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JP5272482B2 - Rotor phase estimator for synchronous motor - Google Patents
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JP5272482B2 - Rotor phase estimator for synchronous motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotor phase estimating device, which is used for a drive controller for a synchronous motor having a permanent magnet as a rotor and is provided with a rotor phase estimating means which is based on the same dimension state observer with a simpler structure and guarantees a stable phase estimation and specifies an eigenvalue-convergence speed of observer. <P>SOLUTION: The phase estimating device is composed of the same dimension state observer using corresponding values of drive voltage and drive current as input signals and using a stator interlinkage magnetic flux and a rotor flux as state variables. The observer gain used for the same dimension state observer is specified in such a way that eigenvalue-convergence speed of observer can be specified and stable convergence is guaranteed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

本発明は、回転子に永久磁石を有する同期電動機のためのセンサレス駆動制御装置に使用される回転子位相推定装置に関する。特に、回転子位相を電動機駆動用の電圧・電流を用いて推定する回転子位相装置に関する。なお、本発明の説明では、位相は位置と同義で使用する。  The present invention relates to a rotor phase estimation device used in a sensorless drive control device for a synchronous motor having a permanent magnet in a rotor. In particular, the present invention relates to a rotor phase device that estimates a rotor phase using a voltage / current for driving an electric motor. In the description of the present invention, phase is used synonymously with position.

本発明に関連する代表的な先行発明としては、以下のものがある。
楊耕・富岡真知子・中野求・金東海:「適応オブザーバによるブラシレスDCモータの位置センサレス制御」、電気学会論文誌D、113、5、pp.579−586(1993−5) 新中新二・佐野公亮:「積分フィードバック形速度推定法併用の固定座標4次同一次元状態オブザーバによるPMSMの新センサレスベクトル制御法」電気学会論文誌D、125、8、pp.830−831(2005−8) 金原義彦・貝谷敏之:「同期電動機の制御装置」、国際公開番号WO2002/091558、特願2002−565151(2001−4−24) 金原義彦:「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」、電気学会論文誌D、123、5、pp.600−609(2003−5) 新中新二・井大輔:「4次同一次元状態オブザーバを利用した同期電動機センサレスベクトル制御への一般化積分形PLL法の適用可能性」、電気学会論文誌D、124、11、pp.1164−1165(2004−11) 山本康弘:「同期電動機の制御装置」、特許第4032845号(2002−6−26) 小郷寛・美多勉:「システム制御理論入門」、pp.173−178、実教出版(1979−12)
The following are typical prior inventions related to the present invention.
Koko, Machiko Tomioka, Kou Nakano, and Kim Tokai: “Position sensorless control of brushless DC motor by adaptive observer”, IEEJ Transactions D, 113, 5, pp. 579-586 (1993-5) Shinji Shinnaka and Kosuke Sano: “A new sensorless vector control method of PMSM using a fixed coordinate fourth-order same-dimensional state observer combined with integral feedback type velocity estimation method”, IEEJ Transactions D, 125, 8, pp. 11-27. 830-831 (2005-8) Yoshihiko Kanehara and Toshiyuki Kaiya: “Control Device for Synchronous Motor”, International Publication Number WO2002 / 091558, Japanese Patent Application No. 2002-565151 (2001-4-24) Yoshihiko Kanehara: “Position sensorless control of PM motor using adaptive observer on rotating coordinates”, IEEJ Transactions D, 123, 5, pp. 600-609 (2003-5) Shinnaka Shinji and Daisuke I: “Applicability of Generalized Integral PLL Method to Sensorless Vector Control of Synchronous Motors Using Fourth Order Dimensional State Observer”, IEEJ Transactions D, 124, 11, pp. 11-27. 1164-1165 (2004-11) Yasuhiro Yamamoto: “Synchronous motor control device”, Japanese Patent No. 4032845 (2002-6-26) Hiroshi Kogo and Tsutomu Mita: “Introduction to System Control Theory”, pp. 173-178, Jikkyo Publishing (1979-12)

γδ一般座標系は、αβ固定座標系、dq同期座標系を特別の場合として包含する一般性に富む座標系である(図1参照)。本発明では、γδ一般座標系の中で、特にdq同期座標系への位相差の無い同期を目指した座標系を、γδ準同期座標系と呼称する。  The γδ general coordinate system is a general coordinate system including the αβ fixed coordinate system and the dq synchronous coordinate system as special cases (see FIG. 1). In the present invention, among the γδ general coordinate system, a coordinate system aiming at synchronization without phase difference to the dq synchronous coordinate system is referred to as a γδ quasi-synchronous coordinate system.

回転子に永久磁石を有する同期電動機(以下、同期電動機と略記)のセンサレスベクトル制御のための、駆動用の電圧・電流を利用した回転子位相推定法として、同一次元状態オブザーバ(以下、適宜、状態オブザーバ、またはオブザーバと略記)を用いて回転子磁束を推定し、回転子磁束推定値からこれに含まれる回転子位相情報を抽出する方法が上記文献(1)〜(5)に提案されている。  As a rotor phase estimation method using voltage and current for driving for sensorless vector control of a synchronous motor having a permanent magnet in a rotor (hereinafter abbreviated as a synchronous motor), a one-dimensional state observer (hereinafter referred to as appropriate) A method of estimating a rotor magnetic flux using a state observer (or abbreviated as an observer) and extracting rotor phase information included in the rotor magnetic flux estimated value is proposed in the documents (1) to (5). Yes.

αβ固定座標系上の同一次元状態オブザーバとしては、文献(1)、(2)に示されているように、非突極同期電動機のみを対象とした楊等のもの、非突極・突極を問わず広く同期電動機を対象とした新中等によるものがある。楊の同一次元状態オブザーバは、固定子電流と回転子磁束とを状態変数とするものである。これに対して、新中の同一次元状態オブザーバは、固定子反作用磁束と回転子磁束を状態変数とするものである。当業者には周知のように、非突極同期電動機の場合には、固定子電流と固定子反作用磁束とは比例関係にあり、状態オブザーバ構造の観点からは、新中の状態オブザーバは楊の状態オブザーバを包含するものとなっている。  As the same-dimensional state observer on the αβ fixed coordinate system, as shown in the literatures (1) and (2), the object such as a saddle intended only for the non-salient synchronous motor, non-salient / saliency Regardless of whether there is a new medium or the like for synchronous motors. The same-dimensional state observer of 楊 uses a stator current and a rotor magnetic flux as state variables. On the other hand, the new one-dimensional state observer uses the stator reaction magnetic flux and the rotor magnetic flux as state variables. As is well known to those skilled in the art, in the case of a non-salient-pole synchronous motor, the stator current and the stator reaction magnetic flux are in a proportional relationship. From the viewpoint of the state observer structure, the new state observer is It includes a state observer.

回転子N極への同期を目指したγδ準同期座標系上の同一次元状態オブザーバとしては、文献(3)〜(5)に示されているように、金原等、新中等によるものがある。金原、新中の状態オブザーバは、共に、非突極・突極如何にかかわらず適用可能であり、また、固定子反作用磁束と回転子磁束とを状態変数としている。以上のように、先行発明の同一次元状態オブザーバは、固定子反作用磁束(または、これとオブザーバ構造的に等価な固定子電流)と回転子磁束とを状態変数に選定するものである。当業者には周知のように、非突極同期電動機の場合には、固定子電流と固定子反作用磁束とは比例関係にあり、固定子電流と回転子磁束を状態変数とする状態オブザーバと、固定子反作用磁束と回転子磁束を状態変数とする状態オブザーバは、オブザーバ構造論の視点からは、実質等価である。  As the same-dimensional state observer on the γδ quasi-synchronous coordinate system aiming at synchronization with the rotor N pole, there are those by Kanehara, Shinnaka, etc., as shown in documents (3) to (5). Both the Kanbara and Shinnaka state observers can be applied regardless of whether they are non-salient or salient, and stator reaction magnetic flux and rotor magnetic flux are used as state variables. As described above, the same-dimensional state observer of the prior invention selects the stator reaction magnetic flux (or the stator current equivalent to the observer structure) and the rotor magnetic flux as state variables. As is well known to those skilled in the art, in the case of a non-salient pole synchronous motor, the stator current and the stator reaction magnetic flux are in a proportional relationship, and the state observer uses the stator current and the rotor magnetic flux as state variables, A state observer that uses stator reaction magnetic flux and rotor magnetic flux as state variables is substantially equivalent from the viewpoint of observer structure theory.

一般に、状態オブザーバの推定性能は、これに使用される行列形式のオブザーバゲインにより支配的な影響を受ける。楊等は、文献(1)を通じ、非突極同期電動機を対象に、オブザーバゲインの設計法も同時に提案している。楊のゲイン設計法は、固定子反作用磁束(固定子電流に比例)対応のオブザーバゲインG(2x2行列)と回転子磁束対応のオブザーバゲインG(2x2行列)の両行列ゲインを以下のように設計するものである。

Figure 0005272482
ここに、Iは2x2単位行列であり、Jは次式で定義された2x2交代行列である。
Figure 0005272482
Figure 0005272482
(3)式で定義された同相インダクタンス(非突極同期電動機の場合には、固定子インダクタンスと同一)である。
Figure 0005272482
In general, the estimation performance of a state observer is dominated by the matrix-type observer gain used for this. Tsuji et al. Also proposed an observer gain design method for non-salient-pole synchronous motors through Reference (1).ゲ イ ン 's gain design method uses the following matrix gains for the observer gain G i (2 × 2 matrix) corresponding to the stator reaction magnetic flux (proportional to the stator current) and the observer gain G m (2 × 2 matrix) corresponding to the rotor magnetic flux: It is something to design.
Figure 0005272482
Here, I is a 2 × 2 unit matrix, and J is a 2 × 2 alternating matrix defined by the following equation.
Figure 0005272482
Figure 0005272482
In-phase inductance defined by equation (3) (same as stator inductance in the case of a non-salient pole synchronous motor).
Figure 0005272482

(1)式から明白なように、楊のゲイン設計法は、以下の特色をもつ。
(a) 2種の2x2行列オブザーバゲインの対角要素を共に、非ゼロの一定値に保つ。また、このとき、対角要素は固定子抵抗に比例させる。
(b) 一方、2種のオブザーバゲインの逆対角要素を共に、速度向上に応じて増大させる。このとき、逆対角要素は固定子インダクタンスに比例させる。
しかし、残念ながら、楊のオブザーバゲインを用いたオブザーバは、文献(1)、(4)、(6)で指摘されているように、定格速度近傍で不安定化する。
As is clear from the equation (1), the gain design method of the kite has the following features.
(A) Keep the diagonal elements of the two types of 2 × 2 matrix observer gains at a non-zero constant value. At this time, the diagonal element is proportional to the stator resistance.
(B) On the other hand, the opposite diagonal elements of the two types of observer gains are both increased in accordance with the speed improvement. At this time, the inverse diagonal element is proportional to the stator inductance.
However, unfortunately, the observer using the observer observer gain is destabilized in the vicinity of the rated speed as pointed out in documents (1), (4), and (6).

上記不安定化問題を解決すべく、山本等は、非突極同期電動機を対象にした楊の状態オブザーバのための新たなゲイン設計法を文献(6)を通じ、提示している。山本のゲイン設計法の1つは、次式のように与えられる。

Figure 0005272482
ここに、ωmax,ωは、各々、最大駆動電気速度、オブザーバの等価的帯域幅(設計パラメータ)である。In order to solve the above destabilization problem, Yamamoto et al. Have proposed a new gain design method for a saddle state observer for non-salient synchronous motors through document (6). One of Yamamoto's gain design methods is given by the following equation.
Figure 0005272482
Here, ω max and ω h are the maximum drive electric speed and the equivalent bandwidth (design parameter) of the observer, respectively.

また、山本のゲイン設計法の他の1つは、次式のように与えられる。

Figure 0005272482
Another one of Yamamoto's gain design methods is given by the following equation.
Figure 0005272482

山本の2つの設計法の特色は、以下のように整理される。
(a) 固定子反作用磁束(固定子電流に比例)対応ゲインG(2x2行列)の対角要素を常時一定に保つ。一方、回転子磁束対応ゲインG(2x2行列)の全要素を速度向上に応じ減少させる。回転子磁束対応ゲインの速度対応の変化は、楊のゲインとは正反対である。
(b) 回転子磁束対応ゲインGの対角要素gm1の極性は、回転の極性に支配され、正回転の場合には正、負回転の場合は負となる。
(c) 回転子磁束対応ゲインGの逆対角要素gm2は、正回転・負回転の如何を問わず、常に正である。
山本のゲインによる場合には、請求項2の本発明の効果の説明に際して解明するように(段落33、34を参照)、安定した位相推定を達成することはできない。
The features of Yamamoto's two design methods are summarized as follows.
(A) The diagonal elements of the gain G i (2 × 2 matrix) corresponding to the stator reaction magnetic flux (proportional to the stator current) are always kept constant. On the other hand, all elements of the rotor magnetic flux-corresponding gain G m (2 × 2 matrix) are reduced according to the speed improvement. The speed-corresponding change in the rotor magnetic flux-corresponding gain is the opposite of the heel gain.
Polar diagonal element g m1 of (b) the rotor flux corresponding gain G m is dominated by polar rotation, in the case of normal rotation positive, if negative rotation becomes negative.
(C) The inverse diagonal element g m2 of the rotor magnetic flux-corresponding gain G m is always positive regardless of whether the rotation is positive or negative.
In the case of Yamamoto's gain, as will be elucidated when explaining the effect of the present invention of claim 2 (see paragraphs 33 and 34), stable phase estimation cannot be achieved.

上記の楊、山本のゲイン設計法に対して、金原は、文献(3)、(4)を通じ、安定論に立脚したゲイン設計法を示している。金原のゲイン設計法は、文献(7)等で紹介されているカルマンフィルタのゲイン設計法を流用したものであり、以下の特色を有する。
(a) オブザーバゲインG,G(2x2行列)の各要素の決定には、全駆動領域にわたり、ある周波数特性を平均化することを目的としたリカッチ方程式を求解する必要がある。全駆動領域にわたる本求解の演算負荷は膨大である。このため、求解作業は、オブザーバの遂行に先立って、別途完了しておく必要がある。
(b) 上記リカッチ方程式の求解により得られた各要素は、基本的には、非ゼロでかつ速度と共に変化する。換言するならば、オブザーバゲインの各要素は速度と関数関係をもち、このときの関数は基本的に速度に対して非線形な関数となる。このため、求解により得られたゲインの要素は、テーブル(文献(3)では、ゲインテーブルと呼称)に保存する必要がある。
(c) 本オブザーバゲインによる場合には、原理的には、全駆動領域で状態変数推定値の安定収束が保証される。
In contrast to the above-mentioned gain design method of Yamamoto, Kanehara has shown a gain design method based on stability theory through references (3) and (4). Kanehara's gain design method uses the Kalman filter gain design method introduced in Document (7) and the like, and has the following features.
(A) In order to determine each element of the observer gains G i and G m (2 × 2 matrix), it is necessary to solve a Riccati equation for the purpose of averaging a certain frequency characteristic over the entire drive region. The computational load of this solution over the entire drive area is enormous. Therefore, the solution work needs to be completed separately prior to the execution of the observer.
(B) Each element obtained by solving the Riccati equation is basically non-zero and changes with speed. In other words, each element of the observer gain has a functional relationship with the speed, and the function at this time is basically a non-linear function with respect to the speed. For this reason, it is necessary to store the gain element obtained by the solution in a table (referred to as a gain table in Document (3)).
(C) In the case of using this observer gain, in principle, stable convergence of the state variable estimated value is guaranteed in the entire drive region.

金原のゲインは、楊のゲイン、山本のゲインと異なり、状態オブザーバの安定収束を保証できると言う優れたメリットを有している。しかしながら、上記のように、テーブル化を前提とした膨大な事前演算を必要とする。金原のゲインによれば、リカッチ方程式を解く際の1個の設計パラメータを通じ、最も速いモードのオブザーバ固有値(時不変オブザーバの極に対応)は概略指定できるが、最も遅いオブザーバ固有値に関しては、楊のゲイン、山本のゲインと同様に不明という欠点を有している。安定収束の実際的性能である収束速度を支配するのは、最も遅いオブザーバ固有値であり、これに関しては、楊のゲイン、山本のゲインと同様に不明という欠点を有している。  The gain of Kanehara has an excellent merit that it can guarantee stable convergence of the state observer, unlike the gain of Sakai and the gain of Yamamoto. However, as described above, enormous pre-calculations that require table formation are required. According to Kanehara's gain, the fastest observer eigenvalue (corresponding to the pole of the time-invariant observer) can be roughly specified through one design parameter when solving the Riccati equation, but for the slowest observer eigenvalue, Like the gain and Yamamoto's gain, it has the disadvantage of being unknown. The slowest observer eigenvalue dominates the convergence speed, which is the practical performance of stable convergence, and this has the disadvantage that it is unknown as well as the 楊 gain and the Yamamoto gain.

本発明は上記背景の下になされたものであり、その目的は、回転子に永久磁石を有する同期電動機のための駆動制御装置に使用され、より簡単な構造の同一次元状態オブザーバに基づく回転子位相推定手段を有する回転子位相推定装置を提供することにある。また、煩雑なリカッチ方程式の求解とオブザーバゲインのテーブル化を必要とせず、安定な位相推定を保証でき、更にはオブザーバの固有値・収束速度の指定が可能な回転子位相推定手段を有する回転子位相推定装置を提供することにある。  The present invention has been made under the above-mentioned background, and its object is to be used in a drive control device for a synchronous motor having a permanent magnet in a rotor, and a rotor based on a one-dimensional state observer with a simpler structure. An object of the present invention is to provide a rotor phase estimation device having phase estimation means. Rotor phase estimation means that does not require complicated Riccati equation solution and observer gain table, can guarantee stable phase estimation, and can specify the observer eigenvalue and convergence speed. It is to provide an estimation device.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、回転子に永久磁石を有する同期電動機のための駆動制御装置に使用される回転子位相推定装置であって、駆動用電圧の相当値と駆動用電流の相当値を入力信号とし、固定子鎖交磁束と回転子磁束を状態変数とする状態オブザーバを少なくとも構成して回転子位相推定値を生成する手段を少なくとも備えることを特徴とする。  In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a rotor phase estimation device used in a drive control device for a synchronous motor having a permanent magnet in a rotor, wherein an equivalent value of a drive voltage is It comprises at least means for generating a rotor phase estimation value by constituting at least a state observer having a corresponding value of the driving current as an input signal and having stator interlinkage magnetic flux and rotor magnetic flux as state variables.

請求項2の発明は、回転子に永久磁石を有する同期電動機のための駆動制御装置に使用され、かつ、駆動用電圧の相当値と駆動用電流の相当値を入力信号とし、固定子鎖交磁束と回転子磁束、固定子反作用磁束と回転子磁束の2種組合せのいずれか1つの組合せを状態変数とする状態オブザーバを少なくとも構成して回転子位相推定値を生成する手段を少なくとも備える回転子位相推定装置であって、該状態オブザーバに使用する2種の2x2行列オブザーバゲインG、Gに関し、固定子鎖交磁束あるいは固定子反作用磁束に対応した行列オブザーバゲインをGとし、回転子磁束に対応した行列オブザーバゲインをGとするとき、2種の行列オブザーバゲインを、次式に従い設定することを特徴とする。

Figure 0005272482
ただし、δi12,δi21:ゼロを代表値とする任意の微小値、L:d軸インダクタンス、L
Figure 0005272482
The invention of claim 2 is used in a drive control device for a synchronous motor having a permanent magnet in a rotor, and an equivalent value of a drive voltage and an equivalent value of a drive current are input signals, and the stator linkage Rotor comprising at least means for generating a rotor phase estimation value by constituting at least a state observer having any one of two combinations of magnetic flux and rotor magnetic flux, stator reaction magnetic flux and rotor magnetic flux as state variables A phase estimator for two types of 2 × 2 matrix observer gains G i and G m used for the state observer, wherein the matrix observer gain corresponding to the stator linkage magnetic flux or the stator reaction magnetic flux is G i , and the rotor When the matrix observer gain corresponding to the magnetic flux is G m , two types of matrix observer gains are set according to the following equations.
Figure 0005272482
However, δ i12 , δ i21 : Arbitrary minute values with zero as a representative value, L d : d-axis inductance, L q :
Figure 0005272482

請求項3の発明は、請求項2記載の回転子位相推定装置であって、該2種行列オブザーバゲインの全要素を、速度如何にかかわらず一定とすることを特徴とする。  A third aspect of the present invention is the rotor phase estimation device according to the second aspect, wherein all elements of the two-type matrix observer gain are made constant regardless of the speed.

請求項4の発明は、請求項2記載の回転子位相推定装置であって、該状態オブザーバの所期の動作領域において該状態オブザーバの固有値が速度絶対値に概ね比例して変化するように、該2種行列オブザーバゲインの全要素を、各要素に応じた一定比例係数を速度相当値の絶対値に乗じ比例的に定めるようにしたことを特徴とする。  The invention according to claim 4 is the rotor phase estimation device according to claim 2, wherein the eigenvalue of the state observer changes substantially in proportion to the absolute velocity value in an intended operation region of the state observer. All elements of the two-type matrix observer gain are characterized by being proportionally determined by multiplying an absolute value of a speed equivalent value by a constant proportional coefficient corresponding to each element.

なお、上に用いた「相当値」なる用語は、当該信号の真値、真値の良好な近似値、推定値、あるいは真値と良好な相関を有する信号などを意味する。  The term “equivalent value” used above means a true value of the signal, a good approximate value of the true value, an estimated value, or a signal having a good correlation with the true value.

以下、図面と数式を用いて、本発明の効果を明快に説明する。図1のように、任意の速度ωγで回転するγδ一般座標系を考える。また、同期電動機の回転子N極が主軸のγ軸に対し、ある瞬時に位相θγをなしているものとする。γδ一般座標系上における同期電動機の数学モデル(回路方程式)は、次の(7)〜(14)式により記述される。

Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
(7)〜(14)式において、2x1ベクトルν、i、φは、それぞれ固定子の電圧、電流、鎖交磁束を意味している。2x1ベクトルφ、φは固定子鎖交磁束φを構成する成分を示しており、φは固定子電流iに起因した固定子反作用磁束であり、またφは回転子永久磁石に起因した回転子磁束である。なお、本発明では、固定子鎖交磁束と固定子磁束とは同義で使用する。また記号sは、微分演算子またはラプラス演算子として使用する。Hereinafter, the effects of the present invention will be described clearly with reference to the drawings and mathematical expressions. Consider a γδ general coordinate system rotating at an arbitrary speed ω γ as shown in FIG. Further, it is assumed that the rotor N pole of the synchronous motor has a phase θ γ instantaneously with respect to the main axis γ-axis. A mathematical model (circuit equation) of the synchronous motor on the γδ general coordinate system is described by the following equations (7) to (14).
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
In the equations (7) to (14), 2 × 1 vectors ν 1 , i 1 , and φ 1 mean stator voltage, current, and flux linkage. 2 × 1 vectors φ i and φ m indicate components constituting the stator linkage magnetic flux φ 1 , φ i is a stator reaction magnetic flux caused by the stator current i 1 , and φ m is a rotor permanent magnet. The rotor magnetic flux resulting from In the present invention, the stator interlinkage magnetic flux and the stator magnetic flux are used synonymously. The symbol s is used as a differential operator or a Laplace operator.

(7)〜(14)式に示した回路方程式は、状態空間表現に改めることができる。先行発明では、状態空間のための状態変数として、固定子電流と回転子磁束、または固定子反作用磁束と回転子磁束が選定されてきた。非突極の場合には、固定子電流と固定子反作用磁束は比例関係にあり、先行発明は、一般に、固定子反作用磁束と回転子磁束を状態変数に選定したものと言うことができる。先行発明実績からは、同期電動機のための同一次元状態オブザーバの状態変数選択は、固定子反作用磁束と回転子磁束の組合せのみしか無いような認識を与えがちである。しかし、本認識は正しくない。固定子磁束と回転子磁束を状態変数とする状態空間表現が可能であり、ひいては、これら状態を推定するための同一次元状態オブザーバが存在する。以下に、本発明に基づき、これを示す。  The circuit equations shown in the equations (7) to (14) can be amended into a state space expression. In prior inventions, stator current and rotor flux or stator reaction flux and rotor flux have been selected as state variables for the state space. In the case of a non-salient pole, the stator current and the stator reaction magnetic flux are in a proportional relationship, and it can be said that the prior invention generally selects the stator reaction magnetic flux and the rotor magnetic flux as state variables. From prior invention results, the selection of state variables for the same-dimensional state observer for synchronous motors tends to give recognition that there is only a combination of stator reaction flux and rotor flux. However, this recognition is not correct. State space expression using the stator magnetic flux and the rotor magnetic flux as state variables is possible. As a result, there exists a one-dimensional state observer for estimating these states. This is shown below based on the present invention.

固定子磁束と回転子磁束を状態変数とする同一次元状態オブザーバは、以下のように、2x2行列のD因子D(・,・)を用い新規構築することができる。

Figure 0005272482
(15)式における記号∧は、関連信号の推定値を意味する。固定子電流と同推定値の偏
Figure 0005272482
ーバゲインは、状態オブザーバによる状態変数(すなわち、固定子磁束、回転子磁束)の推定性能を支配する重要な設計事項である。A one-dimensional state observer using the stator magnetic flux and the rotor magnetic flux as state variables can be newly constructed using a D-factor D (•, •) of a 2 × 2 matrix as follows.
Figure 0005272482
The symbol ∧ in equation (15) means an estimated value of the related signal. The bias of the same estimated value as the stator current
Figure 0005272482
The observer gain is an important design item that governs the estimation performance of the state variables (that is, the stator magnetic flux and the rotor magnetic flux) by the state observer.

(15)式の同一次元状態オブザーバ(以下、簡単に、A形状態オブザーバと呼称)は、αβ固定座標系、γδ準同期座標系を特別の場合として含むγδ一般座標系上で構成されている点には、注意されたい。本状態オブザーバは、図2のように図示することができる。図2の構造は、下記文献(8)、(9)に示された同期電動機の最も簡潔なA形ベクトルブロック線図(A形動的シミュレータ)に対応するものであり、同期電動機の同一次元状態オブザーバとしては、最も簡明なものである。以上の説明より既に明白なように、請求項1の発明によれば、最も簡単な構造の同一次元状態オブザーバが構成され、ひいてはこれに基づく簡単構造の回転子位相推定手段を有する回転子位相推定装置を構成できると言う効果が得られる。
新中新二:「ベクトル信号を用いた交流回転機のブロック線図」、電気学会論文誌D、118、6、pp.715−723(1998−6) 新中新二:「固定子鉄損を有する交流モータの一般座標ベクトル信号によるブロック線図」、電気学会論文誌D、120、12、pp.1492−1500(2000−12)
The same-dimensional state observer (hereinafter referred to simply as A-type state observer) of equation (15) is configured on a γδ general coordinate system including an αβ fixed coordinate system and a γδ quasi-synchronous coordinate system as special cases. Please be careful about points. This state observer can be illustrated as shown in FIG. The structure of FIG. 2 corresponds to the simplest A-type vector block diagram (A-type dynamic simulator) of the synchronous motor shown in the following documents (8) and (9), and is the same dimension of the synchronous motor. It is the simplest state observer. As is apparent from the above description, according to the first aspect of the present invention, the same-dimensional state observer having the simplest structure is constructed, and as a result, the rotor phase estimation having the simple-structure rotor phase estimating means based thereon. The effect that the apparatus can be configured is obtained.
Shinji Shinnaka: “Block diagram of AC rotating machine using vector signal”, IEEJ Transactions D, 118, 6, pp. 715-723 (1998-6) Shinji Shinnaka: “Block diagram of general-purpose vector signal of AC motor with stator iron loss”, IEEJ Transactions D, 120, 12, pp. 1492-1500 (2000-12)

続いて、請求項2の発明の効果を説明する。(7)〜(14)式に示した回路方程式は、固定子反作用磁束と回転子磁束を状態変数に選定した状態空間表現に改めることができる。ひいては、本状態空間表現に対応した同一次元状態オブザーバを構成することができる。γδ一般座標系上の本オブザーバは、D因子を用い以下のように構築することができる。

Figure 0005272482
Figure 0005272482
(16)式の状態オブザーバは、図3のように図示することができる。図3の構造は、文献(8)、(9)に示された同期電動機のB形ベクトルブロック線図(B形動的シミュレータ)に対応するものである。以降では、本状態オブザーバを、簡単に、B形状態オブザーバと呼称する。Next, the effect of the invention of claim 2 will be described. The circuit equations shown in the equations (7) to (14) can be revised to a state space expression in which the stator reaction magnetic flux and the rotor magnetic flux are selected as the state variables. As a result, the same-dimensional state observer corresponding to this state space expression can be comprised. This observer on the γδ general coordinate system can be constructed as follows using the D factor.
Figure 0005272482
Figure 0005272482
The state observer of equation (16) can be illustrated as shown in FIG. The structure of FIG. 3 corresponds to the B-type vector block diagram (B-type dynamic simulator) of the synchronous motor shown in documents (8) and (9). Hereinafter, this state observer is simply referred to as a B-type state observer.

(15)式のA形状態オブザーバあるいは(16)式のB形状態オブザーバにより状態変数を推定した場合、状態変数推定値が同真値に収斂するか否かは、2種の2x2オブザーバゲインG,Gに支配的影響を受ける。(15)式あるいは(16)式の同一次元状態オブザーバが、同一の同期電動機のA形、B形ベクトルブロック線図(あるいはA形、B形動的シミュレータ)に各々対応していることから理解されるように、同一のオブザーバゲインが、(15)式、(16)式のいずれの同一次元状態オブザーバにも使用される。また、これらオブザーバがαβ固定座標系、dq同期座標系を含むγδ一般座標系の上で構成されていることから理解されるように、これらオブザーバゲインは、αβ固定座標系上、dq同期座標系上のいずれでも設計可能である。When the state variable is estimated by the A-type state observer of the equation (15) or the B-type state observer of the equation (16), whether or not the state variable estimated value converges to the same true value is determined by two types of 2 × 2 observer gains G. i and G m are dominantly affected. It can be understood from the fact that the same-dimensional state observer of the equation (15) or (16) corresponds to the A type and B type vector block diagrams (or A type and B type dynamic simulators) of the same synchronous motor. As described above, the same observer gain is used for both the same-dimensional state observers of the expressions (15) and (16). Further, as understood from the fact that these observers are configured on the γδ general coordinate system including the αβ fixed coordinate system and the dq synchronous coordinate system, these observer gains are represented on the αβ fixed coordinate system on the dq synchronous coordinate system. Any of the above can be designed.

以上の認識の上で、(16)式のB形状態オブザーバに関して、推定すべき状態変数以外のすべて信号に関してはその真値が既知であるとして、安定収束を保証するオブザーバゲインの設計法を本発明に基づき説明する。まず、状態変数推定誤差を次のように定義する。

Figure 0005272482
(16)式のB形状態オブザーバに用いる2種の2x2オブザーバゲインG,Gを(6a)式の形とし、このとき、ゼロを代表値とする任意の微小値δi12,δi12に関しては、代表値
Figure 0005272482
として)評価すると、この誤差方程式は次式のように整理される。
Figure 0005272482
(18)式の誤差方程式の特性を支配する4x4行列Aの固有値λは、次の4次方程式の根として与えられる。
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Based on the above recognition, regarding the B-type state observer of Equation (16), it is assumed that the true value is known for all signals other than the state variable to be estimated, and this is the method for designing the observer gain that guarantees stable convergence. This will be described based on the invention. First, the state variable estimation error is defined as follows.
Figure 0005272482
Two types of 2 × 2 observer gains G i and G m used for the B-type state observer of the equation (16) are in the form of the equation (6a), and at this time, regarding arbitrary minute values δ i12 and δ i12 having zero as a representative value Is the representative value
Figure 0005272482
As a result, this error equation is organized as follows:
Figure 0005272482
(18) the eigenvalues λ of 4x4 matrix A r which governs the characteristics of the type of error equations are given as the root of the next fourth order equations.
Figure 0005272482
Figure 0005272482

行列Aのすべての固有値λの実数部が負となる必要十分条件は、ω2n≠0の場合には、フルビッツの安定判別法を(19)式の多項式に適用することにより、求めることができる。これより、誤差方程式が安定化するための条件として次の(20)式を得る。

Figure 0005272482
(18b)式を、(20)式の2式に用いることにより、次式を得る。
Figure 0005272482
(21)式に固定子抵抗の性質R>0を考慮すると、磁束推定値の安定収束の十分条件として請求項2で規定した条件である(6b)式を得る。All necessary and sufficient condition that the real part is a negative eigenvalues λ of the matrix A r in the case of omega 2n ≠ 0, by applying a stability criterion method Hurwitz (19) to the polynomial expression, be determined it can. From this, the following equation (20) is obtained as a condition for stabilizing the error equation.
Figure 0005272482
The following formula is obtained by using the formula (18b) in the two formulas (20).
Figure 0005272482
When considering the property R 1 > 0 of the stator resistance in the equation (21), the equation (6b) which is the condition defined in claim 2 is obtained as a sufficient condition for stable convergence of the estimated magnetic flux.

上記説明より明白なように、請求項2の発明による(6a)式の構造をもつ行列オブザーバゲインのための(6b)式は、安定収束のための十分条件である。すなわち、必要十分条件ではない。この点には特に注意されたい。(6a)式の構造をもつ行列オブザーバゲインの要素を、(6b)式で規定されない条件で構成しても、安定収束が可能である点を指摘しておく。  As apparent from the above description, the expression (6b) for the matrix observer gain having the structure of the expression (6a) according to the invention of claim 2 is a sufficient condition for stable convergence. That is, it is not a necessary and sufficient condition. Special attention should be paid to this point. It should be pointed out that stable convergence is possible even if the elements of the matrix observer gain having the structure of equation (6a) are configured under conditions not defined by equation (6b).

以上の解析的説明より明白なように、請求項2の発明によれば、固定子鎖交磁束と回転子磁束、または、固定子反作用磁束と回転子磁束を状態変数とする同一次元状態オブザーバに対し、磁束推定値を安定的に同真値に収斂させることができる効果が得られるようになる。ひいては、適切な回転子位相推定値を生成する手段を備える回転子位相推定装置が構成できると言う効果が得られる。  As is clear from the above analytical explanation, according to the invention of claim 2, in the same-dimensional state observer using the stator interlinkage magnetic flux and the rotor magnetic flux or the stator reaction magnetic flux and the rotor magnetic flux as the state variables. On the other hand, an effect that the estimated magnetic flux value can be stably converged to the same true value can be obtained. As a result, it is possible to obtain an effect that a rotor phase estimation device including means for generating an appropriate rotor phase estimation value can be configured.

オブザーバの収束速度は、厳密には、オブザーバの4個の固有値の中で最も遅いモードの固有値、換言するならば、固有値負実数部の最大値(実数部の絶対値評価では最小値)により、支配される。概略的には、実数部の平均値で支配される。(19b)、(18b

Figure 0005272482
Figure 0005272482
(22)式は、固定子側磁束対応のゲインの対角要素gi11、gi22を調整することにより、概略的ながら、オブザーバの収束速度を制御できることを示すものである。換言するならば、請求項2の発明によれば、固定子鎖交磁束と回転子磁束、または、固定子反作用磁束と回転子磁束を状態変数とする同一次元状態オブザーバに対し、磁束推定値を、その収束速度を制御した形で、同真値に収斂させることができる効果が得られるようになる。ひいては、適切な回転子位相推定値を生成する手段を備える回転子位相推定装置が構成できると言う効果が得られる。Strictly speaking, the convergence speed of the observer is the eigenvalue of the slowest mode among the four eigenvalues of the observer, in other words, the maximum value of the eigenvalue negative real part (the minimum value in the absolute value evaluation of the real part), Ruled. In general, it is governed by the average value of the real part. (19b), (18b
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Expression (22) shows that the convergence speed of the observer can be controlled roughly by adjusting the diagonal elements g i11 and g i22 of the gain corresponding to the stator side magnetic flux. In other words, according to the invention of claim 2, the estimated magnetic flux value is obtained for the same-dimensional state observer with the stator interlinkage magnetic flux and the rotor magnetic flux or the stator reaction magnetic flux and the rotor magnetic flux as the state variables. Thus, an effect of converging to the same true value can be obtained by controlling the convergence speed. As a result, it is possible to obtain an effect that a rotor phase estimation device including means for generating an appropriate rotor phase estimation value can be configured.

当業者には周知のように、非突極同期電動機の場合には、固定子反作用磁束と固定子電流とは固定子インダクタンスを比例係数とする比例関係にある。従って、非突極同期電動機に対して、固定子電流と回転子磁束を状態変数とする同一次元状態オブザーバを構成する場合には、(6)式に従って定めたオブザーバゲインGを固定子インダクタンスで除して得た値を固定子電流対応のオブザーバゲインとすればよい。このように、請求項2の発明は、非突極同期電動機に対して、固定子電流と回転子磁束を状態変数とする同一次元状態オブザーバを構成する場合にも適用でき、かつ対象としたものであることを指摘しておく。As is well known to those skilled in the art, in the case of a non-salient pole synchronous motor, the stator reaction magnetic flux and the stator current are in a proportional relationship with the stator inductance as a proportional coefficient. Thus, for non-salient synchronous motor, in the case of constituting the same dimensions state observer for the stator current and the rotor flux and the state variable is a stator inductance observer gain G i which defines according (6) The value obtained by dividing can be used as the observer gain corresponding to the stator current. Thus, the invention of claim 2 can be applied to a non-salient-pole synchronous motor when the same-dimensional state observer having the stator current and the rotor magnetic flux as the state variables is configured, and is intended. It is pointed out that.

請求項2におけるオブザーバゲインの規定式(すなわち、(6)式)は、オブザーバゲインの対角要素、逆対角要素を対称性よく4パラメータで定めた次の簡略化規定式を包含していることを指摘しておく。

Figure 0005272482
ここに、δは、ゼロを代表値とする任意の微小値である。対称簡略化した(23)式は、(6)式に比較し、オブザーバゲインの選択範囲が小さくなっているが、対称簡略化に応じてより使い易いものとなっている。The defining expression for the observer gain in claim 2 (that is, the expression (6)) includes the following simplified defining expression in which the diagonal elements and the antidiagonal elements of the observer gain are defined by four parameters with good symmetry. I will point out that.
Figure 0005272482
Here, δ i is an arbitrary minute value having zero as a representative value. The symmetrically simplified expression (23) is smaller in the selection range of the observer gain than the expression (6), but is easier to use in accordance with the simplified symmetry.

本発明によるオブザーバゲイン(23a)式は、楊ゲインの(1a)式、山本ゲインの(4a)式と、一部形式的に類似している。(1a)式は条件式(1b)式と共に、(4a)式は条件式(4b)式と共に使用されて意味をもつものである点、また、(23a)式は条件式(23b)式と共に使用されて意味をもつものである点には、特に注意されたい。これら3つのゲイン方式は互いに排他的関係にある。例えば、(1)式の楊ゲインは、固定子側対応ゲインGの逆対角要素に関し、本発明に基づく(23)式と排他的関係にある。楊ゲインでは、本逆対角要素は非ゼロでありかつ速度推定値の増大に応じ比例的に増大するが、本発明では、本逆対角要素は速度増加にかかわらず、常時、ゼロを代表値とする微小値を維持する。状態オブザーバの所期の駆動領域が中高速域である点を考慮するならば、これらは排他的関係を意味する。The observer gain (23a) expression according to the present invention is partly similar to the 楊 gain expression (1a) and the Yamamoto gain expression (4a). The expression (1a) is used together with the conditional expression (1b), the expression (4a) is used together with the conditional expression (4b), and the expression (23a) is meaningful together with the expression (23b). Special attention should be paid to the fact that it is used and meaningful. These three gain methods are mutually exclusive. For example, the heel gain in the equation (1) is in an exclusive relationship with the equation (23) based on the present invention with respect to the inverse diagonal element of the stator side corresponding gain G i . At 楊 gain, this inverse diagonal element is non-zero and increases proportionally as the speed estimate increases, but in the present invention, this inverse diagonal element always represents zero regardless of the speed increase. Keep the minute value as the value. If we consider that the intended drive region of the state observer is the medium to high speed region, these mean exclusive relationships.

(4)式の山本ゲインは、回転子磁束対応ゲインGの対角要素かつ逆対角要素に関し、本発明に基づく(23)式と排他的関係にある。山本ゲインでは、回転子磁束対応ゲインGの対角要素は、正回転時には正値をとり、不安定化を誘発する。一方、本発明に基づく(23)式においては、本対角要素は、正回転時を含め常時、負値をとる。これにより、正回転時の安定収束を維持している。山本ゲインにおいては、回転子磁束対応ゲインGの逆対角要素は、速度に応じた極性反転はなく、負回転時を含め常時、正の極性を維持し、負回転時には不安定化を誘発する。一方、本発明に基づく(23)式においては、本逆対角要素は、速度に応じてその極性を反転し、負回転時には負の極性を取る。これにより、負回転時の安定収束を維持している。このように、山本ゲインは、正回転、負回転のいずれにおいても不安化するのに対して、山本ゲインと排他的関係にある(23)式による場合には、正回転、負回転のいずれにおいても、安定収束を保証できる。上述の排他的関係に加え、段落08に示した楊ゲインの特徴、段落11に示した山本ゲインの特徴にも注意されたい。(4) Yamamoto gain equation relates the diagonal elements and reverse diagonal elements of the rotor flux corresponding gain G m, an exclusive relationship with that according to the present invention (23). In Yamamoto gain, the diagonal elements of the rotor flux corresponding gain G m is the time of forward rotation takes positive values, induces unstable. On the other hand, in the equation (23) based on the present invention, this diagonal element always takes a negative value, including during positive rotation. Thereby, the stable convergence at the time of forward rotation is maintained. In Yamamoto gain, reverse diagonal elements of the rotor flux corresponding gain G m is not polarity inversion corresponding to the speed, at all times, including during negative rotation, maintaining a positive polarity, inducing destabilization during negative rotation To do. On the other hand, in the equation (23) based on the present invention, the reverse diagonal element inverts its polarity according to the speed and takes a negative polarity during negative rotation. Thereby, the stable convergence at the time of negative rotation is maintained. As described above, the Yamamoto gain is anxious in both the positive rotation and the negative rotation, whereas in the case of the equation (23) that is exclusively related to the Yamamoto gain, in either the positive rotation or the negative rotation. Can guarantee stable convergence. In addition to the exclusive relationship described above, attention should be paid to the characteristics of the heel gain shown in paragraph 08 and the characteristics of the Yamamoto gain shown in paragraph 11.

続いて、請求項3の発明の効果を説明する。(17)〜(21)式を用いた解析的説明より明らかなように、例えば、行列オブザーバゲインは、(23)式を更に簡略化し、すべての要素を定数とした次式のように選定することも可能である。

Figure 0005272482
Next, the effect of the invention of claim 3 will be described. As is clear from the analytical explanation using the equations (17) to (21), for example, the matrix observer gain is further simplified as the equation (23) and selected as the following equation with all elements as constants. It is also possible.
Figure 0005272482

更には、次の(25)式あるいは(26)式のように、回転子磁束対応ゲインの対称性を著しく破壊した形状で選定することも可能である。

Figure 0005272482
Figure 0005272482
ここに、δ,δ偏は、ゼロを代表値とする微小定数である。Furthermore, it is also possible to select a shape in which the symmetry of the gain corresponding to the rotor magnetic flux is remarkably broken, as in the following formula (25) or (26).
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Here, the δ i and δ m deviations are minute constants with zero as a representative value.

(24)〜(26)式の簡略化された固定ゲインを用いる場合には、(22)式は次のように近似される。

Figure 0005272482
(27)式より明らかなように、固定ゲインの場合には、パラメータの設定を介して、概略的ながら磁束推定値の収束速度(概ね一定値)を制御できる。When using the simplified fixed gain of the equations (24) to (26), the equation (22) is approximated as follows.
Figure 0005272482
As is clear from the equation (27), in the case of a fixed gain, the convergence speed (substantially constant value) of the estimated magnetic flux value can be controlled roughly via the parameter setting.

(24)〜(26)式の例示、及び(27)式から理解されるように、請求項2の発明によれば、全速度領域において行列ゲインの全要素を一定とすることにより、オブザーバゲインを著しく簡略化できると言う効果が得られる。ひいては、駆動制御装置に使用される回転子位相推定装置を簡略化できると言う効果が得られる。なお、行列ゲインの全要素を一定とする場合にも、(17)〜(21)式を用いた解析的説明より明らかなように、状態変数推定値(磁束推定値)の同真値への安定収束は保証され、収束速度は一定であるが、概略的ながらこれを制御できる。  As can be understood from the examples of the expressions (24) to (26) and the expression (27), according to the invention of claim 2, the observer gain is made constant by making all elements of the matrix gain constant in the entire speed region. Can be remarkably simplified. As a result, the effect that the rotor phase estimation apparatus used for a drive control apparatus can be simplified is acquired. Even when all the elements of the matrix gain are constant, as is clear from the analytical explanation using the equations (17) to (21), the state variable estimated value (magnetic flux estimated value) is set to the same value. Stable convergence is guaranteed and the convergence speed is constant, but this can be controlled roughly.

続いて、請求項4の発明の効果を説明する。(17)〜(21)式を用いた解析的説明より明らかなように、行列オブザーバゲインのすべての要素を、オブザーバの所期の動作領域において、要素に応じた一定係数を速度相当値の絶対値に乗じ定めるようにすることもできる。この1例は、次式のように示すことができる。

Figure 0005272482
(28c)式におけるωminは、(6b)式から得られる安定収束のための条件|gm1|+|gm2|≠0を保証するために導入したものであり、オブザーバの所期動作領域の下限速度を示している。なお、請求項4の発明では、ゼロの行列要素は、ゼロ一定係数を速度相当値の絶対値に乗じたものとして、捕らえている。Next, the effect of the invention of claim 4 will be described. As is clear from the analytical explanation using the equations (17) to (21), all the elements of the matrix observer gain are set to a constant coefficient corresponding to the absolute value of the speed equivalent value in the intended operation region of the observer. It can also be determined by multiplying the value. One example of this can be expressed as:
Figure 0005272482
Ω min in the equation (28c) is introduced in order to guarantee the condition | g m1 | + | g m2 | ≠ 0 for stable convergence obtained from the equation (6b). The lower limit speed is shown. In the fourth aspect of the invention, the zero matrix element is captured as a value obtained by multiplying the zero constant coefficient by the absolute value of the speed equivalent value.

Figure 0005272482
回転時の条件下では、誤差方程式の特性を支配する4x4行列Aの固有値λは、次の4次方程式の根として与えられる。
Figure 0005272482
(29)式は、(29a)式を満足する4個の全固有値は、高速回転時には、速度の絶対
Figure 0005272482
Figure 0005272482
Figure 0005272482
The conditions at the time of rotation, the eigenvalue λ of 4x4 matrix A r which govern the characteristic of the error equation is given as the root of the next fourth order equations.
Figure 0005272482
In equation (29), all four eigenvalues satisfying equation (29a) are absolute values of speed during high-speed rotation.
Figure 0005272482
Figure 0005272482

すべての固有値が速度に概ね比例して変化すると言う事は、状態オブザーバの収束速度が概ね速度に応じて変化することを意味する。従って、請求項4の発明によれば、状態オブザーバの収束速度を、概ね速度に応じ可変できると言う効果が得られる。ひいては、低速から高速を含む広い動作領域で安定的に状態変数の推定が可能となり、この結果、広い動作範囲を有する回転子位相推定装置が実現できると言う効果が得られる。なお、(28)式に例示したゲインと、(1)式に示した楊のゲイン、(4)、(5)式に示した山本のゲインとの相違にも注意されたい。更には、段落12、13で説明した、ある周波数特性を平均化することを目的としたリカッチ方程式の求解を全駆動領域にわたり必要とする金原のゲインとの相違にも注意されたい。金原のゲインは、本発明とは異なり、収束速度を指定することはできない。  The fact that all eigenvalues change approximately in proportion to the speed means that the convergence speed of the state observer changes approximately according to the speed. Therefore, according to the fourth aspect of the invention, there is an effect that the convergence speed of the state observer can be varied in accordance with the speed. As a result, it is possible to stably estimate the state variable in a wide operation region from low speed to high speed, and as a result, an effect is obtained that a rotor phase estimation device having a wide operation range can be realized. Note also the difference between the gain exemplified in equation (28) and the heel gain shown in equation (1) and the Yamamoto gain shown in equations (4) and (5). Furthermore, it should be noted that the difference from the gain of Kanehara described in paragraphs 12 and 13, which requires solving the Riccati equation for the purpose of averaging a certain frequency characteristic over the entire drive region. Unlike the present invention, the gain of Kanehara cannot specify the convergence speed.

以下、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施形態例1Embodiment 1

同期電動機に対して、本発明の回転子位相推定装置を用いた駆動制御装置を適用した1実施形態例を図4に示す。本発明の主眼は回転子位相推定装置(以下、位相速度推定器とも言う)にあるが、電動機駆動制御システム全体における回転子位相推定装置(位相速度推定器)の位置づけを明示すべく、あえて、駆動制御装置を含む電動機駆動制御システム全体から説明する。1は同期電動機を、2は電力変換器を、3は電流検出器を、4a、4bは夫々3相2相変換器、2相3相変換器を、5a、5bは共にベクトル回転器を、6は電流制御器を、7は本発明を利用した位相速度推定器(回転子位相推定装置)を、8は余弦正弦信号発生器を、各々示している。当業者には容易に理解されるように、図4では、1の電動機を除く、2から8までの諸機器が駆動制御装置を構成している。本発明に直接的に関連した位相速度推定器は、トルク制御、速度制御でも利用される。本図では、簡単のためトルク制御と実質等価な電流制御の遂行するためのシステムを示している。なお、本図では、電圧、電流の座標系を明示すべく、これら信号には脚号t(uvw座標系)、s(αβ固定座標系)、r(γδ準同期座標系)を付している。更には、簡明性を確保すべく、2x1のベクトル信号を1本の太い信号線で表現している。  FIG. 4 shows an embodiment in which a drive control device using the rotor phase estimation device of the present invention is applied to a synchronous motor. The main point of the present invention is in a rotor phase estimation device (hereinafter also referred to as a phase speed estimator), but in order to clarify the positioning of the rotor phase estimation device (phase speed estimator) in the entire motor drive control system, The entire motor drive control system including the drive control device will be described. 1 is a synchronous motor, 2 is a power converter, 3 is a current detector, 4a and 4b are 3 phase 2 phase converters, 2 phase 3 phase converters, 5a and 5b are both vector rotators, Reference numeral 6 denotes a current controller, 7 denotes a phase velocity estimator (rotor phase estimation device) using the present invention, and 8 denotes a cosine sine signal generator. As will be readily understood by those skilled in the art, in FIG. 4, various devices from 2 to 8 except for one electric motor constitute a drive control device. The phase speed estimator directly related to the present invention is also used in torque control and speed control. For the sake of simplicity, this figure shows a system for performing current control substantially equivalent to torque control. In this figure, in order to clarify the coordinate system of voltage and current, these signals are given a foot symbol t (uvw coordinate system), s (αβ fixed coordinate system), r (γδ quasi-synchronous coordinate system). Yes. Furthermore, in order to ensure simplicity, the 2 × 1 vector signal is represented by one thick signal line.

駆動制御装置の中で、本発明と関係するのは、位相速度推定器7である。図4では特に位相速度推定器がαβ固定座標系上で構成されている点に特色がある。図5に、位相速度推定器の内部構造を示した。本位相速度推定器は、位相推定器7aと速度推定器7bとから構成されている。  Among the drive control devices, the phase speed estimator 7 is related to the present invention. FIG. 4 is particularly characterized in that the phase velocity estimator is configured on an αβ fixed coordinate system. FIG. 5 shows the internal structure of the phase velocity estimator. This phase speed estimator comprises a phase estimator 7a and a speed estimator 7b.

Figure 0005272482
している。αβ固定座標系上の本位相推定器は、請求項1の発明に基づく(15)式のγδ一般座標系上のA形状態オブザーバに従い構成することができる。具体的には、(15)式のγδ一般座標系上のA形状態オブザーバに固定座標系の条件(ωγ=0,θγ=θα
Figure 0005272482
Figure 0005272482
doing. This phase estimator on the αβ fixed coordinate system can be configured according to the A-type state observer on the γδ general coordinate system of the equation (15) based on the invention of claim 1. Specifically, the condition of the fixed coordinate system (ω γ = 0, θ γ = θ α ) is added to the A-type state observer on the γδ general coordinate system of equation (15).
Figure 0005272482

図6にαβ固定座標系上で構成した位相推定器(A形状態オブザーバ)の詳細構造を示した。なお、同図では、オブザーバゲインG,Gに関しては、請求項2、3の発明による固定ゲイン方式を採用するものとしている。もちろん、請求項2、4の発明に従い、速度に応じて行列オブザーバゲインを変更するゲイン方式を利用してもよい。この場合に

Figure 0005272482
とになる。FIG. 6 shows the detailed structure of the phase estimator (A-type state observer) configured on the αβ fixed coordinate system. In the figure, for the observer gains G i and G m , the fixed gain method according to the inventions of claims 2 and 3 is adopted. Of course, according to the inventions of claims 2 and 4, a gain method for changing the matrix observer gain according to the speed may be used. In this case
Figure 0005272482
It becomes.

Figure 0005272482
することにある。本速度推定器は、次の文献(10)で使用されたものと同一の積分フィードバック形速度推定法に基づき構成されている。
新中新二:「永久磁石同期モータの最小次元D因子状態オブザーバとこれを用いたセンサレスベクトル制御法の提案」、電気学会論文誌D、123、12、pp.1446−1460(2003−12)
Figure 0005272482
There is to do. This speed estimator is configured based on the same integral feedback speed estimation method used in the following document (10).
Shinji Shinnaka: “Proposal of minimum dimension D-factor state observer of permanent magnet synchronous motor and sensorless vector control method using the same”, IEEJ Transactions D, 123, 12, pp. 11-27. 1446-1460 (2003-12)

上記に例示した速度推定器に代わって、適応的方法あるいは他の方法に基づき同様な機能を有する速度推定器を構成してよいことを指摘しておく。  It should be pointed out that, instead of the speed estimator exemplified above, a speed estimator having a similar function may be configured based on an adaptive method or another method.

位相推定器は、B形状態オブザーバを用いて構成することもできる。(16)式のγδ一般座標系上のB形状態オブザーバから、実際的なαβ固定座標系上のB形状態オブザーバを得るための主要な変更点は、A形状態オブザーバの場合と同一である。このため、この説明は省略する。図7にαβ固定座標系上で構成した位相推定器(B形状態オブザーバ)の詳細構造を示した。なお、同図では、オブザーバゲインG,Gに関しては、請求項2、3の発明による固定ゲイン方式を採用するものとしている。もちろん、請求項2、4の発明に従い、速度に応じて行列オブザーバゲインを変更するゲイン方式を利用してもよ

Figure 0005272482
素を変更することになる。The phase estimator can also be configured using a B-type state observer. The main changes to obtain a practical B-type state observer on the αβ fixed coordinate system from the B-type state observer on the γδ general coordinate system of the equation (16) are the same as in the case of the A-type state observer. . Therefore, this description is omitted. FIG. 7 shows the detailed structure of the phase estimator (B-type state observer) configured on the αβ fixed coordinate system. In the figure, for the observer gains G i and G m , the fixed gain method according to the inventions of claims 2 and 3 is adopted. Of course, in accordance with the inventions of claims 2 and 4, a gain method for changing the matrix observer gain according to the speed may be used.
Figure 0005272482
It will change the element.

位相推定器をB形状態オブザーバを用いて構成する場合にも、A形状態オブザーバの場合と同一の速度推定器が利用できる。速度推定器の汎用性は、適応的な速度推定法に立脚する場合も同一である。このため、これに関する説明は省略する。  Even when the phase estimator is configured using a B-type state observer, the same speed estimator as in the case of the A-type state observer can be used. The versatility of the speed estimator is the same when it is based on an adaptive speed estimation method. For this reason, description regarding this is omitted.

実施形態例2Embodiment 2

特に請求項2、3に関連した実施形態例を説明する。本発明によるオブザーバゲインの設計には、モータパラメータを必要とする。供試同期電動機の特性概要を表1に示す。  In particular, exemplary embodiments relating to claims 2 and 3 will be described. The design of the observer gain according to the present invention requires motor parameters. Table 1 summarizes the characteristics of the test synchronous motor.

Figure 0005272482
Figure 0005272482

請求項2、3の発明に基づく(23)、(24)式に従えば、オブザーバゲインとして次の値を得ることができる。

Figure 0005272482
本設計は,(24)式において,α=4.43,α=1の選定を意味する。According to the equations (23) and (24) based on the inventions of claims 2 and 3, the following values can be obtained as the observer gain.
Figure 0005272482
This design means selection of α i = 4.43 and α g = 1 in the equation (24).

図4〜6で示した構成と同一の構成をもつ数値実験用システムを用意し、数値実験を行った。実験システムにおいては、供試同期電動機に負荷装置を連結し、供試同期電動機の速度とトルクを独立に設定できるようにした。負荷装置により,供試同期電動機を駆動開始直後に一気に定格速度180(rad/s)の回転状態にした。供試同期電動機の回転と同時に,供試同期電動機用のセンサレスベクトル制御系をオン状態とし,センサレス駆動制御を開始した。このときの電流指令値は概ね定格値とした。駆動開始時の回転子位相真値に対する位相推定値の誤差を最大の±π(rad)とし,速度推定値はゼロとした。従って,推定開始直後の位相誤差は±π(rad),速度誤差は−180(rad/s)である。  A numerical experiment system having the same configuration as that shown in FIGS. 4 to 6 was prepared, and a numerical experiment was performed. In the experimental system, a load device was connected to the test synchronous motor so that the speed and torque of the test synchronous motor could be set independently. With the load device, the test synchronous motor was immediately rotated at a rated speed of 180 (rad / s) immediately after the start of driving. Simultaneously with the rotation of the test synchronous motor, the sensorless vector control system for the test synchronous motor was turned on and sensorless drive control was started. The current command value at this time was almost the rated value. The error of the phase estimation value with respect to the rotor phase true value at the start of driving is the maximum ± π (rad), and the speed estimation value is zero. Accordingly, the phase error immediately after the start of estimation is ± π (rad), and the speed error is −180 (rad / s).

Figure 0005272482
位相真値から理解されるように,供試同期電動機は駆動直後から負荷装置により所期の速度に維持されている。また,駆動直後の大きな位相誤差,速度誤差にもかかわらず,駆動開始約0.1(s)後には,位相推定値,速度推定値は,各々同真値に収斂し,この結果,固定子電流が適切に制御されている様子が確認される。同様な応答は,負回転時にも確認している。
Figure 0005272482
As can be understood from the true phase value, the synchronous motor under test is maintained at the desired speed by the load device immediately after driving. Despite the large phase error and speed error immediately after driving, the phase estimated value and speed estimated value converge to the same true value after about 0.1 (s) of driving, and as a result, the stator It is confirmed that the current is properly controlled. Similar response has been confirmed during negative rotation.

実施形態例3Embodiment 3

請求項2、3の発明に基づく(23)、(25)式に従えば、オブザーバゲインとして次の値を得ることができる。

Figure 0005272482
本ゲインの特色は、固定ゲイン方式であると同時に、回転子磁束に対応したゲインの逆対角要素が著しい非対称になっている点にある。According to the equations (23) and (25) based on the inventions of claims 2 and 3, the following values can be obtained as the observer gain.
Figure 0005272482
The feature of this gain is not only the fixed gain system but also the fact that the anti-diagonal element of the gain corresponding to the rotor magnetic flux is significantly asymmetric.

ゲイン設計を除き,図8の場合と同一条件で実験を行った。実験結果を図9に示す。同図(a),(b)の波形の意味は,図8(a),(b)と同一である。図9は,図8と有意の差の無い,良好な推定性能を示している。負回転の場合にも同様な推定性能であった。  Except for the gain design, the experiment was performed under the same conditions as in FIG. The experimental results are shown in FIG. The meanings of the waveforms in FIGS. 9A and 9B are the same as those in FIGS. 8A and 8B. FIG. 9 shows good estimation performance with no significant difference from FIG. Similar estimation performance was obtained in the case of negative rotation.

実施形態例4Embodiment 4

請求項2、3の発明に基づく(23)、(26)式に従えば、オブザーバゲインとして、回転子磁束対応のゲインが著しい非対称の次の値を得ることができる。

Figure 0005272482
図8、9と同一の実験を行った結果、これらと有意の差のない安定した収束性能を得た。負回転の場合も同様な性能であった。According to the equations (23) and (26) based on the second and third aspects of the invention, the following value of the asymmetrical gain corresponding to the rotor magnetic flux can be obtained as the observer gain.
Figure 0005272482
As a result of conducting the same experiment as FIGS. 8 and 9, stable convergence performance without significant difference was obtained. Similar performance was obtained in the case of negative rotation.

実施形態例5Embodiment 5

特に請求項2、4に関連した実施形態例を説明する。請求項2、4の発明に基づく(2

Figure 0005272482
得ることができる。
Figure 0005272482
また,(28c)式におけるωminは,ωmin=10とする。In particular, exemplary embodiments relating to claims 2 and 4 will be described. Based on the inventions of claims 2 and 4 (2
Figure 0005272482
Can be obtained.
Figure 0005272482
Also, ω min in the equation (28c) is ω min = 10.

これらパラメータを用いたオブザーバゲインG,Gを利用して、図8の実験と同一の実験を行った。ただし,初期位相誤差はπ/4(rad),初期速度誤差は−180(rad/s)とした。実験結果を図10に示す。同図(a),(b)の波形の意味は,図8、9の(a),(b)と同一である。推定開始0.08(s)後には,位相・速度の推定が完了し,この結果,固定子電流は良好にセンサレス制御されている様子が確認される。なお,類似条件下での負回転の場合にも,同様なセンサレス制御が確認された。The same experiment as the experiment of FIG. 8 was performed using the observer gains G i and G m using these parameters. However, the initial phase error was π / 4 (rad) and the initial velocity error was −180 (rad / s). The experimental results are shown in FIG. The meanings of the waveforms in FIGS. 9A and 9B are the same as those in FIGS. After 0.08 (s) of the estimation start, the phase / speed estimation is completed, and as a result, it is confirmed that the stator current is satisfactorily sensorlessly controlled. Similar sensorless control was confirmed in the case of negative rotation under similar conditions.

図8〜10に例示した推定例は、図4、5及び図6を用いて回転子位相推定装置を構成した場合のものである。図6のA形状態オブザーバに代わって、図7のB形状態オブザーバを用いる場合にも、同一のオブザーバゲインが利用でき、同一のオブザーバゲインを利用する限りにおいては、A形、B形の状態オブザーバの間では、有意の差のない推定応答が得られることを付言しておく。  The estimation examples illustrated in FIGS. 8 to 10 are cases in which the rotor phase estimation device is configured using FIGS. 4, 5 and 6. When the B-type state observer in FIG. 7 is used instead of the A-type state observer in FIG. 6, the same observer gain can be used, and as long as the same observer gain is used, the A-type and B-type states are used. It should be noted that there is an estimated response with no significant difference between observers.

実施形態例6Embodiment 6

同期電動機に対して、本発明の回転子位相推定装置を用いた駆動制御装置を適用した他の実施形態例を図11に示す。図11と図4との電動機駆動制御システムの基本的相違は、回転子位相推定装置(位相速度推定器)の位置にある。図4の実施形態例では、位相速度推定器をαβ固定座標系上で構成した。これに対して、図11では、位相速度推定器をγδ準同期座標系上で構成した実施形態例を示している。  FIG. 11 shows another embodiment in which a drive control device using the rotor phase estimation device of the present invention is applied to a synchronous motor. The fundamental difference of the motor drive control system between FIG. 11 and FIG. 4 is the position of the rotor phase estimation device (phase speed estimator). In the embodiment of FIG. 4, the phase velocity estimator is configured on an αβ fixed coordinate system. In contrast, FIG. 11 shows an embodiment in which the phase velocity estimator is configured on a γδ quasi-synchronous coordinate system.

図11において、位相速度推定器を除く他の機器の機能は、図4と同一であるので、この説明は省略する。図11における位相速度推定器の内部構造を図12に示した。位相偏差推定器は位相偏差推定器7cと位相同機器7dから構成されている。  In FIG. 11, the functions of the other devices except the phase velocity estimator are the same as those in FIG. The internal structure of the phase velocity estimator in FIG. 11 is shown in FIG. The phase deviation estimator is composed of a phase deviation estimator 7c and an in-phase device 7d.

位相偏差推定器7cは、固定子電流実測値と固定子電圧指令値に加えて、座標系速度

Figure 0005272482
差推定器は、請求項1の発明に基づく(15)式のγδ一般座標系上のA形状態オブザーバに従い構成することができる。具体的には、(15)式のγδ一般座標系上のA形
Figure 0005272482
The phase deviation estimator 7c adds the coordinate system speed in addition to the actual stator current value and the stator voltage command value.
Figure 0005272482
The difference estimator can be configured according to the A-type state observer on the γδ general coordinate system of the equation (15) based on the invention of claim 1. Specifically, form A on the γδ general coordinate system of equation (15)
Figure 0005272482

図13にγδ準同期座標系上で構成した位相偏差推定器(A形状態オブザーバ)の詳細構造を示した。なお、同図では、オブザーバゲインG,Gに関しては、請求項2、3の発明による固定ゲイン方式を採用するものとしている。もちろん、請求項2、4の発明に従い、速度に応じて行列オブザーバゲインを変更するゲイン方式を利用してもよい。この場

Figure 0005272482
ることになる。FIG. 13 shows the detailed structure of the phase deviation estimator (A-type state observer) configured on the γδ quasi-synchronous coordinate system. In the figure, for the observer gains G i and G m , the fixed gain method according to the inventions of claims 2 and 3 is adopted. Of course, according to the inventions of claims 2 and 4, a gain method for changing the matrix observer gain according to the speed may be used. This place
Figure 0005272482
Will be.

Figure 0005272482
用されたものと同一の一般化積分形PLL法に基づき構成されている。
Figure 0005272482
This is based on the same generalized integral PLL method used.

上記に例示した位相同期器に代わって、適応的方法あるいは他の方法に基づき同様な機能を有する位相同期器を構成してよいことを指摘しておく。  It should be pointed out that instead of the phase synchronizer exemplified above, a phase synchronizer having a similar function may be configured based on an adaptive method or another method.

位相偏差推定器は、B形状態オブザーバを用いて構成することもできる。(16)式のγδ一般座標系上のB形状態オブザーバから、実際的なγδ準同期座標系上のB形状態オブザーバを得るための主要な変更点は、A形状態オブザーバの場合と同一である。このため、この説明は省略する。図14にγδ準同期座標系上で構成した位相偏差推定器(B形状態オブザーバ)の詳細構造を示した。なお、同図では、オブザーバゲインG,Gに関しては、請求項2、3の発明による固定ゲイン方式を採用するものとしている。もちろん、請求項2、4の発明に従い、速度に応じて行列オブザーバゲインを変更するゲイン方式を

Figure 0005272482
インG,Gの要素を変更することになる。The phase deviation estimator can also be configured using a B-type state observer. The main changes to obtain a practical B-type state observer on the γδ quasi-synchronous coordinate system from the B-type state observer on the γδ general coordinate system of equation (16) are the same as in the case of the A-type state observer. is there. Therefore, this description is omitted. FIG. 14 shows the detailed structure of the phase deviation estimator (B-type state observer) configured on the γδ quasi-synchronous coordinate system. In the figure, for the observer gains G i and G m , the fixed gain method according to the inventions of claims 2 and 3 is adopted. Of course, according to the inventions of claims 2 and 4, a gain method for changing the matrix observer gain according to the speed is used.
Figure 0005272482
The elements of in G i and G m are changed.

位相偏差推定器をB形状態オブザーバを用いて構成する場合にも、A形状態オブザーバの場合と同一の位相同期器が利用できる。位相同期器の汎用性は、適応的方法に立脚する場合も同一である。このため、これに関する説明は省略する。  Even when the phase deviation estimator is configured using a B-type state observer, the same phase synchronizer as in the case of the A-type state observer can be used. The versatility of the phase synchronizer is the same when it is based on an adaptive method. For this reason, the description regarding this is abbreviate | omitted.

実施形態例7Embodiment 7

γδ準同期座標系上で構成された位相偏差推定器(A形、B形状態オブザーバ)に使用するオブザーバゲインは、αβ固定座標系上で構成された位相推定器(A形、B形状態オブザーバ)に使用するオブザーバゲインと同一である。請求項2〜4に基づく本実施形態例は、図8〜10及び同図関連記述を通して既に詳しく説明しているので、省略する。  The observer gain used for the phase deviation estimator (A-type, B-type state observer) configured on the γδ quasi-synchronous coordinate system is the phase estimator (A-type, B-type state observer) configured on the αβ fixed coordinate system. ) Is the same as the observer gain used. The present embodiment based on claims 2 to 4 has already been described in detail through FIGS.

以上、本発明に関し、各種の図を利用しつつ複数の実施例を用いて具体的かつ詳しく説明した。上記説明の本発明は、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって本発明の技術的範囲を外れない範囲内で多様な変形及び変更が可能であり、前述した実施例及び添付図面に限定されるものではないことを指摘しておく。  The present invention has been described specifically and in detail using a plurality of embodiments with reference to various drawings. The present invention described above can be variously modified and changed by those having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs without departing from the technical scope of the present invention. It should be pointed out that it is not limited to.

本発明は、中〜高速域でセンサレス駆動が望まれる用途に広く活用することができる。  The present invention can be widely used for applications in which sensorless driving is desired in a medium to high speed range.

3種の座標系と回転子位相の1関係例を示す図  The figure which shows the example of 1 relationship of three types of coordinate systems and a rotor phase 本発明に基づくγδ一般座標系上のA形状態オブザーバの基本構成を示すブロック図  The block diagram which shows the basic composition of the A form state observer on the gamma-delta general coordinate system based on this invention γδ一般座標系上のB形状態オブザーバの基本構成を示すブロック図  Block diagram showing the basic configuration of a B-type state observer on the γδ general coordinate system 本発明に基づく位相速度推定器を利用した駆動制御システム例を示すブロック図  Block diagram showing an example of a drive control system using a phase velocity estimator based on the present invention 本発明に基づく位相速度推定器の内部構造例を示すブロック図  The block diagram which shows the internal structure example of the phase velocity estimator based on this invention 本発明に基づくαβ固定座標系上の2種のオブザーバゲインをもつA形状態オブザーバの基本構成を示すブロック  Block showing the basic configuration of an A-type state observer having two types of observer gains on the αβ fixed coordinate system according to the present invention αβ固定座標系上の2種のオブザーバゲインをもつB形状態オブザーバの基本構成を示すブロック図  Block diagram showing the basic configuration of a B-type state observer with two types of observer gains on the αβ fixed coordinate system 本発明に基づく位相速度推定器及びオブザーバゲインを利用した推定応答例  Example of estimation response using phase velocity estimator and observer gain based on the present invention 本発明に基づく位相速度推定器及びオブザーバゲインを利用した推定応答例  Example of estimation response using phase velocity estimator and observer gain based on the present invention 本発明に基づく位相速度推定器及びオブザーバゲインを利用した推定応答例  Example of estimation response using phase velocity estimator and observer gain based on the present invention 本発明に基づく位相速度推定器を利用した駆動制御システム例を示すブロック図  Block diagram showing an example of a drive control system using a phase velocity estimator based on the present invention 本発明に基づく位相速度推定器の内部構造例を示すブロック図  The block diagram which shows the internal structure example of the phase velocity estimator based on this invention 本発明に基づくγδ準同期座標系上の2種のオブザーバゲインをもつA形状態オブザーバの基本構成を示すブロック  Block showing the basic configuration of an A-type state observer having two types of observer gains on the γδ quasi-synchronous coordinate system according to the present invention γδ準同期座標系上の2種のオブザーバゲインをもつB形状態オブザーバの基本構成を示すブロック図  Block diagram showing the basic configuration of a B-type state observer with two types of observer gains on the γδ quasi-synchronous coordinate system

符号の説明Explanation of symbols

1 同期電動機
2 電力変換器
3 電流検出器
4a 3相2相変換器
4b 2相3相変換器
5a ベクトル回転器
5b ベクトル回転器
6 電流制御器
7 位相速度推定器
7a 位相推定器
7b 速度推定器
7c 位相偏差推定器
7d 位相同期器
8 余弦正弦信号発生器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Synchronous motor 2 Power converter 3 Current detector 4a 3 phase 2 phase converter 4b 2 phase 3 phase converter 5a Vector rotator 5b Vector rotator 6 Current controller 7 Phase speed estimator 7a Phase estimator 7b Speed estimator 7c Phase deviation estimator 7d Phase synchronizer 8 Cosine sine signal generator

Claims (3)

回転子に永久磁石を有する同期電動機のための駆動制御装置に使用され、かつ、駆動用電圧の相当値と駆動用電流の相当値を入力信号とし、固定子鎖交磁束と回転子磁束、固定子反作用磁束と回転子磁束の2種組合せのいずれか1つの組合せを状態変数とする状態オブザーバを少なくとも構成して回転子位相推定値を生成する手段を少なくとも備える回転子位相推定装置であって、
該状態オブザーバに使用する2種の2x2行列オブザーバゲインGi、Gmに関し、固定子鎖交磁束あるいは固定子反作用磁束に対応した行列オブザーバゲインをGiとし、回転子磁束に対応した行列オブザーバゲインをGmとするとき、2種の行列オブザーバゲインを、次式に従い設定することを特徴とする回転子位相推定装置。
Figure 0005272482
ただし、δi12,δi21:ゼロを代表値とする任意の微小値、Ld:d軸インダクタンス、Lq:q軸インダクタンス、
Figure 0005272482
:電気速度の相当値、sgn:符号関数。
Used in a drive control device for a synchronous motor having a permanent magnet in the rotor, and the equivalent value of the drive voltage and the equivalent value of the drive current are input signals, and the stator flux linkage and rotor flux are fixed. A rotor phase estimation device comprising at least a means for generating a rotor phase estimation value by configuring at least a state observer using any one of two kinds of combinations of a child reaction magnetic flux and a rotor magnetic flux as a state variable,
Regarding the two types of 2 × 2 matrix observer gains Gi and Gm used for the state observer, the matrix observer gain corresponding to the stator linkage magnetic flux or the stator reaction magnetic flux is Gi, and the matrix observer gain corresponding to the rotor magnetic flux is Gm. Then, the rotor phase estimation apparatus is characterized in that two types of matrix observer gains are set according to the following equations.
Figure 0005272482
However, (delta) i12, (delta) i21: Arbitrary micro values which make zero a representative value, Ld: d-axis inductance, Lq: q-axis inductance,
Figure 0005272482
: Equivalent value of electric velocity, sgn: sign function.
請求項1記載の回転子位相推定装置であって、該2種行列オブザーバゲインの全要素を、速度如何にかかわらず一定とすることを特徴とする回転子位相推定装置。 2. The rotor phase estimation apparatus according to claim 1 , wherein all elements of the two-type matrix observer gain are made constant regardless of the speed. 請求項1記載の回転子位相推定装置であって、該状態オブザーバの所期の動作領域において該状態オブザーバの固有値が速度絶対値に概ね比例して変化するように、該2種行列オブザーバゲインの全要素を、各要素に応じた一定比例係数を速度相当値の絶対値に乗じ比例的に定めるようにしたことを特徴とする回転子位相推定装置。 The rotor phase estimation apparatus according to claim 1 , wherein the eigenvalue of the state observer changes substantially in proportion to the absolute velocity value in an intended operation region of the state observer. A rotor phase estimation apparatus characterized in that all elements are proportionally determined by multiplying a constant proportional coefficient corresponding to each element by an absolute value of a speed equivalent value.
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