CN102365818A - 交流旋转电机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种交流旋转电机的控制装置，从包含速度为零的低速区域到高速区域平滑地进行驱动，并且即使在推定相位上存在初始值误差也能够迅速地使误差收敛从而得到所希望的特性。为此，具备：适应观测单元(7)，根据电压指令矢量Vsref、电流偏差矢量ΔIs以及放大偏差矢量E0输出推定磁通量相位θ0、推定电流矢量Isest、推定磁通量矢量Phest以及推定速度wr0；偏差矢量运算单元(8)，对推定电流矢量Isest和来自电流矢量检测单元(3)的检测电流矢量Is之间的电流偏差矢量ΔIs以及推定磁通量矢量Phest和来自磁通量矢量检测单元(6)的检测磁通量矢量Phi之间的磁通量偏差矢量ΔPhi进行运算；以及偏差放大单元(9)，对电流偏差矢量ΔIs和磁通量偏差矢量ΔPhi进行放大并输出放大偏差矢量E0。

Description

交流旋转电机的控制装置

技术领域

本发明涉及通过电压施加单元施加交流电压从而驱动控制交流旋转电机的装置。

背景技术

众所周知对同步机、感应机等的交流旋转电机进行控制的各种方法。如果仅限于低速区域，则一般能够使用应答性低但廉价的位置传感器进行低成本的控制系统下的驱动。因为在低速区域霍尔传感器的输出周期本身就迟缓，所以即使是应答低的位置传感器，应答低得也不明显，所以能够进行驱动。

另一方面，如果想在高旋转区域利用应答低的位置传感器，则因为其迟缓，变得不能在所希望的相位供给电流，交流旋转电机的驱动特性下降。另外，如果根据重叠比交流旋转电机的基本频率高的频率的电压、电流并利用了电感的显著性的位置检测结果进行控制，则即使是位置传感器也能进行低速区域的驱动。但是，如果想要通过该方式在高旋转区域中进行驱动，则因为产生基本波以外的电压、电流，所以在运行效率、电压利用率、最大电流的方面变得不利。

因此，介绍各种能够通过无传感器控制从低速区域到高速区域平滑地驱动的交流旋转电机的控制装置。

例如，在专利文献1所记载的发明中，为了不使用磁极位置检测器而适当地生成在矢量控制器基本部中需要的旋转d-q坐标系的相位，准备生成低频率区域用的相位的低频率区域相位生成器和生成高频率区域用的相位的高频率区域相位生成器。并且，具备对这2种相位在频率上进行加权平均并合成的相位合成器，将所合成的最终相位设为旋转d-q坐标系统的相位。

另外，在专利文献2所记载的发明中，在用于对交流电动机的零速到高速区域连续地进行控制的无传感器控制方法中，通过位置/速度推定器，使用通过机械数式模型推定出的速度推定值ωest和位置推定值θest进行控制，以使使用转子角度运算的第1磁通量矢量和不使用转子角度运算的第2磁通量矢量的通过外积运算(exterior product calculation)而得到的位置误差Δθ为零。

另外，在专利文献3所记载的发明中，具备使用了根据旋转二轴坐标(d-q轴)上的电流偏差和旋转二轴坐标(d-q轴)上的电压指令以及推定旋转速度而运算角频率、推定电流以及推定转子磁通量的电动机模型的适应观测器(adaptive boserver)，特别是能够在高的旋转速度下控制同步电动机。

根据这些发明，能够做到从低速区域到高速区域平滑地驱动交流旋转电机。

专利文献1：日本特开平10-94298号公报

专利文献2：日本特开2006-158046号公报

专利文献3：日本再公表特许W02002/091558号公报

发明内容

(发明要解决的问题)

但是，专利文献1所记载的发明因为对2种相位在频率上进行加权平均并合成，所以在频率变低的低速区域，需要基于2种相位中的低频率区域相位生成器进行驱动。因此，如果低频率区域相位生成器的推定应答迟缓，则存在在低速区域不能较高地保持速度控制应答、转矩控制应答等的应答性的问题。

另外，在专利文献2记载的发明中，通过位置/速度推定器利用速度推定值ωest和位置推定值θest，以使第1磁通量矢量和第2磁通量矢量的通过外积运算得到的位置误差Δθ为零。在该外积运算中，灵敏度根据第1磁通量矢量和第2磁通量矢量之间的相位差而不同，特别是相位差在超过90度时，不仅与相位差小于90度时相比偏差大，而且因为外积运算值变小，所以如果由于初始值误差或其他某种理由而相位差超过90度，则误差收敛性、位置推定的应答性上存在问题。

另外，在专利文献3记载的发明中，适应观测器基于电流偏差进行运算，所以在交流旋转电机停止或者在极低的转速的情况下，几乎或者完全不产生电流偏差，有难以进行流畅的控制的问题。

本发明就是为解决这些问题而作出的，目的在于得到一种交流旋转电机的控制装置，该交流旋转电机的控制装置能够从包含速度为零的低速区域到高速区域平滑地进行驱动，并且，即使在推定相位上存在初始值误差也能够使之迅速地误差收敛而得到所希望的特性。

(用于解决问题的方案)

第1发明的交流旋转电机的控制装置具备：电流矢量检测单元，检测交流旋转电机的电流矢量并作为检测电流矢量而输出；交流旋转电机控制单元，参照推定磁通量相位，以使所述检测电流矢量与电流指令矢量一致的方式输出电压指令矢量；电压施加单元，根据所述电压指令矢量而向所述交流旋转电机施加电压；适应观测单元，根据所述电压指令矢量而输出所述推定磁通量相位；以及磁通量矢量检测单元，检测磁通量矢量并作为检测磁通量矢量而输出，

所述适应观测单元除了基于所述电压指令矢量之外还基于电流偏差矢量和放大偏差矢量，除了输出所述推定磁通量相位之外还输出推定电流矢量和推定磁通量矢量，

另外，还具备偏差矢量运算单元，对作为所述推定电流矢量和所述检测电流矢量之间的偏差的所述电流偏差矢量以及作为所述推定磁通量矢量和所述检测磁通量矢量之间的偏差的磁通量偏差矢量进行运算，并作为所述放大偏差矢量输出。

第2发明的交流旋转电机的控制装置具备：电流矢量检测单元，检测交流旋转电机的电流矢量并作为检测电流矢量而输出；交流旋转电机控制单元，参照推定磁通量相位而以使所述检测电流矢量与电流指令矢量一致的方式输出电压指令矢量；电压施加单元，根据所述电压指令矢量而向所述交流旋转电机施加电压；适应观测单元，根据所述电压指令矢量而输出所述推定磁通量相位；以及磁通量矢量检测单元，检测磁通量矢量并作为检测磁通量矢量而输出，

所述适应观测单元除了基于所述电压指令矢量之外还基于放大偏差矢量，除了输出所述推定磁通量相位之外还输出推定磁通量矢量，

另外，还具备偏差矢量运算单元，对作为所述推定磁通量矢量和所述检测磁通量矢量之间的偏差的磁通量偏差矢量进行运算，并作为所述放大偏差矢量而输出。

(发明的效果)

如上所述，第1和第2发明的交流旋转电机的控制装置具备对作为推定磁通量矢量和检测磁通量矢量之间的偏差的磁通量偏差矢量进行运算并输出的偏差矢量运算单元，并将偏差矢量运算单元的输出输入给适应观测单元，所以不管旋转速度的高低都能够利用基于适应观测单元所推定的推定磁通量矢量的推定磁通量相位对交流旋转电机进行控制，即使在包含速度为零的低速区域也能够较高地保持速度控制应答等的应答性，并且能够提高存在初始值误差时的误差收敛性。

附图说明

图1是表示该发明的实施方式1中的交流旋转电机的控制装置的整体结构的图。

图2是用于说明磁通量偏差矢量的特征的图。

图3是表示图1的交流旋转电机控制单元4的内部结构的图。

图4是表示图1的磁通量矢量检测单元6的内部结构的图。

图5是表示图1的适应观测单元7的内部结构的图。

图6是表示图1的偏差放大单元9的内部结构的图。

图7是表示图6的增益矩阵50的内部结构的图。

图8是表示增益矩阵50的各增益与推定速度wr0之间的关系的图。

图9是表示图6的增益矩阵51的内部结构的图。

图10是表示增益矩阵51的各增益与推定速度wr0之间的关系的图。

图11是表示该发明的实施方式2中的交流旋转电机的控制装置的整体结构的图。

图12是表示图11的交流旋转电机控制单元4a的内部结构的图。

图13是表示图11的电流分量分配器60的内部结构的图。

图14是表示图11的磁通量矢量检测单元6a的内部结构的图。

图15是表示交流旋转电机的旋转角度与信号dIu、dIv、dIw之间的关系的图。

图16是表示该发明的实施方式3中的交流旋转电机的控制装置的整体结构的图。

图17是表示图16的交流旋转电机控制单元4b的内部结构的图。

图18是表示图16的适应观测单元7b的内部结构的图。

图19是表示该发明的实施方式4中的交流旋转电机的控制装置的整体结构的图。

图20是表示图19的速度控制单元110的内部结构的图。

图21是表示该发明的实施方式5中的交流旋转电机的控制装置的整体结构的图。

图22是表示图21的适应观测单元7c的内部结构的图。

图23是表示图21的偏差放大单元9c的内部结构的图。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示本实施方式1中的整体结构图的图。图中，电压施加单元1根据电压指令矢量Vsref向交流旋转电机2施加电压。在本实施方式1中作为交流旋转电机2而举例对同步机进行了说明，但即使是感应机也能够基于同样原理来构成。

电流矢量检测单元3检测交流旋转电机2的电流矢量并作为检测电流矢量Is而输出。交流旋转电机控制单元4以使从电流矢量检测单元3得到检测电流矢量Is与电流指令矢量Isref一致的方式向电压施加单元1输出电压指令矢量Vsref。旋转位置检测单元5检测交流旋转电机2的旋转位置并向磁通量矢量检测单元6输出，磁通量矢量检测单元6根据该旋转位置检测磁通量矢量并作为检测磁通量矢量Phi而输出。

适应观测单元7根据后述的放大偏差矢量E0、同样后述的电流偏差矢量ΔIs以及电压指令矢量Vsref输出推定磁通量相位θ0、推定电流矢量Isest、推定磁通量矢量Phest以及推定速度wr0。偏差矢量运算单元8根据推定电流矢量Isest和检测电流矢量Is输出电流偏差矢量ΔIs，并且根据推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi输出磁通量偏差矢量ΔPhi。偏差放大单元9将推定速度wr0作为参数对电流偏差矢量ΔIs和磁通量偏差矢量ΔPhi进行放大，并作为放大偏差矢量E0向适应观测单元7输出。

在电流矢量检测单元3中，通过3相/2相转换器10将3相交流电流转换为2相交流电流，并将转换后的结果作为检测电流矢量Is而输出。对该3相/2相转换器10输出的2相交流电流进行处理的坐标作为正交静止二轴坐标而众所周知，将该正交静止二轴坐标定义为a-b轴。

在偏差矢量运算单元8中，通过减法器11从推定电流矢量Isest中减去检测电流矢量Is，输出电流偏差矢量ΔIs，并且通过减法器12从推定磁通量矢量Phest中减去检测磁通量矢量Phi，输出磁通量偏差矢量ΔPhi。

在此，预先对适应观测单元7的功能解说如下。

即、对交流旋转电机控制单元4来说，在其控制性能上重要的是，能够精度优良地获得为了以使得检测电流矢量Is与电流指令矢量Isref一致的方式输出电压指令矢量Vsref而需要的推定磁通量相位θ0。

因此，适应观测单元7的第一位的作用是精度优良地生成该推定磁通量相位θ0。在适应观测单元7中，设交流旋转电机2的旋转速度为该适应观测单元7的推定速度wr0，将对交流旋转电机2施加了电压指令矢量Vsref时产生的电流矢量和磁通量矢量分别作为推定电流矢量Isest、推定磁通量矢量Phest输出。并且，因为推定磁通量相位θ0是推定磁通量矢量Phest的相位，所以使适应观测单元7输出的推定磁通量矢量Phest与交流旋转电机2的磁通量矢量Ph一致能够对提高控制性能作出贡献。

如果在交流旋转电机2的旋转速度和适应观测单元7输出的推定速度wr0不同的情况下，产生电流偏差矢量ΔIs以及磁通量偏差矢量ΔPhi，所以利用这一点，通过所谓的反馈控制，以使推定速度wr0和交流旋转电机2的旋转速度一致的方式修正推定速度wr0。如果能够使推定速度wr0和交流旋转电机2的旋转速度一致，则适应观测单元7输出的推定磁通量矢量Phest也与交流旋转电机2磁通量矢量Ph一致，因此，应该能够得到精度高的推定磁通量相位θ0。

根据以上说明可以理解的是，在适应观测单元7中的反馈控制中，如何能够正确地把握检测磁通量矢量Phi和推定磁通量矢量Phest之间的偏差(磁通量偏差矢量ΔPhi)非常重要。

因此，关于该磁通量偏差矢量ΔPhi的特征，利用图2进行更详细的说明。

在图2(a)的情况1中，推定磁通量矢量Phest相对于检测磁通量矢量Phi为超前相位，其相位差在90度以内。磁通量偏差矢量ΔPhi是从推定磁通量矢量Phest(图中的点划线)中减去检测磁通量矢量Phi(图中的粗线)而得到的值，为图中的虚线所示。因此，假设如已经说过的专利文献2所示那样地，使通过推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi的外积运算得到的值与利用推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi制作的三角形(图中阴影部分)的面积成比例。

由此，如果在推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi之间产生相位差，则产生磁通量偏差矢量ΔPhi，或者产生推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi之间的通过外积运算而得到的值。

接下来，考虑图2(b)的情况2。在情况2中，推定磁通量矢量Phest相对于检测磁通量矢量Phi为超前相位，其相位差在90度以上。从推定磁通量矢量Phest(图中的点划线)中减去检测磁通量矢量Phi(图中的粗线)得到的磁通量偏差矢量ΔPhi(图中的虚线)的大小比情况1时的磁通量偏差矢量ΔPhi还大。另一方面，与图中的阴影部分的面积成比例的通过推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi的外积运算而得到的值比情况1时减小。

由此，因为不限于推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi之间的相位差越大而通过推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi的外积运算得到的值也越大，所以很难说通过该外积运算得到的值正确地反映了推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi之间的相位差的大小。

另一方面，如果推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi之间的相位差变大，则与此对应地磁通量偏差矢量ΔPhi的大小也增大，所以可以说磁通量偏差矢量ΔPhi正确地反映了推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi之间的相位差的大小。

接下来，考虑图2(c)的情况3。在情况3中，推定磁通量矢量Phest相对于检测磁通量矢量Phi为超前相位，其相位差很小，但将推定磁通量矢量Phest的大小推定为比检测磁通量矢量Phi还大。从推定磁通量矢量Phest(图中的点划线)中减去检测磁通量矢量Phi(图中的粗线)得到的磁通量偏差矢量ΔPhi(图中的虚线)可靠地具有大小，但是如果相位差很小，则上述的通过外积运算得到的值不是可靠的。

由此，在本实施方式1的交流旋转电机的控制装置中，不进行专利文献2所示那样的外积运算，而根据磁通量偏差矢量ΔPhi求得交流旋转电机2的推定磁通量矢量Phest，所以即使在推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi之间因为初始值误差、干扰等原因而相位差超过90度、或者相位差很小的情况下，也能够保持误差收敛性、位置推定的应答性，其结果是，具有能够稳定地驱动控制交流旋转电机2的效果。

另外，对图1所示的各要素的结构进行更详细的说明。

图3是表示交流旋转电机控制单元4的内部结构的图。在图中，坐标转换器20将电流矢量检测单元3内的3相/2相转换器10输出的a-b轴坐标上的2相交流电流向与适应观测单元7输出的推定磁通量相位θ0同步旋转的旋转二轴坐标进行坐标转换。在此，将与推定磁通量相位θ0同步旋转的旋转二轴坐标定义为d-q轴。即，坐标转换器20根据适应观测单元7输出的推定磁通量相位θ0，将a-b轴上的检测电流矢量的a轴分量ias以及检测电流矢量的b轴分量ibs作为d-q轴上的检测电流矢量的d轴分量ids以及检测电流矢量的q轴分量iqs输出。

减法器21从电流指令矢量的d轴分量idsref中减去检测电流矢量的d轴分量ids，减法器22从电流指令矢量的q轴分量iqsref中减去检测电流矢量的q轴分量iqs。

放大器23通过对从减法器21得到的电流指令矢量的d轴分量idsref与检测电流矢量的d轴分量ids之间的偏差进行比例积分运算而进行放大，并将其值作为电压指令矢量的d轴分量vdsref输出，放大器24通过对从减法器22得到的电流指令矢量的q轴分量iqsref与检测电流矢量的q轴分量iqs之间的偏差进行比例积分运算而进行放大，并将其值作为电压指令矢量的q轴分量vqsref输出。

坐标转换器25根据适应观测单元7输出的推定磁通量相位θ0，进行将放大器23以及24输出的d-q轴坐标上的2相电压指令向三相交流电压指令的坐标转换，并输出电压指令矢量Vsref的U相分量、V相分量、W相分量。

图4是表示磁通量矢量检测单元6的内部结构的图。在图中，余弦运算器30进行与从旋转位置检测单元5得到的旋转角度θ对应的余弦运算并输出cosθ，增益运算器31将使余弦运算器30输出的cosθ与预先设定的值成比例所得到的值作为检测磁通量矢量的a轴分量phia输出。另外，增益运算器31的比例系数通过转子磁通量振幅

而赋予。

正弦运算器32进行与从旋转位置检测单元5得到的旋转角度θ对应的正弦运算并输出sinθ，增益运算器33将使正弦运算器32输出的sinθ与预先设定的值成比例所得到的值作为检测磁通量矢量的b轴分量phib输出。增益运算器33的比例系数也与增益运算器31同样地通过转子磁通量振幅

而赋予。

图5是表示适应观测单元7的内部结构的图。在说明图5之前，对适应观测单元7中的运算根据进行说明。设交流旋转电机2的电枢电阻为R、电枢电感为L、推定速度为wr0，以(1)式来定义矩阵A、B、C1、C2。

[数式1]

$A=\left(\begin{array}{cccc}-\frac{R}{L}& 0& 0& \mathrm{wr}0\\ 0& -\frac{R}{L}& -\mathrm{wr}0& 0\\ 0& 0& 0& -\mathrm{wr}0\\ 0& 0& \mathrm{wr}0& 0\end{array}\right),$ $B=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ 0& 0\\ 0& 0\end{array}\right),$ $C1=\left(\begin{array}{cccc}\frac{1}{L}& 0& 0& 0\\ 0& \frac{1}{L}& 0& 0\end{array}\right),$ $C2=\left(\begin{array}{cccc}0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)\·\·\·\left(1\right)$

另外，将a-b轴上的推定电流矢量的a轴分量定义为ias0、将a-b轴上的推定电流矢量的b轴分量定义为ibs0、将a-b轴上的推定电枢反作用矢量的a轴分量定义为pas0、将a-b轴上的推定电枢反作用矢量的b轴分量定义为pbs0、将a-b轴上的推定磁通量矢量的a轴分量定义为par0、将a-b轴上的推定磁通量矢量的b轴分量定义为pbr0、将a-b轴上的电压指令矢量的a轴分量定义为vas^＊、将a-b轴上的电压指令矢量的b轴分量定义为vbs^＊。另外，将放大偏差矢量定义为(e1，e2，e3，e4)^T。符号^T表示是转置矩阵。

如果a-b轴上的电压指令矢量vas^＊，vbs^＊和放大偏差矢量(e1，e2，e3，e4)^T被赋予，则根据(2)式能够得到pas0，pbs0，par0，pbr0。

[数式2]

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)=A\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)+B\left(\begin{array}{c}{\mathrm{vas}}^{*}\\ {\mathrm{vbs}}^{*}\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}e1\\ e2\\ e3\\ e4\end{array}\right)\·\·\·\left(2\right)$

另外，将a-b轴上的电流偏差矢量的a轴分量定义为ea、将a-b轴上的电流偏差矢量的b轴分量定义为eb、将s定义为拉普拉斯算子(微分运算子)、将kp定义为比例增益、将ki定义为积分增益，通过(3)式赋予作为式(2)的矩阵A的内部参数的推定速度wr0。

[数式3]

$\mathrm{wr}0=(\mathrm{kp}+\frac{\mathrm{ki}}{s})(\mathrm{ea},\mathrm{pbr}0-\mathrm{eb},\mathrm{par}0)\·\·\·\left(3\right)$

另外，如果pas0，pbs0，par0，pbr0被赋予，则通过(4)式能够得到ias0，ibs0。

[数式4]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{ias}0\\ \mathrm{ibs}0\end{array}\right)=C1\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)\·\·\·\left(4\right)$

同样地，如果pas0，pbs0，par0，pbr0被赋予，则通过(5)式能够得到par0、pbr0。

[数式5]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)=C2\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)\·\·\·\left(5\right)$

另外，在将sgn定义为相对正数输出1、相对负数输出-1的符号函数的情况下，能够通过(6)式得到推定磁通量相位θ0。

[数式6]

$\mathrm{\θ}0={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{pbr}0}{\mathrm{par}0}\right)+\mathrm{\π}\left(\frac{1-\mathrm{sgn}\left(\mathrm{par}0\right)}{2}\right)\·\·\·\left(6\right)$

如上所述，使用(1)～(6)式能够根据电压指令矢量Vsref和放大偏差矢量E0以及电流偏差矢量ΔIs计算出推定速度wr0、推定电流矢量Isest、推定磁通量矢量Phest以及推定磁通量相位θ0。

根据以上情况，对示出适应观测单元7的内部结构的图5进行说明。在图5中，通过3相/2相转换器40将3相交流的电压指令矢量Vsref转换为2相交流的电压指令矢量Vsref，输出a-b轴上的电压指令矢量vas^＊，vbs^＊。增益矩阵运算器41对矩阵B乘以矢量(vas^＊，vbs^＊)^T并输出乘法运算后的结果。加减法器42沿着图示的符号，对增益矩阵运算器41的输出、增益矩阵运算器43的输出、放大偏差矢量(e1，e2，e3，e4)^T进行加减法运算，并输出运算后的矢量。积分器44针对各要素的每一个对加减法器42输出的矢量进行积分，并作为矢量(pas0，pbs0，par0，pbr0)^T输出。增益矩阵运算器43根据推定速度wr0得到(1)式所述的矩阵A，并且输出对该矩阵A乘以矢量(pas0，pbs0，par0，pbr0)^T而得到的结果。通过该一连串的运算，积分器44的输入变为与(2)式的右边相当。

另外，(2)式的左边是矢量(pas0，pbs0，par0，pbr0)^T的微分，因为也是积分器44的输入，所以积分器44的输出为矢量(pas0，Pbs0，par0，pbr0)^T。增益矩阵45进行(4)式的矩阵运算并输出推定电流矢量Iaset(ias0，ibs0)^T。增益矩阵46进行(5)式的矩阵运算并输出推定磁通量矢量Phest(par0，pbr0)^T。相位运算器47根据所输入的推定磁通量矢量(par0，pbr0)^T进行(6)式的运算，输出推定磁通量相位θ0。速度推定器48根据所输入的推定磁通量矢量(par0，pbr0)^T和电流偏差矢量(ea，eb)^T进行(3)式的运算，输出推定速度wr0。

图6是表示偏差放大单元9的内部结构的图。将a-b轴上的磁通量偏差矢量的a轴分量定义为epa、将a-b轴上的磁通量偏差矢量的b轴分量定义位epb。在图6中，增益矩阵50输出对电流偏差矢量(ea，eb)^T乘以矩阵Hc而得到的结果，增益矩阵51输出对磁通量偏差矢量(epa，epb)^T乘以矩阵Hf而得到的结果。在此，Hc、Hf是以(7)式定义的增益矩阵，(7)式中的h11～h44是放大增益。

[数式7]

$\mathrm{Hc}=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\\ h_{31}& h_{32}\\ h_{41}& h_{42}\end{array}\right),$ $\mathrm{Hf}=\left(\begin{array}{cc}{h}_{13}& h_{14}\\ h_{23}& h_{24}\\ h_{33}& h_{34}\\ h_{43}& h_{44}\end{array}\right)\·\·\·\left(7\right)$

加算器52将增益矩阵50的输出矢量(ec1，ec2，ec3，ec4)^T和增益矩阵51的输出矢量(ep1，ep2，ep3，ep4)^T相加，并将(ec1+ep1，ec2+ep2，ec3+ep3，ec4+ep4)^T作为放大偏差矢量(e1，e2，e3，e4)^T输出。如后所述，特别地，在增益矩阵51中，当推定速度的绝对值大的情况下，如果设h13，h14，h23，h24，h33，h34，h43，h44的值为零，则能在高旋转区域将增益矩阵51的输出设为零。

因此，即使一般从应答特性不充分的旋转位置检测单元5的输出求得检测磁通量矢量Phi，也能防止由于其应答性不良造成的在高旋转区域的驱动特性的下降。

图7是表示增益矩阵50的内部结构的图。图中，放大增益120将基于推定速度wr0的增益h11和a-b轴上的电流偏差矢量的a轴分量ea相乘并输出。放大增益121将基于推定速度wr0的增益h12和a-b轴上的电流偏差矢量的b轴分量eb相乘并输出。同样地，放大增益122将基于推定速度wr0的增益h21和a-b轴上的电流偏差矢量的a轴分量ea相乘并输出。放大增益123将基于推定速度wr0的增益h22和a-b轴上的电流偏差矢量的b轴分量eb相乘并输出。同样地，放大增益124将基于推定速度wr0的增益h31和a-b轴上的电流偏差矢量的a轴分量ea相乘并输出。放大增益125将基于推定速度wr0的增益h32和a-b轴上的电流偏差矢量的b轴分量eb相乘并输出。同样地，放大增益126将基于推定速度wr0的增益h41和a-b轴上的电流偏差矢量的a轴分量ea相乘并输出。放大增益127将基于推定速度wr0的增益h42和a-b轴上的电流偏差矢量的b轴分量eb相乘并输出。

并且，加算器128将放大增益120的输出和放大增益121的输出相加，并将其结果作为放大偏差ec1输出。同样地，加算器129将放大增益122的输出和放大增益123的输出相加，并将其结果作为放大偏差ec2输出。同样地，加算器130将放大增益124的输出和放大增益125的输出相加，并将其结果作为放大偏差ec3输出。同样地，加算器131将放大增益126的输出和放大增益127的输出相加，并将其结果作为放大偏差ec4输出。

图8是表示本实施方式1中的推定速度wr0和放大增益h11，h12，h21，h22，h31，h32，h41，h42之间的关系的图。在该例子中，不论推定速度wr0如何，h12，h32，h41都为0，所以也可以省略图7中的放大增益121、125、126。

另外，以上例示的放大增益121、125、126自不用说，关于其它的放大增益的特性的设定根据，因为在本发明不是特别重要，所以省略了详细的说明。

通过图8所述的放大增益h11，h12，h21，h22，h31，h32，h41，h42，在推定速度wr0和交流旋转电机2的旋转速度之间产生了偏差的情况下，能够使与推定磁通量正交的分量产生电流偏差。由此，即使进行速度推定器48所运算的(3)式的运算，也能够稳定地输出推定速度wr0。

图9是表示增益矩阵51的内部结构的图。在图中，放大增益140将基于推定速度wr0的增益h13和a-b轴上的磁通量偏差矢量的a轴分量epa相乘并输出。放大增益141将基于推定速度wr0的增益h14和a-b轴上的磁通量偏差矢量的b轴分量epb相乘并输出。同样地，放大增益142将基于推定速度wr0的增益h23和a-b轴上的磁通量偏差矢量的a轴分量epa相乘并输出。放大增益143将基于推定速度wr0的增益h24和a-b轴上的磁通量偏差矢量的b轴分量epb相乘并输出。同样地，放大增益144将基于推定速度wr0的增益h33和a-b轴上的磁通量偏差矢量的a轴分量epa相乘并输出。放大增益145将基于推定速度wr0的增益h34和a-b轴上的磁通量偏差矢量的b轴分量epb相乘并输出。同样地，放大增益146将基于推定速度wr0的增益h43和a-b轴上的磁通量偏差矢量的a轴分量epa相乘并输出。放大增益147将基于推定速度wr0的增益h44和a-b轴上的磁通量偏差矢量的b轴分量epb相乘并输出。

并且，加算器148将放大增益140的输出和放大增益141的输出相加，并将其结果作为放大偏差ep1输出。同样地，加算器149将放大增益142的输出和放大增益143的输出相加，并将其结果作为放大偏差ep2输出。同样地，加算器150将放大增益144的输出和放大增益145的输出相加，并将其结果作为放大偏差ep3输出。同样地，加算器151将放大增益146的输出和放大增益147的输出相加，并将其结果作为放大偏差ep4输出。

图10是表示本实施方式1中的推定速度wr0和放大增益h13，h14，h23，h24，h33，h34，h43，h44之间的关系的图。在本实施方式1的情况下，除了放大增益h33和h44以外，不论推定速度wr0如何都为0，所以也可以省略图9中的放大增益140，141，142，143，145，146。

如上所述，关于电流偏差矢量，根据放大增益h11，h12，h21，h22，h31，h32，h41，h42，在产生了推定速度wr0和交流旋转电机2的旋转速度之间的偏差的情况下，能够使与推定磁通量正交的分量产生电流偏差矢量。

另一方面，在交流旋转电机2停止且电压施加单元1正在对交流旋转电机2施加直流电压的情况下，交流旋转电机2等价于单纯的电阻回路。换而言之，在交流旋转电机2停止且电压施加单元1正在施加直流电压的情况下，交流旋转电机2的阻抗变得与旋转速度没有关系，所以即使推定速度wr0和交流旋转电机2的旋转速度之间产生偏差也不会产生电流偏差矢量ΔIs。但是，关于磁通量偏差矢量ΔPhi，即使交流旋转电机2停止，检测磁通量矢量Phi的值也与交流旋转电机2的阻抗没有关系，即使在停止中，该检测磁通量矢量Phi的值也根据旋转角度而变化并确定，所以，如果推定磁通量矢量Phest与检测磁通量矢量Phi不一致，则产生磁通量偏差矢量Δphi。

利用这一情况，如图10所示，通过在推定速度wr0小的区域使放大增益h33和h44具有规定的大小，从而偏差放大单元9以使推定磁通量矢量Phest与检测磁通量矢量Phi一致的方式输出放大偏差矢量E0。

另外，h33和h44的值也可以对应于推定速度wr0而阶梯地变化，但是为了更平滑地进行动作，如图10所述地那样直线地变化为好。

例如，即使作为旋转位置检测单元5使用在转速变高时其低应答性导致可靠性下降的廉价的单元的情况下，如果在能够确保可靠性的低速范围中，使放大增益h33和h44具有规定的大小，在低速以外的速度范围中，使放大增益h33和h44为零，则不会产生磁通量偏差矢量ΔPhi。

如上所述，在交流旋转电机2停止且电压施加单元1正在对交流旋转电机2施加直流电压时，不会产生电流偏差，但如果在除此以外的区域，则适应观测单元7例如进行专利文献3所例示的与交流旋转电机的控制装置基本相同的动作，并进行平滑的控制动作。如果交流旋转电机2未停止，则即使将磁通量偏差矢量ΔPhi设为零，适应观测单元7也根据电流偏差矢量ΔIs而进行稳定的动作。并且，在交流旋转电机2停止的情况下，因为交流旋转电机的阻抗与电阻回路等价，所以即使不产生电流偏差矢量ΔIs，适应观测单元7也可以通过产生磁通量偏差矢量ΔPhi而进行稳定的动作。

即，即使旋转位置检测单元5的位置检测精度在高旋转区域下降，通过不使用检测磁通量矢量Phi地运算推定磁通量相位θ0，适应观测单元7也能够获得在高旋转区域也能稳定地驱动交流旋转电机2的效果。

另外，以上假设交流旋转电机的停止状态进行了说明，但是在包含停止的低旋转速区域，几乎不产生电流偏差，另外，旋转位置检测单元5也存在直到一定的旋转速度域为止都具有充分的检测精度的单元，如果综合这些，作为增益矩阵51的放大增益h33、h44，并不限于图10所例示的特性，可以说即使以相对于推定速度wr0低时的值减小推定速度wr0高时的值的条件进行设定也能够获得与上述相同的效果。

更详细而言，根据旋转位置检测单元5的特性、交流旋转电机所要求的驱动特性，不论速度如何都将偏差放大单元9中设定的各放大增益设定为一定的值也不是不可能的。在这种情况下，不需要设置偏差放大单元9，成为将偏差矢量运算单元8的输出作为放大偏差矢量E0输出到适应观测单元7。

即使在这种结构中，适应观测单元7至少在以推定磁通量矢量和检测磁通量矢量之间的偏差变小的方式运算推定磁通量相位这一点上没有变化，所以能够期待如下效果：从包含速度为零的低速区域到高速区域平滑地进行驱动，并且，即使在推定相位上存在初始值误差也能迅速地使之误差收敛而能够得到所期望的特性。

如上所述，在本实施方式1中，因为设为适应观测单元7根据电流偏差矢量和放大偏差矢量运算推定磁通量相位，以减小推定电流矢量和检测电流矢量之间的偏差以及推定磁通量矢量和检测磁通量矢量之间的偏差；交流旋转电机控制单元4根据该推定磁通量相位运算电压指令矢量；电压施加单元1根据该电压指令矢量对交流旋转电机2施加电压的结构，所以即使在推定磁通量矢量和检测磁通量矢量之间因为初始值误差、干扰等原因相位差超过90度，或者相位差很小，也能确保误差收敛性、位置推定的应答性，即使在包含交流旋转电机的停止的低速状态下也能通过可靠地产生的磁通量偏差矢量而可靠地执行推定磁通量相位的运算。并且，因为除了包含停止的低速区域以外，在偏差放大单元9中减小设定放大磁通量偏差矢量的放大增益，所以即使旋转位置检测单元5的旋转位置检测的应答迟缓，也能从低速区域到高速区域稳定且平滑地驱动交流旋转电机。

实施方式2

在之前的实施方式1的交流旋转电机的控制装置中，磁通量矢量检测单元6根据旋转位置检测单元5所检测出的旋转位置输出检测磁通量矢量Phi，但是当在交流旋转电机2中存在作为显著性而周知的电感的旋转位置依存性的情况下，也可以通过磁通量矢量检测单元6a根据电流矢量检测单元3a得到的高频率电流矢量Ish输出检测磁通量矢量Phi。

图11是表示本实施方式2中的交流旋转电机的控制装置的结构的图。图中，标记有与图1相同符号的部分与图1相同或相当，所以省略了各个的说明。

电流矢量检测单元3a具备电流分量分配器60，检测交流旋转电机2的检测电流矢量Is和高频率电流矢量Ish。交流旋转电机控制单元4a根据从适应观测单元7得到的推定磁通量相位θ0，对电压施加单元1输出如使从电流矢量检测单元3a得到的电流矢量与电流指令矢量Isref一致并且也产生高频率电流矢量Ish那样的电压指令矢量Vsref。磁通量矢量检测单元6a根据高频率电流矢量Ish输出检测磁通量矢量Phi。

图12是表示本实施方式2的交流旋转电机控制单元4a的内部结构的图，标记有与图3相同符号的部分与图3相同或相当。

高频率电压指令矢量发生器56针对U相、V相、W相的每一个，输出振幅A、角频率ωx、相位差为2π/3[rad]的高频率三相电压指令矢量Vsref。加算器57在坐标转换器25所输出的电压指令矢量的U相分量上加上高频率电压指令矢量发生器56所输出的电压指令矢量的U相分量，将其结果作为提供给电压施加单元1的电压指令矢量的U相分量输出。同样地，加算器58在坐标转换器25所输出的电压指令矢量的V相分量上加上高频率电压指令矢量发生器56所输出的电压指令矢量的V相分量，并将其结果作为提供给电压施加单元1的电压指令矢量的V相分量输出。同样地，加算器59在坐标转换器25所输出的电压指令矢量的W相分量上加上高频率电压指令矢量发生器56所输出的电压指令矢量的W相分量，并将其结果作为提供给电压施加单元1的电压指令矢量的W相分量输出。

图13是表示本实施方式2的电流分量分配器60的内部结构的图。图中，3相/2相转换器61与实施方式1所记载的3相/2相转换器10同样地把将3相交流电流转换为2相交流电流，将转换后的结果作为a-b轴电流的a轴分量和b轴分量输出。

带宽截止滤波器62是将与高频率电压指令矢量发生器56所输出的高频率三相电压指令矢量的角频率ωx[rad/s]相同角频率的分量屏蔽的滤波器，将从3相/2相转换器61所输出的电流矢量的a轴分量中屏蔽掉角频率ωx[rad/s]分量后的结果作为检测电流矢量的a轴分量ias输出。减法器63通过从3相/2相转换器61所输出的电流矢量的a轴分量中减去带宽截止滤波器62所输出的检测电流矢量的a轴分量ias，从电流矢量的a轴分量中提取出角频率ωx[rad/s]分量，并作为高频率电流矢量的a轴分量iash输出。

同样地，带宽截止滤波器64通过将与高频率电压指令矢量发生器56所输出的高频率三相电压指令矢量的角频率ωx[rad/s]相同角频率分量屏蔽的滤波器，将从3相/2相转换器61所输出的电流矢量的b轴分量中屏蔽掉角频率ωx[rad/s]分量而得到的结果作为检测电流矢量的b轴分量ibs输出。减法器65通过从3相/2相转换器61所输出的电流矢量的b轴分量中减去带宽截止滤波器64所输出的检测电流矢量的b轴分量ibs，从电流矢量的b轴分量中提取角频率ωx[rad/s]分量并作为高频率电流矢量的b轴分量ibsh输出。

图14是表示磁通量矢量检测单元6a的内部结构的图，与图4标记同一符号的部分与图4相同或相当。2相/3相转换器70将从电流分量分配器60得到的高频率电流矢量的a轴分量iash以及b轴分量ibsh坐标变换为三相交流电流，并分别输出高频率电流矢量的U相分量、高频率电流矢量的V相分量、高频率电流矢量的W相分量。平方运算器71对从2相/3相转换器70得到的高频率电流矢量的U相分量的值进行平方运算。同样地，平方运算器72对从2相/3相转换器70得到的高频率电流矢量的V相分量的值进行平方运算，平方运算器73对从2相/3相转换器70得到的高频率电流矢量的W相分量的值进行平方运算。

积分器74对平方运算器71的输出进行积分。在设当前的时刻为t[秒]时，积分器74输出从时刻t-T[秒]到t秒的积分结果。在此，T以任意的常数提供，但是特别地如果将T设为2π/ωx[秒]的整数倍，则相当于对与高频率分量的周期成比例的期间进行积分，能够进行更好的磁通量检测。同样地，积分器75对平方运算器72的输出进行从时刻t-T[秒]到t秒的积分，并输出其结果。同样地，积分器76对平方运算器73的输出进行时刻t-T[秒]到t秒的积分，并输出其结果。

增益矩阵运算器77将从积分器74、75、76得到的积分结果取作高频率电流积分矢量，将图中记载的矩阵与该高频率电流积分矢量相乘，将其结果作为信号dIu、dIv、dIw输出。通过该一连串的处理，信号dIu、dIv、dIw成为振幅根据交流旋转电机2的旋转位置而变化的信号。图15中表示交流旋转电机2的旋转位置与信号dIu、dIv、dIw之间的关系。由图15可知，如果将旋转位置0[rad]作为基准，则信号dlu、dIv、dIw成为相序为dIu、dIw、dIv，周期为π的周期函数。因此，在2相/3相转换器78中，更换输入dIv、dIw而输入信号dIu、dIw、dIv作为高频率电流振幅矢量，并作为a-b轴上的高频率电流振幅矢量的a轴分量Iha以及b轴分量Ihb输出。

相位运算器79根据Iha、lhb进行(8)式的运算，输出高频率电流振幅矢量的相位θ2L。

[数8]

$\mathrm{\θ}2L={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{Ihb}}{\mathrm{Iha}}\right)+\mathrm{\π}\frac{(1-\mathrm{sgn}\left(\mathrm{Iha}\right))}{2}\·\·\·\left(8\right)$

相位θ2L的周期相对交流旋转电机2的旋转位置的周期为2倍。因此，作为交流旋转电机2的旋转位置，通过角度换算器80输出相位θ2L的相位换算后的结果。

通过以上的结构，当交流旋转电机3中存在作为显著性而众所周知的电感的旋转位置依存性的情况下，能够根据从电流矢量检测单元3a得到的高频率电流矢量Ish输出检测磁通量矢量Phi。

与实施方式1同样地，在增益矩阵51中，当推定速度wr0的绝对值大的情况下，如果使h13，h14，h23，h24，h33，h34，h43，h44的值为零，则在高旋转区域能够将增益矩阵51的输出设为零。由此，在高旋转区域即使将高频率电压指令矢量发生器56所输出的高频率三相电压指令矢量的振幅A设为零，适应观测单元7不利用检测磁通量矢量Phi地对推定磁通量相位θ0进行运算，从而获得即使在高旋转区域也能稳定地驱动交流旋转电机2的效果。

如果要利用电感的显著性在高旋转区域进行驱动，则由于产生基本波以外的电压、电流，在运行效率、电压利用率、最大电流的方面变得不利，但在该实施方式2，通过设为以上那样的结构，在高旋转区域能够停止产生基本波以外的电压、电流，能够成为在运行效率、电压利用率、最大电流方面有利的驱动，另外，能够对装置的小型化、长寿命化作出贡献。

实施方式3

在之前的实施方式2中，在正交静止二轴坐标(a-b轴)上构成了适应观测单元7，当也可以将适应观测单元7构成在与推定磁通量相位θ0同步旋转的旋转二轴坐标(d-q轴)上。当然，在该旋转二轴坐标(d-q轴)上构成的方式也能应用到之前的实施方式1中。

图16是表示本实施方式3中的交流旋转电机的控制装置的整体结构的图，与实施方式2标记同一符号的部分与实施方式2相同或相当。电流矢量检测单元3b具备电流分量分配器60和坐标转换器81，输出旋转二轴坐标上的检测电流矢量Is。坐标转换器81根据从适应观测单元7b得到的推定磁通量相位θ0，将从电流分量分配器60得到的a-b轴上的检测电流矢量Is转换为d-q轴上的检测电流矢量的d轴分量ids以及q轴分量iqs并输出。同样地，坐标转换器82根据从适应观测单元7b得到的推定磁通量相位θ0，将从磁通量矢量检测单元6a得到的a-b轴上的检测磁通量矢量Phi转换为d-q轴上的检测磁通量矢量的d轴分量phid以及q轴分量phiq输出。

交流旋转电机控制单元4b一边使从电流矢量检测单元3b得到的d-q轴上的检测电流矢量Is与d-q轴上的电流指令矢量Isref一致，一边对电压施加单元1输出三相交流的电压指令矢量Vsref，以便也产生高频率电流矢量Ish，并且向适应观测单元7b输出旋转二轴坐标上的电压指令矢量Vdqref。适应观测单元7b根据从交流旋转电机控制单元4b得到的旋转二轴坐标上的电压指令矢量Vdqref、从偏差矢量运算单元8b得到的偏差电流矢量以及从偏差放大单元9b得到的放大偏差矢量E0，输出旋转二轴坐标上的推定电流矢量Isest、旋转二轴坐标上的推定磁通量矢量Phest以及推定速度wr0。偏差矢量运算单元8b根据旋转二轴坐标上的推定电流矢量Isest和旋转二轴坐标上的检测电流矢量Is输出旋转二轴坐标上的电流偏差矢量ΔIs，并且根据旋转二轴坐标上的推定磁通量矢量Phest和旋转二轴坐标上的检测磁通量矢量Phi输出旋转二轴坐标上的磁通量偏差矢量ΔPhi。

在偏差矢量运算单元8b中，通过减法器11b从旋转二轴坐标上的推定电流矢量Isest中减去旋转二轴坐标上的检测电流矢量Is，输出旋转二轴坐标上的电流偏差矢量ΔIs(ed，eq)^T，并且通过减法器12b从旋转二轴坐标上的推定磁通量矢量Phest中减去旋转二轴坐标上的检测磁通量矢量Phi，输出旋转二轴坐标上的磁通量偏差矢量ΔPhi。偏差放大单元9b对应于推定速度wr0对旋转二轴坐标上的电流偏差矢量ΔIs和旋转二轴坐标上的磁通量偏差矢量ΔPhi进行放大，并作为旋转二轴坐标上的放大偏差矢量E0(f1，f2，f3，f4)^T而向适应观测单元7b输出。

图17是表示交流旋转电机控制单元4b的内部结构的图，与图12标记同一符号的部分与图12相同或相当。与图12的不同点在于：从电流矢量检测单元3b得到的检测电流矢量Is为旋转二轴坐标上的值；没有坐标转换器20；以及将放大器23和放大器24的输出作为旋转二轴坐标上的电压指令矢量的d轴分量vdsref以及q轴分量vqsref输出。

图18是在与推定磁通量相位θ0同步旋转的旋转二轴坐标(d-q轴)上构成的适应观测单元7b的内部结构的图。

以下，定义如下：旋转二轴坐标(d-q轴)上旋转的角频率为w、d-q轴上的推定电流矢量的d轴分量为ids0、d-q轴上的推定电流矢量的q轴分量为iqs0，d-q轴上的推定电枢反作用矢量的d轴分量为pds0、d-q轴上的推定电枢反作用矢量的q轴分量为pqs0、d-q轴上的推定磁通量矢量的d轴分量为pdr0、d-q轴上的推定磁通量矢量的q轴分量为pqr0、交流旋转电机2的d轴电感为Ld、q轴电感为Lq。

在图18中，加减法器90将旋转二轴坐标上的电压指令矢量的d轴分量vdsref和后述的增益矩阵96所输出的输出的第1分量相加，并从该值中减去旋转二轴坐标上的放大偏差矢量E0的第1分量f1，输出其结果。同样地，加减法器91将旋转二轴坐标上的电压指令矢量的q轴分量vqsref和后述的增益矩阵96所输出的输出的第2分量相加，并从该值中减去旋转二轴坐标上的放大偏差矢量E0的第2分量f2，输出其结果。符号反转器92将旋转二轴坐标上的放大偏差矢量E0的第3分量f3的符号反转并输出。积分器93对加减法器90的输出进行积分并输出推定电枢反作用矢量的d轴分量pds0。同样地，积分器94对加减法器91的输出进行积分并输出推定电枢反作用矢量的q轴分量pqs0。积分器95对符号反转器92的输出进行积分，并将积分获得的推定磁通量矢量的d轴分量pdr0作为该phdest输出。另外，因为适应观测单元7b被构成在与推定磁通量相位θ0同步旋转的旋转二轴坐标(d-q轴)上，所以推定磁通量矢量的q轴分量phqest为零。

增益矩阵96对使用推定速度wr0、角频率w、电枢电阻R、d轴电感Ld以及q轴电感Lq构成的矩阵乘以矢量(pds0，pqs0，pdr0)^T，并输出其结果。增益矩阵97对使用d轴电感Ld和q轴电感Lq构成的矩阵乘以矢量(pds0，pqs0)^T，将作为其结果的推定电流矢量的d轴分量ids0作为该idest，以及将推定电流矢量的q轴分量iqs0作为该iqest输出。

速度推定器98对旋转二轴坐标上的电流偏差矢量的q轴分量eq除以推定磁通量矢量的d轴分量pdr0而得到的值进行比例积分并放大，将其结果作为推定速度wr0输出。另外，在本实施方式3中的适应观测单元7b中不使用旋转二轴坐标上的电流偏差矢量的d轴分量ed。

除法器99将旋转二轴坐标上的放大偏差矢量E0的第4分量f4除以推定磁通量矢量的d轴分量pdr0，并输出其结果。减法器100从速度推定器98的输出wr0中减去除法器99的输出，并作为角频率w输出。积分器101对该角频率w进行积分，并将其结果作为推定磁通量相位θ0输出。

如上所述，即使将适应观测单元7b构成在与推定磁通量相位θ0同步旋转的旋转二轴坐标(d-q轴)上，也能获得与之前的实施方式2同样的效果。

即，适应观测单元7b根据旋转二轴坐标上的电流偏差矢量和旋转二轴坐标上的放大偏差矢量运算推定磁通量相位，以便使旋转二轴坐标上的推定电流矢量与旋转二轴坐标上的检测电流矢量之间的偏差以及旋转二轴坐标上的推定磁通量矢量与旋转二轴坐标上的检测磁通量矢量之间的偏差变小。并且，因为设为交流旋转电机控制单元4b根据该推定磁通量相位运算电压指令矢量、电压施加单元1根据该电压指令矢量对交流旋转电机2施加电压的结构，所以与在之前的实施方式1已经叙述的同样地，通过适当地设定偏差放大单元9b的增益矩阵50、51，能够使交流旋转电机控制单元4b具备的高频率电压指令矢量发生器56所输出的电压指令矢量的振幅在高旋转区域中为零。其结果是，能够在高旋转区域中不产生基本波以外的电压、电流地进行驱动，所以获得高旋转区域中的运行效率、电压利用率、最大电流抑制方面能够有利地驱动的效果。

实施方式4

在之前的各实施方式例中，设为了将电流指令矢量Isref直接赋予交流旋转电机控制单元4、4b的结构，但是也可以构成为具备速度控制单元110，该速度控制单元110根据适应观测单元7、7b所输出的推定速度wr0，以与角速度指令wrref一致的方式运算电流指令矢量lsref。

图19是表示本实施方式4中的交流旋转电机的控制装置的结构的图。图中，与图16标记同一符号的部分与图16相同或相当。

速度控制单元110将角速度指令wrref作为输入，向交流旋转电机控制单元4b输出使从适应观测单元7b得到的推定速度wr0与该角速度指令wrref一致那样的旋转二轴坐标(d-q轴)上的电流指令矢量Isref。图20是表示速度控制单元110的内部结构的图，减法器111从角速度指令wrref中减去推定速度wr0，并输出速度偏差。偏差放大器112通过比例积分对减法器111得到的速度偏差进行放大，并将其值作为转矩指令输出。d轴电流指令运算器113通过公知的手法与该转矩指令对应地输出用于高效率地驱动交流旋转电机2的旋转二轴坐标(d-q轴)上的电流矢量指令的d轴分量。同样地，q轴电流指令运算器114通过公知的方法与该转矩指令对应地输出用于高效地驱动交流旋转电机2的旋转二轴坐标(d-q轴)上的电流矢量指令的q轴分量。

根据以上的结构，除了之前的各实施方式例的效果之外，因为将速度控制单元110设为根据适应观测单元7b所输出的推定速度wr0，以与角速度指令wrref一致的方式运算电流指令矢量Isref，所以获得能够使交流旋转电机2的旋转速度与该角速度指令wrref一致的效果。

实施方式5

在之前的实施方式1中，构成为适应观测单元7根据放大偏差矢量E0、电流偏差矢量ΔIs以及电压指令矢量Vsref输出推定磁通量相位θ0、推定电流矢量Isest、推定磁通量矢量Phest以及推定速度wr0，但是如后述那样，也可以构成为根据放大偏差矢量E0、检测电流矢量Is以及电压指令矢量Vsref输出推定磁通量相位θ0和推定磁通量矢量Phest。

另外，在实施方式1中，构成为偏差矢量运算单元8根据推定电流矢量Isest和检测电流矢量Is输出电流偏差矢量ΔIs，并且根据推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi输出磁通量偏差矢量ΔPhi，但也可以构成为根据推定磁通量矢量Phest和检测磁通量矢量Phi输出磁通量偏差矢量ΔPhi。

另外，在实施方式1中，构成为偏差放大单元9与推定速度wr0对应地放大电流偏差矢量ΔIs和磁通量偏差矢量ΔPhi并作为放大偏差矢量E0而向适应观测单元7输出，但也可以构成为放大磁通量偏差矢量ΔPhi并作为放大偏差矢量E0而向适应观测单元7输出。

如在之前的实施方式1的说明的末尾部分所提及的那样，根据各种状况，能够将偏差放大单元9的各放大增益设定为与推定速度无关。在该实施方式5中采用该方式，如后述的图22所示地，在适应观测单元7c的内部虽然生成有推定速度wr0，但是并不向外部输出，另外，如后述的图23所示地，不将推定速wr0取入到偏差放大单元9c中。

当然，也可以如通过实施方式1的图1等所说明的那样地，适应观测单元输出推定速度wr0、偏差放大单元取入该推定速度wr0并设定放大增益，在这种情况下，如实施方式1中详细叙述的那样，能够获得更进一步的效果。

图21是表示本实施方式5中的整体结构的图。图中，与图1标记同一符号的部分与图1相同或相当。适应观测单元7c根据从偏差放大单元9c得到的放大偏差矢量E0、从电流矢量检测单元3得到的检测电流矢量Is以及从交流旋转电机控制单元4得到的电压指令矢量Vsref，输出推定磁通量相位θ0、推定磁通量矢量Phest以及推定速度wr0。

偏差矢量运算单元8c对从适应观测单元7c得到的推定磁通量矢量Phest与从磁通量矢量检测单元6得到的检测磁通量矢量Phi之差进行运算，并作为磁通量偏差矢量ΔPhi输出。偏差放大单元9c放大该磁通量偏差矢量ΔPhi，并作为放大偏差矢量E0输出给适应观测单元7c。

图22是表示适应观测单元70的内部结构的图。图中，与图5标记同一符号的部分与图5相同或相当。在说明图22的结构之前，对图22的原理进行说明。根据之前的(2)式的关系得到(9)式。

[数式9]

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)=A\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)+B\left(\begin{array}{c}{\mathrm{vas}}^{*}\\ {\mathrm{vbs}}^{*}\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}e1\\ e2\\ e3\\ e4\end{array}\right)$

$=A\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)+B\left(\begin{array}{c}{\mathrm{vas}}^{*}\\ {\mathrm{vbs}}^{*}\end{array}\right)-(\left(\begin{array}{c}\mathrm{ec}1\\ \mathrm{ec}2\\ \mathrm{ec}3\\ \mathrm{ec}4\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{ep}1\\ \mathrm{ep}2\\ \mathrm{ep}3\\ \mathrm{ep}4\end{array}\right))\·\·\·\left(9\right)$

另外，如果考虑之前的(4)式及输出矢量(ec1，ec2，ec3，ec4)^T为增益矩阵50的输出的情况，则得到(10)式。

[数式10]

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)=A\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)+B\left(\begin{array}{c}{\mathrm{vas}}^{*}\\ {\mathrm{vbs}}^{*}\end{array}\right)-\left(\mathrm{Hc}\right(\left(\begin{array}{c}\mathrm{ias}0\\ \mathrm{ibs}0\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}\mathrm{ias}\\ \mathrm{ibs}\end{array}\right))+\left(\begin{array}{c}\mathrm{ep}1\\ \mathrm{ep}2\\ \mathrm{ep}3\\ \mathrm{ep}4\end{array}\right))$

$=A\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)+B\left(\begin{array}{c}{\mathrm{vas}}^{*}\\ {\mathrm{vbs}}^{*}\end{array}\right)-\left(\mathrm{Hc}\right(C1\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}\mathrm{ias}\\ \mathrm{ibs}\end{array}\right))+\left(\begin{array}{c}\mathrm{ep}1\\ \mathrm{ep}2\\ \mathrm{ep}3\\ \mathrm{ep}4\end{array}\right))\·\·\·\left(10\right)$

如果展开该(10)式并整理，则得到(11)、(12)式。

[数式11]

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)=A2\left(\begin{array}{c}\mathrm{pas}0\\ \mathrm{pbs}0\\ \mathrm{par}0\\ \mathrm{pbr}0\end{array}\right)+B\left(\begin{array}{c}{\mathrm{vas}}^{*}\\ {\mathrm{vbs}}^{*}\end{array}\right)+\mathrm{Hc}\left(\begin{array}{c}\mathrm{ias}\\ \mathrm{ibs}\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}\mathrm{ep}1\\ \mathrm{ep}2\\ \mathrm{ep}3\\ \mathrm{ep}4\end{array}\right)\·\·\·\left(11\right)$

[数式12]

其中，A2＝A-HcC1...(12)

在此，(12)式右边的矩阵A和矩阵Hc是推定速度wr0的函数，所以矩阵A2也和矩阵A同样地为推定速度wr0的函数。

对上述的(11)式和(2)式比较可知，(11)式和(2)式之间的差异在与以下几点：矩阵A2相当于矩阵A；加上对检测电流矢量乘以矩阵Hc得到的结果；以及磁通量偏差矢量相当于放大偏差矢量。

在图22中，增益矩阵运算器43c根据推定速度wr0得到(12)式所示的矩阵A2，并且输出对该矩阵A2乘以矢量(pas0，pbs0，par0，pbr0)^T所得到的结果。增益矩阵50c输出对检测电流矢量(ias，iba)^T乘以矩阵Hc所得到的结果。在此，增益矩阵50c与增益矩阵50同样地根据推定速度wr0赋予适应矩阵Hc。减法器160从增益矩阵50c的输出中减去放大偏差矢量(e1，e2，e3，e4)^T。虽然在后进行阐述，但是该放大偏差矢量(e1，e2，e3，e4)^T相当于之前的实施方式1的增益矩阵51的输出矢量(ep1，ep2，ep3，ep4)^T。实施方式1中的速度推定器48根据所输入的推定磁通量矢量(par0，pbr0)^T和电流偏差矢量(ea，eb)^T进行(3)式的运算，输出推定速度wr0，但是本实施方式5中的速度推定器48c根据推定磁通量相位θ0输出推定速度wr0。具体地，推定速度wr0取为推定磁通量相位θ0的变化率，在速度推定器48c中进行(13)式的运算并输出推定速度wr0。

[数式13]

$\mathrm{wr}0=\frac{d}{\mathrm{dt}}\mathrm{\θ}0\·\·\·\left(13\right)$

图23是表示偏差放大单元9c的内部结构的图。图中，放大增益140c将增益h13和a-b轴上的磁通量偏差矢量的a轴分量epa相乘并输出。放大增益141c将增益h14和a-b轴上的磁通量偏差矢量的b轴分量epb相乘并输出。同样地，放大增益142c将增益h23和a-b轴上的磁通量偏差矢量的a轴分量epa相乘并输出。放大增益143c将增益h24和a-b轴上的磁通量偏差矢量的b轴分量epb相乘并输出。同样地，放大增益144c将增益h33和a-b轴上的磁通量偏差矢量的a轴分量epa相乘并输出。放大增益145c将增益h34和a-b轴上的磁通量偏差矢量的b轴分量epb相乘并输出。同样地，放大增益146c将增益h43和a-b轴上的磁通量偏差矢量的a轴分量epa相乘并输出。放大增益147c将增益h44和a-b轴上的磁通量偏差矢量的b轴分量epb相乘并输出。

然后，加算器148c将放大增益140的输出和放大增益141的输出相加，并将其结果作为放大偏差e1输出。同样地，加算器149c将放大增益142的输出和放大增益143c的输出相加，并将其结果作为放大偏差e2输出。同样地，加算器150c将放大增益144的输出和放大增益145c的输出相加，并将其结果作为放大偏差e3输出。同样地，加算器151c将放大增益146的输出和放大增益147c的输出相加，并将其结果作为放大偏差e4输出。

另外，与图10同样地，放大增益h13，h14，h23，h24，h33，h34、h43，h44除了h33和h44以外也可以设为0，在这种情况下，也可以省略图23中的放大增益140c，141c，142c，143c，145c，146c。

关于h33和h44，在之前的实施方式1中，即使在作为旋转位置检测单元5而利用转速升高时可靠性下降的廉价的单元的情况下，在能够确保可靠性的速度范围中使h33和h44具有规定的大小，在除此以外的速度范围中将h33和h44设为零，从而不产生磁通量偏差矢量，但是在作为旋转位置检测单元5使用廉价且应答性和可靠性低但即使转速变高也能保持一定的性能的单元的情况下，只要将h33和h44设为固定即可。即使这样，如在之前的实施方式1中所记载的那样，除了确保交流旋转电机2的停止时的适应观测单元7c的稳定性之外，在高旋转区域即使由于预料不到的动作而适应观测单元7c将变得不稳定，也能通过推定磁通量矢量和检测磁通量矢量之间的偏差进行作用，以便修正适应观测单元7c所输出的推定磁通量矢量，所以，即使在推定磁通量矢量和检测磁通量矢量之间因为初始值误差、干扰等要因而相位差超过90度、或者相位差很小的情况下，也能够确保误差收敛性、位置推定的应答性，其结果是，得到能够稳定地驱动交流旋转电机2的效果。

另外，在实施方式5的以上的说明中，设置有偏差放大单元9c，但该偏差放大单元9c不管推定速度wr0如何，都以一定的放大增益放大偏差磁通量矢量ΔPhi，所以实质上也可以设为省略该偏差放大单元9c、并将偏差矢量运算单元8c的输出直接作为放大偏差矢量E0输出给适应观测单元70的结构。

产业上的可利用性

本发明能够应用在用于对在宽的速度范围内运行的各种交流旋转电机进行驱动的控制装置中，具有能够从包含速度为零的低速区域到高速区域平滑地驱动，并且即使推定相位上有初始值误差也能够迅速地误差收敛从而得到所希望的特性的特有的效果。

Claims (7)

1.一种交流旋转电机的控制装置，其特征在于，具备：

电流矢量检测单元，检测交流旋转电机的电流矢量并作为检测电流矢量而输出；

交流旋转电机控制单元，参照推定磁通量相位，以使所述检测电流矢量与电流指令矢量一致的方式输出电压指令矢量；

电压施加单元，根据所述电压指令矢量而向所述交流旋转电机施加电压；

适应观测单元，根据所述电压指令矢量而输出所述推定磁通量相位；以及

磁通量矢量检测单元，检测磁通量矢量并作为检测磁通量矢量而输出，

其中，所述适应观测单元除了根据所述电压指令矢量之外还根据电流偏差矢量和放大偏差矢量，除了输出所述推定磁通量相位之外还输出推定电流矢量和推定磁通量矢量，

而且，所述交流旋转电机的控制装置还具备偏差矢量运算单元，该偏差矢量运算单元对作为所述推定电流矢量与所述检测电流矢量之间的偏差的所述电流偏差矢量以及作为所述推定磁通量矢量与所述检测磁通量矢量之间的偏差的磁通量偏差矢量进行运算并作为所述放大偏差矢量而输出。

2.一种交流旋转电机的控制装置，其特征在于，具备：

电流矢量检测单元，检测交流旋转电机的电流矢量并作为检测电流矢量而输出；

交流旋转电机控制单元，参照推定磁通量相位，以使所述检测电流矢量与电流指令矢量一致的方式输出电压指令矢量；

电压施加单元，根据所述电压指令矢量而向所述交流旋转电机施加电压；

适应观测单元，根据所述电压指令矢量而输出所述推定磁通量相位；以及

磁通量矢量检测单元，检测磁通量矢量并作为检测磁通量矢量而输出，

其中，所述适应观测单元除了根据所述电压指令矢量之外还根据放大偏差矢量，除了输出所述推定磁通量相位之外还输出推定磁通量矢量，

而且，所述交流旋转电机的控制装置还具备偏差矢量运算单元，该偏差矢量运算单元对作为所述推定磁通量矢量与所述检测磁通量矢量之间的偏差的磁通量偏差矢量进行运算并作为所述放大偏差矢量而输出。

3.根据权利要求1或2所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，

所述适应观测单元还输出推定速度，

所述交流旋转电机的控制装置具备偏差放大单元，该偏差放大单元插入在所述偏差矢量运算单元与所述适应观测单元之间，以将所述推定速度作为参数的规定的增益来放大所述偏差矢量运算单元的输出，并作为所述放大偏差矢量而输出给所述适应观测单元，

在所述偏差放大单元中，对放大所述磁通量偏差矢量的所述增益进行设定，以使得相对于所述推定速度低时的值，所述推定速度高时的值小。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，

所述磁通量矢量检测单元根据检测所述交流旋转电机的旋转位置的旋转位置检测单元的输出而输出所述检测磁通量矢量。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，

具备电压重叠单元，将比用于驱动所述交流旋转电机的基本频率高的频率的高频率电压重叠到所述交流旋转电机，

所述磁通量矢量检测单元根据起因于由所述电流矢量检测单元提取的所述高频率电压的高频率电流矢量，输出所述检测磁通量矢量。

6.根据权利要求5所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，

设定在所述电压重叠单元中重叠的所述高频率电压的振幅，以使得相对于所述交流旋转电机的转速低时的值，所述转速高时的值小。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，

具备速度控制单元，该速度控制单元以使来自所述适应观测单元的所述推定速度与角速度指令一致的方式制作所述电流指令矢量并输出到所述交流旋转电机控制单元。

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