DE112018006842T5 - Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine - Google Patents

Abstract

Steuereinrichtung (100) für eine Rotationsmaschine zum Steuern einer Rotationsmaschine (1), deren Induktivität eine variable Induktivitätskomponente aufweist, die sich mit einer Rotorposition ändert, mit einem Stromdetektor (2), der den durch die Rotationsmaschine (1) fließenden Rotationsmaschinenstrom erfasst; und einem Drehzahlschätzer (3), der eine geschätzte Rotationsgeschwindigkeit berechnet, die einem geschätzten Wert der Rotationsgeschwindigkeit eines Rotors entspricht, in Abhängigkeit der bewegten elektromotorischen Kraft, die eine induzierte Spannung ist, die aufgrund einer Änderung der Induktivität mit einer Rotorposition erzeugt wird. Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine (100) enthält eine PositionsBerechnungseinheit (4), die eine geschätzte Position berechnet, die einem geschätzten Wert der Rotorposition entspricht, wobei die geschätzte Drehzahl verwendet wird; und einen Regler (5), der eine Spannungsanweisung für eine Rotationsmaschine ausgibt, um die Rotationsmaschine anzutreiben, basierend auf dem Rotationsmaschinenstrom und der geschätzten Position. Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine (100) umfasst einen Spannungsapplikator (6), der auf der Grundlage der Spannungsanweisung für eine Rotationsmaschine Spannung an die Rotationsmaschine anlegt.

Description

• Feld der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine (im Folgenden als „Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine“ bezeichnet), die eine Rotationsmaschine steuert, deren Induktivitätswert sich mit der Rotorposition ändert, indem sie Informationen über die Rotorposition ohne Verwendung eines Positionssensors zur Erfassung der Rotorposition erhält.
• Hintergrund der Erfindung
• Um eine Rotationsmaschine so anzutreiben, dass sie mit der vollen Leistung der Rotationsmaschine arbeitet, sind Informationen zur Rotorposition erforderlich. Zu diesem Zweck verwendet eine herkömmliche Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine Positionsinformationen, die von einem an der Rotationsmaschine angebrachten Positionssensor erfasst werden. Im Hinblick auf eine weitere Senkung der Herstellungskosten von Rotationsmaschinen, die Verkleinerung von Rotationsmaschinen, eine höhere Zuverlässigkeit von Rotationsmaschinen und dergleichen wurde jedoch eine Technologie zum Antrieb einer Rotationsmaschine in einer positionssensorlosen Konfiguration entwickelt. Positionssensorlose Steuerungsverfahren für eine Rotationsmaschine umfassen ein Verfahren zum Schätzen der Rotorposition durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung an die Rotationsmaschine und ein Verfahren zum Schätzen der Rotorposition auf der Grundlage der induzierten Spannung, Flussverkettung oder dergleichen der Rotationsmaschine ohne Anlegen einer Hochfrequenzspannung. In Patentliteratur 1 wird ein Verfahren zum Schätzen der Rotorposition durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung an die Rotationsmaschine offenbart. Das in Patentliteratur 1 offengelegte lagefühlerlose Steuerungsverfahren umfasst die Erfassung eines Rotationsmaschinenstroms, wenn eine Hochfrequenzspannung an eine Rotationsmaschine angelegt wird, und die Extraktion eines Hochfrequenzstroms mit der gleichen Frequenzkomponente wie die Frequenzkomponente der Hochfrequenzspannung. Dann wird die Rotorposition unter Verwendung der Eigenschaft geschätzt, dass sich die Induktivität der Rotationsmaschine, d.h. die Amplitude des Hochfrequenzstroms, mit einer Frequenz ändert, die doppelt so hoch ist wie die Frequenz des elektrischen Winkels der Rotorposition. Eine solche Methode unter Verwendung einer hochfrequenten Spannung liefert eine genaue Schätzung der Rotorposition selbst bei Nullgeschwindigkeit oder einer niedrigen Geschwindigkeit nahe der Nullgeschwindigkeit der Rotationsmaschine, aber andererseits verursacht die überlagerte hochfrequente Spannung Drehmomentpulsationen oder Geräusche. Bei der Methode, die eine Hochfrequenzspannung verwendet, verringert die Überlagerung der Hochfrequenzspannung mit der an die Wicklung der Rotationsmaschine angelegten Spannung und dem durch die Wicklung der Rotationsmaschine fließenden Strom entsprechend das maximale Drehmoment der Rotationsmaschine oder die Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine.
• Patentliteratur 2, Patentliteratur 3 und Nichtpatentliteratur 1 offenbaren jeweils eine Methode zur Schätzung der Rotorposition ohne Anlegen einer Hochfrequenzspannung. Die Methoden zur Schätzung der Rotorposition ohne Anlegen einer Hochfrequenzspannung beinhalten jeweils die Subtraktion des Produkts aus dem Induktivitätswert entlang einer q-Achse oder d-Achse des Rotors und dem Strom der Rotationsmaschine von der Flussverkettung der Rotationsmaschine, um dadurch eine Komponente, die sich synchron mit der Rotorposition dreht, aus der Flussverkettung zu extrahieren. Eine solche Komponente enthält einen aktiven Fluss in Bezug auf die d-Achse und einen aktiven Fluss in Bezug auf die q-Achse. Wie hier verwendet, ist die Richtung des Rotors, die die Induktivität maximiert, als d-Achse definiert, während die Richtung des Rotors, die die Induktivität minimiert, als q-Achse definiert ist. Die d-Achse ist eine Achse, die als Magnetflussachse bezeichnet wird, und die q-Achse ist eine Achse, die als Drehmomentachse bezeichnet wird. Die d-Achse und die q-Achse sind vektoriell orthogonal zueinander. In Patentliteratur 2 wird der aktive Fluss von einem Beobachter geschätzt, um die Rotorposition abzuschätzen. In Patentliteratur 3 wird die durch den aktiven Fluss erzeugte induzierte Spannung verwendet, um die Rotorposition zu schätzen. In Nichtpatentliteratur 1 wird eine Komponente der Spannung der Rotationsmaschine, die durch die Differenz zwischen den Induktivitätswerten in der d-Achse und in der q-Achse erzeugt wird, als erweiterte elektromotorische Kraft ermittelt, und die Rotorposition wird auf der Grundlage ihrer Phase geschätzt.
• Die in den Patentliteratur 2 und 3 offengelegten positionssensorlosen Steuerungsmethoden führen dazu, dass der aktive Fluss einen Wert von Null hat, wenn der Strom der Rotationsmaschine keine d-Achsen-Komponente oder keine q-Achsen-Komponente hat, und können daher die Rotorposition nicht abschätzen. In ähnlicher Weise führt die in Nichtpatentliteratur 1 offengelegte positionssensorlose Steuerungsmethode zu einer erweiterten elektromotorischen Kraft mit einem Wert von Null, wenn der Strom der Rotationsmaschine keine d-Achsen-Komponente hat, und kann daher die Rotorposition nicht abschätzen. Das heißt, die in den Patentliteraturen 2 und 3 und in der Nichtpatentliteratur 1 offen gelegten positionssensorlosen Steuerungsmethoden können die Rotorposition in Abhängigkeit von der Stromflussrichtung der Rotationsmaschine nicht abschätzen. Die in Patentliteratur 4 offen gelegte positionssensorlose Steuerungsmethode löst dieses Problem, indem sowohl die aktiven Flüsse bezüglich der d-Achse als auch bezüglich der q-Achse auf der Basis der d-Achsen-Komponente und der q-Achsen-Komponente des Rotations-Maschinenstroms oder der Flussverkettung gewichtet werden und die resultierenden aktiven Flüsse bei der Schätzung der Rotorposition verwendet werden.
• Stand der Technik
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 5069306
• Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 4644010
• Patentliteratur 3: Japanisches Patent Nr. 3571698
• Patentliteratur 4: Europäische Patentanmeldung Veröffentlichungs- Nr. 2493067
• Nichtpatentliteratur
• Nichtpatentliteratur 1: Shinji Ichikawa, Zhiqian Chen, Mutuwo Tomita, Shinji Doki und Shigeru Okuma. Sensorlose Steuerungen von Schenkelpol-Permanentmagnet-Synchronmotoren unter Verwendung erweiterter elektromotorischer Kraftmodelle. „IEEJ-Journal für Industrieanwendungen“. 2002, Band 122, 12. Ausgabe, S. 1088-1096.
• Zusammenfassung
• Technisches Problem
• Die Wichtungsoperation, die auf der d-Achsen-Komponente und der q-Achsen-Komponente des Stroms der Rotationsmaschine oder der Flussverkettung basiert, die in Patentliteratur 4 offenbart wird, birgt jedoch das Problem der Komplexität des Steuerungsentwurfs und auch der Steuerungsverarbeitung sowie der Rotorpositionsschätzung. Daher hat die in Patentliteratur 4 offen gelegte Technologie ein Komplexitätsproblem bei der Konfiguration zur Schätzung der Rotorposition.
• Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das Vorstehende entwickelt, und es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, die Rotorposition unabhängig von der aktuellen Flussrichtung einer Rotationsmaschine mit einer einfacheren Konfiguration zu ermitteln.
• Lösung des Problems
• Um das Problem zu lösen und das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist eine Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine zur Steuerung einer Rotationsmaschine, deren Induktivität eine variable Induktivitätskomponente aufweist (im Folgenden als variable Induktivitätskomponente bezeichnet), die sich mit einer Rotorposition ändert, die einer Drehposition eines Rotors entspricht. Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine umfasst: einen Stromdetektor zum Erfassen eines durch die Rotationsmaschine fließenden Stroms der Rotationsmaschine; und einen Drehzahlschätzer zum Berechnen einer geschätzten Rotationsgeschwindigkeit, die ein geschätzter Wert einer Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ist, auf der Grundlage einer bewegten elektromotorischen Kraft, die eine induzierte Spannung ist, die aufgrund einer Änderung der Induktivität mit einer Position des Rotors erzeugt wird. Die Steuereinrichtung für die Rotationsmaschine umfasst: eine Positionsberechnungseinheit zur Berechnung einer geschätzten Position, die ein geschätzter Wert der Rotorposition ist, unter Verwendung der geschätzten Rotationsgeschwindigkeit; und eine Steuereinheit zur Ausgabe eines Spannungsbefehls für die Rotationsmaschine, um die Rotationsmaschine auf der Grundlage des Stroms der Rotationsmaschine und der geschätzten Position anzutreiben. Die Steuereinrichtung der Rotationsmaschine enthält einen Spannungsapplikator zum Anlegen einer Spannung an die Rotationsmaschine auf der Grundlage des Spannungsbefehls der Rotationsmaschine.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, mit einer einfacheren Konfiguration die Rotorposition unabhängig von der aktuellen Strömungsrichtung einer Rotationsmaschine abschätzen zu können.
• Figurenliste
• 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einer ersten Verkörperung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Drehzahlschätzers veranschaulicht, der in 1 dargestellt ist.
• 3 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines adaptiven Schätzers illustriert, der in 2 dargestellt ist.
• 4 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine gemäß einer zweiten Verkörperung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 5 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines in 4 dargestellten Drehzahlschätzers veranschaulicht.
• 6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinrichtung einer Rotationsmaschine nach einer dritten Verkörperung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 7 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Positionsberechnungseinheit illustriert, die in 6 dargestellt ist.
• 8 ist ein Schema, das eine Konfiguration einer Steuereinrichtung einer Rotationsmaschine nach einer vierten Verkörperung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Positionsdetektors illustriert, die in 8 dargestellt ist.
• 10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Positionsberechnungseinheit veranschaulicht, die in 8 dargestellt ist.
• 11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine gemäß einer fünften Verkörperung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 12 ist ein Diagramm, das eine in 11 dargestellte Konfiguration eines Positionsdetektors veranschaulicht.
• 13 ist ein Diagramm, das ein erstes Hardware-Konfigurationsbeispiel der Steuereinrichtungen der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der ersten bis fünften Verkörperung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 14 ist ein Diagramm, das ein zweites Hardware-Konfigurationsbeispiel für die Steuereinrichtungen der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Eine Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Beachten Sie, dass diese Ausführungsformen nicht dazu beitragen sollen, den Anwendungsbereich der Erfindung einzuschränken.
• Erstes Ausführungsbeispiel.
• 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Eine Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen Spannungsapplikator 6, der eine Wechselspannung (AC) an eine Rotationsmaschine 1 gemäß den Spannungsanweisungen v_su*, v_sv* und v_sw* zum Antrieb der Rotationsmaschine 1 anlegt; und einen Stromdetektor 2, der einen von dem Spannungsapplikator 6 an die Rotationsmaschine 1 gelieferten Wechselstrom erfasst und den erfassten Wechselstrom als Rotationsmaschinenströme i_su, i_sv und isw ausgibt. Die Steuereinrichtung 100 für die Rotationsmaschine enthält auch einen Drehzahlschätzer 3, der die Rotationsgeschwindigkeit des in der Rotationsmaschine 1 enthaltenen Rotors unter Verwendung der Spannungsanweisungen v_su*, v_sv* und v_sw* der Rotationsmaschine, und der Ströme i_su, i_sv und i_sw der Rotationsmaschine ermittelt und die Rotationsgeschwindigkeit als geschätzte Rotationsgeschwindigkeit ω^_r ausgibt; eine Positionsberechnungseinheit 4, die eine geschätzte Rotorposition θ^_r unter Verwendung der geschätzten Rotationsgeschwindigkeit ω^_r berechnet; und einen Regler 5. Die geschätzte Rotationsgeschwindigkeit ω^_r ist ein geschätzter Wert der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (nicht dargestellt), der in der Rotationsmaschine 1 enthalten ist. Die geschätzte Rotorposition θ^_r ist ein geschätzter Wert der Rotorposition, welche die Drehposition des Rotors ist. Die geschätzte Rotorposition θ^_r wird durch einen elektrischen Winkel dargestellt. Die Rotationsmaschine 1, die von der Steuereinrichtung 100 der Rotationsmaschine gesteuert wird, ist ein synchroner Reluktanzmotor. Ein synchroner Reluktanzmotor ist ein Motor, dessen Induktivität eine variable Induktivitätskomponente aufweist, die sich mit der Rotorposition ändert. Die Rotationsmaschine 1 kann im Folgenden einfach als „Rotationsmaschine“ bezeichnet werden. Der Spannungsapplikator 6 ist über drei Leitungen U, V und W mit der Rotationsmaschine verbunden. Der Stromdetektor 2 erfasst einen in diese Leitungen fließenden Wechselstrom. Im Folgenden wird die Richtung des Rotors, die die Induktivität maximiert, als d-Achse und die Richtung des Rotors, die die Induktivität minimiert, als q-Achse bezeichnet.
• Der Regler 5 enthält eine Stromanweisungsberechnungseinheit 501, einen d-q-Stromregler 502, einen Drehkoordinaten-Umkehrtransformator 503, einen Zweiphasen-Dreiphasen-Transformator 504, einen Dreiphasen-Zweiphasen-Transformator 505 und einen Drehkoordinatentransformator 506, um so die Spannungsanweisungen v_su*, v_sv* und v_sw* der Rotationsmaschine zu berechnen, die bewirken, dass die Rotationsmaschine eine Ausgabe erzeugt, die einem Drehmomentanweisungswert T* entspricht.
• Die Stromanweisungsberechnungseinheit 501 berechnet die Stromanweisungen i_sd* und i_sq*, die in einem rotierenden Bezugsrahmen dargestellt werden, der für die Rotationsmaschine erforderlich ist, um eine Ausgabe zu erzeugen, die dem Drehmomentanweisungswert T* entspricht. In dieser Hinsicht werden die Strombefehle i_sd* und i_sq*, die in dem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellt sind, so gewählt, dass der Effektivwert (RMS) des Stromes für das Drehmoment, d.h. der Kupferverlust der Rotationsmaschine, minimiert wird.
• Der d-q-Stromregler 502 bietet eine Steuerung zur Ableitung der Strombefehle i_sd* und i_sq* aus den d- und q-Achsenströmen i_sd und i_sq, die durch Drehkoordinatentransformation des Drehkoordinatentransformators 506 erzeugt werden, und berechnet die Spannungsanweisungen v_sd* und v_sq* der Rotationsmaschine, die im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellt sind. Diese Stromregelung erfolgt z.B. mit Hilfe einer Proportional-Integral-Regelung (PI) oder ähnlichem.
• Der Drehkoordinaten-Umkehrtransformator 503 führt, wie in Formel (1) unten gezeigt, eine Drehkoordinaten-Umkehrtransformation von den im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem der Rotationsmaschine dargestellten Spannungsanweisungen v_sd* und v_sq* zu den in einem zweiphasigen Bezugssystem dargestellten Spannungsanweisungen der Rotationsmaschine v_sα* und v_sβ* durch, wobei die von der Positionsberechnungseinheit 4 berechnete geschätzte Rotorposition θ^_r verwendet wird. In der ersten Ausführungsform wird die Umkehrtransformation der Drehkoordinaten unter Verwendung einer Transformationsmatrix C_dq ^-1(θ^_r) der nachstehenden Formel (1) durchgeführt.
  [Formel 1] $$\left[\begin{array}{c}{\text{v}}_{\text{s}\alpha }^{*}\\ {\text{v}}_{s\mathrm{\beta }}^{*}\end{array}\right]=\underset{{}_{}^{}\left({\widehat{\theta }}_r\right)}{\underbrace{\left[\begin{array}{cc}\text{cos}\widehat{\theta }& -\text{sin}\widehat{\theta }\\ \text{sin}\widehat{\theta }& \text{cos}\widehat{\theta }\end{array}\right]}}\left[\begin{array}{c}{\text{v}}_{\text{sd}}^{*}\\ {\text{v}}_{\text{sq}}^{*}\end{array}\right]$$

  
• Der Zweiphasen-zu-Dreiphasentransformator 504 transformiert, wie in Formel (2) unten gezeigt, die Spannungsanweisungen v_sα* und v_sβ* der Rotationsmaschine, die im zweiphasigen Ruhesystem dargestellt sind, in die Spannungsanweisungen v_su*, v_sv* und v_sw* der Rotationsmaschine, die in einem dreiphasigen Bezugssystem dargestellt sind. In der ersten Ausführungsform wird die Zweiphasen- zu Dreiphasen-Transformation unter Verwendung einer Transformationsmatrix C₂₃ der nachstehenden Formel (2) durchgeführt.
  [Formel 2] $$\left[\begin{array}{c}{\text{v}}_{\text{su}}^{*}\\ {\text{v}}_{\text{sv}}^{*}\\ {\text{v}}_{\text{sw}}^{*}\end{array}\right]=\underset{{\text{c}}_{23}}{\underbrace{\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}\stackrel{1}{-\frac{1}{2}}& \stackrel{0}{\frac{\sqrt{3}}{2}}\\ -\frac{1}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]}}\left[\begin{array}{c}{\text{v}}_{\text{s}\alpha }^{*}\\ {\text{v}}_{\text{s}\mathrm{\beta }}^{*}\end{array}\right]$$

  
• Der Dreiphasen-zu-Zweiphasentransformator 505 führt, wie in Formel (3) unten gezeigt, eine Dreiphasen-Zweiphasen-Transformation von den im Dreiphasen-Bezugssystem dargestellten Drehmaschinenströmen i_su, i_sv und isw zu den im Zweiphasen-Ruhesystem dargestellten Drehmaschinenströmen i_sα und i_sβ durch. In der ersten Ausführungsform wird die Dreiphasen-Zweiphasen-Transformation unter Verwendung einer Transformationsmatrix C₃₂ der nachstehenden Formel (3) durchgeführt.
  [Formel 3] $$\left[\begin{array}{c}{\text{i}}_{\text{s}\mathrm{\alpha }}\\ {\text{i}}_{\text{s}\mathrm{\beta }}\end{array}\right]=\underset{{\text{c}}_{32}}{\underbrace{\sqrt{\frac{2}{3}\left[\begin{array}{cc}1-\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0\frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]}}}\left[\begin{array}{c}{\text{i}}_{\text{su}}\\ {\text{i}}_{\text{sv}}\\ {\text{i}}_{\text{sw}}\end{array}\right]$$

  
• Der Drehkoordinatentransformator 506 führt, wie in Formel (4) unten gezeigt, eine Drehkoordinatentransformation von den im zweiphasigen Ruhesystem der Rotationsmaschine dargestellten Strömen i_sα und i_sβ zu den im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellten d- und q-Achsenströmen i_sd und isq unter Verwendung der geschätzten Rotorposition θ^_r durch. In der ersten Ausführungsform wird die Drehkoordinatentransformation unter Verwendung einer Transformationsmatrix C_dq der nachstehenden Formel (4) durchgeführt.
  [Formel 4] $$\left[\begin{array}{c}{\text{i}}_{\text{sd}}\\ {\text{i}}_{\text{sq}}\end{array}\right]=\underset{{\text{c}}_{\text{dq}}\left({\widehat{\theta }}_{\text{r}}\right)}{\underbrace{\left[\begin{array}{cc}\text{cos}{\widehat{\theta }}_{\text{r}}& \text{sin}{\widehat{\theta }}_{\text{r}}\\ -\text{sin}{\widehat{\theta }}_{\text{r}}& \text{cos}{\widehat{\theta }}_{\text{r}}\end{array}\right]}}\left[\begin{array}{c}{\text{i}}_{\text{s}\mathrm{\alpha }}\\ {\text{i}}_{\text{s}\mathrm{\beta }}\end{array}\right]$$

  
• 2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des in 1 dargestellten Drehzahlschätzers illustriert. Wie in 2 dargestellt, enthält der Drehzahlschätzer 3 einen Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 301, einen Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 302, einen Drehkoordinaten-Transformator 303, einen Drehkoordinaten-Transformator 304, einen adaptiven Beobachter 305 und einen adaptiven Schätzer 306.
• Der Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 301 wandelt die im Dreiphasen-Bezugssystem dargestellten Rotationsmaschinenströme i_su, i_sv und isw in die im Zweiphasen-Ruhesystem dargestellten Rotationsmaschinenströme i_sα und i_sβ um. In 2 werden die Ströme der Rotationsmaschine i_sα und i_sβ als i_s ^αβ bezeichnet. Zusätzlich führt der Drehkoordinatentransformator 303 eine Drehkoordinatentransformation von dem im zweiphasigen Ruhesystem dargestellten Rotationsmaschinenstrom is^αβ zu den im zweiphasigen Bezugssystem dargestellten d- und q-Achsenströmen i_sd und isq durch, wobei die geschätzte Rotorposition θ^_r verwendet wird. In 2 werden die Ströme der d- und q-Achse i_sd und isq als i_s ^dq bezeichnet.
• In der Zwischenzeit wandelt der Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 302 die im Dreiphasen-Bezugssystem dargestellten Spannungsanweisungen v_su*, v_sv* und v_sw* der Rotationsmaschine in die im Zweiphasen-Bezugssystem dargestellten Spannungsanweisungen v_sα* und v_sβ* der Rotationsmaschine um. In 2 sind die Spannungsanweisungen für die Rotationsmaschine v_sα* und v_sβ* als v_s ^αβ* bezeichnet. Zusätzlich führt der Drehkoordinatentransformator 304 eine Drehkoordinatentransformation von den im zweiphasigen Ruhesystem der Rotationsmaschine dargestellten Spannungsanweisungen v_sα* und v_sβ* zu der im zweiphasigen Bezugssystem der Rotationsmaschine dargestellten Spannungsanweisung v_s ^dq* durch.
• Dann berechnet der adaptive Beobachter 305 die geschätzte Drehzahl ω^_r des Rotors unter Verwendung des Rotations-Maschinenstroms i_s ^dq und der Spannungsanweisung v_s ^dq* der Rotationsmaschine, die im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellt sind. Ein Betrieb des adaptiven Beobachters 305 wird nun im Detail beschrieben. Zunächst kann ein Modell der Rotationsmaschine durch die nachstehenden Formeln (5), (6) und (7) im zweiphasigen Ruhesystem ausgedrückt werden. R_s der nachstehenden Formel (5) ist der Wicklungswiderstand. ψ_s ^αβ der untenstehenden Formel (5) ist die Flußverkettung der Rotationsmaschine. L_s ^αβ der untenstehenden Formel (6) ist die Induktivität der Rotationsmaschine.
  [Formel 5] $${\text{v}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}={\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}+\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}$$

  

  [Formel 6] $${\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}={\text{L}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}$$

  

  [Formel 7] $${\text{L}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}=\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sdc}}+{\text{L}}_{\text{mac}}\text{cos}\left(2{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)& {\text{L}}_{\text{mac}}\text{sin}\left(2{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)\\ {\text{L}}_{\text{mac}}\text{sin}\left(2{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)& {\text{L}}_{\text{sdc}}-{\text{L}}_{\text{mac}}\text{cos}\left(2{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)\end{array}\right]$$

  
• L_sdc der obigen Formel (7) stellt die durchschnittliche Komponente der Induktivität dar (nachfolgend als durchschnittliche Induktivitätskomponente bezeichnet), die sich mit der Rotorposition nicht ändert, und L_mac stellt die variable Induktivitätskomponente dar, die sich mit der Rotorposition ändert. Darüber hinaus wird eine Änderung der Induktivität im Allgemeinen durch eine Sinus- oder Kosinusfunktion von 2θ_r dargestellt, wobei θ_r den elektrischen Winkel der Rotorposition darstellt. Ferner wird, wie aus dem zweiten Term der obigen Formel (5) hervorgeht, die Spannung, die aufgrund einer Änderung der Flussverkettung auftritt, als induzierte Spannung bezeichnet. Die Drehkoordinatentransformation des Modells der Formeln (5), (6) und (7) oben bei einem Steuerkoordinatenwinkel θ_s ergibt das Modell der Formeln (8), (9) und (10) unten.
  [Formel 8] $${\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}={\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\text{J}{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  

  [Formel 9] $${\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}={\text{L}}_{\text{s}}^{\text{dq}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  

  [Formel 10] $$L_s^{dq}=\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sdc}}+{\text{L}}_{\text{mac}}\text{cos}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& {\text{L}}_{\text{mac}}\text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\\ {\text{L}}_{\text{mac}}\text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& {\text{L}}_{\text{sdc}}{\text{-L}}_{\text{mac}}\text{cos}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\end{array}\right]$$

  
• J der obigen Formel (8) stellt die in Formel (11) unten gezeigte Transformationsmatrix dar.
  [Formel 11] $$\text{J}=\left[\begin{array}{cc}0& -1\\ 1& 0\end{array}\right]$$

  
• In dem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem stellen der zweite Term und der dritte Term der obigen Formel (8) zusammen die induzierte Spannung dar.
• Die Erweiterung des Modells der obigen Formeln (8), (9) und (10) in Gleichungen für Spannung und Strom ergibt die Formeln (12) und (13) unten.
  [Formel 12] $${\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}={\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\text{L}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\frac{{\text{di}}_{\text{s}}^{\text{dq}}}{\text{dt}}+\frac{{\text{dL}}_{\text{s}}^{\text{dq}}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}{\text{JL}}_{\text{s}}^{\text{dq}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  

  [Formel 13] $$\begin{array}{l}{\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}={\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sdc}}+{\text{L}}_{\text{mac}}\text{cos}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& {\text{L}}_{\text{mac}}\text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\\ {\text{L}}_{\text{mac}}\text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& {\text{L}}_{\text{sdc}}-{\text{L}}_{\text{mac}}\text{cos}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\end{array}\right]\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\\ +2\left({\mathrm{\omega }}_{\text{r}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\right)\left[\begin{array}{cc}-{\text{L}}_{\text{mac}}\text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& {\text{L}}_{\text{mac}}\text{cos}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\\ {\text{L}}_{\text{mac}}\text{cos}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& {\text{L}}_{\text{mac}}\text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\\ +{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\left[\begin{array}{cc}-{\text{L}}_{\text{mac}}\text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& -\left({\text{L}}_{\text{sdc}}-{\text{L}}_{\text{mac}}\text{cos}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\right)\\ {\text{L}}_{\text{sdc}}+{\text{L}}_{\text{mac}}\text{cos}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& {\text{L}}_{\text{mac}}\text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\end{array}$$

  
• Beachten Sie, dass ωr der obigen Formel (13) die Rotorwinkelgeschwindigkeit ist, die durch Formel (14) unten angegeben wird. Der Wert ω_s der Formeln (12) und (13) oben ist die Winkelgeschwindigkeit, mit der sich das Steuerbezugssystem dreht, ausgedrückt durch die Formel (15) unten. Das Steuerbezugssystem liefert Drehkoordinaten.
  [Formel 14] $${\mathrm{\omega }}_{\text{r}}=\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}$$

  

  [Formel 15] $${\mathrm{\omega }}_{\text{s}}=\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}$$

  
• In diesem Zusammenhang stellen die dritten Terme der obigen Formeln (12) und (13) jeweils induzierte Spannung dar. Diese induzierte Spannung wird aufgrund einer Änderung der Induktivität mit der Rotorposition erzeugt. In der ersten Ausführungsform wird diese induzierte Spannung als bewegte elektromotorische Kraft bezeichnet. Zu dieser bewegten elektromotorischen Kraft gehört eine induzierte Spannung, die proportional zur Drehgeschwindigkeit ist. Durch die Festlegung von θ_r=θ_s im Modell der Formeln (12) und (13) oben erhält man das Modell der Formel (16) unten.
  [Formel 16] $$\begin{array}{l}{\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}={\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sdc}}+{\text{L}}_{\text{mac}}& 0\\ 0& {\text{L}}_{\text{sdc}}+{\text{L}}_{\text{max}}\end{array}\right]\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+2\left({\mathrm{\omega }}_{\text{r}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\right)\left[\begin{array}{cc}0& {\text{L}}_{\text{mac}}\\ {\text{L}}_{\text{mac}}& 0\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\\ +{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\left[\begin{array}{cc}0& -\left({\text{L}}_{\text{sdc}}-{\text{L}}_{\text{mac}}\right)\\ {\text{L}}_{\text{sdc}}+{\text{L}}_{\text{mac}}& 0\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\end{array}$$

  
• Durch Einsetzen der d-Achsen-Induktivität L_sd (L_sd=L_sdc+L_mac) und der q-Achsen-Induktivität L_sq (L_sq=L_sdc-L_mac) der Rotationsmaschine ergibt sich aus dem Modell von Formel (16) oben das Modell von Formel (17) unten.
  [Formel 17] $$\begin{array}{l}{\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}={\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sd}}& \text{0}\\ \text{0}& {\text{L}}_{\text{sq}}\end{array}\right]\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+2\left({\mathrm{\omega }}_{\text{r}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\right)\left[\begin{array}{cc}\text{0}& {\text{L}}_{\text{mac}}\\ {\text{L}}_{\text{mac}}& \text{0}\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\\ +{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\left[\begin{array}{cc}0& -{\text{L}}_{\text{sq}}\\ {\text{L}}_{\text{sd}}& 0\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\end{array}$$

  
• Die zweiten Terme der obigen Formeln (16) und (17) stellen jeweils die induzierte Spannung dar, die entsprechend dem Produkt aus einem Induktivitätswert und einem Ableitungswert des im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem (17) dargestellten Stroms erzeugt wird. Darüber hinaus stellen die dritten Terme der Formeln (16) und (17) jeweils die induzierte Spannung dar, die entsprechend dem Produkt aus einem Ableitungswert der Induktivität und einem Stromwert erzeugt wird. Des Weiteren stellen die vierten Terme der obigen Formeln (16) und (17) jeweils die induzierte Spannung dar, die entsprechend dem Produkt eines Induktivitätswertes und eines Stromwertes in der rotierenden Zweiphase erzeugt wird. Beachten Sie, dass die dritten Terme der obigen Formeln (16) und (17) jeweils eine bewegte elektromotorische Kraft darstellen, die aufgrund einer Änderung der Induktivität mit der Rotorposition erzeugt wird. Diese bewegte elektromotorische Kraft beinhaltet eine induzierte Spannung mit einem Wert, der aus dem Produkt der Drehgeschwindigkeit, der variablen Induktivitätskomponente und dem Stromwert der entsprechenden Phase gebildet wird, und diese induzierte Spannung ist proportional zur Drehgeschwindigkeit. Außerdem hat ein Modell, das eine Beziehung ω_r=ω_s annimmt, nicht diese bewegte elektromotorische Kraft. Die obige Formel (16) kann unter Verwendung der Flußverkettung Ψ_s ^dq, die in dem in Formel (18) unten gezeigten rotierenden Bezugssystem dargestellt ist, als Formel (19) ausgedrückt werden.
  [Formel 18] $${\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}=\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sdc}}+{\text{L}}_{\text{mac}}& 0\\ 0& {\text{L}}_{\text{sdc}}-{\text{L}}_{\text{mac}}\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  

  [Formel 19] $$\begin{array}{l}\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}=-{\text{R}}_{\text{s}}\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{{\text{L}}_{\text{sdc}}+{\text{L}}_{\text{mac}}}& 0\\ 0& \frac{1}{{\text{L}}_{\text{sdc}}-{\text{L}}_{\text{mac}}}\end{array}\right]{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}\\ -2\left({\mathrm{\omega }}_{\text{r}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\right)\left[\begin{array}{cc}0& \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sdc}}-{\text{L}}_{\text{mac}}}\\ \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sdc}}+{\text{L}}_{\text{mac}}}& 0\end{array}\right]{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\text{J}{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\end{array}$$

  
• Die obige Formel (19) kann weiter als Modell der Rotationsmaschine umgeschrieben werden, unter Verwendung der d-Achsen-Induktivität L_sd und der q-Achsen-Induktivität L_sq in den nachstehenden Formeln (20) und (21).
  [Formel 20] $$\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}=\underset{\text{A}{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}}{\underbrace{-{\text{R}}_{\text{s}}\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{{\text{L}}_{\text{sdc}}}& 0\\ 0& \frac{1}{{\text{L}}_{\text{sq}}}\end{array}\right]{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}-2\left({\mathrm{\omega }}_{\text{r}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\right)\left[\begin{array}{cc}0& \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sq}}}\\ \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sq}}}& 0\end{array}\right]{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\text{J}{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}}}$$

  

  [Formel 21] $${\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}=\underset{{\text{C}}^{-1}}{\underbrace{\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sd}}& 0\\ 0& {\text{L}}_{\text{sq}}\end{array}\right]}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  
• Die zweiten Terme der obigen Formeln (19) und (20) stellen jeweils die bewegte elektromotorische Kraft dar und schließen die induzierte Spannung proportional zur Rotationsgeschwindigkeit ein. Um die Rotationsgeschwindigkeit zu schätzen, wird der Beobachter zunächst so konfiguriert, wie durch Formel (22) unten ausgedrückt. Die Bezeichnung i_s^^dq der nachstehenden Formel (22) stellt einen geschätzten Wert des Rotationsmaschinenstroms dar, der im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellt ist. Die Bezeichnung Ψ_s ^{^dq} der nachstehenden Formel (22) stellt einen Schätzwert der Flussverkettung dar, die in dem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellt ist.
  [Formel 22] $$\begin{array}{l}\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\widehat{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}=-\underset{\widehat{\text{A}}{\widehat{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}}{\underbrace{{\text{R}}_{\text{s}}\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{{\text{L}}_{\text{sd}}}& 0\\ 0& \frac{1}{{\text{L}}_{\text{sq}}}\end{array}\right]{\widehat{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}-2\left({\widehat{\omega }}_{\text{r}}-{\widehat{\omega }}_{\text{s}}\right)\left[\begin{array}{cc}0& \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sq}}}\\ \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sd}}}& 0\end{array}\right]{\widehat{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\text{J}{\widehat{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}}}\\ +{\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}-\text{H}\left({\widehat{\text{i}}}_{\text{s}}^{\text{dq}}-{\widehat{\text{i}}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\right)\end{array}$$

  
• An diesem Punkt, wie in der untenstehenden Formel (23) dargestellt, erlaubt die geeignete Auslegung einer Beobachterverstärkung H die Konvergenz der geschätzten Flussverkettung Ψ^{^dq} des Beobachters bei einer Antwort ω_cobst, was ein wahrer Wert ist. Es ist zu beachten, dass der Entwurf der Beobachterverstärkung H nicht auf das Beispiel von Formel (23) unten beschränkt ist.
  [Formel 23] $$\text{H}=\left[\begin{array}{cc}{\text{R}}_{\text{s}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{cobs}}{\text{L}}_{\text{sd}}& -2{\text{L}}_{\text{mac}}\left({\widehat{\omega }}_{\text{r}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\right)+{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}{\text{L}}_{\text{sq}}\\ -2{\text{L}}_{\text{mac}}\left({\widehat{\omega }}_{\text{r}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\right)+{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}{\text{L}}_{\text{sq}}& {\text{R}}_{\text{s}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{cobs}}{\text{L}}_{\text{sq}}\end{array}\right]$$

  
• Beim Beobachter führt eine geschätzte Rotationsgeschwindigkeit ω^{^} _r mit einem Fehler dazu, dass die geschätzte Flussverkettung Ψ^{^dq} einen Fehler enthält. Der adaptive Drehzahlschätzer 306 berechnet die Drehgeschwindigkeit aus einem Schätzfehler der Flussverkettung in Verbindung mit der bewegten elektromotorischen Kraft, die mit dem Schätzfehler der Drehgeschwindigkeit korrespondiert.
• 3 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des in 2 dargestellten adaptiven Schätzers illustriert. Wie in 3 dargestellt, berechnet der adaptive Drehzahlschätzer 306 die geschätzte Drehzahl ω^_r des Rotors unter Verwendung eines angepassten Modells der Formeln (24) und (25) unten.
  [Formel 24] $${\widehat{\omega }}_{\text{r}}=\frac{1}{\text{s}}{\text{k}}_{\text{ap}}\left(1+\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{ai}}}{\text{S}}\right)\frac{{\left(\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]{\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}\right)}^{\text{T}}}{\left|{\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}\right|}\left({\widehat{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}-{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}\right)$$

  

  [Formel 25] $${\widehat{\omega }}_{\text{r}}=\frac{1}{\text{s}}{\text{k}}_{\text{ap}}\left(1+\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{ai}}}{\text{s}}\right)\frac{{\left(\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]{\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}\right)}^{\text{T}}}{{\left|{\widehat{\text{i}}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\right|}^2}{\text{C}}^{-1}\underset{{\text{e}}_{\text{i}}^{\text{dq}}}{\underbrace{\left({\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}-i_s^{dq}\right)}}$$

  
• In dieser Hinsicht ergibt sich unter der Annahme, dass K_ap der obigen Formeln (24) und (25) einen Wert hat, der unter Verwendung der nachstehenden Formel (26) berechnet wurde, und dass ω_ai der obigen Formeln (24) und (25) einen Wert hat, der unter Verwendung der nachstehenden Formel (27) berechnet wurde, die geschätzte Antwort der Rotorposition ω_ca sein wird.
  [Formel 26] $${\text{k}}_{\text{ap}}=\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{ca}}{\mathrm{\omega }}_{\text{cobs}}}{2{\text{L}}_{\text{mac}}}$$

  

  [Formel 27] $${\mathrm{\omega }}_{\text{ai}}=\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{ca}}}{5}$$

  
• Darüber hinaus ermittelt der adaptive Drehzahlschätzer 306 einen Schätzfehler der Rotationsgeschwindigkeit aus einem Schätzfehler der Flußverkettung oder des Rotationsmaschinenstroms auf der Grundlage eines Wertes e_ω1, der durch Formel (28) unten dargestellt wird, d.h. eines Wertes, der in Formel (24) oben enthalten ist, oder auf der Grundlage eines Wertes e_ω2, der durch Formel (29) unten dargestellt wird, d.h. eines Wertes, der in Formel (25) oben enthalten ist. Der Faktor „Ψ^{^} _s ^dq-Ψ_s ^dq“ in Formel (28) unten stellt den Schätzfehler der Flußverkettung dar. Der Faktor „i^{^} _s ^dq-i_s ^dq“ der nachstehenden Formel (29) stellt den Schätzfehler des Rotationsmaschinenstroms dar
  [Formel 28] $${\text{e}}_{\mathrm{\omega 1}}={\left(\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]{\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}\right)}^{\text{T}}\left({\widehat{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}-{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}\right)$$

  

  [Formel 29] $${\text{e}}_{\mathrm{\omega 2}}={\left(\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]{\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}\right)}^{\text{T}}{\text{C}}^{-1}\underset{{\text{e}}_{\text{i}}^{\text{dq}}}{\underbrace{\left({\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}-{\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}\right)}}$$

  
• Es ist zu beachten, dass die Auswahl des adaptiven Prinzips zur Schätzung der Rotationsgeschwindigkeit nicht auf die vorstehende Methode beschränkt ist, sondern z.B. mit der unten angegebenen Referenz 1 bestimmt werden kann.
• (Verweis 1) Ioan D. Landau und Masayoshi Tomizuka, Tekio Seigyo System no Riron to Jissai (Englische Äquivalenz, Theorie und Praxis adaptiver Regelsysteme), Ohmsha, Ltd., 1981
• Als nächstes wird ein Vorteil der Methode zur Schätzung der Rotorposition nach der ersten Ausführungsform im Vergleich zu den herkömmlichen Methoden zur Schätzung der Rotorposition beschrieben.
• Die oben in Patentliteratur 2 beschriebene Technologie subtrahiert das Produkt der q-Achsen-Induktivität L_sq des Rotors und des Rotormaschinenstroms i_s ^αβ von der Flussverknüpfung Ψ_s ^αβ der Rotationsmaschine, wie in Formel (30) unten gezeigt, und extrahiert so einen aktiven Fluss in Bezug auf die d-Achse (Ψ_AFd ^αβ), die die Komponente der Flussverknüpfung ist, die sich synchron mit der Rotorposition dreht.
  [Formel 30] $${\mathrm{\psi }}_{\text{AFd}}^{\mathrm{\alpha \beta }}={\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}-{\text{L}}_{\text{sq}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}$$

  
• Darüber hinaus kann der Rotormaschinenstrom i_s ^αβ als Formel (31) ausgedrückt werden.
  [Formel 31] $${\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}=\sqrt{3}{\text{I}}_{\text{ph}}\left[\begin{array}{c}\text{cos}\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}+{\mathrm{\phi }}_{\text{i}}\right)\\ \text{sin}\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}+{\mathrm{\phi }}_{\text{i}}\right)\end{array}\right]$$

  
• I_ph der obigen Formel (31) ist ein Effektivwert des Stroms, und φ_i ist ein Stromflusswinkel, d.h. die Winkeldifferenz zwischen der tatsächlichen Rotorposition und dem Strom der rotierenden Maschine.
• Die Substitution der obigen Formel (6) und der obigen Formel (7) für die rechte Seite der obigen Formel (30) ergibt die untenstehende Formel (32) für den aktiven Fluss in Bezug auf die d-Achse (Ψ_AFd ^αβ).
  [Formel 32] $${\mathrm{\psi }}_{\text{AFd}}^{\mathrm{\alpha \beta }}=\underset{\left({\text{L}}_{\text{sd}}-{\text{L}}_{\text{sq}}\right){\text{i}}_{\text{sd}}}{\underbrace{2{\text{L}}_{\text{mac}}\sqrt{3}{\text{l}}_{\text{ph}}\text{cos}\mathrm{\varphi }{}_{\text{i}}}}\left[\begin{array}{c}\text{cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\\ \text{sin}{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\end{array}\right]$$

  
• Der aktive Fluss der obigen Formel (32) verläuft in Richtung der d-Achse des Rotors, und daher ermöglicht die Schätzung dieses Flusses mit Hilfe eines Beobachters oder ähnlichem die Abschätzung der Rotorposition. Die oben in Patentliteratur 3 beschriebene Technologie schätzt die Rotorposition unter Verwendung der induzierten Spannung, die aufgrund des aktiven Flusses in Bezug auf die d-Achse erzeugt wird. Unter Verwendung des aktiven Flusses, d.h. unter Verwendung der Formeln (5), (30) und (32) oben, kann ein Modell der Rotationsmaschine in einem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem ausgedrückt werden, das sich synchron mit der Rotorposition (θ_r=θ_s und ω_r=ω_s) wie Formel (33) unten dreht.
  [Formel 33] $${\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}={\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sq}}& 0\\ 0& {\text{L}}_{\text{sq}}\end{array}\right]\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{r}}\text{J}\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sq}}& 0\\ 0& {\text{L}}_{\text{sq}}\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{r}}\underset{\left|{\mathrm{\psi }}_{\text{AFd}}^{\mathrm{\alpha \beta }}\right|}{\underbrace{\left({\text{L}}_{\text{sd}}-{\text{L}}_{\text{sq}}\right){\text{i}}_{\text{sd}}}}\left[\begin{array}{c}0\\ 1\end{array}\right]$$

  
• Die induzierte Spannung, die durch den zweiten Term dargestellt wird, und die induzierte Spannung, die durch den dritten Term der obigen Formel (33) dargestellt wird, verwenden nicht die Induktivitätswerte der jeweiligen Phasen, sondern verwenden üblicherweise den Induktivitätswert der q-Achse. Daher ist die induzierte Spannung, die durch den verbleibenden vierten Term gegeben ist, die induzierte Spannung, die durch den aktiven Fluss verursacht wird, und kann daher bei der Schätzung der Rotorposition verwendet werden. Darüber hinaus geht das Modell der obigen Formel (33) von der Beziehung ω_r=ω_s aus, die keine bewegte elektromotorische Kraft verursacht, die aufgrund einer Änderung der Induktivität mit der Rotorposition erzeugt wird. Wenn das Modell der obigen Formel (33) tatsächlich verwendet wird, wird der Wert ω_s für ω_r verwendet; in diesem Fall hat eine Änderung der wahren Rotationsgeschwindigkeit ω_r keinen Einfluss auf dieses Modell.
• Darüber hinaus wird in Patentliteratur 2 auch ein aktiver Fluss in Bezug auf die q-Achse beschrieben, wie in Formel (34) unten gezeigt, der durch Subtraktion des Produkts der Induktivität der d-Achse des Rotors und des Rotormaschinenstroms von der Flussverknüpfung der Rotationsmaschine erhalten wird.
  [Formel 34] $${\mathrm{\psi }}_{\text{AFq}}^{\mathrm{\alpha \beta }}={\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}-{\text{L}}_{\text{sd}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}$$

  
• Ähnlich wie im Fall der d-Achsen-Referenz ergibt die Substitution der obigen Formel (6), der obigen Formel (7) und der obigen Formel (31) für die rechte Seite der obigen Formel (34) die untenstehende Formel (35) für den aktiven Fluss in Bezug auf die q-Achse (Ψ_AFq ^αβ).
  [Formel 35] $${\mathrm{\psi }}_{\text{AFq}}^{\mathrm{\alpha \beta }}=\underset{\left({\text{L}}_{\text{sq}}-{\text{L}}_{\text{sd}}\right){\text{i}}_{\text{sq}}}{\underbrace{-2{\text{L}}_{\text{mac}}\sqrt{3}{\text{I}}_{\text{ph}}\text{sin}{\mathrm{\varphi }}_{\text{ i}}}}\left[\begin{array}{c}\text{-sin}{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\\ \text{cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\end{array}\right]$$

  
• Der aktive Fluss in Bezug auf die q-Achse verläuft in Richtung der q-Achse des Rotors, und daher ermöglicht die Schätzung dieses Flusses mit Hilfe eines Beobachters o.ä. eine Abschätzung der Rotorposition. Ähnlich wie im Fall des Modells, das den aktiven Fluss in Bezug auf die d-Achse verwendet, ist jedoch die bewegte elektromotorische Kraft, die aufgrund einer Änderung der Induktivität mit der Rotorposition erzeugt wird, nicht verwertbar. Die Technologie von Patentliteratur 4 gewichtet sowohl die aktiven Flüsse bezüglich der d-Achse als auch bezüglich der q-Achse auf der Grundlage der d-Achsen-Komponente und der q-Achsen-Komponente des Rotormaschinenstroms oder der Flussverkettung und verwendet die resultierenden aktiven Flüsse bei der Schätzung der Rotorposition. Währenddessen entnimmt die oben beschriebene Technologie der Nichtpatentliteratur 1 die Komponente, die durch die Differenz zwischen den Induktivitätswerten in der d-Achse und in der q-Achse der Spannung der Rotationsmaschine erzeugt wird, als erweiterte elektromotorische Kraft, und die Rotorposition wird damit geschätzt. Um die erweiterte elektromotorische Kraft zu extrahieren, wird das Modell von Formel (17) oben zunächst als Formel (36) unten ausgedrückt, wobei die Beziehung ω_r=ω_s verwendet wird.
  [Formel 36] $${\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}={\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sd}}& 0\\ 0& {\text{L}}_{\text{sq}}\end{array}\right]\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{r}}\left[\begin{array}{cc}0& -{\text{L}}_{\text{sq}}\\ {\text{L}}_{\text{sd}}& 0\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  
• Wenn in der obigen Formel (36) der Induktivitätswert von L_sd im zweiten Term und der Induktivitätswert von L_sq im dritten Term allgemein verwendet wird, kann die obige Formel (36) in Formel (37) umgeschrieben werden.
  [Formel 37] $${\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}={\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sd}}& \text{0}\\ \text{0}& {\text{L}}_{\text{sd}}\end{array}\right]\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{r}}\left[\begin{array}{cc}\text{0}& {\text{-L}}_{\text{sq}}\\ {\text{L}}_{\text{sq}}& \text{0}\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+\underset{{\text{e}}_{\text{ext}}^{\text{dq}}}{\underbrace{\left({\text{L}}_{\text{sd}}-{\text{L}}_{\text{sq}}\right)\left({\mathrm{\omega }}_{\text{r}}{\text{i}}_{\text{sd}}-\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{sq}}\right)\left[\begin{array}{l}0\\ 1\end{array}\right]}}$$

  
• Der vierte Begriff „e_ext ^dq“ der obigen Formel (37) stellt die erweiterte elektromotorische Kraft dar. Das heißt, die Funktion für induzierte Spannung im zweiten Term der obigen Formel (37) verwendet üblicherweise L_sd, und die Funktion für induzierte Spannung im dritten Term der obigen Formel (37) verwendet üblicherweise L_sq, so dass die induzierte Spannung des vierten Terms der obigen Formel (37) die erweiterte elektromotorische Kraft ausdrückt. Darüber hinaus nimmt das Modell der obigen Formel (37) die Beziehung ω_r=ω_s an, die keine bewegte elektromotorische Kraft verursacht, die aufgrund einer Änderung der Induktivität mit der Rotorposition erzeugt wird. Die Transformation der obigen Formel (37) durch Umkehrung der Drehkoordinaten in dem zweiphasigen Ruhesystem ergibt die folgende Formel (38).
  [Formel 38] $$\begin{array}{l}{\text{v}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}={\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}+\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sd}}& \text{0}\\ \text{0}& {\text{L}}_{\text{sd}}\end{array}\right]\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}+{\mathrm{\omega }}_{\text{r}}\left[\begin{array}{cc}\text{0}& {\text{L}}_{\text{sd}}{\text{-L}}_{\text{sq}}\\ \text{-}\left({\text{L}}_{\text{sd}}{\text{-L}}_{{}_{\text{sq}}}\right)& \text{0}\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}\\ +\underset{{\text{e}}_{\text{ext}}^{\mathrm{\alpha \beta }}}{\underbrace{\left({\text{L}}_{\text{sd}}-{\text{L}}_{\text{sq}}\right)\left({\mathrm{\omega }}_{\text{r}}{\text{i}}_{\text{sd}}-\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{sq}}\right)\left[\begin{array}{l}-\text{sin}{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\\ \text{ cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\end{array}\right]}}\end{array}$$

  
• Der vierte Begriff „e_ext ^αβ“ der obigen Formel (38) stellt die erweiterte elektromotorische Kraft dar, die im zweiphasigen Ruherahmen dargestellt wird. Wenn man bedenkt, dass di_sq/dt in einem stationären Zustand Null ist, kann aus den Formeln (37) und (38) oben bestätigt werden, dass die erweiterte elektromotorische Kraft eine Spannung ist, die in Richtung der q-Achse durch Flussverkettung in Richtung der d-Achse (L_sd-L_sq)i_d erzeugt wird. Wenn das Modell aus den obigen Formeln (37) und (38) tatsächlich verwendet wird, wird der Wert ω_s für ω_r verwendet, in welchem Fall eine Änderung der wahren Rotationsgeschwindigkeit ω_r dieses Modell nicht beeinflusst.
• Wie oben beschrieben, schätzen die konventionellen Technologien die Rotorposition mit Hilfe des aktiven Flusses oder der erweiterten elektromotorischen Kraft. Allerdings haben der aktive Fluss in Bezug auf die d-Achse und die erweiterte elektromotorische Kraft einen Wert von Null, wenn die Stromflussrichtung nur die Richtung der q-Achse des Rotors ist, d.h. wenn i_sd=0. Daher können diese bei der Positionsschätzung nicht verwendet werden. In ähnlicher Weise wird der aktive Fluss in Bezug auf die q-Achse einen Wert von Null haben, wenn die aktuelle Flussrichtung nur die Richtung der d-Achse des Rotors ist, d.h. wenn i_sq=0. Daher kann dies bei der Positionsschätzung nicht verwendet werden. Die oben beschriebene Technologie der Patentliteratur 4 löst diese Probleme, indem sowohl die aktiven Flüsse in Bezug auf die d-Achse als auch auf die q-Achse auf der Basis der d-Achsen-Komponente und der q-Achsen-Komponente des Rotormaschinenstroms oder der Flussverkettung gewichtet werden und die resultierenden aktiven Flüsse bei der Schätzung der Rotorposition verwendet werden. Die Wichtungsoperation auf der Grundlage der d-Achsen-Komponente und der q-Achsen-Komponente des Rotormaschinenstroms oder der Flussverkettung ist jedoch mit der Komplexität des Steuerungsentwurfs und der Steuerungsverarbeitung sowie der Rotorpositionsschätzung verbunden. Darüber hinaus gehen die konventionellen Rotorpositionsschätzmethoden, die aktiven Fluss oder erweiterte elektromotorische Kraft verwenden, jeweils davon aus, dass die Winkelgeschwindigkeit ω_s, mit der sich der Steuerbezugsrahmen dreht, gleich der Drehzahl ω_r im Modell der Rotationsmaschine ist. Daher erzeugt die Durchführung der Drehkoordinatentransformation von ω_s in Verbindung mit ω_r keine induzierte Spannung. Mit anderen Worten, die Modelle der konventionellen Methoden erzeugen keine bewegte elektromotorische Kraft einschließlich induzierter Spannung, die aufgrund einer Änderung der Induktivität mit der Rotorposition erzeugt wird und deren Betrag proportional zur Drehgeschwindigkeit ist.
• Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform schätzt die Rotationsgeschwindigkeit und die Rotorposition unter Verwendung der bewegten elektromotorischen Kraft, die einer induzierten Spannung entspricht, die aufgrund einer Änderung der Induktivität mit der Rotorposition erzeugt wird, wie sie durch die dritten Terme der obigen Formeln (12) und (13) oder den dritten Term jeder der obigen Formeln (16) und (17) und den zweiten Term jeder der obigen Formeln (19) und (20) dargestellt wird. Diese Beispiele für bewegte elektromotorische Kraft haben jeweils beide Komponenten der beiden entsprechenden Phasen im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem. Daher ist eine Positionsschätzung unabhängig von der Richtung des Stromflusses möglich, indem die bewegte elektromotorische Kraft verwendet wird. Darüber hinaus muss das rotierende Maschinensteuergerät 100 nach der ersten Ausführungsform keine Gewichtung in Abhängigkeit von der Stromflussrichtung vornehmen. Dementsprechend bietet die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100 nach der ersten Ausführungsform einen noch nie dagewesenen signifikanten Vorteil, da es mit einer einfacheren Konfiguration in der Lage ist, die Rotorposition unabhängig von der Stromflussrichtung der rotierenden Maschine zu schätzen.
• Darüber hinaus schätzen die konventionellen Technologien die Rotorposition aus dem aktiven Fluss oder der erweiterten elektromotorischen Kraft. Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100 nach der ersten Ausführungsform schätzt die Drehgeschwindigkeit des Rotors aus der bewegten elektromotorischen Kraft. Da die Rotationsgeschwindigkeit der Ableitung der Rotorposition entspricht, ermöglicht die Schätzung einer Rotationsgeschwindigkeit die Schätzung der Rotorposition mit höherer Empfindlichkeit. Dementsprechend bietet die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform einen beispiellosen, hoch signifikanten Vorteil, da sie in der Lage ist, die Rotorposition mit hoher Empfindlichkeit zu schätzen.
• Zweite Ausführungsform.
• 4 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In der zweiten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine so konfiguriert, dass sie die elektromotorische Bewegungskraft mit einem Verfahren erfasst, das sich von dem Verfahren der ersten Ausführungsform unterscheidet, und dann die Rotationsgeschwindigkeit und die Rotorposition schätzt. Eine Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100A gemäß der zweiten Ausführungsform enthält einen Drehzahlschätzer 7 anstelle des in 1 dargestellten Drehzahlschätzers 3. Der andere Teil der Konfiguration ist mit der Konfiguration der ersten Ausführungsform identisch oder ihr ähnlich. Dasselbe oder ein ähnliches Konfigurationselement wird durch dasselbe Referenzzeichen bezeichnet, und eine doppelte Beschreibung davon wird weggelassen.
• 5 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des in 4 dargestellten Drehzahlschätzers illustriert. Der Drehzahlschätzer 7 enthält einen Störungsbeobachter 701 und eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit 702 anstelle des in 2 dargestellten adaptiven Beobachters 305 und des adaptiven Schätzers 306.
• Als erstes soll das Modell der Rotationsmaschine aus den obigen Formeln (20) und (21) als Formeln (39), (40) und (41) unten umgeschrieben werden.
  [Formel 39] $$\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}=-{\text{R}}_{\text{s}}\left[\begin{array}{cc}\frac{\text{1}}{{\text{L}}_{\text{sd}}}& \text{0}\\ \text{0}& \frac{\text{1}}{{\text{L}}_{\text{sq}}}\end{array}\right]{\psi }_{\text{s}}^{\text{dq}}-{\text{e}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+2{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\left[\begin{array}{cc}\text{0}& \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sq}}}\\ \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sd}}}& \text{0}\end{array}\right]{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\text{J}{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  

  [Formel 40] $${\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}=\underset{{\text{c}}^{-1}}{\underbrace{\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sd}}& 0\\ 0& {\text{L}}_{\text{sq}}\end{array}\right]}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  

  [Formel 41] $${\text{e}}_{\text{s}}^{\text{dq}}=2{\mathrm{\omega }}_{\text{r}}\left[\begin{array}{c}\frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sq}}}{\mathrm{\psi }}_{\text{sq}}\\ \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sd}}}{\mathrm{\psi }}_{\text{sd}}\end{array}\right]$$

  
• Die Bezeichnung e_s ^dq der obigen Formeln (39) und (41) stellt die induzierte Spannung proportional zur Rotationsgeschwindigkeit der bewegten elektromotorischen Kraft dar. Der Störungsbeobachter 701 ist, wie durch Formel (42) unten ausgedrückt, konfiguriert, um eine Schätzung dieser induzierten Spannung durchzuführen.
  [Formel 42] $$\begin{array}{l}\frac{\text{d}}{\text{dt}}\left[\begin{array}{l}{\widehat{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}\\ {\widehat{\text{e}}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}-\frac{{\text{R}}_{\text{s}}}{{\text{L}}_{\text{sd}}}& {\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\left(2\frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sq}}}+1\right)& -1& 0\\ {\mathrm{\omega }}_{\text{s}}\left(2\frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sd}}}-1\right)& -\frac{{\text{R}}_{\text{s}}}{{\text{L}}_{\text{sq}}}& 0& -1\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{l}{\widehat{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}\\ {\widehat{\text{e}}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\end{array}\right]\\ +\left[\begin{array}{c}{\text{v}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\\ 0\end{array}\right]-\text{H}\left({\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}-{\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}\right)\end{array}$$

  
• An diesem Punkt erlaubt ein geeigneter Entwurf der Beobachterverstärkung H, dass der geschätzte Wert e_s ^{^dq} der induzierten Spannung zu einem wahren Wert konvergiert. Die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 702 kalkuliert die Drehgeschwindigkeit aus dem geschätzten Wert e_s ^{^dq} der induzierten Spannung proportional zur Drehgeschwindigkeit der bewegten elektromotorischen Kraft nach Formel (43) unten. Beachten Sie, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des geschätzten Wertes e_s ^{^dq} der induzierten Spannung durch e_sd ^{^} bzw. e_sq ^{^} in der nachstehenden Formel (43) dargestellt sind.
  [Formel 43] $${\widehat{\omega }}_{\text{r}}=\left(\frac{{\text{L}}_{\text{sq}}}{{\text{2L}}_{\text{mac}}{\mathrm{\psi }}_{\text{sq}}}{\widehat{\text{e}}}_{\text{sd}}+\frac{{\text{L}}_{\text{sd}}}{{\text{2L}}_{\text{mac}}{\mathrm{\psi }}_{\text{sd}}}{\widehat{\text{e}}}_{\text{sq}}\right)\text{/2}$$

  
• Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100A nach der zweiten Ausführungsform verwendet keinen adaptiven Beobachter mit einer adaptiven Regel, sondern verwendet den Störungsbeobachter 701, um die Drehgeschwindigkeit und die Rotorposition aus der induzierten Spannung proportional zur Drehgeschwindigkeit der bewegten elektromotorischen Kraft zu schätzen. Somit bietet die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100A gemäß der zweiten Ausführungsform einen beispiellosen signifikanten Vorteil, da sie in der Lage ist, die Rotorposition unabhängig von der Stromflussrichtung der Rotationsmaschine mit einer einfacheren Konfiguration und mit einem geringeren Rechenaufwand für die Steuerung zu schätzen. Darüber hinaus wird ein noch nie dagewesener, hoch signifikanter Vorteil dadurch bereitgestellt, dass die Schätzung der Rotationsgeschwindigkeit eine Abschätzung der Rotorposition mit höherer Empfindlichkeit ermöglicht.
• Dritte Ausführungsform.
• 6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wenn in der ersten und zweiten Ausführungsform ein Fehler in der geschätzten Rotationsgeschwindigkeit vorliegt, kann die geschätzte Rotorposition, die durch Integration dieser geschätzten Rotationsgeschwindigkeit berechnet wird, einen großen Fehler aufweisen. Eine Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100B gemäß der dritten Ausführungsform ist so konfiguriert, dass sie die Rotationsmaschine auch dann stabil antreibt, wenn ein Schätzfehler in der Rotationsgeschwindigkeit besteht. Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100B gemäß der dritten Ausführungsform umfasst eine Positionsberechnungseinheit 9 anstelle der in 1 dargestellten Positionsberechnungseinheit 4 und enthält auch einen Positionsdetektor 8. Der andere Teil der Konfiguration ist gleich oder ähnlich wie die Konfiguration der ersten Ausführungsform. Dasselbe oder ein ähnliches Konfigurationselement wird durch dasselbe Referenzzeichen bezeichnet, und eine doppelte Beschreibung davon wird ausgelassen.
• Der Positionsdetektor 8 ist ein Hallsensor, der an der Rotationsmaschine 1 vorgesehen ist und eine erfasste Rotorposition θ_r,mes für jeden jeder elektrische Winkel von 60° ausgibt. Die Positionsberechnungseinheit 9 schätzt die geschätzte Rotorposition θ^r aus der geschätzten Drehzahl ω^_r, die durch den Drehzahlschätzer 3 berechnet wird, und aus der Rotorposition θ_r,mes, die durch den Positionsdetektor 8 erfasst wird.
• 7 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der in 6 dargestellten Positionsberechnungseinheit illustriert. Die Positionsberechnungseinheit 9 integriert die geschätzte Rotationsgeschwindigkeit ω^_r, um die geschätzte Rotorposition θ^_r zu berechnen. Außerdem stellt die Positionsberechnungseinheit 9 eine PI-Regelung bereit, damit die geschätzte Rotorposition θ^_r der Rotorposition θ_r,mes folgen kann, die vom Positionsdetektor 8 erfasst wird. Die Positionsberechnungseinheit 9 ermöglicht es, die Rotorposition mit hoher Empfindlichkeit unter Verwendung der geschätzten Drehzahl ω^_r zu schätzen und auch den Schätzfehler der Rotorposition aufgrund des Schätzfehlers der Drehzahl und/oder ähnliches unter Verwendung der Rotorposition θ_r,mes zu korrigieren. Somit bietet die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100B gemäß der dritten Ausführungsform zusätzlich zu den Vorteilen der ersten und zweiten Ausführungsform einen beispiellosen signifikanten Vorteil, da sie in der Lage ist, die Rotationsmaschine selbst dann stabil anzutreiben, wenn ein Fehler in der geschätzten Drehzahl ω^_r vorliegt.
• Vierte Ausführungsform.
• 8 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In der dritten Ausführungsform wird der an der Rotationsmaschine 1 vorgesehene Hallsensor verwendet, und die vom Hallsensor erfasste Rotorposition θ_r,mes wird zur Korrektur des Schätzfehlers der Rotorposition aufgrund eines Schätzfehlers der Rotationsgeschwindigkeit und/oder ähnlichem verwendet. Wenn in diesem Zusammenhang die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine selbst so konfiguriert wird, dass sie als Positionsdetektor zur Schätzung der Rotorposition dient, entfällt die Notwendigkeit, dass der Hallsensor die Rotorposition erfasst. Eine Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100C gemäß der vierten Ausführungsform umfasst einen Positionsdetektor 10 anstelle des an der Rotationsmaschine 1 vorgesehenen Hallsensors, d.h. den in 6 dargestellten Positionsdetektor 8. Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100C enthält auch eine Positionsberechnungseinheit 11 anstelle der in 6 dargestellten Positionsberechnungseinheit 9. Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100C ist so konfiguriert, dass sie den Schätzfehler der Rotorposition aufgrund eines Schätzfehlers der Drehzahl und/oder ähnlichem auf der Grundlage der mit der Positionsberechnungseinheit 11 geschätzten Rotorposition korrigiert und somit die Rotationsmaschine stabil antreibt. Der andere Teil der Konfiguration ist gleich oder ähnlich wie die Konfiguration der dritten Ausführungsform. Dasselbe oder ein ähnliches Konfigurationselement wird mit demselben Referenzzeichen bezeichnet, und eine doppelte Beschreibung desselben wird weggelassen.
• Der Positionsdetektor 10 berechnet den Schätzfehler - (θ^_r-θ_r) der Rotorposition unter Verwendung der Spannungsanweisungen v_su*, v_sv* und v_sw* der Rotationsmaschine, der Rotationsmaschinenströme i_su, i_sv und isw sowie der geschätzten Rotorposition θ^_r. Die Positionsberechnungseinheit 11 berechnet die geschätzte Rotorposition θ^_r aus dem Schätzfehler - (θ^_r-θ_r) der Rotorposition und aus der geschätzten Drehzahl ω^_r.
• 9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des in 8 dargestellten Positionsdetektors darstellt. Der Positionsdetektor 10 enthält einen Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 1001, einen Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 1002, einen Drehkoordinatentransformator 1003, eine Berechnungseinheit für variable Induktivitätskomponenten der Flussverkettung 1004, einen Schätzer für variable Induktivitätskomponenten der Flussverkettung 1005 und eine Rotorpositions-Schätzfehler-Berechnungseinheit 1006.
• Der Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 1001 wandelt die im Dreiphasen-Bezugssystem dargestellten Spannungsanweisungen v_su*, v_sv* und v_sw* der Rotationsmaschine in die im Zweiphasen-Ruhesystem dargestellten Spannungsanweisungen v_sα* und v_sβ* der Rotationsmaschine um.
• Der Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 1002 wandelt die im Dreiphasen-Bezugssystem dargestellten Rotationsmaschinenströme i_su, i_sv und isw in die im Zweiphasen-Ruhesystem dargestellten Rotationsmaschinenströme i_sα und i_sβ um.
• Der Drehkoordinatentransformator 1003 führt eine Drehkoordinatentransformation von den im zweiphasigen Ruhesystem dargestellten Rotationsmaschinenströmen i_sα und i_sβ zu den im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellten d- und q-Achsenströmen i_sd und isq unter Verwendung der geschätzten Rotorposition θ^_r durch.
• Als Nächstes wird die Funktionsweise der Recheneinheit für die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung 1004 beschrieben. Der hier verwendete Begriff „Induktivitätskomponente der Flussverkettung“ bezieht sich auf den Anteil der Flussverkettung, der durch die Induktivitätskomponente und den Rotationsmaschinenstrom erzeugt wird. Insbesondere im Modell der Rotationsmaschine mit den Formeln (8), (9) und (10) oben kann die Flussverkettung Ψ_s ^dq als Formel (44) unten ausgedrückt werden, indem der entsprechende Ausdruck in einen Term der mittleren Induktivitätskomponente L_sdc, die sich mit der Rotorposition nicht ändert, und einen Term der variablen Induktivitätskomponente L_mac, die sich mit der Rotorposition ändert, unterteilt wird.
  [Formel 44] $${\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}={\text{L}}_{\text{sdc}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}+{\text{L}}_{\text{mac}}\left[\begin{array}{cc}\text{cos}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& \text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\\ \text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& -\text{cos}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  
• Der zweite Term der obigen Formel (44) stellt die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung dar. Um die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung zu berechnen, berechnet die Recheneinheit der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung 1004 zunächst die Flussverkettung Ψ_s ^dq der Rotationsmaschine, wie durch Formel (45) unten dargestellt. R_s der nachstehenden Formel (45) ist der Wicklungswiderstand.
  [Formel 45] $${\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}={\displaystyle \int \left({\text{v}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }\text{*}}-{\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}\right)}\text{dt}$$

  
• Darüber hinaus kann die Integration der obigen Formel (45) als Formel (46) unten in der s-Ebene der Laplace-Transformation ausgedrückt werden.
  [Formel 46] $${\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}=\frac{{\text{v}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }\text{*}}-{\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{}^{\mathrm{\alpha \beta }}}{\text{s}}$$

  
• In dem Fall, dass die Flussverkettung Ψ_s ^αβ der Rotationsmaschine durch Integration berechnet wird, ist der Anfangswert üblicherweise unbestimmt. Daher wird ein Hochpassfilter (HPF) mit einer Grenzfrequenz verwendet, die ausreichend niedriger ist als die Grundfrequenzkomponente der Flussverkettung Ψ_s ^αβ der Rotationsmaschine. Die Übertragungsfunktion eines solchen HPF wird als Formel (47) unten ausgedrückt, wobei ω_hpf die Grenzfrequenz darstellt.
  [Formel 47] $${\text{G}}_{\text{hpf}}\left(\text{s}\right)=\frac{\text{s}}{\text{s}+{\omega }_{\text{hpf}}}$$

  
• Durch Anwendung des HPF auf Formel (46) oben kann die Flussverkettung Ψ_shpf ^αβ mit Formel (48) unten berechnet werden.
  [Formel 48] $${\mathrm{\psi }}_{\text{shpf}}^{\mathrm{\alpha \beta }}=\frac{{\text{v}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }\text{*}}-{\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}}{\text{s}+{\mathrm{\omega }}_{\text{hpf}}}$$

  
• Formel (48) oben kann zu Formel (49) unten umgestellt werden.
  [Formel 49] $${\mathrm{\psi }}_{\text{shpf}}^{\mathrm{\alpha \beta }}=\frac{{\text{v}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }\text{*}}-{\text{R}}_{\text{s}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}-{\mathrm{\omega }}_{\text{hpf}}{\mathrm{\psi }}_{\text{shpf}}^{\mathrm{\alpha \beta }}}{\text{s}}$$

  
• Darüber hinaus führt die Recheneinheit für die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung 1004 eine Drehkoordinatentransformation von der im zweiphasigen Ruhesystem dargestellten Flussverkettung Ψ_shpf ^αβ in die im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellte Flussverkettung Ψ_shpf ^dq unter Verwendung der geschätzten Rotorposition θ^_r durch. Die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung Ψ_sac,calc ^dq, die im rotierenden Bezugssystem dargestellt ist, wird auf der Grundlage der Formel (44) oben als Formel (50) unten berechnet. Die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung Ψ_sac,calc ^dq, die unter Verwendung der nachstehenden Formel (50) berechnet wird, wird nachstehend als „Berechneter Wert der variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung“ bezeichnet.
  [Formel 50] $${\mathrm{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\text{dq}}={\mathrm{\psi }}_{\text{shpf}}^{\text{dq}}-{\text{L}}_{\text{sdc}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  
• Der Schätzer für die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung 1005 schätzt, wie in Formel (51) unten gezeigt, die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung, die durch den zweiten Term der obigen Formel (44) dargestellt wird, unter Verwendung der geschätzten Rotorposition θ^r und des Rotationsmaschinenstroms i_s ^dq.
  [Formel 51] $${\widehat{\psi }}_{\text{sac}}^{\text{dq}}={\text{L}}_{\text{mac}}\left[\begin{array}{cc}\text{cos}\left(2\left({\widehat{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& \text{sin}\left(2\left({\widehat{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\\ \text{sin}\left(2\left({\widehat{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)& -\text{cos}\left(2\left({\widehat{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\right)\right)\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  
• In diesem Zusammenhang wird die geschätzte Rotorposition θ^_r als Steuerkoordinatenwinkel θ_s in der obigen Formel (51) verwendet. Die obige Formel (51) ist also vereinfacht wie in Formel (52) unten dargestellt.
  [Formel 52] $${\widehat{\psi }}_{\text{sac}}^{\text{dq}}={\text{L}}_{\text{mac}}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& -1\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

  
• Ψ^_sac ^dq der obigen Formel (52) stellt den Schätzwert der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung dar, der von der Steuereinrichtung der Rotationsmaschine 100C gemäß der vierten Ausführungsform berechnet wird.
• Die Rotorpositions-Schätzfehler-Berechnungseinheit 1006 berechnet den Schätzfehler -(θ^_r-θ_r) der Rotorposition unter Verwendung des berechneten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung und des geschätzten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung. An diesem Punkt wird das Kreuzprodukt aus dem berechneten Wert der variablen Komponente der Flussverkettungsinduktivität und dem geschätzten Wert der variablen Komponente der Flussverkettungsinduktivität durch die nachstehende Formel (53) ausgedrückt, wobei der Wert verwendet wird, der sich aus der Berechnung der obigen Formel (50) ergibt, d.h. der zweite Term der obigen Formel (44), und die obige Formel (51) verwendet wird.
  [Formel 53] $${\widehat{\psi }}_{\text{sac}}^{\text{dq}}\times {\widehat{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\text{dq}}=\left|{\widehat{\psi }}_{\text{sac}}^{\text{dq}}\right|\left|{\widehat{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\text{dq}}\right|\text{sin}\left(2\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\widehat{\theta }}_{\text{r}}\right)\right)$$

  
• Unter der Annahme, dass hier der Schätzwert und der wahre Wert der Rotorposition annähernd gleich sind, d.h. θ^_r≈θ_r, kann der Schätzfehler der Rotorposition unter Verwendung der folgenden Formel (54) berechnet werden.
  [Formel 54] $$-\left({\widehat{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)=\frac{1}{2}\frac{{\widehat{\psi }}_{\text{sac}}^{\text{dq}}\times {\widehat{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\text{dq}}}{2\left|{\widehat{\psi }}_{\text{sac}}^{\text{dq}}\right|\left|{\widehat{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\text{dq}}\right|}$$

  
• 10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der in 8 dargestellten Positionsberechnungseinheit illustriert. Die Positionsberechnungseinheit 11 integriert die geschätzte Rotationsgeschwindigkeit ω^_r und berechnet die geschätzte Rotorposition θ^_r unter Verwendung der geschätzten Rotationsgeschwindigkeit, die integriert wurde. Außerdem stellt die Positionsberechnungseinheit 11 eine PI-Regelung bereit, um den Schätzfehler -(θ^_r-θ_r) der Rotorposition auf Null zu reduzieren. Die Positionsberechnungseinheit 11 ermöglicht es, die Rotorposition mit hoher Empfindlichkeit unter Verwendung der geschätzten Drehzahl ω^_r zu schätzen und auch den Schätzfehler der Rotorposition aufgrund eines Schätzfehlers der Drehzahl und/oder dergleichen unter Verwendung der geschätzten Rotorposition zu korrigieren. Somit bietet die Steuereinrichtung der Rotationsmaschine 100C gemäß der vierten Ausführungsform zusätzlich zu den Vorteilen der ersten und zweiten Ausführungsform einen beispiellosen signifikanten Vorteil, da sie in der Lage ist, eine Rotationsmaschine auch dann stabil anzutreiben, wenn ein Fehler in der geschätzten Drehzahl ω^_r vorliegt, ohne dass der Hallsensor der dritten Ausführungsform verwendet wird. Da außerdem die in der vierten Ausführungsform berechnete variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung beide Komponenten der beiden jeweiligen Phasen aufweist, ermöglicht die Verwendung dieser variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung die Abschätzung der Rotorposition auch dann, wenn der Rotationsmaschinenstrom in einer Phase den Wert Null hat. Das heißt, die Rotorposition kann unabhängig von der Stromflussrichtung geschätzt werden. Darüber hinaus entfällt bei der Steuereinrichtung der Rotationsmaschine 100C gemäß der vierten Ausführungsform die Notwendigkeit, eine Gewichtung in Abhängigkeit von der Stromflussrichtung vorzunehmen. Daher bietet die Steuereinrichtung der Rotationsmaschine 100C nach der vierten Ausführungsform einen noch nie dagewesenen signifikanten Vorteil, da sie mit einer einfacheren Konfiguration in der Lage ist, die Rotorposition unabhängig von der aktuellen Flussrichtung der Rotationsmaschine zu schätzen.
• In diesem Kontext kann der Schätzwert der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung auch im zweiphasigen Ruhesystem berechnet werden. Unter Verwendung des Modells der Rotationsmaschine mit den obigen Formeln (8) und (9) kann die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung, die im zweiphasigen Ruhesystem dargestellt ist, durch die nachstehende Formel (55) ausgedrückt werden.
  [Formel 55] $${\mathrm{\psi }}_{\text{sac}}^{\mathrm{\alpha \beta }}={\text{L}}_{\text{mac}}\left[\begin{array}{cc}\text{cos}\left(\text{2}{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)& \text{sin}\left(2{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)\\ \text{sin}\left(2{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)& -\text{cos}\left(2{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}$$

  
• Unter Verwendung der obigen Formel (55) kann der geschätzte Wert der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung auch durch die nachstehende Formel (56) ausgedrückt werden.
  [Formel 56] $${\widehat{\psi }}_{\text{sac}}^{\mathrm{\alpha \beta }}={\text{L}}_{\text{mac}}\left[\begin{array}{cc}\text{cos}\left(\text{2}{\widehat{\theta }}_{\text{r}}\right)& \text{sin}\left(2{\widehat{\theta }}_{\text{r}}\right)\\ \text{sin}\left(2{\widehat{\theta }}_{\text{r}}\right)& -\text{cos}\left(2{\widehat{\theta }}_{\text{r}}\right)\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}$$

  
• Der berechnete Wert der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung, die in dem zweiphasigen Ruhesystem dargestellt ist, wird durch die folgende Formel (57) erhalten, wobei die obige Formel (49) der Flussverkettung und das Modell der Rotationsmaschine der obigen Formeln (5) und (6) verwendet wird.
  [Formel 57] $${\mathrm{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\mathrm{\alpha \beta }}={\mathrm{\psi }}_{\text{shpf}}^{\mathrm{\alpha \beta }}-{\text{L}}_{\text{sdc}}{\text{i}}_{\text{s}}^{\mathrm{\alpha \beta }}$$

  
• Auch im zweiphasigen Ruhesystem wird, ähnlich wie in dem Fall der Verwendung des zweiphasigen rotierenden Bezugssystems, der Schätzfehler der Rotorposition durch die nachstehende Formel (58) unter Verwendung des berechneten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung und des geschätzten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung berechnet.
  [Formel 58] $$-\left({\widehat{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)=\frac{1}{2}\frac{{\widehat{\psi }}_{\text{sac}}^{\mathrm{\alpha \beta }}\times {\mathrm{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\mathrm{\alpha \beta }}}{\left|{\widehat{\psi }}_{\text{sac}}^{\mathrm{\alpha \beta }}\right|\left|{\mathrm{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\mathrm{\alpha \beta }}\right|}$$

  
• Unter Verwendung der obigen Formel (58) kann die Rotorposition auch im zweiphasigen Ruhesystem ähnlich wie in dem Fall der Verwendung des zweiphasigen rotierenden Bezugssystems geschätzt werden. Die tatsächliche Änderung der Induktivität folgt jedoch nicht genau einer Sinus- oder Kosinusfunktion von 2θ_r, wodurch ein Fehler in der geschätzten Rotorposition verursacht wird. Darüber hinaus erfordert die Berechnung des Schätzwertes der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung der obigen Formel (56) im zweiphasigen Ruhesystem eine Sinusfunktion und eine Kosinusfunktion von 2θ_r, wodurch sich der Rechenaufwand für die Regelung erhöht. Um diese Probleme zu lösen, berechnet die Steuereinrichtung der Rotationsmaschine 100C gemäß der vierten Ausführungsform die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung und schätzt auch die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem, damit die Rotorposition mit einem geringen Rechenaufwand für die Steuerung genau geschätzt werden kann. Darüber hinaus verwendet die obige Formel (52), bei der es sich um eine arithmetische Gleichung für die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung handelt, die im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellt ist, den Induktivitätswert auf der d-Achse im rotierenden Bezugssystem und den Induktivitätswert auf der q-Achse im rotierenden Bezugssystem, und dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Induktivität durch eine Sinus- oder Kosinusfunktion von 2θ_r auszudrücken, wobei θ_r den elektrischen Winkel der Rotorposition darstellt. Dadurch wird verhindert, dass ein Rotorschätzfehler auftritt, der aufgrund einer Bedingung auftreten würde, bei der die tatsächliche Induktivität der rotierenden Maschine nicht genau einer Sinus- oder Kosinusfunktion von 2θr folgt. Außerdem benötigt die vierte Ausführungsform keine Sinus- oder Kosinusfunktion von 2θ_r, um die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung abzuschätzen. Somit bietet die Steuereinrichtung der Rotationsmaschine 100C gemäß der vierten Ausführungsform einen beispiellosen signifikanten Vorteil, da sie in der Lage ist, die Rotorposition mit einem geringen Rechenaufwand für die Steuerung genau abzuschätzen.
• Fünfte Ausführungsform.
• 11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine gemäß einer fünften Verkörperung der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100C gemäß der vierten Ausführungsform schätzt die Rotorposition unter Verwendung eines berechneten Wertes und eines geschätzten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung. Im Gegensatz dazu ist eine Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100D gemäß der fünften Ausführungsform so konfiguriert, dass sie die Rotorposition unter Verwendung eines berechneten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung, des aktuellen Flusswinkels und der Rotorposition schätzt. Die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100D enthält einen Positionsdetektor 12 anstelle des in 8 dargestellten Positionsdetektors 10. Der andere Teil der Konfiguration ist mit der Konfiguration der vierten Ausführungsform identisch oder ihr ähnlich. Dasselbe oder ein ähnliches Konfigurationselement wird durch dasselbe Referenzzeichen bezeichnet, und eine doppelte Beschreibung desselben wird weggelassen.
• 12 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des in 11 dargestellten Positionsdetektors darstellt. Der Positionsdetektor 12 enthält einen Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 1201, einen Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 1202, eine Recheneinheit für die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung 1203, eine 1204 Stromflusswinkel-Berechnungseinheit, einen Schätzer für den Vektor der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung 1205 und Rotorpositions-Schätzfehler-Berechnungseinheit 1206.
• Der Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 1201 wandelt die im dreiphasigen Bezugssystem dargestellten Spannungsanweisungen v_su*, v_sv* und v_sw* der Rotationsmaschine in die im zweiphasigen Ruhesystem dargestellten Spannungsanweisungen v_sα* und v_sβ* der Rotationsmaschine um.
• Der Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Transformator 1202 wandelt die im Dreiphasen-Bezugssystem dargestellten Rotationsmaschinenströme i_su, i_sv und isw in die im Zweiphasen-Ruhesystem dargestellten Rotationsmaschinenströme i_sα und i_sβ um.
• Die Recheneinheit für die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung 1203 berechnet die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung in ähnlicher Weise wie die vierte Ausführungsform. Wie jedoch aus der obigen Formel (57) hervorgeht, wird die Berechnung in der vierten Ausführungsform für den berechneten Wert der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung durchgeführt, die im zweiphasigen Ruhesystem dargestellt ist.
• Währenddessen wird die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung, dargestellt durch die obige Formel (55), durch die untenstehende Formel (59) unter Verwendung des Rotationsmaschinenstroms, der durch die obige Formel (31) berechnet wurde, ausgedrückt. [0154]
  [Formel 59] $${\mathrm{\psi }}_{\text{sac}}^{\mathrm{\alpha \beta }}=\sqrt{3}{\text{L}}_{\text{mac}}{\text{I}}_{\text{ph}}\underset{{\text{e}}_{\mathrm{\psi }\text{sac}}^{\mathrm{\alpha \beta }}}{\underbrace{\left[\begin{array}{l}\text{cos}\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\phi }}_{\text{i}}\right)\\ \text{sin}\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\phi }}_{\text{i}}\right)\end{array}\right]}}$$

  
• Die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung, die durch obige Formel (59) dargestellt wird, rotiert in einer Phase, die durch Subtraktion des Stromflusswinkels des Rotationsmaschinenstroms von der Rotorposition erhalten wird. Darüber hinaus wird e_Ψsac ^αβ der obigen Formel (59) als Vektor der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung bezeichnet. Der Vektor der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung e_Ψsac ^αβ ist ein Vektor in derselben Richtung wie die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung.
• Die Stromflusswinkel-Berechnungseinheit 1204 berechnet unter Verwendung der nachstehenden Formel (60) eine Anweisung für den Stromflusswinkel φ_i*, bei der es sich um eine Anweisung für einen Stromflusswinkel handelt, die den Winkel zwischen der aktuellen Anweisung und der tatsächlichen Rotorposition darstellt, aus den aktuellen Anweisungen i_sd* und i_sq*, die im zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellt sind.
  [Formel 60] $${\mathrm{\phi }}_{\text{i}}^{\mathrm{\ast }}=\text{arctan}\left(\frac{{\text{i}}_{\text{sq}}^{\mathrm{\ast }}}{{\text{i}}_{\text{sd}}^{\mathrm{\ast }}}\right)$$

  
• Der Schätzer für den Vektor der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung 1205 berechnet unter Verwendung der nachstehenden Formel (61) einen Schätzwert des Vektors der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung e^_Ψsac ^αβ unter Verwendung der aktuellen Flusswinkelanweisung φ_i* und der geschätzten Rotorposition θ^_r.
  [Formel 61] $${\widehat{\text{e}}}_{\mathrm{\psi }\text{sac}}^{\mathrm{\alpha \beta }}=\left[\begin{array}{l}\text{cos}\left({\widehat{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\phi }}_{\text{i}}^{\mathrm{\ast }}\right)\\ \text{sin}\left({\widehat{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\phi }}_{\text{i}}^{\mathrm{\ast }}\right)\end{array}\right]$$

  
• Die Rotorpositions-Schätzfehler-Berechnungseinheit 1206 berechnet den Schätzfehler -(θ^_r-θ_r) der Rotorposition auf der Grundlage des berechneten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung und des Schätzwertes des Vektors der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung. Unter der Annahme, dass der Stromflusswinkel φ_i gleich der Anweisung für den Stromflusswinkel φ_i* ist, wird das Kreuzprodukt des berechneten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung und des geschätzten Wertes des Vektors der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung durch die nachstehende Formel (62) ausgedrückt. Beachten Sie, dass der berechnete Wert der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung das Ergebnis der Berechnung der obigen Formel (55) unter Verwendung der obigen Formeln (49) und (50) unter Verwendung der Rotations-Maschinenspannungsanweisung und des Rotations-Maschinenstroms ist.
  [Formel 62] $${\widehat{\text{e}}}_{\mathrm{\psi }\text{sac}}^{\mathrm{\alpha \beta }}\times {\mathrm{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\mathrm{\alpha \beta }}=\left|{\mathrm{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\mathrm{\alpha \beta }}\right|\text{sin}\left({\mathrm{\theta }}_{\text{r}}-{\widehat{\theta }}_{\text{r}}\right)$$

  
• Unter der Annahme, dass hier der Schätzwert und der wahre Wert der Rotorposition annähernd gleich sind, d.h. θ^_r≈θ_r, kann der Schätzfehler der Rotorposition unter Verwendung der untenstehenden Formel (63) berechnet werden.
  [Formel 63] $$-\left({\widehat{\theta }}_{\text{r}}-{\mathrm{\theta }}_{\text{r}}\right)=\frac{{\widehat{\text{e}}}_{\mathrm{\psi }\text{sac}}^{\mathrm{\alpha \beta }}\times {\mathrm{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\mathrm{\alpha \beta }}}{\left|{\mathrm{\psi }}_{\text{sac},\text{calc}}^{\mathrm{\alpha \beta }}\right|}$$

  
• So bietet die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100D nach der fünften Ausführungsform zusätzlich zu den Vorteilen der ersten und zweiten Ausführungsform einen noch nie dagewesenen signifikanten Vorteil, da sie in der Lage ist, eine Rotationsmaschine auch dann stabil anzutreiben, wenn ein Fehler in der geschätzten Rotationsgeschwindigkeit ω^_r vorliegt, ohne den Hall-Sensor der dritten Ausführungsform zu verwenden. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100D gemäß der fünften Ausführungsform den Schätzwert des Vektors der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung unter Verwendung eines Vektors in derselben Richtung wie die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung berechnen, d.h. unter Verwendung der obigen Formeln (59) und (61). Beachten Sie, dass, wie durch die obige Formel (61) gezeigt, der Schätzwert des Vektors der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung unter Verwendung des Stromflusswinkelanweisung φ_i* und der geschätzten Rotorposition θ^_r berechnet wird. Da die variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung und der Vektor der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung jeweils beide Komponenten der beiden entsprechenden Phasen aufweisen, ermöglicht die Verwendung der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung und des Vektors der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung eine Positionsschätzung unabhängig von der aktuellen Flussrichtung. Außerdem entfällt bei der Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100D nach der fünften Ausführungsform die Notwendigkeit, eine Gewichtung in Abhängigkeit von der Stromflussrichtung vorzunehmen. Daher bietet die Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine 100D nach der fünften Ausführungsform einen noch nie dagewesenen signifikanten Vorteil, da sie mit einer einfacheren Konfiguration die Rotorposition unabhängig von der aktuellen Flussrichtung der Rotationsmaschine abschätzen kann.
• Die Funktionalitäten jeder der Steuereinrichtungen für eine Rotationsmaschine 100, 100A, 100B, 100C und 100D entsprechend der ersten bis fünften Ausführungsform können in einer Prozessschaltung implementiert werden. Die Funktionalitäten entsprechen jeweils dem Stromdetektor 2, dem Spannungsapplikator 6, den Drehzahlschätzern 3 und 7, den Positionsberechnungseinheiten 4, 9 und 11, den Positionsdetektoren 10 und 12 und dem Regler 5.
• 13 ist ein Diagramm, das ein erstes Hardware-Konfigurationsbeispiel der Steuereinrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 13 stellt ein Beispiel dar, in dem die vorstehende Prozessschaltung in einem dedizierten Hardwareelement, wie z.B. einer dedizierten Prozessschaltung 13, implementiert ist. Wie in 13 dargestellt, ist in dem Fall, in dem ein dediziertes Hardwareelement verwendet wird, die dedizierte Prozessschaltung 13 eine einzelne Schaltung, ein Satz von mehreren Schaltungen, ein programmierter Prozessor, ein Satz von mehreren programmierten Prozessoren, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder eine Kombination davon. Die oben beschriebenen Funktionalitäten können jeweils in einer einzelnen Prozessschaltung oder kollektiv in einer Prozessschaltung implementiert werden.
• 14 ist ein Diagramm, das ein zweites Hardware-Konfigurationsbeispiel der Steuereinrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform darstellt. 14 stellt ein Beispiel dar, in dem die vorstehende Prozessschaltung durch einen Prozessor 14 und ein Speichereinrichtung 15 implementiert wird. Wie in 14 dargestellt, ist in dem Fall, in dem der Prozessor 14 und die Speichereinrichtung 15 verwendet werden, jede der oben beschriebenen Funktionalitäten in Software, Firmware oder einer Kombination davon implementiert. Die Software oder Firmware wird als ein Programm oder Programme beschrieben und ist/sind in der Speichereinrichtung 15 gespeichert. Der Prozessor 14 liest und führt ein in der Speichereinrichtung 15 gespeichertes Programm aus. Man kann auch sagen, dass diese Programme einen Computer veranlassen, eine Prozedur oder Methode auszuführen, die für jede der oben beschriebenen Funktionalitäten auszuführen ist. Die Speichereinrichtung 15 ist ein Halbleiterspeicher, wie z.B. ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM) oder ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) (eingetragenes Warenzeichen). Der Halbleiterspeicher kann ein nichtflüchtiger Speicher oder ein flüchtiger Speicher sein. Auch die Speichereinrichtung 15 kann kein Halbleiterspeicher sein, sondern eher eine Magnetplatte, eine flexible Platte, eine optische Platte, eine Compact Disc, eine MiniDisc oder eine Digital Versatile Disc (DVD).
• Darüber hinaus kann jede der oben beschriebenen Funktionalitäten teilweise in Hardware und teilweise in Software oder Firmware implementiert sein. Als spezifisches Beispiel sind die Funktionalitäten des Stromdetektors 2, des Spannungsapplikators 6 und des Positionsdetektors 8 in einem dedizierten Hardware-Element implementiert, während die Funktionalitäten der Drehzahlschätzer 3 und 7, der Positionsberechnungseinheiten 4, 9 und 11, der Positionsdetektoren 10 und 12 und des Reglers 5 durch den Prozessor 14 und die Speichereinrichtung 15 implementiert werden
• In der ersten bis fünften Ausführungsform wird die Stromanweisung für das Drehmoment der Rotationsmaschine so gewählt, dass der Effektivwert, d.h. der Kupferverlust der Rotationsmaschine, minimiert wird, kann aber natürlich auch so gewählt werden, dass die Flussverkettung oder der Verlust reduziert wird. Darüber hinaus verwenden die Beobachter der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform die Flussverkettung als Zustandsgröße auf der Grundlage des Modells der obigen Formel (19) oder des Modells der Formeln (20) und (21), können aber auch den Rotationsmaschinenstrom als Zustandsgröße auf der Grundlage des Modells der obigen Formel (16) oder des Modells der obigen Formel (17) verwenden. Darüber hinaus wird die bewegte elektromotorische Kraft unter Verwendung des adaptiven Beobachters in der ersten Ausführungsform und unter Verwendung des Störungsbeobachters in der zweiten Ausführungsform extrahiert, aber die bewegte elektromotorische Kraft, die durch den dritten Term jeder der obigen Formeln (16) und (17) dargestellt wird, oder die bewegte elektromotorische Kraft, die durch den zweiten Term jeder der obigen Formeln (19) und (20) dargestellt wird, kann auch aus der Spannung und dem Strom der Rotationsmaschine berechnet werden. Darüber hinaus wurde in der dritten Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem ein Hallsensor als Positionsdetektor 8 verwendet wird, aber anstelle des Hallsensors auch ein Positionsdetektor in Form eines Resolvers oder eines Encoders verwendet werden kann. Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, wurden die erste bis fünfte Ausführungsform so beschrieben, dass der Regler 5, die Drehzahlschätzer 3 und 7 und der Positionsdetektor 12 redundant eine Koordinatentransformation der Spannung und des Stroms der Rotationsmaschine durchführen, aber diese Koordinatentransformationsvorgänge können mit der Funktionalität durchgeführt werden, die dem Regler 5, den Drehzahlschätzern 3 und 7 und dem Positionsdetektor 12 gemeinsam ist. Darüber hinaus wurden die ersten bis fünften Ausführungsformen unter der Annahme der Verwendung mit einem synchronen Reluktanzmotor beschrieben. Die Rotationsmaschine 1 kann eine beliebige Rotationsmaschine sein, deren Induktivitätswert sich mit der Rotorposition ändert, und kann somit ein Oberflächenmagnet-Synchronmotor, ein Innenmagnet-Synchronmotor oder ähnliches sein.
• Die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen sind lediglich Beispiele für verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung. Diese Konfigurationen können mit einer bekannten anderen Technologie kombiniert werden, und darüber hinaus kann ein Teil dieser Konfigurationen weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• Bezugszeichenliste

1

Rotationsmaschine;

2

Stromdetektor;

3, 7

Drehzahlschätzer;

4, 9, 11

Positionsberechnungseinheit;

5

Regler;

6

Spannungsapplikator;

8, 10, 12

Positionsdetektor;

13

dedizierte Prozessschaltung;

14

Prozessor;

15

Speichereinrichtung;

100, 100A, 100B, 100C, 100D

Steuereinrichtung;

301, 302, 505, 1001, 1002, 1201, 1202

Dreiphasen-zu-Zweiphasentransformator;

303, 304, 506, 1003

Drehkoordinatentransformator;

305

adaptiver Beobachter;

306

adaptiver Schätzer

501

Stromanweisungsberechnungseinheit;

502

d-q-Stromregler;

503

Drehkoordinaten-Umkehrtransformator;

504

Zweiphasen-zu-Dreiphasentransformator;

701

Störungsbeobachter;

702

Geschwindigkeitsberechnungseinheit;

1004, 1203

Recheneinheit für die variableInduktivitätskomponente der Flussverkettung;

1005

Schätzer für variable Induktivitätskomponente der Flussverkettung;

1006, 1206

Rotorpositions-Schätzfehler-Berechnungseinheit;

1204

Stromflusswinkel-Berechnungseinheit;

1205

Schätzer fürden Vektor der variablen Induktivitätskomponente der Flussverkettung.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 5069306 [0004]
• JP 4644010 [0004]
• JP 3571698 [0004]
• EP 2493067 [0004]

Claims (19)

1. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine zum Steuern einer Rotationsmaschine, deren Induktivität eine variable Induktivitätskomponente aufweist, die sich mit einer Rotorposition ändert, die eine Drehposition eines Rotors ist, wobei die Steuereinrichtung für die Rotationsmaschine umfasst: einen Stromdetektor zum Erfassen eines durch die Rotationsmaschine fließenden Rotations-Maschinenstroms; einen Drehzahlschätzer zum Berechnen einer geschätzten Rotationsgeschwindigkeit, die einem geschätzten Wert einer Rotationsgeschwindigkeit des Rotors entspricht, auf der Grundlage einer bewegten elektromotorischen Kraft, die einer induzierten Spannung entspricht, die aufgrund einer Änderung der Induktivität mit einer Position des Rotors erzeugt wird; eine Positionsberechnungseinheit zur Berechnung einer geschätzten Position, die ein geschätzter Wert der Rotorposition ist, unter Verwendung der geschätzten Rotationsgeschwindigkeit; einen Regler zur Ausgabe einer Spannungsanweisung für eine Rotationsmaschine zum Antrieb der Rotationsmaschine auf der Grundlage des Rotations-Maschinenstroms und der geschätzten Position; und einen Spannungsapplikator zum Anlegen einer Spannung an die Rotationsmaschine auf der Grundlage der Spannungsanweisung der Rotationsmaschine.
2. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die induzierte Spannung eine erste Spannungskomponente enthält, die durch Multiplikation eines Stromwerts und eines Ableitungswerts des Stromwerts jeder Phase mit einem Induktivitätswert jeder Phase erhalten wird, und eine zweite Spannungskomponente, die durch ein Produkt eines Ableitungswerts der Induktivität jeder Phase und des Stromwerts jeder Phase erhalten wird, und der Drehzahlschätzer die geschätzte Drehzahl auf der Grundlage der zweiten Spannungskomponente berechnet.
3. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die induzierte Spannung eine Spannung mit einem Wert aufweist, der ein Produkt aus einer Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine, einer variablen Induktivitätskomponente, die sich mit einer Position des Rotors, der Induktivität und dem Strom der Rotationsmaschine ändert, ist.
4. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die induzierte Spannung beide Komponenten von zwei entsprechenden Phasen in einem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem auf in Abhängigkeit der Rotorposition aufweist.
5. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die induzierte Spannung durch Vertauschen von Werten zweier jeweiliger Phasen des Rotations-Maschinenstroms in einem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem in Abhängigkeit von der Rotorposition und durch Multiplizieren der resultierenden Werte mit demselben Faktor erhalten wird.
6. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn die variable Induktivitätskomponente durch L_mac dargestellt wird, wie in der nachstehenden Formel (1) gezeigt, die induzierte Spannung v_emf1 ^dq, ausgedrückt durch einen ersten bewegungselektromotorischen Kraftterm, wie in der nachstehenden Formel (2) gezeigt, oder v_emf2 ^dq, ausgedrückt durch einen zweiten bewegungselektromotorischen Kraftterm, wie in der nachstehenden Formel (3) gezeigt, enthält: [Formel 1] $${\text{L}}_{\text{mac}}=\frac{{\text{L}}_{\text{sd}}-{\text{L}}_{\text{sq}}}{2}$$

   

   [Formel 2] $${\text{v}}_{\text{emf1}}^{\text{dq}}=2{\mathrm{\omega }}_{\text{r}}\left[\begin{array}{cc}\text{0}& {\text{L}}_{\text{mac}}\\ {\text{L}}_{\text{mac}}& \text{0}\end{array}\right]{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

   

   [Formel 3] $${\text{v}}_{\text{emf2}}^{\text{dq}}=2{\mathrm{\omega }}_{\text{r}}\left[\begin{array}{cc}\text{0}& \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sq}}}\\ \frac{{\text{L}}_{\text{mac}}}{{\text{L}}_{\text{sd}}}& \text{0}\end{array}\right]{\psi }_{\text{s}}^{\text{dq}}$$

   

   wobei i_s ^dq den in einem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellten Strom der Rotationsmaschine darstellt, Ψ_s ^dq die in dem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellte Flußverkettung darstellt, ωr die Drehzahl des Rotors darstellt, L_sd die Induktivität der d-Achse darstellt und L_sq die Induktivität der q-Achse darstellt.
7. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Drehzahlschätzer eine magnetische Flussverkettung der Rotationsmaschine oder den Strom der Rotationsmaschine als eine Zustandsgröße unter Verwendung eines Beobachters schätzt und eine Geschwindigkeit des Rotors aus einem Schätzfehler der Zustandsgröße in Verbindung mit der induzierten Spannung schätzt.
8. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Anspruch 7, wobei der Drehzahlschätzer die magnetische Flussverkettung der Rotationsmaschine oder den Rotationsmaschinenstrom unter Verwendung eines zweidimensionalen Beobachters schätzt.
9. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Beobachter eine erste induzierte Spannung der Rotationsmaschine, die proportional zu einer Winkelgeschwindigkeit ist, mit der sich ein Steuerbezugssystem dreht, und eine zweite induzierte Spannung, die proportional zu einer Drehgeschwindigkeit der Rotationsmaschine ist, in einem zweiachsigen rotierenden Bezugssystem berechnet, das sich mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, mit der sich das Steuerbezugssystem dreht, und die Drehgeschwindigkeit des Rotors aus der zweiten induzierten Spannung schätzt.
10. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei, wenn L_sd der nachstehenden Formel (4) die Induktivität der d-Achse und L_sq der nachstehenden Formel (4) die Induktivität der q-Achse darstellt, der Drehzahlschätzer die Drehzahl unter Verwendung einer arithmetischen Gleichung mit der nachstehenden Formel (5) oder der nachstehenden Formel (6) berechnet: [Formel 4] $${\text{C}}^{-1}=\left[\begin{array}{cc}{\text{L}}_{\text{sd}}& \text{0}\\ \text{0}& {\text{L}}_{\text{sq}}\end{array}\right]$$

    

    [Formula 5] $${\text{e}}_{\mathrm{\omega }1}={\left(\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]{\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}\right)}^{\text{T}}\left({\widehat{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}-{\mathrm{\psi }}_{\text{s}}^{\text{dq}}\right)$$

    

    [Formula 6] $${\text{e}}_{\mathrm{\omega 2}}={\left(\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]{\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}\right)}^{\text{T}}{\text{C}}^{-1}\underset{{\text{e}}_{\text{i}}^{\text{dq}}}{\underbrace{\left({\widehat{\text{i}}}_{\text{ s}}^{\text{dq}}-{\text{i}}_{\text{s}}^{\text{dq}}\right)}}$$

    

    wobei i_s ^dq den in einem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellten Rotationsmaschinenstrom darstellt, Ψ_s ^dq die in dem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellte magnetische Flussverkettung darstellt, i_s ^{^dq} einen geschätzten Wert des in dem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellten Rotationsmaschinenstroms darstellt, Ψ_s ^{^dq} einen geschätzten Wert der in dem zweiphasigen rotierenden Bezugssystem dargestellten magnetischen Flussverkettung darstellt und L_mac, dargestellt in der untenstehenden Formel (4), die variable Induktivitätskomponente darstellt
11. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Drehzahlschätzer die induzierte Spannung unter Verwendung eines Störungsbeobachters schätzt.
12. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend: einen Positionsdetektor zum Erfassen oder Schätzen der Rotorposition, wobei die Positionsberechnungseinheit die Rotorposition unter Verwendung der von dem Positionsdetektor erfassten oder geschätzten Rotorposition und unter Verwendung der geschätzten Rotationsgeschwindigkeit berechnet.
13. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Anspruch 12, wobei der Positionsdetektor die Rotorposition unter Verwendung der variablen Induktivitätskomponente und einer variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flussverkettung, die durch den Strom der rotierenden Maschine erzeugt wird, schätzt.
14. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Anspruch 13, wobei die Induktivität der Rotationsmaschine eine erste Komponente, die sich nicht mit der Rotorposition ändert, und eine zweite Komponente, die sich mit einer Frequenz ändert, die doppelt so hoch wie ein elektrischer Winkel der Rotorposition ist, umfasst, und die variable Induktivitätskomponente die zweite Komponente ist.
15. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Positionsdetektor die Rotorposition unter Verwendung eines berechneten Wertes einer variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flussverkettung schätzt, der der variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flussverkettung entspricht, die aus der Spannungsanweisung der Rotationsmaschine und aus dem Strom der Rotationsmaschine berechnet wird, und eines geschätzten Wertes einer variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flussverkettung, der der variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flussverkettung entspricht, die aus dem Strom der Rotationsmaschine, aus der variablen Induktivitätskomponente der Induktivität und aus der Rotorposition geschätzt wird.
16. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Anspruch 15, wobei der Positionsdetektor einen Schätzfehler der Rotorposition aus einem Kreuzprodukt des berechneten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flußverkettung und des geschätzten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flußverkettung berechnet.
17. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Positionsdetektor die variable Induktivitätskomponente der magnetischen Flußverkettung auf einem mit der Rotation der Rotationsmaschine synchronisierten rotierenden Bezugssystem berechnet oder schätzt.
18. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Positionsdetektor die Rotorposition aus der variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flussverkettung schätzt, die aus der Spannungsanweisung der Rotationsmaschine und dem Strom der Rotationsmaschine, aus einem Stromflusswinkel, der einer Winkeldifferenz zwischen dem Strom der Rotationsmaschine und der Rotorposition entspricht, und aus der Rotorposition berechnet wird.
19. Steuereinrichtung für eine Rotationsmaschine nach Anspruch 18, wobei der Positionsdetektor aus dem aktuellen Flusswinkel und der Rotorposition einen Vektor einer variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flussverkettung schätzt, der ein Vektor in der gleichen Richtung wie die variable Induktivitätskomponente der magnetischen Flussverkettung ist, und einen Schätzfehler der Rotorposition aus einem Kreuzprodukt des berechneten Wertes der variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flussverkettung und einem geschätzten Wert des geschätzten Vektors der variablen Induktivitätskomponente der magnetischen Flussverkettung berechnet.

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