JP2003319697A - 同期機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転状況に関わらず同期機の回転角速度また
は出力トルクを安定且つ高応答に制御することができる
同期機の制御装置を得ること。 【解決手段】 電流検出手段２によって検出された電流
および速度制御手段１００ａからの電圧指令に基づいて
同期機の推定磁束Ψr0、電流偏差信号ΔＩr、推定回転
角速度ωr0を演算する適応観測器１１ａと、フィードバ
ックゲインＨを演算出力するゲイン演算器１３ａと、電
流偏差信号、推定磁束、フィードバックゲインおよび推
定回転角速度に基づいて制御座標軸回転角速度ωcを演
算する制御座標軸回転角速度演算器１２ａと、制御座標
軸回転角速度を積分して制御座標軸位相角θcを演算す
る積分器２１と、回転角速度指令ωr^*に推定回転角速度
が追従するように、電圧印加手段３に入力する電圧指令
ｖu^*、ｖv^*、ｖw^*を制御する速度制御手段１００ａとを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、速度検出器ある
いは位置検出器を用いることなく同期機の可変速運転を
行うための同期機の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】同期機の制御においては、回転子の位置
（位相角）の検出もしくは推定が必須であるが、近年で
は位置センサや速度センサを用いないセンサレス制御が
実施されている。しかしながら、同期機のなかでも永久
磁石を用いない同期リラクタンスモータのセンサレス制
御については、確立された制御アルゴリズムがなく、同
期リラクタンスモータの製品化の障害となっている。

【０００３】図１０は、この種の同期リラクタンスモー
タに関する従来技術を示すものである。図１０におい
て、１は同期機、２は電流検出手段、３は電圧印加手
段、１１は適応観測器、２０は４象限逆正接演算器、１
００は速度制御手段、１０１は電圧指令演算器、１０２
は座標変換器である。

【０００４】図１０において、電圧印加手段３は、速度
制御手段１００から得られた三相電圧指令ｖｕ^*，ｖ
ｖ^*，ｖｗ^*に基づいて三相電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ（図示
せず）を出力し同期機１に供給する。速度制御手段１０
０は、電圧指令演算器１０１と座標変換器１０２とから
構成され、同期機１の回転角速度指令ωr^*を入力し、適
応観測器１１から得られた同期機１の回転角速度ωrの
推定値ωr0が回転角速度指令ωr^*に追従するように、そ
の推定回転角速度ωr0と４象限逆正接演算器２０から得
られた同期機１の位相角θｒの推定値θr0に基づいて三
相電圧指令ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*を演算して出力する。
電圧指令演算器１０１は、推定回転角速度ωr0および回
転角速度指令ωr^*に基づいてｄ−ｑ軸（回転座標）上の
電圧指令ｖd^*，ｖq^*を演算する。座標変換器１０２は、
推定位相角θr0に基づいて、ｄ−ｑ軸（回転座標）上の
電圧指令ｖd^*，ｖq^*を三相電圧指令ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ
^*に変換する。

【０００５】例えば、「シンクロナスリラクタンスモー
タのセンサレス制御ための外乱オブザーバ」（陳志謙ほ
か・平成１２年電気学会産業応用部門全国大会論文集・
１１０７〜１１１０頁）には、同期リアクタンスモータ
についてのセンサレス制御のための外乱オブザーバに関
する技術が開示されている。この従来技術によれば、適
応観測器１１は、速度制御手段１００から得られた三相
電圧指令ｖｕ^*，ｖｖ^*のａ−ｂ軸（固定座標）上の成分
ｖａ^*，ｖｂ^*と電流検出手段２から得られた三相電流ｉ
ｕ，ｉｖのａ−ｂ軸（固定座標）上の電流Ｉsの成分ｉ
a，ｉbに基づいて、下記（１）式、（２）式よりａ−ｂ
軸（固定座標）上の誘起電圧ｅ０の推定値ｅs0を演算
し、そのｅs0を（３）式により正規化した推定誘起電圧
ｅn0が（４）式で定義した推定正規化誘起電圧モデルの
出力ｅne0に一致するように（５）式より推定回転角速
度ωr0を演算する。４象限逆正接演算器２０は、推定誘
起電圧ｅs0のａ−ｂ軸（固定座標）上の成分ｅa0，ｅb0
に基づいて（６）式より推定位相角θr0を演算する。

【０００６】 ｄ／ｄｔ（ξs）＝Ａgξs＋ＢgＶs^*＋ＫgＩs …（１） ｅs0＝ξs−ＧＩs …（２） ｅn0＝ｅs0／‖ｅs0‖ …（３） ｄ／ｄｔ（ｅne0）＝ωr0Ｊｅne0＋Ｇe（ｅne0−ｅn0） …（４） ωr0＝（ｋI/ｓ＋ｋp）｛（ｅne0−ｅn0）^TＪｅne0｝ …（５）

【数４５】 但し、

【数４６】 ξ_S＝ｅs0＋ＧＩs …（８）

【数４７】

【数４８】 Ａｇ＝Ａ₁₂Ｇ＋Ａ₂₂ …（１１） Ｂｇ＝Ｂ₁Ｇ …（１２） Ｋｇ＝Ｇ（Ａ₁₁−Ａ₂₂−Ａ₁₂Ｇ） …（１３） Ａ₁₁＝（−Ｒ／Ｌｄ）Ｉ ＋｛ωr0（１−Ｌｑ／Ｌｄ）｝Ｊ …（１４） Ａ₁₂＝（−１／Ｌｄ）Ｉ …（１５） Ａ₂₂＝ωr0Ｊ …（１６） Ｂ₁＝（１／Ｌｄ）Ｉ …（１７） Ｇ＝ｇiＩ＋ｇjＪ …（１８） Ｇe＝ｇeiＩ＋ｇejＪ …（１９） ｇi＝１０＊Ｌｄ …（２０） ｇj＝０ …（２１） ｇei＝−１０００ …（２２） ｇej＝−２５００ …（２３） であり、また、 ξs：ａ−ｂ軸（固定座標）上の中間変数、 ｅa0：同期機の推定誘起電圧のａ−ｂ軸（固定座標）上
のａ軸成分、 ｅb0：同期機の推定誘起電圧のａ−ｂ軸（固定座標）上
のｂ軸成分 ｅna0：同期機の推定正規化誘起電圧のａ−ｂ軸（固定
座標）上のａ軸成分、 ｅnb0：同期機の推定正規化誘起電圧のａ−ｂ軸（固定
座標）上のｂ軸成分、 ｅnea0：同期機の推定正規化誘起電圧のモデル出力のａ
−ｂ軸（固定座標）上のａ軸成分、 ｅneb0：同期機の推定正規化誘起電圧のモデル出力のａ
−ｂ軸（固定座標）上のｂ軸成分、 Ｒ：同期機の一相分巻線抵抗 Ｌｄ：同期機のインダクタンスのｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｄ軸成分値 Ｌｑ：同期機のインダクタンスのｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｑ軸成分値 ｋI：速度演算における積分ゲイン、 ｋp：速度演算における比例ゲイン、 ｔａｎ^-1：逆正接演算（正接演算の逆関数） ||・||：ベクトル“・”のＨ₂ノルム である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の制御装置においては、４象限逆正接演算器２０がそ
の演算過程を四則演算のみで構成することができないた
め計算量が膨大であること、推定誘起電圧ｅs0のａ−ｂ
軸（固定座標）上のａ軸成分ｅa0が零となる瞬間は演算
過程において零割が発生するため上記（６）式に示すよ
うに演算過程を分離する必要があることなどの課題が生
じていた。

【０００８】また、運転状況によっては回転角速度ωr
と推定回転角速度ωr0との間に偏差が生じることがあ
り、このことにより、推定回転角速度ωr0の回転角速度
指令ωr^*への応答性の劣化や推定回転角速度ωr0の発散
が生じ、その結果、速度制御手段１００で用いる推定回
転角速度ωr0に偏差が生じるのみならず推定位相角θr0
にも位相角θｒとの間の偏差が生じて、同期機１への電
圧指令ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*に不安定現象や誤作動が生
じることがあった。

【０００９】この発明は上記に鑑みてなされたもので、
運転状況に関わらず同期機の回転角速度または出力トル
クを安定且つ高応答に制御することができる同期機の制
御装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかる同期機の制御装置は、同期機と、
同期機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手
段と、上記同期機に印加すべき電圧指令に基づいて同期
機に電圧を供給する電圧印加手段と、上記電圧指令と前
記電流検出手段によって検出された電流に基づいて上記
同期機の推定回転角速度および制御座標軸回転角速度を
演算する回転角速度演算手段と、上記制御座標軸回転角
速度を積分して制御座標軸位相角を演算する積分器と、
同期機の回転角速度指令に上記推定回転角速度が追従す
るように、推定回転角速度、前記電流検出手段によって
検出された電流、および前記積分器からの制御座標軸位
相角に基づいて上記電圧印加手段に入力する電圧指令を
制御する速度制御手段とを備え、上記回転角速度演算手
段は、上記電流検出手段によって検出された電流および
速度制御手段からの電圧指令に基づいて上記同期機の推
定磁束、推定電流と上記電流検出手段によって検出され
た電流との電流偏差信号、および上記推定回転角速度を
演算する適応観測器と、上記適応観測器内のフィードバ
ックゲインを演算出力するゲイン演算器と、上記電流偏
差信号、上記適応観測器から得られた推定磁束、上記フ
ィードバックゲインおよび推定回転角速度に基づいて上
記制御座標軸回転角速度を演算する制御座標軸回転角速
度演算器とを備えることを特徴とする。

【００１１】この発明によれば、回転角速度演算手段が
安定かつ高応答に推定回転角速度を演算し、速度制御手
段において推定位相角の代わりに制御座標軸位相角を用
いており、これにより推定回転角速度を回転角速度指令
に追従するように安定に制御でき、この結果同期機を安
定かつ高応答に制御することが可能となる。

【００１２】つぎの発明にかかる同期機の制御装置は、
上記の発明において、上記速度制御手段は、上記制御座
標軸位相角に基づいて電流検出手段によって検出された
電流を回転座標上の電流に変換するとともに回転座標上
の電圧指令を前記電圧印加手段に入力する上記電圧指令
に変換する座標変換器と、上記回転座標上の電流、推定
回転角速度および回転角速度指令に基づいて上記回転座
標上の電圧指令を演算して前記座標変換器および適応観
測器に入力する電圧指令演算器とを備えることを特徴と
する。

【００１３】この発明によれば、速度制御手段が推定回
転角速度を回転角速度指令に追従するようにより安定に
制御することができ、この結果、同期機をより安定かつ
高応答に制御することが可能となる。

【００１４】つぎの発明にかかる同期機の制御装置は、
同期機と、同期機の固定子巻線に流れる電流を検出する
電流検出手段と、上記同期機に印加すべき電圧指令に基
づいて同期機に電圧を供給する電圧印加手段と、上記電
圧指令と前記電流検出手段によって検出された電流に基
づいて上記同期機の推定回転角速度および制御座標軸回
転角速度を演算する回転角速度演算手段と、上記制御座
標軸回転角速度を積分して制御座標軸位相角を演算する
積分器と、同期機のトルク指令に同期機の出力トルクが
追従するように、推定回転角速度、前記電流検出手段に
よって検出された電流、および前記積分器からの制御座
標軸位相角に基づいて上記電圧印加手段に入力する電圧
指令を制御するトルク制御手段とを備え、上記回転角速
度演算手段は、上記電流検出手段によって検出された電
流および速度制御手段からの電圧指令に基づいて上記同
期機の推定磁束、推定電流と上記電流検出手段によって
検出された電流との電流偏差信号、および上記推定回転
角速度を演算する適応観測器と、上記適応観測器内のフ
ィードバックゲインを演算出力するゲイン演算器と、上
記電流偏差信号、上記適応観測器から得られた推定磁
束、上記フィードバックゲインおよび推定回転角速度に
基づいて上記制御座標軸回転角速度を演算する制御座標
軸回転角速度演算器とを備えることを特徴とする。

【００１５】この発明によれば、回転角速度演算手段が
安定かつ高応答に推定回転角速度を演算し、トルク制御
手段が同期機の出力トルクをトルク指令に追従するよう
に安定に制御しており、これにより同期機を安定かつ高
応答に制御することが可能となる。

【００１６】つぎの発明にかかる同期機の制御装置は、
上記の発明において、上記ゲイン演算器は、上記適応観
測器から得られた推定回転角速度に基づいて、適応観測
器内のフィードバックゲインを演算することを特徴とす
る。

【００１７】この発明によれば、適応観測器のフィード
バックゲインをゲイン演算器から適切に出力し適応観測
器に与えるようにしており、回転角速度演算手段におけ
る推定回転角速度の演算精度や応答性を向上させること
が可能となる。

【００１８】つぎの発明にかかる同期機の制御装置は、
上記の発明において、適応観測器は、 ｄ／ｄｔ（Ψr0）＝ＡrΨr0＋ＢＶｒ^*−Γr Ｉr0＝ＣΨr0

【数４９】 に従った演算を行うことで、推定磁束の回転座標上の複
合ベクトルΨr0、回転座標上の推定電流Ｉr0、推定回転
角速度ωr0を求め、ゲイン演算器はフィードバックゲイ
ンＨを

【数５０】 によって求め、制御座標軸回転角速度演算器は、 ωc＝ωr0−（１/ψxd0）｛ｈ_bj（ｉd0−ｉd）＋ｈ
_bi（ｉq0−ｉq）｝ に従って演算を行うことで制御座標軸回転角速度ωcを
求めることを特徴とする。

【００１９】この発明によれば、適応観測器のフィード
バックゲインＨをゲイン演算器から適切に出力し適応観
測器に与えることによって回転角速度演算手段における
推定回転角速度の演算精度や応答性を向上させ、これに
より回転角速度演算手段が安定かつ高応答に推定回転角
速度を演算する。速度制御手段においては、推定位相角
の代わりに制御座標軸位相角ωcを用いているため、推
定回転角速度を回転角速度指令に追従するように安定に
制御するのみならず位相角演算の演算量も減少させるこ
とができ、この結果より少ない演算量で同期機を安定か
つ高応答に制御することが可能となる。

【００２０】つぎの発明にかかる同期機の制御装置は、
上記の発明において、適応観測器は ｄ／ｄｔ（Ψs0）＝ＡsΨs0＋ＢＶs^*−Γs Ｉs0＝ＣΨs0

【数５１】 に従って演算を行うことで、推定磁束の固定座標上の複
合ベクトルΨs0、固定座標上の推定電流Ｉs0、推定回転
角速度ωr0を求め、つぎに、固定座標上の電流Ｉsを固
定座標上の推定電流Ｉs0から減算して、固定座標上の電
流偏差信号ΔＩsを求め、さらに積分器から得られた制
御座標軸位相角θcに基づいて電流偏差信号ΔＩsを回転
座標上の電流偏差信号ΔＩrに変換するとともに、固定
座標上の推定磁束の複合ベクトルΨs0を回転座標上の推
定磁束の複合ベクトルΨr0に変換し、ゲイン演算器はフ
ィードバックゲインＨを

【数５２】 によって求め、制御座標軸回転角速度演算器は、 ωc＝ωr0−（１/ψxd0）｛ｈ_bj（ｉd0−ｉd）＋ｈ
_bi（ｉq0−ｉq）｝ に従って演算を行うことで制御座標軸回転角速度ωcを
求めることを特徴としている。

【００２１】この発明によれば、適応観測器を固定座標
（ａ−ｂ軸）上で構成しており、得られた推定磁束の固
定座標上の複合ベクトルΨs0、固定座標上の推定電流Ｉ
s0をその後回転座標上の推定電流Ｉr0、回転座標上の推
定磁束の複合ベクトルΨr0に変換している。また、適応
観測器のフィードバックゲインＨをゲイン演算器から適
切に出力し適応観測器に与えることによって回転角速度
演算手段における推定回転角速度の演算精度や応答性を
向上させ、これにより回転角速度演算手段が安定かつ高
応答に推定回転角速度を演算する。速度制御手段におい
ては、推定位相角の代わりに制御座標軸位相角ωcを用
いているため、推定回転角速度を回転角速度指令に追従
するように安定に制御するのみならず位相角演算の演算
量も減少させることができ、この結果より少ない演算量
で同期機を安定かつ高応答に制御することが可能とな
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかる同期機の制御装置の好適な実施の形態を詳
細に説明する。

【００２３】実施の形態１．図１はこの発明の実施の形
態１による同期機の制御装置を示すブロック構成図であ
る。図１において、１は同期機、２は電流検出手段、３
は電圧印加手段、１０ａは回転角速度演算手段、１１ａ
は適応観測器、１２ａは制御座標軸回転角速度演算器、
１３ａはゲイン演算器、２１は積分器、１００ａは速度
制御手段、１０１ａは電圧指令演算器、１０２ａは座標
変換器である。

【００２４】次に動作について説明する。電圧印加手段
３は、速度制御手段１００ａから得られた三相電圧指令
ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*に基づいて三相電圧ｖｕ，ｖｖ，
ｖｗ（図示せず）を出力しこれらを同期機１に供給す
る。電流検出手段２は、同期機１の固定子巻線に流れる
三相電流ｉｕ，ｉｖを検出して、これらを座標変換器１
０２ａに出力する。

【００２５】積分器２１は、回転角速度演算手段１０ａ
から得られた制御座標軸回転角速度ωcに基づいて制御
座標軸位相角θcを積分演算する。速度制御手段１００
ａは、電圧指令演算器１０１ａと座標変換器１０２ａと
から構成され、同期機１の回転角速度指令ωr^*を入力
し、回転角速度演算手段１０ａから得られた同期機１の
推定回転角速度ωr0が回転角速度指令ωr^*に追従するよ
うに、その推定回転角速度ωr0、積分器２１から得られ
た制御座標軸位相角θcおよび電流検出手段２から得ら
れた三相電流ｉｕ，ｉｖに基づいて三相電圧指令ｖ
ｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*を演算して出力する。電圧指令演算
器１０１ａは、推定回転角速度ωr0および回転角速度指
令ωr^*に基づいてｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧指令ｖ
d^*，ｖq^*を演算する。座標変換器１０２ａは、積分器２
１からの制御座標軸位相角θcに基づいて、電流検出手
段２から得た三相電流ｉｕ，ｉｖをｄ−ｑ軸（回転座
標）上の電流ｉd，ｉqに変換するとともに、電圧指令演
算器１０１ａからのｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧指令
ｖd^*，ｖq^*を三相電圧指令ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*に変換
する。

【００２６】回転角速度演算手段１０ａは、適応観測器
１１ａ、制御座標軸回転角速度演算器１２ａ、ゲイン演
算器１３ａとから構成され、速度制御手段１００ａから
得られたｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧指令ｖd^*，ｖq^*
およびｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流ｉd，ｉqに基づい
て、同期機１の推定回転角速度ωr0および制御座標軸回
転角速度ωcを演算して出力する。

【００２７】適応観測器１１ａは、ｄ−ｑ軸（回転座
標）上の電圧指令ｖd^*，ｖq^*およびｄ−ｑ軸（回転座
標）上の電流ｉd，ｉqに基づいて推定回転角速度ωr0、
ｄ−ｑ軸（回転座標）上の磁束の複合ベクトルΨｒの推
定値Ψr0およびｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流Ｉrの推
定値Ｉr0とｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流Ｉrとの偏差
信号ΔＩrを演算し、推定回転角速度ωr0、推定値Ψr
0、偏差信号ΔＩrを出力する。その詳細は、後述する。

【００２８】ここで、ゲイン演算器１３ａ、制御座標軸
回転角速度演算器１２ａ、適応観測器１１ａの詳細につ
いて説明する前に、各構成要素１３ａ、１２ａ、１１ａ
で使用する式で用いる記号の意味について説明する。

【数５３】

【数５４】

【数５５】

【数５６】

【数５７】

【数５８】

【数５９】

【数６０】

【数６１】

【数６２】

【数６３】

【数６４】

【数６５】

【数６６】

【数６７】

【数６８】 Ｑ＝Ａd^T・Ａd …（４０） Ｒe＝εＩ …（４１） ａri＝−Ｒ／Ｌｄ …（４２） ａrj＝ωr0（１−Ｌｑ／Ｌｄ）−ωc …（４３） ａsi＝ａri …（４４） ａsj＝ωr0（１−Ｌｑ／Ｌｄ） …（４５） ａdj＝１−Ｌｑ／Ｌｄ …（４６） ｃi＝１／Ｌｄ …（４７） である。

【００２９】また、 ε：任意の正数 Ｒ：同期機の一相分巻線抵抗 Ｌｄ：同期機のインダクタンスのｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｄ軸成分値 Ｌｑ：同期機のインダクタンスのｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｑ軸成分値 ωr0：同期機の推定回転角速度 ωc：制御座標軸回転角速度 Ｉr：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流 Ｉr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定電流 ΔＩr：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流偏差信
号 Γr：ｄ−ｑ軸（回転座標）上のフィードバック信号 Ｖr：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧 Ψr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定磁束の複
合ベクトル ψsr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定第一磁
束 ψxr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定第二磁
束 ψzr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定合成磁
束 ｉd：同期機の電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ軸成
分 ｉq：同期機の電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｑ軸成
分 ｉd0：同期機の推定電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ
軸成分 ｉq0：同期機の推定電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｑ
軸成分 Δｉd：同期機の電流偏差信号のｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｄ軸成分 Δｉq：同期機の電流偏差信号のｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｑ軸成分 γd：フィードバック信号のｄ−ｑ軸（回転座標）上の
ｄ軸成分 γq：フィードバック信号のｄ−ｑ軸（回転座標）上の
ｑ軸成分 ψsd0：同期機の推定第一磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｄ軸成分 ψsq0：同期機の推定第一磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｑ軸成分 ψxd0：同期機の推定第二磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｄ軸成分 ψxq0：同期機の推定第二磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｑ軸成分 ψzd0：同期機の推定合成磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｄ軸成分 ψzq0：同期機の推定合成磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
上のｑ軸成分 ｋP：速度演算における比例ゲイン ωPI：速度演算における比例積分ゲイン ｓ：微分演算子（ラプラス演算子） Ｔ：ベクトルまたは行列の転置 Ｐ：下記方程式（４８）の解 ＡsＰ＋ＰＡs^T−ＰＣ^TＲe^-1ＣＰ＋Ｑ＝０ …（４８） である。

【００３０】ゲイン演算器１３ａは、適応観測器１１ａ
から入力された推定回転角速度ωr0に基づいて（４９）
式を用いてフィードバックゲインＨを演算する。

【数６９】 制御座標軸回転角速度演算器１２ａは、推定回転角速度
ωr0、推定磁束の複合ベクトルΨｒ０および電流偏差信
号ΔＩrに基づいて（５０）式より制御座標軸回転角速
度ωcを演算する。

【００３１】 ωc＝ωr0−（１/ψxd0）｛ｈ_bj（ｉd0−ｉd）＋ｈ_bi（ｉq0−ｉq）｝ …（５０） 但し、（５０）式で用いられるｈbi，ｈbjはゲイン演算
器１３ａから取得し、また、推定第二磁束ψxr0のｄ−
ｑ軸（回転座標）上のｄ軸成分ψxd0は推定磁束の複合
ベクトルΨr0の要素の一つとして適応観測器１１ａから
得る。

【００３２】図２は適応観測器１１ａの内部構成を示す
ブロック図であり、図において、１１１ａは電流磁束演
算器、１１２ａは減算器、１１３ａは回転角速度同定
器、１１４ａはフィードバック信号演算器である。

【００３３】電流磁束演算器１１１ａは、速度制御手段
１００ａから得られたｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧指
令Ｖr^*と、制御座標軸回転角速度演算器１２ａから得ら
れた制御座標軸回転角速度ωcと、回転角速度同定器１
１３ａから得られた推定回転角速度ωr0と、フィードバ
ック信号演算器１１４ａから得られたｄ−ｑ軸（回転座
標）上のフィードバック信号Γｒに基づいて（５１），
（５２）式よりｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定電流Ｉr0
およびｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定磁束の複合ベクト
ルΨr0を演算する。 ｄ／ｄｔ（Ψr0）＝ＡrΨr0＋ＢＶｒ^*−Γr …（５１） Ｉr0＝ＣΨr0 …（５２）

【００３４】減算器１１２ａは、速度制御手段１００ａ
から得られたｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流Ｉr（ｉd、
ｉq）をｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定電流Ｉr0（ｉd
0、ｉq0）から減算しｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流偏
差信号ΔＩr（Δｉd、Δｉq）を得る。

【００３５】回転角速度同定器１１３ａは、ｄ−ｑ軸
（回転座標）上の電流偏差信号ΔＩrおよび推定磁束の
複合ベクトルΨr0に基づいて（５３）式より推定回転角
速度ωr0を演算する。

【数７０】 但し、（５３）式で用いられるｄ−ｑ軸（回転座標）上
の推定合成磁束ψzr0は、ｄ−ｑ軸（回転座標）上の推
定磁束の複合ベクトルΨr0を構成するｄ−ｑ軸（回転座
標）上の推定第一磁束ψsr0とｄ−ｑ軸（回転座標）上
の推定第二磁束ψxr0に基づいて上記（３２）式を用い
て取得する。

【００３６】フィードバック信号演算器１１４ａは、ｄ
−ｑ軸（回転座標）上の電流偏差信号ΔＩrに基づいて
上記（２７）式よりｄ−ｑ軸（回転座標）上のフィード
バック信号Γｒを演算する。但し、（２７）式で用いら
れるフィードバックゲインＨはゲイン演算器１３ａから
取得する。

【００３７】図１０に示した従来の制御装置の適応観測
器１１では、電圧指令と電流に基づいて推定回転角速度
ωr0を演算していたが、（１），（２）式のフィードバ
ックゲインＧおよび（４）式のフィードバックゲインＧ
eに与えるべきゲインの演算を実施してはおらず、例え
ば（２０）〜（２３）式に示すような一定値のゲインを
与えていた。

【００３８】この実施の形態１では、電圧指令と電流に
基づいて推定回転角速度ωr0を演算するという演算動作
に関しては等価であるが、適応観測器１１ａのフィード
バックゲインＨをゲイン演算器１３ａから適切に出力し
適応観測器１１ａに与えることによって、回転角速度演
算手段１０ａの推定回転角速度ωr0の演算精度や応答性
を向上させることができる。また、（５０）式に基づい
て制御座標軸回転角速度ωcの演算を行う制御座標軸回
転角速度演算器１２ａおよびその制御座標軸回転角速度
ωcを積分演算し制御座標軸位相角θcを得る積分器２１
を設けるようにしており、回転角速度や負荷トルクの急
峻な変動により推定回転角速度ωr0や推定位相角θr0に
偏差が生じるような運転状況においても、座標変換器１
０２ａで推定位相角θr0の代わりに制御座標軸位相角θ
cを用いることによって常に安定した制御を行うことが
可能である。

【００３９】従来の制御装置の４象限逆正接演算器２０
では（６）式に基づいて推定誘起電圧ｅs0のａ−ｂ軸
（固定座標）上の成分ｅa0，ｅb0を用いることにより推
定位相角θr0を演算していたが、上述した通り、４象限
逆正接演算器２０は、その演算過程を四則演算のみで構
成することができないのみならず、推定誘起電圧ｅs0の
ａ−ｂ軸（固定座標）上のａ軸成分ｅa0が零となる瞬間
は演算過程において零割が発生するため演算過程を分離
する必要があり、推定位相角θr0の演算過程が複雑なも
のとなっていた。また、運転状況によって生じる回転角
速度ωrと推定回転角速度ωr0との間の偏差により、推
定回転角速度ωr0の回転角速度指令ωr^*への応答性の劣
化や推定回転角速度ωr0の発散が生じ、その結果、同期
機１への電圧指令ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*に不安定現象や
誤作動が生じることがあった。

【００４０】このため、この実施の形態１では、適応観
測器１１ａに対し制御座標軸回転角速度演算器１２ａお
よびゲイン演算器１３ａを追加して、回転角速度演算手
段１０ａとして構成するとともに、４象限逆正接演算器
２０の代わりに制御座標軸回転角速度ωcを積分演算し
て制御座標軸位相角θcを得る積分器２１を設けること
により、制御座標軸位相角θcの演算過程を単一化し、
この単純化により演算量を減らすとともに、推定位相角
θr0の代わりに制御座標軸位相角θcを用いることによ
り、回転角速度ωrと推定回転角速度ωr0との間に偏差
が生じた場合でも安定、且つ高応答な動作を得ることが
できる。

【００４１】この実施の形態１の有効性を確認するため
に、回転角速度指令ωr^*として可変速指令を与えた場合
の回転角速度ωrと推定回転角速度ωr0、位相角θｒと
推定位相角θr0もしくは制御座標軸位相角θcとの偏差
信号Δθ、ｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流ｉd，ｉqの経
時変動を検証してみる。

【００４２】図３は回転角速度ωrと推定回転角速度ωr
0の経時変動を、図４は位相角偏差信号Δθの経時変動
を、図５はｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流ｉd，ｉqの経
時変動をそれぞれ示している。また図３（ａ）、図４
（ａ）、図５（ａ）は実施の形態１によるものであり、
図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）は従来の制御装置
によるものである。

【００４３】従来の制御装置を用いた場合は、位相角偏
差信号Δθが大きく変動していることに加えて、回転角
速度ωrと推定回転角速度ωr0およびｄ−ｑ軸（回転座
標）上の電流ｉd，ｉqが安定するまでに時間を要してい
る。実施の形態１による制御装置を用いた場合は、位相
角偏差信号Δθがきわめて小さく、回転角速度ωrと推
定回転角速度ωr0およびｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流
ｉd，ｉqは即時に安定している。

【００４４】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、回転角速度演算手段１０ａが運転状況に関わらず安
定且つ高応答に推定回転角速度ωr0を回転角速度ωrに
追従するように演算し、速度制御手段１００ａが推定回
転角速度ωr0を回転角速度指令ωr^*に追従するように安
定に制御するので、回転角速度ωrが回転角速度指令ωr
^*に追従するように、同期機１を安定且つ高応答に制御
することができる。回転角速度指令ωr^*として可変速指
令を与えた場合に、従来の制御装置においては位相角θ
ｒと推定位相角θr0との偏差が大きく生じたが、この実
施の形態１による制御装置では位相角θｒと制御座標軸
位相角θcとの偏差が極めて小さい。

【００４５】このような同期機の制御装置は、適応観測
器１１ａのフィードバックゲインをゲイン演算器１３ａ
から適切に出力し適応観測器１１ａに与えることによっ
て回転角速度演算手段１０ａの推定回転角速度ωr0の演
算精度や応答性を向上させ、速度制御手段１００ａにお
いて推定位相角θr0の代わりに制御座標軸位相角θcを
用い、さらには制御座標軸回転角速度演算器１２ａおよ
び積分器２１を設けることによって制御座標軸位相角θ
cの演算過程を単一化し、この単純化により演算量を減
らしているので、従来の制御装置よりも少ない演算量
で、運転状況を問わずに安定で、且つ高応答に同期機１
の推定回転角速度ωr0を回転角速度指令ωr^*に追従させ
ることができる。

【００４６】実施の形態２．つぎに、図６を用いてこの
発明の実施の形態２について説明する。上記実施の形態
１では、電圧指令演算器１０１ａにおいてｄ−ｑ軸（回
転座標）上の電圧指令ｖd^*，ｖq^*を求める演算の際に三
相電流ｉｕ，ｉｖには基づいていないので、同期機１の
回転角速度や負荷トルクが変動するなどして同期機１を
流れる三相電流にも変動が生じるような運転状況におい
ては、その三相電流ｉｕ，ｉｖの変動に対応してｄ−ｑ
軸（回転座標）上の電圧指令ｖd^*，ｖq^*を制御すること
ができず、同期機１の運転において安定性や高応答性に
限度が生じている。

【００４７】そこで、図６に示す実施の形態２によれ
ば、電圧指令演算器１０１ｂが三相電流ｉｕ，ｉｖにも
基づいてｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧指令ｖd^*，ｖq^*
を演算するようにしており、このため三相電流ｉｕ，ｉ
ｖの変動に対応してｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧指令
ｖd^*，ｖq^*を制御することができる。すなわち、同期機
１の推定回転角速度ωr0が回転角速度指令ωr^*により安
定で、且つ、より高応答に追従するように制御すること
が可能である。

【００４８】図６は実施の形態２による同期機の制御装
置を示すブロック構成図であり、図において、１００ｂ
は速度制御手段、１０１ｂは電圧指令演算器、１０２ｂ
は座標変換器である。

【００４９】速度制御手段１００ｂは電圧指令演算器１
０１ｂと座標変換器１０２ｂとから構成され、同期機１
の回転角速度指令ωr^*を入力し、回転角速度演算手段１
０ａから得られた同期機１の推定回転角速度ωr0が回転
角速度指令ωr^*に追従するように、その推定回転角速度
ωr0、積分器２１から得られた制御座標軸位相角θcお
よび電流検出手段２から得られた三相電流ｉｕ，ｉｖに
基づいて三相電圧指令ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*を出力す
る。電圧指令演算器１０１ｂは、ｄ−ｑ軸（回転座標）
上の電流ｉd，ｉq、推定回転角速度ωr0および回転角速
度指令ωr^*に基づいてｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧指
令ｖd^*，ｖq^*を演算して、出力する。なお、座標変換器
１０２ｂは実施の形態１の座標変換器１０２ａと同一の
ものであり、また、その他の構成についても、実施の形
態１と同一のものであるため、その説明を省略する。

【００５０】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、回転角速度演算手段１０ａが運転状況に関わらず安
定で、且つ高応答に推定回転角速度ωr0を回転角速度ω
rに追従するように演算し、速度制御手段１００ｂが三
相電流ｉｕ，ｉｖの変動に対応して推定回転角速度ωr0
を回転角速度指令ωr^*に追従するように安定に制御する
ので、回転角速度ωrが回転角速度指令ωr^*に追従する
ように、同期機１をより安定で、且つより高応答に制御
することができる。

【００５１】実施の形態３．つぎに、図７を用いてこの
発明の実施の形態３について説明する。上記実施の形態
１では、同期機１の推定回転角速度ωr0が回転角速度指
令ωr^*に追従するように制御していたが、図７の構成を
とることによって、同期機１が出力すべきトルク指令τ
^*をトルク制御手段１５０に入力し、同期機１の出力ト
ルクτがそのトルク指令τ^*に追従するように制御する
ことができる。

【００５２】図７はこの発明の形態３による同期機の制
御装置を示すブロック構成図であり、図において、１５
０はトルク制御手段、１５１は電圧指令演算器、１５２
は座標変換器である。

【００５３】トルク制御手段１５０は電圧指令演算器１
５１と座標変換器１５２とから構成され、同期機１が出
力すべきトルク指令τ^*を入力し、同期機１の出力トル
クτがそのトルク指令τ^*に追従するように回転角速度
演算手段１０ａから得られた推定回転角速度ωr0、積分
器２１から得られた制御座標軸位相角θcおよび電流検
出手段２から得られた三相電流ｉｕ，ｉｖに基づいて三
相電圧指令ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*を出力する。電圧指令
演算器１５１は、ｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流ｉd，
ｉq、推定回転角速度ωr0およびトルク指令τ^*に基づい
てｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧指令ｖd^*，ｖq^*を演算
して出力する。座標変換器１５２は、制御座標軸位相角
θcに基づいて、三相電流ｉｕ，ｉｖをｄ−ｑ軸（回転
座標）上の電流ｉd，ｉqに変換するとともに、ｄ−ｑ軸
（回転座標）上の電圧指令ｖd^*，ｖq^*を三相電圧指令ｖ
ｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*に変換して出力する。なお、その他
の構成については、実施の形態２と同一のものであるた
め、その説明を省略する。

【００５４】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、回転角速度演算手段１０ａが推定回転角速度ωr0を
回転角速度ωrに追従するように安定に演算し、トルク
制御手段１５０が同期機１の出力トルクτがそのトルク
指令τ^*に追従するように演算するので、同期機１を安
定で、且つ高応答に制御することができる。

【００５５】実施の形態４．つぎに、図８および図９を
用いてこの発明の実施の形態４について説明する。実施
の形態１〜３では、適応観測器１１ａを回転座標（ｄ−
ｑ軸）上で構成していたが、固定座標（ａ−ｂ軸）上で
構成してもその効果は同じである。図８は実施の形態４
による同期機の制御装置を示すブロック構成図であり、
図において、１は同期機、２は電流検出手段、３は電圧
印加手段、１０ｂは回転角速度演算手段、１１ｂは適応
観測器、１２ｂは制御座標軸回転角速度演算器、１３ｂ
はゲイン演算器、２１は積分器、１００ｃは速度制御手
段、１０１ｃは電圧指令演算器、１０２ｃは座標変換器
である。

【００５６】次に動作について説明する。回転角速度演
算手段１０ｂは、適応観測器１１ｂ、制御座標軸回転角
速度演算器１２ｂ、ゲイン演算器１３ｂとから構成さ
れ、積分器２１から得られた制御座標軸位相角θc、速
度制御手段１００ｃから得られた三相電圧指令ｖｕ^*，
ｖｖ^*および電流検出手段２から得られた三相電流ｉ
ｕ，ｉｖに基づいて、同期機１の推定回転角速度ωr0お
よび制御座標軸回転角速度ωcを演算する。

【００５７】適応観測器１１ｂは、制御座標軸位相角θ
c、三相電圧指令ｖｕ^*，ｖｖ^*および三相電流ｉｕ，ｉ
ｖに基づいて推定回転角速度ωr0、ｄ−ｑ軸（回転座
標）上の磁束の複合ベクトルΨｒの推定値Ψr0およびｄ
−ｑ軸（回転座標）上の電流Ｉrの推定値Ｉr0とｄ−ｑ
軸（回転座標）上の電流Ｉrとの偏差信号ΔＩrを演算す
る。制御座標軸回転角速度演算器１２ｂ、ゲイン演算器
１３ｂ、速度制御手段１００ｃ、電圧指令演算器１０１
と座標変換器１０２ｃによって構成される速度制御手段
１００ｃは、それぞれ、実施の形態１の制御座標軸回転
角速度演算器１２ａ、ゲイン演算器１３ａ、電圧指令演
算器１０１ａ、座標変換器１０２ａ、速度制御手段１０
０ａと同一の機能を果たすものであり、またその他の構
成についても、実施の形態１〜３のものと同一であるた
め、それらの説明を省略する。

【００５８】なお、速度制御手段１００ｃの代わりに図
６に示した速度制御手段１００ｂもしくは図７に示した
トルク制御手段１５０を用い、ｄ−ｑ軸（回転座標）上
の電圧指令ｖd^*，ｖq^*、ｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流
ｉd，ｉqの代わりに、それぞれ、三相電圧指令ｖｕ^*，
ｖｖ^*、三相電流ｉｕ，ｉｖを回転角速度演算手段１０
ｂに入力する形態をとってもよい。

【００５９】図９は図８の適応観測器１１ｂの内部構成
を示すブロック図であり、図において、１１１ｂは電流
磁束演算器、１１２ｂは減算器、１１３ｂは回転角速度
同定器、１１４ｂはフィードバック信号演算器、１１５
ｂは三相二相変換器、１１６ｂは軸変換器である。

【００６０】つぎに、電流磁束演算器１１１ｂ、減算器
１１２ｂ、回転角速度同定器１１３ｂ、フィードバック
信号演算器１１４ｂ、三相二相変換器１１５ｂ、軸変換
器１１６ｂの詳細について説明する前に、各構成要素１
１１ｂ〜１１６ｂで使用する式で用いる記号の意味につ
いて説明する。勿論、実施の形態１で使用した記号も用
いる。

【数７１】

【数７２】

【数７３】

【数７４】

【数７５】

【数７６】

【数７７】

【数７８】 とし、また、 Ｉs：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の電流 Ｉs0：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の推定電流 ΔＩs：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の電流偏差信
号 Γs：ａ−ｂ軸（固定座標）上のフィードバック信号 Ｖs：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の電圧 Ψs0：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の推定磁束の複
合ベクトル ψss0：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の推定第一磁
束 ψxs0：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の推定第二磁
束 ｉa：同期機の電流のａ−ｂ軸（固定座標）上のａ軸成
分 ｉb：同期機の電流のａ−ｂ軸（固定座標）上のｂ軸成
分 ｉa0：同期機の推定電流のａ−ｂ軸（固定座標）上のａ
軸成分 ｉb0：同期機の推定電流のａ−ｂ軸（固定座標）上のｂ
軸成分 Δｉa：同期機の電流偏差信号のａ−ｂ軸（固定座標）
上のａ軸成分 Δｉb：同期機の電流偏差信号のａ−ｂ軸（固定座標）
上のｂ軸成分 γa：フィードバック信号Γsのａ−ｂ軸（固定座標）上
のａ軸成分 γb：フィードバック信号Γsのａ−ｂ軸（固定座標）上
のｂ軸成分 ψsa0：同期機の推定第一磁束のａ−ｂ軸（固定座標）
上のａ軸成分 ψsb0：同期機の推定第一磁束のａ−ｂ軸（固定座標）
上のｂ軸成分 ψxa0：同期機の推定第二磁束のａ−ｂ軸（固定座標）
上のａ軸成分 ψxb0：同期機の推定第二磁束のａ−ｂ軸（固定座標）
上のｂ軸成分 である。

【００６１】電流磁束演算器１１１ｂは、三相二相変換
器１１５ｂから得られたａ−ｂ軸（固定座標）上の電圧
指令Ｖｓ^*（ｖa^*、ｖb^*）、回転角速度同定器１１３ｂ
から得られた推定回転角速度ωr0およびフィードバック
信号演算器１１４ｂから得られたａ−ｂ軸（固定座標）
上のフィードバック信号Γｓに基づいて（６２），（６
３）式よりａ−ｂ軸（固定座標）上の電流Ｉsの推定値
Ｉs0（ｉa0、ｉb0）およびａ−ｂ軸（固定座標）上の推
定磁束の複合ベクトルΨs0を演算する。 ｄ／ｄｔ（Ψs0）＝ＡsΨs0＋ＢＶs^*−Γs …（６２） Ｉs0＝ＣΨs0 …（６３）

【００６２】減算器１１２ｂは、三相二相変換器１１５
ｂから得られたａ−ｂ軸（固定座標）上の電流Ｉs（ｉ
a、ｉb）をａ−ｂ軸（固定座標）上の推定電流Ｉs0（ｉ
a0、ｉb0）から減算し、ａ−ｂ軸上の電流偏差信号ΔＩ
s（Δｉa、Δｉb）を得る。

【００６３】フィードバック信号演算器１１４ｂは、ａ
−ｂ軸（固定座標）上の電流偏差信号ΔＩs（Δｉa、Δ
ｉb）と、ゲイン演算器１３ｂからのフィードバックゲ
インＨとに基づいて上記（５７）式よりａ−ｂ軸（固定
座標）上のフィードバック信号Γｓを演算する。

【００６４】三相二相変換器１１５ｂは、三相電圧指令
ｖｕ^*，ｖｖ^*をａ−ｂ軸（固定座標）上の電圧指令ｖａ
^*，ｖｂ^*に変換するとともに三相電流ｉｕ，ｉｖをａ−
ｂ軸（固定座標）上の電流ｉa，ｉbに変換する。

【００６５】軸変換器１１６ｂは、積分器２１から得ら
れた制御座標軸位相角θcに基づいて、ａ−ｂ軸（固定
座標）上の電流偏差信号ΔＩsをｄ−ｑ軸（回転座標）
上の電流偏差信号ΔＩrに変換するとともに、ａ−ｂ軸
（固定座標）上の推定磁束の複合ベクトルΨs0をｄ−ｑ
軸（回転座標）上の推定磁束の複合ベクトルΨr0に変換
する。

【００６６】回転角速度同定器１１３ｂは、実施の形態
１の回転角速度同定器１１３ａと同様、ｄ−ｑ軸（回転
座標）上の電流偏差信号ΔＩrおよび推定磁束の複合ベ
クトルΨr0に基づいて前記（５３）式より推定回転角速
度ωr0を演算する。

【００６７】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、適応観測器１１ｂでの動作は、実施の形態１〜３の
適応観測器１１ａとは構成する座標軸が異なるだけであ
り、その本質は等価である。したがって、この実施の形
態４によれば、実施の形態１〜３と同様の効果を得るこ
とができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、回転角速度演算手段が安定かつ高応答に推定回転角
速度を演算し、速度制御手段において推定位相角の代わ
りに制御座標軸位相角を用いているので、推定回転角速
度を回転角速度指令に追従するように安定に制御でき、
この結果同期機を安定かつ高応答に制御することが可能
となる。

【００６９】つぎの発明によれば、速度制御手段は、制
御座標軸位相角に基づいて電流検出手段によって検出さ
れた電流を回転座標上の電流に変換するとともに回転座
標上の電圧指令を電圧印加手段に入力する上記電圧指令
に変換する座標変換器と、回転座標上の電流、推定回転
角速度および回転角速度指令に基づいて回転座標上の電
圧指令を演算して座標変換器および適応観測器に入力す
る電圧指令演算器とを備えることとしているので、速度
制御手段が推定回転角速度を回転角速度指令に追従する
ようにより安定に制御することができ、この結果、同期
機をより安定かつ高応答に制御することが可能となる。

【００７０】つぎの発明によれば、回転角速度演算手段
が安定かつ高応答に推定回転角速度を演算し、トルク制
御手段が同期機の出力トルクをトルク指令に追従するよ
うに安定に制御しているので、これにより同期機を安定
かつ高応答に制御することが可能となる。

【００７１】つぎの発明によれば、適応観測器から得ら
れた推定回転角速度に基づいて、その適応観測器内のフ
ィードバックゲインを演算するゲイン演算器を備えてい
るので、適応観測器のフィードバックゲインをゲイン演
算器から適切に出力して適応観測器に与えることがで
き、これにより回転角速度演算手段における推定回転角
速度の演算精度や応答性を向上させる効果がある。

【００７２】つぎの発明によれば、適応観測器のフィー
ドバックゲインＨをゲイン演算器から適切に出力し適応
観測器に与えることによって回転角速度演算手段におけ
る推定回転角速度の演算精度や応答性を向上させ、これ
により回転角速度演算手段が安定かつ高応答に推定回転
角速度を演算するとともに、速度制御手段においては、
推定位相角の代わりに制御座標軸位相角ωcを用いてい
るため、推定回転角速度を回転角速度指令に追従するよ
うに安定に制御するのみならず位相角演算の演算量も減
少させることができ、この結果より少ない演算量で同期
機を安定かつ高応答に制御することが可能となる。

【００７３】つぎの発明によれば、適応観測器を固定座
標上で構成しており、これにより、先の発明と同様の効
果を得ることが可能となる。すなわち、適応観測器のフ
ィードバックゲインＨをゲイン演算器から適切に出力し
適応観測器に与えることによって回転角速度演算手段に
おける推定回転角速度の演算精度や応答性を向上させ、
これにより回転角速度演算手段が安定かつ高応答に推定
回転角速度を演算するとともに、速度制御手段において
は、推定位相角の代わりに制御座標軸位相角ωcを用い
ているため、推定回転角速度を回転角速度指令に追従す
るように安定に制御するのみならず位相角演算の演算量
も減少させることができ、この結果より少ない演算量で
同期機を安定かつ高応答に制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による同期機の制御
装置を示すブロック構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１〜３による同期機の
制御装置の適応観測器を示すブロック構成図である。

【図３】 回転角速度指令として可変速指令を与えた場
合の、実施の形態１および従来の制御装置における回転
角速度および推定回転角速度の経時変動を示すグラフで
ある。

【図４】 回転角速度指令として可変速指令を与えた場
合の、実施の形態１および従来の制御装置における位相
角と推定位相角もしくは制御座標軸位相角の偏差信号の
経時変動を示すグラフである。

【図５】 回転角速度指令として可変速指令を与えた場
合の、実施の形態１および従来の制御装置におけるｄ−
ｑ軸（回転座標）上の電流ｉd，ｉqの経時変動を示すグ
ラフである。

【図６】 この発明の実施の形態２による同期機の制御
装置を示すブロック構成図である。

【図７】 この発明の実施の形態３による同期機の制御
装置を示すブロック構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態４による同期機の制御
装置を示すブロック構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態４による同期機の制御
装置の適応観測器を示すブロック構成図である。

【図１０】 従来の同期機の制御装置を示すブロック構
成図である。

【符号の説明】

１ 同期機、２ 電流検出手段、３ 電圧印加手段、１
０ａ，１０ｂ 回転角速度演算手段、１１，１１ａ，１
１ｂ 適応観測器、１２ａ，１２ｂ 制御座標軸回転角
速度演算器、１３ａ，１３ｂ ゲイン演算器、２０ ４
象限逆正接演算器、２１ 積分器、１００，１００ａ，
１００ｂ，１００ｃ 速度制御手段、１０１，１０１
ａ，１０１ｂ，１０１ｃ 電圧指令演算器、１０２，１
０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ 座標変換器、１１１ａ，
１１１ｂ 電流磁束演算器、１１２ａ，１１２ｂ 減算
器、１１３ａ，１１３ｂ 回転角速度同定器、１１４
ａ，１１４ｂ フィードバック信号演算器、１１５ｂ
三相二相変換器、１１６ｂ 軸変換器、１５０ トルク
制御手段、１５１ 電圧指令演算器、１５２ 座標変換
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H550 BB08 BB10 DD08 DD09 GG03 GG05 HB08 JJ04 JJ22 JJ25 LL14 LL20 LL22 LL35 5H560 BB04 BB18 DA12 DB12 DB20 DC12 DC14 EB01 EC01 RR10 XA02 XA04 XA13 5H576 BB06 DD09 EE01 GG02 GG04 HB01 JJ04 JJ06 JJ22 LL14 LL22 LL34 LL41

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同期機と、 同期機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手
   段と、 上記同期機に印加すべき電圧指令に基づいて同期機に電
   圧を供給する電圧印加手段と、 上記電圧指令と前記電流検出手段によって検出された電
   流に基づいて上記同期機の推定回転角速度および制御座
   標軸回転角速度を演算する回転角速度演算手段と、 上記制御座標軸回転角速度を積分して制御座標軸位相角
   を演算する積分器と、 同期機の回転角速度指令に上記推定回転角速度が追従す
   るように、推定回転角速度、前記電流検出手段によって
   検出された電流、および前記積分器からの制御座標軸位
   相角に基づいて上記電圧印加手段に入力する電圧指令を
   制御する速度制御手段とを備え、 上記回転角速度演算手段は、 上記電流検出手段によって検出された電流および速度制
   御手段からの電圧指令に基づいて上記同期機の推定磁
   束、推定電流と上記電流検出手段によって検出された電
   流との電流偏差信号、および上記推定回転角速度を演算
   する適応観測器と、 上記適応観測器内のフィードバックゲインを演算出力す
   るゲイン演算器と、 上記電流偏差信号、上記適応観測器から得られた推定磁
   束、上記フィードバックゲインおよび推定回転角速度に
   基づいて上記制御座標軸回転角速度を演算する制御座標
   軸回転角速度演算器と、 を備えることを特徴とする同期機の制御装置。
2. 【請求項２】 上記速度制御手段は、 上記制御座標軸位相角に基づいて電流検出手段によって
   検出された電流を回転座標上の電流に変換するとともに
   回転座標上の電圧指令を前記電圧印加手段に入力する上
   記電圧指令に変換する座標変換器と、 上記回転座標上の電流、推定回転角速度および回転角速
   度指令に基づいて上記回転座標上の電圧指令を演算して
   前記座標変換器および適応観測器に入力する電圧指令演
   算器と、 を備えることを特徴とする請求項１に記載の同期機の制
   御装置。
3. 【請求項３】 同期機と、 同期機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手
   段と、 上記同期機に印加すべき電圧指令に基づいて同期機に電
   圧を供給する電圧印加手段と、 上記電圧指令と前記電流検出手段によって検出された電
   流に基づいて上記同期機の推定回転角速度および制御座
   標軸回転角速度を演算する回転角速度演算手段と、 上記制御座標軸回転角速度を積分して制御座標軸位相角
   を演算する積分器と、 同期機のトルク指令に同期機の出力トルクが追従するよ
   うに、推定回転角速度、前記電流検出手段によって検出
   された電流、および前記積分器からの制御座標軸位相角
   に基づいて上記電圧印加手段に入力する電圧指令を制御
   するトルク制御手段とを備え、 上記回転角速度演算手段は、 上記電流検出手段によって検出された電流および速度制
   御手段からの電圧指令に基づいて上記同期機の推定磁
   束、推定電流と上記電流検出手段によって検出された電
   流との電流偏差信号、および上記推定回転角速度を演算
   する適応観測器と、 上記適応観測器内のフィードバックゲインを演算出力す
   るゲイン演算器と、上記電流偏差信号、上記適応観測器
   から得られた推定磁束、上記フィードバックゲインおよ
   び推定回転角速度に基づいて上記制御座標軸回転角速度
   を演算する制御座標軸回転角速度演算器と、 を備えることを特徴とする同期機の制御装置。
4. 【請求項４】 上記ゲイン演算器は、上記適応観測器か
   ら得られた推定回転角速度に基づいて、適応観測器内の
   フィードバックゲインを演算することを特徴とする請求
   項１〜３のいずれか一つに記載の同期機の制御装置。
5. 【請求項５】 適応観測器は、 ｄ／ｄｔ（Ψr0）＝ＡrΨr0＋ＢＶｒ^*−Γr Ｉr0＝ＣΨr0 【数１】 に従った演算を行うことで、推定磁束の回転座標上の複
   合ベクトルΨr0、回転座標上の推定電流Ｉr0、推定回転
   角速度ωr0を求め、 ゲイン演算器はフィードバックゲインＨを 【数２】 によって求め、 制御座標軸回転角速度演算器は、 ωc＝ωr0−（１/ψxd0）｛ｈ_bj（ｉd0−ｉd）＋ｈ
   _bi（ｉq0−ｉq）｝ に従って演算を行うことで制御座標軸回転角速度ωcを
   求めることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか
   一つに記載の同期機の制御装置。但し、 【数３】 【数４】 【数５】 【数６】 【数７】 【数８】 【数９】 【数１０】 【数１１】 【数１２】 【数１３】 【数１４】 【数１５】 【数１６】 【数１７】 【数１８】 Ｑ＝Ａd^T・Ａd Ｒe＝εＩ ａri＝−Ｒ／Ｌｄ ａrj＝ωr0（１−Ｌｑ／Ｌｄ）−ωc ａsi＝ａri ａsj＝ωr0（１−Ｌｑ／Ｌｄ） ａdj＝１−Ｌｑ／Ｌｄ ｃi＝１／Ｌｄ であり、また、 ε：任意の正数 Ｒ：同期機の一相分巻線抵抗 Ｌｄ：同期機のインダクタンスのｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｄ軸成分値 Ｌｑ：同期機のインダクタンスのｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｑ軸成分値 ωr0：同期機の推定回転角速度 ωc：制御座標軸回転角速度 Ｉr：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流 Ｉr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定電流 ΔＩr：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流偏差信
   号 Γr：ｄ−ｑ軸（回転座標）上のフィードバック信号 Ｖr：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧 Ψr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定磁束の複
   合ベクトル ψsr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定第一磁
   束 ψxr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定第二磁
   束 ψzr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定合成磁
   束 ｉd：同期機の電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ軸成
   分 ｉq：同期機の電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｑ軸成
   分 ｉd0：同期機の推定電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ
   軸成分 ｉq0：同期機の推定電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｑ
   軸成分 Δｉd：同期機の電流偏差信号のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｄ軸成分 Δｉq：同期機の電流偏差信号のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｑ軸成分 γd：フィードバック信号のｄ−ｑ軸（回転座標）上の
   ｄ軸成分 γq：フィードバック信号のｄ−ｑ軸（回転座標）上の
   ｑ軸成分 ψsd0：同期機の推定第一磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｄ軸成分 ψsq0：同期機の推定第一磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｑ軸成分 ψxd0：同期機の推定第二磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｄ軸成分 ψxq0：同期機の推定第二磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｑ軸成分 ψzd0：同期機の推定合成磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｄ軸成分 ψzq0：同期機の推定合成磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｑ軸成分 ｋP：速度演算における比例ゲイン ωPI：速度演算における比例積分ゲイン ｓ：微分演算子（ラプラス演算子） Ｔ：ベクトルまたは行列の転置 Ｐ：方程式ＡsＰ＋ＰＡs^T−ＰＣ^TＲe^-1ＣＰ＋Ｑ＝０の
   解 とする。
6. 【請求項６】 適応観測器は ｄ／ｄｔ（Ψs0）＝ＡsΨs0＋ＢＶs^*−Γs Ｉs0＝ＣΨs0 【数１９】 に従って演算を行うことで、推定磁束の固定座標上の複
   合ベクトルΨs0、固定座標上の推定電流Ｉs0、推定回転
   角速度ωr0を求め、つぎに、固定座標上の電流Ｉsを固
   定座標上の推定電流Ｉs0から減算して、固定座標上の電
   流偏差信号ΔＩsを求め、さらに積分器から得られた制
   御座標軸位相角θcに基づいて電流偏差信号ΔＩsを回転
   座標上の電流偏差信号ΔＩrに変換するとともに、固定
   座標上の推定磁束の複合ベクトルΨs0を回転座標上の推
   定磁束の複合ベクトルΨr0に変換し、 ゲイン演算器はフィードバックゲインＨを 【数２０】 によって求め、 制御座標軸回転角速度演算器は、 ωc＝ωr0−（１/ψxd0）｛ｈ_bj（ｉd0−ｉd）＋ｈ
   _bi（ｉq0−ｉq）｝ に従って演算を行うことで制御座標軸回転角速度ωcを
   求めることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか
   一つに記載の同期機の制御装置。但し、 【数２１】 【数２２】 【数２３】 【数２４】 【数２５】 【数２６】 【数２７】 【数２８】 【数２９】 【数３０】 【数３１】 【数３２】 【数３３】 【数３４】 【数３５】 【数３６】 【数３７】 【数３８】 【数３９】 【数４０】 【数４１】 【数４２】 【数４３】 【数４４】 Ｑ＝Ａd^T・Ａd Ｒe＝εＩ ａri＝−Ｒ／Ｌｄ ａrj＝ωr0（１−Ｌｑ／Ｌｄ）−ωc ａsi＝ａri ａsj＝ωr0（１−Ｌｑ／Ｌｄ） ａdj＝１−Ｌｑ／Ｌｄ ｃi＝１／Ｌｄ であり、また、 ε：任意の正数 Ｒ：同期機の一相分巻線抵抗 Ｌｄ：同期機のインダクタンスのｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｄ軸成分値 Ｌｑ：同期機のインダクタンスのｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｑ軸成分値 ωr0：同期機の推定回転角速度 ωc：制御座標軸回転角速度 Ｉr：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流 Ｉr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定電流 ΔＩr：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の電流偏差信
   号 Γr：ｄ−ｑ軸（回転座標）上のフィードバック信号 Ｖr：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の電圧 Ψr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定磁束の複
   合ベクトル ψsr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定第一磁
   束 ψxr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定第二磁
   束 ψzr0：同期機のｄ−ｑ軸（回転座標）上の推定合成磁
   束 ｉd：同期機の電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ軸成
   分 ｉq：同期機の電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｑ軸成
   分 ｉd0：同期機の推定電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ
   軸成分 ｉq0：同期機の推定電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｑ
   軸成分 Δｉd：同期機の電流偏差信号のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｄ軸成分 Δｉq：同期機の電流偏差信号のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｑ軸成分 γd：フィードバック信号のｄ−ｑ軸（回転座標）上の
   ｄ軸成分 γq：フィードバック信号のｄ−ｑ軸（回転座標）上の
   ｑ軸成分 ψsd0：同期機の推定第一磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｄ軸成分 ψsq0：同期機の推定第一磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｑ軸成分 ψxd0：同期機の推定第二磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｄ軸成分 ψxq0：同期機の推定第二磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｑ軸成分 ψzd0：同期機の推定合成磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｄ軸成分 ψzq0：同期機の推定合成磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）
   上のｑ軸成分 ｋP：速度演算における比例ゲイン ωPI：速度演算における比例積分ゲイン ｓ：微分演算子（ラプラス演算子） Ｔ：ベクトルまたは行列の転置 Ｐ：方程式ＡsＰ＋ＰＡs^T−ＰＣ^TＲe^-1ＣＰ＋Ｑ＝０の
   解 Ｉs：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の電流 Ｉs0：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の推定電流 ΔＩs：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の電流偏差信
   号 Γs：ａ−ｂ軸（固定座標）上のフィードバック信号 Ｖs：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の電圧 Ψs0：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の推定磁束の複
   合ベクトル ψss0：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の推定第一磁
   束 ψxs0：同期機のａ−ｂ軸（固定座標）上の推定第二磁
   束 ｉa：同期機の電流のａ−ｂ軸（固定座標）上のａ軸成
   分 ｉb：同期機の電流のａ−ｂ軸（固定座標）上のｂ軸成
   分 ｉa0：同期機の推定電流のａ−ｂ軸（固定座標）上のａ
   軸成分 ｉb0：同期機の推定電流のａ−ｂ軸（固定座標）上のｂ
   軸成分 Δｉa：同期機の電流偏差信号のａ−ｂ軸（固定座標）
   上のａ軸成分 Δｉb：同期機の電流偏差信号のａ−ｂ軸（固定座標）
   上のｂ軸成分 γa：フィードバック信号のａ−ｂ軸（固定座標）上の
   ａ軸成分 γb：フィードバック信号のａ−ｂ軸（固定座標）上の
   ｂ軸成分 ψsa0：同期機の推定第一磁束のａ−ｂ軸（固定座標）
   上のａ軸成分 ψsb0：同期機の推定第一磁束のａ−ｂ軸（固定座標）
   上のｂ軸成分 ψxa0：同期機の推定第二磁束のａ−ｂ軸（固定座標）
   上のａ軸成分 ψxb0：同期機の推定第二磁束のａ−ｂ軸（固定座標）
   上のｂ軸成分 とする。