JP4253903B2

JP4253903B2 - 誘導モータドライブ及びそのパラメータ評価方法

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Publication number: JP4253903B2
Application number: JP07482199A
Authority: JP
Inventors: グイジュゼッペ
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2019-03-19
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導モータドライブに関し、更に詳しくは誘導モータにおけるベクトル制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な直流電界指向型誘導モータドライブのシステムを図１２に示す。
誘導モータのベクトル制御は、インバータ１０１によって供給される誘導モータ１０２のトルクと磁束を調節して行われる。
【０００３】
図１２は速度センサ１３２を備える誘導モータドライブの例で、このシステムでのベクトル制御は、まずモータの速度に対する指示である基準速度１０３とフィードバックとして速度センサ１３２によって検出された誘導モータ１０２の回転速度１１２から速度調節器１０５がＰＩ制御（propotional action and integral action control）に基づいた基準トルク電流１１４を生成して、電流調節器１０４に出力する。このトルクに対する指示である基準トルク電流１１４と磁束に対する指示である基準トルク電流１１３から、電流調整器１０４はＰＩ制御に基づいて調節された電流を出力し、これをベクトル回転器１０６が、同期して回転する座標系（ｄ−ｑ座標系）での相対に変換してインバータ１０１に一次電圧指示１２０として印加する。尚電流調節器１０４へ印加する基準磁束電流１１３は、広い動作レンジに渡って一定に設定することができる。
【０００４】
インバータ１０１から誘導モータ１０２に印加される電流値、電圧値はセンサ１３０、１３１で検出電流１２１、検出電圧１２２として検出され、３−２位相変換器１０８、１０９によって２相座標系で表した値に変換された後、空間ベクトル値Ｖｓ１２３、ｉｓ１２４として電流・磁束観測器１１０に入力される。
【０００５】
固定子・回転子抵抗評価器５００は、３−２位相変換器１０９からの固定子電流ｉｓ１２４と、電流・磁束観測器１１０からの観測電流１２７及び観測磁束１２８から、誘導モータ１０２の固定子抵抗Ｒｓと回転子抵抗Ｒｒを評価し、抵抗Ｒｓ及びＲｒの観測値Ｒｓ’５０３及びＲｒ’５０４を出力する。そしてこれらの値は状態観測器１１０によって使用される。
【０００６】
電流・磁束観測器１１０では、固定子電圧Ｖｓ１２３、固定子電圧ｉｓ１２４、センサ１３１からのモータの検出速度１１２及び固定子・回転子抵抗評価器５００からの固定子及び回転子の評価抵抗値Ｒｓ’５０３及びＲｒ’５０４から観測電流１２７及び観測回転子磁束１２８を出力する。
【０００７】
そしてこの観測回転子磁束１２８に基づいて、ベクトル回転器１０６は、磁束に対する指示１１８とトルクに対する指示１１９を回転子磁束の方向にベクトル回転して一次電圧指示１２０としてインバータ１０１に出力する。
【０００８】
またベクトルｉｓ１２４は、電流調整器１０４でフィードバック信号として使用されるトルク電流１２６と磁束電流１２５を求めるため、ベクトル回転器１０７によって電流・磁束観測器１１０からの観測磁束１２８に基づいて回転子磁束の方向にベクトル回転される。
【０００９】
次に速度センサを持たないシステムついて説明する。速度センサを有しないシステムにおいては、固定子電圧１２１と固定子電流１２２のみがセンサ１３０及び１３１によって検出される。図１３にシステム構成を示す。
【００１０】
図１３の構成を図１２と比較すると、速度の評価を行う速度観測器１１１が加えられ、また固定子・回転子抵抗評価器５００の代わりに固定子電流ｉｓ１２４、観測電流１２７、観測磁束１２８及びトルク指示１１９から固定子及び回転子の抵抗値Ｒｓ，Ｒｒを評価するＲｓ，Ｒｒ評価器５０１が備っている。
【００１１】
この速度観測器１１１は、固定子電流ｉｓ１２４、及び電流・磁束観測器１１０からの、観測電流１２７及び観測磁束１２８から速度を評価し、観測速度１１５を速度制御器１０５及び電流・磁束観測器１１０の双方に出力する。
【００１２】
また、安定状態においても回転子の抵抗を観測可能とするため、高周波成分１６２が磁束電流指示に注入される。
直流電界指向制御において、磁束は典型的には、
Ｒｅｆ. １−H.Kubota et al．“Speed Sensorless Field-Oriented Control of Induction Motor With Rotor Resistance Adaptation ”,IEEE Trans. on Ind. Appl.,Vol.30,No５,Sept.／Oct.1994
に記載されているような観測器を用いて評価される。
【００１３】
状態空間表現を用いた誘導モータの従来の数式モデルの記載は、以下の通りである。
【００１４】
【数４】
【００１５】
ここで、
【００１６】
【数５】
【００１７】
となる。
単純な観測器での状態方程式は、上記数式モデル（１）によって表される。この数式モデルは安定であり、またこの式より電流・磁束観測器１１０に対する以下の式が導かれる。
【００１８】
【数６】
【００１９】
ここで、’は、観測値を示す。例えば、行列Ａ’は、式（１）中の行列Ａと同じ値であるが、測定値の代わりに公称の評価パラメータ値を用いて評価されたものである。
【００２０】
尚本明細書内での観測及び観測値とは、現代制御理論での観測及び観測値をあらわすもので、出力から状態変数値を推定すること及びその推定値を指す。
固定子と回転子の抵抗Ｒｓ及びＲｒは、その値がモータの動作温度と共に変化する為、通常モータ動作中に評価され観測値が評価式から求められる。
【００２１】
この評価式は、上記Ｒｅｆ．１によれば、
【００２２】
【数７】
【００２３】
となる。
ここで、上式中・は、ベクトルの内積を示し、またｋ１、ｋ２は正の定数である。
【００２４】
図１４は、上記式（３）、（４）に基づいた図１２の固定子・回転子抵抗評価器５００の詳細を示すブロック線図である。
固定子・回転子抵抗評価器５００では、まず固定子抵抗評価器５０２内で、電流センサ１３０による固定子の測定電流ｉｓ１２４から電流・磁束観測器１１０からの観測電流ｉｓ’１２７が、計算器５１２によって引かれる。次に値ｅ_isと観測電流ｉｓ’１２７の内積が内積処理器５０７によって求められ、これに計算器５１３によって定数−ｋ１を積算した値を積分器５０９によって積分して観測固定子抵抗Ｒｓ’として出力する。
【００２５】
また計算器５１４によって、観測電流ｉｓ’１２７に誘導モータの相互インダクタンスＬｍを積算し、これと計算器５１２の出力ベクトルｅ_isの内積を内積処理器５０８より求める。そしてこの結果に計算器５１６によって定数ｋ２を積算し、結果を積分器５１０によって積分して観測回転子抵抗Ｒｒ’５０４を求め、出力する。
【００２６】
また図１３の様な速度センサを持たないシステムの場合には、モータの回転速度ωｒは測定されない。よって、その評価値ωｒ’１１５は、式（２）の行列Ａ’を評価するのに使用される。
【００２７】
速度評価器１１１での評価式は、以下のように記載される。
【００２８】
【数８】
【００２９】
式（５）中、ｓは、ラプラス演算子であり、ｋ_Pω、ｋ_Iωは適当なゲインである。
図１３のシステムでの固定子抵抗の評価値Ｒｓ’は、速度センサを備える図１２のシステムと同様式（３）によって与えられる。それに対し、回転子抵抗の評価値Ｒｒ’は、速度センサを備えるシステムとは異なるアルゴリズムを使用する。
【００３０】
二次側の抵抗Ｒｒを安定状態下で評価するためには、回転速度が殆ど一定とし、また注入項１６２から磁束電流１１３に周波数ｆ^*を有する適当な高周波信号１６２を注入される。これにより、抵抗Ｒｒに対する式（４）は、速度センサを持たないシステムの場合以下のように修正される。
【００３１】
【数９】
【００３２】
上式中、ｉｄ、ｉｄ’及びｉｄ,refは、それぞれ、磁束電流の測定値、観測値及び基準値を示す。またｋ３は正の定数である。
図１５は、上記式（３）、（６）に基づいた図１３の固定子・回転子抵抗評価器５０１の詳細を示すブロック線図である。
【００３３】
電流センサ１３０による固定子の測定電流ｉｓ１２４及び電流・磁束観測器１１０からの観測電流ｉｓ’１２７は、ベクトル回転器１０７及び１４２によって観測磁束１２８の方向にベクトル回転される。
【００３４】
次に計算器１５７によって磁束電流ｉｄ１２５から観測磁束電流ｉｄ’１５１が引かれた後、内積処理器５１７によって磁束電流の基準値との内積が計算される。そしてこれに定数ｋ３が計算器５１７で積算された後、積分器５１１によって積分されて観測回転子抵抗Ｒｒ’５０５が計算され、出力される。
【００３５】
また観測固定子抵抗Ｒｓ’５０３は、図４と同じ固定子抵抗評価器５０２によって固定子の測定電流ｉｓ１２４及び電流・磁束観測器１１０からの観測電流ｉｓ’１２７から計算され、出力される。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】
誘導モータの磁束とトルクの制御を精密に行うには、回転子の磁束方向Φｒ’を明確に観測する必要がある。しかしその為の式（２）のうち、特に行列Ａ’には、温度によって値が変化する１次側と２次側の抵抗値Ｒｒ，Ｒｓの様な、モータの動作中に値が変化してゆくパラメータが含まれている。
【００３７】
磁束方向の観測値の精度は、言い換えれば磁束とトルクの制御の質は、主に動作速度が低い場合には、これらのパラメータ値をどの程度知ることができるかに依存する。
【００３８】
また速度センサを持つシステムの場合は式（３）及び（４）で、持たないシステムの場合は式（３）、（６）で与えられるモータ稼動中での抵抗値の評価は、常に正しく行えると限らず、特定の動作条件の下、及びモータのパラメータ特性の特定の組み合わせに対して不安定である。
【００３９】
本発明は、上記問題点を鑑みて、速度センサを持つ構成及び持たない構成の誘導モータドライブシステムにおいて、誘導モータの速度や負荷などの動作条件やモータの各パラメータの特定の組み合わせに関係なく、安定で高精密な制御を行えるシステム及びパラメータ評価方法を提供することを目的とする。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づいた、誘導モータのベクトル制御を行う制御システムでは、第１の参照点設定手段、ベクトル変換手段、大きさ計算手段、位相差計算手段、第１の回転子抵抗評価手段及び固定子抵抗評価手段を備える。
【００４１】
第１の参照点設定手段は、固定子電流ベクトル平面上の任意の位置に点Ｐ_Rを設定する。
ベクトル変換手段は、上記誘導モータの固定子電流の測定値及び観測値を、上記固定子電流ベクトル平面上の上記点Ｐ_Rを始点とするベクトルに変換する。
【００４２】
大きさ計算手段と、上記ベクトル変換手段が変換した上記測定値に対するベクトルと観測値に対するベクトルとの大きさの差を求める。
位相差計算手段は、上記ベクトル変換手段が変換した上記測定値に対するベクトルと観測値に対するベクトルとの位相差を求める。
【００４３】
第１の回転子抵抗評価手段は、上記大きさの差から上記誘導モータの回転子抵抗の評価を行う。
固定子抵抗評価手段は、上記位相差から上記誘導モータの固定子抵抗の評価を行う。
【００４４】
また本発明による別の構成の制御システムは、主に速度センサを備えない構成の場合に適用されるもので、高周波信号注入手段、第２の参照点設定手段、ベクトル変換手段、大きさ計算手段、第２の回転子抵抗評価手段を備える。
【００４５】
高周波信号注入手段は、高周波信号を磁束電流に注入する。
第２の参照点設定手段は、固定子電流ベクトル平面上の任意の位置に点Ｐ_Rrを設定する。
【００４６】
ベクトル変換手段は、上記誘導モータの固定子電流の測定値及び観測値の上記高周波信号に対応した高周波成分を、上記固定子電流ベクトル平面上の上記点Ｐ_Rrを始点とするベクトルに変換する。
【００４７】
大きさ計算手段は、上記ベクトル変換手段が変換した上記測定値の高周波成分に対するベクトルと観測値の高周波成分に対するベクトルとの大きさの差を求める。
【００４８】
第２の回転子抵抗評価手段は、上記大きさの差から上記誘導モータの回転子抵抗の評価を行う。
本発明によれば、固定子電流値のみを測定すれば、この電流値から誘導モータの各状態を評価することが出来る。
【００４９】
また固定子抵抗及び回転子抵抗に対しても、この固定子電流値の測定値と観測力の差から行われるので、モータの動作中にも随時評価を行うことが出来る。
【００５０】
【発明の実施の形態】
まず本発明の基本原理について説明する。
本発明の基本的な原理は、式（２）で与えられる評価電流値に各パラメータ間のズレがどのように影響をあたえるかを評価することであり、観測値ｉｓ’１２７と測定値ｉｓ１２４との間の差を用いて固定子抵抗Ｒｓ及び回転子抵抗Ｒｒの評価を行う。そしてこの評価値を式（２）の行列Ａ’を評価するのに使用する。
【００５１】
式（２）は、誘導モータのモデル式（１）と実質的に同じなので、パラメータ値として抵抗値に異なる値を代入すると、式（１）と同一モデルで異なる固定子抵抗と回転子抵抗を持つモータに対する観測電流が得られる。よって式（１）から、パラメータ値を変えることにより、それに基づいて固定子電流が安定状態においてどのように変化するかが得られる。
【００５２】
抵抗値Ｒｓ、Ｒｒを変化させると、固定子電流はその大きさ及び位相の両方を変化させ、またその変化の仕方はモータ速度と荷重（スリップ）に依存する。しかし、この回転子抵抗による変化は、回転子抵抗が観測できない荷重が零の場合を除いて、固定子抵抗による変化と直交している。
【００５３】
本発明では、測定電流ｉｓと観測電流ｉｓ’の両方に対して固定子電流ベクトル平面上の適当な点Ｐ_R＝（Ｐ_Rx，Ｐ_Ry）を始点とするベクトルとして参照する。これにより、モータ速度や荷重レベルに関係なく、電流の測定値と観測値の間の誤差を、常に抵抗の評価誤差に関係づけることができる。特に、観測電流ｉｓ’１２７と測定電流ｉｓ１２４の間の位相差は固定子抵抗Ｒｓの誤差に関係づけられ、また大きさの差は回転子抵抗Ｒｒの誤差に関係づけられる。
【００５４】
この点Ｐ_Rは、一意な点としても動作点と共に可変とする点として選択することも出来る。点Ｐ_Rとして適当な点を得る方法としては、電流位相ベクトルに対して固定子電圧方向の座標系を適用する方法がある。
【００５５】
座標軸として、固定子電圧の位相ベクトルＶｓ１２３の方向に実数軸を取ると点Ｐ_Rは以下のように選択できる。
【００５６】
【数１０】
【００５７】
ここで、Ｉ₀は、モータの公称磁束電流であり、−Ｉ₀／２＜ｋＰ_Rx＜Ｉ₀／２、１＜ｋＰ_Ry＜∞である。
こうすれば、抵抗値Ｒｓ及びＲｒを求める適用式は、
【００５８】
【数１１】
【００５９】
と表せる。
上式中、×はベクトルの外積、｜｜は、ベクトルの大きさを示す。また、ｋ_IRs、ｋ_IRr、ｋ_PRs、ｋ_PRrは適当なゲインである。式中のベクトルの外積は、２つの位相ベクトルの位相変位を評価するために使用する。
【００６０】
図１は、固定子電流ｉｓによるベクトル軌跡と、点Ｐ_Rを示す図である。
図１には、各一次周波数ωｅとスリップ周波数ωsl（＝ωｅ−ωｒ）での固定子電流ｉｓを求めて作成したベクトル軌跡が描かれており、同図中の２つの軌跡のうち、小さい方がスリップ周波数ωsl＝０rad/s のもので、大きい軌跡がスリップ周波数ωsl＝−１０〜１０rad/s のものである。
【００６１】
同図の様に点Ｐ_Rは、固定子電流ベクトル平面上の軌跡の内側の適当な位置に選択される。
図２は、点Ｐ_Rから固定子電流の測定値及び観測値へのベクトルを示す。
【００６２】
同図において、ベクトル軌跡上の固定子電流の測定値ｉｓ及び観測値ｉｓ’は、ベクトル軌跡の内側に選んだ点Ｐ_RからのベクトルＩｓ−Ｐ_R及びＩｓ−Ｐ_Rとして表現される。これにより、位相変位θは式（８）から回転子抵抗Ｒｒ’と、またベクトルの大きさの差｜Ｉｓ−Ｐ_R｜−｜Ｉｓ’−Ｐ_R｜は式（９）から固定子抵抗Ｒｒ’と関連づけられる。
【００６３】
図３（ａ）及び（ｂ）は、固定子抵抗値Ｒｓ及び回転子抵抗値Ｒｒが様々な値の時の固定子電流ｉｓのベクトル軌跡と、点Ｐ_Rを示す図である。
同図の場合も、ベクトル軌跡の内側に点Ｐ_Rを取ることにより、図１及び２と同様の手法で点Ｐ_Rを始点とする固定子電流の測定値ｉｓに対するベクトルと観測値ｉｓ’に対するベクトルの大きさの違いや位相変位から、固定子抵抗Ｒｓ及び回転子抵抗Ｒｒの評価を行うことができる。
【００６４】
また速度センサや位置センサを持たないシステムにおいては、磁束レベルが一定に保たれている場合には、安定状態で回転子抵抗を評価することができないことが知られている。この為、上記システムでは周波数ｆ^*を有する適当な高周波信号１６２を磁束電流１１３に注入することによって、安定状態においても回転子抵抗を可観測にしている。
【００６５】
よってこの様なシステムに対してこれまで述べてきた速度センサを持つシステムに対して行う方法と同じ方法で抵抗値の評価を行う場合、固定子抵抗Ｒｓの評価には式（８）がそのまま適用できる。しかし、回転子抵抗Ｒｒについては、式（９）によってではなく、観測固定子電流の高周波成分ｉｄ’^*１５４と測定固定子電流の高周波成分ｉｄ^*１５３の間の差から評価される。よって、時間−位相ベクトル平面上に適当な点Ｐ_Rr２５５を取り、高周波電流の測定値及び観測値をこの点Ｐ_Rr２５５から参照することにより、回転子抵抗Ｒｒの評価が行われる。
【００６６】
点Ｐ_Rrを、観測高周波電流の大きさの変化と抵抗誤差が関連付くように選んだ場合、観測抵抗Ｒｒ’を求める適用法則は以下の様になる。
【００６７】
【数１２】
【００６８】
点Ｐ_Rrは、ｄ軸高周波時間−位相ベクトル平面内の座標軸を決定する測定ｄ軸高周波電圧ｖｄ^*１５２から評価される。
評価される。
【００６９】
式（１）から、回転子抵抗の異なる値それぞれに対して、注入された高周波信号１６２と同じ周波数ｆ^*の高周波固定子電流を計算することできる。ｉｄ１^*とｉｄ２^*をそれぞれ、公称回転子抵抗の半分と２倍に対応する電流と定義し、ｆ^*高周波固定子電圧時間−位相ベクトルｖｄ^*１５２方向の実数軸を仮定すると、このｉｄ１^*とｉｄ２^*は、以下のように表される。
【００７０】
【数１３】
【００７１】
ここで、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２は、モータパラメータに依存している実数定数である。点Ｐ_Rrは、式（１１）のｉｄ１^*とｉｄ２^*の２点によって決定される直線上から選択することができる。
【００７２】
【数１４】
【００７３】
式（１２）で、ｋ_PRrは、任意の実数である。この式（１２）に基づいた点Ｐ_Rrの選択により、観測抵抗Ｒｒ’を求める式（１０）による適用法則が導かれる。尚ここではｉｄ１^*とｉｄ２^*を公称回転子抵抗の半分と２倍に対応する電流と定義して点Ｐ_Rrを求めたが、この点ＰＲｒを求めるための直線を決定する点は、公称回転子抵抗より大きい回転子抵抗値と小さい回転子抵抗値に対応する適宜な電流値であればこれに限らない。
【００７４】
図４は、この点Ｐ_Rrの選択例を示す図である。
同図では、公称回転子抵抗Ｒｒの半分の抵抗値（０．５Ｒｒ）と１．５倍の抵抗値（１．５Ｒｒ）に対応する電流値から直線６００上を求めている。そして点点Ｐ_Rrは、この直線上に点Ｐ_Rrを設定し、この点Ｐ_Rrとするベクトルを求めて観測固定子電流の高周波成分ｉｄ’^*１５４と測定固定子電流の高周波成分ｉｄ^*１５３を参照することにより、式（１０）による回転子抵抗Ｒｒの評価を行うことが出来る。図１１の場合、点Ｐ_Rrとして式（１１）のｋ_PRrを０とした点が選択されている。
【００７５】
次に本発明を適用した、誘導モータドライブのシステム例について説明する。
図５に、第１の実施形態として速度センサを有し、これによってモータ速度が測定される場合に使用されるシステムのブロック線図を示す。尚この図５のブロック線図は図１２の構成と異なる部分のみが記載されている。
【００７６】
このシステムでは図１２の固定子・回転子抵抗評価器５００の代わりに固定子・回転子抵抗評価器２００が電流磁束観測器１１０と共に設けられる。
この固定子・回転子抵抗評価器２００は、観測電流１２７、測定電流１２４及び測定電圧１２３から、固定子抵抗Ｒｓ２０１と回転子抵抗Ｒｒ２０２を出力する。この評価固定子抵抗Ｒｓ２０１及び評価回転子抵抗Ｒｒ２０２は、観測器１１０によって、式（２）の動的行列Ａ’を計算するために使用される。
【００７７】
図６は、図５の固定子・回転子抵抗評価器２００の詳細を示すブロック線図である。
式（８）、（９）による評価アルゴリズムを適用するためには、まず測定電流ｉｓ１２４と観測電流ｉｓ’１２７をベクトル回転し、固定子電圧Ｖｓ１２３方向に向いた座標系内の成分に変換する。そしてこのベクトルｉｓ（ｉ_sx，ｉ_sy）及びｉｓ’（ｉ_sx’，ｉ_sy’）から、式（７）により決定されるＰ_R成分Ｐ_Rx３０１とＰ_Ry３０２が計算器１８０、１８１、１３５、１３６によって引かれることによりベクトルｉｓ−Ｐ_R（ｉ_Sx−Ｐ_Rx３０３、ｉ_Sy−Ｐ_Ry３０４）とｉｓ’−Ｐ_R（ｉ_Sx−Ｐ_Rx３０５、ｉ_sy−Ｐ_Ry３０６）が求められる。
【００７８】
これらのベクトル間の位相変位は外積処理器２０３によって計算され、また大きさの差は大きさ計算器１８２及び１８３によってスカラ量に変換した後、計算器１３９によって求められる。そして２つのベクトルｉｓ−Ｐ_R及びｉｓ’−Ｐ_Rの外積値がＰＩ１３４によって、式（８）に基づいた評価固定子抵抗値Ｒｓ’が計算されて出力され、また、絶対値の差がＰＩ１３３によって、式（８）に基づいた評価回転子抵抗Ｒｒ’が出力される。
【００７９】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。
図７に、第２の実施形態として速度センサを備えず、モータ速度を測定しない場合に用いられるシステムのブロック線図を示す。尚この図７のブロック線図は図１３の構成と異なる部分のみが記載されている。
【００８０】
図７のシステムでは、図１３の固定子・回転子抵抗評価器５０１の代わりに固定子抵抗評価器１６０が電流磁束観測器１１０と共に設けられる。
この固定子抵抗評価器１６０は、図６の固定子抵抗評価器１６０と同じもので、観測電流１２７、測定電流１２４及び測定電圧１２３から、評価固定子抵抗Ｒｓ２０１を出力する。この評価固定子抵抗Ｒｓ２０１及び観測速度１１５から、観測器１１０は、式（２）の動的行列Ａ’を計算する。
【００８１】
次に本発明の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態のシステムは、回転子速度を測定せず、回転子抵抗を評価する場合に使用される。よって固定子抵抗のアダプテーションが必要でない、適度に高速なモータに向いている。
【００８２】
図８は、第３の実施形態のシステムを示すブロック線図である。第３の実施形態は図１３の速度センサを持たないシステムの構成をベースにしており、この図８のブロック線図は図１３の構成と異なる部分のみが記載されている。
【００８３】
図８のシステムでは、図１３の固定子・回転子抵抗評価器５０１の代わりに回転子抵抗評価器１６１が電流磁束観測器１１０と共に設けられる。
注入項１６２は、磁束電流１１３に周波数ｆ^*を有する適当な高周波信号１６２を注入することによって、安定状態においても回転子抵抗を可観測にしている。
【００８４】
回転子抵抗評価器１６１は、観測電流１２７、観測磁束１２８のみならず測定電流１２４と測定電圧１２３も使用して、評価回転子抵抗１５６を出力する。この評価回転子は、観測器１１０によって式（２）の動的行列Ａ’を計算に使用される。
【００８５】
図９は、式（１０）に基づく、図８の回転子抵抗評価器１６１の詳細を示すブロック線図である。
固定子電圧Ｖｓ１２３だけでなく測定電流ｉｓ１２４と観測電流ｉｓ’１２７は、ベクトル回転器１４１、１０７及び１０２によってベクトル回転されて、これらの磁束成分である流動電圧１５０、流動電流１２５、及び観測流動電圧１５１はハイパスフィルタ１４４、１４５、及び１４３によって高周波数域成分のみが抽出される。
【００８６】
高周波固定子電圧Ｖｄ^*１５２は、Ｐ_Rr評価器２４６により、式（１２）によって点Ｐ_Rr２５５を決定するのに使用される。
また高周波固定子電流ｉｄ^*１５３及びその観測値ｉｄ’^*１５４は、計算器１５７及び１５８によってＰ_Rr評価器２４６から出力される点Ｐ_Rr２５５を始点とするベクトルとした後、絶対値変換器１９０及び１９１によってスカラ量にする。
【００８７】
そして計算器１９２によって求められた、２つのベクトルｉｄ^*−Ｐ_Rr４００及びｉｄ’^*−Ｐ_Rr４０１それぞれの瞬間値の絶対値の差がＰＩ２４９によって式（１０）に基づいて、評価回転子抵抗Ｒｒ’１５６が出力される。
【００８８】
図１０は、図９のＰ_Rr評価器２４６の詳細を示すブロック線図である。
ハイパスフィルタ１４３からＰ_Rr評価器２４６に入力された高周波固定子電圧１５２は、Ｐ_Rr評価器２４６内で３／４Ｔ^*遅延回路３１０、ピーク検出器３１１及び計算器３１３に入力される。
【００８９】
そして、計算器３１３によって、瞬間的なＶｄ^*値１５２をピーク検出器３１１からのＶｄ^*のピーク値で割ることによって高周波固定子電圧Ｖｄ^*１５２と同方向の単位時間ベクトル３２０が求められる。また同様に、ｖｄ^*１５２と直交する単位時間ベクトル３２１が、入力信号ｖｄ^*を３／４Ｔ^*遅延回路３１０によって３／４Ｔ^*だけ遅延させた信号を演算器３１２によって、そのピーク値で割ることにより求められる。そしてこれら単位時間ベクトル３２０及び３２１によって、高周波固定子電圧Ｖｄ^*に関連づけられた実座標を持つ時間−位相ベクトル平面内の直交座標系が決定される。
【００９０】
点Ｐ_Rr２５５は、単に、Ｐ_Rrx３２２とＰ_Rry３２３に対する式（１２）からの値と、単位時間−位相ベクトル３２０及び３２１を乗算し、得られた時間−位相ベクトルの瞬間値を加算器３１６による加えることにより決定される。
【００９１】
図１１は、第４の実施形態のシステムを示すブロック線図である。第４の実施形態は図１３の速度センサを持たないシステムの構成をベースにしており、この図１１のブロック線図は図１３の構成と異なる部分のみが記載されている。
【００９２】
第４の実施形態では、速度センサを備えない構成なので、注入項１６２から磁束電流１１３に周波数ｆ^*を有する適当な高周波信号１６２を注入することによって、安定状態においても回転子抵抗を可観測にしている。
【００９３】
この図１１のシステムは、回転子の速度を測定せず、そして、固定子の抵抗Ｒｓと回転子の抵抗Ｒｒ双方が評価されるべき場合に使用される。
図１１のシステムでは、図６の固定子抵抗評価器１６０と図７の回転子抵抗評価器１６１が電流・磁束観測器１１０と共に設けられる。これらの評価器１６０及び１６１は、観測電流１２７と共に、測定電流１２４と測定電圧１２３を使用し、評価された固定子抵抗２０１と回転子抵抗１５６を出力する。更に回転子抵抗評価器１６１は、観測磁束１２８も回転子抵抗の評価に使用する。この固定子の評価抵抗Ｒｓ’及び回転子の評価抵抗Ｒｒ’は、観測器１１０によって式（２）の動的行列Ａ’を計算するために使用される。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、固定子電流値のみを測定すれば、この電流値から誘導モータの各状態を評価することが出来る。
【００９５】
また固定子抵抗及び回転子抵抗の評価に上記したアルゴリズムを使用することにより、モータドライブの磁束レベルと回転トルクを全動作範囲に渡って制御できる。
【００９６】
更には、固定子抵抗及び回転子抵抗に対しても、この固定子電流値の測定値と観測力の差から行われるので、モータの動作中にも随時評価を行うことが出来る。
【００９７】
また、各抵抗値はモータの温度変化による値の変化を追従して評価されるので、温度変化などの動作条件の変化に対し制御の精度が落ちる等のパフォーマンスの低下が発生しない。
【００９８】
更には固定子電流ベクトル平面上の適当な点から測定電流と観測電流を参照し、評価評価するので、再生動作においても、安定して評価を得ることができ、パワーを生成している動作時のみの抵抗評価を更新する問題は、解決される。
【図面の簡単な説明】
【図１】固定子電流ｉｓによるベクトル軌跡と、点Ｐ_Rを示す図である。
【図２】点Ｐ_Rから固定子電流の測定値及び観測値へのベクトルを示す図である。
【図３】（ａ）は、スリップ周波数ωsl＝−１０rad/s の時の、（ｂ）はωsl＝１０rad/s の種々の抵抗値での固定子電流のベクトル軌跡と点Ｐ_Rを示す図である。
【図４】点Ｐ_Rrの選択例を示す図である。
【図５】第１の実施形態のシステムのブロック線図である。
【図６】図５の固定子・回転子抵抗評価器２００の詳細を示す図である。
【図７】第２の実施形態のシステムのブロック線図である。
【図８】第３の実施形態のシステムのブロック線図である。
【図９】式（１０）に基づく、図８の回転子抵抗評価器１６１の詳細を示す図である。
【図１０】図９のＰ_Rr評価器２４６の詳細を示すブロック線図である。
【図１１】第４の実施形態のシステムを示すブロック線図である。
【図１２】速度センサを備える直流電界指向型誘導モータドライブのシステムを示すブロック線図である。
【図１３】速度センサを持たない型誘導モータドライブのシステムを示すブロック線図である。
【図１４】固定子・回転子抵抗評価器５００の詳細を示すブロック線図である。
【図１５】固定子・回転子抵抗評価器５０１の詳細を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１０１インバータ
１０２誘導モータ
１０４電流調節器
１０５速度調節器
１０６、１０７ベクトル回転器
１０８、１０９３−２位相変換器
１１０電流・磁束観測器
１１１速度観測器
１６０固定子抵抗評価器
１６１回転子抵抗評価器
２００固定子・回転子抵抗評価器
２４６Ｐ_Rr評価器
５００、５０１固定子・回転子抵抗評価器

Claims

誘導モータのベクトル制御を行う制御システムにおいて、
固定子電流ベクトル平面上の任意の位置に点Ｐ_Rを設定する第１の参照点設定手段と、
前記誘導モータの固定子電流の測定値及び観測値を、前記固定子電流ベクトル平面上の前記点Ｐ_Rを始点とするベクトルに変換するベクトル変換手段と、
前記ベクトル変換手段が変換した前記測定値に対するベクトルと観測値に対するベクトルとの大きさの差を求める大きさ計算手段と、
前記ベクトル変換手段が変換した前記測定値に対するベクトルと観測値に対するベクトルとの位相差を求める位相差計算手段と、
前記大きさの差から前記誘導モータの回転子抵抗の評価を行う第１の回転子抵抗評価手段と、
前記位相差から前記誘導モータの固定子抵抗の評価を行う固定子抵抗評価手段と、
を備えることを特徴とする誘導モータの制御システム。
前記回転子抵抗の評価値をＲｒ’、前記固定子電流の測定値をｉｓ、前記観測値をｉｓ’、ラプラス演算子をｓ、ｋ_IRr及びｋ_PRrをゲインとすると、前記第１の回転子抵抗評価手段は式
から前記誘導モータの回転子抵抗の評価を行うことを特徴とする請求項１記載の誘導モータの制御システム。
速度センサを使用しない、誘導モータのベクトル制御を行う制御システムであって、
固定子電流ベクトル平面上の任意の位置に点Ｐ_Rを設定する第１の参照点設定手段と、
前記誘導モータの固定子電流の測定値及び観測値を、前記固定子電流ベクトル平面上の前記点Ｐ_Rを始点とするベクトルに変換するベクトル変換手段と、
前記ベクトル変換手段が変換した前記測定値に対するベクトルと観測値に対するベクトルとの位相差を求める位相差計算手段と、前記位相差から前記誘導モータの固定子抵抗の評価を行う固定子抵抗評価手段と、
を備えることを特徴とする誘導モータの制御システム。
誘導モータのベクトル制御を行う制御システムにおいて、
高周波信号を磁束電流に注入する高周波信号注入手段と、
固定子電流ベクトル平面上の任意の位置に点Ｐ_Rrを設定する第２の参照点設定手段と、
前記誘導モータの固定子電流の測定値及び観測値の前記高周波信号に対応した高周波成分を、前記固定子電流ベクトル平面上の前記点Ｐ_Rrを始点とするベクトルに変換するベクトル変換手段と、
前記ベクトル変換手段が変換した前記測定値の高周波成分に対するベクトルと前記観測値の高周波成分に対するベクトルとの大きさの差を求める大きさ計算手段と、
前記大きさの差から前記誘導モータの回転子抵抗の評価を行う第２の回転子抵抗評価手段と、
を備えることを特徴とする誘導モータの制御システム。
固定子電流ベクトル平面上の任意の位置に点Ｐ_Rを設定する第１の参照点設定手段と、
前記誘導モータの固定子電流の測定値及び観測値を、前記固定子電流ベクトル平面上の前記点Ｐ_Rを始点とするベクトルに変換するベクトル変換手段と、
前記ベクトル変換手段が変換した前記測定値に対するベクトルと観測値に対するベクトルとの位相差を求める位相差計算手段と、
前記位相差から前記誘導モータの固定子抵抗の評価を行う固定子抵抗評価手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項４記載の誘導モータの制御システム。
前記第２の参照点設定手段は、前記点Ｐ_Rrを前記固定子電流ベクトル平面上の公称回転子抵抗値より大きい抵抗値と小さい抵抗値に対応する電流値から求まる直線上に設定することを特徴とする請求項５記載の誘導モータの制御システム。
前記回転子抵抗の評価値をＲｒ’、前記固定子電流の測定値高周波成分をｉｄ^*、前記観測値の高周波成分をｉｄ’^*、ラプラス演算子をｓ、ｋ_IRr及びｋ_PRrをゲインとすると、前記第２の回転子抵抗評価手段は式
から前記誘導モータの回転子抵抗の評価を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の誘導モータの制御システム。
前記第１の参照点設定手段は、前記点Ｐ_Rを前記固定子電流ベクトル平面上の前記固定子電流のベクトル軌跡の内側の位置に設定することを特徴とする請求項１、２、３、５、６及び７のいずれか１つに記載の誘導モータの制御システム。
前記固定子抵抗の評価値をＲｓ’、前記固定子電流の測定値をｉｓ、前記観測値をｉｓ’、ラプラス演算子をｓ、ｋ_IRs及びｋ_PRsをゲインとすると、前記固定子抵抗評価手段は式
から前記固定子抵抗の評価を行うことを特徴とする請求項１、２、３、５、６、７及び８のいずれか１つに記載の誘導モータの制御システム。
誘導モータのパラメータ評価方法であって、
固定子電流ベクトル平面上の任意の位置に点Ｐ_Rを設定し、
前記誘導モータの固定子電流の測定値及び観測値を、前記固定子電流ベクトル平面上の前記点Ｐ_Rを始点とするベクトルに変換し、
前記測定値に対するベクトルと観測値に対するベクトルとの大きさの差を求め、
前記測定値に対するベクトルと前記観測値に対するベクトルとの位相差を求め、
前記大きさの差から前記誘導モータの回転子抵抗の評価を行う、
ことを特徴とする誘導モータのパラメータ評価方法。