KR100484818B1 - Synchronized Reluctance Motor Controlling System without a Sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템에 관한 것으로서, 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어를 위하여 상기 모터의 자속을 측정하고 그에 따라 상기 모터 회전자의 속도와 회전각을 추정하는 센서리스 제어블럭와, 상기 모터의 추정속도에 따라 동작여부가 결정되어 상기 모터 기동 시와 저속 구동 시 상기 센서리스 제어블록의 추정속도와 추정회전각이 보상되도록 상기 회전자의 속도와 회전각을 관측하는 저속영역 트래킹루프부와, 상기 저속영역 트래킹루프부의 동작여부를 상기 추정속도에 따라 제어하며 상기 저속영역 트래킹루프부의 온/오프에 따른 채터링(Chattering) 현상을 안정화시키는 모드절환 제어부로 구성되어, 모터의 저속/고속 구동에 따라 상기 제어시스템이 저속/고속모드로 절환 시 채터링과 같은 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으며 특히 고속모드로 절환이 이루어진 후 저속모드의 센서리스 제어성능 저하를 방지하여 두 모드간의 추정치의 오차에도 안정성 있는 성능을 발휘할 수 있는 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensorless control system of a synchronous reluctance motor, wherein the sensorless control measures a magnetic flux of the motor and estimates the speed and rotation angle of the motor rotor for the sensorless control of the synchronous reluctance motor. Low speed region for observing the speed and the rotation angle of the rotor so that the operation is determined according to the block and the estimated speed of the motor to compensate the estimated speed and the estimated rotation angle of the sensorless control block at the time of starting the motor and low speed driving. And a mode switching control unit controlling a tracking loop unit and an operation of the low speed region tracking loop unit according to the estimated speed, and stabilizing a chattering phenomenon according to on / off of the low speed region tracking loop unit. When the control system switches to the low speed / high speed mode according to the low speed / high speed driving, a phenomenon such as chattering occurs. It is possible to provide a sensorless control system of a synchronous reluctance motor that can prevent the sensorless control performance deterioration of the low speed mode after switching to the high speed mode, so that it can exhibit stable performance even when the error between the two modes is estimated. It can be effective.
Description
본 발명은 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템에 관한 것으로서, 특히 센서 없이 동기 릴럭턴스 모터의 회전자의 속도와 회전각을 추정함에 있어서 모터의 기동 시와 저속 구동 시 발생하는 추정속도와 추정회전각의 오차를 방지하고 시스템을 안정화시킬 수 있는 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensorless control system of a synchronous reluctance motor. In particular, in estimating the speed and the rotation angle of a rotor of a synchronous reluctance motor without a sensor, an estimated speed and estimated rotation occurring at the start of the motor and at a low speed drive The present invention relates to a sensorless control system of a synchronous reluctance motor that can prevent angle errors and stabilize a system.
동기 릴럭턴스 모터란 회전자와 고정자의 구동원이 동기화된 모터로서 고정자에 전류가 유입되는 경우 상기 회전자에 형성되는 저항이 최소가 되도록 상기 회전자가 회전하는 모터를 의미한다. 특히, 상기와 같은 동기 릴럭턴스 모터를 구동시키기 위해서는 그 회전자의 위치를 항상 알고 있어야 하는데 최근 들어서는 센서 없이 상기 회전자의 위치를 파악하는 동기 릴럭턴스 모터의 제어시스템의 사용이 크게 증가하고 있다. The synchronous reluctance motor means a motor in which the rotor and the stator drive source are synchronized, and when the current flows into the stator, the rotor rotates to minimize the resistance formed in the rotor. In particular, in order to drive the synchronous reluctance motor as described above, the position of the rotor must be known at all times. Recently, the use of the control system of the synchronous reluctance motor that detects the position of the rotor without a sensor has been greatly increased.
즉, 센서 없이 상기 회전자의 위치를 파악하는 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템은 상기 모터로 유입되는 전압, 전류 및 그에 따라 상기 모터에 형성되는 자속 등을 측정하여 상기 동기 릴럭턴스 모터를 구성하는 회전자의 속도나 회전각(또는 위치; 이하 회전각이라 통칭함)을 파악하는 제1 방식을 사용하고 있다. 즉, 상기 제1 방식은 상기 자속측정기에서 측정된 자속에 의해 상기 모터의 속도와 회전각을 추정한다. That is, the sensorless control system of the synchronous reluctance motor that detects the position of the rotor without a sensor configures the synchronous reluctance motor by measuring a voltage, a current flowing into the motor, and a magnetic flux generated in the motor accordingly. The first method of grasping the speed and rotation angle (or position; hereinafter referred to as rotation angle) of the rotor is used. That is, the first method estimates the speed and the rotation angle of the motor by the magnetic flux measured by the magnetic flux meter.
그러나, 모터가 기동 시 또는 저속 구동 시 상기 자속측정기에서 전압 추정 시 문제가 발생하며 이에 따라 상기 추정속도와 추정회전각은 상기 회전자의 실제 속도 및 회전각과 상당한 차이를 가지게 된다는 문제점이 있다. However, when the motor is started or driven at a low speed, a problem occurs in estimating the voltage in the flux meter, and thus, the estimated speed and the estimated rotation angle have a significant difference from the actual speed and the rotation angle of the rotor.
따라서, 모터 기동 또는 저속 구동 시에는 상기 자속측정기로 추가적인 신호를 주입함으로서 상기 오차의 발생을 방지하는 제2 방식이 상기 제1 방식과 병행되어 사용되고 있다. 그러나, 상기 제2 방식은 결국 상기 모터의 속도에 따라 그 사용여부가 결정되는데, 상기 제1 방식을 사용하여 제어가 이루어지던 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템이 상기 모터 속도의 변화에 따라 상기 제2 방식을 사용하게 되는 경우 시스템의 안정성이 떨어지게 된다.Therefore, a second method of preventing the occurrence of the error by injecting an additional signal into the flux meter during motor start or low speed driving is used in parallel with the first method. However, whether or not the second method is used is determined according to the speed of the motor. The sensorless control system of the synchronous reluctance motor, which has been controlled using the first method, is changed according to the change of the motor speed. The use of the second approach results in a less stable system.
다시 말해, 상기 모터의 기동 후 추정속도가 일정속도에 도달하게 되면 상기 모터가 저속영역에서 구동되는 동안 상기 제2 방식을 사용하던 시스템은 갑작스럽게 제1 방식으로 전환되어 제어됨으로서 채터링(Chattering) 등 불안정 현상이 발생하게 된다. In other words, when the estimated speed reaches a constant speed after starting the motor, the system using the second method is suddenly switched to the first method and controlled while the motor is driven in the low speed region, thereby chattering. Unstable phenomena occur.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 동기 릴럭턴스 모터를 센서 없이 제어함에 있어서 상기 동기 릴럭턴스 모터가 저속 및 고속 구동 시 상기 모터 회전자의 속도와 회전각이 안정적으로 추정되거나 관측될 수 있도록 시스템에서 발생 가능한 채터링 현상 등을 방지할 수 있는 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템을 제공하는데 있다. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, the object of which is to control the synchronous reluctance motor without a sensor, the speed and rotation angle of the motor rotor when the synchronous reluctance motor is driven at low speed and high speed It is to provide a sensorless control system of a synchronous reluctance motor that can prevent chattering that can occur in the system so that it can be stably estimated or observed.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템의 특징에 따르면, 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어를 위하여 상기 모터의 자속을 측정하고 그에 따라 상기 모터 회전자의 속도와 회전각을 추정하는 센서리스 제어블럭와; 상기 모터의 추정속도에 따라 동작여부가 결정되어 상기 모터 기동 시와 저속 구동 시 상기 센서리스 제어블록의 추정속도와 추정회전각이 보상되도록 상기 회전자의 속도와 회전각을 관측하는 저속영역 트래킹루프부와; 상기 저속영역 트래킹루프부의 동작여부를 상기 추정속도에 따라 제어하며 상기 저속영역 트래킹루프부의 온/오프에 따른 채터링(Chattering) 현상이 안정화되도록 상기 저속영역 트래킹루프부의 온/오프 속도를 모터 속도가 증가할때와 모터 속도가 감소할때에 따라 변경하는 모드절환 제어부로 구성된다.According to a feature of the sensorless control system of a synchronous reluctance motor according to the present invention for solving the above problems, the magnetic flux of the motor for measuring the sensorless control of the synchronous reluctance motor and accordingly the speed of the motor rotor A sensorless control block for estimating the rotation angle; Low-speed area tracking loop for observing the speed and the rotation angle of the rotor to determine whether the operation is determined according to the estimated speed of the motor to compensate the estimated speed and the estimated rotation angle of the sensorless control block at the time of starting the motor and low-speed driving Wealth; The on / off speed of the low speed area tracking loop part is controlled to control the operation of the low speed area tracking loop part according to the estimated speed and the on / off speed of the low speed area tracking loop part is stabilized. It consists of a mode switching control that changes as the motor speed decreases and increases.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 동기 릴럭턴스 모터의 자속을 추정 및 관측하고 상기 추정자속 및 관측자속으로부터 상기 모터 회전자의 속도 및 회전각을 추정하는 센서리스 제어블록(100)과, 상기 모터의 추정속도에 따라 동작여부가 결정되어 상기 모터 기동 시와 저속 구동 시 상기 센서리스 제어블록(100)의 추정속도와 추정회전각이 보상되도록 상기 회전자의 속도와 회전각을 관측하는 저속영역 트래킹루프부(200)와, 상기 저속영역 트래킹루프부(200)의 온/오프에 따른 채터링(Chattering) 현상이 안정화되도록 상기 저속영역 트래킹루프부(200)의 동작여부를 상기 추정속도에 따라 제어하는 모드절환 제어부(300)로 구성된다.In the sensorless control system of the synchronous reluctance motor according to the present invention, as shown in FIG. 1, the magnetic flux of the synchronous reluctance motor is estimated and observed, and the speed and the rotation angle of the motor rotor are estimated from the estimated flux and the observer flux. The sensorless control block 100 to be estimated, and whether or not the operation is determined according to the estimated speed of the motor to compensate for the estimated speed and the estimated rotation angle of the sensorless control block 100 at the time of starting the motor and the low speed drive. The low speed region tracking loop unit 200 for observing the speed and the rotation angle of the rotor, and the low speed region tracking loop unit to stabilize the chattering phenomenon according to on / off of the low speed region tracking loop unit 200. The mode switching control unit 300 controls whether or not the operation of the 200 according to the estimated speed.
여기서, 상기 센서리스 제어블록(100)은 도시된 바와 같이, 상기 모터로 입력되는 고정좌표계의 α, β축상의 전압(Vα,Vβ) 및 전류(Iα,Iβ)로부터 상기 모터의 고정좌표계의 α,β축상의 관측자속(,) 및 회전좌표계의 d ,q축상의 추정자속(,) 및 q축상의 관측자속()을 출력하는 자속측정기(101)와, 상기 자속측정기(101)에서 출력된 관측자속(,) 및 추정자속(,)으로부터 상기 모터 회전자의 회전각(sin, cos)을 하기 수학식 1,2에 따라 추정하는 회전각추정부(102)와, 상기 회전각추정부(102)에서 출력된 추정회전각(sin, cos)으로부터 상기 회전자의 속도()를 추정하는 속도추정부(103)로 구성된다.Here, the sensorless control block 100, as shown, α of the fixed coordinate system of the motor from the α, β voltage (Vα, Vβ) and current (Iα, Iβ) of the fixed coordinate system input to the motor Observation flux on the β axis , ) And the estimated flux on the d and q axes of the rotating coordinate system ( , ) And the observer flux on the q axis ( ) And a magnetic flux measuring device 101 outputting the magnetic flux measuring device 101, and an observer magnetic flux output from the magnetic flux measuring device 101. , ) And estimated flux ( , Rotation angle of the motor rotor from , cos ) Is estimated by the rotation angle estimation unit 102 and the estimated rotation angle (sin) output from the rotation angle estimation unit 102 , cos Speed of the rotor from It is composed of a speed estimator 103 for estimating ().
또한, 상기 저속영역 트래킹루프부(200)는 변수(X)에 따라 그 동작여부가 결정된다. 여기서, 상기 변수(X)는 상기 모터의 추정속도()에 따라 변화하며 상기 추정속도가 저속인 경우에는 고속인 경우에 비하여 높은 값을 가진다. 또한, 상기 추정속도가 저속인 경우 동작하는 저속영역 트래킹루프부(200)는 상기 회전자의 관측회전각을 상기 회전자의 실제회전각으로 수렴시켜 상기 모터의 관측속도가 실제속도로 수렴되도록 한다.In addition, the operation of the low speed region tracking loop unit 200 is determined according to the variable (X). Here, the variable (X) is the estimated speed of the motor ( And the estimated speed is low compared to the high speed. In addition, the low speed region tracking loop unit 200 operating when the estimated speed is low speed converges the observed rotation angle of the rotor to the actual rotation angle of the rotor so that the observed speed of the motor converges to the actual speed.
그 외에도, 상기 모드절환 제어부(300)는 상기 변수(X)의 변화를 감지하며 그에 따라 상기 저속영역 트래킹루프부(200)의 동작여부를 제어하게 된다. 즉, 상기 모터의 추정속도가 저속에서 고속으로 증가하는 경우 상기 모드절환 제어부(300)는 'A'에 접지되어 상기 저속영역 트래킹루프부(200)가 동작되도록 하다가 제1 속도(950~1100rpm)에 상기 모터의 추정속도가 도달하면 'B'에 접지되어 상기 저속영역 트래킹루프부(200)를 오프시킨다. In addition, the mode switching controller 300 detects a change in the variable X and controls whether the low speed region tracking loop unit 200 operates accordingly. That is, when the estimated speed of the motor increases from low speed to high speed, the mode switching controller 300 is grounded to 'A' so that the low speed region tracking loop unit 200 operates, and then the first speed (950 to 1100 rpm). When the estimated speed of the motor reaches, ground to 'B' to turn off the low speed region tracking loop unit 200.
또한, 상기 모터의 추정속도가 고속에서 저속으로 감소하는 경우 상기 모드절환 제어부(300)는 'B'에 접지되어 상기 센서리스 제어블록(100)에서 추정된 속도와 회전각만으로 상기 모터가 제어되도록 하다가, 상기 추정속도가 제2 속도(800~950rpm)에 도달하면 'A'에 접지되어 상기 저속영역 트래킹루프부(200)를 온시킨다. In addition, when the estimated speed of the motor decreases from a high speed to a low speed, the mode switching controller 300 is grounded to 'B' so that the motor is controlled only by the speed and rotation angle estimated by the sensorless control block 100. On the other hand, when the estimated speed reaches the second speed (800 ~ 950rpm) is grounded to 'A' to turn on the low-speed area tracking loop unit 200.
그 외에, 상기 저속영역 트래킹루프부(200)는 상기 자속측정기(101)에서 측정된 자속으로부터 상기 회전자의 위치에 비례하는 비례형 관측속도()를 출력하는 비례형 관측속도 출력부(210)와, 상기 속도추정부(103)로부터 출력된 추정속도()와, 상기 회전자의 관측회전각 및 추정회전각의 회전각오차가 합산된 값에 기준신호(η)를 조합하는 기준신호 조합부(221)와, 상기 비례형 관측속도()와 기준신호가 조합된 추정속도로부터 관측속도()을 산출하는 관측속도 산출부(222)와, 상기 관측속도 산출부(222)에서 산출된 관측속도()를 적분하여 관측회전각()을 산출하는 적분기(223)와, 상기 적분기(223)에서 출력된 관측회전각()을 삼각함수 변환하여 상기 자속측정기(101)로 출력하는 삼각함수 변환부(224)와, 상기 삼각함수 변환부(224)에서 출력된 관측회전각()과 상기 회전자의 추정회전각()의 회전각오차를 산출하는 회전각오차 산출부(225)와, 상기 산출된 회전각오차에 제1 기준게인값('h')을 곱하는 제1 게인부(226)와, 상기 제1 게인부(226)에서 제1 기준게인값이 곱해진 음의 회전각오차와 상기 추정속도()를 합산하여 상기 기준신호 조합부(221)로 출력하는 합산부(227)로 구성된다.In addition, the low speed region tracking loop unit 200 has a proportional observation speed proportional to the position of the rotor from the magnetic flux measured by the magnetic flux measuring device 101. ) And a proportional observation speed output unit 210 for outputting the estimated speed output from the speed estimating unit 103. ), A reference signal combination unit 221 for combining the reference signal η with the sum of the rotation angle errors of the observed rotation angle and the estimated rotation angle of the rotor, and the proportional observation speed ( ) From the estimated speed combined with the reference signal Observing speed calculating unit 222 for calculating () and the observing speed calculated by the observing speed calculating unit 222 ( ) By integrating ) Is an integrator 223 and the observed rotation angle output from the integrator 223 ) And triangular function conversion unit for outputting to the magnetic flux measuring unit 101, and the observation rotation angle output from the trigonometric function conversion unit 224 ( ) And the estimated rotation angle of the rotor ( Rotation angle error calculation unit 225 for calculating a rotation angle error of (), a first gain unit 226 for multiplying the calculated rotation angle error by a first reference gain value 'h', and the first crab The negative rotation angle error multiplied by the first reference gain value in the receiver 226 and the estimated speed ( ) Is added to the summation unit 227 for outputting to the reference signal combination unit 221.
여기서, 상기 추정속도()와 비례형 관측속도() 및 관측속도()의 관계는 다음 수학식 3과 같으며, 상기 관측속도 산출부(222)는 하기 수학식 3과 같이 비례형 관측속도()와 추정속도()를 합함으로서 상기 관측속도()를 산출한다.Here, the estimated speed ( ) And proportional observation speed ( ) And observation speed ( ) Is equal to the following Equation 3, the observation speed calculation unit 222 is a proportional observation speed (Equation 3) ) And estimated speed ( By summing the observation speed ( ) Is calculated.
또한, 상기 회전각오차에 상기 'h'인 제1 기준게인값을 곱하여 상기 추정속도()를 전향 보상시키는 이유는 저속과 고속의 중첩영역에서 과도상태를 안정시켜 제어시스템의 다이나믹스(dynamics)를 향상시키기 위함이다.In addition, the rotation angle error is multiplied by the first reference gain value 'h' to the estimated speed ( The reason for the forward compensation is to improve the dynamics of the control system by stabilizing the transients in the superimposition region at low and high speeds.
상기 기준신호 조합부(221)에서 조합하는 기준신호(η)는 다음 수학식 4를 통해 구해진다. The reference signal η combined by the reference signal combination unit 221 is obtained through Equation 4 below.
단, 상기 X는 상기 모드절환 제어부(300)에서 그 변화가 감지되는 변수(X)이다. However, X is a variable (X) in which the change is sensed by the mode switching controller 300.
그 외에, 상기 저속영역 트래킹루프부(200)는 상기 속도추정부에서 출력된 값을 800㎐로 밴드패스 필터링하는 밴드패스 필터(201)를 더 포함하여 구성되며, 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템은 상기 삼각함수 변환부(224)에서 출력된 값을 축변환하여 상기 자속측정기(101)로 출력하는 축변환부(301)를 더 포함하여 구성된다. In addition, the low speed region tracking loop unit 200 further includes a band pass filter 201 for band pass filtering the value output from the speed estimator to 800 kHz, and the synchronous reluctance motor according to the present invention. The sensorless control system of the configuration further comprises an axis conversion unit 301 for converting the value output from the trigonometric function conversion unit 224 to the magnetic flux measuring device 101.
더 나아가, 상기 저속영역 트래킹루프부(200) 중 비례형 관측속도 출력부(210)는 상기 자속측정기(101)에서 출력되는 q축상의 추정자속()과 관측자속()의 오차를 산출하는 자속오차 산출부(211)와, 상기 자속오차 산출부(211)에서 구해진 자속오차를 800㎐로 하이패스 필터링하는 하이패스 필터(212)와, 상기 하이패스 필터에서 필터링된 값으로부터 상기 모터 회전자의 자속오차 비례값()을 구하는 복조부(213)와, 상기 복조부에서 구해진 자속오차 비례값()에 제2 기준게인값('40')을 곱한 위치오차 비례값()을 출력하는 제2 게인부(214)와, 상기 제2 게인부(214)에서 출력된 위치오차 비례값()을 250㎐로 로우패스 필터링하는 로우패스 필터(215)와, 상기 로우패스 필터(215)에서 필터링된 값을 비례적분하여 상기 비례형 관측속도()를 출력하는 비례적분기(216)로 구성된다.Furthermore, the proportional observation speed output unit 210 of the low speed region tracking loop unit 200 may have an estimated magnetic flux on the q-axis output from the magnetic flux meter 101. ) And observer flux ( Flux error calculation unit 211 that calculates an error of the? Magnetic flux error proportional value of the motor rotor ) And a magnetic flux error proportional value obtained from the demodulator. ) Is multiplied by the second reference gain value ('40') ) Is a second gain unit 214 for outputting, and the position error proportional value () output from the second gain unit 214 ( ) Is a low pass filter 215 for low pass filtering to 250 Hz, and the proportional observation speed ( It is composed of a proportional integrator 216 outputting.
도 2a, 도 2b에 도시된 실선은 상기 변수(X)를 의미하며, 점선은 상기 기준신호(η)를 의미한다. 도시된 바와 같이, 상기 모터의 추정속도에 따라 변화하는데 상기 모터의 추정속도가 800rpm에서 1100rpm으로 증가하는 경우 그 값이 1에서 0으로 감소하며, 상기 모터의 추정속도가 1100rpm에서 800rpm으로 감소하는 경우 그 값이 0에서 1로 증가한다. The solid line shown in FIGS. 2A and 2B means the variable X, and the dotted line means the reference signal η. As shown, when the estimated speed of the motor increases from 800rpm to 1100rpm, the value decreases from 1 to 0, and the estimated speed of the motor decreases from 1100rpm to 800rpm. The value increases from 0 to 1.
또한, 상기 모드절환 제어부(300)는 상기 모터의 추정속도가 800rpm에서 1100rpm으로 증가함에 따라 상기 변수가 1에서 0으로 감소하고, 특히 상기 모터의 추정속도가 상기 제1 속도의 값을 가지게 되는 경우 상기 저속영역 트래킹루프부(200)를 오프시킨다. 또한, 상기 모드절환 제어부(300)는 상기 모터의 추정속도가 1100rpm에서 800rpm으로 감소함에 따라 상기 변수가 0에서 1로 증가하고, 특히 상기 모터의 추정속도가 상기 제2 속도의 값을 가지게 되는 경우 상기 저속영역 트래킹루프부(200)를 온시킨다. Further, the mode switching controller 300 decreases the variable from 1 to 0 as the estimated speed of the motor increases from 800 rpm to 1100 rpm, and particularly, when the estimated speed of the motor has the value of the first speed. The low speed region tracking loop unit 200 is turned off. Also, the mode switching controller 300 increases the variable from 0 to 1 as the estimated speed of the motor decreases from 1100 rpm to 800 rpm, and particularly, when the estimated speed of the motor has the value of the second speed. The low speed region tracking loop unit 200 is turned on.
이하, 본 발명에 의한 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the operation of the sensorless control system of the synchronous reluctance motor according to the present invention will be described.
먼저, 모터의 기동 시와 저속 구동 시에는 상기 모터로 유입되는 전압 성분이 상대적으로 작은 값을 가지게 되고 이에 따라 측정되는 전압의 오차가 커지게 되며 상기 모터를 구동하는 인버터부 등이 이에 따라 민감하게 반응하므로 제어의 어려움이 발생한다. 따라서, 상기와 같은 모터 기동 시 또는 저속 구동 시에는 자속측정기만을 이용한 모터 회전자의 회전각 추정에 문제가 있을 수 있으므로 이를 보상하기 위하여 임의의 신호 주인 방식을 이용하여 위치를 추정하는 루프를 추가하게 되는데 상기 루프를 본 발명에서는 저속영역 트래킹루프부라 칭한다. First, when the motor is started and at a low speed, the voltage component introduced into the motor has a relatively small value, and thus the error of the measured voltage becomes large, and the inverter unit for driving the motor is sensitive. Reaction causes difficulty in control. Therefore, there may be a problem in estimating the rotation angle of the motor rotor using the flux meter only at the time of starting the motor or at the low speed, so that a loop for estimating the position using an arbitrary signal owner method may be added to compensate for this. The loop is referred to as a low speed region tracking loop portion in the present invention.
저속영역 트래킹루프부의 기본적인 원리는 먼저 기동 및 저속 시에 d축 자속축에 적당한 주파수의 정현파를 가한 후 위치오차가 없다면 q축 자속축에는 신호 주입으로 인한 영향이 없고, 위치오차가 있다면 주입된 신호와 동기된 오차가 있을 것이므로 이를 보상하는 방향으로 제어를 하면서 회전자 회전각을 추정해 가는 것이다. The basic principle of the low speed area tracking loop is to apply a sinusoidal wave of proper frequency to the d-axis magnetic flux axis at start and low speed, and then if there is no position error, there is no effect of signal injection on the q-axis magnetic flux axis, and if there is a position error, the injected signal Since there will be an error synchronized with, the rotor rotation angle is estimated while controlling in the compensation direction.
도 1에서 상기 저속영역 트래킹루프부는 우선, q축 자속성분의 오차( -)를 800㎐의 차단주파수를 가지는 하이패스 필터를 통과시켜 DC 성분을 제거한다. 그 후, Demod라고 하는 복조 과정을 거쳐서 위치 오차에 비례하는 값()을 구하고 상기 제2 기준게인값('40')을 곱한 후, 비례적분기(Proportional Integrator;216) 보상을 위하여 상기 로우패스 필터를 거치게 된다. 상기 비례적분기를 통과한 출력을 비례형 관측속도()라 하고, 상기 센서리스 제어블록의 자속측정기로부터 구해지는 속도정보인 추정속도()를 기준신호(η)에 의하여 적당한 비율로 조합한 후 이를 관측속도()라 한다.In FIG. 1, the low-speed region tracking loop portion first includes an error of the q-axis magnetic flux component ( - ) Through a high pass filter with a cutoff frequency of 800 kHz to remove the DC component. Then, a value proportional to the position error is passed through a demodulation process called Demod ( ) Is multiplied by the second reference gain value '40', and then passed through the low pass filter to compensate for the proportional integrator 216. The output passing through the proportional integrator is a proportional observation speed ( ), And an estimated speed, which is speed information obtained from the flux meter of the sensorless control block, ) Is combined at an appropriate ratio by the reference signal (η) and then the observation speed ( Is called.
그리고, 상기 관측속도()는 속도정보이므로 적분기를 거쳐 회전각정보인 관측회전각()을 구할 수 있으며, 관측회전각()은 저속영역 트래킹루프부를 돌면서 점차 실제 회전자의 실제회전각으로 수렴해 갈 것이다. 그러므로 저속 영역에서 속도정보인 관측속도()도 실제속도로 수렴해 갈 것이다.And the observation speed ( ) Is velocity information, so the observation rotation angle ( ), And the observed rotation angle ( ) Will gradually converge to the actual rotation angle of the actual rotor as it rotates around the low speed region tracking loop. Therefore, the observation speed (speed information) ) Will also converge at actual speed.
도 2a와 도 2b는 모드절환 제어부의 동작원리를 나타낸다. 2A and 2B show the operation principle of the mode switching controller.
도시된 바와 같이, 자속측정기를 통해 구해지는 추정회전각(sin)이 올바른 값, 즉 실제회전각으로 수렴할 수 있을 정도(대략 950rpm)로 모터의 속도가 도달하면 본 발명에 의한 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템은 관측회전각(sin) 대신 추정회전각(sin)을 사용하게 되며 이 경우 토글(torqqle)이 발생하게 된다.As shown, the estimated rotation angle obtained from the flux meter (sin) When the speed of the motor reaches the correct value, that is, the speed of the motor can converge to the actual rotation angle (approximately 950 rpm), the sensorless control system of the synchronous reluctance motor according to the present invention is observed rotation angle (sin Estimated rotation angle instead of ), And this will cause toggle (torqqle).
도 2a, 2b에 도시된 실선이 의미하는 변수(X)는 신호가 주입되는 양을 결정하며, 도시된 바와 같이 모터가 저속 구동중인 경우에는 '1'의 값을 가지고, 고속 구동중인 경우에는 '0'의 값을 가지며, 절환구간(800rpm~1100rpm)에서는 '1'에서 '0'으로 감소하게 된다. 즉, 상기 변수(X)는 속도를 기준으로 결정된다. 따라서 궁극적으로 센서리스 제어블록과 저속영역 트래킹루프부의 절환은 속도를 기준으로 이루어지게 된다. The variable (X), which means the solid line shown in FIGS. 2A and 2B, determines the amount of signal injection, and as shown, has a value of '1' when the motor is running at low speed, and ' It has a value of '0', and in the switching section (800rpm ~ 1100rpm) is reduced from '1' to '0'. That is, the variable X is determined based on the speed. Therefore, the switching between the sensorless control block and the low speed region tracking loop is ultimately made based on the speed.
그러나, 도 2의 경우 절환의 기준점이 속도가 되므로 절환 시 약간의 흔들림으로도 다시 절환이 발생하여 채터링 현상 등이 발생할 수 있다. 특히, 일단 추정회전각을 사용하도록 절환된 이후에는 신호 주입이 계속되고 있더라도 저속영역 트래킹루프부에서 관측된 관측회전각이 실제로 사용되지 않으므로 관측회전각의 오차는 더욱 커지게 된다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 상기 제1 기준게인값('h')을 큰 값을 사용할 수도 있지만, 이럴 경우 저속영역 트래킹루프부의 성능에 영향을 미치게 된다. 결과적으로 저속/고속 모드 절환 시 채터링 같은 현상이 발생하게 되면 악순환이 일어나서 센서리스 제어가 실패할 수도 있다. However, in the case of FIG. 2, since the reference point of the switching becomes the speed, switching may occur again even with a slight shaking during the switching, such that a chattering phenomenon may occur. In particular, even after signal injection is continued after the switching to use the estimated rotation angle, the observed rotation angle observed in the low speed region tracking loop part is not actually used, so that the error of the observation rotation angle becomes larger. In order to solve the above problem, a large value of the first reference gain value 'h' may be used, but this may affect the performance of the low speed region tracking loop unit. As a result, if a phenomenon such as chattering occurs during the low / high speed mode switching, a vicious cycle may occur and sensorless control may fail.
즉, 상기 도 2a와 같은 경우 가장 큰 문제점은 센서리스 제어블록와 저속영역 트래킹루프부의 추정속도 및 추정회전각 결과 간의 차이이다. 양 모드간의 결과에 차이가 존재할 경우에 도 2a와 같은 방식으로 모드 절환이 이루어지게 되면 채터링 현상이 발생하게 된다. That is, the biggest problem in the case of FIG. 2A is a difference between the estimated speed and the estimated rotation angle result of the sensorless control block and the low speed region tracking loop. In the case where there is a difference in the results between the two modes, the chattering phenomenon occurs when the mode switching is performed in the same manner as in FIG. 2A.
다시 말해, 도 2a의 경우 저속모드에서 고속모드로 넘어가는 순간에 만일 추정속도()가 관측속도()보다 작을 경우 바로 다시 저속모드로 변환하게 되지만, 일단 고속모드로 변환이 이루어진 후에는 저속모드의 센서리스 제어성능이 매우 저하된 후이므로 센서리스 제어블록의 성능이 악화되게 된다.In other words, in the case of FIG. 2A, if the estimated speed ( ) Is the speed of observation If it is smaller than), the low speed mode is converted again. However, once the high speed mode is converted, the sensorless control performance of the low speed mode is very degraded, so the performance of the sensorless control block is deteriorated.
도 2b는 상기 도 2a의 문제점을 없애기 위하여 hysteresis Band와 같은 구역(빗금친 영역)을 설정하여 센서리스 제어블록과 저속영역 트래킹루프부를 사용하는 두 방식간의 절환을 구현하고자 한다. 이 경우, 저속에서 고속모드로 전환 후 약간의 속도추정치나 회전각추정치의 차이가 존재하더라도 모드 절환이 다시 이루어지는 것을 막을 수 있으므로 보다 안정적인 센서리스 제어가 가능하게 된다. 반대로 고속에서 저속모드로의 전환 시에도 채터링현상을 없애 보다 안정적인 센서리스 제어가 가능하도록 한다. Figure 2b is to implement the switching between the two methods using the sensorless control block and the low-speed area tracking loop by setting the same area (hatched area), such as hysteresis band to eliminate the problem of Figure 2a. In this case, even if there is a slight difference between the speed estimate and the rotation angle estimate after switching from the low speed mode to the high speed mode, the mode switching can be prevented from being performed again, thereby enabling more stable sensorless control. Conversely, even when switching from the high speed to the low speed mode, chattering is eliminated to enable more stable sensorless control.
즉, 저속에서 고속으로의 모드절환은 좀 더 높은 속도인 제1 속도(950~1100rpm)에서, 그리고 고속에서 저속으로의 절환은 좀 더 낮은 속도인 제2 속도(800~950rpm)에서 이루어지게 되므로 절환될 모드의 회전각추정치가 보다 정확해진 후에 모드절환을 이루게 된다. That is, the mode switching from the low speed to the high speed is performed at the first speed (950 to 1100 rpm), which is a higher speed, and the switching from the high speed to the low speed is performed at the second speed (800 to 950 rpm), which is a lower speed. The mode switching is achieved after the rotation angle estimate of the mode to be switched is more accurate.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템은 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어를 위하여 상기 모터의 자속을 측정하고 그에 따라 상기 모터 회전자의 속도와 회전각을 추정하는 센서리스 제어블럭와, 상기 모터의 추정속도에 따라 동작여부가 결정되어 상기 모터 기동 시와 저속 구동 시 상기 센서리스 제어블록의 추정속도와 추정회전각이 보상되도록 상기 회전자의 속도와 회전각을 관측하는 저속영역 트래킹루프부와, 상기 저속영역 트래킹루프부의 동작여부를 상기 추정속도에 따라 제어하며 상기 저속영역 트래킹루프부의 온/오프에 따른 채터링(Chattering) 현상을 안정화시키는 모드절환 제어부로 구성되어 모터의 저속/고속 구동에 따라 상기 제어시스템이 저속/고속모드로 절환 시 채터링과 같은 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으며 특히 고속모드로 절환이 이루어진 후 저속모드의 센서리스 제어성능 저하를 방지하여 두 모드간의 추정치의 오차에도 안정성 있는 성능을 발휘할 수 있는 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.Sensorless control system of the synchronous reluctance motor of the present invention configured as described above is a sensor for measuring the magnetic flux of the motor for the sensorless control of the synchronous reluctance motor and accordingly estimates the speed and rotation angle of the motor rotor The operation is determined according to a lease control block and the estimated speed of the motor, and the speed and the rotation angle of the rotor are observed to compensate the estimated speed and the estimated rotation angle of the sensorless control block at the time of starting the motor and at low speed. A low speed area tracking loop part and a mode switching control part controlling the operation of the low speed area tracking loop part according to the estimated speed and stabilizing a chattering phenomenon according to on / off of the low speed area tracking loop part. When the control system switches to low speed / high speed mode according to the low speed / high speed driving of In particular, the sensorless control system of the synchronous reluctance motor can be prevented from deteriorating the sensorless control performance of the low speed mode after switching to the high speed mode. It can work.
도 1은 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템의 구성이 도시된 도,1 is a diagram showing the configuration of a sensorless control system of a synchronous reluctance motor according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어시스템의 변수 등이 도시된 그래프이다. 2 is a graph showing the parameters of the sensorless control system of the synchronous reluctance motor according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
100 : 센서리스 제어블록 101 : 자속측정기100: sensorless control block 101: flux meter
102 : 회전각추정부 103 : 속도추정부102: rotation angle estimation 103: speed estimation
200 : 저속영역 트래킹루프부 210 : 비례형 관측속도 출력부200: low speed region tracking loop portion 210: proportional observation speed output unit
211 : 자속오차 산출부 212 : 하이패스 필터211: flux error calculation unit 212: high pass filter
213 : 복조부 214 : 제2 게인부213: demodulation unit 214: second gain unit
215 : 로우패스 필터 216 : 비례적분기215: low pass filter 216: proportional integrator
221 : 기준신호 조합부 222 : 관측속도 산출부221: reference signal combination unit 222: observation speed calculation unit
223 : 적분기 224 : 삼각함수 변환부223: integrator 224: trigonometric function conversion unit
225 : 회전각오차 산출부 226 : 제1 게인부225: rotation angle error calculation unit 226: the first gain unit
227 : 합산부 300 : 모드절환 제어부227: adding unit 300: mode switching control unit
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