JP2002516058A - センサを用いないスイッチ式リラクタンス・マシン・システムのための推定器ロック検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 センサを用いないスイッチ式リラクタンス・マシン・システムのための推定器ロック検出回路は、推定器信号の統計的な特徴を分析して、推定器が実際のマシンの動作に正確にロックしているか判断する。統計的分析により椎定器がマシンの回転子にロックしていないことが示された場合、推定器を再初期化する。

Description

【発明の詳細な説明】 センサを用いないスイッチ式リラクタンス・マシン・システムのための 推定器ロック検出回路 発明の背景および概要 本発明は、一般にモータや発電機に関し、特に、航空機に使用する電力を生成 するだけでなく、原動機を始動させることが可能な高速のスイッチ式リラクタン ス・マシンに関する。 航空宇宙産業は、軽量で、効率良く、信頼性の高い装備への要求とともに一貫 して技術の最先端を推進してきた。装備が軽量でなければならないのは、各部の 重さが加わるとそれだけ直接燃料の燃焼を増加させることになり、したがって、 所有コストが更にかかると共に飛行距離がより短くなるからである。効率の良さ が必要とされているのは、装備に１立方インチとられるごとに、その分航空機で 運送され収益をもたらす貨物の量や乗客数が減ることになるからである。信頼性 の高さが重要なのは、ゲートで１分遅れるごとに、所有コストが増加し、同様に 、乗客のフラストレーションを増大させることとなるからである。 航空機の発電システムにおいて、これらの圧力によって技術が大きく進歩して きたが、問題も起こってきた。通常、航空機では発電のために同期ブラシレス交 流発電機又は永久磁石発電機が使用されている。しかしながら、これらの２種類 の発電機に必要な部品は、それらの動作が必要な状況によって故障する可能性が ある(通常、航空機のジェット・エンジンに直接搭載されている)。 通常、発電機だけでなく、エンジン・スタータもまた航空機エンジンに搭載さ れている。この部品は、始動時にのみ使用され、航空機の各動作周期の極僅かを 占めるものである。実際、スタータは残りの飛行時間においては余分な荷物とな り、これによって全体の重量、燃料の燃焼、および所有コストが増大すると共に 、全体の飛行距離が減少する。この問題点は認識されており、スタータと発電機 を結合して１個のパッケージにする努力が拡大され、それによりわずかな時間使 用する装置を追加する必要性を排除してきた。しかしながら、都合の悪いことに 、 同期交流発電機や永久磁石発電機をこの目的で使用すると、始動機能に関係した 新たな問題を生み出す上に、この機械に関する上述した本来の問題を除去するこ とができない。 この結合されたスタータ／発電機の機能として、同期交流や永久磁石発電機を 使用する代わりにスイッチ式リラクタンス・マシンを使用することができる。ス イッチ式リラクタンス・マシンは、元来低コストのマシンであって、非常に高速 で動作が可能な簡単な構成を有しており、そのために上述した発電機より軽量な デザインとなっている。スイッチ式リラクタンス・マシンの回転子は、薄板の単 純な層から構成されており、これによって回転子巻線や永久磁石に関わる囲い込 みの問題が無く、非常に頑丈でしかも低コストとなっている。更に、この回転子 には、交流同期発電機の場合と異なり、故障の原因となる回転整流器が不要であ る。 スイッチ式リラクタンス・マシンを適切に動作させるためには、従来、マシン の相巻線を流れる電流を適切に整流するように回転子の位置を決定することが必 要であるとされてきた。回転子の位置を得るために、特に高速システムにおいて はレゾルバを使用し、または低速システムにおいては時々エンコーダを使用する 。しかしながら、レゾルバおよびそれに必要な関連装置（主に、レゾルバ／デジ タル変換器および励磁回路）は高価であり、レゾルバおよびエンコーダは双方と も単点故障の原因となるものである。 レゾルバやエンコーダのような位置センサを不要にするために、センサを用い ない動作技術が開発されている。センサを用いない動作を実現する最も一般的な 方法は、ステッパ・モータとしてスイッチ式リラクタンス・マシンを制御する方 法であり、Bass等による米国特許第4,611,157号公報およびMacMinnによる米国特 許第4,642,543号公報にその方法が開示されている。他の技術としては、マシン ・インダクタンスもしくはリラクタンスを検出して利用することにより回転子の 位置を推定する方法がある。特に、スイッチ式リラクタンス・マシンの位相イン ダクタンスは、その位相に応じた固定子極と回転子極のアラインメントの角度の 関数に応じて変化するため、瞬時位相インダクタンスの計測を利用して回転子の 位置の推定値を得ることができる。このような技術は、MacMinnによる米国 特許第4,772,839号公報、MacMinn等による米国特許第4,959,596号公報、Harris による「可変リラクタンス・モータのための実用的な間接的位置検出(Practical Indirect Position Sensing for a Variable Reluctance Motor)」(Masters of Science Thesis，MIT，1987年５月)、Harris等による「可変リラクタンス・モ ータのための簡単なモーション推定装置(A Simple Motion Estimator for Varia ble Reluctance Motors)」(IEEE Transactions on Industrial Applications，V ol.26，No.2，1990年３月／４月)、およびMacMinn等による「センサ積分技術の スイッチ式リラクタンス・モータ・ドライブへの応用(Applications of Sensor Integration Techniques to Switched Reluctance Motor Drives)」(IEEE Trans actions on Industry Applications，Vol.28，No．６，1992年11月／12月)に開 示されている。 更に他の技術では、トルクを発生しない位相が周波数変調エンコーダの一部を 形成するような周波数変調方式を使用して、位相インダクタンスを決定すること ができる。このような技術は、Ehsani等による「自動車へ応用するための低コス トのセンサを用いないスイッチ式リラクタンス・モータ・ドライブ(Low cost Se nsorless Switched Reluctance Motor Drives for Automotive Applications)」 (Texas A&M Power Electronics Laboratory Report(日付不明))、Ehsani等によ る「スイッチ式リラクタンス・モータの間接的回転子位置検出におけるエラー分 析(An Analysis of the Error in Indirect Rotor Position Sensing of Switch ed Reluctance Motors)」(IEEE Proceedings IECON‘91)、Ehsaniによる「FMエ ンコーダによるSRMの離れたシャフトの位置を検出するセンサの除去とパルス式 インピーダンス検出スキームの比較分析（A Comparative Analysis of SRM Disc rete Shaft Position Sensor Elimination by FM Encoder and Pulsed Impedanc e Sensing Schemes）」(Texas A&M Power Electronics Laboratory Report(日付 不明)）およびEhsani等による「スイッチ式リラクタンス・モータにおける間接 的回転子位置検出のための新しい変調エンコーディング技術」（IEEE Transacti ons on Industry Applications，Vol.30，No．1，1994年１月／２月）に開示さ れている。 回転子の位置推定に対するモデル・ベース化された方式は、General Electric Companyによって開発されており、Lyons等による「SRM回転子位置推定のための 磁束／電流方法(Flux/Current Methods for SRM Rotor Position Estimation)」 （Proceedings of IEEE Industry Applications Society Annual Meeting，Vol. 1，1991年）およびLyons等による米国特許第5,097,190号公報に開示されている 。この技術では、スイッチ式リラクタンス・マシンの多相集中パラメータ・モデ ルが開発され利用されている。しかしながら、そのモデルは、N-S-N-S-N-S構造 に巻かれた３相マシンのためにのみ開発されている。 位置推定サブシステムは、この出願の譲受人によって開発されており、そのよ うなサブシステムには、相対角度推定回路、角度結合回路、およびカルマン・フ ィルタを有する推定器がある。相対角度推定論理は、スイッチ式リラクタンス・ マシンの相電流量に反応し、各位相の角度を推定する技術を発展させている。角 度結合論理では、位相角度推定を結合して、そこで生じる曖昧さを除いた絶対角 度推定を得る。推定器は、回転子の位置および速度、および他の目的に必要また は望ましければ回転子の加速度をより適切に推定するために、絶対角度推定と同 様にスイッチ式リラクタンス・マシン・システムのモデルを利用している。 最も簡単な方法は、カルマン・フィルタを利用して検出する推定された回転子 位置を利用して、直接的に整流を制御する方法である。しかしながら、回転子の 位置を推定するために必要な時間によって、カルマン・フィルタにより電気周期 毎に発生する位置推定値の数が制限されることになる。このため、カルマン・フ ィルタの出力を適切に、整流を制御することができる信号に変換するために、瞬 時位置生成回路が設けられている。 推定器を使用するセンサを用いないスイッチ式リラクタンス制御システムにお いて、推定器が実際の回転子位置及び速度を正確に推定しているかどうかの判断 をすることが望ましいことがわかっている。推定器が実際のマシン動作状態にロ ック（すなわち、同期）しているかを判断する従来の方法について、Lyons等に よる米国特許第5,140,244号公報に開示されている。１つは、マシンのインダク タンス推定値と、回転子と固定子の組合せの非アラインメントとアラインメント の中間におけるマシンの実際のインダクタンス値とを比較する方法であり、もう １つは、マシンの磁束鎖交数推定値と、特定の推定器回転子角度における磁束鎖 交数と電流の大きさとを関連づけたルックアップ・テーブルから得られる磁束鎖 交数とを比較する方法である。しかしながら、これら両方の方法には、推定器が 実際の回転子電気速度の約数となる整数で表される速度で動作している時でさえ も、推定器がロックしていると検知されてしまうという欠点があった。このため 、推定器が実際にはロックしていないときにもロックしているように見えること となる。例えば、ロックを検出するための判断を、角推定値が非アラインメント とアラインメントの中間（すなわち、３π／２ラジアンの位置において）である 時に実行するものとする。このとき、推定器によって発生される速度推定値が実 際の速度の半分であり、π／４で位置を移動する場合、推定器がロックしていな いにも関わらずロックしているとの判断が得られる。更に、上述した米国特許第 5,140,244号公報に記載されている従来技術の方法は、電気周期毎の標本数に限 界があり必要な角でのデータが得られないときの高速の回転子速度では、実行不 可能である可能性がある。 本発明の目的は、マシン回転子の位置、速度及び加速度の推定値が可能な限り 正確であるという高い信頼性を得ることができるように、推定器が実際のマシン の状態にロックすなわち同期状態にあるかを検出する装置を提供することにある 。 また、本発明の他の目的は、簡単で、信頼でき、かつ低コストの上記装置を提 供することにある。 これら及び他の目的及び効果は、推定器のカルマン・フィルタの動作を統計的 に分析してその性能を測定することによって、得ることができる。特に、カルマ ン・フィルタのイノベーション、すなわち絶対角推定値と予測した推定値との差 を分析する。イノベーション値が、大体の平均がゼロである小さいホワイト・ノ イズのような信号を含む場合、推定器は適切に動作していると判断する。推定器 が実際の動作状態とロックしなくなった場合、イノベーション値は無作為性を失 う。このような状態が検出されることにより、正確な位置椎定値が得られないこ とが分かる。 本発明のこれらおよび他の目的、効果、および新規な特徴は、図面と後述する 詳細な説明から、この技術分野における当業者には明らかである。 図面の簡単な説明 図１は、航空機の始動／発電システムの構成を示すブロック図である。 図２は、従来のインバータ制御部、インバータおよびスイッチ式リラクタンス ・マシンの構成を示すブロック図である。 図３は、本発明にインバータとスイッチ式リラクタンス・マシンを合体させた インバータ制御部の構成を示すブロック図である。 図４は、図３に示すインバータの一部と図３に示す位置推定回路との構成を示 すブロック図である。 図５Ａおよび５Ｂは、同じ文字が付された線によって接続された場合に、両方 で図４の推定器６８を初期化するためのプログラムを説明するフローチャートを 示す。 図６は、初期化中の図４に示すインバータのスイッチに対する制御信号の波形 図である。 図７Ａおよび７Ｂは、同じ文字が付された線によって接続された場合に、両方 で本発明による図４の推定器６８を初期化するためのプログラムを説明するフロ ーチャートを示す。 好適な実施の形態の説明 まず、図１において、電力変換システム１０は、航空機（１２で図示されてい る）もしくは他の航空宇宙産業、すなわち陸又は水中の輸送手段に搭載されてお り、例えばガス・タービン・エンジン１４のような原動機を備えている。この原 動機は、原動カシャフト１６によってスイッチ式リラクタンス・マシン１８に接 続されている。スイッチ式リラクタンス・マシン１８は相巻線を備えており、こ の相巻線は、インバータ制御部２２によって動作するインバータ２０に接続され ている。動作の始動モードにおいて、直流電力がインバータ２０に供給されると 、インバータ制御部２２がインバータ２０のスイッチに対して制御信号を送信す ることにより、スイッチ式リラクタンス・マシン１８がモータとして動作して、 ガス・タービン・エンジン１４へ原動力シャフト１６を介して原動力を供給し、 始動させる。発電モードの動作中は、ガス・タービン・エンジンにより、原動力 シ ャフト１６を介してスイッチ式リラクタンス・マシン１８に原動力が供給され、 その結果スイッチ式リラクタンス・マシン１８によって発生する電力が、インバ ータ２０により１又は複数の負荷に対する直流電力に変換される。必要ならばま たは望むならば、インバータ２０は１又は複数の交流負荷に対する定周波数交流 電力を発生するように変更することができる。 ここで図２において、スイッチ式リラクタンス・マシン１８を動作させる従来 のインバータ制御部には、レゾルバ３０が設けられている。このレゾルバ３０は 、原動力シャフト３２によってスイッチ式リラクタンス・マシン１８の回転子に 接続されている。励磁は、レゾルバ励磁回路３４によって提供される。レゾルバ ３０は、位相が直角関係にある第１および第２の信号（正弦および余弦信号とも 呼ばれる）をライン３６，３８に発生する。レゾルバ／デジタル変換器４０は、 ライン３６および３８上の信号量に応答し、スイッチ式リラクタンス・マシン１ ８の回転子の位置を表すデジタル出力を発生する。この位置信号は、マシンの回 転子速度を表す信号と共に制御・防護回路４２に供給される。また、上記回転子 位置信号は、入力が制御・防護回路４２の出力に結合された整流・電流制御回路 ４４にも供給される。 また、制御・防護回路４２および整流・電流制御回路４４は、インバータ２０ によって発生する相電流量信号を受信する。制御・防護回路４２および整流・電 流制御回路４４は、インバータ２０に対してライン４６を介してスイッチ駆動信 号を発生し、スイッチ式リラクタンス・マシン１８の巻線を流れる相電流が適切 に整流されるようにする。 上述したように、レゾルバ３０は高価であると共に、元来、単点故障の原因と なるものである。更に、レゾルバ／デジタル変換器４０もまた高価な部品であっ て、そのために、可能であればこれらおよび他の部品（レゾルバ励磁回路３４を 含む）を除去することが望ましい。 図３は、本発明にインバータ２０およびスイッチ式リラクタンス・マシン１８ とを組み込んだインバータ制御部５０を示している。位置椎定回路５２は、イン バータ２０によって発生する相電流量信号と、インバータ２０のスイッチに対す るスイッチ制御又は駆動信号および直流バス電圧に応答して、制御・防護回路５ ４に対する位置・速度推定信号を発生する。更に、位置推定信号は、整流回路５ ６に供給される。電流制御回路５８には、インバータ２０によって発生する相電 流量と共に、整流回路５６によって発生する位相イネーブル出力信号と制御・防 護回路５４によって発生する基準電流信号とに応答する。電流制御回路５８はイ ンバータ２０のライン６０上にスイッチ制御または駆動信号を発生させる。 図４は、上記位置推定回路５２のより詳細な構成を示す。相対角推定論理回路 ６２は、Ｎ個の単独の位相相対角推定回路６３Ａ，６３Ｂ，...６３Ｎを備えて おり、これらはスイッチ式リラクタンス・マシン１８のＮ個の位相のそれぞれに 関連付けられている。特に、位相相対角推定回路６３Ａは、マシン１８の位相Ａ に関連しており、マシン１８の位相Ａ巻線ＷＡを流れる電流を検出する電流セン サ６４によって発生する電流量信号を受信する。巻線ＷＡは、インバータ２０の 位相Ａ脚部６５Ａ内に接続されており、この位相Ａ脚部６５Ａは、１組のダイオ ードＤ１およびＤ２と１組の制御可能な電力スイッチＱ１およびＱ２を有してい る。初期化中、スイッチＱ１およびＱ２はパルス発生器６６からスイッチ制御信 号ＣＳ１およびＣＳ２（図６）を受信し、その後、図３に示す電流制御回路５８ からライン６０上で制御信号を受信する。さらに、初期化中、位相相対角推定回 路６３Ａもまたスイッチ制御信号ＣＳ１およびＣＳ２を受信し、その後、回路５ ８からライン６０上で制御信号を受信する。初期化中、およびそれに続く図３お よび図４に示す回路構成によるマシン１８の制御動作中、位相相対角推定回路６ ３Ａは、マシンの位相Ａについての回転子／固定子のアラインメントからの瞬時 角度 ...６３Ｎもそれぞれ関連する位相電流量信号に応答し、関連するインバータの 位相におけるスイッチについて信号ＣＳ１およびＣＳ２に一致するスイッチ制御 信号(初期化中)、又は、回路５８によって発生する制御信号（初期化後）に応答 する。各回路６３Ｂ，...６３Ｎは、それぞれ、初期化中もその後も、マシンの 関連する位相についての回転子／固定子のアラインメントからの瞬時角度の推定 値能な解を表している。すなわち、各位相極について（すなわち各位相極へ向かっ て）先行する位相と、各位相極について（すなわち各位相極から離れて）遅延す 給される。この推定器６８は、好ましくはカルマン・フィルタを備えており、回 転子の位置の推定値を向上させて値θを得る。さらに、推定器６８は、速度推定 路７０は、カルマン・フィルタの粗いサンプル出力を、適切に整流を制御するの に十分な位置更新間隔を有する信号に変換する。 御・防護回路５４に対する速度推定信号を正しい単位（例えばｒｐｍ）で発生す る。 また、推定器６８は、初期化命令信号を受信し、以下に詳細を示す方法により パルス発生器６６に対するトリガ信号を発生する。 図５Ａおよび５Ｂは、推定器６８の動作の一部をフローチャートで示したもの である。好ましい実施の形態では、推定器６８は、図４に示す相対角推定回路６ ２、角度結合回路６７、瞬時位置生成回路７０および計数回路７２と同様に、適 切にプログラムされたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって実現すること ができる。あるいは、これらの回路のいずれも例えば個別的論理回路等のハード ウエアのような異なる回路構成により実現することもでき、もしくは、必要に応 じてハードウエアとソフトウエアの組合わせによって実現することもできる。 図５Ａおよび５Ｂに示すプログラムは、プログラム周期毎に１回実行され、推 定器６８のカルマン・フィルタに対して、初期マシン回転子位置および初期マシ 数（例えば１００回）繰り返される。さらに、ＤＳＰにより、スイッチ式リラク タンス・マシン１８の回転子が加速度ゼロであることを示す初期状態が、カルマ ン・フィルタに対して確立される。 図５Ａおよび５Ｂに示すプログラムは、位置推定回路５２を有するシステムの スタートアップに自動的に開始され、この時点で初期化期間が開始する。あるい は、図５Ａおよび５Ｂに示すプログラムは、推定器のロック状態でなくなった時 (すなわち、推定器が実際のマシン動作状態とロックしなくなった時)、もしくは 、初期化命令信号によって初期化命令がなされた時に、呼出すことができる。初 期化期間中、パルス発生器６６は、スイッチＱ１およびＱ２に対して制御信号Ｃ Ｓ１およびＣＳ２を発生および供給する。信号ＣＳ１およびＣＳ２と同じ制御信 号は、インバータ２０の他の相のスイッチにも同時に供給される。図６に示すよ うに、信号ＣＳ１およびＣＳ２を含む制御信号は、初期化期間中にある回数(好 ましくは１００回)インバータ２０の全てのスイッチを繰り返しオン／オフする 。インバータのスイッチは共に動作し、Δｔに等しい周期で、同時に導通状態と なり同時にオフする。ＣＳ１およびＣＳ２におけるパルスの幅は、位相電流量が 大きくなりすぎず、かつ、位相電流量が次のパルスの前にゼロになるような幅と なっている。初期化期間中、推定器６８は、角度結合回路６７からのサンプル値 す 図５Ａを特に参照して、プログラムはブロック８６で開始し、図５Ａおよび５ Ｂに示すプログラムの現パスが初期化期間が始まってから最初のパスであるか否 かが判断される。最初のパスである場合、ブロック８８において、様々な値とカ ウンタがゼロに設定される。そして、ブロック９０において、パルス発生器６６ がトリガされてマシン１８の各相巻線が単流パルスを受信し、ブロック９２にお いて、パルス・カウンタＣＮＴ０がインクリメントされる。その後、ブロック９ ４において、カウンタＣＮＴ０の出力が、初期化期間が始まってから各相巻線に 対して少なくとも３回パルスが発生していることを示しているか否かが判断され る。そのようなパルスの発生を示していない場合、現プログラム周期のバランス のために、図５Ａおよび５Ｂのプログラムから推定器６８によって実行される他 のプログラムに移る。あるいは、カウンタＣＮＴ０の出力が３以上である場合、 ブロック１００へ進む。 あると決定された場合、ブロック１０４において、回路６７によって発生する現 ロック１０６では、初期化期間が開始してから回路６７によって発生する有効な 推定値の数を示すカウンタＣＮＴ１がインクリメントされる。 ブロック１０６に続いて、ブロック１０８（図５Ｂ）において、カウンタＣＮ Ｔ１の内容がある閾値ＴＨＲ１を超えるか否かが判断される。好ましい実施の形 態では、ＴＨＲ１の値は１０に等しく設定され、低イナーシャ回転子および負荷 に対して制御信号による電流によって最初のパルスが発生した時に、急跳などの 回転子パルス発生効果の可能性があるために、図５Ａおよび５Ｂに示すプログラ ムによって発生する最初の１０個の有効な瞬時速度推定値を無視するようになっ ている。カウンタＣＮＴ１の内容がＴＨＲ１を超えている場合、ブロック１１０ いる最大の値を設定しており、好ましい実施の形態では、πラジアンに等しく設 定されている。 Δｔは上述したように制御信号の周期を表している。これにより、ブロック１１ ック１１２に続いて、ブロック１１４において、推定された回転子速度を表す値 LAST_VALID_θ_eが確立される。そして、ブロック１２０において、カウンタＣＮ Ｔ２がクリアされ、プログラム周期のバランスのために推定器６８の他のプログ ラムに移る。 回転子位置の変化を計算する方法は無く、速度を更新することもできない。従っ て、この場合、ブロック１０２から、ブロック１０４〜１１４をスキップしてブ ロック１１６へ進む。また、ブロック１０８においてカウンタＣＮＴ１の値が閾 が閾値ＴＨＲ２より大きい場合、ブロック１１２および１１４をスキップしてブ ロック１１６へ進む。 合、ブロック１２２においてカウンタＣＮＴ２がインクリメント、ブロック１２ 間 ブロック１２４において、図５Ａおよび５Ｂに示すプログラムから、プログラ ム周期のバランスのため推定器６８によって実行される他のプログラムへ移る。 図５Ａおよび５Ｂに示すフローチャートから明らかなように、回路６７から得 に読取られてからの時間との積から決定される回転子位置変化値によってインク リメントされている。 一般に、回転子位置を正確に推定するために、制御信号中の検出用パルスは、 偽りの効果を除去するようにマシン１８の各電気周期中に少なくとも２つのパル スが発生するのに十分な繰返しの割合で発生しなければならない。その結果、回 信号ＣＳ１およびＣＳ２に対して、期待された回転子速度の最大値によって最小 のパルスの繰返しの割合が決定される。 なお、ブロック１０４において、値（ラジアンで表される）が−πと＋πの間 図５Ａおよび５Ｂに示すプログラムが所望の回数実行されると、マシン１８の される。 なお、推定器６８のカルマン・フィルタは、初期化中動作を継続しているが、 出力はその間上書きされて使用されないことに留意すべきである。 また、初期化期間は、最大加速中における速度の変化が大きくならないように 短くなければならないことに留意すべきである。 さらに、初期化処理が、定義された周期での限界の回数より多く行われようと した場合、初期化は明らかに正しく終了しないことに留意すべきである。この状 態では、システム・エラー・メッセージが生成され、シャット・ダウンなどの適 切な動作が実行される。 ここで図７Ａを参照して、同様に推定器６８によって実行され、カルマン・フ ィルタが実際のマシン動作状態にロックすなわち同期しているかを判断するプロ グラムを示す。図７Ａ及び７Ｂに示すプログラムは、ロック検出を連続して行う ように、１プログラム周期毎に１回実行される。プログラムはブロック１４０か ら開始し、カルマン・フィルタから発生した信号INNOVの新たな標本が得られた か否かが判断される。信号INNOVの各標本すなわち値は、図４に示す角結合 INNOVの値が更新されていない場合は、その値が更新されるまでブロック１４０ において制御が停止し、更新されると制御がブロック１４２に移る。ブロック１ ４２において、以下の式により値ｍ_innov(n)が計算される。 値ｍ_innov(n)は、最も測定時に近いINNOVの値とすぐ前のＮ−１個の標本との平 均値である。好ましい実施の形態ではＮは３２であるが、他の適当なＮの値も代 わりに用いることができる。 そして、ブロック１４４では、以下の式により、ブロック１４２において使用 された最初の標本列から適当なタイミングでｋ個の標本だけ置き換えられた第２ の標本列の平均値ｍ_innov(n+k)が計算される。 好ましい実施の形態では、ｋは８であり、これによってブロック１４４では 、現時点での標本より前の９番目から４０番目までの信号INNOVの標本の平均値 が計算される。 なお、ｋの値は、遅延していない（すなわち、第１の）イノベーション列と遅 延した（すなわち、第２の）イノベーション列との独立性を確保するには十分大 きいが、必要なイノベーション記憶用のアレイが過度に大きくならない程度に小 さい値でなければならないことに留意すべきである。好ましい実施の形態では、 必要なイノベーション記憶用のアレイは、n+kの合計であり、４０個の要素分の 大きさとなる。 ブロック１４４に続いて、ブロック１４６において、以下の式により共分散μ_INNOV が計算される。 測定を通じて、推定器がロックしている時、イノベーション共分散の絶対値は ０．０１ラジアンの二乗と０．０５ラジアンの二乗の間の値である。ブロック１ ４８において、イノベーション共分散μ_INNOVが閾値ＴＨＲ４より大きいか否か が判断され、大きければ、ブロック１５０においてカウンタＣＮＴ３がインクリ メントされる。好ましい実施の形態では、閾値ＴＨＲ４は０．１ラジアン二乗を 表す値に設定されている。但し、他の適当な値を代わりに使用することもできる 。イノベーション共分散がＴＨＲ４以下である場合、ブロック１５０をスキップ するため、カウンタＣＮＴ３はインクリメントされない。 ブロック１５０、またはイノベーション共分散がＴＨＲ４以下である場合はブ ロック１４８に続いて、図７Ｂに示すブロック１５２においてカウンタＣＮＴ４ がインクリメントされ、ブロック１５４においてＣＮＴ４が閾値ＴＨＲ６より大 きいか否かが判断される。大きくない場合は、推定器６８がロックしていると判 断され、図７Ａ及び７Ｂに示すロック検出プログラムが終了する。 ブロック１５４に続いて、ブロック１５６においてカウンタＣＮＴ３の値が閾 値ＴＨＲ５より大きいか否かが判断される。大きくない場合、INNOVの共分散が 、ロックしなくなったことを示すように閾値ＴＨＲ４を必要回数超えてはいない ため、ブロック１５８においてカウンタＣＮＴ３及びＣＮＴ４が０にリセットさ れ、図７Ａ及び７Ｂに示すロック検出プログラムが終了する。 一方、ブロック１５６においてＣＮＴ３が閾値ＴＨＲ５より大きいと判断され た場合、それは推定器６８が実際の動作状態にロックしなくなったことを示して おり、図５Ａに示すブロック８６に移って推定器６８が再初期化される。 閾値ＴＨＲ５及びＴＨＲ６は、共分散μ_INNOVの標本の第１の数（例えば１０ ０）が第２のより大きい標本の数（例えば４００）を超えて閾値ＴＨＲ４より大 きい場合、図５Ａ及び５Ｂに示す再初期化ルーチンが呼出されるような値に設定 されている。所望ならばＴＨＲ５及びＴＨＲ６の値は他の値でもよいことは言う までもない。 なお、各プログラム周期において、図７Ａ及び７Ｂに示すプログラムに続いて 、推定器はここでは説明しない他の機能を実行することに留意すべきである。 値μ_INNOVは、理諭的には不可能であるが、ＤＳＰにおける切捨て誤差が発生 することにより、負の値となる可能性がある。このような可能性がある場合は、 ブロック１４８において共分散の絶対値が閾値ＴＨＲ４より大きいか否かを判断 する必要がある。 要約すると、推定器６８がロックしているとき、カルマン・フィルタのイノベ ーションINNOVは大体平均が０の小さいホワイト・ノイズのような信号となる。 推定器が実際の動作状態とロックしなくなると、信号INNOVはこの無作為の特徴 を帯びなくなる。INNOVの共分散の計算は、Ｎ個の標本分の長さの変化するウイ ンドウを用いて新たなイノベーションの標本それぞれについて実行する。各標本 についてイノベーションの平均の完全な合計値を計算しないように、連続する合 計値に最新のイノベーションの標本を足したり、合計値から最古のイノベーショ ンの標本を減らしたりする。計算時間は、Ｎの逆数によって乗算することにより 更に短くすることができる。 本発明の多くの変更および他の実施の形態は、上述した記載により当業者には 明らかである。従って、この記述は単に実例として解釈すべきであり、当業者に 本発明を実現する最良の形態を教示する目的のものである。構成の詳細について は、本発明の意図から逸脱することなく実質上は変更可能なものであり、添付し たクレームの範囲内で行われる全ての変更は確保されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． マシンの動作状態の一連の計算推定値を発生し、更に各計算推定値に関係 する予測推定値と、関係する前記計算推定値から予測推定値への変化を表すイノ ベーションの値とを発生する推定器のロックを検出する装置であって、 イノベーション値から複数の共分散値を取得する手段と、 前記計算手段に応答して前記共分散値を閾値と比較する手段と、 前記比較手段に応答して共分散値と閾値との比較に基づき前記推定器がロック しているか否かを決定する手段と を具備する装置。 ２． 前記取得手段が、第１のイノベーション値列の第１の平均値を計算する第 １の手段と、第２のイノベーション値列の第２の平均値を計算する第２の手段と 、前記第１及び第２の平均値から共分散値を計算する第３の手段とを有し、前記 第１及び第２のイノベーション値列を互いに関連して適当なタイミングで置き換 える請求の範囲第１項記載の装置。 ３． 前記第３の計算手段は、以下の結果を導く手段を備える請求の範囲第２項 記載の装置。 （ここで、innov(n)は前記第１のイノベーション値列を表し、innov(n+k)は前記 第２のイノベーション値列を表し、ｍ_innov(n)は前記第１の平均値でありｍ_{inno v(n+k)} は前記第２の平均値である。） ４． 前記判断手段が、ある数の共分散値が閾値を超えた時を検出する手段を備 える請求の範囲第１項記載の装置。 ５． 前記判断手段が、共分散値の第１の数が共分散値のより大きい第２の数 を超えて閾値より大となった時を検出する手段を備える請求の範囲第１項記載の 装置。 ６． マシンの回転子位置を推定する推定器を備えたスイッチ式リラクタンス・ マシン・システムのための制御部において、回転子位置の一連の計算推定値を発 生し、更に、各計算推定値に関係する予測椎定値と、関係する前記計算推定値か ら予測推定値への変化を表すイノベーションの値とを発生する前記推定器のロッ クを検出する回路であって、 イノベーション値列から複数の共分散値を取得する手段と、 前記計算手段に応答して前記共分散値を閾値と比較する手段と、 前記比較手段に応答して共分散値と閾値との比較に基づき前記推定器がロック しているかを決定する手段と を具備する装置。 ７． 前記取得手段が、第１のイノベーション値列の第１の平均値を計算する第 １の手段と、第１のイノベーション値列の第２の平均値を計算する第２の手段と 、前記第１及び第２の平均値から共分散値を計算する第３の手段とを有し、前記 第１のイノベーション値列が前記第２のイノベーション値列の後に発生する請求 の範囲第６項記載の回路。 ８． 前記第３の計算手段は、以下の結果を導く手段を備えたことを特徴とする 請求の範囲第７項記載の装置。 （ここで、innov(n)は前記第１のイノベーション値列を表し、innov(n+k)は前記 第２のイノベーション値列を表し、ｍ_innov(n)は前記第１の平均値でありｍ_{inno v(n+k)} は前記第２の平均値である。） ９． 前記判断手段が、ある数の共分散値が閾値を超えた時を検出する手段を 備える請求の範囲第６項記載の装置。 １０．前記判断手段か、共分散値の第１の数か共分散値のより大きい第２の数を 超えて閾値より大となった時を検出する手段を備える請求の範囲第６項記載の装 置。