(57)【要約】電流検出部（１２）と、電流制御部（１４）と、電圧印加部（１３）と、回転機電流、電圧指令、および標準回転機定数に応じて回転機（２）の推定電流と推定回転速度と推定回転子位置とを演算する状態観測部（１５）とを備え、状態観測部（１５）は、電圧指令と、回転機電流または推定電流とに基づいて、標準回転機定数と現在の運転状態における回転機定数との回転機定数誤差を演算するとともに、回転機電流と推定電流と回転機定数誤差とに基づいて推定回転速度を演算する。
2020195793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、
目標電流指令に前記回転機電流が追従するように電圧指令を生成する電流制御部と、
前記電圧指令に応じて前記回転機に電圧を印加する電圧印加部と、
前記回転機電流、前記電圧指令、および標準回転機定数に応じて前記回転機に流れる電流の推定値である推定電流と前記回転機の回転子速度の推定値である推定回転速度と前記回転機の回転子位置の推定値である推定回転子位置とを演算する状態観測部とを備え、
前記状態観測部は、前記電圧指令と、前記回転機電流および前記推定電流の少なくとも一方とに基づいて、前記標準回転機定数と前記回転機の現在の運転状態における回転機定数との回転機定数誤差を演算するとともに、前記回転機電流と前記推定電流と前記回転機定数誤差とに基づいて前記推定回転速度を演算する回転機の制御装置。
【請求項２】
前記状態観測部は、前記回転機定数誤差と前記回転機電流および前記推定電流のいずれか一方との乗算値と、前記回転機電流と、前記推定電流とに基づいて前記推定回転速度を演算する請求項１に記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
前記状態観測部は、前記乗算値に予め定められた伝達特性を有するフィルタを付与した回転機定数誤差情報を生成し、前記回転機電流と前記推定電流と前記回転機定数誤差情報とに基づいて前記推定回転速度を演算する請求項２に記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
前記状態観測部は、前記回転機電流と前記推定電流との差分から前記回転機定数誤差情報を減算した値に基づいて前記推定回転速度を演算する請求項３記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
前記回転機定数誤差は、回転機抵抗の誤差である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記回転機定数誤差は、回転機インダクタンスの誤差である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記回転機定数誤差は、回転機抵抗および回転機インダクタンスの両方の誤差である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、回転機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流回転機を位置センサレスで運転する場合、適応オブザーバを用いて回転機モデルと実機の誤差がなくなるように速度を推定する方式がよく用いられる（例えば、非特許文献１）。【０００３】
回転機モデルを含む制御では、制御装置内で回転機の電流、電圧を用いて間接的に推定回転速度を計算するため、回転機モデルの回転機定数に誤差を含むと実回転速度に対する推定回転速度の推定遅れが発生し、制御系全体の応答性が上がらないことが問題となる。【０００４】
この問題を解決するため、回転機モデルの回転機定数をオンラインで推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４４９４１９号公報（段落［０００７］、［００１０］、［００１５］および図１）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】金原、「回転座標上の適応オブザーバを用いたＰＭ電動機の位置センサレス制御」（電学論Ｄ、１２３巻５号、２００３年）ｐ．６０１−６０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１開示方法では、回転機定数を積分制御で推定演算を行っているため、特にインダクタンスのように電流に応じて急峻に変化するパラメータは推定が追い付かず、回転機モデルの誤差の影響で適応オブザーバ（状態観測部）の系全体の応答性が悪化する問題がある。【０００８】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、推定演算遅れによる状態観測部の応答性の悪化を抑制することができる回転機の制御装置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】
【０００９】
本願に開示される回転機の制御装置は、回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、目標電流指令に回転機電流が追従するように電圧指令を生成する電流制御部と、電圧指令に応じて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、回転機電流、電圧指令、および標準回転機定数に応じて回転機に流れる電流の推定値である推定電流と回転機の回転子速度の推定値である推定回転速度と回転機の回転子位置の推定値である推定回転子位置とを演算する状態観測部とを備え、状態観測部は、電圧指令と、回転機電流および推定電流の少なくとも一方とに基づいて、標準回転機定数と回転機の現在の運転状態における回転機定数との回転機定数誤差を演算するとともに、回転機電流と推定電流と回転機定数誤差とに基づいて推定回転速度を演算するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願に開示される回転機の制御装置によれば、状態観測部は、推定演算遅れによる状態観測部の応答性の悪化を抑制することができる回転機の制御装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１による回転機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１による回転機の制御装置に係る電流制御部のブロック図である。
【図３】実施の形態１による回転機の制御装置に係る状態観測御部のブロック図である。
【図４】実施の形態１による回転機の制御装置に係る回転機定数誤差演算部のブロック図である。
【図５】実施の形態１による回転機の制御装置のハードウェア構成図および回転機システムの構成図である。
【図６】実施の形態２による回転機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
実施の形態１は、回転機電流を検出する電流検出部と、目標電流指令に回転機電流が追従するように電圧指令を生成する電流制御部と、電圧指令に応じて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、回転機電流、電圧指令、および標準回転機定数に応じて回転機の推定電流と推定回転速度と推定回転子位置とを演算する状態観測部とを備える回転機の制御装置に関するものである。状態観測部は、電圧指令と、回転機電流または推定電流とに基づいて、標準回転機定数と現在の運転状態における回転機定数との回転機定数誤差を演算するとともに、回転機電流と推定電流と回転機定数誤差とに基づいて推定回転速度を演算し、実施の形態１では、回転機定数誤差が回転機抵抗である場合を対象とする。
【００１３】
以下、実施の形態１に係る回転機の制御装置の構成および動作について、回転機の制御装置の構成を示すブロック図である図１、電流制御部のブロック図である図２、状態観測御部のブロック図である図３、回転機定数誤差演算部のブロック図である図４、および回転機の制御装置のハードウェア構成図および回転機システムの構成図である図５に基づいて説明する。
【００１４】
まず、実施の形態１の回転機の制御装置１の構成を図１に基づいて説明する。
回転機２を駆動する回転機の制御装置１は、電流検出部１２、電圧印加部１３、電流制御部１４、状態観測部１５、および座標変換器１６を備える。
なお、回転機の制御装置１を、適宜、制御装置１と記載する。
【００１５】
回転機２は、誘導機あるいは同期機等の回転機であり、実施の形態１では永久磁石を用いた同期機を想定している。
【００１６】
回転機２には、回転機２の電流である回転機電流を検出する電流検出部１２と、回転機２に電圧を印加する電圧印加部１３とが接続されている。
【００１７】
電流検出部１２は、回転機２の三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。座標変換器１６は、この三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを回転機２の回転子に同期して回転する直交座標として公知であるｄｑ軸上の電流に座標変換し、これを検出電流ｉｄｓ、ｉｑｓとして出力する。座標変換器１６における座標変換に必要な推定回転子位置θ＾は、状態観測部１５から出力される。
なお、推定回転子位置θ＾とは、回転機２の推定回転子位置である。適宜、推定回転子位置と記載する。
また、ｄｑ軸上の回転機２の検出電流ｉｄｓ、ｉｑｓを、適宜回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと記載し、特に明記する必要がない場合は、回転機電流と略記する。
【００１８】
なお、三相電流を検出するには、電流を三相すべて検出するほか、２相分を検出して三相電流の和がゼロであることを利用して三相電流を求めてもよい。また、インバータ母線電流およびスイッチング素子に流れる電流とスイッチング素子の状態から三相電流を演算してもよい。
【００１９】
電圧印加部１３は、インバータ回路等の電力変換器で構成され、電流制御部１４から出力される電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊に基づいて、回転機２に駆動電圧を印加する。
【００２０】
電流制御部１４は、上位のコントローラから出力される目標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に回転機２の回転機電流が追随するようにＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御を行い、電圧印加部１３に電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を出力する。
【００２１】
状態観測部１５は、回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓおよび電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊から、回転機２の推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾と、回転機２の推定回転速度ωｒ＾と、回転機２の推定回転子位置θ＾とを演算する。また、状態観測部１５は、座標変換に必要な推定回転子位置θ＾を座標変換器１６に出力する。
なお、状態観測部１５の動作の詳細は後で説明する。
【００２２】
次に、電流制御部１４の内部構成および動作を図２に基づいて説明する。
電流制御部１４は、電流制御器４１、４２、および加減算器４３、４４を備える。
【００２３】
加減算器４３は、目標電流指令ｉｄ＊から回転機電流ｉｄｓを減算して、ｄ軸電流偏差を演算する。電流制御器４１は、ｄ軸電流偏差が０になるようにＰＩ制御によって電圧指令Ｖｄ＊を演算する。
加減算器４４は、目標電流指令ｉｑ＊から回転機電流ｉｑｓを減算して、ｑ軸電流偏差を演算する。電流制御器４２は、ｑ軸電流偏差が０になるようにＰＩ制御によって電圧指令Ｖｑ＊を演算する。
なお、目標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊は回転機２の駆動状態に応じて、適宜変更される。
【００２４】
これにより、電流制御部１４は、回転機２の回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓが目標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に追従するように、電流制御器４１、４２において電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を生成し、制御装置１は回転機２を回転制御することができる。
【００２５】
次に、状態観測部１５の内部構成および動作を図３に基づいて説明する。
状態観測部１５は、推定電流演算部５１、推定回転速度演算部５２、積分器５３、および回転機定数誤差演算部５４とを備える。
【００２６】
推定電流演算部５１は、回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊とあらかじめ記憶する回転機２の回転機定数とに基づいて回転機２の内部状態を推定演算する。
推定回転速度演算部５２は、回転機２の回転速度を推定演算し、回転機２の推定回転速度ωｒ＾を出力する。
積分器５３は、推定回転速度演算部５２から出力された推定回転速度ωｒ＾を積分して、推定回転子位置θ＾を出力する。
回転機定数誤差演算部５４は、あらかじめ記憶する回転機定数と回転駆動中における回転機２の回転機定数との誤差を演算し、出力する。
【００２７】
推定電流演算部５１は、（１）、（２）式を用いて回転機内部の磁束と電流とを推定演算する。
【００２８】
【数１】
2020195793.tif 000003
【００２９】
【数２】
2020195793.tif 000004
【００３０】
ただし、Φｄｓ＾、Φｑｓ＾はｄｑ軸上の回転機２の電機子推定磁束、Φｄｒ＾、Φｑｒ＾はｄｑ軸上の回転子推定磁束である。ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾はｄｑ軸上の電機子推定電流である。Ｒ０、Ｌ０はあらかじめ記憶する回転機抵抗と回転機インダクタンスである。ωｒ＾は回転機２の推定回転速度、ωは一次角周波数、ｓは微分演算子である。
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｈはそれぞれ以下の行列で表される。
【００３１】
【数３】
2020195793.tif 000005
【００３２】
（１）式はいわゆる適応オブザーバと呼ばれ、Ｈゲインの設定は非特許文献１に限らず、公知のものを利用すればよい。
【００３３】
ここで、Ｒ０、Ｌ０は回転機２を回転駆動する前段階の停止状態において測定されるものであり、測定方法は公知の方法を用いて測定すればよい。以降、Ｒ０、Ｌ０を標準回転機定数と称する。
【００３４】
推定回転速度演算部５２は、推定電流演算部５１が演算して出力する推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾と、回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと、回転機定数誤差演算部５４が演算して出力する回転機定数誤差とを用いて回転機２の推定回転速度ωｒ＾を演算（推定）する。
【００３５】
ここで実施の形態１の方法を明確にするため、非特許文献１の方法を例として推定回転速度演算の原理を説明する。
【００３６】
非特許文献１では（３）式のように推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾と回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓとの差分をＰＩ制御して推定回転速度ωｒ＾を演算する。なお、ここでｋａｐは比例ゲインであり、ｋａｉは積分ゲインである。
【００３７】
【数４】
2020195793.tif 000006
【００３８】
回転機２の推定回転速度ωｒ＾を回転機の実速度ωｒと一致させることは、Δωｒ＝ωｒ＾−ωｒを０に近づけることに等しい。
非特許文献１によれば、Δωｒについて、（４）式が成り立つことが示されている。
【００３９】
【数５】
2020195793.tif 000007
【００４０】
ただし、ｅｉ、Ｉ、Ｉ４、Ｊ、およびΦｒ＾は以下の行列で表される。
【００４１】
【数６】
2020195793.tif 000008
【００４２】
すなわち、推定電流と回転機電流の差分であるｅｉは、ある伝達特性でΔωｒに伝達しており、ｅｉが０に近づけば、Δωｒは最終的に０に近づくため、（３）式を用いて推定回転速度の演算が可能である。
【００４３】
ここで、比較例の方法は回転機２の定数とあらかじめ記憶する回転機定数が一致していることが前提である。したがって、回転機２の運転状態によって変化する回転機定数については、回転機２の真の回転機定数と標準回転機定数との間に誤差が発生し、速度推定演算の前提である（４）式に差異が生じる。
【００４４】
ここで、回転機定数は、回転機２の抵抗およびインダクタンスを含んでいる。
例えば、回転機２の温度上昇などにより抵抗の値に誤差が現れる場合、（４）式は（５）式に変化する。
なお、適宜、回転機２の抵抗を回転機抵抗と、回転機２のインダクタンスを回転機インダクタンスと記載する。
【００４５】
【数７】
2020195793.tif 000009
【００４６】
ただし、Ｒを駆動中の回転機２の抵抗として、回転機定数誤差ΔＲ＝Ｒ０−Ｒとする。
【００４７】
また、回転機電流の発生でインダクタンスが磁気飽和する場合、インダクタンスに誤差が現れるため、（４）式は（６）式に変化する。
【００４８】
【数８】
2020195793.tif 000010
【００４９】
ただし、Ｌを駆動中の回転機２のインダクタンスとして、回転機定数誤差ΔＬ＝Ｌ０−Ｌとする。
このため、回転機定数誤差がある状態でも従来の速度推定演算で、精度良く駆動するためには、（５）式および（６）式における右辺第二項を消去して（４）式に近づければよい。
【００５０】
そのため、推定回転速度演算部５２は、回転機定数誤差を含む（５）、（６）式の右辺第二項を回転機定数誤差の情報である回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒと置き、（７）式を用いて推定回転速度ωｒ＾を演算する。
【００５１】
【数９】
2020195793.tif 000011
【００５２】
すなわち、状態観測部１５の推定回転速度演算部５２は、回転機２の電流を座標変換した回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾との差分から回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを減算した値に基づいて推定回転速度ωｒ＾を演算する。
【００５３】
回転機定数誤差演算部５４は、回転機定数誤差を含む回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを演算する。
次に、回転機定数誤差演算部５４の内部構成および動作を図４に基づいて説明する。
回転機定数誤差演算部５４は、回転機定数誤差演算器５４１、乗算器５４２、およびフィルタ５４３を備える。
【００５４】
実施の形態１では、駆動中の回転機２の温度変化により回転機抵抗が変化し、回転機定数誤差ΔＲが発生した場合の回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒの演算方法について説明する。
【００５５】
回転機定数誤差演算器５４１は、例えば以下の方法を用いて回転機定数誤差ΔＲを算出する。
回転機の電圧方程式より、ｄ軸の電圧Ｖｄと電流ｉｄｓ、ｉｑｓは（８）式の関係がある。
【００５６】
【数１０】
2020195793.tif 000012
【００５７】
したがって、標準回転機定数の抵抗Ｒ０の時、任意の回転速度ω１におけるｄ軸電圧Ｖｄ０は、電流制御部１４の動作により、回転機電流ｉｄｓはｉｄ＊に収束して一定になり、定常的には（９）式となる。
【００５８】
【数１１】
2020195793.tif 000013
【００５９】
一方、駆動中に回転機抵抗がＲとなるとき、任意の回転速度ω１で駆動すると、電流制御部１４の動作により、回転機電流ｉｄｓは目標電流指令ｉｄ＊に収束して一定になり、定常的にはｄ軸電圧指令Ｖｄ＊は（１０）式となる。
【００６０】
【数１２】
2020195793.tif 000014
【００６１】
（９）式、（１０）式より、回転機定数誤差ΔＲは（１１）式で表すことができる。
【００６２】
【数１３】
2020195793.tif 000015
【００６３】
なお、ｄ軸電圧Ｖｄ０は回転機２を回転駆動する前段階の停止状態において測定されるＲ０、Ｌ０の測定と同様に行う。
また、任意の回転速度におけるｄ軸電圧Ｖｄ０の値をあらかじめ測定しておくことで、標準回転機定数Ｒ０に対する任意の回転速度におけるｄ軸電圧Ｖｄ０を記憶することができ、駆動中の回転機電流ｉｄｓと電圧指令Ｖｄ＊を用いて回転機定数誤差ΔＲを演算できる。
【００６４】
なお、回転機２の回転機抵抗の演算方法は実施の形態１の記載に限らず、公知のものを用いて演算してもよい。
【００６５】
実施の形態１では（５）式の右辺第二項が回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒである。
乗算器５４２は、回転機定数誤差演算器５４１の出力と回転機電流の積を演算し、フィルタ５４３を経由して回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを出力する。
【００６６】
（７）式において、ｑ軸の誤差のみを利用するので、実際には（５）式の右辺第２項のみを用いて回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒは（１２）式で演算される。
【００６７】
【数１４】
2020195793.tif 000016
【００６８】
ただし、Ｇｉｑは（５）式の第２項の係数である。
【００６９】
【数１５】
2020195793.tif 000017
【００７０】
したがって、乗算器５４２は、回転機定数誤差演算器５４１の出力ΔＲと回転機２のｑ軸電流ｉｑｓとの積を計算する。なお、回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾は、ほぼ一致しているから回転機電流の代わりに推定電流を用いてもよい。
【００７１】
フィルタ５４３は、乗算器５４２の出力に任意の伝達特性を有するフィルタを付与する。
実施の形態１では、Ｇｉｑをフィルタとして用いる。
Ｇｉｑは、（５）式の第２項の係数を解くことで算出でき、Ｈゲインに応じてゲインが変化するフィルタとすればよい。
また、Ｇｉｑは分母にｓを有するフィルタであるから、例えば予め定められた時定数を有する１次遅れフィルタで近似した伝達特性を持たせてもよい。
【００７２】
実施の形態１における回転機の制御装置１によれば、回転機電流と推定電流と回転機定数誤差とを用いて推定回転速度を演算することにより、運転中の回転機定数変動による推定回転速度の推定演算の応答を高くし、不安定化させない。このため、回転機２を駆動する際に設定する制御応答から応答遅れが発生することなく、回転機２を駆動することができ、信頼性の高い回転機の駆動制御を実現できる。
【００７３】
また、予め定められた伝達特性を有するフィルタを付与した回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを用いることで、回転機定数誤差が速度推定に及ぼす影響を伝達特性を含めて補正することができ、速度推定の演算精度および応答を高くすることができる。
【００７４】
また、式（７）に示したように、予め定められた伝達特性を有するフィルタを付与した回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを、回転機２の回転機電流ｉｑｓと推定電流ｉｑｓ＾との差分からさらに減算している。こうすることで、定数誤差が速度推定に及ぼす影響を、伝達特性を含めて補正することができ、速度推定の演算精度および応答を高くすることができる。
【００７５】
また、抵抗誤差に起因する速度推定精度の悪化を抑制することができ、推定精度および推定応答を高くすることができる。
【００７６】
次に、実施の形態１による回転機の制御装置１のハードウェア構成を図５に基づいて説明する。図５は、回転機の制御装置１を適用した回転機システムの構成を合わせて表している。
【００７７】
図５に示すように、回転機システムは、回転機２、回転機の制御装置１、および制御装置１に指令を与える上位コントローラ３を備えて、回転機２を駆動する。
回転機の制御装置１は、ハードウェア構成として、プロセッサ２１、記憶装置２２、電流検出部１２、および電圧印加部１３を備える。
【００７８】
図１で示した電流制御部１４、状態観測部１５は、記憶装置２２に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ２１により実現される。
【００７９】
記憶装置２２は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。不揮発性の補助記憶装置として、フラッシュメモリ等の代わりにハードディスク等を使用してもよい。
【００８０】
プロセッサ２１に、記憶装置２２の補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムが入力され、プロセッサ２１は、記憶装置２２から入力されたプログラムを実行する。また、プロセッサ２１は、演算結果等のデータを記憶装置２２の揮発性記憶装置に出力するか、あるいは揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に出力してデータを保存する。
【００８１】
なお、電流制御部１４、状態観測部１５は、システムＬＳＩ等の処理回路により実現してもよい。また、座標変換器１６、および電圧印加部１３への電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を三相電圧指令に変換する機能は、プロセッサ２１、またはシステムＬＳＩ等の処理回路により実現してもよい。
【００８２】
さらに、複数のプロセッサ２１および複数の記憶装置２２が連携して上記機能を実行してもよいし、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。また、それらを組み合わせて上記機能を実行してもよい。
【００８３】
実施の形態１では回転機２として同期機を例として説明したが、誘導機などの回転機であっても、同様の構成で状態観測部を用いて推定回転速度を演算することが可能である。
【００８４】
上記説明のように、実施の形態１の回転機の制御装置は、回転機電流を検出する電流検出部と、目標電流指令に回転機電流が追従するように電圧指令を生成する電流制御部と、電圧指令に応じて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、回転機電流、電圧指令、および標準回転機定数に応じて回転機の推定電流と推定回転速度と推定回転子位置とを演算する状態観測部とを備えるものである。そして、状態観測部は、電圧指令と、回転機電流または推定電流とに基づいて、標準回転機定数と現在の運転状態における回転機定数との回転機定数誤差を演算するとともに、回転機電流と推定電流と回転機定数誤差とに基づいて推定回転速度を演算し、回転機定数誤差が回転機抵抗である場合を対象とするものである。
このため、実施の形態１の回転機の制御装置は、回転機定数誤差が回転機抵抗である場合において、状態観測部の応答性の悪化を抑制し、系全体の応答性を高くすることができる。
【００８５】
実施の形態２．
実施の形態２の回転機の制御装置は、駆動中の回転機に電流が流れ、回転機のインダクタンスが変化し、回転機定数誤差ΔＬが発生した場合、すなわち回転機定数誤差が回転機インダクタンスである場合を対象とするものである。
【００８６】
以下、実施の形態２に係る回転機の制御装置の動作について、回転機の制御装置の構成を示すブロック図である図６に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。
実施の形態２の回転機の制御装置のブロック図である図６において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
【００８７】
まず、実施の形態２の回転機の制御装置１００の構成を図６に基づいて説明する。また、適宜実施の形態１の図４を参照して説明する。
回転機２を駆動する回転機の制御装置１００は、電流検出部１２、電圧印加部１３、電流制御部１４、状態観測部１５、座標変換器１６、さらに高周波電圧生成部１７および加算器１８を備える。
なお、回転機の制御装置１００を、適宜、制御装置１００と記載する。
【００８８】
実施の形態２では、回転機定数誤差演算部５４の動作を変更し、高周波電圧生成部１７および加算器１８を追加している。高周波電圧生成部１７および加算器１８以外の構成は実施の形態１と同様である。
以降、回転機定数誤差演算部５４、高周波電圧生成部１７および加算器１８の動作を中心に説明する。
【００８９】
実施の形態２において、回転機定数誤差演算器５４１は、例えば以下の方法にて回転機定数誤差ΔＬを算出する。
【００９０】
回転機２のインダクタンス値の誤差を測定するため回転機２の駆動周波数より十分高い周波数を有する高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を回転機２のトルクに直接寄与しないｄ軸に印加する。
高周波電圧生成部１７は、（１３）式によって与えられる高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を生成する。加算器１８は電流制御部１４によって生成される電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊の内のＶｄ＊に高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を加算する。したがって、加算器１８の出力は電圧指令Ｖｄ＊＋Ｖｄｈ＊、Ｖｑ＊となる。
【００９１】
【数１６】
2020195793.tif 000018
【００９２】
ただし、Ｖｈは電圧振幅、ωｈは高周波電圧周波数、ｔは時間を示す。
【００９３】
（８）式より、回転機インダクタンスが標準回転機定数Ｌ０であり、高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を与えたときの回転機電流ｉｄｓの周波数ωｈの周波数成分をｉｄｓｈ０とすると（１４）式となる。なお、回転機インダクタンスがＬのとき、高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を与えた場合の回転機電流ｉｄｓの周波数ωｈの周波数電流成分をｉｄｓｈとする。
【００９４】
【数１７】
2020195793.tif 000019
【００９５】
なお、周波数ωｈの周波数電流成分であるｉｄｓｈ０およびｉｄｓｈは、バンドパスフィルタなどの特定の周波数を抽出するフィルタを回転機電流ｉｄｓに付与することで算出できる。
ここで、高周波成分のため、（１４）式の右辺第一項＜＜右辺第二項であるから、（１４）式は（１５）式で近似できる。
【００９６】
【数１８】
2020195793.tif 000020
【００９７】
一方、駆動中に回転機インダクタンスがＬとなるとき、高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を与えると（１５）式と同様にして、（１６）式が得られる。
【００９８】
【数１９】
2020195793.tif 000021
【００９９】
ここで、駆動中の回転機２のインダクタンスがＬ≠Ｌ０となる場合、周波数ωｈの周波数電流成分はｉｄｓｈ≠ｉｄｓｈ０である。
（１５）、（１６）式より明らかにＬ／Ｌ０＝ｉｄｓｈ０／ｉｄｓｈが成り立ち、回転機定数誤差ΔＬは（１７）式で表すことができる。
【０１００】
【数２０】
2020195793.tif 000022
【０１０１】
以上のように、回転機電流の高周波成分を用いて、回転機定数誤差ΔＬを算出できる。
【０１０２】
なお、回転機２のインダクタンスの演算方法は実施の形態２の記載に限らず、インダクタンス誤差を演算する公知のものを用いてもよい。
【０１０３】
図４において、乗算器５４２は、回転機定数誤差演算器５４１の出力と回転機電流の積を演算し、フィルタ５４３を経由して回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを出力する。
実施の形態２では（６）式の右辺第二項が回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒであり、回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒは（１８）式で演算される。
【０１０４】
【数２１】
2020195793.tif 000023
【０１０５】
ただし、Ｇｉｑ１は（６）式の第２項の係数である。
【０１０６】
【数２２】
2020195793.tif 000024
【０１０７】
したがって、乗算器５４２は、回転機定数誤差演算器５４１の出力ΔＬと回転機のｑ軸電流ｉｑｓとの積を計算する。なお、回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾は、ほぼ一致しているから推定電流を代わりに用いてもよい。
【０１０８】
フィルタ５４３は、実施の形態１と同様の構成で実現すればよい。
【０１０９】
ここで、特許文献１の回転機定数推定に係る方法では、このΔＬを積分して駆動中の回転機のＬ値を推定して、誘起電圧推定に用いる回転機定数を更新する構成としている。この構成では、積分により推定演算に遅れが生じるため、回転機定数の急峻な変化に適応できない課題がある。実施の形態２では、電流、電圧値を用いて算出した回転機定数誤差ΔＬをそのまま推定回転速度の演算に用いるため、回転機定数の急峻な変化がある場合でも、推定回転速度の演算精度および応答を高くすることができる。
【０１１０】
実施の形態２の回転機の制御装置は、駆動中の回転機に電流が流れ、回転機のインダクタンスが変化し、回転機定数誤差ΔＬが発生した場合、すなわち回転機定数誤差が回転機インダクタンスである場合を対象とするものである。
したがって、実施の形態２の回転機の制御装置は、回転機定数誤差が回転機インダクタンスである場合において、状態観測部の応答性の悪化を抑制し、系全体の応答性を高くすることができる。
【０１１１】
実施の形態３．
実施の形態３の回転機の制御装置は、駆動中の回転機の温度変化により回転機抵抗が変化して回転機定数誤差ΔＲが発生し、かつ駆動中の回転機に電流が流れ、回転機インダクタンスが変化して回転機定数誤差ΔＬが発生した場合、すなわち回転機定数誤差が回転機抵抗と回転機インダクタンスの両方である場合を対象とするものである。
【０１１２】
以下、実施の形態３に係る回転機の制御装置の構成は、実施の形態２に係る回転機の制御装置の構成と同じである。
実施の形態３に係る回転機の制御装置の動作について、回転機の制御装置の構成を示すブロック図である図６に基づいて、また図４を参照して、実施の形態１および２との差異を中心に説明する。
【０１１３】
実施の形態３は、実施の形態２と同様に回転機定数誤差演算部５４の動作を変更し、その他の構成は実施の形態２と同様である。
【０１１４】
まず、回転機定数誤差のΔＲとΔＬの双方が発生する場合の回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒについて説明する。（５）式と（６）式をまとめると、ｅｉは（１９）式で表すことができる。
【０１１５】
【数２３】
2020195793.tif 000025
【０１１６】
回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒは（２０）式で表される。
【０１１７】
【数２４】
2020195793.tif 000026
【０１１８】
次に回転機定数誤差演算器５４１の動作について説明する。
回転機定数誤差ΔＬの演算方法は実施の形態２と同様に高周波電流成分ｉｄｓｈに基づいて演算すればよい。
回転機定数誤差ΔＲは、実施の形態１と同様に回転機電流ｉｄｓに基づいて演算することができる。しかし、回転機電流ｉｄｓは高周波成分を含んでいるため、回転機電流ｉｄｓから高周波電流成分であるｉｄｓｈを減算した基本波成分ｉｄｓｆを生成し、この基本波成分ｉｄｓｆを（１１）式の分母に適用すればよい。
【０１１９】
乗算器５４２は、（２０）式に基づいてＧｉｑ×ΔＲ×ｉｑｓとＧｉｑ１×ΔＬ×ｉｑｓとを加算演算し、回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを、フィルタ５４３を経由して出力する。
（２０）式は、実施の形態１の（１２）式と実施の形態２の（１８）式の加算値であるから、実施の形態１、２と同様の構成でＧｉｑ×ΔＲ×ｉｑｓとＧｉｑ１×ΔＬ×ｉｑｓとを演算すればよい。
【０１２０】
実施の形態３における回転機の制御装置によれば、回転機２の駆動中に回転機定数Ｒ、Ｌの双方が標準回転機定数から変化する場合であっても、回転機２を駆動する際に設定する制御応答から応答遅れが発生することなく回転機２を駆動でき、信頼性の高い回転機の駆動制御を実現できる。
【０１２１】
実施の形態３の回転機の制御装置は、駆動中の回転機の温度変化により回転機抵抗が変化して回転機定数誤差ΔＲが発生し、かつ駆動中の回転機に電流が流れ、回転機インダクタンスが変化して回転機定数誤差ΔＬが発生した場合、すなわち回転機定数誤差が回転機抵抗と回転機インダクタンスの両方である場合を対象とするものである。
したがって、本実施の形態３の回転機の制御装置は、回転機定数誤差が回転機抵抗および回転機インダクタンスの両方である場合において、状態観測部の応答性の悪化を抑制し、系全体の応答性を高くすることができる。
【０１２２】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１２３】
１，１００  回転機の制御装置、２  回転機、３  上位コントローラ、１２  電流検出部、１３  電圧印加部、１４  電流制御部、１５  状態観測部、１６  座標変換器、１７  高周波電圧生成部、１８  加算器、２１  プロセッサ、２２  記憶装置、４１，４２  電流制御器、４３，４４  加減算器、５１  推定電流演算部、５２  推定回転速度演算部、５３  積分器、５４  回転機定数誤差演算部、５４１  回転機定数誤差演算器、５４２  乗算器、５４３  フィルタ。
【図１】
2020195793.tif 000027
【図２】
2020195793.tif 000028
【図３】
2020195793.tif 000029
【図４】
2020195793.tif 000030
【図５】
2020195793.tif 000031
【図６】
2020195793.tif 000032
【国際調査報告】
2020195793.tif 000033
2020195793.tif 000034
2020195793.tif 000035
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