JP3710621B2 - 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、回転角速度検出器を用いないで誘導電動機を可変速駆動する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、例えば電気学会論文誌Ｄ、１１２巻９号（平成４年）９０１頁に示された従来の誘導電動機の制御装置を示す図である。図において、１は励磁電流指令演算手段、２は誘導電動機、３はトルク制御手段、４は電流検出手段、５はパラメータ推定手段である。
図１４に示す従来の誘導電動機の制御装置において、励磁電流指令演算手段１は、誘導電動機２が出力すべき二次磁束指令φｄｒ*を入力し、二次磁束指令φｄｒ*に比例した直流信号に任意の交流信号を加算（重畳）した次の（２０）式を用いて、誘導電動機２の励磁電流指令ｉｄｓ*を出力する。
【０００３】
【数７】
【０００４】
但し、ｔ ：時刻
ｋ１：第一の重畳信号振幅
ｆ１：第一の重畳信号周波数
ｋ２：第二の重畳信号振幅
ｆ２：第二の重畳信号周波数
【０００５】
ここで、誘導電動機の回転角速度と二次抵抗とを同時に推定するには少なくとも２種類以上の周波数成分を含まなければならないことが知られている。
以下、この理由を簡単に説明する。図１５は励磁電流が一定時の誘導電動機のＴ型等価回路として良く知られているものである。図において、ωｓはすべり角速度であり、誘導電動機の回転角速度を推定することは、ωｒ＝ω−ωｓから図中のすべり角速度を推定することと等価である。
ところで、励磁電流一定で制御された誘導電動機の一次電流と一次電圧から誘導電動機の回転角速度と二次抵抗とを同時に推定することは、図中のＲｒ／ωｓを推定することであり、原理的に分離不可能である。
しかし、励磁電流を一定に保たなければ、ωもωｓも一定でなくなりωは複数の成分を持つことになる。従って、各ωの成分に対してそれぞれ異なるωｓの値でＴ型等価回路が成立する。このように、励磁電流を一定に保たない制御を施された誘導電動機ならば、回転角速度と二次抵抗とを同時に推定することが可能となる。
【０００６】
従って、ｆ１とｆ２とは異なる値を用いており、前掲電気学会論文誌Ｄ、１１２巻９号９０１頁に示された従来の誘導電動機の制御装置では、
ｆ１＝１［Ｈｚ］
ｆ２＝３［Ｈｚ］
としている。
ところで、電気学会論文誌Ｄ、１１２巻９号９０１頁に示された第一の重畳信号の周期１／ｆ１は１秒であり、誘導電動機の定格は３．７ｋＷであることから誘導電動機２の二次時定数（＝Ｌｒ／Ｒｒ）より長い周期の交流信号といえる。
【０００７】
トルク制御手段３は、誘導電動機２が出力すべきトルク指令τｍ*と励磁電流指令演算手段１から得られた励磁電流指令ｉｄｓ*を入力し、誘導電動機２の出力トルクτｍがτｍ*に追従するように電流検出手段４から得られた三相一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓとパラメータ推定手段５から得られた推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とに基づいて三相一次電圧ｖｕｓ、ｖｖｓ、ｖｗｓを供給する。
【０００８】
パラメータ推定手段５は、観測器６とゲイン演算器７と回転速度推定器８と二次抵抗推定器９と一次抵抗推定器１０とから構成される。
パラメータ推定手段５は、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓを入力し、推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とを出力する。
観測器６は、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと、ゲイン演算器７から得られたフィードバックゲインＧと、回転速度推定器８から得られる推定回転角速度ωｒ０と、二次抵抗推定器９から得られる推定二次抵抗Ｒｒ０と、一次抵抗推定器１０から得られる推定一次抵抗Ｒｓ０に基づいて、（２１）、（２２）、（２３）式より推定一次電流Ｉｓ０と推定二次電流Ｉｒ０と状態偏差Ｅと推定二次磁束Φｒ０とを出力する。
【０００９】
【数８】
【００１０】
また、ゲイン演算器７は、回転速度推定器８から得られた推定回転角速度ωｒ０を含む（２４）式の左辺フィードバックゲインＧとして出力する。
【００１１】
【数９】
【００１２】
（２４）式のフィードバックゲインＧを用いると観測器６の極は誘導電動機２の極のｋ倍になる。
回転速度推定器８は、観測器６から得られた推定二次磁束Φｒ０及び状態偏差Ｅに基づいて、状態偏差Ｅと推定二次磁束Φｒ０との外積Ｅ×Φｒ０を求め、観測器６で用いられている推定回転角速度ωｒ０を（２５）式に従って修正し、推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【００１３】
【数１０】
【００１４】
二次抵抗推定器９は、観測器６から得られた推定二次電流ｉｒ０及び状態偏差Ｅに基づいて、状態偏差Ｅと推定二次電流ｉｒ０の内積Ｅ・ｉｒ０を求め、観測器６で用いられている推定二次抵抗Ｒｒ０を（２６）式に従って修正し、推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する。
【００１５】
【数１１】
【００１６】
一次抵抗推定器１０は、観測器６から得られた推定一次電流ｉｓ０及び状態偏差Ｅに基づいて、状態偏差Ｅと推定二次電流ｉｓ０の内積Ｅ・ｉｓ０を求め、観測器６で用いられている推定一次抵抗Ｒｓ０を（２７）式に従って修正し、推定一次抵抗Ｒｓ０を出力する。
【００１７】
【数１２】
【００１８】
以上によって、パラメータ推定手段５は推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とを出力する。
図１７はトルク制御手段３を示す図である。１１はトルク電流指令演算器、１２は一次角速度演算器、１３は積分器、１４は静止座標上の一次電流を回転座標上に座標変換する座標変換器、１５、１６は減算器、１７、１８は電流制御器、１９は回転座標上の一次電圧指令を静止座標上に座標変換する座標変換器、２０はＰＷＭインバータである。
発生トルクτｍと二次磁束の振幅φｄｒとトルク電流ｉｑｓとの間には（２８）式が成り立つ。
【００１９】
【数１３】
【００２０】
そこで、トルク電流指令演算器１１は、入力されたトルク指令τｍ*を一次角速度演算器１２から得られる二次磁束振幅演算値φｄｒ１で除算し、その値を定数倍したものをトルク電流指令ｉｑｓ*として出力する。
一次角速度演算器１２は、入力された励磁電流指令ｉｄｓ*とトルク電流指令ｉｑｓ*と推定二次抵抗Ｒｒ０と推定回転角速度ωｒ０とに基づき、（２９）、（３０）式に従って二次磁束演算値φｄｒ１及び一次角速度ωを出力する。
【００２１】
【数１４】
【００２２】
積分器１３は、一次角速度演算器１２から得られた一次角速度ωを積分し、位相角θを出力する。
座標変換器１４は、積分器１３から得られる位相角θに基づいて電流検出手段４から得られた一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓを回転二軸座標上に座標変換し、励磁電流ｉｄｓとトルク電流ｉｑｓを出力する。
減算器１５は励磁電流指令ｉｄｓ*から励磁電流ｉｄｓを減算した偏差信号を出力し、減算器１６はトルク電流指令ｉｑｓ*からトルク電流ｉｑｓを減算した偏差信号を出力する。
電流制御器１７は、励磁電流ｉｄｓが励磁電流指令ｉｄｓ*に追従するように減算器１５から得られる偏差信号を増幅し、ｄ軸電圧指令ｖｄｓ*として出力する。
電流制御器１８は、トルク電流ｉｑｓがトルク電流指令ｉｑｓ*に追従するように減算器１６から得られる偏差信号を増幅し、ｑ軸電圧指令ｖｑｓ*として出力する。
【００２３】
座標変換器１９は、積分器１３から得られる位相角θに基づき、電流制御器１７、１８から得られたｄ軸及びｑ軸電圧指令ｖｄｓ*、ｖｑｓ*を三相静止座標に座標変換し、三相電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*、ｖｗｓ*を出力する。
ＰＷＭインバータ２０はｖｕｓ*、ｖｖｓ*、ｖｗｓ*に基づいて三相一次電圧ｖｕｓ、ｖｖｓ、ｖｗｓを誘導電動機２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、発熱等による誘導電動機２の温度変化に伴って一次抵抗及び二次抵抗が変化する場合でも推定一次抵抗及び推定二次抵抗が追従するので、回転角速度センサを用いないで誘導電動機２の出力トルクτｍをトルク指令τｍ*に追従するように制御することが可能である。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の誘導電動機の制御装置では、次に示すような欠点があった。（１）回生領域では一次抵抗の推定が不可能である。（２）推定二次抵抗の精度が、一次周波数に大きく依存する。（３）出力トルクτｍにトルク脈動が発生する。（４）励磁電流の交流成分の周波数を複数準備するのに多数の演算を必要とする。（５）二次抵抗と回転角速度とを分離して推定することが比較的困難である。
【００２５】
まず（１）の原因について説明する。
ここで、以下の説明の前提となる、状態偏差Ｅ、一次電流ｉｓ、推定一次電流ｉｓ０の関係を図１６のベクトル図で示す。
即ち、回転角速度ωｒと推定回転角速度ωｒ０との間に偏差があったり、或いは二次抵抗Ｒｒと推定二次抵抗Ｒｒ０との間に偏差があったり、或いは一次抵抗Ｒｓと推定一次抵抗Ｒｓ０との間に偏差があると一次電流ｉｓと推定一次電流ｉｓ０とは一致しない。
このような推定値と真値との間に偏差がある場合の一次電流ｉｓと推定一次電流ｉｓ０及び状態偏差Ｅの関係は、状態偏差Ｅ＝（ｉｓ０−ｉｓ）であるので図１６の様になる。
なお、図中の座標は、周波数ωで推定二次磁束Φｒ０に同期して回転するｄ−ｑ座標である。
【００２６】
さて、一次抵抗推定器１０において、推定一次抵抗の演算は（２７）式で行うが、（２７）式の被積分項（ｉｓ０・Ｅ）は推定一次電流ｉｓ０と状態偏差（一次電流誤差）Ｅとの内積である。
即ち、推定一次電流の振幅｜ｉｓ０｜が一定の場合、この被積分項は状態偏差Ｅのｉｓ０と同位相の成分に比例する値を意味する。
【００２７】
図１８（ａ）は誘導電動機２の一次抵抗Ｒｓと推定一次抵抗Ｒｓ０との間に誤差がある場合の推定一次電流ｉｓ０と状態偏差Ｅとの関係を示すものである。
例えばｉｓ０とＥとの位相差ξがξαの時の状態偏差ＥをＥαとする。また、ｉｓ０とＥとの位相差ξがξβの時の状態偏差ＥをＥβとする。
位相差がξαの場合、被積分項Ｅ・ｉｓ０（＝｜Ｅ｜｜ｉｓ０｜ｃｏｓξ）の値は位相差ξが０°の時と比較すると小さくなる。その結果、（２７）式の演算を行なうにあたって、雑音等の影響が受け易く、また、その推定応答性が上げられない。
位相差がξβの場合では、被積分項（Ｅ・ｉｓ０）の値の符合は反転してしまうので、この値を（２７）式に従って演算すると推定一次抵抗は正帰還となり発散する。
【００２８】
まとめると、｜ξ｜＜９０°の時：安定であるが、｜ξ｜が９０°に近づくに連れ（Ｅ・ｉｓ０）の値が小さくなる。｜ξ｜＝９０°の時：（Ｅ・ｉｓ０）の値が０となり、推定出来ない。｜ξ｜＞９０°の時：不安定になる。
【００２９】
つまり、状態偏差Ｅが推定一次電流ｉｓ０と同位相（位相差ξ＝０°）であることが望ましく、この時、一次抵抗の推定を安定かつ高精度に行なうことが可能である。
【００３０】
図１９（ａ）は従来のパラメータ推定手段５から得られる、位相差ξと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）である。図において、横軸はｉｓ０の角速度（即ち一次角速度ω）、縦軸はｉｓ０とＥの位相差ξを示している。
図１９（ａ）中のｋはゲイン演算器７内部のパラメータｋであり、ｋの値によってその特性は変化することが分かる。ｋの値が大きい場合は角速度が小さい領域で｜ξ｜＞９０°となり、推定一次抵抗Ｒｓ０は発散する。
また、ｋに関わらず、回転角速度ωｒ０（１００［ｒａｄ／ｓ］）より低い周波数帯の一部で｜ξ｜＞９０°となる領域がある。このことは、一次角速度が回転角速度より低い領域、即ち回生領域で推定一次抵抗の演算が発散することを意味する。
【００３１】
図１９（ａ）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ξが望ましい値（０°一定）にならないために推定一次抵抗の演算の応答性が悪かったり、発散といった不安定現象を起こすことがあった。それに伴い、推定回転角速度ωｒ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０の精度や応答性が劣化したり、その演算値が発散することがあった。
その結果、トルク制御手段３に誤差を含む推定回転角速度ωｒ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０が入力されることになり、誘導電動機２の出力トルクτｍがトルク指令τｍ*に追従しなかったり、不安定現象を発生する欠点があった。
【００３２】
次に（２）の原因について説明する。
二次抵抗推定器９において、推定二次抵抗の演算は（２６）式で行うが、（２６）式の被積分項（ｉｒ０・Ｅ）は推定二次電流ｉｒ０と状態偏差（一次電流誤差）Ｅとの内積である。
即ち、推定二次電流の振幅｜ｉｒ０｜が一定の場合、この被積分項は状態偏差Ｅのｉｒ０と同位相の成分に比例する値を意味する。
【００３３】
図１８（ｂ）は誘導電動機２の二次抵抗Ｒｒと推定二次抵抗Ｒｒ０との間に誤差がある場合の推定二次電流ｉｒ０と状態偏差Ｅとの関係を示すものである。
例えばｉｒ０とＥとの位相差ζがζρの時の状態偏差ＥをＥρとする。また、ｉｒ０とＥの位相差ζがζσの時の状態偏差ＥをＥσとする。
位相差がζρの場合、被積分項Ｅ・ｉｒ０（＝｜Ｅ｜｜ｉｒ０｜ｃｏｓζ）の値は位相差ζが０°の時と比較すると小さくなる。その結果、（２６）式の演算を行なうにあたり、雑音等の影響が受け易く、また、その推定応答性が上げられない。
位相差がζσの場合では、被積分項（Ｅ・ｉｒ０）の値の符合は反転してしまうので、この値を（２６）式に従って演算すると推定二次抵抗は正帰還となり発散する。
【００３４】
まとめると、｜ζ｜＜９０°の時：安定であるが、｜ζ｜が９０°に近づくに連れ（Ｅ・ｉｒ０）の値が小さくなる。｜ζ｜＝９０°の時：（Ｅ・ｉｒ０）の値が０となり、推定出来ない。｜ζ｜＞９０°の時：不安定になる。
【００３５】
つまり、状態偏差Ｅが推定一次電流ｉｒ０と同位相（位相差ζ＝０°）であることが望ましく、この時、二次抵抗の推定を安定かつ高精度に行なうことが可能である。
【００３６】
図２０（ａ）は従来のパラメータ推定手段５から得られる、位相差ζと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）である。図において横軸はｉｒ０の角速度（即ち一次角速度ω）、縦軸はｉｒ０とＥとの位相差ζを示している。
図２０（ａ）中のｋはゲイン演算器７内部のパラメータｋであり、ｋの値によってその特性は変化することが分かる。ｋの値が小さい場合は角速度が小さい領域で｜ζ｜＞９０°となり、推定二次抵抗Ｒｒ０は発散する。
また、ｋに関わらず、高い周波数帯では、ζ≒−９０°となる。このことは、（Ｅ・ｉｒ０）の値が０となり、推定二次抵抗の演算が出来ないことを意味する。
【００３７】
図２０（ａ）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ζが望ましい値（０°一定）にならないために推定二次抵抗の演算の応答性が悪かったり、発散といった不安定現象を起こすことがあった。それに伴い、推定回転角速度ωｒ０及び推定一次抵抗Ｒｓ０の精度や応答性が劣化したり、その演算値が発散することがあった。
その結果、トルク制御手段３に誤差を含む推定回転角速度ωｒ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０が入力されることになり、誘導電動機２の出力トルクτｍがトルク指令τｍ*に追従しなかったり、不安定現象を発生する欠点があった。
【００３８】
次に、（３）の原因について説明する。図２１は励磁電流ｉｄｓから（φｄｒ／Ｍ）及びｉｄｒへの伝達特性図である。交流信号を（２０）式で与える従来装置の第一の周波数係数、第二の周波数係数は、二次時定数の逆数１／Ｔｒと比較して十分低い成分を含んでいた。
ところで、誘導電動機２の二次磁束振幅φｄｒが変化すると、磁気飽和等で相互インダクタンスＭの値が変化するといった問題を生じる。従って、所望のトルクを得るために制御するためには、上記二次磁束振幅φｄｒは一定であることが望ましい。
図２１は励磁電流ｉｄｓが１／Ｔｒより低い周波数成分を持つ場合、上記二次磁束振幅φｄｒにもその周波数成分が含まれることを示している。その結果、Ｍ値もその周波数成分を持つこととなり、発生トルクτｍにも交流成分がトルクリップルとして現れトルク指令τｍ*と一致しないという欠点があった。
【００３９】
次に、（４）の原因について説明する。
従来の制御装置では、励磁電流の交流成分をｎ種類用意するためには、
k1 sin(2πf1 t)+k2 sin(2πf2 t)+k3 sin(2πf3 t)+....+kn sin(2πfn t)
とｓｉｎ関数の演算をｎ通り行う必要があった。ところが、ｓｉｎ関数の演算は通常の加算、減算、乗算といった演算より複雑であり、計算時間が多く掛かる問題があった。
【００４０】
最後に、（５）の原因について説明する。
従来の制御装置では、状態偏差Ｅの推定二次磁束と直交成分｛（ＪΦｒ０）TＥ｝に基づいて回転角速度を推定していた（（２５）式）。また、状態偏差Ｅの推定二次電流と同位相の成分（Ｅ・ｉｒ０）に基づいて二次抵抗を推定していた（（２６）式）。
励磁電流ｉｄｓの交流成分の周波数が低かったり、その大きさが小さい場合、二次電流のｄ軸成分ｉｄｒの値は小さい。誘導電動機の二次電流のｄ軸成分が小さいとｑ軸成分が大勢を占めるので、この場合、二次電流は推定二次磁束と直交する成分（ｑ軸成分）とほぼ一致する。従って、｛（ＪΦｒ０）TＥ｝の値と（Ｅ・ｉｒ０）の値は近い値を示す。つまり、回転速度の推定も二次抵抗の推定も推定二次磁束の直交相成分の関数を用いており、二次抵抗と回転角速度とを分離して推定することが難しくなる。
【００４１】
この発明は、かかる問題点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かかわらず安定でかつ高応答な一次抵抗と二次抵抗と回転角速度との推定を行ない、結果、誘導電動機の回転角速度または出力トルクを安定かつ高精度に制御することを目的としている。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
請求項１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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗とを出力する第一のパラメータ推定手段と、
上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する第二のパラメータ推定手段とを備え、
上記第一のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第一のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次電流と上記誘導電動機の推定二次磁束と第一の状態偏差とを出力する第一の観測器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次電流とに基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記第一の状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記第一のフィードバックゲインを出力する第一のゲイン演算器とから構成され、
上記第二のパラメータ推定手段は
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第二のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定一次電流と第二の状態偏差とを出力する第二の観測器と、
上記第二の観測器から得られた、上記第二の状態偏差と上記推定一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記第二の状態偏差が上記推定一次電流と同位相の成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた推定回転角速度に基づいて上記第二のフィードバックゲインを出力する第二のゲイン演算器とから構成されたものである。
【００４３】
また、請求項２に係る誘導電動機の制御装置は、請求項１において、その二次抵抗推定器は、第一の観測器から得られた、第一の状態偏差と推定二次磁束と推定二次電流とに基づいて推定二次抵抗を出力するものである。
【００４４】
また、請求項３に係る誘導電動機の制御装置は、請求項２において、その二次抵抗推定器は、第一の状態偏差に含まれる推定二次磁束と同位相の成分と推定二次電流に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分との積に基づいて推定二次抵抗を出力するものである。
【００４５】
また、請求項４に係る誘導電動機の制御装置は、請求項３において、その二次抵抗推定器は、推定二次抵抗を（１）式で与えるものである。
【００４６】
請求項５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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、上記二次磁束指令に基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度を出力する第一のパラメータ推定手段と、
上記推定回転角速度と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗とを出力する第二のパラメータ推定手段とを備え、
上記第一のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第一のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次磁束と第一の状態偏差とを出力する第一の観測器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記第一の状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた推定回転角速度に基づいて上記第一のフィードバックゲインを出力する第一のゲイン演算器とから構成され、
上記第二のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第二のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定一次電流と第二の状態偏差とを出力する第二の観測器と、
上記第二の観測器から得られた、上記第二の状態偏差と上記推定一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記一次抵抗推定器から得られた、上記推定一次抵抗に基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記第二の状態偏差が上記推定一次電流と同位相の成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記第二のフィードバックゲインを出力する第二のゲイン演算器とから構成されたものである。
【００４７】
また、請求項６に係る誘導電動機の制御装置は、請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、その第一のゲイン演算器は、誘導電動機の回転角速度と推定回転角速度との間に偏差が生じると第一の状態偏差に含まれる、推定二次磁束と直交する成分が発生する第一のフィードバックゲインを出力し、第二のゲイン演算器は、上記誘導電動機の一次抵抗と推定一次抵抗との間に偏差が生じると第二の状態偏差に含まれる、推定一次電流と同位相の成分が発生する第二のフィードバックゲインを出力するものである。
【００４８】
また、請求項７に係る誘導電動機の制御装置は、請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、その第一の観測器は、（２）、（３）、（４）式に従って演算を行い、第一のゲイン演算器は第一のフィードバックゲインを（５）式で与え、回転速度推定器は推定回転角速度を（６）式で与え、第二の観測器は、（７）、（８）、（９）式に従って演算を行い、第二のゲイン演算器は第二のフィードバックゲインを（１０）式で与え、一次抵抗推定器は推定一次抵抗を（１１）で与えるものである。
【００４９】
また、請求項８に係る誘導電動機の制御装置は、請求項７において、その推定回転角速度を与える演算式として、（６）式を更に推定二次磁束の自乗で除した（６Ａ）式とし、推定一次抵抗を与える演算式として、（１１）式を更に推定一次電流の自乗で除した（１１Ａ）式としたものである。
【００５０】
請求項９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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗とを出力するパラメータ推定手段とを備え、
上記パラメータ推定手段は、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度とフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次電流と上記誘導電動機の推定二次磁束と状態偏差とを出力する観測器と、
上記観測器から得られた、上記状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記観測器から得られた、上記状態偏差と上記推定二次磁束と上記推定二次電流とに基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記二次抵抗推定器から得られた上記推定二次抵抗に基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記フィードバックゲインを出力するゲイン演算器とから構成され、
上記ゲイン演算器は、上記誘導電動機の回転角速度と上記推定回転角速度との間に偏差が生じると上記状態偏差に含まれる、上記推定二次磁束と直交する成分が発生するフィードバックゲインを出力し、
上記二次抵抗推定器は、上記観測器から得られた、上記状態偏差に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分と上記推定二次電流に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分との積に基づいて上記推定二次抵抗を出力するものである。
【００５１】
また、請求項１０に係る誘導電動機の制御装置は、請求項９において、その観測器は（１４）、（１５）、（１６）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を（１７）式で与え、回転速度推定器は推定回転角速度を（１８）式で与え、二次抵抗推定器は推定二次抵抗を（１９）式で与えるものである。
【００５２】
また、請求項１１に係る誘導電動機の制御装置は、請求項１〜請求項１０のいずれかにおいて、その励磁電流指令演算手段は、誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、上記誘導電動機の二次時定数より長い周期の交流信号を含まない交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力するものである。
【００５３】
また、請求項１２に係る誘導電動機の制御装置は、請求項１〜請求項１１のいずれかにおいて、その励磁電流指令演算手段は、誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の正弦波信号を周波数変調した交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力するものである。
【００５４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における誘導電動機の制御装置を示すもので、図において、１〜４は上記従来装置と同一のものであり、その説明は省略する。
５ａは第一のパラメータ推定手段、６ａは第一の観測器、７ａは第一のゲイン演算器、８ａは回転速度推定器、９ａは二次抵抗推定器、５ｂは第二のパラメータ推定手段、６ｂは第二の観測器、７ｂは第二のゲイン演算器、１０ｂは一次抵抗推定器である。
【００５５】
第一のパラメータ推定手段５ａは、第一の観測器６ａと第一のゲイン演算器７ａと回転速度推定器８ａと二次抵抗推定器９ａとから構成され、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと、第二のパラメータ推定手段５ｂから得られる推定一次抵抗Ｒｓ０とを入力し、推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とを出力する。
【００５６】
第一の観測器６ａは、上記一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と上記一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと第一のゲイン演算器７ａから得られた第一のフィードバックゲインＨ１と、回転速度推定器８ａから得られる推定回転角速度ωｒ０と、二次抵抗推定器９ａから得られる推定二次抵抗Ｒｒ０と、第二のパラメータ推定手段５ｂから得られる推定一次抵抗Ｒｓ０とに基づいて、（２）、（３）、（４）式より推定二次電流ｉｒ０１と第一の状態偏差Ｅ１及び推定二次磁束Φｒ０１を演算する。
【００５７】
なお、上述の推定二次電流ｉｒ０１、推定二次磁束Φｒ０１の記号の末尾の「１」は、第一のパラメータ推定手段５ａにおける演算による意味で付しているもので、適宜、第一の推定二次電流等と呼称する場合もある。
同様の考えで、後述する第二のパラメータ推定手段５ｂにおける演算によるものの記号の末尾には適宜「２」を付し、また、第二の推定一次磁束等の呼称する場合がある。
【００５８】
【数１５】
【数１６】
【数１７】
【００５９】
図２は第一の観測器６ａの内部構成を示す図であり、図において、１０１は三相電流のＵ相成分ｉｕｓ、Ｖ相成分ｉｖｓをａ−ｂ軸上のａ軸成分ｉａｓ及びｂ軸成分ｉｂｓに座標変換する三相／二相変換器、１０２は三相電圧指令のＵ相分ｖｕｓ*、Ｖ相成分ｖｖｓ*をａ−ｂ軸上のａ軸成分ｖａｓ*及びｂ軸成分ｖｂｓ*に座標変換する三相／二相変換器、１０３はＲｓ０を−Ｌｒ／ζ倍してａ１１を出力する増幅器、１０４はＲｓ０をＭ／ζ倍してａ１２を出力する増幅器、１０５はＲｒ０をＭ／ζ倍してａ２１を出力する増幅器、１０６はＲｒ０を−Ｌｓ／ζ倍してａ２２を出力する増幅器、１０７は定数マトリクスＣ１によって（３）式を演算する行列演算器、１０８は第一の状態偏差Ｅ１のａ軸成分を演算する減算器、１０９は第一の状態偏差Ｅ１のｂ軸成分を演算する減算器、１１０はａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２、ωｒ０から成るマトリクスＡによって（２）式の右辺第１項を演算する行列演算器、１１１はｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２から成るマトリクスＨ１によって（２）式の右辺第３項を演算する行列演算器、１１２〜１１５は（２）式の右辺第１項と第２項と第３項とを加減算する演算器、１１６〜１１９は（２）式の右辺を積分し、Φｓ０、Φｒ０を出力する積分器である。
【００６０】
ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２は、それぞれＲｓ０又はＲｒ０の定数倍であり、増幅器１０３〜１０６によりＲｓ０又はＲｒ０に基づいて得ることが出来る。
行列演算器１０７は誘導電動機の推定一次磁束φａｓ１、φｂｓ１、推定二次磁束φａｒ１、φｂｒ１を入力し、Ｃ１との積である（３）式を演算する。
減算器１０８は第一の推定一次電流のａ軸成分ｉａｓ１から三相／二相変換器１０１により得られる一次電流のａ軸成分ｉａｓを減算し、第一の状態偏差Ｅ１のａ軸成分ｅａ１を出力する。
同様に減算器１０９は第一の推定一次電流のｂ軸成分ｉｂｓ１から三相／二相変換器１０１により得られる一次電流のｂ軸成分ｉｂｓを減算し、第一の状態偏差Ｅ１のｂ軸成分ｅｂ１を出力する。
従って、減算器１０８、１０９から第一の状態偏差Ｅ１が得られる。
【００６１】
行列演算器１１０は誘導電動機の推定一次磁束φａｓ１、φｂｓ１、推定二次磁束φａｒ１、φｂｒ１を入力し、Ａとの積である（２）式右辺第１項を演算する。
行列演算器１１１は状態偏差ｅａ１、ｅｂ１を入力し、Ｈ１との積である（２）式右辺第３項を演算する。
演算器１１２〜１１５は行列演算器１１０から得られる（２）式の右辺第１項と三相／二相変換器１０２から得られる（２）式の右辺第２項と行列演算器１１１から得られる（２）式の右辺第３項とを加減算し、（２）式の左辺ｄφａｓ１／ｄｔ、ｄφｂｓ１／ｄｔ、ｄφａｒ１／ｄｔ、ｄφｂｒ１／ｄｔをそれぞれ出力する。
積分器１１６はｄφａｓ１／ｄｔを積分しφａｓ１を出力する。同様に積分器１１７〜１１９はｄφｂｓ１／ｄｔ、ｄφａｒ１／ｄｔ、ｄφｂｒ１／ｄｔを積分し、それぞれφｂｓ１、φａｒ１、φｂｒ１を出力する。
【００６２】
以上により、第一の観測器６ａは、推定一次抵抗Ｒｓ０と推定二次抵抗Ｒｒ０と推定回転角速度ωｒ０と第一のフィードバックゲインＨ１と一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓとに基づいて（２）、（３）、（４）式を演算し、誘導電動機の推定二次電流ｉｒ０１と誘導電動機の推定二次磁束Φｒ０１と第一の状態偏差Ｅ１とを出力する。
【００６３】
図１に戻り、第一のゲイン演算器７ａは、回転速度推定器８ａから得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、（５）式の演算を行ない、第一のフィードバックゲインＨ１を出力する。
【００６４】
図３は第一のゲイン演算器７ａの内部構成を示す図であり、図において、１４８〜１５１はゲインテーブルである。予め電動機定数を用いて（５）、（１２）式を解いておく。但し、Ｈ１は回転角速度ωｒ０によって変化するので、各回転角速度に対して解を求める。
この時、求められた解は、先の図２の行列演算器１１１で示したｈ１１等を要素とする行列式で表現可能である。
テーブル１４８は、求めた解から各推定回転角速度ωｒ０に応じてＨ１の要素ｈ１１を出力する。同様にテーブル１４９〜１５１は求めた解から各推定回転角速度ωｒ０に応じてＨ１の要素ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２をそれぞれ出力する。
以上により第一のゲイン演算器７ａは回転速度推定器から得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて第一のフィードバックゲインＨ１を出力する。
【００６５】
図１に戻り、回転速度推定器８ａは、第一の観測器６ａから得られた推定二次磁束Φｒ０１及び第一の状態偏差Ｅ１から第一の状態偏差Ｅ１と推定二次磁束Φｒ０１との外積Ｅ１×Φｒ０１を演算し第一の観測器６ａで用いられている推定回転角速度ωｒ０を（６）式に従って修正し、推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【００６６】
図４は回転速度推定器８ａの内部構成を示す図である。
なお、ここでは、（６）式を更に推定二次磁束Φｒ０１の自乗｜Φｒ０１｜2で除した（６Ａ）式を適用している。一般に、第一の状態偏差Ｅ１と推定二次磁束Φｒ０１との外積Ｅ１×Φｒ０１は二次磁束Φｒの自乗｜Φｒ｜2に比例するので、上記（６Ａ）式を採用することにより、回転速度推定器８ａにおけるゲインが二次磁束の大小にかかわらず一定となり、回転角速度推定の動作応答が一定となり常に安定した特性が得られるという利点がある。
【００６７】
【数１８】
【００６８】
図４において、１２０〜１２１は乗算器、１２２は減算器、１２３〜１２４は乗算器、１２５は加算器、１２６は除算器、１２７はＰＩ制御器である。
乗算器１２０、１２１と減算器１２２とにより（ＪΦｒ０１）TＥ１、即ち（φａｒ１×ｅｂ１−φｂｒ１×ｅａ１）の演算を行う。
また、乗算器１２３、１２４と加算器１２５とにより｜Φｒ０１｜2、即ち（φａｒ１×φａｒ１＋φｂｒ１×φｂｒ１）の演算を行う。
そして、除算器１２６により、｛（ＪΦｒ０１）TＥ１｝÷｜Φｒ０１｜2の演算を行い、ＰＩ制御器１２７によって（６Ａ）式の右辺、即ち推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【００６９】
以上により回転速度推定器８ａは、第一の観測器６ａから得られた第一の状態偏差Ｅ１と推定二次磁束Φｒ０１とに基づいて推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【００７０】
図１に戻り、二次抵抗推定器９ａは、第一の観測器６ａから得られた第一の状態偏差Ｅ１に含まれる推定二次磁束Φｒ０１と同位相の成分と推定二次電流ｉｒ０１に含まれる推定二次磁束Φｒ０１と同位相の成分との積に基づき、（１）式に従って第一の観測器６ａで用いられている推定二次抵抗Ｒｒ０を修正して出力する。
【００７１】
【数１９】
【００７２】
図５は二次抵抗推定器９ａの内部構成を示す図であり、図において、１２８、１２９は乗算器、１３０は加算器、１３１、１３２は乗算器、１３３は加算器、１３４〜１３６は乗算器、１３７は加算器、１３８は除算器、１３９はＰＩ制御器である。
乗算器１２８、１２９と加算器１３０とにより（Ｅ１・Φｒ０）、即ち（ｅａ１×φａｒ１＋ｅｂ１×φｂｒ１）の演算を行う。また、乗算器１３１、１３２と加算器１３３とにより（ｉｒ０１・Φｒ０）、即ち（ｉａｒ１×φａｒ１＋ｉｂｒ１×φｂｒ１）の演算を行う。
そして、乗算器１３４により（Ｅ１・Φｒ０）（ｉｒ０１・Φｒ０）の演算を行う。
【００７３】
一方、乗算器１３５、１３６と加算器１３７とにより｜Φｒ０１｜2、即ち（φａｒ１×φａｒ１＋φｂｒ１×φｂｒ１）の演算を行う。
そして、除算器１３８により、｛（Ｅ１・Φｒ０）（ｉｒ０１・Φｒ０）｝÷｜Φｒ０１｜2の演算を行い、ＰＩ制御器１３９によって（１）式の右辺、即ち推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する。
【００７４】
以上により二次抵抗推定器９ａは、第一の観測器６ａから得られた第一の状態偏差Ｅ１と推定二次磁束Φｒ０１と推定二次電流ｉｒ０１とに基づいて推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する。
【００７５】
以上によって、第一のパラメータ推定手段５ａは推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とを出力する。
【００７６】
次に、第二のパラメータ推定手段５ｂは、第二の観測器６ｂと第二のゲイン演算器７ｂと一次抵抗推定器１０ｂとから構成され、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと、第一のパラメータ推定手段から得られる推定回転角速度ωｒ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０とを入力し、推定一次抵抗Ｒｓ０を出力する。
【００７７】
第二の観測器６ｂは、上記一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と上記一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと第一のパラメータ推定手段５ａから得られる推定回転速度ωｒ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０とゲイン演算器７ｂから得られる第二のフィードバックゲインＨ２と一次抵抗推定器１０ｂから得られる推定一次抵抗Ｒｓ０とに基づいて、（７）、（８）、（９）式より推定一次電流ｉｓ０と第二の状態偏差Ｅ２とを演算する。
【００７８】
図６は第二の観測器６ｂの内部構成を示す図である。入出力は異なるもののその構成は第一の観測器６ａと同様のものであるのでその説明は省略する。
【００７９】
ゲイン演算器７ｂは、第一のパラメータ推定手段５ａから得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、（１０）式の演算を行ない、第二のフィードバックゲインＨ２を出力する。なお、第一のゲイン演算器７ａで扱うεと第二のゲイン演算器７ｂで扱うεとは同じ値である必要はない。
【００８０】
一次抵抗推定器１０ｂは、第二の観測器６ｂから得られる推定一次電流ｉｓ０２及び第二の状態偏差Ｅ２から第二の状態偏差Ｅ２と推定一次電流ｉｓ０２との内積Ｅ２・ｉｓ０２を演算し第二の観測器６ｂで用いられている推定一次抵抗Ｒｓ０を（１１）式に従って修正して出力する。
【００８１】
図７は一次抵抗推定器１０ｂの内部構成を示す図である。
なお、ここでは、（１１）式を更に推定一次電流ｉｓ０２の自乗｜ｉｓ０２｜2で除した（１１Ａ）式を適用している。一般に、第二の状態偏差Ｅ２と推定一次電流ｉｓ０２との内積Ｅ・ｉｓ０２は一次電流ｉｓの自乗｜ｉｓ｜2に比例するので、上記（１１Ａ）式を採用することにより、一次抵抗推定器１０ｂにおけるゲインが一次電流の大小にかかわらず一定となり、一次抵抗推定器の動作応答が一定となり、常に安定した特性が得られるという利点がある。
【００８２】
図７において、１４０、１４１は乗算器、１４２は加算器、１４３、１４４は乗算器、１４５は加算器、１４６は除算器、１４７はＰＩ制御器である。
乗算器１４０、１４１と加算器１４２とにより（ｉｓ０２・Ｅ２）、即ち（ｉａｓ２×ｅａ２＋ｉｂｓ２×ｅｂ２）の演算を行う。また、乗算器１４３、１４４と加算器１４５とにより｜ｉｓ０２｜2、即ち（ｉａｓ２×ｉａｓ２＋ｉｂｓ２×ｉｂｓ２）の演算を行う。
そして、除算器１４６により、（ｉｓ０２・Ｅ２）÷｜ｉｓ０２｜2の演算を行い、ＰＩ制御器１４７によって（１１Ａ）式の右辺、即ち推定一次抵抗Ｒｓ０を出力する。
【００８３】
以上により一次抵抗推定器１０ｂは、第二の状態偏差Ｅ２と推定一次電流ｉｓ０２とに基づいて推定一次抵抗Ｒｓ０を出力する。
【００８４】
以上によって、第二のパラメータ推定手段５ｂは推定二次抵抗Ｒｓ０を出力する。
【００８５】
次に動作について説明する。先に引用した図２０の（ｂ）はパラメータ推定手段５ａから得られる位相差ζと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）を示すものである。
図において横軸はｉｒ０の角速度（即ち一次角速度ω）、縦軸はｉｒ０とＥ１との位相差ζを示している。
【００８６】
図２０（ｂ）中のεはゲイン演算器７ａ内部のパラメータεであり、εの値によってその特性は変化することが分かる。εの値を小さくすると望ましい特性（位相差ζ≒０°となる）となることが分かる。このことは、周波数帯に関係なく推定二次抵抗の演算を良好にが出来ることを意味する。
そこで、第一のゲイン演算器７ａは、誘導電動機２の回転角速度ωｒと推定回転角速度ωｒ０との間に偏差が生じると上記第一の状態偏差Ｅ１に含まれる上記推定二次磁束と直交する成分が発生する（即ち、ζ≒０°となる）ように第一のフィードバックゲインＨ１を出力する。
【００８７】
以上の動作を、ｄ−ｑ軸上で示すと図８の通りとなる。
即ち、（５）式によって得られた第一のフィードバックゲインＨ１を用いると、第一の状態偏差Ｅ１は、推定二次磁束Φｒ０と直交する成分、従ってＪΦｒ０１と同位相のベクトルとなってあらわれる。そして、推定二次電流ｉｒ０１も図に示すように同位相となって、第一の状態偏差Ｅ１との位相差ζがほぼ零となる。
なお、励磁電流に交流信号が重畳されると、各ベクトルの先端がｄ軸に平行に所定の振幅で変化することになる。
以上によって、既述した（２）の問題点が解決する訳である。
【００８８】
また、既述した（５）の問題点に関しては次のことが言える。即ち、回転速度の推定は従来と同様である（（６）または（６Ａ）式）ので、既述した通り推定二次磁束Φｒ０１と直交する成分を用いた推定となるが、二次抵抗の推定は（１）式によるので、従って、推定二次磁束Φｒ０１と同位相の成分（ｉｒ０１・Φｒ０１）（Ｅ１・Φｒ０１）を用いた推定となるので、両者、即ち、回転角速度と二次抵抗とを分離して推定することが可能となり、（５）の問題点も解消する訳である。
【００８９】
一方、図１９（ｂ）はパラメータ推定手段５ｂから得られる位相差ξと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）である。図において横軸はｉｓ０１の角速度（即ち一次角速度ω）、縦軸はｉｓ０１とＥ２との位相差ξを示している。
【００９０】
図中のεはゲイン演算器７ｂ内部のパラメータεであり、εの値によってその特性は変化することが分かる。εの値を小さくすると望ましい特性（位相差ξ≒０°）となることが分かる。
【００９１】
本実施の形態の第二のゲイン演算器７ｂでは、誘導電動機２の一次抵抗Ｒｓと推定一次抵抗Ｒｓ０との間に偏差が生じると上記第二の状態偏差Ｅ２に含まれる上記推定一次電流と同位相の成分が発生する（即ち、位相差ξ≒０°となる）ように、第二のフィードバックゲインＨ２を出力する。
【００９２】
以上の動作を、ｄ−ｑ軸上で示すと図９の通りとなる。
即ち、（１０）式によって得られた第二のフィードバックゲインＨ２を用いると、第二の状態偏差Ｅ２は、推定一次電流ｉｓ０２と同位相のベクトルとなってあらわれ、上述した位相差ξ≒０゜が実現する。
これによって、回生領域は勿論、広い周波数域にわたって一次抵抗の推定が可能となり、既述した（１）の問題点が解消される訳である。
【００９３】
換言すれば、従来のゲイン演算器７においては、フィードバックゲインＧの決定は誘導電動機の極のｋ倍という極配置にしか着目していなかった。また、一つのフィードバックゲインＧで、一次抵抗と二次抵抗及び回転角速度とを推定するので、全てについて満足するような状態偏差Ｅの特性を得ることが出来なかった。
これに対し、この発明の実施の形態１においては、二次抵抗及び回転角速度の推定用の第一のゲイン演算器７ａと、一次抵抗の推定用の第二のゲイン演算器７ｂとを備え、両ゲイン演算器７ａ、７ｂ内のフィードバックゲインＨ１、Ｈ２はそれぞれ個々独立に設定される。即ち、前者においては、第一の状態偏差Ｅ１が推定二次磁束直交成分ＪΦｒ０と同一位相（従って、位相差ζ≒０゜）となるように、また、後者においては、第二の状態偏差Ｅ２が推定一次電流ｉｓ０２と同一位相（従って、位相差ξ≒０゜）となるように制御されるので、一次抵抗と二次抵抗及び回転角速度とのすべてを、確実に推定することが可能となる訳である。
【００９４】
なお、上記実施の形態では、二次抵抗推定器９ａは、第一の状態偏差Ｈ１と推定二次磁束Φｒ０１と推定二次電流ｉｒ０１とに基づいて推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する構成のものとしたが、回転速度の推定との分離性の要求を多少緩和すれば、第一の状態偏差Ｈ１と推定二次電流ｉｒ０１とに基づいて推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する構成のものとしてもよい。この場合も、第一および第二のゲイン演算器７ａ、７ｂを備えているので、上述した通り、二次抵抗及び回転角速度と一次抵抗とは、それぞれ最良の条件での推定演算が実行される。
【００９５】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２における誘導電動機の制御装置を示すもので、図において、２〜４、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、１０ｂは上記実施の形態１と同一のものであり、その説明を省略する。１ａは励磁電流指令演算手段、５ｃは第一のパラメータ推定手段、５ｄは第一のパラメータ推定手段、９ｄは二次抵抗推定器である。
【００９６】
励磁電流指令演算手段１ａは、二次磁束指令φｄｒ*を入力し、その値をＭで除算しｉｄｓ*として出力する。
第一のパラメータ推定手段５ｃは、第一の観測器６ａと第一のゲイン演算器７ａと回転速度推定器８ａとから構成され、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと、第二のパラメータ推定手段５ｄから得られる推定一次抵抗Ｒｓ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０を入力し、推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【００９７】
第二のパラメータ推定手段５ｄは、第二の観測器６ｂと第二のゲイン演算器７ｂと二次抵抗推定器９ｄと一次抵抗推定器１０ｂとから構成され、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと、第一のパラメータ推定手段から得られる推定回転角速度ωｒ０を入力し、推定一次抵抗Ｒｓ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する。
【００９８】
電気抵抗の主たる変化要因は温度変化であり、誘導電動機２の一次抵抗と二次抵抗の温度が殆ど同じと仮定すれば、推定二次抵抗Ｒｒ０を推定一次抵抗Ｒｓ０に比例させてもよい。
そこで、この実施の形態２においては、二次抵抗推定器９ｄは、入力された推定一次抵抗Ｒｓ０に比例した値を推定二次抵抗Ｒｒ０として出力する。
【００９９】
本実施の形態２では、第一のゲイン演算器７ａからの第一のフィードバックゲインＨ１により、上述した位相差ζ≒０゜の条件が成立して回転角速度ωｒの高精度な推定が可能になることは勿論、第一のフィートバックゲインＨ１とは別個に、第二のフィードバックゲインＨ２を演算する第二のゲイン演算器７ｂを用いることにより、上述したξ≒０゜の条件を満足するような特性が得られるので、推定一次抵抗Ｒｓ０を回生を含む領域で得ることができる。その結果、推定二次抵抗Ｒｒ０も回生を含む領域で得ることができる。
以上より、第一のパラメータ推定手段５ｃ及び第二のパラメータ推定手段５ｄから高精度な推定一次抵抗Ｒｓ０、推定二次抵抗Ｒｒ０、推定回転角速度ωｒ０が得られるので、トルク制御手段３はトルク指令τｍ*に出力トルクτｍが高精度に追従するように制御できる。
【０１００】
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３における誘導電動機の制御装置を示すもので、図において、１〜４は上記従来装置と同一のものであり、その説明を省略する。
５ｅはパラメータ推定手段、６ｅは観測器、７ｅはゲイン演算器、８ｅは回転速度推定器、９ｅは二次抵抗推定器、１０ｅは一次抵抗推定器である。
【０１０１】
パラメータ推定手段５ｅは、観測器６ｅとゲイン演算器７ｅと回転速度推定器８ｅと二次抵抗推定器９ｅと一次抵抗推定器１０ｅとから構成され、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓとを入力し、推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とを出力する。
【０１０２】
観測器６ｅは、上記一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と上記一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓとゲイン演算器７ｅから得られるフィードバックゲインＨと、回転速度推定器８ｅから得られる推定回転角速度ωｒ０と、二次抵抗推定器９ｅから得られる推定二次抵抗Ｒｒ０と、一次抵抗推定器１０ｅから得られる推定一次抵抗Ｒｓ０とに基づいて、上記実施の形態１の観測器６ａと同様の演算を行ない、推定二次電流Ｉｒ０１と第１の状態偏差Ｅ１及び推定二次磁束Φｒ０１との代わりに、推定二次電流Ｉｒ０と状態偏差Ｅ（（１６）式）及び推定二次磁束Φｒ０とを出力する。
【０１０３】
【数２０】
【０１０４】
図１２は観測器６ｅの内部構成を示す図であるが、実質的に既述した観測器６ａと異なるところがないので、その細部の説明は省略する。
【０１０５】
図１１に戻り、ゲイン演算器７ｅは、回転速度推定器８ｅから得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、上記実施の形態１のゲイン演算器７ａと同様の演算を行ない、フィードバックゲインＨ１の代わりにフィードバックゲインＨ（（１７）式）を出力する。
回転速度推定器８ｅは、観測器６ｅから得られた推定二次磁束Φｒ０及び状態偏差Ｅから状態偏差Ｅと推定二次磁束Φｒ０との外積Ｅ×Φｒ０を演算し、実施の形態１の回転速度推定器８ａと同様の演算を行い、推定回転角速度ωｒ０（（１８）式）を出力する。
二次抵抗推定器９ｅは、観測器６ｅから得られた状態偏差Ｅに含まれる推定二次磁束Φｒ０と同位相の成分と推定二次電流Ｉｒ０に含まれる推定二次磁束Φｒ０と同位相の成分との積に基づき、実施の形態１の二次抵抗推定器９ａと同様の演算によって観測器６ｅで用いられている推定二次抵抗Ｒｒ０を修正して出力する（（１９）式）。
【０１０６】
電気抵抗の主たる変化要因は温度変化であり、誘導電動機２の一次抵抗と二次抵抗の温度が殆ど同じと仮定すれば、推定一次抵抗Ｒｓ０を推定二次抵抗Ｒｒ０に比例させてもよい。
そこで、一次抵抗推定器１０ｅは、入力された推定二次抵抗Ｒｒ０に比例した値を推定一次抵抗Ｒｓ０として出力する。
【０１０７】
本実施の形態３では、フィードバックゲインＨを演算するゲイン演算器７ｅを用いることにより、上述したζ≒０゜の条件を満足するような特性が得られるので、推定二次抵抗Ｒｒ０を高精度に推定することができる。その結果、高精度な推定一次抵抗Ｒｒ０も得ることができる。
以上より、パラメータ推定手段５ｅから高精度な推定一次抵抗Ｒｓ０、推定二次抵抗Ｒｒ０、推定回転角速度ωｒ０が得られるので、トルク制御手段３はトルク指令τｍ*に出力トルクτｍが高精度に追従するように制御できる。
【０１０８】
実施の形態４．
上記実施の形態１、３の励磁電流指令演算手段１では、二次時定数の逆数１／Ｔｒと比較して十分低い周波数成分を含む交流信号を重畳し、励磁電流指令ｉｄｓ*を出力していた。
しかし、既述した図２１の励磁電流ｉｄｓから（φｄｒ／Ｍ）及びｉｄｒへの伝達特性図から分かる通り、二次時定数の逆数１／Ｔｒと比較して低い周波数成分を含まない交流信号を重畳すれば、誘導電動機２の二次磁束振幅φｄｒにはその周波数成分は含まれない。
【０１０９】
そこで、上記実施の形態１〜３の励磁電流指令演算手段１、１ａの代わりに励磁電流指令演算手段１ｂ（図示せず）を用いてもよい。
この励磁電流指令演算手段１ｂは、励磁電流指令ｉｄｓ*の演算式である（２０）式のｆ１、ｆ２として（３１）、（３２）式を満足するものに限定する。
【０１１０】
【数２１】
【０１１１】
励磁電流指令演算手段１ｂを用いた場合、誘導電動機２の二次時定数より長い周期を含まない交流信号を重畳するので、誘導電動機２の二次磁束振幅φｄｒにはその周波数成分は含まれない。
その結果、誘導電動機２の二次磁束振幅φｄｒを一定に保つことが可能であり、磁気飽和等による相互インダクタンスＭ値の変化が発生しないので、トルク制御手段３はトルク指令τｍ*に出力トルクτｍが高精度に追従するように制御できる。
これにより、既述した（３）の問題点が解決される訳である。
【０１１２】
実施の形態５．
上記実施の形態の励磁電流指令演算手段１、１ｂでは、２種類の交流周波数成分ｆ１、ｆ２しか含んでいなかった。しかし、交流周波数成分の数は多いほど良い。即ち、先の図１５で説明したように、Ｔ型等価回路は各ωの周波数成分に対して成立するので、ωの周波数成分の数は多いほど回転角速度と二次抵抗との推定は容易になる。
そこで、上記実施の形態の励磁電流指令演算手段１、１ａ、１ｂの代わりに励磁電流指令演算手段１ｃ（図示せず）を用いてもよい。
この励磁電流指令演算手段１ｃは、励磁電流指令ｉｄｓ*の演算に（２０）式を用いる代わりに（３３）式を用いる。
【０１１３】
【数２２】
【０１１４】
この（３３）式において、Ac cos( 2 π fc t +mf sin 2 π fm t)は、信号が正弦波であるＦＭ波の一般式である。ｍｆは角度変調波としてのＦＭ波の位相角としての変化の度合を示し、これを変調指数と呼ぶ。
（３３）式で示されるＦＭ波の帯域幅は厳密には無限に存在するが、発生するスペクトラムの９０％程度以上を含む側波帯の数については検討をつけることが出来、ＦＭの帯域幅ＢＷは（３４）式の様になる。
【０１１５】
ＢＷ＝２（ｍｆ＋１）ｆｍ［Ｈｚ］ （３４）
【０１１６】
図１３に（３３）式で与えられる重畳交流信号のスペクトル例を示す。図のように（３３）式を用いた場合、重畳交流信号は、帯域幅２（ｍｆ＋１）ｆｍの範囲で複数の周波数成分を持つ。
従って、２回の三角関数演算により、３個以上の多数の異なる周波数の交流成分の重畳が可能となり、演算回路の構成が簡単になるとともに、演算時間が短縮される。
これによって、既述した（４）の問題点が解決される訳である。
【０１１７】
さらに、１／Ｔｒ＜ｆｃ−（ｍｆ＋１）ｆｍを満足するｆｃ、ｍｆ、ｆｍを与えた場合、複数の周波数成分を持ち、かつ、誘導電動機２の二次時定数より長い周期の交流信号を含まない交流信号を重畳することが可能である。
【０１１８】
【発明の効果】
請求項１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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗とを出力する第一のパラメータ推定手段と、
上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する第二のパラメータ推定手段とを備え、
上記第一のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第一のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次電流と上記誘導電動機の推定二次磁束と第一の状態偏差とを出力する第一の観測器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次電流とに基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記第一の状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記第一のフィードバックゲインを出力する第一のゲイン演算器とから構成され、
上記第二のパラメータ推定手段は
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第二のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定一次電流と第二の状態偏差とを出力する第二の観測器と、
上記第二の観測器から得られた、上記第二の状態偏差と上記推定一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記第二の状態偏差が上記推定一次電流と同位相の成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた推定回転角速度に基づいて上記第二のフィードバックゲインを出力する第二のゲイン演算器とから構成されたので、推定回転角速度及び推定二次抵抗と推定一次抵抗とが共に良好な条件で求められ、安定かつ高精度な推定値を得ることができ、トルク制御手段は出力トルクを安定にかつ高精度に制御できるという効果がある。
【０１１９】
また、請求項２に係る誘導電動機の制御装置の二次抵抗推定器は、第一の観測器から得られた、第一の状態偏差と推定二次磁束と推定二次電流とに基づいて推定二次抵抗を出力するので、回転角速度の推定と二次抵抗の推定との分離性が良好となる。
【０１２０】
また、請求項３に係る誘導電動機の制御装置の二次抵抗推定器は、第一の状態偏差に含まれる推定二次磁束と同位相の成分と推定二次電流に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分との積に基づいて推定二次抵抗を出力するので、安定かつ高精度な推定二次抵抗が確実に得られる。
【０１２１】
また、請求項４に係る誘導電動機の制御装置の二次抵抗推定器は、推定二次抵抗を（１）式で与えるので、推定二次抵抗の安定かつ高精度な演算が、具体的確実に実現される。
【０１２２】
請求項５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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、上記二次磁束指令に基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度を出力する第一のパラメータ推定手段と、
上記推定回転角速度と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗とを出力する第二のパラメータ推定手段とを備え、
上記第一のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第一のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次磁束と第一の状態偏差とを出力する第一の観測器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記第一の状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた推定回転角速度に基づいて上記第一のフィードバックゲインを出力する第一のゲイン演算器とから構成され、
上記第二のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第二のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定一次電流と第二の状態偏差とを出力する第二の観測器と、
上記第二の観測器から得られた、上記第二の状態偏差と上記推定一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記一次抵抗推定器から得られた、上記推定一次抵抗に基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記第二の状態偏差が上記推定一次電流と同位相の成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記第二のフィードバックゲインを出力する第二のゲイン演算器とから構成されたので、推定回転角速度と推定一次抵抗及び推定二次抵抗とが共に良好な条件で求められ、安定かつ高精度な推定値を得ることができ、トルク制御手段は出力トルクを安定にかつ高精度に制御できるという効果がある。
【０１２３】
また、請求項６に係る誘導電動機の制御装置の第一のゲイン演算器は、誘導電動機の回転角速度と推定回転角速度との間に偏差が生じると第一の状態偏差に含まれる、推定二次磁束と直交する成分が発生する第一のフィードバックゲインを出力し、第二のゲイン演算器は、上記誘導電動機の一次抵抗と推定一次抵抗との間に偏差が生じると第二の状態偏差に含まれる、推定一次電流と同位相の成分が発生する第二のフィードバックゲインを出力するので、第一及び第二のパラメータ推定手段が共に、安定かつ高精度な条件で各推定値を出力することができる。
【０１２４】
また、請求項７に係る誘導電動機の制御装置の第一の観測器は、（２）、（３）、（４）式に従って演算を行い、第一のゲイン演算器は第一のフィードバックゲインを（５）式で与え、回転速度推定器は推定回転角速度を（６）式で与え、第二の観測器は、（７）、（８）、（９）式に従って演算を行い、第二のゲイン演算器は第二のフィードバックゲインを（１０）式で与え、一次抵抗推定器は推定一次抵抗を（１１）で与えるので、推定回転角速度と推定一次抵抗の安定かつ高精度な演算が、具体的確実に実現される。
【０１２５】
また、請求項８に係る誘導電動機の制御装置は、その推定回転角速度を与える演算式として、（６）式を更に推定二次磁束の自乗で除した（６Ａ）式とし、推定一次抵抗を与える演算式として、（１１）式を更に推定一次電流の自乗で除した（１１Ａ）式としたので、回転速度推定器及び一次抵抗推定器におけるゲインが常に一定となって安定した動作特性が得られる。
【０１２６】
請求項９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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗とを出力するパラメータ推定手段とを備え、
上記パラメータ推定手段は、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度とフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次電流と上記誘導電動機の推定二次磁束と状態偏差とを出力する観測器と、
上記観測器から得られた、上記状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記観測器から得られた、上記状態偏差と上記推定二次磁束と上記推定二次電流とに基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記二次抵抗推定器から得られた上記推定二次抵抗に基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記フィードバックゲインを出力するゲイン演算器とから構成され、
上記ゲイン演算器は、上記誘導電動機の回転角速度と上記推定回転角速度との間に偏差が生じると上記状態偏差に含まれる、上記推定二次磁束と直交する成分が発生するフィードバックゲインを出力し、
上記二次抵抗推定器は、上記観測器から得られた、上記状態偏差に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分と上記推定二次電流に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分との積に基づいて上記推定二次抵抗を出力するので、推定回転角速度、推定二次抵抗及び推定一次抵抗が共に良好な条件で求められ、安定かつ高精度な推定値を得ることができ、トルク制御手段は出力トルクを安定にかつ高精度に制御できるという効果がある。
【０１２７】
また、請求項１０に係る誘導電動機の制御装置の観測器は（１４）、（１５）、（１６）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を（１７）式で与え、回転速度推定器は推定回転角速度を（１８）式で与え、二次抵抗推定器は推定二次抵抗を（１９）式で与えるので、推定回転角速度、推定二次抵抗及び推定一次抵抗の安定かつ高精度な演算が、具体的確実に実現される。
【０１２８】
また、請求項１１に係る誘導電動機の制御装置の励磁電流指令演算手段は、誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、上記誘導電動機の二次時定数より長い周期の交流信号を含まない交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力するので、二次磁束を一定に保つことができ、出力トルクのトルク脈動を抑制できる効果がある。
【０１２９】
また、請求項１２に係る誘導電動機の制御装置の励磁電流指令演算手段は、誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の正弦波信号を周波数変調した交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力するので、三角関数の演算手段を少なくして多くの互いに異なる周波数の交流信号の重畳が可能となり、簡便な構成で、回転角速度と二次抵抗との推定精度の向上が実現する。
【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】 図１の第一の観測器６ａの内部構成を示すブロック構成図である。
【図３】 図１の第一のゲイン演算器７ａの内部構成を示すブロック構成図である。
【図４】 図１の回転速度抵抗器８ａの内部構成を示すブロック構成図である。
【図５】 図１の二次抵抗推定器９ａの内部構成を示すブロック構成図である。
【図６】 図１の第二の観測器６ｂの内部構成を示すブロック構成図である。
【図７】 図１の一次抵抗推定器１０ｂの内部構成を示すブロック構成図である。
【図８】 第一のゲイン演算器７ａの動作を説明するベクトル図である。
【図９】 第二のゲイン演算器７ｂの動作を説明するベクトル図である。
【図１０】 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１１】 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１２】 図１１の観測器６ｅの内部構成を示すブロック構成図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５による交流信号の周波数成分を示した特性図である。
【図１４】 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１５】 誘導電動機のＴ型等価回路を示す図である。
【図１６】 状態偏差Ｅ、一次電流ｉｓ及び推定一次電流ｉｓ０の関係を説明するベクトル図である。
【図１７】 トルク制御手段を示すブロック構成図である。
【図１８】 （ａ）は一次抵抗Ｒｓと推定一次抵抗Ｒｓ０の間に誤差がある場合の推定一次電流Ｉｓ０と状態偏差Ｅとの関係を示すベクトル図、（ｂ）は誘導電動機２の二次抵抗Ｒｒと推定二次抵抗Ｒｒ０の間に誤差がある場合の推定二次電流Ｉｒ０と状態偏差Ｅとの関係を示すベクトル図である。
【図１９】 （ａ）は従来のパラメータ推定手段５から得られる、位相差ξと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）を示す特性図、（ｂ）はこの発明の第二のパラメータ推定手段５ｂから得られる、位相差ξと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）を示す特性図である。
【図２０】 （ａ）は従来のパラメータ推定手段５から得られる、位相差ζと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）を示す特性図、（ｂ）はこの発明の第一のパラメータ推定手段５ａから得られる、位相差ζと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）を示す特性図である。
【図２１】 励磁電流ｉｄｓから（φｄｒ／Ｍ）及びｉｄｒへの伝達特性図である。
【符号の説明】
１，１ａ 励磁電流指令演算手段、２ 誘導電動機、３ トルク制御手段、
４ 電流検出手段、５ａ，５ｃ 第一のパラメータ推定手段、
５ｂ，５ｄ 第二のパラメータ推定手段、５ｅ パラメータ推定手段、
６ａ 第一の観測器、６ｂ 第二の観測器、６ｅ 観測器、
７ａ 第一のゲイン演算器、７ｂ 第二のゲイン演算器、７ｅ ゲイン演算器、
８ａ，８ｅ 回転速度推定器、９ａ，９ｄ，９ｅ 二次抵抗推定器、
１０ｂ，１０ｅ 一次抵抗推定器、Ｈ１ 第一のフィードバックゲイン、
Ｈ２ 第二のフィードバックゲイン、Ｈ フィードバックゲイン、
Ｅ１ 第一の状態偏差、Ｅ２ 第二の状態偏差、Ｅ 状態偏差、
ωｒ０ 推定回転角速度、Ｒｒ０ 推定二次抵抗、Ｒｓ０ 推定一次抵抗、
φｄｒ* 二次磁束指令、ｉｄｓ* 励磁電流指令、ｔｍ* トルク指令、
ｉｕｓ，ｉｖｓ 一次電流、ｖｕｓ*，ｖｖｓ* 一次電圧指令。
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転角速度検出器を用いないで誘導電動機を可変速駆動する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、例えば電気学会論文誌Ｄ、１１２巻９号（平成４年）９０１頁に示された従来の誘導電動機の制御装置を示す図である。図において、１は励磁電流指令演算手段、２は誘導電動機、３はトルク制御手段、４は電流検出手段、５はパラメータ推定手段である。
図１４に示す従来の誘導電動機の制御装置において、励磁電流指令演算手段１は、誘導電動機２が出力すべき二次磁束指令φｄｒ*を入力し、二次磁束指令φｄｒ*に比例した直流信号に任意の交流信号を加算（重畳）した次の（２０）式を用いて、誘導電動機２の励磁電流指令ｉｄｓ*を出力する。
【０００３】
【数７】
但し、ｔ ：時刻
ｋ１：第一の重畳信号振幅
ｆ１：第一の重畳信号周波数
ｋ２：第二の重畳信号振幅
ｆ２：第二の重畳信号周波数
【０００５】
ここで、誘導電動機の回転角速度と二次抵抗とを同時に推定するには少なくとも２種類以上の周波数成分を含まなければならないことが知られている。
以下、この理由を簡単に説明する。図１５は励磁電流が一定時の誘導電動機のＴ型等価回路として良く知られているものである。図において、ωｓはすべり角速度であり、誘導電動機の回転角速度を推定することは、ωｒ＝ω−ωｓから図中のすべり角速度を推定することと等価である。
ところで、励磁電流一定で制御された誘導電動機の一次電流と一次電圧から誘導電動機の回転角速度と二次抵抗とを同時に推定することは、図中のＲｒ／ωｓを推定することであり、原理的に分離不可能である。
しかし、励磁電流を一定に保たなければ、ωもωｓも一定でなくなりωは複数の成分を持つことになる。従って、各ωの成分に対してそれぞれ異なるωｓの値でＴ型等価回路が成立する。このように、励磁電流を一定に保たない制御を施された誘導電動機ならば、回転角速度と二次抵抗とを同時に推定することが可能となる。
【０００６】
従って、ｆ１とｆ２とは異なる値を用いており、前掲電気学会論文誌Ｄ、１１２巻９号９０１頁に示された従来の誘導電動機の制御装置では、
ｆ１＝１［Ｈｚ］
ｆ２＝３［Ｈｚ］
としている。
ところで、電気学会論文誌Ｄ、１１２巻９号９０１頁に示された第一の重畳信号の周期１／ｆ１は１秒であり、誘導電動機の定格は３．７ｋＷであることから誘導電動機２の二次時定数（＝Ｌｒ／Ｒｒ）より長い周期の交流信号といえる。
【０００７】
トルク制御手段３は、誘導電動機２が出力すべきトルク指令τｍ*と励磁電流指令演算手段１から得られた励磁電流指令ｉｄｓ*を入力し、誘導電動機２の出力トルクτｍがτｍ*に追従するように電流検出手段４から得られた三相一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓとパラメータ推定手段５から得られた推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とに基づいて三相一次電圧ｖｕｓ、ｖｖｓ、ｖｗｓを供給する。
【０００８】
パラメータ推定手段５は、観測器６とゲイン演算器７と回転速度推定器８と二次抵抗推定器９と一次抵抗推定器１０とから構成される。
パラメータ推定手段５は、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓを入力し、推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とを出力する。
観測器６は、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと、ゲイン演算器７から得られたフィードバックゲインＧと、回転速度推定器８から得られる推定回転角速度ωｒ０と、二次抵抗推定器９から得られる推定二次抵抗Ｒｒ０と、一次抵抗推定器１０から得られる推定一次抵抗Ｒｓ０に基づいて、（２１）、（２２）、（２３）式より推定一次電流Ｉｓ０と推定二次電流Ｉｒ０と状態偏差Ｅと推定二次磁束Φｒ０とを出力する。
【０００９】
【数８】
また、ゲイン演算器７は、回転速度推定器８から得られた推定回転角速度ωｒ０を含む（２４）式の左辺フィードバックゲインＧとして出力する。
【００１１】
【数９】
（２４）式のフィードバックゲインＧを用いると観測器６の極は誘導電動機２の極のｋ倍になる。
回転速度推定器８は、観測器６から得られた推定二次磁束Φｒ０及び状態偏差Ｅに基づいて、状態偏差Ｅと推定二次磁束Φｒ０との外積Ｅ×Φｒ０を求め、観測器６で用いられている推定回転角速度ωｒ０を（２５）式に従って修正し、推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【００１３】
【数１０】
二次抵抗推定器９は、観測器６から得られた推定二次電流ｉｒ０及び状態偏差Ｅに基づいて、状態偏差Ｅと推定二次電流ｉｒ０の内積Ｅ・ｉｒ０を求め、観測器６で用いられている推定二次抵抗Ｒｒ０を（２６）式に従って修正し、推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する。
【００１５】
【数１１】
一次抵抗推定器１０は、観測器６から得られた推定一次電流ｉｓ０及び状態偏差Ｅに基づいて、状態偏差Ｅと推定二次電流ｉｓ０の内積Ｅ・ｉｓ０を求め、観測器６で用いられている推定一次抵抗Ｒｓ０を（２７）式に従って修正し、推定一次抵抗Ｒｓ０を出力する。
【００１７】
【数１２】
以上によって、パラメータ推定手段５は推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とを出力する。
図１７はトルク制御手段３を示す図である。１１はトルク電流指令演算器、１２は一次角速度演算器、１３は積分器、１４は静止座標上の一次電流を回転座標上に座標変換する座標変換器、１５、１６は減算器、１７、１８は電流制御器、１９は回転座標上の一次電圧指令を静止座標上に座標変換する座標変換器、２０はＰＷＭインバータである。
発生トルクτｍと二次磁束の振幅φｄｒとトルク電流ｉｑｓとの間には（２８）式が成り立つ。
【００１９】
【数１３】
そこで、トルク電流指令演算器１１は、入力されたトルク指令τｍ*を一次角速度演算器１２から得られる二次磁束振幅演算値φｄｒ１で除算し、その値を定数倍したものをトルク電流指令ｉｑｓ*として出力する。
一次角速度演算器１２は、入力された励磁電流指令ｉｄｓ*とトルク電流指令ｉｑｓ*と推定二次抵抗Ｒｒ０と推定回転角速度ωｒ０とに基づき、（２９）、（３０）式に従って二次磁束演算値φｄｒ１及び一次角速度ωを出力する。
【００２１】
【数１４】
積分器１３は、一次角速度演算器１２から得られた一次角速度ωを積分し、位相角θを出力する。
座標変換器１４は、積分器１３から得られる位相角θに基づいて電流検出手段４から得られた一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓを回転二軸座標上に座標変換し、励磁電流ｉｄｓとトルク電流ｉｑｓを出力する。
減算器１５は励磁電流指令ｉｄｓ*から励磁電流ｉｄｓを減算した偏差信号を出力し、減算器１６はトルク電流指令ｉｑｓ*からトルク電流ｉｑｓを減算した偏差信号を出力する。
電流制御器１７は、励磁電流ｉｄｓが励磁電流指令ｉｄｓ*に追従するように減算器１５から得られる偏差信号を増幅し、ｄ軸電圧指令ｖｄｓ*として出力する。
電流制御器１８は、トルク電流ｉｑｓがトルク電流指令ｉｑｓ*に追従するように減算器１６から得られる偏差信号を増幅し、ｑ軸電圧指令ｖｑｓ*として出力する。
【００２３】
座標変換器１９は、積分器１３から得られる位相角θに基づき、電流制御器１７、１８から得られたｄ軸及びｑ軸電圧指令ｖｄｓ*、ｖｑｓ*を三相静止座標に座標変換し、三相電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*、ｖｗｓ*を出力する。
ＰＷＭインバータ２０はｖｕｓ*、ｖｖｓ*、ｖｗｓ*に基づいて三相一次電圧ｖｕｓ、ｖｖｓ、ｖｗｓを誘導電動機２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、発熱等による誘導電動機２の温度変化に伴って一次抵抗及び二次抵抗が変化する場合でも推定一次抵抗及び推定二次抵抗が追従するので、回転角速度センサを用いないで誘導電動機２の出力トルクτｍをトルク指令τｍ*に追従するように制御することが可能である。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の誘導電動機の制御装置では、次に示すような欠点があった。（１）回生領域では一次抵抗の推定が不可能である。（２）推定二次抵抗の精度が、一次周波数に大きく依存する。（３）出力トルクτｍにトルク脈動が発生する。（４）励磁電流の交流成分の周波数を複数準備するのに多数の演算を必要とする。（５）二次抵抗と回転角速度とを分離して推定することが比較的困難である。
【００２５】
まず（１）の原因について説明する。
ここで、以下の説明の前提となる、状態偏差Ｅ、一次電流ｉｓ、推定一次電流ｉｓ０の関係を図１６のベクトル図で示す。
即ち、回転角速度ωｒと推定回転角速度ωｒ０との間に偏差があったり、或いは二次抵抗Ｒｒと推定二次抵抗Ｒｒ０との間に偏差があったり、或いは一次抵抗Ｒｓと推定一次抵抗Ｒｓ０との間に偏差があると一次電流ｉｓと推定一次電流ｉｓ０とは一致しない。
このような推定値と真値との間に偏差がある場合の一次電流ｉｓと推定一次電流ｉｓ０及び状態偏差Ｅの関係は、状態偏差Ｅ＝（ｉｓ０−ｉｓ）であるので図１６の様になる。
なお、図中の座標は、周波数ωで推定二次磁束Φｒ０に同期して回転するｄ−ｑ座標である。
【００２６】
さて、一次抵抗推定器１０において、推定一次抵抗の演算は（２７）式で行うが、（２７）式の被積分項（ｉｓ０・Ｅ）は推定一次電流ｉｓ０と状態偏差（一次電流誤差）Ｅとの内積である。
即ち、推定一次電流の振幅｜ｉｓ０｜が一定の場合、この被積分項は状態偏差Ｅのｉｓ０と同位相の成分に比例する値を意味する。
【００２７】
図１８（ａ）は誘導電動機２の一次抵抗Ｒｓと推定一次抵抗Ｒｓ０との間に誤差がある場合の推定一次電流ｉｓ０と状態偏差Ｅとの関係を示すものである。
例えばｉｓ０とＥとの位相差ξがξαの時の状態偏差ＥをＥαとする。また、ｉｓ０とＥとの位相差ξがξβの時の状態偏差ＥをＥβとする。
位相差がξαの場合、被積分項Ｅ・ｉｓ０（＝｜Ｅ｜｜ｉｓ０｜ｃｏｓξ）の値は位相差ξが０°の時と比較すると小さくなる。その結果、（２７）式の演算を行なうにあたって、雑音等の影響が受け易く、また、その推定応答性が上げられない。
位相差がξβの場合では、被積分項（Ｅ・ｉｓ０）の値の符合は反転してしまうので、この値を（２７）式に従って演算すると推定一次抵抗は正帰還となり発散する。
【００２８】
まとめると、｜ξ｜＜９０°の時：安定であるが、｜ξ｜が９０°に近づくに連れ（Ｅ・ｉｓ０）の値が小さくなる。｜ξ｜＝９０°の時：（Ｅ・ｉｓ０）の値が０となり、推定出来ない。｜ξ｜＞９０°の時：不安定になる。
【００２９】
つまり、状態偏差Ｅが推定一次電流ｉｓ０と同位相（位相差ξ＝０°）であることが望ましく、この時、一次抵抗の推定を安定かつ高精度に行なうことが可能である。
【００３０】
図１９（ａ）は従来のパラメータ推定手段５から得られる、位相差ξと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）である。図において、横軸はｉｓ０の角速度（即ち一次角速度ω）、縦軸はｉｓ０とＥの位相差ξを示している。
図１９（ａ）中のｋはゲイン演算器７内部のパラメータｋであり、ｋの値によってその特性は変化することが分かる。ｋの値が大きい場合は角速度が小さい領域で｜ξ｜＞９０°となり、推定一次抵抗Ｒｓ０は発散する。
また、ｋに関わらず、回転角速度ωｒ０（１００［ｒａｄ／ｓ］）より低い周波数帯の一部で｜ξ｜＞９０°となる領域がある。このことは、一次角速度が回転角速度より低い領域、即ち回生領域で推定一次抵抗の演算が発散することを意味する。
【００３１】
図１９（ａ）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ξが望ましい値（０°一定）にならないために推定一次抵抗の演算の応答性が悪かったり、発散といった不安定現象を起こすことがあった。それに伴い、推定回転角速度ωｒ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０の精度や応答性が劣化したり、その演算値が発散することがあった。
その結果、トルク制御手段３に誤差を含む推定回転角速度ωｒ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０が入力されることになり、誘導電動機２の出力トルクτｍがトルク指令τｍ*に追従しなかったり、不安定現象を発生する欠点があった。
【００３２】
次に（２）の原因について説明する。
二次抵抗推定器９において、推定二次抵抗の演算は（２６）式で行うが、（２６）式の被積分項（ｉｒ０・Ｅ）は推定二次電流ｉｒ０と状態偏差（一次電流誤差）Ｅとの内積である。
即ち、推定二次電流の振幅｜ｉｒ０｜が一定の場合、この被積分項は状態偏差Ｅのｉｒ０と同位相の成分に比例する値を意味する。
【００３３】
図１８（ｂ）は誘導電動機２の二次抵抗Ｒｒと推定二次抵抗Ｒｒ０との間に誤差がある場合の推定二次電流ｉｒ０と状態偏差Ｅとの関係を示すものである。
例えばｉｒ０とＥとの位相差ζがζρの時の状態偏差ＥをＥρとする。また、ｉｒ０とＥの位相差ζがζσの時の状態偏差ＥをＥσとする。
位相差がζρの場合、被積分項Ｅ・ｉｒ０（＝｜Ｅ｜｜ｉｒ０｜ｃｏｓζ）の値は位相差ζが０°の時と比較すると小さくなる。その結果、（２６）式の演算を行なうにあたり、雑音等の影響が受け易く、また、その推定応答性が上げられない。
位相差がζσの場合では、被積分項（Ｅ・ｉｒ０）の値の符合は反転してしまうので、この値を（２６）式に従って演算すると推定二次抵抗は正帰還となり発散する。
【００３４】
まとめると、｜ζ｜＜９０°の時：安定であるが、｜ζ｜が９０°に近づくに連れ（Ｅ・ｉｒ０）の値が小さくなる。｜ζ｜＝９０°の時：（Ｅ・ｉｒ０）の値が０となり、推定出来ない。｜ζ｜＞９０°の時：不安定になる。
【００３５】
つまり、状態偏差Ｅが推定一次電流ｉｒ０と同位相（位相差ζ＝０°）であることが望ましく、この時、二次抵抗の推定を安定かつ高精度に行なうことが可能である。
【００３６】
図２０（ａ）は従来のパラメータ推定手段５から得られる、位相差ζと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）である。図において横軸はｉｒ０の角速度（即ち一次角速度ω）、縦軸はｉｒ０とＥとの位相差ζを示している。
図２０（ａ）中のｋはゲイン演算器７内部のパラメータｋであり、ｋの値によってその特性は変化することが分かる。ｋの値が小さい場合は角速度が小さい領域で｜ζ｜＞９０°となり、推定二次抵抗Ｒｒ０は発散する。
また、ｋに関わらず、高い周波数帯では、ζ≒−９０°となる。このことは、（Ｅ・ｉｒ０）の値が０となり、推定二次抵抗の演算が出来ないことを意味する。
【００３７】
図２０（ａ）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ζが望ましい値（０°一定）にならないために推定二次抵抗の演算の応答性が悪かったり、発散といった不安定現象を起こすことがあった。それに伴い、推定回転角速度ωｒ０及び推定一次抵抗Ｒｓ０の精度や応答性が劣化したり、その演算値が発散することがあった。
その結果、トルク制御手段３に誤差を含む推定回転角速度ωｒ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０が入力されることになり、誘導電動機２の出力トルクτｍがトルク指令τｍ*に追従しなかったり、不安定現象を発生する欠点があった。
【００３８】
次に、（３）の原因について説明する。図２１は励磁電流ｉｄｓから（φｄｒ／Ｍ）及びｉｄｒへの伝達特性図である。交流信号を（２０）式で与える従来装置の第一の周波数係数、第二の周波数係数は、二次時定数の逆数１／Ｔｒと比較して十分低い成分を含んでいた。
ところで、誘導電動機２の二次磁束振幅φｄｒが変化すると、磁気飽和等で相互インダクタンスＭの値が変化するといった問題を生じる。従って、所望のトルクを得るために制御するためには、上記二次磁束振幅φｄｒは一定であることが望ましい。
図２１は励磁電流ｉｄｓが１／Ｔｒより低い周波数成分を持つ場合、上記二次磁束振幅φｄｒにもその周波数成分が含まれることを示している。その結果、Ｍ値もその周波数成分を持つこととなり、発生トルクτｍにも交流成分がトルクリップルとして現れトルク指令τｍ*と一致しないという欠点があった。
【００３９】
次に、（４）の原因について説明する。
従来の制御装置では、励磁電流の交流成分をｎ種類用意するためには、
k1 sin(2πf1 t)+k2 sin(2πf2 t)+k3 sin(2πf3 t)+....+kn sin(2πfn t)
とｓｉｎ関数の演算をｎ通り行う必要があった。ところが、ｓｉｎ関数の演算は通常の加算、減算、乗算といった演算より複雑であり、計算時間が多く掛かる問題があった。
【００４０】
最後に、（５）の原因について説明する。
従来の制御装置では、状態偏差Ｅの推定二次磁束と直交成分｛（ＪΦｒ０）TＥ｝に基づいて回転角速度を推定していた（（２５）式）。また、状態偏差Ｅの推定二次電流と同位相の成分（Ｅ・ｉｒ０）に基づいて二次抵抗を推定していた（（２６）式）。
励磁電流ｉｄｓの交流成分の周波数が低かったり、その大きさが小さい場合、二次電流のｄ軸成分ｉｄｒの値は小さい。誘導電動機の二次電流のｄ軸成分が小さいとｑ軸成分が大勢を占めるので、この場合、二次電流は推定二次磁束と直交する成分（ｑ軸成分）とほぼ一致する。従って、｛（ＪΦｒ０）TＥ｝の値と（Ｅ・ｉｒ０）の値は近い値を示す。つまり、回転速度の推定も二次抵抗の推定も推定二次磁束の直交相成分の関数を用いており、二次抵抗と回転角速度とを分離して推定することが難しくなる。
【００４１】
この発明は、かかる問題点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かかわらず安定でかつ高応答な一次抵抗と二次抵抗と回転角速度との推定を行ない、結果、誘導電動機の回転角速度または出力トルクを安定かつ高精度に制御することを目的としている。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
請求項１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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗とを出力する第一のパラメータ推定手段と、
上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する第二のパラメータ推定手段とを備え、
上記第一のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第一のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次電流と上記誘導電動機の推定二次磁束と第一の状態偏差とを出力する第一の観測器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次電流とに基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記第一の状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記第一のフィードバックゲインを出力する第一のゲイン演算器とから構成され、
上記第二のパラメータ推定手段は
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第二のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定一次電流と第二の状態偏差とを出力する第二の観測器と、
上記第二の観測器から得られた、上記第二の状態偏差と上記推定一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記第二の状態偏差が上記推定一次電流と同位相の成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた推定回転角速度に基づいて上記第二のフィードバックゲインを出力する第二のゲイン演算器とから構成されたものである。
【００４３】
また、請求項２に係る誘導電動機の制御装置は、請求項１において、その二次抵抗推定器は、第一の観測器から得られた、第一の状態偏差と推定二次磁束と推定二次電流とに基づいて推定二次抵抗を出力するものである。
【００４４】
また、請求項３に係る誘導電動機の制御装置は、請求項２において、その二次抵抗推定器は、第一の状態偏差に含まれる推定二次磁束と同位相の成分と推定二次電流に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分との積に基づいて推定二次抵抗を出力するものである。
【００４５】
また、請求項４に係る誘導電動機の制御装置は、請求項３において、その二次抵抗推定器は、推定二次抵抗を（１）式で与えるものである。
【００４６】
請求項５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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、上記二次磁束指令に基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度を出力する第一のパラメータ推定手段と、
上記推定回転角速度と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗とを出力する第二のパラメータ推定手段とを備え、
上記第一のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第一のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次磁束と第一の状態偏差とを出力する第一の観測器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記第一の状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた推定回転角速度に基づいて上記第一のフィードバックゲインを出力する第一のゲイン演算器とから構成され、
上記第二のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第二のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定一次電流と第二の状態偏差とを出力する第二の観測器と、
上記第二の観測器から得られた、上記第二の状態偏差と上記推定一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記一次抵抗推定器から得られた、上記推定一次抵抗に基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記第二の状態偏差が上記推定一次電流と同位相の成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記第二のフィードバックゲインを出力する第二のゲイン演算器とから構成されたものである。
【００４７】
また、請求項６に係る誘導電動機の制御装置は、請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、その第一のゲイン演算器は、誘導電動機の回転角速度と推定回転角速度との間に偏差が生じると第一の状態偏差に含まれる、推定二次磁束と直交する成分が発生する第一のフィードバックゲインを出力し、第二のゲイン演算器は、上記誘導電動機の一次抵抗と推定一次抵抗との間に偏差が生じると第二の状態偏差に含まれる、推定一次電流と同位相の成分が発生する第二のフィードバックゲインを出力するものである。
【００４８】
また、請求項７に係る誘導電動機の制御装置は、請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、その第一の観測器は、（２）、（３）、（４）式に従って演算を行い、第一のゲイン演算器は第一のフィードバックゲインを（５）式で与え、回転速度推定器は推定回転角速度を（６）式で与え、第二の観測器は、（７）、（８）、（９）式に従って演算を行い、第二のゲイン演算器は第二のフィードバックゲインを（１０）式で与え、一次抵抗推定器は推定一次抵抗を（１１）で与えるものである。
【００４９】
また、請求項８に係る誘導電動機の制御装置は、請求項７において、その推定回転角速度を与える演算式として、（６）式を更に推定二次磁束の自乗で除した（６Ａ）式とし、推定一次抵抗を与える演算式として、（１１）式を更に推定一次電流の自乗で除した（１１Ａ）式としたものである。
【００５０】
請求項９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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗とを出力するパラメータ推定手段とを備え、
上記パラメータ推定手段は、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度とフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次電流と上記誘導電動機の推定二次磁束と状態偏差とを出力する観測器と、
上記観測器から得られた、上記状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記観測器から得られた、上記状態偏差と上記推定二次磁束と上記推定二次電流とに基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記二次抵抗推定器から得られた上記推定二次抵抗に基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記フィードバックゲインを出力するゲイン演算器とから構成され、
上記ゲイン演算器は、上記誘導電動機の回転角速度と上記推定回転角速度との間に偏差が生じると上記状態偏差に含まれる、上記推定二次磁束と直交する成分が発生するフィードバックゲインを出力し、
上記二次抵抗推定器は、上記観測器から得られた、上記状態偏差に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分と上記推定二次電流に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分との積に基づいて上記推定二次抵抗を出力するものである。
【００５１】
また、請求項１０に係る誘導電動機の制御装置は、請求項９において、その観測器は（１４）、（１５）、（１６）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を（１７）式で与え、回転速度推定器は推定回転角速度を（１８）式で与え、二次抵抗推定器は推定二次抵抗を（１９）式で与えるものである。
【００５２】
また、請求項１１に係る誘導電動機の制御装置は、請求項１〜請求項１０のいずれかにおいて、その励磁電流指令演算手段は、誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、上記誘導電動機の二次時定数より長い周期の交流信号を含まない交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力するものである。
【００５３】
また、請求項１２に係る誘導電動機の制御装置は、請求項１〜請求項１１のいずれかにおいて、その励磁電流指令演算手段は、誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の正弦波信号を周波数変調した交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力するものである。
【００５４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における誘導電動機の制御装置を示すもので、図において、１〜４は上記従来装置と同一のものであり、その説明は省略する。
５ａは第一のパラメータ推定手段、６ａは第一の観測器、７ａは第一のゲイン演算器、８ａは回転速度推定器、９ａは二次抵抗推定器、５ｂは第二のパラメータ推定手段、６ｂは第二の観測器、７ｂは第二のゲイン演算器、１０ｂは一次抵抗推定器である。
【００５５】
第一のパラメータ推定手段５ａは、第一の観測器６ａと第一のゲイン演算器７ａと回転速度推定器８ａと二次抵抗推定器９ａとから構成され、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと、第二のパラメータ推定手段５ｂから得られる推定一次抵抗Ｒｓ０とを入力し、推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とを出力する。
【００５６】
第一の観測器６ａは、上記一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と上記一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと第一のゲイン演算器７ａから得られた第一のフィードバックゲインＨ１と、回転速度推定器８ａから得られる推定回転角速度ωｒ０と、二次抵抗推定器９ａから得られる推定二次抵抗Ｒｒ０と、第二のパラメータ推定手段５ｂから得られる推定一次抵抗Ｒｓ０とに基づいて、（２）、（３）、（４）式より推定二次電流ｉｒ０１と第一の状態偏差Ｅ１及び推定二次磁束Φｒ０１を演算する。
【００５７】
なお、上述の推定二次電流ｉｒ０１、推定二次磁束Φｒ０１の記号の末尾の「１」は、第一のパラメータ推定手段５ａにおける演算による意味で付しているもので、適宜、第一の推定二次電流等と呼称する場合もある。
同様の考えで、後述する第二のパラメータ推定手段５ｂにおける演算によるものの記号の末尾には適宜「２」を付し、また、第二の推定一次磁束等の呼称する場合がある。
【００５８】
【数１５】
図２は第一の観測器６ａの内部構成を示す図であり、図において、１０１は三相電流のＵ相成分ｉｕｓ、Ｖ相成分ｉｖｓをａ−ｂ軸上のａ軸成分ｉａｓ及びｂ軸成分ｉｂｓに座標変換する三相／二相変換器、１０２は三相電圧指令のＵ相分ｖｕｓ*、Ｖ相成分ｖｖｓ*をａ−ｂ軸上のａ軸成分ｖａｓ*及びｂ軸成分ｖｂｓ*に座標変換する三相／二相変換器、１０３はＲｓ０を−Ｌｒ／ζ倍してａ１１を出力する増幅器、１０４はＲｓ０をＭ／ζ倍してａ１２を出力する増幅器、１０５はＲｒ０をＭ／ζ倍してａ２１を出力する増幅器、１０６はＲｒ０を−Ｌｓ／ζ倍してａ２２を出力する増幅器、１０７は定数マトリクスＣ１によって（３）式を演算する行列演算器、１０８は第一の状態偏差Ｅ１のａ軸成分を演算する減算器、１０９は第一の状態偏差Ｅ１のｂ軸成分を演算する減算器、１１０はａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２、ωｒ０から成るマトリクスＡによって（２）式の右辺第１項を演算する行列演算器、１１１はｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２から成るマトリクスＨ１によって（２）式の右辺第３項を演算する行列演算器、１１２〜１１５は（２）式の右辺第１項と第２項と第３項とを加減算する演算器、１１６〜１１９は（２）式の右辺を積分し、Φｓ０、Φｒ０を出力する積分器である。
【００６０】
ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２は、それぞれＲｓ０又はＲｒ０の定数倍であり、増幅器１０３〜１０６によりＲｓ０又はＲｒ０に基づいて得ることが出来る。
行列演算器１０７は誘導電動機の推定一次磁束φａｓ１、φｂｓ１、推定二次磁束φａｒ１、φｂｒ１を入力し、Ｃ１との積である（３）式を演算する。
減算器１０８は第一の推定一次電流のａ軸成分ｉａｓ１から三相／二相変換器１０１により得られる一次電流のａ軸成分ｉａｓを減算し、第一の状態偏差Ｅ１のａ軸成分ｅａ１を出力する。
同様に減算器１０９は第一の推定一次電流のｂ軸成分ｉｂｓ１から三相／二相変換器１０１により得られる一次電流のｂ軸成分ｉｂｓを減算し、第一の状態偏差Ｅ１のｂ軸成分ｅｂ１を出力する。
従って、減算器１０８、１０９から第一の状態偏差Ｅ１が得られる。
【００６１】
行列演算器１１０は誘導電動機の推定一次磁束φａｓ１、φｂｓ１、推定二次磁束φａｒ１、φｂｒ１を入力し、Ａとの積である（２）式右辺第１項を演算する。
行列演算器１１１は状態偏差ｅａ１、ｅｂ１を入力し、Ｈ１との積である（２）式右辺第３項を演算する。
演算器１１２〜１１５は行列演算器１１０から得られる（２）式の右辺第１項と三相／二相変換器１０２から得られる（２）式の右辺第２項と行列演算器１１１から得られる（２）式の右辺第３項とを加減算し、（２）式の左辺ｄφａｓ１／ｄｔ、ｄφｂｓ１／ｄｔ、ｄφａｒ１／ｄｔ、ｄφｂｒ１／ｄｔをそれぞれ出力する。
積分器１１６はｄφａｓ１／ｄｔを積分しφａｓ１を出力する。同様に積分器１１７〜１１９はｄφｂｓ１／ｄｔ、ｄφａｒ１／ｄｔ、ｄφｂｒ１／ｄｔを積分し、それぞれφｂｓ１、φａｒ１、φｂｒ１を出力する。
【００６２】
以上により、第一の観測器６ａは、推定一次抵抗Ｒｓ０と推定二次抵抗Ｒｒ０と推定回転角速度ωｒ０と第一のフィードバックゲインＨ１と一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓとに基づいて（２）、（３）、（４）式を演算し、誘導電動機の推定二次電流ｉｒ０１と誘導電動機の推定二次磁束Φｒ０１と第一の状態偏差Ｅ１とを出力する。
【００６３】
図１に戻り、第一のゲイン演算器７ａは、回転速度推定器８ａから得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、（５）式の演算を行ない、第一のフィードバックゲインＨ１を出力する。
【００６４】
図３は第一のゲイン演算器７ａの内部構成を示す図であり、図において、１４８〜１５１はゲインテーブルである。予め電動機定数を用いて（５）、（１２）式を解いておく。但し、Ｈ１は回転角速度ωｒ０によって変化するので、各回転角速度に対して解を求める。
この時、求められた解は、先の図２の行列演算器１１１で示したｈ１１等を要素とする行列式で表現可能である。
テーブル１４８は、求めた解から各推定回転角速度ωｒ０に応じてＨ１の要素ｈ１１を出力する。同様にテーブル１４９〜１５１は求めた解から各推定回転角速度ωｒ０に応じてＨ１の要素ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２をそれぞれ出力する。
以上により第一のゲイン演算器７ａは回転速度推定器から得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて第一のフィードバックゲインＨ１を出力する。
【００６５】
図１に戻り、回転速度推定器８ａは、第一の観測器６ａから得られた推定二次磁束Φｒ０１及び第一の状態偏差Ｅ１から第一の状態偏差Ｅ１と推定二次磁束Φｒ０１との外積Ｅ１×Φｒ０１を演算し第一の観測器６ａで用いられている推定回転角速度ωｒ０を（６）式に従って修正し、推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【００６６】
図４は回転速度推定器８ａの内部構成を示す図である。
なお、ここでは、（６）式を更に推定二次磁束Φｒ０１の自乗｜Φｒ０１｜2で除した（６Ａ）式を適用している。一般に、第一の状態偏差Ｅ１と推定二次磁束Φｒ０１との外積Ｅ１×Φｒ０１は二次磁束Φｒの自乗｜Φｒ｜2に比例するので、上記（６Ａ）式を採用することにより、回転速度推定器８ａにおけるゲインが二次磁束の大小にかかわらず一定となり、回転角速度推定の動作応答が一定となり常に安定した特性が得られるという利点がある。
【００６７】
【数１８】
図４において、１２０〜１２１は乗算器、１２２は減算器、１２３〜１２４は乗算器、１２５は加算器、１２６は除算器、１２７はＰＩ制御器である。
乗算器１２０、１２１と減算器１２２とにより（ＪΦｒ０１）TＥ１、即ち（φａｒ１×ｅｂ１−φｂｒ１×ｅａ１）の演算を行う。
また、乗算器１２３、１２４と加算器１２５とにより｜Φｒ０１｜2、即ち（φａｒ１×φａｒ１＋φｂｒ１×φｂｒ１）の演算を行う。
そして、除算器１２６により、｛（ＪΦｒ０１）TＥ１｝÷｜Φｒ０１｜2の演算を行い、ＰＩ制御器１２７によって（６Ａ）式の右辺、即ち推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【００６９】
以上により回転速度推定器８ａは、第一の観測器６ａから得られた第一の状態偏差Ｅ１と推定二次磁束Φｒ０１とに基づいて推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【００７０】
図１に戻り、二次抵抗推定器９ａは、第一の観測器６ａから得られた第一の状態偏差Ｅ１に含まれる推定二次磁束Φｒ０１と同位相の成分と推定二次電流ｉｒ０１に含まれる推定二次磁束Φｒ０１と同位相の成分との積に基づき、（１）式に従って第一の観測器６ａで用いられている推定二次抵抗Ｒｒ０を修正して出力する。
【００７１】
【数１９】
図５は二次抵抗推定器９ａの内部構成を示す図であり、図において、１２８、１２９は乗算器、１３０は加算器、１３１、１３２は乗算器、１３３は加算器、１３４〜１３６は乗算器、１３７は加算器、１３８は除算器、１３９はＰＩ制御器である。
乗算器１２８、１２９と加算器１３０とにより（Ｅ１・Φｒ０）、即ち（ｅａ１×φａｒ１＋ｅｂ１×φｂｒ１）の演算を行う。また、乗算器１３１、１３２と加算器１３３とにより（ｉｒ０１・Φｒ０）、即ち（ｉａｒ１×φａｒ１＋ｉｂｒ１×φｂｒ１）の演算を行う。
そして、乗算器１３４により（Ｅ１・Φｒ０）（ｉｒ０１・Φｒ０）の演算を行う。
【００７３】
一方、乗算器１３５、１３６と加算器１３７とにより｜Φｒ０１｜2、即ち（φａｒ１×φａｒ１＋φｂｒ１×φｂｒ１）の演算を行う。
そして、除算器１３８により、｛（Ｅ１・Φｒ０）（ｉｒ０１・Φｒ０）｝÷｜Φｒ０１｜2の演算を行い、ＰＩ制御器１３９によって（１）式の右辺、即ち推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する。
【００７４】
以上により二次抵抗推定器９ａは、第一の観測器６ａから得られた第一の状態偏差Ｅ１と推定二次磁束Φｒ０１と推定二次電流ｉｒ０１とに基づいて推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する。
【００７５】
以上によって、第一のパラメータ推定手段５ａは推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とを出力する。
【００７６】
次に、第二のパラメータ推定手段５ｂは、第二の観測器６ｂと第二のゲイン演算器７ｂと一次抵抗推定器１０ｂとから構成され、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと、第一のパラメータ推定手段から得られる推定回転角速度ωｒ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０とを入力し、推定一次抵抗Ｒｓ０を出力する。
【００７７】
第二の観測器６ｂは、上記一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と上記一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと第一のパラメータ推定手段５ａから得られる推定回転速度ωｒ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０とゲイン演算器７ｂから得られる第二のフィードバックゲインＨ２と一次抵抗推定器１０ｂから得られる推定一次抵抗Ｒｓ０とに基づいて、（７）、（８）、（９）式より推定一次電流ｉｓ０と第二の状態偏差Ｅ２とを演算する。
【００７８】
図６は第二の観測器６ｂの内部構成を示す図である。入出力は異なるもののその構成は第一の観測器６ａと同様のものであるのでその説明は省略する。
【００７９】
ゲイン演算器７ｂは、第一のパラメータ推定手段５ａから得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、（１０）式の演算を行ない、第二のフィードバックゲインＨ２を出力する。なお、第一のゲイン演算器７ａで扱うεと第二のゲイン演算器７ｂで扱うεとは同じ値である必要はない。
【００８０】
一次抵抗推定器１０ｂは、第二の観測器６ｂから得られる推定一次電流ｉｓ０２及び第二の状態偏差Ｅ２から第二の状態偏差Ｅ２と推定一次電流ｉｓ０２との内積Ｅ２・ｉｓ０２を演算し第二の観測器６ｂで用いられている推定一次抵抗Ｒｓ０を（１１）式に従って修正して出力する。
【００８１】
図７は一次抵抗推定器１０ｂの内部構成を示す図である。
なお、ここでは、（１１）式を更に推定一次電流ｉｓ０２の自乗｜ｉｓ０２｜2で除した（１１Ａ）式を適用している。一般に、第二の状態偏差Ｅ２と推定一次電流ｉｓ０２との内積Ｅ・ｉｓ０２は一次電流ｉｓの自乗｜ｉｓ｜2に比例するので、上記（１１Ａ）式を採用することにより、一次抵抗推定器１０ｂにおけるゲインが一次電流の大小にかかわらず一定となり、一次抵抗推定器の動作応答が一定となり、常に安定した特性が得られるという利点がある。
【００８２】
図７において、１４０、１４１は乗算器、１４２は加算器、１４３、１４４は乗算器、１４５は加算器、１４６は除算器、１４７はＰＩ制御器である。
乗算器１４０、１４１と加算器１４２とにより（ｉｓ０２・Ｅ２）、即ち（ｉａｓ２×ｅａ２＋ｉｂｓ２×ｅｂ２）の演算を行う。また、乗算器１４３、１４４と加算器１４５とにより｜ｉｓ０２｜2、即ち（ｉａｓ２×ｉａｓ２＋ｉｂｓ２×ｉｂｓ２）の演算を行う。
そして、除算器１４６により、（ｉｓ０２・Ｅ２）÷｜ｉｓ０２｜2の演算を行い、ＰＩ制御器１４７によって（１１Ａ）式の右辺、即ち推定一次抵抗Ｒｓ０を出力する。
【００８３】
以上により一次抵抗推定器１０ｂは、第二の状態偏差Ｅ２と推定一次電流ｉｓ０２とに基づいて推定一次抵抗Ｒｓ０を出力する。
【００８４】
以上によって、第二のパラメータ推定手段５ｂは推定二次抵抗Ｒｓ０を出力する。
【００８５】
次に動作について説明する。先に引用した図２０の（ｂ）はパラメータ推定手段５ａから得られる位相差ζと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）を示すものである。
図において横軸はｉｒ０の角速度（即ち一次角速度ω）、縦軸はｉｒ０とＥ１との位相差ζを示している。
【００８６】
図２０（ｂ）中のεはゲイン演算器７ａ内部のパラメータεであり、εの値によってその特性は変化することが分かる。εの値を小さくすると望ましい特性（位相差ζ≒０°となる）となることが分かる。このことは、周波数帯に関係なく推定二次抵抗の演算を良好にが出来ることを意味する。
そこで、第一のゲイン演算器７ａは、誘導電動機２の回転角速度ωｒと推定回転角速度ωｒ０との間に偏差が生じると上記第一の状態偏差Ｅ１に含まれる上記推定二次磁束と直交する成分が発生する（即ち、ζ≒０°となる）ように第一のフィードバックゲインＨ１を出力する。
【００８７】
以上の動作を、ｄ−ｑ軸上で示すと図８の通りとなる。
即ち、（５）式によって得られた第一のフィードバックゲインＨ１を用いると、第一の状態偏差Ｅ１は、推定二次磁束Φｒ０と直交する成分、従ってＪΦｒ０１と同位相のベクトルとなってあらわれる。そして、推定二次電流ｉｒ０１も図に示すように同位相となって、第一の状態偏差Ｅ１との位相差ζがほぼ零となる。
なお、励磁電流に交流信号が重畳されると、各ベクトルの先端がｄ軸に平行に所定の振幅で変化することになる。
以上によって、既述した（２）の問題点が解決する訳である。
【００８８】
また、既述した（５）の問題点に関しては次のことが言える。即ち、回転速度の推定は従来と同様である（（６）または（６Ａ）式）ので、既述した通り推定二次磁束Φｒ０１と直交する成分を用いた推定となるが、二次抵抗の推定は（１）式によるので、従って、推定二次磁束Φｒ０１と同位相の成分（ｉｒ０１・Φｒ０１）（Ｅ１・Φｒ０１）を用いた推定となるので、両者、即ち、回転角速度と二次抵抗とを分離して推定することが可能となり、（５）の問題点も解消する訳である。
【００８９】
一方、図１９（ｂ）はパラメータ推定手段５ｂから得られる位相差ξと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）である。図において横軸はｉｓ０１の角速度（即ち一次角速度ω）、縦軸はｉｓ０１とＥ２との位相差ξを示している。
【００９０】
図中のεはゲイン演算器７ｂ内部のパラメータεであり、εの値によってその特性は変化することが分かる。εの値を小さくすると望ましい特性（位相差ξ≒０°）となることが分かる。
【００９１】
本実施の形態の第二のゲイン演算器７ｂでは、誘導電動機２の一次抵抗Ｒｓと推定一次抵抗Ｒｓ０との間に偏差が生じると上記第二の状態偏差Ｅ２に含まれる上記推定一次電流と同位相の成分が発生する（即ち、位相差ξ≒０°となる）ように、第二のフィードバックゲインＨ２を出力する。
【００９２】
以上の動作を、ｄ−ｑ軸上で示すと図９の通りとなる。
即ち、（１０）式によって得られた第二のフィードバックゲインＨ２を用いると、第二の状態偏差Ｅ２は、推定一次電流ｉｓ０２と同位相のベクトルとなってあらわれ、上述した位相差ξ≒０゜が実現する。
これによって、回生領域は勿論、広い周波数域にわたって一次抵抗の推定が可能となり、既述した（１）の問題点が解消される訳である。
【００９３】
換言すれば、従来のゲイン演算器７においては、フィードバックゲインＧの決定は誘導電動機の極のｋ倍という極配置にしか着目していなかった。また、一つのフィードバックゲインＧで、一次抵抗と二次抵抗及び回転角速度とを推定するので、全てについて満足するような状態偏差Ｅの特性を得ることが出来なかった。
これに対し、この発明の実施の形態１においては、二次抵抗及び回転角速度の推定用の第一のゲイン演算器７ａと、一次抵抗の推定用の第二のゲイン演算器７ｂとを備え、両ゲイン演算器７ａ、７ｂ内のフィードバックゲインＨ１、Ｈ２はそれぞれ個々独立に設定される。即ち、前者においては、第一の状態偏差Ｅ１が推定二次磁束直交成分ＪΦｒ０と同一位相（従って、位相差ζ≒０゜）となるように、また、後者においては、第二の状態偏差Ｅ２が推定一次電流ｉｓ０２と同一位相（従って、位相差ξ≒０゜）となるように制御されるので、一次抵抗と二次抵抗及び回転角速度とのすべてを、確実に推定することが可能となる訳である。
【００９４】
なお、上記実施の形態では、二次抵抗推定器９ａは、第一の状態偏差Ｈ１と推定二次磁束Φｒ０１と推定二次電流ｉｒ０１とに基づいて推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する構成のものとしたが、回転速度の推定との分離性の要求を多少緩和すれば、第一の状態偏差Ｈ１と推定二次電流ｉｒ０１とに基づいて推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する構成のものとしてもよい。この場合も、第一および第二のゲイン演算器７ａ、７ｂを備えているので、上述した通り、二次抵抗及び回転角速度と一次抵抗とは、それぞれ最良の条件での推定演算が実行される。
【００９５】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２における誘導電動機の制御装置を示すもので、図において、２〜４、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、１０ｂは上記実施の形態１と同一のものであり、その説明を省略する。１ａは励磁電流指令演算手段、５ｃは第一のパラメータ推定手段、５ｄは第一のパラメータ推定手段、９ｄは二次抵抗推定器である。
【００９６】
励磁電流指令演算手段１ａは、二次磁束指令φｄｒ*を入力し、その値をＭで除算しｉｄｓ*として出力する。
第一のパラメータ推定手段５ｃは、第一の観測器６ａと第一のゲイン演算器７ａと回転速度推定器８ａとから構成され、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと、第二のパラメータ推定手段５ｄから得られる推定一次抵抗Ｒｓ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０を入力し、推定回転角速度ωｒ０を出力する。
【００９７】
第二のパラメータ推定手段５ｄは、第二の観測器６ｂと第二のゲイン演算器７ｂと二次抵抗推定器９ｄと一次抵抗推定器１０ｂとから構成され、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓと、第一のパラメータ推定手段から得られる推定回転角速度ωｒ０を入力し、推定一次抵抗Ｒｓ０及び推定二次抵抗Ｒｒ０を出力する。
【００９８】
電気抵抗の主たる変化要因は温度変化であり、誘導電動機２の一次抵抗と二次抵抗の温度が殆ど同じと仮定すれば、推定二次抵抗Ｒｒ０を推定一次抵抗Ｒｓ０に比例させてもよい。
そこで、この実施の形態２においては、二次抵抗推定器９ｄは、入力された推定一次抵抗Ｒｓ０に比例した値を推定二次抵抗Ｒｒ０として出力する。
【００９９】
本実施の形態２では、第一のゲイン演算器７ａからの第一のフィードバックゲインＨ１により、上述した位相差ζ≒０゜の条件が成立して回転角速度ωｒの高精度な推定が可能になることは勿論、第一のフィートバックゲインＨ１とは別個に、第二のフィードバックゲインＨ２を演算する第二のゲイン演算器７ｂを用いることにより、上述したξ≒０゜の条件を満足するような特性が得られるので、推定一次抵抗Ｒｓ０を回生を含む領域で得ることができる。その結果、推定二次抵抗Ｒｒ０も回生を含む領域で得ることができる。
以上より、第一のパラメータ推定手段５ｃ及び第二のパラメータ推定手段５ｄから高精度な推定一次抵抗Ｒｓ０、推定二次抵抗Ｒｒ０、推定回転角速度ωｒ０が得られるので、トルク制御手段３はトルク指令τｍ*に出力トルクτｍが高精度に追従するように制御できる。
【０１００】
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３における誘導電動機の制御装置を示すもので、図において、１〜４は上記従来装置と同一のものであり、その説明を省略する。
５ｅはパラメータ推定手段、６ｅは観測器、７ｅはゲイン演算器、８ｅは回転速度推定器、９ｅは二次抵抗推定器、１０ｅは一次抵抗推定器である。
【０１０１】
パラメータ推定手段５ｅは、観測器６ｅとゲイン演算器７ｅと回転速度推定器８ｅと二次抵抗推定器９ｅと一次抵抗推定器１０ｅとから構成され、トルク制御手段３から得られる一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と、電流検出手段４から得られる一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓとを入力し、推定回転角速度ωｒ０と推定二次抵抗Ｒｒ０とを出力する。
【０１０２】
観測器６ｅは、上記一次電圧指令ｖｕｓ*、ｖｖｓ*と上記一次電流ｉｕｓ、ｉｖｓとゲイン演算器７ｅから得られるフィードバックゲインＨと、回転速度推定器８ｅから得られる推定回転角速度ωｒ０と、二次抵抗推定器９ｅから得られる推定二次抵抗Ｒｒ０と、一次抵抗推定器１０ｅから得られる推定一次抵抗Ｒｓ０とに基づいて、上記実施の形態１の観測器６ａと同様の演算を行ない、推定二次電流Ｉｒ０１と第１の状態偏差Ｅ１及び推定二次磁束Φｒ０１との代わりに、推定二次電流Ｉｒ０と状態偏差Ｅ（（１６）式）及び推定二次磁束Φｒ０とを出力する。
【０１０３】
【数２０】
図１２は観測器６ｅの内部構成を示す図であるが、実質的に既述した観測器６ａと異なるところがないので、その細部の説明は省略する。
【０１０５】
図１１に戻り、ゲイン演算器７ｅは、回転速度推定器８ｅから得られた推定回転角速度ωｒ０に基づいて、上記実施の形態１のゲイン演算器７ａと同様の演算を行ない、フィードバックゲインＨ１の代わりにフィードバックゲインＨ（（１７）式）を出力する。
回転速度推定器８ｅは、観測器６ｅから得られた推定二次磁束Φｒ０及び状態偏差Ｅから状態偏差Ｅと推定二次磁束Φｒ０との外積Ｅ×Φｒ０を演算し、実施の形態１の回転速度推定器８ａと同様の演算を行い、推定回転角速度ωｒ０（（１８）式）を出力する。
二次抵抗推定器９ｅは、観測器６ｅから得られた状態偏差Ｅに含まれる推定二次磁束Φｒ０と同位相の成分と推定二次電流Ｉｒ０に含まれる推定二次磁束Φｒ０と同位相の成分との積に基づき、実施の形態１の二次抵抗推定器９ａと同様の演算によって観測器６ｅで用いられている推定二次抵抗Ｒｒ０を修正して出力する（（１９）式）。
【０１０６】
電気抵抗の主たる変化要因は温度変化であり、誘導電動機２の一次抵抗と二次抵抗の温度が殆ど同じと仮定すれば、推定一次抵抗Ｒｓ０を推定二次抵抗Ｒｒ０に比例させてもよい。
そこで、一次抵抗推定器１０ｅは、入力された推定二次抵抗Ｒｒ０に比例した値を推定一次抵抗Ｒｓ０として出力する。
【０１０７】
本実施の形態３では、フィードバックゲインＨを演算するゲイン演算器７ｅを用いることにより、上述したζ≒０゜の条件を満足するような特性が得られるので、推定二次抵抗Ｒｒ０を高精度に推定することができる。その結果、高精度な推定一次抵抗Ｒｒ０も得ることができる。
以上より、パラメータ推定手段５ｅから高精度な推定一次抵抗Ｒｓ０、推定二次抵抗Ｒｒ０、推定回転角速度ωｒ０が得られるので、トルク制御手段３はトルク指令τｍ*に出力トルクτｍが高精度に追従するように制御できる。
【０１０８】
実施の形態４．
上記実施の形態１、３の励磁電流指令演算手段１では、二次時定数の逆数１／Ｔｒと比較して十分低い周波数成分を含む交流信号を重畳し、励磁電流指令ｉｄｓ*を出力していた。
しかし、既述した図２１の励磁電流ｉｄｓから（φｄｒ／Ｍ）及びｉｄｒへの伝達特性図から分かる通り、二次時定数の逆数１／Ｔｒと比較して低い周波数成分を含まない交流信号を重畳すれば、誘導電動機２の二次磁束振幅φｄｒにはその周波数成分は含まれない。
【０１０９】
そこで、上記実施の形態１〜３の励磁電流指令演算手段１、１ａの代わりに励磁電流指令演算手段１ｂ（図示せず）を用いてもよい。
この励磁電流指令演算手段１ｂは、励磁電流指令ｉｄｓ*の演算式である（２０）式のｆ１、ｆ２として（３１）、（３２）式を満足するものに限定する。
【０１１０】
【数２１】
励磁電流指令演算手段１ｂを用いた場合、誘導電動機２の二次時定数より長い周期を含まない交流信号を重畳するので、誘導電動機２の二次磁束振幅φｄｒにはその周波数成分は含まれない。
その結果、誘導電動機２の二次磁束振幅φｄｒを一定に保つことが可能であり、磁気飽和等による相互インダクタンスＭ値の変化が発生しないので、トルク制御手段３はトルク指令τｍ*に出力トルクτｍが高精度に追従するように制御できる。
これにより、既述した（３）の問題点が解決される訳である。
【０１１２】
実施の形態５．
上記実施の形態の励磁電流指令演算手段１、１ｂでは、２種類の交流周波数成分ｆ１、ｆ２しか含んでいなかった。しかし、交流周波数成分の数は多いほど良い。即ち、先の図１５で説明したように、Ｔ型等価回路は各ωの周波数成分に対して成立するので、ωの周波数成分の数は多いほど回転角速度と二次抵抗との推定は容易になる。
そこで、上記実施の形態の励磁電流指令演算手段１、１ａ、１ｂの代わりに励磁電流指令演算手段１ｃ（図示せず）を用いてもよい。
この励磁電流指令演算手段１ｃは、励磁電流指令ｉｄｓ*の演算に（２０）式を用いる代わりに（３３）式を用いる。
【０１１３】
【数２２】
この（３３）式において、Ac cos( 2 π fc t +mf sin 2 π fm t)は、信号が正弦波であるＦＭ波の一般式である。ｍｆは角度変調波としてのＦＭ波の位相角としての変化の度合を示し、これを変調指数と呼ぶ。
（３３）式で示されるＦＭ波の帯域幅は厳密には無限に存在するが、発生するスペクトラムの９０％程度以上を含む側波帯の数については検討をつけることが出来、ＦＭの帯域幅ＢＷは（３４）式の様になる。
【０１１５】
ＢＷ＝２（ｍｆ＋１）ｆｍ［Ｈｚ］ （３４）
【０１１６】
図１３に（３３）式で与えられる重畳交流信号のスペクトル例を示す。図のように（３３）式を用いた場合、重畳交流信号は、帯域幅２（ｍｆ＋１）ｆｍの範囲で複数の周波数成分を持つ。
従って、２回の三角関数演算により、３個以上の多数の異なる周波数の交流成分の重畳が可能となり、演算回路の構成が簡単になるとともに、演算時間が短縮される。
これによって、既述した（４）の問題点が解決される訳である。
【０１１７】
さらに、１／Ｔｒ＜ｆｃ−（ｍｆ＋１）ｆｍを満足するｆｃ、ｍｆ、ｆｍを与えた場合、複数の周波数成分を持ち、かつ、誘導電動機２の二次時定数より長い周期の交流信号を含まない交流信号を重畳することが可能である。
【０１１８】
【発明の効果】
請求項１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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗とを出力する第一のパラメータ推定手段と、
上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する第二のパラメータ推定手段とを備え、
上記第一のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第一のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次電流と上記誘導電動機の推定二次磁束と第一の状態偏差とを出力する第一の観測器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次電流とに基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記第一の状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記第一のフィードバックゲインを出力する第一のゲイン演算器とから構成され、
上記第二のパラメータ推定手段は
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第二のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定一次電流と第二の状態偏差とを出力する第二の観測器と、
上記第二の観測器から得られた、上記第二の状態偏差と上記推定一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記第二の状態偏差が上記推定一次電流と同位相の成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた推定回転角速度に基づいて上記第二のフィードバックゲインを出力する第二のゲイン演算器とから構成されたので、推定回転角速度及び推定二次抵抗と推定一次抵抗とが共に良好な条件で求められ、安定かつ高精度な推定値を得ることができ、トルク制御手段は出力トルクを安定にかつ高精度に制御できるという効果がある。
【０１１９】
また、請求項２に係る誘導電動機の制御装置の二次抵抗推定器は、第一の観測器から得られた、第一の状態偏差と推定二次磁束と推定二次電流とに基づいて推定二次抵抗を出力するので、回転角速度の推定と二次抵抗の推定との分離性が良好となる。
【０１２０】
また、請求項３に係る誘導電動機の制御装置の二次抵抗推定器は、第一の状態偏差に含まれる推定二次磁束と同位相の成分と推定二次電流に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分との積に基づいて推定二次抵抗を出力するので、安定かつ高精度な推定二次抵抗が確実に得られる。
【０１２１】
また、請求項４に係る誘導電動機の制御装置の二次抵抗推定器は、推定二次抵抗を（１）式で与えるので、推定二次抵抗の安定かつ高精度な演算が、具体的確実に実現される。
【０１２２】
請求項５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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、上記二次磁束指令に基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度を出力する第一のパラメータ推定手段と、
上記推定回転角速度と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗とを出力する第二のパラメータ推定手段とを備え、
上記第一のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第一のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次磁束と第一の状態偏差とを出力する第一の観測器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記第一の状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた推定回転角速度に基づいて上記第一のフィードバックゲインを出力する第一のゲイン演算器とから構成され、
上記第二のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第二のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定一次電流と第二の状態偏差とを出力する第二の観測器と、
上記第二の観測器から得られた、上記第二の状態偏差と上記推定一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記一次抵抗推定器から得られた、上記推定一次抵抗に基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記第二の状態偏差が上記推定一次電流と同位相の成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記第二のフィードバックゲインを出力する第二のゲイン演算器とから構成されたので、推定回転角速度と推定一次抵抗及び推定二次抵抗とが共に良好な条件で求められ、安定かつ高精度な推定値を得ることができ、トルク制御手段は出力トルクを安定にかつ高精度に制御できるという効果がある。
【０１２３】
また、請求項６に係る誘導電動機の制御装置の第一のゲイン演算器は、誘導電動機の回転角速度と推定回転角速度との間に偏差が生じると第一の状態偏差に含まれる、推定二次磁束と直交する成分が発生する第一のフィードバックゲインを出力し、第二のゲイン演算器は、上記誘導電動機の一次抵抗と推定一次抵抗との間に偏差が生じると第二の状態偏差に含まれる、推定一次電流と同位相の成分が発生する第二のフィードバックゲインを出力するので、第一及び第二のパラメータ推定手段が共に、安定かつ高精度な条件で各推定値を出力することができる。
【０１２４】
また、請求項７に係る誘導電動機の制御装置の第一の観測器は、（２）、（３）、（４）式に従って演算を行い、第一のゲイン演算器は第一のフィードバックゲインを（５）式で与え、回転速度推定器は推定回転角速度を（６）式で与え、第二の観測器は、（７）、（８）、（９）式に従って演算を行い、第二のゲイン演算器は第二のフィードバックゲインを（１０）式で与え、一次抵抗推定器は推定一次抵抗を（１１）で与えるので、推定回転角速度と推定一次抵抗の安定かつ高精度な演算が、具体的確実に実現される。
【０１２５】
また、請求項８に係る誘導電動機の制御装置は、その推定回転角速度を与える演算式として、（６）式を更に推定二次磁束の自乗で除した（６Ａ）式とし、推定一次抵抗を与える演算式として、（１１）式を更に推定一次電流の自乗で除した（１１Ａ）式としたので、回転速度推定器及び一次抵抗推定器におけるゲインが常に一定となって安定した動作特性が得られる。
【０１２６】
請求項９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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗とを出力するパラメータ推定手段とを備え、
上記パラメータ推定手段は、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度とフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次電流と上記誘導電動機の推定二次磁束と状態偏差とを出力する観測器と、
上記観測器から得られた、上記状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記観測器から得られた、上記状態偏差と上記推定二次磁束と上記推定二次電流とに基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記二次抵抗推定器から得られた上記推定二次抵抗に基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記フィードバックゲインを出力するゲイン演算器とから構成され、
上記ゲイン演算器は、上記誘導電動機の回転角速度と上記推定回転角速度との間に偏差が生じると上記状態偏差に含まれる、上記推定二次磁束と直交する成分が発生するフィードバックゲインを出力し、
上記二次抵抗推定器は、上記観測器から得られた、上記状態偏差に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分と上記推定二次電流に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分との積に基づいて上記推定二次抵抗を出力するので、推定回転角速度、推定二次抵抗及び推定一次抵抗が共に良好な条件で求められ、安定かつ高精度な推定値を得ることができ、トルク制御手段は出力トルクを安定にかつ高精度に制御できるという効果がある。
【０１２７】
また、請求項１０に係る誘導電動機の制御装置の観測器は（１４）、（１５）、（１６）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を（１７）式で与え、回転速度推定器は推定回転角速度を（１８）式で与え、二次抵抗推定器は推定二次抵抗を（１９）式で与えるので、推定回転角速度、推定二次抵抗及び推定一次抵抗の安定かつ高精度な演算が、具体的確実に実現される。
【０１２８】
また、請求項１１に係る誘導電動機の制御装置の励磁電流指令演算手段は、誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、上記誘導電動機の二次時定数より長い周期の交流信号を含まない交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力するので、二次磁束を一定に保つことができ、出力トルクのトルク脈動を抑制できる効果がある。
【０１２９】
また、請求項１２に係る誘導電動機の制御装置の励磁電流指令演算手段は、誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の正弦波信号を周波数変調した交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力するので、三角関数の演算手段を少なくして多くの互いに異なる周波数の交流信号の重畳が可能となり、簡便な構成で、回転角速度と二次抵抗との推定精度の向上が実現する。
【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】 図１の第一の観測器６ａの内部構成を示すブロック構成図である。
【図３】 図１の第一のゲイン演算器７ａの内部構成を示すブロック構成図である。
【図４】 図１の回転速度抵抗器８ａの内部構成を示すブロック構成図である。
【図５】 図１の二次抵抗推定器９ａの内部構成を示すブロック構成図である。
【図６】 図１の第二の観測器６ｂの内部構成を示すブロック構成図である。
【図７】 図１の一次抵抗推定器１０ｂの内部構成を示すブロック構成図である。
【図８】 第一のゲイン演算器７ａの動作を説明するベクトル図である。
【図９】 第二のゲイン演算器７ｂの動作を説明するベクトル図である。
【図１０】 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１１】 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１２】 図１１の観測器６ｅの内部構成を示すブロック構成図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５による交流信号の周波数成分を示した特性図である。
【図１４】 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１５】 誘導電動機のＴ型等価回路を示す図である。
【図１６】 状態偏差Ｅ、一次電流ｉｓ及び推定一次電流ｉｓ０の関係を説明するベクトル図である。
【図１７】 トルク制御手段を示すブロック構成図である。
【図１８】 （ａ）は一次抵抗Ｒｓと推定一次抵抗Ｒｓ０の間に誤差がある場合の推定一次電流Ｉｓ０と状態偏差Ｅとの関係を示すベクトル図、（ｂ）は誘導電動機２の二次抵抗Ｒｒと推定二次抵抗Ｒｒ０の間に誤差がある場合の推定二次電流Ｉｒ０と状態偏差Ｅとの関係を示すベクトル図である。
【図１９】 （ａ）は従来のパラメータ推定手段５から得られる、位相差ξと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）を示す特性図、（ｂ）はこの発明の第二のパラメータ推定手段５ｂから得られる、位相差ξと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）を示す特性図である。
【図２０】 （ａ）は従来のパラメータ推定手段５から得られる、位相差ζと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）を示す特性図、（ｂ）はこの発明の第一のパラメータ推定手段５ａから得られる、位相差ζと一次角速度ωとの関係の一例（回転角速度ωｒが１００［ｒａｄ／ｓ］）を示す特性図である。
【図２１】 励磁電流ｉｄｓから（φｄｒ／Ｍ）及びｉｄｒへの伝達特性図である。
【符号の説明】
１，１ａ 励磁電流指令演算手段、２ 誘導電動機、３ トルク制御手段、
４ 電流検出手段、５ａ，５ｃ 第一のパラメータ推定手段、
５ｂ，５ｄ 第二のパラメータ推定手段、５ｅ パラメータ推定手段、
６ａ 第一の観測器、６ｂ 第二の観測器、６ｅ 観測器、
７ａ 第一のゲイン演算器、７ｂ 第二のゲイン演算器、７ｅ ゲイン演算器、
８ａ，８ｅ 回転速度推定器、９ａ，９ｄ，９ｅ 二次抵抗推定器、
１０ｂ，１０ｅ 一次抵抗推定器、Ｈ１ 第一のフィードバックゲイン、
Ｈ２ 第二のフィードバックゲイン、Ｈ フィードバックゲイン、
Ｅ１ 第一の状態偏差、Ｅ２ 第二の状態偏差、Ｅ 状態偏差、
ωｒ０ 推定回転角速度、Ｒｒ０ 推定二次抵抗、Ｒｓ０ 推定一次抵抗、
φｄｒ* 二次磁束指令、ｉｄｓ* 励磁電流指令、ｔｍ* トルク指令、
ｉｕｓ，ｉｖｓ 一次電流、ｖｕｓ*，ｖｖｓ* 一次電圧指令。
Claims (12)
- 誘導電動機の一次電流を検出する電流検出手段と、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗とを出力する第一のパラメータ推定手段と、
上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する第二のパラメータ推定手段とを備え、
上記第一のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第一のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次電流と上記誘導電動機の推定二次磁束と第一の状態偏差とを出力する第一の観測器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次電流とに基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記第一の状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記第一のフィードバックゲインを出力する第一のゲイン演算器とから構成され、
上記第二のパラメータ推定手段は
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第二のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定一次電流と第二の状態偏差とを出力する第二の観測器と、
上記第二の観測器から得られた、上記第二の状態偏差と上記推定一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記第二の状態偏差が上記推定一次電流と同位相の成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた推定回転角速度に基づいて上記第二のフィードバックゲインを出力する第二のゲイン演算器とから構成されたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。 - 二次抵抗推定器は、第一の観測器から得られた、第一の状態偏差と推定二次磁束と推定二次電流とに基づいて推定二次抵抗を出力することを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の制御装置。
- 二次抵抗推定器は、第一の状態偏差に含まれる推定二次磁束と同位相の成分と推定二次電流に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分との積に基づいて推定二次抵抗を出力することを特徴とする請求項２記載の誘導電動機の制御装置。
- 二次抵抗推定器は、推定二次抵抗を（１）式で与えることを特徴とする請求項３記載の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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、上記二次磁束指令に基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度を出力する第一のパラメータ推定手段と、
上記推定回転角速度と上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗とを出力する第二のパラメータ推定手段とを備え、
上記第一のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第一のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次磁束と第一の状態偏差とを出力する第一の観測器と、
上記第一の観測器から得られた、上記第一の状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記第一の状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた推定回転角速度に基づいて上記第一のフィードバックゲインを出力する第一のゲイン演算器とから構成され、
上記第二のパラメータ推定手段は、
上記推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度と第二のフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定一次電流と第二の状態偏差とを出力する第二の観測器と、
上記第二の観測器から得られた、上記第二の状態偏差と上記推定一次電流とに基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記一次抵抗推定器から得られた、上記推定一次抵抗に基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記第二の状態偏差が上記推定一次電流と同位相の成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記第二のフィードバックゲインを出力する第二のゲイン演算器とから構成されたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。 - 第一のゲイン演算器は、誘導電動機の回転角速度と推定回転角速度との間に偏差が生じると第一の状態偏差に含まれる、推定二次磁束と直交する成分が発生する第一のフィードバックゲインを出力し、第二のゲイン演算器は、上記誘導電動機の一次抵抗と推定一次抵抗との間に偏差が生じると第二の状態偏差に含まれる、推定一次電流と同位相の成分が発生する第二のフィードバックゲインを出力することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の誘導電動機の制御装置。
- 第一の観測器は、（２）、（３）、（４）式に従って演算を行い、第一のゲイン演算器は第一のフィードバックゲインを（５）式で与え、回転速度推定器は推定回転角速度を（６）式で与え、第二の観測器は、（７）、（８）、（９）式に従って演算を行い、第二のゲイン演算器は第二のフィードバックゲインを（１０）式で与え、一次抵抗推定器は推定一次抵抗を（１１）で与えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の誘導電動機の制御装置。
- 推定回転角速度を与える演算式として、（６）式を更に推定二次磁束の自乗で除した（６Ａ）式とし、推定一次抵抗を与える演算式として、（１１）式を更に推定一次電流の自乗で除した（１１Ａ）式としたことを特徴とする請求項７記載の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、
上記誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力する励磁電流指令演算手段と、
上記誘導電動機が出力すべきトルク指令及び上記励磁電流指令を入力し、上記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、上記誘導電動機の推定回転角速度と上記誘導電動機の推定二次抵抗と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の一次電圧を制御するトルク制御手段と、
上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記推定回転角速度と上記推定二次抵抗とを出力するパラメータ推定手段とを備え、
上記パラメータ推定手段は、
上記誘導電動機の推定一次抵抗と上記推定二次抵抗と上記推定回転角速度とフィードバックゲインと上記一次電圧と上記一次電流とに基づいて上記誘導電動機の推定二次電流と上記誘導電動機の推定二次磁束と状態偏差とを出力する観測器と、
上記観測器から得られた、上記状態偏差と上記推定二次磁束とに基づいて上記推定回転角速度を出力する回転速度推定器と、
上記観測器から得られた、上記状態偏差と上記推定二次磁束と上記推定二次電流とに基づいて上記推定二次抵抗を出力する二次抵抗推定器と、
上記二次抵抗推定器から得られた上記推定二次抵抗に基づいて上記推定一次抵抗を出力する一次抵抗推定器と、
上記状態偏差が上記推定二次磁束と直交する成分を含むよう、上記回転速度推定器から得られた上記推定回転角速度に基づいて上記フィードバックゲインを出力するゲイン演算器とから構成され、
上記ゲイン演算器は、上記誘導電動機の回転角速度と上記推定回転角速度との間に偏差が生じると上記状態偏差に含まれる、上記推定二次磁束と直交する成分が発生するフィードバックゲインを出力し、
上記二次抵抗推定器は、上記観測器から得られた、上記状態偏差に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分と上記推定二次電流に含まれる上記推定二次磁束と同位相の成分との積に基づいて上記推定二次抵抗を出力することを特徴とする誘導電動機の制御装置。 - 観測器は（１４）、（１５）、（１６）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を（１７）式で与え、回転速度推定器は推定回転角速度を（１８）式で与え、二次抵抗推定器は推定二次抵抗を（１９）式で与えることを特徴とする請求項９記載の誘導電動機の制御装置。
- 励磁電流指令演算手段は、誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、上記誘導電動機の二次時定数より長い周期の交流信号を含まない交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の誘導電動機の制御装置。
- 励磁電流指令演算手段は、誘導電動機が出力すべき二次磁束指令を入力し、任意の正弦波信号を周波数変調した交流信号と上記二次磁束指令に比例した直流信号とに基づいて上記誘導電動機の励磁電流指令を出力することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の誘導電動機の制御装置。
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