KR100504885B1 - Sensorless control apparatus for synchronous reluctance motor - Google Patents

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KR100504885B1 KR10-2003-0024456A KR20030024456A KR100504885B1 KR 100504885 B1 KR100504885 B1 KR 100504885B1 KR 20030024456 A KR20030024456 A KR 20030024456A KR 100504885 B1 KR100504885 B1 KR 100504885B1
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Abstract

본 발명은 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치에 관한 것으로, 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 속도 제어시, 저속모드 또는 고속모드에 따라 독립적으로 계산된 추정위치로부터 일정기간 구해진 속도를 이용하여 속도를 추정함으로써, 보다 부드럽게 속도를 제어할 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 검출한 동기 릴럭턴스 모터의 전압 및 전류를 입력받아 자속을 관측 및 추정하는 자속 관측부와; 고속시, 상기 자속관측부에서 출력되는 동기 및 정지좌표계의 관측자속과 추정자속을 소정연산하여 회전자의 위치를 추정하는 고속 회전자 위치 추정부와; 저속시, 상기 자속관측부에서 출력되는 동기 좌표계의 관측자속과 추정자속을 입력받아 소정 연산하여 회전자의 위치를 추정하는 저속 회전자 위치 추정부와; 고속모드 또는 저속모드에 따라, 상기 저속 회전자 위치 추정부 또는 고속 회전자 위치 추정부의 출력을 절환하는 스위칭부와; 상기 스위칭부를 통해 입력되는 상기 저속 회전자 위치 추정부 또는 상기 고속 회전자 위치 추정부의 출력을 소정 연산하고, 그 연산결과에 근거한 회전속도 추정치를 상기 고속 회전자 위치 추정부에 인가하는 회전속도추정부와; 상기 스위칭부의 출력을 동기 또는 정지 좌표계로 변환하여 상기 자속 관측부로 출력하는 좌표 변환부로 구성한다.The present invention relates to a sensorless control device for a synchronous reluctance motor, wherein, when controlling the sensorless speed of a synchronous reluctance motor, speed is obtained by using a speed obtained for a predetermined period from an estimated position independently calculated according to a low speed mode or a high speed mode. By estimating, the speed can be controlled more smoothly. To this end, the present invention includes a magnetic flux observation unit for observing and estimating magnetic flux by receiving the detected voltage and current of the synchronous reluctance motor; A high speed rotor position estimating unit for estimating the position of the rotor by performing a predetermined operation on the observing flux and the estimated flux of the synchronous and stationary coordinate systems output from the magnetic flux observation section at high speed; A low-speed rotor position estimating unit for estimating the position of the rotor by taking a predetermined calculation from an observer flux and an estimated flux of the synchronous coordinate system output from the magnetic flux observation unit at low speed; A switching unit for switching the output of the low speed rotor position estimator or the high speed rotor position estimator according to the high speed mode or the low speed mode; A rotation speed estimation unit for calculating a predetermined output of the low speed rotor position estimating unit or the high speed rotor position estimating unit input through the switching unit and applying a rotation speed estimation value based on the calculation result to the high speed rotor position estimating unit. Wow; And a coordinate converter converting the output of the switching unit into a synchronous or stop coordinate system and outputting the magnetic flux observer.

Description

동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치{SENSORLESS CONTROL APPARATUS FOR SYNCHRONOUS RELUCTANCE MOTOR}Sensorless control device for synchronous reluctance motor {SENSORLESS CONTROL APPARATUS FOR SYNCHRONOUS RELUCTANCE MOTOR}
본 발명은 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어방법에 관한 것으로, 특히 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 속도 제어시, 저속모드 또는 고속모드에 따라 독립적으로 계산된 추정위치로부터 일정기간 구해진 속도를 이용하여 속도를 추정함으로써, 보다 부드럽게 속도를 제어할 수 있도록 한 동기릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sensorless control method of a synchronous reluctance motor, and more particularly, in the control of a sensorless speed of a synchronous reluctance motor, using a speed obtained for a predetermined period from an estimated position independently calculated according to a low speed mode or a high speed mode. The present invention relates to a sensorless control device for a synchronous reluctance motor, which makes it possible to control the speed more smoothly.
일반적으로, 동기 릴럭턴스 모터의 속도 제어 장치는 순시 토크 제어에 있어서, 모터의 속도 정보 또는 자속 정보가 필수적인데 일반적으로 타코 제너레이터나 레졸버 또는 펄스 인코더와 같은 속도 정보 센서나 자속 센서가 필요하나 그 센서들은 취부가 어렵고 설치 환경에 민감하여 노이즈와 같은 환경에 취약할 뿐만 아니라 경제적인 면에서 가격 상승의 원인이 되며, 특히 압축기와 같이 센서의 취부가 불가능한 적용분야에서는 센서리스 제어가 필수적이게 된다.In general, the speed control device of a synchronous reluctance motor requires speed information or magnetic flux information of the instantaneous torque control. Generally, a speed information sensor or a flux sensor such as a taco generator, resolver, or pulse encoder is required. Sensors are difficult to mount and are sensitive to the installation environment, making them economically vulnerable to noise and other factors. In addition, sensorless control is essential in applications where sensors cannot be mounted, such as compressors.
도 1은 일반적인 동기 릴럭턴스 모터의 구조를 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 회전자(rotor)와 고정자(stator)로 나뉘며, 회전자의 위치에 따라 디축(d-axis)과 큐축(q-axis)으로 나뉘어 진다.FIG. 1 is an exemplary view showing a structure of a general synchronous reluctance motor, and is divided into a rotor and a stator as shown in the drawing, and according to the position of the rotor, a d-axis and a cue-axis (q) are shown. -axis).
이러한 동기릴럭턴스 모터의 속도를 제어하기 위해서는 반드시 회전자의 위치를 알아야 한다. 그래서 인코더와 같은 회전자 위치 검출기로서 회전자의 위치를 직접 검출할 수 있으나 냉장고, 에어컨의 압축기와 같은 곳에는 검출기를 취부하기가 어렵기 때문에 회전자 위치 검출기를 사용치 않는 센서리스 제어방식이 사용되고 있고, 이와 같은 종래의 기술을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.In order to control the speed of the synchronous reluctance motor, the position of the rotor must be known. Therefore, the position of the rotor can be directly detected as a rotor position detector such as an encoder. However, the sensorless control method without the rotor position detector is used because it is difficult to mount the detector in a compressor or air conditioner compressor. This conventional technique will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 종래의 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치를 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 검출한 동기 릴럭턴스 모터의 전압 및 전류를 입력받아 자속을 관측 및 추정하는 자속 관측부(21)와; 고속시, 상기 자속관측부(21)에서 출력되는 동기 및 정지좌표계의 관측자속과 추정자속을 입력받아 소정연산하여 회전자의 위치를 추정하는 고속 회전자 위치 추정부(22)와; 상기 고속 회전자 위치 추정부(22)에서 출력되는 회전자의 위치를 소정 연산하여 회전속도를 추정하는 회전속도 추정부(23)와; 저속시, 상기 자속관측부(21)에서 출력되는 동기 좌표계의 관측자속과 추정자속 및 회전속도 추정부(23)의 회전속도 추정치를 입력받아 소정 연산하여 회전자의 위치를 추정하는 저속 회전자 위치 추정부(31)와; 상기 고속 회전자 위치 추정부(22)의 출력 또는 상기 저속 회전자 위치 추정부(31)의 출력을 선택하여 스위칭 하는 스위칭부(29)와; 상기 스위칭부(29)의 출력을 동기 또는 정지 좌표계로 변환하여 상기 자속 관측부(21)로 출력하는 좌표 변환부(30)로 구성된다. FIG. 2 is an exemplary view illustrating a sensorless control device of a conventional synchronous reluctance motor. The magnetic flux observer 21 which observes and estimates a magnetic flux by receiving a voltage and a current of a detected synchronous reluctance motor as shown in FIG. Wow; A high speed rotor position estimating unit (22) for receiving the observer flux and the estimated flux of the synchronous and stationary coordinate systems output from the magnetic flux monitoring unit (21) and performing a predetermined operation to estimate the position of the rotor; A rotational speed estimating unit (23) for estimating the rotational speed by predetermined calculation of the position of the rotor output from the high speed rotor position estimating unit (22); Low speed rotor position to estimate the position of the rotor by inputting the observer flux, the estimated flux and the rotation speed estimation value of the synchronous coordinate system output from the magnetic flux observation section 21 at a low speed An estimating section 31; A switching unit (29) for selecting and switching the output of the high speed rotor position estimator (22) or the output of the low speed rotor position estimator (31); It is composed of a coordinate conversion unit 30 for converting the output of the switching unit 29 to the synchronous or stationary coordinate system to output to the magnetic flux observation unit 21.
상기 저속 회전자 위치 추정부(31)는 상기 자속관측부(21)에서 출력되는 동기 좌표계의 관측 자속 및 추정 자속을 비교하여 자속오차를 연산하는 자속오차 연산부(24)와; 상기 자속 오차 연산부(24)의 출력을 비례 적분하여 상기 회전자 위치 오차를 제거하는 피아이 제어부(25)와; 상기 피아이 제어부(25)와 회전 속도 추정부(23)의 출력을 비교하여 회전 속도 오차를 출력하는 비교부(26)와; 상기 회전 속도 오차를 적분하여 회전자 위치를 추정하는 적분기(27)와; 상기 추정된 회전자 위치를 사인, 코사인으로 연산하여 출력하는 연산부(28)로 구성한다.The low speed rotor position estimator (31) includes a magnetic flux error calculator (24) for calculating magnetic flux errors by comparing the observed magnetic flux and the estimated magnetic flux of the synchronous coordinate system output from the magnetic flux monitor (21); A eye controller 25 which proportionally integrates the output of the magnetic flux error calculator 24 to remove the rotor position error; A comparison unit 26 for comparing the outputs of the eye controller 25 and the rotation speed estimation unit 23 to output a rotation speed error; An integrator 27 for integrating the rotation speed error to estimate the rotor position; Comprising a calculation unit 28 for calculating and outputting the estimated rotor position by a sine, cosine.
상기 저속 영역 제어부(24)는 상기 자속 관측부(21)의 추정된 자속과 관측 자속을 비교하여 오차를 출력하는 자속 비교부(24a)와; 상기 자속 비교부(24a)의 출력 자속의 고역 주파수만을 통과시키는 고역 통과 필터부(24b)와; 상기 고역 통과 필터부(24b)의 출력을 복조하여 출력하는 복조부(24c)와; 상기 복조부(24c)의 출력 자속에 따른 회전자 위치 오차의 저역 주파수만을 통과시키는 저역 통과 필터부(24e)로 구성된다. The low speed region controller 24 includes: a magnetic flux comparator 24a for outputting an error by comparing the estimated magnetic flux of the magnetic flux observer 21 with the observed magnetic flux; A high pass filter part 24b for passing only the high frequency of the output magnetic flux of the magnetic flux comparator 24a; A demodulator (24c) for demodulating and outputting the output of the high pass filter (24b); It consists of a low pass filter part 24e which passes only the low frequency of the rotor position error according to the output magnetic flux of the demodulation part 24c.
도 3은 일반적인 자속 관측부(21)의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 정지 좌표계의 전압과 상저항을 비교하여 그에 따른 오차를 유기전압으로 출력하는 제1 비교부(31)와; 상기 유기전압()의 오프셋 교정치와 상기 유기전압 ()을 가산하여 게인과 비교하여 그에 따른 오차를 출력하는 제2 비교부(32)와; 상기 제2 비교부(32)의 출력을 적분하여 고정 좌표계의 관측된 자속을 출력하는 적분기(33)와; 상기 적분기(33)의 출력 자속을 동기좌표계의 자속으로 변환시키는 제1 정지/동기 좌표 변환부(34)와; 정지 좌표계의 전류를 동기 좌표계의 전류로 변환하는 제2 정지/동기 좌표 변환부(37)와; 상기 제2 정지/동기 좌표 변환부(37)의 출력 전류에 대한 추정된 자속을 출력하는 자속 변환부(38)와; 상기 자속 변환부(38)의 출력을 정지 좌표계의 추정된 자속으로 변환하여 출력하는 동기/정지 좌표 변환부(39)와; 상기 적분기(33)와 동기/정지 좌표 변환부(39)의 출력을 비교하여 그에 따른 오차를 출력하는 제3 비교부(35)와; 상기 오차가 '0'이 되는 게인을 출력하는 게인 발생부(36)로 구성되며, 이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.FIG. 3 is an exemplary view showing a configuration of a general magnetic flux observer 21. As shown in FIG. 3, the first comparator 31 compares a voltage of a stationary coordinate system with a phase resistance and outputs an error according to the induced voltage. ; The induced voltage Offset correction value and the induced voltage ( A second comparison unit 32 that adds) and compares it with a gain and outputs an error according thereto; An integrator (33) for integrating the output of the second comparator (32) to output the observed magnetic flux of the fixed coordinate system; A first stop / synchronous coordinate converter 34 for converting the output magnetic flux of the integrator 33 into the magnetic flux of the synchronous coordinate system; A second stop / synchronous coordinate conversion unit 37 for converting a current in the still coordinate system into a current in the synchronous coordinate system; A magnetic flux converter 38 for outputting an estimated magnetic flux for the output current of the second stop / synchronous coordinate converter 37; A synchronization / stop coordinate converter 39 for converting and outputting the output of the magnetic flux converter 38 into the estimated magnetic flux of the stop coordinate system; A third comparator 35 for comparing the integrator 33 and the output of the sync / stop coordinate converter 39 and outputting an error according thereto; The gain generator 36 outputs a gain whose error is '0', and the operation of the conventional apparatus will be described.
먼저, 상기 자속 관측부(21)는 검출된 전압, 전류와 추정된 자속을, 하기의 수학식1에 적용하여 관측 자속을 구한다.First, the magnetic flux observer 21 obtains the observed magnetic flux by applying the detected voltage, current and the estimated magnetic flux to Equation 1 below.
여기서, 는 정지 좌표계의 관측 자속, S는 미분 연산자, g는 게인을 는 상저항, 는 정지 좌표계의 전류, 는 정지 좌표계의 추정 자속을 나타낸다.here, Is the observed flux in the static coordinate system, S is the derivative operator, g is the gain Is phase resistance, Is the current in the static coordinate system, Denotes the estimated magnetic flux of the static coordinate system.
상기 자속들로부터 저속 회전자 위치 추정부(22)는 수학식2와 같이 상기 회전자의 위치를 산출해낸다.From the magnetic fluxes, the low speed rotor position estimator 22 calculates the position of the rotor as shown in Equation (2).
이에 의해, 회전속도 추정부(23)는 상기 저속 회전자 위치 추정부(22)의 출력에 따라 아래의 수학식3을 사용하여 상기 동기 릴럭턴스 모터의 회전 속도를 추정한다.As a result, the rotational speed estimator 23 estimates the rotational speed of the synchronous reluctance motor using Equation 3 below according to the output of the low speed rotor position estimation unit 22.
여기서, 는 k번째 회전자 위치, 은 k-1번째 회전자 위치 는 주기를 나타낸다.here, Is the k-th rotor position, Is the k-1 th rotor position Indicates a cycle.
또한, 상기 수학식2는 사용자 정의식으로 도 4의 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어를 위한 벡터도로부터 아래의 수학식4와 같이 나타낼 수 있고, 그 수학식(4)에 의해 아래의 수학식5를 통해 sinθ와 cosθ가 유도된다.In addition, Equation 2 may be expressed as Equation 4 below from a vector diagram for sensorless control of the synchronous reluctance motor of FIG. 4 as a user-defined equation, and Equation 5 below according to Equation (4). Through sinθ and cosθ are derived.
θ는 디축과 알파축간 위상차를 나타내고, δ는 자속과 디축간의 위상차를 나타낸다.θ represents the phase difference between the di-axis and the alpha axis, and δ represents the phase difference between the magnetic flux and the di-axis.
하지만 이러한 센서리스 방식에서는 유기 전압을 적분하여 자속을 추정하므로 전압이 작은 저속영역에서는 회전자의 위치를 추정하는데에 어려움이 있다.However, in this sensorless method, since the magnetic flux is estimated by integrating the induced voltage, it is difficult to estimate the position of the rotor in the low speed region where the voltage is small.
이러한 이유로 저속 영역 제어부(24)를 두어 아래의 수학식6과 같이 회전자의 위치 오차(θ-)와 가 서로 비례관계에 있다는 원리를 이용하여 회전자의 위치 오차()를 출력한다.For this reason, the position error of the rotor (θ- )Wow Position error of the rotor using the principle that )
여기서, 는 관측된 디축 자속분의 오차를 나타낸다.here, Denotes the error of the observed diaxial flux.
상기 회전자의 위치 오차()를 피아이 제어부(25)에서는 '0'으로 수렴하게 하는 회전자의 속도()로 출력한다.Position error of the rotor ( ), The speed control of the rotor to converge in the eye controller 25 to '0' ( )
따라서, 비교부(26)는 상기 상기 피아이제어부(25)에서 출력되는 속도()와 상기 회전 속도 추정부(23)의 출력을 비교하여 그에 따른 오차를 상기 회전 속도()로 출력한다.Accordingly, the comparison unit 26 outputs the speed (outputted from the eye controller 25). ) And the output of the rotational speed estimating unit 23 compares the error to the rotational speed ( )
상기 비교부(26)의 출력은 적분기(27)를 통해 적분되어 추정된 회전자의 위치()를 출력하며, 연산부(28)를 통해 회전자의 위치 정보인 를 출력한다.The output of the comparator 26 is integrated through the integrator 27 and estimated the position of the rotor ( ) And the position information of the rotor through the operation unit 28 Outputs
이에 의해, 상기 동기 릴럭턴스 모터의 저속 영역시의 속도 제어는 스위치부(29)의 스위치가 a측으로 스위칭되어, 상기 가 선택되고, 그 는 좌표 변환부(30)를 통해 동기 혹은 정지 좌표계로 변환한다.As a result, the speed control in the low speed region of the synchronous reluctance motor switches the switch of the switch unit 29 to the a side. Is selected, that Is converted into a synchronous or stop coordinate system through the coordinate conversion unit 30.
이와는 반대로, 고속 영역에서는 상기 자속 관측부(21)로부터 구해진 sin, cos로서 상기 동기 릴럭턴스 모터의 회전자 위치를 추정하는 방식을 사용하며 이때, 상기 스위치부(29)는 b측으로 절환되고, 고속 영역시 상기 동기 릴럭턴스 모터의 회전자 위치를 추정한다.On the contrary, sin obtained from the magnetic flux observation unit 21 in the high speed region. , cos As a method of estimating the rotor position of the synchronous reluctance motor, the switch unit 29 is switched to the b side, and the rotor position of the synchronous reluctance motor is estimated in the high speed region.
상술한 바와같이 종래장치는, 매순간 마다 회전자의 위치와 속도가 계산식에 의해 구해지고, 특히 저속에서 트랙킹 루프(Tracking Loop)를 사용하는 경우에, 응답성을 높이기 위해 고속 센서리스에서 계산된 를 사용한다.As described above, in the conventional apparatus, the position and the speed of the rotor are obtained by the calculation formula at every moment, and especially in the case of using the tracking loop at low speed, it is calculated at the high speed sensorless to improve the responsiveness. Use
그러나, 저속에서 회전자의 위치 및 속도추정의 특성상, 계산식에 의해 구해지는 속도는 많은 오차를 포함하므로, 저속에서 신호주입방식의 트랙킹 루프의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.However, due to the characteristics of the position and speed estimation of the rotor at low speed, the speed determined by the calculation formula includes a large number of errors, which causes a problem of degrading the performance of the signal injection tracking loop at low speed.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 상기 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 속도 제어시, 저속모드 또는 고속모드에 따라 독립적으로 계산된 추정위치로부터 일정기간 구해진 속도를 이용하여 속도를 추정함으로써, 보다 부드럽게 속도를 제어할 수 있도록 한 동기릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, using the speed obtained for a predetermined period from the estimated position independently calculated according to the low speed mode or the high speed mode in the sensorless speed control of the synchronous reluctance motor It is an object of the present invention to provide a sensorless control device of a synchronous reluctance motor, which makes it possible to control the speed more smoothly by estimating the speed.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 검출한 동기 릴럭턴스 모터의 전압 및 전류를 입력받아 자속을 관측 및 추정하는 자속 관측부와; 고속시, 상기 자속관측부에서 출력되는 동기 및 정지좌표계의 관측자속과 추정자속을 소정연산하여 회전자의 위치를 추정하는 고속 회전자 위치 추정부와;저속시, 상기 자속관측부에서 출력되는 동기 좌표계의 관측자속과 추정자속을 입력받아 소정 연산하여 회전자의 위치를 추정하는 저속 회전자 위치 추정부와;고속모드 또는 저속모드에 따라, 상기 저속 회전자 위치 추정부 또는 고속 회전자 위치 추정부의 출력을 절환하는 스위칭부와;상기 스위칭부를 통해 입력되는 상기 저속 회전자 위치 추정부 또는 상기 고속 회전자 위치 추정부의 출력을 소정 연산하고, 그 연산결과에 근거한 회전속도 추정치를 상기 고속 회전자 위치 추정부에 인가하는 회전속도추정부와; 상기 스위칭부의 출력을 동기 또는 정지 좌표계로 변환하여 상기 자속 관측부로 출력하는 좌표 변환부로 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the magnetic flux observation unit for receiving the voltage and current of the detected synchronous reluctance motor to observe and estimate the magnetic flux; A high speed rotor position estimator for estimating the position of the rotor by performing a predetermined operation on the synchronous and the estimated fluxes of the synchronous and stationary coordinate systems output from the magnetic flux observation section at high speed; and the synchronous output from the magnetic flux observation section at low speed A low-speed rotor position estimator for estimating the position of the rotor by inputting the observer flux and the estimated magnetic flux of a coordinate system; according to the high speed mode or the low speed mode, the low speed rotor position estimator or the high speed rotor position estimator A switching unit for switching an output; a predetermined calculation of an output of the low speed rotor position estimating unit or the high speed rotor position estimating unit input through the switching unit, and a rotation speed estimation value based on the calculation result A rotation speed estimation unit authorized to the government; And a coordinate converter configured to convert the output of the switching unit into a synchronous or stop coordinate system and output the magnetic flux observer.
이하, 본 발명에 위한 동기릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation and effects of the sensorless control device of the synchronous reluctance motor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선, 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어방법은, 매 펄스폭변조신호마다 위치를 추정하게 되는데, 본 발명은 상기 추정위치가 한주기 동안에 필요한 인터럽트 횟수를 구하면 전기적인 속도를 검출할 수 있는 것에 착안하였음을 밝혀두는 바이다.First, in the sensorless control method of a synchronous reluctance motor, the position is estimated for every pulse width modulated signal. The present invention focuses on the fact that the estimated position can detect the electrical speed when the required number of interrupts is obtained for one cycle. It is to be clear that.
도5는 본 발명 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 동기 릴럭턴스 모터의 전압 및 전류를 입력받아 자속을 관측 및 추정하는 자속 관측부(21)와; 고속시, 상기 자속관측부(21)에서 출력되는 동기 및 정지좌표계의 관측자속과 추정자속을 입력받아 소정연산하여 회전자의 위치를 추정하는 고속 회전자 위치 추정부(22)와; 저속시, 상기 자속관측부 (21)에서 출력되는 동기 좌표계의 관측자속과 추정자속 및 회전속도 추정부(100)의 회전속도 추정치를 입력받아 소정 연산하여 회전자의 위치를 추정하는 저속 회전자 위치 추정부(31)와; 고속모드 또는 저속모드에 따라, 상기 저속 회전자 위치 추정부(31) 또는 고속 회전자 위치 추정부(22)의 출력을 선택하여 스위칭하는 스위칭부 (29)와; 상기 스위칭부(29)를 통해 상기 저속 회전자 위치 추정부(31) 또는 상기 고속 회전자 위치 추정부(22)의 출력을 소정 연산하여 그에따른 회전속도 추정치를 상기 저속 회전자 위치 추정부(31)에 인가하는 회전속도추정부(100)와; 상기 스위칭부(29)의 출력을 동기 또는 정지 좌표계로 변환하여 상기 자속 관측부(21)로 출력하는 좌표 변환부(30)로 구성하며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a sensorless control device of a synchronous reluctance motor according to the present invention. As shown therein, a magnetic flux observer 21 which observes and estimates magnetic flux by receiving a voltage and a current of a synchronous reluctance motor )Wow; A high speed rotor position estimating unit (22) for receiving the observer flux and the estimated flux of the synchronous and stationary coordinate systems output from the magnetic flux monitoring unit (21) and performing a predetermined operation to estimate the position of the rotor; Low speed rotor position to estimate the position of the rotor by inputting the observation flux of the synchronous coordinate system and the estimated flux and the rotational speed estimation unit 100 outputted from the magnetic flux observation unit 21 at a low speed An estimating section 31; A switching unit 29 for selecting and switching the output of the low speed rotor position estimator 31 or the high speed rotor position estimator 22 according to the high speed mode or the low speed mode; The output of the low speed rotor position estimating unit 31 or the high speed rotor position estimating unit 22 is calculated through the switching unit 29 and the rotational speed estimate according to the low speed rotor position estimating unit 31 is calculated. Rotational speed estimation unit 100 for applying; A coordinate conversion unit 30 converts the output of the switching unit 29 into a synchronous or stop coordinate system and outputs the magnetic flux observation unit 21. The operation of the present invention will be described.
먼저, 상기 자속 관측부(21)는 검출된 전압, 전류와 추정된 자속을, 하기의 수학식7에 적용하여 관측 자속을 구한다.First, the magnetic flux observer 21 calculates the observed magnetic flux by applying the detected voltage, current and the estimated magnetic flux to Equation 7 below.
여기서, 는 정지 좌표계의 관측 자속, S는 미분 연산자, g는 게인을 는 상저항, 는 정지 좌표계의 전류, 는 정지 좌표계의 추정 자속을 나타낸다.here, Is the observed flux in the static coordinate system, S is the derivative operator, g is the gain Is phase resistance, Is the current in the static coordinate system, Denotes the estimated magnetic flux of the static coordinate system.
상기 자속들로부터 고속 회전자 위치 추정부(22)는, 하기의 수학식8을 이용하여 회전자의 위치를 산출한후, 그 회전자의 위치를 스위칭부(29)에 인가한다.From the magnetic fluxes, the high speed rotor position estimator 22 calculates the position of the rotor using Equation 8 below, and then applies the position of the rotor to the switching unit 29.
또한, 저속 회전자 위치 추정부(31)는 상기 자속관측부(21)에서 출력되는 동기 좌표계의 관측자속과 추정자속 및 회전속도 추정부(100)의 회전속도 추정치를 입력받아 소정 연산하여 회전자의 위치를 추정한후, 그 추정된 회전자의 위치를 스위칭부(29)에 인가한다.In addition, the low speed rotor position estimating unit 31 receives a rotation speed estimation value of the observer flux, the estimated magnetic flux, and the rotational speed estimator 100 of the synchronous coordinate system output from the magnetic flux observation unit 21, and performs a predetermined calculation on the rotor. After estimating the position of, the estimated rotor position is applied to the switching unit 29.
이때, 스위칭부(29)는, 마이크로컴퓨터(미도시)의 제어에 의해, 저속모드시 상기 저속 회전자 위치 추정부(31)에서 추정된 회전자의 위치를 회전속도 추정부 (100) 및 좌표변환부(30)에 인가하고, 이에 따라 상기 회전속도 추정부(100)는 상기 저속 회전자 위치추정부(31)에서 출력되는 회전자의 위치가 한주기 동안에 필요한 인터럽트 횟수를 검출하여, 하기의 수학식9에 적용함으로써 회전속도를 추정한후, 그 회전속도 추정치를 상기 저속 회전자 위치 추정부(31)에 인가한다.At this time, the switching unit 29 controls the position of the rotor estimated by the low speed rotor position estimating unit 31 in the low speed mode under the control of a microcomputer (not shown). The rotational speed estimator 100 detects the number of interrupts required for one cycle of the position of the rotor output from the low-speed rotor position estimating unit 31. After the rotational speed is estimated by applying to Equation 9, the rotational speed estimation value is applied to the low speed rotor position estimating unit 31.
[수학식9][Equation 9]
회전속도추정치(Hz)=1/(전기적 360도 동안의 인터럽트 횟수×인터럽트 주기)Rotational speed estimate (Hz) = 1 / (number of interrupts during electrical 360 degree × interrupt cycle)
여기서, 도6은 추정위치로부터 속도를 계산하는 방식을 보인 예시도이다.6 is an exemplary view showing a method of calculating the velocity from the estimated position.
그리고, 좌표변환부(30)는 상기 저속 회전자 위치 추정부(31)에서 출력되는 회전자의 위치를 스위칭부(29)를 통해 입력받아 동기 또는 정지 좌표계로 변환하여 상기 자속관측부(21)에 인가한다.In addition, the coordinate conversion unit 30 receives the position of the rotor output from the low speed rotor position estimating unit 31 through the switching unit 29 and converts the synchronous or stationary coordinate system into the magnetic flux observation unit 21. To apply.
반면에, 스위칭부(29)는, 마이크로컴퓨터(미도시)의 제어에 의해, 고속모드시, 상기 고속 회전자 위치 추정부(22)에서 추정된 회전자의 위치를 회전속도 추정부(100) 및 좌표변환부(30)에 인가하고, 이에 따라 상기 회전속도 추정부(100)는 상기 고속 회전자 위치추정부(22)에서 출력되는 회전자의 위치가 한주기 동안에 필요한 인터럽트 횟수를 검출하여, 상기 수학식9에 적용함으로써 회전속도를 추정한후, 그 회전속도 추정치를 상기 저속 회전자 위치 추정부(31)에 인가한다.On the other hand, the switching unit 29, under the control of the microcomputer (not shown), in the high speed mode, the rotational speed estimator 100 determines the position of the rotor estimated by the high speed rotor position estimating unit 22. And it is applied to the coordinate conversion unit 30, according to the rotational speed estimation unit 100 detects the number of interrupts required for the position of the rotor output from the high-speed rotor position estimation 22 for one period, After the rotational speed is estimated by applying the above equation (9), the rotational speed estimate is applied to the low speed rotor position estimating unit (31).
그리고, 좌표변환부(30)는 상기 고속 회전자 위치 추정부(22)에서 출력되는 회전자의 위치를 스위칭부(29)를 통해 입력받아 동기 또는 정지 좌표계로 변환하여 상기 자속관측부(21)에 인가한다.In addition, the coordinate conversion unit 30 receives the position of the rotor output from the high speed rotor position estimating unit 22 through the switching unit 29 and converts the synchronous or stop coordinate system into the magnetic flux observation unit 21. To apply.
다시 말해서, 본 발명은 고속 모드 또는 저속 모드에 따라, 각기 독립적으로 추정된 회전자 위치를 이용하여 속도를 추정하여, 저속모드에서 트랙킹 루프의 응답성을 높이기 위해 고속모드의 추정된 위치로부터 추정된 속도를 사용함에 있어 한주기 동안 구해진 속도를 사용하므로 매순간 계산된 속도와 달리 보다 안정적인 동작을 보이게 된다.In other words, the present invention estimates the speed using the independently estimated rotor position according to the high speed mode or the low speed mode, and estimated from the estimated position of the high speed mode to increase the responsiveness of the tracking loop in the low speed mode. In using the velocity, the velocity obtained during one cycle is used, and thus the motion is more stable than the velocity calculated every moment.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 기존의 방식에서는, 매 PWM구간마다 계산되는 추정속도를 사용하므로 추정된 속도는 노이즈와 같이 불규칙한 성분을 포함하고 있으며, 이러한 방식으로 트랙킹 루프의 응답성을 높이기 위해 사용하는 경우에는 오히려 저속구간의 성능을 저하시키는데, 본 발명에서는 짧은 순간에 계산된 속도가 아닌 전기적으로 한주기 동안의 속도를 계산하여 사용하므로, 매우 일정한 추정속도를 구할 수 있고, 이러한 방식을 저속구간에 사용하므로 성능저하없이 저속 트랙킹 루프의 융통성을 향상시키는 효과가 있다.As described in detail above, in the conventional method, since the estimated speed is calculated for every PWM section, the estimated speed includes irregular components such as noise, and in this way, it is used to increase the responsiveness of the tracking loop. In this case, rather, the performance of the low speed section is deteriorated. In the present invention, since the speed is calculated electrically for one cycle instead of the speed calculated at a short time, a very constant estimated speed can be obtained. This improves the flexibility of the slow tracking loop without compromising performance.
도 1은 일반적인 동기 릴럭턴스 모터의 구조를 보인 예시도.1 is an exemplary view showing a structure of a general synchronous reluctance motor.
도 2는 종래의 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치를 보인 예시도.Figure 2 is an exemplary view showing a sensorless control device of a conventional synchronous reluctance motor.
도 3은 일반적인 자속 관측부의 구성을 보인 예시도.3 is an exemplary view showing a configuration of a general magnetic flux observation unit.
도 4는 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어를 보인 벡터도.4 is a vector diagram showing sensorless control of a synchronous reluctance motor;
도 5는 본 발명 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치를 보인 예시도.5 is an exemplary view showing a sensorless control device of the synchronous reluctance motor of the present invention.
도 6은 도5에 있어서, 추정위치로부터 속도를 계산하는 방식을 보인 예시도.6 is an exemplary view showing a method of calculating the velocity from the estimated position in FIG.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of drawings **
21: 자속 관측부 22: 고속 회전자 위치 추정부21: magnetic flux observation unit 22: high speed rotor position estimation unit
24: 저속 영역 제어부 25: 피아이 제어부24: low speed region control section 25: eye control section
26: 비교부 27: 적분기26: comparator 27: integrator
28: 연산부 29: 스위칭부28: calculating unit 29: switching unit
30: 좌표 변환부 31: 저속 회전자 위치 추정부30: coordinate conversion unit 31: low speed rotor position estimation unit
100: 회전자 속도 추정부100: rotor speed estimation unit

Claims (3)

  1. 검출한 동기 릴럭턴스 모터의 전압 및 전류를 입력받아 자속을 관측 및 추정하는 자속 관측부와; A magnetic flux observing unit configured to observe and estimate magnetic flux by receiving the detected voltage and current of the synchronous reluctance motor;
    고속시, 상기 자속관측부에서 출력되는 동기 및 정지좌표계의 관측자속과 추정자속을 소정연산하여 회전자의 위치를 추정하는 고속 회전자 위치 추정부와;A high speed rotor position estimating unit for estimating the position of the rotor by performing a predetermined operation on the observing flux and the estimated flux of the synchronous and stationary coordinate systems output from the magnetic flux observation section at high speed;
    저속시, 상기 자속관측부에서 출력되는 동기 좌표계의 관측자속과 추정자속을 입력받아 소정 연산하여 회전자의 위치를 추정하는 저속 회전자 위치 추정부와;A low-speed rotor position estimating unit for estimating the position of the rotor by taking a predetermined calculation from an observer flux and an estimated flux of the synchronous coordinate system output from the magnetic flux observation unit at low speed;
    고속모드 또는 저속모드에 따라, 상기 저속 회전자 위치 추정부 또는 고속 회전자 위치 추정부의 출력을 절환하는 스위칭부와;A switching unit for switching the output of the low speed rotor position estimator or the high speed rotor position estimator according to the high speed mode or the low speed mode;
    상기 스위칭부를 통해 입력되는 상기 저속 회전자 위치 추정부 또는 상기 고속 회전자 위치 추정부의 출력을 소정 연산하고, 그 연산결과에 근거한 회전속도 추정치를 상기 고속 회전자 위치 추정부에 인가하는 회전속도추정부와; A rotation speed estimation unit for calculating a predetermined output of the low speed rotor position estimating unit or the high speed rotor position estimating unit input through the switching unit and applying a rotation speed estimation value based on the calculation result to the high speed rotor position estimating unit. Wow;
    상기 스위칭부의 출력을 동기 또는 정지 좌표계로 변환하여 상기 자속 관측부로 출력하는 좌표 변환부로 구성한 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치.And a coordinate conversion unit configured to convert an output of the switching unit into a synchronous or stop coordinate system and output the same to the magnetic flux observation unit.
  2. 제1 항에 있어서, 회전속도추정부는, 추정된 위치가 한주기 동안에 필요한 인터럽트 횟수를 구하여, 그 인터럽트 횟수를 하기의 수학식에 적용하여 회전속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치.The sensor of a synchronous reluctance motor according to claim 1, wherein the rotational speed estimator estimates the rotational speed by obtaining the number of interrupts for which the estimated position is necessary for one period, and applying the interrupted number to the following equation. Lease control unit.
    [수학식][Equation]
    회전속도추정치(Hz)=1/(전기적 360도 동안의 인터럽트 횟수×인터럽트 주기)Rotational speed estimate (Hz) = 1 / (number of interrupts during electrical 360 degree × interrupt cycle)
  3. 제2 항에 있어서, 주기는, The method of claim 2, wherein the period is
    속도제어의 특성에 따라, 전기적주기, 기계적 주기, 반주기중 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 센서리스 제어장치.Sensorless control device for a synchronous reluctance motor, characterized in that any one of an electrical cycle, a mechanical cycle, and a half cycle is selected according to the characteristics of the speed control.
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