JP2006087152A - 永久磁石同期モータの制御装置及びモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、位置センサレス制御の低速回転域においても、モータの抵抗定数変化に対してロバストな制御特性を実現することがでる。また、安価な電流検出を行うシステムにおいても、共通に適用可能な「永久磁石同期モータのベクトル制御装置」を提供できる。
【解決手段】
電流制御相当の出力値と周波数指令値と電流検出値と推定位相誤差値およびモータ定数値を用いて、モータの抵抗値相当あるいは抵抗値の設定誤差相当を同定し、この同定値を用いて、電圧指令演算部と位相誤差演算部の設定値Ｒ^＊相当を補正することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石同期モータの位置センサレスベクトル制御方式に係わる。

位置センサレスベクトル制御方式の抵抗同定技術としては、特開２００３−164188号公報に記載のように、モータの運転開始前では、モータを拘束するようにインバータ電圧を印加して、電圧と流れている拘束電流から抵抗値を同定する方法や、運転中においては、モータの逆起電圧係数を同定する手段を設け、運転中に同定した値と予め設定されている常温時の逆起電圧係数より、モータ温度を推定し、この推定した温度値を用いて抵抗値を同定する方法が記載されている。

特開２００３−１６４１８８号公報

速度制御やトルク制御運転時において、高トルクが要求されると、トルクに見合った大きな電流を流す必要がある。連続した時間で高トルクが要求される場合には、モータ電流による発熱により、時間と共にモータの抵抗値Ｒは増加する。

また、位置センサレス制御では、例えば、「制御軸基準の回転位相指令値θｃ^*」と
「モータ軸基準の回転位相値θ」との誤差値（以下、位相誤差値Δθ）を演算により推定し、この推定位相誤差値Δθｃが「ゼロ」となるように周波数指令値ω₁ ^*は調整され、
ω₁ ^*を積分処理することで回転位相指令値θｃ^*を作成している。

このように、インバータの電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^**や推定位相誤差値Δθｃを求める演算には、モータの抵抗値Ｒを設定する必要がある。

この設定値Ｒ^*とモータの抵抗値Ｒとの間に、設定誤差（Ｒ−Ｒ^*）が生じると、低速回転域においてインパクト負荷外乱などが入ると、実際の位相誤差値Δθと推定位相誤差値Δθｃにズレが生じ、その結果、最適な位相を制御することができず、運転不能状態に陥ってしまう場合がある。

しかしながら、特開２００３−１６４１８８号公報記載の方法では、逆起電圧係数の同定演算は、負荷トルクの小さい領域で行う必要があり、高トルク域では演算の精度が落ちる課題があると記述されている。

このため、高トルク運転時にはモータ温度の推定精度も悪くなり、その結果、「高精度な抵抗同定」を実現することは不可能となる。

本発明の目的は、高トルク域においても、「高精度な位置センサレスベクトル制御」を実現することができる「永久磁石動機モータのベクトル制御装置」を提供することにある。

本発明は、電流制御相当の出力値と電流検出値と周波数指令値と推定位相誤差値およびモータ定数を用いて、モータの抵抗値相当あるいは抵抗の設定誤差相当を同定し、この同定値を用いて、電圧指令演算部と位相誤差演算部の設定値Ｒ^* 相当を補正（修正）することを特徴とする。

高トルク域においても、「高精度な位置センサレスベクトル制御」を実現することができる「永久磁石動機モータのベクトル制御装置」を提供することできる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

（第１の実施例）
図１は、本発明の一実施例である永久磁石同機モータのベクトル制御装置の構成例を示す。

１は永久磁石同期モータ、２は３相交流の電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^* に比例した電圧を出力するインバータ、２１は直流電源、３は３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出できる電流検出器、４は回転位相指令値θｃ^* とモータ１の回転位相値θの偏差である位相誤差値Δθ(＝θｃ^*−θ) の推定値（Δθｃ）を演算する位相誤差演算部、５は推定位相誤差値Δθｃから周波数指令値ω₁ ^*を演算する周波数演算部、６は周波数指令値ω₁ ^*からモータ１の回転位相指令θｃ^* を演算する位相演算部、７は前記３相交流電流Ｉｕ，
Ｉｖ，Ｉｗの検出値Ｉｕｃ，Ｉｖｃ，Ｉｗｃと回転位相指令値θｃ^* からｄ軸およびｑ軸の電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃを出力する座標変換部、８は上位から与えられる第１のｄ軸電流指令値Ｉｄ^* とｄ軸電流検出値Ｉｄｃの偏差に応じて、第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ^**を出力するｄ軸電流指令演算部、９は上位から与えられる第１のｑ軸電流指令値Ｉｑ^* とｑ軸電流検出値Ｉｑｃの偏差に応じて、第２のｄ軸電流指令値Ｉｑ^**を出力するｑ軸電流指令演算部、１０はｄ軸およびｑ軸の第２の電流指令値Ｉｄ^**，Ｉｑ^**と周波数指令値
ω₁ ^*およびモータ１の電気定数を用いて、電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^**を出力するベクトル制御演算部、１１は第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ^**とｑ軸電流検出値Ｉｑｃと周波数指令値ω₁ ^*と推定位相誤差値Δθｃおよびモータ１の電気定数に基づいて、抵抗の設定誤差を含む電圧値ΔＶｒ＾を同定し、その同定値を用いて、比例あるいは積分演算を行い、抵抗の設定誤差電圧値ΔＶｒ^*を算出し、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^***と推定位相誤差値Δθｃの演算部に出力する抵抗同定演算部、１２は電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^***と回転位相指令値θｃ^*から３相交流の電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*を出力する座標変換部である。

最初に、本発明の特徴である「抵抗同定演算部１１」を設けない場合（ΔＶｒ^* は「ゼロ」）における位置センサレス・ベクトル制御方式の電圧制御と位相制御の基本動作について説明する。

電圧制御の基本動作は、ｄ軸およびｑ軸の電流指令演算部８および９において、上位から与えられる第１の電流指令値Ｉｄ^*，Ｉｑ^*と電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃを用いて、ベクトル制御演算に用いる中間的な第２の電流指令値Ｉｄ^**，Ｉｑ^**を演算する。

ベクトル制御演算部１０では、第２の電流指令値Ｉｄ^**，Ｉｑ^**と周波数指令値ω₁ ^*およびモータ定数の設定値を用いて、数（１）に示す電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^**を演算し、インバータの電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｖ^*を制御する。

ここに、Ｒ：抵抗値、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス値、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス値、
Ｋｅ：誘起電圧係数、＊：設定値である。

一方、位相制御の基本動作については、位相誤差演算部４において、電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^**と電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃと周波数指令値ω₁ ^*およびモータ定数の設定値を用いて、回転位相指令値θｃ^*と回転位相値θの偏差である位相誤差値Δθ（＝θｃ^*−θ）の推定演算を行う。推定位相誤差値Δθｃの演算は数（２）となる。

また、周波数演算部５では、推定位相誤差値Δθｃが「ゼロ」となるように、数（３）に示す演算により、周波数指令値ω₁ ^*を制御する。

ここに、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲインである。

位相演算部６では、周波数指令値ω₁ ^*を用いて、数（４）に示す演算で回転位相指令値θｃ^*を制御する。

以上が、従来における電圧制御と位相制御の基本動作である。

次に、本発明の特徴である「抵抗同定演算部１１」を用いた場合の作用効果について説明する。

図１の制御装置において、抵抗の設定誤差電圧値ΔＶｒ^* を加算しない場合について、インパクト負荷を与えた場合のシミュレーション特性を図２，図３に示す。

図２は、モータの抵抗値Ｒと、位相差演算部４およびベクトル制御演算部１０に設定する設定値Ｒ^*が一致している場合（Ｒ＝Ｒ^*）の特性である。

上位系に速度制御系を追加した制御構成で、モータが低回転数域の２５［％］速度で一定運転されているとき、時間１［ｓ］後のＡ点において、インパクト負荷τ_L が入ると、モータの回転数は１０［％］速度付近まで急激に低下する。

この時、実際の位相誤差値Δθ(θｃ^*−θ) と推定位相誤差値Δθｃは一致しており、回転周波数ω₁と周波数指令値ω₁ ^*も安定に回復して様子がわかる。

しかし、図３のモータの抵抗値Ｒと設定値Ｒ^*が一致していない場合(Ｒ＝１.３×Ｒ^*)では、インパクト負荷時に、回転周波数ω₁は「ゼロ」まで低下し、周波数指令値ω₁ ^*は「ゼロ」より大きな値で一定に落ち着いている様子がわかる（ここでは、運転不能状態と呼ぶ）。このとき、実際の位相誤差値Δθ(θｃ^*−θ) と推定位相誤差Δθｃは一致していないことがわかる。

つまり、低回転数域において、位相誤差演算部４，ベクトル制御演算部１０に、抵抗の設定誤差(Ｒ−Ｒ^*) が存在すると、インパクト負荷時などにおいて、運転不能状態が発生する場合がある。

ここで、本発明の特徴である「抵抗値の同定原理」について説明を行う。

ベクトル制御演算部１０では、数（１）を再記した数(５)で示される電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^**が演算される。

制御軸の基準であるθｃ^* とモータ基準のθとの偏差である位相誤差値Δθが発生する場合、制御軸（ｄｃ−ｑｃ）からモータ軸（ｄ−ｑ）への座標変換行列は数（６）となる。

前述の位相誤差値Δθが発生する場合、制御側で演算したモータの印加電圧Ｖｄ，Ｖｑは数（５），（６）より、数（７）となる。

一方、モータの印加電圧Ｖｄ，Ｖｑは、推定位相誤差値Δθｃ，電流検出値Ｉｄｃ，
Ｉｑｃ，モータ定数を用いて表すと、

ここで、数（７）右辺＝数（８）右辺の関係と、Ｌｑ^*＝Ｌｑ，Ｌｄ^*＝Ｌｄ，Ｋｅ^* ＝
Ｋｅ，およびＩｄ^*を「ゼロ」、Ｉｑ^*を「所定値」に設定して電流指令値の演算を行うと、ｑ軸電流指令演算部９の出力値Ｉｑ^**は、数（９）で示すことができる。

また、数（９）において、低回転域数では、数（１０）の関係が成立する。

すると、数（９）を数（１１）のように近似することができる。

ここで、数（１１）の両辺に、抵抗の設定値Ｒ^*を乗じて、Ｒ^*×Ｉｑｃの電圧値を減算すると、

数（１２）より、抵抗の設定誤差を含む電圧値ΔＶｒ(＝(Ｒ−Ｒ^*)×Ｉｑｃ) を求めると、

従って、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ^**と電流検出値Ｉｑｃと周波数指令値ω₁ ^*と推定位相誤差値Δθｃおよびモータ定数を用いて、数（１４）の演算を行うことにより、電圧値
ΔＶｒを同定することができる。

次に、この同定した電圧値ΔＶｒ＾を用いた「抵抗値の設定誤差補正法」について説明する。電圧制御の動作では、数（１４）で演算した電圧値ΔＶｒ＾に、比例ゲインＫｖを乗じた信号をΔＶｒ^* とすると、

数（１５）を、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**に加算し、新たな電圧指令値をＶｑ^***とする。

ここで、電圧値ΔＶｒ^* を加算した状態で、位相誤差値Δθが発生する場合を考えると、

モータの印加電圧Ｖｄ，Ｖｑは、モータ定数を用いて表す（数８を再記）と、

数（１７）右辺＝数（１８）右辺の関係より、低回転数域において、ｑ軸電流指令演算部９の出力値Ｉｑ^**は、数（１９）で近似することができる。

数（１９）で求めた第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ^**を、数（１４），（１５）に代入すると、数（２０）を得る。

さらに、数（２０）において、比例ゲインＫｖを１以上に大きく設定すると、

数（２１）より、抵抗の設定誤差を含む電圧値ΔＶｒ相当を抵抗同定演算部１１の出力値ΔＶｒ^*より供給することができる。

ここで、図４用いて、本発明の特徴である「抵抗同定演算部１１」についての説明を行う。

基本的に抵抗同定演算部１１では、数（１４）の演算を行うものとしており、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ^**とｑ軸電流検出値Ｉｑｃの偏差に、モータ抵抗の設定値１１１を乗じた第１の信号と、定数「１」から推定位相誤差値Δθｃの余弦(cos) 信号を減算した値と周波数指令値ω₁ ^*および誘起電圧係数の設定値１１２の３つを乗算して得られた第２の信号と、推定位相誤差値の正弦(sin) 信号と周波数指令値の二乗値とモータの定数演算値
１１３の３つを乗算して得られた第３の信号とを加算する。

この加算値に、比例ゲイン１１４を乗じた結果が、電流制御遅れ時間相当の一次遅れフィルタ１１５に入力され、その出力値が、抵抗の設定誤差を補償する電圧値ΔＶｒ^* となる。

位相制御の動作においても、電圧値ΔＶｒ^* を用いて「抵抗値の設定誤差補正」を行う。図１の位相誤差演算部４において、電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^***と電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃと周波数指令値ω₁ ^*とモータ定数の設定値および電圧値ΔＶｒ^*を用いて、位相誤差値Δθの推定演算を行う。

推定位相誤差値Δθｃの演算は数（２２）となる。

数（２１），（２２）より、推定位相誤差値Δθｃは、

この結果、位相誤差演算部４とベクトル制御演算１０に設定している設定値Ｒ^* が、モータの抵抗値Ｒと一致していなくても、ｑ軸電流指令演算部９の出力値であるＩｑ^**を利用して抵抗の設定誤差分を修正することができる。

図５には、本実施例を適用したシミュレーション波形を示す（Ｒ＝１.３×Ｒ^*）。

抵抗値Ｒと設定値Ｒ^*が一致していない場合でも、電圧値ΔＶｒ^*の補償を行うことで、モータが運転不能状態に陥らず、安定に制御されていることがわかる。

上から４番目に示す「抵抗補償率」とは、「抵抗の設定誤差を補正する電圧値ΔＶｒ^*」と「Ｒ^*とＩｑｃの乗算値」の比率を示したものである。

抵抗の設定誤差３０［％］相当を忠実に補正していることがわかる。

本実施例では、同定した電圧値ΔＶｒ＾に比例ゲインＫｖを乗じた信号をΔＶｒ^* としているが、電圧値ΔＶｒ＾を積分演算した信号をΔＶｒ^* としても、同様の効果が得られることは明らかである。

また、本実施例では、電圧値ΔＶｒ^* を抵抗の設定誤差を補正する電圧値として用いているが、ΔＶｒ^*をＩｑｃあるいはＩｑ^* で除算し、抵抗の設定誤差値（Ｒ−Ｒ^*）を直接求め、位相誤差演算部４，ベクトル制御演算部１０の設定値に直接加算しても同様の効果が得られることは明らかである。

（第２の実施例）
図６は、本発明の他の実施例を示す。

本実施例は、上位から与えられる電流指令値と電流検出値の偏差で、ベクトル制御演算の出力値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*を補正する永久磁石同機モータのベクトル制御装置である。

図６において、１〜７，１２，２１は図１のものと同一物である。

８ａはｄ軸電流指令値Ｉｄ^* とｄ軸電流検出値Ｉｄｃが一致するようにΔＶｄを演算するｄ軸電流制御演算部、９ａはｑ軸電流指令値Ｉｑ^* とｑ軸電流検出値Ｉｑｃが一致するようにΔＶｑを演算するｑ軸電流制御演算部、１０ａはｄ軸およびｑ軸の電流指令値Ｉd^*，Ｉｑ^*と周波数指令値ω₁ ^*およびモータ定数の設定値を用いて、電圧指令の基準値Ｖｄ^*，Ｖｑ^* を出力するベクトル制御演算部、１１ａはｑ軸電流制御出力値ΔＶｑとｑ軸電流検出値Ｉｑｃと周波数指令値ω₁ ^*と推定位相誤差値Δθｃおよびモータ定数の設定値を用いて、抵抗の設定誤差を含む電圧値ΔＶｒ^*相当を同定する抵抗同定演算部である。

先の実施例で示した図１との相違点は、ｄ軸およびｑ軸の電流制御演算部８ａ，９ａでは、上位から与えられる電流指令値Ｉｄ^*，Ｉｑ^*に電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃが一致するように、電圧補正値ΔＶｄ，ΔＶｑを演算していることにある。

またベクトル制御演算部１０ａでは、電流指令値Ｉｄ^*，Ｉｑ^*と周波数指令値ω₁ ^*およびモータ定数の設定値を用いて、数（２４）に示す電圧指令の基準値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*を演算し、

数（２５）で示すように、インバータの電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^**を演算している点にある。

次に、本発明のもたらす作用効果について説明をする。

最初に、ΔＶｒ^*＝０で、位相誤差値Δθが発生する場合、電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^**は、数（２６）となる。

また、モータの印加電圧Ｖｄ，Ｖｑを、位相誤差値Δθ，モータ定数を用いて表す（数８を再記）と、

ここで、数（２６）右辺＝数（２７）右辺の関係と、Ｌｑ^*＝Ｌｑ，Ｌｄ^*＝Ｌｄ,Ｋｅ^*＝Ｋｅ、およびＩｄ^*を「ゼロ」、Ｉｑ^*を「所定値」に設定して電流制御を行うと、ｑ軸電流制御演算部９ａの出力値ΔＶｑは、数（２８）で示すことができる。

ここで、抵抗の設定誤差の情報を含む電圧値ΔＶｒ(＝(Ｒ−Ｒ^*)×Ｉｑｃ) の項について整理すると、

数(２９)より、ｑ軸電流制御の出力値ΔＶｑと周波数指令値ω₁ ^*と推定位相誤差値Δθｃおよびモータ定数の設定値を用いて、数（３０）の演算を行うことにより、電圧値ΔＶｒを同定することができる。

次に、この電圧値ΔＶｒ＾を用いた「抵抗値の設定誤差補正法」について説明する。

数（３０）で演算した電圧値ΔＶｒ＾に、比例ゲインＫｖを乗じた信号をΔＶｒ^* とすると、

ここで、数（３１）をｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**に加算し、

推定位相誤差値Δθｃの演算に用いると、前実施例１と同様に、抵抗の設定誤差を含む電圧値ΔＶｒ相当を抵抗同定演算部１１ａの出力値ΔＶｒ^*より供給することができる。

電流指令値と電流検出値の偏差でベクトル制御演算の出力を補正する永久磁石同機モータのベクトル制御装置にも適用することができる。

ここで、図７用いて、本発明の特徴である抵抗同定演算部１１ａについての説明を行う。

基本的に、抵抗同定演算部１１ａでは、数（３０）の演算を行うものとしており、ｑ軸電流制御の出力値ΔＶｑである第１の信号と、定数「１」から推定位相誤差値Δθｃの余弦(cos) 信号cosΔθｃを減算した値と周波数指令値ω₁ ^* および誘起電圧係数の設定値
１１ａ１の３つを乗じて得られた第２の信号と、推定位相誤差値の正弦(sin)信号
sinΔθｃと余弦(cos) 信号cosΔθｃと周波数指令値ω₁ ^*とｑ軸の電流検出値Ｉｑｃおよびモータのｄ軸インダクタンス値とｑ軸インダクタンス値の差分値である１１ａ２の５つを乗算して得られた第３の信号とを加算する。

この加算値に、比例ゲイン１１ａ４を乗じた結果が、電流制御遅れ時間相当の一次遅れフィルタ１１ａ５に入力され、この出力値が、抵抗の設定誤差を補償する電圧値ΔＶｒ^*となる。

本実施例では、同定した電圧値ΔＶｒ＾に比例ゲインＫｖを乗じた信号をΔＶｒ^* としているが、電圧値ΔＶｒ＾を積分演算した信号をΔＶｒ^* としても、同様の効果が得られることは明らかである。

また、本実施例では、電圧値ΔＶｒ^* を抵抗の設定誤差を補正する電圧値として用いているが、ΔＶｒ^*をＩｑｃあるいはＩｑ^* で除算し、抵抗の設定誤差値（Ｒ−Ｒ^*）を直接求め、位相誤差演算部４，ベクトル制御演算部１０ａの設定値に直接加算しても同様の効果が得られることは明らかである。

（第３の実施例）
図８は、本発明の他の実施例を示す。

本実施例は、上位から与えられる電流指令値と電流検出値の偏差で、直接、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^**を制御する永久磁石同機モータのベクトル制御装置である。

図８において、１〜７，１２，２１は、図１のものと同一物である。８ｂはｄ軸電流指令値Ｉｄ^* とｄ軸電流検出値Ｉｄｃが一致するようにｄ軸電圧指令値Ｖｄ^**を制御するｄ軸電流制御演算部、９ｂはｑ軸電流指令値Ｉｑ^* とｑ軸電流検出値Ｉｑｃが一致するようにｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**を制御するｑ軸電流制御演算部、１１ｂはｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**とｑ軸電流検出値Ｉｑｃと周波数指令値ω₁ ^*と推定位相誤差値Δθｃおよびモータ定数の設定値を用いて、抵抗の設定誤差を含む電圧値ΔＶｒ相当のΔＶｒ^*を出力する抵抗同定演算部である。

先の実施例で示した図１との相違は、ｄ軸およびｑ軸の電流制御演算部８ｂ，９ｂでは、上位から与えられる第１の電流指令値Ｉｄ^*，Ｉｑ^*に電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃが一致するように、電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^**を演算している点にある。

次に、本発明のもたらす作用効果について説明をする。

最初にモータの印加電圧Ｖｄ，Ｖｑを、位相誤差値Δθ，モータ定数を用いて表す（数８を再記）と、

ここで、電圧指令値Ｖｄ^**，Ｖｑ^**と数（３３）右辺が一致する関係と、Ｌｑ^*＝Ｌｑ，Ｌｄ^*＝Ｌｄ，Ｋｅ^*＝Ｋｅ、およびＩｄ^*を「ゼロ」、Ｉｑ^*を「所定値」に設定して電流制御を行うと、ｑ軸電流制御演算部９ｂの出力値Ｖｑ^**は、数（３４）で示すことができる。

ここで、モータ抵抗値の情報を含む電圧値ΔＶｒ（＝Ｒ×Ｉｑｃ）の項について整理すると、

数(３５)より、ｑ軸電流制御の出力値Ｖｑ^**と周波数指令値ω₁ ^*と推定位相誤差値Δθｃおよびモータ定数の設定値を用いて、数（３６）の演算を行うことにより、電圧値ΔＶｒを同定することができる。

次に、この電圧値ΔＶｒ＾を用いた「抵抗値の補正法」について説明する。

数（３６）で演算した電圧値ΔＶｒ＾に比例ゲインＫｖを乗じた信号と、位相誤差演算部４に設定している抵抗設定値Ｒ^* とｑ軸電流検出値Ｉｑｃの乗算値である電圧値とを加算した信号をΔＶｒ^*とすると、

新しいｑ軸の電圧指令値Ｖｑ^***は、

また、Ｖｑ^***を推定位相誤差値Δθｃの演算に用いると、抵抗値を含む電圧値ΔＶｒ相当を抵抗同定演算部１１ｂの出力値ΔＶｒ^*より供給することができる。

電流指令値と電流検出値の偏差でベクトル制御演算を出力する永久磁石同機モータのベクトル制御装置にも適用することができる。

ここで、図９用いて、本発明の特徴である「抵抗同定演算部１１ｂ」についての説明を行う。抵抗同定演算部１１ｂでは、ｑ軸電流制御の出力値Ｖｑ^**である第１の信号と、推定位相誤差値Δθｃの余弦(cos)信号と周波数指令値ω₁ ^*と誘起電圧係数の設定値１１ｂ1の３つを乗算して得られた第２の信号と、推定位相誤差値Δθｃの正弦(sin) 信号
sinΔθｃと余弦(cos) 信号cosΔθｃと周波数指令値ω₁ ^*とｑ軸電流検出値Ｉｑｃおよびモータのｄ軸インダクタンス値とｑ軸インダクタンス値の差分値１１ｂ２の５つを乗算して得られた第３の信号を加算する。この加算値に、比例ゲイン１１ｂ４を乗じた結果が電流制御遅れ時間相当の一次遅れフィルタ１１ｂ５に入力され、さらにその出力値から、ｑ軸電流検出値Ｉｑｃと抵抗の設定値１１ｂ３との乗算値が減算され、抵抗の設定誤差を補償する電圧値ΔＶｒ^*となる。

本実施例では、同定した電圧値ΔＶｒ＾に比例ゲインＫｖを乗じた信号をΔＶｒ^* としているが、電圧値ΔＶｒ＾を積分演算した信号をΔＶｒ^* としても、同様の効果が得られることは明らかである。

また、本実施例では、電圧値ΔＶｒ^*を抵抗の設定誤差（Ｒ−Ｒ^*）を含む電圧値として用いているが、電圧値ΔＶｒ^*をＩｑｃあるいはＩｑ^*で除算して、設定誤差値(Ｒ−Ｒ^*)を直接求め、位相誤差演算部４の設定値Ｒ^*に直接加算しても同様の効果が得られる。

（第４の実施例）
上記の第１〜第３の実施例では、
高価な電流検出器３で検出した３相の交流電流Ｉｕ〜Ｉｗを検出する方式であったが、安価な電流検出を行う制御装置においても適用することができる。

図１０に、この実施例を示す。

図１０において、構成要素の１，２，４〜１２，２１は、図１のものと同一物である。

１３はインバータ２の入力母線に流れる直流電流Ｉ_DCから、モータ１に流れる３相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを再現する電流再現部である。

この推定電流値Ｉｕ＾，Ｉｖ＾，Ｉｗ＾を用い、座標変換部７において、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃを演算する。

このような電流センサレス制御方式でも、Ｉｄ^*とＩｄｃ，Ｉｑ^*とＩｑｃが各々一致することから、図１の実施例と同様に動作し、同様の効果が得られることは明らかである。

また、本実施例では、図１の実施例を用いているが、図６，図８の実施例に用いても同様の効果が得られる。

（第５の実施例）
図１１を用いて本発明をモジュールに適用した例について説明する。本実施例は、第１の実施例の実施形態を示すものである。ここで、位相誤差演算部４，周波数演算部５，位相演算部６，座標変換部７，ｄ軸電流指令演算部８，ｑ軸電流指令演算部９，ベクトル制御演算部１０，抵抗同定演算部１１，座標変換部１２は１チップマイコンを用いて構成している。また、前記１チップマイコンと電力変換器（インバータ２）は、同一基板上で構成される１モジュール内に納められている形態となっている。ここでいうモジュールとは「規格化された構成単位」という意味であり、分離可能なハードウェア／ソフトウェアの部品から構成されているものである。尚、製造上、同一基板上で構成されていることが好ましいが、同一基板に限定はされない。これより、同一筐体に内蔵された複数の回路基板上に構成されても良い。他の実施例においても同様の形態構成をとることができる。

以上のように、本発明によれば、位置センサレス制御の低回転速域において、モータの抵抗定数変化に対してロバストな制御特性を実現することができる。また、安価な電流検出を行うシステムにおいても、共通に適用可能な「永久磁石同期モータのベクトル制御装置」を提供できる。

また、実運転中においても、モータの抵抗値相当を同定し、かつ制御系に設定している抵抗定数を自動的に補正することにより、高精度なベクトル制御を実現することができる。

本発明の一実施例を示す永久磁石同期モータのベクトル制御装置の構成図の一例。 抵抗同定演算部１１がない場合のインパクト負荷特性図（Ｒ＝Ｒ^*）の一例。 抵抗同定演算部１１がない場合のインパクト負荷特性図（Ｒ＝１.３Ｒ^*）の一例。 図１の制御装置における抵抗同定演算部１１の一例。 抵抗同定演算部１１を入れた場合のインパクト負荷特性図（Ｒ＝１.３Ｒ^*）の一例。 本発明の他の実施例を示す永久磁石同期モータのベクトル制御装置の構成図。 図６の制御装置における抵抗同定演算部１１ａの一例。 本発明の他の実施例を示す永久磁石同期モータのベクトル制御装置の構成図。 図８の制御装置における抵抗同定演算部１１ｂの一例。 本発明の他の実施例を示す永久磁石同期モータのベクトル制御装置の一例。 本発明をモジュールに適用した実施例の図。

符号の説明

１…永久磁石同期モータ、２…インバータ、３…電流検出器、４…位相誤差演算部、５…周波数演算部、６…位相演算部、７…座標変換部、８…ｄ軸電流指令演算部、９…ｑ軸電流指令演算部、８ａ，８ｂ…ｄ軸電流制御演算部、９ａ，９ｂ…ｑ軸電流制御演算部、１０，１０ａ，１０ｂ…ベクトル制御演算部、１１，１１ａ，１１ｂ…抵抗同定演算部、
１２…座標変換部、１３…電流再現部、Ｉｄ^*…第１のｄ軸電流指令値、Ｉｄ^**…第２のｄ軸電流指令値、Ｉｑ^* …第１のｑ軸電流指令値、Ｉｑ^** …第２のｑ軸電流指令値、
ΔＶｄ…ｄ軸電流制御の出力値、ΔＶｑ…ｑ軸電流制御値の出力値、Ｖｄ^**…ｄ軸の電圧指令値、θｃ^*…回転位相指令値、ω₁ ^*…周波数指令値、Δθ…位相誤差値、Δθｃ…推定位相誤差値。

Claims (15)

1. 永久磁石同期モータを制御するインバータの周波数指令値を積分して求めた回転位相指令値と永久磁石モータの回転位相値との偏差である位相誤差値を求め、前記推定位相誤差値がゼロとなるように前記周波数指令値を演算する永久磁石同期電動機のベクトル制御装置において、
   回転座標系のｄ軸（磁束軸相当）およびｑ軸（トルク軸相当）の電流値指令値あるいは電流検出値、モータの電流検出値が上位から与えられるｄ軸およびｑ軸の電流指令値に追従するように演算された電流制御の出力値，周波数指令値，推定位相誤差値およびモータ定数を用いて、モータの抵抗値を同定するように制御することを特徴とした永久磁石同期モータの制御装置。
2. 永久磁石同期モータを制御するインバータの周波数指令値を積分して求めた回転位相指令値と永久磁石モータの回転位相値との偏差である位相誤差値を求め、前記推定位相誤差値がゼロとなるように前記周波数指令値を演算する永久磁石同期電動機のベクトル制御装置において、
   回転座標系のｄ軸（磁束軸相当）およびｑ軸（トルク軸相当）の電流値指令値あるいは電流検出値，モータの電流検出値が上位から与えられる第１のｄ軸およびｑ軸の電流指令値に追従するように制御された第２の電流指令値，周波数指令値，推定位相誤差値およびモータ定数を用いて、モータの抵抗値相当を同定するように制御することを特徴とした永久磁石同期モータの制御装置。
3. 請求項１において、
   前記モータの抵抗値の同定演算は、
   ｑ軸の電流制御の出力値である第１の信号と、
   推定位相誤差値の余弦(cos) 信号，周波数指令値およびモータの誘起電圧係数を乗算して得られた第２の信号と、
   推定位相誤差値の正弦(sin) 信号，推定位相誤差値の余弦(cos) 信号，周波数指令値，ｑ軸の電流検出値およびモータのｄ軸インダクタンス値とｑ軸インダクタンス値の差分値を乗算して得られた第３の信号とを加算することより行うことを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
4. 請求項１において、
   前記モータの抵抗値の同定演算は、
   ｑ軸の電流制御の出力値である第１の信号と、
   定数１から推定位相誤差値の余弦(cos) 信号を減算した値，周波数指令値およびモータの誘起電圧係数の３つを乗算して得られた第２の信号と、推定位相誤差値の正弦(sin) 信号，推定位相誤差値の余弦(cos) 信号，周波数指令値，ｑ軸の電流検出値およびモータのｄ軸インダクタンス値とｑ軸インダクタンス値の差分値の５つを乗算して得られた第３の信号とを加算することより行うことを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
5. 請求項２において、
   前記モータの抵抗値の同定演算は、
   推定位相誤差値を用いて、正弦(sin) 信号と余弦(cos) 信号を作成し、ｑ軸の電流指令演算の出力である第２のｑ軸電流指令値と電流検出値との偏差に設定する抵抗値を乗算して得られた第１の信号と、
   定数１から推定位相誤差値の余弦(cos) 信号を減算した値，周波数指令値およびモータの誘起電圧係数を乗算して得られた第２の信号と、
   推定位相誤差値の正弦(sin) 信号，周波数指令値の二乗値およびモータの定数演算値を乗算して得られた第３の信号とを加算することより行うことを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
6. 請求項５において、
   前記モータの抵抗値の同定演算は、
   モータの誘起電圧係数とｑ軸インダクタンス値との乗算値を、設定する抵抗値で除算した値であることを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
7. 請求項１において、
   前記モータの抵抗値とは、
   前記モータの抵抗値を含む電圧値あるいは設定する抵抗値とモータの抵抗値との誤差情報を含む電圧値であることを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
8. 請求項２において、
   前記モータの抵抗値とは、
   モータの抵抗値を含む電圧値あるいは設定する抵抗値とモータの抵抗値との誤差情報を含む電圧値であることを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
9. 請求項１において、
   前記モータの抵抗値とは、
   前記モータの抵抗値を含む電圧値あるいは設定する抵抗値とモータの抵抗値との誤差情報を含む電圧値であることを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
10. 請求項３において、
    同定演算により得られた前記モータの抵抗値を、比例あるいは積分演算し、一次遅れ処理を施した出力値を用いて、ｑ軸の電流指令値あるいはｑ軸の電流検出値で除算することにより、モータの抵抗値あるいは抵抗の設定誤差値を演算により求め、ｑ軸の電圧指令値あるいは位相誤差値の少なくとも一方の演算における抵抗の設定値を補正することを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
11. 請求項４において、
    同定演算により得られた前記モータの抵抗値を、比例あるいは積分演算し、一次遅れ処理を施した出力値を用いて、ｑ軸の電流指令値あるいはｑ軸の電流検出値で除算することにより、モータの抵抗値あるいは抵抗の設定誤差値を演算により求め、ｑ軸の電圧指令値あるいは位相誤差値の少なくとも一方の演算における抵抗の設定値を補正することを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
12. 請求項５において、
    同定演算により得られた前記モータの抵抗値を、比例あるいは積分演算し、一次遅れ処理を施した出力値を用いて、ｑ軸の電流指令値あるいはｑ軸の電流検出値で除算することにより、モータの抵抗値あるいは抵抗の設定誤差値を演算により求め、ｑ軸の電圧指令値あるいは位相誤差値の少なくとも一方の演算における抵抗の設定値を補正することを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
13. 請求項１において、
    前記電流検出値は、前記インバータの入力直流母線電流検出値からモータ電流を再現した電流であることを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
14. 請求項２において、
    前記電流検出値は、前記インバータの入力直流母線電流検出値からモータ電流を再現した電流であることを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
15. 永久磁石同期モータを制御するインバータの周波数指令値を積分して求めた回転位相指令値と永久磁石モータの回転位相値との偏差である位相誤差値を求め、前記推定位相誤差値がゼロとなるように前記周波数指令値を演算する制御装置と電力変換器を有するモジュールにおいて、
    回転座標系のｄ軸（磁束軸相当）およびｑ軸（トルク軸相当）の電流値指令値あるいは電流検出値，モータの電流検出値が上位から与えられる第１のｄ軸およびｑ軸の電流指令値に追従するように制御された第２の電流指令値，周波数指令値，推定位相誤差値およびモータ定数を用いて、モータの抵抗値相当を同定するように制御することを特徴としたモジュール。
    

Images