KR100755318B1 - The motor controlling method having voltage limit function and apparatus for the same - Google Patents
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Abstract
전압 제한치 변경기능을 구비한 모터 제어 방법 및 장치가 개시된다. 이 장치는 모터 구동용 전압을 인가하는 인버터, 상기 인버터로 DC전압을 인가하는 DC전압부, 상기 DC전압부의 DC 링크 전압을 감지하는 DC 링크 전압 감지부, 상기 감지된 DC 링크 전압을 이용하여 지령 전압의 최대치를 변경하는 전압 제한치 변경부를 포함하는 것을 특징하는 것을 특징으로 한다. Disclosed are a motor control method and apparatus having a voltage limit change function. The device uses an inverter for applying a motor driving voltage, a DC voltage unit for applying a DC voltage to the inverter, a DC link voltage sensing unit for detecting a DC link voltage of the DC voltage unit, and a command using the sensed DC link voltage. And a voltage limit change unit for changing a maximum value of the voltage.
본 발명에 따르면, 일반적인 모터 제어에 있어서 DC 링크 전압을 감지하고, 지령 전압의 한계치를 현재 DC 링크 전압에 연동하여 변경시키는 모터 제어장치를 제공함으로써 제어기 응답성의 저하를 방지하고, 높은 지령전압에서 낮은 지령전압으로 복원시에 직류 성분에 의한 지연 등의 발생을 방지하는 효과가 있다.According to the present invention, in the general motor control, by providing a motor control device that detects the DC link voltage, and changes the threshold value of the command voltage in conjunction with the current DC link voltage, to prevent degradation of the controller responsiveness, low at high command voltage There is an effect of preventing the occurrence of a delay or the like caused by the DC component at the time of restoring to the command voltage.
Description
도 1은 모터를 포함한 일반적인 인버터 드라이브의 구성을 도시한 것이다.1 illustrates a configuration of a general inverter drive including a motor.
도 2는 SVPWM(Space Vector PWM)을 도시한 도이다.2 is a diagram illustrating a space vector PWM (SVPWM).
도 3은 스위치 상태가 (1,0,0) 인 경우 SVPWM의 등가회로를 도시한 것이다. 도 4는 스위치 상태가 (1,0,0) 인 경우 SVPWM의 1상에 최대로 인가되는 전압을 도시한 것이다.3 shows an equivalent circuit of SVPWM when the switch state is (1,0,0). FIG. 4 shows the maximum voltage applied to one phase of the SVPWM when the switch state is (1,0,0).
도 5는 일반적인 모터 제어 회로를 도시한 것이다.5 shows a general motor control circuit.
도 6은 SVPWM에서 지령전압이 최대제한치일때의 벡터도와 구현되는 전압을 도시한 것이다.FIG. 6 shows a vector diagram when the command voltage is the maximum limit in the SVPWM and a voltage embodied therein.
도 7은 DC 링크 전압의 저하에 따른 지령 전압과 전압 보상된 지령전압 및 그 때의 구현 전압을 도시한 것이다.FIG. 7 shows the command voltage and voltage compensated command voltage according to the drop of the DC link voltage, and the implementation voltage at that time.
도 8은 DC 링크 전압이 저하된 경우 지령 전압과 실제 인가 전압의 차이를 도시한 도이다.8 is a diagram showing a difference between the command voltage and the actual applied voltage when the DC link voltage is lowered.
도 9는 본 발명에 의한 전압 제한치 변경기능을 구비한 모터 제어 장치를 나타내는 블록도이다.9 is a block diagram showing a motor control device having a voltage limit value changing function according to the present invention.
도 10은 본 발명에 의한 전압 제한치 변경기능을 구비한 모터 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a motor control method having a voltage limit change function according to the present invention.
본 발명은 전압 제한치 변경기능을 구비한 모터 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 현재 DC 링크 전압을 감지하고, 지령 전압의 한계치를 현재 DC 링크 전압에 연동하여 변경시킬 수 있는 모터 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a motor control method and apparatus having a voltage limit change function, and more particularly, to a motor control method and apparatus capable of detecting a current DC link voltage and changing a limit value of a command voltage in association with a current DC link voltage. It is about.
도 1은 모터를 포함한 일반적인 인버터 드라이브의 구성을 도시한 것이다.1 illustrates a configuration of a general inverter drive including a motor.
인버터란 모터를 임의의 속도로 운전하기 위해 주파수를 가변시킬 수 있도록 한 전원장치로서, 도 1을 참조하면 현재 대부분의 인버터는 전원(Power) 소자와 정류 및 평활부, 그리고 과전류 보호회로를 모듈화한 파워부와 제어부로 이루어진다.Inverter is a power supply device that can change the frequency to drive the motor at an arbitrary speed. Referring to FIG. 1, most inverters presently modularize a power element, a rectifying and smoothing unit, and an overcurrent protection circuit. It consists of a power unit and a control unit.
가변속 모터의 정밀한 속도제어를 위해서는 인코더(Encorder)와 같이 속도나 위치를 검출할 수 있는 부가적인 장치가 구비되어 있지 않다면 제어부에서 전류나 전압의 검출을 통한 속도 및 위치의 연산과정을 수행하게 된다. 특히 컴프레서와 같이 센서의 취부가 어려운 부하의 경우에는 센서리스 운전이 일반적이며 이 경우 전압의 검출이 중요하다.For precise speed control of a variable speed motor, if an additional device capable of detecting a speed or a position is not provided, such as an encoder, the controller performs a calculation process of speed and position by detecting current or voltage. In particular, in the case of a load such as a compressor that is difficult to attach the sensor, sensorless operation is common, and in this case, voltage detection is important.
도 2는 SVPWM(Space Vector PWM)을 도시한 도이다. SVPWM은 이러한 모터 제 어에 가장 일반적으로 사용된다. 도 2를 참조하면 SVPWM에서 사용되는 전압의 영역은 육각면의 내부로 한정된다. 2 is a diagram illustrating a space vector PWM (SVPWM). SVPWM is most commonly used for these motor controls. Referring to FIG. 2, the voltage region used in the SVPWM is limited to the inside of the hexagonal surface.
도 3은 스위치 상태가 (1,0,0) 인 경우 SVPWM의 등가회로를 도시한 것이며, 도 4는 이 때 SVPWM의 1상에 최대로 인가되는 전압을 도시한 것이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 스위치 상태가 (1,0,0) 인 경우 1상에 최대로 인가되는 전압은 DC 링크 전압을 Vdc라 할때, 전압분배에 의하여 Vdc 가 된다. 따라서 일반적인 SVPWM에서 지령전압의 최대치는 Vdc 로 제한된다.FIG. 3 shows an equivalent circuit of SVPWM when the switch state is (1,0,0), and FIG. 4 shows the maximum voltage applied to one phase of the SVPWM at this time. Referring to FIGS. 3 and 4, when the switch state is (1,0,0), the maximum voltage applied to one phase is determined by voltage division when the DC link voltage is Vdc. V dc is obtained. Therefore, the maximum value of command voltage in general SVPWM Limited to V dc .
도 5는 일반적인 모터 제어 회로를 도시한 것이다. 도 5를 참조하면 종래의 모터 제어 회로는 속도제어부(500), 전류제어부(510), 전압보상부(520), SVPWM(530), 위치 및 속도 검출부(540)로 이루어진다.5 shows a general motor control circuit. Referring to FIG. 5, the conventional motor control circuit includes a
상기 속도제어부(500)의 출력이 전류 지령치가 되어, 전류지령치가 상기 전류제어부(510)에 입력된다. 상기 전류제어부(510)의 출력이 전압지령치가 되며, 전압지령치는 상기와 같이 최대치가 Vdc 로 제한된다.The output of the
도 6은 SVPWM에서 지령전압이 최대치일때의 벡터도와 구현되는 전압을 도시한 것이다. 도 6을 참조하면 지령전압은 Vdc 에 해당하는 크기를 갖는 원이 되고, 실제 구현되는 전압은 도 6의 육각형 내부 전압으로 나타난다. 따라서 구현되는 전압은 육각형 내부를 따라가면서 왜곡된 부분이 나타나게 된다. 즉, 실제 지 령치는 원이지만, 도 6의 육각형과 원 사이의 공간은 실제로 구현 되지 않는 영역이 된다.FIG. 6 illustrates a vector diagram when the command voltage is the maximum value in the SVPWM and the voltage implemented. Referring to FIG. 6, the command voltage is It becomes a circle having a size corresponding to V dc , and the actual voltage is represented by the hexagonal internal voltage of FIG. 6. Therefore, the implemented voltage will follow the inside of the hexagon and appear distorted. That is, although the actual command value is a circle, the space between the hexagon and the circle in FIG. 6 becomes an area that is not actually implemented.
도 7은 DC 링크 전압의 저하에 따른 지령 전압과 전압 보상된 지령전압 및 그 때의 구현 전압을 도시한 것이다. 도 7을 참조하면 DC 링크 전압이 기준보다 떨어진 경우에는 지령전압에 상기 전압보상부(520)에 의하여 보상된 전압이 최종 지령 전압이 된다. 이 경우 DC 링크 전압의 저하된 값이 클수록 지령 전압은 구현가능한 육각형을 많이 벗어나게 된다. 지령 전압이 아무리 커진다 하더라도 실제 인가되는 전압은 도 7과 같이 현재 DC 링크 전압 하에서 구현가능한 범위로 한정된다. 이러한 영역에서는 지령전압에 대한 제어기의 응답이 전혀 없게 된다.FIG. 7 shows the command voltage and voltage compensated command voltage according to the drop of the DC link voltage, and the implementation voltage at that time. Referring to FIG. 7, when the DC link voltage is lower than the reference voltage, the voltage compensated by the
도 8은 DC 링크 전압이 저하된 경우 지령 전압과 실제 인가 전압의 차이를 도시한 도이다. 도 8을 참조하면 DC 링크 전압이 일정값만큼 저하된 경우 실제 인가할 수 있는 전압의 한계치는 그에 비례하여 떨어진다. 그러나 도 5와 같은 종래의 제어기에서는 지령 전압의 한계치를 Vdc 와 같이 고정된 값으로 사용하므로, 지령 전압은 증가하더라도 실제 인가 전압은 한계치에 도달하여 포화되는 영역이 존재하게 되며, 이러한 영역이 도 8의 포화영역(800)에 해당한다. 이 영역에서는 지령 전압이 변하여도 실제 인가 전압은 포화되므로 제어기의 응답성이 매우 떨어지게 된다. 특히 제어기 특성상 적분 성분이 큰 경우에는 포화영역(800)에서의 누적 성분이 더 커지기 때문에 포화영역(800)을 벗어나더라도 제어기가 제대로 동작하기까지 지연이 생기는 등 제어기 응답성이 매우 떨어지게 된다.8 is a diagram showing a difference between the command voltage and the actual applied voltage when the DC link voltage is lowered. Referring to FIG. 8, when the DC link voltage is lowered by a predetermined value, the limit of the voltage that can be actually applied falls in proportion thereto. However, in the conventional controller as shown in FIG. 5, the threshold value of the command voltage Since a fixed value such as V dc is used, a region in which the actual applied voltage reaches a threshold and saturates even though the command voltage increases, and this region corresponds to the
또한, DC 링크 전압을 감지하여, 인가전압을 보상하는 전압보상부(520)가 없는 경우에는 현재 DC 링크 전압이 저하되더라도 이를 감지할 수 없으므로 위와 같은 현상이 발생하게 되는 문제점이 있다. In addition, when there is no
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 일반적인 모터 제어에 있어서 인가전압이 포화되어 제어기 응답성이 저하되는 것을 방지하고, 높은 지령전압에서 낮은 지령전압으로 복원시에 직류 성분에 의한 지연 등의 발생을 방지하기 위하여, DC 링크 전압을 감지하고, 지령 전압의 한계치를 현재 DC 링크 전압에 연동하여 변경시키는 모터 제어 방법 및 장치를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to prevent the applied voltage is saturated in the general motor control to reduce the controller responsiveness, and to prevent the occurrence of delay due to the DC component when restoring from the high command voltage to the low command voltage In order to provide a motor control method and apparatus for detecting a DC link voltage and changing a threshold value of the command voltage in conjunction with a current DC link voltage.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한, 모터 제어 장치는 모터 구동용 전압을 인가하는 인버터, 상기 인버터로 DC전압을 인가하는 DC전압부, 상기 DC전압부의 DC 링크 전압을 감지하는 DC 링크 전압 감지부, 상기 감지된 DC 링크 전압을 이용하여 지령 전압의 최대치를 변경하는 전압 제한치 변경부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In accordance with an aspect of the present invention, a motor control device includes an inverter for applying a motor driving voltage, a DC voltage unit for applying a DC voltage to the inverter, and a DC link voltage for sensing a DC link voltage of the DC voltage unit. And a sensing unit and a voltage limit changing unit configured to change the maximum value of the command voltage using the sensed DC link voltage.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한, 모터 제어 방법은 모터 구동용 전압을 인가하는 인버터로 DC전압을 인가하는 단계, 상기 DC전압을 인가하는 DC전압부의 DC 링크 전압을 감지하는 단계, 상기 감지된 DC 링크 전압을 이용하 여 지령 전압의 최대치를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a motor control method, the method comprising: applying a DC voltage to an inverter applying a motor driving voltage, sensing a DC link voltage of the DC voltage unit applying the DC voltage, And changing the maximum value of the command voltage using the sensed DC link voltage.
이하, 본 발명에 의한 전압 제한치 변경기능을 구비한 모터 제어 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, a motor control method and apparatus having a voltage limit change function according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 9는 본 발명에 의한 전압 제한치 변경기능을 구비한 모터 제어 장치를 나타내는 블록도이다. 도시된 바에 따른 전압 제한치 변경기능을 구비한 모터 제어 장치는 인버터, DC전압부, DC 링크 전압 감지부(900), 전압제한지 변경부(910)을 포함하여 이루어진다. 9 is a block diagram showing a motor control device having a voltage limit value changing function according to the present invention. The motor control apparatus having a voltage limit change function as shown in the drawing includes an inverter, a DC voltage unit, a DC
상기 인버터는 모터 구동용 전압을 인가하고, 상기 DC전압부는 상기 인버터로 DC전압을 인가한다. 상기 DC 링크 전압 감지부(900)는 상기 DC전압부의 DC 링크 전압을 감지한다.The inverter applies a motor driving voltage, and the DC voltage unit applies a DC voltage to the inverter. The DC link
상기 전압 제한치 변경부(910)는 상기 감지된 DC 링크 전압을 이용하여 지령 전압의 최대치를 변경한다. 변경전 설정된 기준 DC 링크 전압과 현재 감지된 DC 링크 전압을 이용한 지령 전압의 최대제한치의 계산은 다음 수학식1에 의한다. 지령 전압의 최대제한치를 변경하는 이유는 전원에서 공급되는 DC 링크 전압이 상기 설정된 기준 DC 링크 전압과 달리 실제로 증가 또는 감소할 수 있기 때문이다. 현재 실제로 공급되는 DC 링크 전압은 DC 링크 전압 감지부(900)를 통해 감지된다. 설정된 기준 DC 링크 전압은 실제 공급되는 DC 링크 전압이 아니라 전원에서 공급되리라 예상되는 기준값이다.The voltage
이때 V1 은 현재의 DC 링크 전압에 해당하고, V2 는 기준 DC 링크 전압에 해당한다. 상기 식에 따라 DC 링크 전압 제한치를 현재 DC 링크 전압을 고려하여 실제 구현가능한 수준으로 맞추어 주게되면, 전압 지령치는 실제 인가할 수 있는 전 압의 범위를 벗어나지 않게된다. 이에 따라 도 8의 포화영역(800)과 같은 제어기의 응답성이 떨어지는 영역이 없어지며, 이로 인한 제어회로의 불안정 또는 지연을 없앨 수 있게 된다.At this time, V1 corresponds to the current DC link voltage, and V2 corresponds to the reference DC link voltage. According to the above equation, if the DC link voltage limit is adjusted to a practically practical level in consideration of the current DC link voltage, the voltage command value does not go beyond the range of voltage that can be actually applied. As a result, an area in which the controller is less responsive, such as the
도 9 및 상기 수학식 1에 따라 바람직한 실시예를 설명한다. 기준 DC 링크 전압이 300V 일 때 기준이 되는 지령 전압의 최대제한치는 200V가 된다. 만약 DC링크 전압이 변동되어 DC링크 전압 감지부(900)에서 현재의 DC링크 전압이 270V 로 측정된 경우 전압 지령의 최대제한치는 수학식 1에 의하여 180V가 된다. 지령 전압의 최대제한치를 수학식 1에 의하여 변경하지 않고 그대로 두었을 경우 지령 전압이 180V를 넘어서는 순간부터 실제로 인가되는 전압은 더 이상 증가되지 않으며 제어기의 응답성만 떨어지게 된다.9 and a preferred embodiment according to
도 9를 참조하면, 상기 모터 제어 장치는 전압보상부(920)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전압보상부(920)는 상기 DC 링크 전압의 변동에 따라 상기 지령전압을 조절한다. 즉, 기준 DC 링크 전압보다 현재 DC 링크 전압이 낮으면 지령전압을 그에 비례하여 증가시키고, 기준 DC 링크 전압보다 현재 DC 링크 전압이 낮으면 지령전압을 그에 비례하여 감소시킨다. 상기 보상 전압의 계산은 수학식 2에 의한다.9, the motor control device preferably includes a
이때 V1 은 현재의 DC 링크 전압에 해당하고, V2 는 기준 DC 링크 전압에 해당한다. 상기 식에 의하여 DC 링크 전압의 변동에 따라 실제 인가되는 전압이 지령 전압과 동일하도록 보상된다.At this time, V1 corresponds to the current DC link voltage, and V2 corresponds to the reference DC link voltage. According to the above equation, the voltage actually applied according to the variation of the DC link voltage is compensated to be equal to the command voltage.
바람직하게는 상기 모터 제어 장치는 모터의 속도제어에 사용될 수 있다.Preferably the motor control device can be used for speed control of the motor.
도 10은 본 발명에 의한 전압 제한치 변경기능을 구비한 모터 제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 본 발명에 의한 전압 제한치 변경기능을 구비한 모터 제어 방법을 도 9와 결부시켜 설명하기로 한다.10 is a flowchart illustrating a motor control method having a voltage limit change function according to the present invention. A motor control method having a voltage limit change function according to the present invention will be described with reference to FIG.
도 10을 참조하면, DC전압부는 인버터로 DC전압을 인가한다(S1단계). 상기 DC 링크 전압감지부(900)는 상기 DC전압을 인가하는 DC전압부의 DC 링크 전압을 감지한다(S2단계).Referring to FIG. 10, the DC voltage unit applies a DC voltage to the inverter (step S1). The DC link
상기 전압제한치 변경부(910)는 현재 DC 링크 전압이 기준 DC 링크 전압보다 저하되었는지 판단한다(S3단계). 판단 결과, 현재 DC 링크 전압이 기준 DC 링크 전압보다 저하되었다고 판단되는 경우, 전압제한치 변경부(910)는 지령전압의 최대치를 변경한다(S4단계).The voltage
판단결과 현재 DC 링크 전압이 기준 DC 링크 전압보다 저하되었다고 판단되지 않거나 상기 전압제한치 변경부(910)에서 지령전압의 최대제한치를 변경한 후에는, 상기 전압보상부(920)는 DC링크 전압 변동에 따라 지령전압을 보상한다(S5단계). 즉, 기준 DC 링크 전압보다 현재 DC 링크 전압이 낮으면 지령전압을 그에 비례하여 증가시키고, 기준 DC 링크 전압보다 현재 DC 링크 전압이 낮으면 지령전압을 그에 비례하여 감소시킨다.If it is determined that the current DC link voltage is lower than the reference DC link voltage, or the maximum limit value of the command voltage is changed by the voltage
보상된 지령전압에 의해 SVPWM에 전압이 인가되고, 이때 인가 전압은 지령전압의 최대치 이내에서 동작하므로 제어기의 응답성의 저하가 방지된다. The voltage is applied to the SVPWM by the compensated command voltage. At this time, since the applied voltage operates within the maximum value of the command voltage, the degradation of the responsiveness of the controller is prevented.
또한 바람직하게는 상기 모터 제어 방법은 모터의 속도 제어에 사용될 수 있다. Also preferably, the motor control method may be used to control the speed of the motor.
이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Such a method and apparatus of the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for clarity, but these are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 일반적인 모터 제어에 있어서 DC 링크 전압을 감지하고, 지령 전압의 한계치를 현재 DC 링크 전압에 연동하여 변경시키는 모터 제어장치를 제공함으로써 제어기 응답성의 저하를 방지하고, 높은 지령전압에서 낮은 지령전압으로 복원시에 직류 성분에 의한 지연 등의 발생을 방지하는 효과가 있다.As described above, the present invention provides a motor control device that senses a DC link voltage in general motor control and changes the threshold value of the command voltage in conjunction with the current DC link voltage, thereby preventing degradation of controller responsiveness. Therefore, there is an effect of preventing the occurrence of a delay due to the DC component when restoring from the high command voltage to the low command voltage.
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