WO2020195793A1 - 回転機の制御装置 - Google Patents

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WO2020195793A1
WO2020195793A1 PCT/JP2020/010301 JP2020010301W WO2020195793A1 WO 2020195793 A1 WO2020195793 A1 WO 2020195793A1 JP 2020010301 W JP2020010301 W JP 2020010301W WO 2020195793 A1 WO2020195793 A1 WO 2020195793A1
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WO
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current
rotary machine
rotating machine
estimated
machine
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/010301
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English (en)
French (fr)
Inventor
秀聡 木暮
陽祐 蜂矢
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/13—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors

Definitions

  • the present application relates to a controller for a rotating machine.
  • Non-Patent Document 1 When operating an AC rotating machine without a position sensor, a method of estimating the speed so that there is no error between the rotating machine model and the actual machine using an adaptive observer is often used (for example, Non-Patent Document 1).
  • the estimated rotation speed is indirectly calculated using the current and voltage of the rotary machine in the control device. Therefore, if the rotary machine constant of the rotary machine model includes an error, the estimated rotation speed with respect to the actual rotation speed The problem is that a delay in estimating the speed occurs and the responsiveness of the entire control system does not increase.
  • Patent Document 1 a method of estimating the rotary machine constant of the rotary machine model online has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • Japanese Patent No. 44494419 paragraphs [0007], [0010], [0015] and FIG. 1).
  • Kanehara "Position sensorless control of PM motor using adaptive observer on rotating coordinates” (Electronics D, Vol. 123, No. 5, 2003) p. 601-603
  • the present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and an object of the present application is to provide a rotating machine control device capable of suppressing deterioration of responsiveness of a state observing unit due to an estimation calculation delay. And.
  • the rotating machine control device disclosed in the present application includes a current detecting unit that detects the rotating machine current flowing through the rotating machine, a current controlling unit that generates a voltage command so that the rotating machine current follows a target current command, and a voltage.
  • a voltage application unit that applies voltage to the rotor in response to a command, an estimated current that is an estimated value of the current that flows in the rotor according to the rotor current, voltage command, and standard rotor constant, and the rotor speed of the rotor. It is equipped with a state observation unit that calculates the estimated rotation speed, which is the estimated value of, and the estimated rotor position, which is the estimated value of the rotor position of the rotor.
  • the state observation unit includes a voltage command and a rotor current and an estimated current. Based on at least one of the above, the rotor constant error between the standard rotor constant and the rotor constant in the current operating state of the rotor is calculated, and based on the rotor current, the estimated current, and the rotor constant error. It calculates the estimated rotation speed.
  • the state observing unit can obtain a rotating machine control device capable of suppressing deterioration of the responsiveness of the state observing unit due to an estimation calculation delay.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the control device of the rotary machine by Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram of the current control part which concerns on the control device of the rotary machine by Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram of the state observation part which concerns on the control device of the rotary machine by Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram of the rotary machine constant error calculation unit which concerns on the control device of the rotary machine by Embodiment 1.
  • FIG. It is a hardware block diagram of the control device of a rotary machine and the block diagram of a rotary machine system according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the control device of the rotary machine according to Embodiment 2.
  • Embodiment 1 a current detection unit that detects a rotating machine current, a current control unit that generates a voltage command so that the rotating machine current follows a target current command, and a voltage applied to the rotating machine in response to the voltage command.
  • a controller for a rotating machine including a voltage applying unit and a state observing unit for calculating an estimated current, an estimated rotation speed, and an estimated rotor position of the rotating machine according to a rotating machine current, a voltage command, and a standard rotating machine constant. It is about.
  • the state observer Based on the voltage command and the rotor current or estimated current, the state observer calculates the rotor constant error between the standard rotor constant and the rotor constant in the current operating state, and the rotor current and estimated current. And the rotary machine constant error are calculated, and in the first embodiment, the case where the rotary machine constant error is the rotary machine resistance is targeted.
  • FIG. 1 which is a block diagram showing the configuration of the control device of the rotary machine
  • FIG. 2 which is a block diagram of the current control unit
  • a state observation unit. 3 is a block diagram of the above
  • FIG. 4 is a block diagram of a rotary machine constant error calculation unit
  • FIG. 5 is a hardware configuration diagram of a controller of the rotary machine and a configuration diagram of a rotary machine system.
  • the control device 1 of the rotary machine that drives the rotary machine 2 includes a current detection unit 12, a voltage application unit 13, a current control unit 14, a state observation unit 15, and a coordinate converter 16.
  • the control device 1 of the rotary machine is appropriately referred to as the control device 1.
  • the rotating machine 2 is a rotating machine such as an induction machine or a synchronous machine, and in the first embodiment, a synchronous machine using a permanent magnet is assumed.
  • the rotating machine 2 is connected to a current detecting unit 12 that detects the rotating machine current, which is the current of the rotating machine 2, and a voltage applying unit 13 that applies a voltage to the rotating machine 2.
  • the current detection unit 12 detects the three-phase currents iu, iv, and iwa of the rotating machine 2.
  • the coordinate converter 16 coordinates the three-phase currents iu, iv, and iwa into currents on the dq axis known as Cartesian coordinates that rotate in synchronization with the rotor of the rotor 2, and converts the coordinates into currents on the dq axis, and detects current ids. Output as iqs.
  • the estimated rotor position ⁇ ⁇ required for coordinate conversion in the coordinate converter 16 is output from the state observation unit 15.
  • the estimated rotor position ⁇ ⁇ is the estimated rotor position of the rotating machine 2. As appropriate, it is described as the estimated rotor position.
  • the detected currents ids and iqs of the rotating machine 2 on the dq axis are appropriately described as rotating machine currents ids and iqs, and are abbreviated as rotating machine currents unless
  • the three-phase current may be obtained by detecting the two-phase component and utilizing the fact that the sum of the three-phase currents is zero. Further, the three-phase current may be calculated from the inverter bus current, the current flowing through the switching element, and the state of the switching element.
  • the voltage application unit 13 is composed of a power converter such as an inverter circuit, and applies a drive voltage to the rotary machine 2 based on the voltage commands Vd * and Vq * output from the current control unit 14.
  • the current control unit 14 performs PI (Proportional Integral) control so that the rotary machine current of the rotary machine 2 follows the target current commands id * and iq * output from the upper controller, and the voltage command to the voltage application unit 13. Outputs Vd * and Vq *.
  • PI Proportional Integral
  • the state observation unit 15 determines the estimated currents ids ⁇ and iqs ⁇ of the rotor 2, the estimated rotation speed ⁇ r ⁇ of the rotor 2, and the rotor 2. Calculate the estimated rotor position ⁇ ⁇ . Further, the state observation unit 15 outputs the estimated rotor position ⁇ ⁇ required for the coordinate conversion to the coordinate converter 16. The details of the operation of the state observation unit 15 will be described later.
  • the current control unit 14 includes current controllers 41 and 42, and addition / subtractors 43 and 44.
  • the adder / subtractor 43 subtracts the rotor current ids from the target current command id * to calculate the d-axis current deviation.
  • the current controller 41 calculates the voltage command Vd * by PI control so that the d-axis current deviation becomes zero.
  • the adder / subtractor 44 subtracts the rotor current iqs from the target current command iq * to calculate the q-axis current deviation.
  • the current controller 42 calculates the voltage command Vq * by PI control so that the q-axis current deviation becomes zero.
  • the target current commands id * and iq * are appropriately changed according to the driving state of the rotating machine 2.
  • the current control unit 14 generates voltage commands Vd * and Vq * in the current controllers 41 and 42 so that the rotary machine current ids and iqs of the rotary machine 2 follow the target current commands id * and iq *.
  • the control device 1 can control the rotation of the rotating machine 2.
  • the state observation unit 15 includes an estimated current calculation unit 51, an estimated rotation speed calculation unit 52, an integrator 53, and a rotary machine constant error calculation unit 54.
  • the estimation current calculation unit 51 estimates and calculates the internal state of the rotary machine 2 based on the rotary machine current ids and iqs, the voltage commands Vd * and Vq *, and the rotary machine constant of the rotary machine 2 stored in advance.
  • the estimated rotation speed calculation unit 52 estimates and calculates the rotation speed of the rotating machine 2, and outputs the estimated rotation speed ⁇ r ⁇ of the rotating machine 2.
  • the integrator 53 integrates the estimated rotation speed ⁇ r ⁇ output from the estimated rotation speed calculation unit 52, and outputs the estimated rotor position ⁇ ⁇ .
  • the rotary machine constant error calculation unit 54 calculates and outputs an error between the rotary machine constant stored in advance and the rotary machine constant of the rotary machine 2 during rotation drive.
  • the estimated current calculation unit 51 estimates and calculates the magnetic flux and the current inside the rotating machine using the equations (1) and (2).
  • ⁇ ds ⁇ and ⁇ qs ⁇ are the armature estimated magnetic flux of the rotor 2 on the dq axis
  • ⁇ dr ⁇ and ⁇ qr ⁇ are the rotor estimated magnetic flux on the dq axis
  • ids ⁇ and iqs ⁇ are armature estimated currents on the dq axis
  • R0 and L0 are the rotating machine resistance and the rotating machine inductance stored in advance.
  • ⁇ r ⁇ is the estimated rotation speed of the rotating machine 2
  • ⁇ is the first-order angular frequency
  • s is the differential operator.
  • A, B, C, and H are represented by the following matrices.
  • Equation (1) is a so-called adaptive observer, and the setting of H gain is not limited to Non-Patent Document 1, and a known one may be used.
  • R0 and L0 are measured in the stopped state in the stage before the rotary drive 2 is rotationally driven, and the measurement method may be a known method.
  • R0 and L0 will be referred to as standard rotor constants.
  • the estimated rotation speed calculation unit 52 calculates and outputs the estimated currents ids ⁇ and iqs ⁇ calculated and output by the estimated current calculation unit 51, the rotary machine currents ids and iqs, and the rotation calculated and output by the rotary machine constant error calculation unit 54.
  • the estimated rotation speed ⁇ r ⁇ of the rotating machine 2 is calculated (estimated) by using the machine constant error.
  • the estimated rotation speed ⁇ r ⁇ is calculated by controlling the difference between the estimated current ids ⁇ and iqs ⁇ and the rotating machine current ids and iqs as in equation (3).
  • kap is a proportional gain
  • kai is an integral gain.
  • the method of the comparative example is based on the premise that the constant of the rotating machine 2 and the rotating machine constant stored in advance match. Therefore, regarding the rotary machine constant that changes depending on the operating state of the rotary machine 2, an error occurs between the true rotary machine constant of the rotary machine 2 and the standard rotary machine constant, which is a premise of the speed estimation calculation (4). There is a difference in the formula.
  • the rotating machine constant includes the resistance and the inductance of the rotating machine 2.
  • the equation (4) changes to the equation (5).
  • the resistance of the rotating machine 2 is described as the rotating machine resistance
  • the inductance of the rotating machine 2 is described as the rotating machine inductance, as appropriate.
  • the estimated rotation speed calculation unit 52 sets the second term on the right side of the equations (5) and (6) including the rotary machine constant error as the rotary machine constant error information Gerr, which is the information of the rotary machine constant error, and (7).
  • the estimated rotation speed ⁇ r ⁇ is calculated using the equation.
  • the estimated rotation speed calculation unit 52 of the state observation unit 15 subtracts the rotating machine constant error information Gerr from the difference between the rotating machine current ids and iqs obtained by converting the current of the rotating machine 2 into coordinates and the estimated current ids ⁇ and iqs ⁇ .
  • the estimated rotation speed ⁇ r ⁇ is calculated based on the calculated value.
  • the rotary machine constant error calculation unit 54 calculates the rotary machine constant error information Gerr including the rotary machine constant error. Next, the internal configuration and operation of the rotary machine constant error calculation unit 54 will be described with reference to FIG.
  • the rotary machine constant error calculation unit 54 includes a rotary machine constant error calculation unit 541, a multiplier 542, and a filter 543.
  • the rotary machine constant error calculator 541 calculates the rotary machine constant error ⁇ R by using, for example, the following method. From the voltage equation of the rotating machine, the voltage Vd on the d-axis and the current ids and iqs are related to the equation (8).
  • the d-axis voltage Vd0 is measured in the same manner as the measurements of R0 and L0 measured in the stopped state in the stage before the rotary drive 2 is rotationally driven. Further, by measuring the value of the d-axis voltage Vd0 at an arbitrary rotation speed in advance, the d-axis voltage Vd0 at an arbitrary rotation speed with respect to the standard rotor constant R0 can be stored, and the rotating machine current during driving can be stored.
  • the rotor constant error ⁇ R can be calculated using ids and the voltage command Vd *.
  • the calculation method of the rotary machine resistance of the rotary machine 2 is not limited to the description of the first embodiment, and a known method may be used for the calculation.
  • the second term on the right side of the equation (5) is the rotary machine constant error information Gerr.
  • the multiplier 542 calculates the product of the output of the rotary machine constant error calculator 541 and the rotary machine current, and outputs the rotary machine constant error information Gerr via the filter 543.
  • Giq is the coefficient of the second term in Eq. (5).
  • the multiplier 542 calculates the product of the output ⁇ R of the rotary machine constant error calculator 541 and the q-axis current iqs of the rotary machine 2. Since the rotating machine currents ids and iqs and the estimated currents ids ⁇ and iqs ⁇ are substantially the same, the estimated current may be used instead of the rotating machine current.
  • the filter 543 imparts a filter having arbitrary transfer characteristics to the output of the multiplier 542.
  • Giq is used as a filter.
  • Giq can be calculated by solving the coefficient of the second term of the equation (5), and may be a filter whose gain changes according to the H gain. Further, since Giq is a filter having s in the denominator, for example, a first-order lag filter having a predetermined time constant may have a transmission characteristic approximated.
  • the estimated rotation speed is calculated by using the rotary machine current, the estimated current, and the rotary machine constant error, so that the estimated rotation speed due to the fluctuation of the rotary machine constant during operation is calculated. Increases the response of the estimation operation of and does not destabilize it. Therefore, the rotary machine 2 can be driven without causing a response delay from the control response set when the rotary machine 2 is driven, and highly reliable drive control of the rotary machine can be realized.
  • the influence of the rotary machine constant error on the speed estimation can be corrected including the transmission characteristic, and the speed estimation can be performed.
  • the calculation accuracy and response can be improved.
  • the rotary machine constant error information Gerr to which a filter having a predetermined transmission characteristic is added is further obtained from the difference between the rotary machine current iqs and the estimated current iqs ⁇ of the rotary machine 2. It is subtracting. By doing so, the influence of the constant error on the speed estimation can be corrected including the transmission characteristics, and the calculation accuracy and the response of the speed estimation can be improved.
  • FIG. 5 also shows the configuration of a rotary machine system to which the rotary machine control device 1 is applied.
  • the rotary machine system includes a rotary machine 2, a control device 1 of the rotary machine, and a host controller 3 that gives a command to the control device 1, and drives the rotary machine 2.
  • the control device 1 of the rotary machine includes a processor 21, a storage device 22, a current detection unit 12, and a voltage application unit 13 as hardware configurations.
  • the current control unit 14 and the state observation unit 15 shown in FIG. 1 are realized by the processor 21 that executes the program stored in the storage device 22.
  • the storage device 22 includes a volatile storage device such as a random access memory and a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory.
  • a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory.
  • a hard disk or the like may be used instead of the flash memory or the like.
  • a program is input to the processor 21 from the auxiliary storage device of the storage device 22 via the volatile storage device, and the processor 21 executes the program input from the storage device 22. Further, the processor 21 outputs data such as a calculation result to the volatile storage device of the storage device 22, or outputs the data to the auxiliary storage device via the volatile storage device to store the data.
  • the current control unit 14 and the state observation unit 15 may be realized by a processing circuit such as a system LSI. Further, the function of converting the voltage commands Vd * and Vq * to the coordinate converter 16 and the voltage application unit 13 into a three-phase voltage command may be realized by a processing circuit such as a processor 21 or a system LSI.
  • a plurality of processors 21 and a plurality of storage devices 22 may cooperate to execute the above function, or a plurality of processing circuits may cooperate to execute the above function. Further, they may be combined to execute the above function.
  • the synchronous machine is described as an example of the rotary machine 2, but even if the rotary machine is a guide machine or the like, the estimated rotation speed can be calculated by using the state observation unit with the same configuration. ..
  • the rotary machine control device of the first embodiment includes a current detection unit that detects the rotary machine current and a current control unit that generates a voltage command so that the rotary machine current follows the target current command. , Calculates the estimated current, estimated rotation speed, and estimated rotor position of the rotating machine according to the voltage applying part that applies voltage to the rotating machine according to the voltage command, and the rotating machine current, voltage command, and standard rotating machine constant. It is equipped with a state observation unit. Then, the state observation unit calculates the rotor constant error between the standard rotor constant and the rotor constant in the current operating state based on the voltage command and the rotor current or the estimated current, and also calculates the rotor current.
  • the estimated rotation speed is calculated based on the estimated current and the rotary machine constant error, and the case where the rotary machine constant error is the rotary machine resistance is targeted. Therefore, the controller of the rotary machine of the first embodiment suppresses deterioration of the responsiveness of the state observing unit and enhances the responsiveness of the entire system when the rotary machine constant error is the rotary machine resistance. it can.
  • Embodiment 2 In the controller of the rotating machine of the second embodiment, when a current flows through the rotating machine being driven, the inductance of the rotating machine changes, and a rotating machine constant error ⁇ L occurs, that is, the rotating machine constant error is the rotating machine inductance. It is intended for certain cases.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the rotating machine control device.
  • FIG. 6 which is a block diagram of the control device of the rotary machine of the second embodiment, the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals.
  • the control device 100 of the rotary machine that drives the rotary machine 2 includes a current detection unit 12, a voltage application unit 13, a current control unit 14, a state observation unit 15, a coordinate converter 16, a high frequency voltage generation unit 17, and an adder 18. Be prepared.
  • the control device 100 of the rotary machine is appropriately referred to as the control device 100.
  • the operation of the rotary machine constant error calculation unit 54 is changed, and the high frequency voltage generation unit 17 and the adder 18 are added.
  • the configuration other than the high frequency voltage generator 17 and the adder 18 is the same as that of the first embodiment.
  • the operations of the rotary machine constant error calculation unit 54, the high frequency voltage generation unit 17, and the adder 18 will be mainly described.
  • the rotary machine constant error calculator 541 calculates the rotary machine constant error ⁇ L by, for example, the following method.
  • a high frequency voltage command Vdh * having a frequency sufficiently higher than the driving frequency of the rotating machine 2 is applied to the d-axis that does not directly contribute to the torque of the rotating machine 2.
  • the high frequency voltage generation unit 17 generates the high frequency voltage command Vdh * given by the equation (13).
  • the adder 18 adds the high frequency voltage command Vdh * to Vd * among the voltage commands Vd * and Vq * generated by the current control unit 14. Therefore, the output of the adder 18 becomes the voltage commands Vd * + Vdh * and Vq *.
  • Vh indicates the voltage amplitude
  • ⁇ h indicates the high frequency voltage frequency
  • t indicates the time.
  • Equation (14) is obtained.
  • the frequency current component of the frequency ⁇ h of the rotor current ids when the high frequency voltage command Vdh * is given is defined as idsh.
  • the frequency current components of the frequency ⁇ h, idsh0 and idsh can be calculated by applying a filter such as a bandpass filter that extracts a specific frequency to the rotating machine current ids.
  • a filter such as a bandpass filter that extracts a specific frequency to the rotating machine current ids.
  • Eq. (14) can be approximated by Eq. (15).
  • the rotary machine constant error ⁇ L can be calculated using the high frequency component of the rotary machine current.
  • the method of calculating the inductance of the rotating machine 2 is not limited to the description of the second embodiment, and a known method for calculating the inductance error may be used.
  • the multiplier 542 calculates the product of the output of the rotary machine constant error calculator 541 and the rotary machine current, and outputs the rotary machine constant error information Gerr via the filter 543.
  • the second term on the right side of the equation (6) is the rotary machine constant error information Gerr, and the rotary machine constant error information Gerr is calculated by the equation (18).
  • Giq1 is the coefficient of the second term in Eq. (6).
  • the multiplier 542 calculates the product of the output ⁇ L of the rotary machine constant error calculator 541 and the q-axis current iqs of the rotary machine. Since the rotating machine currents ids and iqs and the estimated currents ids ⁇ and iqs ⁇ are substantially the same, the estimated currents may be used instead.
  • the filter 543 may be realized with the same configuration as that of the first embodiment.
  • the L value of the rotary machine being driven is estimated by integrating this ⁇ L, and the rotary machine constant used for the induced voltage estimation is updated.
  • the rotor constant error ⁇ L calculated using the current and voltage values is used as it is in the calculation of the estimated rotation speed. Therefore, even if there is a steep change in the rotor constant, the calculation accuracy of the estimated rotation speed and The response can be high.
  • the controller of the rotating machine of the second embodiment when a current flows through the rotating machine being driven, the inductance of the rotating machine changes, and a rotating machine constant error ⁇ L occurs, that is, the rotating machine constant error is the rotating machine inductance. It is intended for certain cases. Therefore, the controller of the rotary machine of the second embodiment can suppress deterioration of the responsiveness of the state observing unit and improve the responsiveness of the entire system when the rotary machine constant error is the rotary machine inductance. ..
  • Embodiment 3 In the control device for the rotating machine according to the third embodiment, the rotating machine resistance changes due to the temperature change of the rotating machine being driven, a rotating machine constant error ⁇ R occurs, and a current flows through the rotating machine being driven, so that the rotating machine This is intended when the inductance changes and a rotary machine constant error ⁇ L occurs, that is, when the rotary machine constant error is both the rotary machine resistance and the rotary machine inductance.
  • the configuration of the rotating machine control device according to the third embodiment is the same as the configuration of the rotating machine control device according to the second embodiment.
  • FIGS. 6 and 4 which are block diagrams showing the configuration of the control device of the rotary machine, and with reference to the first and second embodiments. The difference will be mainly explained.
  • the third embodiment changes the operation of the rotary machine constant error calculation unit 54 as in the second embodiment, and the other configurations are the same as those in the second embodiment.
  • the calculation method of the rotary machine constant error ⁇ L may be calculated based on the high frequency current component idsh as in the second embodiment.
  • the rotary machine constant error ⁇ R can be calculated based on the rotary machine current ids as in the first embodiment.
  • a fundamental wave component idsf obtained by subtracting the high frequency current component idsh from the rotating machine current ids is generated, and this fundamental wave component idsf is used as the denominator of the equation (11). It should be applied.
  • the multiplier 542 adds and calculates Giq ⁇ ⁇ R ⁇ iqs and Giq1 ⁇ ⁇ L ⁇ iqs based on the equation (20), and outputs the rotary machine constant error information Gerr via the filter 543. Since the equation (20) is an added value of the equation (12) of the first embodiment and the equation (18) of the second embodiment, Giq ⁇ ⁇ R ⁇ iqs and Giq1 have the same configuration as those of the first and second embodiments. X ⁇ L ⁇ iqs may be calculated.
  • the controller of the rotary machine when the rotary machine 2 is driven even when both the rotary machine constants R and L change from the standard rotary machine constant during the drive of the rotary machine 2. It is possible to drive the rotating machine 2 without causing a response delay from the control response set to, and it is possible to realize highly reliable drive control of the rotating machine.
  • the rotating machine resistance changes due to the temperature change of the rotating machine being driven, a rotating machine constant error ⁇ R occurs, and a current flows through the rotating machine being driven, so that the rotating machine
  • a rotating machine constant error ⁇ R occurs, and a current flows through the rotating machine being driven, so that the rotating machine
  • the controller of the rotary machine according to the third embodiment suppresses deterioration of the responsiveness of the state observation unit when the rotary machine constant error is both the rotary machine resistance and the rotary machine inductance, and the response of the entire system. It can be made more sexual.

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Abstract

電流検出部（１２）と、電流制御部（１４）と、電圧印加部（１３）と、回転機電流、電圧指令、および標準回転機定数に応じて回転機（２）の推定電流と推定回転速度と推定回転子位置とを演算する状態観測部（１５）とを備え、状態観測部（１５）は、電圧指令と、回転機電流または推定電流とに基づいて、標準回転機定数と現在の運転状態における回転機定数との回転機定数誤差を演算するとともに、回転機電流と推定電流と回転機定数誤差とに基づいて推定回転速度を演算する。

Description

回転機の制御装置
　本願は、回転機の制御装置に関するものである。
　交流回転機を位置センサレスで運転する場合、適応オブザーバを用いて回転機モデルと実機の誤差がなくなるように速度を推定する方式がよく用いられる（例えば、非特許文献１）。
　回転機モデルを含む制御では、制御装置内で回転機の電流、電圧を用いて間接的に推定回転速度を計算するため、回転機モデルの回転機定数に誤差を含むと実回転速度に対する推定回転速度の推定遅れが発生し、制御系全体の応答性が上がらないことが問題となる。
　この問題を解決するため、回転機モデルの回転機定数をオンラインで推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許第４４４９４１９号公報（段落［０００７］、［００１０］、［００１５］および図１）
金原、「回転座標上の適応オブザーバを用いたＰＭ電動機の位置センサレス制御」（電学論Ｄ、１２３巻５号、２００３年）ｐ．６０１－６０３
　特許文献１開示方法では、回転機定数を積分制御で推定演算を行っているため、特にインダクタンスのように電流に応じて急峻に変化するパラメータは推定が追い付かず、回転機モデルの誤差の影響で適応オブザーバ（状態観測部）の系全体の応答性が悪化する問題がある。
　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、推定演算遅れによる状態観測部の応答性の悪化を抑制することができる回転機の制御装置を提供することを目的とする。
　本願に開示される回転機の制御装置は、回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、目標電流指令に回転機電流が追従するように電圧指令を生成する電流制御部と、電圧指令に応じて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、回転機電流、電圧指令、および標準回転機定数に応じて回転機に流れる電流の推定値である推定電流と回転機の回転子速度の推定値である推定回転速度と回転機の回転子位置の推定値である推定回転子位置とを演算する状態観測部とを備え、状態観測部は、電圧指令と、回転機電流および推定電流の少なくとも一方とに基づいて、標準回転機定数と回転機の現在の運転状態における回転機定数との回転機定数誤差を演算するとともに、回転機電流と推定電流と回転機定数誤差とに基づいて推定回転速度を演算するものである。
　本願に開示される回転機の制御装置によれば、状態観測部は、推定演算遅れによる状態観測部の応答性の悪化を抑制することができる回転機の制御装置が得られる。
実施の形態１による回転機の制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１による回転機の制御装置に係る電流制御部のブロック図である。 実施の形態１による回転機の制御装置に係る状態観測御部のブロック図である。 実施の形態１による回転機の制御装置に係る回転機定数誤差演算部のブロック図である。 実施の形態１による回転機の制御装置のハードウェア構成図および回転機システムの構成図である。 実施の形態２による回転機の制御装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態１．
　実施の形態１は、回転機電流を検出する電流検出部と、目標電流指令に回転機電流が追従するように電圧指令を生成する電流制御部と、電圧指令に応じて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、回転機電流、電圧指令、および標準回転機定数に応じて回転機の推定電流と推定回転速度と推定回転子位置とを演算する状態観測部とを備える回転機の制御装置に関するものである。状態観測部は、電圧指令と、回転機電流または推定電流とに基づいて、標準回転機定数と現在の運転状態における回転機定数との回転機定数誤差を演算するとともに、回転機電流と推定電流と回転機定数誤差とに基づいて推定回転速度を演算し、実施の形態１では、回転機定数誤差が回転機抵抗である場合を対象とする。
　以下、実施の形態１に係る回転機の制御装置の構成および動作について、回転機の制御装置の構成を示すブロック図である図１、電流制御部のブロック図である図２、状態観測御部のブロック図である図３、回転機定数誤差演算部のブロック図である図４、および回転機の制御装置のハードウェア構成図および回転機システムの構成図である図５に基づいて説明する。
　まず、実施の形態１の回転機の制御装置１の構成を図１に基づいて説明する。
　回転機２を駆動する回転機の制御装置１は、電流検出部１２、電圧印加部１３、電流制御部１４、状態観測部１５、および座標変換器１６を備える。
　なお、回転機の制御装置１を、適宜、制御装置１と記載する。
　回転機２は、誘導機あるいは同期機等の回転機であり、実施の形態１では永久磁石を用いた同期機を想定している。
　回転機２には、回転機２の電流である回転機電流を検出する電流検出部１２と、回転機２に電圧を印加する電圧印加部１３とが接続されている。
　電流検出部１２は、回転機２の三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。座標変換器１６は、この三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを回転機２の回転子に同期して回転する直交座標として公知であるｄｑ軸上の電流に座標変換し、これを検出電流ｉｄｓ、ｉｑｓとして出力する。座標変換器１６における座標変換に必要な推定回転子位置θ＾は、状態観測部１５から出力される。
　なお、推定回転子位置θ＾とは、回転機２の推定回転子位置である。適宜、推定回転子位置と記載する。
　また、ｄｑ軸上の回転機２の検出電流ｉｄｓ、ｉｑｓを、適宜回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと記載し、特に明記する必要がない場合は、回転機電流と略記する。
　なお、三相電流を検出するには、電流を三相すべて検出するほか、２相分を検出して三相電流の和がゼロであることを利用して三相電流を求めてもよい。また、インバータ母線電流およびスイッチング素子に流れる電流とスイッチング素子の状態から三相電流を演算してもよい。
　電圧印加部１３は、インバータ回路等の電力変換器で構成され、電流制御部１４から出力される電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊に基づいて、回転機２に駆動電圧を印加する。
　電流制御部１４は、上位のコントローラから出力される目標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に回転機２の回転機電流が追随するようにＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御を行い、電圧印加部１３に電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を出力する。
　状態観測部１５は、回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓおよび電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊から、回転機２の推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾と、回転機２の推定回転速度ωｒ＾と、回転機２の推定回転子位置θ＾とを演算する。また、状態観測部１５は、座標変換に必要な推定回転子位置θ＾を座標変換器１６に出力する。
　なお、状態観測部１５の動作の詳細は後で説明する。
　次に、電流制御部１４の内部構成および動作を図２に基づいて説明する。
　電流制御部１４は、電流制御器４１、４２、および加減算器４３、４４を備える。
　加減算器４３は、目標電流指令ｉｄ＊から回転機電流ｉｄｓを減算して、ｄ軸電流偏差を演算する。電流制御器４１は、ｄ軸電流偏差が０になるようにＰＩ制御によって電圧指令Ｖｄ＊を演算する。
　加減算器４４は、目標電流指令ｉｑ＊から回転機電流ｉｑｓを減算して、ｑ軸電流偏差を演算する。電流制御器４２は、ｑ軸電流偏差が０になるようにＰＩ制御によって電圧指令Ｖｑ＊を演算する。
　なお、目標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊は回転機２の駆動状態に応じて、適宜変更される。
　これにより、電流制御部１４は、回転機２の回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓが目標電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に追従するように、電流制御器４１、４２において電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を生成し、制御装置１は回転機２を回転制御することができる。
　次に、状態観測部１５の内部構成および動作を図３に基づいて説明する。
　状態観測部１５は、推定電流演算部５１、推定回転速度演算部５２、積分器５３、および回転機定数誤差演算部５４とを備える。
　推定電流演算部５１は、回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊とあらかじめ記憶する回転機２の回転機定数とに基づいて回転機２の内部状態を推定演算する。
　推定回転速度演算部５２は、回転機２の回転速度を推定演算し、回転機２の推定回転速度ωｒ＾を出力する。
　積分器５３は、推定回転速度演算部５２から出力された推定回転速度ωｒ＾を積分して、推定回転子位置θ＾を出力する。
　回転機定数誤差演算部５４は、あらかじめ記憶する回転機定数と回転駆動中における回転機２の回転機定数との誤差を演算し、出力する。
　推定電流演算部５１は、（１）、（２）式を用いて回転機内部の磁束と電流とを推定演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ただし、Φｄｓ＾、Φｑｓ＾はｄｑ軸上の回転機２の電機子推定磁束、Φｄｒ＾、Φｑｒ＾はｄｑ軸上の回転子推定磁束である。ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾はｄｑ軸上の電機子推定電流である。Ｒ０、Ｌ０はあらかじめ記憶する回転機抵抗と回転機インダクタンスである。ωｒ＾は回転機２の推定回転速度、ωは一次角周波数、ｓは微分演算子である。
　Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｈはそれぞれ以下の行列で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　（１）式はいわゆる適応オブザーバと呼ばれ、Ｈゲインの設定は非特許文献１に限らず、公知のものを利用すればよい。
　ここで、Ｒ０、Ｌ０は回転機２を回転駆動する前段階の停止状態において測定されるものであり、測定方法は公知の方法を用いて測定すればよい。以降、Ｒ０、Ｌ０を標準回転機定数と称する。
　推定回転速度演算部５２は、推定電流演算部５１が演算して出力する推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾と、回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと、回転機定数誤差演算部５４が演算して出力する回転機定数誤差とを用いて回転機２の推定回転速度ωｒ＾を演算（推定）する。
　ここで実施の形態１の方法を明確にするため、非特許文献１の方法を例として推定回転速度演算の原理を説明する。
　非特許文献１では（３）式のように推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾と回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓとの差分をＰＩ制御して推定回転速度ωｒ＾を演算する。なお、ここでｋａｐは比例ゲインであり、ｋａｉは積分ゲインである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　回転機２の推定回転速度ωｒ＾を回転機の実速度ωｒと一致させることは、Δωｒ＝ωｒ＾－ωｒを０に近づけることに等しい。
　非特許文献１によれば、Δωｒについて、（４）式が成り立つことが示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ただし、ｅｉ、Ｉ、Ｉ４、Ｊ、およびΦｒ＾は以下の行列で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　すなわち、推定電流と回転機電流の差分であるｅｉは、ある伝達特性でΔωｒに伝達しており、ｅｉが０に近づけば、Δωｒは最終的に０に近づくため、（３）式を用いて推定回転速度の演算が可能である。
　ここで、比較例の方法は回転機２の定数とあらかじめ記憶する回転機定数が一致していることが前提である。したがって、回転機２の運転状態によって変化する回転機定数については、回転機２の真の回転機定数と標準回転機定数との間に誤差が発生し、速度推定演算の前提である（４）式に差異が生じる。
　ここで、回転機定数は、回転機２の抵抗およびインダクタンスを含んでいる。
　例えば、回転機２の温度上昇などにより抵抗の値に誤差が現れる場合、（４）式は（５）式に変化する。
　なお、適宜、回転機２の抵抗を回転機抵抗と、回転機２のインダクタンスを回転機インダクタンスと記載する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ただし、Ｒを駆動中の回転機２の抵抗として、回転機定数誤差ΔＲ＝Ｒ０－Ｒとする。
　また、回転機電流の発生でインダクタンスが磁気飽和する場合、インダクタンスに誤差が現れるため、（４）式は（６）式に変化する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ただし、Ｌを駆動中の回転機２のインダクタンスとして、回転機定数誤差ΔＬ＝Ｌ０－Ｌとする。
　このため、回転機定数誤差がある状態でも従来の速度推定演算で、精度良く駆動するためには、（５）式および（６）式における右辺第二項を消去して（４）式に近づければよい。
　そのため、推定回転速度演算部５２は、回転機定数誤差を含む（５）、（６）式の右辺第二項を回転機定数誤差の情報である回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒと置き、（７）式を用いて推定回転速度ωｒ＾を演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　すなわち、状態観測部１５の推定回転速度演算部５２は、回転機２の電流を座標変換した回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾との差分から回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを減算した値に基づいて推定回転速度ωｒ＾を演算する。
　回転機定数誤差演算部５４は、回転機定数誤差を含む回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを演算する。
　次に、回転機定数誤差演算部５４の内部構成および動作を図４に基づいて説明する。
　回転機定数誤差演算部５４は、回転機定数誤差演算器５４１、乗算器５４２、およびフィルタ５４３を備える。
　実施の形態１では、駆動中の回転機２の温度変化により回転機抵抗が変化し、回転機定数誤差ΔＲが発生した場合の回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒの演算方法について説明する。
　回転機定数誤差演算器５４１は、例えば以下の方法を用いて回転機定数誤差ΔＲを算出する。
　回転機の電圧方程式より、ｄ軸の電圧Ｖｄと電流ｉｄｓ、ｉｑｓは（８）式の関係がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　したがって、標準回転機定数の抵抗Ｒ０の時、任意の回転速度ω１におけるｄ軸電圧Ｖｄ０は、電流制御部１４の動作により、回転機電流ｉｄｓはｉｄ＊に収束して一定になり、定常的には（９）式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　一方、駆動中に回転機抵抗がＲとなるとき、任意の回転速度ω１で駆動すると、電流制御部１４の動作により、回転機電流ｉｄｓは目標電流指令ｉｄ＊に収束して一定になり、定常的にはｄ軸電圧指令Ｖｄ＊は（１０）式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　（９）式、（１０）式より、回転機定数誤差ΔＲは（１１）式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　なお、ｄ軸電圧Ｖｄ０は回転機２を回転駆動する前段階の停止状態において測定されるＲ０、Ｌ０の測定と同様に行う。
　また、任意の回転速度におけるｄ軸電圧Ｖｄ０の値をあらかじめ測定しておくことで、標準回転機定数Ｒ０に対する任意の回転速度におけるｄ軸電圧Ｖｄ０を記憶することができ、駆動中の回転機電流ｉｄｓと電圧指令Ｖｄ＊を用いて回転機定数誤差ΔＲを演算できる。
　なお、回転機２の回転機抵抗の演算方法は実施の形態１の記載に限らず、公知のものを用いて演算してもよい。
　実施の形態１では（５）式の右辺第二項が回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒである。
　乗算器５４２は、回転機定数誤差演算器５４１の出力と回転機電流の積を演算し、フィルタ５４３を経由して回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを出力する。
　（７）式において、ｑ軸の誤差のみを利用するので、実際には（５）式の右辺第２項のみを用いて回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒは（１２）式で演算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ただし、Ｇｉｑは（５）式の第２項の係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　したがって、乗算器５４２は、回転機定数誤差演算器５４１の出力ΔＲと回転機２のｑ軸電流ｉｑｓとの積を計算する。なお、回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾は、ほぼ一致しているから回転機電流の代わりに推定電流を用いてもよい。
　フィルタ５４３は、乗算器５４２の出力に任意の伝達特性を有するフィルタを付与する。
　実施の形態１では、Ｇｉｑをフィルタとして用いる。
　Ｇｉｑは、（５）式の第２項の係数を解くことで算出でき、Ｈゲインに応じてゲインが変化するフィルタとすればよい。
　また、Ｇｉｑは分母にｓを有するフィルタであるから、例えば予め定められた時定数を有する１次遅れフィルタで近似した伝達特性を持たせてもよい。
　実施の形態１における回転機の制御装置１によれば、回転機電流と推定電流と回転機定数誤差とを用いて推定回転速度を演算することにより、運転中の回転機定数変動による推定回転速度の推定演算の応答を高くし、不安定化させない。このため、回転機２を駆動する際に設定する制御応答から応答遅れが発生することなく、回転機２を駆動することができ、信頼性の高い回転機の駆動制御を実現できる。
　また、予め定められた伝達特性を有するフィルタを付与した回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを用いることで、回転機定数誤差が速度推定に及ぼす影響を伝達特性を含めて補正することができ、速度推定の演算精度および応答を高くすることができる。
　また、式（７）に示したように、予め定められた伝達特性を有するフィルタを付与した回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを、回転機２の回転機電流ｉｑｓと推定電流ｉｑｓ＾との差分からさらに減算している。こうすることで、定数誤差が速度推定に及ぼす影響を、伝達特性を含めて補正することができ、速度推定の演算精度および応答を高くすることができる。
　また、抵抗誤差に起因する速度推定精度の悪化を抑制することができ、推定精度および推定応答を高くすることができる。
　次に、実施の形態１による回転機の制御装置１のハードウェア構成を図５に基づいて説明する。図５は、回転機の制御装置１を適用した回転機システムの構成を合わせて表している。
　図５に示すように、回転機システムは、回転機２、回転機の制御装置１、および制御装置１に指令を与える上位コントローラ３を備えて、回転機２を駆動する。
　回転機の制御装置１は、ハードウェア構成として、プロセッサ２１、記憶装置２２、電流検出部１２、および電圧印加部１３を備える。
　図１で示した電流制御部１４、状態観測部１５は、記憶装置２２に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ２１により実現される。
　記憶装置２２は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。不揮発性の補助記憶装置として、フラッシュメモリ等の代わりにハードディスク等を使用してもよい。
　プロセッサ２１に、記憶装置２２の補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムが入力され、プロセッサ２１は、記憶装置２２から入力されたプログラムを実行する。また、プロセッサ２１は、演算結果等のデータを記憶装置２２の揮発性記憶装置に出力するか、あるいは揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に出力してデータを保存する。
　なお、電流制御部１４、状態観測部１５は、システムＬＳＩ等の処理回路により実現してもよい。また、座標変換器１６、および電圧印加部１３への電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を三相電圧指令に変換する機能は、プロセッサ２１、またはシステムＬＳＩ等の処理回路により実現してもよい。
　さらに、複数のプロセッサ２１および複数の記憶装置２２が連携して上記機能を実行してもよいし、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。また、それらを組み合わせて上記機能を実行してもよい。
　実施の形態１では回転機２として同期機を例として説明したが、誘導機などの回転機であっても、同様の構成で状態観測部を用いて推定回転速度を演算することが可能である。
　上記説明のように、実施の形態１の回転機の制御装置は、回転機電流を検出する電流検出部と、目標電流指令に回転機電流が追従するように電圧指令を生成する電流制御部と、電圧指令に応じて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、回転機電流、電圧指令、および標準回転機定数に応じて回転機の推定電流と推定回転速度と推定回転子位置とを演算する状態観測部とを備えるものである。そして、状態観測部は、電圧指令と、回転機電流または推定電流とに基づいて、標準回転機定数と現在の運転状態における回転機定数との回転機定数誤差を演算するとともに、回転機電流と推定電流と回転機定数誤差とに基づいて推定回転速度を演算し、回転機定数誤差が回転機抵抗である場合を対象とするものである。
　このため、実施の形態１の回転機の制御装置は、回転機定数誤差が回転機抵抗である場合において、状態観測部の応答性の悪化を抑制し、系全体の応答性を高くすることができる。
実施の形態２．
　実施の形態２の回転機の制御装置は、駆動中の回転機に電流が流れ、回転機のインダクタンスが変化し、回転機定数誤差ΔＬが発生した場合、すなわち回転機定数誤差が回転機インダクタンスである場合を対象とするものである。
　以下、実施の形態２に係る回転機の制御装置の動作について、回転機の制御装置の構成を示すブロック図である図６に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。
　実施の形態２の回転機の制御装置のブロック図である図６において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
　まず、実施の形態２の回転機の制御装置１００の構成を図６に基づいて説明する。また、適宜実施の形態１の図４を参照して説明する。
　回転機２を駆動する回転機の制御装置１００は、電流検出部１２、電圧印加部１３、電流制御部１４、状態観測部１５、座標変換器１６、さらに高周波電圧生成部１７および加算器１８を備える。
　なお、回転機の制御装置１００を、適宜、制御装置１００と記載する。
　実施の形態２では、回転機定数誤差演算部５４の動作を変更し、高周波電圧生成部１７および加算器１８を追加している。高周波電圧生成部１７および加算器１８以外の構成は実施の形態１と同様である。
　以降、回転機定数誤差演算部５４、高周波電圧生成部１７および加算器１８の動作を中心に説明する。
　実施の形態２において、回転機定数誤差演算器５４１は、例えば以下の方法にて回転機定数誤差ΔＬを算出する。
　回転機２のインダクタンス値の誤差を測定するため回転機２の駆動周波数より十分高い周波数を有する高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を回転機２のトルクに直接寄与しないｄ軸に印加する。
　高周波電圧生成部１７は、（１３）式によって与えられる高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を生成する。加算器１８は電流制御部１４によって生成される電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊の内のＶｄ＊に高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を加算する。したがって、加算器１８の出力は電圧指令Ｖｄ＊＋Ｖｄｈ＊、Ｖｑ＊となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　ただし、Ｖｈは電圧振幅、ωｈは高周波電圧周波数、ｔは時間を示す。
　（８）式より、回転機インダクタンスが標準回転機定数Ｌ０であり、高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を与えたときの回転機電流ｉｄｓの周波数ωｈの周波数成分をｉｄｓｈ０とすると（１４）式となる。なお、回転機インダクタンスがＬのとき、高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を与えた場合の回転機電流ｉｄｓの周波数ωｈの周波数電流成分をｉｄｓｈとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　なお、周波数ωｈの周波数電流成分であるｉｄｓｈ０およびｉｄｓｈは、バンドパスフィルタなどの特定の周波数を抽出するフィルタを回転機電流ｉｄｓに付与することで算出できる。
　ここで、高周波成分のため、（１４）式の右辺第一項＜＜右辺第二項であるから、（１４）式は（１５）式で近似できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　一方、駆動中に回転機インダクタンスがＬとなるとき、高周波電圧指令Ｖｄｈ＊を与えると（１５）式と同様にして、（１６）式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　ここで、駆動中の回転機２のインダクタンスがＬ≠Ｌ０となる場合、周波数ωｈの周波数電流成分はｉｄｓｈ≠ｉｄｓｈ０である。
　（１５）、（１６）式より明らかにＬ／Ｌ０＝ｉｄｓｈ０／ｉｄｓｈが成り立ち、回転機定数誤差ΔＬは（１７）式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　以上のように、回転機電流の高周波成分を用いて、回転機定数誤差ΔＬを算出できる。
　なお、回転機２のインダクタンスの演算方法は実施の形態２の記載に限らず、インダクタンス誤差を演算する公知のものを用いてもよい。
　図４において、乗算器５４２は、回転機定数誤差演算器５４１の出力と回転機電流の積を演算し、フィルタ５４３を経由して回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを出力する。
　実施の形態２では（６）式の右辺第二項が回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒであり、回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒは（１８）式で演算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　ただし、Ｇｉｑ１は（６）式の第２項の係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　したがって、乗算器５４２は、回転機定数誤差演算器５４１の出力ΔＬと回転機のｑ軸電流ｉｑｓとの積を計算する。なお、回転機電流ｉｄｓ、ｉｑｓと推定電流ｉｄｓ＾、ｉｑｓ＾は、ほぼ一致しているから推定電流を代わりに用いてもよい。
　フィルタ５４３は、実施の形態１と同様の構成で実現すればよい。
　ここで、特許文献１の回転機定数推定に係る方法では、このΔＬを積分して駆動中の回転機のＬ値を推定して、誘起電圧推定に用いる回転機定数を更新する構成としている。この構成では、積分により推定演算に遅れが生じるため、回転機定数の急峻な変化に適応できない課題がある。実施の形態２では、電流、電圧値を用いて算出した回転機定数誤差ΔＬをそのまま推定回転速度の演算に用いるため、回転機定数の急峻な変化がある場合でも、推定回転速度の演算精度および応答を高くすることができる。
　実施の形態２の回転機の制御装置は、駆動中の回転機に電流が流れ、回転機のインダクタンスが変化し、回転機定数誤差ΔＬが発生した場合、すなわち回転機定数誤差が回転機インダクタンスである場合を対象とするものである。
　したがって、実施の形態２の回転機の制御装置は、回転機定数誤差が回転機インダクタンスである場合において、状態観測部の応答性の悪化を抑制し、系全体の応答性を高くすることができる。
実施の形態３．
　実施の形態３の回転機の制御装置は、駆動中の回転機の温度変化により回転機抵抗が変化して回転機定数誤差ΔＲが発生し、かつ駆動中の回転機に電流が流れ、回転機インダクタンスが変化して回転機定数誤差ΔＬが発生した場合、すなわち回転機定数誤差が回転機抵抗と回転機インダクタンスの両方である場合を対象とするものである。
　以下、実施の形態３に係る回転機の制御装置の構成は、実施の形態２に係る回転機の制御装置の構成と同じである。
　実施の形態３に係る回転機の制御装置の動作について、回転機の制御装置の構成を示すブロック図である図６に基づいて、また図４を参照して、実施の形態１および２との差異を中心に説明する。
　実施の形態３は、実施の形態２と同様に回転機定数誤差演算部５４の動作を変更し、その他の構成は実施の形態２と同様である。
　まず、回転機定数誤差のΔＲとΔＬの双方が発生する場合の回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒについて説明する。（５）式と（６）式をまとめると、ｅｉは（１９）式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒは（２０）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　次に回転機定数誤差演算器５４１の動作について説明する。
　回転機定数誤差ΔＬの演算方法は実施の形態２と同様に高周波電流成分ｉｄｓｈに基づいて演算すればよい。
　回転機定数誤差ΔＲは、実施の形態１と同様に回転機電流ｉｄｓに基づいて演算することができる。しかし、回転機電流ｉｄｓは高周波成分を含んでいるため、回転機電流ｉｄｓから高周波電流成分であるｉｄｓｈを減算した基本波成分ｉｄｓｆを生成し、この基本波成分ｉｄｓｆを（１１）式の分母に適用すればよい。
　乗算器５４２は、（２０）式に基づいてＧｉｑ×ΔＲ×ｉｑｓとＧｉｑ１×ΔＬ×ｉｑｓとを加算演算し、回転機定数誤差情報Ｇｅｒｒを、フィルタ５４３を経由して出力する。
　（２０）式は、実施の形態１の（１２）式と実施の形態２の（１８）式の加算値であるから、実施の形態１、２と同様の構成でＧｉｑ×ΔＲ×ｉｑｓとＧｉｑ１×ΔＬ×ｉｑｓとを演算すればよい。
　実施の形態３における回転機の制御装置によれば、回転機２の駆動中に回転機定数Ｒ、Ｌの双方が標準回転機定数から変化する場合であっても、回転機２を駆動する際に設定する制御応答から応答遅れが発生することなく回転機２を駆動でき、信頼性の高い回転機の駆動制御を実現できる。
　実施の形態３の回転機の制御装置は、駆動中の回転機の温度変化により回転機抵抗が変化して回転機定数誤差ΔＲが発生し、かつ駆動中の回転機に電流が流れ、回転機インダクタンスが変化して回転機定数誤差ΔＬが発生した場合、すなわち回転機定数誤差が回転機抵抗と回転機インダクタンスの両方である場合を対象とするものである。
　したがって、本実施の形態３の回転機の制御装置は、回転機定数誤差が回転機抵抗および回転機インダクタンスの両方である場合において、状態観測部の応答性の悪化を抑制し、系全体の応答性を高くすることができる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１，１００　回転機の制御装置、２　回転機、３　上位コントローラ、１２　電流検出部、１３　電圧印加部、１４　電流制御部、１５　状態観測部、１６　座標変換器、１７　高周波電圧生成部、１８　加算器、２１　プロセッサ、２２　記憶装置、４１，４２　電流制御器、４３，４４　加減算器、５１　推定電流演算部、５２　推定回転速度演算部、５３　積分器、５４　回転機定数誤差演算部、５４１　回転機定数誤差演算器、５４２　乗算器、５４３　フィルタ。

Claims (7)

  1. 回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、
    目標電流指令に前記回転機電流が追従するように電圧指令を生成する電流制御部と、
    前記電圧指令に応じて前記回転機に電圧を印加する電圧印加部と、
    前記回転機電流、前記電圧指令、および標準回転機定数に応じて前記回転機に流れる電流の推定値である推定電流と前記回転機の回転子速度の推定値である推定回転速度と前記回転機の回転子位置の推定値である推定回転子位置とを演算する状態観測部とを備え、
    前記状態観測部は、前記電圧指令と、前記回転機電流および前記推定電流の少なくとも一方とに基づいて、前記標準回転機定数と前記回転機の現在の運転状態における回転機定数との回転機定数誤差を演算するとともに、前記回転機電流と前記推定電流と前記回転機定数誤差とに基づいて前記推定回転速度を演算する回転機の制御装置。
  2. 前記状態観測部は、前記回転機定数誤差と前記回転機電流および前記推定電流のいずれか一方との乗算値と、前記回転機電流と、前記推定電流とに基づいて前記推定回転速度を演算する請求項１に記載の回転機の制御装置。
  3. 前記状態観測部は、前記乗算値に予め定められた伝達特性を有するフィルタを付与した回転機定数誤差情報を生成し、前記回転機電流と前記推定電流と前記回転機定数誤差情報とに基づいて前記推定回転速度を演算する請求項２に記載の回転機の制御装置。
  4. 前記状態観測部は、前記回転機電流と前記推定電流との差分から前記回転機定数誤差情報を減算した値に基づいて前記推定回転速度を演算する請求項３記載の回転機の制御装置。
  5. 前記回転機定数誤差は、回転機抵抗の誤差である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
  6. 前記回転機定数誤差は、回転機インダクタンスの誤差である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
  7. 前記回転機定数誤差は、回転機抵抗および回転機インダクタンスの両方の誤差である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
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