KR101184844B1 - 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치 - Google Patents

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김윤호
진강환
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치가 개시된다. 개시되는 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치는 회전하는 고주파 전압 신호를 인가하여 상기 영구자석 동기 전동기의 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 고주파 주입방식 추정부; 모델기준 적응 시스템(Model Reference Adaptive System: MRAS)을 이용하여 상기 영구자석 동기 전동기의 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 MRAS 추정부를 포함하되, 상기 영구자석 동기 전동기가 기 설정된 기준속도 이하로 동작하는 경우 상기 고주파 주입방식 추정부를 이용하여 상기 회전자의 위치 및 속도를 추정하며, 상기 기준속도를 초과하는 경우 상기 MRAS 추정부를 이용하여 상기 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 영구자석 동기 전동기의 기준속도 이하의 일정 토크 영역과 기준속도 이상의 일정 출력 영역의 두 영역에 서로 다른 센서리스 제어방법을 적용하여 위치 및 속도를 추정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 각 방법에 의해 추정된 회전자 속도와 위치의 차이로 인해 발생될 수 있는 전환시의 과도 현상을 방지함으로써 전체 속도 영역에서의 센서리스 제어가 가능한 장점이 있다.

Description

영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치{SENSORLESS CONTROL DEVICE OF AN INTERIOR BURIED PERMANENT MAGNETIC SYNCHRONOUS MOTOR}
본 발명의 실시예들은 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 영구자석 전동기의 전체 속도구간에서의 회전자의 위치 및 속도의 검출을 위한 센서리스 제어장치에 관한 것이다.
현재 진행되고 있는 국내 고속철도 기술은 경쟁력 제고를 통한 국내외 고속철도 시장의 능동적 대응과 지속 가능한 미래 성장동력산업의 기반기술 확보를 위하여 영업속도 350[km/h], 시험 최고속도 400[km/h]급 차세대 고속철도 시스템이 개발되고 있다.
고속철도의 고속화를 위하여서는 소형화, 경량화가 유리하고 고효율, 고출력을 갖는 전동기의 적용이 필수적이다. 이러한 조건으로 인해 차세대 고속철도의 주 전동기로 매입 형 영구자석 동기 전동기(Interior buried Permanent Magnetic Synchronous Motor)를 적용한 연구가 진행되고 있다.
영구자석 동기 전동기는 영구자석이 회전자에 매입된 형태를 갖고 있어 구조적으로 안정성이 크고, 자기적 돌극성이 커 넓은 속도 영역 운전을 위한 약계자 제어성과 출력/토크 밀도가 우수하여 고효율 운전이 가능한 장점이 있다. 이러한 영구자석 동기 전동기의 장점을 이용하여 영구자석 동기 전동기의 전체 속도 구간의 운전 특성에 따라 단위 전류당 최대토크제어(Maximum Torque Per Ampere: MTPA)와 약계자 제어기법을 적용하여 속도제어를 할 수 있다.
회전자 자속 기준 벡터제어가 사용되는 영구자석 동기전동기의 경우, 정확한 토크 발생을 위해서 회전자 자속의 정확한 위치정보가 필수적이기 때문에 레졸버나 엔코더 등의 위치센서가 장착되어 사용되고 있다. 하지만 이러한 센서의 장착은 제품의 부피 및 가격을 상승시키고 주위의 온도나 환경에 따라 그 특성이 변화하는 단점을 가지게 된다. 이러한 문제로 인해 필요로 하는 파라미터를 추출하여 회전자의 위치와 속도를 추정하는 센서리스 제어 기법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
AC 모터를 위한 센서리스 동작의 구체적인 수행은 기본파 성분의 여기 방법과 고주파 주입 방식의 두 가지 종류로 주로 나누어질 수 있다. 기본파 성분 여기 방법은 우수한 동특성을 갖지만 모터 파라미터의 변동에 민감하고 모터 역기전력이 매우 작은 0 또는 매우 낮은 속도의 경우 적용이 어렵기 때문에 중속, 고속 영역 동작에 적합하다. 고주파 신호 주입 방식은 고주파 신호를 주입하고 회전자 위치정보를 포함하고 있는 고주파 전류 성분을 추출하는 것에 의해 회전자 위치 자기-센싱을 실현한다. 이것은 회전자의 공간적인 돌극성을 검출하기 위해 외부적으로 유지되는 고주파 여기를 사용한다. 따라서 저속 또는 0의 속도에도 회전자의 위치를 얻을 수 있고 모터 파라미터 변동에도 강인한 특징을 갖는다. 하지만 복잡한 신호 처리 과정으로 인해 그 기법의 동특성에 영향을 미치고 인버터에 의해 인가되는 전압이 최대가 되는 약계자 영역의 고속 동작에는 적합하지 않다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 영구자석 동기 전동기의 전체 속도 구간에서의 회전자 위치 및 속도의 검출을 할 수 있는 센서리스 제어장치 및 제어방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치에 있어서, 회전하는 고주파 전압 신호를 인가하여 상기 영구자석 동기 전동기의 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 고주파 주입방식 추정부; 모델기준 적응 시스템(Model Reference Adaptive System: MRAS)을 이용하여 상기 영구자석 동기 전동기의 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 MRAS 추정부를 포함하되, 상기 영구자석 동기 전동기가 기 설정된 기준속도 이하로 동작하는 경우 상기 고주파 주입방식 추정부를 이용하여 상기 회전자의 위치 및 속도를 추정하며, 상기 기준속도를 초과하는 경우 상기 MRAS 추정부를 이용하여 상기 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치가 제공된다.
여기서, 상기 영구자석 동기 전동기의 속도범위는 상기 기 설정된 기준 속도 이하의 일정 토크 영역 및 상기 기 설정된 기준 속도를 초과하는 일정 출력 영역으로 분할될 수 있다.
또한, 상기 기 설정된 속도를 중심으로 하는 경계영역에서의 상기 회전자의 속도 및 위치는 상기 고주파 주입 추정부 및 상기 MRAS 추정부를 통해 추정된 회전자의 속도 및 위치가 합산되어 추정되며, 상기 경계영역에서의 상기 영구자석 동기 전동기의 속도의 증가에 따라 상기 고주파 주입 추정부에서 추정된 속도 및 위치에 제 1가중치를 곱하며, 상기 MRAS 추정부에서 추정된 속도 및 위치에 제2 가중치를 곱하는 가중치부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 가중치는 상기 속도의 증가에 따라 1에서 0으로 감소하며, 상기 제2 가중치는 상기 속도의 증가에 따라 0에서 1로 증가할 수 있다.
상기 제1 가중치와 상기 제2 가중치의 합은 1을 유지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 영구자석 동기 전동기의 기준속도 이하의 일정 토크 영역과 기준속도 이상의 일정 출력 영역의 두 영역에 서로 다른 센서리스 제어방법을 적용하여 위치 및 속도를 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 각 방법에 의해 추정된 회전자 속도와 위치의 차이로 인해 발생될 수 있는 전환시의 과도 현상을 방지함으로써 전체 속도 영역에서의 센서리스 제어가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 가변속 운전 토크-속도 곡선을 도시한 도면이다.
도 3은 정지좌표계상에서 높은 주파수로 회전하는 전압신호를 인가하는 센서리스 제어 방식의 블록다이어그램을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MRAS의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 추정부에 의해 추정된 속도 및 위치를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 센서리스 제어장치(100)는 속도 제어부(101), 전류 제어부(103), 인버터부(105), 영구자석 동기 전동기(107), 추정부(109) 및 가중치부(111)를 포함할 수 있다.
센서리스 제어장치(100)의 전체적인 구동은 지령속도(
Figure 112011035808437-pat00001
)와 추정속도가 비교되어 속도 제어부(101)로 입력되고, 속도 제어부(101)는 단위전류당 최대토크제어와 약계자 제어를 위한 지령 전류를 생성한다. 지령 전류는 전류 제어부(103)에 입력되고, 전류제어부(103)는 지령 전압을 생성하여 인버터부(105)에 인가한다. 인버터부(105)는 공간 벡터 펄스 폭 변조(Space Vector Pulse Width Modulation: SVPWM) 방식에 의해 구동되는 인버터의 출력으로 영구자석 동기 전동기(107)를 구동하며, 영구 자석 동기 전동기의 출력 전류를 이용하여 추정부(109)는 영구자석 동기 전동기의 회전자의 위치 및 속도를 추정한다. 추정부(109)는 영구자석 동기 전동기의 속도 구간에 따라 고주파 주입방식 추정부(120) 및 MRAS 추정부(130)을 이용하여 회전의 위치 및 속도를 추정한다. 가중치부(111)는 각 추정부(120,130)에 의해 추정된 회전자 속도와 위치의 차이로 인해 발생될 수 있는 전환시의 과도 현상을 방지하기 위해 각 추정부(120,130)에서 추정된 회전자의 속도와 위치에 가중치를 적용한다. 이하 각 구성요소 별로 그 기능을 상술하기로 한다.
속도 제어부(101)는 영구자석 동기 전동기(107)의 전체 속도범위에서의 속도를 제어한다.
영구자석 동기 전동기의 속도범위를 설명하기 위한 영구 자석 동기 전동기(107)의 회전자 자속 방향과 관련된 회전 좌표계의 등가 모델은 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112011035808437-pat00002
여기서,
Figure 112011035808437-pat00003
은 회전좌표계 d, q축 고정자 전압,
Figure 112011035808437-pat00004
는 회전 좌표계 d, q축 고정자 전류,
Figure 112011035808437-pat00005
는 회전좌표계 d, q축 인덕턴스,
Figure 112011035808437-pat00006
는 고정자 저항,
Figure 112011035808437-pat00007
은 전기 각속도,
Figure 112011035808437-pat00008
는 영구자석에 의한 쇄교자속을 각각 의미한다.
이에 따라, 영구자석 동기 전동기(107)의 토크식은 하기의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112011035808437-pat00009
여기서,
Figure 112011035808437-pat00010
는 영구자석 동기 전동기의 토크를 의미한다.
영구자석 동기 전동기(107)의 가변속 구동은 VVVF 제어, 즉 주파수와 전압의 가변을 통해 이루어지며 속도범위는 도 2와 같이 두 영역으로 나누어진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 가변속 운전 토크-속도 곡선을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면 영구자석 동기 전동기(107)의 속도범위는 기준속도 이하의 일정 토크 영역과 기준속도를 초과하는 일정 출력 영역의 두 영역으로 나누어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 속도 제어부(101)는 영구자석 동기 전동기(107)의 초기 가동 시 일정 토크 영역에서는 단위 전류당 최대 토크 제어기법(Maximum Torque Per Ampere: MTPA)을 적용하며, 일정 출력 영역에서는 약계자 제어기법을 적용할 수 있다. 이때 제어기법의 전환 시 발생하는 과도상태를 줄이기 위해 과변조 구간을 삽입하여 양 영역 사이의 급격한 전압 변화를 방지할 수 있다. 단위 전류당 최대 토크 제어기법 및 약계자 제어기법은 종래기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
전류 제어부(103)는 속도 제어부(101)에서 출력되는 전류를 제어한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전류 제어부(103)는 d축과 q축으로 나누어 전류를 제어할 수 있다.
인버터부(105)는 공간 벡터 펄스 폭 변조(Space Vector Pulse Width Modulation: SVPWM)기법을 이용하여 인버터를 제어할 수 있다. 인버터는 가변 전압 가변 주파수 공급장치로서 영구자석 동기 전동기(107)의 속도 및 출력을 조정하는 기능을 하며 인버터의 출력으로 영구자석 동기 전동기(107)가 구동된다.
추정부(109)는 영구자석 동기 전동기(107)의 출력 전류를 이용하여 영구자석 동기 전동기의 회전자의 위치 및 속도를 추정하며 고주파 주입방식 추정부(120), 및 MRAS 추정부(130)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 일정 토크 영역에서는 고주파 주입 방식 추정부(120)를 이용하여 영구자석 동기 전동기(107)의 회전자의 위치 및 속도를 추정하며, 일정 출력 영역에서는 MRAS 추정부(130)를 이용하여 회전자의 위치 및 속도를 추정할 수 있다.
즉, 0 속도 및 저속 영역인 일정 토크 영역에서는 전동기의 역 기전력을 이용하한 센서리스 방식의 적용이 불가능하므로 회전하는 고주파 전압신호를 인가하여 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 방식인 고주파 신호 주입방식을 적용하여 센서리스 제어를 하며, 중속 및 고속 영역인 일정 출력 영역에서는 전동기의 역기전력을 이용한 센서리스 방식인 모델기준 적응 시스템(Model Reference Adaptive System: MRAS)을 이용하여 회전자의 위치 및 속도를 추정할 수 있다.
고주파 주입방식 추정부(120)는 일정 토크 영역에서 회전하는 고주파 접압 신호를 인가하여 회전자의 위치 및 속도를 추정한다.
보다 상세하게 정지 좌표계 상에서 회전하는 고주파 전압신호를 인가하고 정지 좌표계상의 전류 중에서 인가된 전압과 같은 주파수 성분을 추출하여 신호 처리과정을 거치면 회전자의 위치 추정 오차 정보를 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 회전자의 위치 추정오차를 관측 제어기(observer-controller)와 기계 시스템의 모델에 통과시켜 화전자의 위치 및 속도를 추정할 수 있는데 그 과정을 식으로 나타내면 다음과 같다.
영구 자석 동기 전동기의 d, q축 인덕턴스가 다르다고 가정하면 정지 좌표계상의 전압 방정식을 하기의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112011035808437-pat00011
여기서,
Figure 112011035808437-pat00012
는 정지 좌표계상의 전압 방정식,
Figure 112011035808437-pat00013
는 인가된 전압,
Figure 112011035808437-pat00014
는 전압의 주파수를 의미한다.
회전자 속도에 의한 역기전력 전압의 영향을 제외하기 위하여 회전자 속도를 0으로 가정하면 상기의 수학식 3은 하기의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112011035808437-pat00015
상기의 수학식 4에서 높은 주파수의 전압 신호가 인가되고 인가 전압의 주파수가 충분히 높아 고정자 저항에 의한 전압강하가 상대적으로 작다고 가정하면 다음과 같은 수학식 5로 정리될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112011035808437-pat00016
Figure 112011035808437-pat00017
여기서,
Figure 112011035808437-pat00018
이고 정지 좌표계 상에서 높은 주파수로 회전하는 전압 신호를 인가하고 수학식 5를 전류에 대하여 정리하면 하기의 수학식 6과 같이 정리될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112011035808437-pat00019
여기서,
Figure 112011035808437-pat00020
는 정지 좌표계상의 전류 방정식을 의미한다.
도 3은 정지좌표계상에서 높은 주파수로 회전하는 전압신호를 인가하는 센서리스 제어 방식의 블록다이어그램을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 높은 주파수의 전압신호는 전류 제어부(103)의 출력 전압 지령에 더해지고 인버터부(105)의 PWM 인버터가 두 가지의 전압을 한번에 합성한다. 전류 제어부(103)의 궤환 전류는 인가되는 높은 주파수 전압 성분의 영향을 제거하기 위해 저역통과필터(LPF)에 측정된 전류를 통과시켜 얻으며, 회전자 위치 및 속도의 추정을 위한 전류는 대역 통과 필터(BPF)에 측정된 전류를 통과시켜 인가된 높은 주파수 전압에 의한 성분만을 얻는다.
수학식 6에 헤테로다인 방식을 사용한 신호처리를 수행하면 회전자의 위치 추정오차를 포함하는 신호를 하기의 수학식 7과 같이 얻을 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112011035808437-pat00021
여기서,
Figure 112011035808437-pat00022
는 회전자의 위치 추정오차를 포함하는 신호를 의미한다.
수학식 7의 회전자의 위치 추정오차를 포함하는 신호를 저역 통과 필터를 사용하여 필요 없는 주파수 성분을 제거하면 하기의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112011035808437-pat00023
수학식 8로부터 신호처리의 최종 출력으로 얻어진 신호는 회전자의 위치 추정 오차에 비례하며 그 신호의 크기는 인가되는 전압의 크기 및 주파수, 인덕턴스의 차이 등에 관계됨을 알 수 있으며, 이것을 0이 되도록 함으로써 회전자의 위치를 추정할 수 있다.
MRAS 추정부(130)는 일정 출력 영역 에서 모델기준 적응 시스템(Model Reference Adaptive System: MRAS)을 이용하여 회전자의 위치 및 속도를 추정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MRAS의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, MRAS는 조절 모델(401)의 출력을 기준 모델의 출력, 즉 영구자석 동기 전동기(107)의 실제 출력과 비교하여 출력의 오차를 0으로 제어하여 수행된다. 조절 모델(401)은 지령에 대한 영구자석 동기 전동기(107)의 수식적인 방정식에 의해 모델화된 출력을 얻는다.
오차를 0으로 만들 수 있는 최적의 적응 메커니즘을 얻기 위해서 전류를 상태 변수로 하는 전압 방정식을 하기의 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112011035808437-pat00024
수학식 9를 이용하여 전류
Figure 112011035808437-pat00025
과
Figure 112011035808437-pat00026
을 상태 변수로 놓고 입력 변수
Figure 112011035808437-pat00027
와
Figure 112011035808437-pat00028
를 전압으로 하여 영구자석 동기 전동기의 상태 방정식을 구하면 하기의 수학식 10과 같다.
[수학식 10]
Figure 112011035808437-pat00029
전동기의 속도
Figure 112011035808437-pat00030
의 정보가 포함된다면 수학식 10은 영구자석 동기 전동기의 수학적 모델에 의해 회전자 속도에 따라 결정된다. 이러한 변동은 조절모델에 의해 조절되며 실제 전동기인 기준 모델을 따라가게 된다.
조절모델(401)과 기준 모델은 모두 전류 출력을 갖는다. 두 모델의 전류 출력 오차가 확실한 적응 모델(403)의 메커니즘을 거치면 회전자의 속도에 대한 값을 얻을 수 있다. 또한 회전자의 위치는 이렇게 구한 회전자의 속도의 적분을 통해 얻을 수 있다.
적응 모델(403)을 위한 안정도 판정과 속도를 얻기 위해 수학식 10을 하기의 수학식 11과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112011035808437-pat00031
MRAS 방식을 통한 회전자 속도는 영구자석 동기 전동기(107)의 실제 출력 전류와 조절 모델(401)의 전류에 대한 오차를 0으로 만드는 것에 의해 얻어진다. 따라서, 두 모델의 오차를 e라고 한다면 하기의 수학식 12와 같은 식으로 표현할 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112011035808437-pat00032
여기서,
Figure 112011035808437-pat00033
을 의미한다.
이어서,
Figure 112011035808437-pat00034
의 방정식은 하기의 수학식 13과 같이 수행될 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112011035808437-pat00035
여기서
Figure 112011035808437-pat00036
은 회전자의 추정 속도를 의미한다.
이를 전류에 의한 식으로 변환하면 하기의 수학식 14와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 14]
Figure 112011035808437-pat00037
여기서,
Figure 112011035808437-pat00038
과
Figure 112011035808437-pat00039
은 적응 모델(403)을 통하여 계산될 수 있으며,
Figure 112011035808437-pat00040
과
Figure 112011035808437-pat00041
은 측정된 고정자 전류의 변환 식에 의해 얻어질 수 있다.
가중치부(111)는 고주파 주입 추정부(120) 및 MRAS 추정부(130)에 의해 각각 추정된 회전자 속도와 위치의 차이로 인해 발생될 수 있는 전환시의 과도 현상을 방지하기 위해 각 추정부(120,130)에서 추정된 회전자의 속도와 위치에 가중치를 적용한다.
보다 상세하게, 고주파 주입 추정부(120)를 통해 일정 토크 영역의 회전자의 속도 및 위치가 추정되며, MRAS 추정부(130)를 통해 일정 출력 영역의 회전자의 속도 및 위치가 추정된다. 따라서, 일정 토크 영역과 일정 출력 영역의 경계영역에서 고주파 주입 추정부(120)를 통한 회전자의 속도 및 위치 추정에서 MRAS 추정부(130)를 통한 회전자의 속도 및 위치 추정으로의 전환이 순간적 이루어지게 되면 제어 알고리즘에 적용되는 상태의 값이 순간적으로 변하게 되어 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 제거하기 위해 추정부(109)는 고주파 주입 추정부(120) 및 MRAS 추정부(130)를 통해 추정된 회전자의 속도 및 위치를 합산하여 회전자의 속도 및 위치를 추정할 수 있으며 가중치부(111)를 통해 일정시간 동안 부드러운 전환이 이루어지도록 할 수 있다.
즉, 가중치부(111)는 경계속도 영역에서의 영구자석 동기 전동기의 속도의 증가에 따라 고주파 주입 추정부(120)에서 추정된 속도 및 위치에 1에서 0으로 감소하는 제1 가중치를 곱하여 속도가 증가될수록 고주파 주입 추정부(120)에서 추정된 속도 및 위치의 크기가 감소되도록 하며, MRAS 추정부(130)에서 추정된 속도 및 위치에는 0에서 1로 증가하는 제2 가중치를 곱하여 속도가 증가될수록 MRAS 추정부(130)에서 추정된 속도 및 위치의 크기가 증가하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 가중치 및 제2 가중치의 합은 1을 유지할 수 있으며, 제1 가중치 및 제2 가중치의 변화는 일정 토크 영역과 일정 출력 영역의 경계영역에서만 이루어질 수 있다.
다시 말하면, 일정 토크 영역에서 제1 가중치는 1, 제2 가중치는 0의 값을 유지하며, 일정 토크 영역과 일정 출력 영역의 경계 영역에서 제1 가중치는 1에서 0으로 감소, 제2 가중치는 0에서 1로 증가되며, 일정 출력 영역에 진입하는 경우 제1 가중치는 0, 제2 가중치는 1의 값을 유지할 수 있다.
그 결과 0속도 및 저속 영역에서는 고주파 전압 신호 주입방식이 주된 센서리스 제어 방식으로 사용되며 중속, 고속 영역에서는 MRAS 방식이 주된 센서리스 제어 방식으로 사용될 수 있으며, 제어 방식의 전환 또한 부드럽게 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 추정부에 의해 추정된 속도 및 위치를 도시한 도면이다.
도 5(a)는 영구자석 동기 전동기(107) 의 실제속도와 추정부(109)에 의해 추정된 속도를 도시한 도면이며, 도 5(b)는 영구자석 동기 전동기(107)의 실제 위치와 추정부(109)에 의해 추정된 위치를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 영구자석 동기 전동기(107)의 실제 속도 및 위치와 추정부(109)에 의해 추정된 속도 및 위치는 거의 유사함을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
101: 속도 제어부 103: 전류 제어부
105: 인버터부 107: 영구자석 동기 전동기
109: 추정부 111: 가중치부
120: 고주파 주입방식 추정부 130: MRAS 추정부
401: 조절 모델 403: 적응 모델

Claims (6)

  1. 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치에 있어서,
    고주파 전압 신호를 인가하여 상기 영구자석 동기 전동기의 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 고주파 주입방식 추정부;
    모델기준 적응 시스템(Model Reference Adaptive System: MRAS)을 이용하여 상기 영구자석 동기 전동기의 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 MRAS 추정부; 및
    상기 고주파 주입방식 추정부에서 추정된 회전자의 속도 및 위치에 제1 가중치를 적용하며, 상기 MRAS 추정부에서 추정된 회전자의 속도 및 위치에 제2 가중치를 적용하는 가중치부-상기 제1 가중치 및 제2 가중치의 합은 1임-를 포함하되,
    상기 영구자석 동기 전동기의 속도는 저속 영역, 경계 영역 및 중속 이상 영역으로 구분되며, 상기 가중치부는 상기 저속 영역에서는 상기 제1 가중치를 1로 적용하고, 상기 중속 이상 영역에서는 상기 제2 가중치를 1로 적용하며, 상기 경계 영역에서는 상기 영구자석 동기 전동기의 속도에 따라 상기 제1 가중치를 1에서 0으로 감소시키고, 상기 제2 가중치를 0에서 1로 증가시켜 상기 고주파 주입방식 추정부 및 상기 MRAS 추정부에서 추정된 회전자의 속도 및 위치를 합산하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어장치.

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