KR100999302B1 - 인버터 지연 측정방법 - Google Patents

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Abstract

이 발명은 하이브리드 또는 연료전지 자동차에 장착된 각 인버터의 전압인가시간 지연특성을 정확하게 측정하는 방법에 관한 것이다.
이 발명의 인버터 지연 측정방법은, 인버터의 소프트웨어 지연을 이론치로 설정하여 레졸버 옵셋 보정을 수행하는 제1단계와, 모터의 제1속도에서 레졸버 옵셋 보정을 수행하여 제1레졸버 옵셋을 측정하는 제2단계와, 상기 모터의 제2속도에서 레졸버 옵셋 보정을 수행하여 제2레졸버 옵셋을 측정하는 제3단계와, 상기 제1속도와 제1레졸버 옵셋과 제2속도와 제2레졸버 옵셋을 이용하여 인버터의 하드웨어 지연을 계산하고, 상기 인버터의 소프트웨어 지연과 하드웨어 지연을 가산하여 인버터 지연을 보상하는 제4단계를 포함한다.
인버터, 레졸버, 지연, 하드웨어지연, 소프트웨어지연

Description

인버터 지연 측정방법 {compensation method of delay of an inverter}
이 발명은 하이브리드 또는 연료전지 자동차의 인버터 지연을 보상하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각 인버터의 지연 특성을 정확하게 측정 및 보정하는 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차나 연료전지 자동차의 경우, 모터의 구동전력은 인버터로부터 전력케이블을 통해 모터로 전달된다.
도 1은 하이브리드 자동차나 연료전지 자동차의 전력계통을 도시한 도면이다.
하이브리드 자동차나 연료전지 자동차의 전력계통은 배터리(110)와, 메인릴레이(120)와, 인버터시스템(130)과, 영구자석동기모터(IPM모터)(140)로 이루어진다.
인버터시스템(130)은, 파워모듈(IGBT)(131)과, 직류단커패시터(132)와, 전압센서(133)와, 전압센싱회로(134)와, 전류센서(135)와, 전류센싱회로(136)와, 중앙 처리장치(137)와, PWM출력회로(138)로 이루어진다.
파워모듈(131)은 배터리(110)와 IPM모터(140) 사이의 전기적 에너지를 전달한다. 직류단커패시터(132)는 인버터시스템(130)의 동작에 의한 직류전압의 리플 성분을 흡수하여 배터리(110)로 리플성분이 전달되지 않도록 한다. 전압센서(133)는 인버터 직류전압 즉, 직류단커패시터(132)의 양단 전압을 측정하여 인버터시스템 제어에 사용될 수 있도록 한다.
전압센싱회로(134)는 전압센서(133)에서 감지된 직류단커패시터(132)의 양단 전압을 처리하여 아날로그/디지털 변환기에 입력가능한 크기 범위로 조정하는 동시에 노이즈 등에 의하여 전압측정오차가 발생하지 않도록 한다. 전류센서(135)는 인버터 시스템에서 출력되는 교류전류를 측정하여 인버터 제어에 사용될 수 있도록 한다. 전류센싱회로(136)는 전류센서(135)의 출력을 처리하여 아날로그/디지털 변환기에 입력 가능한 크기 범위로 조정하는 동시에 노이즈 등에 의하여 전류측정오차가 발생하지 않도록 한다.
중앙처리장치(137)는 인버터 제어 소프트웨어가 탑재되어 있으며, 직류단커패시터(132)의 양단 전압과 인버터의 출력 교류전류를 사용하여 인버터의 동작을 제어한다. PWM출력회로(138)는 중앙처리장치(137)의 제어를 받아 파워모듈(131)에게 PWM 제어신호를 출력한다.
IPM모터(140)에는 모터의 위치제어를 위한 레졸버(141)가 장착된다.
도 1에서 'A'부분에서는 연산지연과 PWM 스위칭지연 등과 같은 소프트웨어 지연이 발생하고, 'B'부분에서는 하드웨어 회로지연이 발생한다. 소프트웨어 지연 은 도 2에 도시된 바와 같이 제어연산을 위한 출력 교류전류의 샘플 시점으로부터 한 주기의 연산지연과, 반 주기의 PWM(펄스폭변조) 스위칭지연으로 이루어진다. 따라서, 인버터의 출력전압의 소프트웨어 지연은 출력 교류전류 샘플링 주기의 1.5배가 된다. 또한, 하드웨어 지연은 PWM출력회로 지연과 전류센싱회로 지연으로 이루어진다.
이러한 자동차의 전력계통에서 정확한 모터제어를 위해서는 모터회전자의 정확한 위치를 파악하고 인버터 지연을 보상해야 한다.
인버터 지연을 보상하는 기술은 하드웨어 회로지연을 측정하고, 이 하드웨어회로지연에 소프트웨어 연산지연 및 PWM스위칭지연을 감안하여 출력전압을 선인가하는 방식을 이용한다. 즉, 모터는 회전하기 때문에, 한 시점에서 지령된 출력전압 지령은 인버터 지연시간만큼 제어좌표계가 회전한 후에 인가되므로 회전방향과 반대로 회전되어 인가되는 효과를 가지게 된다. 이를 보상하기 위해서 회전효과 만큼을 역으로 미리 회전하여 인가함으로써, 이를 보상한다. 도 3은 인버터 지연 벡터도를 도시한다.
도 4는 종래의 인버터 지연 측정방법을 도시한 동작 흐름도이다. 모터회전수(N)을 '모터최대회전속도(Nmax)/2'로 설정하고, 인버터지연값(InvLag)를 1.5T로 설정한 후, 모터의 D축, Q축 전류(Idq)를 0으로 인가한다(S41).
다음, 모터회전수가 N(=모터최대회전속도(Nmax)/2)일 때의 q축 전압(Vq1)과, 모터회전수가 -N(=-모터최대회전속도(Nmax)/2)일 때의 q축 전압(Vq2)을 측정한다(S42).
인버터지연값(InvLag)을 인버터지연상수증가분(ΔT)만큼 증가시킨다(S43).
다음, 모터회전수가 N(=모터최대회전속도(Nmax)/2)일 때의 q축 전압(Vq3)과, 모터회전수가 -N(=-모터최대회전속도(Nmax)/2)일 때의 q축 전압(Vq4)을 측정한다(S44).
단계 S42와 단계 S44의 수행 결과를 이용하여, Vq3과 Vq4의 차이의 절대값(|Vq3 - Vq4|)과, Vq1과 Vq2의 차이의 절대값(|Vq1 - Vq2|)을 비교하여, 후자가 크면 단계 S43으로 진행하고, 전자가 크면 현재 인버터지연값(InvLag)을 인버터지연상수최종적용값(InvLagResult)으로 적용한다(S46).
이러한 종래의 인버터 지연 보상방법은 샘플 인버터를 기준으로 도 4에 도시된 바와 같이 인버터지연상수를 계산한 후, 모든 인버터의 지연 보상을 샘플 인버터의 인버터지연상수를 기준으로 실시하였다. 따라서, 각 개별 인버터의 지연 특성을 반영한 정확한 지연보상이 이루어지지 않았다. 이로 인해, 전류제어오차, 토크제어오차가 발생하여 토크제어 성능이 저하되고, 동력 성능 저하 및 회생제동오차가 발생하여 결국 차량 성능이 저하되는 문제점이 있다.
이 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 이 발명의 목적은 하이브리드/연료전지 자동차에 장착된 인버터별로 고유의 인버터 지연을 직접 정확하게 측정하여, 측정된 인버터지연을 기준으로 해당 인버터의 지연을 정확하게 보상할 수 있도록 하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 이루기 위한 이 발명의 인버터 지연 측정방법은, 인버터의 소프트웨어 지연을 이론치로 설정하여 레졸버 옵셋 보정을 수행하는 제1단계와, 모터의 제1속도에서 레졸버 옵셋 보정을 수행하여 제1레졸버 옵셋을 측정하는 제2단계와, 상기 모터의 제2속도에서 레졸버 옵셋 보정을 수행하여 제2레졸버 옵셋을 측정하는 제3단계와, 상기 제1속도와 제1레졸버 옵셋과 제2속도와 제2레졸버 옵셋을 이용하여 인버터의 하드웨어 지연을 계산하고, 상기 인버터의 소프트웨어 지연과 하드웨어 지연을 가산하여 인버터 지연을 보상하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 이 발명에 따르면 각각의 인버터의 고유의 인버터 지연을 정확하게 측정하고 보정되도록 함으로써 출력전압을 정확한 순간에 인가할 수 있기 때 문에 모터 토크 제어 성능 저하에 따른 차량의 성능(동력 성능 및 연비 성능)의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 자동차의 인버터 지연을 표시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 인버터 지연은 소프트웨어 지연과 하드웨어 지연으로 이루어진다. 소프트웨어 지연은 연산지연과 PWM 스위칭지연으로 이루어지며, 소프트웨어 지연을 수식으로 표현하면 e-j1.5T 이다. 하드웨어 지연은 PWM 출력회로 지연(e-jTdInv)과 전류센싱회로 지연(e-jTdSns)으로 이루어진다.
이 발명에 따른 인버터 지연 보상방법은, 우선 소프트웨어 지연을 1.5T로 초기 설정한 후 서로 다른 두 속도에 대한 레졸버 옵셋값을 측정하여 하드웨어 지연을 계산함으로써 이루어진다.
도 6은 이 발명에 따른 인버터 지연 측정방법을 도시한 동작 흐름도이다.
먼저, 인버터의 소프트웨어 지연을 이론치인 1.5T로 설정하고 레졸버 옵셋 보정을 수행한다(S61). 인버터의 하드웨어 지연(Td) 계산을 수행할 지 여부를 확인하고(S62), 제1속도(Wr1)에서 레졸버 옵셋 보정을 수행하고(S63), 제1레졸버 옵셋(RsvOffset, θ1)을 측정한다(S64).
다음, 제2속도(Wr2)에서 레졸버 옵셋 보정을 수행하고(S65), 제2레졸버 옵 셋(RsvOffset, θ2)을 측정한다(S66).
다음, 제1속도(Wr1)와 제1레졸버 옵셋(θ1)과 제2속도(Wr2)와 제2레졸버 옵셋(θ2)을 수학식 1에 적용하여 인버터의 하드웨어 지연(Td)를 계산한다(S64).
[수학식 1]
Figure 112009012981408-pat00001
마지막으로, 레졸버 옵셋을 최종적으로 수행하고(S68), 모든 과정을 종료한다.
이렇게 계산된 하드웨어 지연과 소프트웨어 지연을 가산하면 인버터 지연을 측정할 수 있고, 이를 기반으로 인버터 지연을 정확하게 보상할 수 있다.
도 1은 하이브리드 자동차나 연료전지 자동차의 전력계통을 도시한 도면,
도 2는 소프트웨어 지연을 도시한 도면,
도 3은 인버터 지연 벡터도를 도시한 도면,
도 4는 종래의 인버터 지연 측정방법을 도시한 동작 흐름도,
도 5는 자동차의 인버터 지연을 표시한 도면,
도 6은 이 발명에 따른 인버터 지연 측정방법을 도시한 동작 흐름도이다.

Claims (1)

  1. 인버터의 소프트웨어 지연을 이론치로 설정하여 레졸버 옵셋 보정을 수행하는 제1단계와,
    모터의 제1속도에서 레졸버 옵셋 보정을 수행하여 제1레졸버 옵셋을 측정하는 제2단계와,
    상기 모터의 제2속도에서 레졸버 옵셋 보정을 수행하여 제2레졸버 옵셋을 측정하는 제3단계와,
    상기 제1속도와 제1레졸버 옵셋과 제2속도와 제2레졸버 옵셋을 이용하여 인버터의 하드웨어 지연을 계산하고, 상기 인버터의 소프트웨어 지연과 하드웨어 지연을 가산하여 인버터 지연을 보상하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 하는 인버터 지연 측정방법.
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