KR100551572B1 - PMSM controller using an adaptive integral binary observer and cotrol method the same - Google Patents

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학교법인 인하학원
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Abstract

본 발명은 적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 영구자석 동기전동기(PMSM) 제어장치 및 그 제어방법을 개시한다.The present invention discloses a permanent magnet synchronous motor (PMSM) control apparatus using an adaptive integral binary observer and a control method thereof.

본 발명의 영구자석 동기전동기 제어장치는, 속도 지령기에서 출력되는 지령속도를 추종하도록 전류지령치를 출력하는 속도 제어기와, 전류지령치와 브러시리스 직류전동기에 흐르는 실제 전류간의 전류오차를 출력하는 전류 제어기와, 전류오차에 대한 스위칭패턴을 결정하고, 결정된 패턴에 의한 전압을 직류전동기에 공급하는 전력변환기와, 직류전동기에 흐르는 전류를 감지하는 전류검출기와, 직류전동기의 회전자의 속도와 위치를 추정하기 위한 바이너리 관측기로 이루어지며, 바이너리 관측기는 전류오차를 적분하여 상기 직류 전동기 회전자의 속도와 위치를 추정하는 적분 스위칭 평면을 갖는다. 이처럼, 실제 전류와 추정 전류의 오차를 적분하여 관측기 영역의 차원을 높여줌으로써, 정상상태 뿐만 아니라 속도가 급변하는 과도상태에서도 전동기의 속도 및 위치를 매우 안정적으로 추정하며, 부항변화에도 견실하게 동작하도록 해준다.The permanent magnet synchronous motor control apparatus of the present invention includes a speed controller for outputting a current command value to follow the command speed output from the speed commander, and a current controller for outputting a current error between the current command value and the actual current flowing to the brushless DC motor. Determine a switching pattern for the current error, estimate a speed and position of the rotor of the DC motor, a power converter for supplying the voltage to the DC motor, a current detector for sensing the current flowing through the DC motor, The binary observer has an integral switching plane for integrating the current error to estimate the speed and position of the rotor of the DC motor. In this way, by integrating the error between the actual current and the estimated current to increase the dimension of the observer area, it is possible to estimate the speed and position of the motor very stably under steady state as well as in the transiently changing speed, and to operate steadily against the cupping change. Do it.

적응 적분 바이너리 관측기Adaptive Integral Binary Observer

Description

적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 영구자석 동기전동기 제어장치 및 그 제어방법{PMSM controller using an adaptive integral binary observer and cotrol method the same}Permanent magnet synchronous motor controller using adaptive integral binary observer and its control method {PMSM controller using an adaptive integral binary observer and cotrol method the same}

도 1은 종래 바이너라 관측기의 구성을 나타내는 구성도.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional binar observer.

도 2는 도 1의 바이너리 관측기의 오차궤적(error trajectory)을 보여주는 설명도.FIG. 2 is an explanatory diagram showing an error trajectory of the binary observer of FIG. 1; FIG.

도 3은 본 발명에 따른 제어장치의 구성을 나타내는 구성도.3 is a block diagram showing a configuration of a control device according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 적응 적분 바이너리 관측기의 구성을 나타내는 구성도.4 is a block diagram showing a configuration of an adaptive integral binary observer according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 적응 적분 바이너리 관측기의 위상평면궤적을 나타내는 도면.5 illustrates a phase plane trajectory of an adaptive integral binary observer according to the present invention.

도 6은 적응 슬라이딩 관측기를 사용한 경우, 무부하시 1500[rpm]에서 실제 속도, 추정속도 및 속도 추정오차를 나타내는 파형도.Fig. 6 is a waveform diagram showing actual speed, estimated speed, and speed estimation error at 1500 [rpm] at no load when the adaptive sliding observer is used.

도 7은 본 발명에 따른 적응 적분 바이너리 관측기를 사용한 경우, 무부하시 1500[rpm]에서 실제 속도, 추정속도 및 속도 추정오차를 나타내는 파형도.7 is a waveform diagram showing an actual speed, an estimated speed, and a speed estimation error at 1500 [rpm] at no load when using the adaptive integral binary observer according to the present invention;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 속도 지령기 20 : 속도 제어기10: speed commander 20: speed controller

30 : 전류 제어기 40 : 전력변환기30: current controller 40: power converter

50 : 전류검출기 60 : 바이너리 관측기50: current detector 60: binary observer

61, 63 : 가산기 62 : 적분기61, 63: adder 62: integrator

64 : 보조루프 조정기 65 : 주루프 조정기64: auxiliary loop adjuster 65: main loop adjuster

66 : 이득 조정기66: gain regulator

BLDCM : 브러시리스 직류전동기BLDCM: Brushless DC Motor

본 발명은 바이너리 관측기를 이용한 영구자석 동기전동기(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)의 센서리스 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적응 슬라이딩 관측기와 유사한 형태를 적분 바이너리 관측기에 적용한 적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 원통형 영구자석 동기전동기 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sensorless control device for a permanent magnet synchronous motor (PMSM) using a binary observer and a control method thereof, and more particularly, to an adaptive integral observer applying a form similar to an adaptive sliding observer. A cylindrical permanent magnet synchronous motor control apparatus using a binary observer and a control method thereof.

원통형 영구자석 동기전동기는 단위 무게당 토오크 비율 및 효율이 다른 전동기에 비해 높다는 장점을 가지고 있어 산업응용분야에 폭넓게 사용되고 있다.Cylindrical permanent magnet synchronous motors are widely used in industrial applications because they have higher torque ratio and efficiency than other motors.

그러나, 원통형 영구자석 동기 전동기는 회전자에 부착되어진 영구자석으로부터 자속을 공급받기 때문에 벡터제어를 위해서는 항상 회전자의 정확한 위치 정보를 알아야 한다.However, since the cylindrical permanent magnet synchronous motor receives magnetic flux from the permanent magnet attached to the rotor, it is necessary to always know the exact position information of the rotor for vector control.

전동기 회전자의 정확한 위치정보를 얻기 위해서 레졸버나 보통 엔코더(Absolute Encoder) 또는 홀소자 등의 자기 센서를 이용한 전자식 위치 검출기가 사용되어지고 있다.In order to obtain accurate position information of the motor rotor, an electronic position detector using a magnetic sensor such as a resolver, an absolute encoder, or a hall element is used.

이러한 위치 검출기는 일반적으로 가격이 고가일 뿐만 아니라 별도의 복잡한 하드웨어가 제어기에 구성되어야 하는 단점이 있다. 또한 진동 및 습도 등의 주위환경에 대한 영향을 많이 받기 때문에 사용환경에 제한을 받는다.Such position detectors are generally expensive and have the disadvantage that separate complex hardware must be configured in the controller. In addition, since it is greatly affected by the surrounding environment such as vibration and humidity, it is restricted in the use environment.

따라서, 원통형 영구자석 동기전동기의 제어상 큰 문제점인 회전자의 위치를 센서를 사용하지 않고 간접적으로 얻고자 하는 센서리스 제어에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 센서리스 제어법 중 제어이론을 이용하여 전동기의 속도 및 회전자의 위치를 추정하는 관측기를 적용한 방법에 관한 연구도 많이 행해지고 있다.Therefore, the research on sensorless control to indirectly obtain the position of the rotor, which is a big problem in the control of cylindrical permanent magnet synchronous motor, without using the sensor is being actively conducted, and using the control theory among the sensorless control methods A lot of studies have been conducted on the application of an observer for estimating the speed of a motor and the position of a rotor.

원통형 영구자석 동기전동기의 센서리스 제어에 일반적인 선형관측기를 적용한 경우 전체 시스템이 비선형이기 때문에, 적절한 관측기 이득을 얻기가 어렵게 된다. 이러한 단점을 극복하기 위해 비선형 관측기로서 슬라이딩 모드 이론을 이용한 슬라이딩 모드 관측기가 적용될 수 있다. 하지만 기존의 슬라이딩 모드 관측기는 관측기의 제어 특성상 떨림현상이라는 단점을 가지고 있다.When the general linear observer is applied to the sensorless control of a cylindrical permanent magnet synchronous motor, it is difficult to obtain an appropriate observer gain because the entire system is nonlinear. In order to overcome this disadvantage, the sliding mode observer using the sliding mode theory can be applied as a nonlinear observer. However, the conventional sliding mode observer has a drawback of vibration because of the control characteristics of the observer.

이러한 슬라이딩 모드 관측기의 단점을 해결하기 위한 방법이 다양하게 진행되고 있다. 그 중에서도 슬라이딩 모드 관측기와 같은 장점을 가지면서 떨림현상을 제거할 수 있는 바이너리 이론을 이용한 바이너리 관측기가 제안되었다.There are various methods for solving the disadvantages of the sliding mode observer. Among them, a binary observer using binary theory that has the same advantages as a sliding mode observer and can eliminate vibrations has been proposed.

도 1은 종래 바이너리 관측기의 구성을 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional binary observer.

바이너리 관측기는, 브러시리스 직류전동기에 흐르는 실제전류와 상태방정식 으로 부터 얻어지는 추정전류간의 추정오차(σ)를 구하는 가산기(1)와, 상기 가산기(1)에서 구한 추정오차(σ)의 허용범위의 한계영역을 설정하고, 이 설정된 한계영역에 추정오차가 들어가면 이 영역을 벗어나지 않고 머물러 있도록 주 루프 조정기의 이득을 설정하는 보조루프 조정기(2)와, 상기 보조루프 조정기(2)의 출력과 가산기(1)의 추정오차(σ)를 입력으로 하여 연속의 스위칭함수를 출력하는 주 루프 조정기(3)와, 상기 주 루프 조정기(3)에서 출력되는 연속의 스위칭함수의 이득을 조정하여 한계영역내에 들어온 오차궤적이 원점으로 안정적으로 수렴할 수 있도록 하는 이득 조정기(4)를 구비한다.The binary observer includes an adder (1) for obtaining an estimated error (σ) between the actual current flowing through the brushless DC motor and the estimated current obtained from the state equation, and the allowable range of the estimated error (σ) obtained from the adder (1). An auxiliary loop adjuster 2 which sets a limit area and sets the gain of the main loop adjuster so as to remain without leaving this area when the estimated error enters the set limit area; and an output and an adder of the auxiliary loop adjuster 2; The main loop regulator 3 outputs a continuous switching function by inputting the estimated error? Of 1), and the gain of the continuous switching function output from the main loop regulator 3 is adjusted to enter the limit region. A gain adjuster 4 is provided to allow the error trajectory to converge stably to the origin.

도 1의 바이너리 관측기는 슬라이딩 모드 관측기의 슬라이딩 모드 평면과 유사한 초평면이 있으며, 이 초평면을 중심으로 영역을 설정하게 된다. 이때, 관측기의 영역을 벗어나지 않도록 관측기의 이득을 설정함으로서 슬라이딩 모드 관측기와 같은 강인성을 갖게 된다. 또한, 바이너리 관측기는 주루프와 보조루프로 구성되어 보조루프는 주루프의 관측기 이득을 유연하게 실시간으로 조정함으로서 연속적인 제어입력을 생성하여 떨림을 저감하는 특징을 가지고 있다.The binary observer of FIG. 1 has a hyperplane similar to the sliding mode plane of the sliding mode observer, and sets an area around the hyperplane. At this time, by setting the gain of the observer so as not to leave the region of the observer, it has the same robustness as the sliding mode observer. In addition, the binary observer is composed of a main loop and a secondary loop, and the secondary loop has a feature of reducing vibration by generating continuous control inputs by flexibly adjusting the observer gain of the main loop in real time.

그러나, 바이너리 관측기의 설정된 영역은 상태 평면상에서 초평면과 평행하도록 설정되어 추정되는 값은 영역에 머무르게 되지만 영으로 수렴할 수 없게 되는 단점이 있다.However, the set area of the binary observer is set to be parallel to the hyperplane on the state plane, so that the estimated value stays in the area but cannot converge to zero.

종래 제안된 바이너리 관측기의 형태는 전동기의 전압방정식만을 이용하며, 고정자 좌표계(

Figure 112003037072129-pat00001
)에서 원통형 영구자석 동기전동기의 전압방정식은 수학식 1과 같다.In the conventional binary observer type, only the voltage equation of the motor is used, and the stator coordinate system (
Figure 112003037072129-pat00001
In Equation 1), the voltage equation of the cylindrical permanent magnet synchronous motor is shown in Equation 1.

Figure 112003037072129-pat00002
Figure 112003037072129-pat00002

여기에서, From here,

Figure 112005057606520-pat00003
Figure 112005057606520-pat00003

수학식 1에서 시간에 대한 변수로서 전압, 전류 이외에도 위치에 대한 삼각함수와 속도항이 곱해진 형태로 나타나는 역기전력 성분이 있으며, 이로 인해 전체 시스템은 비선형이 된다. 따라서 이를 선형화 시키기 위해 한 제어주기 내에서는 속도가 일정함을 전제로 하여, 측정할 수 있는 전류에 대한 관측을 행하는 바이너리 관측기를 수학식 2와 같이 구성한다.In addition to the voltage and current in Equation 1, there is a back EMF component that is expressed as a product of a trigonometric function and a speed term for a position, which makes the entire system nonlinear. Therefore, in order to linearize this, a binary observer for observing a measurable current can be constructed as shown in Equation 2 under the assumption that the velocity is constant within a control period.

Figure 112003037072129-pat00004
Figure 112003037072129-pat00004

여기에서, From here,

Figure 112003037072129-pat00005
Figure 112003037072129-pat00005

속도 센서리스로 벡터제어를 행하는 경우 전동기의 전류, 전압은 측정 가능한 변수이고, 속도와 위치는 추정해야 하는 변수이므로 바이너리 관측기의 초평면(hyperplane)을 수학식 3과 같이 전류의 추정오차로 정의한다.When vector control is performed by speed sensorless, the current and voltage of the motor are measurable variables, and the speed and position are variables to be estimated. Therefore, the hyperplane of the binary observer is defined as an estimation error of current as shown in Equation (3).

Figure 112003037072129-pat00006
Figure 112003037072129-pat00006

또한, 바이너리 관측기의 경우, 정의되는 한계영역(boundary layer) Gδ를 수학식 4와 같이 설정한다.In addition, in the case of the binary observer, the defined boundary layer G δ is set as in Equation 4.

Figure 112003037072129-pat00007
Figure 112003037072129-pat00007

δ : 상수 (0≤δ〈1)δ: constant (0≤δ <1)

여기서, δ는 Gδ영역의 폭을 나타내는 임의의 설계 파라미터이다. 만약 수학식 4에서 δ를 매우 작게 하면 영역은 슬라이딩 면과 같아지게 되어 슬라이딩 관측기와 같은 특성을 갖게된다.Here, δ is any design parameter representing the width of the G δ area. If δ is very small in Equation 4, the area becomes the same as the sliding surface, and thus has the same characteristics as the sliding observer.

수학식 2의 바이너리 관측기에서 관측기의 스위칭 함수는 연속관성형 보조루프 조정기(Continuous Inertial Auxiliary Loop Coordinate Operator Feedback)를 가지는 바이너리 제어에 의해 수학식 5 및 수학식 6과 같이 정해진다.In the binary observer of Equation 2, the switching function of the observer is determined as shown in Equations 5 and 6 by binary control having Continuous Inertial Auxiliary Loop Coordinate Operator Feedback.

보조루프 조정기Secondary loop regulator

Figure 112003037072129-pat00008
Figure 112003037072129-pat00008

여기에서, α는 상수Where α is a constant

주루프 조정기Main loop regulator

Figure 112003037072129-pat00009
Figure 112003037072129-pat00009

상술된 도 1의 바이너리 관측기의 상태궤적은 도 2에 나타나 있다. 여기서 t0, t1, t2는 각각 |σ|=0, δ/2, δ에 도달하는 시간이다. 바이너리 관측기의 상태궤적은 상태변수가 각 축에 대한 전류의 오차이므로, 상태평면을 상태변수의 2차원 평면에서 나타낼 수 없다. 따라서 도 1에서와 같이 각각의 상태변수에 대해 시간축을 기준으로 상태궤적을 나타내게 된다.The state trace of the binary observer of FIG. 1 described above is shown in FIG. 2. Where t 0 , t 1 , t 2 are the times to reach | σ | = 0, δ / 2 and δ, respectively. The state trace of the binary observer cannot represent the state plane in the two-dimensional plane of the state variable because the state variable is the error of the current for each axis. Accordingly, as shown in FIG. 1, the state trajectory is represented based on the time axis for each state variable.

바이너리 관측기의 이득 k0와 α는 Gδ불변조건(Gδ invariant condition)으로부터 구해진다. 여기서, Gδ불변조건이란 추정오차 σ(t)가 일단 영역 Gδ 내에 들 어가면 그 후로 계속 Gδ 영역을 벗어나지 않고 영역 내에 머물러 있을 조건을 말한다. 이 관계는 기존 슬라이딩 모드 제어에서의 슬라이딩 존재조건(sliding condition)과 유사한 개념을 갖는다.Gain k 0 and α is the binary observer is determined from invariant δ G (G δ invariant condition). Herein, the G δ constant condition refers to a condition in which the estimated error σ (t) once stays in the area G δ without leaving the G δ area thereafter. This relationship has a concept similar to the sliding condition in the existing sliding mode control.

Gδ불변조건을 만족하도록 관측기의 이득 K0와 α를 설계하면, 바이너리 관측기는 슬라이딩 관측기와 같은 강인성을 가지면서도, 슬라이딩 모드에서 발생하는 떨림없이 연속적인 추정값을 갖는 특징을 갖게 된다.By designing the gains K 0 and α of the observer to satisfy the G δ invariant, the binary observer has the same robustness as the sliding observer, but with a continuous estimate without the vibration occurring in the sliding mode.

그러나, 바이너리 관측기는 수학식 4에서와 같이 영역을 설정하게 되면 정상상태에서 영역의 폭이 영으로 수렴할 수 없으므로 추정값 역시 영으로 수렴하는 것을 보장할 수 없다. 만약, 영으로 수렴하는 것을 보장하기 위해 δ의 값을 작게 하여 영역의 폭을 좁게 설정한다면 슬라이딩 모드 관측기와 같아지게 되므로 바이너리 관측기의 장점인 연속적인 추정이득을 얻지 못하게 된다.However, the binary observer cannot guarantee that the estimated value also converges to zero since the width of the region cannot converge to zero in the steady state when the region is set as shown in Equation 4. If the width of the region is narrowed by decreasing the value of δ to ensure zero convergence, it becomes the same as the sliding mode observer and thus does not obtain the continuous estimation gain, which is an advantage of the binary observer.

따라서, 상술된 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 적응 슬라이딩 관측기와 유사한 형태를 적분 바이너리 관측기에 적용한 적응 적분 바이너리 관측기를 이용하여 영구자석 동기전동기의 성능을 향상시키는데 있다.Accordingly, an object of the present invention to solve the above problem is to improve the performance of a permanent magnet synchronous motor using an adaptive integral binary observer in which a form similar to an adaptive sliding observer is applied to an integral binary observer.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 원통형 영구자석 동기전동기 제어장치는, 속도 지령기에서 출력되는 지령속도를 추종하도록 전류지령치를 출력하는 속도 제어기와, 전류지령치와 브러시리스 직 류전동기에 흐르는 실제 전류간의 전류오차를 출력하는 전류 제어기와, 전류오차에 대한 스위칭패턴을 결정하고, 결정된 패턴에 의한 전압을 직류전동기에 공급하는 전력변환기와, 직류전동기에 흐르는 전류를 감지하는 전류검출기와, 직류전동기의 회전자의 속도와 위치를 추정하기 위한 바이너리 관측기로 이루어진 영구자석 동기전동기의 제어장치에 있어서, 바이너리 관측기는 전류오차를 적분하여, 직류 전동기 회전자의 속도와 위치를 추정하는 적분 스위칭 평면을 갖는 것을 특징으로 한다.Cylindrical permanent magnet synchronous motor control apparatus using the adaptive integral binary observer of the present invention for achieving the above object, a speed controller for outputting a current command value to follow the command speed output from the speed commander, current command value and brushless A current controller that outputs the current error between the actual current flowing through the direct current motor, a power converter that determines the switching pattern for the current error, and supplies a voltage according to the determined pattern to the DC motor, and detects the current flowing in the DC motor In the control device of a permanent magnet synchronous motor comprising a current detector and a binary observer for estimating the speed and position of a rotor of a DC motor, the binary observer integrates the current error to estimate the speed and position of the rotor of the DC motor. It is characterized by having an integral switching plane.

본 발명의 적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 원통형 영구자석 동기전동기 제어방법은, 브러시리스 직류전동기에 흐르는 실제전류를 검출하는 제 1단계; 브러시리스 직류전동기의 상태방정식으로부터 추정전류를 계산하는 제 2단계; 실제전류와 추정전류의 차인 추정오차를 구하는 제 3단계; 추정오차를 적분하여 추정오차와 가산하고, 그 가산치를 이용하여 적분 스위칭 평면을 갖는 연속의 스위칭함수를 결정하는 제 4단계; 가산치의 허용범위인 한계영역을 설정하는 제 5단계; 추정오차가 한계영역에 들어가면 그 한계영역을 벗어나지 않도록 보조루프 조정기의 이득을 설정하는 제 6단계; 제 6단계에서 이득이 설정된 보조루프 조정기의 출력을 입력으로 하여 스위칭함수를 결정하는 제 7단계; 제 5단계에서 설정된 한계영역에 들어온 추정오차의 궤적이 원점으로 수렴할 수 있도록 스위칭함수의 이득을 조정하는 제 8단계; 및 제 8단계에서 이득이 조정된 스위칭함수로부터 브러시리스 직류전동기의 속도와 위치를 추종하도록 하는 제 9단계를 포함한다.Cylindrical permanent magnet synchronous motor control method using the adaptive integral binary observer of the present invention, the first step of detecting the actual current flowing to the brushless DC motor; A second step of calculating the estimated current from the state equation of the brushless DC motor; A third step of obtaining an estimation error that is a difference between the actual current and the estimated current; A fourth step of integrating the estimated error and adding the estimated error, and determining a continuous switching function having an integrated switching plane using the addition value; A fifth step of setting a limit area which is an allowable range of the addition value; A sixth step of setting a gain of the auxiliary loop adjuster so that the estimated error does not leave the limit region; A seventh step of determining a switching function by inputting the output of the auxiliary loop regulator whose gain is set in the sixth step; An eighth step of adjusting a gain of the switching function so that the trajectory of the estimated error entered in the limit region set in the fifth step may converge to the origin; And a ninth step of following the speed and position of the brushless DC motor from the switching function whose gain is adjusted in the eighth step.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설 명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 원통형 영구자석 동기전동기 제어장치의 구성을 나타내는 구성도이다.3 is a block diagram showing the configuration of a cylindrical permanent magnet synchronous motor control apparatus using an adaptive integral binary observer according to the present invention.

도 3의 영구자석 동기전동기 제어장치는, 별도로 설정되어진 지령속도를 출력하는 속도 지령기(10)와, 속도 지령기(10)에서 출력되는 지령속도를 추종하도록 전류지령치를 출력하는 속도 제어기(20)와, 속도 제어기(20)에서 출력되는 전류지령치를 추종하도록 전압을 출력하는 전류 제어기(30)와, 전류 제어기(30)에서 출력되는 전압을 3상 교류전원으로 변환시켜 브러시리스 직류전동기(BLDCM)로 공급하는 전력 변환기(40)와, 브러시리스 직류전동기(BLDCM)에 흐르는 전류를 감지하는 전류검출기(50)와, 전류검출기(50)에서 검출한 전류를 이용하여 모터 회전자의 속도와 위치를 추정하여 추정속도는 속도 제어기(20)로 제공하고, 추정위치는 전류 제어기(30)로 제공하는 추정기인 바이너리 관측기(60)를 구비한다.The permanent magnet synchronous motor controller of FIG. 3 includes a speed commander 10 for outputting a command speed set separately, and a speed controller 20 for outputting a current command value to follow the command speed output from the speed commander 10. ), A current controller 30 that outputs a voltage to follow the current command value output from the speed controller 20, and a brushless DC motor (BLDCM) by converting the voltage output from the current controller 30 into a three-phase AC power source. The speed and position of the motor rotor using the power converter 40 to be supplied to the power supply, the current detector 50 for detecting the current flowing through the brushless DC motor, and the current detected by the current detector 50. By estimating the estimated speed is provided to the speed controller 20, the estimated position is provided with a binary observer 60 which is an estimator provided to the current controller 30.

도 4는 도 3의 바이너리 관측기(60)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 블럭도이다.4 is a block diagram illustrating the configuration of the binary observer 60 of FIG. 3 in more detail.

도 4의 바이너리 관측기(60)는, 브러시리스 직류전동기에 흐르는 실제전류(i)와 상태방정식으로부터 얻어지는 추정전류(

Figure 112003037072129-pat00010
)간의 추정오차(E1)를 구하는 제 1 가산기(61)와, 제 1 가산기(61)의 출력(E1)을 적분하는 적분기(62)와, 적분기(62)의 출력과 제 1 가산기(61)의 출력을 가산하는 제 2 가산기(63)와, 제 2 가산기(63)의 출력(
Figure 112003037072129-pat00011
)에 대한 허용범위의 한계영역을 설정하고, 제 1 가산기(61) 의 출력(E1)이 설정된 한계영역에 들어오면 이 영역을 벗어나지 않고 계속 그 영역내에 머물러 있도록 주루프 조정기의 이득(k1)을 설정하는 보조루프 조정기(64)와, 보조루프 조정기(64)의 출력과 제 1 가산기(61)의 출력(E1)을 입력으로하여 연속의 스위칭함수를 출력하는 주루프 조정기(65)와, 주루프 조정기(65)에서 출력되는 연속의 스위칭함수의 이득을 조정하여 한계영역내에 들어온 오차궤적이 원점으로 안정적으로 수렴할 수 있도록 하는 이득 조정기(66)를 구비한다.The binary observer 60 of FIG. 4 is an estimated current obtained from the actual current i flowing through the brushless DC motor and the state equation (
Figure 112003037072129-pat00010
) Output of the first adder from the first adder 61 to obtain the estimation error (E 1) between the first adder (61) output (E 1) integrator 62, the integrator (62 for integrating a) ( The second adder 63 which adds the output of 61; and the output of the second adder 63
Figure 112003037072129-pat00011
Set the limit area of the allowable range, and if the output E 1 of the first adder 61 enters the set limit area, the gain (k 1) of the main loop adjuster will remain within the area without leaving this area. Main loop adjuster 65 outputting a continuous switching function by inputting the sub loop adjuster 64 for setting?), The output of the sub loop adjuster 64, and the output E 1 of the first adder 61; And a gain adjuster 66 that adjusts the gain of the continuous switching function output from the main loop adjuster 65 so that the error trajectory entering the limit region can converge stably to the origin.

상술된 구성을 갖는 본 발명의 원통형 영구자석 동기전동기 제어장치 및 바이너리 관측기의 동작과 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation and effects of the cylindrical permanent magnet synchronous motor control device and binary observer of the present invention having the above-described configuration will be described in detail as follows.

상술된 종래 바이너리 관측기는 설정되는 관측기의 평면을 원점으로 수렴시키는 것을 보장할 수 없다. 이는 정상상태에서 추정값에 대한 떨림을 줄일 수 있으나, 정상상태 오차가 남을 수 있는 단점을 가지고 있다. 이러한 바이너리 관측기의 단점을 해결하기 위해 본 발명에서는 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기를 사용한다.The conventional binary observer described above cannot guarantee to converge the plane of the set observer to the origin. This can reduce the trembling of the estimated value in the steady state, but has the disadvantage of leaving a steady state error. In order to solve the disadvantage of the binary observer, the present invention uses a binary observer having an integral switching plane.

* 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기 * Binary observer with integral switching plane

먼저 바이너리 관측기의 정상상태 성능을 향상시키기 위하여 초평면에 적분항을 추가하였으며, 본 발명의 바이너리 관측기의 초평면은 상술된 바이너리 관측기에서와 같이 전류의 실제값과 추정값을 이용하여 정의한다.First, an integral term is added to the hyperplane in order to improve the steady state performance of the binary observer. The hyperplane of the binary observer of the present invention is defined using the actual value and the estimated value of the current as in the binary observer described above.

본 발명의 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기에서, 적분 스위칭 평면

Figure 112003037072129-pat00012
는 수학식 7과 같이 정의된다.In the binary observer with the integral switching plane of the present invention, the integral switching plane
Figure 112003037072129-pat00012
Is defined as in Equation 7.

Figure 112003037072129-pat00013
Figure 112003037072129-pat00013

여기서,here,

Figure 112003037072129-pat00014
Figure 112003037072129-pat00014

수학식 7은 수학식 3의 초평면과 달리 가산기(61)에 의해 구해진 전류의 오차(e)를 적분하여 초평면의 차원을 높였다. 따라서, 운동방정식만을 사용하는 상술된 종래의 바이너리 관측기와 달리 본 발명의 바이너리 관측기(60)는 도 4와 같이 2차원 평면에서 상태궤적을 나타낼 수 있다.Unlike the hyperplane of Equation 3, Equation 7 integrates the error e of the current obtained by the adder 61 to increase the dimension of the hyperplane. Therefore, unlike the conventional binary observer described above using only the equation of motion, the binary observer 60 of the present invention may exhibit a state trace in a two-dimensional plane as shown in FIG.

바이너리 관측기(60)에서 정의되는 영역 Gδ을 수학식 8과 같이 정의한다.The region G δ defined in the binary observer 60 is defined as in Equation 8.

Figure 112003037072129-pat00015
Figure 112003037072129-pat00015

수학식 7과 수학식 8로부터 알 수 있듯이 바이너리 관측기(60) 영역의 차원이 높아진 것을 알 수 있으며, 이를 이용하여 관측기(60)의 영역을 원점으로 수렴시킬 수 있다.As can be seen from Equations 7 and 8, it can be seen that the dimension of the region of the binary observer 60 is increased, and the region of the observer 60 can be converged to the origin using this.

적분스위칭 평면을 갖는 본 발명의 바이너리 관측기(60)의 스위칭 함수를 결 정하는 보조루프 조정기(64)와 주루프 조정기(65)는 연속관성형(COFB)로 각각 수학식 9 내지 수학식 10과 같다.The auxiliary loop adjuster 64 and the main loop adjuster 65, which determine the switching function of the binary observer 60 of the present invention having an integral switching plane, are continuous inertia (COFB) and are represented by Equations 9 to 10, respectively. .

보조루프 조정기:Secondary loop regulator:

Figure 112003037072129-pat00016
Figure 112003037072129-pat00016

주루프 조정기:Main loop regulator:

Figure 112003037072129-pat00017
Figure 112003037072129-pat00017

여기에서,

Figure 112003037072129-pat00018
From here,
Figure 112003037072129-pat00018

본 발명의 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기(60)도 수학식 2로 표현되므로, 오차방정식은 수학식 11과 같으며, 관측기(60)의 상태궤적은 도 5와 같다.Since the binary observer 60 having the integral switching plane of the present invention is also represented by Equation 2, the error equation is represented by Equation 11, and the state trace of the observer 60 is shown in FIG.

Figure 112003037072129-pat00019
Figure 112003037072129-pat00019

여기에서,

Figure 112003037072129-pat00020
From here,
Figure 112003037072129-pat00020

도 5로부터 오차는 일단 바이너리 관측기(60)의 경계면에 도달한 후, es = 0이 될 때까지 수평축을 따라 수렴해간다.The error from FIG. 5 once reaches the interface of the binary observer 60 and converges along the horizontal axis until e s = 0.

본 발명의 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기(60)의 이득은 영역에 대한 Gδ불변조건으로부터 구할 수 있다. Gδ불변조건은 영역 Gδ의 경계면에서 수학식 12가 만족되어야 한다.The gain of the binary observer 60 with the integral switching plane of the present invention can be obtained from the G δ invariance for the region. For the G δ constant condition, Equation 12 must be satisfied at the interface of the region G δ .

Figure 112003037072129-pat00021
Figure 112003037072129-pat00021

수학식 8의 영역 Gδ내에 들어온

Figure 112003037072129-pat00022
가 영역을 벗어나지 않고 계속 영역내에서 머물러 있을 조건은 이득 k1을 적절하게 선택함으로써 확보되어질 수 있다.In the region G δ of Equation 8
Figure 112003037072129-pat00022
Can be ensured by appropriately selecting the gain k 1 .

먼저,

Figure 112003037072129-pat00023
인 경우를 고려한다.first,
Figure 112003037072129-pat00023
Consider the case.

Figure 112003037072129-pat00024
이라 가정하고, 수학식 12를 만족하도록 이득 k1을 선택하는 경우, 수학식 13으로부터 이득 k1은 수학식 14와 같다.
Figure 112003037072129-pat00024
As if the home and selecting the gain k 1 so as to satisfy the equation (12), the gain k 1 from the equation (13) is equal to the equation (14).

Figure 112003037072129-pat00025
Figure 112003037072129-pat00025

Figure 112003037072129-pat00026
Figure 112003037072129-pat00026

반면에,

Figure 112003037072129-pat00027
인 경우에는 수학식 15와 같은 결과를 얻게 된다.On the other hand,
Figure 112003037072129-pat00027
In the case of Equation 15, the result is obtained.

Figure 112003037072129-pat00028
Figure 112003037072129-pat00028

수학식 14와 15로부터, 수학식 16을 얻을 수 있으며,From Equations 14 and 15, Equation 16 can be obtained.

Figure 112003037072129-pat00029
Figure 112003037072129-pat00029

같은 방법으로,

Figure 112003037072129-pat00030
에 대하여 수학식 17이 얻어진다.In the same way,
Figure 112003037072129-pat00030
(17) is obtained.

Figure 112003037072129-pat00031
Figure 112003037072129-pat00031

수학식 16과 17로부터, 수학식 18과 같이 k1의 영역을 산출 가능하다.From equations (16) and (17), an area of k 1 can be calculated as shown in equation (18).

Figure 112003037072129-pat00032
Figure 112003037072129-pat00032

보조루프 조정기(64)의 이득 α는 μ(t)가 영역의 경계에서 |μ|≥ 1-h 의 크기를 만족하도록 하는 이득으로 함수

Figure 112003037072129-pat00033
를 이용하여 구한다. 먼저 시스템의 상태가
Figure 112003037072129-pat00034
을 통과하는 시간을 t1,
Figure 112003037072129-pat00035
에서 영역의 경계에 도달하는 시간을 t2라 놓고 수학식 9를 시간에 대해 정리하면,The gain α of the secondary loop adjuster 64 is a function of the gain such that μ (t) satisfies the magnitude | μ | ≥ 1-h at the boundary of the region.
Figure 112003037072129-pat00033
Obtain using First, the state of the system
Figure 112003037072129-pat00034
Time to pass t 1 ,
Figure 112003037072129-pat00035
If the time to reach the boundary of the domain is t 2 and Equation 9 is plotted against time,

Figure 112003037072129-pat00036
Figure 112003037072129-pat00036

여기에서,From here,

Figure 112005057606520-pat00037
Figure 112005057606520-pat00037

Figure 112003037072129-pat00038
의 경우에 대해, μ≤ -(1-h)가 되도록 하는 α는 다음과 같이 구할 수 있다. 여기에서, 반증을 위해 μ(t2) > -(1-h)라고 가정하고, t1에서부터 t2 까지 λ(t)를 조사하면,
Figure 112003037072129-pat00038
For the case of α, α to be μ ≦ − (1-h) can be obtained as follows. Here, suppose that μ (t 2 )>-(1-h) for falsification, and investigating λ (t) from t 1 to t 2 ,

Figure 112003037072129-pat00039
Figure 112003037072129-pat00039

여기에서,From here,

Figure 112003037072129-pat00040
Figure 112003037072129-pat00040

Figure 112003037072129-pat00041
Figure 112003037072129-pat00041

관측기(60)의 보조루프 조정기(64)의 이득 α가 수학식 19와 같은 부등식을 만족한다고 가정한다.Assume that the gain α of the auxiliary loop adjuster 64 of the observer 60 satisfies the inequality such as (19).

Figure 112003037072129-pat00042
Figure 112003037072129-pat00042

수학식 19를 이용하여 수학식 20을 정리하고, 여기에 수학식 21을 대입하면 수학식 22와 같은 결과를 얻을 수 있다.By using Equation 19, Equation 20 is arranged, and Substituting Equation 21 here results in Equation 22.

Figure 112003037072129-pat00043
Figure 112003037072129-pat00043

λ의 크기는 위에서 정의한 것에 의하면 영역의 경계 즉, t2 에서 λ(t2) = 1이 되어야 하는데, λ(t2) < 1 이 되어 모순이 되므로 α가 수학식 21을 만족하도록 설정하면 |λ(t2)| ≥ 1-h 의 관계가 항상 성립하게 된다.

Figure 112003037072129-pat00044
의 경우에 대해서도, 수학식 21과 같은 결과를 얻을 수 있다.The magnitude of λ must be defined as defined above, which means that λ (t 2 ) = 1 at the boundary of the region, that is, t 2 , and λ (t 2 ) <1 becomes a contradiction. λ (t 2 ) | The relationship ≥ 1-h is always established.
Figure 112003037072129-pat00044
Also in the case of, the same result as in (21) can be obtained.

적응 적분 바이너리 관측기(60)는 운동방정식을 이용하지 않으므로 전동기 회전자의 속도 및 위치 정보를 얻기 위하여, 속도와 위치에 대한 추정식이 필요하다. 본 발명에서는 전동기의 속도를 추정하기 위하여 리아프노프(Lyapunov)함수를 이용한다.Since the adaptive integral binary observer 60 does not use the equation of motion, in order to obtain the speed and position information of the motor rotor, an equation for speed and position is required. In the present invention, the Lyapunov function is used to estimate the speed of the motor.

리아프노프 함수를 수학식 23과 같이 설정하고,Set the Lyapunov function as shown in Equation 23,

Figure 112003037072129-pat00045
Figure 112003037072129-pat00045

한 추정주기 내에서 전동기의 속도가 일정하다고 가정하여, 수학식 23을 미분하면, 수학식 24와 같은 결과를 얻을 수 있다.Assuming that the speed of the electric motor is constant within one estimation period, the derivative of Equation 23 can be obtained.

Figure 112003037072129-pat00046
Figure 112003037072129-pat00046

수학식 11을 수학식 24에 대입하면 리아프노프 함수의 미분값은 수학식 25와 같이 쓸 수 있다.Substituting Equation 11 into Equation 24, the derivative of the Lyapunov function can be written as Equation 25.

Figure 112003037072129-pat00047
Figure 112003037072129-pat00047

여기에서,

Figure 112003037072129-pat00048
From here,
Figure 112003037072129-pat00048

관측기(60)의 시스템이 안정되기 위해서는 리아프노프 안정도 이론으로부터 V > 0 일 때,

Figure 112003037072129-pat00049
< 0 을 만족해야 한다. 따라서,
Figure 112003037072129-pat00050
< 0 을 만족하도록 하기 위하여 수학식 25로부터 수학식 26 및 27과 같이 두 개의 식으로 분리된다.In order for the system of observer 60 to stabilize, when V > 0 from the Liafnov stability theory,
Figure 112003037072129-pat00049
<0 must be satisfied. therefore,
Figure 112003037072129-pat00050
In order to satisfy <0, two equations (25) and (27) are separated.

Figure 112003037072129-pat00051
Figure 112003037072129-pat00051

Figure 112003037072129-pat00052
Figure 112003037072129-pat00052

수학식 27이 '0'이 되도록 설정하고 수학식 26의 부등식을 만족하도록 하면, 수학식 23의 리아프노프 함수는 안정하게 된다.If the equation 27 is set to '0' and the inequality of equation 26 is satisfied, the Lyapunov function of equation 23 becomes stable.

수학식 26의 부등식으로부터 k1의 범위는 수학식 28과 같으며, k1은 수학식 28을 모두 만족하도록 설정되어야 하므로 수학식 29의 조건을 만족해야한다.The range of k 1 from the inequality of Equation 26 is the same as Equation 28, and k 1 must satisfy the condition of Equation 29 because k 1 must be set to satisfy all of Equation 28.

Figure 112003037072129-pat00053
Figure 112003037072129-pat00053

Figure 112003037072129-pat00054
Figure 112003037072129-pat00054

수학식 27을 풀어 쓰면 다음과 같이 쓸 수 있으며, 전동기의 속도는 역기전력 및 전류의 정보와 관련이 있음을 알 수 있다.Equation 27 can be written as follows, and it can be seen that the speed of the motor is related to the information of back EMF and current.

Figure 112003037072129-pat00055
Figure 112003037072129-pat00055

수학식 30에서 θr

Figure 112003037072129-pat00056
Figure 112003037072129-pat00057
라 근사하여 정리하면, 수학식 31과 같이 전개된다.Θ r 수학 in equation (30)
Figure 112003037072129-pat00056
Figure 112003037072129-pat00057
If the equation is approximated and summarized, it develops as in Equation (31).

Figure 112003037072129-pat00058
Figure 112003037072129-pat00058

수학식 31을 이용하여 회전자의 속도를 추정할 수 있음을 알 수 있으며, 추 정속도를 빠르고 안정적으로 실제속도로 수렴시키기 위해 수학식 31을 비례 적분하여 추정속도를 결정하고 이를 적분하여 추정위치를 산출한다.It can be seen that the speed of the rotor can be estimated using Equation 31, and in order to converge the estimated speed quickly and reliably to the actual speed, Equation 31 is proportionally integrated to determine the estimated speed and integrate the estimated position. Calculate

이상에서와 같은 특성을 갖는 바이너리 관측기를 이용하여 브러시리스 직류전동기의 속도센서리스 제어동작에 적용한 것이 도 3과 같이 설계한 것으로, 이에 대하여 살펴보면 다음과 같다.Application to the speed sensorless control operation of the brushless DC motor using the binary observer having the characteristics as described above is designed as shown in Figure 3, as follows.

속도 지령기(10)에서 별도로 설정되어진 지령속도를 속도 제어기(20)로 제공하면, 속도 제어기(20)는 지령속도를 추종하도록 하는 전류지령치를 전류 제어기(30)로 전달한다.When the command speed set separately from the speed commander 10 is provided to the speed controller 20, the speed controller 20 transmits a current command value to follow the command speed to the current controller 30.

그러면 전류 제어기(30)는 속도 제어기(20)에서 전달된 전류지령치와 전류검출기(50)를 통해 검출한 브러시리스 직류전동기(BLDCM)의 실제전류의 오차를 구하여 전력 변환기(40)로 출력한다.Then, the current controller 30 obtains an error between the current command value transmitted from the speed controller 20 and the actual current of the brushless DC motor BLDCM detected through the current detector 50 and outputs the error to the power converter 40.

이에 따라 전력 변환기(40)는 전류 제어기(30)에서 구한 전류오차에 대한 스위칭패턴을 결정하고, 이 결정된 스위칭패턴에 의해 조정된 전압을 브러시리스 직류전동기(BLDCM)로 출력한다.Accordingly, the power converter 40 determines a switching pattern for the current error obtained by the current controller 30, and outputs the voltage adjusted by the determined switching pattern to the brushless DC motor BLDCM.

이때 바이너리 관측기(60)의 가산기(61)에서 전류검출기(50)에서 검출한 실제전류와 브러시리스 직류전동기의 상태방정식으로부터 계산된 추정전류간의 차(E1)를 계산하여 적분기(62)와 주루프 조정기(65)로 공급한다.At this time, the difference (E 1 ) between the real current detected by the current detector 50 in the adder 61 of the binary observer 60 and the estimated current calculated from the state equation of the brushless DC motor is calculated to be the integrator 62 and the main unit. Supply to loop adjuster 65.

그러면 적분기(62)는 전류 오차(E1)를 적분하여 초평면의 차원을 높임으로써 도 5와 같이 2차원 평면에서 상태궤적이 나타나게 한다. 가산기(63)는 적분기(62) 의 출력과 가산기(61)의 출력을 가산하여 수학식 7과 같이 차원이 높아진 출력값(

Figure 112003037072129-pat00059
)을 보조루프 조정기(64)로 출력한다.The integrator 62 then integrates the current error E 1 to increase the dimension of the hyperplane so that the state trace appears in the two-dimensional plane as shown in FIG. 5. The adder 63 adds the output of the integrator 62 and the output of the adder 61 to increase the output value (D) as shown in equation (7).
Figure 112003037072129-pat00059
) Is output to the auxiliary loop adjuster 64.

보조루프 조정기(64)는 가산기(63)의 출력(

Figure 112003037072129-pat00060
)을 이용하여 그 출력값(
Figure 112003037072129-pat00061
)이 존재해도 되는 한계영역(Gδ)을 설정하고, 이 설정한 영역(Gδ)으로 들어가면 그 후로 계속 정의되는 영역(Gδ)을 벗어나지 않고 영역(Gδ)내에 머물러 있도록 하는 주루프 조정기(65)의 이득을 조정하여 주루프 조정기(65)를 출력한다.The secondary loop regulator 64 outputs the output of the adder 63
Figure 112003037072129-pat00060
With the output value (
Figure 112003037072129-pat00061
Main loop adjuster which sets the limit region G δ where) may exist, and stays within the region G δ without leaving the defined region G δ after entering the set region G δ . The gain of 65 is adjusted to output the main loop adjuster 65.

이에 따라, 주루프 조정기(65)는 보조루프 조정기(64)에서 출력되는 이득(α)이 조정된 스위칭함수(

Figure 112003037072129-pat00062
)를 생성하여 이득 조정기(66)로 제공한다.Accordingly, the main loop regulator 65 has a switching function in which the gain α output from the sub loop regulator 64 is adjusted.
Figure 112003037072129-pat00062
) And provide it to the gain adjuster 66.

따라서 이득 조정기(66)는 정의되는 영역(Gδ)내에 들어온 오차궤적이 원점으로 안정적으로 수렴할 수 있도록 주루프 조정기(65)에서 출력되는 스위칭함수(

Figure 112003037072129-pat00063
)의 이득(K)을 조정하여 출력한다.Therefore, the gain adjuster 66 outputs the switching function output from the main loop adjuster 65 so that the error trajectory in the defined area G δ can converge stably to the origin.
Figure 112003037072129-pat00063
Adjust the gain (K) and output it.

이렇게 이득이 조정된 스위칭함수(

Figure 112003037072129-pat00064
)의 출력으로부터 회전자의 속도 및 위치를 얻는다.This gain-adjusted switching function (
Figure 112003037072129-pat00064
From the output of) we get the speed and position of the rotor.

도 6 및 도 7은 각각 적응 슬라이딩 관측기를 사용한 경우 및 본 발명의 적응 적분 바이너리 관측기(60)를 사용한 경우, 무부하시 1500[rpm]에서 실제 속도(상), 추정속도(중) 및 속도 추정오차(하)를 나타내는 파형도이며, 속도에 대한 종축의 단위는 1000[rpm/div]이다.6 and 7 show the actual velocity (upper), estimated velocity (medium) and velocity estimation error at 1500 [rpm] at no load when the adaptive sliding observer and the adaptive integral binary observer 60 of the present invention are used, respectively. It is a waveform diagram which shows (below), and the unit of a vertical axis with respect to speed is 1000 [rpm / div].

도 6 및 도 7의 파형도에서 모두 양호한 추정성능을 보이고 있음을 알 수 있 다.It can be seen that the waveforms of FIGS. 6 and 7 show good estimation performance.

그러나, 적응 슬라이딩 관측기를 사용하는 경우, 속도 추정오차의 파형에서 볼수 있듯이 속도오차가 크게 발생하는 것을 볼 수 있다. 그러나, 본 발명의 적응 적분 바이너리 관측기(60)를 사용하는 경우, 추정속도가 실제속도에 빠르게 수렴하는 것을 알 수 있으며, 속도가 정상상태에 이르기 전에 정확하게 속도를 추정하고 있음을 알 수 있다.However, in the case of using the adaptive sliding observer, as shown in the waveform of the speed estimation error, it can be seen that the speed error is large. However, when the adaptive integral binary observer 60 of the present invention is used, it can be seen that the estimated speed converges rapidly to the actual speed, and that the speed is accurately estimated before the speed reaches a steady state.

Gδ불변조건에 의해 샘플주기 마다 검출된 전류로 수렴하며, 이때 발생하는 오차와 추정위치를 수학식 31에 대입하고 이를 비례 적분하여 추정속도를 얻는다. 수학식 31은 수학식 23의 리아프노프 함수가 안정할 조건을 만족하며, 이로 인해 도 7의 속도 추정오차가 0으로 수렴하는 것을 알 수 있다.It converges to the current detected at every sample period due to the G δ constant condition. The error and estimated position generated at this time are substituted into Equation 31 and proportionally integrated to obtain an estimated speed. Equation 31 satisfies the condition that the Liafnov function of Equation 23 is stable, and thus, the velocity estimation error of FIG. 7 converges to zero.

이처럼, 본 발명의 적응 적분 바이너리 관측기(60)를 사용하여 전동기를 제어하는 경우, 정상상태에서 속도 추정오차의 감소 및 슬라이딩 관측기의 문제점인 떨림 현상을 해결할 수 있게 된다.As such, when controlling the electric motor using the adaptive integral binary observer 60 of the present invention, it is possible to solve the vibration phenomenon, which is a reduction of the speed estimation error and a problem of the sliding observer in the steady state.

상술한 바와같이, 본 발명은 실제 전류와 추정 전류의 오차를 적분하여 관측기 영역의 차원을 높여줌으로써, 정상상태 뿐만 아니라 속도가 급변하는 과도상태에서도 전동기의 속도 및 위치를 매우 안정적으로 추정하며, 부하변화에도 견실하게 동작하도록 해준다.As described above, the present invention increases the dimension of the observer area by integrating the error between the actual current and the estimated current, thereby stably estimating the speed and position of the motor in a steady state as well as in a transient state in which the speed changes rapidly, and load It also works reliably against changes.

Claims (3)

속도 지령기에서 출력되는 지령속도를 추종하도록 전류지령치를 출력하는 속도 제어기와, 상기 전류지령치와 브러시리스 직류전동기에 흐르는 실제 전류간의 전류오차를 출력하는 전류 제어기와, 상기 전류오차에 대한 스위칭패턴을 결정하고, 결정된 패턴에 의한 전압을 직류전동기에 공급하는 전력변환기와, 상기 직류전동기에 흐르는 전류를 감지하는 전류검출기, 및 상기 직류전동기의 회전자의 속도와 위치를 추정하기 위한 바이너리 관측기,로 이루어진 전동기 제어장치에 있어서:A speed controller for outputting a current command value to follow the command speed output from the speed commander, a current controller for outputting a current error between the current command value and the actual current flowing through the brushless DC motor, and a switching pattern for the current error. A power converter for determining and supplying the voltage according to the determined pattern to the DC motor, a current detector for sensing a current flowing in the DC motor, and a binary observer for estimating the speed and position of the rotor of the DC motor. In the motor controller: 상기 바이너리 관측기는 상기 전류오차를 적분하여 상기 직류 전동기 회전자의 속도와 위치를 추정하는 적분 스위칭 평면을 가지되, The binary observer has an integral switching plane for integrating the current error to estimate the speed and position of the DC motor rotor, 상기 바이너리 관측기는, The binary observer, 상기 직류전동기에 흐르는 실제전류와 상태방정식으로부터 얻어지는 추정전류 사이의 추정오차를 구하는 제 1 가산기; 상기 제 1 가산기의 추정오차를 적분하는 적분기; 상기 적분기의 출력과 상기 제 1 가산기의 추정오차를 가산하는 제 2 가산기; 상기 제 2 가산기의 출력에 대한 허용범위의 한계영역을 설정하고, 상기 제 1 가산기의 추정오차가 상기 한계영역에 들어오면 이 영역을 벗어나지 않고 계속 영역내에 머물러 있도록 주루프 조정기의 이득을 설정하는 보조루프 조정기; 상기 보조루프 조정기의 출력과 상기 제 1 가산기의 추정오차를 이용하여 연속의 스위칭함수를 출력하는 주루프 조정기; 및 상기 주루프 조정기에서 출력되는 연속의 스위칭함수의 이득을 조정하여 상기 한계영역내에 들어온 오차궤적이 원점으로 안정적으로 수렴할 수 있도록 하는 이득 조정기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 영구자석 동기전동기 제어장치.A first adder for calculating an estimated error between an actual current flowing through the DC motor and an estimated current obtained from a state equation; An integrator that integrates the estimated error of the first adder; A second adder for adding an output of the integrator and an estimated error of the first adder; An auxiliary range for setting a limit region of the allowable range for the output of the second adder, and setting a gain of the main loop adjuster so that the estimated error of the first adder stays within the region without leaving this area when the estimated error of the first adder enters the limit region; Loop regulator; A main loop adjuster for outputting a continuous switching function using the output of the auxiliary loop adjuster and the estimated error of the first adder; And a gain adjuster which adjusts the gain of the continuous switching function output from the main loop adjuster so that the error trajectory within the limit region can converge stably to the origin. Permanent magnet synchronous motor controller. 삭제delete 브러시리스 직류전동기에 흐르는 실제전류를 검출하는 제 1단계;Detecting a real current flowing through the brushless DC motor; 상기 브러시리스 직류전동기의 상태방정식으로부터 추정전류를 계산하는 제 2단계;A second step of calculating an estimated current from the state equation of the brushless DC motor; 상기 실제전류와 상기 추정전류의 차인 추정오차를 구하는 제 3단계;Obtaining an estimated error that is a difference between the actual current and the estimated current; 상기 추정오차를 적분하여 상기 추정오차와 가산하고, 그 가산치를 이용하여 적분 스위칭 평면을 갖는 연속의 스위칭함수를 결정하는 제 4단계;A fourth step of integrating the estimated error and adding the estimated error, and determining a continuous switching function having an integrated switching plane using the addition value; 상기 가산치의 허용범위인 한계영역을 설정하는 제 5단계;A fifth step of setting a limit region which is an allowable range of the addition value; 상기 추정오차가 상기 한계영역에 들어가면 그 한계영역을 벗어나지 않도록 보조루프 조정기의 이득을 설정하는 제 6단계;A sixth step of setting a gain of an auxiliary loop adjuster so that the estimated error does not leave the limit area; 상기 제 6단계에서 이득이 설정된 보조루프 조정기의 출력을 입력으로 하여 상기 스위칭함수를 결정하는 제 7단계;A seventh step of determining the switching function by inputting the output of the auxiliary loop regulator whose gain is set in the sixth step; 상기 제 5단계에서 설정된 한계영역에 들어온 상기 추정오차의 궤적이 원점 으로 수렴할 수 있도록 상기 스위칭함수의 이득을 조정하는 제 8단계; 및An eighth step of adjusting a gain of the switching function so that the trajectory of the estimated error entering the limit region set in the fifth step may converge to the origin; And 상기 제 8단계에서 이득이 조정된 스위칭함수로부터 브러시리스 직류전동기의 속도와 위치를 추종하도록 하는 제 9단계를 포함하는 적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 영구자석 동기전동기 제어방법.And a ninth step of following the speed and position of the brushless DC motor from the switching function whose gain is adjusted in the eighth step.
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