KR100456850B1 - Flux control apparatus of inducement motor in electric vehicle and method thereof - Google Patents
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Abstract
전기자동차에서 구동원인 유도 모터의 제어시 전압의 대부분을 차지하는 Q축 전압 출력을 이용하여 자속 제어 명령값을 산출 제어하도록 하는 것으로,In the control of the induction motor which is the driving source in the electric vehicle, the magnetic flux control command value is calculated and controlled by using the Q-axis voltage output that occupies most of the voltage.
유도 모터가 구비되는 전기자동차에 있어서, 상위 프로세서로부터 입력되는 상기 유도 모터 구동 제어를 위한 전압 프로파일과 유도 모터에서 피드백 인가된 Q상 전압에 따라 자속 제어 명령을 생성 출력하는 전압제어수단과, 상기 전압 제어수단에서 인가된 자속 제어 명령과 유도 모터에서 피드백 인가된 현재의 자속에 따라 자속분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 자속제어수단과, 운전자의 요구에 따라 상위 프로세서에서 입력되는 토크 명령에 따라 토크분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 토크 제어수단과, 상기 토크분에 대한 전류 제어 명령과 자속분에 대한 전류 제어 명령에 대하여 피드백된 D상과 Q상 전류를 비교하여 D상과 Q상의 제어 전압을 출력시켜 상기 유도 모터를 구동시키는 전류제어수단을 포함한다.An electric vehicle equipped with an induction motor, comprising: voltage control means for generating and outputting a flux control command according to a voltage profile for controlling the induction motor driving input from a higher processor and a Q-phase voltage fed back from an induction motor, and the voltage A magnetic flux control means for outputting a current control command for the magnetic flux according to the magnetic flux control command applied from the control means and the current magnetic flux fed back from the induction motor, and the torque according to the torque command input from the upper processor according to the driver's request Torque control means for outputting a current control command for the minute, and the control voltage of the D and Q phases by comparing the D-phase and Q-phase currents fed back with respect to the current-control command for the torque and the current control command for the magnetic flux. And a current control means for driving the induction motor by outputting the same.
Description
본 발명은 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 전기자동차의 구동원인 유도 모터의 제어시 전압의 대부분을 차지하는 Q축 전압 출력을 이용하여 자속 제어 명령값을 산출 제어하도록 하는 전기자동차의 유도 모터 자속 제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electric vehicle, and more particularly, to an induction motor magnetic flux of an electric vehicle configured to calculate and control a flux control command value by using a Q-axis voltage output that occupies most of the voltage when controlling an induction motor which is a driving source of the electric vehicle. A control apparatus and method are provided.
일반적으로, 차량 대수의 폭발적인 증가로 인하여 내연기관을 사용하는 자동차의 경우 배기가스에 의한 대기 오염이 사회적 문제로 대두되고 있어, 한정된 천연자원을 사용하지 않는 전기자동차나 태양열 자동차, 하이브리드 전기자동차, 순수전지 전기자동차 등의 환경 친화적인 자동차의 연구 개발이 활발하게 진행되어 실용화 단계까지 진행되고 있다.In general, due to the explosive increase in the number of vehicles, in the case of automobiles using internal combustion engines, air pollution caused by exhaust gases is a social problem, and electric vehicles, solar cars, hybrid electric vehicles, and pure water that do not use limited natural resources Research and development of environmentally friendly automobiles such as all-electric electric vehicles have been actively conducted, and have been progressing to the commercialization stage.
이와 같이 환경 친화적인 자동차로 개발되고 있는 전기자동차나 태양열 자동차, 하이브리드 전기자동차, 순수전지 전기자동차 등은 주동력원으로 배터리를 사용하고 있으며, 배터리의 전압에 의해 구동되는 유도 모터는 회전축과 CVT(Continuously Variable Transmission)를 직결로 연결하여 유도 모터의 구동력이 휠에 전달되도록 하고 있다.Electric vehicles, solar vehicles, hybrid electric vehicles, and pure cell electric vehicles, which are being developed as environmentally friendly vehicles, use batteries as the main power source.Induction motors driven by the voltage of the battery have a rotating shaft and CVT (Continuously Variable Transmission) is connected directly so that the driving force of the induction motor is transmitted to the wheel.
상기 유도 모터를 구동하기 위한 전압 방정식은 하기의 수학식 1과 같이 되며, 토크 및 파워 방정식은 하기의 수학식 2와 같이 결정된다.The voltage equation for driving the induction motor is as shown in Equation 1 below, and the torque and power equation is determined as shown in Equation 2 below.
여기서,는 저항값이고,는 D상에 대한 전류값이며,는 누설전류값이고,는 고정자 인덕턴스이며,는 Q상에 대한 전류값이며,은 모터의 회전 각속도이다.here, Is the resistance value, Is the current value for D phase, Is the leakage current value, Is the stator inductance, Is the current value for Q phase, Is the rotational angular velocity of the motor.
상기 모터의 회전 각속도이다.Rotational angular velocity of the motor to be.
모터의 파워(Power)로 결정된다.Power of the motor Is determined.
또한, 상기 유도 모터의 동력원인 주배터리의 전압과 유도 모터의 토크 및 파워의 관계는 첨부된 도 4에서 알 수 있는 바와 같은 출력특성곡선을 갖는다.In addition, the relationship between the voltage of the main battery, which is the power source of the induction motor, and the torque and power of the induction motor has an output characteristic curve as shown in FIG.
즉, 배터리가 만충전되어 있는 정토크의 영역에서 유도 모터의 기동이 개시되면 기준 속도에 도달하기까지 유도 모터의 토크는 안정된 상태를 유지하고, 파워 역시 선형성을 갖고 증가된다.That is, when the induction motor starts in the region of the constant torque where the battery is fully charged, the torque of the induction motor remains stable until the reference speed is reached, and the power is also increased linearly.
이후, 유도 모터가 기준속도에 도달하게 되면 배터리의 충전전압이 정출력 영역을 유지하는 상태에서 배터리 충전전압의 방전에 따라 토크는 지수함수적으로 감소되나 파워는 안정되게 유지된다.Then, when the induction motor reaches the reference speed, the torque decreases exponentially with the discharge of the battery charging voltage while the charging voltage of the battery maintains the constant output region, but the power remains stable.
이 상태에서 배터리 전압이 스톨 영역에 진입하게 되면, 스톨 영역에 진입한 이후에는 출력 파워와 토크는 지수함수적으로 감소하게 되며, 이 상태에서 지속적인 유도 모터의 구동이 유지되는 경우 배터리 충전전압은 급격한 감소가 발생하게 되고, 최소 전압을 유지하게 되면 유도 모터의 구동을 정지시키게 된다.In this state, when the battery voltage enters the stall region, the output power and torque decrease exponentially after entering the stall region. A decrease occurs and keeping the minimum voltage stops the induction motor.
상기한 출력 특성곡선과 같이 유도 모터를 제어하기 위해서는 여러 가지의 제어방법이 적용되고 있으나, 통상적으로 전기자동차에서의 경우 백터 제어방식이 적용되고 있으며, 유도 모터의 구동 제어를 위한 자속지령을 생성하는 제어기는 별도로 존재하지 않고 속도에 따른 전압 프로파일의 입력을 통해 자속 제어 명령이생성되도록 하고 있다.In order to control the induction motor as described above, various control methods have been applied. However, in the case of electric vehicles, a vector control method is generally applied, and a magnetic flux command for driving control of the induction motor is generated. The controller does not exist separately and allows a flux control command to be generated through input of a voltage profile according to speed.
따라서, 정확한 모터 속도의 파라메터를 알 수 있어야만 자속 제어 명령에 대한 적절한 값을 구할 수 있는 단점이 있으며, 전류 제어기의 출력 전압이 포화되는 것을 막기 위한 대처 방법이 제시되고 있지 않은 문제점이 있다.Therefore, there is a disadvantage in that an appropriate value for the flux control command can be obtained only when the parameter of the motor speed is known, and there is a problem in that a countermeasure for preventing the output voltage of the current controller from being saturated is not proposed.
본 발명은 전술한 바와 같은 제반적인 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 그 목적은 실제로 유도 모터에 인가되는 Q축 전압을 이용하여 자속 제어 명령을 생성함으로써 자속 제어 명령을 원하는 값으로 제어할 수 있도록 한 것이다.The present invention has been made in view of the above-described general problems, and an object thereof is to generate a magnetic flux control command using a Q-axis voltage actually applied to an induction motor so that the magnetic flux control command can be controlled to a desired value. will be.
또한, 자속 제어 명령을 통한 출력 전압의 안정된 제어로 고속 운전 영역에서 안정된 제어가 확보되도록 한 것이다.In addition, the stable control of the output voltage through the flux control command to ensure a stable control in the high-speed operation region.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차에서 유도 모터의 자속 제어장치에 대한 일 실시예의 구성도.1 is a configuration diagram of an embodiment of a magnetic flux control apparatus of an induction motor in an electric vehicle according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차에서 유도 모터의 자속 명령을 발생하는 일 실시예의 흐름도.2 is a flowchart of an embodiment of generating a magnetic flux command of an induction motor in an electric vehicle according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차에서 배터리 전압의 출력 특성을 도시한 그래프.Figure 3 is a graph showing the output characteristics of the battery voltage in the electric vehicle according to the invention.
도 4는 일반적인 전기자동차에서 유도 모터의 속도 대비 배터리 전압의 출력 특성을 도시한 그래프.Figure 4 is a graph showing the output characteristics of the battery voltage versus the speed of the induction motor in a typical electric vehicle.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명은 유도 모터가 구비되는 전기자동차에 있어서, 상위 프로세서로부터 입력되는 상기 유도 모터 구동 제어를 위한 전압 프로파일과 유도 모터에서 피드백 인가된 Q상 전압에 따라 자속 제어 명령을 생성 출력하는 전압제어수단과; 상기 전압 제어수단에서 인가된 자속 제어 명령과 유도 모터에서 피드백 인가된 현재의 자속에 따라 자속분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 자속제어수단과; 운전자의 요구에 따라 상위 프로세서에서 입력되는 토크 명령에 따라 토크분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 토크 제어수단과; 상기 토크분에 대한 전류 제어 명령과 자속분에 대한 전류 제어 명령에 대하여 피드백된 D상과 Q상 전류를 비교하여 D상과 Q상의 제어 전압을 출력시켜 상기 유도 모터를 구동시키는 전류제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차에서 유도 모터의 자속 제어장치를 제공한다.또한, 본 발명은 운행시 운전자의 요구에 따라 자속과 토크 명령을 출력하여 유도 모터를 구동시키는 과정과; 상기 유도모터에서 피드백된 Q상 전압과 운전자의 요구에 따른 전압 프로파일을 비교하여 자속 명령을 생성 출력하는 과정과; 자속 명령과 유도 모터의 현재 자속에 따라 자속분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 과정과; 운전자의 요구에 따른 토크 명령에 따라 토크분 전류 제어 명령을 출력하는 과정과; 상기 토크분 전류 제어 명령과 자속분 제어 명령에 대하여 피드백된 D상과 Q상 전류를 비교하여 D상과 Q상의 제어 전압을 출력시켜 상기 유도 모터의 토크 및 자속을 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차에서 유도 모터의 자속 제어방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle having an induction motor, and includes a magnetic flux control command according to a voltage profile for controlling the induction motor driving input from a higher processor and a Q-phase voltage fed back from an induction motor. Voltage control means for generating and outputting; Magnetic flux control means for outputting a current control command for the magnetic flux according to the magnetic flux control command applied from the voltage control means and the current magnetic flux fed back from the induction motor; Torque control means for outputting a current control command for torque in accordance with a torque command input from a higher processor according to a driver's request; And a current control means for driving the induction motor by outputting the control voltages of the D and Q phases by comparing the D and Q phase currents fed back with respect to the current control command for the torque component and the current control command for the magnetic flux component. The present invention provides a magnetic flux control apparatus for an induction motor in an electric vehicle. The present invention also provides a method of driving an induction motor by outputting a magnetic flux and a torque command in response to a driver's request; Generating and outputting a flux command by comparing the Q-phase voltage fed back from the induction motor with a voltage profile according to a driver's request; Outputting a current control command for the magnetic flux according to the magnetic flux command and the current magnetic flux of the induction motor; Outputting a torque current control command according to a torque command according to a driver's request; And controlling the torque and the magnetic flux of the induction motor by comparing the D-phase and Q-phase currents fed back to the torque component current control command and the magnetic flux component control command to output the control voltages of the D and Q phases. In the electric vehicle to provide a magnetic flux control method of the induction motor.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차에서 유도 모터의 자속 제어장치의 구성은, 전압 제어기(10)와 자속 제어기(20), 토크 제어기(30), 전류 제어기(40) 및 유도 모터(50)로 이루어지는데, 전압 제어기(20)는 운전자의 요구에 따라 상위 프로세서로부터 입력되는 유도 모터(50) 구동을 위한 전압 프로파일과 유도 모터(50)에 인가된 피드백 Q축 전압(Vq)에 따라 유도 모터(50) 제어를 위한 자속 제어 명령을 생성 출력한다.As can be seen in Figure 1 the configuration of the magnetic flux control apparatus of the induction motor in the electric vehicle according to the present invention, the voltage controller 10 and the flux controller 20, torque controller 30, current controller 40 and induction It consists of a motor 50, the voltage controller 20 is a voltage profile for driving the induction motor 50 input from the upper processor according to the driver's request and the feedback Q-axis voltage (Vq) applied to the induction motor 50 According to the generation of the flux control command for controlling the induction motor 50 generates.
상기에서 유도 모터(50)에 인가된 피드백 Q축 전압(Vq)은 하기의 수학식 3과 같이 된다.The feedback Q-axis voltage Vq applied to the induction motor 50 is expressed by Equation 3 below.
상기에서는 모터의 각속도이고,는 조정자 인덕턴스이며,는 D상에 대한 전류이다.From above Is the angular velocity of the motor, Is the adjuster inductance, Is the current for the D phase.
자속제어기(20)는 상기 전압 제어기(10)에서 인가되는 자속 제어 명령과 유도 모터(50)로부터 피드백되어 인가되는 현재의 자속에 따라 자속분에 대한 전류 제어 명령을 출력한다.The magnetic flux controller 20 outputs a current control command for the magnetic flux according to the magnetic flux control command applied by the voltage controller 10 and the current magnetic flux fed back from the induction motor 50.
토크 제어기(30)는 운전자의 요구에 따라 상위 프로세서에서 입력되는 토크 명령에 따라 토크분에 대한 전류 제어 명령을 출력한다.The torque controller 30 outputs a current control command for torque in accordance with a torque command input from a higher processor according to a driver's request.
전류 제어기(40)는 상기 토크분에 대한 전류 제어 명령과 자속분에 대한 전류 제어 명령에 대하여 피드백된 D상 및 Q상 전류를 비교하여 유도 모터(50)의 구동을 제어하기 위한 D상과 Q상의 제어 전압을 출력시켜 유도 모터(50)의 구동을 유지한다.The current controller 40 compares the current control command for the torque and the current control command for the magnetic flux and compares the currents of the D and Q phases to control the driving of the induction motor 50. The driving voltage of the induction motor 50 is maintained by outputting a control voltage of the phase.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명을 통해 자속 제어 명령을 생성하는 동작은 다음과 같다.The operation of generating a flux control command through the present invention having the configuration as described above is as follows.
유도 모터(50)의 구동력으로 운행되는 각종 전기자동차의 운행이 시작되면(S110) 도시되지 않은 상위 프로세서는 운전자의 요구에 따른 자속 및 토크 제어 명령을 출력하여 유도 모터(50)를 구동시킨다(S120).When the driving of various electric vehicles driven by the driving force of the induction motor 50 starts (S110), the upper processor (not shown) outputs a magnetic flux and torque control command according to a driver's request to drive the induction motor 50 (S120). ).
이때, 전압 제어기(10)는 운전자의 요구에 따라 상위 프로세서로부터 입력되는 유도 모터(50) 구동을 위한 전압 프로파일과 유도 모터(50)에 이미 인가된 피드백 Q축 전압(Vq)을 검출 비교한 다음(S130)(S140) 비교된 결과에 따라 유도 모터(50) 제어를 위한 자속 제어 명령을 생성 출력한다(S150).At this time, the voltage controller 10 detects and compares the voltage profile for driving the induction motor 50 input from the upper processor and the feedback Q-axis voltage Vq already applied to the induction motor 50 according to the driver's request. According to the comparison result, a magnetic flux control command for controlling the induction motor 50 is generated and output (S150).
이때, 자속제어기(20)는 상기 전압 제어기(10)에서 인가되는 자속 제어 명령과 유도 모터(50)로부터 피드백되어 인가된 현재의 자속에 따라 D 상 전류 제어 명령을 생성한 다음 자속분에 대한 전류 제어 명령을 출력하여 전류 제어기(40)측에 인가한다.At this time, the magnetic flux controller 20 generates a D-phase current control command according to the magnetic flux control command applied from the voltage controller 10 and the current magnetic flux fed back from the induction motor 50, and then the current for the magnetic flux. A control command is output and applied to the current controller 40 side.
또한, 토크 제어기(30)는 운전자의 요구에 따라 상위 프로세서에서 입력되는 토크 명령에 따라 토크분에 대한 전류 제어 명령을 출력하여 전류 제어기(40)측에 인가하고 있는 상태이므로, 전류 제어기(40)는 D상과 Q상 각각의 전류 지령에 대하여 피드백된 D상 및 Q상 전류와 비교하여, 비교된 결과에 따라 각 상의 토크분에 대한 전류 제어 명령과 자속분에 대한 전류 제어 명령을 추출하여 유도 모터(50)의 구동을 제어하기 위한 D상과 Q상의 제어 전압을 출력시켜 유도 모터(50)의 모터 토크 및 파워를 제어하여 구동을 유지한다.상기한 바와 같은 유도 모터(50)의 모터 토크 및 파워의 제어는 첨부된 도 3과 같은 Q상 전압(Vq)과 D상 전압(Vd) 및 전압 프로파일(V)이 결정되며, 이에 따른 출력 특성곡선이 결정된다.In addition, the torque controller 30 outputs a current control command for torque in response to a torque command input from a higher processor according to a driver's request, and is applied to the current controller 40. Is derived by comparing the current control command for each torque and the current control command for the magnetic flux according to the result of the comparison by comparing the currents of the D and Q phases fed back for the current commands of each of the D and Q phases. The driving voltage is maintained by controlling the motor torque and the power of the induction motor 50 by outputting the control voltages of the D and Q phases for controlling the driving of the motor 50. The motor torque of the induction motor 50 as described above is maintained. And the control of the power is the Q-phase voltage (Vq) and D-phase voltage (Vd) and the voltage profile (V) as shown in Figure 3 attached, and the output characteristic curve is determined accordingly.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전기자동차에서 유도 모터를 벡터제어방식으로 제어함에 있어 유도 모터에 공급되는 D상 전압에 따라 전압 프로파일의 자속을 제어함으로써, 출력 전압이 포화되는 것을 방지하고, 자속의 안정된 제어에 의해 모터의 출력 제한에 안정성이 제공된다.As described above, the present invention controls the magnetic flux of the voltage profile according to the D-phase voltage supplied to the induction motor in controlling the induction motor in a vector control method in an electric vehicle, thereby preventing the output voltage from being saturated, and Stable control provides stability to the output limitation of the motor.
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| KR20040001974A (en) | 2004-01-07 |
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