KR100294335B1 - Velocity and flux estimation method for sensorless control of induction motor - Google Patents

Velocity and flux estimation method for sensorless control of induction motor Download PDF

Info

Publication number
KR100294335B1
KR100294335B1 KR1019990006969A KR19990006969A KR100294335B1 KR 100294335 B1 KR100294335 B1 KR 100294335B1 KR 1019990006969 A KR1019990006969 A KR 1019990006969A KR 19990006969 A KR19990006969 A KR 19990006969A KR 100294335 B1 KR100294335 B1 KR 100294335B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
induction motor
estimator
rotational speed
sub
rotor
Prior art date
Application number
KR1019990006969A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20000059404A (en
Inventor
유호선
김양오
하인중
Original Assignee
윤종용
삼성전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윤종용, 삼성전자 주식회사 filed Critical 윤종용
Priority to KR1019990006969A priority Critical patent/KR100294335B1/en
Publication of KR20000059404A publication Critical patent/KR20000059404A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100294335B1 publication Critical patent/KR100294335B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/141Flux estimation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18Estimation of position or speed
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P21/0017Model reference adaptation, e.g. MRAS or MRAC, useful for control or parameter estimation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/01Asynchronous machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

본 발명은, 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법에 있어서, 소정의 변수와 유도전동기 특성상수들로 이루어진 동적방정식으로 표현되는 유도전동기모델을 설정하는 단계; 상기 동적방정식에 기초한 상기 유도전동기의 회전속도 및 자속추정 알고리즘을 각각 가지며, 상기 유도전동기의 3가지 동작영역인 전동영역, 발전영역 및 제동영역중 전동영역과 발전영역에서 수렴하는 메인추정기와 제 2 서브추정기, 전동영역과 제동영역에서 수렴하는 제 1 서브추정기를 마련하는 단계; 고정자 전압과 전류에 기초하여 이미추정된 속도와 자속에 따라 상기 메인추정기, 제 1서브추정기, 및 제 2서브추정기 중 어느 하나를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 추정기를 통해 상기 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 저속영역에서도 안정되게 유도전동기의 자속과 회전속도를 추정할 수 있다.The present invention relates to a method for estimating the rotational speed and the rotor flux of an induction motor, and in the method for estimating the rotational speed and the rotor flux of an induction motor according to the present invention, a dynamic equation consisting of predetermined variables and characteristic characteristics of the induction motor. Setting an induction motor model represented by; A main velocity estimator and a second velocity estimator having a rotational speed and a flux estimation algorithm of the induction motor based on the dynamic equation, and converged in the electric and power generation regions among the three operating regions of the induction motor; Providing a sub-estimator, a first sub-estimator that converges in the transmission area and the braking area; Selecting one of the main estimator, the first sub estimator, and the second sub estimator according to the already estimated velocity and magnetic flux based on the stator voltage and the current; And estimating the rotational speed and rotor flux of the induction motor through the selected estimator. Accordingly, the magnetic flux and the rotation speed of the induction motor can be estimated stably in the low speed region.

Description

유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법{VELOCITY AND FLUX ESTIMATION METHOD FOR SENSORLESS CONTROL OF INDUCTION MOTOR}Velocity and Flux Estimation Method for SENSORLESS CONTROL OF INDUCTION MOTOR

본 발명은, 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법에 관한 것으로, 특히 센서리스 벡터제어를 위한 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of estimating the rotational speed and rotor flux of an induction motor, and more particularly, to a method of estimating the rotational speed and rotor flux of an induction motor for sensorless vector control.

유도전동기는 구조가 간단하고 유지 및 보수의 필요가 거의 없을 정도로 강한 내구성을 지니며 가격 또한 저렴하여, 산업현장에서 각종 기계의 동력원으로 널리 사용되고 있다.Induction motors have a simple structure, strong durability that requires little maintenance and repair, and are inexpensive, and are widely used as power sources for various machines in industrial sites.

반면, 유도전동기는 회전자에 영구자석을 포함하고 있지 않기 때문에 고정자측과 회전자측 변수들의 간섭이 심해 비선형성이 매우 강한 동적 특성을 가지므로 다른 전동기들에 비해 정밀한 제어가 어렵다. 이러한 이유로 유도전동기는 정속운전에 주로 이용되거나, 전압과 주파수를 비례적으로 변환하는 V/F방법(Voltage to Frequency method)이라는 오픈루프제어방식을 사용하여 구동되어 왔다. V/F방법은 간단하기 때문에 이에 의해 유도전동기를 구동하는 것은 어렵지 않으나, 오픈루프제어방식을 취하고 있으므로 부하변동에 효과적으로 대처하지 못하는 단점을 가진다.On the other hand, since the induction motor does not include a permanent magnet in the rotor, the interference between the stator side and the rotor side variables is severe, so the nonlinearity has a very strong dynamic characteristic, which makes it difficult to control precisely compared to other motors. For this reason, induction motors are mainly used for constant speed operation, or have been driven using an open-loop control method called a voltage to frequency method that converts voltage and frequency proportionally. Since the V / F method is simple, it is not difficult to drive the induction motor. However, since the open loop control method is used, the V / F method cannot effectively cope with the load fluctuation.

이어, 유도전동기의 토오크와 자속을 독립적으로 제어하는 벡터제어(vector control)방식이 개발되면서부터 유도전동기의 제어기술은 급속도로 발전하기 시작하였다Subsequently, the control technology of induction motors has been rapidly developed since the development of the vector control method which independently controls the torque and magnetic flux of induction motors.

한편, 전력소자와 마이크로프로세서를 비롯한 반도체기술의 획기적 발전은 복잡한 제어이론의 적용을 가능하게 하여 유도전동기의 제어기술발전을 한층 더 촉진시켰다. 따라서 이러한 배경을 바탕으로 유도전동기는 점차로 많은 응용분야에서 직류전동기를 대신해나가고 있는 실정이다.On the other hand, breakthroughs in semiconductor technology, including power devices and microprocessors, enable the application of complex control theory, further promoting the development of control technology for induction motors. Therefore, based on this background, induction motors are gradually replacing DC motors in many applications.

유도전동기의 제어를 위해서는 회전속도와 회전자의 자속에 대한 정보가 필요한 바, 엔코더 또는 타코미터와 같은 속도센서를 사용하여 속도정보를 얻어내고, 회전속도와 전류정보를 가지고 회전자 자속을 추정하는 방식이 많이 사용되어 왔다. 하지만, 속도센서를 부착하게 되면 유도전동기 고유의 장점인 내구성이 저하되고 가격이 크게 상승하는 등 유도전동기가 지니는 장점들을 상실하게 만드는 결과를 가져온다. 이 때문에 속도센서없이 유도전동기의 회전 속도 및 회전자 자속을 추정해 내고 이를 사용하여 유도전동기를 제어하려는 센서리스(sensorless) 벡터제어 연구가 오래 전부터 활발히 이루어져오고 있다.For the control of the induction motor, information on the rotational speed and the magnetic flux of the rotor is required. The speed information is obtained using a speed sensor such as an encoder or tachometer, and the rotor flux is estimated using the rotational speed and current information. This has been used a lot. However, the attachment of the speed sensor results in the loss of the advantages of the induction motor, such as the durability, which is inherent in the induction motor, and a significant increase in price. For this reason, there have been many active researches on sensorless vector control to estimate the rotational speed and rotor flux of an induction motor without a speed sensor and to use the same to control the induction motor.

도 1은 종래의 유도전동기의 회전속도추정시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a rotation speed estimation system of a conventional induction motor.

도시된 바와 같이, 유도전동기의 회전속도추정시스템은 유도전동기(100)와, 소프트웨이적으로 시뮬레이션할 수 있도록 CPU 내에 구현된 유도전동기모델(101)과, 유도전동기에 인가되는 실제전류와 유도전동기 모델로부터의 추정전류를 비교하여 유도전동기의 회전속도를 추정하는 속도추정기(103)를 포함한다.As shown, the rotational speed estimation system of an induction motor includes an induction motor 100, an induction motor model 101 implemented in a CPU so as to be simulated by software, an actual current and an induction motor model applied to the induction motor. And a speed estimator 103 for estimating the rotational speed of the induction motor by comparing the estimated current from the induction motor.

이와 같은 구성에 의하여, CPU 내에 구현된 유도전동기모델(101)에 전압이 인가되면 유도전동기모델(101)에 의해 전류가 추정된다. 추정전류와 실제전류가 입력되면 속도추정기(103)는 양 전류의 오차를 PI(proportional integration)제어형태로 보상하여 소정의 식에 의해 모터의 회전속도를 추정하고 이를 유도전동기모델(101)에 반영시켜 계속해서 업데이트시킨다. 즉, 유도전동기를 천천히 변화하는 시스템(slowly varying system)으로 간주하고 이의 회전속도를 변화시켜 실제유도전동기의 회전속도에 일치되도록 하는 방식이다.By such a configuration, when a voltage is applied to the induction motor model 101 implemented in the CPU, the current is estimated by the induction motor model 101. When the estimated current and the actual current are input, the speed estimator 103 compensates the error of both currents in the form of PI (proportional integration) control, estimates the rotational speed of the motor by a predetermined equation, and reflects it to the induction motor model 101. To keep it updated. In other words, the induction motor is regarded as a slowly varying system, and its rotation speed is changed to match the rotation speed of the actual induction motor.

그러나 상기와 같은 종래의 방식은 유도전동기가 발전영역에서 동작하는 경우, 예를 들면 유도전동기로 엘리베이터를 구동시킨다고 가정했을 때 엘리베이터가 하강하는 경우에는 추정알고리즘이 발산하여 전체 시스템이 불안정해진다. 또, PI제어기의 이득설정이 어렵다는 단점을 지닌다.However, in the conventional method as described above, when the induction motor operates in the power generation area, for example, when the elevator descends when the induction motor is driven by the induction motor, an estimation algorithm is emitted and the entire system becomes unstable. In addition, the gain setting of the PI controller is difficult.

위에서 설명한 방식 이외에도 속도센서없이 유도전동기의 회전속도와 회전자자속을 추정하기 위한 많은 방식이 제안되었으나 제안된 모든 방식들은 1) 알고리즘내부에 전류,전압의 측정값의 순수적분연산을 포함하고 있어 AD 컨버터의 직류오프셋(DC offset)에 취약하여 저속영역에서의 구동이 불가능하다든지, 2) 설정하기 까다로운 파라메타들을 포함하고 있어 그 값의 설정작업이 쉽지 않다든지, 3)발전영역에서의 안정성이 보장되지 않는 등의 결함을 가지고 있다.In addition to the methods described above, many methods for estimating the rotational speed and rotor flux of induction motors without speed sensors have been proposed, but all the proposed methods include 1) pure integral calculation of current and voltage measurement values in the algorithm. It is vulnerable to the DC offset of the converter, making it impossible to operate in the low speed range. 2) It is difficult to set the value because it contains difficult parameters. It does not have such a defect.

한편, 본 출원인은 유도전동기의 회전속도추정시스템으로서 주추정기와 부추정기로 이루어지는 두가지 형태의 속도추정기를 제안하여, 유도전동기의 동작영역을 전동영역, 발전영역 및 제동영역의 세가지 모드로 나누었을 때, 주추정기는 전동영역과 발전영역에서 부추정기는 전동영역과 제동영역에서 사용이 가능하므로 이 두 개의 추정기를 유도전동기의 동작상황에 따라 적절히 절환하여 사용하는 방식을 선출원한 바 있다. 즉, 현재 유도전동기의 회전자 자속과 회전속도의 추정값으로부터 유도전동기의 동작영역을 추정해내고 유도전동기의 동작영역에 따라 주추정기 혹은 부추정기의 추정알고리즘을 동작시켜 새로운 회전자 자속 및 회전속도의 추정치를 얻어내는 과정을 반복함으로써 회전자 자속 및 회전속도를 업데이트시켜나가는 것이다.On the other hand, the present applicant proposes two types of speed estimator consisting of the main estimator and the sub-estimator as the rotational speed estimating system of the induction motor, and when the operation region of the induction motor is divided into three modes: the electric region, the power generation region, and the braking region. Since the main estimator can be used in the electric and braking areas, the sub-estimator can be used in the electric and braking areas. That is, the operating region of the induction motor is estimated from the estimated rotor flux and rotational speed of the induction motor and the estimation algorithm of the main or sub-estimator is operated according to the operating area of the induction motor. By repeating the process of obtaining the estimate, the rotor flux and rotational speed are updated.

그러나, 상기와 같은 방식의 주추정기는 유도전동기의 회전방향에 관한 정보를 필요로 하고 측정값들의 오차에 민감하다. 따라서 회전방향에 관한 정보가 틀리기 쉽고 측정값들의 신호 대 잡음비(signal to noise ration)가 큰 저속영역에서주추정기가 동작할 때 추정치가 발산하는 문제가 생길 수 있다.However, the main estimator in this manner requires information on the direction of rotation of the induction motor and is sensitive to errors in the measured values. Therefore, when the main estimator operates in a low speed region where information about the rotation direction is easy and the signal to noise ratio of the measured values is large, there may be a problem that the estimate is divergent.

따라서, 본 발명의 목적은, 저속영역에서도 안정되게 유도전동기의 자속과 회전속도를 추정할 수 있는 유도전동기의 자속 및 회전속도추정시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic flux and rotational speed estimation system of an induction motor which can stably estimate the magnetic flux and rotational speed of an induction motor even in a low speed region.

도 1은 종래의 유도전동기의 회전속도추정시스템의 개략도,1 is a schematic diagram of a rotation speed estimation system of a conventional induction motor,

도 2는 정상상태에서의 발생토오크(Te)와 회전자의 회전속도(ωr)의 관계를 통해 나타낸 유도전동기의 작동영역을 도시한 그래프,Figure 2 illustrates the operation region of the induction motor represented by the relationship between the generated torque (T e) and the rotational speed (ω r) of the rotor in a normal state graph,

도 3은 본 발명에 따른 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속추정시스템으 개략도,3 is a schematic diagram of a rotation speed and rotor flux estimation system of an induction motor according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 자속추정방법을 나타낸 순서도,4 is a flow chart showing a magnetic flux estimation method according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속추정방법에 따라 시뮬레이션한 결과의 그래프이다.5 is a graph of simulation results according to the rotational speed and rotor flux estimation method of the induction motor according to the present invention.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법에 있어서, 소정의 변수와 유도전동기 특성상수들로 이루어진 동적방정식으로 표현되는 유도전동기모델을 설정하는 단계; 상기 동적방정식에 기초한 상기 유도전동기의 회전속도 및 자속추정 알고리즘을 각각 가지며, 상기 유도전동기의 3가지 동작영역인 전동영역, 발전영역 및 제동영역중 전동영역과 발전영역에서 수렴하는 메인추정기와 제 2 서브추정기, 전동영역과 제동영역에서 수렴하는 제 1 서브추정기를 마련하는 단계; 고정자 전압과 전류에 기초하여 이미추정된 속도와 자속에 따라 상기 메인추정기, 제 1서브추정기, 및 제 2서브추정기 중 어느 하나를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 추정기를 통해 상기 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법에 의해 달성된다.According to the present invention, in the method of estimating the rotational speed and rotor flux of an induction motor, the method includes: setting an induction motor model represented by a dynamic equation consisting of predetermined variables and characteristic characteristics of induction motors; A main velocity estimator and a second velocity estimator having a rotational speed and a flux estimation algorithm of the induction motor based on the dynamic equation, and converged in the electric and power generation regions among the three operating regions of the induction motor; Providing a sub-estimator, a first sub-estimator that converges in the transmission area and the braking area; Selecting one of the main estimator, the first sub estimator, and the second sub estimator according to the already estimated velocity and magnetic flux based on the stator voltage and the current; And estimating the rotational speed and rotor flux of the induction motor through the selected estimator.

여기서, 상기 유도전동기의 동적방정식은 다음과 같다:Here, the dynamic equation of the induction motor is as follows:

여기서 ids,iqs는 고정자전류, ωe는 d-q축의 회전속도, ψdr,ψqr은회전자 자속, ωr은 전동기의 회전속도, Vds와 Vqs는 각각 d축과 q축의 고정자전압, Te는 발생토오크, TL은 부하토오크, p는 극대수(polar pair number)이다. 또한, a0부터 a7까지는 다음과 같이 정의된 유도전동기의 특성상수이다.Where i ds and i qs are stator currents, ω e is the rotational speed of the dq axis, ψ dr, ψ qr is the rotor flux, ω r is the rotational speed of the motor, V ds and V qs are the stator voltages of the d and q axes, T e is the generated torque, T L is the load torque, and p is the polar pair number. In addition, a 0 to a 7 are characteristic constants of the induction motor defined as follows.

여기서, M은 상호인덕턴스, Ls은 고정자 자기인덕턴스, Lr은 회전자 자기인덕턴스, Rs는 고정자 저항, Rr은 회전자 저항이며, σ는 누설계수로서 σ≒ 1-M/LsLr이고, B는 유도전동기의 마찰계수, J는 전동기의 관성모멘트이다. 이하에서 동일한 수학기호는 동일한 의미를 가지므로 반복된 설명은 생략한다.Where M is the mutual inductance, L s is the stator magnetic inductance, L r is the rotor magnetic inductance, R s is the stator resistance, R r is the rotor resistance, and σ is the leakage coefficient σ ≒ 1-M / L s L r is the friction coefficient of the induction motor, and J is the moment of inertia of the motor. Hereinafter, the same mathematical symbols have the same meanings, and thus repeated descriptions thereof will be omitted.

또한, 상기 추정기를 선택하는 단계는 다음과 같이 정의된 K값에 기초하는 것이 효과적이다:Also, selecting the estimator is effective based on the K value defined as follows:

단, Te는 발생토오크, ωr회전자의 기계적인 회전속도, ψr은 회전자 자속의 크기, KT는 토오크상수이다.Where T e is the generated torque, ω r is the mechanical rotational speed of the rotor, ψ r is the magnitude of the rotor flux, and K T is the torque constant.

그리고, 상기 메인추정기의 추정알고리즘은 다음식과 같고:Then, the estimation algorithm of the main estimator is given by

상기 제 1서브추정기의 추정알고리즘은 다음식과 같으며:The estimation algorithm of the first sub estimator is given by

상기 제 2서브추정기의 추정알고리즘은 다음식과 같은 것이 바람직하다:The estimation algorithm of the second sub estimator is preferably:

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저 상기 세 가지의 추정기를 구성하는 과정을 살펴보고, 이와 같이 구현된 추정기들을 적절히 절환하여 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속을 추정하는 방법에 대해 설명하기로 한다.First, the process of configuring the three estimators will be described, and a method of estimating the rotational speed and the rotor flux of the induction motor by appropriately switching the estimators implemented as described above will be described.

본 발명에 따른 유도전동기의 회전자 자속 및 회전속도 추정을 위한 메인추정기, 제 1서브추정기 및 제 2서브추정기를 구현하는 과정은 다음과 같다. 유도전동기의 회전자 자속 및 회전속도 추정을 위해서는 유도전동기의 동적특성을 나타낸 동적방정식이 필요하다. 유도전동기의 동적방정식은 변수, 계수 및 좌표축을 어떻게 정의하는 가에 따라 다양한 형태를 띌 수 있으나 그 기본적인 의미는 모두 동일한 바, 본 발명을 위해 사용된 동적방정식에서 사용된 가정과 상수정의는 다음과 같다.The process of implementing the main estimator, the first sub estimator and the second sub estimator for estimating the rotor flux and the rotation speed of the induction motor according to the present invention is as follows. In order to estimate the rotor flux and rotation speed of an induction motor, a dynamic equation representing the dynamic characteristics of the induction motor is required. The dynamic equations of induction motors can take various forms depending on how the variables, coefficients and coordinate axes are defined, but the basic meanings are the same. The assumptions and constant definitions used in the dynamic equations used for the present invention are as follows. .

첫째, 유도전동기의 고정자 및 회전자의 각 3상 고정자 및 회전자 권선들은 기자력이 정현파로 분포되도록 감겨져 있고 서로 2π/3의 전기각 변위를 가지는 Y-결선되어 있으며, 둘째, 각 3상 고정자와 회전자 권선들은 각각 권선수 Ns_Nr,등가저항 Rs및 Rr을갖고 있고, 셋째, 철심의 자화특성은 선형이라는 특성을 갖고 있다는 가정하에 극대수(polar pair number)p를 가진 3상유도전동기의 d-q축상의 동적방정식을 유도할 수 있다. 극대수는 유도전동기에 형성된 자극의 수를 의미하며, 이 값이 클수록 자화상수가 커지게 된다. 이와 같은 가정하에 유도된 동적방정식은 다음과 같다.First, each three-phase stator and rotor windings of the stator and rotor of the induction motor are wound so that the magnetomotive force is distributed in a sinusoidal wave and Y-connected with an electric angle displacement of 2π / 3. The rotor windings have the number of turns N s and _ N r , the equivalent resistances R s and R r , respectively. Third, the magnetization of the iron core is linear, assuming that it has a polar pair number p. The dynamic equations on the dq axis of three-phase induction motors can be derived. The maximum number means the number of magnetic poles formed in the induction motor, and the larger this value is, the larger the magnetization constant becomes. The dynamic equation derived under this assumption is

한편, 기계적 시스템의 동적방정식은 아래와 같이 주어진다.On the other hand, the dynamic equation of the mechanical system is given by

또한, ids는 d축의 고정자전류이고, iqs는 q축의 고정자전류이고, ωe는 d-q축의 회전속도로서 축이 고정되어 있다고 가정할 때는 이 값을 0으로 한다. 또한 ψdr은 d축의 회전자의 자속이며, ψqr은q축의 회전자의 자속이며, ωr은 회전자의 기계적인 회전속도를 의미한다. Vds와 Vqs는 각각 d축과 q축의 고정자전압이며, Te는 발생토오크, TL은 부하토오크, p는 극대수이다. 한편, a0부터 a7까지는 다음과 같이 정의된 값들로 유도전동기 특성에 따라 그 값이 달라질 수 있다. 이하에서 동일한 수학기호는 동일한 의미를 가지므로 반복된 설명은 생략한다.In addition, i ds is the stator current of the d-axis, i qs is the stator current of the q-axis, and ω e is the rotational speed of the dq-axis. Φ dr is the magnetic flux of the rotor of the d-axis, ψ qr is the magnetic flux of the rotor of the q-axis, and ω r means the mechanical rotational speed of the rotor. V ds and V qs are stator voltages of d and q axes, respectively, T e is the generated torque, T L is the load torque, and p is the maximum number. On the other hand, a 0 to a 7 to the values defined as follows may vary depending on the characteristics of the induction motor. Hereinafter, the same mathematical symbols have the same meanings, and thus repeated descriptions thereof will be omitted.

여기서, M은 상호인덕턴스, Ls은 고정자 자기인덕턴스, Lr은 회전자 자기인덕턴스, Rs는 고정자 저항, Rr은 회전자 저항이며, σ는 누설계수로서 σ≒ 1-M/LsLr이고, B는 유도전동기의 마찰계수, J는 전동기의 관성모멘트이다. 이하에서 동일한 수학기호는 동일한 의미를 가지므로 반복된 설명은 생략한다.Where M is the mutual inductance, L s is the stator magnetic inductance, L r is the rotor magnetic inductance, R s is the stator resistance, R r is the rotor resistance, and σ is the leakage coefficient σ ≒ 1-M / L s L r is the friction coefficient of the induction motor, and J is the moment of inertia of the motor. Hereinafter, the same mathematical symbols have the same meanings, and thus repeated descriptions thereof will be omitted.

상기와 같은 유도전동기의 동적방정식을 바탕으로 하여 회전속도와 회전자 자속을 추정하는 추정기를 구현하는 과정은 다음과 같다.The process of implementing the estimator for estimating the rotational speed and the rotor flux based on the dynamic equation of the induction motor as described above is as follows.

먼저, d-q축에서의 회전자 자속 ψdr및 ψdq를 다음과 같이 회전자 자속의 크기 ψr과 회전자 자속의 위치각 θr로 표시한다.First, the rotor fluxes φ dr and ψ dq on the dq axis are expressed by the magnitude ψ r of the rotor flux and the position angle θ r of the rotor flux as follows.

다음으로, 상기 유도전동기의 동적방정식 중 전류방적식인 [수학식1]에서 ids, iqs, Vds, Vqs, Dids및 Diqs는 측정가능한 값이므로 이들이 포함된 계산가능한 항들을 모두 우변으로 옮긴 후 이 값을 각각 다음과 같이 αd와 αq로 정의한다. 단, 여기서 Dids및 Diqs는 각각 ids, ids의 미분식을 나타내며, 이 값은 근사적으로 평균변화율을 통해 구한 값을 사용한다.Next, i ds , i qs , V ds , V qs , Di ds and Di qs are the measurable values in the current equation [Equation 1] among the dynamic equations of the induction motor. And then define these values as α d and α q as follows: Here, Di ds and Di qs represent the differential equations of i ds and i ds , respectively, and these values are approximated using the average rate of change.

따라서, 위와 같이 정의된 αd와 αq는 고정자 전류와 전압의 측정을 통해 그 값을 계산할 수 있게 된다.Therefore, α d and α q defined as above can be calculated by measuring the stator current and voltage.

[수학식 5]와 [수학식 6]으로부터 회전속도 ωr을구하면 다음과 같다.Obtaining the rotational speed ω r from [Equation 5] and [Equation 6] is as follows.

여기서, sgn(ωr)은 회전속도의 부호를 의미한다.Here, sgn (ω r ) means the sign of the rotational speed.

한편, [수학식 5]와 유도전동기의 전류방정식인 [수학식 1]을 이용하면 유도전동기의 동적방정식 중 자속미분방정식인 [수학식 2]는 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.Meanwhile, using [Equation 5] and [Equation 1], which is the current equation of the induction motor, [Equation 2], which is the flux differential equation of the dynamic equation of the induction motor, can be rewritten as follows.

또, [수학식 5]의 두 식을 시간에 대하여 미분하면,Moreover, if two expressions of [Equation 5] are differentiated with respect to time,

을 얻는다.Get

그리고, 위의 두 식과 식 [수학식 5],[수학식 6] 및 [수학식 8]로부터 아래와 같은 ψr에 대한 미분방정식을 얻을 수 있다.In addition, the differential equations for ψ r can be obtained from the above two equations and [Equation 5], [Equation 6] and [Equation 8].

[수학식 10][Equation 10]

또, 식 [수학식 8]과 [수학식 9]로부터 다음과 같은 θr에 대한 미분방정식을 얻을 수 있다.The differential equations for the following θ r can be obtained from equations (8) and (9).

한편, 식 [수학식 5]와 [수학식 6]으로부터 ωr을 다음과 같이 표현할 수도 있다.On the other hand, ω r can be expressed as follows from equations [Equation 5] and [Equation 6].

그리고, [수학식 7], [수학식 11] 및 [수학식 12]로부터 아래와 같은 θr의 미분방정식을 얻을 수 있다.Then, the following differential equations of θ r can be obtained from Equations 7, 11 and 12.

따라서, [수학식 10], [수학식 12] 및 [수학식 13]으로부터 아래와 같은 회전 속도 및 회전자 자속추정기를 구성할 수 있게 된다.Therefore, the following rotational speed and rotor flux estimator can be constructed from Equation 10, Equation 12, and Equation 13.

한편, 선출원 당시 제안하였던 메인추정기와 제 1서브추정기의 추정방정식은 다음과 같다.Meanwhile, the estimation equation of the main estimator and the first sub estimator proposed at the time of filing is as follows.

메인추정기:Main estimator:

제 1서브추정기:First Subestimator:

위의 추정기의 추정방정식들은 x-y축에 대해 전개되어 있는 바, d-q 축을 기준으로 재구성하면 아래와 같다.The estimation equations of the estimator are developed for the x-y axis, and reconstructed based on the d-q axis is as follows.

메인추정기:Main estimator:

제 1서브추정기:First Subestimator:

상기 메인추정기와 제 1서브추정기로만 구성된 유도전동기의 회전속도 및 자속 추정방법은 본출원인에 의해 기 출원되었으며, 따라서 이들의 수렴성에 대한 증명은 생략한다.The method of estimating the rotational speed and the magnetic flux of the induction motor including only the main estimator and the first sub estimator has been previously filed by the present applicant, and therefore, proof of their convergence is omitted.

이하에서는 제 2서브추정기의 수렴성을 보이기 위해 다음과 같이 K를 정의 한다.Hereinafter, to show the convergence of the second sub estimator, K is defined as follows.

단, Te는 발생토오크, ωr회전자의 기계적인 회전속도, KT는 토오크상수이다.Where T e is the generated torque, ω r is the mechanical rotational speed of the rotor, and K T is the torque constant.

K값은 센서리스 알고리즘의 수렴성 분석에서 매우 중요한 역할을 하는 것으로, 이는 슬립(slip) s와 직접적인 관계를 가진다. 슬립은 유도전동기에 있어서 고정자 자속의 회전속도와 회전자의 회전속도와의 차를 말하는 것으로 회전자의 속도에 슬립을 더한 값이 고정자 자속의 회전속도와 동일한 관계를 만족한다. 여기서The K value plays a very important role in the convergence analysis of the sensorless algorithm, which is directly related to the slip s. Slip refers to the difference between the rotational speed of the stator flux and the rotational speed of the rotor in the induction motor, and the value obtained by adding slip to the rotor speed satisfies the same relationship as the rotational speed of the stator flux. here

(%)slip = (ωsr)/ωs (%) slip = (ω sr ) / ω s

= a5Te/Ktψr 2ωs≒ s= a 5 T e / K t ψ r 2 ω s ≒ s

라 놓으면, s = (K-1)/K 의 관계가 성립한다. 따라서, 도 2에 나타난 바와 같이, 유도전동기는 슬립 s의 값에 따라 그 동작 영역을 전동(motoring)영역(0<s<1), 발전(generating)영역(s<0) 및 제동(breaking)영역(s>0)의 세가지 영역으로 나눌 수 있다. 따라서, K<0, 0<K<1, 및 K>1은 각각 제동영역, 발전영역 및 전동영역에 해당된다., The relationship of s = (K-1) / K holds. Thus, as shown in Fig. 2, the induction motor has its motorized area (0 <s <1), generating area (s <0) and breaking according to the value of slip s. It can be divided into three areas of the area (s> 0). Therefore, K <0, 0 <K <1, and K> 1 correspond to a braking area | region, a power generation area, and a transmission area, respectively.

한편, 상기 메인추정기는 K<0에서, 제 1서브추정기는 K<0 혹은 K>1에서 수렴한다. 따라서 K 값이 양수일 때는 메인추정기를, 음수일 때는 제 1서브추정기를 동작시켜주어야 한다. 그런데, 저속영역에서 오차는 상대적으로 큰 값으로 나타나고, 특히 메인추정기는 제 1서브추정기로부터의 회전속도부호에 관한 정보를 필요로 하고 스스로 회전속도의 부호를 판별하는 능력이 없으므로, 제 1서브추정기에서 메인추정기로 절환되는 시기가 잘못되면 전체 시스템이 불안정해질 우려가 있다. 이러한 경우는 특히 회전자의 회전방향이 바뀌는 경우나 저속구동시에 발생될 가능성이 크다. 따라서 저속영역에서의 상기와 같은 점을 보완하기 위해 제안된 것이 제 2서브추정기이며, 저속영역에서는 제 2서브추정기가 메인추정기(4)와 결합되어 사용된다.On the other hand, the main estimator converges at K <0 and the first sub estimator at K <0 or K> 1. Therefore, when the K value is positive, the main estimator must be operated, and when the negative value is negative, the first sub estimator must be operated. However, in the low speed region, the error appears as a relatively large value. Especially, since the main estimator needs information about the rotation speed code from the first sub estimator and has no ability to determine the sign of the rotation speed by itself, the first sub estimator If the timing of switching from the main estimator to the wrong one is wrong, the whole system may become unstable. Such a case is particularly likely to occur when the rotational direction of the rotor is changed or during low speed driving. Therefore, the second sub estimator proposed to supplement the above point in the low speed region is used in combination with the main estimator 4 in the low speed region.

제 2서브추정기의 수렴성을 살펴보면 다음과 같다. 그런데 이를 증명하려면 다음과 같은 가정이 필요하다. 첫째, 고정자 전류는 어떤 상수 Imax에 의해 제한된다. 즉,The convergence of the second sub estimator is as follows. However, to prove this, we need the following assumptions. First, the stator current is limited by some constant I max . In other words,

둘째, 다음을 만족하는 양의 상수 ψm과 ψM이 존재한다.Second, there exist positive constants ψ m and ψ M satisfying

세째, 다음을 만족하는 양의 상수 ωm과 ωM이 존재한다.Third, there are positive constants ω m and ω M satisfying

여기서, ωM은 다음을 만족한다.Where ω M satisfies the following.

네째, 속도추정치의 부호는 실제속도의 부호와 일치한다. 즉,Fourth, the sign of the speed estimate coincides with the sign of the actual speed. In other words,

마지막으로 앞서 정의된 K는 K>0을 만족한다.Finally, K defined above satisfies K> 0.

실제 모든 유도전동기 제어시스템에서 과전류에 의한 전동기와 인버터의 파손을 막기 위해 전류의 크기를 제한하고 있으므로, 첫 번째 가정은 당연한 것이다. 또, 유도전동기는 ψr= 0에서 동작할 수 없으므로 두 번째 가정 역시 당연한 것이다. 세 번째 가정은 제 2서브추정기가 동작할 수 있는 속도영역을 나타내는 것으로 ωm은 0이 아닌 아주 작은 값으로 정할 수 있고, 이하에서 시뮬레이션될 사양의 유도전동기의 경우는 그 값이 90rpm 정도이므로, ωM값은 대략 80-90rpm 까지 크게 잡을 수 있다.In practically all induction motor control systems, the first assumption is natural because the magnitude of the current is limited to prevent damage to the motor and inverter due to overcurrent. In addition, the induction motor cannot operate at ψ r = 0, so the second assumption is also natural. The third assumption is the speed range in which the second sub-estimator can operate. Ω m can be set to a very small value, not zero, and in the case of the induction motor of the specification to be simulated below, the value is about 90 rpm. The ω M value can be large up to approximately 80-90 rpm.

네 번째 가정은 속도추정치의 부호가 실제속도의 부호와 일치한다는 것으로서 전동기의 회전속도가 바뀔 때와 같은 경우에는 만족되지 않을 수도 있으나 이러한 경우는 순간적으로 일어나는 것이 보통이고 대부분의 경우에서는 만족되는 가정이다. 이 가정은 제안하는 추정기의 수렴성 분석의 편의를 위한 것이다. 참고로 속도추정치의 부호가 실제속도의 부호가 서로 다른 경우에도 추정치가 발산하지 않고 추정오차의 크기가 제한됨을 증명할 수 있다. 마지막 가정은 제 2서브추정기가 전동영역이나 발전영역에서 동작할 것을 요구하는 것이다.The fourth assumption is that the sign of the speed estimate coincides with the sign of the actual speed, which may not be satisfied in cases such as when the rotational speed of the motor changes, but this is usually the case that occurs instantaneously and is satisfied in most cases. . This assumption is for the convenience of analyzing the convergence of the proposed estimator. For reference, even if the sign of the speed estimate is different from the sign of the actual speed, it can be proved that the estimate is not diverged and the magnitude of the estimated error is limited. The final assumption is that the second subestimator will operate in the transmission or power generation area.

위와 같은 가정이 만족된다고 가정하면, 상기 추정오차는 0으로 수렴하게 된다.Assuming that the above assumptions are satisfied, the estimation error converges to zero.

이하에서는 위와 같이 구성된 제 2서브추정기와, 메인추정기 및 제 1서브추정기를 포함한 유도전동기의 속도 및 회전자 자속 추정시스템의 구성 및 이에 따른 추정방법을 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter will be described in detail the configuration and the method of estimating the speed and rotor flux estimation system of the induction motor including the second sub-estimator, the main estimator and the first sub-estimator configured as described above.

도 3은 본 발명에 따른 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속추정시스템으개략도이고 도 4는 본 발명에 따른 자속추정방법을 나타낸 순서도이다.3 is a schematic diagram of a rotation speed and rotor flux estimation system of an induction motor according to the present invention, and FIG. 4 is a flow chart illustrating a flux estimation method according to the present invention.

도시된 바와 같이, 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정시스템은 유도전동기에 인가되는 상전류와 상전압으로부터 유도전동기의 회전속도 및 회전자의 자속추정을 위해 소정의 유도전동기의 동적방정식을 이용하여 필요한 정보를 처리하는 사전처리부(pre-processing part)(1)와, 사전처리부(1)에서 처리된 정보에 기초하여 각각 소정의 추정알고리즘에 의해 회전자 자속을 추정하는 메인추정기(4), 제 1서브추정기(5) 및 제 2서브추정기(6)와, 모터의 동작영역에 따라 메인추정기(4), 제 1서브추정기(5) 및 제 2서브추정기(6) 중 어느 것을 작동시킬지를 선택하는 추정기 선택부(2)를 포함한다.As shown, the rotational speed and rotor flux estimation system of an induction motor uses dynamic equations of a predetermined induction motor to estimate the rotational speed of the induction motor and the magnetic flux of the rotor from the phase current and phase voltage applied to the induction motor. A pre-processing part 1 for processing necessary information and a main estimator 4 for estimating the rotor flux by a predetermined estimation algorithm based on the information processed by the pre-processing part 1, and Select whether to operate the first sub-estimator 5 and the second sub-estimator 6 and the main estimator 4, the first sub-estimator 5, and the second sub-estimator 6 according to the operating area of the motor. And an estimator selecting section (2).

이상과 같은 구성에 의하여, 다음과 같이 유도전동기의 회전자 자속 및 회전속도를 추정한다. 단 초기구동시 ωr≒ 0 이므로, 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속추정은 제 1서브추정기(5)를 통해 이루어진다.By the above configuration, the rotor flux and the rotation speed of the induction motor are estimated as follows. However, since the initial driving is ω r ≒ 0, the rotational speed and the rotor flux estimation of the induction motor are made through the first sub estimator 5.

사전처리부(1)는 도시않은 센서로부터 고정자전류와 고정자전압을 감지하고 감지된 전류값, 전압값, 유도전동기의 특성상수값들 및 동적방정식에 기초하여 상술한 바와 같이 추정기의 적절한 선택에 필요한 K값 등 각종 변수 및 상수값을 계산한다(100). 다만, 이를 위해서는 고정자 저항Rs, 회전자 저항Rr, 상호인덕턴스 M등의 전동기의 특성상수값에 대한 정보를 필요로 한다. 이러한 값들은 유도전동기의 구동조건이 변함에 따라 크게 변동하는데, 특히 Rr의 경우에는 상온 및 고온에서의 값의 차이가 1.5배 이상이나 되기도 한다. 따라서 유도전동기의 회전속도 및회전자 자속추정방법이 실제로 적용되기 위해서는 전동기의 특성상수들을 온라인으로 추정해야 할 필요가 있다. 하지만 본 발명에서는 이러한 점들은 논외로 하고 전동기의 특성상수들을 완벽하게 알고 있다고 가정하기로 한다.The preprocessor 1 detects the stator current and stator voltage from a sensor (not shown), and based on the detected current value, voltage value, characteristic constant values of the induction motor, and dynamic equation, K value necessary for proper selection of the estimator as described above. Various variables and constant values are calculated (100). However, this requires information on the characteristic constant values of the motor, such as stator resistance R s , rotor resistance R r , and mutual inductance M. These values fluctuate greatly as the driving conditions of the induction motor change. In particular, in the case of R r , the difference between the values at room temperature and high temperature may be 1.5 times or more. Therefore, in order to apply the rotational speed and rotor flux estimation method of induction motor, it is necessary to estimate the characteristic constants of the motor online. However, in the present invention, these points are left out and it is assumed that the characteristic constants of the motor are perfectly known.

추정기 선택부(2)는 처리된 K값에 기초하여 현재 유도전동기의 구동영역이 발전영역인지 아닌지를 판별한다(200). K>1 또는 K<0이면 전동영역과 제동영역에 해당되므로 제 1서브추정기(5)를 선택하고, 이에 따라 제 1서브추정기(5)는 상술한 추정알고리즘을 사용하여 유도전동기의 회전속도와 회전자 자속을 추정한다(400).The estimator selecting unit 2 determines whether the driving region of the current induction motor is a power generation region based on the processed K value (200). If K> 1 or K <0, it corresponds to the electric and braking area, so the first sub estimator 5 is selected. Accordingly, the first sub estimator 5 uses the above-described estimation algorithm to determine the rotational speed of the induction motor. The rotor flux is estimated (400).

0<K<1인 경우 추정기선택부(2)는 다시 유도전동기의 회전속도ωr이 저속인지 고속인지 여부를 소정 값ωM을 기준으로 하여 판별한다(300). 여기서 ωM은 다음식을 만족하는 적당한 값으로 대략 min[(2/p)*sqrt{a4(a4-2)}]보다 작게 정해주면 충분하다. 단, 여기서 sqrt는 √를 의미한다.When 0 <K <1, the estimator selecting unit 2 again determines whether or not the rotational speed omega r of the induction motor is low or high speed based on the predetermined value omega M (300). Here, ω M is a suitable value satisfying the following equation, and it is sufficient to set smaller than min [(2 / p) * sqrt {a 4 (a 4 -2)}]. Where sqrt means √.

[수학식 24][Equation 24]

즉, |ωr|>ωM인 고속영역에서는 메인추정기(4)를 선택하고, |ωr|<ωM인 저속영역에서는 제 2서브추정기(6)를 선택한다(300). 이에 따라 선택된 추정기(4,6)는 각각 상술한 추정알고리즘을 사용하여 유도전동기의 회전속도와 회전자 자속을 추정한다(500, 600).That is, the main estimator 4 is selected in the high speed region where | ω r |> ω M , and the second sub estimator 6 is selected in the low speed region where | ω r | <ω M (300). Accordingly, the selected estimators 4 and 6 estimate the rotational speed and the rotor magnetic flux of the induction motor by using the above-described estimation algorithm, respectively (500 and 600).

메인추정기(4)는 스스로 유도전동기의 회전속도의 부호를 알아낼 수 없으나실제구현에는 회전속도의 부호를 필요로 하고, 자속각의 추정치를 대수적으로 얻어내고 측정치들의 역수가 사용되므로 측정치의 오차에 민감하다. 따라서 메인추정기를 저속영역에서 구동시킬 경우 추정치가 발산하는 문제가 발생할 수 있다.The main estimator 4 cannot find out the sign of the rotational speed of the induction motor by itself, but the actual implementation requires the sign of the rotational speed, and it is sensitive to the error of the measurement because the estimate of the magnetic flux angle is algebraically obtained and the inverse of the measured values is used. Do. Therefore, if the main estimator is driven in the low speed region, the estimate may diverge.

한편, 본 발명에서 새로이 제안한 제 2 서브추정기(6)는 알고리즘의 구현에회전속도의 부호를 필요로 하지않고 자속각의 추정치를 필터형태의 추정기를 통해 얻어내므로 메인추정기에 비해 측정치의 오차에 강인한 장점을 가진다. 이 제 2 서브추정기는 저속영역에서 메인추정기와 마찬가지로 전동영역과 발전영역에서 수렴하한다. 따라서 저속영역에서의 동작에 문제점을 갖는 메인추정기를 새로이 제안하는 제 2 서브추정기로 대신함으로써 메인추정기가 저속영역에서 가지는 문제점들을 해결하였다.On the other hand, the second subestimator 6 newly proposed in the present invention obtains an estimate of the magnetic flux angle through a filter type estimator without requiring the sign of the rotational speed in the implementation of the algorithm. It has a strong advantage. This second sub-estimator converges in the transmission and power generation regions similarly to the main estimator in the low speed region. Therefore, the main estimator solves the problems of the main estimator in the low speed region by substituting the newly proposed second sub estimator for the operation in the low speed region.

도 5는 본 발명에 따른 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속추정방법을 시뮬레이션한 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 이는 저속(18rpm)에서 정격부하(4.3Nm)의 20%부하(0.86Nm)가 가해지고 있을 때의 정역운전 결과를 나타낸다. 부하는 t=3.5sec일 때 가해지고, t=6sec에서 속도명령이 18rpm에서 -18rpm으로 변화한다. 정상상태에서 K>0, |ωr|<30rpm되면 제 2 서브추정기가 동작하게 된다. 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이 저속에서 큰 부하가 가해지더라도 속도와 자속 추정치가 실제값이 잘 수렴함을 알 수 있다.5 is a graph showing the simulation results of the rotational speed and rotor flux estimation method of the induction motor according to the present invention. This shows the result of forward and reverse operation when a 20% load (0.86 Nm) of the rated load (4.3 Nm) is applied at a low speed (18 rpm). A load is applied when t = 3.5 sec, and at t = 6 sec the speed command changes from 18 rpm to -18 rpm. When K> 0 and | ωr | <30 rpm in the steady state, the second sub estimator operates. As can be seen from the simulation results, the speed and flux estimates converge well with the actual values even at high loads at low speeds.

이와 같이, 본 발명에 따른 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속추정방법은 고정자 전류와 전압을 측정하여 d-q 좌표계에서 회전자 자속을 극좌표형태로 표시하여 얻어진 자속 추정기를 통하여 회전자 자속과 회전속도를 구하는 방식을 사용한다. 이는 적분연산을 포함하지 않고 설정해주어야 할 까다로운 변수를 포함하지 않을 뿐 아니라 저속에서 고속에 이르기까지 우수한 추정성능을 가짐을 시뮬레이션을 통해 살펴보았다.As described above, the rotor speed and rotor magnetic flux estimation method of the induction motor according to the present invention measures the stator current and the voltage to determine the rotor flux and the rotation speed through the magnetic flux estimator obtained by displaying the rotor flux in polar coordinates in the dq coordinate system. Use the method of obtaining. The simulation showed that it does not include the integrating operation and does not include the difficult variables to be set, and has excellent estimation performance from low speed to high speed through simulation.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 저속영역에서도 안정되게 유도전동기의 자속과 회전속도를 추정할 수 있다.As described above, according to the present invention, the magnetic flux and the rotational speed of the induction motor can be estimated stably in the low speed region.

Claims (6)

유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법에 있어서,In the method of estimating the rotational speed and rotor flux of an induction motor, 소정의 변수와 유도전동기 특성상수들로 이루어진 동적방정식으로 표현되는 유도전동기모델을 설정하는 단계;Setting an induction motor model represented by a dynamic equation consisting of predetermined variables and induction motor characteristic constants; 상기 동적방정식에 기초한 상기 유도전동기의 회전속도 및 자속추정 알고리즘을 각각 가지며, 상기 유도전동기의 3가지 동작영역인 전동영역, 발전영역 및 제동영역중 전동영역과 발전영역에서 수렴하는 메인추정기와 제 2 서브추정기, 전동영역과 제동영역에서 수렴하는 제 1 서브추정기를 마련하는 단계;A main velocity estimator and a second velocity estimator having a rotational speed and a flux estimation algorithm of the induction motor based on the dynamic equation, and converged in the electric and power generation regions among the three operating regions of the induction motor; Providing a sub-estimator, a first sub-estimator that converges in the transmission area and the braking area; 고정자 전압과 전류에 기초하여 이미 추정된 속도와 자속에 따라 상기 메인추정기, 제 1서브추정기, 및 제 2서브추정기 중 어느 하나를 선택하는 단계; 및Selecting one of the main estimator, the first sub estimator, and the second sub estimator according to the speed and the magnetic flux already estimated based on the stator voltage and the current; And 상기 선택된 추정기를 통해 상기 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법.Estimating the rotational speed and rotor flux of the induction motor through the selected estimator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유도전동기의 동적방정식은 다음과 같은 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법:The dynamic equation of the induction motor is a rotational speed and rotor flux estimation method of the induction motor, characterized in that: 여기서 ids,iqs는 고정자전류, ωe는 d-q축의 회전속도, ψdr,ψqr은회전자 자속, ωr은 전동기의 회전속도, Vds와 Vqs는 각각 d축과 q축의 고정자전압, Te는 발생토오크, TL은 부하토오크이다. 또한, a0부터 a7까지는 유도전동기의 특성상수이다.Where i ds and i qs are stator currents, ω e is the rotational speed of the dq axis, ψ dr, ψ qr is the rotor flux, ω r is the rotational speed of the motor, V ds and V qs are the stator voltages of the d and q axes, T e is the generated torque and T L is the load torque. Also, a 0 to a 7 are characteristic constants of the induction motor. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 추정기를 선택하는 단계는 다음과 같이 정의된 K값에 기초하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법:The selecting of the estimator is based on the K value defined as follows: Rotational speed and rotor magnetic flux estimation method of the induction motor: 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 메인추정기의 추정알고리즘은 다음식과 같은 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법:The estimation algorithm of the main estimator is a rotation speed and rotor flux estimation method of the induction motor, characterized in that the following equation: 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제 1서브추정기의 추정알고리즘은 다음식과 같은 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법:The estimation algorithm of the first sub estimator is a rotation speed and rotor flux estimation method of the induction motor, characterized in that the following equation: 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제 2서브추정기의 추정알고리즘은 다음식과 같은 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전속도 및 회전자 자속 추정방법:The estimation algorithm of the second sub estimator is a rotation speed and rotor flux estimation method of an induction motor, characterized in that:
KR1019990006969A 1999-03-03 1999-03-03 Velocity and flux estimation method for sensorless control of induction motor KR100294335B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990006969A KR100294335B1 (en) 1999-03-03 1999-03-03 Velocity and flux estimation method for sensorless control of induction motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990006969A KR100294335B1 (en) 1999-03-03 1999-03-03 Velocity and flux estimation method for sensorless control of induction motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000059404A KR20000059404A (en) 2000-10-05
KR100294335B1 true KR100294335B1 (en) 2001-07-12

Family

ID=19575442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990006969A KR100294335B1 (en) 1999-03-03 1999-03-03 Velocity and flux estimation method for sensorless control of induction motor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100294335B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030013647A (en) * 2001-08-08 2003-02-15 엘지전자 주식회사 Stroke deduction method for reciprocating compressor

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100425729B1 (en) * 2001-09-11 2004-04-03 엘지전자 주식회사 Method for elimination of offset in flux observer used synchronous reluctance motor
KR100425738B1 (en) * 2002-01-10 2004-04-01 엘지전자 주식회사 Method for sensorless rotary velocity control of synchronous reluctance motor
KR100484816B1 (en) * 2002-09-26 2005-04-22 엘지전자 주식회사 Flux Observing Apparatus of a Synchronous Reluctance Motor
KR100484818B1 (en) * 2002-10-10 2005-04-22 엘지전자 주식회사 Synchronized Reluctance Motor Controlling System without a Sensor
US6756753B1 (en) * 2002-12-11 2004-06-29 Emerson Electric Co. Sensorless control system and method for a permanent magnet rotating machine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0583976A (en) * 1991-09-18 1993-04-02 Hitachi Ltd Alternating current motor controller and electric rolling stock controller with this
JPH066992A (en) * 1992-06-16 1994-01-14 Yaskawa Electric Corp Vector controller for induction motor
JPH06315291A (en) * 1993-04-28 1994-11-08 Hitachi Ltd Computing method for position of magnetic flux of induction motor, and its control method using the same
JPH09298900A (en) * 1996-05-02 1997-11-18 Meidensha Corp Speed sensor-less vector controller

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0583976A (en) * 1991-09-18 1993-04-02 Hitachi Ltd Alternating current motor controller and electric rolling stock controller with this
JPH066992A (en) * 1992-06-16 1994-01-14 Yaskawa Electric Corp Vector controller for induction motor
JPH06315291A (en) * 1993-04-28 1994-11-08 Hitachi Ltd Computing method for position of magnetic flux of induction motor, and its control method using the same
JPH09298900A (en) * 1996-05-02 1997-11-18 Meidensha Corp Speed sensor-less vector controller

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030013647A (en) * 2001-08-08 2003-02-15 엘지전자 주식회사 Stroke deduction method for reciprocating compressor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000059404A (en) 2000-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8044618B2 (en) Control apparatus for AC motor
Schroedl et al. Sensorless control of reluctance machines at arbitrary operating conditions including standstill
EP0944164B1 (en) Sensorless control method and apparatus of permanent magnet synchronous motor
JP3411878B2 (en) Method for estimating rotor position of synchronous motor, control method without position sensor, and control device
KR100423715B1 (en) Synchronous motor control device and method
KR101087581B1 (en) Sensorless control method of permanent magnet synchronous motor
US8593087B2 (en) Magnetic pole position estimation method for AC synchronous motor
US20030009309A1 (en) Method of estimating speed of induction motor and magnetic flux of rotor
US20050140329A1 (en) Control system and method for permanent magnet synchronous motor
KR101619567B1 (en) Apparatus for estimating parameters in induction machine
Ezzat et al. Sensorless speed control of permanent magnet synchronous motor by using sliding mode observer
Ezzat et al. Observer-controller scheme using high order sliding mode techniques for sensorless speed control of permanent magnet synchronous motor
KR100294335B1 (en) Velocity and flux estimation method for sensorless control of induction motor
KR20090055070A (en) Control system of permanent magnet synchronous motor and method thereof
JP3185604B2 (en) Induction machine control device
JP2003219698A (en) Controller for synchronous machine
JPH08508155A (en) How to determine the stator flux estimate for an asynchronous machine
JP5250603B2 (en) Motor control device
JPH07274599A (en) Method and apparatus for controlling vector in induction motor
KR102288428B1 (en) Control Apparatus for Sensorless Motor of Inverter Type and Method Thereof
KR101048511B1 (en) Sensorless Speed Control System of Induction Motors
JP3735836B2 (en) Vector control method for permanent magnet synchronous motor
JP5426221B2 (en) Current detecting device in variable current path and control method of variable magnetic flux motor
JP4631108B2 (en) Switched reluctance motor control method and apparatus
JP4061446B2 (en) Resistance value identification method and control device for synchronous motor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130415

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140404

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160411

Year of fee payment: 16

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180416

Year of fee payment: 18

EXPY Expiration of term