(57)【要約】【課題】速度変動に対する速度推定の応答性を向上させつつ位置センサレスベクトル制御にて永久磁石同期電動機を可変速駆動できるようにする。【解決手段】適応電流オブザーバ１１０は、埋込形永久磁石同期電動機１０１のモデルに基づいて電機子電流を推定し、逆伝達関数行列算出手段１１１は、電機子電流のγδ軸の検出値と推定値との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、γδ軸の電流の偏差を角度誤差に比例する成分と速度誤差に比例する成分とに分離し、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を出力し、角度・速度・一次抵抗推定器１１２は、逆伝達関数行列算出手段１１１から出力された角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#に基づいて、速度推定値ωr#＝ω1を算出する。【選択図】      図１
2009095135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機の電機子電流を検出する電流検出手段と、
前記同期電動機のモデルに基づいて電機子電流を推定する適応電流オブザーバと、
軸ずれの角度推定誤差および電機子の速度推定誤差から前記電機子電流の２軸の検出値と推定値との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、前記２軸の電流の偏差を角度誤差に比例する成分と速度誤差に比例する成分とに分離する逆伝達関数行列算出手段と、
前記逆伝達関数行列算出手段にて分離された速度誤差に比例する成分を考慮することにより、前記同期電動機の回転速度を推定する速度推定器と、
前記同期電動機を可変速制御する電力変換装置とを備えることを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項２】
前記速度推定器は、前記逆伝達関数行列算出手段にて算出された角度推定誤差および速度推定誤差の双方を考慮して求めた値を比例積分演算することにより、前記同期電動機の回転速度を推定することを特徴とする請求項１記載の同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は同期電動機の制御装置に関し、特に、位置センサレスベクトル制御にて永久磁石同期電動機を可変速駆動する制御方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期電動機は、誘導電動機に比べて小型高効率であるという利点があり、エレベータなどの他、電気自動車や鉄道車両などの交通分野にも適用されている。特に、鉄道車両などの交通分野での電動機駆動装置は、極低速から弱め界磁運転範囲までの広い範囲で可変速運転とトルク制御が可能であることが要求される。また、鉄道車両の分野では、車輪の速度の変動に対して推定値が高速で追従することが要求される。このような永久磁石同期電動機の制御方法として、非特許文献１には、磁束を推定するオブザーバを用いることで、永久磁石同期電動機速度センサレスベクトル制御を実現する方法が開示されている。
【０００３】
図４は、従来の同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図４において、埋込形永久磁石同期電動機００１には、埋込形永久磁石同期電動機００１を可変速駆動する同期電動機の制御装置０００が接続され、埋込形永久磁石同期電動機００１の回転軸には負荷００２が接続されている。
ここで、同期電動機の制御装置０００には、電力変換装置００４、回転二相／三相座標変換手段００５、三相／回転二相座標変換手段００６、電流制御手段００７、電流指令値作成手段００８、速度ＰＩＤ調節器００９、電機子電流磁束オブザーバ０１０、角度誤差演算手段０１１、速度・角度演算手段０１２、減算器０１３、０１４、０１５が設けられ、同期電動機の制御装置０００の出力側には、埋込形永久磁石同期電動機００１に供給されるＵＶＷ相電流ｉu、ｉv、ｉwを検出する電流検出手段００３が設けられている。
【０００４】
そして、減算器０１３は、同期電動機の制御装置０００に与えられた速度指令値ω*と、速度・角度演算手段０１２から出力された速度推定値ωr#との偏差を算出することができる。
速度ＰＩＤ調節器００９は、減算器０１３から出力された速度指令値ω*と速度推定値ωr#との偏差がゼロになるように、速度指令値ω*と速度推定値ωr#との偏差のＰＩＤ演算を行うことにより、トルク指令値Ｔ*を算出することができる。
【０００５】
電流指令値作成手段００８は、速度ＰＩＤ調節器００９から出力されたトルク指令値Ｔ*に基づいて、γδ軸の電流指令値ｉγ*、ｉδ*を算出することができる。なお、埋込形永久磁石同期電動機００１の磁石の磁極に平行な方向と推定している軸をγ軸、γ軸に直交する方向をδ軸とした。
三相／回転二相座標変換手段００６は、電流検出手段００３にて検出されたＵＶＷ相電流ｉu、ｉv、ｉwの検出値をαβ軸の固定二相変換した後、速度・角度演算手段０１２から出力された角度推定値θ#の回転座標変換を行うことで、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδを算出することができる。
【０００６】
減算器０１４、０１５は、電流指令値作成手段００８から出力された電流指令値ｉγ*、ｉδ*と、三相／回転二相座標変換手段００６から出力された電流検出値ｉγ、ｉδとの偏差をそれぞれ算出することができる。
電流制御手段００７は、減算器０１４、０１５からそれぞれ出力された電流指令値ｉγ*、ｉδ*と電流検出値ｉγ、ｉδとの偏差がゼロになるように、γδ軸の電圧指令値ｖγ*、ｖδ*を算出することができる。
【０００７】
回転二相／三相座標変換手段００５は、速度・角度演算手段０１２から出力された角度推定値θ#に基づいてγδ軸の電圧指令値ｖγ*、ｖδ*を逆回転変換し、固定二相の値に変換した後、二相三相変換を行うことで、電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*を算出することができる。
電力変換装置００４は、回転二相／三相座標変換手段００５から出力される電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*に基づいて埋込形永久磁石同期電動機００１を駆動することにより、埋込形永久磁石同期電動機００１を可変速制御することができる。
【０００８】
電機子電流磁束オブザーバ０１０は、電流制御手段００７から出力された電圧指令値ｖγ*、ｖδ*から抵抗での電圧降下分を差し引いた値ｕγδに基づいて、埋込形永久磁石同期電動機００１の電機子電流磁束（固定子巻き線に流れる電流によって発生する磁束）を推定し、その電機子電流推定磁束λγδ#とみかけの電機子電流磁束λγδ*との偏差を算出することができる。
【０００９】
角度誤差演算手段０１１は、電機子電流磁束オブザーバ０１０から出力された電機子電流推定磁束λγδ#とみかけの電機子電流磁束λγδ*との偏差に基づいて、磁極位置の角度誤差Δθを算出することができる。
速度・角度演算手段０１２は、角度誤差演算手段０１１から出力された角度誤差Δθに基づいて、速度推定値ωr#および角度推定値θ#を算出することができる。
【００１０】
そして、速度指令値ω*が同期電動機の制御装置０００に与えられると、その速度指令値ω*と、速度・角度演算手段０１２から出力された速度推定値ωr#との偏差が減算器０１３にて算出され、速度ＰＩＤ調節器００９に出力される。そして、速度ＰＩＤ調節器００９は、速度指令値ω*と速度推定値ωr#との偏差がゼロになるようにＰＩＤ演算を行い、トルク指令値Ｔ*を電流指令値作成手段００８にトルク指令値Ｔ*を出力する。そして、電流指令値作成手段００８は、トルク指令値Ｔ*を速度ＰＩＤ調節器００９から受け取ると、トルク指令値Ｔ*に基づいて電流指令値ｉγ*、ｉδ*を算出し、減算器０１４、０１５にそれぞれ出力する。
【００１１】
一方、電流検出手段００３は、埋込形永久磁石同期電動機００１に供給されるＵＶＷ相電流ｉu、ｉv、ｉwを検出し、その検出値を三相／回転二相座標変換手段００６に出力する。そして、三相／回転二相座標変換手段００６は、ＵＶＷ相電流ｉu、ｉv、ｉwの検出値をαβ軸の固定二相変換した後、速度・角度演算手段０１２から出力された角度推定値θ#の回転座標変換を行うことで、電流検出値ｉγ、ｉδを算出し、減算器０１４、０１５にそれぞれ出力する。
【００１２】
そして、減算器０１４、０１５は、電流指令値ｉγ*、ｉδ*と電流検出値ｉγ、ｉδとをそれぞれ受け取ると、電流指令値ｉγ*、ｉδ*と電流検出値ｉγ、ｉδとの偏差をそれぞれ算出し、電流制御手段００７に出力する。そして、電流制御手段００７は、電流指令値ｉγ*、ｉδ*と電流検出値ｉγ、ｉδとの偏差がゼロになるように電圧指令値ｖγ*、ｖδ*を算出し、回転二相／三相座標変換手段００５に出力する。
【００１３】
そして、回転二相／三相座標変換手段００５は、電圧指令値ｖγ*、ｖδ*を受け取ると、速度・角度演算手段０１２から出力された角度推定値θ#に基づいて電圧指令値ｖγ*、ｖδ*を逆回転変換し、固定二相の値に変換した後、二相三相変換を行うことで、電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*を算出し、電力変換装置００４に出力する。そして、電力変換装置００４は、電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*に基づいて埋込形永久磁石同期電動機００１を駆動することにより、埋込形永久磁石同期電動機００１を可変速制御する。
【００１４】
また、三相／回転二相座標変換手段００６にて算出された電流検出値ｉγ、ｉδは電機子電流磁束オブザーバ０１０に出力されるとともに、電流制御手段００７にて算出された電圧指令値ｖγ*、ｖδ*は電機子電流磁束オブザーバ０１０に出力される。そして、電機子電流磁束オブザーバ０１０は、電流制御手段００７から出力された電圧指令値ｖγ*、ｖδ*から抵抗での電圧降下分を差し引いた値ｕγδに基づいて、以下の（１）式の演算を行うことにより、埋込形永久磁石同期電動機００１の電機子電流磁束を推定し、その電機子電流推定磁束λγδ#とみかけの電機子電流磁束λγδ*との偏差を角度誤差演算手段０１１に出力する。
【００１５】
【数１】
2009095135.tif 000003
【００１６】
ただし、
ｕγδ：二軸のインバータ電圧から抵抗での電圧降下分を差し引いた値
ｐ：微分演算子
λγδ#：二軸の電機子電流推定磁束
ω1：速度推定値（＝ωr#）（一次周波数と等しい）
Φm：磁石磁束
（αＩ−Ｊω1）：電機子電流磁束オブザーバ０１０のフィードバックゲイン
λγδ*：二軸のみかけの電機子電流磁束
である。なお、（１）式では、複素数表示を行列表示で表した。また、
【００１７】
【数２】
2009095135.tif 000004
である。ただし、
Ｌd：ｄ軸インダクタンス
Ｌq：ｑ軸インダクタンス
ＲS：電機子抵抗
である。
【００１８】
（１）式において、電機子電流磁束オブザーバ０１０は、電流制御手段００７から出力された電圧指令値ｖγ*、ｖδ*から抵抗での電圧降下分を差し引いた値ｕγδを入力とし、電機子電流推定磁束λγδ#を算出することができる。また、（２）式において、電機子電流磁束オブザーバ０１０は、みかけの電機子電流磁束λγδ*を算出し、電機子電流推定磁束λγδ#との偏差（λγδ#−λγδ*）を角度誤差演算手段０１１に出力することができる。
【００１９】
そして、角度誤差演算手段０１１は、電機子電流推定磁束λγδ#とみかけの電機子電流磁束λγδ*との偏差（λγδ#−λγδ*）を受け取ると、磁極位置の角度誤差Δθを算出し、速度・角度演算手段０１２に出力する。
ここで、埋込形永久磁石同期電動機００１が定常状態にある場合（角度誤差Δθが小さい場合）、角度誤差演算手段０１１は、磁束推定誤差のγ軸成分を用いることにより、以下の（３）式にて角度誤差Δθを求めることができる。
【００２０】
【数３】
2009095135.tif 000005
【００２１】
また、埋込形永久磁石同期電動機００１が始動状態にある場合（角度誤差Δθが大きい場合）、角度誤差演算手段０１１は、以下の（４）式にて角度誤差Δθを求めることができる。
【００２２】
【数４】
2009095135.tif 000006
【００２３】
そして、速度・角度演算手段０１２は、角度誤差Δθを受け取ると、速度推定値ωr#および角度推定値θ#を算出し、速度推定値ωr#を減算器０１３に出力するとともに、角度推定値θ#を回転二相／三相座標変換手段００５および三相／回転二相座標変換手段００６に出力することで、磁極位置を検出する位置センサを用いることなく、埋込形永久磁石同期電動機００１を可変速駆動することができる。
ここで、速度・角度演算手段０１２は、以下の（５）式にて速度推定値ωr#＝ω1を求めることができる。
【００２４】
【数５】
2009095135.tif 000007
【００２５】
また、速度・角度演算手段０１２は、以下の（６）式にて角度推定値θ#を求めることができる。
【００２６】
【数６】
2009095135.tif 000008
【００２７】
このように（３）式または（４）式にて得られた角度誤差Δθを用いて速度演算する場合、回転速度の真値ωrから速度推定値ωr#までの伝達関数では、速度誤差Δωを積分した値が比例積分演算される。
図５は、従来の同期電動機の回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数を示すブロック線図である。
図５において、従来の同期電動機の制御装置０００における回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数の構成では、減算器０１６およびブロックＢ１１〜Ｂ１３が設けられる。ここで、ブロックＢ１１の伝達関数は１／ｓ、ブロックＢ１２の伝達関数（ｓＫp＋Ｋi）／ｓは、ブロックＢ１３の伝達関数はβ／（ｓ＋β）である。ただし、Ｋpは比例ゲイン、Ｋiは積分ゲイン、βは時定数である。
【００２８】
そして、回転速度の真値ωrおよび速度推定値ωr#は減算器０１６に入力され、回転速度の真値ωrから速度推定値ωr#が減算器０１６にて減算されることで、速度誤差Δωが算出され、ブロックＢ１１に入力される。そして、ブロックＢ１１にて速度誤差Δωが積分されることで角度誤差Δθが算出され、ブロックＢ１２にて比例積分演算された後、ブロックＢ１３を介して速度推定値ωr#が出力される。
【非特許文献１】村上暁・梶野大樹・釜井健次・林洋一・福本哲哉：「適応オブザーバによる永久磁石同期電動機速度センサレスベクトル制御系の設計手法」，電気学会半導体電力変換研究会資料，ＳＰＣ−０２−８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかしながら、図４の電機子電流磁束オブザーバ０１０を用いて速度推定値ωr#を算出する方法では、角度誤差Δθを比例積分演算して速度推定値ωr#を求めていることから、回転速度の真値ωrが変動した場合、速度推定値ωr#が追従するまでに時間がかかる。このため、鉄道車両の分野に適用した場合、車輪が空転すると、速度が急激に変化することがあり、このような車輪の空転を素早く検知することができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、速度変動に対する速度推定の応答性を向上させつつ、位置センサレスベクトル制御にて永久磁石同期電動機を可変速駆動することが可能な同期電動機の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の同期電動機の制御装置によれば、同期電動機の電機子電流を検出する電流検出手段と、前記同期電動機のモデルに基づいて電機子電流を推定する適応電流オブザーバと、軸ずれの角度推定誤差および電機子の速度推定誤差から前記電機子電流の２軸の検出値と推定値との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、前記２軸の電流の偏差を角度誤差に比例する成分と速度誤差に比例する成分とに分離する逆伝達関数行列算出手段と、前記逆伝達関数行列算出手段にて分離された速度誤差に比例する成分を考慮することにより、前記同期電動機の回転速度を推定する速度推定器と、前記速度推定器にて推定された速度推定値を速度指令値にフィードバックすることで算出された電圧指令値に基づいて、前記同期電動機を可変速制御する電力変換装置とを備えることを特徴とする。
また、請求項２記載の同期電動機の制御装置によれば、前記速度推定器は、前記逆伝達関数行列算出手段にて算出された角度推定誤差および速度推定誤差の双方を考慮して求めた値を比例積分演算することにより、前記同期電動機の回転速度を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、軸ずれの角度推定誤差および電機子の速度推定誤差から電機子電流の２軸の検出値と推定値との偏差までの伝達関数の逆行列を用いることにより、角度誤差に比例する成分と速度誤差に比例する成分とを分離して推定することができる。このため、角度誤差だけでなく、速度誤差の瞬時値も考慮しながら、同期電動機の回転速度を推定することができ、速度変動に対する速度推定の応答性を向上させつつ位置センサレスベクトル制御にて永久磁石同期電動機を可変速駆動することが可能となることから、鉄道車両の車輪の空転を素早く検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態に係る同期電動機の制御装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、埋込形永久磁石同期電動機１０１には、埋込形永久磁石同期電動機１０１を可変速駆動する同期電動機の制御装置１００が接続され、埋込形永久磁石同期電動機１０１の回転軸には負荷１０２が接続されている。
【００３３】
ここで、同期電動機の制御装置１００には、電力変換装置１０４、回転二相／三相座標変換手段１０５、三相／回転二相座標変換手段１０６、電流制御手段１０７、電流指令値作成手段１０８、速度ＰＩＤ調節器１０９、適応電流オブザーバ１１０、逆伝達関数行列算出手段１１１、角度・速度・一次抵抗推定器１１２、減算器１１３、１１４、１１５が設けられ、同期電動機の制御装置１００の出力側には、埋込形永久磁石同期電動機１０１に供給されるＵＶＷ相電流ｉu、ｉv、ｉwを検出する電流検出手段１０３が設けられている。
【００３４】
なお、電力変換装置１０４、回転二相／三相座標変換手段１０５、三相／回転二相座標変換手段１０６、電流制御手段１０７、電流指令値作成手段１０８、速度ＰＩＤ調節器１０９、減算器１１３、１１４、１１５は、図４の電力変換装置００４、回転二相／三相座標変換手段００５、三相／回転二相座標変換手段００６、電流制御手段００７、電流指令値作成手段００８、速度ＰＩＤ調節器００９、減算器０１３、０１４、０１５とそれぞれ同様の動作を行うことができる。
【００３５】
適応電流オブザーバ１１０は、埋込形永久磁石同期電動機１０１のモデルに基づいて電機子電流を推定することができる。
逆伝達関数行列算出手段１１１は、軸ずれの角度推定誤差Δθ#および電機子の速度推定誤差Δω#からγδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδと電流推定値ｉγ#、ｉδ#との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、γδ軸の電流の偏差を角度誤差に比例する成分と速度誤差に比例する成分とに分離し、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を出力することができる。
【００３６】
角度・速度・一次抵抗推定器１１２は、逆伝達関数行列算出手段１１１から出力された角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#に基づいて、速度推定値ωr#＝ω1および角度推定値θ#を算出することができる。
そして、三相／回転二相座標変換手段１０６にて算出された電流検出値ｉγ、ｉδは適応電流オブザーバ１１０に出力されるとともに、電流制御手段１０７にて算出された電圧指令値ｖγ*、ｖδ*は適応電流オブザーバ１１０に出力される。
【００３７】
そして、適応電流オブザーバ１１０は、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδおよびγδ軸の電流推定値ｉγ#、ｉδ#に関する状態方程式を用いることにより、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ#、ｉδ#との偏差（以下、電流誤差とも言う）をそれぞれ算出し、逆伝達関数行列算出手段１１１に出力する。
ここで、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδおよびγδ軸の電流推定値ｉγ#、ｉδ#に関する状態方程式は、以下の（７）式で表すことができる。なお、本実施形態では、低速以上の速度推定方法に適用されることを前提とし、電機子抵抗の誤差は無視することができる。
【００３８】
【数７】
2009095135.tif 000009
【００３９】
ただし、
ｉγ#、ｉδ#：γδ軸の電流推定値
ＲS#：電機子抵抗推定値
ｇ11、ｇ12、ｇ21、ｇ22：適応電流オブザーバ１１０のフィードバックゲイン
である。また、適応電流オブザーバ１１０のフィードバックゲインは、以下の（８）式のように与えることができる。
【００４０】
【数８】
2009095135.tif 000010
【００４１】
ただし、
ｇc：の極を決める制御変数（正の値）
である。
そして、逆伝達関数行列算出手段１１１は、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ#、ｉδ#との偏差を受け取ると、電機子電流のγδ軸の検出値と推定値との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を算出し、角度・速度・一次抵抗推定器１１２に出力する。
ここで、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#から、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ#、ｉδ#との偏差までの伝達関数の逆行列は、以下の（９）式にて与えることができる。
【００４２】
【数９】
2009095135.tif 000011
【００４３】
ただし、係数Ｂ11〜Ｂ22は、以下の（１０）式のように設定することができる。
【００４４】
【数１０】
2009095135.tif 000012
【００４５】
以下、逆伝達関数行列算出手段１１１にて算出される伝達関数の逆行列を用いることで、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を同時に推定できる点について説明する。
まず、同期電動機の制御装置１００のγδ軸が埋込形永久磁石同期電動機００１のｄｑ軸から角度誤差Δθを持つ場合、γδ軸から見た埋込形永久磁石同期電動機００１の状態方程式は以下の（１１）式にて与えることができる。
【００４６】
【数１１】
2009095135.tif 000013
【００４７】
ただし、Ｃは、ｄｑ軸の量をγδ軸に変換する回転座標変換行列であり、以下の（１２）式にて与えることができる。Δθ＞０の場合、埋込形永久磁石同期電動機００１のｄｑ軸に比べてγδ軸がΔθだけ遅れている。
【００４８】
【数１２】
2009095135.tif 000014
【００４９】
そして、（１１）式から（７）式を差し引くと、以下の（１３）式にて誤差方程式を与えることができる。
【００５０】
【数１３】
2009095135.tif 000015
【００５１】
ただし、Ｆ1（ｘ）、Ｆ2（ｘ）は、角度誤差Δθを変数とする三角関数を含む２×２の行列である。
ここで、Ｆ1（ｘ）、Ｆ2（ｘ）において、ｃｏｓΔθ＝ｃｏｓ２Δθ＝１、ｓｉｎΔθ＝Δθ、ｓｉｎ２Δθ＝２Δθと近似する。また、Δω＝ｄ／ｄｔΔθとおき、適応電流オブザーバ１１０のフィードバックゲインとして（８）式の値を用いると、（１３）式は、以下の（１４）式のように書き直すことができる。
【００５２】
【数１４】
2009095135.tif 000016
【００５３】
ただし、係数Ｂ11〜Ｂ22は、（１０）式のように設定することができる。この場合、適応電流オブザーバ１１０のフィードバックゲインの特性方程式は、以下の（１５）式にて与えることができ、適応電流オブザーバ１１０は安定に動作する。
【００５４】
【数１５】
2009095135.tif 000017
【００５５】
そして、（１４）式を用いることにより、以下の（１６）式に示すように、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ#、ｉδ#との偏差、角度誤差Δθおよび速度誤差Δω＝ωr−ω1の関係を与えることができる。
【００５６】
【数１６】
2009095135.tif 000018
【００５７】
そして、（１６）式を（９）式に代入し、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ#、ｉδ#との偏差を消去した時の角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を求めると、以下の（１７）式のように表すことができ、角度誤差Δθと速度誤差Δωから逆伝達関数までの出力は一次遅れ系で表すことができる。
【００５８】
【数１７】
2009095135.tif 000019
【００５９】
そして、角度・速度・一次抵抗推定器１１２は、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を逆伝達関数行列算出手段１１１から受け取ると、以下の（１８）、（１９）式を用いることにより、速度推定値ωr#＝ω1および角度推定値θ#を算出することができる。
そして、角度・速度・一次抵抗推定器１１２は、速度推定値ωr#＝ω1および角度推定値θ#を算出すると、速度推定値ωr#を減算器１１３に出力し、角度推定値θ#を回転二相／三相座標変換手段１０５および三相／回転二相座標変換手段１０６に出力することができる。
【００６０】
【数１８】
2009095135.tif 000020
【００６１】
【数１９】
2009095135.tif 000021
【００６２】
ただし、
Ｋθp：速度推定器の比例ゲイン
Ｋθi：速度推定器の積分ゲイン
α1、α2：制御変数
である。
これにより、逆伝達関数行列算出手段１１１は、軸ずれの角度推定誤差Δθ#および電機子の速度推定誤差Δω#からγδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδと電流推定値ｉγ#、ｉδ#との偏差までの伝達関数の逆行列を用いることで、角度誤差Δθに比例する成分と速度誤差Δωに比例する成分とを分離して推定することができる。このため、角度誤差Δθだけでなく、速度誤差Δωの瞬時値も考慮しながら、永久磁石同期電動機１０１の回転速度を推定することができ、速度変動に対する速度推定の応答性を向上させつつ位置センサレスベクトル制御にて永久磁石同期電動機１０１を可変速駆動することが可能となることから、鉄道車両の車輪の空転を素早く検知することができる。
【００６３】
図２は、本発明の一実施形態に係る同期電動機の回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数を示すブロック線図である。
図２において、図１の同期電動機の制御装置１００における回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数の構成では、減算器１１６およびブロックＢ１〜Ｂ４が設けられる。なお、ブロックＢ１〜Ｂ４は図１の角度・速度・一次抵抗推定器１１２に設けることができる。ここで、ブロックＢ１の伝達関数はα1／ｓ、ブロックＢ２の伝達関数は１／（ｓ＋ｇc）、ブロックＢ３の伝達関数ｇcα2は、ブロックＢ４の伝達関数は（ｓＫp＋Ｋi）／ｓである。
【００６４】
そして、回転速度の真値ωrおよび速度推定値ωr#は減算器１１６に入力され、回転速度の真値ωrから速度推定値ωr#が減算器１１６にて減算されることで、速度推定誤差Δω#が算出され、ブロックＢ１、Ｂ２に入力される。なお、ブロックＢ１、Ｂ２に入力される速度推定誤差Δω#は、図１の逆伝達関数行列算出手段１１１にて算出された値を用いることができる。そして、ブロックＢ１にて速度推定誤差Δω#が積分されることで角度推定誤差Δθ#が算出され、加算器１１７に入力されるとともに、速度推定誤差Δω#はブロックＢ２、Ｂ３を介して加算器１１７に入力され、ブロックＢ１、Ｂ３からそれぞれ出力された値が加算器１１７にて加算された後、ブロックＢ４にて比例積分演算され、速度推定値ωr#として出力される。そして、この速度推定値ωr#は減算器１１６にフィードバックされるとともに、図１の減算器１１３にフィードバックされる。
【００６５】
図３は、本発明の一実施形態に係る速度推定系の応答を従来例の速度推定系の応答と比較して示す図である。なお、図３では、図２の構成における比例ゲインＫpを１０、積分ゲインＫiを２５とし、制御変数α1を３、制御変数α2を０．７５として応答を求めた。また、図５の構成における時定数βを１０００に設定し、比例積分演算で決まるカットオフ周波数に対して十分に高いカットオフ周波数にすることで、比例積分演算後の一次フィルタが速度推定性能に影響を与えないようにした。
【００６６】
図３において、図５の構成では、単に角度誤差Δθを比例積分演算して速度推定値ωr#を求めるため、速度がランプ状に変化すると、その速度変動に追従するのに時間がかかるのに対し、図２の構成では、角度誤差Δθだけでなく速度誤差Δωも考慮した値を比例積分演算して速度推定値ωr#を求めるため、速度がランプ状に変化した場合においても、その速度変動に早やかに追従することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態に係る同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る同期電動機の回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数を示すブロック線図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る速度推定系の応答を従来例の速度推定系の応答と比較して示す図である。
【図４】従来の同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】従来の同期電動機の回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数を示すブロック線図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００  同期電動機の制御装置
１０１  埋込形永久磁石同期電動機
１０２  負荷
１０３  電流検出手段
１０４  電力変換装置
１０５  回転二相／三相座標変換手段
１０６６  三相／回転二相座標変換手段
１０７  電流制御手段
１０８  電流指令値作成手段
１０９  速度ＰＩＤ調節器
１１０  適応電流オブザーバ
１１１  逆伝達関数行列算出手段
１１２  角度・速度・一次抵抗推定器
１１３、１１４、１１５  減算器
１１７  加算器
【図１】
2009095135.tif 000022
【図２】
2009095135.tif 000023
【図３】
2009095135.tif 000024
【図４】
2009095135.tif 000025
【図５】
2009095135.tif 000026