KR100668973B1 - Method for estimating velocity/position of motor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전자를 갖는 모터의 위치/속도 추정방법에 있어서, 상기 회전자의 위치오차를 산출하는 단계와; 상기 산출된 위치오차를 비례적분하고, 상기 모터의 기계방정식을 기초하여 상기 비례적분된 위치오차와 소정의 지령토크를 혼합하여 상기 회전자의 회전 속도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 노이즈에 의한 영향을 최소화하여, 정밀한 회전자의 속도를 추정함으로써 견실한 센서리스 벡터제어가 가능한 모터의 위치/속도 추정방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a method for estimating the position / speed of a motor having a rotor, the method comprising: calculating a position error of the rotor; Estimating the rotational speed of the rotor by proportionally integrating the calculated position error and mixing the proportionally integrated position error and a predetermined command torque based on the mechanical equation of the motor. Accordingly, the present invention provides a method for estimating the position / speed of a motor capable of robust sensorless vector control by minimizing the influence of noise and estimating a precise rotor speed.

Description

모터의 속도/위치 추정방법{METHOD FOR ESTIMATING VELOCITY/POSITION OF MOTOR}METHOD FOR ESTIMATING VELOCITY / POSITION OF MOTOR}

도 1 및 도 2는 종래의 모터 제어장치에 있어서 역기전력 추정 및 회전자의 위치 및 속도를 추정하기 위한 제어블럭도이고,1 and 2 are control block diagrams for estimating counter electromotive force and estimating the position and speed of a rotor in a conventional motor control apparatus.

도 3은 본 발명에 따른 모터 제어장치의 제어블럭도이고,3 is a control block diagram of a motor control apparatus according to the present invention,

도 4는 도 3의 위치/속도 추정부의 일 예를 도시한 도면이고,4 is a diagram illustrating an example of the position / speed estimator of FIG. 3;

도 5는 도 4의 PID 제어부 및 위치/속도 관측기의 일 예를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating an example of the PID controller and the position / speed observer of FIG. 4.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 모터 제어장치 10 : 속도 제어기1: motor controller 10: speed controller

11 : 전류 제어기 12 : 벡터 제어기11 current controller 12 vector controller

13 : 인버터부 14 : 전류 검출기13 Inverter 14 Current Detector

15 : 모터 20 : 위치/오차 추정부15: motor 20: position / error estimation unit

21 : 역기전력 추정부 22 : 위치오차 산출부21: back EMF estimation unit 22: position error calculation unit

23 : PID 제어부 24 : 위치/오차 관측기23: PID control unit 24: position / error observer

본 발명은 모터의 속도/위치 추정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센서리스 벡터제어에 있어서 정밀한 회전자 위치, 속도 및/또는 토크를 추정하여 견실한 센서리스(Sensorless) 벡터제어가 가능한 모터의 속도/위치 추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating the speed / position of a motor. More particularly, the present invention relates to a method for estimating precise rotor position, speed, and / or torque in sensorless vector control. It relates to a speed / position estimation method.

일반적으로 센서리스(Sensorless) 벡터제어를 이용하는 모터에 있어서, 회전자의 회전시 최대토크를 얻기 위해 여자되어야 할 상(phase)은 모터의 회전자의 위치에 의해 결정된다. 여기서, 회전자가 회전하고 있는 경우 역기전력에 따라 회전자의 위치를 측정할 수 있다. 이에 기초해서, 모터의 제어시 최대토크를 얻기 위한 적절한 상을 선택적으로 여자시켜 모터를 회전시킨다.In general, in a motor using sensorless vector control, the phase to be excited to obtain the maximum torque during the rotation of the rotor is determined by the position of the rotor of the motor. Here, when the rotor is rotating, the position of the rotor can be measured according to the counter electromotive force. Based on this, the motor is rotated by selectively exciting an appropriate phase to obtain the maximum torque during the control of the motor.

이러한, 센서리스 벡터제어를 이용한 종래의 모터에 있어서, 미국등록특허 US6,081,093에서는 전속도 영역에서 연속적으로 속도제어가 가능한 매입형 영구자석 동기 모터(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 센서리스 제어방법 및 장치를 개시하고 있다In the conventional motor using the sensorless vector control, US Patent No. 6,081,093 discloses a sensorless control of an embedded permanent magnet synchronous motor (IPMSM) capable of continuously controlling speed in a full speed range. Disclosed are methods and apparatus

상기 미국등록특허에 개시된 제어방법은 실제 전동기 회전속도 ωR에서 회전하는 좌표 d-q 축과 전동기의 추정회전자 축 γ-δ축을 설정하고, 상기 미국등록특허의 도 2에 도시된 바와 같이, γ-δ축의 회전속도 ωR γ을 결정할 때 회전속도지령 ωRREF의 절대치가 커짐에 따라 커지도록 설정되는 분배 게인(Distribution Gain) K2를 준비하고, 회전속도지령 ωRREF에 K1을, 동기전동기의 역기전력 또는 역기전력 추정치로부터 구한 속도 추정치 ωRP에 K2를 각각 곱한 것을 가산함으로서, 추정회전자 축 γ-δ축의 회전속도 ωR γ을 결정하고 있다.The control method disclosed in the U.S. Patent No. sets the coordinate dq axis rotating at the actual motor rotational speed ω R and the estimated rotor axis γ-δ axis of the motor, and as shown in FIG. When determining the rotational speed ω R γ on the δ axis, prepare a distribution gain K2 that is set to increase as the absolute value of the rotational speed command ω RREF increases, and set K1 to the rotational speed command ω RREF , or the counter electromotive force of the synchronous motor. The rotation speed ω R γ of the estimated rotor axis γ-δ axis is determined by adding the product of multiplying K2 by the speed estimate ω RP obtained from the counter electromotive force estimate.

한편, 본 발명의 발명자에 의해 발표된 논문, 『"Sensorless control of interior permanent-magnet machine drives with zero-phase lag position estimation". Industry Applications, IEEE Transaction on, Volume: 39, Issue: 6, Nov.-Dec. 2003』에서는 회전자 위치정보를 가진 Saliency-based EMF의 추정에 관한 알고리즘을 개시하고 있다. 도 1 및 도 2는 상기 논문에 개시된 매입형 영구자석 전동기의 Saliency-based EMF 및 위치/속도 추정 블록도를 도시한 도면이다.Meanwhile, a paper published by the inventor of the present invention, "Sensorless control of interior permanent-magnet machine drives with zero-phase lag position estimation". Industry Applications, IEEE Transaction on, Volume: 39, Issue: 6, Nov.-Dec. 2003] discloses an algorithm for estimating saliency-based EMF with rotor position information. 1 and 2 are block diagrams illustrating a Saliency-based EMF and a position / speed estimation of the embedded permanent magnet motor disclosed in the paper.

여기서, 추정된 Saliency-based EMF와 유닛 벡터(Unit vector)의 크로스-프로덕트(Cross-product)로 회전자 위치오차가 계산된다. 그리고, 계산된 회전자 위치오차와 비례적분미분(PID) 제어기, 모터 기계방정식으로 회전자의 위치와 속도가 추정된다.Here, the rotor position error is calculated by the cross-product of the estimated saliency-based EMF and the unit vector. The rotor position and speed are estimated using the calculated rotor position error, proportional integral derivative (PID) controller, and motor mechanical equation.

회전자의 속도는 일반적으로 미분제어기에서 회전자 위치오차 ε를 미분함으로서 계산된 속도오차와 미분게인 bo와의 곱이 비례적분제어기 Ko+Kio/s의 출력에 합산되며 관성항과 적분기를 통해 추정된다. 상기 과정이 디스크리트(Discrete) 형식으로 관측자가 구현될 때 위치오차가 미분되고 다시 적분되므로 불필요한 계산오차가 발생한다. 도 2에서는 불필요한 미분적분 계산을 제거하기 위해 회전자 위치오차 ε가 직접 미분제어기게인/추정관성 Bo/^j와 곱해져서 위치 계산 적분기 1/s 전단에서 합산되며 이 값이 추정된 속도값이 된다.The speed of the rotor is generally calculated by differentiating the rotor position error ε in the differential controller and the product of the speed error and the derivative gain bo is added to the output of the proportional integral controller Ko + Kio / s and estimated through inertia terms and integrators. When the above process is implemented in the discrete format, the position error is differentiated and integrated again, so unnecessary calculation error occurs. In Fig. 2, the rotor position error ε is directly multiplied by the differential controller gain / estimated inertia Bo / ^ j to eliminate unnecessary differential calculations and summed at the front end of the position calculation integrator, which is the estimated velocity value. .

그런데, 상기 미국등록특허에 개시된 센서리스 제어방법은, 추정 회전자 축 γ-δ축의 역기전력 추정시 각각 다른 축의 K[i(k)-iest(k)]가 사용되어 관측자의 외란으로 작용하여 역기전력 추정오차가 발생한다. 이러한, 역기전력 추정오차로 인하여 추정된 역기전력에 기초하여 회전자 위치 및 속도를 추정하는 경우, 오차가 발생할 수 있다. 추정 속도를 피드백하여 속도제어 및 추정위치로 벡터제어가 이루어지는 경우 추정오차로 인하여 속도제어성능이 저하되고, 효율이 떨어지며 소음 진동이 야기된다.However, in the sensorless control method disclosed in the U.S. Patent, K (i (k) -i est (k)) of different axes are used for estimating counter electromotive force of the estimated rotor axis γ-δ axis and act as disturbance of the observer. Back EMF estimation error occurs. If the rotor position and speed are estimated based on the estimated back EMF due to the back EMF estimation error, an error may occur. When the estimated speed is fed back and the vector control is performed to the estimated position and the estimated position, the estimated error decreases the speed control performance, decreases the efficiency, and causes noise and vibration.

또한, 상기 논문에 개시된 방법에 있어서도, 속도 추정시 노이즈를 가진 미분계산항 ε×bo/^J가 있어 추정된 속도는 노이즈를 포함하게 된다. 이와 같은 노이즈를 포함한 추정 속도는 센서리스 벡터제어의 속도제어시 맥동이 발생하여 소음 진동의 발생 원인이 될 수 있다.In addition, even in the method disclosed in the above paper, there is a differential calculation term ε × bo / ^ J with noise in estimating speed, and the estimated speed includes noise. The estimated speed including the noise may cause pulsation due to the pulsation during the speed control of the sensorless vector control.

따라서 본 발명의 목적은 모터의 센서리스 벡터제어에 있어서, 정밀한 회전자의 위치, 속도 및 토크를 추정하여 견실한 센서리스 벡터제어가 가능한 모터의 위치/속도 추정방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for estimating the position / speed of a motor capable of robust sensorless vector control by estimating the precise position, speed, and torque of a rotor in sensorless vector control of a motor.

상기의 목적은, 본 발명에 따라, 회전자를 갖는 모터의 위치/속도 추정방법에 있어서, 상기 회전자의 위치오차를 산출하는 단계와; 상기 산출된 위치오차를 비례적분하고, 상기 모터의 기계방정식을 기초하여 상기 비례적분된 위치오차와 소 정의 지령토크를 혼합하여 상기 회전자의 회전 속도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 위치/속도 추정방법에 의해 달성된다.According to the present invention, there is provided a method for estimating a position / speed of a motor having a rotor, the method comprising: calculating a position error of the rotor; And proportionally integrating the calculated position error and estimating the rotational speed of the rotor by mixing the proportionally integrated position error and a predetermined command torque based on the mechanical equation of the motor. Is achieved by the position / speed estimation method of.

여기서, 상기 산출된 위치오차를 비례미분적분하고, 상기 모터의 상기 기계방정식에 기초하여 상기 비례미분적분된 위치오차와 상기 지령토크를 혼합하여 상기 회전자의 회전위치를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include estimating the rotational position of the rotor by mixing the calculated position error with the proportional differential integral and mixing the proportional differential position error with the command torque based on the mechanical equation of the motor. Can be.

그리고, 상기 모터의 회전 속도를 추정하는 단계는 상기 추정된 회전 속도에서 고주파 특성을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The estimating of the rotational speed of the motor may further include removing high frequency characteristics from the estimated rotational speed.

그리고, 상기 산출된 위치 오차를 비례적분 제어하여 상기 회전자의 토크를 추정하는 단계와; 상기 회전자의 회전 속도를 제어하기 위한 토크지령을 생성하는 단계와; 상기 토크지령과 상기 추정된 토크를 비교하여 보정토크지령을 생성하는 단계와; 상기 보정토크지령에 기초하여 상기 회전자의 회전속도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.Estimating torque of the rotor by proportionally integral control of the calculated position error; Generating a torque command for controlling the rotational speed of the rotor; Generating a corrected torque command by comparing the torque command with the estimated torque; And controlling the rotation speed of the rotor based on the correction torque command.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 모터 제어장치(1)의 제어블럭도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 모터 제어장치(1)는 모터, 인버터부(13), 전류검출기(14), 위치/속도 추정부(20), 속도제어기(10), 전류제어기(11) 및 벡터제어기(12)를 포함한다.3 is a control block diagram of the motor control apparatus 1 according to the present invention. As shown in the figure, the motor controller 1 includes a motor, an inverter unit 13, a current detector 14, a position / speed estimator 20, a speed controller 10, a current controller 11, and a vector. Controller 12.

본 발명에 따른 모터는 표면 부착형 영구자석 동기 모터(SPMSM : Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor)나 매입형 영구자석 동기 모터(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) 중 어느 하나일 수 있다. 모터는 인버터부(13)로부터의 전원에 따라 구동한다.The motor according to the present invention may be either a surface-mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) or an embedded permanent magnet synchronous motor (IPMSM). The motor is driven in accordance with the power source from the inverter unit 13.

인버터부(13)는 모터의 구동에 필요한 3상 전류를 공급한다. 여기서, 인버터부(13)는 벡터제어기(12)로부터의 전압명령신호(Va,Vb,Vc)에 기초하여, 출력되는 3상 전류를 제어함으로서, 모터의 회전 속도를 가변시킨다.The inverter unit 13 supplies a three-phase current required for driving the motor. Here, the inverter section 13 controls the three-phase current output based on the voltage command signals Va, Vb, and Vc from the vector controller 12, thereby varying the rotational speed of the motor.

전류검출기(14)는 인버터부(13)의 각 출력단의 전류를 검출하고, 검출된 인버터부(13)의 출력단의 전류에 기초하여 검출전류벡터(is)를 위치/속도 추정부(20)로 출력한다.The current detector 14 detects the current at each output terminal of the inverter unit 13 and transfers the detected current vector is to the position / speed estimation unit 20 based on the detected current at the output terminal of the inverter unit 13. Output

여기서, 전류검출기(14)는 다양한 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 모터의 3상에 각각 전류 변환기(Current Transducer)나 직렬의 션트(Shunt) 저항을 이용하여 삼상 전류를 직접 검출할 수 있다. 또한, 두 개의 전류 변환기나 직렬 션트 저항으로 두 상의 전류를 검출하고, 나머지 한 상의 전류는 검출된 두 상의 전류값으로 추정할 수 있다. 또한, DC 버스 측의 하나의 직렬 션트 저항이나 인버터부(13)의 하부 스위치들과 접지 사이에 직렬로 두 개나 세 개의 션트 저항으로 삼상 전류를 재구성하여 추정할 수 있다.Here, the current detector 14 may have various configurations. For example, three-phase current can be directly detected by using a current transducer or a shunt resistor in series with each of the three phases of the motor. In addition, the current of two phases can be detected by two current transducers or series shunt resistors, and the current of the other one phase can be estimated by the detected current value of the two phases. In addition, the three-phase current may be estimated by reconfiguring the three-phase current with one series shunt resistor on the DC bus side or between the lower switches of the inverter unit 13 and ground in series.

위치/속도 추정부(20)는 전류검출부로부터의 검출전류벡터(is)와 후술할 토크 지령 및 전압지령벡터를 입력받아, 추정위치(θr), 추정속도(ωr) 및 추정부하토크(TL)를 추정하여 출력한다. 본 발명에 따른 위치/속도 추정부(20)에 의한 추정위치(θr), 추정속도(ωr) 및 추정부하토크(TL)의 산출 과정에 대한 설명은 후술한다.The position / speed estimator 20 receives the detected current vector is from the current detector and a torque command and a voltage command vector to be described later, and estimates the position θ r , the estimated speed ω r , and the estimated load torque ( T L ) is estimated and output. The calculation process of the estimated position θ r , the estimated speed ω r and the estimated load torque T L by the position / speed estimating unit 20 according to the present invention will be described later.

한편, 사용자에 의해 입력되는 속도지령(ωr *)과, 위치/속도 추정부(20)에 의해 추정되어 출력되는 추정속도(ωr)는 제1 비교기에 의해 비교되어 출력된다.On the other hand, the speed command ω r * input by the user and the estimated speed ω r estimated and output by the position / speed estimating unit 20 are compared and output by the first comparator.

그리고, 속도제어기(10)는 제1 비교기로부터 입력되는 속도지령(ωr *)과 추정속도(ωr)의 비교값에 기초하여 토크지령(Te *)을 전류제어기(11)로 출력한다. 여기서, 본 발명에 따른 모터 제어장치(1)의 위치/속도 추정부(20)에서 출력되는 추정부하토크(TL)는 제2 비교기에 의해 속도제어기(10)로부터의 토크지령(Te *)과 합산되어 전류제어기(11)로 입력된다.And outputs to the speed controller 10 the speed command input from the first comparator (ω r *) and the estimated speed (ω r), the torque command (T e *) to the current controller 11 on the basis of the comparison values . Here, the estimated load torque T L output from the position / speed estimator 20 of the motor control apparatus 1 according to the present invention is a torque command Te * from the speed controller 10 by the second comparator. ) Is added to the current controller 11.

전류제어기(11)는 속도제어기(10)로부터 토크지령(Te *)을 입력받아 전압벡터지령(V*)을 출력한다. 여기서, 전류제어기(11)는 위치/속도 추정부(20)에서 역기전력의 추정과정에서 산출된 추정전류값을 입력받아 전압벡터지령(V*)의 생성에 반영할 수 있다.The current controller 11 receives the torque command Te * from the speed controller 10 and outputs a voltage vector command V * . Here, the current controller 11 may receive the estimated current value calculated in the process of estimating the counter electromotive force from the position / speed estimator 20 and reflect it in the generation of the voltage vector command V * .

벡터제어기(12)는 전류제어기(11)로부터 출력되는 전압벡터지령(V*)과, 위치/속도 추정부(20)로부터 출력되는 추정위치(θr)를 입력받아, 입력되는 두 값에 기초하여 인버터부(13)의 각 상에 대한 전압명령신호(Va*,Vb*,Vc*)를 출력한다. The vector controller 12 receives the voltage vector command V * output from the current controller 11 and the estimated position θr output from the position / speed estimator 20 and based on the two input values. The voltage command signals Va * , Vb * , Vc * for each phase of the inverter section 13 are output.

이하에서는, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어장치(1)의 위치/속도 추정부(20)에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the position / speed estimator 20 of the motor control apparatus 1 according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.

본 발명에 따른 위치/속도 추정부(20)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 역기전력 추정부(21), 위치오차 산출부(22), PID 제어부(23) 및 위치/속도 관측기(24)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4, the position / speed estimator 20 according to the present invention includes a counter electromotive force estimator 21, a position error calculator 22, a PID controller 23, and a position / speed observer 24. It may include.

역기전력 추정부(21)는 전류검출부로부터 출력되는 검출전류벡터(is)와, 전류제어기(11)로부터 출력되는 전압벡터지령(V*)을 입력받아, 소정의 추정과정을 통해 역기전력을 추정한다. 여기서, 역기전력의 추정방법은 기 공지된 다양한 추정방법이 적용 가능하다. 예컨대, 미국등록특허 US6,081,093에 개시된 역기전력 추정방법이나 본 발명의 발명자에 의해 발표된 논문 『"Sensorless control of interior permanent-magnet machine drives with zero-phase lag position estimation". Industry Applications, IEEE Transaction on, Volume: 39, Issue: 6, Nov.-Dec. 2003』에 개시된 역기전력 추정방법 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 다른 추정방법을 사용할 수도 있다.The counter electromotive force estimator 21 receives the detection current vector is output from the current detector and the voltage vector command V * output from the current controller 11 to estimate the counter electromotive force through a predetermined estimation process. Here, various estimation methods known in the art may be used as the estimation method of the counter electromotive force. For example, a method for estimating back EMF disclosed in US Pat. No. 6,081,093, or the paper "Sensorless control of interior permanent-magnet machine drives with zero-phase lag position estimation" published by the inventor of the present invention. Industry Applications, IEEE Transaction on, Volume: 39, Issue: 6, Nov.-Dec. Any of the back electromotive force estimation methods disclosed in 2003 'may be used, and other estimation methods may be used.

위치오차 산출부(22)는 역기전력 추정부(21)에서 추정된 역기전력을 입력받아 위치오차(θer)를 산출한다. 여기서, 위치오차 산출부(22)는 아크탄젠트(Arc tan) 삼각함수를 이용하여 회전자의 위치오차(θer)를 계산할 수 있으며, 다른 여타의 산출방법을 사용할 수도 있다.The position error calculator 22 receives the counter electromotive force estimated by the counter electromotive force estimator 21 and calculates a position error θ er . Here, the position error calculation unit 22 may calculate the position error θ er of the rotor using an arc tan trigonometric function, and other calculation methods may be used.

그리고, 위치오차 산출부(22)로부터 출력되는 위치오차(θer)는 PID 제어부(23) 및 위치/속도 관측기(24)를 통해 추정위치(θr), 추정속도(ωr) 및 추정부하토 크(TL)로 출력된다.The position error θ er outputted from the position error calculation unit 22 is estimated position θ r , estimated speed ω r , and estimated load through the PID controller 23 and the position / speed observer 24. Output is torque (T L ).

도 5는 본 발명에 따른 위치/속도 추정부(20)의 PID 제어부(23) 및 위치/속도 관측기(24)를 구체적으로 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating in detail the PID controller 23 and the position / speed observer 24 of the position / speed estimator 20 according to the present invention.

여기서, 본 발명에 따른 위치/속도 추정부(20)는 추정된 역기전력에 기초하여 산출된 회전자의 위치오차(θer)를 비례적분 제어함으로써, 회전자의 회전 속도를 추정하여 추정속도(ωr)를 출력한다. 여기서, 위치/속도 추정부(20)는 위치 오차를 비례적분하고, 모터의 기계방정식을 기초한 지령토크(Te *)와 혼합함으로써, 회전자의 회전 속도를 추정하게 된다.Here, the position / speed estimator 20 according to the present invention estimates the rotational speed of the rotor by proportionally integral control of the position error θ er of the rotor calculated based on the estimated back EMF, and thus estimates the estimated speed (ω). r ) Here, the position / speed estimator 20 proportionally integrates the position error and mixes the command torque Te * based on the mechanical equation of the motor to estimate the rotational speed of the rotor.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 위치오차 산출부(22)로부터 출력된 위치오차(θer)는 비례계산항(23b) 및 적분계산항(23a)을 통과하여 합산되고, 미분계산항(23c)이 합산되는 전단에서 출력됨으로써, 미분계산항(23c)이 갖는 노이즈 성분이 추정속도(ωr)에 반영되지 않도록 한다. 따라서, 모터의 속도 추정시 노이즈에 의한 오차를 감소시켜 속도 제어에 있어서 속도 변동폭을 최소화함으로써 진동 소음을 최소화할 수 있다.That is, as shown in FIG. 5, the position error [theta] er output from the position error calculating section 22 is added through the proportional calculation term 23b and the integral calculation term 23a, and the differential calculation term 23c. ) Is output at the front end of the summation so that the noise component of the differential calculation term 23c is not reflected in the estimated speed ω r . Therefore, the vibration noise may be minimized by minimizing the fluctuation range in the speed control by reducing the error due to the noise when the motor speed is estimated.

여기서, 추정속도(ωr)는 저역 통과 필터(LPF : Low Pass Filter)(24b)를 통과함으로써, 고주파의 노이즈 성분을 제거함으로써, 보다 정확한 속도 추정이 가능하게 된다. 여기서, 저역 통과 필터(24b)는 선택적으로 사용할 수 있다.Here, the estimated speed ω r passes through the low pass filter (LPF: Low Pass Filter) 24b, thereby removing high frequency noise components, thereby enabling more accurate speed estimation. Here, the low pass filter 24b can be used selectively.

한편, 위치/속도 추정부(20)에 의해 추정되어 출력되는 추정위치(θr)는 위치오차 산출부(22)로부터 출력되는 위치오차(θer)의 미례미분적분 제어를 통해 추정된다. 즉, 위치오차 산출부(22)로부터 출력되는 위치오차(θer)는 비례계산항(23b) 및 적분계산항(23a)을 통과하여 합산된 후, 속도제어기(10)로부터 출력되는 토크지령(Te *)과 합산된다. 그리고, 위치오차(θer)에 미분계산항(23c)이 곱해진 값과 합산된 후 추정위치(θr)의 계산을 위한 적분기(24a)를 거쳐 추정위치(θr)로 출력된다.On the other hand, the estimated position θ r estimated and output by the position / speed estimator 20 is estimated through the control of the differential derivative of the position error θ er output from the position error calculator 22. That is, the position error θ er output from the position error calculation unit 22 is summed through the proportional calculation term 23b and the integral calculation term 23a, and then the torque command output from the speed controller 10 ( T e * ). And is output to the position error (θ er) differential calculating section (23c) is made product value and summing the estimated position (θ r) calculating an estimated position (θ r) via an integrator (24a) for the after the.

그리고, 위치/속도 추정부(20)는 위치오차(θer)를 비례적분 제어하여 추정부하토크(TL)로 출력한다. 즉, 위치오차 산출부(22)로부터 출력되는 위치오차(θer)가 비례계산항(23b) 및 적분계산항(23a)을 통과하여 합산되어 추정부하토크(TL)로 산출된다.The position / speed estimator 20 controls the position error θ er in proportional integral to output the estimated load torque T L. That is, the position error θ er outputted from the position error calculation unit 22 is summed through the proportional calculation term 23b and the integral calculation term 23a and calculated as the estimated load torque T L.

여기서, 도 5의 미설명 참조번호 24c 및 24d는 모터의 극수를 반영한 항으로, 기계적 회전수와 전기적 회전수 간의 차이를 보상한다.Herein, reference numerals 24c and 24d of FIG. 5 are terms reflecting the number of poles of the motor and compensate for the difference between the mechanical rotational speed and the electrical rotational speed.

전술한 실시예에서는 역기전력의 추정에 의해 회전자의 위치오차를 산출하는 것을 일 예로 설명하였다. 이외에도, 회전자의 위치오차를 산출하기 위한 다른 방법 예컨대, 논문 『Degner M.C., Lorenz R.D. "Position estimation in induction machines utilizing rotor bar slot harmonics and carrier- frequency signal injection" Industry Applications, IEEE Transaction on, Volume: 36, Issue: 3, May.- June. 2000』에 개시된 고주파를 이용한 회전자의 위치오차 산출방법에 의해 산출될 수 있다.In the above-described embodiment, an example of calculating the position error of the rotor by estimating counter electromotive force has been described. In addition, other methods for calculating the positional error of the rotor are described, for example, in Degner M.C., Lorenz R.D. "Position estimation in induction machines utilizing rotor bar slot harmonics and carrier- frequency signal injection" Industry Applications, IEEE Transaction on, Volume: 36, Issue: 3, May.- June. 2000 'can be calculated by the method of calculating the position error of the rotor using a high frequency disclosed in 2000'.

이와 같이, 회전자의 위치 오차를 산출하며, 산출된 위치오차를 비례적분하고, 모터의 기계방정식을 기초하여 비례적분된 위치오차와 소정의 지령토크를 혼합하여 회전자의 회전 속도를 추정함으로써, 노이즈에 의한 영향을 최소화하여, 정밀한 회전자의 위치, 속도 및 토크를 추정함으로써 견실한 센서리스 벡터제어가 가능하게 된다.In this way, by calculating the position error of the rotor, and proportionally integrated the calculated position error, and by estimating the rotational speed of the rotor by mixing the proportional integral position error and a predetermined command torque based on the mechanical equation of the motor, By minimizing the influence of noise, robust sensorless vector control is possible by estimating the precise position, speed and torque of the rotor.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 노이즈에 의한 영향을 최소화하여, 정밀한 회전자의 위치, 속도 및 토크를 추정함으로써 견실한 센서리스 벡터제어가 가능한 모터의 위치/속도 추정방법을 제공하는 것이다.As described above, the present invention provides a method for estimating the position / speed of a motor capable of robust sensorless vector control by minimizing the influence of noise and estimating the precise position, speed, and torque of the rotor. .

Claims (4)

회전자를 갖는 모터의 위치/속도 추정방법에 있어서,In the position / speed estimation method of a motor having a rotor, 상기 회전자의 위치오차를 산출하는 단계와;Calculating a position error of the rotor; 상기 산출된 위치오차를 비례적분하고, 상기 모터의 기계방정식을 기초하여 상기 비례적분된 위치오차와 소정의 지령토크를 혼합하여 상기 회전자의 회전 속도를 추정하는 단계와;Estimating the rotational speed of the rotor by proportionally integrating the calculated position error and mixing the proportionally integrated position error and a predetermined command torque based on the mechanical equation of the motor; 상기 추정된 회전속도에서 고주파 특성을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 위치/속도 추정방법.Removing the high frequency characteristic from the estimated rotation speed. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 산출된 위치오차를 비례미분적분하고, 상기 모터의 상기 기계방정식에 기초하여 상기 비례미분적분된 위치오차와 상기 지령토크를 혼합하여 상기 회전자의 회전위치를 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 위치/속도 추정방법.And proportionally differentially integrating the calculated position error, and estimating the rotational position of the rotor by mixing the proportionally differentiated position error and the command torque based on the mechanical equation of the motor. Motor position / speed estimation method. 삭제delete 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 산출된 위치 오차를 비례적분 제어하여 상기 회전자의 토크를 추정하는 단계와;Estimating torque of the rotor by proportionally integrating the calculated position error; 상기 회전자의 회전 속도를 제어하기 위한 토크지령을 생성하는 단계와;Generating a torque command for controlling the rotational speed of the rotor; 상기 토크지령과 상기 추정된 토크를 비교하여 보정토크지령을 생성하는 단계와;Generating a corrected torque command by comparing the torque command with the estimated torque; 상기 보정토크지령에 기초하여 상기 회전자의 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 위치/속도 추정방법.And controlling the rotational speed of the rotor based on the correction torque command.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101426485B1 (en) * 2013-06-28 2014-08-06 한양대학교 산학협력단 Device for controlling AC motor
KR20200117201A (en) 2019-04-03 2020-10-14 주식회사 만도 Apparatus for controlling motor for electronic power steering and method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002112600A (en) * 2000-07-27 2002-04-12 Toyo Electric Mfg Co Ltd Controller of position sensorless permanent magnet type synchronous motor
JP2003199388A (en) * 2001-12-27 2003-07-11 Sharp Corp Motor driver
JP2004112898A (en) 2002-09-18 2004-04-08 Hitachi Ltd Control method and device for motor in position sensorless

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002112600A (en) * 2000-07-27 2002-04-12 Toyo Electric Mfg Co Ltd Controller of position sensorless permanent magnet type synchronous motor
JP2003199388A (en) * 2001-12-27 2003-07-11 Sharp Corp Motor driver
JP2004112898A (en) 2002-09-18 2004-04-08 Hitachi Ltd Control method and device for motor in position sensorless

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101426485B1 (en) * 2013-06-28 2014-08-06 한양대학교 산학협력단 Device for controlling AC motor
KR20200117201A (en) 2019-04-03 2020-10-14 주식회사 만도 Apparatus for controlling motor for electronic power steering and method thereof

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