JP2002247898A - 交流回転電気機械、特に同期交流回転電気機械を制御および調整するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】任意の種類の回転機械に適用できない、トルク
と磁束の絶対値の調整は機械の全動作パラメータを考慮
に入れていない、という従来技術の欠点を解決する。 【解決手段】各サンプリング時間（ｋ）で印加される離
散制御電圧が、前のサンプリング時間（ｋ−１）と現在
のサンプリング時間（ｋ）との間において制御が無い機
械の状態の自由変化に対応する第１の項と、設定トルク
および機械によって消費される磁気エネルギに関する設
定値に依存する第２の項との形態を成して決定される、
予備ステップと、各サンプリング時間で、離散制御法則
により、機械のトルクが設定トルクに達するように且つ
機械によって消費される磁気エネルギが設定磁気エネル
ギに対応するように機械に印加される制御電圧を決定す
るステップとを有する回転電気機械（１）を調整するた
めの方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流回転電気機
械、特に滑らかな極を有する同期タイプの電動機の調整
方法に関する。また、本発明は、交流回転電気機械に電
力を供給するための装置に関する。

【０００２】本発明は、特に牽引およびアクティブサス
ペンションのために鉄道で使用されるモータに適用され
るが、それ専用のものではない。

【０００３】更に明確には、本発明は、機械の電磁トル
クを設定値に従わせることができる調整方法に関する。

【０００４】

【従来の技術】同期機械の速度の制御は、一般に、機械
の電磁トルクを調整することによって行なわれる。この
ため、回転機械には、一般に、電磁トルクの設定値と、
ステータ電流を測定することによって生じる、機械の電
磁トルクを示す１または複数のサンプル信号とを入力と
して受けるレギュレータが設けられ、機械の電源インバ
ータに制御電圧を印加する。機械の電磁トルクをトルク
の設定値に従わせるため、各サンプリング時間で、レギ
ュレータは、次のサンプリング時間でのトルクの値を予
測するとともに、それに応じて、インバータ制御電圧を
修正する。

【０００５】大方の産業的な用途における主要な関心
は、そのような機械の動的性能を向上させるとともに、
特にトルクのダイナミックレンジを高めることである。

【０００６】第１の解決策は、切り換え周波数を高める
ために、インバータの電源スイッチの切り換え容量を向
上させることである。しかしながら、この解決策は、非
常に高価な電力部品を使用することを意味し、切り換え
損失を大きくする。

【０００７】システムは、低損失な電子部品を使用する
こともできる。しかしながら、これは受け入れられな
い。なぜなら、それは、機械の電源供給装置のコストを
著しく増大させるからである。

【０００８】レギュレータの動作を定義するために、機
械の動作をモデル化する連続時間モデルを使用し、動作
パラメータに応じてシステムに適用する訂正命令を与え
る方程式を、連続時間において決定する「合成」と呼ぶ
ものを連続モデルを使用して実行し、ついで望ましい動
作を得るために、レギュレータに組み込まれたデジタル
コンピュータによって実行可能な微分方程式を得る方程
式を時間離散する方法が存在する。

【０００９】しかしながら、この方法は、命令の動特性
に関して性能が制限され、また、インバータによって課
されるサンプリング期間が非常に長い場合には、起こり
得る不安定な現象をもたらす。また、この方法は、１つ
のサンプリング期間内で設定トルク値に達することがで
きない。

【００１０】本願出願人の特許出願ＥＰ１０４５５１４
により、機械および機械の電源インバータの離散モデル
を使用して回転電気機械を制御する方法を開示してい
る。このモデルは、設定トルク値および設定磁束の絶対
値を得るために、インバータによって機械に印加される
制御電圧を形成する。しかしながら、このモデルは、非
同期回転機に適しており、種類を問わずに任意の回転機
械に適用することができない。また、トルクおよび磁束
の絶対値の調整は、機械の動作パラメータの全てを考慮
に入れていない。その結果、機械の動的な性能には、依
然として改良の余地がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、先に
挙げた欠点を解決することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的は、回転電気機
械によって供給される電磁トルクをトルクの設定値に追
従させるように決定される離散制御電圧を入力として受
ける回転電気機械を調整する方法を提供することにより
達成される。前記方法は、次のサンプリング時間ｋでト
ルクの設定値に達するように、機械の電磁トルクを示す
少なくとも１つのサンプル信号に応じて機械に印加され
る離散制御電圧を各サンプリング時間ｋ−１で決定し、
現サンプリング時間ｋで印加される離散制御電圧が、前
のサンプリング時間ｋ−１と現在のサンプリング時間と
の間において制御が無い機械の状態の自由変化に対応す
る第１の項と、設定トルク値および機械によって消費さ
れる磁気エネルギに関する設定値に依存する第２の項と
の形態で決定される、機械の離散電圧制御法則を決定す
る予備ステップと、各サンプリング時間で、離散制御法
則により、機械のトルクが設定トルクに達するように且
つ機械によって消費される磁気エネルギが磁気エネルギ
の設定値に対応するように機械に印加される制御電圧を
決定するステップと、を有することを特徴とする。

【００１３】エネルギの設定値は最小値であることが好
ましい。

【００１４】本発明の１つの特徴において、予備ステッ
プ中に決定される離散制御法則は、以下の形式から成
り、

【数３９】 ここで、ｆは、変数ΔΓ_ｋおよび変数ΔＷ_ｋに応じて、
トルクおよびエネルギの設定値に達するようにサンプリ
ング時間ｋ−１で印加される制御電圧を与える関数であ
り、変数ΔΓ_ｋおよび変数ΔＷ_ｋは、次のサンプリング
時間ｋで達成される機械の電磁トルクと前記時間におけ
る前記トルクの自由変化の成分との間の差、および、サ
ンプリング時間ｋにおいて機械によって消費される磁気
エネルギと前記時間における前記エネルギの自由変化の
成分との間の差をそれぞれ示している。

【００１５】本発明の他の特徴において、離散制御法則
は、機械のロータ磁束の離散時間における自由変化に対
して固定された座標系

【数４０】 において決定される。

【００１６】機械が滑らかな極を有する同期タイプであ
る場合、予備ステップ中に決定される離散制御法則は以
下の形式から成り、

【数４１】 ここで、

【数４２】 および

【数４３】 は、離散時間において移動可能で且つ次のサンプリング
時間ｋでの機械におけるロータ磁束の自由変化

【数４４】 に対して固定された座標系

【数４５】 で表わされるサンプリング時間ｋ−１での制御電圧ベク
トルの成分を示しており、

【数４６】 は、次のサンプリング時間ｋでのロータ磁束の自由変化
の絶対値に対応しており、ΔΓ_ｋおよびΔＷ_ｋは、次の
サンプリング時間ｋで達成される機械の電磁トルクと前
記時間における前記トルクの自由変化の成分との間の
差、および、サンプリング時間ｋにおいて機械によって
消費される磁気エネルギと前記時間における前記エネル
ギの自由変化の成分との間の差をそれぞれ示している。

【００１７】機械は、表面装着された永久磁石を有する
同期タイプであることが好ましい。

【００１８】機械は、巻回された滑らかな極を有する同
期タイプであることが好ましい。

【００１９】本発明の１つの特徴において、機械が所定
の閾値よりも低い速度で回転している時に、方法は、次
のサンプリング時間で零の磁気エネルギ入力で設定トル
クに達するように機械に印加される制御電圧を決定する
低速方法を実施することを含んでいる。

【００２０】好ましくは、低速方法は、以下の離散制御
法則を適用することから成り、

【数４７】 ここで、

【数４８】 は、サンプリング時間ｋ−１とサンプリング時間ｋとの
間におけるサンプリング期間中におけるステ―タ電流の
自由変化に対して固定された座標系

【数４９】 の軸

【数５０】 に沿ったステータ電流の自由変化の成分である。

【００２１】本発明の他の特徴において、方法は、機械
が所定の閾値よりも高速で回転している時、所定の消費
磁気エネルギで機械が次のサンプリング時間で達するこ
とができる、中間の設定トルク値を決定するために、イ
ンバータの限界を考慮する高速方法を実施することを含
んでいる。

【００２２】好ましくは、高速方法は、以下の方程式の
系を解くことを含み、

【数５１】

【数５２】 ここで、

【数５３】 および

【数５４】 は、サンプリング時間ｋで座標系

【数５５】 におけるステータ電流の成分であり、

【数５６】 および

【数５７】 は、同じ時間（ｋ）の座標系におけるステータ電流の自
由変化の成分であり、

【数５８】 および

【数５９】 はそれぞれ、ステータにおける最大電圧および最大電流
の絶対値であり、“ａ”は定数であり、制御電圧が以下
の方程式によって得られる。

【数６０】

【００２３】また、本発明は、電圧供給を受けるインバ
ータと、電磁トルクの設定値および機械の電磁トルクを
示す少なくとも１つのサンプル信号を入力として受け且
つ各サンプリング時間において次のサンプリング時間で
の電磁トルク値を予測し、制御電圧を連続的に修正する
ことによって機械の電磁トルクをトルクの設定値に追従
させる制御電圧をインバータに供給するレギュレータ
と、を有する回転機械の調整装置に関し、レギュレータ
が、先のサンプリング時間ｋ−１と現在のサンプリング
時間ｋとの間において制御が無い機械の状態の自由変化
に対応する第１の項と、設定トルク値および機械によっ
て消費される磁気エネルギに関する設定値に依存する第
２の項との形態で、現在のサンプリング時間ｋで印加さ
れる離散制御電圧を与えるメモリ内に記憶される機械の
離散制御法則と、各サンプリング時間で、離散制御法則
により、機械の電磁トルクが設定トルクに達するように
且つ機械によって消費される磁気エネルギがエネルギの
設定値に対応するように機械に印加される制御電圧を決
定する手段と、を有することを特徴とする。

【００２４】以下、添付図面を参照しながら、非限定的
な例により、本発明の好ましい実施の形態を説明する。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は、例えば電気鉄道車両、ロ
ボット、または、工作機械を駆動するために使用される
３相同期電動機から成る回転機械１を示している。回転
機械１は、電源装置２によって電力が供給される。電源
装置２は、従来通り、３相交流電圧によってモータ１に
電力を供給する電圧インバータを有している。インバー
タは、例えば、鉄道分野に適用する場合には１５００Ｖ
から３０００Ｖのオーダーの電圧を直流で供給する電源
装置に接続されている。

【００２６】インバータ２は、制御電圧Ｖ_ｒｅｆを供給
するように構成されたレギュレータ３によって制御され
る。制御電圧Ｖ_ｒｅｆは、インバータ２によって回転機
械１に印加される電圧を決定し、この電圧は、回転機械
１の電磁トルクを電磁トルクの設定値

【数６１】 に追従させるためにレギュレータ３によって形成され
る。

【００２７】図１に示されるように、レギュレータ３
は、入力として、１または複数のサンプル信号、好まし
くはステータ電流ベクトル、磁束ベクトル、回転機械１
のロータの回転速度といった個別の値にそれぞれ対応す
る信号

【数６２】 を受ける。回転機械の電磁トルクを示すこれらの信号
は、モータの入力部および出力部で測定される連続信号
Ｉ_Ｓ１（ｔ）、Ｉ_Ｓ２（ｙ）、ω（ｔ）から、サンプラ
・オブザーバ４によって形成される。連続信号Ｉ
_Ｓ１（ｔ）、Ｉ_Ｓ２（ｙ）、ω（ｔ）は、ステータ電流
の２つの位相、および、回転機械１に設けられた適当な
センサによって供給されるロータ回転機械速度測定信号
にそれぞれ対応している。ステータ電流の２つの測定さ
れた位相は、回転機械のバランスを保ちつつ、第３の位
相の値を推定することを可能にする。さらに、３つの位
相の値は、回転機械１のステータに対して固定された２
次元の座標系で表わされるステータ電流ベクトルの成分
（Ｉ_α、Ｉ_β）を決定することを可能にする。

【００２８】従来通り、回転機械１の電磁トルクを、入
力として受けたトルクの設定値

【数６３】 に追従させるために、レギュレータ３は、メモリ内に記
憶されたソフトウエアを使用して各サンプリング時間で
次のサンプリング時間の電磁トルクの値を予測し、その
結果に応じて、インバータ２によって合成され且つ回転
機械に印加される制御電圧Ｖ_ｒｅｆを修正して、設定に
よって課されるトルクの値を得る。

【００２９】レギュレータ３は、“スタック・レスポン
ス”タイプのレギュレータであることが好ましい。すな
わち、レギュレータ３は、制御電圧Ｖ_ｒｅｆを修正し
て、次のサンプリング時間には設定値に到達する。

【００３０】このため、レギュレータ３は、２つのサン
プリング時間の間に回転機械の状態変化を演算できるよ
うに回転機械１の離散モデルをメモリ内に記憶する第１
のステージ３２と、第１のステージによって予測された
回転機械の状態変化および第２のステージ３１の入力部
での設定信号

【数６４】 に応じて制御電圧Ｖ_ｒｅｆを演算する第２のステージ３
１とを有している。

【００３１】以下の説明では、最初に、回転機械１の離
散モデルの演算方法について説明し、その後、制御電圧
Ｖ_ｒｅｆの演算方法について説明する。

【００３２】前述したように、回転機械１の動的挙動
は、連続時間で定義された微分代数系によってモデル化
される。

【００３３】回転機械は、以下の方程式にしたがってモ
デル化することができる。

【数６５】

【数６６】 ここで、

【数６７】 は、回転機械１の動作をモデル化する状態ベクトルであ
り、

【数６８】 である。

【００３４】

【数６９】 は、回転機械の入力部に印加される電圧のベクトルを示
しており、回転機械のステータ電圧に等しい。

【００３５】Ａ（Ω）は、機械的な速度Ωに応じた状態
行列であり、Ｂは、電圧ベクトルの入力行列であり、

【数７０】 は、電磁トルクΓの値を含む出力ベクトルであり、ｈ
は、非線形関数である。

【００３６】前記方程式は、制御電圧Ｖ_ｒｅｆとステー
タ電圧

【数７１】 との関係が、既知であり、インバータの特性に完全に依
存していると仮定している。

【００３７】同期モータの場合、状態ベクトル

【数７２】 は、以下のように、ステータ電流の成分と、ロータ磁束
の成分とによって規定することができる。

【数７３】 ここで、ステータ電流およびロータ磁束の成分は、例え
ば、回転機械１に対して固定された座標系（α、β）で
表わされる。

【００３８】本発明において、方程式（２）によって規
定される出力ベクトル

【数７４】 は、モータの電磁トルクおよび磁気エネルギを成分とし
て有している。それは、以下のように書かれる。

【数７５】

【００３９】この場合、演算子“×”はベクトル積を示
しており、また、演算子“・”はスカラー積を示してい
る。

【００４０】なお、先の説明において、ステータ電圧

【数７６】 は、２つの連続するサンプリング期間の間で一定である
と見なすことができる。

【００４１】状態方程式（１）は、以下のように、離散
化できる。

【数７７】 ここで、

【数７８】

【数７９】 であり、

【数８０】

【数８１】 およびΩ_ｋはそれぞれ、状態ベクトル

【数８２】 、ステータ電圧

【数８３】 、サンプリング時間ｋでのモータの機械的な速度Ω_ｋと
いった個別の値を示しており、δはサンプリング期間を
示している。以下の説明では、モータの機械的な速度Ω
_ｋが各サンプリング期間中において一定であると仮定し
ている。

【００４２】行列Ｆ、Ｇは、以下のように表わすことが
できる。

【数８４】

【００４３】したがって、方程式（５）は、以下のよう
に書かれる。

【数８５】

【００４４】したがって、状態ベクトル

【数８６】 は、自由に変化する部分すなわち電圧制御が無い部分
と、回転機械に印加される制御電圧

【数８７】 に起因する部分とに分けることができる。すなわち、

【数８８】 あるいは

【数８９】 その結果、ステータ電流およびロータ磁束

【数９０】

【数９１】 の自由変化は、以下のように書かれる。すなわち、

【数９２】

【数９３】

【００４５】この時、本発明に係る方法は、前に導入し
た方程式を使用して、各サンプリング時間ｋで印加され
るステータ電圧または制御電圧Ｖ_ｒｅｆを与える関数ｆ
を、変数ΔΓ_ｋおよびΔＷ_ｋの関数として決定する。変
数ΔΓ_ｋおよびΔＷ_ｋは、サンプリング時間ｋで得られ
る回転機械の電磁トルクと前記時間におけるトルクの自
由に変化する成分との間の差、および、サンプリング時
間ｋにおける回転機械の磁気エネルギと前記時間におけ
るエネルギの自由に変化する成分との間の差をそれぞれ
示している。

【００４６】前述した類の関数は、以下のように表わす
ことができる。

【数９４】

【００４７】ロータの表面上に装着される永久磁石等の
滑らかな極を有しあるいはその極がロータの表面におけ
る巻線によって実施される同期モータの場合、行列Ａ
（Ω）、Ｂおよびベクトル

【数９５】 は、座標系（α、β）において、以下の形式をとる。

【数９６】 ここで、Ｒ_Ｓはモータ１のステータの電気抵抗であり、
Ｌ_Ｓはステータのインダクタンスであり、ｎ_Ｐはモータ
の極の対数である。

【００４８】この結果として、方程式（６）内に導入さ
れる行列Ｆｉ、Ｇｊは以下の値を有する。すなわち、

【数９７】

【数９８】

【数９９】

【数１００】

【数１０１】

【数１０２】 ここで、 Ｚ_１＝Ｌ_ｓｎ_ｐΩ、

【数１０３】

【数１０４】 、θ＝δｎ_ｐΩおよび

【数１０５】 なお、前記式は、ロータの位置に関係しない。

【００４９】また、前記タイプのモータにおいて、方程
式（５）は、以下のように書かれる。

【数１０６】

【００５０】その結果、ステータ電流およびロータ磁束

【数１０７】

【数１０８】 の自由変化は、以下のように書かれる。すなわち、

【数１０９】

【数１１０】

【００５１】また、方程式（４）から、電磁トルクの値
は、以下の方程式によって規定される。

【数１１１】

【００５２】方程式（１３）から得られるロータ磁束お
よびステータ電流の値を、トルクに関する前記式に代入
すると、以下の式が得られ、トルクが自由に変化する部
分と制御電圧に起因する部分とに分けられる。

【数１１２】

【００５３】トルクの自由に変化する部分は、以下の式
に等しい。

【数１１３】 ここで、以下の数量を考慮すると、

【数１１４】

【数１１５】 方程式（１４）から、

【数１１６】 その結果、表面装着の永久磁石を有する同期モータの場
合、ロータ磁束は、磁束の絶対値

【数１１７】 に等しく且つ各サンプリング期間において所定の角度θ
＝δｎ_ｐΩだけ回転する一定の絶対値を有する。したが
って、特許出願ＥＰ１０４５５１４に説明されているよ
うに、磁束の絶対値の設定値に基づく調整は不可能であ
る。

【００５４】ステータ電圧はロータ磁束の変化を妨げな
いため、座標系（α、β）におけるステータ電圧

【数１１８】 の２つの成分が現われ且つ１つの自由度を残すトルク方
程式（未知数が２つの方程式）だけを考慮することがで
きる。その結果、モータ動作の他のパラメータを制御し
て、ステータにおける電圧および電流の制限を考慮しつ
つ、所定のステータ電流に対してトルクを最大にするこ
とができる。また、前述したように、本発明の目的は、
“スタック・レスポンス”タイプのトルク制御（

【数１１９】 となるように）を提供するとともに、回転機械の磁気エ
ネルギを制御することである。回転機械の磁気エネルギ
の制御は、結局、ロータ磁束に対するステータ電流の投
影の制御と同じこととなる。方程式（４）から、回転機
械の磁気エネルギは、以下の形式をとる。

【数１２０】

【００５５】方程式（１３）から、ステータ電流は、以
下の方程式によって与えられる。

【数１２１】 その結果、

【数１２２】 そして、電圧

【数１２３】 に関する制御法則を方程式（１９）（２３）から演算す
ることができる。すなわち、

【数１２４】

【００５６】また、前記制御法則は、座標系（α、β）
において、以下のように表わすこともできる。

【数１２５】 ここで、以下の回転行列Ｒを考慮すると、

【数１２６】 その結果、制御法則を以下のように書くことができる。

【数１２７】

【００５７】したがって、図２に示されるように、レギ
ュレータ３の構造は、ロータ磁束の方向の自由変化に基
づく固有の特徴を有する。ここで、基準座標系を、ロー
タ磁束の自由変化に対して固定された座標系

【数１２８】 に位置するように変える場合、先の方程式は、以下の非
常に簡単な形式で書かれる。

【数１２９】

【００５８】前記方程式は、次のサンプリング時間ｋで
必要なトルク変化を得るために、サンプリング時間ｋ−
１でインバータの入力に印加されるべき電圧を表わして
いる。なお、トルク制御と磁気エネルギ制御との間に完
全なデカップリング（ロータ磁束とステータ電流ベクト
ルの間の角度とステータ電流ベクトルの絶対値）が存在
し、回転機械１の電磁トルクの変化のみに依存する

【数１３０】 があることが認められる。

【００５９】また、別個のロータ磁束に対して固定され
た座標系

【数１３１】 は、各サンプリング時間で段階的に回転するとともに、
従来の連続モデルの座標系（ｄ、ｑ）と等しい。

【００６０】要するに、回転機械の状態モデルを離散時
間に移し、座標系の適当な選択により、非常に驚くべき
ことに、滑らかな極を有する同期モータに対する非常に
簡単なモデルが得られる。ロータの滑らかな極が巻線か
ら成るモータの場合、さらに、磁束すなわちロータ磁束
の振幅も制御できる。

【００６１】モータの速度Ωに応じて、様々な制御方法
を適用することができる。

【００６２】低速Ωにおいて、磁気エネルギＷが０の
時、与えられた電流に対して、トルクは最大である。こ
のことは、ステータ電流がロータ磁束と直交しているこ
とを示している。一方、モータが特定の限界値を超える
速度で回転している時、利用可能なトルクは次第に減少
するが、回転機械によって供給される電力は最大とな
る。この時、消費される磁気エネルギは、もはや０とは
なり得ない。与えられたトルクに関するこのような速度
の限界は、特に、インバータの電流および電圧の限界に
起因している。

【００６３】低速で適用される方法が図３に示されてい
る。図３は、状態方程式（１）に含まれる以下の様々な
ベクトルを示している。すなわち、

【数１３２】 この場合、

【数１３３】 なお、ベクトル

【数１３４】 は、磁束ベクトル

【数１３５】 と直交しており、したがって、電流ベクトル

【数１３６】 と平行である。

【００６４】所定の速度および所定の設定トルクにおい
て、レギュレータ３によって演算されたステータ電圧の
絶対値がインバータによって供給される電圧

【数１３７】 よりも小さい場合には、制御方法は、成分

【数１３８】 を０にして、ステータ電流とロータ磁束とを直交状態に
する。これにより、以下の制御法則が生じる。

【数１３９】 ここで、

【数１４０】 の値は、方程式（１４）によって与えられる。

【００６５】図４は、時間の関数としてモータに要求さ
れるトルクの変化のカーブの一例を示している。カーブ
は、特に、時間ｔ＝１．５秒で、トルクが−３５Ｎｍか
ら＋２５Ｎｍへと変化したことを示している。ここで、
モータが低速で回転している時にトルクがこの時間の近
傍でどのように変化しているかを詳細に示す図５に示さ
れるカーブを参照すると、サンプリング期間内すなわち
１ｍｓ内でトルクが第１の値から第２の値へと変化した
ことが分かる。

【００６６】高速では、与えられた設定トルクにおい
て、対応する制御電圧の値がインバータ２が供給し得る
電圧

【数１４１】 よりも大きい場合、先の方法を適用することができな
い。したがって、以下の方程式によって与えられるステ
ータ磁束を減少することによって、ステータ電圧を制限
する必要がある。

【数１４２】

【００６７】ローラ磁束は一定であるため、ステータ磁
束は、図６に示されるように、ステータ電流の絶対値お
よびステータ電流ベクトルと磁束との間の角度を修正す
ることによって減少できる。

【００６８】高速での制御方法が図６に示されている。
この方法において、ステータ電流およびロータ磁束は、
もはや直交状態とはなり得ない。すなわち、この場合、
ステータ電流の成分

【数１４３】 によってステータ磁束を部分的に補正できる。

【００６９】この方法では、ステータ電圧が最大である
ことを前提としている。すなわち、

【数１４４】 以下の方程式は、前記方程式および方程式（２８）から
得られる。

【数１４５】 また、ステータ電流が最大であることを前提としてい
る。すなわち、

【数１４６】 最後の２つの方程式は、２つの円の方程式であり、第１
の円２１（図７参照）は、ベクトル

【数１４７】 の端部に中心があり且つ

【数１４８】 と等しい半径を有し、第２の円２２は、座標系

【数１４９】 の原点に中心があり且つ

【数１５０】 と等しい半径を有している。

【００７０】したがって、両方の方程式（３４）（３
５）は、２つの円の交点２３、２４で解を与える。実際
に、これら２つの点の一方（点２３）だけが回転機械を
制御するのに最適である。すなわち、その点は、ステー
タ磁束を減少させない軸

【数１５１】 上のステータ電流成分

【数１５２】 に対応している。その成分の値は、方程式（３５）から
以下のように得ることができる。

【数１５３】

【００７１】更に、２つの円２１、２２の交点によって
定められる領域は、可能なステータ電流および電圧値に
対応している。その結果、方程式（２８）（３４）から
生じる以下の状態が満たされる場合には、１度で（１つ
のサンプリング期間内で）トルクの設定を得ることがで
きる。

【数１５４】 または

【数１５５】 この第２の状態は、方程式（２８）（３５）の結果であ
る。

【００７２】拡大した倍率の図８においては、各サンプ
リング期間に中間のトルクの設定値を加えることによっ
て、７サンプリング期間内すなわち７ｍｓ内に２５Ｎｍ
のトルクが達成されていることが分かる。

【００７３】なお、本発明によるモータ１およびインバ
ータ２の動作をモデル化する方程式は、非常に簡単であ
り、近似結果ではない。したがって、これらの方程式
は、比較的小規模な演算手段を使用して実行され得る。
また、これらの方程式は、各サンプリング期間におい
て、ステータに対するロータの位置の情報を必要としな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に適合する回転機械の電源装置のブロッ
ク図である。

【図２】回転機械の動作のモデル化において本発明によ
って使用される回転座標系を示している。

【図３】本発明による低速機械の制御方法を示してい
る。

【図４】時間の関数としての機械の電磁トルクの変化曲
線である。

【図５】機械が低速で動作している時の図５に示される
曲線部分を拡大した図である。

【図６】本発明による高速機械の制御方法を示してい
る。

【図７】本発明による高速機械の制御方法を示してい
る。

【図８】機械が高速で動作している時の図５に示される
曲線部分を拡大して示している

【符号の説明】

１ 機械 ２ インバータ ３ レギュレータ ４ サンプラ・オブザ−バ ３１ 第２のステージ ３２ 第１のステージ

フロントページの続き (72)発明者 セルジユ・プラン フランス国、91290・アルパジヨン、ブー ルバール・ボルテール、４、レジダンス・ ル・クロ・ベリー (72)発明者 アブドルカリム・ベンハイブ フランス国、78180・モンテイニー・ル・ ブルトヌ、ブールバール・ボバン、46 Ｆターム(参考） 5H576 AA01 AA17 BB06 BB09 CC01 DD02 DD05 EE01 EE11 FF07 GG02 GG04 HB01 JJ03 JJ04 JJ07 JJ08 KK04 LL22 LL34 LL35 LL41

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転電気機械（１）によって供給される
   電磁トルク（Γ_ｋ）をトルクの設定値 【数１】 に追従させるように決定される離散制御電圧を入力とし
   て受ける回転電気機械（１）を調整する方法であって、
   次のサンプリング時間（ｋ）でトルクの設定値 【数２】 に達するように、機械の電磁トルク（Γ_ｋ）を示す少な
   くとも１つのサンプル信号 【数３】 に応じて機械（１）に印加される離散制御電圧 【数４】 を各サンプリング時間（ｋ−１）で決定することからな
   り、 各サンプリング時間（ｋ）で印加される離散制御電圧 【数５】 が、前のサンプリング時間（ｋ−１）と現在のサンプリ
   ング時間（ｋ）との間において制御が無い機械の状態の
   自由変化に対応する第１の項と、設定トルク値および機
   械によって消費される磁気エネルギに関する設定値 【数６】 に依存する第２の項との形態で決定される、機械の離散
   電圧制御法則を決定する予備ステップと、 各サンプリング時間で、離散制御法則により、機械のト
   ルクが設定トルク 【数７】 に達するように且つ機械によって消費される磁気エネル
   ギが磁気エネルギの設定値 【数８】 に対応するように機械に印加される制御電圧 【数９】 を決定するステップと、 を有することを特徴とする調整方法。
2. 【請求項２】 エネルギの設定値 【数１０】 が最小エネルギである、請求項１に記載の調整方法。
3. 【請求項３】 予備ステップ中に決定される離散制御法
   則は、以下の形式から成り、 【数１１】 ここで、ｆは、変数ΔΓ_ｋおよび変数ΔＷ_ｋに応じて、
   トルクおよびエネルギの設定値に達するようにサンプリ
   ング時間ｋ−１で印加される制御電圧を与える関数であ
   り、変数ΔΓ_ｋおよび変数ΔＷ_ｋは、次のサンプリング
   時間ｋで達成される機械の電磁トルクと前記時間におけ
   る前記トルクの自由変化の成分との間の差、および、サ
   ンプリング時間ｋにおいて機械によって消費される磁気
   エネルギと前記時間における前記エネルギの自由変化の
   成分との間の差をそれぞれ示すことを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載の調整方法。
4. 【請求項４】 離散制御法則は、機械のロータ磁束の離
   散時間における自由変化に対して固定された座標系 【数１２】 において決定される、請求項１から３のいずれか１項に
   記載の調整方法。
5. 【請求項５】 機械（１）は滑らかな極を有する同期タ
   イプであり、予備ステップ中に決定される離散制御法則
   は以下の形式から成り、 【数１３】 ここで、 【数１４】 および 【数１５】 は、離散時間において移動可能で且つ次のサンプリング
   時間ｋでの機械におけるロータ磁束の自由変化 【数１６】 に対して固定された座標系 【数１７】 で表わされるサンプリング時間ｋ−１での制御電圧ベク
   トルの成分を示しており、“ａ”は定数であり、 【数１８】 は、次のサンプリング時間ｋでのロータ磁束の自由変化
   の絶対値に対応しており、ΔΓ_ｋおよびΔＷ_ｋは、次の
   サンプリング時間ｋで達成される機械の電磁トルクと前
   記時間における前記トルクの自由変化の成分との間の
   差、および、サンプリング時間ｋにおいて機械によって
   消費される磁気エネルギと前記時間における前記エネル
   ギの自由変化の成分との間の差をそれぞれ示すことを特
   徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の調整方
   法。
6. 【請求項６】 機械（１）は、表面装着された永久磁石
   を有する同期タイプであることを特徴とする請求項１か
   ら５のいずれか１項に記載の調整方法。
7. 【請求項７】 機械（１）は、巻回された滑らかな極を
   有する同期タイプであることを特徴とする請求項１から
   ５のいずれか１項に記載の調整方法。
8. 【請求項８】 機械（１）が所定の閾値よりも低い速度
   で回転している時に、次のサンプリング時間で、零の磁
   気エネルギ入力で設定トルクに達するように機械に印加
   される制御電圧を決定することから成る低速方法の実施
   を含むことを特徴とする請求項６または請求項７に記載
   の調整方法。
9. 【請求項９】 低速方法は、以下の離散制御法則を適用
   することから成り、 【数１９】 ここで、 【数２０】 は、サンプリング時間ｋ−１とサンプリング時間ｋとの
   間におけるサンプリング期間中におけるロータ磁束の自
   由変化に対して固定された座標系 【数２１】 の軸 【数２２】 に沿ったステータ電流の自由変化の成分であり、“ａ”
   は定数であり、 【数２３】 は、次のサンプリング時間ｋでのロータ磁束の自由変化
   の絶対値に対応しており、ΔΓ_ｋは、次のサンプリング
   時間ｋで達成される機械の電磁トルクと前記時間におけ
   る前記トルクの自由変化の成分との間の差を示すことを
   特徴とする請求項８に記載の調整方法。
10. 【請求項１０】 機械（１）が所定の閾値よりも高速で
    回転している時、所定の消費磁気エネルギで機械が次の
    サンプリング時間で達することができる、中間の設定ト
    ルク値を決定するためにインバータ（２）の限界を考慮
    する高速方法の実施を含むことを特徴とする請求項６か
    ら９のいずれか１項に記載の調整方法。
11. 【請求項１１】 高速方法は、以下の方程式の系を解く
    ことを含み、 【数２４】 【数２５】 ここで、 【数２６】 および 【数２７】 は、サンプリング時間ｋで座標系 【数２８】 におけるステータ電流の成分であり、 【数２９】 および 【数３０】 は、当該時間での座標系におけるステータ電流の自由変
    化の成分であり、 【数３１】 および 【数３２】 はそれぞれ、ステータにおける最大電圧および最大電流
    の絶対値であり、“ａ”は定数であり、制御電圧が以下
    の方程式 【数３３】 によって得られることを特徴とする請求項１０に記載の
    調整方法。
12. 【請求項１２】 インバータと、電磁トルクの設定値お
    よび機械の電磁トルクを示す少なくとも１つのサンプル
    値信号を入力として受け且つ各サンプリング時間におい
    て次のサンプリング時間での電磁トルクの値を予測する
    とともに命令を連続的に修正することによって機械の電
    磁トルクをトルクの設定値に追従させるように構成され
    た命令をインバータに供給するレギュレータと、を有す
    る回転機械の調整装置であって、 前のサンプリング時間（ｋ−１）と現在のサンプリング
    時間（ｋ）との間において制御が無い機械の状態の自由
    変化に対応する第１の項と、トルクの設定値および機械
    によって消費される磁気エネルギに関する設定値 【数３４】 に依存する第２の項との形態で、現在のサンプリング時
    間（ｋ）で機械に印加される離散制御電圧 【数３５】 を与えるメモリ内に記憶される機械の離散制御法則と、 各サンプリング時間で、離散制御法則により、機械の電
    磁トルクが設定トルク 【数３６】 に達するように且つ機械によって消費される磁気エネル
    ギがエネルギの設定値 【数３７】 に対応するように機械に印加される制御電圧 【数３８】 を決定する手段と、 を有することを特徴とする調整装置。