KR100459470B1 - Speed Sensorless Vector Controller Using High Frequency Injection in Induction Motors - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도 전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기에 관한 것으로, 종래에는 처음 기동시 부하토크에 대한 응답이 늦어 기동에 실패할 경우가 많고, 또한 정격부하의 토크의 변동에서도 추정에 실패하는 경우가 발생하여 부하의 적용에 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 제어기에서 위치 및 속도 옵저버를, 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 q축과 d축 성분으로 각각 분해한 고주파 전류와 코사인함수 및 사인함수를 각각 곱하고, 이 곱해진 값의 차를 구하는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 구한 에러신호를 출력하는 헤테로다인 과정부(22A)와, 상기에서 구한 에러신호에 대하여 로우패스 필터링을 행하여 얻은 필터링 에러신호를 출력하는 로우패스필터(22B)와, 상기에서 출력되는 필터링 에러신호를 입력받아 적분기와 이득제어를 통해 자속 속도 추정값을 연산하는 옵저버 제어기(22C)와, 상기 자속 속도 추정값에 유도전동기의 슬립속도에 이득제어를 행한 값을 더하여 속도를 보상한 자속속도 보상 추정값을 출력하는 속도 보상기(22E)와, 상기 자속속도 보상 추정값을 적분하여 자속 위치 추정값을 구하는 적분기(22D)로 구성하여, 부하의 급격한 변동에서도 자속의 속도와 위치를 정확히 추정하고, 항상 성공적인 기동을 가능하게 하여 과도상태 토크응답을 개선하도록 한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speed sensorless vector controller using high frequency injection in an induction motor. In the related art, in the case of the first startup, the response to the load torque is late, so that the startup fails in many cases, and the estimation fails even when the torque of the rated load changes. There was a problem in applying the load. Therefore, the present invention multiplies the position and velocity observer in the speed sensorless controller using the high frequency injection, and the high frequency current, the cosine function and the sine function, respectively, which decomposes the high frequency detection current having the polarity information into the q-axis and d-axis components, respectively. A heterodyne process unit 22A for outputting an error signal obtained through a new heterodyne process for obtaining a difference of the multiplied value, and a low pass for outputting a filtering error signal obtained by performing low pass filtering on the error signal obtained above. A filter controller 22C, an observer controller 22C that receives the filtering error signal outputted from the filter, calculates a flux speed estimate through integrator and gain control, and performs gain control on slip speed of an induction motor based on the flux speed estimate. A speed compensator 22E for outputting a magnetic flux compensation compensation estimated value by adding a value, and the magnetic flux compensation Configured as an integrator (22D) by integration of the setpoint to obtain the magnetic flux position estimation, in the sudden change of the load and accurately estimate the speed and position of the magnetic flux, is a transient state to improve the torque response always enables a successful start-up.

Description

유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기Speed Sensorless Vector Controller Using High Frequency Injection in Induction Motors

본 발명은 토크 응답성을 크게 향상시켜 기동이나 정격 부하 토크의 빠른 응답을 가능하게 하기 위한 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기에 관한 것으로, 특히 부하의 급격한 변동에서도 자속의 속도와 위치를 정확히 추정할 수 있도록 하고, 항상 성공적인 기동을 가능하게 하기 위한 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speed sensorless vector controller using high frequency injection in an induction motor for greatly improving torque responsiveness to enable quick response of starting or rated load torque. The present invention relates to a speed sensorless vector controller using high frequency injection in an induction motor to enable accurate estimation and to always enable successful startup.

현재 산업에서 사용되는 범용 인버터의 경우, 속도센서가 없이 자속 및 주파수를 일정하게 하는 전압/주파수 제어가 일반적이며, 속도제어나 토크제어가 필요한 부분에서는 속도센서를 부착한 벡터제어 인버터를 사용한다.In the case of general-purpose inverters used in the present industry, voltage / frequency control that maintains a constant flux and frequency without a speed sensor is common, and a vector control inverter with a speed sensor is used in a part where speed control or torque control is required.

속도 검출장치의 부착은 별도의 추가비용이 필요하고, 속도 검출장치의 부착이 어렵거나 먼 거리로 인한 노이즈에 의한 문제점을 갖게 된다.The attachment of the speed detector requires a separate additional cost, and the attachment of the speed detector is difficult or has a problem due to noise due to a long distance.

또한 전동기 축과 일치되지 않을 경우는 또다른 문제를 발생하게 된다.In addition, if the motor shaft does not match, another problem occurs.

따라서 속도 검출장치가 필요없는 속도 및 토크제어가 가능한 벡터 인버터의 출시가 대두된다.Therefore, the introduction of a vector inverter capable of speed and torque control without the need for a speed detection device is emerging.

현재 많은 방식들이 제시되어 산업에 응용되고 있다.Many methods are currently proposed and applied to industry.

이러한 방법들은 과도응답이 문제가 되거나, 전동기 상수를 정확하게 알고 있어야 하는 문제점들을 안고 있다. 여기서 무엇보다도 중요한 것은 저속에서 응용되기 어렵다는 점이다.These methods have problems with transient response or having to know the motor constants accurately. The most important thing here is that it is difficult to apply at low speed.

따라서 저속에서 응용이 가능한 방식으로 전동기에 기본파의 구동 주파수와는 별도의 고주파 신호를 인가하여 이로 생기는 자속의 돌극성 및 포화를 이용해서 일반 유도전동기의 자속 및 정지 상태에서도 위치 및 속도 정보를 찾는 방식이 부각되고 있다.Therefore, it is possible to apply the low frequency signal to the motor in a way that can be applied at low speed and find position and velocity information even in the magnetic flux and stop state of general induction motor by using the polarity and saturation of the magnetic flux. The way is emerging.

그러나 이 방식에서 처음 기동이나 정격 부하 토크의 빠른 변화에서 문제점을 안고 있다.However, this method suffers from the initial start-up or rapid change of rated load torque.

본 발명은 이러한 문제를 해결하여 토크 응답성을 크게 향상시켜 기동이나 정격 부하 토크의 빠른 응답을 가능하게 한다.The present invention solves this problem and greatly improves the torque responsiveness to enable a quick response of starting or rated load torque.

이와같은 본 발명에 대하여는 뒤에 설명하기로 한다.This invention will be described later.

도 1은 종래 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시된 바와같이, 입력되는 고정자 전류 지령값({i_qds}^e*)을 받아 그 전류값에 비례하는 전압 지령값({v_qdsl}^s*)으로 변환시켜 출력하는 전류 제어부(11)와, 상기 전류 제어부(11)에서 출력되는 전압 지령값 ({v_qdsl}^s*)과 외부로 부터의 고주파 인가전압 지령값({v_qdsc}^s*)을 더하여 고주파 전압 지령값({v_qds}^s*)을 생성하여 출력하는 가산기(12)와, 상기 가산기(12)에서 출력되는 고주파 전압 지령값({v_qds}^s*)을 입력받아 3상으로 좌표 변환을 행하고, 이 3상 좌표 변환한 3상 지령전압({v_as},{v_bs},{v_cs})을 유도 전동기(14)로 출력하여 구동시키는 전압 출력부(13)와, 상기 3상 지령전압({v_as} ,{v_bs} ,{v_cs})에 의해 유도 전동기(14)가 구동할 때 흐르는 3상 전류(i_as , i_bs , i_cs)를 검출하고, 그 검출한 전류를 고정자 좌표변환을 행하여 얻어진 고정자 전류값({i_qds}^s)을 출력하는 전류검출 및 필터회로(15)와, 상기 전류검출 및 필터회로(15)에서 출력되는 고정자 전류값({i_qds}^s)을 받아 동기 좌표변환을 행하고, 그 변환을 행하여 얻어진 동기 전류({i_qds}^e)를 출력함과 아울러 상기 전류 제어부(11)로 제공하여 변환되는 전압을 조절하도록 하는 고정자 대 동기좌표 변환부(16)와, 상기 고정자 대 동기좌표 변환부(16)에서 출력되는 동기 전류({i_qds}^e)를 필터링하여 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(i_qdsc)를 검출하고, 그 검출한 전류를 출력하는 동기필터(17)와, 상기 동기필터(17)에서 검출한 고주파 검출전류(i_qdsc)를 받아 그로부터 추정된 위치와 속도를 나타내는 자속 속도 추정값( )과 자속 위치 추정값( )을 각각 구하고, 이 구한 자속 위치 추정값( )을 상기 전압 출력부(13), 고정자 대 동기좌표 변환부(16) 및 동기필터(17)로 각각 제공하여 출력하고자 하는 전류 및 전압을 자속위치에 따른 값으로 변환시켜 출력하도록 하는 위치 및 속도 옵저버(18)로 구성된다.1 is a circuit configuration diagram of a speed sensorless vector controller using high frequency injection in a conventional induction motor. As shown in FIG. 1, a stator current command value {i_qds} ^ e * is received and is proportional to the current value. The current control unit 11 converting the voltage command value {v_qdsl} ^ s * to be outputted, the voltage command value {v_qdsl} ^ s * output from the current control unit 11, and the high frequency from the outside. The adder 12 generates and outputs the high frequency voltage command value {v_qds} ^ s * by adding the applied voltage command value {v_qdsc} ^ s *, and the high frequency voltage command value outputted from the adder 12. {v_qds} ^ s *) is input and coordinate transformation is performed in three phases. The three-phase coordinate-converted three-phase command voltages {v_as}, {v_bs}, {v_cs} are outputted to the induction motor 14. Three-phase current i_as flowing when the induction motor 14 is driven by the voltage output unit 13 to be driven and the three-phase command voltages {v_as}, {v_bs}, {v_cs}. , i_bs, i_cs) and a current detection and filter circuit 15 for outputting a stator current value {i_qds} ^ s obtained by performing stator coordinate transformation on the detected current, and the current detection and filter circuit ( Receives the stator current value {i_qds} ^ s output from 15), performs synchronous coordinate conversion, outputs the synchronous current {i_qds} ^ e obtained by performing the conversion, and provides it to the current controller 11. The stator-to-synchronous coordinate converter 16 to adjust the voltage to be converted and the synchronous current {i_qds} ^ e output from the stator-to-synchronous coordinate converter 16 to have high polarity information. A magnetic flux velocity indicating the position and velocity estimated from the synchronous filter 17 which detects the detected current i_qdsc and outputs the detected current, and the high frequency detected current i_qdsc detected by the synchronous filter 17. Estimate ) And magnetic flux position estimates ( ), And the estimated flux position estimates ( ) Is provided to the voltage output unit 13, the stator-to-synchronous coordinate conversion unit 16, and the synchronization filter 17, respectively, to convert the current and voltage to be output into a value according to the magnetic flux position and output them. It consists of an observer 18.

상기에서 위치 및 속도 옵저버(18)는, 도 2에 도시된 바와같이, 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(i_qdsc)를 q축과 d축 성분으로 각각 분해한 고주파 전류(i_qsc)(i_dsc)와 코사인함수 및 사인함수 를 각각 곱하고, 이 곱해진 값의 차를 구하는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 구한 에러신호(ε)를 출력하는 헤테로다인 과정부(22A)와, 상기 헤테로다인 과정부(22A)에서 구한 에러신호(ε)에 대하여 로우패스 필터링을 행하여 얻은 필터링 에러신호(ε_f' )를 출력하는 로우패스필터(22B)와, 상기 로우패스필터(22B)에서 출력되는 필터링 에러신호(ε_f' )를 입력받아 적분기와 이득제어기를 이용하여 자속 속도 추정값( )을 연산하는 옵저버 제어기(22C)와, 상기 옵저버 제어기(22C)의 자속 속도 추정값( )을 적분하여 자속 위치 추정값( )을 구하고 이 구한 값을 상기 헤테로다인 과정부(22A)로 피드백하는 적분기(22D)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the position and velocity observer 18 includes a high frequency current i_qsc (i_dsc) obtained by decomposing a high frequency detection current i_qdsc having protrusion polarity information into q and d axis components, respectively. Cosine and Sine Functions Multiplying each and outputting an error signal [epsilon] obtained through a new heterodyne process for obtaining the difference of the multiplied value, and an error signal [epsilon] obtained from the heterodyne process unit 22A. The low pass filter 22B which outputs the filtering error signal ε_f 'obtained by performing low pass filtering with respect to the?) And the filtering error signal ε_f' outputted by the low pass filter 22B are input. Using the controller, the flux velocity estimate ( And an observer controller 22C for calculating the magnetic flux velocity estimated by the observer controller 22C. ) By integrating the magnetic flux position estimate ( ), And the integrator 22D feeds back the calculated value to the heterodyne processor 22A.

이와같이 구성된 종래 기술에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the prior art configured in this way in detail as follows.

유도 전동기의 구동 시스템은 기본파 구동 주파수 성분과 구동 전력보다 낮은 전력의 고주파수의 신호를 중첩하여 유도 전동기의 고정자 권선부에 전력을 공급한다.The driving system of the induction motor superimposes a fundamental wave driving frequency component and a signal of a high frequency of a power lower than the driving power to supply power to the stator winding of the induction motor.

이때 기기의 회전자는 고유의 임피던스가 변경되고, 회전자의 회전 위치의 함수로 구성되는 주파수 신호가 고정자 권선부의 신호에 영향을 주게 되어 돌극성이 나타난다.At this time, the inherent impedance of the rotor is changed, and a frequency signal composed as a function of the rotational position of the rotor affects the signal of the stator winding part, thereby showing the polarity.

즉, 회전자의 누설 인덕턴스는 고정자 권선부에 의하여 회전자 위치의 주기적 함수로서 변화한다.That is, the leakage inductance of the rotor changes as a periodic function of the rotor position by the stator windings.

회전자 위치에 관한 정보는 시간의 함수로 나타나며 전동기의 속도 또는 토크를 제어하기 위해 기본 주파수의 구동 전력에 중요한 정보로서 이용될 수 있다.Information about the rotor position is presented as a function of time and can be used as important information for the driving power of the fundamental frequency to control the speed or torque of the motor.

일반적인 돌극성을 갖지 않는 균일한 표면의 회전자인 유도전동기에 상기에서와 같은 방법을 도입하면 유도 전동기의 자속 경로가 포화되어 자속벡터의 위치 함수로서 신호 주파수에서 이 부분의 신호에 대한 고정자 권선부의 응답에 영향을 미치는 돌극성을 발생한다.When the above method is introduced into an induction motor, which is a rotor of a uniform surface without general polarity, the magnetic flux path of the induction motor is saturated and the response of the stator winding to the signal of this part at the signal frequency as a function of the position of the magnetic flux vector. Occurrence of polarity affecting.

고정자 권선부에서의 응답은 유도 전동기에서의 고정자 변위 인덕턴스로 자속 벡터 위치의 주기적 함수로 변화한다.The response at the stator windings changes as a periodic function of the flux vector position with stator displacement inductance in the induction motor.

신호 주파수에서의 고정자 응답은 신호 주파수와 자속 벡터 위치에서의 응답 크기간에 상관 관계를 제공하도록 검출 및 측정된다.The stator response at the signal frequency is detected and measured to provide a correlation between the signal frequency and the magnitude of the response at the flux vector location.

시간의 함수인 자속벡터 위치에 관한 정보는 전동기 구동에서 속도와 토크제어를 위해 전동기의 기본 주파수 구동전력의 유용한 정보로 제공된다.Information about the position of the magnetic flux vector as a function of time is provided as useful information of the basic frequency driving power of the motor for speed and torque control in motor operation.

고정자 권선에서의 높은 주파수 신호에 대한 응답 검출은 회전자의 각위치 또는 자속 벡터와 상관 관계를 이루는 신호 주파수에 대한 응답의 변조를 분리하기 위하여 혼합신호를 여과함으로써 헤테로다인 검출을 이용해서 검출한다.Response detection for high frequency signals in the stator windings is detected using heterodyne detection by filtering the mixed signal to separate the modulation of the response to the signal frequency correlated with the angular position of the rotor or the flux vector.

앞에서 설명한 바와같은 이유에 의해서 일반적인 유도전동기를 고주파 주입을 이용하여 동작시키는데, 이에 대하여 도 1 및 도 2에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.For the reason described above, a general induction motor is operated using high frequency injection, which will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

전류 제어부(11)는 q축과 d축 전류에 대한 고정자 전류값({i_qds}^e*)이 입력되면, 그 고정자 전류값에 비례하는 고정자 전압 지령값({v_qdsl}^s*)으로 변환시켜 가산기(12)로 출력한다.When the stator current value {i_qds} ^ e *) for the q-axis and d-axis currents is input, the current controller 11 converts the stator voltage command value (v_qdsl} ^ s *) proportional to the stator current value. To the adder 12.

그러면 상기 가산기(12)는 유도전동기의 속도 또는 토크를 제어하기 위한 중요한 정보인 돌극성 정보를 얻기위하여 외부로 부터 입력되는 고주파 인가전압 지령값({v_qdsc}^s*)을 상기 전류 제어부(11)로 부터 제공되는 전압 지령값({v_qdsl}^s*)과 더하고, 그 더하여 얻어지는 고정자 전압 지령값({v_qds}^s*)을 전압 출력부(13)로 출력한다.Then, the adder 12 receives the high frequency applied voltage command value {v_qdsc} ^ s * input from the outside in order to obtain the polarity information, which is important information for controlling the speed or torque of the induction motor, and the current controller 11. ) And the stator voltage command value {v_qds} ^ s * obtained by adding to the voltage command value {v_qdsl} ^ s * provided from the above).

즉, 전류 제어부(11)에서 출력되는 기본파 구동 주파수 성분에 해당하는 지령값과 외부로 부터의 높은 주파수에 해당하는 지령값을 중접한 신호를 상기 전압 출력부(13)로 출력한다.That is, a signal obtained by overlapping a command value corresponding to a fundamental wave driving frequency component output from the current control unit 11 and a command value corresponding to a high frequency from the outside is output to the voltage output unit 13.

여기서 상기 전압 출력부(13)는 인버터 시스템으로 펄스폭변조(PWM) 전압형 인버터이다.The voltage output unit 13 is a pulse width modulation (PWM) voltage type inverter as an inverter system.

그러므로 상기 전압 출력부(13)는 상기 가산기(12)로 부터 제공되는 고정자 전압 지령값({v_qds}^s*)에 대하여 3상 좌표 변환을 행하여, 펄스폭변조로 이루어진 3상 지령전압(v_as , v_bs , v_cs)으로 변환시켜 유도전동기(14)로 공급한다.Therefore, the voltage output unit 13 performs three-phase coordinate transformation on the stator voltage command value {v_qds} ^ s * provided from the adder 12, thereby performing a three-phase command voltage v_as consisting of pulse width modulation. , v_bs, v_cs) are supplied to the induction motor 14.

따라서 상기 유도전동기(14)는 3상 지령전압(v_as , v_bs , v_cs)에 의해 구동하기 시작한다.Therefore, the induction motor 14 starts to be driven by the three-phase command voltages v_as, v_bs, and v_cs.

상기 유도전동기(14)가 구동하게 되면, 상기 유도전동기(14)에는 3상 지령전압(v_as , v_bs , v_cs)에 비례하는 3상 전류(i_as , i_bs , i_cs)가 흐른다.When the induction motor 14 is driven, the induction motor 14 flows three-phase currents i_as, i_bs, and i_cs proportional to the three-phase command voltages v_as, v_bs, and v_cs.

그러면 전류검출 및 필터회로(15)는 유도전동기(14)로 흐르는 3상 전류(i_as , i_bs , i_cs)를 검출하고, 그 검출한 3상 전류(i_as , i_bs , i_cs)를 고정자 좌표변환을 행하여 고정자 전류({i_qds}^s)를 얻는다.The current detection and filter circuit 15 then detects the three-phase currents i_as, i_bs, i_cs flowing to the induction motor 14, and performs stator coordinate transformation on the detected three-phase currents i_as, i_bs, i_cs. The stator current {i_qds} ^ s is obtained.

이렇게 얻은 상기 고정자 전류({i_qds}^s)는 고정자 대 동기 좌표변환부(16)로 제공한다.The stator current {i_qds} ^ s thus obtained is provided to the stator-to-synchronous coordinate converter 16.

그러면 상기 고정자 대 동기좌표 변환부(16)는 고정자 좌표계로 변환된 전류를 다시 동기좌표계로 변환시키고, 이 변환을 통해 얻어진 고정 전류({i_qds}^e)를 상기 전류 제어부(11)와 동기 필터(17)로 각각 출력한다.Then, the stator-to-synchronous coordinate converter 16 converts the current converted into the stator coordinate system back to the synchronous coordinate system, and the fixed current {i_qds} ^ e obtained through the conversion is synchronized with the current controller 11. Output each to (17).

이때 전류 제어부(11)는 상기 고정자 대 동기 좌표변환부(16)로 부터 제공되는 고정전류({i_qds}^s)에 따라 입력되는 고정자 전류값({i_qds}^e*)을 받아들이고, 그 받아들인 고정자 전류값({i_qds}^e*)에 따라 고정자 전압값으로 변환시켜 출력한다.At this time, the current controller 11 receives the stator current value {i_qds} ^ e * input according to the fixed current {i_qds} ^ s provided from the stator-to-synchronous coordinate conversion unit 16, and receives the According to the stator current value ({i_qds} ^ e *) entered, it is converted into the stator voltage value and output.

그리고 상기 동기 필터(17)는 고주파 신호의 정보를 얻기위하여 기본파 주파수를 제거하기 위하여 로우패스필터링을 행하여 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(i_qdsc)를 얻고, 이렇게하여 얻은 상기 고주파 검출전류(i_qdsc)를 위치 및 속도 옵저버(18)로 출력한다.The synchronous filter 17 performs low pass filtering to remove the fundamental frequency to obtain information of the high frequency signal, thereby obtaining a high frequency detection current i_qdsc having bulge polarity information, and thus obtaining the high frequency detection current i_qdsc. ) Is output to the position and velocity observer 18.

이에따라 상기 위치 및 속도 옵저버(18)는 동기 필터(17)로 부터 제공되는 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(i_qdsc)를 이용하여 헤테로다인 과정을 거치고, 미분 및 적분을 통하여 자속의 추정속도( )과 자속 위치 추정값( )을 추정한다.Accordingly, the position and velocity observer 18 undergoes a heterodyne process using a high frequency detection current (i_qdsc) having protrusion polarity information provided from the synchronous filter 17, and estimates the velocity of the magnetic flux through differentiation and integration. ) And magnetic flux position estimates ( Estimate).

이와같은 과정을 통해 얻은 자속위치 추정값( )은 전압 출력부(13), 고정자대 동기좌표 변환부(16) 및 동기필터(17)로 각각 전달되어 자속의 위치에 따라 전압, 전류값을 조절하도록 한다.The magnetic flux position estimate obtained through this process ( ) Is transmitted to the voltage output unit 13, stator to synchronous coordinate converter 16 and the synchronous filter 17 to adjust the voltage and current values according to the position of the magnetic flux.

상기에서와 같이 각 부를 통해 추정한 자속의 속도 및 위치에 따라 유도전동기(14)를 제어한다.As described above, the induction motor 14 is controlled according to the speed and position of the magnetic flux estimated through each unit.

여기서, 상기 위치 및 속도 옵저버(18)의 동작에 대하여 도 2에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.Herein, the operation of the position and velocity observer 18 will be described with reference to FIG. 2.

먼저, 동기 필터(17)에서 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(i_qdsc)는 q축성분의 고주파 검출전류(i_qsc)와 d축성분의 고주파 검출전류(i_dsc)로 각각 분해되어 헤테로다인 과정부(22A)로 제공된다.First, in the synchronous filter 17, the high frequency detection current i_qdsc having the salient polarity information is decomposed into a high frequency detection current i_qsc of the q-axis component and a high frequency detection current i_dsc of the d-axis component, respectively. 22A).

그러면 상기 헤테로다인 과정부(22A)의 제1곱셈기(221)에서 q축 성분의 고주파 검출전류(i_qsc)와 고주파 성분의 코사인 함수(223)의 출력값 를 곱하여 가산기(225)의 비반전단자(+)로 출력한다.Then, the first multiplier 221 of the heterodyne processor 22A outputs the high frequency detection current i_qsc of the q-axis component and the cosine function 223 of the high frequency component. Multiply by and output to the non-inverting terminal (+) of the adder 225.

이때 제2곱셈기(222)는 d축 성분의 고주파 검출전류(i_dsc)와 고주파 성분의 사인함수(224)인 를 곱하여 상기 가산기(225)의 반전단자(-)로 출력한다.In this case, the second multiplier 222 is a high frequency detection current i_dsc of the d-axis component and a sine function 224 of the high frequency component. Multiply by and output the inverting terminal (-) of the adder 225.

그러면 상기 가산기(225)는 비반전단자(+)와 반전단자(-)로 각각 입력되는 제1,제2곱셈기(221,222)의 값을 받아 더하여 에러신호(ε)를 구한다.Then, the adder 225 receives the values of the first and second multipliers 221 and 222 input to the non-inverting terminal (+) and the inverting terminal (-), respectively, to obtain an error signal ε.

즉, 헤테로다인 과정부(22A)는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 옵저버 제어기(22C)에서 보정할 에러신호(ε)를 구하여, 로우패스필터(22B)로 출력한다.That is, the heterodyne processor 22A obtains an error signal ε to be corrected by the observer controller 22C through the new heterodyne process, and outputs it to the low pass filter 22B.

그러면 상기 로우패스필터(22B)는 헤테로다인 과정을 통해 얻어진 불필요한 성분을 제거하기 위하여 필터링을 행하고, 그 필터링한 에러신호(ε_f ' )를 옵저버 제어기(22C)로 출력한다.Then, the low pass filter 22B performs filtering to remove unnecessary components obtained through the heterodyne process, and outputs the filtered error signal ε_f 'to the observer controller 22C.

이에 상기 옵저버 제어기(22C)의 적분기(226)는 상기 에러신호(ε_f ' )에 대하여 적분하고, 이 적분한 값을 임의로 설정된 K2 이득제어값으로 이득 제어하여 가산기(227)의 비반전단자(+)로 출력한다.Accordingly, the integrator 226 of the observer controller 22C integrates the error signal ε_f 'and gain-controls the integrated value with a K2 gain control value arbitrarily set so that the non-inverting terminal of the adder 227 (+). )

이때 옵저버 제어기(22C)는 상기 에러신호(ε_f ')에 대하여 K1 이득 제어값으로 이득 제어하여 상기 가산기(227)의 다른 하나의 비반전단자(+)로 출력한다.At this time, the observer controller 22C outputs the gain control value with respect to the error signal ε_f 'to the other non-inverting terminal (+) of the adder 227.

그러면 상기 가산기(227)는 에러신호(ε_f ')에 대하여 적분 및 이득 제어를 통해 자속 속도 추정값()을 추출하고, 이 자속 속도 추정값()에 대하여 적분기(22D)에서 적분하여 자속 위치 추정값()을 추출한다.The adder 227 then performs an integral and gain control on the error signal ε_ f ′ to estimate the magnetic flux velocity ( ), This magnetic flux velocity estimate ( ) And the magnetic flux position estimate ( ).

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 자속의 속도 및 위치를 얻기 위한 옵저버 제어기는 처음 기동시 부하토크에 대한 응답이 늦어 기동에 실패할 경우가 많고, 정격부하의 토크의 변동에서도 추정에 실패하는 경우가 발생하여 부하의 적용에 문제점이 있다.However, in the prior art as described above, the observer controller for obtaining the speed and position of the magnetic flux often fails to start due to a slow response to the load torque at the first start, and fails to estimate even when the torque of the rated load changes. There is a problem in the application of the load occurs.

따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 부하의 급격한 변동에서도 자속의 속도와 위치를 정확히 추정할 수 있도록 한 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기를 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to solve the conventional problems as described above to provide a speed sensorless vector controller using high frequency injection in an induction motor that can accurately estimate the speed and position of magnetic flux even under a sudden change in load. .

본 발명의 다른 목적은 항상 성공적인 기동을 가능하게 하여 부하응답의 성능을 향상시키도록 한 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a speed sensorless vector controller using high frequency injection in an induction motor which always enables successful starting to improve the performance of the load response.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 고정자 전류값에 대응하는 전압값과 외부로 부터의 고주파 인가전압 지령값에 따라 좌표변환을 행하여 생성된 3상 지령전압에 의해 유도 전동기를 구동시키는 전압 출력부와, 전류검출 및 필터회로와 고정자 대 동기 좌표변환부를 통해 상기 유도 전동기에 흐르는 부하 전류를 검출하여 동기좌표 변환 및 필터링하여 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 동기필터를 거쳐 구하고, 그 필터의 고주파 검출전류로 부터 자속의 위치 추정값과 속도 추정값을 추출하는 위치 및 속도 옵저버로 이루어진 속도 센서리스 벡터 제어기에 있어서, 상기 위치 및 속도 옵저버는 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 q축과 d축 성분으로 각각 분해한 고주파 전류와 코사인함수 및 사인함수를 각각 곱하고, 이 곱해진 값의 차를 구하는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 구한 에러신호를 출력하는 헤테로다인 과정부와, 상기 헤테로다인 과정부에서 구한 에러신호에 대하여 로우패스 필터링을 행하여 얻은 필터링 에러신호를 출력하는 로우패스필터와, 상기 로우패스필터에서 출력되는 필터링 에러신호를 입력받아 적분기와 이득제어를 통해 자속 속도 추정값을 연산하는 옵저버 제어기와, 상기 옵저버 제어기의 자속 속도 추정값에 전동기의 슬립속도에 이득제어를 행한 값을 더하여 속도를 보상한 자속속도 보상 추정값을 출력하는 속도 보상기와, 상기 속도 보상기에서 출력되는 자속속도 보상 추정값을 적분하여 자속 위치 추정값을 구하여 출력함과 아울러 상기 헤테로다인 과정부로 피드백하는 적분기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a voltage output for driving an induction motor by a three-phase command voltage generated by the coordinate transformation according to the voltage value corresponding to the input stator current value and the high frequency applied voltage command value from the outside And a high-frequency detection current having the polarity information is obtained through the synchronous filter by detecting the load current flowing through the induction motor through the current detection and filter circuits and the stator-to-synchronous coordinate conversion unit. A speed sensorless vector controller comprising a position and velocity observer for extracting a position estimate and a velocity estimate of a magnetic flux from a high frequency detection current, wherein the position and velocity observer comprises a q-axis and a d-axis component for a high-frequency detection current having bulge polarity information. Multiply each of the decomposed high frequency currents by the cosine and sine functions, and A heterodyne process unit for outputting an error signal obtained through a new heterodyne process for obtaining a difference between the low pass filters, a low pass filter for outputting a filtering error signal obtained by performing low pass filtering on the error signal obtained in the heterodyne process unit, An observer controller that receives the filtering error signal output from the low pass filter and calculates the flux speed estimate through integrator and gain control, and adds the gain control value to the slip speed of the motor to the flux speed estimate of the observer controller, Comprising a speed compensator for outputting a magnetic flux compensation compensation value compensated for; and integrating the magnetic flux compensation compensation value output from the speed compensator to obtain a magnetic flux position estimate value and outputs the feedback to the heterodyne processor; It features.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 고정자 전류값에 대응하는 전압값과 외부로 부터의 고주파 인가전압 지령값에 따라 좌표변환을 행하여 생성된 3상 지령전압에 의해 유도 전동기를 구동시키는 전압 출력부와, 전류검출 및 필터회로와 고정자 대 동기 좌표변환부를 통해 상기 유도 전동기에 흐르는 부하 전류를 검출하여 동기좌표 변환 및 필터링하여 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 동기필터를 거쳐 구하고, 그 필터의 고주파 검출전류로 부터 자속의 위치 추정값과 속도 추정값을 추출하는 위치 및 속도 옵저버로 이루어진 속도 센서리스 벡터 제어기에 있어서, 상기 위치 및 속도 옵저버는 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 q축과 d축 성분으로 각각 분해한 고주파 전류와 코사인함수 및 사인함수를 각각 곱하고, 이 곱해진 값의 차를 구하는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 구한 에러신호를 출력하는 헤테로다인 과정부(22A)와, 상기 헤테로다인 과정부(22A)에서 구한 에러신호에 대하여 로우패스 필터링을 행하여 얻은 필터링 에러신호를 출력하는 로우패스필터(22B)와, 상기 로우패스필터(22B)에서 출력되는 필터링 에러신호를 입력받아 적분기와 이득제어를 통해 자속 속도 추정값을 연산하는 옵저버 제어기(22C)와, 상기 옵저버 제어기(22C)의 자속 속도 추정값에 전동기의 슬립속도(ω_sl ')에 이득제어를 행한 값을 더하여 속도를 보상한 자속속도 보상 추정값을 출력하는 속도 보상기(22E)와, 상기 속도 보상기(22E)에서 출력되는 자속속도 보상 추정값을 적분하여 자속 위치 추정값을 구하여 출력함과 아울러 상기 헤테로다인 과정부로 피드백하는 적분기(22D)로 구성한다.3 is a circuit configuration diagram of a speed sensorless vector controller using high frequency injection in the induction motor of the present invention. As shown in FIG. 3, a voltage value corresponding to an input stator current value and a high frequency applied voltage command value from the outside are shown. A synchronous coordinate conversion by detecting a load current flowing to the induction motor through the voltage output unit for driving the induction motor by the three-phase command voltage generated by performing the coordinate conversion according to And a position and velocity observer for filtering and obtaining a high frequency detection current having stimulus information through a synchronous filter, and extracting a position estimate and a velocity estimate of the magnetic flux from the high frequency detection current of the filter. The position and velocity observer uses the q-axis and d A heterodyne process unit 22A for multiplying the decomposed high frequency current by a component, a cosine function, and a sine function, respectively, and outputting an error signal obtained through a new heterodyne process for obtaining a difference between the multiplied values, and the heterodyne process Integrator and gain control by receiving a low pass filter 22B for outputting a filtering error signal obtained by performing low pass filtering on the error signal obtained by the section 22A, and a filtering error signal output from the low pass filter 22B. The observer controller 22C for calculating the flux speed estimation value through and the flux speed compensation estimation value for compensating the speed by adding the gain control value to the slip speed ω_sl 'of the motor to the flux speed estimate value of the observer controller 22C. The magnetic flux position estimation value is obtained by integrating the speed compensator 22E for outputting the signal and the flux compensation value estimated from the speed compensator 22E. Through output as well as be composed of an integrator (22D) for feeding back the portion heterodyne process.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.

전류 제어부(11)와 전압 출력부(12)를 거쳐 유도전동기(14)를 구동하고, 그 구동되는 유도전동기(14)로 부터 전류를 검출하여 자속의 위치 및 속도를 추정하는 전류검출 및 필터회로(15), 고정자 대 동기좌표 변환부(16) 및 동기필터(17)의 동작은 도 1에서 설명한 동작과 동일하며, 상기 위치 및 속도 옵저버(18)의 동작이 다른데 이에 대하여 도 3에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.A current detection and filter circuit for driving the induction motor 14 through the current control unit 11 and the voltage output unit 12 and detecting current from the driven induction motor 14 to estimate the position and speed of the magnetic flux. (15), the operations of the stator-to-synchronous coordinate conversion unit 16 and the synchronization filter 17 are the same as those described in FIG. 1, and the operation of the position and velocity observer 18 is different. Looking at it as follows.

고주파 신호를 주입하는 방식에서 자속의 위치 및 속도를 추정하는 옵저버 제어기(22C) 구성시, 상기 옵저버 제어기(22C)의 출력신호에 노이즈 등이 실리는 것을 막기 위해 출력 주파수 대역을 작게 하는 것이 보편적이다.When constructing the observer controller 22C for estimating the position and velocity of the magnetic flux in the method of injecting a high frequency signal, it is common to reduce the output frequency band in order to prevent noise or the like from appearing in the output signal of the observer controller 22C. .

이로 인해 부하 토크의 급격한 변동에 옵저버 제어기(22C)는 완만하게 반응하므로 응답지연이 발생하기 때문에 자속이 위치 추정을 올바로 하지 못하게 된다.As a result, the observer controller 22C responds slowly to the sudden change in the load torque, so that a response delay occurs, so that the magnetic flux cannot correctly estimate the position.

즉, 다음의 보편적인 식(1)에서와 같이 출력 토크와 부하 토크의 관계에서 보여주듯이 부하 토크에 출력 토크가 빠른 응답을 보이지 못함으로써 생기는 문제이다.That is, as shown in the relationship between the output torque and the load torque as shown in the following general equation (1), the output torque does not show a quick response to the load torque.

부하 토크의 급격한 변화는 유도전동기 속도에 영향을 주어 상기 식(1)에서와 같이 속도의 변화가 발생되고 다음의 식(2)에서와 같이 유도전동기 속도의 변화는 유도전동기의 슬립속도의 변화를 발생한다.The sudden change in the load torque affects the induction motor speed so that the speed change occurs as in Equation (1), and the change in the induction motor speed as in Equation (2) below changes the slip speed of the induction motor. Occurs.

또한, 유도전동기의 슬립속도는 출력 토크에 다음의 식(3)에서 나타내듯이 상관 관계를 갖는다.In addition, the slip speed of the induction motor has a correlation with the output torque as shown in the following equation (3).

위의 식(1),(2),(3)의 관계에서 알 수 있듯이 부하 토크의 발생은 전동기의 슬립 속도로 나타나게 되고 슬립속도의 연산은 매우 빠르므로, 슬립속도를 전향 보상함으로써 자속의 위치 및 속도 추정 옵저버의 낮은 대역으로 인한 응답지연이 발생되는 문제를 보완할 수 있다.As can be seen from the relations (1), (2), and (3) above, the generation of the load torque is represented by the slip speed of the motor and the calculation of the slip speed is very fast. And a response delay caused by a low band of the speed estimation observer.

따라서 전동기의 슬립속도를 전향 보상하게 되면, 옵저버 제어기(22C)의 지연에 영향을 받지 않게 되어 부하 토크의 급격한 변화에 따른 추정오차를 보완한다.Therefore, when the slip speed of the electric motor is forward-compensated, it is not affected by the delay of the observer controller 22C and compensates for the estimated error due to the sudden change in the load torque.

이를 게인 K3와 함께 속도 보상기를 구성하여 속도 센서리스 벡터 제어기의 구성에서 원하는 응답성을 조정할 수 있게 될 뿐만아니라, 기동시의 문제나 부하 토크에 대한 응답을 개선할 수 있게 된다.By configuring the speed compensator together with the gain K3, it is possible not only to adjust the desired responsiveness in the configuration of the speed sensorless vector controller, but also to improve the response to startup problems and load torque.

즉, 동기 필터(17)에서 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(i_qdsc)는 q축성분의 고주파 검출전류(i_qsc)와 d축성분의 고주파 검출전류(i_dsc)로 각각 분해되어 헤테로다인 과정부(22A)로 제공된다.That is, in the synchronous filter 17, the high frequency detection current i_qdsc having the polarity information is decomposed into the high frequency detection current i_qsc of the q-axis component and the high frequency detection current i_dsc of the d-axis component, respectively, to form a heterodyne process unit ( 22A).

그러면 상기 헤테로다인 과정부(22A)의 제1곱셈기(221)에서 q축 성분의 고주파 검출전류(i_qsc)와 고주파 성분의 코사인 함수(223)의 출력값 를 곱하여 가산기(225)의 비반전단자(+)로 출력한다.Then, the first multiplier 221 of the heterodyne processor 22A outputs the high frequency detection current i_qsc of the q-axis component and the cosine function 223 of the high frequency component. Multiply by and output to the non-inverting terminal (+) of the adder 225.

이때 제2곱셈기(222)는 d축 성분의 고주파 검출전류(i_dsc)와 고주파 성분의 사인함수(224)인 를 곱하여 상기 가산기(225)의 반전단자(-)로 출력한다.In this case, the second multiplier 222 is a high frequency detection current i_dsc of the d-axis component and a sine function 224 of the high frequency component. Multiply by and output the inverting terminal (-) of the adder 225.

그러면 상기 가산기(225)는 비반전단자(+)와 반전단자(-)로 각각 입력되는 제1,제2곱셈기(221,222)의 값을 받아 더하여 에러신호(ε)를 구한다.Then, the adder 225 receives the values of the first and second multipliers 221 and 222 input to the non-inverting terminal (+) and the inverting terminal (-), respectively, to obtain an error signal ε.

즉, 헤테로다인 과정부(22A)는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 옵저버 제어기(22C)에서 보정할 에러신호(ε)를 구하여, 로우패스필터(22B)로 출력한다.That is, the heterodyne processor 22A obtains an error signal ε to be corrected by the observer controller 22C through the new heterodyne process, and outputs it to the low pass filter 22B.

그러면 상기 로우패스필터(22B)는 헤테로다인 과정을 통해 얻어진 불필요한 성분을 제거하기 위하여 필터링을 행하고, 그 필터링한 에러신호(ε_f ')를 옵저버 제어기(22C)로 출력한다.Then, the low pass filter 22B performs filtering to remove unnecessary components obtained through the heterodyne process, and outputs the filtered error signal ε_f 'to the observer controller 22C.

이에 상기 옵저버 제어기(22C)의 적분기(226)는 상기 에러신호(ε_f ')에 대하여 적분하고, 이 적분한 값을 임의로 설정된 K2 이득제어값으로 이득 제어하여 가산기(227)의 비반전단자(+)로 출력한다.The integrator 226 of the observer controller 22C integrates the error signal ε_f ', and gain-controls the integrated value to a K2 gain control value arbitrarily set so that the non-inverting terminal of the adder 227 (+). )

이때 옵저버 제어기(22C)는 상기 에러신호(ε_f ')에 대하여 K1 이득 제어값으로 이득 제어하여 상기 가산기(227)의 다른 하나의 비반전단자(+)로 출력한다.At this time, the observer controller 22C outputs the gain control value with respect to the error signal ε_f 'to the other non-inverting terminal (+) of the adder 227.

그러면 상기 가산기(227)는 에러신호(ε_f ')에 대하여 적분 및 이득 제어를 통해 자속 속도 추정값()을 추출하여 속도 보상기(22E)로 출력한다.The adder 227 then performs an integral and gain control on the error signal? ) Is outputted to the speed compensator 22E.

그러면 상기 속도 보상기(22E)의 이득제어기에서 전동기의 슬립속도(ω_sl' )를 받아 슬립속도에 비례하는 이득(K3)을 곱하여 가산기(228)의 비반전단자(+)로 전달한다.Then, the gain controller of the speed compensator 22E receives the slip speed ω_sl 'of the motor and multiplies a gain K3 proportional to the slip speed and transfers the result to the non-inverting terminal (+) of the adder 228.

이에따라 상기 가산기(228)는 이득제어된 전동기의 슬립속도(ω_sl' )와 옵저버 제어기(22C)의 자속속도 추정값()을 더하여 적분기(22D)로 출력한다.Accordingly, the adder 228 calculates the slip speed ω_sl 'of the gain-controlled motor and the estimated flux speed of the observer controller 22C. ) And output to the integrator 22D.

상기에서, 이득 K3의 이용은 전동기의 파라미터에 민감한 전동기의 슬립속도를 미세조정 함으로 원하는 응답을 얻기 위한 속도 보상기(22E)의 파라미터로 이용한다.In the above, the use of the gain K3 is used as a parameter of the speed compensator 22E to obtain a desired response by fine-tuning the slip speed of the motor sensitive to the parameter of the motor.

이상에서와 같이 속도가 보상된 자속 속도 추정값()을 속도 보상기(22E)에서 적분기(22D)로 출력하면, 상기 적분기(22D)는 속도가 보상된 자속속도 추정값()을 적분하여 자속 위치 추정값()을 추출한다.As above, the velocity-compensated flux velocity estimate ( ) Is output from the speed compensator 22E to the integrator 22D, the integrator 22D is a speed compensated magnetic flux velocity estimate ( ) By integrating the magnetic flux position estimate ( ).

상기에서와 같이 속도 보상기(22E)로 전동기의 처음 기동이나 부하 토크의 인가에서도 자속의 속도와 위치를 추종하기 때문에 고정자 권선의 구동 주파수에 반영이 되어 운전이 어려운 상태인 과도상태에서 그 응답성을 크게 향상시키도록 할 수 있다.As described above, since the speed compensator 22E follows the speed and position of the magnetic flux even when the motor is first started or the load torque is applied, the response is reflected in the driving frequency of the stator winding and is difficult to operate. It can be greatly improved.

본 발명에 의해 제안된 방식과 종래의 방식을 도 4에 나타낸 비교 실험 파형으로 살펴보면, 본 발명은 도 4b에서와 같이 자속과 자속의 추정 위치가 수직 점선과 일치하였을 때 정확하게 추정하는 것이나, 종래에는 도 4a에서와 같이 어긋나게 추정하고 있을 뿐 아니라 역회전 방향으로 추정하는 것을 보여주고 있다.Looking at the method proposed by the present invention and the conventional method with the comparative experimental waveform shown in Fig. 4, the present invention accurately estimates when the estimated position of the magnetic flux and the magnetic flux coincides with the vertical dotted line as in Fig. 4b, but conventionally As shown in FIG. 4A, the estimation is performed in a reverse rotation direction as well as in a misalignment estimation.

도 5는 부하 토크의 입력을 가하고 제거할 때의 실제 자속과 자속의 추정위치를 비교한 것으로, 본 발명은 도 5b, 도 5d에서와 같이 수직 점선과 일치했을 때 정확한 자 속의 위치를 추정하나 종래의 경우 본 발명과 비교했을 때 적은 부하 토크에서는 도 5a에서와 같이 추정 오차가 나타나고, 정격 부하 토크에서는 전혀 추정을 못하는 도 5c에서와 같은 상태가 됨을 보여준다.Figure 5 compares the estimated position of the actual magnetic flux and the magnetic flux when the input and removal of the load torque, the present invention estimates the exact position of the magnetic flux when matched with the vertical dotted line as shown in Figure 5b, Figure 5d In comparison with the present invention, in the case of the low load torque, the estimation error appears as shown in FIG. 5A, and the rated load torque shows the same state as in FIG. 5C.

상술한 바와 같이, 본 발명은 부하의 급격한 변동에서도 자속의 속도와 위치를 정확히 추정하고, 항상 성공적인 기동을 가능하게 하여 과도상태 토크응답을 개선하도록 한 것이다.As described above, the present invention is to accurately estimate the speed and position of the magnetic flux even under rapid fluctuations of the load, and to enable a successful start at all times to improve the transient torque response.

도 1은 종래 고주파 주입을 이용한 센서리스 벡터 제어기에 대한 회로 구성도.1 is a circuit diagram illustrating a sensorless vector controller using a conventional high frequency injection.

도 2는 도 1에서, 위치 및 속도 옵저버에 대한 상세 회로도.FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the position and velocity observer in FIG.

도 3은 본 발명에서의 위치 및 속도 옵저버에 대한 회로 구성도.3 is a circuit diagram illustrating a position and velocity observer in the present invention.

도 4 및 도 5는 본 발명과 종래 방식을 비교한 전동기 부하 토크 응답에 대한 실험 파형도.4 and 5 are experimental waveform diagrams of the motor load torque response comparing the present invention and the conventional method.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

11 : 전류 제어부 12 : 가산기11: current control unit 12: adder

13 : 전압 출력부 14 : 유도전동기13 voltage output unit 14 induction motor

15 : 전류검출 및 필터회로 16 : 고정자 대 동기좌표 변환부15 current detection and filter circuit 16 stator to synchronous coordinate conversion unit

17 : 동기필터 18 : 위치 및 속도 옵저버17: Sync filter 18: Position and velocity observer

22A : 헤테로다인 과정부 22B : 로우패스필터22A: heterodyne process section 22B: low pass filter

22C : 옵저버 제어기 22D : 적분기22C: Observer Controller 22D: Integrator

22E : 속도 보상기22E: Speed Compensator

Claims (2)

전류검출 및 필터회로, 고정자 대 동기좌표 변환부 및 동기필터를 통해 유도전동기에 흐르는 돌극성 정보를 갖는 고주파 전류를 검출하고, 그 고주파 검출전류로부터 헤테로다인 과정과 옵저버를 이용하여 자속의 위치 및 속도를 추정하는 위치 및 속도 옵저버로 이루어진 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 제어기에 있어서, 상기 위치 및 속도 옵저버는 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 q축과 d축 성분으로 각각 분해한 고주파 전류와 코사인함수 및 사인함수를 각각 곱하고, 이 곱해진 값의 차를 구하는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 구한 에러신호를 출력하는 헤테로다인 과정부와, 상기에서 구한 에러신호에 대하여 로우패스 필터링을 행하여 얻은 필터링 에러신호를 출력하는 로우패스필터와, 상기에서 출력되는 필터링 에러신호를 입력받아 적분기와 이득제어를 통해 자속 속도 추정값을 연산하는 옵저버 제어기와, 상기 자속 속도 추정값에 유도전동기의 슬립속도에 이득제어를 행한 값을 더하여 속도를 보상한 자속속도 보상 추정값을 출력하는 속도 보상기와, 상기 자속속도 보상 추정값을 적분하는 것에 의해 자속 위치 추정값을 구하여 출력함과 아울러 상기 헤테로다인 과정부로 피드백하는 적분기로 구성된 것을 특징으로 하는 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기.Current detection and filter circuits, stator-to-synchronous coordinate converters, and synchronous filters detect high-frequency currents with polarity information flowing to induction motors, and from the high-frequency detection currents, the position and velocity of the magnetic flux using heterodyne processes and observers In the speed sensorless controller using a high frequency injection consisting of a position and velocity observer for estimating the position, the position and velocity observer is a high frequency current and cosine function that decomposes the high frequency detection current having the polarity information into q-axis and d-axis components, respectively. And a heterodyne process unit for outputting an error signal obtained through a new heterodyne process for multiplying sine functions and obtaining a difference between the multiplied values, and a filtering error signal obtained by performing low pass filtering on the error signal obtained above. A low pass filter for outputting and a filtering error signal outputted from the input An observer controller for calculating a flux speed estimate through an integrator and a gain control, a speed compensator for outputting a flux compensation compensation value for compensating the speed by adding a gain control value to a slip speed of an induction motor to the flux speed estimate; And an integrator that obtains and outputs a magnetic flux position estimate by integrating the magnetic flux compensation estimation value and feeds back to the heterodyne processor. 제1항에 있어서, 속도 보상기는 전동기의 슬립속도에 대해 이득을 보상하는 이득제어기와, 상기 이득제어된 슬립속도와 옵저버 제어기의 자속 위치 추정값을 더하여 속도가 보상된 자속위치 보상 추정값을 출력하는 가산기로 구성된 것을 특징으로 하는 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기.The speed compensator of claim 1, wherein the speed compensator includes a gain controller for compensating a gain with respect to a slip speed of the motor, and an adder for outputting a speed compensated flux position compensation estimate by adding the gain controlled slip speed and the flux position estimate of the observer controller. Speed sensorless vector controller using high frequency injection in the induction motor, characterized in that consisting of.
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