KR101529793B1 - 인버터 제어방법 - Google Patents

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Abstract

인버터 제어방법이 개시된다. 본 발명의 방법은, 프리-PID 종료시 상기 압력센서로부터 피드백되는 압력 데이터를 제1레퍼런스로 설정하고, 제1레퍼런스를 소정 스텝 증가한 제2레퍼런스로 갱신하고, 제2레퍼런스를 이용하여 비례적분미분(PID) 제어를 수행하고, 제2레퍼런스 또는 피드백되는 압력 데이터가 미리 설정된 설정값과 동일해지는 경우, 사용자의 설정에 의한 제3레퍼런스를 이용하여 PID 제어를 수행한다.

Description

인버터 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING INVERTER}
본 발명은 인버터의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 펌프 제어에 있어서, 펌프를 직입기동하는 등의 경우 순간적으로 펌프관에 압력이 과도하게 인가되어 펌프가 손상되거나 또는 펌프에서 물탱크까지 이어지는 관이 손상되는 경우가 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 프리(pre)-비례적분미분(Proportional Integral Dderivative; PID) 주파수까지 정상 가감속 시간동안 가속하고, 프리-PID 지연시간만큼 프리-PID 주파수로 유지하는 방법이 사용되고 있다.
프리-PID 주파수에서 프리-PID 지연시간을 유지하는 동안, 압력에 대한 피드백이 사용자가 설정한 프리-PID 중단(exit)보다 작으면 프리-PID 시간이 지난 후 정상적인 PID 제어를 수행한다. 프리-PID 주파수에 도달하고, 프리-PID 지연시간('소프트필(soft fill) 시간'이라고도 함)을 유지하는 동안에는 PID 제어를 수행하지 않는다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 인버터 제어를 설명하기 위한 예시도로서, 도 1a는 프리-PID 주파수에서 프리-PID 지연시간이 경과하기 전에 피드백에 프리-PID 중단값에 도달한 경우이고, 도 1b는 프리-PID 주파수에서 프리-PID 지연시간을 유지한 후에도 피드백이 프리-PID 중단값보다 작은 경우를 나타낸다.
도 1a와 같은 경우, 프리-PID 주파수에서 프리-PID 지연시간이 종료되기 전에 피드백되는 압력 데이터가 프리-PID 중단값에 도달한 경우, 정상 PID가 수행됨을 알 수 있다.
그러나, 도 1b에 도시된 바와 같이, 프리-PID 지연시간이 지나도 피드백되는 압력 데이터가 프리-PID 중단값과 많이 차이가 나는 경우, 정상 PID가 시작되면 PID 제어 부담률이 커지기 때문에 PID 출력이 순간적으로 커짐에 따라, 갑작스런 펌프압력 변동에 의한 펌프 손상을 막을 수 없게 되는 경우가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 펌프제어시 펌프 내부에 급작스런 압력의 변화에 의해 펌프가 손상되는 것을 방지하는 인버터 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 압력의 피드백과 사용자가 설정한 펌프가 정상운전가능한 압력의 차이가 크게 발생하지 않아, 펌프의 손상을 방지하는 인버터 제어방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 펌프에 의한 압력을 검출하는 압력센서와, 상기 펌프를 구동하는 전동기, 및 상기 전동기를 구동하는 인버터를 포함하는 시스템에서, 상기 인버터를 제어하는 본 발명의 일실시예의 제어방법은, 프리-PID 종료시 상기 압력센서로부터 피드백되는 압력 데이터를 제1레퍼런스로 설정하는 단계; 상기 제1레퍼런스를 소정 스텝 증가한 제2레퍼런스로 갱신하는 단계; 상기 제2레퍼런스를 이용하여 비례적분미분(PID) 제어를 수행하여, 상기 인버터의 출력주파수를 결정하는 단계; 및 상기 제2레퍼런스 또는 피드백되는 압력 데이터가 미리 설정된 설정값과 동일해지는 경우, 사용자의 설정에 의한 제3레퍼런스를 이용하여 PID 제어를 수행하여, 상기 인버터의 출력주파수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어방법은, 소정 주기 경과 후, 상기 제2레퍼런스와 해당 시점에서의 피드백되는 압력 데이터의 차이가 소정값 미만인 경우, 상기 제2레퍼런스를 상기 소정 스텝 증가한 제4레퍼런스로 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어방법은, 상기 제4레퍼런스를 이용하여 PID 제어를 수행하여, 상기 인버터의 출력주파수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어방법은, 소정 주기 경과 후, 상기 제2레퍼런스와 해당 시점에서의 피드백되는 압력 데이터의 차이가 소정값 이상인 경우, 상기 제2레퍼런스를 해당 주기에서의 레퍼런스로 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어방법은, 상기 제2레퍼런스를 이용하여 PID 제어를 수행하여, 상기 인버터의 출력주파수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 설정값은, 상기 제3레퍼런스보다 작을 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 프리-PID 지연이후 피드백되는 압력 데이터가 소프트필 설정값에 도달하지 못하는 경우, 소프트필 PID를 수행한다.
즉, 초기 소프트필 PID 레퍼런스에 소정 스텝을 주기적으로 증가시켜 갱신하되, 소프트필 PID 레퍼런스와 피드백되는 압력 데이터의 차이가 소정 값 이하인 경우에 한하여 증가시킴으로써, 펌프가 정상운전 가능한 압력에 도달하기까지 급격한 압력의 변화 없이 운전 가능하여, 펌프의 손상을 방지하도록 하는 효과가 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 인버터 제어를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 인버터 시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2의 제어부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 인버터 제어방법을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 인버터 제어방법을 설명하기 위한 다른 일예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 인버터 시스템의 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은, 인버터(1)와, 인버터(1)로부터 소정 크기 및 주파수의 전압을 인가받는 전동기(2)로 구성되며, 전동기(2)에 연결된 펌프(3)는 전동기(2)에 의해 구동된다.
일반적으로 펌프(3)는, 입구를 통해 액체 등을 흡입하여 토출구로 토출하도록 구성되는 기계이며, 전동기(2)에 의해 구동된다. 펌프(3)의 구성에 대해서는 본 발명과 크게 관련이 없으므로, 그 설명에 대해서는 생략하기로 한다.
압력센서(4)는, 펌프(3)에 연결된 유로에 설치되며, 압력센서(4)가 설치되는 위치는, 예를 들어 토출구이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 유로의 다양한 위치에 압력센서(4)가 배치될 수 있다. 압력센서(4)가 검출하는 유로의 압력은, 본 발명의 인버터 제어에 피드백으로서 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에서, 유로의 상태에 대한 피드백으로서, 압력센서(4)가 검출하는 유로의 압력을 예를 들어 설명하겠으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 유량센서 등 다양한 센서가 유로의 상태를 나타내는 값을 검출하여, 이를 피드백으로 사용할 수 있다 할 것이다.
본 발명의 인버터(1)는, 제어부(11), 입출력부(12) 및 펄스폭변조(Pulse-Width Modulation; PWM) 수행부(13)를 포함할 수 있다. 본 발명의 인버터(1)는, 위 구성요소 외 다양한 구성요소를 포함할 수 있으나, 본 발명과 무관한 구성요소에 대해서는 그 설명은 생략하기로 한다.
입출력부(12)는 압력센서(4)의 출력을 수신하여, 이를 디지털 데이터로 변환하여 제어부(11)에 전달할 수 있다. 이를 위해, 입출력부(12)는, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 포함할 수도 있다.
제어부(11)는 입출력부(12)로부터 데이터를 수신하여, PID 제어를 통해 출력주파수를 생성하고, 해당 출력주파수를 PWM 수행부(13)에 전달한다.
PWM 수행부(13)는, 제어부(11)로부터 수신한 출력주파수를 이용하여 PWM을 수행하여, 그 출력을 전동기(2)에 제공하면, 전동기(2)는 이에 따라 구동하게 된다. 출력주파수를 이용한 PWM 수행은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 사항이므로, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
도 3은 도 2의 제어부(11)의 일실시예 상세 구성도이며, PID 제어를 수행하는 부분을 도시한 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 제어부(11)는, 에러생성부(11A) 및 PID 제어부(11B)를 포함할 수 있다.
에러생성부(11A)는 PID 레퍼런스(reference)와 입출력부(12)로부터 수신한 압력 데이터의 에러를 생성하여 PID 제어부(11B)에 제공하고, PID 제어부(11B)는 PID 제어를 수행하여, PWM 수행부(13)의 출력주파수를 출력할 수 있다.
PID 레퍼런스는 사용자에 의해 설정되는 것으로서, 사용자가 입력부(도시되지 않음)를 통해 입력할 수 있으며, 보통 '압력지령'이라고도 한다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 제어부(11)의 동작을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 인버터 제어방법을 설명하기 위한 일예시도로서, (a)는 시간에 따라 압력센서(4)를 통해 입력되는 압력 데이터의 피드백을 설명하기 위한 것이고, (b)는 시간에 따른 PID 레퍼런스의 변화를 설명(변화하지 않음)하기 위한 것이며, (c)는 제어부(11)의 출력주파수를 나타낸 것이다. 도 4의 일실시예는, 프리-PID 지연 중에 피드백되는 압력 데이터가 소정 설정값(소프트필(soft fill) 설정값) 이상인 경우를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 제어부(11)는 초기(0에서 t1까지)에 프리-PID 주파수에 도달할 때까지 주파수를 증가시키고, 프리-PID 지연시간(t1에서 t3)동안 프리-PID 주파수를 유지한다. 이는 펌프(3) 운전시 펌프(3)가 운전가능한 압력에 도달하도록 하기 위한 것이다.
이때, 제어부(11)는 센서 데이터의 피드백을 확인하여, 소프트필 설정값에 센서 데이터가 도달하는 경우, PID 지연시간이 종료되지 않은 경우에도 정상 PID를 시작할 수 있다(즉, t3보다 이른 t2에서 정상 PID 수행시작).
한편, 본 발명의 제어부(11)는, 프리-PID 지연시간이 종료된 경우에도 압력 데이터의 피드백이 소프트필 설정값보다 작은 경우, 이를 소프트필 설정값으로 상승시키기 위해 PID 제어를 수행하는데, 이를 '소프트필 PID'라 하기로 한다. 즉, 소프트필 PID는 프리-PID 지연시간의 종료 후, 펌프(3)로부터 피드백되는 압력 데이터를 소프트필 설정값까지 상승하기 위해 사용되는 PID 제어이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 인버터 제어방법을 설명하기 위한 다른 일예시도로서, 도 5 및 도 6에서 (a)는 피드백되는 압력 데이터를 나타낸 것이고, (b)는 제어부(11)의 출력주파수를 나타낸 것이다.
본 발명의 일실시예에서, 프리-PID가 종료된 경우에도 압력 데이터의 피드백이 소프트필 설정값보다 작은 경우, 프리-PID 종료시점에서의 압력 데이터를 '소프트필 PID 레퍼런스'로 정의하기로 한다. 본 발명의 제어부(11)는, 이때 PID 레퍼런스를 를 제어하여, 피드백되는 압력데이터를 소프트필 설정값까지 서서히 상승하도록 제어할 수 있으며, 이때의 PID 제어가 소프트필 PID이라 정의한 것이다.
프리-PID 종료후 피드백되는 압력 데이터가 소프트필 설정값에 도달하지 않은 경우, 본 발명의 소프트필 PID 제어가 시작된다.
제어부(11)는 소프트필 PID 레퍼런스를 초기값으로 하여 PID 제어를 수행한다. 즉, 제어부(11)는 소프트필 PID 레퍼런스에 소정 시간(B)마다 소정 스텝(A) 증가한 레퍼런스를 새로운 소프트필 PID 레퍼런스로 지정할 수 있다.
이때, 소정 시간(B)의 경과시, 제어부(11)는, 해당 소프트필 PID 레퍼런스와 실제 피드백되는 압력 데이터의 차(C)를 확인하여, 소정 값 미만인 경우에 한하여 A 스텝 증가한 소프트필 PID 레퍼런스를 새로 지정한다.
즉, t0에서 초기 소프트필 PID 레퍼런스가 지정되면, t0에서는 A 만큼 증가한 소프트필 PID 레퍼런스를 t1까지(즉, B 동안) 사용한다. t1에서 해당 소프트필 PID 레퍼런스(즉, 소프트필 PID 레퍼런스에서 A만큼 증가한 값)와 피드백되는 압력 데이터의 차(C)가 소정값 미만인 경우, t1에서 다시 A 스텝만큼 증가한 새로운 소프트필 PID 레퍼런스를 지정할 수 있다.
이와 같이 매 주기마다 소프트필 PID 레퍼런스를 다시 지정하다가, 예를 들어, t5에서와 같이 PID 레퍼런스와 피드백 데이터의 차가 소정값을 넘어서는 경우, 다음 주기에서 A 스텝 증가하지 않고 다음 주기까지 해당 주기에서의 소프트필 PID 레퍼런스를 그대로 사용할 수 있다.
이후, t6에서와 같이 피드백되는 압력 데이터가 소프트필 설정값에 도달한 경우, 제어부(11)는 PID 레퍼런스로 변경하여, 정상 PID 제어를 수행할 수 있다.
즉, 도 5는 소프트필 PID 제어중에 피드백되는 압력 데이터가 소프트필 설정값에 도달한 경우이다. 반면, 도 6은, 소프트필 PID 제어중, 소프트필 PID 레퍼런스가 소프트필 설정값에 도달한 경우를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(11)는, 초기 소프트필 PID 레퍼런스로부터 소정 주기(B)마다 소정 스텝(A) 증가하여 소프트필 PID 레퍼런스를 갱신하고, 소프트필 PID 레퍼런스가 소프트필 설정값에 도달한 경우, 정상 PID 제어를 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이때, PID 레퍼런스는 사용자에 의해 미리 설정되며, 본 발명의 제어부(11)는 피드백되는 압력 데이터가 소프트필 설정값보다 작은 경우 프리-PID가 종료된 경우에도 소프트필 PID를 수행하는 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어부(11)는, 프리-PID 수행중(S10)에, 피드백되는 압력 데이터가 소프트필 설정값보다 커지는 경우에는(S15) 바로 정상 PID 제어를 수행할 수 있다(S50). 이때, 프리-PID는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 주파수 하한까지 출력주파수를 증가시키다가, 주파수 하한에 도달하는 경우 프리-PID 주파수까지 정상 가감속 시간을 경과한 후, 프리-PID 주파수가 유지되는 프리-PID 지연시간을 경과하는 것을 말한다. 이에 대해서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 사항이므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 제어방법에서는, PID 레퍼런스보다 소정량 작은 소프트필 설정값을 정의하기로 한다.
한편, 프리-PID 수행을 완료하여도 피드백되는 압력 데이터가 소프트필 설정값보다 작은 경우(S15)에는, 제어부(15)는, 프리-PID가 종료되는 시점의 피드백되는 압력 데이터의 값을 '초기 소프트필 PID 레퍼런스'로 설정하고(S20), 프리-PID가 종료되는 시점에서, 초기 소프트필 PID 레퍼런스를 소정 스텝(A) 증가하여 해당 주기에서의 소프트필 PID 레퍼런스로 갱신한다(S25).
이후, 소정 주기(B)가 경과한 경우(S30), 이전 주기(주기가 경과하였으므로)의 소프트필 PID 레퍼런스와 주기 경과시 피드백되는 압력 데이터의 차이가 소정값 미만인 경우에 한하여(S35), 이전 주기 소프트필 PID 레퍼런스를 소정 스텝(A) 증가하여 해당 주기에서의 소프트필 PID 레퍼런스로 갱신할 수 있다(S40). 만약, S35의 확인 결과, 이전 주기의 소프트필 PID 레퍼런스와 주기 경과시 피드백되는 압력 데이터의 차이가 소정값 이상인 경우에는, 소정 스텝을 증가하지 않고, 이전 주기에서의 소프트필 PID 레퍼런스를 해당 주기에서의 소프트필 PID 레퍼런스로 갱신할 수 있다. 제어부(11)는 갱신된 소프트필 PID 레퍼런스를 이용하여 PID 제어(소프트필 PID)를 수행하여 출력주파수를 출력할 수 있다.
이때, 피드백되는 압력 데이터와 소프트필 설정값이 동일해지는 경우(S45), 정상 PID 제어를 수행할 수 있다(S55). 또는, 해당 주기에서의 소프트필 PID 레퍼런스와 소프트필 설정값이 동일해지는 경우(S50)에도, 정상 PID 제어를 수행하여, 전동기(2)를 제어할 출력주파수를 출력할 수 있다(S55).
이와 같이, 본 발명은, 프리-PID 지연이후 피드백되는 압력 데이터가 소프트필 설정값에 도달하지 못하는 경우, 소프트필 PID를 수행한다.
즉, 초기 소프트필 PID 레퍼런스에 소정 스텝을 주기적으로 증가시켜 갱신하되, 소프트필 PID 레퍼런스와 피드백되는 압력 데이터의 차이가 소정 값 이하인 경우에 한하여 증가시킴으로써, 펌프(3)가 정상운전 가능한 압력에 도달하기까지 급격한 압력의 변화 없이 운전 가능하여, 펌프(3)의 손상을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 인버터 2: 전동기
3: 펌프 4: 압력센서
11: 제어부

Claims (6)

  1. 펌프에 의한 압력을 검출하는 압력센서와, 상기 펌프를 구동하는 전동기, 및 상기 전동기를 구동하는 인버터를 포함하는 시스템에서, 상기 인버터를 제어하는 방법에 있어서,
    프리-PID 종료시 상기 압력센서로부터 피드백되는 압력 데이터를 제1레퍼런스로 설정하는 단계;
    상기 제1레퍼런스를 소정 스텝 증가한 제2레퍼런스로 갱신하는 단계;
    상기 제2레퍼런스를 이용하여 비례적분미분(PID) 제어를 수행하여, 상기 인버터의 출력주파수를 결정하는 단계; 및
    상기 제2레퍼런스 또는 피드백되는 압력 데이터가 미리 설정된 설정값과 동일해지는 경우, 사용자의 설정에 의한 제3레퍼런스를 이용하여 PID 제어를 수행하여, 상기 인버터의 출력주파수를 결정하는 단계를 포함하는 인버터 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    소정 주기 경과 후, 상기 제2레퍼런스와 해당 시점에서의 피드백되는 압력 데이터의 차이가 소정값 미만인 경우, 상기 제2레퍼런스를 상기 소정 스텝 증가한 제4레퍼런스로 갱신하는 단계를 더 포함하는 인버터 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제4레퍼런스를 이용하여 PID 제어를 수행하여, 상기 인버터의 출력주파수를 결정하는 단계를 더 포함하는 인버터 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    소정 주기 경과 후, 상기 제2레퍼런스와 해당 시점에서의 피드백되는 압력 데이터의 차이가 소정값 이상인 경우, 상기 제2레퍼런스를 해당 주기에서의 레퍼런스로 갱신하는 단계를 더 포함하는 인버터 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2레퍼런스를 이용하여 PID 제어를 수행하여, 상기 인버터의 출력주파수를 결정하는 단계를 더 포함하는 인버터 제어방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 설정값은,
    상기 제3레퍼런스보다 작은 인버터 제어방법.
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