KR101335162B1 - 레졸버를 위한 위치 오차 보정 장치 및 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 위치 오차 보정 장치는, 레졸버의 출력 사인 신호를 입력받는 출력 사인 신호 입력단; 레졸버의 출력 코사인 신호를 입력받는 출력 코사인 신호 입력단; 조정 사인파를 발생시키는 조정 사인파 발생기; 조정 코사인파를 발생시키는 조정 코사인파 발생기; 상기 출력 사인 신호, 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 수학식

에 따른 Dr 값을 산출하는 Dr 산출기; 상기 출력 사인 신호, 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 수학식

에 따른 Qr 값을 산출하여 위치 오차를 보상하는 위치 오차 보상 블록; 상기 조정 사인파 발생기 및 상기 조정 코사인파 발생기의 주파수를 조정하기 위한 조정 회로;를 포함할 수 있다.

Description

레졸버를 위한 위치 오차 보정 장치 및 보정 방법{Position Aberration Correction Device and Method for Resolver}

본 발명은 레졸버의 출력 신호에 포함되는 위치 오차를 보정하기 위한 장치로서, 특히, 레졸버 출력의 사인 신호와 코사인 신호의 크기 언발란스에 의한 추정위치의 오차를 보상히기 위한 위치 오차 보정 장치 및 위치 오차 보정 방법에 관한 것이다.

레졸버는 모터나 엔진 등 회전 장치의 회전 정도를 계측하는 장치로서, 일반적으로 전동기 구동 시스템의 레졸버는 빈번한 가변속이나 정밀한 위치제어가 요구되는 전동기 구동 시스템에서 회전자의 위치를 감지하기 위해 사용된다.

최근 많은 응용분야에 적용되고 있는 전동기 구동 시스템의 레졸버는 코일이 권선되는 고정자와 회전자 사이의 자기저항(magnetic reluctance) 변화를 이용하는 가변 자기저항 타입이 주를 이루고 있다. 이 타입의 레졸버는 회전자와 고정자 사이에 전기적으로 접촉되는 부분이 없고 구조가 단순하여 기존의 다른 센서 방식에 비해 비교적 저가로 제작할 수 있는 장점이 있다.

상술한 타입의 레졸버는, 여자 코일에 사인파를 인가하고, 제1/제2 출력 코일에서 상기 여자 코일에 인가된 사인파와 회전에 따른 파형이 혼합된 출력 사인 신호 및 출력 코사인 신호를 출력한다. 상기 출력 사인 신호 및 출력 코사인 신호는 위치 검출 수단으로 입력되고, 상기 위치 검출 수단은 상기 신호들을 분석하여 회전 위치를 판단한다. 상기 위치 검출 수단은 별도의 전용 검출 회로로 구현되거나, 범용 마이크로컨트롤러(예: 모터 제어용 컨트롤러)의 일 기능으로서 구현될 수있다.

여기서, 본 발명은 별도의 레졸버-디지털 변환기가 필요 없이 마이크로콘트롤러의 잉여자원을 이용하여 소프트웨어적으로 레졸버 신호로부터 위치 검출이 용이하도록 구성한 레졸버-디지털 변환 방법에서 크기 언발란스에 의한 추정위치의 오차를 상쇄시키는 방법에 관한 것이다.

상기와 같은 별도의 레졸버-디지털 변환기가 필요 없이 마이크로콘트롤러의 잉여자원을 이용하여 소프트웨어적으로 레졸버 신호로부터 위치 검출을 수행하는 레졸버-디지털 변환 방법에 있어서, 레졸버 출력의 사인 신호와 코사인 신호의 크기 언발란스에 의한 추정위치의 오차를 보상하기 위한 크기 언발란스 위치오차 보상방법이 요구되었다.

본 발명은 레졸버의 위치 검출의 오차를 보정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

레졸버를 위치 검출 센서로 사용하여 위치를 검출하려고 할 때 레졸버 출력신호의 사인신호와 코사인신호의 크기 언발란스가 존재하는 경우 위치 추정의 오차가 발생한다. 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 상기 사인신호와 코사인신호의 출력신호의 크기 언발란스에 의한 위치 오차를 보정하여 정확한 위치를 추정할 수 있는 방법을 제공하는데 목적이 있다.

구체적으로 기존의 추종(트래킹) 식과 더불어 별도의 다른 추종식을 이용, 그 미분값을 보상값으로 하여 크기 언발란스에 의한 추정위치의 오차를 상쇄시키는 방법들을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 위치 오차 보정 장치는, 레졸버의 출력 사인 신호를 입력받는 출력 사인 신호 입력단; 레졸버의 출력 코사인 신호를 입력받는 출력 코사인 신호 입력단; 조정 사인파를 발생시키는 조정 사인파 발생기; 조정 코사인파를 발생시키는 조정 코사인파 발생기; 상기 출력 사인 신호, 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 수학식

에 따른 Dr 값을 산출하는 Dr 산출기; 상기 출력 사인 신호, 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 수학식

에 따른 Qr 값을 산출하여 위치 오차를 보상하는 위치 오차 보상 블록; 상기 조정 사인파 발생기 및 상기 조정 코사인파 발생기의 주파수를 조정하기 위한 조정 회로;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 조정 회로는, 수학식

및 수학식

에 따른 E값이 소정의 오차 범위내에 0으로 수렴하지 않으면, 조정 사인파 및 조정 사인파의 주파수를 다른 값으로 변경하는 위치 추종 제어기일 수 있다.

여기서, 상기 위치 오차 보상 블록은, 상기 조정 회로가 변경한 주파수 값과, 상기 Qr 값으로 소정의 조정값을 산출하여 상기 조정 회로로 출력하고, 상기 조정 회로는 상기 조정값과 Dr 값을 합한 신호로 상기 E값을 계산할 수 있다.

여기서, 상기 위치 오차 보상 블록은, 수학식

에 따라 보상값을 산출할 수 있다.

여기서, 상기 위치 오차 보상 블록은, Qr 산출기; 상기 조정 회로가 변경한 주파수값을 저장하는 조정 주파수 백업버퍼; 상기 Qr 산출기가 산출한 Qr값을 저장하는 Qr 백업버퍼; 및 이전 시점에서 획득되어 상기 조정 주파수 백업버퍼에 저장된 조정 주파수와, 이전 시각에서 획득되어 상기 Qr 백업버퍼에 저장된 Qr값과, 현재 시점에서 획득된 조정 주파수 및 Qr값으로, Qr의 미분값을 생성하는 미분기를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 위치 오차 보정 방법은, 레졸버의 출력 사인 신호 및 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 수학식

에 따른 Dr 값을 산출하는 단계; 레졸버의 출력 사인 신호 및 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 수학식

에 따른 Qr 값을 산출하는 단계; 수학식

및 수학식

에 따른 E 값을 산출하는 단계; 상기 E 값이 소정의 오차 범위내에 0으로 수렴하지 않으면, 조정 사인파 및 조정 사인파의 주파수를 다른 값으로 변경하여, 상기 Dr 값 및 Qr 값을 산출하는 것을 복귀하는 단계; 및 상기 E 값이 소정의 오차 범위내에 0으로 수렴하면, 상기 수렴된 Φ를 회전 위치 θ로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 위치 추정의 초기치 Φ[k]를 전 인터럽트 주기의 위치 추정값 Φ[k-1]로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기

은, 수학식

및 수학식

를 이용해서 구할 수 있다.

여기서, 상기

식은, 상기 수학식의 Qr[k]를 계산하는 단계; 상기 계산된 Qr[k]과 전주기 Qr백업 값 Qr[k-1]으로,

을 연산하는 단계; 상기 수렴된 Φ[k]과 전주기 Φ[k-1]으로,

을 연산하는 단계; 및 위치 오차 보상을 위한

를 계산하는 단계로 구해질 수 있다.

여기서, 다음 인터럽트 주기에서의 보상값 산정을 위해, 현재 계산 결과의 Qr[k]를 Qr백업버퍼에 다음 주기의 Qr[k-1]로서 저장하는 단계; 및 현재 수렴 결과의 Φ[k]를 Φ백업버퍼에 다음 주기의 Φ[k-1]로서 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 오류 보정 방법을 수행하여 레졸버 출력신호로부터 위치 검출을 수행하는 경우 레졸버 출력의 사인 신호와 코사인 신호의 크기 언발란스에 의해 발생한 위치의 오차를 보상하여 레졸버 출력신호로부터 정확한 위치를 검출할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의하여 별도의 레졸버-디지털 변환기가 필요 없이 마이크로콘트롤러의 잉여자원을 이용하여 소프트웨어적으로 레졸버 신호로부터 정확한 위치 검출이 용이하도록 하므로 저가격으로 레졸버센서를 위치 센서로 사용하는 것이 가능하는 이점도 있다.

도 1은 레졸버 출력신호의 셈플링 주기를 설명하기 위한 파형도.
도 2a 및 2b는 크기 언발란스를 같는 출력 사인신호와 출력 코사인신호를 도시한 파형도.
도 3은 하기 수학식 2의 수렴방법에 의한 위치 추정 파형을 도시한 파형도.
도 4는 하기 수학식 3의 수렴방법에 의한 위치 추정 파형(α가 양(+)의 값인 경우)을 도시한 파형도.
도 5는 하기 수학식 3의 수렴방법에 의한 위치 추정 파형(α가 음(-)의 값인 경우)을 도시한 파형도.
도 6은 마이크로콘트로러를 사용하여 레졸버 출력신호로부터 소프트웨어적으로 위치추정을 하기위한 레졸버 위치 추정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 7은 도 6의 레졸버 위치 추정 장치의의 소프트웨어적 위치 추정 방법를 도시한 흐름도.
도 8a 내지 도 8d는 (θ-Φ)의 값에 따라 위치 θ에 대한 절대값(Qr)의 미분과 Dr 그리고

값을 비교 분석한 파형도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레졸버의 위치 오차 보정 장치의 세부 블록도이다.
도 10은 도 9의 레졸버 위치 추정 장치의의 소프트웨어적 위치 추정 방법를 도시한 흐름도.
도 11a는 크기 언발란스 보상을 하지 않은 경우 모의 실험의 결과 파형도.
도 11b는 크기 언발란스를 보상한 본 발명에 의한 위치 추정 모의실험 결과 파형도.

레졸버는 위치 검출 센서로 모터 제어의 모터 위치와 속도를 검출하는데 사용되고 있다. 레졸버를 이용 위치 검출을 위해서는 RDC(Resolver to Digital Converter : 레졸버-디지털 변환기)가 필요하다. 그러나, 별도의 전용 하드웨어로서 구현되는 RDC는 가격이 비싸다.

마이크로콘트롤러의 발전으로 모터 제어에 사용하는 마이크로콘트로러의 잉여능력을 이용하여 RDC 대신 소프트웨어로 레졸버 출력 신호로부터 직접 위치 검출의 구현이 가능하여졌다.

상기 소프트웨어적으로 레졸버의 출력 신호로부터 위치 검출을 수행하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

레졸버는

의 여자신호를 인가하면 사인성분

와 코사인성분

의 2개의 변조된 레졸버 신호가 출력된다. 상기 레졸버 출력신호를 근거로 RDC는 위치를 산출한다.

그러나, 마이크로콘트로러의 잉여능력을 이용하여 RDC 대신 소프트웨어적으로 레졸버 출력신호

와

로부터 하기 수학식 1의 탄젠트 식이나 하기 수학식 2를 근거로 한

를

에 일치시키도록 하는 수렴에 의한 방법이 일반적으로 소프트웨어에 의한 레졸버 이용 위치추정을 위해 이용될 수 있다.

sinwt의 여자주파수는 10kHz로 인가하는 것이 일반적이며 여자주파수의 주기는 100usec로 이는 모터제어의 전류제어 주기인 100usec와 일치하며 100usec 주기의 인터럽트에서 수행된다.

따라서, 100usec 주기인 sinwt의 여자 주파수 주기 동안 한번 샘플링하여 위치를 추정한다. 도 1은 출력 신호 및 셈플링 주기(=인터럽트 주기)의 대응 관계를 나타내고 있다.

만약 샘플링한 레졸버 출력신호에서 사인출력신호와 코사인출력신호의 크기가 다른 경우, 즉 도 2a 및 2b와 같이 사인신호는

,코사인신호는

와 같이 언발란스 출력신호가 발생한다면 위치 추정의 오차가 발생한다.

다음, 사인신호와 코사인신호의 크기가 다른 언발란스 출력신호가 발생하였을 경우 위치 추정의 오차가 발생하는 것을 수학적으로 증명하겠다.

상기 수학식 2를 언발란스를 고려하여 다시 정리하면 하기 수학식 3과 같다.

상기 수학식 3으로부터

를

에 일치시키도록 하는 수렴시키면 상기 수학식 3의 E는 0으로 수렴하지 않고

만큼 남으며, 즉 E를 0으로 수렴시키면 Φ는 위치 θ와 일치하지 않고 오차가 발생한다.

반면, 사인신호와 코사인신호의 크기 언발란스가 없다면 도 3과 같이 추정위치 Φ는 실제위치 θ와 일치하며 오차가 거의 없이 위치추정을 잘 수행한다.

그러나, 사인신호와 코사인신호의 크기 언발란스가 있으면 도 4와 같이 추정위치 Φ는 실제위치 θ와 오차가 발생하며 오차의 정도는 언발란스 양 α에 의해 결정되며 도 4은 α가 양(+)의 값인 경우이고 α가 음(-)이면 오차는 도 5와 같이 발생한다. 따라서, 상기 사인신호와 코사인신호의 출력신호의 크기 언발란스에 의한 위치 오차를 보정하여 정확한 위치를 추정할 수 있는 방안의 제시가 필요하다.

도 6은 마이크로콘트로러를 사용하여 레졸버 출력신호로부터 소프트웨어적으로 위치추정을 하기 위한 레졸버 위치 추정 장치의 일 실시예를 도시한다.

상기 도면에서 정현파 발생기(11)에서 발생한 정현파는 인터페이스회로(12)에서 레졸버(200)의 정격에 맞는 전압과 전류의 여자신호

로 변환하여 레졸버(200)에 인가한다.

상기 여자신호가 인가된 레졸버(200)는 회전하면서 위치정보 θ와 여자신호

가 함께 포함된 변조된 사인 신호

와 코사인 신호

를 출력한다.

레졸버(200)의 출력신호인 사인 신호

와 코사인 신호

는 인터페이스회로(13)을 거쳐 마이크로콘트로러(100) 내부에 있는 A/D변환기(120)에 입력되며 A/D 변환기(120)는 100usec 인터럽트 주기에 한번 씩 레졸버(200) 출력신호를 샘플링, A/D 변환한다.

상기 A/D 변환기(120)에 의해 디지털 값으로 변환된 레졸버(200) 출력신호는 100usec 인터럽트루틴(110)에서 소프트웨어적으로 위치 θ를 추정한다.

도 7은 상기 마이크로콘트로러를 사용한 레졸버 위치 추정 장치의의 소프트웨어적 위치 추정 방법의 흐름도이다.

도시한 흐름도에서 100usec 인터럽트 루틴이 시작되면 위치 추정의 초기치 Φ를 전 인터럽트 주기의 위치 추정값 Φ로 설정(S102)한다.

상기 A/D 변환기(120)에 의해 레졸버(200) 출력신호 사인 신호

와 코사인 신호

를 디지털 값으로 변환한다.

상기 위치추정 알고리즘인 수학식 2에서 Φ를 조절하여 상기 수학식 2의 값이 0이 되도록 수렴하면 이때의 Φ는 하기 수학식 4와 같이 구하고자하는 위치 θ가 된다.

따라서, 위치 추정 루틴에서 위치 값이 0에 가까운 정해진 오차범위(NORM) 내까지 수렴할 때까지 반복하며 반복회수를 cnt로 증가시키며(S104) 측정한다.

상기 디지털로 변환된 레졸버 출력신호는 상기 수학식 2와 같이 각각

와

를 곱하고 빼서 식 2의 E를 계산한다(S105).

결국 상기 수학식 4와 같이 상기 계산한 E가 정해진 오차범위(NORM) 내로 수렴하면 이때의 Φ는 위치 θ로 추정되지만 수렴하지 않으면 상기 계산한 E를 오차로하여 PI제어기(S109)로 새로운 Φ를 계산, 궤환(피드백)시킨다.

상술한 궤환 과정을 E가 정해진 오차범위(NORM) 내에 수렴할 때까지 반복하며 만약 수렴하지 않고 반복회수 cnt가 정해진 횟수를 넘으면(S106) 추정 실패로 판정한다(S107).

상술한 궤환 과정에서 새로운 Φ값의 결정은, 예컨대, 소정 범위로 Φ값 후보들을 정해놓고, cnt가 증가할 때마다 일정 방향으로 순환시켜 상기 Φ값 후보들 중 하나를 결정하는 방식으로, cnt가 최종값이 될 때까지 모든 Φ값 후보들을 한 번씩 확인하도록 구현할 수 있다.

상기 방법에 의해 레졸버 출력신호로 부터 위치 추정이 가능하며 앞서 설명한 도 3과 같이 추정위치 Φ는 실제위치 θ와 일치하며 오차가 거의 없이 위치추정을 잘 수행한다.

그러나, 만약 샘플링한 레졸버 출력신호에서 사인출력신호와 코사인출력신호의 크기가 다른, 즉 상술한 도 2와 같이 사인신호는

,코사인신호는

와 같이 크기 언발란스 출력신호가 발생한다면 위치 추정의 오차가 발생한다.

사인신호와 코사인신호의 크기가 다른 언발란스 출력신호가 발생하였을 경우 상기 수학식 3과 같이 Φ를 θ에 일치시키도록 하는 수렴시키면 상기 수학식 3의 E는 0으로 수렴하지 않고

만큼 남으며, 즉 E를 0으로 수렴시키면 Φ는 위치 θ와 일치하지 않고 위치 추정의 오차가 발생하는 것을 수학적으로 증명할 수 있었다.

또한, 사인신호와 코사인신호의 크기 언발란스가 있으면 상술한 도 4a,b와 같이 추정위치 Φ는 실제위치 θ와 오차가 발생함을 모의실험으로도 확인할 수 있다.

따라서, 상기 사인신호와 코사인신호의 출력신호의 크기 언발란스에 의한 위치 오차를 보정하여 정확한 위치를 추정할 수 있는 방안의 제시가 필요하며 본 발명은 그 방법에 대한 것으로 이론과 방법은 다음과 같이 설명하고자 한다.

상기 수학식 2의 E를 Dr로 바꾸어 하기 수학식 5와 같이 표현할 수 있으며 하기 수학식 5에서 Dr은 상기 수학식 3의 결과와 똑같이 Φ가 위치 θ와 일치하면 Dr은 0으로 수렴한다.

또한, 상기 디지털로 변환된 레졸버(200) 출력신호 사인 신호

에

를 곱하고 코사인 신호

에

를 곱하서 각 항을 더하고 그 계산 결과를 Qr이라 명명하여 하기 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.

상기 수학식 6에서 Qr은 Φ가 위치 θ와 일치하면 최대값 A로 수렴한다.

상기 수학식 6에 의하여 Qr을 최대값 A로 수렴시키며 위치 θ를 추정하는 것은 θ에 대한 cosθ의 변화가 (θ-Φ)=0 부근에서 작아 수렴시간과 정밀도에 문제가 있으며

가 우함수이므로 수렴이 안되고 발산하는 영역이 존재한다.

따라서, 상기 수학식 6을 위치 추정에 이용하기는 무리가 있으며 본 발명에서는 상기 수학식 6을 이용하는 것이 아니고 상기 수학식 6의 미분인 를 이용하여 출력신호의 크기 언발란스에 의한 위치 오차를 보정 방법을 제안한다.

레졸버 출력신호에서 사인출력신호와 코사인출력신호의 크기가 다른, 즉 사인신호는

,코사인신호는

와 같이 언발란스 출력신호에 각각

와

를 곱하고 빼면 사인출력신호와 코사인출력신호의 크기가 같은 상기 수학식 5와 달리 하기 수학식 7과 같이 된다.

또한, 레졸버 출력신호에서 사인출력신호와 코사인출력신호의 크기가 다른, 즉, 사인신호는

,코사인신호는

와 같이 언발란스 출력신호에 각각

와

를 곱하고 더하면 사인출력신호와 코사인출력신호의 크기가 같은 상기 수학식 6과 달리 하기 수학식 8과 같이 된다.

상기 수학식 8을 미분하면 하기 수학식 9와 같이 된다.

상기 수학식 9의

는 상기 식 (7)의 Dr과 같으며, θ=Φ인 경우의 Dr(θ=Φ)과

도 하기 수학식 10과 같이 된다.

따라서, 상기 수학식 7에서 상기 수학식 10의 값을 빼면 하기 수학식 11과 같이 사인출력신호와 코사인출력신호의 크기가 같은 상기 수학식 5와 같은 값이 된다.

본 발명은 상기 수학식 11을 이용하여 레졸버 출력의 사인신호와 코사인신호의 크기 언발란스에 의한 성분을 제거하여 상술한 도 7의 흐름도처럼 Φ를 θ에 일치시키도록 하는 수렴시키는 방법으로 본 발명에 의해 크기 언발란스의 오차를 보정한 정확한 위치를 추정할 수 있다.

다음은 본 발명의 방법을 검증하기 위하여 모의실험을 제시한다.

도 8a~8b는 α=0.5인 경우 (θ-Φ)의 값에 따라 위치 θ에 대한 절대값(Qr)의 미분과 Dr 그리고

값을 비교 분석한 파형이다. 도 8a는 (θ-Φ)=45도인 경우의 파형을 나타내며, 도 8b는 (θ-Φ)=20도인 경우의 파형을 나타내며, 도 8c는 (θ-Φ)=10도인 경우의 파형을 나타내며, 도 8d는 (θ-Φ)=0도인 경우의 파형을 나타낸다.

상기 도면에서 (θ-Φ) 값이 0으로 수렴, 즉 θ = Φ으로 수렴하면

값은 0으로 되고, 크기 언발란스에 의한 오차인 위치에 대한 함수인

성분이 제거된다.

따라서, Dr에서 Qr의 미분을 뺀 값인 상기 수학식 11의 값을 0으로 수렴시키면,

를 0으로 수렴시키도록 Φ를 조절하면 그때의 Φ값이 위치 θ가 됨을 알 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레졸버의 위치 오차 보정 장치의 세부 블록도이다.

도시한 위치 오차 보정 장치는, 레졸버의 출력 사인 신호(Asinwtsinθ)를 입력받는 출력 사인 신호 입력단; 레졸버의 출력 코사인 신호(A(1+α)sinwtcosθ)를 입력받는 출력 코사인 신호 입력단; 조정 사인파(

)를 발생시키는 조정 사인파 발생기(31); 조정 코사인파(

)를 발생시키는 조정 코사인파 발생기(32); 상기 출력 사인 신호, 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 상기 수학식 7에 따른 Dr 값을 산출하는 Dr 산출기(21, 22, 23); 상기 출력 사인 신호, 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 상기 수학식 8에 따른 Qr 값을 산출하여 위치 오차를 보상하는 위치 오차 보상 블록(40); 상기 조정 사인파 발생기(31) 및 상기 조정 코사인파 발생기(32)의 주파수를 조정하기 위한 조정 회로(24, 33)를 포함할 수 있다.

상기 위치 오차 보상 블록(40)은, Qr 산출기(41, 42, 43); 상기 조정 회로가 변경한 주파수값을 저장하는 조정 주파수(Φ) 백업버퍼(46); 상기 Qr 산출기가 산출한 Qr값을 저장하는 Qr 백업버퍼(45); 및 이전 시점에서 획득되어 상기 조정 주파수(Φ) 백업버퍼에 저장된 조정 주파수와, 이전 시각에서 획득되어 상기 Qr 백업버퍼에 저장된 Qr값과, 현재 시점에서 획득된 조정 주파수 및 Qr값으로, Qr의 미분값을 생성하는 위치 오차 보상기로서 미분기(44)를 포함할 수 있다.

도면에서 A/D변환기에 의해 디지털 값으로 변환된 레졸버 출력신호인 사인 신호

는 위치를 추정하기 위해 조절하는 Φ값으로 조정 코사인파 발생기(32)에 의해 만들어진

와 곱셈기(21)로 곱하여

를 출력한다.

도면에서 A/D변환기에 의해 디지털 값으로 변환된 레졸버 출력신호인 코사인 신호

는 위치를 추정하기 위해 조절하는 Φ값으로 조정 사인파 발생기(31)에 의해 만들어진

와 곱셈기(22)로 곱하여

를 출력한다.

상기 곱셈기(21)의 출력인

는 곱셈기(22)의 출력인

를 연산기(23)로 빼주어 연산 결과 상기 수학식 7의 Dr을 출력한다.

상기 A/D변환기에 의해 디지털 값으로 변환된 레졸버 출력신호 사인 신호

는 위치를 추정하기 위해 조절하는 Φ값으로 조정 사인파발생기(31)에 의해 만들어진

와 곱셈기(41)로 곱하여

를 출력한다.

상기 A/D변환기에 의해 디지털 값으로 변환된 레졸버 출력신호 코사인 신호

는 위치를 추정하기 위해 조절하는 Φ값으로 조정 코사인파발생기(32)에 의해 만들어진

와 곱셈기(42)로 곱하여

를 출력한다.

상기 곱셈기(41)의 출력인

는 곱셈기(42)의 출력인

를 연산기(43)으로 더하여 연산 결과 상기 수학식 8의 Qr을 출력한다.

상기 연산기(43)의 연산 결과 Qr[k]은 상기 수학식 10의

을 연산하기 위하여 위치오차 보상기(44)에 입력된다.

또한, 상기 연산기(43)의 연산 결과 Qr은 Qr백업버퍼(45)에 입력되어 하기 수학식 12의

을 연산하기위한 전주기 Qr값 Qr[k-1]를 위해 저장한다.

상기 수학식 11을 0으로 수렴시켜 위치 θ로 추종된 Φ[k]값도 상기 수학식 10의

을 연산하기 위하여 위치오차보상기(44)에 입력된다.

상기 수학식 11을 0으로 수렴시켜 위치 θ로 추종된 Φ값은 상기 Qr과 마찬가지로 추종위치백업(46)에 입력되어 하기 수학식 13의 dΦ을 연산하기 위한 전주기Φ값

를 위해 저장한다.

상기 위치오차보상기(44)에 입력된 Qr[k], Qr[k-1], Φ, 그리고 Φ[k-1]으로 상기 수학식 10의

을 계산하여 연산기(24)에 입력되어 연산기(23)의 출력인 Dr값에서 뺀 상기 수학식 11의 계산을 수행한다.

상기 연산기(24)의 출력인 상기 수학식 11의 값은 PI위치추종제어기(46)에서 0으로 수렴시키도록 Φ를 조절하여 위치 θ를 추정한다.

기존 위치추정기와 차별되는 본 발명은 도 9에서 곱셈기(41), 곱셈기(42), 위치오차보상기(44), 추종위치백업버퍼(46, Φ백업버퍼라고도 칭하겠다), 그리고 Qr백업버퍼(45)로 구성된 레졸버 출력신호의 크기 언바란스에 의한 위치 오차를 보정 방법을 제공하는 것이다.

다음, 본 발명의 동작을 도 10의 흐름도로 상세히 서술하겠다.

도 10의 흐름도에 따른 레졸버의 위치 오차 보정 방법은, 레졸버의 출력 사인 신호 및 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 상기 수학식 7에 따른 Dr 값을 산출하는 단계(S205); 레졸버의 출력 사인 신호 및 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 상기 수학식 8에 따른 Qr 값을 산출하는 단계; 상기 수학식 11에 따른 E 값을 산출하는 단계(S206)(여기서,

,

); 상기 E 값이 소정의 오차 범위내에 0으로 수렴하지 않으면, 조정 사인파 및 조정 사인파의 주파수를 다른 값으로 변경하여, 상기 Dr 값 및 Qr 값을 산출하는 것을 복귀하는 단계; 및 상기 E 값이 소정의 오차 범위내에 0으로 수렴하면, 상기 수렴된 Φ를 회전 위치 θ로 추정하는 단계(S211)를 포함할 수 있다.

상기 Qr 값을 산출하는 단계는, 최초 인터럽트 주기에서는 상기 수학식에 따른 Qr 값을 산출하지만, 다음 인터럽트 주기부터는 이전 인터럽트 주기에서 도 10의 S212 단계에서 구해진 Qr 값을 그대로 이용하며, 그에 따라 도면에서는 별도의 Qr 값을 산출하는 과정은 생략되었다.

도시한 위치 추정 루틴 시작(S201)에서 상기 S211 단계로 해당 인터럽트 주기에서 위치 추정 및 오차 보정이 완료되며, 상기 S212 단계 내지 S215 단계는, 다음 인터럽트 주기에서의 보상값을 결정하는 과정이다.

상기 흐름도에서 100usec 인터럽트 루틴이 시작되면 위치 추정의 초기치 Φ[k]를 전 인터럽트 주기의 위치 추정값 Φ[k-1]로 설정(S202)한다.

상기 A/D변환기에 의해 레졸버 출력신호 사인 신호

와 코사인 신호

를 디지털 값으로 변환한다(S203).

수렴루틴의 카운터 cnt를 증가시키고(S204), 상기 수학식 7의 Dr을 계산한다(S205).

으로 하여 상기 수학식 11의

를 계산한다(S206).

상기 위치추정 알고리즘(상기 수학식 11)에서 Φ를 조절하여 상기 수학식 11의 E 값이 0이 되도록 수렴하면 이때의 Φ는 하기 수학식 14와 같이 구하고자하는 위치 θ가 된다.

따라서, 위치 추정 루틴에서 위치 값이 0에 가까운 정해진 오차범위(NORM) 내까지 수렴할 때까지 반복하며(S209) 반복회수를 cnt로 증가시키며(S207) 측정한다.

상기 수학식 14와 같이 상기 계산한 E가 정해진 오차범위(NORM) 내로 수렴하면 이때의 Φ는 위치 θ로 추정되지만 수렴하지 않으면 상기 계산한 E를 오차로하여 PI제어기(S210)로 새로운 Φ를 계산, 궤환(피드백)시킨다.

상기 궤환 과정을 E가 정해진 오차범위(NORM) 내에 수렴할 때까지 반복하며 만약 수렴하지 않고 반복회수 cnt가 정해진 횟수를 넘으면(S207) 추정 실패로 판정한다(S208).

상기 수렴된 Φ는 위치 θ로 추정하며(S211) 이 방법에 의해 레졸버 출력신호로 부터 위치 추정이 가능하며 추정위치 Φ는 실제위치 θ와 일치하며 오차가 거의 없이 위치추정을 잘 수행한다.

수렴 루틴이 끝난 후 위치 오차 보정을 위한

를 계산하기 위해 상기 수학식 8의 Qr[k]을 계산한다(S212).

상기 수학식 8의 연산 결과 Qr[k]과 전주기 Qr백업 값 Qr[k-1]에 의해 상기 수학식 12의

을 연산한다(S213).

또한, 상기 수렴된 Φ[k]과 전주기 Φ[k-1]에 의해 상기 수학식 13의

을 연산한다(S213).

다음 주기에서 전주기 Qr값 Qr[k-1]를 보관하기 위해 현재 계산 결과의 Qr[k]를 전주기 Qr백업버퍼에 다음 주기의 Qr[k-1]로서 저장하고, 또한 다음 주기에서 전주기 Φ값 Φ[k-1]를 보관하기 위해 현재 수렴 결과의 Φ[k]를 전주기 Φ백업버퍼에 다음 주기의 Φ[k-1]로서 저장한다(S214).

위치 오차 보상을 위한

를 계산한다(S215).

상기 S215 과정은 다음 주기의 위치 수렴을 위한 위치오차보상값을 계산하는 과정이며, 상기 위치오차보상값을 계산하는 과정은 다음 주기 수렴에서 수행할 수 도 있고, 또는 상기 S215 과정 후 다시 다음 주기 수렴이 아닌 현 주기의 S204에서 S209까지의 수렴과정을 되풀이 할 수 있다.

다음, 본 발명의 효과를 증명하기 위한 모의실험의 결과를 설명하겠다.

도 11a,b는 모의 실험의 결과파형으로서, 도 11a는 사인 신호

보다 코사인 신호

가 큰, 즉 α가 0.5인 경우 크기 언발란스에 의한 위치오차보상을 하지 않은 도 7의 흐름도에 의해 위치추정을 한 경우의 위치추정 파형이다.

크기 언발란스에 의한 위치오차보상을 하지 않은 경우 도 11a에서와 같이 위치오차가 발생함을 알 수 있다.

도 11b는 사인 신호

보다 코사인 신호

가 큰, 즉 α가 0.5인 경우 크기 언발란스에 의한 위치오차보상을 한 도 10의 흐름도에 의해 위치추정을 한 경우의 위치추정 파형이다.

크기 언발란스에 의한 위치오차보상을 한 경우 도 11b에서와 같이 크기 언발란스에 의한 위치오차가 현저히 감소하여 정확한 위치를 추정할 수 있음을 확인할 수 있다.

21,22,23 : Dr 산출기
24,33 : 조정 회로
31 : 조정 사인파 발생기
32 : 조정 코사인파 발생기
40 : 위치 오차 보상 블록

Claims (10)

1. 레졸버의 출력 사인 신호를 입력받는 출력 사인 신호 입력단;
   레졸버의 출력 코사인 신호를 입력받는 출력 코사인 신호 입력단;
   조정 사인파를 발생시키는 조정 사인파 발생기;
   조정 코사인파를 발생시키는 조정 코사인파 발생기;
   상기 출력 사인 신호, 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 하기 수학식에 따른 Dr 값을 산출하는 Dr 산출기;
   

   

   
   상기 출력 사인 신호, 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 하기 수학식에 따른 Qr 값을 산출하여 위치 오차를 보상하는 위치 오차 보상 블록;
   

   

   
   상기 조정 사인파 발생기 및 상기 조정 코사인파 발생기의 주파수를 조정하기 위한 조정 회로를 포함하는 위치 오차 보정 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 조정 회로는,
   하기 수학식에 따른 E값이 소정의 오차 범위내에 0으로 수렴하지 않으면, 조정 사인파 및 조정 사인파의 주파수를 다른 값으로 변경하는 위치 추종 제어기인 것을 특징으로 하는 위치 오차 보정 장치.
   

   

   
   

   

   
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 위치 오차 보상 블록은,
   상기 조정 회로가 변경한 주파수 값과, 상기 Qr 값으로 소정의 조정값을 산출하여 상기 조정 회로로 출력하고,
   상기 조정 회로는 상기 조정값과 Dr 값을 합한 신호로 상기 E값을 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 오차 보정 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 위치 오차 보상 블록은,
   하기 수학식에 따라 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 위치 오차 보정 장치.
   

   

   
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 위치 오차 보상 블록은,
   Qr 산출기;
   상기 조정 회로가 변경한 주파수값을 저장하는 조정 주파수 백업버퍼;
   상기 Qr 산출기가 산출한 Qr값을 저장하는 Qr 백업버퍼; 및
   이전 시점에서 획득되어 상기 조정 주파수 백업버퍼에 저장된 조정 주파수와, 이전 시각에서 획득되어 상기 Qr 백업버퍼에 저장된 Qr값과, 현재 시점에서 획득된 조정 주파수 및 Qr값으로, Qr의 미분값을 생성하는 미분기
   를 포함하는 위치 오차 보정 장치.
   
6. 레졸버의 출력 사인 신호 및 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 하기 수학식에 따른 Dr 값을 산출하는 단계;
   

   

   
   레졸버의 출력 사인 신호 및 출력 코사인 신호, 조정 사인파 및 조정 코사인파로 하기 수학식에 따른 Qr 값을 산출하는 단계;
   

   

   
   하기 수학식에 따른 E 값을 산출하는 단계;
   

   

   
   

   

   
   상기 E 값이 소정의 오차 범위내에 0으로 수렴하지 않으면, 조정 사인파 및 조정 사인파의 주파수를 다른 값으로 변경하여, 상기 Dr 값 및 Qr 값을 산출하는 것을 복귀하는 단계; 및
   상기 E 값이 소정의 오차 범위내에 0으로 수렴하면, 상기 수렴된 Φ를 회전 위치 θ로 추정하는 단계
   를 포함하는 위치 오차 보정 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   위치 추정의 초기치 Φ[k]를 전 인터럽트 주기의 위치 추정값 Φ[k-1]로 설정하는 단계를 더 포함하는 위치 오차 보정 방법.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기

   

   은,
   하기 수학식들을 이용해서 구하는 것을 특징으로 하는 위치 오차 보정 방법.
   

   

   
   

   

   
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기

   

   식은,
   상기 수학식의 Qr[k]를 계산하는 단계;
   상기 계산된 Qr[k]과 전주기 Qr백업 값 Qr[k-1]으로,

   

   을 연산하는 단계;
   상기 수렴된 Φ[k]과 전주기 Φ[k-1]으로,

   

   을 연산하는 단계; 및
   위치 오차 보상을 위한

   

   를 계산하는 단계
   로 구해지는 것을 특징으로 하는 위치 오차 보정 방법.
   
10. 제 6 항에 있어서,
    다음 인터럽트 주기에서의 보상값 산정을 위해,
    현재 계산 결과의 Qr[k]를 Qr백업버퍼에 다음 주기의 Qr[k-1]로서 저장하는 단계; 및
    현재 수렴 결과의 Φ[k]를 Φ백업버퍼에 다음 주기의 Φ[k-1]로서 저장하는 단계
    를 더 포함하는 위치 오차 보정 방법.
    

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