KR100456850B1 - Flux control apparatus of inducement motor in electric vehicle and method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method for controlling flux of an inductive motor in an electric vehicle is provided to prevent the saturation of output voltage by controlling the flux of a voltage profile according to a D-phase voltage. CONSTITUTION: An apparatus for controlling flux of an inductive motor in an electric vehicle includes a voltage control portion(10), a flux control portion(20), a torque control portion(30), and a current control portion(40). The voltage control portion(10) creates a flux control command according to a voltage profile for controlling an inductive motor(50) and a voltage applied to the inductive motor(50). The flux control portion(20) outputs a current control command for flux according to the flux control command and the present flux. The torque control portion(30) outputs a current control command for torque according to a torque command. The current control portion(40) drives the inductive motor(50) by outputting D-phase and Q-phase control voltages according to the current control command for flux and the current control command for torque.

Description

전기자동차에서 유도 모터의 자속 제어장치 및 방법{FLUX CONTROL APPARATUS OF INDUCEMENT MOTOR IN ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF} Flux control device of an induction motor in an electric vehicle and a method {FLUX CONTROL APPARATUS OF INDUCEMENT MOTOR IN ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}

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, more specifically, the induction of the electric vehicle using a Q-axis voltage output, which accounts for most of the voltage in the control of the electric vehicle drive source induction motor to calculate control the magnetic flux controlling command value motor flux on the electric vehicle It relates to a control apparatus and method.

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. Generally, in the case of a car due to the explosive growth of the number of vehicles using the engine's air pollution caused by exhaust gases is becoming a social problem, an electric car or solar vehicles, hybrid electric vehicles that do not use the limited natural resources, pure of environmentally friendly cars such as electric vehicle battery research and development has been actively carried out has been going to the practical 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. As such electrical being developed as an environmentally friendly automobile cars, solar cars, hybrid electric vehicles, pure cell electric vehicle and the like, and using a battery as a main power source, the induction driven by the battery voltage, the motor rotary shaft and the CVT (Continuously by connecting the Variable transmission) is directly coupled and that the drive force of the induction motor 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. Voltage equation for driving the induction motor is as shown in Equation 1 below, torque and power equation is determined as shown in Equation 2 below.

여기서, here, 는 저항값이고, And the resistance value, 는 D상에 대한 전류값이며, And a current value for the phase D, 는 누설전류값이고, And the leakage current value, 는 고정자 인덕턴스이며, And the stator inductance, 는 Q상에 대한 전류값이며, Is the current value of the phase Q, 은 모터의 회전 각속도이다. It is a rotation angular velocity of the motor.

상기 모터의 회전 각속도 Rotational angular velocity of the motor 이다. to be.

로 결정되며, It is determined by,

모터의 파워(Power) The motor power (Power) 로 결정된다. It is determined to be.

또한, 상기 유도 모터의 동력원인 주배터리의 전압과 유도 모터의 토크 및 파워의 관계는 첨부된 도 4에서 알 수 있는 바와 같은 출력특성곡선을 갖는다. Further, the relationship between the torque and the power of the primary voltage of the battery power source of the induction motor and the induction motor has an output characteristic curve as can be seen in the accompanying 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 battery is the start of an induction motor disclosed in the area of ​​positive torque, which is the maximum charge torque of the induction motor to reach the reference speed is maintained in a stable state, and power is also increased to have the linearity.

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 has reached the reference speed in a state in which the charging voltage of the battery to maintain the constant output area according to the discharge of the battery charge voltage, but the torque is reduced exponentially with the power is held steady.

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. When entering the stall area, the battery voltage in this state, the later entered the stall area, output power and torque are charged battery voltage when is decreased exponentially, the sustain drive operation of the continuous induction motor in this state a sudden is decreased is generated, when to maintain a minimum voltage to thereby stop the driving of 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 the above-described output characteristic curve but are several methods of control are applied, typically in the case of the electric vehicle, and a vector control method is applied, for generating a magnetic flux command for the drive control of the induction motor the controller may, and so does not exist separately, the magnetic flux command generated by the control input of the voltage profile in accordance with the 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. Accordingly, a drawback that is available the appropriate values ​​for the must be able to know the exact parameters of the magnetic flux controlling motor speed command, and is not a countermeasure is proposed to prevent the problem that the output voltage of the current controller which is saturated.

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 is one to be controlled to a desired magnetic flux control command by generating a magnetic flux control command to the invention in view of the various problems, and its object is to use the Q-axis voltage applied to the fact induction motor as described above, the value will be.

또한, 자속 제어 명령을 통한 출력 전압의 안정된 제어로 고속 운전 영역에서 안정된 제어가 확보되도록 한 것이다. In addition, one would ensure that a stable control in the high speed operating range to ensure stable control of the output voltage with the magnetic flux controlling command.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차에서 유도 모터의 자속 제어장치에 대한 일 실시예의 구성도. 1 is a diagram of one embodiment of the magnetic flux control device 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. Figure 2 is a flow diagram of one embodiment for generating a magnetic flux command for 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 present invention.

도 4는 일반적인 전기자동차에서 유도 모터의 속도 대비 배터리 전압의 출력 특성을 도시한 그래프. Figure 4 shows the output characteristics of the rate compared to the battery voltage of the induction motor in a typical electric vehicle graph.

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; The present invention for achieving the above object is according to an electric vehicle that is equipped with an induction motor, the magnetic flux controlling command according to the Q-phase voltage feedback is applied in the induced voltage profile and the induction motor for the motor drive control which is input from the host processor, voltage control means for generating output; 상기 전압 제어수단에서 인가된 자속 제어 명령과 유도 모터에서 피드백 인가된 현재의 자속에 따라 자속분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 자속제어수단과; Flux control means for outputting a current control command to the minute magnetic flux according to the current magnetic fluxes to the feedback applied from the voltage control means in the applied magnetic flux command and the induction motor and the control; 운전자의 요구에 따라 상위 프로세서에서 입력되는 토크 명령에 따라 토크분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 토크 제어수단과; Torque control means for outputting a current control command to the torque minutes, depending on the torque command to be input from the host processor in accordance with a driver's request, and; 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; By comparing the current control command, and the phase of feedback with respect to the current control command D and Q current for the magnetic flux minutes for the torque minutes by outputting a control voltage on the phase and Q D comprises a current control means for driving the induction motor , which provides a flux control device of an induction motor in an electric vehicle, characterized in that the addition, the present invention is the process of driving the induction motor to output the torque and the magnetic flux command in response to a request of the driver during driving and; 상기 유도모터에서 피드백된 Q상 전압과 운전자의 요구에 따른 전압 프로파일을 비교하여 자속 명령을 생성 출력하는 과정과; Generating a magnetic flux command output by comparing the voltage profile according to the needs of the operator and the Q-phase voltage feedback from the induction motor and; 자속 명령과 유도 모터의 현재 자속에 따라 자속분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 과정과; Process for outputting a current control command to the flux minutes, depending on the current magnetic flux of the magnetic flux command and the induction motor and; 운전자의 요구에 따른 토크 명령에 따라 토크분 전류 제어 명령을 출력하는 과정과; Process for outputting a torque current command in accordance with the control torque command according to a driver's request, and; 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. The torque current control command and flux minutes comparing the D-phase and Q-phase current feedback to the control command to output a control voltage on the phase and Q D characterized in that it comprises the step of controlling the torque and flux of the induction motor in the electric vehicle, which provides a flux control method for an induction motor.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, it will be described with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention.

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. The structure of the magnetic flux control device of an induction motor in an electric vehicle according to the invention As can be seen in 1, voltage controller 10 and the magnetic flux controller 20, the torque controller 30, a current controller 40 and the induction through interaction motor 50, the voltage controller 20 is a feedback Q-axis voltage (Vq) is applied to the induction motor 50, the voltage profile and the induction motor 50 for driving is input from the host processor in accordance with a driver's request depending on the outputs generated by the magnetic flux control command for the induction motor 50 is controlled.

상기에서 유도 모터(50)에 인가된 피드백 Q축 전압(Vq)은 하기의 수학식 3과 같이 된다. The feedback Q-axis voltage (Vq) is applied to the induction motor 50 in the above is as shown in Equation 3 below.

상기에서 In the 는 모터의 각속도이고, And the angular velocity of the motor, 는 조정자 인덕턴스이며, The coordinator is the inductance, 는 D상에 대한 전류이다. Is the current for the phase D.

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 to the minute magnetic flux according to the current magnetic flux is applied from the magnetic flux is fed back to the control command and the induction motor 50 which is applied by the voltage controller 10.

토크 제어기(30)는 운전자의 요구에 따라 상위 프로세서에서 입력되는 토크 명령에 따라 토크분에 대한 전류 제어 명령을 출력한다. Torque controller 30 and outputs a current control command to the torque minutes, depending on the torque command to be input from the host processor in accordance with 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 is Q and a D for controlling driving of the current control to the command and comparing the D-phase and Q-phase current feedback with respect to the current control command to the flux-minute induction motor 50 for the torque minutes by outputting the voltage on the control to maintain the operation of the induction motor 50.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명을 통해 자속 제어 명령을 생성하는 동작은 다음과 같다. Through the present invention having a configuration as described above operates to generate a magnetic flux control command 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 force driving the various electric cars that run by the induction motor 50 is started (S110) higher processor, not shown, drives the induction motor 50 to output the magnetic flux and torque control command according to a driver's request (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, a voltage controller 10 compares detecting the induction motor (50) already applied to the feedback Q-axis voltage (Vq) on the voltage profile and the induction motor 50 for driving is input from the host processor in accordance with a driver's request, and then (S130) (S140) and generates the magnetic flux command for the induction motor control 50 controls the output according to the comparison result (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 is a current for the next flux minutes generate a D-phase current control command according to the current magnetic flux applied is fed back from the magnetic flux controlling command and the induction motor 50 which is applied by the voltage controller 10 and outputting a control command is applied to the side of the current controller (40).

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, since the torque controller 30 state that is on the side of the current controller 40 outputs a current control command to the torque minutes, depending on the torque command to be input from the host processor in accordance with a driver's request, the current controller 40 is D phase and compared to the D-phase and Q-phase current feedback, for each current instruction Q phase, derived by extracting a current control command to the flux minutes and a current control command for each torque minutes on according to the result of the comparison to output the D phase and the control voltage on the Q for controlling the driving of the motor 50 controls the motor torque and the power of the induction motor 50 to maintain the drive motor torque of the induction motor 50, as described above, and the power of the control are determined, the Q-phase voltage (Vq) and the D-phase voltage (Vd) and the voltage profile (V) as shown in FIG. 3 attached, is determined the output characteristic curves.

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, by the present invention controls the flux of the voltage profile in accordance with the D-phase voltage supplied to the induction motor's in controlling an induction motor in an electric vehicle by vector control, and prevents the output voltage is saturated, the magnetic flux this stability is provided to the output limit of the motor by a stable control.

Claims (3)

  1. 유도 모터가 구비되는 전기자동차에 있어서, In the electric vehicle that is equipped with an induction motor,
    상위 프로세서로부터 입력되는 상기 유도 모터 구동 제어를 위한 전압 프로파일과 유도 모터에서 피드백 인가된 Q상 전압에 따라 자속 제어 명령을 생성 출력하는 전압제어수단과; Voltage control means for outputting a magnetic flux generated control command in response to the induced feedback applied to the Q-phase voltage from the voltage profile and the induction motor for the motor drive control which is input from the host processor and;
    상기 전압 제어수단에서 인가된 자속 제어 명령과 유도 모터에서 피드백 인가된 현재의 자속에 따라 자속분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 자속제어수단과; Flux control means for outputting a current control command to the minute magnetic flux according to the current magnetic fluxes to the feedback applied from the voltage control means in the applied magnetic flux command and the induction motor and the control;
    운전자의 요구에 따라 상위 프로세서에서 입력되는 토크 명령에 따라 토크분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 토크 제어수단과; Torque control means for outputting a current control command to the torque minutes, depending on the torque command to be input from the host processor in accordance with a driver's request, and;
    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 제어장치. By comparing the current control command, and the phase of feedback with respect to the current control command D and Q current for the magnetic flux minutes for the torque minutes by outputting a control voltage on the phase and Q D comprises a current control means for driving the induction motor the magnetic flux of the induction motor controller in the electric vehicle, characterized in that.
  2. 삭제 delete
  3. 운행시 운전자의 요구에 따라 자속과 토크 명령을 출력하여 유도 모터를 구동시키는 과정과; The process of driving the induction motor to output the torque and the magnetic flux command in response to a request of the driver during driving and;
    상기 유도모터에서 피드백된 Q상 전압과 운전자의 요구에 따른 전압 프로파일을 비교하여 자속 명령을 생성 출력하는 과정과; Generating a magnetic flux command output by comparing the voltage profile according to the needs of the operator and the Q-phase voltage feedback from the induction motor and;
    자속 명령과 유도 모터의 현재 자속에 따라 자속분에 대한 전류 제어 명령을 출력하는 과정과; Process for outputting a current control command to the flux minutes, depending on the current magnetic flux of the magnetic flux command and the induction motor and;
    운전자의 요구에 따른 토크 명령에 따라 토크분 전류 제어 명령을 출력하는 과정과; Process for outputting a torque current command in accordance with the control torque command according to a driver's request, and;
    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 제어방법. The torque current control command and flux minutes comparing the D-phase and Q-phase current feedback to the control command to output a control voltage on the phase and Q D characterized in that it comprises the step of controlling the torque and flux of the induction motor flux control method for an induction motor in an electric vehicle as set.
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US9479101B2 (en) 2014-05-28 2016-10-25 Hyundai Motor Company Apparatus for diagnosing flux of motor in vehicle

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