KR100616460B1 - Initial Pole Position Estimation Method of PMSMPermernat Magnet Synchronous Motor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초기 각 추정 정밀도를 높이고 그 추정시간을 짧게 단축시키며, 초기 각 추정기간에 회전자의 움직임을 작게 함과 아울러 초기 각 추정시 전동기 소음을 작게 하는 영구 자석형 동기모터의 초기자극 추정방법에 관한 것으로서, 양의 반정현파 시험전류를 D축에 인가하고 부가적으로 음의 반정현파를 인가하여 이동거리를 최소화하고, 일정한 전류에 대해 회전자(이동자)의 움직임이 토크에 비례하고 자극위치에 대하여 여현값을 갖는 관계를 이용하여 토크값 대신에 움직임에 대한 변위량을 사용하여 모터의 발생토크가 최소가 되는 위치를 찾아내어 자극위치를 추정하고, 추정된 초기각에 대하여 Q축에 시험전류를 인가하여 자극위치의 부호를 판단하는 것을 특징으로 한다.The present invention improves the initial angle estimation accuracy and shortens the estimation time, reduces the movement of the rotor during the initial angle estimation period, and reduces the noise of the motor during the initial angle estimation. The present invention relates to applying a positive semi-sinusoidal test current to the D axis and additionally applying a negative semi-sinusoidal wave to minimize the moving distance, and for the constant current, the movement of the rotor (the mover) is proportional to the torque and the magnetic pole position Find the position where the generated torque of the motor is minimized by using displacement amount instead of torque value using the relation with cosine value for, and estimate the magnetic pole position, and test current on Q axis for the estimated initial angle. It is characterized by determining the sign of the magnetic pole position by applying a.

영구자석, 회전 동기 모터, 선형 동기 모터, 초기 자극 추정, SensorlessPermanent magnet, rotational synchronous motor, linear synchronous motor, initial stimulus estimation, sensorless

Description

영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법{Initial Pole Position Estimation Method of PMSM(Permernat Magnet Synchronous Motor)}Initial Pole Position Estimation Method of Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM)

도 1은 본 발명에 의한 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법을 구현하기 위한 블록 구성도.1 is a block diagram for implementing an initial stimulation estimation method of a permanent magnet synchronous motor according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법의 계통도.2 is a schematic diagram of a method for estimating initial stimulation of a permanent magnet synchronous motor according to the present invention.

도 3은 본 별명에 의한 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법을 보인 제어 흐름도.3 is a control flowchart showing a method of estimating initial stimulation of a permanent magnet synchronous motor according to the present nickname;

도 4는 본 발명에 의한 초기자극 추정 즉, 전기각 계산에 사용된 Secant Method의 설명도.4 is an explanatory diagram of a Secant Method used for initial stimulation estimation, that is, electric angle calculation according to the present invention.

도 5a는 본 발명을 설명하기 위한 전기각에 따른 토크의 관계 및 토크가 영이 되는 자극위치를 나타내기 위한 그래프.Figure 5a is a graph for showing the relationship between the torque according to the electric angle for explaining the present invention and the magnetic pole position where the torque is zero.

도 5b는 본 발명에 의한 자극 위치 추정을 위한 시험전류의 양의 반정현파와 음의 반정현파를 나타낸 그래프.Figure 5b is a graph showing a positive half sine wave and a negative half sine wave of the test current for magnetic pole position estimation according to the present invention.

도 5c는 본 발명에서 시험전류 크기에 따른 전기각 변동치의 관계를 나타낸 그래프.Figure 5c is a graph showing the relationship between the electric angle change value according to the test current magnitude in the present invention.

도 5d는 본 발명에 의한 초기자극 위치의 극성을 판단하기 위한 특성도.Figure 5d is a characteristic diagram for determining the polarity of the initial stimulation position according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 초기자극위치추정부 10: initial stimulation location estimation

20 : 시험전류발생부20: test current generator

30 : 전류제어부30: current control unit

40 : DQ-1 변환부40: DQ- 1 converter

50 : PWM인버터50: PWM inverter

60 : 동기모터60: synchronous motor

70 : DQ 변환부70: DQ converter

81 - 84 : 합산부81-84: Total

본 발명은 영구자석형 선형 및 회전 동기 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자극센서(pole sensor)를 사용하지 않고 영구자석형 동기모터의 초기자극을 추정하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a permanent magnet linear and rotational synchronous motor, and more particularly to a method for estimating the initial stimulation of a permanent magnet synchronous motor without using a pole sensor.

AC동기모터를 기동시킬 때는 자극검출기로부터 검출된 초기자극위치의 정보를 필요로 하는 것으로서, 이때 AC동기모터는 정확하게 검출된 초기자극위치의 정보를 기초로 하는 명령에 따라 동작하도록 되어있다. 만약, 검출된 소기자극위치의 정보가 AC동기모터의 자극위치로부터 ±90도 만큼 시프트(shift)하면 토크가 발생하지 않으므로 AC동기모터가 동작하지 않으며, 만약, ±90도를 초과하여 어긋나면, 지령에 대하여 반대방향으로 역회전을 하게 되는 문제가 발생한다. 그와 같은 이유 때문에, AC동기모터에 있어서는 정확하게 검출된 초기자극위치의 정보가 중요하므로, 검출된 초기자극위치의 정확한 정보를 얻기 위하여 지금까지 여러 가지의 초기자극추정 방법이 고안되었다. When starting the AC synchronous motor, information of the initial stimulation position detected from the magnetic pole detector is required, and the AC synchronous motor is operated according to a command based on the information of the correctly detected initial stimulation position. If the detected information on the desired stimulus position is shifted by ± 90 degrees from the magnetic pole position of the AC synchronous motor, no torque is generated so that the AC synchronous motor does not operate.If the deviation is exceeded by ± 90 degrees, There is a problem of reverse rotation in the opposite direction to the command. For this reason, since the information of the precisely detected initial stimulation position is important for AC synchronous motors, various initial stimulation estimation methods have been devised until now to obtain accurate information on the detected initial stimulation position.

그러나 종래의 초기자국 추정방법은, 자극센서를 이용하여 초기자극의 위치를 추정하고 있었으며, 자극센서를 사용하지 않고 초기자극의 위치를 추정하는 방법은 그 방법이 매우 복잡하고 초기자극의 위치를 추정하는 데까지 시간이 많이 걸리는 등의 문제점이 있었으며, 소음이 발생하는 등의 문제점들이 있었다.However, in the conventional initial track estimation method, the position of the initial stimulus was estimated using the stimulus sensor, and the method of estimating the position of the initial stimulus without using the stimulus sensor was very complicated and the position of the initial stimulus was estimated. There were problems such as taking a long time to do, and there were problems such as noise.

그러나, 상기 선행기술은 속도 제어기를 이용하고 토크축의 위치를 45°간격으로 시험을 한 후 AC동기모터의 초기자극위치의 진가를 추정하는 시행착오적 반복방법을 사용하는 것으로서, 다음과 같은 문제들이 제기된다.However, the prior art uses a trial and error repetition method of estimating the value of the initial stimulation position of the AC synchronous motor after using the speed controller and testing the position of the torque shaft at 45 ° intervals. do.

(1) 속도제어기를 사용함으로써 속도 검출 방법에 오차가 수반될 수 있다.(1) By using the speed controller, an error may accompany the speed detection method.

(2) 사다리꼴 모양의 속도 파형을 사용함으로써 회전자(이동자)의 움직임이 부드럽지 못하고 소음이 클 가능성이 있다.(2) The use of a trapezoidal speed waveform may cause the rotor to move smoothly and make a loud noise.

(3) 초기각 위치 추정방법의 구현이 어렵다.(3) It is difficult to implement the initial angle position estimation method.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초기각 추정 정밀도를 높이고 그 추정시간을 짧게 단축시키며, 초기각 추정기간에 회전자의 움직임을 작게 함과 아울러 초기각 추정시 전동기 소음을 작게 하는 영구자 석형 동기모터의 초기자극 추정방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, to increase the initial angle estimation accuracy and shorten the estimated time shortly, to reduce the movement of the rotor in the initial angle estimation period, and the motor at the initial angle estimation The purpose of the present invention is to provide a method for estimating the initial stimulus of a permanent magnet synchronous motor which reduces noise.

상기한 본 발명에 의한 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법은, The initial stimulation estimation method of the permanent magnet synchronous motor according to the present invention,

양의 반정현파 시험전류를 D축에 인가하고 부가적으로 음의 반정현파를 인가하여 이동거리를 최소화시켜 동기전동기를 시험 구동시키는 과정과; 일정한 전류에 대해 회전자(이동자)의 움직임이 토크에 비례하고 자극위치에 대하여 여현값을 갖는 관계를 이용하여 토크값 대신에 움직임에 대한 변위량을 사용하여 모터의 발생토크가 최소가 되는 위치를 이동거리에 대한 전기각이 소정의 각도 이내가 되는지를 찾아내어 자극위치를 추정하는 과정과; 상기 추정된 자극위치에 대하여 Q축에 시험전류를 인가하여 자극위치의 부호를 판단하는 과정을 수행하여 초기자극의 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.Applying a positive half-sinusoidal test current to the D-axis and additionally applying a negative half-sinusoidal wave to test drive the synchronous motor by minimizing the moving distance; By using the relation that the movement of the rotor (mover) is proportional to the torque and has a cosine value for the magnetic pole position for a constant current, the position where the generated torque of the motor is minimized is used by using the displacement amount instead of the torque value. Estimating the magnetic pole position by finding out whether the electric angle with respect to the distance is within a predetermined angle; A test current is applied to the Q axis with respect to the estimated magnetic pole position to determine the sign of the magnetic pole position.

이러한 본 발명을 달성하기 위한 실시예로서, 전기각의 변동치와, 초기 전각각, 초기전류 주기 등을 초기값으로 세팅하고, 양의 반정현파를 D축의 구동신호로 인가하고 초기 및 이동거리차가 없는 경우와 최대전류치가 될 때까지 전류를 증가시키는 경우에 전기각 변동치를 임으로 조절하고 한 후 전기각을 계산하고 음의 반정현파를 D축에 인가한 후 다시 상기 양의 반정현파를 인가하는 제1과정과; As an embodiment for achieving the present invention, the electric angle, the initial full-angle, the initial current period, etc. are set to the initial value, the positive half-sine wave is applied as the driving signal of the D axis, and there is no initial and moving distance difference. In the case of increasing the current until the maximum current value and the electric current fluctuations randomly adjusted, and after calculating the electric angle, applying a negative semi-sinusoidal wave to the D-axis and applying the positive semi-sinusoidal wave again Process;

상기 제1과정에서 양의 반정현파 신호에 의해 동기전동기가 회전 이동된 거리 차이가 있는지를 비교하고, 이동거리 차이가 없으면 미리 정해둔 소정 크기만큼 전류치를 증가시켜 상기 제1과정의 전기각을 계산하는 단계부터 수행하는 제2과정과; Comparing whether there is a difference in the distance that the synchronous motor is rotated by the positive semi-sinusoidal signal in the first step, and if there is no difference in the distance, the electric angle of the first step is calculated by increasing the current value by a predetermined size. A second process performed from the step of performing;

상기 제2과정에서 이동거리 차이가 있는 경우 현재 이동거리에 대한 전기각을 검출하여 소정의 범위 이내가 될 때까지 상기 제1과정으로 반복수행하는 제3과정과; 상기 제3과정에서 검출된 전기각이 소정 범위 이내이면 현재 전류치가 미리 정해둔 최대 전류치까지 단계적으로 조절되도록 전류값을 소정 크기만큼 증가시켜 상기 제1과정의 음의 반정현파를 인가하는 단계부터 반복 실행하는 제4과정과;A third step of repeating the first step until there is a difference in moving distance in the second step until detecting an electric angle with respect to the current moving distance to fall within a predetermined range; If the electric angle detected in the third process is within a predetermined range, the current value is increased by a predetermined magnitude so that the current current value is adjusted stepwise to a predetermined maximum current value, and then the negative half sine wave of the first process is repeated. Performing a fourth process;

상기 제4과정에서 전류치를 최대 전류치까지 단계적으로 증가시킨 경우 현재의 전기각 변동치가 미리 정해둔 수렴치 이내가 될 때까지 상기 제1과정의 음의 반정현파를 인가하는 단계부터 반복 실행하는 제5과정과;A fifth step of repeatedly applying the negative semi-sine wave of the first step until the current electric angle fluctuation is within a predetermined convergence value when the current value is gradually increased to the maximum current value in the fourth step; Process;

상기 제5과정에서 전기각 변동치가 수렴치 범위 이내이면, 음의 반정현파를 인가한 후 최종 시험전류를 Q축에 인가하여 이동거리를 전기각으로 환산한 후 +90도인지 -90도인지를 판별하여 초기자극위치를 추정하는 제6과정을 수행하도록 이루어짐을 특징으로 한다.If the electric angle fluctuation value is within the convergence range in the fifth process, after applying a negative semi-sinusoidal wave and applying a final test current to the Q axis, it is determined whether the movement distance is converted to an electric angle and then +90 degrees or -90 degrees. And a sixth process of estimating the initial stimulation position.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법을 구현하기 위한 블록 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 초기자극 위치 추정부(10)와, 시험전류 발생부(20)와, 전류 제어부(30)와, DQ-1변환부(40)와, PWM인버터(50)와, 동기전동기(60)와, DQ변환부(70)와, 다수의 합산기(81 ~ 84)로 구성된다.1 is a block diagram for implementing an initial stimulation estimation method of a permanent magnet synchronous motor according to the present invention. As shown in FIG. 1, the initial stimulus position estimator 10, the test current generator 20, the current controller 30, the DQ −1 converter 40, the PWM inverter 50, And a synchronous motor 60, a DQ converter 70, and a plurality of summers 81-84.

상기 초기자극 위치 추정부(10)는 본 발명에 의한 프로그램을 수행하여 상기 동기 전동기(60)의 초기 자극을 추정하는 모듈이며, 이후에 상세히 설명한다.The initial stimulation position estimating unit 10 is a module for estimating the initial stimulus of the synchronous motor 60 by performing a program according to the present invention, which will be described in detail later.

시험전류 발생부(20)는 상기 동기전동기(60)의 초기자극을 추정하기 위한 시험 전류를 발생하는 부분으로서 도 3에 도시된 바와 같은 반정 정현파와, 반역 정현파를 상기 초기자극위치 추정부(10)의 제어에 의해 발생시킨다. 전류 제어부(30)는 상기 시험전류 발생부(20)의 정현파 발생신호를 동기 전동기(60)의 구동을 위한 전류신호로서 발생하되, 정상적인 동기전동기(60) 구동시에 전류제어를 하기 위한 부분이며, DQ-1변환부(40)는 상기 전류 제어부(30)에서 발생되는 2상 전압 즉, D축 전압(Vd*)과 Q축 전압(Vq*)을 동기 전동기(60)의 구동을 위한 3상 전압(Va*, Vb*, Vc*)으로 변환하는 DQ-1변환부이다. PWM 인버터(50)는 상기 3상 전압을 스위칭 하여 동기 전동기(60)를 구동시키는 회로이며, DQ 변환부(70)는 동기전동기(60)를 제어하는 3상전류(Ia, Ib, Ic)를 2상전류(Id, Iq)로 변환하는 DQ변환기이다. 상기 시험전류 발생부(20)에서 발생시킨 D, Q 전류(Id*, Iq*)는 합산기(81, 82)를 통해서 상기 3-2상 변환부(70)의 D, Q 전류(Id, Iq)를 감산하여 전류제어부(30)에 입력하며, 그 3-2상 변환부(70)는 상기 PWM인버터(50)의 Vb, Vc상으로부터 Ib, Ic전류를 입력받고, 그 두 상의 전류차 합산기(83)에 의해 구하여 Ia전류를 입력받는다.The test current generator 20 generates a test current for estimating the initial stimulus of the synchronous motor 60, and includes the semi-sinusoidal wave and the inverse sinusoidal wave as shown in FIG. 3. Is generated by the control. The current controller 30 generates a sinusoidal wave generation signal of the test current generator 20 as a current signal for driving the synchronous motor 60, and is a part for controlling current during normal synchronous motor 60 driving. The DQ -1 converter 40 controls the two-phase voltage generated by the current controller 30, that is, the D-axis voltage Vd * and the Q-axis voltage Vq * to be driven in three phases for driving the synchronous motor 60. It is a DQ -1 converter that converts voltages Va *, Vb *, and Vc *. The PWM inverter 50 is a circuit for driving the synchronous motor 60 by switching the three-phase voltage, the DQ converter 70 is a three-phase current (Ia, Ib, Ic) for controlling the synchronous motor (60) 2 The DQ converter converts phase current (Id, Iq). The D and Q currents Id * and Iq * generated by the test current generation unit 20 are passed through the summers 81 and 82 to the D and Q currents Id and I of the 3-2 phase conversion unit 70. Iq) is subtracted and input to the current controller 30, and the 3-2 phase converter 70 receives Ib and Ic currents from the Vb and Vc phases of the PWM inverter 50, and the current difference between the two phases. Obtained by the summer 83, the Ia current is input.

상기와 같은 전류제어부(30), DQ-1변환부(40), PWM인버터(50) 및 DQ변환부(70)와, 전류 합산을 위한 합산기(81, 82)(83)들은 통상의 동기전동기 제어장치 구성이고 그 작용 또한 동일하므로 여기서는 구체적으로 설명하지 않는다. 그리고 미설명 합산기(84)는 상기 동기전동기(60)의 회전량에 따른 기계각 θrm과 상기 초기자극 추정부(10)에서 추정제어하는 전기각 θest를 합산하여 상기 DQ-1변환부(40) 및 DQ변환부(70)의 변환함수 θcomp를 발생시켜 입력하도록 이루어진다.The current controller 30, the DQ- 1 converter 40, the PWM inverter 50, and the DQ converter 70 and the summers 81, 82, 83 for summing the currents are normally synchronized. The configuration of the motor control device and its operation are also the same, and thus will not be described in detail here. The non-explaining summer 84 adds the mechanical angle θrm according to the amount of rotation of the synchronous motor 60 and the electrical angle θest estimated and controlled by the initial stimulation estimator 10 to convert the DQ- 1 converter 40. And the conversion function θcomp of the DQ conversion unit 70 is generated and input.

도 2는 본 발명에 의한 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법을 계통도이다. 본 발명에 의한 초기자극 추정부(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기각의 변동치와 초기전류 주기 등을 초기값으로 세팅하고, 양의 반정현파를 D축에 인가하고 전기각 변동치를 조절하고 전기각을 계산한 후 음의 반정현파를 D축에 인가하는 제1과정(S10)과, 상기 제1과정(S10)에서 인가한 양의 반정현파 신호에 의해 자극 위치 추정부(10)의 엔코더 펄스수(기계각)를 입력받아 과거와 현재의 펄스수의 차이를 계산하여 이동된 거리 차이가 있는지를 판단하여 동기 전동기가 회전 이동된 거리 차이가 있는지를 비교하고, 이동거리 차이가 없으면 미리 정해둔 소정 크기만큼 전류치를 증가시켜 상기 제1과정(S10)의 전기각 계산부터 수행하는 제2과정(S20)과, 상기 제2과정(S20)에서 이동거리 차이가 있는 경우 현재 이동거리에 대한 전기각을 검출하여 소정의 범위 이내가 될 때까지 상기 제1과정(S10)으로 돌아가 음의 반정현파를 인가하는 단계부터 반복수행하는 제3과정(S30)과, 상기 제3과정(S30)에서 검출된 전기각이 소정 범위 이내이면 현재 전류치가 미리 정해둔 최대 전류치까지 단계적으로 조절되도록 전류값을 소정 크기만큼 증가시켜 상기 제1과정(S10)의 음의 반정현파를 인가하는 단계부터 반복 실행하는 제4과정(S40)과; 상기 제4과정(S40)에서 전류치를 최대 전류치까지 단계적으로 증가시킨 경우 현재의 전기각 변동치가 미리 정해둔 수렴치 이내가 될 때까지 상기 제1과정(S10)의 음의 반 정현파를 인가하는 단계부터 반복하는 제5과정(S50)과, 상기 제5과정(S15)에서 전기각 변동치가 수렴치 범위 이내이면, 음의 반정현파를 인가한 후 최종 시험전류를 Q축에 인가하여 이동거리를 전기각으로 환산한 후 +90도인지 -90도인지를 판별하여 초기자극위치를 추정하는 제6과정(S60)을 수행하도록 이루어진다.2 is a schematic diagram of a method for estimating initial stimulation of a permanent magnet synchronous motor according to the present invention. As shown in FIG. 2, the initial stimulation estimator 10 sets the variation of the electric angle, the initial current period, and the like as initial values, applies a positive half-sine wave to the D-axis, and changes the electric angle variation. The first position (S10) of applying a negative semi-sinusoidal wave to the D-axis after calculating the electrical angle and the magnetic pole position estimating unit (10) by the positive anti-sine wave signal applied in the first process (S10) Input encoder pulse number (mechanical angle) and calculates the difference between the number of pulses in the past and current to determine whether there is a difference in the distance moved. If not, the second step (S20) to perform the electric angle calculation of the first step (S10) by increasing the current value by a predetermined predetermined size, and the current moving distance if there is a difference in the moving distance in the second step (S20) Detects the electric angle for a given range Returning to the first process (S10) until it is within the first step (S30) and repeatedly performed to apply a negative half-sine wave, and the electrical angle detected in the third process (S30) within a predetermined range A fourth step (S40) of repeating the step of applying a negative half-sine wave of the first step (S10) by increasing the current value by a predetermined magnitude so that the current current value is gradually adjusted to a predetermined maximum current value; In the case where the current value is gradually increased to the maximum current value in the fourth process (S40), applying a negative half sine wave of the first process (S10) until the current electric angle variation value is within a predetermined convergence value. If the variation of the electric angle in the fifth step (S50) and the fifth step (S15) is within the convergence range, the negative half sine wave is applied and then the final test current is applied to the Q-axis to transfer the moving distance. After converting to an angle, a sixth process (S60) of estimating the initial stimulation position is performed by determining whether it is +90 degrees or -90 degrees.

이와 같은 본 발명의 초기자극 추정 방법은, 토크가 최대 혹은 최소가 되는 자극위치를 찾는것으로서, 이동거리차를 이용해 자극위치를 추정하는 방법이다.The initial stimulus estimation method of the present invention is a method of estimating the magnetic pole position using a moving distance difference by finding the magnetic pole position where the torque is maximum or minimum.

도 5a는 본 발명을 설명하기 위한 토크가 영이 되는 자극위치를 나타내기 위한 그래프이다.5A is a graph for illustrating a magnetic pole position where the torque for explaining the present invention becomes zero.

영구자석 전동기의 발생토크는 자극위치의 함수로 다음과 같이 나타낼 수 있다.The generated torque of the permanent magnet motor can be expressed as follows as a function of the magnetic pole position.

Figure 112003045246154-pat00001
Figure 112003045246154-pat00001

여기서, Te : 전동기의 발생 토크, Kt : 토크상수, I : 상전류의 최대치, θ : 자극위치(전기각)이다.Where Te is the generated torque of the motor, Kt is the torque constant, I is the maximum value of the phase current, and θ is the pole position (electric angle).

위 식에서 토크는 전류에 비례하며, 자극위치에 대하여 여현값을 가진다. 그러므로 토크가 최대 혹은 최소가 되는 자극위치를 찾으면 이 관계를 이용하여 자극 위치를 추정할 수 있다.In the above equation, torque is proportional to current and has cosine value for magnetic pole position. Therefore, when the magnetic pole position where the torque is maximum or minimum is found, the magnetic pole position can be estimated using this relationship.

본 발명에서는 실제 발생 토크를 알 수 없기 때문에 본 발명에서 일정한 시험 전류에 대하여 회전자(이동자)의 이동거리가 토크에 비례하는 관계를 이용하여 토크값 대신에 이동거리에 의한 변위량을 이용하였고 초기각이 일정 범위내로 수렴하였다고 판단되면 시험전류를 증가하여 초기각 추정 정밀도를 높이도록 하였으며, 초기각을 추정 연산 방법으로는 수치해석법 중에서 수렴성이 우수한 Secant Method를 이용하였다. 또한 토크가 영이 되는 자극위치 즉, 도 5a에 나타낸 것과 같이 전기각 -90°와 +90°인 위치를 찾아내어 초기자극위치를 추정하도록 하였다.In the present invention, since the actual generated torque is not known, the displacement amount by the moving distance is used instead of the torque value by using a relationship in which the moving distance of the rotor (mover) is proportional to the torque for a constant test current in the present invention. When it was determined that the convergence was within a certain range, the test current was increased to increase the initial angle estimation accuracy. As the method of estimating the initial angle, the secant method with excellent convergence among numerical methods was used. In addition, the initial magnetic pole position was estimated by finding the magnetic pole position where the torque became zero, that is, the electric angles of −90 ° and + 90 ° as shown in FIG. 5A.

도 5b는 본 발명에 의한 자극 위치 추정을 위한 시험전류의 양의 반 정현파와 음의 반정현파를 나타낸 그래프이다.5B is a graph showing a positive half sine wave and a negative half sine wave of a test current for estimating a magnetic pole position according to the present invention.

시험전류는 도 5b와 같은 양의 반정현파를 사용하였고 이동거리를 최소화하기 위해 부가적으로 음의 반정현파를 인가하도록 하였다. 각 반주기의 정현파 사이에는 시험전류를 인가하기 전의 움직임에 대한 영향을 제거하기 위해 항상 정지할 때까지 대기하는 시간을 갖도록 하였다.As the test current, a positive half sine wave as shown in FIG. 5B was used, and a negative half sine wave was additionally applied to minimize the moving distance. Between the sine waves of each half cycle, there is always waiting time to stop to remove the effect on the movement before applying the test current.

자극위치 추정을 위해 필요한 이동거리의 차이는 연속되는 2개의 양의 반정현파인 시험전류 ⓐ와 시험전류 ⓑ를 인가했을 때, 시험전류 ⓑ와 ⓒ, ... 의 이동거리를 비교하였다. 시험전류의 크기는 항상 모터의 정격전류의 1/50정도의 전류에서 정격전류의 3배에 해당하는 전류까지 일정 비율로 증가시키도록 하여 시험전류가 최대일 때 최종 판단을 하도록 하였다.Differences in the distance required to estimate the position of the magnetic poles were compared when the test currents ⓐ and test currents ⓑ were applied to two consecutive semi-sinusoidal waves. The magnitude of the test current was always increased from a current of about 1/50 of the rated current of the motor to a current equal to three times the rated current, so that the final judgment was made when the test current was maximum.

초기자극 위치추정부의 알고리즘 플로우 차트는 도 3과 같고 이에 대한 상세 내용은 다음과 같다. Δθ(k)의 초기값은 20°, Logic의 초기값은 0이다. 그리고 정현파의 주기는 고정되어 있고, 초기 전류치는 정격전류 × 0.02정도로 설정하며, DQ변환을 위해 인가하는 초기 θest는 0을 인가한다.The algorithm flow chart of the initial stimulus position estimation is shown in FIG. 3 and the details thereof are as follows. The initial value of Δθ (k) is 20 ° and the initial value of Logic is 0. The period of the sine wave is fixed, the initial current value is set to the rated current × 0.02, and the initial θest applied for DQ conversion is applied with 0.

도 3은 본 발명에 의한 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법을 제어흐름도이다. 3 is a control flowchart illustrating a method for estimating initial stimulation of a permanent magnet synchronous motor according to the present invention.

전기각 변동치 Δθ(k)를 조절하면서 양의 정현파와 음의 반정현파를 인가하는 제1과정(S10)은, 양의 반정현파를 인가하는 제1단계(S11)와, 초기 및 이동거리 차가 없어서 시험 전류를 증가 시킨 경우, 다음번 양의 반정현파를 인가한 후에, Δθ(k)를 현재의 전류치에 따라 조절하는 제2단계(S12)와, 이동거리차가 발생된 뒤에 시험전류를 증가시킨 경우에 이전 양의 반정현파의 전류와 같도록 하기 위해 직전 Δθ(k-1)로 설정하는 제3단계(S13)와, 상기 제2단계(S12) 및 제3단계(S13)에서 조절된 Δθ를 이용하여 전기각(전기각 θ += Δθ * n_pi/180)을 계산하여 DQ변환을 위한 하나의 함수 θest값으로 제공하는 제4단계(S14)와, 상기 제4단계(S14)후에 음의 반정현파를 인가하고, 모터 정지시간을 대기한 후 상기 제1단계(S10)를 수행하는 제5단계(S15)를 수행하도록 이루어진다. 여기서 Logic0, 1, 2, 3, 4는 프로그램 수행을 위한 연결 루틴을 파악하기 위한 플래그이다.The first step (S10) of applying a positive sine wave and a negative half sine wave while adjusting the electric angle fluctuation value Δθ (k) has a first step (S11) of applying a positive half sine wave and there is no difference between the initial and moving distances. When the test current is increased, after applying the next positive half-sine wave, the second step (S12) of adjusting Δθ (k) according to the current current value, and when the test current is increased after the movement distance difference is generated. Using the third step S13 of setting the previous Δθ (k-1) and the Δθ adjusted in the second step S12 and the third step S13 to be equal to the current of the previous positive half sine wave. A fourth step (S14) of calculating an electric angle (electric angle θ + = Δθ * n_pi / 180) as a function θest value for DQ conversion, and a negative semi-sine wave after the fourth step (S14). Is applied, and waits for the motor stop time, and performs a fifth step (S15) of performing the first step (S10). Logic0, 1, 2, 3, and 4 are flags for identifying the connection routine for program execution.

상기 제1단계(S11)에서 도 5a에서와 같이 시험전류 양의 반정현파(ⓐ, ⓑ, ⓒ, ... )가 인가된다. 상기 제1단계(S11)에서 도 5b와 같이, Δθ는 초기값 20도를 주고 이때 초기전류는 정격전류의 정격전류의 0.02 정도를 주어 양의 반정현파를 인가한다. 그리고, 초기 전기각 θ=0를 주어 DQ변환 함수로 제공하고, 음의 반정현파를 인가하고, 다음 양의 반정현파를 인가한다. In the first step S11, as shown in FIG. 5A, a semi-sinusoidal wave (ⓐ, ⓑ, ⓒ, ...) of the amount of test current is applied. In the first step S11, as shown in FIG. 5B, Δθ gives an initial value of 20 degrees, and the initial current is given about 0.02 of the rated current of the rated current to apply a positive semi-sine wave. Then, the initial electric angle θ = 0 is given as a DQ transform function, a negative half sine wave is applied, and the next positive half sine wave is applied.

제2단계(S12) Logic=1은, 자극위치 추정이 처음 시작됐을 경우와 자극위치 추정중에 Logic=0이 된 경우로서, 즉, 초기에 한번과, 이동거리 차가 없는 경우 전류가 증가된(S23)난 후, 다음 샘플링에 수행되고 Δθ(k)를 시험전류 크기에 따라 자동으로 조절한다. 여기서 양의 반정현파 인가(S11) 후에 양의 반정현파 ⓐ와 ⓑ의 이동거리 차가 0인 경우 Logic=0으로 설정하고, 전류크기가 작을 경우 이동거리의 차가 0이 될 수 있으므로 시험 전류를 키워주는 과정이 필요한데, Logic=0이면 시험 전류의 크기를 키우도록 한다.In the second step (S12) Logic = 1, when the magnetic pole position estimation is first started and Logic = 0 during the magnetic pole position estimation, that is, once in the initial stage and when there is no moving distance difference, the current is increased (S23). Then, the next sampling is performed and Δθ (k) is automatically adjusted according to the test current magnitude. In this case, if the moving distance difference between the positive half sine wave ⓐ and ⓑ is 0 after applying the positive semi-sinusoidal wave (S11), set Logic = 0.If the current size is small, the difference of the moving distance can be 0. If Logic = 0, increase the test current.

제3단계(S13) Logic=3는, 자극위치 추정중에 Logic=2가 되고 난후, 이동거리차가 발생하여 전류치 최대치가 될 때까지 전류를 증가하는 단계를 만난 후 다음 샘플링에 수행되고 Δθ(k)=Δθ(k-1)로 설정하여 자극위치를 추정한다.The third step (S13) Logic = 3 is performed in the next sampling after meeting the step of increasing the current until the moving distance difference occurs to the maximum current value after Logic = 2 during the magnetic pole position estimation and Δθ (k) The magnetic pole position is estimated by setting Δθ (k-1).

상기 제2단계(S12), 제3단계(S13)의 Δθ는, 도 5c의 본 발명의 전기각 변동치와 시험전류의 관계를 나타낸 그래프에 도시된 바와 같이, 시험전류 I_ref에 의해 그래프와 같은 조건으로 조절하게 되는 것으로서, 초기전류 정격전류 Is_rate의 0.02인 경우 Δθ는 20도이고, 초기전류에서 정격전류사이에는 반비례 관계로 적용되며, 정격전류 이상에서는 Δθ는 2.2로 일정해진다. 이러한 관계는 실험적으로 구해서 미리 수치 계산 방법으로 현재 전류치에 의해 Δθ를 조절하도록 한 것이다.[Delta] [theta] of the second step S12 and the third step S13 is the same condition as the graph by the test current I_ref as shown in the graph showing the relationship between the electric angle fluctuation value of the present invention and the test current of FIG. In the case of 0.02 of the initial current rated current Is_rate, Δθ is 20 degrees, and is applied in inverse relationship between the rated current and the initial current, and Δθ is constant at 2.2 above the rated current. This relationship is obtained experimentally so that Δθ is adjusted by the current value by numerical calculation method in advance.

상기 제2단계(S12) 또는 제3단계(S13)를 수행한 후에 Logic=4로 플래그 변수를 강제로 설정함으로써, 제2단계와 제3단계는 특수한 경우에만 거치도록 한다. After the second step S12 or the third step S13 is performed, the flag variable is forcibly set to Logic = 4 so that the second and third steps can be performed only in special cases.

상기 제4단계(S14)의 전기각 계산은, 시컨트 방식(Secant Method)을 적용할 수 없으므로, Δθ(k)를 임으로 조절하여 주어지고, 이를 이용해 계산하는 것이다. 전기각 n_Theta_i += d_theta * n_pi/180 즉, 전기각 += Δθ * n_pi/180에 의해 구해진다. (단, n_pi는 전기각 파이에 대한 엔코더펄스수)The electrical angle calculation of the fourth step (S14), because the secant method cannot be applied, is given by arbitrarily adjusting Δθ (k) and calculated by using the same. Electric angle n_Theta_i + = d_theta * n_pi / 180, that is, electric angle + = Δθ * n_pi / 180. Where n_pi is the number of encoder pulses for each pie.

이후, 제5단계(S15)에서 음의 반정현파를 인가한 후, 상기 제1단계(S11)로 되돌아가서 다음 양의 반정현파를 인가한다.Thereafter, after applying the negative half sine wave in the fifth step S15, the process returns to the first step S11 and the next positive half sine wave is applied.

그리고, 최소 2번 이상의 양의 반정현파를 인가하고 나면, 바로 이전 및 현재 시점에 인가한 양의 반정현파 신호에 의해 동기전동기가 회전 이동된 거리 차이 가 있는지를 비교하고, 이동거리 차이가 없으면 미리 정해둔 소정 크기만큼 전류치를 증가시켜 상기 제1과정(S10)을 수행하는 제2과정(S20)을 수행한다. 이는 Logic=4 이상인 경우에 이동 거리차를 구하는 과정을 수행하는 것이다.After applying at least two positive sinusoids, a comparison is made whether there is a difference in the distance at which the synchronous motor rotates by the positive half-sinusoidal signal applied immediately and at the present time. A second process S20 of performing the first process S10 is performed by increasing the current value by a predetermined size. This is a process of calculating the distance difference when Logic = 4 or more.

제2과정(S20)은, 양의 정현파를 인가했을 때, 동기전동기로부터 검출되는 엔코더의 펄스 수에 의해 이전의 양의 정현파에 의해 이동된 거리와의 거리차를 검출하는 단계(S21)와, 이동거리 차가 없는지/있는지를 비교하는 비교단계(S22)와, 이동거리차가 없는 경우 미리 정해둔 소정크기만큼 전류를 증가시킨 후 상기 제1과정(S10)의 전기각 계산단계로 되돌아가는 전류증가 단계(S23)를 수행한다.In the second process S20, when the positive sine wave is applied, detecting the distance difference from the distance moved by the previous positive sine wave by the number of pulses of the encoder detected from the synchronous motor (S21); Comparing step (S22) to compare whether there is a difference in the movement distance, and if there is no movement distance difference increases the current by a predetermined predetermined size and then the current increasing step to return to the electrical angle calculation step of the first step (S10) (S23).

상기 이동 거리차 검출단계(S21)는 바로 이어지는 두개의 양의 반정현파 ⓐ와 ⓑ, ⓑ와 ⓒ, ⓒ와 ⓓ, ...의 이동거리의 차를 계산한다. 비교단계(S22)에서 비교한 결과 두갱의 양의 반정현파에 의한 이동거리의 차가 0일 경우는, 전류증가단계(S23)를 수행하고, 이동 거리차가 0이 아닐 경우는, 제3과정(S30)을 수행한다.The moving distance difference detecting step (S21) calculates the difference of the moving distances of the two positive semi-sinusoidal waves ⓐ and ⓑ, ⓑ and ⓒ, ⓒ and ⓓ, ... immediately following. As a result of the comparison in the comparison step S22, when the difference in the movement distance due to the positive half-sine wave of the head is 0, the current increase step S23 is performed. When the difference in the movement distance is not 0, the third process S30. ).

상기 전류 증가단계(S23)는 플래그 Logic=0으로 설정하고 시험전류 크기를 키운 후 상기 제1과정의 전기각 계산단계(S14)으로 분기한다. Logic을 0으로 설정하는 이유는 과거와 현재의 이동거리의 차가 0인 경우에 시컨트 방식(Secant Method)을 이용한 연산을 수행할 수 없고 이동거리의 차가 0임과 동시에 이동거리의 절대값이 0인 경우는 전기각 -90°와 +90°인 위치에 거의 수렴했다고 판단할 수 있으나, 이 경우에 초기각 추정 정밀도를 높이기 위해 전류의 크기를 키우도록 하였다. 전류의 크기를 키우는 방법은 미리 정해둔 일정한 크기를 증가시킨다.The current increasing step S23 sets the flag Logic = 0, increases the test current magnitude, and branches to the electric angle calculating step S14 of the first process. The reason why the logic is set to 0 is that when the difference between the past and the present moving distance is 0, the operation using the secant method cannot be performed, the difference between the moving distance is 0 and the absolute value of the moving distance is 0. In this case, it could be judged that almost converged at the positions of -90 ° and + 90 °, but in this case, the current was increased to increase the initial angle estimation accuracy. Increasing the magnitude of the current increases the predetermined constant magnitude.

만약, 상기 제2과정(S20)에서 이동거리 차가 0이 아닌 경우, 제3과정(S30)을 수행하는데 제3과정은, 이동거리 차가 0이 아닌 경우, 상기 이동거리차를 이용하여 시퀀트 방식으로 전기각 를 계산하여 DQ변환을 위한 함수의 변수로 제공하는 전기각 계산단계(S31)와, 현재의 이동거리를 전기각으로 환산하는 전기각 환산단계(S32)와, 그 이동거리를 환산한 전기각이 미리 정해진 소정각도(예; 2도)이내 인지를 판단하여 소정각도이내가 아닌 경우 상기 제1과정의 음의 반정현파를 인가하는 단계로 되돌아가는 전기각 판단단계(S33)를 수행하도록 한다.If the movement distance difference is not zero in the second process (S20), the third process (S30) is performed. In the third process, if the movement distance difference is not zero, the sequential method is performed using the movement distance difference. Electric angle calculation step (S31) for calculating the electric angle and providing it as a variable of a function for DQ conversion, an electric angle conversion step (S32) for converting the current moving distance into an electric angle, and converting the moving distance It is determined whether the electric angle is within a predetermined predetermined angle (eg, 2 degrees), and if it is not within the predetermined angle, the electric angle determination step (S33) is returned to the step of applying the negative semi-sine wave of the first process. do.

상기 제2과정에서 이동거리의 차가 0이 아닌 경우에는, 항상 시퀀트 방식(Secant Method)(도 3)를 이용하여 전기각을 연산하는 전기각 계산 단계(S31)를 수행하며, 이때 구해진 전기각θ는 상기 도 1의 θest로서 제공하여 DQ변환의 함수값을 계산하기 위한 전기각 값으로 인가한다. When the difference in the movement distance is not 0 in the second process, the electric angle calculation step S31 of calculating the electric angle by using a sequential method (FIG. 3) is always performed. [theta] is provided as [theta] est of FIG. 1 and applied as an electrical angle value for calculating a function value of the DQ transform.

도 4는 본 발명에 의한 전기각 계산을 설명하기 위한 시컨트 방식 설명도이다. 전기각을 구하는 방법은 도 4에 도시된 바와 같은 시컨트 방식(Secant method)에 의거하여 전기각을 계산한다. 전기각 n_Theta_i += d_theta * n_pi/180 즉, 전기각 += Δθ * n_pi/180에 의해 구해진다. 여기서, 시컨트 방식은 자극 위치 추정시 전기각을 계산하는데 사용하는 수치 해석법이다.4 is a schematic diagram for explaining the electric angle calculation according to the present invention. The electric angle is calculated based on the secant method as shown in FIG. 4. Electric angle n_Theta_i + = d_theta * n_pi / 180, that is, electric angle + = Δθ * n_pi / 180. Here, the secant method is a numerical analysis method used to calculate the electric angle when the magnetic pole position is estimated.

상기 d_theta = -distance * d_theta /ds 는, 현재 이동거리(-distance)에 Δθ를 곱하고 이를 이동거리차(ds)로 나누어 현재의 Δθ를 구한다.The d_theta = -distance * d_theta / ds is obtained by multiplying the current moving distance (-distance) by Δθ and dividing it by the moving distance difference ds to obtain the current Δθ.

그러므로 현재 전기각 X3 = X2 - f(X2) * (X2-X1)/(f(X2)-f(X1))으로 구해진다. X3는 현재 구하고자하는 전기각θ이고, X2는 현재 인가된 양의 정현파를 인가할 때의 전기각θ이고, X1은 바로 직전에 인가된 양의 정현파를 인가할 때의 전기각θ이며, f(X2)는 X2에서의 이동거리, f(X1)은 X1에서의 이동거리, (X2-X1)은 전 기각 변동치 Δθ를 나타낸다. 이러한 시컨트 방식은 이미 잘 알려진 방식이므로 더 이상 설명하지는 않고 본 발명에서는 이러한 계산 방식을 이용하여 전기각을 계산한다.Therefore, the current electric angle X3 = X2-f (X2) * (X2-X1) / (f (X2) -f (X1)). X3 is the electric angle θ to be obtained now, X2 is the electric angle θ when the positive sine wave is currently applied, X1 is the electric angle θ when the positive sine wave is applied immediately before, f (X2) represents the movement distance at X2, f (X1) represents the movement distance at X1, and (X2-X1) represents the electric angle change value Δθ. Since the secant method is a well known method, the electric angle is calculated using the calculation method in the present invention without further description.

그리고 현재의 이동거리를 전기각으로 환산하는 단계(S32)를 수행하며, 이동거리를 전기각으로 환산 하는 방법은, "이동거리 ×180/(전기각 π에 해당하는 엔코더펄 수(상수))" 에 의해 구하게 된다. 상기 이동거리에 의해 환산된 전기각이 소정각도(예; 2도)보다 작은지를 비교하는 단계(S33)를 수행하여 1차 수렴 조건으로 이동거리가 전기각으로 2°보다 크면, 제1과정의 음의 반정현파를 인가하는 단계(D15)로 분기하고, 2°보다 작은 경우 제4과정(S40)을 수행한다.And the step of converting the current moving distance to the electric angle (S32), and the method of converting the moving distance to the electric angle, "movement distance × 180 / (number of encoder pearls (constant) corresponding to the electric angle π)) Is obtained by Comparing (S33) whether the electric angle converted by the moving distance is smaller than a predetermined angle (for example, 2 degrees), if the moving distance is greater than 2 ° in the first convergence condition, the first step of the Branching to the step (D15) of applying a negative semi-sinusoidal wave, if less than 2 ° performs a fourth process (S40).

상기 제4과정(S40)은, 현재 시험전류의 크기가 시험전류 최대치(I_lmt)와 비교하는 단계(S41)를 수행하여, 시험전류 최대치보다 작으면 시험전류 1스텝 증가하는 단계(S42)를 수행한 후 상기 제1과정의 음의 반정현파를 인가하는 단계(S15)를 수행하고, 현재 시험전류가 시험전류 최대치(I_lmt)보다 크면, 제5과정(S50)을 수행한다. 이때, 상기 전류 증가 단계(S42)는 Logic=2으로 설정하고 시험 전류의 크기를 키운 후 제1과정의 제5단계(S15)로 분기한다. 플래그 Logic을 2로 설정하는 이유는 변화된 시험 전류의 크기로 인한 이동거리를 비교할 수 없기 때문에 과거의 Δθ(k-1)값을 사용하도록 하기 위해서이다. 즉, 상기 전류를 증가하는 단계(S42)를 수행하고 난후 제1과정의 제1단계(S11)를 수행하고 나면, 플래그 Logic이 1증가되어 Logic3단계(S13)를 수행함으로써 과거의 Δθ(k-1)을 사용하게 되는 것이다. In the fourth step S40, the step S41 of comparing the current test current with the test current maximum value I_lmt is performed. When the test current is smaller than the test current maximum value, the test current increases by one step (S42). After that, the step (S15) of applying the negative half-sine wave of the first process is performed. If the current test current is greater than the test current maximum value I_lmt, a fifth process (S50) is performed. At this time, the current increase step (S42) is set to Logic = 2, and the test current is increased to branch to the fifth step (S15) of the first process. The reason why the flag Logic is set to 2 is to use the past Δθ (k-1) value because the moving distance due to the magnitude of the changed test current cannot be compared. That is, after performing the step of increasing the current (S42) and then performing the first step (S11) of the first process, the flag Logic is increased by one and the Logic3 step (S13) is performed to perform the past Δθ (k- 1) will be used.

한편, 상기 제2과정(S20)의 전류증가 단계(S23)는, Logic=0으로 설정하고 이 동거리의 차가 0일 경우에 수행되고 이동거리의 차이가 0인 경우에는 자극위치를 추정하기 위한 연산인 시컨트 방식(Secant Method)을 사용하지 못하고 다음 샘플링에 임의의 Δθ(k)로 설정하는 단계(S12)를 수행하는 것이다.On the other hand, the step of increasing the current (S23) of the second process (S20) is performed when the difference of the moving distance is set to Logic = 0 and the difference in the moving distance is 0 for estimating the magnetic pole position The operation Secant method (Secant Method) is not used and the next sampling (S12) is set to an arbitrary Δθ (k).

시험전류의 크기는 항상 모터의 정격전류의 1/50정도의 전류에서 정격전류의 3배에 해당하는 전류까지 일정 비율로 증가시키도록 하여 시험전류가 최대일 때 최종 판단을 하도록 한다. The magnitude of the test current should always be increased at a constant rate from about 1/50 of the rated current of the motor to 3 times the rated current so that the final judgment is made when the test current is at its maximum.

상기 제4과정(S40)에서 현재의 시험전류가 최대치인지를 판단하여 최대치가 될 때까지 전류를 증가시키면서 반복하는 루틴은, 초기 또는 수회 만에 수렴조건이 나타나는 경우 신뢰성 확보를 위해서 최대 전류치까지를 시험전류로서 인가시킨 후에 최종 수렴조건을 판단하기 위한 것이다.In the fourth step (S40), it is determined whether the current test current is the maximum value and the routine repeating while increasing the current until the maximum value is reached, up to the maximum current value to ensure reliability when the convergence condition appears in the initial or several times. This is to determine the final convergence condition after application as a test current.

상기 제4과정(S40)에서 시험전류가 최대치와 같거나 그 이상인 경우, 더이상 전류를 증가시키지 않고, Δθ의 절대치가 소정의 수렴조건(예; 0.1도)이내에 속하는지를 판단하는 제5과정(S50)을 수행한다. 이는 이동거리차에 의한 전기각 차이 Δθ가 거의 없이 수렴되는 조건인지를 판단하며, 그 조건을 만족하지 못하면, 상기 제1과정(S10)의 음의 반정현파를 인가하는 단계(S15)로 되돌아가 반복 수행하게 된다.In the fourth process S40, when the test current is equal to or greater than the maximum value, the fifth process of determining whether the absolute value of Δθ falls within a predetermined convergence condition (for example, 0.1 degree) without further increasing the current. ). This determines whether or not the electric angle difference Δθ due to the moving distance is almost converged. If the condition is not satisfied, the process returns to step S15 of applying a negative semi-sine wave of the first process S10. Will be repeated.

상기 제5과정(S50)에서 이동거리차에 의한 Δθ가 수렴조건에 만족(|Δθ| < 0.1도)하는 경우에 최종시험전류를 Q축에 인가하여 초기자극위치의 부호를 판단하는 제6과정(S60)을 수행한다.A sixth process of determining a sign of an initial stimulus position by applying a final test current to the Q axis when Δθ due to a movement distance difference satisfies a convergence condition (| Δθ | <0.1 degrees) in the fifth process (S50) Perform (S60).

도 5d는 본 발명에 의한 초기자극 위치의 극성을 판단하기 위한 특성도이다. 상기 제6과정(S60)은 이동거리차에 의한 전기각 변동치가 수렴조건에 만족하면, 음의 반정현파를 인가하는 D축에 인가하는 단계(S61)와, 최종 시험 전류를 Q축에 인가하는 단계(S62)와, 최종시험전류 인가에 의한 이동거리를 전기각으로 환산하여 +90도인지 -90도인지를 판별하여 초기자극위 극성을 판단 하는 단계(S63)를 수행한다. 5D is a characteristic diagram for determining the polarity of the initial stimulation position according to the present invention. In the sixth step S60, when the electric angle variation due to the moving distance difference satisfies the convergence condition, applying the negative half sine wave to the D axis (S61) and applying the final test current to the Q axis. Step S62 and the step of determining the initial stimulus polarity (S63) by determining whether the movement distance by applying the final test current is +90 degrees or -90 degrees by converting the electric angle into electrical angles.

따라서, 본 발명에 의하면, 자극 센서를 사용하지 않고서 반정현파를 D축에 인가하여 이동거리 및 그 차이를 이용해 수렴 조건을 판단하고, 최종시험전류를 Q축에 인가하여 초기자극의 부호를 판단 할 수 있게 되는 것이다.Therefore, according to the present invention, the convergence condition can be determined using the moving distance and the difference by applying a semi-sine wave to the D axis without using a stimulus sensor, and the sign of the initial stimulus can be determined by applying the final test current to the Q axis. It will be possible.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such modifications are intended to fall within the scope of the appended claims.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 속도제어기를 사용하지 않음으로써 속도 검출의 오차를 배제하고 초기각 위치 추정방법을 간결하고 쉽게 구현할 수 있으며 시컨트 방식(Secant Method)이라는 수치해석법을 이용하여 최종 추정 정밀도로서 ±5˚이내인 높은 추정 정밀도와 짧은 추정 시간을 갖고 정현파 시험 전류를 이용함으로써 소음을 방지하는 효과가 있다.As described above, the present invention can eliminate the error of the speed detection by not using the speed controller and can implement the initial angle position estimation method concisely and easily. As the final estimation precision using the numerical method called the secant method, It has the effect of preventing noise by using sinusoidal test current with high estimation accuracy and short estimation time within ± 5 °.

Claims (7)

영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법에 있어서,In the initial stimulation estimation method of a permanent magnet synchronous motor, 양의 반정현파 시험전류를 D축에 인가하고 부가적으로 음의 반정현파를 인가하여 이동거리를 최소화시켜 동기전동기를 시험 구동시키는 과정과;Applying a positive half-sinusoidal test current to the D-axis and additionally applying a negative half-sinusoidal wave to test drive the synchronous motor by minimizing the moving distance; 일정한 전류에 대해 회전자(이동자)의 움직임이 토크에 비례하고 자극위치에 대하여 여현값을 갖는 관계를 이용하여 토크값 대신에 움직임에 대한 변위량을 사용하여 모터의 발생토크가 최소가 되는 위치를 이동거리에 대한 전기각이 소정의 각도 이내가 되는지를 찾아내어 자극위치를 추정하는 과정과;By using the relation that the movement of the rotor (mover) is proportional to the torque and has a cosine value for the magnetic pole position for a constant current, the position where the generated torque of the motor is minimized is used by using the displacement amount instead of the torque value. Estimating the magnetic pole position by finding out whether the electric angle with respect to the distance is within a predetermined angle; 상기 추정된 자극위치에 대하여 Q축에 시험전류를 인가하여 자극위치의 부호를 판단하는 과정을 수행하여 초기자극의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법.A method of estimating the initial stimulus of a permanent magnet synchronous motor, comprising: estimating the position of an initial stimulus by applying a test current to the Q axis to determine the sign of the stimulus position. 제 1 항에 있어서, 상기 동기전동기를 시험 구동시키는 과정은,The method of claim 1, wherein the test driving of the synchronous motor comprises: 양의 반정현파를 D축에 인가하는 제1단계(S11)와,A first step S11 of applying a positive semi-sinusoidal wave to the D axis; 이동거리 차가 없는 경우 시험 전류를 증가시켜 다음번 양의 반정현파를 인가한 후에, 전기각 변동치 Δθ(k)를 전류에 따른 임의 값으로 조절하는 제2단계(S12)와,A second step (S12) of adjusting the electric angle fluctuation value Δθ (k) to an arbitrary value according to the current after increasing the test current and applying the next positive sinusoidal wave when there is no moving distance difference; 이동거리차가 발생된 뒤에 시험전류를 증가시킨 경우에 이전 양의 반정현파의 전류와 같도록 하기 위해 직전 전기각 변동치 Δθ(k-1)로 설정하는 제3단계(S13)와,A third step S13 of setting the electric angle change value Δθ (k-1) immediately before the test current is increased after the movement distance difference is generated to be equal to the current of the previous positive semi-sine wave; 상기 제2단계(S12) 및 제3단계(S13)에서 조절된 전기각 변동치 Δθ를 이용하여 전기각(전기각 θ = Δθ * n_pi/180)(단, n_pi는 전기각 π에 대한 엔코더펄스수)을 계산하여 DQ변환을 위한 하나의 함수 θest값으로 제공하는 제4단계(S14)와,The electric angle (electric angle θ = Δθ * n_pi / 180) using the electric angle fluctuation value Δθ adjusted in the second step S12 and the third step S13, provided that n_pi is the number of encoder pulses for the electric angle π. Step 4 (S14) for calculating and providing as a function θest value for DQ conversion, 상기 제4단계(S14)후에 음의 반정현파를 D축에 인가한 후 모터 정지시간을 대기한 후 상기 제1단계(S10)를 수행하는 제5단계(S15)를 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법.After the fourth step (S14) is applied to the negative half-sine wave to the D-axis, and waiting for the motor stop time, it is made to perform a fifth step (S15) to perform the first step (S10) Initial stimulation estimation method of permanent magnet synchronous motor. 제 2 항에 있어서, 상기 전기각 계산 방법은,The method of claim 2, wherein the electric angle calculation method, 전기각 n_Theta_i += d_theta * n_pi/180 즉, 전기각 += Δθ * n_pi/180(단, n_pi는 전기각 파이에 대한 엔코더펄스수)에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법.Initial stimulation of permanent magnet synchronous motor, characterized by electric angle n_Theta_i + = d_theta * n_pi / 180, that is, electric angle + = Δθ * n_pi / 180 (where n_pi is the number of encoder pulses for electric angle pi) Estimation method. 제 1 항에 상기 자극위치 추정과정은,According to claim 1, wherein the magnetic pole position estimation process, 상기 동기전동기를 시험 구동시키는 과정에서 D축에 인가된 양의 반정현파 신호에 의해 동기전동기가 회전 이동된 거리 차이가 있는지를 비교하고, 이동거리 차이가 없으면 미리 정해둔 소정 크기만큼 전류치를 증가시켜 상기 동기전동기를 시험 구동시키는 과정의 전기각 계산 및 음의 반정현파 인가과정으로 되돌아가는 이동거리차 비교 과정과; During the test drive of the synchronous motors, the synchronous motors are compared with each other for the difference in the distance from which the synchronous motors are rotated by the positive anti-sine wave signal applied to the D axis. A step of comparing the moving distance back to the electric angle calculation and the negative semi-sinusoidal application process of the test drive of the synchronous motor; 상기 이동거리 차이가 있는 경우 상기 이동거리 차이에 의거해서 전기각을 계산하여 상기 DQ변환을 위한 전기각 신호로 인가하고, 현재 이동거리에 대한 전기 각을 검출하여 소정의 범위 이내가 될 때까지 상기 동기전동기를 시험 구동시키는 과정의 음의 반정현파를 인가하는 과정으로 되돌아가는 전기각 수렴과정과;If there is a difference in the moving distance, the electric angle is calculated based on the difference in the moving distance and applied as an electric angle signal for the DQ conversion, and the electric angle for the current moving distance is detected until it is within a predetermined range. An electric angle convergence process that returns to a process of applying a negative semi-sinusoidal wave of the test drive of the synchronous motor; 상기 전기각 수렴과정에서 검출된 전기각이 소정 범위 이내이면 현재 전류치가 미리 정해둔 최대 전류치까지 단계적으로 조절되도록 전류값을 소정 크기만큼 증가시켜 상기 동기전동기를 시험 구동시키는 과정의 음의 반정현파를 인가하는 단계로 되돌아가는 전류 증가 과정과;When the electric angle detected in the electric angle convergence process is within a predetermined range, the negative half sine wave of the process of driving the synchronous motor is increased by increasing the current value by a predetermined magnitude so that the current current value is adjusted stepwise to a predetermined maximum current value. Increasing the current back to the applying step; 상기 전류치를 최대 전류치까지 단계적으로 증가시킨 경우 현재의 전기각 변동치가 미리 정해둔 수렴치 이내가 될 때까지 상기 동기전동기를 시험 구동시키는 과정의 음의 반정현파를 인가하는 과정으로 되돌아가서 반복수행하는 전기각 변동 수렴과정을 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법. If the current value is gradually increased to the maximum current value, the process returns to the process of applying a negative semi-sine wave in the test driving process of the synchronous motor until the current electric angle variation value is within a predetermined convergence value. An initial stimulus estimation method of a permanent magnet synchronous motor, characterized in that to perform the electric angle fluctuation convergence process. 제 4 항에 있어서, 상기 전기각 수렴과정은,The method of claim 4, wherein the electric angle convergence process, 이동거리 차가 0이 아닌 경우, 상기 이동거리차를 이용하여 시퀀트 방식으로 전기각 θ를 계산하여 DQ변환을 위한 함수의 변수로 제공하는 전기각 계산단계(S31)와,An electric angle calculation step (S31) of calculating an electric angle θ in a sequential manner using the movement distance difference and providing it as a variable of a function for DQ conversion when the difference in distance is not zero; 현재의 이동거리를 전기각으로 환산하는 전기각 환산단계(S32)와,An electric angle conversion step (S32) of converting a current moving distance into an electric angle; 그 이동거리를 환산한 전기각이 미리 정해진 소정각도 이내 인지를 판단하여 소정각도 이내가 아닌 경우 상기 음의 반정현파를 인가하는 단계로 되돌아가는 전기각 판단단계(S33)를 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기모 터의 초기자극 추정방법.Determining whether the electric angle converted from the moving distance is within a predetermined predetermined angle, and if not within the predetermined angle, performing the electric angle determination step (S33) to return to the step of applying the negative half-sine wave. Initial stimulation estimation method of permanent magnet synchronous motor. 제 1 항에 있어서, 상기 자극위치 부호판단 과정은,According to claim 1, wherein the magnetic pole position code determination process, 이동거리차에 의한 전기각 변동치가 수렴조건에 만족하면, 음의 반정현파를 인가하는 D축에 인가하는 단계(S61)와,If the electric angle variation due to the moving distance difference satisfies the convergence condition, applying a negative semi-sinusoidal wave to the D axis to which the negative angle is applied (S61); 최종 시험 전류를 Q축에 인가하는 단계(S62)와,Applying the final test current to the Q axis (S62), 최종시험전류 인가에 의한 이동거리를 전기각으로 환산하여 +90도인지 -90도인지를 판별하여 초기자극위치의 부호를 판단하는 단계(S63)를 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법.In the permanent magnet synchronous motor, characterized in that the step of determining the sign of the initial stimulation position by determining whether the movement distance by the application of the final test current is +90 degrees or -90 degrees Early stimulus estimation method. 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법에 있어서,In the initial stimulation estimation method of a permanent magnet synchronous motor, 전기각의 변동치와, 초기 전각각, 초기전류 주기 등을 초기값으로 세팅하고, 양의 반정현파를 D축의 구동신호로 인가하고 초기 및 이동거리차가 없는 경우와 최대전류치가 될 때까지 전류를 증가시키는 경우에 전기각 변동치를 임으로 조절하고 한 후 전기각을 계산하고 음의 반정현파를 D축에 인가한 후 다시 상기 양의 반정현파를 인가하는 제1과정과; Set the electric angle, initial full angle, initial current period, etc. to initial values, apply a positive half-sine wave as the drive signal on the D-axis, and increase the current until there is no initial and moving distance difference and the maximum current value. A first step of adjusting an electric angle fluctuation value randomly, calculating an electric angle, applying a negative half sine wave to the D-axis, and then applying the positive half sine wave again; 상기 제1과정에서 양의 반정현파 신호에 의해 동기전동기가 회전 이동된 거리 차이가 있는지를 비교하고, 이동거리 차이가 없으면 미리 정해둔 소정 크기만큼 전류치를 증가시켜 상기 제1과정의 전기각을 계산하는 단계부터 수행하는 제2과정과; Comparing whether there is a difference in the distance that the synchronous motor is rotated by the positive semi-sinusoidal signal in the first step, and if there is no difference in the distance, the electric angle of the first step is calculated by increasing the current value by a predetermined size. A second process performed from the step of performing; 상기 제2과정에서 이동거리 차이가 있는 경우 현재 이동거리에 대한 전기각을 검출하여 소정의 범위 이내가 될 때까지 상기 제1과정으로 반복수행하는 제3과정과; 상기 제3과정에서 검출된 전기각이 소정 범위 이내이면 현재 전류치가 미리 정해둔 최대 전류치까지 단계적으로 조절되도록 전류값을 소정 크기만큼 증가시켜 상기 제1과정의 음의 반정현파를 인가하는 단계부터 반복 실행하는 제4과정과;A third step of repeating the first step until there is a difference in moving distance in the second step until detecting an electric angle with respect to the current moving distance to fall within a predetermined range; If the electric angle detected in the third process is within a predetermined range, the current value is increased by a predetermined magnitude so that the current current value is adjusted stepwise to a predetermined maximum current value, and then the negative half sine wave of the first process is repeated. Performing a fourth process; 상기 제4과정에서 전류치를 최대 전류치까지 단계적으로 증가시킨 경우 현재의 전기각 변동치가 미리 정해둔 수렴치 이내가 될 때까지 상기 제1과정의 음의 반정현파를 인가하는 단계부터 반복 실행하는 제5과정과;A fifth step of repeatedly applying the negative semi-sine wave of the first step until the current electric angle fluctuation is within a predetermined convergence value when the current value is gradually increased to the maximum current value in the fourth step; Process; 상기 제5과정에서 전기각 변동치가 수렴치 범위 이내이면, 음의 반정현파를 인가한 후 최종 시험전류를 Q축에 인가하여 이동거리를 전기각으로 환산한 후 +90도인지 -90도인지를 판별하여 초기자극위치를 추정하는 제6과정을 수행하도록 이루어짐을 특징으로 하는 영구자석형 동기모터의 초기자극 추정방법.If the electric angle fluctuation value is within the convergence range in the fifth process, after applying a negative semi-sinusoidal wave and applying a final test current to the Q axis, it is determined whether the movement distance is converted to an electric angle and then +90 degrees or -90 degrees. Initial stimulation estimation method of a permanent magnet synchronous motor, characterized in that to perform a sixth process of estimating the initial stimulation position.
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