KR101508815B1 - Method for detecting a rotor position in Permanent Magnet Synchronous Motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 홀 센서를 이용한 회전자 속도 및 위치 정보를 얻어내는 방식과 PLL 적분기를 이용한 회전자 위치 추정 방식을 동시에 사용하고, 이 두 방식을 통해 구해진 회전자 위치 정보의 오차를 0이 되도록 별도의 제어기를 구성함으로써 속도 및 이를 근거로 한 회전자 위치가 구해질 수 있도록 한 새로운 방식의 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법을 제공하고자 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 홀 센서 신호(θhall)를 기준으로 평균 속도(ωe)를 구하는 제1단계; 상기 제1단계를 통해 구해진 평균 속도(ωe)를 보간법으로 보간하여 회전자 위치(θr)를 구하는 제2단계; PLL(Phase Locked Loop) 적분기의 출력을 통해 구해진 회전자 위치와 상기 제2단계를 통해 구해진 회전자 위치를 서로 비교하여 상기 회전자 위치에 대한 오차를 구하는 제3단계; 상기 제3단계의 구해진 오차가 0이 되도록 오차를 수정함과 더불어 이를 통해 속도를 구하는 제4단계; 그리고, 상기 제4단계에서 구해진 속도를 적분하여 회전자의 위치를 구하는 제5단계를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법이 제공된다.The present invention uses both a method of obtaining the rotor speed and position information using the Hall sensor and a method of estimating the position of the rotor using the PLL integrator, and an error of the rotor position information obtained through the above- The present invention provides a method of detecting a rotor position of a permanent magnet synchronous motor in which a speed and a rotor position based on the speed can be obtained by configuring a controller.
To this end, the present invention comprises a first step of obtaining an average speed? E based on a Hall sensor signal? Hall ; A second step of interpolating an average speed? E obtained through the first step with an interpolation method to obtain a rotor position? R ; A third step of comparing the position of the rotor obtained through the output of the PLL (Phase Locked Loop) integrator with the position of the rotor obtained through the second step to obtain an error with respect to the rotor position; A fourth step of correcting the error so that the error obtained in the third step is 0 and obtaining the velocity through the error; And a fifth step of integrating the speed obtained in the fourth step to obtain the position of the rotor. The method of detecting a rotor position of a permanent magnet synchronous motor according to claim 1,
Description
본 발명은 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출을 위한 방법에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 홀 센서만을 이용하는 회전자 위치 검출 방법에 의해 야기될 수 있는 초기 위치 추정의 부정확한 문제점과 토크 맥동의 발생에 따른 문제점을 해소할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출을 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for rotor position detection of a permanent magnet synchronous motor, and more particularly to a rotor position detection method using only a Hall sensor and an inaccurate problem of initial position estimation, And more particularly, to a method for detecting the rotor position of a permanent magnet synchronous motor according to a novel aspect.
일반적으로 영구자석 동기 모터(PMSM;Permanent Magnet Synchronous Motor)는 고출력 및 고효율 특성을 가진 모터로서 산업용 및 하이브리드 전기 자동차용 등으로 광범위하게 사용되고 있다.Generally, a permanent magnet synchronous motor (PMSM) is a motor having high output and high efficiency characteristics and is widely used for industrial and hybrid electric vehicles.
이러한 영구자석 동기모터의 벡터제어를 위해서는 엔코더와 같은 분해능이 높은 회전자 위치 검출 센서가 필요하다. 하지만, 상기한 회전자 위치 검출 센서는 기계적으로 견고하지 못하기 때문에 터보 블로워와 같이 고속으로 회전하는 시스템에의 장착이 어렵다.In order to perform vector control of such a permanent magnet synchronous motor, a rotor position detecting sensor having a high resolution such as an encoder is required. However, since the rotor position detecting sensor described above is not mechanically robust, it is difficult to mount the rotor position detecting system to a system that rotates at high speed like a turbo blower.
이에 따라, 종래에는 터보 블로워 구동용으로 사용되는 영구자석 동기모터의 경우에는 3개의 홀 센서를 설치하여 상기 각 홀 센서의 출력으로부터 회전자 속도 및 위치 정보를 얻어내는 방식이 주로 사용되고 있다. 이때, 3개의 홀 센서들은 첨부된 도 1과 같이 그 출력 신호들이 전기 각(electrical angle) 으로 서로 120도의 위상 차를 갖도록 배치되며, 이로 인해 전기 각으로 60도 간격으로 새로운 홀 센서 신호가 출력되기 때문에 위치 분해능은 전기 각으로 60도가 된다.Accordingly, conventionally, in the case of a permanent magnet synchronous motor used for driving a turbo blower, a method of installing three Hall sensors and obtaining rotor speed and position information from the output of each hall sensor is mainly used. In this case, the three Hall sensors are arranged such that their output signals have an electrical angle of 120 degrees with respect to each other as shown in FIG. 1, and a new Hall sensor signal is output at an electrical angle of 60 degrees Therefore, the position resolution is 60 degrees in electrical angle.
그러나, 상기와 같이 3개의 홀 센서로써 회전자 속도 및 위치 정보를 얻어내는 방식은 낮은 분해능으로는 백터제어가 어렵다는 문제점이 있었으며, 이에 종래에는 상기 홀 센서의 출력으로 평균 속도를 구한 후, 이 평균 속도를 이용하여 회전자 위치를 보간법으로 취득하는 방식을 주로 사용하고 있다.However, the method of obtaining the rotor speed and the position information using the three Hall sensors as described above has a problem that it is difficult to control the vector with a low resolution. Conventionally, the average speed is obtained from the output of the hall sensor, And the position of the rotor is acquired by an interpolation method using the speed.
즉, 평균 속도(ωe)가 측정되면 회전자 위치(θr)는 보간법을 이용하여 구할 수 있게 된 것이다. 이때, 홀 센서의 위치(θhall)는 해당 홀 센서의 출력 신호로 전기 각 60도 단위로 그 값이 바뀐다.That is, when the average speed (ω e ) is measured, the rotor position (θ r ) can be obtained by interpolation. At this time, the position (? Hall ) of the hall sensor is the output signal of the hall sensor, and its value changes in 60 degree electric angle.
따라서, 전술된 바와 같은 3개의 홀 센서를 이용하는 방식을 통해 기동 성능의 개선 및 정상 상태 운전 성능의 개선이 가능하다.Therefore, improvement of the starting performance and improvement of the steady state operation performance can be achieved through the use of the three hall sensors as described above.
하지만, 상기 3개의 홀 센서로만 회전자 속도 및 위치 정보를 얻어내는 방식은 전술된 바와 같은 장점이 있는 반면, 각 홀 센서들의 조립 공차로 인해 회전자의 추정 위치가 최초의 홀 센서 신호가 출력된 후 다음 홀 센서 신호가 출력되기 이전에 전기 각 60도를 초과하는 문제점이 발생하여 토크 맥동이 발생될 수 있으며, 이는 추정 위치의 최댓값 제한으로도 해결되지 않았던 문제점을 가진다.However, the method of obtaining the rotor speed and position information only by the three Hall sensors has the advantage described above. However, due to the assembly tolerance of each Hall sensor, There is a problem that the electric angle of the electric motor becomes more than 60 degrees before the next hall sensor signal is output, and torque pulsation may occur. This is also a problem that the limitation of the maximum value of the estimated position is not solved.
더욱이, 첨부된 도 2의 도면 중 “A ”부분을 통해 알 수 있듯이 초기 위치 추정이 부정확하다는 문제점이 있으며, 이로 인해 첨부된 도 2의 도면 중 “B ”부분을 통해 알 수 있듯이 초기 기동 시 전류의 흔들림에 따른 문제점도 있을 뿐 아니라 위치 추정에 필요한 시간에 따른 과도상태로 인해 응답이 늦다는 문제점도 있다.2, there is a problem that the initial position estimation is inaccurate, as can be seen from the "A" portion of the attached figure 2. As can be seen from the "B" portion of the attached figure 2, There is also a problem that the response is delayed due to the transient state depending on the time required for the position estimation.
본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 홀 센서를 이용한 회전자 속도 및 위치 정보를 얻어내는 방식을 보완하여 위치 추정에 대한 오차가 제거될 수 있도록 함과 더불어 정상 상태에서 추정 속도 및 위치 신호에서의 맥동 감소를 얻을 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems of the conventional art, and it is an object of the present invention to compensate for a method of obtaining rotor speed and position information using a Hall sensor, And to provide a method of detecting the rotor position of a permanent magnet synchronous motor according to a new form in which the estimated velocity and the pulsation reduction in the position signal can be obtained in a steady state.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법은 홀 센서 신호(θhall)를 기준으로 평균 속도(ωe)를 구하는 제1단계; 상기 제1단계를 통해 구해진 평균 속도(ωe)를 보간법으로 보간하여 회전자 위치(θr)를 구하는 제2단계; PLL(Phase Locked Loop) 적분기의 출력을 통해 구해진 회전자 위치와 상기 제2단계를 통해 구해진 회전자 위치를 서로 비교하여 상기 회전자 위치에 대한 오차를 구하는 제3단계; 상기 제3단계의 구해진 오차가 0이 되도록 오차를 수정함과 더불어 이를 통해 속도를 구하는 제4단계; 그리고, 상기 제4단계에서 구해진 속도를 적분하여 회전자의 위치를 구하는 제5단계를 포함하여 진행됨을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of detecting a rotor position of a permanent magnet synchronous motor, the method including: a first step of obtaining an average speed? E based on a hall sensor signal? Hall ; A second step of interpolating an average speed? E obtained through the first step with an interpolation method to obtain a rotor position? R ; A third step of comparing the position of the rotor obtained through the output of the PLL (Phase Locked Loop) integrator with the position of the rotor obtained through the second step to obtain an error with respect to the rotor position; A fourth step of correcting the error so that the error obtained in the third step is 0 and obtaining the velocity through the error; And a fifth step of integrating the speed obtained in the fourth step to obtain the position of the rotor.
여기서, 상기 제1단계의 홀 센서 신호(θhall)는 그 출력 신호들이 전기 각으로 서로 120도의 위상차를 갖도록 배치된 3개의 홀 센서로부터 출력되도록 설정되고, 상기 제1단계의 평균 속도는 상기 3개의 홀 센서를 토대로 한 전기 각 60도 단위로 트리거(trigger)되는 신호와, 전기 각 120도 단위로 트리거(trigger)되는 신호와, 전기 각 180도 단위로 트리거(trigger)되는 신호와, 전기 각 360도 단위로 트리거(trigger)되는 신호를 이용하여 측정함을 특징으로 한다.Here, the hall sensor signal? Hall in the first stage is set to be output from three Hall sensors arranged such that the output signals thereof have a phase difference of 120 degrees from each other at an electric angle, A signal triggered in units of 60 electrical degrees based on the Hall sensors, a signal triggered in units of 120 electrical degrees, a signal triggered in units of electrical angle of 180 degrees, And is measured using a signal that is triggered in 360 degree increments.
또한, 상기 제2단계의 회전자 위치(θr)를 구하기 위하여 평균 속도(ωe)를 보간하는 보간법은 
또한, 상기 제4단계를 통해 구하는 속도는 제어기(Ge(S))를 사용하여 수행되며, 상기 제어기는 
또한, 상기 Kei와 Kep는 댐핑비(damping ratio;ζ)와, 비감쇠 고유 주파수(undamped natural frequency)를 이용하여 구한 값으로써 상기 Kep=2ζωn이고, Kei=ωn 2임을 특징으로 한다.Further, K ei and K ep are values obtained by using a damping ratio (ζ) and an undamped natural frequency, and K ep = 2ζω n and K ei = ω n 2 .
이상에서와 같은 본 발명에 따른 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법은 홀 센서를 이용하는 방식과 PLL 방식을 동시에 적용하여 회전자 위치를 추정함에 따라 초기 위치 추정의 정확도가 향상될 수 있게 된 효과를 가진다.The method of detecting the rotor position of the permanent magnet synchronous motor according to the present invention as described above can improve the accuracy of the initial position estimation by estimating the rotor position by applying both the method using the hall sensor and the PLL method .
더욱이, 상기한 초기 위치 추정의 정확도가 향상됨으로 인해 기동 특성의 개선도 이룰 수 있게 되었으며, 위치 추정 필요 시간 감소에 따른 과도 상태 응답 특성이 개선될 수 있게 된 효과를 가진다.Furthermore, since the accuracy of the initial position estimation is improved, the start-up characteristic can be improved, and the transient response characteristic according to the reduction of the position estimation required time can be improved.
뿐만 아니라, 정상상태에서의 추정 속도 및 위치 신호의 맥동이 감소될 수 있음으로써 더욱 정확한 회전자 위치의 추정이 가능하게 된 효과를 가진다.In addition, since the estimated velocity in the steady state and the pulsation of the position signal can be reduced, it is possible to more accurately estimate the rotor position.
도 1은 종래 기술에 따른 3개의 홀 센서에 대한 배치 상태를 설명하기 위해 나타낸 상태도
도 2는 종래 기술에 따른 3개의 홀 센서를 이용한 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법을 통해 얻어지는 홀 센서 출력 및 기동 파형을 나타낸 그래프
도 3은 본 발명의 영구자석 동기 모터가 적용된 터보 블러워의 제어 구성에 대한 전반적인 상태를 나타낸 개략적인 구성도
도 4는 본 발명의 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출을 위한 방식을 나타낸 구성도
도 5는 본 발명의 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법에 의한 과도 상태 응답 특성이 개선된 상태를 설명하기 위해 나타낸 그래프
도 6은 본 발명의 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법을 통해 얻어지는 홀 센서 출력 및 기동 파형을 나타낸 그래프FIG. 1 is a state diagram illustrating an arrangement of three Hall sensors according to the related art.
FIG. 2 is a graph showing the Hall sensor output and the starting waveform obtained by the rotor position detecting method of the permanent magnet synchronous motor using three Hall sensors according to the related art
3 is a schematic diagram showing an overall state of a control configuration of a turbo blur to which the permanent magnet synchronous motor of the present invention is applied
4 is a configuration diagram showing a method for detecting the rotor position of the permanent magnet synchronous motor of the present invention
5 is a graph showing a state in which the transient response characteristic is improved by the rotor position detection method of the permanent magnet synchronous motor of the present invention
6 is a graph showing the Hall sensor output and the starting waveform obtained by the rotor position detecting method of the permanent magnet synchronous motor of the present invention
이하, 본 발명의 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a rotor position detecting method of the permanent magnet synchronous motor of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6 attached hereto.
실시예의 설명에 앞서 첨부된 도 3은 본 발명의 영구자석 동기 모터(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)(100)가 적용된 터보 블러워의 제어 구성에 대한 전반적인 상태를 나타내고 있으며, 이때 본 발명의 영구자석 동기 모터(100)는 SVPWM 방식의 벡터제어에 의한 주파수 제어가 이루어질 수 있도록 구성된 것이다.3 attached hereto prior to the description of the embodiment shows an overall state of a control configuration of a turbo blur to which a permanent magnet synchronous motor (PMSM) 100 of the present invention is applied. In this case, The
특히, 본 발명의 영구자석 동기 모터(100)는 상기한 벡터제어가 3개의 홀 센서를 이용한 회전자 속도 및 위치 추정과 더불어 위상고정루프(PLL:Phase Locked Loop) 방식을 이용한 회전자 위치의 추정을 함께 적용함으로써 초기 위치 추정에 대한 정확도가 더욱 향상될 수 있도록 함과 더불어 이에 의한 기동 특성 개선 및 위치 추정 필요 시간 감소에 따른 과도 상태 응답 특성을 개선하고 정상상태에서 추정 속도 및 위치 신호의 맥동을 감소할 수 있도록 함을 특징으로 제시하며, 이는 첨부된 도 4에 도시한 바와 같다.Particularly, the permanent magnet
하기에서는, 전술된 본 발명의 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법에 대하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.In the following, the rotor position detecting method of the above-described permanent magnet synchronous motor of the present invention will be described in more detail.
먼저, 3개의 홀 센서 신호(θhall)를 기준으로 평균 속도(ωe)를 구한다. 이때, 상기 3개의 홀 센서들은 그 출력 신호들이 전기 각(electrical angle)으로 서로 120도의 위상 차를 갖도록 배치되며, 상기 평균 속도(ωe)는 상기 3개의 홀 센서를 토대로 한 전기 각 60도 단위로 트리거(trigger)되는 신호와, 전기 각 120도 단위로 트리거(trigger)되는 신호와, 전기 각 180도 단위로 트리거(trigger)되는 신호와, 전기 각 360도 단위로 트리거(trigger)되는 신호를 이용하여 측정한다.First, the average speed? E is obtained on the basis of the three hall sensor signals? Hall . The three Hall sensors are arranged such that their output signals have a phase difference of 120 degrees with respect to each other at an electrical angle, and the average speed [omega] e is an electric angle of 60 degrees A signal triggered by an electrical angle of 120 degrees, a signal triggered by an electrical angle of 180 degrees, and a signal triggered by an electrical angle of 360 degrees .
그리고, 상기 과정을 통해 구해진 평균 속도(ωe)는 아래의 [수학식 1]에 따른 보간법으로 보간함으로써 3개의 홀 센서를 이용한 회전자의 위치(θr)를 구하게 된다.Then, the average speed? E obtained through the above process is interpolated by the interpolation method according to the following equation (1) to obtain the position? R of the rotor using the three Hall sensors.
상기 [수학식 1]에서 θhall은 전기 각 60도 단위로 그 값이 바뀌는 홀 센서의 출력 신호이고, 상기 ΔT는 홀 센서 출력이 변화된 시점을 기준으로 현재까지 경과된 시간으로 설정된다.In Equation (1),? Hall is an output signal of a Hall sensor whose value changes in units of electrical angle of 60 degrees, and? T is set to the elapsed time based on a point of time when Hall sensor output is changed.
이때, 상기한 [수학식 1]을 통해 회전자 위치를 보간할 경우 홀 센서의 조립 공차로 인해 다음번 홀 센서 신호가 변화되기 이전에 보간을 통해 구한 위치 정보가 전기 각 60도를 초과하여 회전자 전기 각 추정이 매끄럽게 이루어지지 못해 토크 맥동의 발생과 소음 및 진동이 증가될 수 있는 문제가 발생될 수 있기 때문에 상기 보간을 통해 구한 위치 정보의 최대 값은 전기 각 60도로 제한함이 바람직하다.When the rotor position is interpolated through Equation (1), the position information obtained through interpolation before the next Hall sensor signal changes due to the assembly tolerance of the Hall sensor exceeds 60 degrees of electric angle, It is preferable that the maximum value of the position information obtained through the interpolation is limited to 60 degrees of electric angle because the electric angle estimation can not be performed smoothly, and the occurrence of torque pulsation, noise and vibration may be increased.
한편, 전기 각 360도 단위로 트리거(trigger)되는 신호를 이용하여 회전자의 평균 속도(ωe)를 측정할 경우 홀 센서 조립에서 발생하는 공차 및 영구자석 조립에서 발생하는 공차에 의한 오차 영향을 받지 않음에 따라 상기 전기 각 360도 단위로 평균속도를 측정하여 회전자 위치를 보간할 경우 속도 맥동, 추정 위치의 맥동 그리고, 전류 맥동 측면에서 가장 우수한 결과를 얻을 수 있으며,On the other hand, when the average speed (ω e ) of the rotor is measured using a signal triggered by 360 degrees of electrical angle, the tolerance caused by the assembly of the Hall sensor and the tolerance caused by the tolerance caused by the permanent magnet assembly When the rotor position is interpolated by measuring the average speed in the 360 degree electrical angle according to the non-receipt, the best results can be obtained in terms of the speed pulsation, the pulsation of the estimated position, and the current pulsation,
그러나, 전기 각 360도 단위로 평균 속도를 측정하는 경우 공차에 의한 오차의 영향을 적게 받아 정상 상태에서의 속도, 전류 맥동이 적게 발생하는 장점이 있지만, 기동 조건에서는 60도 단위 평균 속도 측정 방식 대비 토크 맥동 및 발생 토크의 크기 측면에서 성능이 저하되는 특징이 있기 때문에 초기 기동 단계에서 평균 속도 측정을 순차적으로 전기 각 60도, 180도, 360도 단위로 변경함으로써 개선함이 더욱 바람직하다.However, when the average speed is measured in 360 degree electrical angle, there is an advantage in that the influence of tolerance error is small and the speed and current pulsation in the steady state are small. However, in the starting condition, It is more preferable to improve the average speed measurement by changing the average speed measurement sequentially in 60 degree, 180 degree and 360 degree increments in the initial start step because there is a characteristic that the performance is deteriorated in terms of torque pulsation and generated torque.
또한, 전술한 바와 같이 3개의 홀 센서를 이용하여 회전자 위치를 구하는 도중에는 PLL(Phase Locked Loop) 적분기(200)의 출력을 통해 회전자 위치를 별도로 구하게 된다.As described above, the position of the rotor is separately obtained through the output of the PLL (Phase Locked Loop)
이때, 상기 PLL(Phase Locked Loop) 적분기는 출력 신호의 주파수를 항상 일정하게 유지하면서 해당 회전자에 대한 위치 정보를 구하는 구성이다.At this time, the PLL (Phase Locked Loop) integrator is configured to obtain the position information of the rotor while maintaining the frequency of the output signal at a constant level.
그리고, 상기한 바와 같은 3개의 홀 센서를 이용한 과정을 통한 회전자 위치 및 PLL 적분기(200)를 이용한 과정을 통한 회전자 위치가 각각 구해지면 상기 구해진 회전자 위치들을 서로 비교하여 상기 회전자 위치에 대한 오차를 구하며, 계속해서 이 구해진 오차가 0이 되도록 오차를 수정함과 더불어 이를 통해 속도를 구한다.When the position of the rotor through the process using the three Hall sensors as described above and the position of the rotor through the process using the
즉, 전술된 3개의 홀 센서를 이용한 회전자 위치에 대한 추정 방법만으로는 홀 센서들의 조립 공차로 인해 추정 위치가 다음 홀 센서 신호의 출력 이전에 전기 각 60도를 초과하는 문제점이 발생하여 토크 맥동이 발생될 수 있으며, 추정 위치에 대한 최댓값 제한으로도 적절한 해결책으로 볼 수 없기 때문에 본 발명의 실시예에서는 3개의 홀 센서를 이용한 회전자 위치에 대한 추정 방법과 함께 PLL 방식의 위치 추정을 함께 진행하여 상기 두 방식을 통해 추정된 회전자 위치에 대한 오차를 수정함에 따라 정확한 회전자 속도가 구해질 수 있도록 한 것이다.That is, only the estimation method of the rotor position using the three Hall sensors described above causes a problem that the estimated position exceeds the electric angle of 60 degrees before the output of the next hall sensor signal due to the assembly tolerance of the Hall sensors, And since the maximum limit for the estimated position can not be regarded as a proper solution, the embodiment of the present invention proposes a method of estimating a rotor position using three Hall sensors and a PLL method together The correct rotor speed can be obtained by correcting the error of the rotor position estimated through the above two methods.
특히, 상기한 각 회전자의 추정 위치에 대한 오차를 수정하는 제어기는 아래의 [수학식 2]에 나타낸 바와 같은 비례-적분 제어기(300)가 사용된다.In particular, the proportional-
이때, 상기 Kei와 Kep는 댐핑비(damping ratio;ζ)와, 비감쇠 고유 주파수(undamped natural frequency)를 이용하여 구한 값으로써 상기 Kep=2ζωn이고, Kei=ωn 2이다.The K ei and K ep are values obtained by using a damping ratio and a undamped natural frequency, and K ep = 2ζω n and K ei = ω n 2 .
따라서, 전술된 비례-적분 제어기(300)에 의한 위치 추정 오차가 제거된 정확한 회전자 속도가 구해지면, 이 구해진 속도를 적분함으로써 회전자의 정확한 위치가 구해질 수 있게 된다.Accordingly, when the accurate rotor speed at which the position estimation error by the proportional-
결국, 본 발명의 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법은 홀 센서를 이용하는 방식과 PLL 방식을 동시에 적용하여 회전자 위치를 추정함에 따라 첨부된 도 5에 도시된 그래프에서와 같이 과도 상태 응답 특성이 개선될 수 있고, 또한, 첨부된 도 6의 그래프에서와 같이 위치 추정의 정확도가 향상됨과 더불어 기동 특성이 개선될 수 있게 된 장점을 가진다.As a result, in the method of detecting the rotor position of the permanent magnet synchronous motor of the present invention, the position of the rotor is estimated by simultaneously applying the method using the Hall sensor and the PLL method, And also has the advantage that the accuracy of position estimation can be improved and the start-up characteristic can be improved as in the graph of Fig. 6 attached hereto.
100. 영구자석 동기 모터 200. PLL 적분기
300. 비례-적분 제어기100. Permanent magnet
300. Proportional-integral controller
Claims (5)
상기 제1단계를 통해 구해진 평균 속도(ωe)를 보간법으로 보간하여 회전자 위치(θr)를 구하는 제2단계;
PLL(Phase Locked Loop) 적분기(200)의 출력을 통해 구해진 회전자 위치와 상기 제2단계를 통해 구해진 회전자 위치를 서로 비교하여 상기 회전자 위치에 대한 오차를 구하는 제3단계;
상기 제3단계의 구해진 오차가 0이 되도록 오차를 수정함과 더불어 이를 통해 속도를 구하는 제4단계; 그리고,
상기 제4단계에서 구해진 속도를 적분하여 회전자의 위치를 구하는 제5단계를 포함하여 진행되며,
상기 제1단계의 홀 센서 신호(θhall)는 그 출력 신호들이 전기 각으로 서로 120도의 위상차를 갖도록 배치된 3개의 홀 센서로부터 출력되도록 설정되고,
상기 제1단계의 평균 속도는 상기 3개의 홀 센서를 토대로 한 전기 각 60도 단위로 트리거(trigger)되는 신호와, 전기 각 120도 단위로 트리거(trigger)되는 신호와, 전기 각 180도 단위로 트리거(trigger)되는 신호와, 전기 각 360도 단위로 트리거(trigger)되는 신호를 이용하여 측정함을 특징으로 하는 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법.
A first step of obtaining an average speed? E based on the hall sensor signal? Hall ;
A second step of interpolating an average speed? E obtained through the first step with an interpolation method to obtain a rotor position? R ;
A third step of comparing the rotor position obtained through the output of the PLL (Phase Locked Loop) integrator 200 and the rotor position obtained through the second step to obtain an error with respect to the rotor position;
A fourth step of correcting the error so that the error obtained in the third step is 0 and obtaining the velocity through the error; And,
And a fifth step of integrating the velocity obtained in the fourth step to obtain the position of the rotor,
Wherein the Hall sensor signal (θ hall) of Step 1 is set so that the output from the three Hall sensors placed that output signals have a phase difference of 120 degrees from each other in electrical angle,
The average speed of the first stage is a signal triggered by an electrical angle of 60 degrees based on the three hall sensors, a signal triggered by an electrical angle of 120 degrees, Wherein the signal is measured using a signal to be triggered and a signal to be triggered in 360 degree electrical angle units.
상기 제1단계를 통해 구해진 평균 속도(ωe)를 보간법으로 보간하여 회전자 위치(θr)를 구하는 제2단계;
PLL(Phase Locked Loop) 적분기(200)의 출력을 통해 구해진 회전자 위치와 상기 제2단계를 통해 구해진 회전자 위치를 서로 비교하여 상기 회전자 위치에 대한 오차를 구하는 제3단계;
상기 제3단계의 구해진 오차가 0이 되도록 오차를 수정함과 더불어 이를 통해 속도를 구하는 제4단계; 그리고,
상기 제4단계에서 구해진 속도를 적분하여 회전자의 위치를 구하는 제5단계를 포함하여 진행되며,
상기 제2단계의 회전자 위치(θr)를 구하기 위하여 평균 속도(ωe)를 보간하는 보간법은
의 식으로 이루어지며, 상기 식에서 θhall은 전기 각 60도 단위로 그 값이 바뀌는 홀 센서의 출력 신호이고, 상기 ΔT는 홀 센서 출력이 변화된 시점을 기준으로 현재까지 경과된 시간으로 설정됨을 특징으로 하는 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법.
A first step of obtaining an average speed? E based on the hall sensor signal? Hall ;
A second step of interpolating an average speed? E obtained through the first step with an interpolation method to obtain a rotor position? R ;
A third step of comparing the rotor position obtained through the output of the PLL (Phase Locked Loop) integrator 200 and the rotor position obtained through the second step to obtain an error with respect to the rotor position;
A fourth step of correcting the error so that the error obtained in the third step is 0 and obtaining the velocity through the error; And,
And a fifth step of integrating the velocity obtained in the fourth step to obtain the position of the rotor,
An interpolation method for interpolating the average speed? E to obtain the rotor position? R in the second step
Wherein ? Hall is an output signal of a Hall sensor whose value changes in units of electrical angle of 60 degrees, and? T is set to an elapsed time based on a point of time when Hall sensor output is changed, And the rotor position of the permanent magnet synchronous motor is detected.
상기 제4단계를 통해 구하는 속도는 제어기(Ge(S))를 사용하여 수행되며,
상기 제어기는
의 식을 이용하여 오차를 수정하는 비례-적분 제어기(300)로 사용됨을 특징으로 하는 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법.The method according to claim 1,
The speed obtained through the fourth step is performed using a controller G e (S)
The controller
Integral controller (300) for correcting an error using an equation of Equation (30).
상기 Kei와 Kep는
댐핑비(damping ratio;ζ)와, 비감쇠 고유 주파수(undamped natural frequency)를 이용하여 구한 값으로써
상기 Kep=2ζωn이고, Kei=ωn 2임을 특징으로 하는 영구자석 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법.5. The method of claim 4,
The K ei and K ep
It is a value obtained by using a damping ratio (ζ) and an undamped natural frequency
The K ep = 2ζω and n, K n ei = ω rotor position detection method for a permanent magnet synchronous motor, characterized in that 2.
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