TWI501538B - 交流旋轉機之控制裝置 - Google Patents

Description

交流旋轉機之控制裝置

本發明係有關交流旋轉機之控制裝置。

就在旋轉2軸座標(d-q軸)上操作交流旋轉機之電壓及電流，從而以高回應、高精密度來控制以永久磁鐵同步旋轉機為首之交流旋轉機的產生轉矩(torque)之手法而言，係有習知之向量(vector)控制。在對永久磁鐵同步旋轉機進行向量控制時，於施加電壓及電流之座標變換之際，由於使用轉子旋轉位置資訊，故必須於交流旋轉機裝設位置感測器(sensor)。然而，由於裝設位置感測器，係有成本(cost)增加、交流旋轉機尺寸之增大、維護(maintenance)性下降等缺點(demerit)。因此，為了解決該缺點，係開發有一種藉由在推測控制裝置內推測旋轉位置，從而以無位置感測器(sensorless)之方式來進行向量控制之手法。

在專利文獻1中記載有：於同步電動機之控制裝置中，由適應觀測器(observer)依據旋轉2軸座標(d-q軸)上的d軸電壓指令、q軸電壓指令、d軸電流、以及q軸電流來求出轉子的角頻率並加以輸出，且由積分器對轉 子的角頻率進行積分而求出轉子的旋轉位置並加以輸出。藉此，依據專利文獻1，由於在旋轉2軸座標上構成適應觀測器，故即便是在高旋轉速度中運轉時亦能夠使輸入至適應觀測器之電壓的頻率成分成為直流，從而即便是使用廉價之計算機之情形時，亦能夠在高旋轉速度中控制同步電動機。

於專利文獻2中記載有：於交流旋轉機之控制裝置中，適應觀測手段係依據放大偏差向量、電流偏差向量、以及電壓指令向量，而輸出推測磁通相位、推測電流向量、推測磁通向量、以及推測速度。此時，旋轉位置檢測手段係檢測交流旋轉機之旋轉位置，而磁通向量檢測手段係從該檢測出之旋轉位置檢測磁通向量，並將檢測磁通向量輸出至適應觀測手段。適應觀測手段係在推測速度為較小之速度範圍內，使與檢測磁通向量及推測磁通向量的磁通偏差向量相乘之放大增益(gain)具有預定的大小，而在除此之外之速度範圍內，則將與磁通偏差向量相乘之放大增益設為零。藉此，依據專利文獻1，由於在低速之速度範圍內，係經由確實會產生之磁通偏差向量來執行推測磁通相位之演算，而可確實地控制交流旋轉機，在高速之速度範圍內，則即便旋轉位置檢測手段的位置檢測精密度下降，亦不利用檢測磁通向量來演算推測磁通相位，故可穩定地控制交流旋轉機。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：國際公開第2002/091558號

專利文獻2：國際公開第2010/109528號

專利文獻1係描述有藉由在旋轉2軸座標上動作之適應觀測器來推測永久磁鐵同步旋轉機的旋轉位置及速度，以實現無位置感測器控制之手法。然而，由於在零速中不會產生屬於適應觀測器的推測誤差之電流偏差，故有可能難以推測旋轉位置。再者，於低速帶中會由於電壓誤差或者常數誤差的影響，而有可能導致穩定性及驅動性能下降。

在專利文獻2中，係將依據利用第2旋轉位置檢測手段、亦即例如直接裝設於交流旋轉機之旋轉位置檢測器或永久磁鐵同步旋轉機的凸極性而推測出之位置資訊所製作出之旋轉機2次磁通向量賦予給適應觀測器，藉此在包含零速之低速帶域中穩定地使適應觀測器動作之手法。本方式之適應觀測器係於能夠單獨地推測旋轉位置之中、高速帶域中，藉由將與磁通偏差向量相乘之放大增益設為0，而能夠以在不利用第2旋轉位置檢測手段之情形下僅使適應觀測器動作之方式來進行切換。

專利文獻2所記載之發明雖可解決專利文獻1之問題，惟由於在速度推測器的輸入中追加由第2旋轉位置檢測手段所製作出之旋轉機2次磁通向量，故在將 放大增益設為0，而切換成適應觀測器單獨動作時，包含有旋轉機2次磁通向量之項會從速度推測器之輸入瞬間消失，而有可能會增大推測速度之不連續性。

本發明係有鑑於上述問題所研創者，其目的在於獲致一種能夠抑制推測速度之不連續性之交流旋轉機之控制裝置。

為了解決上述課題以達成目的，本發明之一種形態之交流旋轉機的控制裝置係具備：交流旋轉機控制手段，係使用交流旋轉機位置資訊，以使檢測電流向量與電流指令向量一致之方式來製作電壓指令向量；電壓施加手段，係依據前述電壓指令向量而對交流旋轉機施加電壓；2次磁通向量演算手段，係演算前述交流旋轉機之2次磁通向量；以及適應觀測手段，係對應於前述電壓指令向量、前述檢測電流向量、以及前述2次磁通向量，來求出推測旋轉位置、以及推測速度並予以輸出；前述適應觀測手段係能夠以切換增益來切換是否使用前述2次磁通向量，且前述適應觀測手段係具有用以補償在前述切換增益切換時所產生之推測速度之變動量之補償手段。

依據本發明，補償手段係補償在切換增益切換時所產生之推測速度的變動量。例如，積分加算量演算器係以補償在切換增益切換時所產生之推測速度的變動量之方式演算補償量，並使用該補償量來產生加算量並將 該加算量供給至速度推測器。藉此，速度推測器係進行比例積分控制並對比例積分控制之結果之積分項加算該加算量，而可求出推測速度。亦即，由於可一面補償在切換增益切換時所產生之推測速度的變動量一面求出推測速度，故可抑制推測速度之不連續性。

1‧‧‧id指令演算器

2‧‧‧速度控制器

3‧‧‧電流控制器

4‧‧‧2相/3相變換器

5‧‧‧電壓施加手段

6‧‧‧電流檢測手段

6u至6w‧‧‧電流檢測器

7‧‧‧積分器

8‧‧‧3相/2相變換器

9‧‧‧旋轉位置檢測器

10‧‧‧2次磁通演算器

11、211、311‧‧‧適應觀測器

12‧‧‧磁通/電流推測器

13、213、313‧‧‧速度推測器

13a、313a‧‧‧比例積分控制器

13b、218‧‧‧加算器

13c‧‧‧調定器

14‧‧‧Kw演算器

15‧‧‧積分加算量演算器

22‧‧‧減算器

31‧‧‧交流旋轉機控制手段

32‧‧‧2次磁通向量演算手段

33、233、333‧‧‧適應觀測手段

34‧‧‧旋轉位置檢測手段

100、200‧‧‧控制裝置

219‧‧‧衰減器

320‧‧‧連續特性賦予器

M‧‧‧交流旋轉機

第1圖係顯示實施形態1之交流旋轉機之控制裝置的構成之圖。

第2圖係顯示實施形態1之適應觀測器的構成之圖。

第3圖係顯示實施形態1之2次磁通向量之向量圖。

第4圖係顯示實施形態1之切換增益Kw與推測速度ω r^之關係之圖。

第5圖係以橫軸為時間來顯示實施形態1之動作之圖。

第6圖係顯示實施形態2之適應觀測器的構成之圖。

第7圖係顯示實施形態2中以衰減器作為1次延遲要素時的加算量α’之圖。

第8圖係顯示於實施形態2中將衰減器設為線性衰減時之加算量α’之圖。

第9圖係顯示實施形態3之適應觀測器的構成之圖。

第10圖係顯示實施形態3之Kwfil的動作之圖。

以下係依據圖式詳細說明本發明之交流旋轉機之控制裝置之實施形態。另外，本發明並不限定於該 實施形態。

實施形態1

針對實施形態1之交流旋轉機之控制裝置100進行說明。

控制裝置100係對於交流旋轉機(例如，永久磁鐵同步旋轉機)進行可變速驅動之控制裝置。例如，控制裝置100係具有併用由適應觀測手段(例如適應觀測手段33)所得之推測旋轉位置、及由不同之第2手段(例如旋轉位置檢測手段34)所檢測出之交流旋轉機M的檢測旋轉位置，而進行向量控制之功能。

具體而言，控制裝置100係具有第1圖所示之構成。第1圖係顯示交流旋轉機之控制裝置100的整體構成之圖。於以下之說明中，將適應觀測器11所推測之旋轉機2次磁通向量的方向設為d軸，將與該d軸正交之方向設為q軸。再者，例如就任意的固定2軸正交座標系統而言考慮α軸-β軸座標系統，且例如將α軸設為0[rad]，並將相位設為從α軸到d軸之角度。此時，亦可使固定3軸正交座標系統(u軸-v軸-w軸座標系統)的u軸與α軸為一致。

控制裝置100係具備：交流旋轉機控制手段31；電壓施加手段5；電流檢測手段6；旋轉位置檢測手段34；2次磁通向量演算手段32；以及適應觀測手段33。

交流旋轉機控制手段31係使用交流旋轉機位置資訊，以使檢測電流向量與電流指令向量一致之方式 來製作電壓指令向量。例如，交流旋轉機控制手段31係具有：id指令演算器1；速度控制器2；3相/2相變換器8；電流控制器3；以及2相/3相變換器4。

id指令演算器1係藉由恆常將id控制成0之id=0控制等而製作d軸電流指令id ＊。id指令演算器1係將所製作之d軸電流指令id ＊供給至電流控制器3。

速度控制器2係從外部(例如未圖示之上位控制器(controller))接收速度指令ω ＊，並從適應觀測手段33接收推測速度ω r^。速度控制器2係以使推測速度ω r^追隨於速度指令ω ＊之方式來製作q軸電流指令iq ＊。速度控制器2係將所製作之q軸電流指令iq ＊供給至電流控制器3。

3相/2相變換器8係從電流檢測手段6接收檢測出之電流iu、iv、iw，並從適應觀測手段33接收推測旋轉位置θ 1以作為交流旋轉機位置資訊。2相/3相變換器4係依據推測旋轉位置θ 1，將u軸-v軸-w軸座標系統(固定座標系統)的檢測電流向量(iu，iv，iw)予以座標變換成d軸-q軸座標系統(旋轉座標系統)的檢測電流向量(id，iq)。3相/2相變換器8係將變換而來之檢測電流向量(id，iq)供給至電流控制器3及適應觀測手段33。

電流控制器3係從id指令演算器1接收d軸電流指令id ＊，從速度控制器2接收q軸電流指令iq ＊，並從3相/2項變換器8接收d軸檢測電流id及q軸檢測電流iq。電流控制器3係以d軸檢測電流id追隨於d軸電流 指令id ＊之方式來製作d軸電壓指令vd ＊，並以q軸檢測電流iq追隨於q軸電流指令iq ＊之方式來製作q軸電壓指令vq ＊。

亦即，電流控制器3係以使檢測電流向量(id，iq)與電流指令向量(id ＊，iq ＊)一致之方式，製作電壓指令向量(vd ＊，vq ＊)。電流控制器3係將所製作之電壓指令向量(id ＊，iq ＊)輸出至2相/3項變換器4及適應觀測手段33。

2相/3相變換器4係從電流控制器3接收電壓指令向量(vd ＊，vq ＊)，並從適應觀測手段33接收推測旋轉位置θ 1以作為交流旋轉機位置資訊。2相/3相交流變換器4係依據推測旋轉位置θ 1，將d軸-q軸座標系統(旋轉座標系統)的電壓指令向量(vd ＊，vq ＊)予以座標變換成u軸-v軸-w軸座標系統(固定座標系統)的電壓指令向量(vu ＊，vv ＊，vw ＊)。2相/3相變換器4係將變換而來之電壓指令向量(vu ＊，vv ＊，vw ＊)供給至電壓施加手段5。

電壓施加手段5係從2相/3相變換器4接收電壓指令向量(vu ＊，vv ＊，vw ＊)。電壓施加手段5係依據電壓指令向量(vu ＊，vv ＊，vw ＊)，對交流旋轉機M施加電壓。對應於此，從電壓施加手段5供給電力至交流旋轉機M，從而驅動交流旋轉機M。

電流檢測手段6係檢測流動於交流旋轉機之電流iu、iv、iw。電流檢測手段6係例如具有複數個電流檢測器(例如複數個變流器(current trance))6u至6w，並 使用複數個電流檢測器6u至6w來檢測流動於交流旋轉機之電流iu、iv、iw。電流檢測手段6係將檢測出之電流iu、iv、iw供給至3相/2相變換器8。

旋轉位置檢測手段34係檢測交流旋轉機的旋轉位置θ r。旋轉位置檢測手段34係例如具有旋轉位置檢測器(例如編碼器(encoder))9，並使用旋轉位置檢測器9來檢測交流旋轉機的旋轉位置θ r。旋轉位置檢測手段34係將檢測旋轉位置θ r供給至2次磁通向量演算手段32。

2次磁通向量演算手段32係對應於檢測旋轉位置θ r及推測旋轉位置θ 1，例如對應於檢測旋轉位置θ r及推測旋轉位置θ 1之偏差，而演算交流旋轉機M之2次磁通向量。例如2次磁通向量演算手段32係具有減算器22及2次磁通演算器10。

減算器22係從旋轉位置檢測器34接收檢測旋轉位置θ r，並從適應觀測手段33接收推測旋轉位置θ 1。減算器22係從檢測旋轉位置θ r減去推測旋轉位置θ 1而求得位置偏差△θ並供給至2次磁通演算器10。

2次磁通演算器10係從減算器22接收位置偏差△θ。2次磁通演算器10係依據位置偏差△θ製作dq軸2次磁通向量rL^。2次磁通演算器10係將dq軸2次磁通向量rL^供給至適應觀測手段33。

適應觀測手段33係對應於電壓指令向量(vd ＊，vq ＊)、檢測電流向量(id，iq)，及dq軸2次磁通向量rL^，求出推測旋轉位置θ 1及推測速度ω r^並予以輸 出。例如，適應觀測手段33係具有適應觀測器11及積分器7。

適應觀測器11係從交流旋轉機控制手段31的電流控制器3接收電壓指令向量(vd ＊，vq ＊)，從交流旋轉機控制手段31的3相/2相變換器8接收檢測電流向量(id，iq)，並從2次磁通向量演算手段32的2次磁通演算器10接收dq軸2次磁通向量rL^。而且，適應觀測器11係依據電壓指令向量(vd ＊，vq ＊)、檢測電流向量(id，iq)、dq軸2次磁通向量rL^而求出推測速度ω r^及推測1次角頻率ω 1。適應觀測器11係將推測速度ω r供給至交流旋轉機控制手段31的速度控制器2，並將推測1次角頻率ω 1供給至積分器7。

積分器7係從適應觀測器11接收推測1次角頻率ω 1。積分器7係對推測1次角頻率ω 1進行積分而求得推測旋轉位置θ 1。積分器7係將推測旋轉位置θ 1分別供給至交流旋轉機控制手段31的3相/2相變換器8、2相/3相變換器4、以及2次磁通向量演算手段32的演算器22。

接著，使用第2圖針對適應觀測器11的內部構成進行說明。第2圖係顯示適應觀測器11的內部構成之圖。

如第2圖所示，適應觀測器11係具有磁通/電流推測器12、速度推測器13、Kw演算器14、以及積分加算量演算器15。

磁通/電流推測器12係從交流旋轉機控制手段31的電流控制器3接收電壓指令向量(vd ＊，vq ＊)，從交流旋轉機控制手段31的3相/2相變換器8接收檢測電流向量(id，iq)，並從2次磁通向量演算手段32的2次磁通演算器10接收dq軸2次磁通向量rL^。再者，磁通/電流推測器12係從速度堆測器13接收推測速度ω r^。

磁通/電流推測器12係依據電壓指令向量(vd ＊，vq ＊)、檢測電流向量(id，iq)、dq軸2次磁通向量rL^、及推測速度ω r^來演算推測1次磁通向量s^、推測2次磁通向量r^、及推測1次電流向量is^。並且，磁通/電流推測器12係演算檢測1次電流向量is=(id，iq)與推測1次電流向量is^之電流偏差es。磁通/電流推測器12係將電流偏差es供給至速度推測器13，並將推測2次磁通向量r^供給至速度推測器13及積分加算量演算器15。

速度推測器(比例積分控制器)13係從磁通/電流推測器12接收電流偏差es及推測2次磁通向量r^，並從2次磁通向量演算手段32的2次磁通演算器10接收dq軸2次磁通向量rL^。再者，速度推測器13係從積分加算量演算器15接收加算量α，並從Kw演算器14接收切換增益Kw。

速度推測器13係依據電流偏差es、推測2次磁通向量r^、dq軸2次磁通向量rL^、及切換增益Kw來進行比例積分控制，並對比例積分控制之結果之積 分項加算加算量α，而求得推測速度ω r^。速度推測器13係將推測速度ω r^供給至磁通/電流推測器12及Kw演算器14，亦輸出至交流旋轉機控制手段31的速度控制器2。

Kw演算器14係從速度推測器13接收推測速度ω r^。Kw演算器14係依據推測速度ω r^來製作切換增益Kw。Kw演算器14係依據推測速度ω r^將切換增益Kw以2值之方式切換。

例如，Kw演算器14係在推測速度ω r^超過閾值ω k2而變大時，將切換增益Kw從第1值切換成第2值。第1值係比0大之值，例如為1。第2值係比第1值更接近0之值，例如為0。例如，Kw演算器14係在推測速度ω r^超過閾值ω k1而變小時，將切換增益Kw從第2值切換成第1值。

另外，上升方向之閾值ω k2與下降方向之閾值ω k1係例如可互相為不同之值。例如第4圖所示，閾值ω k2亦可為比閾值ω k1還大之值。

Kw演算器14係將切換增益Kw供給至積分加算量演算器15及速度推測器13。

積分加算量演算器15係從磁通/電流推測器12接收推測2次磁通向量r’，從Kw演算器14接收切換增益Kw，並從2次磁通向量演算手段32的2次磁通演算器10接收dq軸2次磁通向量rL^。積分加算量演算器15係對應於切換增益Kw的變化，而演算加算於速度推測器(比例積分控制器)13的積分項之加算量α。積分加算 量演算器15係將加算量α供給至速度推測器13。

以下針對本發明之動作進行說明。惟由於id指令演算器1、速度控制器2、電流控制器3、2相/3相變換器4、電壓施加手段5、電流檢測手段6、交流旋轉機M、3相/2相變換器8、旋轉位置檢測器9並非本發明之本質，故省略動作之詳細說明。

如第3圖所示，2次磁通演算器10係依據屬於由旋轉位置檢測器9所取得之檢測旋轉位置θ r與以適應觀測器11所推測之推測旋轉位置θ 1之偏差之位置偏差△θ，進行下述數式2、3所示之演算，而製作下述數式1所示之dq軸2次磁通向量rL^。

例如，作為任意之固定2軸正交座標系統而考慮α軸-β軸座標系統時，數式2所示之d軸2次磁通drL^、數式3所示之q軸2次磁通qrL^、數式1所示之dq軸2次磁通向量rL^係分別以第3圖所示之方式顯示。

另外，在數式2、3中，f係預先設定於控制裝置100之感應電壓常數。再者，由於只要有由適應觀測手段33所得之推測旋轉位置θ 1與由旋轉位置檢測手段34所得之檢測旋轉位置θ r，即可求得位置偏差△θ及2次磁通向量，故取得θ r之手段並非本發明之本質。就取得檢測旋轉位置θ r之其他手段而言，係有例如在交流旋轉機M為永久磁鐵同步旋轉機時利用交流旋轉機M之凸極性之位置推測手段。亦即，旋轉位置檢測手段34係可具 有利用交流旋轉機M的凸極性之位置推測手段。再者，在利用該凸極性時，雖亦可設為直接求出位置偏差△θ之方式，惟在該種情形中亦可應用本發明。

磁通/電流推測器12係例如藉由數式4、數式5、數式8、數式9，而依據電壓指令向量(vd ＊，vq ＊)、檢測電流向量(id，iq)、dq軸2次磁通向量rL^、以及推測速度ω r^，來演算推測1次磁通向量s^、推測2次磁通向量r^、以及推測1次電流向量is^。並且，磁通/電流推測器12係例如藉由數式6來演算檢測1次電流向量is=(id，iq)與推測1次電流向量is^之電流差異es。此時，磁通/電流推測器12亦可例如藉由數式7來進一步演算推測2次磁通向量r^與dq軸2次磁通向量rL^之磁通偏差er。

[數式5]

於此，s^為推測1次磁通向量，r^係推測2次磁通向量，vs為1次電壓向量，is^為推測1次電流向量，is為檢測1次電流向量，R為1次電阻，L為1次捲線電感(inductance)，h1、h2、h3、h4係適應觀測器增益。

速度推測器13係進行數式10所示之PI控制(比例積分控制)，並將數式11所示之加算量α加算於比例積分控制的結果之積分項(與數式10之1/s關聯之項)，而求出推測速度ω r^。

於此，Kap係PI控制器比例增益，ω api係PI控制器轉折點角頻率，s係拉普拉斯(Laplace)演算子，Kw係切換增益，ω r^係加算加算量α之前的推測速度。

Kw演算器14係依據推測速度ω r^來製作切換增益Kw。第4圖係顯示切換增益Kw與推測速度ω r^之關係。閾值ω k1係在推測速度ω r^變小時的下降方向中進行切換之速度。閾值ω k2係在推測速度ω k^變大時的上升方向中進行切換之速度。如第4圖所示，藉由使閾值ω k1及閾值ω k2之間具有磁滯(hysteresis)特性，而可藉由推測速度ω r^的振動成分使切換增益Kw不會高速地反覆進行變化，而可使切換增益Kw的切換動作穩定化。

積分加算量演算器15係參照切換增益Kw的值，並演算加算至加速度推測器的PI控制器積分項之加算量α。數式11顯示應用於加算量α之補償量△ω r的演算式。於數式11中，補償量△ω r係對應於切換增益Kw切換時之變化量。亦即，積分加算量演算器15係以補償切換增益Kw在切換時所產生之推測速度ω r^’的變動量之方式來演算補償量△ω r，並使用補償量△ω r來產生加算量α且將該加算量α供給至速度推測器13。藉此，速度推測器13係進行比例積分控制，並於比例積分控制的結果之積分項加算加算量α，而求出推測速度ω r^。

例如，速度推測器13係具有比例積分控制器13a、加算器13b、以及調定器13c。比例積分控制器13a係例如進行數式10所示之比例積分控制，而演算推測速度 ω r^’並供給至加算器13b。調定器13c係藉由設定在例如比例積分控制器13a之回應性，一面調定從積分加算量演算器15接收之加算量α，並一面將經過調定之加算量α供給至加算器13b。加算器13b係對推測速度ω r^’加算加算量α而求出推測速度ω r^’。

例如積分加算量演算器15係在辨識到切換增益Kw從第1值(例如1)切換到第2值(例如0)時，以將補償量△ω r加算於加速度推測器13的PI控制器的積分項之方式，設定成加算量α=+△ω r(參閱第5圖)。相反地，例如積分加算量演算器15係在辨識到切換增益Kw從第2值(例如0)切換到第1值(例如1)時，以將補償量△ω r從加速度推測器13的PI控制器的積分項減去之方式，設定成加算量α=-△ω r(參閱第5圖)。

第5圖係以將橫軸設為時間而記述本實施形態之加減速時之主要變數的動作。針對於各區間，為了進行動作之說明係附加了TP1至TP5之編號。TP1係從停止開始加速，而切換增益Kw的值從第1值(例如1)切換至第2值(例如0)之區間。TP2係從切換增益Kw切換成第2值(例如0)之後到加速結束為止之區間。TP3係從加速結束為止到減速開始之區間。TP4係從減速開始Kw從第2值(例如0)切換成第1值(例如1)之區間。TP5係從切換增 益Kw切換成第1值(例如1)之後至停止為止之區間。

例如，在切換增益Kw從第1值(例如1)切換成第2值(例如0)之加速時的動作係如下述。在從區間TP1移動至區間TP2時，係於積分項加算數式11所示之對應於補償量△ω r之加算量α=+△ω r。藉此，如第5圖所示，可保持推測速度ω r^的連續性。在區間TP2之後，藉由設定於速度推測的PI控制器之回應性來調定積分項。例如，在加速度推測器13中，係將從+△ω r逐漸(例如依據設定於PI控制器之回應性)朝0接近之值作為對應於數式11所示之補償量△ω r之加算量α，而加算至積分項。

例如，在切換增益Kw從第2值(例如0)切換成第1值(例如1)之減速時的動作係如下述。在從區間TP4移行至區間TP5時，係於積分項加算數式11所示之對應於補償量△ω r之加算量α=-△ω r。藉此，如第5圖所示，可保持推測速度ω r^的連續性。在區間TP5之後，藉由設定於速度推測的PI控制器之回應性來調定積分項。例如，在加速度推測器13中，係將從-△ω r逐漸(例如依據設定於PI控制器之回應性)朝0接近之值作為對應於數式11所示之補償量△ω r之加算量α，而加算至積分項。

藉由如此之作用，可抑制切換增益Kw切換時的速度推測之不連續，而可實現平穩之加減速。

於此，考慮假設適應觀測手段33不具有積 分加算量演算器15之情形。此時，例如在適應觀測手段33中由速度推測器13演算推測速度ω r^’時，於切換增益Kw從第1值(例如1)切換成第2值(例如0)之加速時，例如數式10所示，包含dq軸2次磁通向量rL^之項會瞬間地消失，而如第5圖之虛線所示，在區間TP1至區間TP2之間會有可能增加推測速度ω r^’之不連續性。或者，例如在適應觀測手段33中速度推測器13演算推測速度ω r^’時，於切換增益Kw從第2值(例如0)切換成第1值(例如1)之加速時，例如數式10所示，包含消失之dq軸2次磁通向量rL^之項會瞬間地出現，而如第5圖之虛線所示，在區間TP4至區間TP5之間會有可能增加推測速度ω r^’之不連續性。

對此，在實施形態1中，於交流旋轉機M的控制裝置100中，適應觀測手段33係具有積分加算量演算器15。積分加算量演算器15及速度推測器13係用以補償在切換增益切換時所產生之推測速度的變動量。例如，積分加算量演算器15係以補償在切換增益Kw切換時所產生之推測速度ω r^’的變動量之方式來演算補償量△ω r，並使用補償量△ω r來產生加算量α並供給至速度推測器13。藉此，速度推測器13係進行比例積分控制，並能夠於比例積分控制的結果之積分項加算加算量α而求出推測速度ω r^，故可抑制推測速度ω r^的不連續性。因此，可消除切換增益Kw的切換時之速度推測的不連續，而可實現平穩之加減速。

再者，在實施形態1中，於交流旋轉機M之控制裝置100中，適應觀測手段33係以能夠消除檢測電流向量is=(id，iq)及推測電流向量is^的偏差向量es之方式，藉由速度推測器(比例積分控制器)13進行比例積分控制並推測速度。此時，積分加算量演算器15係以補償在切換增益Kw切換時所產生之推測速度ω r^’的變動量之方式來演算補償量△ω r，並使用補償量△ω r來產生加算量α並供給至速度推測器13。速度推測器13係將推測速度的變動量加算於比例積分控制器13a的積分項，並以設定於比例積分控制器13a之回應性進行調定。藉此，可提升切換增益Kw的切換時之推測速度ω r^’的連續性。

實施形態2

接著針對實施形態2之交流旋轉機M之控制裝置200進行說明。以下說明係以與實施形態1不同之部分為中心進行說明。

在實施形態1中，雖依據設定於比例積分控制器13a之回應性來調定由積分加算量演算器15所演算出之加算量α，惟在實施形態2中係使加算量α本身具有任意之衰減特性。

具體而言，控制裝置200的適應觀測手段233係具有第6圖所示之適應觀測器211，來代替適應觀測器11(參閱第2圖)。適應觀測器211係具有速度推測器213來代替速度推測器13(參閱第2圖)，且更具有加算器218及衰減器219。第6圖係顯示適應觀測器211的內部構成 之圖。

速度推測器213係例如不具有加算器13b及調定器13c。例如，速度推測器213的比例積分控制器13a係進行比例積分控制，並將所求得之推測速度ω r^’供給至加算器218。

衰減器219係對於由積分加算量演算器15所求得之加算量α賦予任意之衰減特性，並將經過衰減之加算量α’輸出至加算器218。

加算器218係將推測速度ω r^’與經過衰減之加算量α’予以相加，而製作推測速度ω r^。加算器218係將推測速度ω r^供給至磁通/電流推測器12及Kw演算器14，並輸出至交流旋轉機控制手段31的速度控制器2。

例如，針對將衰減器219設為以數式12所示之1次延遲要素時的動作進行說明。第7圖係顯示將橫軸設為時間時的加算量α’的動作。於切換時刻Tk中對衰減器219賦予加算量α，然後，衰減器219係以數式12所示之特性來使加算量α衰減。由衰減器219所衰減之加算量α’係被加算於速度推測器213的輸出(亦即推測速度ω r^’)，而製作出推測速度ω r^。

在數式12中，τ為時間常數，s為拉普拉斯演算子。

或者，例如針對將衰減器219設為線性衰減特性時之動作進行說明。第8圖係顯示將衰減器219設為直線衰減特性時之經過衰減之加算量α’之動作。於切換時刻Tk中對於衰減器219賦予加算量α’，然後，衰減器219係以任意的衰減時間β使加算量α以線性方式衰減至0。在衰減器219中經過衰減之加算量α’係加算至速度推測器213之輸出(亦即，推測速度ω r^’)，而製作出推測速度ω r^。

藉由如此之作用，可消除切換增益Kw之切換時之速度推測之不連續，而可實現平穩之加減速。

如以上所述，在實施形態2中，於交流旋轉機M的控制裝置200中，適應觀測器133係具有以任意的特性使被輸入之信號衰減之衰減器219。衰減器219係以任意的衰減特性使加算量α衰減，而供給至加算器218。加算器218係將由衰減器219所衰減之加算量α’加算於由速度推測器213所演算之推測速度ω r^’，而求出推測速度ω r^。藉此，可更進一步抑制推測速度ω r^的不連續性。

再者，在實施形態2中，於適應觀測手段233中，衰減器219係例如具有1次延遲特性。藉此，對於由速度推測器213所演算之推測速度ω r^’加算以1次延遲特性所衰減之加算量α’而可求出推測速度ω r^。因此，若推測速度ω r^的不連續性係對應於1次延遲特性者時，則可有效地抑制推測速度ω r^的不連續性。

再者，在實施形態2中，於適應觀測手段 233中，衰減器219係例如具有線性衰減特性。藉此，對於由速度推測器213所演算之推測速度ω r^’加算在衰減器219中以線性衰減特性所衰減之加算量α’而可求出推測速度ω r^。因此，能夠簡易地構成衰減器219。

實施形態3

接著，針對實施形態3之交流旋轉機M的控制裝置300進行說明。在以下說明中，係以與實施形態1不同之部分為中心進行說明。

在實施形態1中雖藉由將積分加算量演算器15所演算出之加算量α加算於速度推測器13的比例積分控制器13a的積分項，而謀求確保推測速度ω r^的連續性，惟在實施形態3中，係對切換增益Kw本身賦予連續性。

具體而言，控制裝置300的適應觀測手段333係具有第9圖所示之適應觀測器311，來代替適應觀測器11(參閱第2圖)。適應觀測器311係具有速度推測器313來代替速度推測器13，且不具有積分加算量演算器15，而具有連續特性賦予器320。第9圖係顯示適應觀測器311的內部構成之圖。

連續特性賦予器320係用以賦予使被輸入之切換增益Kw時間性連續變化之連續特性者，且將其輸出設為賦予有連續特性之切換增益Kwfil。藉由連續特性賦予器320賦予至切換增益Kw之連續特性，係只要是能夠對於切換增益Kw賦予時間性的連續性者即可。例如可 列舉數式12及第7圖所示之1次延遲特性，及第8圖所示之從切換增益Kwfil之切換時間點開始與時間成正比且線性地產生變化之特性。

再者，速度推測器313係例如不具有加算器13b及調定器13c。例如，速度推算器313的比例積分控制器313a係進行例如數式13所示之比例積分控制，而求出推測速度ω r^。數式13與數式10之不同點在於，數式13係將切換增益Kw變更成切換增益Kwfil。

第10圖係顯示將連續特性賦予器320的特性設為1次延遲特性時的主要變數的動作。在切換增益Kw之值以階梯(step)狀變化之切換點中，賦予有連續特性之切換增益Kwfil係以1次延遲特性而連續地變化。藉此，可使數式13之包含有dq軸2次磁通向量rL^之項連續地產生變化。

藉由如此之作用，由於可使對應於dq軸2次磁通向量rL^之推測速度連續性地變化，故可消除切換增益Kw之切換時之速度推測之不連續，而可實現平穩之加減速。

如以上所述，在實施形態3中，於交流旋轉機M的控制裝置300中，適應觀測手段333係具有對於被輸入之信號賦予時間性的連續特性之連續特性賦予器 320。連續特性賦予器320係對於切換增益Kw賦予時間性的連續特性，並將賦予有連續特性之切換增益Kwfil供給至速度推測器313。藉此，速度推定器313的比例積分控制器313a係使用賦予有連續特性之切換增益Kwfil來進行比例積分控制，而可求出推測速度ω r^。結果，可抑制推測速度ω r^的不連續性。

再者，在實施形態3中，於交流旋轉機M之控制裝置300中，適應觀測手段33的連續特性賦予器320的特性係例如為1次延遲特性。藉此，使用賦予有1次延遲特性之連續特性之切換增益Kwfil進行比例積分控制，而可求出推測速度ω r^。因此，在推測速度ω r^的不連續性為對應於1次延遲特性者時，可有效地抑制推測速度ω r^的不連續性。

再者，在實施形態3中，於交流旋轉機M的控制裝置300中，適應觀測手段333之連續特性賦予器320的特性係例如為線性特性。藉此，使用藉由連續特性賦予器320賦予有線性特性之切換增益Kwfil進行比例積分控制，而可求出推測速度ω r^。因此，能夠簡易地構成連續特性賦予器320。

(產業上之可利用性)

如以上所述，本發明之交流旋轉機之控制裝置係適用於交流旋轉機之控制。

1‧‧‧id指令演算器

2‧‧‧速度控制器

3‧‧‧電流控制器

4‧‧‧2相/3相變換器

5‧‧‧電壓施加手段

6‧‧‧電流檢測手段

6u至6w‧‧‧電流檢測器

7‧‧‧積分器

8‧‧‧3相/2相變換器

9‧‧‧旋轉位置檢測器

10‧‧‧2次磁通演算器

11‧‧‧適應觀測器

22‧‧‧減算器

32‧‧‧2次磁通向量演算手段

33‧‧‧適應觀測手段

34‧‧‧旋轉位置檢測手段

100‧‧‧控制裝置

M‧‧‧交流旋轉機

Claims (7)

1. 一種交流旋轉機之控制裝置，係具備：交流旋轉機控制手段，係使用交流旋轉機位置資訊，以使檢測電流向量與電流指令向量一致之方式來製作電壓指令向量；電壓施加手段，係依據前述電壓指令向量而對交流旋轉機施加電壓；2次磁通向量演算手段，係演算前述交流旋轉機之2次磁通向量；以及適應觀測手段，係對應於前述電壓指令向量、前述檢測電流向量、以及前述2次磁通向量，來求出推測旋轉位置、以及推測速度並予以輸出；前述適應觀測手段係具有：具有適應觀測器增益之磁通、電流推測器；速度推測器；切換增益演算器；以及具有連續特性賦予器之補償手段；前述磁通、電流推測器係依據前述電壓指令向量、前述檢測電流向量、以及前述2次磁通向量，演算推測1次磁通向量、推測2次磁通向量、以及推測1次電流向量；前述適應觀測器增益係放大前述推測1次電流向量與前述檢測電流向量的偏差之電流偏差向量、以及前述推測2次磁通向量與前述2次磁通向量的偏差之磁通偏差向量；前述速度推測器係由前述電流偏差向量、前述推 測2次磁通向量、以及前述2次磁通向量，演算推測速度；前述切換增益演算器係依據前述推測速度而產生，以於前述交流旋轉機的加速開始後，切換增益具有磁滯特性而被切換之方式，演算該切換增益；前述適應觀測手段係能夠以切換增益來切換是否使用前述2次磁通向量；前述補償手段係補償在前述切換增益切換時所產生之推測速度之變動量；前述連續特性賦予器係輸入前述切換增益，賦予前述切換增益時間性的連續特性，並輸出被賦予連續特性後的切換增益；對於前述2次磁通向量份的推測速度，藉由前述被賦予連續特性後的切換增益賦予時間性的連續特性；對於前述適應觀察器增益，不賦予時間性的連續特性；對於前述切換增益，藉由前述連續特性賦予器賦予時間性的連續特性。
2. 如申請專利範圍第1項所述之交流旋轉機之控制裝置，其中，前述連續特性賦予器的特性係1次延遲特性。
3. 如申請專利範圍第1項所述之交流旋轉機之控制裝置，其中，前述連續特性賦予器的特性係線性特性。
4. 一種交流旋轉機之控制裝置，係具備：交流旋轉機控制手段，係使用交流旋轉機位置資 訊，以使檢測電流向量與電流指令向量一致之方式來製作電壓指令向量；電壓施加手段，係依據前述電壓指令向量而對交流旋轉機施加電壓；2次磁通向量演算手段，係演算前述交流旋轉機之2次磁通向量；以及適應觀測手段，係對應於前述電壓指令向量、前述檢測電流向量、以及前述2次磁通向量，來求出推測旋轉位置、以及推測速度並予以輸出；前述適應觀測手段係能夠以切換增益來切換是否使用前述2次磁通向量；前述適應觀測手段係具有用以補償在前述切換增益切換時所產生之推測速度之變動量之補償手段；前述適應觀測手段係以消除前述檢測電流向量與前述推測電流向量的偏差向量之方式，藉由比例積分控制器進行比例積分控制並推測速度；前述補償手段係具有調定手段，該調定手段係在對於前述比例積分控制器的積分項加算對應於前述推測速度的變動量之加算量時，以設定於前述比例積分控制器之回應性來調定前述加算量。
5. 一種交流旋轉機之控制裝置，係具備：交流旋轉機控制手段，係使用交流旋轉機位置資訊，以使檢測電流向量與電流指令向量一致之方式來製作電壓指令向量； 電壓施加手段，係依據前述電壓指令向量而對交流旋轉機施加電壓；2次磁通向量演算手段，係演算前述交流旋轉機之2次磁通向量；以及適應觀測手段，係對應於前述電壓指令向量、前述檢測電流向量、以及前述2次磁通向量，來求出推測旋轉位置、以及推測速度並予以輸出；前述適應觀測手段係能夠以切換增益來切換是否使用前述2次磁通向量；前述適應觀測手段係具有用以補償在前述切換增益切換時所產生之推測速度之變動量之補償手段；前述適應觀測手段係具有衰減器，該衰減器係以任意的特性使被輸入之信號衰減；前述補償手段係具有加算手段，該加算手段係將由前述衰減器將前述對應於推測速度的變動量之加算量衰減後之加算量，加算於推測速度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之交流旋轉機之控制裝置，其中，前述衰減器係具有1次延遲特性。
7. 如申請專利範圍第5項所述之交流旋轉機之控制裝置，其中，前述衰減器係具有線性衰減特性。