TWI545885B - 交流旋轉機的控制裝置 - Google Patents

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TWI545885B
TWI545885B TW104116011A TW104116011A TWI545885B TW I545885 B TWI545885 B TW I545885B TW 104116011 A TW104116011 A TW 104116011A TW 104116011 A TW104116011 A TW 104116011A TW I545885 B TWI545885 B TW I545885B
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伊藤正人
山崎尚徳
佐竹彰
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三菱電機股份有限公司
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Description

交流旋轉機的控制裝置
本發明係有關驅動連接至機械裝置的交流旋轉機之控制裝置。
在控制交流旋轉機驅動機械裝置的情形中，為了以所期望的響應性驅動連接至機械裝置的交流旋轉機，必須掌握交流旋轉機連接的機械裝置的機械常數。然而，實際的機械裝置擁有複雜的機構，常常難以掌握正確的機械常數。為了解決這樣的問題，習知技術中係有對屬於機械裝置機械常數的慣性矩(moment of inertia)進行推定之方法。
例如下述之非專利文獻1記載的方法，係檢測交流旋轉機的電流，演算轉矩，以及使用速度感測器和位置感測器檢測交流旋轉機的旋轉速度。並且，從旋轉速度演算加速度成分，根據交流旋轉機的運動方程式，使用統計手法演算慣性矩。此時，由於使用速度感測器和位置感測器，故在耐故障性及維護方面不利。
因此，為了在不使用該些感測器下推定機械裝置的慣性矩，習知的交流旋轉機的控制裝置出現了一種向量控制 反向器裝置。
向量控制反向器裝置係對藉由角速度控制而定速旋轉的交流旋轉機給予一定的轉矩軸(q軸)電流指令而令其細微地變化。並且，從檢測得的電流演算轉矩的變化量，並且從轉矩軸電流指令的變化前後的交流旋轉機的推定速度抽出加速度成分，演算慣性矩(參照例如下述之專利文獻1)。
此外，下述之非專利文獻2係有關電動機的無位置感測器控制，係揭示以旋轉二軸構成的適應性觀測器的速度推定增益及回授增益的設計方法。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本國特開2004-242430號公報
(非專利文獻)
非專利文獻1：「使用低精度編碼器的伺服馬達的高性能控制-瞬間速度觀測器與慣性矩的估測-」電學論D，114卷4號，1994年
非專利文獻2：「使用旋轉座標上的適應性觀測器的PM電動機的無位置感測器控制」電學論D，123卷5號，2003年
在如上述專利文獻1和上述非專利文獻2所示之不使用速度感測器和位置感測器的習知交流旋轉機的控制裝置中，使用PI控制等的控制器來推定交流旋轉機的速度。因此，控制器之輸出之推定速度收斂時會產生延遲，亦即，相較於實際的旋轉機速度，推定速度會產生推定延遲。而有據此演算的慣性矩會產生誤差之問題。
本發明係為了解決上述問題而研創，目的在於提供能夠不使用速度感測器和位置感測器而高精度地演算慣性矩的交流旋轉機的控制裝置。
本發明的交流旋轉機的控制裝置係具備：指令產生部，係使用慣性矩產生用於驅動連接至機械裝置的交流旋轉機之電壓指令；電流檢測部，係檢測前述交流旋轉機的電流；輸出轉矩演算部，係根據來自前述電流檢測部的檢測電流，演算前述交流旋轉機的輸出轉矩；速度推定部，係根據前述電壓指令與前述檢測電流，演算前述交流旋轉機的推定速度；及慣性矩演算部，係根據前述推定速度與前述輸出轉矩，演算前述慣性矩。前述輸出轉矩演算部係將與前述推定速度的推定延遲對應的延遲特性賦予於前述輸出轉矩。此外，前述慣性矩演算部係使用具有前述延遲特性的前述輸出轉矩演算前述慣性矩。
依據本發明的交流旋轉機的控制裝置，上述慣性矩演算部係使用推定速度及具有與該推定速度的推 定延遲對應的延遲特性之輸出轉矩來演算慣性矩，因此能夠高精度地演算慣性矩。藉此，交流旋轉機的控制裝置係能夠以所期望的響應，高可靠度地控制交流旋轉機。
1‧‧‧交流旋轉機
2‧‧‧機械裝置
3‧‧‧電流檢測部
4‧‧‧指令產生部
5‧‧‧電壓施加部
6‧‧‧速度推定部
7、7a、7b‧‧‧輸出轉矩演算部
8‧‧‧慣性矩演算部
10、10a‧‧‧控制裝置
11‧‧‧處理器
12‧‧‧記憶裝置
13‧‧‧上位控制部
31‧‧‧座標轉換器
41、43a、43b‧‧‧加減法器
42‧‧‧速度控制器
44a、44b‧‧‧電流控制器
61‧‧‧推定速度演算部
62‧‧‧積分器
71、71a、71b‧‧‧轉矩演算部
72‧‧‧轉矩補正部
73‧‧‧功率演算部
74‧‧‧除法器
81‧‧‧過渡轉矩成分抽出部
81a‧‧‧過渡轉矩成分
82‧‧‧過渡加速度成分抽出部
82a‧‧‧過渡加速度成分
83‧‧‧慣性矩算出部
id、iq‧‧‧檢測電流
iu、iv、iw‧‧‧三相電流
id*、iq*‧‧‧電流指令
J‧‧‧慣性矩
P‧‧‧功率
vd*、vq*‧‧‧電壓指令
ω 0‧‧‧推定速度
ω *‧‧‧速度指令
θ 0‧‧‧推定磁極位置
τ、τ a‧‧‧輸出轉矩
τ b、τ c‧‧‧補正輸出轉矩
Δω‧‧‧速度偏差
第1圖係顯示本發明實施形態1的交流旋轉機的控制裝置的構成之方塊圖。
第2圖係說明本發明實施形態1的指令產生部之方塊圖。
第3圖係說明本發明實施形態1的慣性矩演算部之方塊圖。
第4圖係顯示含有本發明實施形態1的交流旋轉機的控制裝置之旋轉機系統的硬體構成之方塊圖。
第5圖係說明本發明實施形態2的交流旋轉機的控制裝置的動作之各部分的波形圖。
第6圖係顯示本發明實施形態3的交流旋轉機的控制裝置的構成之方塊圖。
第7圖係說明本發明實施形態3的輸出轉矩演算部之方塊圖。
第8圖係顯示本發明實施形態4的交流旋轉機的控制裝置的構成之方塊圖。
實施形態1.
以下，針對本發明實施形態1的交流旋轉機的控制裝置進行說明。第1圖係顯示本發明實施形態1的交流旋轉機的控制裝置的構成之方塊圖。
如第1圖所示，機械裝置2連接至交流旋轉機1，交流旋轉機1的控制裝置10驅動控制交流旋轉機1，藉此，交流旋轉機1係驅動機械裝置2。另外，交流旋轉機1係使用例如使用永久磁鐵的同步機。
控制裝置10係具備：電流檢測部3，係檢測交流旋轉機1的電流；指令產生部4，係產生用於驅動交流旋轉機1的電壓指令vd*、vq*；電壓施加部5，係施加電壓至交流旋轉機1；速度推定部6，係演算推定速度ω 0及推定磁極位置θ 0；輸出轉矩演算部7；及慣性矩演算部8。電壓施加部5係由反向器(inverter)電路等電力轉換器構成，此時，控制裝置10具備電壓施加部5，電壓施加部5的輸出從控制裝置10輸出至交流旋轉機1。
電流檢測部3係具備將交流旋轉機1的三相電流iu、iv、iw轉換為旋轉二軸座標的座標轉換器31。電流檢測部3係檢測三相電流iu、iv、iw，並在座標轉換器31使用從速度推定部6輸出的推定磁極位置θ 0進行座標轉換，轉換為同步於交流旋轉機1的轉子而旋轉的直角座標形式的公知dq軸上的電流，並輸出該些電流作為檢測電流id、iq。
另外，關於檢測三相電流，除了三相的電流皆進行檢測外，亦可檢測兩相的電流，再利用三相電流之和為0的 特性來求取剩下的一相的電流。此外，亦可在電壓施加部5中，例如從電力轉換器的母線電流或流過開關元件的電流，及開關元件的狀態，來演算三相電流。
用於驅動交流旋轉機1的任意的速度指令ω *係提供至控制裝置10而輸入至指令產生部4。指令產生部4係根據速度指令ω *、從速度推定部6輸出的推定速度ω 0、及從慣性矩演算部8輸出的慣性矩J，演算驅動交流旋轉機1所需的dq軸上的電壓指令vd*、vq*並予以輸出。指令產生部4的控制構成之例顯示於第2圖。
如第2圖所示，指令產生部4係具備速度控制器42、電流控制器44a、44b。此外，在加減法器41中，從速度指令ω *減去推定速度ω 0而演算速度偏差Δω。速度控制器42係以使速度偏差Δω成為0之方式，藉由使用慣性矩J的值的PI控制，演算轉矩電流即q軸的檢測電流iq的電流指令iq*。
為了以所期望的響應對交流旋轉機1進行旋轉控制，一般的而言，速度控制器42的PI控制器係根據下式(1)設定。
iq*=kwp(1+kwi/s)．Δω．．．(1)
其中，kwp=ω sc．Pm2． f/J
kwi=ω sc/N
s：拉普拉斯運算子(Laplacian operator)、ω sc：速度響應設定值、Pm：交流旋轉機的極對數、 f：交流旋轉機的磁鐵磁通、J：慣性矩、N：任意正整數
接著，加減法器43a係從電流指令iq*減去檢測電流iq而演算q軸電流偏差。電流控制器44a係以使q軸電流偏差成為0之方式，藉由PI控制演算電壓指令vq*。
另一方面，d軸的電流指令id*係可單純地設定為0，亦可根據q軸的電流指令iq*，以使交流旋轉機1輸出的轉矩成為最大之方式設定。加減法器43b係從電流指令id*減去檢測電流id而演算d軸電流偏差。電流控制器44b係以使d軸電流偏差成為0之方式，藉由PI控制演算電壓指令vd*。
如此，在速度控制器42以使推定速度ω 0追隨速度指令ω *之方式產生電流指令iq*，在電流控制器44b、44a以使檢測電流id、iq追隨電流指令id*、iq*之力式產生電壓指令vd*、vq*。藉此，便能夠以使推定速度ω 0一致於速度指令ω *之方式控制交流旋轉機1。
電壓施加部5係使用從速度推定部6輸出的推定磁極位置θ 0，將來自指令產生部4的dq軸上的電壓指令vd*、vq*轉換為靜止座標的三相電壓指令vu*、vv*、vw*，電壓施加部5再根據三相電壓指令vu*、vv*、vw*輸出三相電壓施加至交流旋轉機1。
速度推定部6係具備：推定速度演算部61，係根據檢測電流id、iq與電壓指令vd*、vq*，演算交流旋轉機1的推定速度ω 0；及積分器62，係對推定速度ω 0進行積分，演算交流旋轉機1的推定磁極位置θ 0。
推定速度演算部61係根據檢測電流id、iq與電壓指令vd*、vq*，以習知手法演算交流旋轉機1的推定速度ω 0。例如，從根據電壓指令vd*、vq*而得的交流旋轉機的模型(model)推定電流值，以使該推定出的電流值一致於檢測電流id、iq之方式演算推定速度ω 0。
積分器62係使用推定速度演算部61輸出的推定速度ω 0，以下式(2)演算推定磁極位置θ 0。
θ 0=ω 0/s．．．(2)
另外，根據檢測電流id、iq與電壓指令vd*、vq*來演算交流旋轉機1的推定速度ω 0之手法並不限於上述專利文獻1、非專利文獻2而為公知。該推定速度ω 0係使用推定速度演算部61內的控制器進行演算，收斂時會有相位的延遲產生，亦即，推定速度ω 0具有推定延遲。
當例如上述非專利文獻2所示，若以轉移函數表示從交流旋轉機1的實際速度ω到演算的推定速度ω 0的開迴路轉移特性時，則G(s)=ω ac/s此處，ω ac為速度推定增益。
由此，用以表示從實際速度ω到推定速度ω 0的閉迴路轉移特性之轉移函數係以下式(3)表示。
Gx(s)=G(s)/(1+G(s))=ω ac/(s+ω ac)．．．(3)
如上式(3)所示，相對於實際速度ω，所演算的推定速度ω 0係含有推定延遲。
輸出轉矩演算部7係具備：轉矩演算部71， 係從檢測電流id、iq演算輸出轉矩τ；及轉矩補正部72，係對輸出轉矩τ進行補正，演算補正輸出轉矩τ c。
轉矩演算部71係根據檢測電流id、iq，藉由下式(4)，演算交流旋轉機1的輸出轉矩τ。
τ=Pm( f．iq+(Ld-Lq)．id．iq)．．．(4)
其中，Ld、Lq：交流旋轉機的d軸、q軸方向的電感值。
轉矩補正部72係藉由通過濾波器來補正以轉矩演算部71演算出的輸出轉矩τ。轉矩補正部72的濾波器係具有與上式(3)所示從實際速度ω到推定速度ω 0的轉移特性相同轉移特性之濾波器，亦即，係藉由下式(5)演算補正輸出轉矩τ c並予以輸出。
τ c=Gx(s)．τ．．．(5)
轉矩演算部71係根據檢測電流id、iq演算交流旋轉機1以實際速度ω旋轉時的輸出轉矩τ，故輸出轉矩τ可以說是同步於實際速度ω。因此，在轉矩補正部72中，當使用從實際速度ω到推定速度ω 0的轉移函數Gx(s)來對輸出轉矩τ進行補正時，便使得輸出轉矩τ延遲達推定速度ω 0的推定延遲量，從而能夠使補正輸出轉矩τ c與推定速度ω 0同步。
如此，轉矩補正部72係使用與推定速度ω 0的推定延遲對應的轉移特性(轉移函數Gx(s))，將與該推定延遲對應的延遲特性賦予於輸出轉矩τ，並輸出補正輸出轉矩τ c。
慣性矩演算部8係從來自速度推定部6的推定速度ω 0與來自輸出轉矩演算部7的補正輸出轉矩τ c，演算慣性矩J。
此外，依據交流旋轉機的運動方程式，慣性矩J係可從速度(實際速度)ω與輸出轉矩τ，使用下式(6)求取。
J=τ/(s．ω)．．．(6)
當使用上式(6)演算慣性矩J時，為了抑制演算誤差，針對輸出轉矩τ、速度ω分別使用濾波器。
輸出轉矩τ係藉由上式(4)使用檢測電流id、iq求取，故含有高頻區的檢測雜訊。此外，由於利用加速時的過渡性輸出轉矩，因此固定負載等低頻區的直流成分係成為慣性矩的演算誤差。
為了將上述低頻成分與高頻成分去除而抽出過渡性轉矩變化量，如下式(7)設定針對輸出轉矩τ的濾波器F τ(s)。
F τ(s)=s/f(s)．．．(7)
其中，分母多項式f(s)採用s的3次多項式，具有將低頻成分與高頻成分去除的特性。
若將輸出轉矩τ的過渡轉矩成分設為d τ，則能夠藉由下式(8)，從輸出轉矩τ抽出過渡轉矩成分d τ。
d τ=F τ(s)．τ．．．(8)
關於針對速度ω的濾波器F ω(s)，同樣必須令其具有與針對輸出轉矩τ的濾波器F τ(s)相同的特性。如上式(6)所示，慣性矩J的演算係使用從速度ω獲 得的加速度(s．ω)。若將過渡加速度成分設為da，則能夠藉由下式(9)，從速度ω抽出過渡加速度成分da，濾波器F ω(s)係能夠以下式(10)表示。
da=F ω(s)．ω=F τ(s)．(s．ω)=s．F τ(s)．ω．．．(9)
F ω(s)=s．F τ(s)．．．(10)
第3圖係說明慣性矩演算部8的構成之圖。
如第3圖所示，慣性矩演算部8係具備：過渡轉矩成分抽出部81、過渡加速度成分抽出部82及慣性矩算出部83。在慣性矩演算部8係輸入來自速度推定部6的推定速度ω 0及來自輸出轉矩演算部7的補正輸出轉矩τ c，補正輸出轉矩τ c係輸入至過渡轉矩成分抽出部81，推定速度ω 0係輸入至過渡加速度成分抽出部82。
過渡轉矩成分抽出部81係對應上述的濾波器F τ(s)，亦即，將低頻成分與高頻成分去除而從補正輸出轉矩τ c抽出過渡轉矩成分81a。此外，過渡加速度成分抽出部82係對應上述的濾波器F ω(s)，亦即，將低頻成分與高頻成分去除而從推定速度ω 0抽出過渡加速度成分82a。接著，慣性矩算出部83係將過渡轉矩成分81a除以過渡加速度成分82a，藉此算出慣性矩J。
在本實施形態中，係能夠使用從實際速度ω到推定速度ω 0的轉移特性(Gx(s))而表示為：τ c=Gx(s)．τ．．．(11)
ω 0=Gx(s)．ω．．．(12)
因此，過渡轉矩成分81a係從上式(11)變為：F τ(s)．τ c=F τ(s)．Gx(s)．τ．．．(13)
過渡加速度成分82a係從上式(10)、式(12)變為：F ω(s)．ω 0=s．F τ(s)．Gx(s)．ω．．．(14)
藉此，以(過渡轉矩成分81a)/(過渡加速度成分82a)求取的慣性矩J係從上式(13)、式(14)變為：J=F τ(s)．Gx(s)．τ/(s．F τ(s)．Gx(s)．ω)=τ/s．ω．．．(15)可知與上式(6)一致。
如此，慣性矩演算部8係能夠使用補正輸出轉矩τ c與推定速度ω 0，高精度地演算慣性矩J。
另外，假若直接使用輸出轉矩τ而不進行將延遲特性賦予於輸出轉矩τ的補正，則推定速度ω 0的推定延遲便會以相對於輸出轉矩τ的上升之加速度的延遲來表現，而於以(過渡轉矩成分)/(過渡加速度成分)求取的慣性矩產生誤差。此外，由於交流旋轉機1的實際速度ω上升得愈快，推定速度ω 0的推定延遲愈大，故慣性矩的誤差會更加擴大。
此時，慣性矩係成為：F τ(s)．τ/(s．F τ(s)．Gx(s)．ω)=τ/(s．Gx(s)．ω)
亦即，分母的成分中殘留有延遲特性，可知無法高精度地演算慣性矩。
此外，假若使用已預先掌握的交流旋轉機1的慣性矩Jm作為指令產生部4中使用的慣性矩時，上式(1)所示的電流指令iq*的演算所使用的增益kwp係成為：kwp=ω sc．Pm2． f/Jm
原本的慣性矩J為交流旋轉機1的慣性矩Jm與機械裝置2的慣性矩Ja相加總，而此時的速度響應設定值ω sc成為使用原本的慣性矩J時的Jm/(Jm+Ja)倍，數值變小。因此，無法獲得所期望的速度響應。
如上述，在本實施形態中，係使用與推定速度ω 0的推定延遲對應的轉移特性(轉移函數Gx(s))對輸出轉矩τ進行補正，演算具有與該推定延遲對應的延遲特性之補正輸出轉矩τ c。接著，從推定速度ω 0及具有與推定速度ω 0的推定延遲同等延遲特性的補正輸出轉矩τ c，演算慣性矩J，故能夠高精度地演算慣性矩J。接著，指令產生部4係使用高精度演算出的慣性矩J產生電壓指令vd*、vq*，故能夠以所期望的響應，高可靠度地控制交流旋轉機1。
此外，可預期慣性矩J因機械裝置2的構成而於交流旋轉機1的運轉中改變，但能夠於運轉中持續地抽出過渡轉矩成分81a、過渡加速度成分82a而持續地演算慣性矩J。
此外，由於對用於補正輸出轉矩τ的轉移特性使用與推定速度ω 0的推定延遲同步的閉迴路轉移函數Gx(s)，故能夠高精度地演算具有與推定速度ω 0的推定延遲同等延遲特性的補正輸出轉矩τ c，從而能夠使推定 速度ω 0與補正輸出轉矩τ c同步。
另外，表示用於補正輸出轉矩τ的轉移特性之轉移函數Gx(s)並不限於上式(3)所示者，只要是與因推定速度ω 0的演算而產生的推定延遲對應者即可。
此外，在上述實施形態中，慣性矩演算部8係藉由直接將過渡轉矩成分81a除以過渡加速度成分82a來演算慣性矩J，但並不以此為限。藉由使用例如上述非專利文獻1中所示的各種統計手法，便能夠高精度演算慣性矩。
此外，在上述實施形態中，係使用使用永久磁鐵的同步機作為交流旋轉機1，但亦能夠適用於感應電動機等其他的交流旋轉機1。
此外，電壓施加部5係可設置在控制裝置10的外部，此時，控制裝置10係將電壓指令vd*、vq*輸出至電壓施加部5。
此外，在速度推定部6中，係以積分器62對推定速度ω 0進行積分而演算推定磁極位置θ 0，但並不以此為限。亦可為例如文獻：「以外擾觀測器與速度適應估測進行之圓筒型無刷DC馬達的無位置、速度感測器控制」(電學論D，118卷7/8號，1998年)中之記載，使用DC馬達的定子座標(α β軸)的推定感應電壓，從其反正切來演算推定磁極位置。
接著，第4圖顯示具備上述實施形態1的交流旋轉機1的控制裝置10之旋轉機系統的硬體構成。
如第4圖所示，旋轉機系統係具備交流旋轉機1、交流旋轉機1的控制裝置10、以及給予控制裝置10指令的上位控制部13，以驅動連接至交流旋轉機1的機械裝置2。，就硬體構成而言，控制裝置10係具備處理器11、記憶裝置12、電壓施加部5、及電流檢測部3。
第1圖中所示的指令產生部4、速度推定部6、輸出轉矩演算部7、及慣性矩演算部8係藉由以處理器11執行記憶在記憶裝置12的程式來實現。
雖然未圖示出，但記憶裝置12係具備隨機存取記憶體等揮發性記憶裝置及快閃記憶體等非揮發性的輔助記憶裝置。亦可具備硬碟等輔助記憶裝置取代非揮發性的輔助記憶裝置。
程式係從記憶裝置12的輔助記憶裝置經由揮發性記憶裝置輸入至處理器11，處理器11係執行從記憶裝置12輸入的程式。此外，處理器11係將演算結果等資料輸出至記憶裝置12的揮發性記憶裝置或經由揮發性記憶裝置輸出至輔助記憶裝置，將資料保存起來。
另外，指令產生部4、速度推定部6、輸出轉矩演算部7、及慣性矩演算部8亦可藉由系統LSI等處理電路來實現。此外，電流檢測部3內的座標轉換器31以及將給電壓施加部5的電壓指令vd*、vq*轉換為三相電壓指令的功能亦可藉由處理器11或系統LSI等處理電路來實現。
此外，亦可聯合複數個處理器11及複數個記憶裝置 12來實現上述功能，亦可聯合複數個處理電路來實現上述功能。此外，亦可組合上述方式來實現上述功能。
實施形態2.
接著，針對本發明實施形態2的交流旋轉機的控制裝置進行說明。
慣性矩演算部8係同上述實施形態1，使用(過渡轉矩成分81a)/(過渡加速度成分82a)的演算來導出慣性矩J。此時，若過渡轉矩成分81a、過渡加速度成分82a各自的值小，S/N比(噪訊比)便低，慣性矩J便無法高精度地演算。因此，為了能夠確保S/N比，分別替過渡轉矩成分81a、過渡加速度成分82a設置臨限值，當過渡轉矩成分81a、過渡加速度成分82a的至少一者為所設定的臨限值以下時，輸出一定值作為慣性矩J。
其餘構成係與上述實施形態1相同。
第5圖係說明本發明實施形態2的交流旋轉機1的控制裝置10的動作之各部分的波形圖。
如第5圖所示，提供給控制裝置10的速度指令ω *上升，隨著時間經過，推定速度ω 0接近速度指令ω *，並且所演算的電壓指令vd*、vq*、電流指令iq*趨於穩定，檢測電流iq接近電流指令iq*。
在顯示慣性矩J的波形圖中A點的右側區域，未圖示的過渡轉矩成分81a、過渡加速度成分82a雙方為臨限值以上。此外，慣性矩J係到A點為止為一定值，之後則為 藉由(過渡轉矩成分81a)/(過渡加速度成分82a)的演算而獲得之值。
在本實施形態2中，係能夠獲得與上述實施形態1相同的效果，並且由於慣性矩演算部8係對於過渡轉矩成分81a、過渡加速度成分82a各設置臨限值，以停止可靠度低的演算，故能夠防止慣性矩的演算精度降低。此外，該段期間中，慣性矩係使用一定值，故控制裝置10能夠持續地令交流旋轉機1運轉。
即使慣性矩於運轉中改變，因仍持續抽出過渡轉矩成分81a、過渡加速度成分82a，伴隨是否要演算慣性矩之判斷而進行演算，故能夠保有高演算精度。
實施形態3.
接著，針對本發明實施形態3的交流旋轉機的控制裝置進行說明。
第6圖係顯示本發明實施形態3的交流旋轉機1的控制裝置10a的構成之方塊圖。
如第6圖所示，控制裝置10a係具備電流檢測部3、指令產生部4、電壓施加部5、速度推定部6、輸出轉矩演算部7a及慣性矩演算部8。輸出轉矩演算部7a係具備演算輸出轉矩τ a的轉矩演算部71a。轉矩演算部71a係根據來自電流檢測部3的檢測電流id、iq、來自指令產生部4的電壓指令vd*、vq*、及來自速度推定部6的推定速度ω 0，演算輸出轉矩τ a。另外，輸出轉矩演算部7a以外 的構成係與上述實施形態1相同。
第7圖係說明轉矩演算部71a的構成之圖。
如第7圖所示，轉矩演算部71a係具備：功率演算部73，係從檢測電流id、iq及電壓指令vd*、vq*，演算交流旋轉機1所輸出的功率P；及除法器74，係將來自功率演算部73的功率P除以推定速度ω 0，演算輸出轉矩τ a。
功率演算部73係使用電壓(電壓指令vd*、vq*)與電流(檢測電流id、iq)之內積，藉由下式(16)演算功率P。
P=vd*．id+vq*．iq．．．(16)
接著，除法器74係藉由下式(17)，演算輸出轉矩τ a。
τ a=P/ω 0．．．(17)
另外，在將功率P除以推定速度ω 0的除法器74中，係設有防止零除之用的下限值，當推定速度ω 0的大小未達所設定的下限值時，停止上式(17)所示的除法運算。此時，藉由上述實施形態1中演算輸出轉矩所使用的上式(4)，根據檢測電流id、iq演算輸出轉矩τ a。
此時，同上述實施形態1，在將電壓指令vd*、vq*轉換為靜止座標(三相靜止座標)的三相電壓指令時及以座標轉換器31進行座標轉換而獲得檢測電流id、iq時兩者時，使用速度推定部6輸出的推定磁極位置θ 0。因此，即使推定磁極位置θ 0相較於實際的磁極位置具有因推定延遲造成的誤差，電壓與電流的相位差也不會變， 內積之值不變，亦即，功率演算部73演算的功率P係不受推定磁極位置θ 0的誤差的影響，能夠高精度地進行演算。
此外，旋轉機的輸出轉矩係能夠如通常般藉由將輸出功率除以速度來演算，除法器74係將功率P除以推定速度ω 0而演算輸出轉矩τ a。此時，藉由將高精度演算出的功率P除以推定速度ω 0，便能夠將因推定速度ω 0的推定延遲造成的延遲特性賦予至所演算的輸出轉矩τ a。
接著，慣性矩演算部8係輸入來自速度推定部6的推定速度ω 0、及來自輸出轉矩演算部7a的輸出轉矩τ a，同上述實施形態1地演算慣性矩J。
在本實施形態中，輸出轉矩演算部7a係在演算輸出轉矩τ a時，將因推定速度ω 0的推定延遲造成的延遲特性賦予於輸出轉矩τ a，故輸出轉矩τ a與推定速度ω 0的推定延遲係成為具有同等的延遲特性。藉此，同上述實施形態1，能夠高精度地演算慣性矩J，而能夠獲得與上述實施形態1相同的效果。
此外，係將由使用相同推定磁極位置θ 0進行座標轉換的檢測電流id、iq及電壓指令vd*、vq*高精度地演算出的功率P除以推定速度ω 0，藉此，便能夠高精度地演算具有延遲特性的輸出轉矩τ a。
此外，由於在除法器74設置下限值而切換輸出轉矩τ a的演算，故即使推定速度ω 0因交流旋轉機1的運轉狀態而成為0，輸出轉矩τ a仍能夠持續演算，而控制裝 置10a係能夠持續令交流旋轉機1運轉。
另外，輸出轉矩係能夠藉由將輸出功率除以速度來演算，但速度部分亦可使用推定速度ω 0的替代品。例如，亦可將施加在交流旋轉機1的電壓的角頻率考慮為相對於輸出功率P之速度，而在除法器74使用如上述非專利文獻2內所示的角頻率來演算輸出轉矩τ a。
實施形態4.
接著，針對本發明實施形態4的交流旋轉機的控制裝置，根據第8圖進行說明。
在本實施形態4中，如第8圖所示，輸出轉矩演算部7b具備轉矩演算部71a及轉矩補正部72，轉矩補正部72係對轉矩演算部71a演算的輸出轉矩τ a進行補正，並輸出補正輸出轉矩τ b。其餘構成係同上述實施形態3。
轉矩演算部71a係與上述實施形態3中者為相同構成，從檢測電流id、iq與電壓指令vd*、vq*演算功率P，將功率P除以推定速度ω 0，藉此演算具有延遲特性的輸出轉矩τ a。
轉矩補正部72係與上述實施形態1中者為相同構成，令以轉矩演算部71a演算出的輸出轉矩τ a通過濾波器，藉以輸出補正輸出轉矩τ b。轉矩補正部72的濾波器係具有與從實際速度ω到推定速度ω 0的轉移特性相同轉移特性之濾波器。
如上述，在本實施形態中，輸出轉矩演算 部7b將因推定速度ω 0的推定延遲造成的延遲特性賦予於輸出轉矩τ a，並且更補正該輸出轉矩τ a，藉此，便能夠使補正輸出轉矩τ b的延遲特性更加高精度地接近因推定速度ω 0的推定延遲造成的延遲特性。藉此，能夠獲得與上述實施形態3相同的效果，並且能夠更加高精度地演算慣性矩J。
另外，本發明能夠在本發明範圍內自由組合各實施形態或對各實施形態進行適當變化及省略。
1‧‧‧交流旋轉機
2‧‧‧機械裝置
3‧‧‧電流檢測部
4‧‧‧指令產生部
5‧‧‧電壓施加部
6‧‧‧速度推定部
7‧‧‧輸出轉矩演算部
8‧‧‧慣性矩演算部
10‧‧‧控制裝置
31‧‧‧座標轉換器
61‧‧‧推定速度演算部
62‧‧‧積分器
71‧‧‧轉矩演算部
72‧‧‧轉矩補正部
id、iq‧‧‧檢測電流
J‧‧‧慣性矩
vd*、vq*‧‧‧電壓指令
ω 0‧‧‧推定速度
ω *‧‧‧速度指令
θ 0‧‧‧推定磁極位置
τ‧‧‧輸出轉矩
τ c‧‧‧補正輸出轉矩

Claims (11)

  1. 一種交流旋轉機的控制裝置，係具備：指令產生部，係使用慣性矩產生用於驅動連接至機械裝置的交流旋轉機之電壓指令；電流檢測部，係檢測前述交流旋轉機的電流；輸出轉矩演算部，係根據來自前述電流檢測部的檢測電流，演算前述交流旋轉機的輸出轉矩；速度推定部，係根據前述電壓指令與前述檢測電流，演算前述交流旋轉機的推定速度；及慣性矩演算部，係根據前述推定速度與前述輸出轉矩，演算前述慣性矩；前述輸出轉矩演算部係將與前述推定速度的推定延遲對應的延遲特性賦予於前述輸出轉矩；前述慣性矩演算部係使用具有前述延遲特性的前述輸出轉矩，演算前述慣性矩。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之交流旋轉機的控制裝置，其中，前述輸出轉矩演算部係根據從前述檢測電流與前述電壓指令而得的輸出功率以及前述推定速度來演算前述輸出轉矩，藉此將前述延遲特性賦予於前述輸出轉矩。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之交流旋轉機的控制裝置，其中，前述輸出轉矩演算部係具備轉矩補正部，該轉矩補正部係對根據前述檢測電流而演算出的前述輸出轉矩進行補正； 前述轉矩補正部係使用與前述推定速度的推定延遲對應的轉移特性來對前述輸出轉矩進行補正而將前述延遲特性賦予於前述輸出轉矩。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之交流旋轉機的控制裝置，其中，前述輸出轉矩演算部係具備轉矩補正部，該轉矩補正部係對所演算出的前述輸出轉矩進行補正；前述轉矩補正部係使用與前述推定速度的推定延遲對應的轉移特性來對前述輸出轉矩進行補正。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之交流旋轉機的控制裝置，其中，前述轉移特性係與前述推定速度的推定延遲同步的閉迴路轉移函數。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之交流旋轉機的控制裝置，其中，前述轉移特性係與前述推定速度的推定延遲同步的閉迴路轉移函數。
  7. 如申請專利範圍第2項或第4項所述之交流旋轉機的控制裝置，其中，前述輸出轉矩演算部係將前述輸出功率除以前述推定速度而演算前述輸出轉矩，當前述推定速度的大小未達所設定的下限值時，不使用前述輸出功率及前述推定速度，而是根據前述檢測電流演算前述輸出轉矩。
  8. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之交流旋轉機的控制裝置，其中，根據前述推定速度而演算的前述交流旋轉機的推定磁極位置係用於前述檢測電流及前述電壓指令兩者中，於旋轉二軸座標與三相靜止座標之間 的座標轉換。
  9. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之交流旋轉機的控制裝置，其中，前述慣性矩演算部係從前述推定速度抽出過渡加速度成分，從具有前述延遲特性的前述輸出轉矩抽出過渡轉矩成分，從前述過渡加速度成分及前述過渡轉矩成分演算前述慣性矩，並對於前述過渡加速度成分、前述過渡轉矩成分各者設置臨限值，當前述過渡加速度成分、前述過渡轉矩成分的至少一者為前述臨限值以下時，輸出一定值作為前述慣性矩。
  10. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之交流旋轉機的控制裝置，其中，前述電流檢測部係具備將前述交流旋轉機的電流轉換為旋轉二軸座標的座標轉換器，且檢測前述檢測電流作為旋轉二軸座標上的電流；前述指令產生部係具備：速度控制器，係以使前述推定速度追隨速度指令之方式產生電流指令；及電流控制器，係以使前述檢測電流追隨前述電流指令之方式產生前述電壓指令。
  11. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之交流旋轉機的控制裝置，其中，具備電壓施加部，係根據前述電壓指令施加電壓給前述交流旋轉機。
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