JP2013514049A - Ｐｍｓｍの制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、永久磁石同期機、「ＰＭＳＭ」を制御するための装置に関し、これは
−回転子位置の測定値θ_ｍを抽出するためのセンサと、
−回転子位置および定義済みパラメータに応じてＰＭＳＭの動作点を制御するための制御手段と、
−回転子に関わる推定されたパーク座標系δ−γにおける回転子位置の推定値

を決定するための推定手段（２３）であって、前記推定手段（２３）は、前記推定された回転子位置

に前記測定された回転子位置θ_ｍを追跡させるための調整手段（６１）を含む、推定手段（２３）と、
−前記センサの故障を検出するための故障検出器と、
−故障検出器が前記センサのいかなる故障も示していない間に制御手段が回転子の測定位置θ_ｍを受信するために、制御手段をセンサに接続するように、あるいは故障検出器が前記センサの故障を示しているときに制御手段が回転子の推定位置

を受信するために、制御手段を推定手段に接続するように構成されている、スイッチと、を含む。

Description

本発明は、永久磁石同期機（ＰＭＳＭ）の制御の分野に関する。

永久磁石同期機（ＰＭＳＭ）は、固定子および回転子を含む。一般的に、固定子は星形に接続された巻線を含み、回転子は永久磁石を含む。

ＰＭＳＭは、電流のリップル因子および機械のトルクを低下させることが可能なインバータによって、常に電力供給されている。

ＰＭＳＭは、高いトルクおよび非常に低い慣性を有する。加えて、これは比較的低いインダクタンスを有し、これが電流およびひいてはトルクの高速応答をもたらす。

したがって、高出力および高性能アクチュエータのモータ、とりわけ航空機搭載システムにＰＭＳＭを使用することは、非常に有利である。

図５は、制御装置１０１、インバータ１１１、およびＰＭＳＭ１０３を含むシステムを図式的に示している。

インバータ１１１は、直流電圧を用いてＰＭＳＭ１０３に電力供給する。これは、制御装置１０１によって調整可能な振幅および周波数電圧がＰＭＳＭ１０３の端子に印加されることを可能にする。

制御装置１０１は、電気的帰還データ１０６、とりわけ回転子の位置θの正確な指示を用いて、インバータ１１１の電圧をベクトル的に制御するように構成されている。この情報は、機械のシャフト上に位置する位置または速度センサから常に生じる。

しかしながら、センサレスＰＭＳＭ制御装置もある（たとえば、「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗｓ ｏｆ ＰＭＳＭｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｆ」と題される、Ｂａｂａｋ Ｎａｈｉｄ−Ｍｏｂａｒａｋｅｈらによる文献、Ｒｅｖｕｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ Ｇｅｎｉｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｑｕｅ ［Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｖｉｅｗ］，Ａｒｔｉｃｌｅ Ｖｏｌ６／５−６−２００３−ｐｐ５４７−５７７ −ｄｏｉ：１０．３１６６／ｒｉｇｅ．６．５４５−５７７を参照されたい）。

センサレス制御のための装置に関する記述は本質的に上記のＢａｂａｋ Ｎａｈｉｄ−Ｍｏｂａｒａｋｅｈらによる文献から引用されることは、留意されたい。

一般的に、固定子に関わる静止座標系におけるＰＭＳＭの電気式は：

によって記述され、ここでν_ａ、ν_ｂ、ν_ｃは固定子相の電圧、Ｒは固定子相の抵抗、ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃは固定子相の電流、およびψ_ａ、ψ_ｂ、ψ_ｃは固定子巻線を通る磁束である。

ＰＭＳＭは、回転子に関わる回転座標系において非常に単純にモデリングされることも可能である。

図６は、直軸Ｏｄおよび横軸Ｏｑを含む、回転子に関わる回転座標系ｄ−ｑ（パーク座標系と称される）を示す。直軸Ｏｄは、固定子に関わる静止軸Ｏαに対して角度θを形成する。より具体的には、角度θは、その励起軸Ｏｄによって識別される回転子位置を指定する。

コンコルディア変換Ｔ_３２およびパーク変換を上記の連立方程式に適用することにより、パーク座標系ｄ−ｑにおける電気式が、以下のように表されることが可能である：

ここで、ν_ｄ、ν_ｑおよびｉ_ｄ、ｉ_ｑは直軸および横軸電圧および電流成分、Ｌは固定子インダクタンス、Ωは回転子の回転速度（すなわち座標系ｄ−ｑの角速度）、ｐは回転子の永久磁石の極の対の数、およびｅ_ｄ、ｅ_ｑは、以下の関係によって定義される座標系ｄ−ｑにおける「ｅｍｆ」起電力成分である：
ｅ_ｄ＝０
ｅ_ｑ＝ｐΩψ_ｆ
ここでψ_ｆは、直流等価回路を通る磁石の磁束である。

回転子の位置θおよび角速度Ωが測定されないと仮定すると、座標系ｄ−ｑは位置特定されることが不可能であり、この座標系における電気の大きさの成分は未知である。

通常、この問題を解決するために、回転している推定座標系δ−γが定義され、その位置

および速度Ω_ｃは既知である。推定座標系δ−γの軸Ｏδは、静止軸Ｏαに対する角度

および軸Ｏｄに対する角度φを形成する。角度φは、軸ＯδとＯｄとの間のずれを示す。

するとセンサレスベクトル制御の問題は、

とθとの間の位置の差φが相殺されるように、角速度Ω_ｃを決定することからなる。

すると推定座標系δ−γにおけるＰＭＳＭの電気式は、以下のように記述されることが可能である：

ここで、ν_δ、ν_γおよびｉ_δ、ｉ_γは座標系δ−γにおける電圧および電流成分、Ω_ｃは座標系δ−γの角速度、およびｅ_δ、ｅ_γは、以下の関係によって定義される座標系δ−γにおけるｅｍｆの成分である：
ｅ_δ＝ｐψ_ｆΩｓｉｎφ
ｅ_γ＝ｐΩψ_ｆｃｏｓφ

一般的に、センサレスＰＭＳＭを制御するために、ｅｍｆの成分ｅ_δ、ｅ_γは、回転している推定座標系δ−γにおいて推定される。座標系δ−γが回転子に関わる回転座標系ｄ−ｑと一致する場合、回転している推定座標系におけるｅｍｆの直流成分はゼロになる。これは、回転子に関わる座標系ｄ−ｑと同期できるようにするため、回転している推定座標系δ−γの位置

および速度Ω_ｃが修正され得るようにする、基準を与える。この後、回転子の位置および速度は、推定座標系δ−γの位置および速度から直接推測されることが可能である。

センサレスベクトル制御の問題は次に、φがいつもゼロに維持され、電流ｉ_δ、ｉ_γの成分が基準トルクΓ_ｒｅｆによって決定されるその基準値ｉ_δｒｅｆ、ｉ_γｒｅｆに維持されることを保証する、座標系δ−γにおける角速度Ω_ｃおよび固定子電圧の成分ν_δ、ν_γを決定する制御法則を決めることによって、集約されることが可能である。

図７は、センサレス制御装置を図式的に示す。

この制御装置は、トルク−電流コンバータ１３７、ベクトル制御手段１１９、および座標系δ−γにおけるインバータ−ＭＳＡＦアセンブリ１１４のモデルを含む。

コンバータ１３７は、基準トルク（または設定トルク）Γ_ｒｅｆの値を座標系δ−γにおける対応する基準電流ｉ_δｒｅｆ、ｉ_γｒｅｆに変換することによって、トルクから電流への遷移を実現する。

ベクトル制御手段１１９は、φが常時ゼロに維持されることを保証しながら（φ_ｒｅｆ＝０）、インバータ−ＭＳＡＦアセンブリ１１４を制御するための制御法則を決定する。この制御法則は、逆電流の測定から得られる電流の成分ｉ_δ、ｉ_γ、および基準電流の成分ｉ_δｒｅｆ、ｉ_γｒｅｆに応じて、角速度Ω_ｃ、および座標系δ−γにおける固定子電圧の成分ν_δ、ν_γを定義する。

センサレス制御装置は、検出要素が１つ少ないので、特に堅牢である。このためセンサレス制御装置は製造しやすく、センサを備える制御装置よりも長い寿命を有することができる。

しかしながら、位置センサは通常非常に精密であり、結果的に位置センサを用いる制御装置は、センサレス制御装置よりも高い精度で、ＭＳＡＦに電力供給するインバータの電圧を調節することができる。

「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗｓ ｏｆ ＰＭＳＭｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｆ」と題される、Ｂａｂａｋ Ｎａｈｉｄ−Ｍｏｂａｒａｋｅｈらによる文献、Ｒｅｖｕｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ Ｇｅｎｉｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｑｕｅ ［Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｖｉｅｗ］，Ａｒｔｉｃｌｅ Ｖｏｌ６／５−６−２００３−ｐｐ５４７−５７７ −ｄｏｉ：１０．３１６６／ｒｉｇｅ．６．５４５−５７７

本発明の目的は結果的に、最適な信頼性を有するＭＳＡＦを制御するための、極めて安全な装置を提供することであり、これは航空機業界における主要な関心事である。

本発明は、固定子および回転子を含み、インバータによって電力供給される、永久磁石同期機、「ＰＭＳＭ」を制御するための装置に関し、制御装置は、
−回転子位置の測定値θ_ｍを抽出するためのセンサと、
−回転子位置および定義済みパラメータに応じてＰＭＳＭの動作点を制御するための制御手段と、
−回転子に関わる推定されたパーク座標系δ−γにおける回転子位置の推定値

を決定するための推定手段であって、前記推定手段は、前記推定された回転子位置

に前記測定された回転子位置θ_ｍを追跡させるための調整手段を含む、推定手段と、
−前記センサの故障を検出するための故障検出器と、
−故障検出器が前記センサのいかなる故障も示していない間に制御手段が回転子の測定位置θ_ｍを受信するために、制御手段をセンサに接続するように、あるいは故障検出器が前記センサの故障を示しているときに制御手段が回転子の推定位置

を受信するために、制御手段を推定手段に接続するように構成されている、スイッチと、を含む。

これは、センサの故障時に機械が問題なく動作することを保証することによって、劣化モードにおけるＰＭＳＭの利用可能性を向上させることを可能にする。この装置は、センサによって抽出された測定値を用いるＰＭＳＭの制御を好み、センサの異常が検出された場合にのみセンサレス制御を切り替え、その一方でセンサを用いる制御がセンサレス制御に切り替わるときに２つの位置の間の実質的な差を回避できるようにすることは、留意されたい。

有利なことに、推定手段は：
−固定子電流の測定値から得られた電流成分ｉ_δ、ｉ_γ、インバータの基準電圧に対応する固定子電圧の成分ν_δ、ν_γ、および回転子の回転速度Ω_ｃを含む、前記パーク座標系において定義された規模に応じて、推定されたパーク座標系δ−γにおける起電力「ｅｍｆ」の成分

を推定するための、起電力推定器と、
−ＰＭＳＭの動作設定点と等しい漸近的に安定した平衡の単一点を含む大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって回転速度Ω_ｃを決定するために、起電力推定器から得られたｅｍｆの前記推定成分

を用い、ならびに非線形補正器を用いる、速度推定器と、
−回転子位置の前記推定値

を計算するために、速度推定器から得られた回転速度Ω_ｃを用いる積分器と、を含む。

このため本発明による制御装置は、固定子に対する回転子位置がどうであれ、単一の望ましい動作点への収束を制限する大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって、センサの故障時に、ＰＭＳＭが制御されることを可能にする。

本発明の一実施形態によれば、前記速度推定器は、以下の式

によって、軸γに関わるｅｍｆの推定成分

および回転子の永久磁石の特性に応じた所定の物理的パラメータＫ_ｆにしたがって、回転速度の以前の推定値

を判定するように構成された第一推定器を含み、
そして、非線形補正器は、以下の式

によって、回転速度の前記推定値

を補正する項を導入することによって、回転速度を調整するように構成され、
ここでｂは所定の動作設定、

は回転速度の前記推定値

の符号、

は軸δに関わるｅｍｆ、そしてＫは、軸δに関わるｅｍｆである

の符号に、ならびに以下の式および条件

ここで０＜ξ＜１および

によって定義済みの係数ζに依存する、非線形因子である。

このため、非線形補正器は、軸δに関わる起電力ｅ_δを常時ゼロに維持することによって、および全ての望ましくない動作点を不安定にすることによって、回転子の実際の座標系に近づくことを可能にする。これは、回転速度の反転を可能にしながら、望ましい動作点に向かう迅速な収束を引き起こす。

前記調整手段は、測定された回転子位置θ_ｍと推定された回転子位置

との間でＰＩを実行するように構成されている。

調整手段は、前記センサの故障が検出されたときに調整手段を抑制するための抑制手段を、有利に含むことができる。

故障が検出された場合、測定された回転子位置θ_ｍはおそらく誤っているので、調整手段によってなされる補正は有利に抑制される。

有利なことに、前記推定手段は、センサの故障の検出の前に、最終回転子位置推定値

を用いて、推定された回転子位置

を再初期化するための、初期化手段を含む。

これは、センサを用いる制御がセンサレス制御に切り替えられるときに、過渡振動を防止し、トルク値を一定に保つことを可能にする。

本発明はまた、上記の特性を有する制御装置を含む永久磁石同期機ＰＭＳＭも、包含する。

本発明はまた、上記の特性を有するＰＭＳＭを含む航空機のアクチュエータも、包含する。

本発明はまた、固定子および回転子を含み、インバータによって電力供給される、永久磁石同期機、「ＰＭＳＭ」を制御するための方法にも関し、制御方法は：
−センサによって、回転子の位置θ_ｍを測定するステップと、
−回転子位置および定義済みパラメータに応じてＰＭＳＭの動作点を確認するステップと、
−回転子に関わる推定されたパーク座標系δ−γにおける回転子位置の推定値

を決定するステップと、
−前記推定された回転子位置

に前記測定された回転子位置θ_ｍを追跡させるステップと、
−前記センサの故障を検出するステップと、
−センサが故障していない間に測定された回転子位置θ_ｍにしたがってＰＭＳＭの動作点を確認し、あるいはセンサが故障している間に推定された回転子位置

に応じてＰＭＳＭの動作点を確認するステップと、を含む。

制御方法はまた：
−固定子電流の測定値から得られた電流の成分ｉ_δ、ｉ_γ、インバータの基準電圧に対応する固定子電圧の成分ν_δ、ν_γ、および回転子の回転速度Ω_ｃを含む前記パーク座標系において定義された規模に応じて、推定されたパーク座標系δ−γにおける起電力「ｅｍｆ」の成分

を推定するステップと、
−ｅｍｆの前記推定成分

に応じて回転速度Ω_ｃを推定し、ＰＭＳＭの動作設定点と等しい、漸近的に安定した平衡の単一点を含む大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって、非線形補正器を使用するステップと、
−回転速度Ω_ｃに応じて前記推定された回転子位置

を計算するステップと、を含む。

制御方法はまた：
−以下の式

によって、軸γに関わるｅｍｆの推定成分

および回転子の永久磁石の特性に応じた所定の物理的パラメータＫ_ｆに応じて、回転速度の以前の推定値

を判定するステップと、
−以下の式

によって、回転速度の前記推定値

に補正項を導入することによって回転速度を調節するステップと、を含み、

ここでｂは所定の動作設定、

は回転速度の前記推定値

の符号、

は軸δに関わるｅｍｆ、そしてＫは、軸δに関わるｅｍｆである

の符号に、ならびに以下の式および条件

ここで０＜ξ＜０および

によって定義済みの係数ζに依存する、非線形因子である。

本発明はまた、上記制御方法の実行のための命令を含むコンピュータプログラムも包含する。

本発明のその他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照してなされる本発明の好適な実施形態を読むことで、明らかになるだろう。

本発明による永久磁石同期機「ＰＭＳＭ」を示す線図である。 図１の制御装置の実施形態を示す線図である。 図２に示される速度推定器の実施形態を示す線図である。 図１に示される調整手段の特定の実施形態を示す線図である。 図２に示される調整手段の特定の実施形態を示す線図である。 先行技術による、ＰＭＳＭを制御する装置の線図である。 ＰＭＳＭの回転子に関わるパーク座標系を示す図である。 先行技術による、センサレスＰＭＳＭを制御する装置を示す線図である。

図１は、本発明による、永久磁石同期機または「ＰＭＳＭ」３を制御するための装置１を図式的に示す。

ＰＭＳＭ機械３は通常、別電源を有する星形に接続された固定子巻線５、および（そのうちの１対がここに示される、ｐ＝１）ｐ対の極を備える対称構成の永久磁石９を備える回転子７を含む。

ＰＭＳＭ３は、固定子巻線５の端子に電圧ν_ａ、ν_ｂ、ν_ｃを印加するインバータ１１によって、電力供給される。三相モデルによるインバータ−ＰＭＳＭアセンブリは、簡素化された形態で、ブロック１３によって表される。

制御装置１は、位置センサ１５、電気的測定手段１７、および制御手段１９を含む。

位置センサ１５は、回転子位置７測定値θ_ｍを正確に抽出するためにＰＭＳＭ３に実装されたリゾルバ（たとえば、ホール効果センサ、またはその他のタイプのリゾルバ）である。位置は、当然ながら、その位置の代わりに回転子の回転速度を測定することによって、間接的に判断されることも可能である。この場合、位置センサは、回転速度を測定するための手段、および位置を判定するための積分器を含むことができる。

電気的測定手段１７は、電気的帰還データを測定するように、およびより具体的には、ＰＭＳＭ３の固定子電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃを測定するように、構成されている。

制御手段１９は、回転子位置に関する信号、電気的測定手段１７によって測定された固定子電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃに関する信号、および基準トルクΓ_ｒｅｆおよび／または基準回転Ω_ｒｅｆに関するデータを、受信する。

制御手段１９は、インバータ−ＰＭＳＭアセンブリ１３の三相モデルとパーク座標系における二相モデルとの間の変換インターフェース２１を含む。この変換は、回転子７の位置にしたがって、三相モデルの物理的規模を二相モデルに変換させること、およびその逆の変換を、可能にする。

このため、制御手段１９は、回転子９の位置、定義済みパラメータ（Γ_ｒｅｆおよび／またはΩ_ｒｅｆ）、および電気的帰還データに応じて、ＰＭＳＭ３の動作点（すなわち、基準トルクΓ_ｒｅｆおよび／または基準回転Ω_ｒｅｆによって望まれるかまたは設定される動作点）を制御または検査することができる。

本発明によれば、制御装置１は、推定手段２３、故障検出器２５、および遷移スイッチ２７も含む。

推定手段２３は、推定されたパーク座標系δ−γにおける回転子７の推定位置

を判定するように構成されている。図２を参照して以下により詳細に見られるように、この推定は、回転子に関わる座標系ｄ−ｑと同期するように、推定された回転座標系δ−γの位置

を補正することによって、なされることが可能である（図６も参照のこと）。

故障検出器２５は、センサ１５の可能性のある故障を検出するように構成されている。具体的には、故障検出器２５は、たとえば、故障したときにセンサ１５自身によって生成または送達される故障信号からなってもよい。

スイッチ２７は、センサ１５が故障していることを故障信号Ｓが示すか否かに応じて、推定手段２３または位置センサ１５のいずれかに、制御手段１９を接続するように構成されている。

より具体的には、故障検出器が位置センサ１５のいかなる故障も示していない間は、スイッチ２７は、制御手段１９が回転子７の測定位置θ_ｍを受信するために、制御手段１９と位置センサ１５との間の接続を維持する。反対に、位置センサ１５が故障していることを故障検出器が示すときには、スイッチ２７は、制御手段１９が回転子７の推定位置

を受信するために、制御手段１９を推定手段２３に接続する。

このため、センサ１５が故障するとすぐに、スイッチ２７は、センサを用いる制御からＰＭＳＭ３のセンサレス制御への変換を可能にする。これは、劣化モードにおけるＰＭＳＭ３の利用可能性を上昇させることができる。当然ながら、位置センサ１５が修理されるとすぐに、ＰＭＳＭ３は再び位置センサ１５によって制御されることが可能である。

図１および図２〜図４Ｂは、本発明による制御方法の主要ステップの図でもあることは、留意されたい。

図２は図１の制御装置の実施形態を示す。

この図は、推定手段２３が起電力推定器３１、速度推定器３３、および積分器３５を含むことを示している。加えて、制御手段１９は、変換インターフェース２１に加えて、トルク−電流コンバータ３７および電流調整器３９を含む。

トルク−電流コンバータ３７は、基準トルクの値Γ_ｒｅｆを、推定されたパーク座標系δ−γにおける対応する基準電流ｉ_δｒｅｆ、ｉ_γｒｅｆに変換する。

加えて、変換インターフェース２１は、電気的測定手段１７によって測定された固定子電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃを、パーク座標系δ−γにおける電流の成分ｉ_δ、ｉ_γに変換する。

加えて、電流調整器３９は、インバータ１１の基準電圧に対応する座標系δ−γにおける固定子電圧の成分ν_δ、ν_γを判定するために、トルク−電流コンバータ３７から基準電流ｉ_δｒｅｆ、ｉ_γｒｅｆを、および変換インターフェース２１から座標系δ−γにおける電流成分ｉ_δ、ｉ_γを、受信する。変換インターフェース２１は、二相モデルにしたがって固定子電圧ν_δ、ν_γのこれらの成分を受信し、三相モデルにしたがってこれらをインバータ１１の基準電圧ν’_ａ、ν’_ｂ、ν’_ｃに変換する。

センサレスベクトル制御は、

とθとの間の位置の差φが相殺されるように、角速度Ω_ｃを推定することからなる（図６参照）。言い換えると、角速度Ω_ｃは、位置誤差φが常にゼロに維持されることを保証する制御法則から得られなければならない（２πモジュロ）。

しかしながら、φがゼロに近づくときに軸δにおけるｅｍｆの成分ｅ_δもゼロに近づくとすると（ｅ_δ＝ｐψ_ｆΩｓｉｎφ）、位置の差φを常にゼロに維持することは、ｅ_δを常にゼロに維持することに置き換えられることが可能である。

この推定は、推定座標系δ−γにおける以下の電気式を解くことからなる：

結果的に、起電力推定器３１は、推定座標系δ−γにおけるｅｍｆの成分

を、これらの規模に応じて推定するために、変換インターフェース２１から電流の成分ｉ_δ、ｉ_γを、電流調整器３９から固定子電圧の成分ν_δ、ν_γを、そして速度推定器３３から回転子の回転速度Ω_ｃを、受信する。

回転子の回転速度Ω_ｃは、起電力推定器３１によって決定されたｅｍｆの推定値

にしたがって速度推定器３３によって、および成分

を常にゼロに維持することによって、閉ループ内で推定される。回転子の回転速度Ω_ｃは当然ながら、所定の初期値Ω_ｃ０によって初期化される。

有利なことに、速度推定器３１は、リャプノフの意味において漸近的に安定した平衡の単一点を含む大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって回転速度Ω_ｃを判定するために、非線形補正器を使用する。この平衡の単一点はＭＳＡＦの動作設定点と等しい。

図３は、速度推定器３３の実施形態を示す。

この例によれば、速度推定器３３の機能図は、第一速度推定器４３、比較器４５、第一および第二符号表示器４７および４９、加算器５１、および非線形補正器５３を含む。

比較器４５の目的は、成分

をその基準成分ｅ_δｒｅｆ＝０と比較することである。第一速度推定器４３の目的は、推定成分

にしたがって回転速度の以前の推定値

を決定することである。第一符号表示器４７の目的は、

であると仮定される場合に、回転速度の以前の推定値

を示すことであり、ここでΩ_ｒｅｆは設定回転速度である。第二符号表示器４９の目的は、成分

の符号を示すことである。非線形補正器５３の目的は、制御法則の全ての望ましくない収束点を不安定にするため、またはいずれの望ましくない解への収束も防止するために、非線形項を導入することである。最後に、加算器５１の目的は、回転速度Ω_ｃを判定するために、以前の推定値

に非線形項を加算することである。

第一速度推定器４３は、以下の式

を用いて、軸γに関わるｅｍｆの成分

と回転子の永久磁石の特性に応じた所定の物理的パラメータＫ_ｆとの商を計算する：
ここで、
Ｋ_ｆ＝ｐψ_ｆ。

特定の実施形態によれば、非線形補正器５３は、以下の式

および

を用いて、回転速度の以前の推定値

の符号

所定の動作パラメータｂ、物理的パラメータＫ_ｆ、軸δに関わるｅｍｆの成分

の関数である、補正項、および最終的に成分

の符号および所定の係数ζに依存する非線形因子を導入する：

次に加算器５１は、以下の式

を用いて回転速度Ω_ｃを判定するために、上記補正項を以前の推定値

に加算する。

上記の式を用いて回転速度Ω_ｃによって表される制御法則の安定性を解析することによって（「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗｓ ｏｆ ＰＭＳＭｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｆ」と題される、Ｂａｂａｋ Ｎａｈｉｄ−Ｍｏｂａｒａｋｅｈらによる文献参照）、位相空間φ−Ωの全ての軌跡が、以下の条件
０＜ξ＜１および

にとって望ましい平衡点（φ＝０、Ω＝Ω_ｒｅｆ）に向かって収束することがわかることは、留意されたい。

動作パラメータｂは有利なことに、０から３の間（０＜ｂ≦３）であり、より好ましくは１に近い。

上記制御方法は、特定の平衡点を不安定にすることによって、およびこれらを防止するために位相空間におけるその他の点を十分に遠ざけることによって、位相空間の全ての軌跡が全ての望ましくない平衡点に向かって収束するのを防ぐことができる。これは特に、ゼロに近い回転速度での電気式に内在する不可観測性の問題が克服されることを、可能にする。

さらに、回転速度の符号

に対する補正項の依存は、設定回転速度Ω_ｒｅｆの符号が何であれ、位相空間φ−Ωの軌道が、所望の点に向かって収束することを可能にし、まったく問題なく速度反転を可能にする。

このようにして、上記の条件を用いると、初期座標点（−π≦φ≦π、Ω＝Ω_０）が何であれ、位相空間φ−Ωの全ての軌道は、望ましい平衡点に向かって収束する。

言い換えると、たとえ開始時に初期位置誤差がπ程度であったとしても、軌跡は設定トルクおよび回転速度値を用いて動作点に向かって急速に収束する。

加えて、たとえ開始時に初期点が設定速度とは逆の符号の回転速度を有していても、位置誤差はゼロに向かって急速に収束し、ＰＭＳＭが設定トルクおよび回転速度値に等しい整定速度を迅速に達成できるようにする。

回転速度が速度推定器３３によって判断されるとき、積分器３５は、推定された回転子位置

を決定するために、速度推定器３３からの回転速度Ω_ｃを積分する。

さらに、センサを用いる制御とセンサレス制御との間の均一で正確な遷移を可能にするために、推定手段２３は、推定された回転子位置

を連続的に調整する手段を含むことができる。

図４Ａは、推定手段２３に含まれることが可能な調整手段６１を示す。これらの調整手段６１は、推定された回転子位置

に測定された回転子位置θ_ｍを追跡させるために、測定された該回転子位置θ_ｍと推定された回転子位置との間の差に対してＰＩを実行するように構成されている。

調整手段６１はこのため、位置センサ１５によって測定された回転子位置θ_ｍを積分器３５から推定された回転子位置

と迅速に比較するための位置比較器６３と、積分が発散しないための逆反応を達成するためのＰＩフィルタまたは利得乗算器６５と、推定された回転子位置

を測定された回転子位置θ_ｍと同期させるための追加積分器６７と、回転子位置を補正

するための、追加積分器６７の出力と推定された回転子位置

との間の第二比較器６９と、を含むことができる。

位置センサ１５の使用中、推定値

は開ループ内にあることになるので、回転子位置の推定値

が発散するのを防止するために、比較および逆反応が連続的に発生することは、留意されたい。位置センサ１５の故障が検出されると、その時点で速度推定器３３からの回転速度Ω_ｃの最終推定値は、制御が切り替わった瞬間に、積分器３５に代入される。

結果的に、センサを用いる制御とセンサレス制御との間で切り替えが実際に行われた場合、最後に測定された値θ_ｍと推定値

との間の差は、有利なことに非常に小さい。

遷移が行われた後には、位置センサ１５の値は誤っているので、逆反応の必要性はない。

実際、図４Ａは、調整手段６１が、故障検出器２５が位置センサ１５の故障を示すときに調整手段６１を抑制するための、抑制手段７１を含むことを示している。これらの抑制手段７１は非常に単純に、故障信号Ｓと、追加積分器６７によって送達された回転子位置の補正値との積を計算する、乗算器を含むことができる。このため、故障が検出されたとき、故障信号はゼロに等しく（Ｓ＝０）、したがって抑制手段７１の出力はゼロに設定され、これは回転子位置の最後に測定された値θ_ｍが抑制されるか、または無視されることを可能にする。反対に、故障信号がセンサの異常を示していない間（Ｓ＝１）、調整手段は回転子位置の測定された値θ_ｍを使用する。

図４Ｂは、推定手段２３が、位置センサ１５の故障の検出の前の最終推定値

を用いて推定された回転子位置

を再初期化するための、初期化手段７３も含むことができることを示している。

初期化手段７３は、まだ正しい回転子位置の最終値（推定値

または補正値

）を記録するためのメモリを含む。

実際、故障が検出されると、故障信号Ｓはトリガ、たとえば、最後に推定された回転子位置

によって再初期化されている積分を生じる立ち下がり信号を、起動する。

このため、センサを用いる制御とセンサレス制御との間の切り替えの時点で、２つの制御形態の間の過渡状態の時点のトルクは、振動しない。

制御装置の異なる要素は、１つまたは複数のコンピュータプログラムがこれら様々な要素によって実行されたときに、本発明による制御方法を実行するためのコード命令を含む１つ以上のコンピュータプログラムを有する処理または計算手段を含むことができることは、留意されたい。

結果的に、本発明は、制御装置の異なる要素において実行されることが可能なコンピュータプログラム製品も包含し、このプログラムは、上述のような本発明による方法を実現することができるコード命令を含む。

本発明によるＰＭＳＭおよびこの制御を含むシステムは、有利なことに、航空機搭載システムのアクチュエータモータにおいて使用されることが可能である。一例として、これは圧縮機、通気システム、逆推力装置、ドア、およびその他多くの航空機設備に使用されることが可能である。

Claims (12)

1. 固定子および回転子（７）を含み、インバータ（１１）によって電力供給される、永久磁石同期機、「ＰＭＳＭ」（３）を制御するための装置（１）であって、回転子（７）の位置の測定値θ_ｍを抽出するためのセンサ（１５）と、回転子の位置および設定に応じてＰＭＳＭ（３）の動作点を制御するための制御手段（１９）と、を含み、これはさらに、
   回転子に関わる推定されたパーク座標系δ−γにおいて回転子位置の推定値
   

   

   を決定するための推定手段（２３）であって、前記推定手段（２３）は、前記推定された回転子位置
   

   

   に前記測定された回転子位置θ_ｍを追跡させるための調整手段（６１）を含む、推定手段（２３）と、
   前記センサ（１５）の故障を検出するための故障検出器（２５）と、
   故障検出器（２５）が前記センサのいかなる故障も示していない間に制御手段（１９）が回転子の測定位置θ_ｍを受信するために、制御手段（１９）をセンサ（１５）に接続するように、あるいは故障検出器（２５）が前記センサの故障を示しているときに制御手段（１９）が回転子の推定位置
   

   

   を受信するために、制御手段（１９）を推定手段（２３）に接続するように構成されている、スイッチ２７と、を含むことを特徴とする、装置。
2. 推定手段（２３）が、
   固定子電流の測定値から得られた電流成分ｉ_δ、ｉ_γ、インバータの基準電圧に対応する固定子電圧の成分ν_δ、ν_γ、および回転子の回転速度Ω_ｃを含む、前記パーク座標系において定義された規模に応じて、推定されたパーク座標系δ−γにおける起電力「ｅｍｆ」の成分
   

   

   

   を推定するための、起電力推定器（３１）と、
   ＰＭＳＭの動作設定点と等しい漸近的に安定した平衡の単一点を含む大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって回転速度Ω_ｃを決定するために、起電力推定器（３１）から得られたｅｍｆの前記推定成分
   

   

   

   を用い、ならびに非線形補正器を用いる、速度推定器（３３）と、
   回転子位置の前記推定値
   

   

   を計算するために、速度推定器（３３）から得られた回転速度Ω_ｃを用いる積分器３５と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記速度推定器（３３）は、以下の式
   

   

   によって、軸γに関わるｅｍｆの推定成分
   

   

   および回転子の永久磁石の特性に応じた所定の物理的パラメータＫ_ｆにしたがって、回転速度の以前の推定値
   

   

   を判定するように構成された第一推定器（４３）を含むこと、
   および非線形補正器は、以下の式
   

   

   によって、回転速度の前記推定値
   

   

   を補正する項を導入することによって、回転速度を調整するように構成されていることを特徴とし、
   ここでｂは所定の動作設定、
   

   

   は回転速度の前記推定値
   

   

   の符号、
   

   

   は軸δに関わるｅｍｆ、そしてＫは、軸δに関わるｅｍｆ
   

   

   の符号に、ならびに以下の式および条件
   

   

   ここで０＜ξ＜１、および
   

   

   によって定義済みの係数ζに依存する、非線形因子である、
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記調整手段（６１）は、測定された回転子位置θ_ｍと推定された回転子位置
   

   

   との間でＰＩを実行するように構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
5. 調整手段（６１）は、前記センサの故障が検出されたときに調整手段を抑制するための抑制手段（７１）を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
6. 前記推定手段（２３）は、センサ（１５）の故障の検出の前に、最終回転子位置推定値
   

   

   を用いて、推定された回転子位置
   

   

   を再初期化するための、初期化手段を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の制御装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の制御装置（１）を含む、永久磁石同期機ＰＭＳＭ。
8. 請求項７に記載のＰＭＳＭを含む、航空機のアクチュエータ。
9. 固定子および回転子（７）を含み、インバータ（１１）によって電力供給される、永久磁石同期機、「ＰＭＳＭ」（３）を制御するための方法であって、
   センサ（１５）によって、回転子の位置θ_ｍを測定するステップと、
   回転子位置および定義済みパラメータに応じてＰＭＳＭの動作点を確認するステップと、を含む制御方法であって、
   方法は、
   回転子に関わる推定されたパーク座標系δ−γにおける回転子位置の推定値
   

   

   を決定するステップと、
   前記推定された回転子位置
   

   

   に前記測定された回転子位置θ_ｍを追跡させるステップと、
   前記センサの故障を検出するステップと、
   センサが故障していない間に測定された回転子位置θ_ｍにしたがってＰＭＳＭの動作点を確認し、あるいはセンサが故障している間に推定された回転子位置
   

   

   に応じてＰＭＳＭの動作点を確認するステップと、を含むことを特徴とする方法。
10. 固定子電流の測定値から得られた電流の成分ｉ_δ、ｉ_γ、インバータの基準電圧に対応する固定子電圧の成分ν_δ、ν_γ、および回転子の回転速度Ω_ｃを含む前記パーク座標系において定義された規模に応じて、推定されたパーク座標系δ−γにおける起電力「ｅｍｆ」の成分
    

    

    

    を推定するステップと、
    ｅｍｆの前記推定成分
    

    

    

    に応じて回転速度Ω_ｃを推定し、ＰＭＳＭの動作設定点と等しい、漸近的に安定した平衡の単一点を含む大域収束性の領域を有する制御法則にしたがって、非線形補正器を使用するステップと、
    回転速度Ω_ｃに応じて前記推定された回転子位置
    

    

    を計算するステップと、を含むことを特徴とする、請求項９に記載の制御方法。
11. 以下の式
    

    

    によって、軸γに関わるｅｍｆの推定成分
    

    

    および回転子の永久磁石の特性に応じた所定の物理的パラメータＫ_ｆに応じて、回転速度の以前の推定値
    

    

    を判定するステップと、
    以下の式
    

    

    によって、回転速度の前記推定値
    

    

    に補正項を導入することによって回転速度を調節するステップと、を含むことを特徴とし、
    ここでｂは所定の動作設定、
    

    

    は回転速度の前記推定値
    

    

    の符号、
    

    

    は軸δに関わるｅｍｆ、そしてＫは、軸δに関わるｅｍｆ
    

    

    の符号に、ならびに以下の式および条件
    

    

    ここで０＜ξ＜１および
    

    

    によって定義済みの係数ζに依存する、非線形因子である、
    請求項１０に記載の制御方法。
12. 処理手段によって実行されたときに、請求項９から１１のいずれか１つによる制御方法を実行するためのコード命令を含む、コンピュータプログラム。

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