(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機の電流および電圧を用いて交流電動機の磁束，電流および速度をそれぞれ推定演算し、その推定速度と磁束指令およびトルク電流指令を用いて交流電動機をベクトル制御するに当たり、
推定電流偏差と推定磁束との外積に、推定磁束の振幅偏差にトルク電流指令およびゲインを乗じた項を加えて速度を推定演算することを特徴とする速度センサレスベクトル制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、速度センサを用いないで（速度センサレス）、誘導電動機等（以下、単に電動機ともいう）のベクトル制御を行なう速度センサレスベクトル制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導電動機の高性能，高精度な制御方法として、いわゆるベクトル制御が良く知られている。ベクトル制御では電動機の速度情報が必要で、通常はパルスジェネレータ（ＰＧ）等により得るようにしている。しかし、速度センサを取り付けられない用途に対するベクトル制御の要求から、図３のような方式が提案されている。
これは、インバータ１０１、誘導電動機１０２、電流検出手段１０３、電流調節手段１０４，１０５、座標変換手段１０６，１０９、３相−２相変換手段１０７，１０８、電流・磁束推定手段１１０および速度推定手段１１１等を組み合わせて構成したものである。
【０００３】
すなわち、電流調節手段１０４，１０５はそれぞれ、推定磁束１２０を回転座標の基準として、１次電流１１８を座標変換手段１０９で座標変換して得たトルク電流ｉq １１７，磁化電流ｉd １１６をトルク電流指令ｉq * １１３，磁化電流指令ｉd * １１５にそれぞれ一致させるように制御する。演算手段１１２は、磁束指令Φ* から磁化電流指令を計算する。
【０００４】
ところで、速度センサレスベクトル制御の原理は、例えば、
文献１：電気学会電力電気応用研究会資料ＩＥＡ−９１−１１，１９９１，ｐｐ．４１〜４８「誘導電動機の速度適応二次磁束オブザーバとその特性」の項参照
文献２：ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．５，Ｓｅｐｔ／Ｏｃｔ１９９４，ｐｐ．１２１９〜１２２４「Ｓｐｅｅｄ  Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ  Ｆｉｅｌｄ−Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｍｏｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｒｏｔｏｒ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ」の項参照
などに紹介されている。
【０００５】
上記文献によれば、以下のようなアルゴリズムに基づき、図４の構成により速度が推定される。
まず、電動機として誘導機を例にとると、状態方程式は数１で示す（１）式のように表わされる。なお、行列の肩に文字Ｔを付して転置行列を示す。
【数１】
0003770365.tif 000002
【０００６】
すなわち、上記（１）式は、１次電圧ｖs が与えられれば１次電流ｉs および２次磁束φr を計算できることを示している。そこで、図３の電流・磁束推定手段１１０では、電流，磁束の推定値（文字等の肩または横に「∧」印を付して推定値を示す）を、数２で示す（２）式から計算する。なお、行列Ａ（∧）は、行列Ａにおける角速度ωr を、推定角速度ωr （∧）に置き換えたものである。
【数２】
0003770365.tif 000003
【０００７】
次に、図３の速度推定手段３０１は、数３で示す（３）式にもとづき推定電流偏差ｉs −ｉs （∧）と推定磁束φr （∧）との外積から図４の如く、推定速度を計算する。
【数３】
0003770365.tif 000004
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような方式では、電動機に印加される電圧，電流の周波数が０、すなわち直流の場合、電動機のインダクタンス分にかかる電圧が電流にかかわらず０になるため、電圧から磁束を演算することができなくなる。したがって、推定磁束と推定速度の実際値とのずれも収束しないことになる。つまり、周波数０では推定速度が演算不能のため電動機を運転できない、という問題が生じる。
したがって、この発明の課題は、電動機に印加される電圧の周波数が０の場合でも、速度の推定ができるようにして電動機の運転を可能とすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、交流電動機の電流および電圧を用いて交流電動機の磁束，電流および速度をそれぞれ推定演算し、その推定速度，磁束指令およびトルク電流指令を用いて交流電動機をベクトル制御するに当たり、
推定電流偏差と推定磁束との外積に、推定磁束の振幅偏差にトルク電流指令およびゲインを乗じた項を加えて速度を推定演算するようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示すブロック図である。図３との相違点は速度推定手段１１１の構成にあり、これには新たに磁束指令１１４とトルク電流指令１１３とが入力されている。その内部構成は図２のように、図４に示すものに対し加減算器２０４，掛算器２０６，振幅演算手段２０７およびゲイン要素２０８を付加して構成される。すなわち、推定電流偏差と推定磁束の外積の他に、推定磁束の振幅偏差とトルク電流指令との積の項を新たに加えるようにしたもので、推定磁束の振幅が磁束指令に対して発散しないように帰還制御を行なえば、周波数０においても推定速度は安定に０に収束することに着目したものである。
【００１１】
電動機の磁束ベクトルと推定磁束ベクトルの方向がずれると、トルク電流指令と磁化電流指令に対し、電動機に流れるトルク電流と磁化電流には、ずれ角に応じた偏差を生じ、この影響によって推定磁束の振幅が磁束指令に対して偏差を生じることになる。そこで、上記（３）式に代わる数４の（４）式で推定速度を計算する。
【数４】
0003770365.tif 000005
【００１２】
あるいは、（４）式の中括弧内の第１項（ｉs−ｉs（∧））×φr（∧）は回転座標系の信号でも全く等価であるから、次の数５の（４）’式のように変形される。この（４）’式は（４）式と全く等価である。
【数５】
0003770365.tif 000006
以上
【００１３】
このように、周波数が０であっても、トルク電流の符号に応じて推定磁束偏差をなくす方向に推定速度を修正することで、電動機の磁束ベクトルは所望の状態に収束し、推定速度も実際の角速度に一致させることが可能となる。
【００１４】
【発明の効果】
この発明によれば、周波数が０の場合でも、交流電動機の磁束および速度を安定に推定演算できるので、低速における電動機速度制御範囲を拡大することができる利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の速度推定手段の具体例を示すブロック図である。
【図３】従来例を示すブロック図である。
【図４】図３の速度推定手段の具体例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１…インバータ、１０２…誘導電動機、１０３…電流検出手段、１０４，１０５…電流調節手段、１０６，１０９…座標変換手段、１０７，１０８…３相−２相変換手段、１１０…電流・磁束推定手段、１１１，３０１…速度推定手段、１１２…磁化電流指令演算手段、２０１…ＰＩ調節手段、２０２…外積手段、２０７…振幅演算手段、２０８…ゲイン要素。
【図１】
0003770365.tif 000007
【図２】
0003770365.tif 000008
【図３】
0003770365.tif 000009
【図４】
0003770365.tif 000010