JP5071426B2 - 交流回転機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、交流回転機を位置・速度センサレスで駆動する制御装置に関する。

交流回転機を駆動する場合、交流回転機の位置情報または速度情報が必要である。位置情報または速度情報を得るために、交流回転機に位置センサや速度センサを備えると、センサの設置によるコストアップ、センサの設置のためのスペースの確保、交流回転機と制御器との間に信号配線が必要等の問題が発生する。この問題を解決するために、位置センサや速度センサを備えることなく交流回転機を駆動する制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

従来の位置センサや速度センサを備えることなく交流回転機を駆動する制御装置において、回転状態の交流回転機を停止させる通常の方法として、速度指令の大きさを単調減少となるように変化させ、速度指令の最終値を零にする方法がある。また、回転状態の交流回転機を停止させるためのそれ以外の方法として、交流回転機の電機子巻線のうち予め設定した特定相に励磁をかける方法がある（例えば、特許文献２参照）。

国際公開ＷＯ２００２／０９１５５８号公報（第６〜８頁、第１図） 特開平７−８７７８５号公報（第４頁、第１、２図）

交流回転機を可変速に駆動する場合には、スムーズな加減速が求められている。従来の交流回転機の制御装置において、速度指令の大きさを単調減少となるように変化させ、速度指令の最終値を零にして回転状態の交流回転機を停止させる方法を用いると、交流回転機の停止のタイミングによっては停止直前に、インバータ内部の上下のスイッチング素子の同時オンを防ぐために設けるデッドタイムなどに起因して回転速度や回転位置がアンダーシュートとオーバーシュートを繰り返すような振動が発生するという問題があった。また、交流回転機の電機子巻線のうち予め設定した特定相に励磁をかけて交流回転機を所定位置で停止させる方法を用いると、交流回転機の回転子磁束と電流位相との位相差が回転位置とともに変化するため、回転速度と同じ周波数成分のトルク脈動が発生し、回転速度や回転位置の振動が発生するという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、交流回転機を位置・速度センサレスで駆動する場合、交流回転機が回転状態から停止状態へ移る際に、デッドタイムや交流回転機のトルク脈動などに起因する回転速度や回転位置の振動を抑制する交流回転機の制御装置を得るものである。

この発明に係る交流回転機の制御装置は、交流回転機へ電圧を出力し、交流回転機を駆動する速度制御手段と、交流回転機を駆動するための指令値として第１の速度指令を出力する第１の速度指令発生手段と、第１の速度指令と速度制御手段によって演算される演算位相とに基づいて、第２の速度指令を出力する第２の速度指令発生手段と、第１の速度指令又は第２の速度指令のいずれか一方を選択して選択速度指令として速度制御手段へ出力する速度指令選択手段とを備え、速度制御手段は、演算位相と選択速度指令とに基づいて交流回転機へ出力する電圧を演算し、交流回転機が回転状態から停止状態へ移る際に、第２の速度指令発生手段は、交流回転機に流れる電流が所定値以上になるような第２の速度指令を出力し、速度指令選択手段は、選択速度指令として第２の速度指令を選択するものである。

この発明は、交流回転機が回転状態から停止状態へ移る際に、交流回転機に流れる電流が所定値以上になるような第２の速度指令を出力し、交流回転機を駆動するための選択速度指令として第２の速度指令を選択するので、交流回転機が回転状態から停止状態へ移る際に、デッドタイムや交流回転機のトルク脈動などに起因する回転速度や回転位置の振動を抑制することができる。

本発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置の全体構成図である。 三相巻線を有する同期機を回転状態から停止させたときの最小電流振幅と停止時の振動との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における三相巻線を有する同期機を回転状態から停止させた場合の停止時の位相と各相電流の関係をプロットした図である。 本発明の実施の形態１における第２の速度指令発生手段の構成図である。 本発明の実施の形態１における目標位相θｓｔｐ＊の導出過程の説明図である。 本発明の実施の形態１における目標位相演算器で行う演算処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態１における速度制御手段の内部構成図である。 本発明の実施の形態２における交流回転機の制御装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態２における第２の速度指令発生手段の構成図である。 本発明の実施の形態２における目標位相演算器で行う演算処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態３における速度制御手段の内部構成図である。 本発明の実施の形態４における交流回転機の制御装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態４における第２の速度指令発生手段の構成図である。 本発明の実施の形態４における目標位相演算器で行う演算処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態４における速度制御手段の内部構成図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。図１において、交流回転機の制御装置は、第１の速度指令発生手段１、第２の速度指令発生手段２、速度指令選択手段３、及び速度制御手段４によって構成される。第１の速度指令発生手段１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相巻線を有する同期機（交流回転機）５を所望の回転数で駆動するための指令値として第１の速度指令ω１＊を出力する。同期機５の定常運転時には、第１の速度指令ω１＊に基づいて同期機５が制御される。第２の速度指令発生手段２は、第１の速度指令ω１＊と演算位相θａと演算速度ωａとに基づいて、第２の速度指令ω２＊を出力する。ここで、演算位相θａ及び演算速度ωａは、位置センサなどの検出器の代わりに速度制御手段４によって演算される位相及び速度である。

速度指令選択手段３は、入力される第１の速度指令ω１＊又は第２の速度指令ω２＊のいずれか一方を選択して、選択速度指令ω０＊を速度制御手段４へ出力する。具体的には、速度指令選択手段３は、第１の速度指令ω１＊が零以外の場合は、選択速度指令ω０＊として第１の速度指令ω１＊を選択して出力し、第１の速度指令ω１＊が零の場合は、選択速度指令ω０＊として第２の速度指令ω２＊を選択して出力する。速度制御手段４は、入力された選択速度指令ω０＊に同期機５の回転速度が一致するように、同期機５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に交流電圧を出力し、同期機５を駆動する。また、速度制御手段４は、演算位相θａ及び演算速度ωａを第２の速度指令発生手段２へ出力する。

本実施の形態における交流回転機の制御について説明する前に、位置センサや速度センサを備えることなく交流回転機を駆動する制御装置において、速度指令の大きさを単調減少となるように変化させ、速度指令の最終値を零にすることで定常運転時の回転状態の交流回転機を停止させる際に、停止直前に発生する交流回転機の回転速度や回転位置の振動について説明する。図２は、三相巻線を有する同期機を回転状態から停止状態へ移る際の、最小電流振幅と停止時の回転速度の振動との関係をプロットしたものである。横軸は同期機のＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗの各振幅のうち最も小さい値である最小電流振幅であり、縦軸は停止直前に発生する回転速度の振動の大きさである。縦軸、横軸ともに大きさは任意である。図２からわかるように、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの振幅のうち最も小さい値が所定値（最低電流ライン）を下回ると、回転速度の振動が発生することがわかる。逆に考えると、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの振幅のうち最も小さい値が所定値を上回ると、振動は発生しないことがわかる。

図３は、三相巻線を有する同期機を回転状態から停止させた場合の停止時の位相とＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗとの関係をプロットしたものである。図３において、ハッチングしている位相範囲では、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗのいずれかの電流振幅が最低電流ラインを超えていないので、ハッチングしている位相範囲で同期機が停止する場合には回転速度の振動が発生しやすい条件となる。換言すると、ハッチングしている位相範囲外で同期機が停止する場合には、回転速度の振動が起こりにくい条件となる。このため、予め同期機に応じた最低電流ラインを所定値として求めておく。

図２や図３で説明した回転速度や回転位置が振動する現象は、後述する速度制御手段４の内部のインバータの電圧誤差に起因している。このインバータの電圧誤差としては、インバータ内部の上下のスイッチング素子の同時オンを防ぐために設けるデッドタイム、スイッチング素子やダイオードのオン電圧を挙げることができる。インバータの出力電圧を減少させるデッドタイムやオン電圧の影響は、各相を流れる電流の符号と異なる異符号の電圧として各相に発生する。例えば、Ｕ相電流ｉｕが正の場合には、インバータのＵ相電圧に対して負の電圧を加算するようにＵ相電圧誤差が発生し、Ｕ相電流ｉｕが負の場合には、インバータのＵ相電圧に対して正の電圧を加算するようにＵ相電圧誤差が発生する。そして、Ｕ相電流ｉｕの符号が正負に変化するとき、インバータのＵ相電圧に対して加算されるＵ相電圧誤差の符号も変化する。これに起因して、Ｕ相電流ｉｕの符号が変化する近傍では、Ｕ相電圧誤差も符号が変化するようなステップ状の変化が発生し、これによってＵ相電流ｉｕの歪みや、その歪みに起因するトルク脈動が発生する。

また、これらの電圧誤差を補正しようとしても、補正演算の無駄時間などの影響によって、電流の符号が正負に変化するときに補正量も大きく変化し、正確な補正は容易でないので、電圧誤差の補正だけでは停止時のトルク脈動を抑えることは容易ではない。このことを踏まえれば、図３から明らかなように、同期機５が停止する時のＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗのうちの最小電流が十分確保できる位相は０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度のいずれかであることが分かる。

そこで、第２の速度指令発生手段２は、第１の速度指令ω１＊と演算位相θａと演算速度ωａとに基づいて、演算位相θａが０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度のいずれかになるように第２の速度指令ω２＊を演算し、出力するようにする。図４に、第２の速度指令発生手段２の内部構成を示す。第２の速度指令発生手段２は、目標位相演算器１０、減算器１１、及び増幅器１２によって構成される。目標位相演算器１０は、第１の速度指令ω１＊と演算位相θａと演算速度ωａとに基づいて、目標位相θｓｔｐ＊を出力する。減算器１１は、目標位相θｓｔｐ＊から演算位相θａを減算した結果を、位相偏差として出力する。増幅器１２は、この位相偏差を比例演算によって予め設定したゲインωｐｃ倍に増幅し、第２の速度指令ω２＊として出力する。本実施の形態では、比例演算によって増幅する例を示しているが、比例積分演算によって増幅しても良い。このような構成によって、第２の速度指令発生手段２は、目標位相θｓｔｐ＊と演算位相θａとの偏差が小さくなるような第２の速度指令ω２＊を出力することができる。換言すると、第２の速度指令発生手段２は、演算位相θａが目標位相θｓｔｐ＊に一致するように第２の速度指令ω２＊を出力する。

図５は、目標位相演算器１０が出力する目標位相θｓｔｐ＊の導出過程を説明するための図である。図５において、実太線は時刻ｔ＝ｔ０にて角速度がωａ０から０にステップ状に変化している選択速度指令ω０＊の応答波形であり、点線は時刻ｔ０以降、角速度がωａ０から０に理想的な指数関数状に変化する演算速度ωａの応答波形である。この理想的な応答波形について説明する。時刻ｔ０を経過するまでは、選択速度指令ω０＊及び演算速度ωａは一定（角速度ωａ０）であるとする。上述したように、時刻ｔ０にて選択速度指令ω０＊は、角速度がωａ０から０にステップ状に変化する。一方、演算速度ωａが理想的に速度制御されている場合には、時刻ｔ０以降の任意の時刻ｔにおける演算速度ωａは（１）式で表現できる。

ここで、ωｓｃは速度制御手段４の内部に予め設定しておく速度応答設定値である。演算速度ωａは、演算位相θａの変化率に相当する。このため、演算速度ωａが図５のように応答する場合、演算位相θａは時刻ｔ０における位相θａ０に対して図５に示した斜線部の面積分だけ加算されることになる。時刻ｔが時刻ｔ０から十分経過すると、演算速度ωａは零となり、演算位相θａの変化も停止する。演算位相θａが最終的に停止する位相を停止位相θｓｔｐと定義し、時刻ｔが十分経過した時刻としてｔ＝∞を与えると、停止位相θｓｔｐは（２）式で表現できる。

この停止位相θｓｔｐが図３のハッチングした位相範囲内であれば、同期機５が停止するときに回転速度や回転位置の振動が発生する可能性があることを時刻ｔ０の時点で予見できるとともに、停止位相θｓｔｐが図３のハッチングした位相範囲外であれば、振動なく同期機５が停止することを時刻ｔ０の時点で予見できる。そこで、目標位相演算器１０では、時刻ｔ０の時点で停止位相θｓｔｐを予見し、目標位相θｓｔｐ＊として、０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度の位相の中から、予見した停止位相θｓｔｐよりも位相が進む方向に最も近い位相を選択することで、停止する時のＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗの各振幅のうち最も小さい値である最小電流振幅が所定値（最低電流ライン）以上になるようにする。

図６は、目標位相演算器１０で行う演算処理の内容をフローチャートで示したものである。演算処理は、ＳＴ２０から開始し、ＳＴ２１において第１の速度指令ω１＊の大きさが零か否かを判断する。ＳＴ２１において第１の速度指令ω１＊の大きさが零でない場合には、ＳＴ２２に移り、目標位相θｓｔｐ＊を（３）式に従って求め、ＳＴ２１に戻る。

ここで、ｆｉｘ［ｘ］は、実数ｘをゼロ方向の最も近い整数に丸める関数である。（３）式において、θｏｆｆは予め設定しておくオフセット位相である。θｏｆｆは、第１の速度指令ω１＊が正の場合にはπ／３［ｒａｄ］、第１の速度指令ω１＊が負の場合には−π／３［ｒａｄ］に設定しておけば、目標位相θｓｔｐ＊として、０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度の位相の中から、予見した停止位相θｓｔｐよりも位相が進む方向に最も近い位相を選択することができる。なお、図５で説明したように、演算速度ωａが理想的に速度制御されている場合には、目標位相θｓｔｐ＊を０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度の中から選択すれば良い。しかしながら、実際には演算速度ωａが理想状態からずれている場合も想定されるので、そのような場合には、予め設定しておくθｏｆｆの値を微調整することによって、回転速度や回転位置の振動がなく同期機５を停止させることができる目標位相θｓｔｐ＊を与えることが可能である。ＳＴ２１において、第１の速度指令ω１＊の大きさが零の場合、ＳＴ２３に移り、目標位相θｓｔｐ＊を更新せずに、第１の速度指令ω１＊の大きさが零になる直前の目標位相θｓｔｐ＊の値を保持し、ＳＴ２１に戻る。

以上の演算処理によって、目標位相演算器１０は、目標位相θｓｔｐ＊として、０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度の位相の中から、予見した停止位相θｓｔｐよりも位相が進む方向に最も近い位相を選択し、その結果、停止する時のＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗの各振幅のうち最も小さい値である最小電流振幅を所定値以上に保つことができる。

図７は、速度制御手段４の内部構成を示す図である。図７において、減算器３０は、選択速度指令ω０＊から演算速度ωａを減算し、その結果を増幅器３１へ出力する。増幅器３１は、減算器３０から得た選択速度指令ω０＊と速度制御手段４によって演算される演算速度ωａとの偏差を増幅し、演算速度ωａとして出力する。増幅器３１での増幅演算は、比例演算や比例積分演算でも良いが、本実施の形態では積分演算とし、その積分ゲインを上述した予め設定しておく速度応答設定値ωｓｃで与える。積分器３２は、増幅器３１で増幅された演算速度ωａを積分して演算位相θａとして出力する。減算器３３は、演算速度ωａから推定速度ωｒを減算し、その結果をトルク指令演算器３４に出力する。

トルク演算器３４では、減算器３３から得た演算速度ωａと推定速度ωｒとの偏差を比例積分演算によって増幅し、トルク指令τ＊として出力する。センサレス制御器３５は、例えば国際公開ＷＯ２００２／０９１５５８号公報などに記載された公知の手法によって、同期機５が出力するトルクをトルク指令τ＊に一致させるための三相電圧指令をインバータ３６に出力するとともに、同期機５の回転速度を推定演算し、推定速度ωｒとして出力する。インバータ３６は、センサレス制御器３５から得た三相電圧指令に基づいて、同期機５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子に電圧を印加する。

上述したように、デッドタイムやオン電圧に起因する電圧誤差によって、インバータ３６が同期機５に印加する三相電圧はセンサレス制御器３５が出力する三相電圧指令と完全には一致しない。特に、図３のハッチングした位相範囲内にて電圧誤差が顕著に現れ、ハッチングした位相範囲で同期機５が停止しようとすると回転速度や回転位置の振動が発生する。しかしながら、本発明のように、第１の速度指令ω１＊が零に変化した場合、第２の速度指令発生手段２は、同期機５が停止するときの位相を、０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度のいずれかになるように第２の速度指令ω２＊を出力する。そして、速度指令選択手段３は、第１の速度指令ω１＊が零に変化した場合、選択速度指令ω０＊として第２の速度指令ω２＊を選択し、速度制御手段４に出力する。速度制御手段４は、同期機５の回転速度が選択速度指令ω０＊に一致するように制御するので、インバータ３６が同期機５に印加する電圧にデッドタイムやオン電圧に起因する電圧誤差が発生しても、同期機５をスムーズに停止させることができる。なお、センサレス制御器３５は、推定速度ωｒを演算する際に、同期機５へ給電する電流値を必要とするので、電流検出器３７、３８によってＵ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖを検出し、その検出結果をセンサレス制御器３５へ出力する。なお、検出する電流は、Ｕ相電流ｉｕ及びＷ相電流ｉｖであってもよいし、Ｖ相電流ｉｕ及びＷ相電流ｉｖであってもよい。

以上のような構成によって、同期機５が回転状態から停止状態へ移る際に、第２の速度指令発生手段２は、同期機５に流れる電流が所定値以上になるような第２の速度指令ω２＊を出力し、速度指令選択手段３は、選択速度指令ω０＊として第２の速度指令ω２＊を選択する。そして、速度制御手段４は、選択速度指令ω０＊に基づいて同期機５に三相電圧を出力するので、同期機５が回転状態から停止状態へ移る際にスムーズな減速ができる。また、同期機５に給電する各相の電流が少なくとも所定値以上になるようにしたので、デッドタイムなどに起因する電圧誤差によって生じる回転速度や回転位置の振動を回避して、同期機５の停止時の振動を抑制することができる。また、本実施の形態では目標位相演算器１０を有するようにし、目標位相θｓｔｐ＊と演算位相θａとの偏差に基づいて第２の速度指令ω２＊を出力するようにしたので、同期機５の演算位相θａを目標位相θｓｔｐ＊に一致させることができる。この結果、交流回転機の停止時に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流が確実に所定値以上になるような状態で同期機５を停止させることができ、デッドタイムなどに起因する回転速度や回転位置の振動の発生を回避して、振動を抑制することができる。

さらに、速度制御手段４は、演算速度ωａを出力する増幅器３１を有し、第２の速度指令発生手段２の目標位相演算器１０は、第１の速度指令ω１＊と演算位相θａと演算速度ωａとに基づいて目標位相θｓｔｐ＊を出力するようにし、第１の速度指令ω１＊が零に変化したときに選択される第２の速度指令ω２＊を得ることができる。目標位相演算器１０は、（３）式に基づいた精度の高い目標位相θｓｔｐ＊を出力することができるので、より確実に回転速度や回転位置の振動を回避する減速性能を得ることができる。また、目標位相演算器１０は、π／３［ｒａｄ］毎に現れる特定の位置で目標位相θｓｔｐ＊を与えることによって、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗの各振幅のうち最も小さい値を所定の値にすることができるので、デッドタイムなどに起因する電圧誤差によって生じる回転速度や回転位置の振動を回避して同期機５を停止するための位相を予見し、同期機５の停止時の振動を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、第２の速度指令発生手段２は、同期機５が停止するときの位相が０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度のいずれかになるように第２の速度指令ω２＊を出力し、速度指令選択手段３は第１の速度指令ω１＊が零に変化した場合、選択速度指令ω０＊として第２の速度指令ω２＊を選択していた。しかしながら、第２の速度指令発生手段２ａは、第１の速度指令ω１＊と演算位相θａと演算速度ωａとに基づいて目標位相θｓｔｐ＊を出力する目標位相演算器１０ａを有し、目標位相演算器１０ａが、π／３［ｒａｄ］毎に現れる特定の位相範囲を回避するような目標位相θｓｔｐ＊及び速度指令選択手段３ａが選択速度を選択するためのフラグを出力するようにしても良い。

図８は、この発明の実施の形態２における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。図８において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。第２の速度指令発生手段２ａは、第１の速度指令ω１＊と演算位相θａと演算速度ωａとに基づいて、第２の速度指令ω２＊を出力するとともに、速度指令選択手段３ａが速度指令を選択するためのフラグＦＬＡＧ＿ＳＷを速度指令選択手段３ａに出力する。速度指令選択手段３ａは、フラグＦＬＡＧ＿ＳＷが「０」の場合には選択速度指令ω０＊として第１の速度指令ω１＊を選択し、フラグＦＬＡＧ＿ＳＷが「１」の場合には選択速度指令ω０＊として第２の速度指令ω２＊を選択する。

図９は、第２の速度指令発生手段２ａの内部構成を示す図である。目標位相演算器１０ａは、π／３［ｒａｄ］毎に現れる特定の位相範囲を回避するような目標位相θｓｔｐ＊及び速度指令選択手段３ａが選択速度指令ω０＊を選択するためのフラグＦＬＡＧ＿ＳＷを出力する。

図１０は、目標位相演算器１０ａで行う演算処理の内容をフローチャートで示したものである。演算処理は、ＳＴ４０から開始し、ＳＴ４１において選択速度指令ω０＊として第１の速度指令ω１＊を選択するようにＦＬＡＧ＿ＳＷを「０」に設定する。ＳＴ４２において（２）式に従って停止位相θｓｔｐの演算を行う。ＳＴ４３において停止位相θｓｔｐが図３のハッチングした位相範囲内にあるか否かを判定する。ＳＴ４３において停止位相θｓｔｐが図３のハッチングした位相範囲外であれば、ＳＴ４４に移る。ＳＴ４４において選択速度指令ω０＊として第１の速度指令ω１＊を選択するようにＦＬＡＧ＿ＳＷを「０」に設定し、ＳＴ４２へ移る。

ＳＴ４３において停止位相θｓｔｐが図３のハッチングした位相範囲内であれば、ＳＴ４５に移る。ＳＴ４５において目標位相θｓｔｐ＊を（３）式に従って求め、ＳＴ４６に移る。ＳＴ４６において予め設定しておいた判定速度Δωよりも第１の速度指令ω１＊の絶対値が小さいか否かを判定する。ＳＴ４６において判定速度Δωよりも第１の速度指令ω１＊の絶対値が小さければＳＴ４７に移る。そして、ＳＴ４７において選択速度指令ω０＊として第２の速度指令ω２＊を選択するようにフラッグＦＬＡＧ＿ＳＷを「１」に設定し、ＳＴ４６へ移る。ＳＴ４６において、判定速度Δωよりも第１の速度指令ω１＊の絶対値が大きい場合にはＳＴ４２に移る。

目標位相演算器１０ａ内部において、以上のような演算を行うことによって、停止位相θｓｔｐが図３のハッチングした位相範囲外にある場合には、同期機５をそのまま停止しても回転速度や回転位置の振動は発生しないので、選択速度指令ω０＊として第１の速度指令ω１＊を選択するようにフラッグＦＬＡＧ＿ＳＷを「０」に設定し、速度制御手段４は第１の速度指令ω１＊に基づいて同期機５の速度を制御する。また、停止位相θｓｔｐが図３のハッチングした位相範囲内にあって、判定速度Δωよりも第１の速度指令ω１＊の絶対値が小さい場合には、同期機５を回転速度や回転位置の振動なく停止させることができるように（３）式に従って目標位相θｓｔｐ＊を演算し、選択速度指令ω０＊として第２の速度指令ω２＊を選択するようにフラッグＦＬＡＧ＿ＳＷを「１」に設定することで、停止位相θｓｔｐが特定の位相範囲に留まることを回避でき、同期機５の停止時における回転速度や回転位置の振動を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態における交流回転機の制御装置は、停止位相θｓｔｐが図３のハッチングした範囲外にある場合には、そのまま同期機５を停止しても回転速度や回転位置の振動は発生しないので、選択速度指令ω０＊として第１の速度指令ω１＊を選択するようにフラッグＦＬＡＧ＿ＳＷを「０」に設定し、速度制御手段４が第１の速度指令ω１＊に基づいて同期機５の速度を制御するようにしたので、実施の形態１で説明した効果に加えて、π／３［ｒａｄ］毎に現れる特定の位相範囲を回避するように目標位相θｓｔｐ＊を与えることができる。この結果、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗの各振幅のうち最も小さい値である最小電流振幅が所定値を超えるようにすることが可能であり、デッドタイムなどに起因する電圧誤差によって生じる回転速度や回転位置の振動を回避して同期機５の停止時の振動を抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態１、２では、速度制御手段４は、減算器３０が選択速度指令ω０＊から演算速度ωａを減算し、増幅器３１が減算器３０から得た選択速度指令ω０＊と演算速度ωａとの偏差を増幅し、演算速度ωａとして出力するようにしていた。しかしながら、減算器３０及び増幅器３１を省略した簡素な構成にしても良い。図１１は、この発明の実施の形態３における速度制御手段４ｂの内部構成を示す図である。なお、実施の形態３における交流回転機の制御装置の構成は、実施の形態１または実施の形態２における速度制御手段４を、図１１に示した速度制御手段４ｂに置換した以外は、実施の形態１または実施の形態２に記載の構成と同じである。

図１１において、減算器３３ｂは、演算速度ωａから推定速度ωｒを減算する代わりに、選択速度指令ω０＊から推定速度ωｒを減算し、その結果をトルク指令演算器３４に出力する。なお、トルク指令演算器３４が出力する推定速度ωｒを流用し、推定速度ωｒを速度制御手段４ｂが出力する演算速度ωａとする。積分器５０は、演算速度ωａ、即ち、推定速度ωｒを積分し、その結果を演算位相θａとして出力する。

以上のような構成によって、実施の形態１、２で必要であった減算器３０、増幅器３１を省略することができるので、速度制御手段における演算を簡素化することができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３では、交流回転機として同期機の場合について説明したが、本発明を誘導機に適用しても同様の効果を得ることができる。図１２は、この発明の実施の形態４における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。第１の速度指令発生手段１ｃは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相巻線を有する誘導機（交流回転機）５ｃを所望の回転数で駆動するための指令値として第１の速度指令ω１＊を出力する。第２の速度指令発生手段２ｃは、第１の速度指令ω１＊と速度制御手段４ｃが出力する演算位相θａとに基づいて、第２の速度指令ω２＊を出力する。速度指令選択手段３ｃは、入力される第１の速度指令ω１＊又は第２の速度指令ω２＊のいずれか一方を選択して、選択速度指令ω０＊を出力する。具体的には、速度指令選択手段３ｃは、第１の速度指令ω１＊の絶対値が判定速度Δωよりも大きい場合は、選択速度指令ω０＊として第１の速度指令ω１＊を選択して出力し、第１の速度指令ω１＊の絶対値が判定速度Δωよりも小さい場合は、選択速度指令ω０＊として第２の速度指令ω２＊を選択して出力する。速度制御手段４ｃは、入力された選択速度指令ω０＊に誘導機５ｃの回転速度が一致するように、誘導機５ｃのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に交流電圧を印加するとともに、演算位相θａを第２の速度指令発生手段２ｃへ出力する。

本実施の形態における第１の速度指令発生手段１ｃは、第１の速度指令ω１＊を出力するにあたり、第１の速度指令ω１＊がステップ状の変化することを防止するように、第１の速度指令ω１＊に変化率制限を設けて出力している点が実施の形態１〜３に記載の第１の速度指令発生手段１と異なる。図１３に、第２の速度指令発生手段２ｃの内部構成を示す。図１３において、目標位相演算器１０ｃは、第１の速度指令ω１＊と演算位相θａとに基づいて、目標位相θｓｔｐ＊を出力する。減算器１１は、目標位相θｓｔｐ＊から演算位相θａを減算した結果を、位相偏差として出力する。増幅器１２は、この位相偏差を比例演算によって予め設定したゲインωｐｃ倍に増幅し、第２の速度指令ω２＊として出力する。本実施の形態では、比例演算によって増幅する例を示しているが、比例積分演算によって増幅しても良い。このようにして、第２の速度指令発生手段２ｃは、目標位相θｓｔｐ＊と演算位相θａとの偏差に基づいて第２の速度指令ω２＊を出力する。

図１４は、目標位相演算器１０ｃで行う演算処理の内容をフローチャートで示したものである。演算処理は、ＳＴ６０から開始し、ＳＴ６１において第１の速度指令ω１＊の絶対値が判定速度Δωよりも小さいか否かを判断する。ＳＴ６１において第１の速度指令ω１＊の絶対値が判定速度Δωよりも小さくない場合、ＳＴ６２に移る。そして、ＳＴ６２において、（４）式に従って目標位相θｓｔｐ＊を求め、ＳＴ６１に戻る。

（４）式は、（３）式の演算に必要な演算速度ωａに係るパラメータを第１の速度指令ω１＊で代用したものである。本実施の形態における交流回転機の制御装置では、このような演算をＳＴ６２において行うことによって演算速度ωａの演算が不要となり、速度制御手段４ｃの演算を簡素化することができる。ＳＴ６１において第１の速度指令ω１＊の絶対値が判定速度Δωよりも小さい場合には、ＳＴ６３に移り、目標位相θｓｔｐ＊を更新せずに、第１の速度指令ω１＊の絶対値が判定速度Δωよりも小さくなる直前のθｓｔｐ＊の値を保持し、ＳＴ６１に戻る。

図１５は、速度制御手段４ｃの内部構成を示す図である。図１５において、積分器７０は、選択速度指令ω０＊を積分して、その結果を演算位相θａとして出力する。絶対値演算器７１は選択速度指令ω０＊の絶対値｜ω０＊｜を算出し、増幅器７２に出力する。増幅器７２は、選択速度指令ω０＊の絶対値｜ω０＊｜を予め設定したゲインｋｖ倍し、その結果を電圧振幅指令値として出力する。三相電圧指令発生器７３は、電圧振幅が増幅器７２から出力される電圧振幅指令値、電圧位相が演算位相θａとなるような三相電圧指令を算出し、その結果を三相電圧指令としてインバータ３６に出力する。

以上のような構成によって、交流回転機が誘導機であっても、目標位相θｓｔｐ＊と演算位相θａとの偏差に基づいて第２の速度指令ω２＊を出力することによって、各相の電流が確実に所定値以上になるような状態で誘導機５ｃを停止させることができるので、デッドタイムや誘導機５ｃのトルク脈動に起因する回転速度や回転位置の振動を回避し、誘導機５ｃの停止時の振動を抑制することができる。また、目標位相演算器１０ａが（４）式に従って目標位相θｓｔｐ＊を求めるようにしたので、第２の速度指令発生手段２ｃは演算速度ωａを必要としない。その結果、速度制御手段４ｃが演算速度ωａを出力することが不要となり、装置全体の演算を簡素化することができる。

実施の形態５．
実施の形態１〜４では、図３のハッチングした位相範囲を回避するように目標位相θｓｔｐ＊を設定することで、デッドタイムなどに起因する電圧誤差によって生じる回転速度や回転位置の振動を回避できるようにしていた。しかしながら、交流回転機のコギングトルクに起因する振動を回避して交流回転機を停止するようにしても良い。例えば、特開昭６３−３１４１９４号公報の第４図には交流回転機のロータ位置とコギングトルクとの関係が記載されているが、このコギングトルクが最小となる位相で交流回転機が停止するように制御すれば、コギングトルクに起因する回転速度や回転位置の振動を回避して停止することができる。

コギングトルクを回避するために望ましい位相がπ／３［ｒａｄ］毎に現れる場合には、実施の形態１〜４におけるオフセット位相θｏｆｆの値をコギングトルクが小さくなる位相に一致するように変更するだけで、実施の形態１〜４に示したものと同じ構成によって、コギングトルクに起因する回転速度や回転位置の振動を回避して停止させることができる。また、コギングトルクを回避するために望ましい位相が異なる間隔で現れる場合には、（３）式若しくは（４）式のπ／３を、コギングトルクを回避するために望ましい位相の間隔に置換すれば良い。以上のように、本発明の交流回転機の制御装置を用いて、コギングトルクなどのトルク脈動に起因する回転速度や回転位置の振動を回避して停止することができる。

なお、すべての実施の形態において、三相の交流回転機について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、二相の交流回転機や六相の交流回転機などにも適用することができる。

１，１ｃ 第１の速度指令発生手段、２，２ａ，２ｃ 第２の速度指令発生手段、３，３ａ，３ｃ 速度指令選択手段、４，４ｂ，４ｃ 速度制御手段、５ 同期機（交流回転機）、５ｃ 誘導機（交流回転機）、１０，１０ａ，１０ｃ 目標位相演算器、１１，３０，３３，３３ｂ 減算器、１２，３１，７２ 増幅器、３２，５０，７０ 積分器、３４ トルク指令演算器、３５ センサレス制御器、３６ インバータ、３７，３８ 電流検出器、７１ 絶対値演算器、７３ 三相電圧指令発生器。

Claims (5)

1. 交流回転機へ電圧を出力し、前記交流回転機を駆動する速度制御手段と、
   前記交流回転機を駆動するための指令値として第１の速度指令を出力する第１の速度指令発生手段と、
   前記第１の速度指令と前記速度制御手段によって演算される演算位相とに基づいて、第２の速度指令を出力する第２の速度指令発生手段と、
   前記第１の速度指令又は前記第２の速度指令のいずれか一方を選択して選択速度指令として前記速度制御手段へ出力する速度指令選択手段とを備え、
   前記速度制御手段は、前記選択速度指令に基づいて前記交流回転機へ出力する前記電圧を演算し、
   前記交流回転機が回転状態から停止状態へ移る際に、前記第２の速度指令発生手段は、前記交流回転機に流れる電流が所定値以上になるような前記第２の速度指令を出力し、前記速度指令選択手段は、前記選択速度指令として前記第２の速度指令を選択することを特徴とする交流回転機の制御装置。
2. 前記第２の速度指令発生手段は、前記第１の速度指令と前記演算位相とに基づいて目標位相を出力する目標位相演算器を有し、前記目標位相と前記演算位相との偏差に基づいて前記第２の速度指令を出力することを特徴とする請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
3. 前記速度制御手段は、前記選択速度指令と前記速度制御手段によって演算される演算速度との偏差を増幅することによって前記演算速度を出力する増幅器と、前記演算速度を積分して前記演算位相を演算する積分器とを有し、
   前記第２の速度指令発生手段は、前記第１の速度指令と前記演算位相と前記演算速度とに基づいて目標位相を出力する目標位相演算器を有し、前記目標位相と前記演算位相との偏差に基づいて前記第２の速度指令を出力することを特徴とする請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
4. 前記目標位相演算器は、π／３［ｒａｄ］毎に現れる特定の位相となるように前記目標位相を出力することを特徴とする請求項２または３に記載の交流回転機の制御装置。
5. 前記目標位相演算器は、π／３［ｒａｄ］毎に現れる特定の位相範囲を回避するように前記目標位相を出力することを特徴とする請求項２または３に記載の交流回転機の制御装置。

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