍ座標系の電流ｉｄｑｍに変換している。実施例３と同じ符号であるものは、その動作は同じであるので、ここでは説明は省略する。
上記構成により、第４実施例は、第３実施例の電流制御器と第１実施例の非干渉化演算器を組み合わせた構成としている。
【００５６】
このような構成により、電流制御をｄｍ−ｑｍ座標系で実施するようにしてもよい。
【００５７】
実施例１から実施例４において説明してきたように、本発明では、ｄｍ−ｑｍ座標系で電流制御を実施するような構成をしているので、モータパラメータの誤設定や負荷変動・電圧飽和領域弱め界磁制御・最適効率制御等により、ｄ−ｑ座標系におけるインダクタンスＬｄもしくはＬｑが偏って変化するような運転状態においても、ｄ軸、ｑ軸の電流制御応答は、アンバランスを発生することが無いため、同一の応答で安定に動作することができる。
また、インダクタンス設定値を固定値としているので、運転中に変化するインダクタンスの同定や、電流制御器の制御ゲインの変更を不要とできるので、制御構成の簡素化と安定した駆動を実現できる。
また、制御する２軸（ｄｍ軸、ｑｍ軸）における電流制御ゲインを同じ値として設定できるので、設計を容易にする効果もある。
【実施例５】
【００５８】
次に、第５実施例として、本発明を適用した交流電動機の電流制御方法について説明する。
本発明を適用した交流電動機の電流制御方法は、下記の手順で行われる。
まず、電流指令演算器５は、与えられたトルク指令を用いてｄ−ｑ座標系の電流指令ベクトルｉｄｑ＊を演算する。
次に、電流検出器１３は、交流電動機１に流れる電流を検出し、検出した相電流ベクトルｉｕｖｗ（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を固定座標変換器１４、及び回転座標変換器１５を用いて、ｄ−ｑ座標系の電流ベクトルｉｄｑを演算する。
次に、４５°座標変換器６は、上述した変換行列Ｔ４５を用いてｄ−ｑ座標系の電流指令ベクトルｉｄｑ＊をｄｍ−ｑｍ座標系の電流指令ベクトルｉｄｑｍ＊に変換する。
次に、４５°座標変換器１６は、４５°座標変換器６と同じく変換行列Ｔ４５を用いてｄ−ｑ座標系の電流ベクトルｉｄｑをｄｍ−ｑｍ座標系の電流ベクトルｉｄｑｍに変換する。
次に、減算器１８は、ｄｍ−ｑｍ座標系の電流指令ベクトルｉｄｑｍ＊、および電流ベクトルｉｄｑｍ（ｉｄｍ、ｉｑｍ）の偏差（電流偏差）を演算する。
次に、電流制御器７は、電流偏差がゼロになるように、例えば比例・積分制御を用いて、ｄｍ、ｑｍ軸独立に制御し電圧指令ベクトルΔｄｑｍ（Δｄｍ、Δｑｍ）を算出する。
次に、４５°座標逆変換器１６は、上述した変換行列Ｔ４５−１用いてｄｍ−ｑｍ座標系の電圧指令ベクトルΔｄｑｍ（Δｄｍ、Δｑｍ）をｄ−ｑ座標系の電圧指令ベクトルΔｄｑ＊（Δｄ＊、Δｑ＊）に変換する。
次に、ベクトル制御回路９は、電圧指令ベクトルΔｄｑ＊を３相の電圧指令ベクトルｖｕｖｗ＊（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）に変換する。
次に、インバータ回路１０は、電圧指令ベクトルｖｕｖｗ＊に基づく電圧を印加して交流電動機１を駆動する。
【００５９】
このようにして、交流電動機１の電流制御方法は行われるが、上記電流制御方法において、電流偏差の演算までｄ−ｑ座標系で行った後に、４５°座標変換器６を用いて、電流偏差をｄｍ−ｑｍ座標系に変換し、電流制御器７の動作を行う手順としてもよい。
【００６０】
さらに、実施例１で説明した動作をする非干渉制御器１１あるいは実施例２で説明した動作をする非干渉制御器１２を用いて、干渉項や交流電動機１の誘起電圧に関する項を演算して、演算結果を電圧指令ベクトルΔｄｑｍ（Δｄｍ、Δｑｍ）あるいはΔｄｑ（Δｄ、Δｑ）に加算し、この加算結果をベクトル制御回路９で電圧指令ベクトルｖｕｖｗ＊（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）に変換するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施例を示すインバータ装置の制御ブロック図
【図２】ｄｍ−ｑｍ座標系で演算する非干渉化演算器１１の詳細制御ブロック図
【図３】本発明の第２実施例での電圧指令演算部２２の詳細制御ブロック図
【図４】ｄ−ｑ座標系で演算する非干渉化演算器１２の詳細制御ブロック図
【図５】本発明の第３実施例での電圧指令演算部２３の詳細制御ブロック図
【図６】本発明の第４実施例での電圧指令演算部２４の詳細制御ブロック図
【図７】従来の実施形態における電流制御系を伝達関数を用いて表現したブロック線図
【符号の説明】
【００６２】
１  交流電動機
２  位置検出器
３  微分演算器
４  速度制御器
５  電流指令演算器
６、１６  ４５°座標変換器
７  電流制御器
８  ４５°座標逆変換器
９  ベクトル制御回路
１０  インバータ回路
１１  非干渉化演算器（ｄｍ−ｑｍ座標系）
１２  非干渉化演算器（ｄ−ｑ座標系）
１３  電流検出器
１４  固定座標変換器
１５  回転座標変換器
１７、１８  減算器
１９  加算器
２１、２２、２３、２４  電圧指令演算部
３１  ｄｍ軸電流制御器
３２  ｑｍ軸電流制御器
３３  ｄｍ軸モータ巻線
３４  ｑｍ軸モータ巻線
３５、３６、４３、４４  インダクタンス設定値
３７、４５  誘起電圧設定値
４１  ｄ軸モータ巻線
４２  ｑ軸モータ巻線
１２３、１２４  減算器
１２６  ｄ軸電流ＰＩ制御部
１２８  ｑ軸電流ＰＩ制御部
２５０ｄ  ｄ軸モータ・駆動回路系
２５０ｑ  ｑ軸モータ・駆動回路系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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