JP3683382B2 - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転角速度センサを用いないで誘導電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の誘導電動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は誘導電動機、２は電流検出手段、３は回転角速度推定手段、４はトルク制御手段、５は適応観測器、６はゲイン演算器である。
【０００３】
次に動作について説明する。
図１３において、トルク制御手段４は、誘導電動機１が出力すべきトルク指令τ* を入力し、誘導電動機１の出力トルクがそのトルク指令τ* に追従するように回転角速度推定手段３から得られた推定回転角速度ωｒ０と電流検出手段２から得られた三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓに基づいて三相一次電圧ｖｕｓ，ｖｖｓ，ｖｗｓを供給する。
【０００４】
例えば、特開平８−８４５００号公報（或は、電気学会論文誌Ｄ，１１１巻１１号９５４頁，平成３年発行）に示された従来の回転角速度推定手段３は、適応観測器５およびゲイン演算器６から構成される。適応観測器５は、トルク制御手段４から得られた一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* に基づいて、下記（２６）式より推定一次電流Ｉｓ０および推定二次磁束Φｒ０を演算し、一次電流誤差の大きさ｜Ｅ｜が０に収束するように（３）式より（２６）式で用いられている推定回転角周波数ωｒ０を修正し、そして推定回転角周波数ωｒ０を出力する。但し、（２６）式で用いられるフィードバックゲインＧは、ゲイン演算器６から得る。
【０００５】
【数４】
なお、一次電圧指令Ｖｓ* のａ−ｂ軸（静止座標）成分ｖａｓ* ，ｖｂｓ* は、三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，−（ｖｕｓ* ＋ｖｖｓ* ）を三相／二相変換することによって得られる。ゲイン演算器６は、適応観測器５から得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、
【数５】
の演算を行い、フィードバックゲインＧを出力する。ｋは任意の正数であり、（３７）式のフィードバックゲインＧを用いると適応観測器５の極は誘導電動機１の極のｋ倍になる。
以上によって、回転角速度推定手段３は推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【０００６】
図１４は例えばモータドライブエレクトロニクス（上山直彦編著オーム社，５８頁）に示された従来のトルク制御手段４を示すブロック構成図であり、図において、７は電流振幅演算器、８は電流位相演算器、９はすべり角速度演算器、１０，１１は加算器、１２は積分器、１３は三相電流指令演算器、１４は電流制御器、１５はＰＷＭインバータである。
【０００７】
定常状態の誘導電動機１において、励磁電流ｉ０は二次磁束の大きさ｜Φｒ｜に比例し、トルク電流ｉＴは出力トルクτに比例する。また、励磁電流ｉ０とトルク電流ｉＴは直交し、励磁電流ｉ０は二次磁束Φｒと同位相である。なお、励磁電流ｉ０，トルク電流ｉＴと電流振幅｜Ｉ｜の間、励磁電流ｉ０，トルク電流ｉＴと電流と磁束の位相差Δθｃの間、励磁電流ｉ０，トルク電流ｉＴとすべり周波数ωｓの間には、それぞれ以下の関係がある。
｜Ｉ｜＝√（ｉ０2 ＋ｉＴ2 ） （４３）
Δθｃ＝ｔａｎ-1（ｉＴ／ｉ０） （４４）
ωｓ＝（Ｒｒ／Ｌｒ）（ｉＴ／ｉ０） （４５）
【０００８】
そこで、電流振幅演算器７は、励磁電流ｉ０を定数、トルク電流ｉＴをトルク指令τ* に比例した値とし、（４３）式から電流振幅指令｜Ｉ｜* を出力する。同様に電流位相演算器８は、励磁電流ｉ０を定数、トルク電流ｉＴをトルク指令τ* に比例した値とし、（４４）式から一次電流と二次磁束の位相差指令Δθｃ* を出力する。同様にすべり角速度演算器９は、励磁電流ｉ０を定数、トルク電流ｉＴをトルク指令τ* に比例した値とし、（４５）式からすべり角速度指令ωｓ* を出力する。加算器１０は、推定回転角速度ωｒ０とすべり角速度指令ωｓ* を加算し、一次角速度ωを出力する。積分器１２は、一次角速度ωを積分し位相θを出力する。加算器１１は、積分器１２から得られた位相θに電流位相演算器８から得られた位相差指令Δθｃ* を加算し、一次電流位相指令θｃ* を出力する。
【０００９】
三相電流指令演算器１３は、極座標上の一次電流振幅指令｜Ｉ｜* および一次電流位相指令θｃ* を三相静止座標上に座標変換して三相一次電流指令値ｉｕｓ* ，ｉｖｓ* ，ｉｗｓ* を出力する。電流制御器１４は、三相一次電流指令ｉｕｓ* ，ｉｖｓ* ，ｉｗｓ* に、電流検出手段２によって検出された三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓ，−（ｉｕｓ＋ｉｖｓ）がそれぞれ三相一次電流指令ｉｕｓ* ，ｉｖｓ* ，ｉｗｓ* に追従するように三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，ｖｗｓ* を出力する。ＰＷＭインバータ１５は、三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，ｖｗｓ* に基づいて三相一次電圧ｖｕｓ，ｖｖｓ，ｖｗｓを誘導電動機１に供給する。
このような従来の誘導電動機の制御装置においては、回転角速度センサを用いないでトルク指令τ* に追従するように誘導電動機の出力トルクを制御することが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の誘導電動機の制御装置は以上のように構成されているので、運転状況によって応答性が変化したり、場合によっては不安定現象を発生する課題があった。
これは、回転角速度推定手段３が出力する推定回転角速度の応答性が著しく劣化していたり、推定回転角速度が発散したりすることがあり、この推定回転角速度に基づいて、トルク制御手段４が動作することが原因である。回転角速度推定手段３が起因するこの課題は、以下のように説明できる。
【００１１】
回転角速度推定手段３において、推定回転角速度の演算は（３）式で行うが、（３）式の被積分項
（ＪΦｒ０T Ｅ） （４６）
は推定二次磁束Φｒ０と一次電流誤差Ｅとの外積である。即ち、推定二次磁束の振幅｜Φｒ０｜が一定の場合、この被積分項は電流誤差Ｅの推定二次磁束Φｒ０と直交する成分に比例する値を意味する。ベクトルＪΦｒ０は推定二次磁束Φｒ０と直交するベクトルであり、図１５は誘導電動機１の回転角速度と推定回転角速度の間に偏差がある場合のベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅとの関係を示すものである。
【００１２】
例えば、ベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの位相差がξ１の時の一次電流誤差をＥ１とする。また、ベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの位相差がξ２の時の一次電流誤差をＥ２とする。位相差がξ１の場合、一次電流誤差Ｅ１の大きさに対し、位相差ξが９０°に近いために（４６）式の値は小さくなってしまい、結果、（３）式の演算を行うに当たって、その推定応答性が著しく劣化する。位相差がξ２の場合では、（４６）式の値の符号は反転してしまうので、この値を（３）式に従って演算すると推定回転角速度は正帰還となり発散する。なお、位相差ξが±９０°の時、誤差ベクトルＥはベクトルＪΦｒ０と同位相（或は逆位相）となるので、推定二次磁束Φｒ０と一次電流誤差Ｅとの外積値、即ち、被積分項（４６）式は０となる。従って、回転角速度推定の演算式に（３）式を用いることは不可能となる。つまり、一次電流誤差ＥがベクトルＪΦｒ０と同位相（位相差ξ＝０°）であることが望ましく、この時、回転角速度推定を良好な応答性で安定に行うことが可能である。
【００１３】
図２（ｂ）は誘導電動機１の回転角速度と推定回転角速度の間に偏差がある場合の回転角速度推定手段３で演算する場合のベクトルＪΦｒ０と誤差ベクトルＥの関係の一例であり、図において、横軸はベクトルＪΦｒ０の角速度（即ち一次角速度ω）、縦軸はベクトルＪΦｒ０と誤差ベクトルＥの位相差ξを示している。図中のｋは（３８）〜（４１）式のパラメータｋであり、図２（ｂ）から分かる通り、ｋの値によってその特性は変化する。（３８）〜（４１）式のｋが小さいときには位相差ξが９０°を越える場合がある。また、大き過ぎても小さ過ぎてもいけないｋの値を決定する方法は不明であり、ベクトルＪΦｒ０の角速度、即ち一次角速度が高くなるとｋの値に関わらず位相差ξの値は０°から遠ざかる。
【００１４】
図２（ｂ）に示す通り、従来の誘導電動機の制御装置では一次角速度ωによっては位相差ξが望ましい値（０°一定）にならないために回転角速度推定の応答性が悪かったり、不安定現象を起こすことがあった。その結果、トルク制御手段４に誤差を含む推定回転角速度ωｒ０が入力されることになり、誘導電動機１の出力トルクの応答性が運転状況によって劣化したり、不安定現象を起こしたりする課題が発生した。
【００１５】
また、図１６は誘導電動機のＴ型等価回路として知られているが、図において、一次電圧Ｖｓが直流、即ち、一次角速度が零の場合、相互インダクタンスＭが短絡し二次側回路に電流が流れないために、回転角速度ωｒは一次電流Ｉｓに対し干渉しない。従って、一次角速度が零の場合、回転角速度ωｒが変化しても、一次電圧と一次電流との関係は変わらないので、一次電圧と一次電流から回転角速度を推定することは不可能である。従来装置では運転状況によって一次角速度が零の場合があり、この時には推定回転角速度の演算が不可能となり、誘導電動機１を安定に制御できない課題があった。
【００１６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、出力トルクや回転角速度といった運転状況に関わらず安定で、且つ高応答な回転角速度の推定を行い、結果、誘導電動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誘導電動機の制御装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機の回転角速度指令を入力し、推定回転角速度が回転角速度指令に追従するように推定回転角速度に基づいて一次電圧を制御する速度制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うようにしたものである。
【００１８】
請求項２記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令を入力し、誘導電動機の出力トルクがそのトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次電圧を制御するトルク制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うようにしたものである。
【００１９】
請求項３記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令および二次磁束指令を入力し、誘導電動機の出力トルクがトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次角速度を演算し、一次電圧を制御するベクトル制御手段と、一次角速度および推定回転角速度に基づいて二次磁束指令を演算する磁束指令演算手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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ゲイン演算器とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うようにしたものである。
【００２０】
請求項４記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令、誘導電動機の一次角速度および推定回転角速度に基づいて第二のトルク指令および二次磁束指令を演算する指令値演算手段と、第二のトルク指令および二次磁束指令を入力し、誘導電動機の出力トルクが第二のトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次角速度を演算し、一次電圧を制御するベクトル制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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ゲイン演算器とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うと共に、指令値演算手段は、通常は第二のトルク指令としてトルク指令を出力し、推定回転角速度および一次角速度の各々の値が所定値より小さい場合は、その第二のトルク指令としてそのトルク指令に補助トルク信号を加算した値を発生するようにしたものである。
【００２１】
請求項５記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、誘導電動機が制御されるべき回転角速度指令を入力とし、その回転角速度指令と推定回転角速度との偏差を増幅した値をトルク指令として出力するトルク指令演算手段を備えたものである。
【００２２】
請求項６記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、適応観測器において、（１），（２），（３）式に従って演算を行い、ゲイン演算器はフィードバックゲインＨを（４）式で与えるようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による誘導電動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は誘導電動機、２は電流検出手段、３ａは回転角速度推定手段、４はトルク制御手段、５ａは適応観測器、６ａはゲイン演算器である。
なお、誘導電動機１、電流検出手段２およびトルク制御手段４は、従来装置と同一のものである。
【００２４】
次に動作について説明する。
回転角速度推定手段３ａは、適応観測器５ａとゲイン演算器６ａとから構成され、誘導電動機１の回転角速度を推定しその値を推定回転角速度ωｒ０として出力する。トルク制御手段４は、誘導電動機１が出力すべきトルク指令τ* を入力し、誘導電動機１の出力トルクがそのトルク指令τ* に追従するように回転角速度推定手段３から得られた推定回転角速度ωｒ０と電流検出手段２から得られた三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓに基づいて三相一次電圧ｖｕｓ，ｖｖｓ，ｖｗｓを供給する。適応観測器５ａは、（１）式の誘導電動機１の一次電圧のａ−ｂ軸（静止座標）上の成分ｖａｓ，ｖｂｓの代わりに、三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* を三相／二相変換することによって得られる一次電圧指令Ｖｓ* のａ−ｂ軸（静止座標）上の成分ｖａｓ* ，ｖｂｓ* を用いて（１），（２）式から推定一次電流Ｉｓ０、推定一次磁束Φｓ０および推定二次磁束Φｒ０を演算し、（３）式より推定回転角速度ωｒ０を出力する。但し、（１）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６ａから得る。
【００２５】
（２６）式に基づいて一次電流と二次磁束を状態変数に持つ適応観測器５と（１）式に基づいて一次磁束と二次磁束を状態変数に持つ適応観測器５ａは、状態変数変換をすれば、その構成は等価であるが、この実施の形態では、適応観測器５ａのフィードバックゲインＨをゲイン演算器６ａから適応観測器５ａへ適切に与えることによって、回転角速度推定手段３ａの特性を向上させるものである。
【００２６】
従来装置のゲイン演算器６では、誘導電動機１の極に対して適応観測器５の極がｋ倍になるようにフィードバックゲインＧの演算を行っていた。しかし、上述したとおり、このフィードバックゲインＧを用いると一次角速度が変化するなどの運転状況によってベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの位相差ξが大きく変化する課題があった。このために従来装置では、推定回転角速度の応答性や安定性に問題が生じていたので、この実施の形態では、ゲイン演算器６ａにおいて、一次電流誤差ＥがベクトルＪΦｒ０との位相差ξが運転状況によって変化しないようなフィードバックゲインＨの演算を行う。位相差ξは零が望ましいので、ゲイン演算器６ａは上記推定一次電流Ｉｓ０と上記一次電流Ｉｓの偏差信号（一次電流誤差）Ｅに含まれる推定二次磁束Φｄｒ０と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインＨの演算を行う。例えば、（１８）式に十分に小さいεを与え、（４），（２５）式によって得られるフィードバックゲインＨは、位相差ξを零に収束させる一手法である。この手法は、回転角速度の誤差が起因して発生する一次電流誤差Ｅを周波数領域で平均的にするものである。なお、（２５）式はリッカチ方程式として知られている方程式である。
【００２７】
この手法の有効性を確認するために、ベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの関係を検証してみる。従来のフィードバックゲインＧを用いた場合のベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの関係を図２（ｂ）に示したが、（４），（２５）式によって得られるフィードバックゲインＨを用いた場合のベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの関係を図２（ａ）に示す。図を見て分かるように、εを小さくしていくと一次角速度を問わず位相差ξが零に収束していく。なお、（４）式の値は回転角速度によって異なるのでゲイン演算器６ａは、推定回転角速度ωｒ０に基づいてフィードバックゲインＨを適応観測器５ａに出力する。
【００２８】
以上のように、この実施の形態１によれば、運転状況に関わらず安定で、且つ高応答に推定された推定回転角速度ωｒ０を適応観測器５ａから得ることができる。従来装置においては、フィードバックゲインＧを演算するために必要なｋは大きくても小さくてもいけなかったが、この実施の形態で用いられるεは十分小さい値を用いるだけで良い。このような誘導電動機の制御装置は、安定で、且つ高応答な回転角速度推定手段３ａに基づいて制御しているために、運転状況を問わずに安定で、且つ高応答に誘導電動機１の出力トルクをトルク指令τ* に追従させることができる。
【００２９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、誘導電動機１が出力すべきトルク指令τ* を入力し、誘導電動機１の出力トルクがトルク指令τ* に追従するように制御していたが、図３の構成をとることによって、誘導電動機１の回転角速度指令ωｒ* を入力し、誘導電動機１の回転角速度ωｒが回転角速度指令ωｒ* に追従するように制御することができる。
図３はこの発明の実施の形態２による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図であり、図において、２１は誘導電動機１の回転角速度指令ωｒ* を入力し、誘導電動機１の回転角速度ωｒが回転角速度指令ωｒ* に追従するように制御する速度制御手段である。
なお、その他の構成は、実施の形態１と同一のものであり、その説明を省略する。
【００３０】
次に動作について説明する。
図４は速度制御手段２１を示すブロック構成図であり、図において、２２は減算器、２３は速度調整器、２４は加算器、２５はＶ／Ｆパターン発生器、２６は三相電圧指令演算器、１５はＰＷＭインバータであり、ＰＷＭインバータ１５は従来装置と同一のものである。
減算器２２は、回転角速度指令ωｒ* から回転角速度推定手段３ａより得られた推定回転角速度ωｒ０を減算する。速度調整器２３は、減算器２２の出力を増幅しすべり角速度指令ωｓ* として出力する。加算器２４は、回転角速度推定手段３ａから得られた推定回転角速度ωｒ０と速度調整器２３から得られたすべり角速度指令ωｓ* を加算し、一次角速度ωとして出力する。Ｖ／Ｆパターン発生器２５は、加算器２４から得られた一次角速度ωに基づいて一次電圧振幅指令｜Ｖ｜* を発生する。三相電圧指令演算器２６は、一次電圧振幅指令｜Ｖ｜* と一次角速度ωに基づいて、三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，ｖｗｓ* を発生する。ＰＷＭインバータ１５は、三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，ｖｗｓ* に基づいて三相電圧ｖｕｓ，ｖｖｓ，ｖｗｓを誘導電動機１に供給する。
【００３１】
以上のように、この実施の形態２によれば、回転角速度推定手段３ａが回転角速度ωｒに追従するように推定回転角速度ωｒ０を安定に推定し、速度制御手段２１が推定回転角速度ωｒ０を回転角速度指令ωｒ* に追従するように制御するので、回転角速度指令ωｒ* に回転角速度ωｒが安定に追従するように制御できる。
【００３２】
実施の形態３．
図１６に示した誘導電動機のＴ型等価回路から分かる通り、一次角速度ωが零の場合、推定回転角速度ωｒ０が回転角速度ωｒと一致していなくても一次電流Ｉｓに一致する推定一次電流Ｉｓ０を誤差なく演算することが可能であり、結果、この時の一次電流誤差の振幅｜Ｅ｜は零である。
上記実施の形態１では、ベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの位相差ξに注目して、回転角速度推定手段３ａを構成したが、一次角速度ωが零の場合は一次電流誤差の振幅｜Ｅ｜が零であるため、位相差ξに関わらず推定回転角速度ωｒ０の演算を（３）式で行うことは不可能である。しかし、図５の構成をとれば、一次角速度ωと推定回転角速度ωｒ０に基づいて二次磁束指令Φｄｒ* を変化させて一次角速度ωを一定値以上に保つことが可能なので、回転角速度と推定回転角速度の間に偏差がある場合、一次電流誤差の振幅｜Ｅ｜が零にならず、運転状況に関わらず推定回転角速度ωｒ０の演算を安定、且つ高応答に行える。その結果、運転状況に関わらず安定、且つ高応答に誘導電動機１の出力トルクを制御することが可能である。
【００３３】
図５はこの発明の実施の形態３による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図であり、図において、４ａは誘導電動機１が出力するべきトルク指令τ* と二次磁束指令Φｄｒ* と電流検出手段２から得られた三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓと回転角速度推定手段３ａから得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、一次角速度ωを演算し、一次電圧を誘導電動機１に供給するベクトル制御手段、２７はベクトル制御手段４ａから得られた一次角速度ωと回転角速度推定手段３ａから得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、二次磁束指令Φｄｒ* を演算する磁束指令演算手段である。
なお、その他の構成は、実施の形態１と同一のものであり、その説明を省略する。
【００３４】
次に動作について説明する。
磁束指令演算手段２７では、二次磁束指令Φｄｒ* の候補として、ΦｄｒＨ* とΦｄｒＬ* の二種類（但し、ΦｄｒＨ* ＞ΦｄｒＬ* ＞０）を予め用意してあり、図６に示す表に従ってΦｄｒ* としてΦｄｒＨ* またはΦｄｒＬ* を出力する。ここで、Δωは任意の正数とする。図６に示した表において、例えば、ωｒ０の符号が正でω＞Δωの場合、ΦｄｒＨ* をΦｄｒ* として出力するが、一次角速度ωが０＜ω≦Δωの範囲に変化するとΦｄｒＬ* をΦｄｒ* として出力する。Φｄｒ* が変化すると、（４５）式から分かるようにすべり角速度ωｓが変化する。すべり角速度ωｓが変化するように二次磁束指令を切替えれば、一次角速度ωはωｓ＋ωｒであるので、ω自身も変化し、結果−Δω≦ω≦Δω以外の範囲に一次角速度ωを保つことが可能である。
【００３５】
従来装置では運転状況によっては一次角速度ωが零になることがあったが、この様な構成にすることにより、常に一次角速度が−Δω≦ω≦Δω以外の範囲で運転することができる。
【００３６】
図７はベクトル制御手段４ａを示すブロック構成図であり、図において、３１は回転座標（ｄ−ｑ軸）上の一次電流のｄ軸成分ｉｄｓに対して一次遅れ演算を施すことによって、二次磁束Φｄｒ１を出力する磁束演算器、３２はｉ０＝ＭΦｄｒ１，ｉＴ＝ｉｑｓとし、（４５）式に基づいてｄ−ｑ軸上の一次電流のｑ軸成分ｉｑｓと二次磁束Φｄｒ１からすべり角速度ωｓを演算するすべり角速度演算器、３３は回転角速度推定手段３ａから得られた推定回転角速度ωｒ０とすべり角速度ωｓとを加算して一次角速度ωを出力する加算器、３４は二次磁束指令Φｄｒ* と二次磁束Φｄｒ１との偏差を出力する減算器、３５は減算器３４の出力を増幅し、ｄ−ｑ軸上の一次電流指令のｄ軸成分ｉｄｓ* を出力する磁束制御器、３６はｉｄｓ* とｉｄｓとの偏差を出力する減算器、３７は減算器３６の出力を増幅し、ｄ−ｑ軸上の一次電圧のｄ軸成分指令ｖｄｓ* を出力するｄ軸電流制御器である。
【００３７】
３８はトルク指令τ* に比例し、二次磁束指令Φｄｒ* に反比例する値をｄ−ｑ軸上の一次電流のｑ軸成分指令ｉｑｓ* として出力するｑ軸電流指令演算器、３９はｉｑｓ* とｉｑｓとの偏差を出力する減算器、４０は減算器３９の出力を増幅し、ｄ−ｑ軸上の一次電圧のｑ軸成分指令ｖｑｓ* を出力するｑ軸電流制御器、４１は一次角速度ωを積分し位相θを出力する積分器、４２は三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓおよび位相θに基づいて回転座標（ｄ−ｑ軸）上の一次電流ｉｄｓ，ｉｑｓを出力する座標変換器、４３は回転座標（ｄ−ｑ軸）上の一次電圧指令ｖｄｓ* ，ｖｑｓ* および位相θに基づいて三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，ｖｗｓ* を出力する座標変換器である。
これらの構成により、三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓと推定回転角速度ωｒ０に基づいて、誘導電動機１の出力トルクをトルク指令τ* に、二次磁束の振幅を二次磁束指令Φｄｒ* に、それぞれ追従するように制御可能である。
【００３８】
以上のように、この実施の形態３によれば、従来装置では一次角速度ωが零になるような運転状況でも、この実施の形態では、一次角速度ωが零になることがないので、安定に誘導電動機１を制御することができる。
【００３９】
実施の形態４．
上記実施の形態では、回転角速度ωｒが零の場合は、二次磁束Φｄｒの値に関わらず無負荷時に一次角速度が零になる問題があった。この問題は（４５）式において、ｉＴ（即ちｉｑｓ）が零の場合は二次磁束Φｄｒ（即ちｉ０）の値に関わらず、すべり角速度ωｓは零となり、回転角速度ωｒが零ならば一次角速度ωも零になることから説明できる。従って、回転角速度ωｒが零、且つｄ−ｑ軸上の一次電流のｑ軸成分ｉｑｓが零の場合は、ｉｑｓが発生するようなトルク指令を与えれば良い。
【００４０】
図８はこの発明の実施の形態４による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図であり、図において、４ｂはベクトル制御手段、２８は誘導電動機１が出力するべきトルク指令τ* とベクトル制御手段４ｂから得られた一次角速度ωと推定回転角速度ωｒ０に基づいて二次磁束指令Φｄｒ* と第二のトルク指令τ２* を出力する指令値演算手段である。ベクトル制御手段４ｂは、ベクトル制御手段４ａと同一構成であるが、トルク指令τ* を入力する代わりに第二のトルク指令τ２* を入力する。
その他の構成は、実施の形態３と同一のものであり、その説明を省略する。
【００４１】
図９は指令値演算手段２８を示すブロック構成図であり、図において、２７は磁束指令演算手段であり、上記実施の形態３と同一のものである。５１はトルク指令τ* と補助トルク信号Δτ* の加算値を出力する加算器、５２は一次角速度ωと推定回転角速度ωｒ０に基づいて補助トルク信号Δτ* を発生する補助トルク信号発生器である。
【００４２】
次に動作について説明する。
補助トルク信号発生器５２では、Δω２を任意の実数とし、
ω2 ＋ωｒ０2 ≧Δω２2 （４７）
の場合はΔτ* に補助トルク信号として、例えばランダム信号を与え、それ以外の場合はΔτ* ＝０とする。図１０は補助トルク信号発生器５２が補助トルク信号としてΔτ* をランダム信号で与える範囲の一例である。図において、破線は二次磁束指令がΦｄｒＬ* の場合の一次角速度ω＝０の軌跡であり、一点鎖線は二次磁束指令がΦｄｒＨ* の場合の一次角速度ω＝０の軌跡である。図１０より、出力トルクが零、且つ回転速度が零の場合は、二次磁束指令を変化させてもω＝０になることが回避できないことが分かる。そこで、この実施の形態では、回転角速度および一次角速度が小さい楕円内部ではω＝０にならないように補助トルク信号を発生させるものである。
【００４３】
以上のように、この実施の形態４によれば、回転角速度が低い範囲でも一次角速度ωが零にならないように運転することができる。したがって、回転角速度が低い範囲でも回転角速度推定器は安定、且つ正確に推定回転角速度ωｒ０を演算することができ、その結果、誘導電動機１を安定、且つ高応答に制御することができる。
【００４４】
実施の形態５．
実施の形態２では、速度制御手段２１は、電流検出手段２から得られた一次電流をフィードバックしないために、回転角速度指令に対する回転角速度の応答性は十分でなく、更に、インパクト負荷等の急変する負荷に対して過電流が発生し装置がトリップする問題がある。一方、実施の形態１では、電流検出手段２から得られた一次電流をフィードバックするので、過電流に関する問題を解決することができる。しかしながら、トルク制御手段４はトルクを制御することは可能であるが、回転角速度を直接制御することはできない。この実施の形態は、過電流に関する問題を解決しながら、誘導電動機１の回転角速度を制御するものである。
【００４５】
図１１はこの発明の実施の形態５による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図であり、図において、６１は誘導電動機１が制御されるべき回転角速度指令ωｒ* を入力とし、回転角速度推定手段３ａから得られた推定回転角速度ωｒ０との偏差を増幅した値をトルク指令τ* として指令値演算手段２８に出力するトルク指令演算手段である。
その他の構成は、実施の形態４と同一のものであり、その説明を省略する。
【００４６】
以上のように、この実施の形態５によれば、一次電流のフィードバックループを持つので過電流を抑制することが可能であり、安定、且つ高応答に回転角速度が回転角速度指令に追従するように誘導電動機を制御することができる。
【００４７】
実施の形態６．
上記実施の形態では、適応観測器５ａを静止座標（ａ−ｂ軸）上で構成していたが、回転座標（ｄ−ｑ軸）上で構成してもその効果は同じである。図１２はこの発明の実施の形態６による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図であり、図において、３ｂは回転角速度推定手段、４ｃはベクトル制御手段である。このベクトル制御手段４ｃは、上記実施の形態５のベクトル制御手段４ｂと同一構成であるが、回転座標（ｄ−ｑ軸）上の一次電圧指令ｖｄｓ，ｖｑｓ* と一次電流ｉｄｓ，ｉｑｓを出力する点が異なる。回転角速度推定手段３ｂは、適応観測器５ｂとゲイン演算器６ａから構成される。ゲイン演算器６ａは上記実施の形態５と同一であり、その説明は省略する。
【００４８】
次に動作について説明する。
適応観測器５ｂでは、
【数６】
の演算を行う。但し、
【数７】
Ｉｓ′ 誘導電動機の一次電流
Ｉｓ０′ 誘導電動機の推定一次電流
Φｓ０′ 誘導電動機の推定一次磁束
Φｒ０′ 誘導電動機の推定二次磁束
Ｖｓ′ 誘導電動機の一次電圧
Ｅ′ 誘導電動機の一次電流誤差
ｉｄｓ０ 誘導電動機の推定一次電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ軸成分
ｉｑｓ０ 誘導電動機の推定一次電流のｄ一ｑ軸（回転座標）上のｑ軸成分
Φｄｓ０ 誘導電動機の推定一次磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ軸成分
Φｑｓ０ 誘導電動機の推定一次磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｑ軸成分
Φｄｒ０ 誘導電動機の推定二次磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ軸成分
Φｑｒ０ 誘導電動機の推定二次磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｑ軸成分
【００４９】
以上のように、この実施の形態６によれば、適応観測器５ｂは上記実施の形態の適応観測器５ａと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。従って、この実施の形態６により実施の形態５と同一の効果を得ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機の回転角速度指令を入力し、推定回転角速度が回転角速度指令に追従するように推定回転角速度に基づいて一次電圧を制御する速度制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うように構成したので、ゲイン演算器は推定一次電流と一次電流の偏差が二次磁束に直交する成分にのみ発生するようなフィードバックゲインの演算を行うので、回転角速度推定手段から推定回転角速度を安定に、且つ高応答に得られ、回転角速度を安定に制御できる効果がある。
【００５１】
請求項２記載の発明によれば、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令を入力し、誘導電動機の出力トルクがそのトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次電圧を制御するトルク制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うように構成したので、ゲイン演算器は推定一次電流と一次電流の偏差が二次磁束に直交する成分にのみ発生するようなフィードバックゲインの演算を行うので、回転角速度推定手段から推定回転角速度を安定に、且つ高応答に得られるで、誘導電動機の出力トルクがトルク指令に安定、且つ高応答に追従させることができる効果がある。
【００５２】
請求項３記載の発明によれば、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令および二次磁束指令を入力し、誘導電動機の出力トルクがトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次角速度を演算し、一次電圧を制御するベクトル制御手段と、一次角速度および推定回転角速度に基づいて二次磁束指令を演算する磁束指令演算手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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ゲイン演算器とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うように構成したので、一次角速度と推定回転角速度に基づいて磁束指令を演算するので、回転角速度が推定不可能になる一次角速度が零という状態になることを防止し、誘導電動機のトルク指令に出力トルクを安定に追従させることができる効果がある。
【００５３】
請求項４記載の発明によれば、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令、誘導電動機の一次角速度および推定回転角速度に基づいて第二のトルク指令および二次磁束指令を演算する指令値演算手段と、第二のトルク指令および二次磁束指令を入力し、誘導電動機の出力トルクが第二のトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次角速度を演算し、一次電圧を制御するベクトル制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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ゲイン演算器とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うと共に、指令値演算手段は、通常は第二のトルク指令としてトルク指令を出力し、推定回転角速度および一次角速度の各々の値が所定値より小さい場合は、その第二のトルク指令としてそのトルク指令に補助トルク信号を加算した値を発生するように構成したので、一次角速度と推定回転角速度に基づいて推定回転角速度と一次角速度の各々の値が所定値より小さい場合は、第二のトルク指令としてトルク指令に補助トルク信号を加算した値を発生するので、回転角速度が零の場合でも、回転角速度が推定不可能になる一次角速度が零という状態になることを防止するので、誘導電動機のトルク指令に出力トルクを安定に追従させることができる効果がある。
【００５４】
請求項５記載の発明によれば、誘導電動機が制御されるべき回転角速度指令を入力とし、その回転角速度指令と推定回転角速度との偏差を増幅した値をトルク指令として出力するトルク指令演算手段を備えるように構成したので、一次電流をフィードバックする構成でありながら、回転角速度指令からトルク指令が得られるので、過電流といった問題を解決しながら誘導電動機の回転速度を制御することができる効果がある。
【００５５】
請求項６記載の発明によれば、適応観測器において、（１），（２），（３）式に従って演算を行い、フィードバックゲインＨを（４）式で与えるように構成したので、推定一次電流と一次電流の偏差が二次磁束に直交する成分にのみ発生するので、安定に、且つ高応答で推定回転角速度の演算が行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図２】 実施の形態１および従来装置における一次角速度と位相差の関係を示す特性図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図４】 速度制御手段を示すブロック構成図である。
【図５】 この発明の実施の形態３による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図６】 磁束指令演算手段の入力および出力の関係を示す表図である。
【図７】 ベクトル制御手段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による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図９】 指令値演算手段を示すブロック構成図である。
【図１０】 補助トルク信号発生器が補助トルク信号を発生する範囲を示した特性図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図１３】 従来の誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図１４】 トルク制御手段を示すブロック構成図である。
【図１５】 従来の誘導電動機の制御装置の推定一次電流と一次電流の偏差信号とベクトルと位相差を示す説明図である。
【図１６】 誘導電動機のＴ型等価回路図である。
【符号の説明】
１ 誘導電動機、２ 電流検出手段、３ａ 回転角速度推定手段、４ トルク制御手段、４ａ，４ｂ ベクトル制御手段、５ａ 適応観測器、６ａ ゲイン演算器、２１ 速度制御手段、２７ 磁束指令演算手段、２８ 指令値演算手段、６１ トルク指令演算手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転角速度センサを用いないで誘導電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の誘導電動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は誘導電動機、２は電流検出手段、３は回転角速度推定手段、４はトルク制御手段、５は適応観測器、６はゲイン演算器である。
【０００３】
次に動作について説明する。
図１３において、トルク制御手段４は、誘導電動機１が出力すべきトルク指令τ* を入力し、誘導電動機１の出力トルクがそのトルク指令τ* に追従するように回転角速度推定手段３から得られた推定回転角速度ωｒ０と電流検出手段２から得られた三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓに基づいて三相一次電圧ｖｕｓ，ｖｖｓ，ｖｗｓを供給する。
【０００４】
例えば、特開平８−８４５００号公報（或は、電気学会論文誌Ｄ，１１１巻１１号９５４頁，平成３年発行）に示された従来の回転角速度推定手段３は、適応観測器５およびゲイン演算器６から構成される。適応観測器５は、トルク制御手段４から得られた一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* に基づいて、下記（２６）式より推定一次電流Ｉｓ０および推定二次磁束Φｒ０を演算し、一次電流誤差の大きさ｜Ｅ｜が０に収束するように（３）式より（２６）式で用いられている推定回転角周波数ωｒ０を修正し、そして推定回転角周波数ωｒ０を出力する。但し、（２６）式で用いられるフィードバックゲインＧは、ゲイン演算器６から得る。
【０００５】
【数４】
【数５】
以上によって、回転角速度推定手段３は推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【０００６】
図１４は例えばモータドライブエレクトロニクス（上山直彦編著オーム社，５８頁）に示された従来のトルク制御手段４を示すブロック構成図であり、図において、７は電流振幅演算器、８は電流位相演算器、９はすべり角速度演算器、１０，１１は加算器、１２は積分器、１３は三相電流指令演算器、１４は電流制御器、１５はＰＷＭインバータである。
【０００７】
定常状態の誘導電動機１において、励磁電流ｉ０は二次磁束の大きさ｜Φｒ｜に比例し、トルク電流ｉＴは出力トルクτに比例する。また、励磁電流ｉ０とトルク電流ｉＴは直交し、励磁電流ｉ０は二次磁束Φｒと同位相である。なお、励磁電流ｉ０，トルク電流ｉＴと電流振幅｜Ｉ｜の間、励磁電流ｉ０，トルク電流ｉＴと電流と磁束の位相差Δθｃの間、励磁電流ｉ０，トルク電流ｉＴとすべり周波数ωｓの間には、それぞれ以下の関係がある。
｜Ｉ｜＝√（ｉ０2 ＋ｉＴ2 ） （４３）
Δθｃ＝ｔａｎ-1（ｉＴ／ｉ０） （４４）
ωｓ＝（Ｒｒ／Ｌｒ）（ｉＴ／ｉ０） （４５）
【０００８】
そこで、電流振幅演算器７は、励磁電流ｉ０を定数、トルク電流ｉＴをトルク指令τ* に比例した値とし、（４３）式から電流振幅指令｜Ｉ｜* を出力する。同様に電流位相演算器８は、励磁電流ｉ０を定数、トルク電流ｉＴをトルク指令τ* に比例した値とし、（４４）式から一次電流と二次磁束の位相差指令Δθｃ* を出力する。同様にすべり角速度演算器９は、励磁電流ｉ０を定数、トルク電流ｉＴをトルク指令τ* に比例した値とし、（４５）式からすべり角速度指令ωｓ* を出力する。加算器１０は、推定回転角速度ωｒ０とすべり角速度指令ωｓ* を加算し、一次角速度ωを出力する。積分器１２は、一次角速度ωを積分し位相θを出力する。加算器１１は、積分器１２から得られた位相θに電流位相演算器８から得られた位相差指令Δθｃ* を加算し、一次電流位相指令θｃ* を出力する。
【０００９】
三相電流指令演算器１３は、極座標上の一次電流振幅指令｜Ｉ｜* および一次電流位相指令θｃ* を三相静止座標上に座標変換して三相一次電流指令値ｉｕｓ* ，ｉｖｓ* ，ｉｗｓ* を出力する。電流制御器１４は、三相一次電流指令ｉｕｓ* ，ｉｖｓ* ，ｉｗｓ* に、電流検出手段２によって検出された三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓ，−（ｉｕｓ＋ｉｖｓ）がそれぞれ三相一次電流指令ｉｕｓ* ，ｉｖｓ* ，ｉｗｓ* に追従するように三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，ｖｗｓ* を出力する。ＰＷＭインバータ１５は、三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，ｖｗｓ* に基づいて三相一次電圧ｖｕｓ，ｖｖｓ，ｖｗｓを誘導電動機１に供給する。
このような従来の誘導電動機の制御装置においては、回転角速度センサを用いないでトルク指令τ* に追従するように誘導電動機の出力トルクを制御することが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の誘導電動機の制御装置は以上のように構成されているので、運転状況によって応答性が変化したり、場合によっては不安定現象を発生する課題があった。
これは、回転角速度推定手段３が出力する推定回転角速度の応答性が著しく劣化していたり、推定回転角速度が発散したりすることがあり、この推定回転角速度に基づいて、トルク制御手段４が動作することが原因である。回転角速度推定手段３が起因するこの課題は、以下のように説明できる。
【００１１】
回転角速度推定手段３において、推定回転角速度の演算は（３）式で行うが、（３）式の被積分項
（ＪΦｒ０T Ｅ） （４６）
は推定二次磁束Φｒ０と一次電流誤差Ｅとの外積である。即ち、推定二次磁束の振幅｜Φｒ０｜が一定の場合、この被積分項は電流誤差Ｅの推定二次磁束Φｒ０と直交する成分に比例する値を意味する。ベクトルＪΦｒ０は推定二次磁束Φｒ０と直交するベクトルであり、図１５は誘導電動機１の回転角速度と推定回転角速度の間に偏差がある場合のベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅとの関係を示すものである。
【００１２】
例えば、ベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの位相差がξ１の時の一次電流誤差をＥ１とする。また、ベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの位相差がξ２の時の一次電流誤差をＥ２とする。位相差がξ１の場合、一次電流誤差Ｅ１の大きさに対し、位相差ξが９０°に近いために（４６）式の値は小さくなってしまい、結果、（３）式の演算を行うに当たって、その推定応答性が著しく劣化する。位相差がξ２の場合では、（４６）式の値の符号は反転してしまうので、この値を（３）式に従って演算すると推定回転角速度は正帰還となり発散する。なお、位相差ξが±９０°の時、誤差ベクトルＥはベクトルＪΦｒ０と同位相（或は逆位相）となるので、推定二次磁束Φｒ０と一次電流誤差Ｅとの外積値、即ち、被積分項（４６）式は０となる。従って、回転角速度推定の演算式に（３）式を用いることは不可能となる。つまり、一次電流誤差ＥがベクトルＪΦｒ０と同位相（位相差ξ＝０°）であることが望ましく、この時、回転角速度推定を良好な応答性で安定に行うことが可能である。
【００１３】
図２（ｂ）は誘導電動機１の回転角速度と推定回転角速度の間に偏差がある場合の回転角速度推定手段３で演算する場合のベクトルＪΦｒ０と誤差ベクトルＥの関係の一例であり、図において、横軸はベクトルＪΦｒ０の角速度（即ち一次角速度ω）、縦軸はベクトルＪΦｒ０と誤差ベクトルＥの位相差ξを示している。図中のｋは（３８）〜（４１）式のパラメータｋであり、図２（ｂ）から分かる通り、ｋの値によってその特性は変化する。（３８）〜（４１）式のｋが小さいときには位相差ξが９０°を越える場合がある。また、大き過ぎても小さ過ぎてもいけないｋの値を決定する方法は不明であり、ベクトルＪΦｒ０の角速度、即ち一次角速度が高くなるとｋの値に関わらず位相差ξの値は０°から遠ざかる。
【００１４】
図２（ｂ）に示す通り、従来の誘導電動機の制御装置では一次角速度ωによっては位相差ξが望ましい値（０°一定）にならないために回転角速度推定の応答性が悪かったり、不安定現象を起こすことがあった。その結果、トルク制御手段４に誤差を含む推定回転角速度ωｒ０が入力されることになり、誘導電動機１の出力トルクの応答性が運転状況によって劣化したり、不安定現象を起こしたりする課題が発生した。
【００１５】
また、図１６は誘導電動機のＴ型等価回路として知られているが、図において、一次電圧Ｖｓが直流、即ち、一次角速度が零の場合、相互インダクタンスＭが短絡し二次側回路に電流が流れないために、回転角速度ωｒは一次電流Ｉｓに対し干渉しない。従って、一次角速度が零の場合、回転角速度ωｒが変化しても、一次電圧と一次電流との関係は変わらないので、一次電圧と一次電流から回転角速度を推定することは不可能である。従来装置では運転状況によって一次角速度が零の場合があり、この時には推定回転角速度の演算が不可能となり、誘導電動機１を安定に制御できない課題があった。
【００１６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、出力トルクや回転角速度といった運転状況に関わらず安定で、且つ高応答な回転角速度の推定を行い、結果、誘導電動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誘導電動機の制御装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機の回転角速度指令を入力し、推定回転角速度が回転角速度指令に追従するように推定回転角速度に基づいて一次電圧を制御する速度制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うようにしたものである。
【００１８】
請求項２記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令を入力し、誘導電動機の出力トルクがそのトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次電圧を制御するトルク制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うようにしたものである。
【００１９】
請求項３記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令および二次磁束指令を入力し、誘導電動機の出力トルクがトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次角速度を演算し、一次電圧を制御するベクトル制御手段と、一次角速度および推定回転角速度に基づいて二次磁束指令を演算する磁束指令演算手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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ゲイン演算器とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うようにしたものである。
【００２０】
請求項４記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令、誘導電動機の一次角速度および推定回転角速度に基づいて第二のトルク指令および二次磁束指令を演算する指令値演算手段と、第二のトルク指令および二次磁束指令を入力し、誘導電動機の出力トルクが第二のトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次角速度を演算し、一次電圧を制御するベクトル制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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ゲイン演算器とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うと共に、指令値演算手段は、通常は第二のトルク指令としてトルク指令を出力し、推定回転角速度および一次角速度の各々の値が所定値より小さい場合は、その第二のトルク指令としてそのトルク指令に補助トルク信号を加算した値を発生するようにしたものである。
【００２１】
請求項５記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、誘導電動機が制御されるべき回転角速度指令を入力とし、その回転角速度指令と推定回転角速度との偏差を増幅した値をトルク指令として出力するトルク指令演算手段を備えたものである。
【００２２】
請求項６記載の発明に係る誘導電動機の制御装置は、適応観測器において、（１），（２），（３）式に従って演算を行い、ゲイン演算器はフィードバックゲインＨを（４）式で与えるようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による誘導電動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は誘導電動機、２は電流検出手段、３ａは回転角速度推定手段、４はトルク制御手段、５ａは適応観測器、６ａはゲイン演算器である。
なお、誘導電動機１、電流検出手段２およびトルク制御手段４は、従来装置と同一のものである。
【００２４】
次に動作について説明する。
回転角速度推定手段３ａは、適応観測器５ａとゲイン演算器６ａとから構成され、誘導電動機１の回転角速度を推定しその値を推定回転角速度ωｒ０として出力する。トルク制御手段４は、誘導電動機１が出力すべきトルク指令τ* を入力し、誘導電動機１の出力トルクがそのトルク指令τ* に追従するように回転角速度推定手段３から得られた推定回転角速度ωｒ０と電流検出手段２から得られた三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓに基づいて三相一次電圧ｖｕｓ，ｖｖｓ，ｖｗｓを供給する。適応観測器５ａは、（１）式の誘導電動機１の一次電圧のａ−ｂ軸（静止座標）上の成分ｖａｓ，ｖｂｓの代わりに、三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* を三相／二相変換することによって得られる一次電圧指令Ｖｓ* のａ−ｂ軸（静止座標）上の成分ｖａｓ* ，ｖｂｓ* を用いて（１），（２）式から推定一次電流Ｉｓ０、推定一次磁束Φｓ０および推定二次磁束Φｒ０を演算し、（３）式より推定回転角速度ωｒ０を出力する。但し、（１）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６ａから得る。
【００２５】
（２６）式に基づいて一次電流と二次磁束を状態変数に持つ適応観測器５と（１）式に基づいて一次磁束と二次磁束を状態変数に持つ適応観測器５ａは、状態変数変換をすれば、その構成は等価であるが、この実施の形態では、適応観測器５ａのフィードバックゲインＨをゲイン演算器６ａから適応観測器５ａへ適切に与えることによって、回転角速度推定手段３ａの特性を向上させるものである。
【００２６】
従来装置のゲイン演算器６では、誘導電動機１の極に対して適応観測器５の極がｋ倍になるようにフィードバックゲインＧの演算を行っていた。しかし、上述したとおり、このフィードバックゲインＧを用いると一次角速度が変化するなどの運転状況によってベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの位相差ξが大きく変化する課題があった。このために従来装置では、推定回転角速度の応答性や安定性に問題が生じていたので、この実施の形態では、ゲイン演算器６ａにおいて、一次電流誤差ＥがベクトルＪΦｒ０との位相差ξが運転状況によって変化しないようなフィードバックゲインＨの演算を行う。位相差ξは零が望ましいので、ゲイン演算器６ａは上記推定一次電流Ｉｓ０と上記一次電流Ｉｓの偏差信号（一次電流誤差）Ｅに含まれる推定二次磁束Φｄｒ０と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインＨの演算を行う。例えば、（１８）式に十分に小さいεを与え、（４），（２５）式によって得られるフィードバックゲインＨは、位相差ξを零に収束させる一手法である。この手法は、回転角速度の誤差が起因して発生する一次電流誤差Ｅを周波数領域で平均的にするものである。なお、（２５）式はリッカチ方程式として知られている方程式である。
【００２７】
この手法の有効性を確認するために、ベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの関係を検証してみる。従来のフィードバックゲインＧを用いた場合のベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの関係を図２（ｂ）に示したが、（４），（２５）式によって得られるフィードバックゲインＨを用いた場合のベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの関係を図２（ａ）に示す。図を見て分かるように、εを小さくしていくと一次角速度を問わず位相差ξが零に収束していく。なお、（４）式の値は回転角速度によって異なるのでゲイン演算器６ａは、推定回転角速度ωｒ０に基づいてフィードバックゲインＨを適応観測器５ａに出力する。
【００２８】
以上のように、この実施の形態１によれば、運転状況に関わらず安定で、且つ高応答に推定された推定回転角速度ωｒ０を適応観測器５ａから得ることができる。従来装置においては、フィードバックゲインＧを演算するために必要なｋは大きくても小さくてもいけなかったが、この実施の形態で用いられるεは十分小さい値を用いるだけで良い。このような誘導電動機の制御装置は、安定で、且つ高応答な回転角速度推定手段３ａに基づいて制御しているために、運転状況を問わずに安定で、且つ高応答に誘導電動機１の出力トルクをトルク指令τ* に追従させることができる。
【００２９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、誘導電動機１が出力すべきトルク指令τ* を入力し、誘導電動機１の出力トルクがトルク指令τ* に追従するように制御していたが、図３の構成をとることによって、誘導電動機１の回転角速度指令ωｒ* を入力し、誘導電動機１の回転角速度ωｒが回転角速度指令ωｒ* に追従するように制御することができる。
図３はこの発明の実施の形態２による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図であり、図において、２１は誘導電動機１の回転角速度指令ωｒ* を入力し、誘導電動機１の回転角速度ωｒが回転角速度指令ωｒ* に追従するように制御する速度制御手段である。
なお、その他の構成は、実施の形態１と同一のものであり、その説明を省略する。
【００３０】
次に動作について説明する。
図４は速度制御手段２１を示すブロック構成図であり、図において、２２は減算器、２３は速度調整器、２４は加算器、２５はＶ／Ｆパターン発生器、２６は三相電圧指令演算器、１５はＰＷＭインバータであり、ＰＷＭインバータ１５は従来装置と同一のものである。
減算器２２は、回転角速度指令ωｒ* から回転角速度推定手段３ａより得られた推定回転角速度ωｒ０を減算する。速度調整器２３は、減算器２２の出力を増幅しすべり角速度指令ωｓ* として出力する。加算器２４は、回転角速度推定手段３ａから得られた推定回転角速度ωｒ０と速度調整器２３から得られたすべり角速度指令ωｓ* を加算し、一次角速度ωとして出力する。Ｖ／Ｆパターン発生器２５は、加算器２４から得られた一次角速度ωに基づいて一次電圧振幅指令｜Ｖ｜* を発生する。三相電圧指令演算器２６は、一次電圧振幅指令｜Ｖ｜* と一次角速度ωに基づいて、三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，ｖｗｓ* を発生する。ＰＷＭインバータ１５は、三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，ｖｗｓ* に基づいて三相電圧ｖｕｓ，ｖｖｓ，ｖｗｓを誘導電動機１に供給する。
【００３１】
以上のように、この実施の形態２によれば、回転角速度推定手段３ａが回転角速度ωｒに追従するように推定回転角速度ωｒ０を安定に推定し、速度制御手段２１が推定回転角速度ωｒ０を回転角速度指令ωｒ* に追従するように制御するので、回転角速度指令ωｒ* に回転角速度ωｒが安定に追従するように制御できる。
【００３２】
実施の形態３．
図１６に示した誘導電動機のＴ型等価回路から分かる通り、一次角速度ωが零の場合、推定回転角速度ωｒ０が回転角速度ωｒと一致していなくても一次電流Ｉｓに一致する推定一次電流Ｉｓ０を誤差なく演算することが可能であり、結果、この時の一次電流誤差の振幅｜Ｅ｜は零である。
上記実施の形態１では、ベクトルＪΦｒ０と一次電流誤差Ｅの位相差ξに注目して、回転角速度推定手段３ａを構成したが、一次角速度ωが零の場合は一次電流誤差の振幅｜Ｅ｜が零であるため、位相差ξに関わらず推定回転角速度ωｒ０の演算を（３）式で行うことは不可能である。しかし、図５の構成をとれば、一次角速度ωと推定回転角速度ωｒ０に基づいて二次磁束指令Φｄｒ* を変化させて一次角速度ωを一定値以上に保つことが可能なので、回転角速度と推定回転角速度の間に偏差がある場合、一次電流誤差の振幅｜Ｅ｜が零にならず、運転状況に関わらず推定回転角速度ωｒ０の演算を安定、且つ高応答に行える。その結果、運転状況に関わらず安定、且つ高応答に誘導電動機１の出力トルクを制御することが可能である。
【００３３】
図５はこの発明の実施の形態３による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図であり、図において、４ａは誘導電動機１が出力するべきトルク指令τ* と二次磁束指令Φｄｒ* と電流検出手段２から得られた三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓと回転角速度推定手段３ａから得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、一次角速度ωを演算し、一次電圧を誘導電動機１に供給するベクトル制御手段、２７はベクトル制御手段４ａから得られた一次角速度ωと回転角速度推定手段３ａから得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、二次磁束指令Φｄｒ* を演算する磁束指令演算手段である。
なお、その他の構成は、実施の形態１と同一のものであり、その説明を省略する。
【００３４】
次に動作について説明する。
磁束指令演算手段２７では、二次磁束指令Φｄｒ* の候補として、ΦｄｒＨ* とΦｄｒＬ* の二種類（但し、ΦｄｒＨ* ＞ΦｄｒＬ* ＞０）を予め用意してあり、図６に示す表に従ってΦｄｒ* としてΦｄｒＨ* またはΦｄｒＬ* を出力する。ここで、Δωは任意の正数とする。図６に示した表において、例えば、ωｒ０の符号が正でω＞Δωの場合、ΦｄｒＨ* をΦｄｒ* として出力するが、一次角速度ωが０＜ω≦Δωの範囲に変化するとΦｄｒＬ* をΦｄｒ* として出力する。Φｄｒ* が変化すると、（４５）式から分かるようにすべり角速度ωｓが変化する。すべり角速度ωｓが変化するように二次磁束指令を切替えれば、一次角速度ωはωｓ＋ωｒであるので、ω自身も変化し、結果−Δω≦ω≦Δω以外の範囲に一次角速度ωを保つことが可能である。
【００３５】
従来装置では運転状況によっては一次角速度ωが零になることがあったが、この様な構成にすることにより、常に一次角速度が−Δω≦ω≦Δω以外の範囲で運転することができる。
【００３６】
図７はベクトル制御手段４ａを示すブロック構成図であり、図において、３１は回転座標（ｄ−ｑ軸）上の一次電流のｄ軸成分ｉｄｓに対して一次遅れ演算を施すことによって、二次磁束Φｄｒ１を出力する磁束演算器、３２はｉ０＝ＭΦｄｒ１，ｉＴ＝ｉｑｓとし、（４５）式に基づいてｄ−ｑ軸上の一次電流のｑ軸成分ｉｑｓと二次磁束Φｄｒ１からすべり角速度ωｓを演算するすべり角速度演算器、３３は回転角速度推定手段３ａから得られた推定回転角速度ωｒ０とすべり角速度ωｓとを加算して一次角速度ωを出力する加算器、３４は二次磁束指令Φｄｒ* と二次磁束Φｄｒ１との偏差を出力する減算器、３５は減算器３４の出力を増幅し、ｄ−ｑ軸上の一次電流指令のｄ軸成分ｉｄｓ* を出力する磁束制御器、３６はｉｄｓ* とｉｄｓとの偏差を出力する減算器、３７は減算器３６の出力を増幅し、ｄ−ｑ軸上の一次電圧のｄ軸成分指令ｖｄｓ* を出力するｄ軸電流制御器である。
【００３７】
３８はトルク指令τ* に比例し、二次磁束指令Φｄｒ* に反比例する値をｄ−ｑ軸上の一次電流のｑ軸成分指令ｉｑｓ* として出力するｑ軸電流指令演算器、３９はｉｑｓ* とｉｑｓとの偏差を出力する減算器、４０は減算器３９の出力を増幅し、ｄ−ｑ軸上の一次電圧のｑ軸成分指令ｖｑｓ* を出力するｑ軸電流制御器、４１は一次角速度ωを積分し位相θを出力する積分器、４２は三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓおよび位相θに基づいて回転座標（ｄ−ｑ軸）上の一次電流ｉｄｓ，ｉｑｓを出力する座標変換器、４３は回転座標（ｄ−ｑ軸）上の一次電圧指令ｖｄｓ* ，ｖｑｓ* および位相θに基づいて三相一次電圧指令ｖｕｓ* ，ｖｖｓ* ，ｖｗｓ* を出力する座標変換器である。
これらの構成により、三相一次電流ｉｕｓ，ｉｖｓと推定回転角速度ωｒ０に基づいて、誘導電動機１の出力トルクをトルク指令τ* に、二次磁束の振幅を二次磁束指令Φｄｒ* に、それぞれ追従するように制御可能である。
【００３８】
以上のように、この実施の形態３によれば、従来装置では一次角速度ωが零になるような運転状況でも、この実施の形態では、一次角速度ωが零になることがないので、安定に誘導電動機１を制御することができる。
【００３９】
実施の形態４．
上記実施の形態では、回転角速度ωｒが零の場合は、二次磁束Φｄｒの値に関わらず無負荷時に一次角速度が零になる問題があった。この問題は（４５）式において、ｉＴ（即ちｉｑｓ）が零の場合は二次磁束Φｄｒ（即ちｉ０）の値に関わらず、すべり角速度ωｓは零となり、回転角速度ωｒが零ならば一次角速度ωも零になることから説明できる。従って、回転角速度ωｒが零、且つｄ−ｑ軸上の一次電流のｑ軸成分ｉｑｓが零の場合は、ｉｑｓが発生するようなトルク指令を与えれば良い。
【００４０】
図８はこの発明の実施の形態４による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図であり、図において、４ｂはベクトル制御手段、２８は誘導電動機１が出力するべきトルク指令τ* とベクトル制御手段４ｂから得られた一次角速度ωと推定回転角速度ωｒ０に基づいて二次磁束指令Φｄｒ* と第二のトルク指令τ２* を出力する指令値演算手段である。ベクトル制御手段４ｂは、ベクトル制御手段４ａと同一構成であるが、トルク指令τ* を入力する代わりに第二のトルク指令τ２* を入力する。
その他の構成は、実施の形態３と同一のものであり、その説明を省略する。
【００４１】
図９は指令値演算手段２８を示すブロック構成図であり、図において、２７は磁束指令演算手段であり、上記実施の形態３と同一のものである。５１はトルク指令τ* と補助トルク信号Δτ* の加算値を出力する加算器、５２は一次角速度ωと推定回転角速度ωｒ０に基づいて補助トルク信号Δτ* を発生する補助トルク信号発生器である。
【００４２】
次に動作について説明する。
補助トルク信号発生器５２では、Δω２を任意の実数とし、
ω2 ＋ωｒ０2 ≧Δω２2 （４７）
の場合はΔτ* に補助トルク信号として、例えばランダム信号を与え、それ以外の場合はΔτ* ＝０とする。図１０は補助トルク信号発生器５２が補助トルク信号としてΔτ* をランダム信号で与える範囲の一例である。図において、破線は二次磁束指令がΦｄｒＬ* の場合の一次角速度ω＝０の軌跡であり、一点鎖線は二次磁束指令がΦｄｒＨ* の場合の一次角速度ω＝０の軌跡である。図１０より、出力トルクが零、且つ回転速度が零の場合は、二次磁束指令を変化させてもω＝０になることが回避できないことが分かる。そこで、この実施の形態では、回転角速度および一次角速度が小さい楕円内部ではω＝０にならないように補助トルク信号を発生させるものである。
【００４３】
以上のように、この実施の形態４によれば、回転角速度が低い範囲でも一次角速度ωが零にならないように運転することができる。したがって、回転角速度が低い範囲でも回転角速度推定器は安定、且つ正確に推定回転角速度ωｒ０を演算することができ、その結果、誘導電動機１を安定、且つ高応答に制御することができる。
【００４４】
実施の形態５．
実施の形態２では、速度制御手段２１は、電流検出手段２から得られた一次電流をフィードバックしないために、回転角速度指令に対する回転角速度の応答性は十分でなく、更に、インパクト負荷等の急変する負荷に対して過電流が発生し装置がトリップする問題がある。一方、実施の形態１では、電流検出手段２から得られた一次電流をフィードバックするので、過電流に関する問題を解決することができる。しかしながら、トルク制御手段４はトルクを制御することは可能であるが、回転角速度を直接制御することはできない。この実施の形態は、過電流に関する問題を解決しながら、誘導電動機１の回転角速度を制御するものである。
【００４５】
図１１はこの発明の実施の形態５による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図であり、図において、６１は誘導電動機１が制御されるべき回転角速度指令ωｒ* を入力とし、回転角速度推定手段３ａから得られた推定回転角速度ωｒ０との偏差を増幅した値をトルク指令τ* として指令値演算手段２８に出力するトルク指令演算手段である。
その他の構成は、実施の形態４と同一のものであり、その説明を省略する。
【００４６】
以上のように、この実施の形態５によれば、一次電流のフィードバックループを持つので過電流を抑制することが可能であり、安定、且つ高応答に回転角速度が回転角速度指令に追従するように誘導電動機を制御することができる。
【００４７】
実施の形態６．
上記実施の形態では、適応観測器５ａを静止座標（ａ−ｂ軸）上で構成していたが、回転座標（ｄ−ｑ軸）上で構成してもその効果は同じである。図１２はこの発明の実施の形態６による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図であり、図において、３ｂは回転角速度推定手段、４ｃはベクトル制御手段である。このベクトル制御手段４ｃは、上記実施の形態５のベクトル制御手段４ｂと同一構成であるが、回転座標（ｄ−ｑ軸）上の一次電圧指令ｖｄｓ，ｖｑｓ* と一次電流ｉｄｓ，ｉｑｓを出力する点が異なる。回転角速度推定手段３ｂは、適応観測器５ｂとゲイン演算器６ａから構成される。ゲイン演算器６ａは上記実施の形態５と同一であり、その説明は省略する。
【００４８】
次に動作について説明する。
適応観測器５ｂでは、
【数６】
【数７】
Ｉｓ０′ 誘導電動機の推定一次電流
Φｓ０′ 誘導電動機の推定一次磁束
Φｒ０′ 誘導電動機の推定二次磁束
Ｖｓ′ 誘導電動機の一次電圧
Ｅ′ 誘導電動機の一次電流誤差
ｉｄｓ０ 誘導電動機の推定一次電流のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ軸成分
ｉｑｓ０ 誘導電動機の推定一次電流のｄ一ｑ軸（回転座標）上のｑ軸成分
Φｄｓ０ 誘導電動機の推定一次磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ軸成分
Φｑｓ０ 誘導電動機の推定一次磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｑ軸成分
Φｄｒ０ 誘導電動機の推定二次磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｄ軸成分
Φｑｒ０ 誘導電動機の推定二次磁束のｄ−ｑ軸（回転座標）上のｑ軸成分
【００４９】
以上のように、この実施の形態６によれば、適応観測器５ｂは上記実施の形態の適応観測器５ａと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。従って、この実施の形態６により実施の形態５と同一の効果を得ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機の回転角速度指令を入力し、推定回転角速度が回転角速度指令に追従するように推定回転角速度に基づいて一次電圧を制御する速度制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うように構成したので、ゲイン演算器は推定一次電流と一次電流の偏差が二次磁束に直交する成分にのみ発生するようなフィードバックゲインの演算を行うので、回転角速度推定手段から推定回転角速度を安定に、且つ高応答に得られ、回転角速度を安定に制御できる効果がある。
【００５１】
請求項２記載の発明によれば、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令を入力し、誘導電動機の出力トルクがそのトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次電圧を制御するトルク制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うように構成したので、ゲイン演算器は推定一次電流と一次電流の偏差が二次磁束に直交する成分にのみ発生するようなフィードバックゲインの演算を行うので、回転角速度推定手段から推定回転角速度を安定に、且つ高応答に得られるで、誘導電動機の出力トルクがトルク指令に安定、且つ高応答に追従させることができる効果がある。
【００５２】
請求項３記載の発明によれば、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令および二次磁束指令を入力し、誘導電動機の出力トルクがトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次角速度を演算し、一次電圧を制御するベクトル制御手段と、一次角速度および推定回転角速度に基づいて二次磁束指令を演算する磁束指令演算手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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ゲイン演算器とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うように構成したので、一次角速度と推定回転角速度に基づいて磁束指令を演算するので、回転角速度が推定不可能になる一次角速度が零という状態になることを防止し、誘導電動機のトルク指令に出力トルクを安定に追従させることができる効果がある。
【００５３】
請求項４記載の発明によれば、誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に供給される一次電圧と一次電流とに基づいて誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、誘導電動機が出力すべきトルク指令、誘導電動機の一次角速度および推定回転角速度に基づいて第二のトルク指令および二次磁束指令を演算する指令値演算手段と、第二のトルク指令および二次磁束指令を入力し、誘導電動機の出力トルクが第二のトルク指令に追従するように一次電流および推定回転角速度に基づいて一次角速度を演算し、一次電圧を制御するベクトル制御手段とを備え、回転角速度推定手段は、一次電流および一次電圧に基づいて誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および推定回転角速度を演算する適応観測器と、その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ゲイン演算器とから構成され、ゲイン演算器は、推定一次電流と一次電流の偏差信号に含まれる推定二次磁束と同位相成分が零となるようにフィードバックゲインの演算を行うと共に、指令値演算手段は、通常は第二のトルク指令としてトルク指令を出力し、推定回転角速度および一次角速度の各々の値が所定値より小さい場合は、その第二のトルク指令としてそのトルク指令に補助トルク信号を加算した値を発生するように構成したので、一次角速度と推定回転角速度に基づいて推定回転角速度と一次角速度の各々の値が所定値より小さい場合は、第二のトルク指令としてトルク指令に補助トルク信号を加算した値を発生するので、回転角速度が零の場合でも、回転角速度が推定不可能になる一次角速度が零という状態になることを防止するので、誘導電動機のトルク指令に出力トルクを安定に追従させることができる効果がある。
【００５４】
請求項５記載の発明によれば、誘導電動機が制御されるべき回転角速度指令を入力とし、その回転角速度指令と推定回転角速度との偏差を増幅した値をトルク指令として出力するトルク指令演算手段を備えるように構成したので、一次電流をフィードバックする構成でありながら、回転角速度指令からトルク指令が得られるので、過電流といった問題を解決しながら誘導電動機の回転速度を制御することができる効果がある。
【００５５】
請求項６記載の発明によれば、適応観測器において、（１），（２），（３）式に従って演算を行い、フィードバックゲインＨを（４）式で与えるように構成したので、推定一次電流と一次電流の偏差が二次磁束に直交する成分にのみ発生するので、安定に、且つ高応答で推定回転角速度の演算が行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図２】 実施の形態１および従来装置における一次角速度と位相差の関係を示す特性図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図４】 速度制御手段を示すブロック構成図である。
【図５】 この発明の実施の形態３による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図６】 磁束指令演算手段の入力および出力の関係を示す表図である。
【図７】 ベクトル制御手段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による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図９】 指令値演算手段を示すブロック構成図である。
【図１０】 補助トルク信号発生器が補助トルク信号を発生する範囲を示した特性図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６による誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図１３】 従来の誘導電動機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図１４】 トルク制御手段を示すブロック構成図である。
【図１５】 従来の誘導電動機の制御装置の推定一次電流と一次電流の偏差信号とベクトルと位相差を示す説明図である。
【図１６】 誘導電動機のＴ型等価回路図である。
【符号の説明】
１ 誘導電動機、２ 電流検出手段、３ａ 回転角速度推定手段、４ トルク制御手段、４ａ，４ｂ ベクトル制御手段、５ａ 適応観測器、６ａ ゲイン演算器、２１ 速度制御手段、２７ 磁束指令演算手段、２８ 指令値演算手段、６１ トルク指令演算手段。
Claims (6)
- 誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、上記誘導電動機に供給される一次電圧と上記一次電流とに基づいてその誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、上記誘導電動機の回転角速度指令を入力し、上記推定回転角速度が上記回転角速度指令に追従するようにその推定回転角速度に基づいて上記一次電圧を制御する速度制御手段とを備え、上記回転角速度推定手段は、上記一次電流および上記一次電圧に基づいて上記誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および上記推定回転角速度を演算する適応観測器と、その適応観測器から得られた上記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とから構成され、上記ゲイン演算器は、上記推定一次電流と上記一次電流の偏差信号に含まれる上記推定二次磁束と同位相成分が零となるように上記フィードバックゲインの演算を行うことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
- 誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、上記誘導電動機に供給される一次電圧と上記一次電流とに基づいてその誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、上記誘導電動機が出力すべきトルク指令を入力し、その誘導電動機の出力トルクがそのトルク指令に追従するように上記一次電流および上記推定回転角速度に基づいて上記一次電圧を制御するトルク制御手段とを備え、上記回転角速度推定手段は、上記一次電流および上記一次電圧に基づいて上記誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および上記推定回転角速度を演算する適応観測器と、その適応観測器から得られた上記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とから構成され、上記ゲイン演算器は、上記推定一次電流と上記一次電流の偏差信号に含まれる上記推定二次磁束と同位相成分が零となるように上記フィードバックゲインの演算を行うことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
- 誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、上記誘導電動機に供給される一次電圧と上記一次電流とに基づいてその誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、上記誘導電動機が出力すべきトルク指令および二次磁束指令を入力し、その誘導電動機の出力トルクがそのトルク指令に追従するように上記一次電流および上記推定回転角速度に基づいて上記一次角速度を演算し、その一次電圧を制御するベクトル制御手段と、上記一次角速度および上記推定回転角速度に基づいて上記二次磁束指令を演算する磁束指令演算手段とを備え、上記回転角速度推定手段は、上記一次電流および上記一次電圧に基づいて上記誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および上記推定回転角速度を演算する適応観測器と、その適応観測器から得られた上記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とから構成され、上記ゲイン演算器は、上記推定一次電流と上記一次電流の偏差信号に含まれる上記推定二次磁束と同位相成分が零となるように上記フィードバックゲインの演算を行うことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
- 誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、上記誘導電動機に供給される一次電圧と上記一次電流とに基づいてその誘導電動機の推定回転角速度を演算する回転角速度推定手段と、上記誘導電動機が出力すべきトルク指令、その誘導電動機の一次角速度および上記推定回転角速度に基づいて第二のトルク指令および二次磁束指令を演算する指令値演算手段と、上記第二のトルク指令および上記二次磁束指令を入力し、上記誘導電動機の出力トルクがその第二のトルク指令に追従するように上記一次電流および上記推定回転角速度に基づいて上記一次角速度を演算し、上記一次電圧を制御するベクトル制御手段とを備え、上記回転角速度推定手段は、上記一次電流および上記一次電圧に基づいて上記誘導電動機の推定二次磁束，推定一次電流および上記推定回転角速度を演算する適応観測器と、その適応観測器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記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とから構成され、上記ゲイン演算器は、上記推定一次電流と上記一次電流の偏差信号に含まれる上記推定二次磁束と同位相成分が零となるように上記フィードバックゲインの演算を行うと共に、上記指令値演算手段は、通常は第二のトルク指令として上記トルク指令を出力し、上記推定回転角速度および上記一次角速度の各々の値が所定値より小さい場合は、その第二のトルク指令としてそのトルク指令に補助トルク信号を加算した値を発生することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
- 誘導電動機が制御されるべき回転角速度指令を入力とし、その回転角速度指令と推定回転角速度との偏差を増幅した値をトルク指令として出力するトルク指令演算手段を備えたことを特徴とする請求項２から請求項４のうちのいずれか１項記載の誘導電動機の制御装置。
- 適応観測器は、
Ｈ＝ＰＣT Ｒ-1 （４）
で与えることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の誘導電動機の制御装置。
但し、
ε 任意の正数
Ｒｓ 誘導電動機の一次抵抗値
Ｒｒ 誘導電動機の二次低抗値
Ｍ 誘導電動機の相互インダクタンス値
Ｌｓ 誘導電動機の一次インダクタンス値
Ｌｒ 誘導電動機の二次インダクタンス値
ωｒ０ 誘導電動機の推定回転角速度
Ｉｓ 誘導電動機の一次電流
Ｉｓ０ 誘導電動機の推定一次電流
Φｓ０ 誘導電動機の推定一次磁束
Φｒ０ 誘導電動機の推定二次磁束
Ｖｓ 誘導電動機の一次電圧
Ｅ 誘導電動機の一次電流誤差
ｉａｓ 誘導電動機の一次電流のａ−ｂ軸（静止座標）上のａ軸成分
ｉｂｓ 誘導電動機の一次電流のａ−ｂ軸（静止座標）上のｂ軸成分
ｉａｓ０ 誘導電動機の推定一次電流のａ−ｂ軸（静止座標）上のａ軸成分
ｉｂｓ０ 誘導電動機の推定一次電流のａ−ｂ軸（静止座標）上のｂ軸成分
ｖａｓ 誘導電動機の一次電圧のａ−ｂ軸（静止座標）上のａ軸成分
ｖｂｓ 誘導電動機の一次電圧のａ−ｂ軸（静止座標）上のｂ軸成分
Φａｓ０ 誘導電動機の推定一次磁束のａ−ｂ軸（静止座標）上のａ軸成分
Φｂｓ０ 誘導電動機の推定一次磁束のａ−ｂ軸（静止座標）上のｂ軸成分
Φａｒ０ 誘導電動機の推定二次磁束のａ−ｂ軸（静止座標）上のａ軸成分
Φｂｒ０ 誘導電動機の推定二次磁束のａ−ｂ軸（静止座標）上のｂ軸成分
ｓ 微分演算子（ラプラス演算子）
Ｐ 方程式（２５）式の解
ＰＡT ＋ＡＰ−ＰＣT Ｒ-1ＣＰ＋ＧＱＧT ＝０ （２５）
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