KR100560259B1 - IPM motor controller - Google Patents

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Abstract

본 발명은 IPM 모터를 비례적분 제어기를 사용하는 크로스 커플링 제어 방식으로 구현함으로써 비선형적으로 변화되는 인덕턴스 성분이 존재하는 상태에서도 제어의 안정성을 확보하는 IPM 모터 컨트롤러를 개시한다.The present invention discloses an IPM motor controller that ensures stability of control even in the presence of a non-linearly changing inductance component by implementing an IPM motor in a cross coupling control method using a proportional integral controller.

본 발명은 전류지령 생성기로부터 출력되는 d축 및 q축 전류 지령과 IPM 모터로 제공되는 전류를 피드백한 d축 전류 및 q축 전류를 비례적분 전류제어하여 IPM 모터의 커플링 텀(Coupling Term)을 보상하기 위한 복수 개의 제어값을 발생시키는 커플링 보상 수단구비함으로써 비례적분 제어기를 이용한 크로스 커플링 방식으로 인덕턴스 성분의 변화를 감안하여 IPM 모터를 구동하기 위한 d축 전압과 q축 전압을 생성함으로써 IPM 모터 제어의 안정성이 확보되는 효과가 있다.The present invention provides a proportional integral current control of the d-axis and q-axis current commands output from the current command generator and the current supplied to the IPM motor to control the coupling term of the IPM motor. IPM by generating a d-axis voltage and a q-axis voltage for driving an IPM motor in consideration of the change of inductance component in the cross-coupling method using a proportional integral controller by providing a coupling compensation means for generating a plurality of control values to compensate. The stability of the motor control is secured.

Description

IPM 모터 컨트롤러{IPM motor controller}IPM motor controller

도 1은 종래의 IPM 모터 컨트롤러의 블록도1 is a block diagram of a conventional IPM motor controller

도 2는 본 발명에 다른 IPM 모터 컨트롤러의 바람직한 실시예를 나타내는 블록도2 is a block diagram showing a preferred embodiment of the IPM motor controller according to the present invention.

도 3은 도 2의 전류지령생성기의 동작을 설명하는 흐름도3 is a flow chart illustrating the operation of the current command generator of FIG.

도 4a 및 도 4b는 종래와 본 발명의 IPM 모터 컨트롤러의 d축 전류와 q축 전류의 안정화 상태를 대비하는 그래프4A and 4B are graphs comparing the stabilization state of the d-axis current and the q-axis current of the conventional IPM motor controller of the present invention.

본 발명은 IPM 모터 컨트롤러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 IPM 모터를 비례적분 제어기를 사용하는 크로스 커플링 제어 방식으로 구현함으로써 비선형적으로 변화되는 인덕턴스 성분이 존재하는 상태에서도 제어의 안정성을 확보하는 IPM 모터 컨트롤러에 관한 것이다.The present invention relates to an IPM motor controller, and more particularly, to implement an IPM motor in a cross-coupling control method using a proportional integral controller to secure control stability even in a non-linearly varying inductance component. It relates to a motor controller.

IPM(Interior Permanent Magnat) 모터는 영구자석이 회전자의 내부에 매립되어 있는 모터이며, 영구자석이 매립된 구조를 갖기 때문에 구조적으로 견고하고 고속 회전에 유리하다. 그리고, IPM 모터는 구조적으로 자극과 자극 사이에 누설 자 로가 존재하기 때문에 같은 크기의 SPM(Surface Permanent Magnat) 모터에 비해 토크가 약간 작지만 회전자의 외경이 정교하게 가공되어 공극을 작게 할 수 있어서 회전자의 기계적 신뢰성 및 효율면에서 유리하다.IPM (Interior Permanent Magnat) motor is a motor in which permanent magnets are embedded in the rotor, and since the permanent magnets are embedded in the structure, they are structurally robust and are advantageous for high speed rotation. In addition, IPM motors have a leakage path between the magnetic poles and the magnetic poles structurally, but the torque is slightly smaller than that of the SPM (Surface Permanent Magnat) motors of the same size. It is advantageous in terms of mechanical reliability and efficiency of the rotor.

상술한 IPM 모터는 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle)에 적용되고 있다.The above-described IPM motor is applied to a hybrid electric vehicle.

상술한 종래의 IPM 모터의 컨트롤러는 피드포워드(Feedforward) 방식으로 구현되며, d축과 q축에 대한 전압 방정식은 하기 <수학식 1>과 같다.The controller of the above-described conventional IPM motor is implemented in a feedforward manner, and the voltage equations for the d-axis and the q-axis are expressed by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112005065677101-pat00008
Figure 112005065677101-pat00008

Figure 112003041311669-pat00002
Figure 112003041311669-pat00002

상기에 있어서, Vd는 d축 전압, Vq는 q축 전압이다.In the above, Vd is a d-axis voltage and Vq is a q-axis voltage.

상기한 <수학식 1>을 고려한 제어를 구현한 IPA 모터의 컨트롤러는 도 1과 같이 구현된다.The controller of the IPA motor implementing the control in consideration of Equation 1 is implemented as shown in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 토크지령이 전류 지령 생성기(10)로 입력되면, 전류 지령 생성기(10)는 피드백되는 속도(ωr)를 참조하여, d축 전류 지령과 q축 전류 지령을 각각 생성하여 비례적분 전류 제어기(12, 14)로 각각 입력한다.Referring to FIG. 1, when a torque command is inputted to the current command generator 10, the current command generator 10 generates a d-axis current command and a q-axis current command in proportion to each other by referring to the speed ωr fed back. Inputs are made to the integral current controllers 12 and 14, respectively.

비례적분 전류제어기(12)는 좌표변환기(16)에서 출력되는 d축 전류(id)와 d축 전류 지령을 비례적분하여 구한 제어신호를 d축 전압지령 발생기(16)로 제공하고, 비례적분 전류제어기(14)는 좌표변환기(16)에서 출력되는 q축 전류(iq)와 q축 전류 지령을 비례적분하여 구한 제어신호를 q축 전압지령 발생기(20)로 제공한다.The proportional integral current controller 12 provides a control signal obtained by proportionally integrating the d-axis current i d outputted from the coordinate converter 16 and the d-axis current command to the d-axis voltage command generator 16, and proportionally integrated. The current controller 14 provides the q-axis voltage command generator 20 with a control signal obtained by proportionally integrating the q-axis current i q and the q-axis current command outputted from the coordinate converter 16.

한편, q축에 대하여 ωLdid를 보상하기 위한 보상기(22)와 d축에 대하여 ωLqiq를 보상하기 위한 보상기(24)가 구성되며, 비례적분 전류제어기(12)는 좌표변환기(16)에서 출력되는 d축 전류(id)를 비례적분하여 구한 제어신호를 d축 전압지령 발생기(18)로 제공하고, 비례적분 전류제어기(14)는 좌표변환기(16)에서 출력되는 q축 전류(iq)를 비례적분하여 구한 제어신호를 q축 전압지령 발생기(20)로 제공한다.Meanwhile, a compensator 22 for compensating ωL d i d for the q axis and a compensator 24 for compensating ω L q i q for the d axis are configured, and the proportional integral current controller 12 includes a coordinate converter ( The control signal obtained by proportionally integrating the d-axis current (i d ) output from 16) is provided to the d-axis voltage command generator 18, and the proportional integral current controller 14 outputs the q-axis output from the coordinate converter 16. The control signal obtained by proportionally integrating the current i q is provided to the q-axis voltage command generator 20.

따라서, d축 전압지령발생기(18)는 비례적분 전류 제어기(12)와 보상기(24)에서 제공되는 제어신호로써 d축 전압 지령을 출력하고, q축 전압지령발생기(20)는 비례적분 전류 제어기(14)와 보상기(22)에서 제공되는 제어신호로써 q축 전압 지령을 출력한다.Accordingly, the d-axis voltage command generator 18 outputs the d-axis voltage command as a control signal provided from the proportional integral current controller 12 and the compensator 24, and the q-axis voltage command generator 20 outputs the proportional integral current controller. A q-axis voltage command is output as a control signal provided from (14) and the compensator (22).

좌표변환기(26)는 2상 전압을 3상 전압으로 변환하는 동작을 하며, 그에 따라서 상기 d축 전압지령과 q축 전압 지령은 3 상으로 변환되어 전압 Vu, Vv, Vw로 출력되고, 상기 3상 전압은 펄스폭 변조 인버터(28)에서 3상 전류로 변환되어 모터(30)에 제공된다.The coordinate converter 26 operates to convert a two-phase voltage into a three-phase voltage. Accordingly, the d-axis voltage command and the q-axis voltage command are converted into three phases and output as voltages Vu, Vv, and Vw. The phase voltage is converted into a three phase current in the pulse width modulated inverter 28 and provided to the motor 30.

종래의 IPM 모터 컨터롤러는 고속으로 제어할수록 커플링 양이 커져서 제어 하기가 어렵다. 상술한 문제점을 해결하기 위하여 IPM 모터는 도 1과 같이 보상기(22, 24)를 구성하여 피드포워드 방식으로 커플링 텀(Coupling Term)을 보상해주는 방식을 채용하고 있다.Conventional IPM motor controller is difficult to control the greater the amount of coupling as the control at high speed. In order to solve the above problems, the IPM motor is configured to compensate the coupling term (Coupling Term) by the feed forward method by configuring the compensators 22, 24 as shown in FIG.

그러나, 상기한 피드포워드 방식에 있어서 한 스텝 느리게 커플링 양이 계산되며, IPM 모터는 d축과 q축의 인덕턴스 성분(Ld, Lq)이 비선형적이기 때문에 파라미터를 정확히 예측하기 어렵다.However, in the above-described feedforward method, the coupling amount is calculated one step slowly, and since the inductance components Ld and Lq of the d-axis and q-axis are nonlinear, it is difficult to accurately predict the parameters.

따라서, IPM 모터 컨트롤러의 제어의 안정성이 떨어지는 문제점이 발생된다.Therefore, the problem that the control stability of an IPM motor controller falls.

본 발명의 목적은 크로스 커플링 방식으로 인덕턴스 성분의 변화를 감안하여 IPM 모터를 구동하기 위한 d축 전압과 q축 전압을 생성함으로써 IPM 모터 제어의 안정성을 확보함에 있다. An object of the present invention is to secure the stability of the IPM motor control by generating the d-axis voltage and the q-axis voltage for driving the IPM motor in consideration of the change in inductance component in a cross coupling method.

본 발명에 따른 IPM 모터 컨트롤러는, 토크 지령과 IPM 모터로부터 피드백된 속도를 참조하여 d축 및 q축 전류 지령을 생성하는 전류지령 생성기; 상기 d축 및 q축 전류 지령과 상기 IPM 모터로 제공되는 전류를 피드백한 d축 전류 및 q축 전류를 비례적분 전류제어하여 IPM 모터의 커플링 텀(Coupling Term)을 보상하기 위한 복수 개의 제어값을 발생시키는 커플링 보상 수단; 상기 커플링 보상 수단으로부터 출력되는 제어값 중 d축의 Ld에 대한 값과 이에 대한 q축의 커플링 텀에 대한 값을 혼합하여 d축 전압 지령을 생성하는 d축 전압 지령 발생기; 상기 커플링 보상 수단으로부터 출력되는 제어값 중 q축의 Lq에 대한 값과 이에 대한 d축의 커플링 텀에 대한 값을 혼합하여 q축 전압 지령을 생성하는 q축 전압 지령 발생기; 상기 d축 전압 지령과 상기 q축 전압 지령을 각각 좌표변환하여 3 상의 전압으로 출력하는 제 1 좌표변환기; 상기 3상의 전압을 3상의 전류로 변환하여 상기 IPM 모터로 제공하는 펄스폭 변조 인버터; 및 상기 펄스폭 변조 인버터에서 출력되는 3상 전류를 변환하여 상기 피드백한 d축 전류와 q축 전류로 상기 커플링 보상 수단으로 제공하는 제 2 좌표변환기를 구비한다.An IPM motor controller according to the present invention includes a current command generator for generating d-axis and q-axis current commands with reference to a torque command and a speed fed back from the IPM motor; A plurality of control values for compensating coupling term of the IPM motor by proportionally integral current control of the d-axis and q-axis current command and the feedback of the current supplied to the IPM motor and the d-axis and q-axis current Coupling compensation means for generating a; A d-axis voltage command generator that generates a d-axis voltage command by mixing a value of Ld of the d-axis and a value of the coupling term of the q-axis among the control values output from the coupling compensation means; A q-axis voltage command generator for generating a q-axis voltage command by mixing a value of Lq of the q-axis and a value of the coupling term of the d-axis thereof among the control values output from the coupling compensation means; A first coordinate converter which coordinate-converts the d-axis voltage command and the q-axis voltage command, respectively, and outputs the voltage in three phases; A pulse width modulation inverter converting the voltage of the three phases into a three phase current and providing the voltage to the IPM motor; And a second coordinate converter for converting the three-phase current output from the pulse width modulation inverter to provide the feedback d-axis current and q-axis current to the coupling compensation means.

여기에서, 상기 커플링 보상 수단은, 상기 d축 전류 지령과 상기 피드백한 d축 전류의 차를 추출하는 제 1 혼합기; 상기 q축 전류 지령과 상기 피드백한 q축 전류의 차를 추출하는 제 2 혼합기; 상기 제 1 혼합기로부터 출력되는 값으로써 d축의 Ld에 대한 값을 생성하여 출력하는 제 1 비례적분 전류제어기; 상기 제 1 혼합기로부터 출력되는 값으로써 d축의 커플링 텀에 대한 값을 생성하여 출력하는 제 2 비례적분 전류제어기; 상기 제 2 혼합기로부터 출력되는 값으로써 q축의 Lq에 대한 값을 생성하여 출력하는 제 3 비례적분 전류제어기; 및 상기 제 2 혼합기로부터 출력되는 값으로써 q축의 커플링 텀에 대한 값을 생성하여 출력하는 제 4 비례적분 전류제어기를 구비함이 바람직하다.Here, the coupling compensation means includes: a first mixer for extracting a difference between the d-axis current command and the fed back d-axis current; A second mixer for extracting a difference between the q-axis current command and the feedback q-axis current; A first proportional integral current controller that generates and outputs a value for Ld of a d-axis as a value output from the first mixer; A second proportional integral current controller configured to generate and output a value for a coupling term of d-axis as a value output from the first mixer; A third proportional integral current controller configured to generate and output a value for Lq of the q-axis as a value output from the second mixer; And a fourth proportional integral current controller which generates and outputs a value for the coupling term of the q-axis as a value output from the second mixer.

이하, 본 발명에 따른 IPM 모터 컨트롤러의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the IPM motor controller according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 실시예는 비선형적인 변화의 제어를 위하여 d축 비례적분 전류제어기와 q축 비례적분 전류제어기에 각각 크로스 커플링(Cross Coupling)된 q축 비례적분 전류제어기와 d축 비례적분 전류제어기를 채용하는 구성을 가짐으로써 IPM 모터를 제어한다.The embodiment according to the present invention is a q-axis proportional integral current controller and a d-axis proportional integral current controller cross-coupled to the d-axis proportional integral current controller and the q-axis proportional integral current controller, respectively, to control the nonlinear change. By controlling the IPM motor by having a configuration that employs.

도 2를 참조하면, 실시예는 시동 토크 지령을 생성하기 위한 시동부(40)를 구비한다. 시동부(40)는 시동시 속도 제어를 위하여 입력되는 속도지령과 피드백되는 속도(ωr)의 차를 추출하는 혼합부(48)와, 혼합부(48)에서 추출된 속도 차로써 시동 토크지령을 출력하는 속도 제어기(50)를 구비한다.2, an embodiment includes a starter 40 for generating a start torque command. The starting unit 40 is a mixing unit 48 for extracting the difference between the input speed command and the feedback speed (ωr) for the speed control at start-up, and the starting torque command as the speed difference extracted from the mixing unit 48 And a speed controller 50 for outputting.

그리고, 전류지령 생성기(52)가 상기 시동 토크 지령과, 일반 구동 상태의 토크 제어를 위한 토크 지령 및 피드백되는 속도(ωr)가 입력되도록 구성된다. The current command generator 52 is configured to input the starting torque command, the torque command for torque control in the normal driving state, and the speed ωr fed back.

상기한 구성에 의하여, 전류지령 생성기(52)는 시동 상태에서는 시동 토크지령과 피드백되는 속도(ωr)로써 d축 전류 지령과 q축 전류 지령을 각각 생성하고, 일반 구동 상태에서는 토크 지령과 속도(ωr)로써 d축 전류 지령과 q축 전류 지령을 각각 생성한다.According to the above configuration, the current command generator 52 generates the d-axis current command and the q-axis current command as the speed (ωr) fed back from the starting torque command in the starting state, respectively, and the torque command and the speed ( ωr) generates a d-axis current command and a q-axis current command, respectively.

상기한 전류지령 생성기(52)의 상세한 동작은 도 3을 참조하여 후술한다.Detailed operation of the current command generator 52 will be described later with reference to FIG.

한편, 전류지령 생성기(52)에서 출력되는 d축 전류 지령은 혼합기(56)에 입력되고, q축 지령은 혼합기(58)에 입력된다.On the other hand, the d-axis current command output from the current command generator 52 is input to the mixer 56, and the q-axis command is input to the mixer 58.

IPM 모터(42)는 삼상 전류 ius, ivs, iws에 의하여 구동되며, IPM 모터(42)에 공급되는 삼상 전류 ius, ivs, iws는 좌표변환기(54)에 의하여 d축과 q축에 해당하는 전류로 변환된다.The IPM motor 42 is driven by three-phase currents ius, ivs and iws, and the three-phase currents ius, ivs and iws supplied to the IPM motor 42 are currents corresponding to the d-axis and q-axis by the coordinate converter 54. Is converted to.

좌표변환기(54)에서 수행되는 상 변환은 전원이 평형 3 상이라면, w축 또는 d-q 이론의 다이나믹 모델링을 적용하며, 그에 따라서 좌표변환기(54)는 3 상으로 입력된 전류에 대한 시변 파라메터가 제거되고 변수들과 파라메터들이 직교 내지 상호 분리된 다이렉트(Direct) 축(d 축)과 쿼드러춰(Quadrature) 축(q 축)으로 표현하여 출력한다.The phase transformation performed by the coordinate transformer 54 applies dynamic modeling of the w-axis or dq theory if the power supply is equilibrium three phase, so that the coordinate transformer 54 removes time-varying parameters for the current input into the three phases. Variables and parameters are expressed as orthogonal or separated direct axis (d axis) and quadrature axis (q axis).

참고로, 정지 좌표계에서는 기준 d축과 q축은 고정자에 고정되어 있다. 반면에 회전좌표계에서는 이들 기준 축이 회전하게 된다. 회전 좌표는 회전자 위에 고정되거나 동기 속도로 움직일 수 있다. 동기속도로 회전하는 좌표계의 모델은 정현파 전원일 경우 정상상태에서 변수들의 직류량으로 나타내는 장점을 가지므로 제어에 쉽게 이용될 수 있다. For reference, in the static coordinate system, the reference d-axis and the q-axis are fixed to the stator. On the other hand, in the rotation coordinate system, these reference axes rotate. Rotational coordinates can be fixed on the rotor or move at synchronous speed. The model of the coordinate system rotating at the synchronous speed has the advantage of representing the direct current of the variables in the steady state in the case of a sine wave power source, so that it can be easily used for control.

이를 실현하기 위하여 좌표변환기(54)는 2상으로 표현하기 위한 맵을 가지며, 맵의 데이터는 다이나모(Dynamo) 실험이나 유한요소 전자기해석(FEA)을 통하여 토크 및 속도 조건을 인가하여 구해진 값을 가질수 있다.In order to realize this, the coordinate converter 54 has a map for representing two phases, and the data of the map can have a value obtained by applying torque and velocity conditions through a dynamo experiment or a finite element electromagnetic analysis (FEA). have.

혼합기(56)는 전류지령 생성기(52)에서 출력되는 d축 전류지령 id*과 상술한 좌표변환기(54)에서 출력되는 d축 전류 id의 차를 추출하여 비례적분 전류제어기(60, 66)에 출력한다. 그리고, 혼합기(58)는 전류지령 생성기(52)에서 출력되는 q축 전류지령 iq*과 상술한 좌표변환기(54)에서 출력되는 q축 전류 iq의 차를 추출하여 비례적분 전류제어기(62, 64)에 출력한다.The mixer 56 extracts the difference between the d-axis current command id * outputted from the current command generator 52 and the d-axis current id outputted from the coordinate converter 54 described above, and supplies them to the proportional integral current controllers 60 and 66. Output In addition, the mixer 58 extracts the difference between the q-axis current command iq * output from the current command generator 52 and the q-axis current iq output from the coordinate converter 54 described above. )

상기한 바 중 비례적분 전류 제어기(62, 66)는 크로스 커플링을 위하여 구성된 것이며, 커플링 텀(Coupling Term)인 Ld, Lq에 대응한 d축 전류 id, q축 전류 i q로써 q축과 d축의 전압 지령을 보상하기 위한 구성이다.As described above, the proportional integral current controllers 62 and 66 are configured for cross coupling, and q is represented by d-axis current i d and q-axis current i q corresponding to the coupling term L d , Lq. It is the configuration to compensate the voltage command of axis and d axis.

상기한 보상을 위한 구성에 의하여, 혼합기(68)는 비례적분 전류 제어기(60) 와 비례적분 전류제어기(62)의 차에 해당하는 d축 전압 지령 Vsd를 출력하고, 혼합기(70)는 비례적분 전류 제어기(64)와 비례적분 전류제어기(66)의 차에 상기 수학식 1을 감안한 ωΨF를 더한 값에 해당하는 q축 전압 지령 Vsq을 출력한다. 즉, 혼합기(68)는 d축 전압 지령 발생기의 기능을 수행하고, 혼합기(70)는 q축 전압 지령 발생기의 기능을 수행한다.By the above-described configuration for compensating, the mixer 68 outputs the d-axis voltage command V sd corresponding to the difference between the proportional integral current controller 60 and the proportional integral current controller 62, and the mixer 70 is proportional. The q-axis voltage command V sq corresponding to the difference between the integral current controller 64 and the proportional integral current controller 66 plus ωΨ F in consideration of Equation 1 is output. That is, the mixer 68 performs the function of the d-axis voltage command generator, and the mixer 70 performs the function of the q-axis voltage command generator.

상기한 d축과 q축의 전압 지령은 좌표변환기(72)로 입력되며, 좌표변환기(72)는 상술한 좌표변환기(54)의 역기능을 수행하여 2상의 전압 입력을 3 상의 전압 Vus, Vvs, Vws로 출력한다. 물론, 좌표변환기(54)와 같이 2상의 입력값을 3상으로 변환하기 위한 맵을 갖는다.The voltage command of the d-axis and the q-axis is input to the coordinate converter 72, and the coordinate converter 72 performs the inverse function of the above-described coordinate converter 54 to convert the two-phase voltage input to the three-phase voltages V us , V vs. , V ws Of course, like the coordinate converter 54, it has a map for converting the input value of two phases into three phases.

상기한 바와 같이 출력된 3상의 전압 Vus, Vvs, Vws은 펄스폭 인버터(74)에 입력되며, 펄스폭 인버터(74)는 3상의 전류 삼상 전류 ius, ivs, iws을 생성하여 IPM 모터(42)로 제공한다.The three-phase voltages V us , V vs , V ws output as described above are input to the pulse width inverter 74, and the pulse width inverter 74 generates three-phase current three-phase currents ius, ivs, iws to generate an IPM motor. Provided by 42.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예의 구성 중 전류지령 생성기(52)는 도 3과 같이 토크와 속도를 입력받아서 각 축에 해당하여 데이터를 갖는 맵을 활용하여 d축 전류, q축 전류를 각각 생성하여 출력한다.In the configuration of the embodiment of the present invention configured as described above, the current command generator 52 receives the torque and the speed as shown in FIG. 3 and utilizes a map having data corresponding to each axis to calculate the d-axis current and the q-axis current. Create and print each one.

도 3을 참조하면, 전류지령 생성기(52)는 토크 및 속도를 입력받아서(S10), 속도 인덱스(i)와 토크 인덱스(j)를 계산한다(S12).Referring to FIG. 3, the current command generator 52 receives the torque and the speed (S10), and calculates the speed index i and the torque index j (S12).

상기한 바와 같이 계산된 속도 인덱스(i)와 토크 인덱스(j)를 참조하여, d축 전류 지령과 q축 전류 지령을 생성하는 과정이 병행하여 수행된다.The process of generating the d-axis current command and the q-axis current command is performed in parallel with reference to the speed index i and the torque index j calculated as described above.

먼저, d축 전류 지령 생성 과정은, 상기한 바와 같이 계산된 속도 인덱스(i)와 토크 인덱스(j)를 참조하여, d축 2차원 맵 상의 4 점 값을 추출하고,(S14). 이로써 d 축에 대한 4점 값 D(i,j), D(i+1, j), D(i, j+1), D(i+1, j+1)을 추출한 후 입력 포인트를 4점 기준으로 선형 보간을 수행하며(S16). 상기한 선형 보간(S16)에 따라서 d축 전류 지령을 생성한다(S18).First, the d-axis current command generation process, with reference to the speed index (i) and torque index (j) calculated as described above, extracts the four point values on the d-axis two-dimensional map (S14). This extracts the four-point values D (i, j), D (i + 1, j), D (i, j + 1), and D (i + 1, j + 1) for the d-axis. Linear interpolation is performed based on the point (S16). The d-axis current command is generated in accordance with the linear interpolation S16 (S18).

그리고, q축 전류 지령 생성 과정은, 상기한 바와 같이 계산된 속도 인덱스(i)와 토크 인덱스(j)를 참조하여, q축 2차원 맵 상의 4 점 값을 추출하고,(S20). 이로써 q 축에 대한 4점 값 D(i,j), D(i+1, j), D(i, j+1), D(i+1, j+1)을 추출한 후 입력 포인트를 4점 기준으로 선형 보간을 수행하며(S22). 상기한 선형 보간(S22)에 따라서 q축 전류 지령을 생성한다(S24).Then, the q-axis current command generation process, with reference to the speed index (i) and torque index (j) calculated as described above, extracts the four point values on the q-axis two-dimensional map (S20). This extracts the four-point values D (i, j), D (i + 1, j), D (i, j + 1), and D (i + 1, j + 1) for the q-axis, Linear interpolation is performed based on the point (S22). The q-axis current command is generated according to the linear interpolation S22 described above (S24).

일반적으로 전류지령 생성기(52)는 IPM 모터에서 발생되는 토크가 전류에 비하여 비선형적인 특성을 가지므로 단순히 토크에 비례하도록 전류를 인가하면 토크제어 오차가 필연적으로 발생하고 또한 자속 포화 현상에 의해 정확한 토크제어가 곤란하므로 일반적인 제어 루플 적용하기 곤란하다. In general, since the torque generated from the IPM motor has a non-linear characteristic compared to the current, the current command generator 52 inevitably generates a torque control error when a current is simply applied in proportion to the torque, and the exact torque due to the magnetic flux saturation phenomenon. Since control is difficult, it is difficult to apply general control loops.

이를 해소하기 위하여 본 발명에서 제시된 바와 같이 전토크 및 전속도 영역에 대하여 실험을 통하여 미리 선택된 d축 및 q축 지령을 MAP 형태로 저장하고 있다가, 토크 지령 및 모터 속도가 입력되면 d축 및 q축 지령을 독립적인 두 개의 2차원 맵을 통하여 생성하여 정밀 토크 제어를 수행하도록 구성된다.In order to solve this problem, the d-axis and q-axis commands that have been selected in advance are stored in MAP form through experiments on all torque and full-speed ranges, and when the torque command and motor speed are input, the d-axis and q The axis command is configured to generate precise torque control through two independent two-dimensional maps.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 비례적분 전류 제어기(62, 66)를 크로스 커플링을 위하여 구성함으로써 커플링 텀(Coupling Term)인 Ld, Lq에 대응한 d축 전류 id, q축 전류 iq로써 q축과 d축의 전압 지령을 보상한다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the d-axis current i d , q corresponding to the coupling term L d , Lq by configuring the proportional integral current controllers 62 and 66 for cross coupling. The axis current i q compensates for the voltage command on the q and d axes.

따라서, IPM 모터의 파라메터 예측이 가능해져서, IPM 모터 컨트롤러의 제어의 안정성이 확보될 수 있다.Therefore, parameter prediction of the IPM motor can be made possible, and stability of control of the IPM motor controller can be ensured.

참고로, 종래의 기술을 적용한 경우 d축 전류 id, q축 전류 iq는 도 4a와 같이 안정성이 낮으나, 본 발명의 적용하여 IPM 모터 제어를 개선한 결과 도 4b와 같이 d축 전류 id, q축 전류 iq가 안정되게 제어된다. For reference, in case of applying the conventional technology, d-axis current i d and q-axis current i q have low stability as shown in FIG. 4A, but as a result of improving IPM motor control by applying the present invention, d-axis current i d as shown in FIG. 4B. , q-axis current i q is controlled stably.

따라서, 본 발명에 의하면 비례적분 제어기를 이용한 크로스 커플링 방식으로 인덕턴스 성분의 변화를 감안하여 IPM 모터를 구동하기 위한 d축 전압과 q축 전압을 생성함으로써 IPM 모터 제어의 안정성이 확보되는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, the stability of the IPM motor control is secured by generating the d-axis voltage and the q-axis voltage for driving the IPM motor in consideration of the change of the inductance component by the cross coupling method using the proportional integral controller. .

Claims (2)

토크 지령과 IPM 모터로부터 피드백된 속도를 참조하여 d축 및 q축 전류 지령을 생성하는 전류지령 생성기;A current command generator for generating d-axis and q-axis current commands with reference to the torque command and the speed fed back from the IPM motor; 상기 d축 및 q축 전류 지령과 상기 IPM 모터로 제공되는 전류를 피드백한 d축 전류 및 q축 전류를 비례적분 전류제어하여 IPM 모터의 커플링 텀(Coupling Term)을 보상하기 위한 복수 개의 제어값을 발생시키는 커플링 보상 수단;A plurality of control values for compensating coupling term of the IPM motor by proportionally integral current control of the d-axis and q-axis current command and the feedback of the current supplied to the IPM motor and the d-axis and q-axis current Coupling compensation means for generating a; 상기 커플링 보상 수단으로부터 출력되는 제어값 중 d축의 Ld에 대한 값과 이에 대한 q축의 커플링 텀에 대한 값을 혼합하여 d축 전압 지령을 생성하는 d축 전압 지령 발생기;A d-axis voltage command generator that generates a d-axis voltage command by mixing a value of Ld of the d-axis and a value of the coupling term of the q-axis among the control values output from the coupling compensation means; 상기 커플링 보상 수단으로부터 출력되는 제어값 중 q축의 Lq에 대한 값과 이에 대한 d축의 커플링 텀에 대한 값을 혼합하여 q축 전압 지령을 생성하는 q축 전압 지령 발생기;A q-axis voltage command generator for generating a q-axis voltage command by mixing a value of Lq of the q-axis and a value of the coupling term of the d-axis thereof among the control values output from the coupling compensation means; 상기 d축 전압 지령과 상기 q축 전압 지령을 각각 좌표변환하여 3 상의 전압으로 출력하는 제 1 좌표변환기;A first coordinate converter which coordinate-converts the d-axis voltage command and the q-axis voltage command, respectively, and outputs the voltage in three phases; 상기 3상의 전압을 3상의 전류로 변환하여 상기 IPM 모터로 제공하는 펄스폭 변조 인버터; 및A pulse width modulation inverter converting the voltage of the three phases into a three phase current and providing the voltage to the IPM motor; And 상기 펄스폭 변조 인버터에서 출력되는 3상 전류를 변환하여 상기 피드백한 d축 전류와 q축 전류로 상기 커플링 보상 수단으로 제공하는 제 2 좌표변환기를 구비함을 특징으로 하는 IPM 모터 컨트롤러.And a second coordinate converter for converting the three-phase current output from the pulse width modulation inverter to provide the feedback d-axis current and q-axis current to the coupling compensation means. 제 1 항에 있어서, 상기 커플링 보상 수단은,The method of claim 1, wherein the coupling compensation means, 상기 d축 전류 지령과 상기 피드백한 d축 전류의 차를 추출하는 제 1 혼합기;A first mixer for extracting a difference between the d-axis current command and the fed back d-axis current; 상기 q축 전류 지령과 상기 피드백한 q축 전류의 차를 추출하는 제 2 혼합기;A second mixer for extracting a difference between the q-axis current command and the feedback q-axis current; 상기 제 1 혼합기로부터 출력되는 값으로써 d축의 Ld에 대한 값을 생성하여 출력하는 제 1 비례적분 전류제어기;A first proportional integral current controller that generates and outputs a value for Ld of a d-axis as a value output from the first mixer; 상기 제 1 혼합기로부터 출력되는 값으로써 d축의 커플링 텀에 대한 값을 생성하여 출력하는 제 2 비례적분 전류제어기;A second proportional integral current controller configured to generate and output a value for a coupling term of d-axis as a value output from the first mixer; 상기 제 2 혼합기로부터 출력되는 값으로써 q축의 Lq에 대한 값을 생성하여 출력하는 제 3 비례적분 전류제어기; 및A third proportional integral current controller configured to generate and output a value for Lq of the q-axis as a value output from the second mixer; And 상기 제 2 혼합기로부터 출력되는 값으로써 q축의 커플링 텀에 대한 값을 생성하여 출력하는 제 4 비례적분 전류제어기를 구비함을 특징으로 하는 IPM 모터 컨트롤러.And a fourth proportional integral current controller for generating and outputting a value for the coupling term of the q-axis as a value output from the second mixer.
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