KR101272955B1 - 환경자동차용 모터 제어 방법 - Google Patents

환경자동차용 모터 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101272955B1
KR101272955B1 KR1020110130550A KR20110130550A KR101272955B1 KR 101272955 B1 KR101272955 B1 KR 101272955B1 KR 1020110130550 A KR1020110130550 A KR 1020110130550A KR 20110130550 A KR20110130550 A KR 20110130550A KR 101272955 B1 KR101272955 B1 KR 101272955B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
motor
command
voltage
speed
battery
Prior art date
Application number
KR1020110130550A
Other languages
English (en)
Inventor
김성규
최원경
곽무신
배수현
Original Assignee
기아자동차주식회사
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 기아자동차주식회사, 현대자동차주식회사 filed Critical 기아자동차주식회사
Priority to KR1020110130550A priority Critical patent/KR101272955B1/ko
Priority to JP2012146680A priority patent/JP6192263B2/ja
Priority to DE102012214256.8A priority patent/DE102012214256B4/de
Priority to US13/571,597 priority patent/US8907613B2/en
Priority to CN201210375476.4A priority patent/CN103144551B/zh
Application granted granted Critical
Publication of KR101272955B1 publication Critical patent/KR101272955B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/05—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/02—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit
    • B60L15/025—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit using field orientation; Vector control; Direct Torque Control [DTC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/15—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with additional electric power supply
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/427—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/429—Current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

본 발명은 모터에 구동 전원을 제공하는 배터리의 출력전압과 모터의 속도 및 토크지령을 입력 받는 단계와, 상기 배터리 출력전압과 상기 모터 속도 및 토크지령을 이용하여 자속 기반 전류지령 맵을 생성하는 단계 및 상기 자속 기반 전류지령 맵을 이용하여 전류 지령을 생성하는 단계를 포함하는 환경자동차용 모터 제어 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 모터시스템의 효율과 제어 안정성이 향상되는 효과가 있다.

Description

환경자동차용 모터 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING MOTOR OF GREEN CAR}
본 발명은 환경자동차용 모터 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드차량이나 전기자동차와 같은 환경자동차에 적용되는 구동모터의 토크를 효율적이고 신뢰성있게 제어하기 위한 환경자동차용 모터 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차와 같은 친환경 자동차의 구동모터는 비교적 높은 효율과 단위 체적 당 높은 토크를 얻을 수 있는 매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM: Interior Permanent Magnet Synchronous Machine)를 사용한다.
많은 경우 매입형 영구자석 동기 전동기의 토크제어를 위하여 일정 배터리 출력전압(인버터 입력전압) 조건에서 시험을 통해 구축된 속도 기반 전류지령 맵을 적용한다. 이러한 속도 기반 전류맵을 구축하기 위해서는 속도 및 토크지령 별로 다수의 시험데이터를 확보해야 하므로 상대적으로 개발기간이 많이 소요되게 된다. 또한 차량에서 배터리 전압이 전류 매핑 기준 전압보다 작을 경우에는 전압이 부족하여 전류제어 불안정을 야기하고, 전류 매핑 기준 전압보다 높은 경우에는 시스템 효율을 극대화할 수 없는 문제가 발생하게 되어 부가적인 알고리즘을 적용하여 문제를 개선하여야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 속도 기반 전류지령 결정 방법의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래 전류지령 결정 방법은 토크지령과 모터속도에 해당하는 id *, iq * 를 미리 측정된 테이블을 사용하여 전류지령을 결정하는 방법이다.
이 방법은 안정적인 토크제어를 할 수 있는 장점이 있으나, 다음과 같은 단점이 있어 부가적인 알고리즘이 필요하다. 즉, 토크지령과 모터속도만을 전류지령 생성기의 입력으로 하기 때문에 배터리 전압이 변동될 경우에는 전압 변동분에 대해 대처할 수 없으므로 모터시스템을 효율적으로 운전할 수 없다.
이를 방지하기 위해 배터리 출력전압이 부족할 경우에는 전압이용율(Modulation Index)제한 로직을, 배터리 출력전압이 여유가 있을 경우에는 전압변동보상로직과 같은 추가적인 알고리즘이 필요하다.
또한, 전류지령생성을 위해 모든 속도에서 스윕 데이터를 확보해야 하며, 제어안정성과 출력향상 상충이 불가피하게 되는 단점이 있다.
속도기반 전류지령 맵 방식 구조에서도 배터리 전압 변동을 반영하는 로직(전압변동보상로직)이 추가되어 있어 제한적으로 배터리 전압 변동을 반영한다. 하지만, 이 방법은 오프-라인 제어구조이며, 배터리 전압변동시 전류지령 맵 입력값에 모터속도값을 변화시키는 간접적인 방법이므로 실제 차량상태를 100%반영할 수 없는 방법이어서 실제 전압변동분을 반영하기에는 한계점이 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리 전압이 변화하여도 기본적인 제어 안정성이 유지될 수 있고, 모터와 관련된 오차에 의해 발생할 수 있는 한계를 극복하여 제어 강건성 및 정확도를 향상시킬 수 있으며, 하이브리드 차량이나 전기자동차 등에 적용되어 연비 및 동력성능을 향상시킬 수 있는 환경자동차용 모터 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 환경자동차용 모터 제어 방법을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 환경자동차용 모터 제어 방법은 상기 모터에 구동 전원을 제공하는 배터리의 출력전압과 모터의 속도 및 토크지령을 입력 받는 단계; 상기 배터리 출력전압과 상기 모터 속도 및 토크지령을 이용하여 자속 기반 전류지령 맵을 온라인(on-line)으로 생성하는 단계; 및 상기 자속 기반 전류지령 맵을 이용하여 전류 지령을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 배터리 출력전압(Vdc)과 상기 모터 속도(ωr)로부터 운전점 비율(1/λmax)을 생성하고, 상기 모터의 속도 및 토크지령을 이용하여 보상토크지령(T* e)을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전류지령으로부터 전압지령을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 출력전압(Vdc)과 상기 모터 속도(ωr) 및 상기 운전점 비율(1/λmax)은 하기 수학식의 관계를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
<수학식>
(상기 수학식에 있어서 상기 λd는 d축 쇄교자속이고, 상기 λq는 q축 쇄교자속이며, 상기 λmax는 Vdc와 ωr의 비율이다.)
상기 전압지령을 피드백하여 상기 운전점 비율(1/λmax) 생성에 반영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전압지령은 d축 전압지령과 q축 전압지령을 포함하고, 상기 d축 전압지령과 상기 q축 전압지령은 피드백 값(Vd,q_ref)으로 변환되어 수신되어 상기 운전점 비율(1/λmax) 생성에 반영하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전압지령으로부터 상전압지령을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 환경자동차용 모터 제어 방법에 의하면 기존 속도기반 전류지령맵의 경우와 달리 자동추출 방식(즉, 온라인)으로 맵이 생성되므로 맵 생성 기간이 단축되며, 맵 내부에 배터리 출력전압의 변동이 이미 반영되어 있는 구조여서 배터리 전압이 변화하여도 기본적인 제어 안정성이 유지되는 효과가 있다.
또한, 폐루프 방식의 전압이용율(Modulation Index) 제어 단계를 적용하여 모터 파라미터 산포 및 모델 자체의 오차에 의해 발생할 수 있는 한계를 극복하여 제어 강건성 및 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 모터 제어 방법의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환경자동차용 모터 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 환경자동차용 모터 제어 방법의 블록도이다.
도 4는 종래기술에 따른 모터 제어 방법의 실험 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 환경자동차용 모터 제어 방법의 실험 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환경자동차용 모터 제어 방법의 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 환경자동차용 모터 제어 방법의 블록도이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 환경자동차용 모터 제어 방법은 모터에 구동 전원을 제공하는 배터리의 출력전압과 모터의 속도 및 토크지령(Te)를 입력 받는 단계(S10)와, 상기 배터리 출력전압과 상기 모터 속도로부터 운전점 비율(1/λmax)을 생성하고, 상기 모터의 속도 및 토크지령을 이용하여 보상토크지령(T* e)을 생성하는 단계(S20)와, 상기 운전점 비율 및 보상토크지령을 이용하여 자속 기반 전류지령 맵을 생성하는 단계(S30)와, 상기 자속 기반 전류지령 맵을 이용하여 전류지령을 생성하는 단계(S40)와, 상기 전류지령으로부터 전압지령을 생성하는 단계(S50)와, 전압이용율 제어기에서 상기 전압지령을 피드백받아 상기 운전점 비율(1/λmax) 생성에 반영하는 단계(S60) 및 상기 전압지령으로부터 상전압지령을 생성하는 단계(S70)를 포함할 수 있다.
하나 또는 다수의 실시예에서 본 발명의 실시예에 따른 환경차량용 모터 제어 방법에 적용되는 모터 구동 시스템은 배터리와 인버터, 모터 등을 포함하여 구성될 수 있다.
배터리는 메인 동력원으로 환경차량에 적용되는 모터에 구동 전원을 공급한다.
인버터는 일반적으로 복수개의 IGBT(Insulated Gate bipolar Transistor) 스위치 소자로 이루어지며, PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 의한 스위칭으로 배터리에서 공급되는 DC 전압을 변환시켜 모터 구동을 위한 상전압으로 공급한다.
인버터는 모터 제어기(Motor Control Unit) 역할을 하며 HCU(Hybrid Control Unit)에서 인가되는 토크지령 신호와 배터리에서 인가되는 배터리 전압상태, 모터에서 인가되는 모터 속도 정보로 최종 PWM 신호를 출력하여 모터의 동작을 제어한다.
도 2 내지 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 환경자동차용 모터 제어 방법의 경우 모터의 속도(ωr)와 토크지령(Te) 및 모터에 구동 전원을 제공하는 배터리의 출력전압(Vdc)을 입력 받는다(S10).
그리고 상기 입력 받은 모터의 속도와 토크지령으로부터 보상토크지령(T* e)을 생성하고, 상기 배터리 출력전압(Vdc)과 모터의 속도(ωr)로부터 운전점 비율(1/λmax)을 생성한다(S20).
그 다음 상기에서 생성된 상기 보상토크지령(T* e)과 운전점 비율(1/λmax)을 이용하여 자속 기반 전류지령 맵을 생성한다(S30). 종래기술의 경우 모터의 속도와 토크지령의 2가지 변수만으로 전류지령 맵을 생성하였으나, 본 발명의 경우 모터의 속도(ωr)와 토크지령 및 배터리 출력전압(Vdc)의 3가지 변수를 입력 받아 이를 이용하여 전류지령 맵을 생성한다.
여기서, 상기 배터리 출력전압(Vdc)과 상기 모터 속도(ωr) 및 상기 운전점 비율(1/λmax)은 하기 수학식1의 관계를 가지는 것을 특징으로 한다.
Figure 112011097337140-pat00002
상기 수학식에 있어서 상기 λd는 d축 쇄교자속(magnetic flux interlinkage)이고, 상기 λq는 q축 쇄교자속이며, 상기 λmax는 Vdc와 ωr의 비율이며 최대자속을 의미한다. 상기 수학식1의 좌변은 λmag로 정의하며 모터 내부의 쇄교자속의 크기가 된다.
상기 수학식1은 하기의 수학식2와 수학식3으로부터 도출될 수 있다.
Figure 112011097337140-pat00003
Figure 112011097337140-pat00004
Figure 112011097337140-pat00005
Figure 112011097337140-pat00006
상기 수학식2 및 수학식3에서 vd, vq는 d, q축 전압이고, id, iq는 d, q축 전류이다. 또 Rs는 고정자 상저항, λd, λq는 d, q축 쇄교자속을 나타낸다. ωr 와 Vdc는 각각 전기각속도와 배터리 출력전압을 나타낸다.
상기 λd=Ldid+λPM, λq=Lqiq로 표현할 수도 있으며, 여기서 상기 Ld는 d축 인덕턴스이고, Lq는 q축 인덕턴스이며, λPM은 영구자석의 자속 크기이다.
따라서, 상기 수학식2의 전압방정식에서 상저항성분과 정상상태에서 전류변화율을 고려하지 않게 되면 수학식3이 되고, 상기 수학식3을 전압제한식에 대입하면 상기 수학식1이 도출된다.
이를 통해 자속 기반 전류지령 맵을 생성하는 과정을 살펴보면, 상기 수학식1을 만족하는 id, iq영역과 토크 관계를 이용할 수 있다.
하나 또는 다수의 실시예에서 모터를 일정 속도로 제어한 상태에서 전류크기와 각도에 따라 d축과 q축의 전압 및 토크를 측정한다. 이 데이터를 맵 추출 툴에 입력하여 최종 결과물로 운전점의 토크 및 운전점 비율(1/λmax)을 구하여 이로부터 d축과 q축의 전류지령 값을 추출한다.
그리고 맵 추출 툴을 사용하여 각 운전점 비율(1/λmax)에 따른 상기 수학식1을 만족하는 id, iq영역을 추출하게 되고, 각 토크 곡선이 만나는 id, iq 값 중에서 전류제한식을 만족하는 최소 전류 크기를 가지는 id, iq 값을 전류지령 생성기의 테이블 값으로 사용한다. 이러한 과정을 통해 자동으로 맵을 추출하여 자속 기반 전류지령 맵을 생성할 수 있다.
그리고 상기 자속 기반 전류지령 맵을 이용하여 전류지령을 생성한다(S40). 구체적으로 상기 전류지령은 도 3에 도시된 바와 같이 D축 전류지령(ir* ds)과, Q축 전류지령(ir* qs)으로 나뉘어서 생성된다.
따라서, 배터리의 출력전압이 전류지령 맵 입력에 반영되므로 차량의 상태를 실시간으로 반영하여 토크 제어를 실시할 수 있고, 이를 통해 최적의 전류지령 값이 생성된다.
상기 D축 전류지령(ir* ds)과 Q축 전류지령(ir* qs)이 PI제어기(Proportional-Integral controller)를 거쳐 D축 전압지령(vr* ds)과 Q축 전압지령(vr* qs)으로 생성된다(S50).
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 D축 전압지령(vr* ds)과 Q축 전압지령(vr* qs)은 피드백(Feedback)되어 전압이용율 제어기로 전송된다.
상기 전압이용율 제어기는 D축 전압지령과 Q축 전압지령을 피드백 값(Vd,q_ref)으로 변환하여 수신하고(S60), 이를 운전점 비율(1/λmax) 생성에 반영한다. 즉, 상기 운전점 비율(1/λmax)은 모터의 속도(ωr), 배터리 출력전압(Vdc) 및 상기 피드백 값(Vd,q_ref)으로부터 생성된다. 상기 운전점 비율의 생성에 상기 피드백 값을 이용하는 경우 전압이용율이 1이 되도록 모터를 제어할 수 있다.
상기 전압이용율 제어기는 폐회로(Full-Closed Loop)제어방식으로서, 제어 대상 모터의 특성이 반영된 Vd,q_ref값을 피드백 받아서 전압이용율이 1이 되도록 상기 운전점 비율(1/λmax)을 생성한다. 이로 인해 전압이용율이 항상 1이 되기 때문에 전류 제어성이 안정화 된다.
그리고 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 생성된 D축 전압지령(vr* ds)과 Q축 전압지령(vr* qs)으로부터 모터 구동을 위한 상전압지령이 생성된다(S70).
도 4는 종래기술에 따 모터 제어 방법을 적용하여 실험한 그래프이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 환경자동차 모터 제어 방법을 적용하여 실험한 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 모터 제어 방법을 적용한 경우 배터리의 출력전압(Vdc) 변동시 전류지령에 변동이 없으며, 전류지령의 제어가 불가능하게 된다. 또한 인버터 입력 전압 변동시에 전압이용율의 유지도 불가능하게 된다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 환경자동차 모터 제어 방법의 경우 도 5에 도시된 바와 같이 배터리의 출력전압(Vdc)이 변하게 되면 전류지령 맵 입력 값인 운전점 비율(1/λmax) 즉, Vdc와 ωr의 비율이 변하게 되므로 최적의 전류지령을 낼 수 있고, 전류지령의 제어도 가능하게 된다. 따라서, 각 운전점 마다 최적의 전류지령 및 제어가 가능하므로 모터시스템의 효율이 향상된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 환경자동차용 모터 제어 방법에 의하면 기존 속도기반 전류지령맵의 경우와 달리 자동추출 방식으로 맵이 생성되므로 맵 생성 기간이 단축되며, 맵 내부에 배터리 출력전압의 변동이 이미 반영되어 있는 구조여서 배터리 전압이 변화하여도 기본적인 제어 안정성이 유지된다. 추가적으로 모터 파라미터 산포 및 모델 자체의 오차에 의해 발생할 수 있는 한계를 극복하기 위하여 폐루프 방식의 전압이용율(Modulation Index) 제어 단계(S60)를 적용하여 제어 강건성 및 정확도를 향상시킬 수 있도록 하였다.
또한 소수 운전점의 토크지령보상 테이블을 적용하여 모델기반 제어의 근소한 오차를 최소화하고, 구동맵 단일맵만으로 4상한 운전이 가능토록 하였다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (7)

  1. 환경자동차용 모터 제어 방법에 있어서,
    상기 모터에 구동 전원을 제공하는 배터리의 출력전압과 모터의 속도 및 토크지령(Te)을 입력 받는 단계;
    상기 모터의 속도 및 토크지령으로부터 보상토크지령(T* e)을 생성하는 단계;
    상기 배터리 출력전압(Vdc)과 상기 모터 속도(ωr)로부터 운전점 비율(1/λmax)을 생성하는 단계;
    상기 보상토크지령과 운전점 비율로부터 자속 기반 전류지령 맵을 온라인(on-line)으로 생성하는 단계; 및
    상기 자속 기반 전류지령 맵을 이용하여 전류 지령을 생성하는 단계;
    를 포함하는 환경자동차용 모터 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류지령으로부터 전압지령을 생성하는 단계를 더 포함하는 환경자동차용 모터 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 출력전압(Vdc)과 상기 모터 속도(ωr) 및 상기 운전점 비율(1/λmax)은 하기 수학식의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 환경자동차용 모터 제어 방법.
    <수학식>
    Figure 112013007598669-pat00007

    (상기 수학식에 있어서 상기 λd는 d축 쇄교자속이고, 상기 λq는 q축 쇄교자속이며, 상기 λmax는 Vdc와 ωr의 비율이다.)
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전압지령을 피드백하여 상기 운전점 비율(1/λmax) 생성에 반영하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환경자동차용 모터 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전압지령은 d축 전압지령과 q축 전압지령을 포함하고, 상기 d축 전압지령과 상기 q축 전압지령은 피드백 값(Vd,q_ref)으로 변환되어 수신되어 상기 운전점 비율(1/λmax) 생성에 반영되는 것을 특징으로 하는 환경자동차용 모터 제어 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전압지령으로부터 상전압지령을 생성하는 단계를 더 포함하는 환경자동차용 모터 제어 방법.
KR1020110130550A 2011-12-07 2011-12-07 환경자동차용 모터 제어 방법 KR101272955B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110130550A KR101272955B1 (ko) 2011-12-07 2011-12-07 환경자동차용 모터 제어 방법
JP2012146680A JP6192263B2 (ja) 2011-12-07 2012-06-29 電気自動車用モータ制御方法
DE102012214256.8A DE102012214256B4 (de) 2011-12-07 2012-08-10 System und Verfahren zum Steuern des Motors eines Elektrofahrzeugs
US13/571,597 US8907613B2 (en) 2011-12-07 2012-08-10 System and method for controlling motor of electric vehicle
CN201210375476.4A CN103144551B (zh) 2011-12-07 2012-08-17 用于控制电动车的电动机的系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110130550A KR101272955B1 (ko) 2011-12-07 2011-12-07 환경자동차용 모터 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101272955B1 true KR101272955B1 (ko) 2013-06-12

Family

ID=48464887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110130550A KR101272955B1 (ko) 2011-12-07 2011-12-07 환경자동차용 모터 제어 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8907613B2 (ko)
JP (1) JP6192263B2 (ko)
KR (1) KR101272955B1 (ko)
DE (1) DE102012214256B4 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101535036B1 (ko) * 2014-08-25 2015-07-24 현대자동차주식회사 구동모터의 전류지령에 대한 토크 보상장치 및 방법
KR101542960B1 (ko) 2013-10-07 2015-08-07 현대자동차 주식회사 친환경 자동차의 모터 제어 방법 및 장치
KR101583951B1 (ko) 2014-07-02 2016-01-08 현대자동차주식회사 친환경 차량용 인버터의 전압이용율 향상 제어 장치 및 방법
KR20190066357A (ko) * 2017-12-05 2019-06-13 현대자동차주식회사 차량 모터 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101500397B1 (ko) * 2013-12-24 2015-03-19 현대자동차 주식회사 전기 차량의 제어 방법
KR101601444B1 (ko) * 2014-07-04 2016-03-21 현대자동차주식회사 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치 및 방법
ITMO20140307A1 (it) * 2014-10-27 2016-04-27 Energica Motor Company S P A Sistema per il pilotaggio di un motore elettrico in motocicli elettrici o simili
ES2926998T3 (es) * 2015-03-05 2022-10-31 Energica Motor Company S P A Motocicleta eléctrica con sistema antibloqueo de ruedas
CN106627171B (zh) * 2017-01-12 2019-06-04 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种纯电动车辆的扭矩回收控制方法及控制系统
WO2024084566A1 (ja) * 2022-10-18 2024-04-25 日立Astemo株式会社 電力変換器制御装置及び電力変換装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11332297A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Hitachi Ltd 電気車の制御装置および制御方法
JP2006304441A (ja) 2005-04-19 2006-11-02 Hitachi Ltd 同期モータ制御装置
KR20080030226A (ko) * 2006-09-29 2008-04-04 현대자동차주식회사 하이브리드 자동차의 모터 제어 장치 및 방법
KR20100063341A (ko) * 2008-12-03 2010-06-11 기아자동차주식회사 영구자석 동기모터 제어시스템 및 전류센서 고장시 영구자석 동기모터 비상 운전방법

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3146791B2 (ja) * 1993-08-10 2001-03-19 トヨタ自動車株式会社 永久磁石型同期モータの駆動制御装置
JP3339208B2 (ja) 1994-09-21 2002-10-28 日産自動車株式会社 モータ制御装置
JP3908400B2 (ja) 1998-12-01 2007-04-25 株式会社明電舎 シリーズハイブリッド電気自動車
JP3726713B2 (ja) * 2001-06-14 2005-12-14 日産自動車株式会社 電動機の制御装置
JP2003033097A (ja) * 2001-07-17 2003-01-31 Sanken Electric Co Ltd 同期電動機の制御装置及び制御方法
KR100456850B1 (ko) 2002-06-29 2004-11-10 현대자동차주식회사 전기자동차에서 유도 모터의 자속 제어장치 및 방법
US7023168B1 (en) * 2004-09-13 2006-04-04 General Motors Corporation Field weakening motor control system and method
JP5099579B2 (ja) 2005-12-26 2012-12-19 株式会社デンソー 電気自動車の制御装置
JP5104239B2 (ja) * 2007-11-13 2012-12-19 富士電機株式会社 永久磁石形同期電動機の制御装置
KR100957330B1 (ko) 2007-12-13 2010-05-12 현대자동차주식회사 하이브리드 차량용 구동모터 토크 제어 방법
JP2009290929A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Fuji Electric Systems Co Ltd 永久磁石形同期電動機の制御装置
US8976560B2 (en) * 2010-09-24 2015-03-10 Nissan Motor Co., Ltd. Inverter control device and inverter control method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11332297A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Hitachi Ltd 電気車の制御装置および制御方法
JP2006304441A (ja) 2005-04-19 2006-11-02 Hitachi Ltd 同期モータ制御装置
KR20080030226A (ko) * 2006-09-29 2008-04-04 현대자동차주식회사 하이브리드 자동차의 모터 제어 장치 및 방법
KR20100063341A (ko) * 2008-12-03 2010-06-11 기아자동차주식회사 영구자석 동기모터 제어시스템 및 전류센서 고장시 영구자석 동기모터 비상 운전방법

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101542960B1 (ko) 2013-10-07 2015-08-07 현대자동차 주식회사 친환경 자동차의 모터 제어 방법 및 장치
KR101583951B1 (ko) 2014-07-02 2016-01-08 현대자동차주식회사 친환경 차량용 인버터의 전압이용율 향상 제어 장치 및 방법
US9584057B2 (en) 2014-07-02 2017-02-28 Hyundai Motor Company Control device and method for improving voltage utilization ratio of inverter for green car
KR101535036B1 (ko) * 2014-08-25 2015-07-24 현대자동차주식회사 구동모터의 전류지령에 대한 토크 보상장치 및 방법
US9479094B2 (en) 2014-08-25 2016-10-25 Hyundai Motor Company Apparatus and method for compensating for torque for current order of driving motor
KR20190066357A (ko) * 2017-12-05 2019-06-13 현대자동차주식회사 차량 모터 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법
KR102383437B1 (ko) * 2017-12-05 2022-04-07 현대자동차주식회사 차량 모터 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN103144551A (zh) 2013-06-12
DE102012214256B4 (de) 2023-06-22
DE102012214256A1 (de) 2013-06-13
JP6192263B2 (ja) 2017-09-06
US20130147417A1 (en) 2013-06-13
US8907613B2 (en) 2014-12-09
JP2013121314A (ja) 2013-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101272955B1 (ko) 환경자동차용 모터 제어 방법
Cheng et al. Torque feedforward control technique for permanent-magnet synchronous motors
Sozer et al. Guidance in selecting advanced control techniques for switched reluctance machine drives in emerging applications
US7592765B2 (en) Method and system for controlling synchronous motor drive systems
JP5715777B2 (ja) 永久磁石同期モータの制御方法
JP5343119B2 (ja) 電気自動車の誘導電動機のトルク制御システム及びその方法
JP5661008B2 (ja) モータ制御システム
US8174224B2 (en) Torque production in an electric motor in response to current sensor error
US9409486B2 (en) Control method and system of electric vehicle
KR101535036B1 (ko) 구동모터의 전류지령에 대한 토크 보상장치 및 방법
JP2002142500A (ja) モーター制御システム
JP2000032799A (ja) 回転電機の制御装置及び制御方法
CN103378793B (zh) 生成用于控制永磁电机操作的电压指令的方法、系统和设备
Pellegrino et al. Plug-in direct-flux vector control of PM synchronous machine drives
JP6119585B2 (ja) 電動機駆動装置
CN103546083A (zh) 用于调节用来控制异步电机的操作的电流和/或转矩命令的方法、系统和装置
JP2012130131A (ja) 回転機の制御装置
KR101171914B1 (ko) 친환경 자동차의 모터온도 추정방법 및 장치
JP2009213287A (ja) 回転電機制御装置
JP6937211B2 (ja) 可変磁力モータの制御方法および制御装置
US20200274474A1 (en) Control device and control method for synchronous electric motor
Lee et al. Time optimal torque control and loss minimization in AC machines using deadbeat direct torque and flux control
JP5351205B2 (ja) 回転電機の制御装置
JP2014207765A (ja) 電動機の駆動制御装置
Ullah et al. Distortion voltage compensation in field-weakening region of IPMSM

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180530

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190528

Year of fee payment: 7