JP3201457B2 - 誘導電動機磁束推定器入力電圧誤差補正の方法及び誘導電動機磁束推定器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機磁束推定器
およびその入力電圧補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘導電動機磁束推定器について図
５に示すフローチャートに従って説明する。デジタル制
御を用いた場合、まずｋ・Ｔｓ秒（ｋは制御ステップの
順を表す整数、Ｔｓは制御ステップの周期）の時点で誘
導電動機に供給される電流のうち少なくとも２相分のス
テータ側電流（例えばＵ相電流ｉｓｕ（ｋ），Ｖ相電流
ｉｓｖ（ｋ））およびステータ側電圧（例えばＵ相電圧
Ｖｓｕ（ｋ），Ｖ相電圧Ｖｓｖ（ｋ））を検出して、３
相−２相変換より、通常ベクトル制御で用いらているα
−β軸座標系に、上記の電流、電圧を座標変換しそれぞ
れｋ・Ｔｓ秒時のα相電流ｉｓα（ｋ），β相電流ｉｓ
β（ｋ），α相電圧Ｖｓα（ｋ），β相電圧Ｖｓβ
（ｋ）を算出する。

【０００３】電学論Ｄ、Vol. III. No.11, p.954-960
(1991) に示される誘導電動機の状態方程式から導かれ
た磁束推定器の式（１）および速度推定式（２）は次の
通りである。

【０００４】

【数１】

【０００５】

【数２】 次にこれらを逐次形に展開した式（３），（４）を示
す。

【０００６】

【数３】

【０００７】

【数４】 上式に従って動作する誘導電動機制御回路用のオブザー
バを用い、制御ステップｋの推定値等により、制御ステ
ップ（ｋ＋１）の推定値を算出する。すなわち、制御ス
テップｋの制御ループで推定されたｋ・Ｔｓ秒時のα相
電流推定値

【０００８】

【外１１】 とα相電流ｉｓα（ｋ）との推定誤差

【０００９】

【外１２】 β相電流推定値

【００１０】

【外１３】 とβ相電流ｉｓβ（ｋ）との推定誤差、

【００１１】

【外１４】

【００１２】

【外１５】

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の誘導電動機磁束推定器においては、電圧センサを削除
して、コストの削減を行うことが強く望まれる。これを
実現しようとする１つの方法として、α相電圧指令値

【００１４】

【外１６】 β相の電圧指令値

【００１５】

【外１７】 をＶｓα（ｋ），Ｖｓβ（ｋ）の代わりに使用すること
が考えられる。

【００１６】この場合、電圧指令値と実際値に誤差があ
ることがあり、ロータ鎖交磁束

【００１７】

【外１８】 および、速度推定値

【００１８】

【外１９】 に誤差が発生するという問題があった。

【００１９】本発明は、上記問題に鑑み、補正付き電圧
指令値

【００２０】

【外２０】 と補正ゲインＶｐを新たに定義して回路にもり込んだ。

【００２１】補正付き電圧指令値

【００２２】

【外２１】 と実電圧Ｖｓα，Ｖｓβとの誤差

【００２３】

【外２２】 とを推定し、その推定値

【００２４】

【外２３】 を用いて

【００２５】

【外２４】 とし、ゲインＶｐを介して補正後の電圧指令

【００２６】

【外２５】 をインバータ回路に出力することにより、

【００２７】

【外２６】 の誤差をなくし、精度よく、ロータ側鎖交磁束および速
度推定を行うことができる、誘導電動機磁束推定器を提
供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記、課題を解決するた
めに、本発明の誘導電動機磁束推定器の電圧補正方法
は、誘導電動機のステータ側電流を観測値とし、ステー
タ側電圧指令値を入力として構成される誘導電動機磁束
推定器において、従来の状態推定量

【００２９】

【外２７】 に加えて、電圧誤差推定量

【００３０】

【外２８】 を、その時間変化が０として定義し、指令電圧

【００３１】

【外２９】 を推定された

【００３２】

【外３０】 により補正した後の電圧を

【００３３】

【外３１】 とし、以下に示す電圧誤差補償磁束推定器を構成する。

【００３４】

【数５】 ここで、ｇ₅ ，ｇ₆ は、

【００３５】

【外３２】 推定のためのオブザーバフィードバック行列である。

【００３６】これをオイラ近似を用いて、逐次形に変換
する。

【００３７】

【数６】

【００３８】

【外３３】 は、以下の手順で作成する。

【００３９】（６）式に従って推定した

【００４０】

【外３４】 を用い、Ｖｓα，Ｖｓβのもつ周波数より十分低いカッ
トオフ周波数をもつ、ローパスフィルタにより、フィル
タリングしたものをそれぞれ

【００４１】

【外３５】 とし、ハイパスフィルタによりフィルタリングしたもの
をそれぞれ

【００４２】

【外３６】 とする。

【００４３】これらの

【００４４】

【外３７】 と、電圧指令値

【００４５】

【外３８】 より、補正電圧指令

【００４６】

【外３９】 を以下のように導出する。

【００４７】

【数７】

【００４８】

【数８】 補正ゲインＶｐ（ｋ＋１）を次のように与える。

【００４９】

【数９】 ここでＫｖｐは補正積分ゲインであり、

【００５０】

【数１０】 とする。

【００５１】

【数１１】 とする。

【００５２】

【作用】上記、電圧誤差補正誘導電動機磁束推定器は、
オブザ−バフィ−ドバック行列を（６）式が安定となる
ように設定できれば、

【００５３】

【数１２】 となる。

【００５４】

【数１３】 となる。γは推定遅れによる位相遅れである。

【００５５】誘導電動機の場合は、通常は

【００５６】

【数１４】

【００５７】

【数１５】 である。

【００５８】指令値と実際値との誤差は、直流分 Ｖ_DC
α，Ｖ_DCβと交流分

【００５９】

【数１６】 となる。

【００６０】これに対して誤差推定値は、

【００６１】

【数１７】 となる。

【００６２】これをローパスフィルタによりフィルタリ
ングしたものが

【００６３】

【外４０】 ハイパスフィルタによりフィルタリングしたものが

【００６４】

【外４１】 であるから、

【００６５】

【数１８】 となる。

【００６６】

【数１９】 とすることで、

【００６７】

【外４２】 とのオフセット誤差が０となる。

【００６８】補正ゲインＶｐは

【００６９】

【外４３】 となるように算出されるため、

【００７０】

【数２０】

【００７１】

【数２１】 とすることで、

【００７２】

【数２２】

【００７３】

【数２３】 となる。

【００７４】このため、指令値と実際値が一致し、実際
値が指令値通りに補正される。

【００７５】このため、各推定値と実際値との誤差が減
少し、実際値の応答も向上する。

【００７６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００７７】図１は、本発明の入力電圧補正方法の一実
施例が適用された誘導電動機の制御システムを示すブロ
ック図、図２は図１の制御システムのデジタル制御動作
を示すフローチャートである。

【００７８】図１の制御システムブロック図について説
明する。

【００７９】速度指令

【００８０】

【外４４】 と速度推定値

【００８１】

【外４５】 が速度コントローラ１に入力され、速度コントローラ１
は、ｑ相電流指令

【００８２】

【外４６】 を出力する。

【００８３】ｑ相電流コントローラ２は、

【００８４】

【外４７】 とｑ相電流推定値

【００８５】

【外４８】 とを入力し、ｑ相電圧指令

【００８６】

【外４９】 を出力する。一方ｄ相電流指令

【００８７】

【外５０】 と、ｄ相電流推定値

【００８８】

【外５１】 がｄ相電流コントローラ３に入力され、ｄ相電流コント
ローラ３は、ｄ相電圧指令

【００８９】

【外５２】 を出力する。

【００９０】電圧指令

【００９１】

【外５３】 は、ベクトル制御演算回路４に入力され、磁束推定器８
より出力されたα相磁束、β相磁束によりα相電圧指
令、

【００９２】

【外５４】 β相電圧指令

【００９３】

【外５５】 に変換され出力される。

【００９４】この電圧指令から、磁束推定器８から、ロ
ーパスフィルタ１０を介して出力されるオフセット電圧
誤差補正電圧をそれぞれ差し引き、オフセット電圧補正
後の電圧指令

【００９５】

【外５６】 を作成する。

【００９６】

【外５７】 は、ゲイン調整器１１に入力され、磁束推定器８からハ
イパスフィルタ９と補正ゲイン計算器１１を介して出力
された補正ゲインＶｐによってゲイン補正され、ゲイン
補正後の電圧指令

【００９７】

【外５８】 がインバータ回路６に入力される。

【００９８】一方、磁束推定器８は、Ｕ相電流ｉｓｕと
Ｖ相電流ｉｓｖを相変換器７を介して得られるα相電流
ｉｓα、β相電流ｉｓβと、オフセット電圧補正後の電
圧指令

【００９９】

【外５９】 を入力し、（６）式の演算を実施し、α相、β相電流推
定値

【０１００】

【外６０】 ロータ鎖交磁束推定値

【０１０１】

【外６１】 および電圧誤差推定値

【０１０２】

【外６２】 （４）式により速度推定値

【０１０３】

【外６３】 を出力する。

【０１０４】次に、制御動作を図２のフローチャートに
より説明する。

【０１０５】相変換器７は、ｋ・Ｔｓ秒の時点でインバ
ータ回路６から誘導電動機１２に供給される少なくとも
２相分のステータ側電流、例えば、Ｕ相ステータ電流ｉ
ｓｕ（ｋ）とＶ相ステータ電流ｉｓｖ（ｋ）を検出し
（ステップＳ１）、α−β軸座標系に変換しｉｓα
（ｋ），ｉｓβ（ｋ）を導出する（ステップＳ２）。

【０１０６】α−β軸座標系に変換されたオフセット誤
差補正後の電圧指令

【０１０７】

【外６４】 を入力し（ステップＳ３）、式（６）により、電流推定
値

【０１０８】

【外６５】 ２次側鎖交磁束推定値

【０１０９】

【外６６】 電圧誤差推定値

【０１１０】

【外６７】 を算出し（ステップＳ４）、

【０１１１】

【外６８】 をローパスフィルタによりフィルタリングすることによ
り、

【０１１２】

【外６９】 を導出し（ステップＳ５）、ハイパスフィルタによりフ
ィルタリングすることにより

【０１１３】

【外７０】 を導出する（ステップＳ６）。その後（９）式により補
正ゲインＶｐ（ｋ＋１）を算出する。（ｋ＋１）制御ス
テップにおいて出力する

【０１１４】

【外７１】 と、導出した

【０１１５】

【外７２】 を用いて式（７）により

【０１１６】

【外７３】 を算出し（ステップＳ７）、この

【０１１７】

【外７４】 を

【０１１８】

【外７５】 により、式（１１）に従い、ゲイン補正を行い、インバ
ータ回路入力電圧

【０１１９】

【外７６】 を算出し（ステップＳ８）、（ｋ＋１）Ｔｓ秒時に出力
する。

【０１２０】本発明による実施例においては補正付き電
圧指令値

【０１２１】

【外７７】 と、補正ゲインＶｐを新たに定義することは、前述した
通りである。本発明においては従来技術になかった動
作、すなわち、ステップ４において、電圧誤差推定値

【０１２２】

【外７８】 が算出され、またステップ５で

【０１２３】

【外７９】 をローパスフィルタによりフィルタリングすることによ
り

【０１２４】

【外８０】 が導出され、ステップ６でハイパスフィルタによりフィ
ルタリングすることにより

【０１２５】

【外８１】 が導出され、さらに補正ゲインＶｐ（ｋ＋１）が算出さ
れ、

【０１２６】

【外８２】 が

【０１２７】

【外８３】 によってゲイン補正される。

【０１２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明では、電圧指令
値

【０１２９】

【外８４】 と、電圧実際値Ｖｓα，Ｖｓβとの間に存在する直流分
誤差と交流分誤差が推定、補正され、

【０１３０】

【外８５】 が一致する。このため、従来技術における電圧指令値と
実際値に誤差を生ずることにより、ロータ鎖交磁束

【０１３１】

【外８６】 および速度推定値に誤差が発生するという問題が解消さ
れ、各推定値の精度、制御性能の向上が実現される。

【０１３２】図３に本発明を使用したときの速度推定値

【０１３３】

【外８７】 と実際値ωｒの応答波形、図４に従来手法の応答波形を
示す。

【０１３４】本発明により精度が向上することがわか
る。また、電圧センサを削除することにより、コストの
削減を図れる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の誘導電動機の入力電圧制御
システムを示すブロック線図である。

【図２】本発明の図１の制御システムの制御動作を示す
フローチャートである。

【図３】本発明を使用したときの速度推定値

【外８８】 の応答波形を示す図である。

【図４】従来技術による速度推定値

【外８９】 の応答波形を示す図である。

【図５】従来技術のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 速度コントローラ ２ ｑ相電流コントローラ ３ ｄ相電流コントローラ ４ ベクトル制御回路 ５ ゲイン調整器 ６ インバータ回路 ７ 相変換器 ８ 電圧誤差補正誘導電動機磁束推定器 ９ ハイパスフィルタ １０ ローパスフィルタ １１ 補正ゲイン計算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−292777（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−223998（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−224000（ＪＰ，Ａ) 電気学会論文誌Ｄ，116巻，８号, 1996 井手耕三他「一次電圧誤差補償オ ブザーバを有する誘導電動機の速度セン サレスベクトル制御」ｐ．835−843 技報安川電機，第59巻，４号，1996 小黒龍一他「電圧誤差補償機能を有する 磁束・速度適応オブザーバの検討」ｐ. 288−292 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘導電動機磁束推定器の入力電圧補正方
   法であって、誘導電動機に供給される少なくとも２相分
   のステータ側電流ｉｓｕ（ｋ），ｉｓｖ（ｋ）を検出
   し、 α−β軸座標系に変換しｉｓα（ｋ），ｉｓβ（ｋ）を
   導出し、α−β軸座標系に変換されたオフセット誤差補
   正後の電圧指令値 【外１】 をゲイン調整器と磁束推定器に入力し、 電流推定値 【外２】 ２次側鎖交磁束推定値 【外３】 電圧誤差推定値 【外４】 を推定し、 【外５】 をローパスフィルタによりフィルタリングすることによ
   り、 【外６】 を導出し、ハイパスフィルタによりフィルタリングする
   ことにより 【外７】 を導出した後、補正ゲインＶｐ（ｋ＋１）を算出し、 オフセット誤差補正後の電圧指令値 【外８】 を算出し、 前記 【外９】 を 【外１０】 によりゲイン補正を行いインバータ回路入力電圧を算出
   し、（ｋ＋１）Ｔｓ秒時に出力する誘導電動機磁束推定
   器の入力電圧補正方法。
2. 【請求項２】 誘導電動機のステータ側電流を観測値、
   ステータ側電圧指令値を入力として構成される誘導電動
   機磁束推定器において、ロータ側鎖交磁束とステータ側
   電流および電動機速度を推定する際、前記ステータ側電
   圧指令値とステータ側実電圧値との誤差を、その時間変
   動を０として推定値に組み込む手段と、推定された電圧
   誤差推定値をローパスフィルタでフィルタイングした値
   によって、前記ステータ側電圧指令値と実電圧値との間
   に存在するオフセット誤差を補正し、前記電圧誤差推定
   値をハイパスフィルタでフィルタリングした値から前記
   ステータ側電圧指令値と実電圧値との波高値誤差に比例
   する信号をとり出し、該信号を積分した値をゲインとし
   て波高値を補正することにより、前記実電圧値を前記電
   圧指令値に一致させ推定値の精度を向上させる手段を有
   することを特徴とする誘導電動機磁束推定器。