(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機に流れる電流ベクトルを検出する電流検出器と、前記電流ベクトルを入力し前記電動機に直流電流を流す拾い上げ電圧指令を出力する拾い上げ制御手段と、前記電流ベクトルと前記拾い上げ電圧指令と一次抵抗と拾い上げ制御開始指令を入力して初期速度と初期二次磁束を出力する初期値推定器と、前記電流ベクトルと前記拾い上げ電圧指令と前記拾い上げ制御開始指令とを入力とするR1同定器から構成され、前記R1同定器の出力値を前記一次抵抗とする速度センサレス電動機制御装置において、
前記R1同定器として、前記拾い上げ制御開始指令で同定時間ｔｘをカウントアップする同定用タイマと、前記電流ベクトルと前記拾い上げ電圧指令と一次抵抗ノミナル値を入力し演算磁束ベクトルを出力する磁束演算器と、時間ｔｘにおける前記演算磁束ベクトルを記憶する演算磁束メモリと、前記演算磁束メモリから任意の複数時点の演算磁束ベクトルを抽出する演算磁束抽出器と、前記任意の複数時点の演算磁束ベクトルと前記電流ベクトルを入力し前記一次抵抗を出力するR1A同定器とから構成したことを特徴とする速度センサレス電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機のトルク制御に関するものであり、特に、電動機の初期速度と初期二次磁束の推定を高精度にし、電動機トルク制御を高精度にするものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の一例を示すブロック図であり、同図において、１はトルク制御手段、２は拾い上げ制御手段、３は切替器、４は電力変換器、５は電流検出器、６は電動機、７は初期値推定器である。
電流検出器５は、電動機６に流れる電流ベクトルｉを検出する。拾い上げ制御手段２は、電流検出器５で検出した電流ベクトルｉを入力し、電動機６に流れる電流ｉを直流にする拾い上げ電圧指令ｖ０を出力する。
【０００３】
初期値推定器７は、電流ベクトルｉと拾い上げ電圧指令ｖ０と拾い上げ制御開始指令ＳＴと一次抵抗Ｒ１を入力し、初期速度ωｍ０と初期二次磁束φ２０を出力する。
【０００４】
トルク制御手段１は、トルク制御開始指令ＳＷが立つと、初期値推定器７の出力である初期速度ωｍ０と初期二次磁束φ２０を初期値として、電流ベクトルｉを基に、電動機６のトルクを制御するトルク制御電圧指令Ｖ１を出力する。
【０００５】
切替器３は、トルク制御開始指令ＳＷにより、拾い上げ電圧指令ｖ０とトルク制御電圧指令Ｖ１を切替える。すなわち、トルク制御開始指令ＳＷが立つまでは拾い上げ電圧指令ｖ０を電圧指令Ｖ＊とし、トルク制御開始指令ＳＷが立てばトルク制御電圧指令Ｖ１を電圧指令Ｖ＊として出力する。
電力変換器４は、電圧指令Ｖ＊を増幅して電動機６に電力を供給する。
【０００６】
以上の構成とすることにより、トルク制御開始指令ＳＷが立つまでは、拾い上げ制御手段２と初期値推定器７で電動機６の初期速度ωｍ０と初期二次磁束φ２０を推定する。トルク制御開始指令ＳＷが立てば、ＳＷが立った時点の初期速度ωｍ０と初期二次磁束φ２０を初期値として、電動機６のトルク制御が行われる。
なお、トルク制御開始指令ＳＷを立てるタイミングは、拾い上げ制御時間、初期速度ωｍ０と初期二次磁束φ２０の状態から決める。
【０００７】
以下、トルク制御開始指令ＳＷが立つまでの拾い上げ制御に関して、詳細に説明する。
【０００８】
拾い上げ制御手段２の一構成としては、図４に示すように、直流電流指令Ｉと電流位相角θと電流ベクトルｉから電動機６に流れる電流を直流に制御する拾い上げ電圧指令ｖ０を出力する電流制御手段８で構成するものがある。
初期値推定器７では、拾い上げ電圧指令ｖ０の動きから電動機６の初期速度ωｍ０と初期二次磁束φ２０を推定する。図５は、初期値推定器７の一構成例である。９は実磁束推定器、１０は実磁束メモリ、１１は実磁束抽出器、１２は初期速度推定器、１３は初期磁束推定器、１４は演算用タイマである。
【０００９】
演算用タイマ１４は、拾い上げ制御開始指令ＳＴのエッジで０クリアされるタイマカウンタであり、拾い上げ時間ｔ０を出力する。実磁束推定器９は、電流ベクトルｉ、拾い上げ電圧指令ｖ０、一次抵抗Ｒ１から式（Ａ）で実磁束推定ベクトルφ２ｒを演算する。
0004592138.tif 000002
ここで、Ｌ１は一次自己インダクタンス、Ｌ２は二次自己インダクタンス、Ｍは相互インダクタンスである。
【００１０】
実磁束メモリ１０は、時々刻々変化する実磁束推定ベクトルφ２ｒの０〜ｔ０区間を記憶する。実磁束抽出器１１は、０〜ｔ０区間から、任意の３時点の実磁束推定ベクトルφ２ｒの値φ（ｔ００）、φ（ｔ０１）、φ（ｔ０２）を抽出する。
【００１１】
初期速度推定器１２は、一例として、式（Ｂ）〜式（Ｇ）で初期速度ωｍ０を演算する。最初に、3点を通る円の中心Ｒを式（Ｂ）〜式（Ｅ）で求める。
0004592138.tif 000003
ここで、（Ｆ１Ａ、Ｆ１Ｂ）、（Ｆ２Ａ、Ｆ２Ｂ）、（ＲＡ、ＲＢ）は、各々、Ｆ１、Ｆ２、Ｒの各成分である。
次に、円の中心Ｒから見たφ（ｔ００）とφ（ｔ０２）の角度θＣを式（Ｆ）で求める。
0004592138.tif 000004
最後に、式（Ｇ）で初期速度ωｍ０を求める。
0004592138.tif 000005
【００１２】
初期磁束推定器１３は、式（Ｈ）にて初期二次磁束φ２０を求める。
0004592138.tif 000006
ここで、ｊは虚数単位、Ｔ２は二次時定数で、Ｌ２／Ｒ２で得られる。Ｒ２は二次抵抗である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、以下に示す問題点がある。
電動機温度の変動等により一次抵抗Ｒ１に誤差があると、実磁束演算器９の出力値である演算磁束ベクトルφ２ｒの誤差が式（Ａ）により積算されていく。結果、実磁束抽出器１１の出力であるφ（ｔｘ０）、φ（ｔｘ１）、φ（ｔｘ２）に誤差が存在する。φ（ｔｘ０）、φ（ｔｘ１）、φ（ｔｘ２）を基に式（Ｂ）〜式（Ｈ）で推定する初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０に誤差が生じる。
【００１４】
以上より、一次抵抗に誤差があると初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０に誤差が生じ、トルク制御手段１の初期値に誤差があるために、電動機６のトルク制御が高精度に行うことができない。
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
電流ベクトルｉと拾い上げ電圧指令ｖ０と拾い上げ制御開始指令ＳＴを入力するＲ１同定器を新たに追加し、Ｒ１同定器の出力値を一次抵抗Ｒ１とする。
【００１６】
請求項１においては、Ｒ１同定器を以下の構成とする。
（１）拾い上げ制御開始指令ＳＴのエッジで出力値を０クリアし同定時間ｔｘをカウントアップする同定用タイマ。
（２）電流ベクトルｉと拾い上げ電圧指令ｖ０と一次抵抗ノミナル値Ｒ１Ｃを入力し演算磁束ベクトルφ２ｓを出力する磁束演算器。
（３）時間ｔｘにおける演算磁束ベクトルφ２ｓを記憶する演算磁束メモリ。
（４）演算磁束メモリから任意の複数時点の演算磁束ベクトルを抽出する演算磁束抽出器。
（５）任意の複数時点の演算磁束ベクトルと電流ベクトルｉを入力し一次抵抗Ｒ１を出力するＲ１Ａ同定器。
【００１７】
以上の手段により、一次抵抗変動を同定することができ、実磁束推定器で推定する実磁束推定ベクトルを高精度に求めることができる。その結果、電動機の初期速度及び初期二次磁束を高精度に推定することができ、電動機トルクを高精度に制御することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例を示すブロック図であり、２０はＲ１同定器である。Ｒ１同定器２０は、拾い上げ制御開始指令ＳＴと電流ベクトルｉと拾い上げ電圧指令ｖ０を入力し、一次抵抗Ｒ１を出力し、初期値推定器７の入力値とする。Ｒ１同定器２０を新たに追加したことにより、一次抵抗Ｒ１の変動を同定することができ、実磁束推定器９で推定する実磁束推定ベクトルφ２ｒを高精度に求めることができる。その結果、電動機６の初期速度ωｍ０及び初期二次磁束φ２０を高精度に推定することができ、電動機トルクを高精度に制御することができる。
【００１９】
図２は、Ｒ１同定器２０の一構成例であり、２１は同定用タイマ、２２は磁束演算器、２３は演算磁束メモリ、２４は演算磁束抽出器、２５はＲ１Ａ同定器である。
【００２０】
同定用タイマ２１は、拾い上げ制御開始指令ＳＴのエッジで０クリアされるタイマカウンタであり、同定時間ｔｘを出力する。磁束演算器２２は、電流ベクトルｉ、拾い上げ電圧指令v0、一次抵抗ノミナル値Ｒ１Ｃから式（Ｉ）で演算磁束ベクトルφ２ｓを演算する。
0004592138.tif 000007
【００２１】
演算磁束メモリ２３は、時々刻々変化する演算磁束ベクトルφ２ｓの０〜ｔｘ区間を記憶する。演算磁束抽出器２４は、０〜ｔｘ区間から、等間隔の３時点の演算磁束ベクトルφ２ｓの値φｓ（ｔｘ０）、φｓ（ｔｘ１）、φｓ（ｔｘ２）を抽出する。特に、ｔｘ２を同定時間ｔｘとして、
0004592138.tif 000008
と置く。
【００２２】
Ｒ１Ａ同定器２５は、φｓ（ｔｘ０）、φｓ（ｔｘ１）、φｓ（ｔｘ２）と同定時間ｔｘと電流ベクトルｉと一次抵抗ノミナル値Ｒ１Ｃを入力し、一次抵抗Ｒ１を出力する。以下、Ｒ１Ａ同定器２５について述べる。
【００２３】
式（Ｉ）において、一次抵抗ノミナル値Ｒ１Ｃが誤差ΔＲだけ真値Ｒ１からずれていたとする。
0004592138.tif 000009
式（Ｉ）のＲ１Ｃに式（Ｋ）を代入すると、電流ベクトルｉは一定なので、式（Ｉ）は、式（Ａ）を用いて、式（Ｌ）で表される。
0004592138.tif 000010
ここで、ｔはφ２ｓの演算時間である。また、Ｌ２≒Ｍとした。
【００２４】
そこで、式（Ｍ）〜式（Ｏ）でＥ０を計算する。
0004592138.tif 000011
ここで、Ｅ０ＡとＥ０ＢはＥ０をΔＲについてまとめた場合の係数である。
【００２５】
φ２ｒは円を描くので、原点とＦＳ１とＦＳ２は同一円上にある。さらに、原点とＦＳ１とＦＳ２は等間隔でサンプルしたものであるので、Ｅ０は０になる。ここで、一次抵抗Ｒ１はＥ０＝０を満たす式（Ｐ）で求めることができるが、式（Ｐ）の分母は０になることがあり、この時、一次抵抗Ｒ１が不定になる。そこで、式（Ｐ）からの直接演算ではなく、積分を用いて一次抵抗Ｒ１を同定する。
【００２６】
積分同定方法を式（Ｑ）〜式（Ｓ）で表す。
0004592138.tif 000012
0004592138.tif 000013
ここで、ＧＲ１Ａは同定ゲイン、Ｂ０は前回演算時のΔＲ値である。なお、ｔ＝０でＢ０＝０とする。
以下、式（Ｋ）で一次抵抗Ｒ１を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明により、一次抵抗変動を同定することができる。その結果、電動機の初期速度及び初期二次磁束を高精度に推定することができ、高精度の電動機トルク制御が可能となり、実用上おおいに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明のＲ１同定器の一構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、一従来例を示すブロック図である。
【図４】図４は、一従来例の拾い上げ制御手段の一構成例を示すブロック図である。
【図５】図５は、一従来例の初期値推定器の一構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      トルク制御手段
２      拾い上げ制御手段
３      切替器
４      電力変換器
５      電流検出器
６      電動機
７      初期値推定器
８      電流制御手段
９      実磁束推定器
１０    実磁束メモリ
１１    実磁束抽出器
１２    初期速度推定器
１３    初期磁束推定器
１４    演算用タイマ
２０    Ｒ１同定器
２１    同定用タイマ
２２    磁束演算器
２３    演算磁束メモリ
２４    演算磁束抽出器
２５    Ｒ１Ａ同定器
ｖ０    拾い上げ電圧指令
Ｖ１    トルク制御電圧指令
Ｖ＊    電圧指令
ｉ      電流ベクトル
ＳＷ    トルク制御開始指令
ＳＴ    拾い上げ制御開始指令
Ｒ１    一次抵抗
ωｍ０  初期速度
φ２０  初期二次磁束
Ｉ      直流電流指令
θ      電流指令位相角
ｔ０    拾い上げ時間
φ２ｒ  実磁束推定ベクトル
φ（ｔ０）  ｔ０時点の実磁束推定ベクトル
ｔ００、ｔ０１、ｔ０２  ０以上ｔ０以下の任意の値
φ（ｔ００）  ｔ００時点の実磁束推定ベクトル
φ（ｔ０１）  ｔ０１時点の実磁束推定ベクトル
φ（ｔ０２）  ｔ０２時点の実磁束推定ベクトル
ｔｘ  同定時間
φ２ｓ  演算磁束ベクトル
Ｒ１Ｃ  一次抵抗ノミナル値
φｓ（ｔｘ）  ｔｘ時点の演算磁束ベクトル
ｔｘ０、ｔｘ１、ｔｘ２  ０以上ｔｘ以下の任意の値
φｓ（ｔｘ０）  ｔｘ０時点の演算磁束ベクトル
φｓ（ｔｘ１）  ｔｘ１時点の演算磁束ベクトル
φｓ（ｔｘ２）  ｔｘ２時点の演算磁束ベクトル
【図１】
0004592138.tif 000014
【図２】
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【図３】
0004592138.tif 000016
【図４】
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【図５】
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