KR101628145B1 - 전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101628145B1
KR101628145B1 KR1020140073080A KR20140073080A KR101628145B1 KR 101628145 B1 KR101628145 B1 KR 101628145B1 KR 1020140073080 A KR1020140073080 A KR 1020140073080A KR 20140073080 A KR20140073080 A KR 20140073080A KR 101628145 B1 KR101628145 B1 KR 101628145B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electromotive force
motor
angular error
iron loss
error
Prior art date
Application number
KR1020140073080A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150144440A (ko
Inventor
양재식
염기태
김성원
황태원
김준우
남광희
Original Assignee
현대자동차 주식회사
포항공과대학교 산학협력단
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 현대자동차 주식회사, 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 현대자동차 주식회사
Priority to KR1020140073080A priority Critical patent/KR101628145B1/ko
Priority to JP2014233062A priority patent/JP6404094B2/ja
Priority to US14/551,020 priority patent/US9356546B2/en
Priority to DE102014224263.0A priority patent/DE102014224263A1/de
Priority to CN201410708038.4A priority patent/CN105281631B/zh
Publication of KR20150144440A publication Critical patent/KR20150144440A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101628145B1 publication Critical patent/KR101628145B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
    • 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
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/02—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric heating circuits
    • 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
    • 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
    • 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
    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/40—Control modes
    • B60L2260/44—Control modes by parameter estimation
    • 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

Abstract

본 발명은 전동기의 초고속 영역에서 센서리스 제어를 안정적으로 하기 위해 역기전력 관측기에 철손을 고려한 모델을 추가하여 손실을 고려한 정확한 전기각 오차를 구해 초고속 구동 영역에서 센서리스 제어가 가능하도록 한 전동기의 센서리스 제어 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예는, 역기전력 관측기와 위상 고정 루프 제어기를 구비하여 수행되는 전동기의 센서리스 제어 방법에 있어서, 역기전력 관측기를 통해 전동기의 역기전력을 추정하는 단계; 상기 추정된 역기전력을 기초로 철손을 고려한 각도 오차를 산출하는 단계; 상기 산출된 각도 오차를 보정하여 보정된 각도 오차를 상기 위상 고정 루프 제어기에 입력하여 상기 위상 고정 루프 제어기가 상기 철손에 의한 각도 오차를 줄여 실제 각도를 추정하고, 추정된 각도를 토대로 상기 전동기를 제어하도록 하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING MOTOR WITHOUT SENSOR}
본 발명은 전동기의 센서리스 제어 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전동기의 초고속 영역에서 센서리스 제어를 안정적으로 하기 위해 역기전력 관측기에 철손을 고려한 모델을 추가하여 손실을 고려한 정확한 전기각 오차를 구해 초고속 구동 영역에서 센서리스 제어가 가능하도록 한 전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 전동식 터보차져에 적용되는 전동기(motor)는 그 특성상 크기가 매우 작아 손실의 영향이 크다.
따라서, 기존 전동기의 센서리스 제어 방식을 사용할 때, 초고속 영역에서 전기각의 오차가 커져 정확한 각도에 의한 모터 구동 제어를 할 수가 없어 제어가 불가능한 상황이 발생할 수 있다.
예를 들면, 일반적인 영구자석 전동기의 제어기를 개념적으로 도시한 도 1을 참조하면, 종래의 역기전력을 기반으로 한 영구자석 전동기의 센서리스 방법은, 측정한 상전류와, 이로부터 추정한 d, q축 전압, 전류 지령치를 사용하여 역기전력을 관측하고 이로부터 각도 오차(
Figure 112014056088343-pat00001
)를 얻는다.
얻어진 각도 오차를 0으로 만들기 위해 위상 고정 루프 제어기를 사용한다. 각도 오차를 없앤 위상 고정 루프 제어기의 결과로 얻은 추정된 각속도 추정치 정보를 전동기 벡터 제어에 사용한다.
정확한 각도 오차를 얻기 위해서 역기전력 관측이 중요한데, 이는 전동기 모델로부터 얻어진다. 일반적으로 철손을 고려하지 않은 전동기 모델이 사용되고, 이는 철손이 매우 큰 초고속 전동기 제어에는 적합하지 않다. 따라서 철손을 고려하지 않은 센서리스 제어는 초고속 전동기 제어에서 큰 각도 오차를 유발한다. 큰 각도 오차 정보로 인한 센서리스 제어는 제어의 불안정성을 유발해 약 50,000rpm 이상의 초고속 영역에서 제어가 불가능하다는 단점을 갖는다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
일본공개특허공보 P2012-166776호(2012.09.06.)
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 전동기의 초고속 영역에서 센서리스 제어를 안정적으로 하기 위해 역기전력 관측기에 철손을 고려한 모델을 추가하여 손실을 고려한 정확한 전기각 오차를 구해 초고속 구동 영역에서 센서리스 제어가 가능하도록 한 전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 전동기의 센서리스 제어 방법에서 역기전력 관측기에 철손을 고려하고, 철손을 고려한 모델로부터 수정된 역기전력을 구하여 보다 정확한 각도 오차를 구하여 이를 제어에 활용할 수 있는 전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 센서리스 제어 방법은, 역기전력 관측기와 위상 고정 루프 제어기를 구비하여 수행되는 전동기의 센서리스 제어 방법에 있어서, 역기전력 관측기를 통해 전동기의 역기전력을 추정하는 단계; 상기 추정된 역기전력을 기초로 철손을 고려한 각도 오차를 산출하는 단계; 상기 산출된 각도 오차를 보정하여 보정된 각도 오차를 상기 위상 고정 루프 제어기에 입력하여 상기 위상 고정 루프 제어기가 상기 철손에 의한 각도 오차를 줄여 실제 각도를 추정하고, 추정된 각도를 토대로 상기 전동기를 제어하도록 하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 철손을 고려한 상기 전동기의 전압(
Figure 112014056088343-pat00002
,
Figure 112014056088343-pat00003
) 방정식은 아래 공식을 따를 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00004
Figure 112014056088343-pat00005
Figure 112014056088343-pat00006
상기 역기전력 관측기의 전압(
Figure 112014056088343-pat00007
,
Figure 112014056088343-pat00008
) 방정식은 아래 공식을 따를 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00009
Figure 112014056088343-pat00010
상기 각도 오차(
Figure 112014056088343-pat00011
)는 아래 공식에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00012
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 센서리스 제어 시스템은, 영구자석 전동기를 센서리스 제어하는 시스템에 있어서, 상기 전동기의 역기전력을 추정하기 위한 역기전력 관측기; 상기 추정된 역기전력을 기초로 철손을 고려한 각도 오차를 산출하는 각도 오차 산출기; 상기 산출된 각도 오차를 보정하기 위한 각도 오차 보상기; 및 상기 보정된 각도 오차를 입력받아 상기 철손에 의한 각도 오차를 줄여 실제 각도를 추정하고, 추정된 각도를 토대로 상기 전동기의 각속도 추정치로서 센서리스 제어 결과 신호를 출력하는 위상 고정 루프 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 역기전력 관측기는 아래의 전압(
Figure 112014056088343-pat00013
,
Figure 112014056088343-pat00014
) 방정식을 이용할 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00015
Figure 112014056088343-pat00016
상기 각도 오차(
Figure 112014056088343-pat00017
)산출기는 아래 공식을 이용하여 각도 오차를 산출할 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00018
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전동기의 초고속 영역에서 센서리스 제어를 안정적으로 하기 위해 역기전력 관측기에 철손을 고려한 모델을 추가하여 손실을 고려한 정확한 전기각 오차를 구해 초고속 구동 영역에서 센서리스 제어가 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전동기의 센서리스 제어 방법에서 역기전력 관측기에 철손을 고려하고, 철손을 고려한 모델로부터 수정된 역기전력을 구하여 보다 정확한 각도 오차를 구하여 이를 제어에 활용함으로써 초고속 영역에서 전동기의 성능을 개선할 수 있다.
도 1은 일반적인 영구자석 전동기의 제어기를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기의 센서리스 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기의 센서리스 제어 방법의 흐름도이다.
도 4는 영구자석 전동기의 철손을 고려했을 때의 전동기 모델과 철손을 고려하지 않았을 때의 전동기 모델을 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전동기 전압 방정식을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 종래기술에 따른 역기전력 관측기와 본 발명의 실시예에 따른 역기전력 관측기의 내부 로직 구성을 비교한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기의 센서리스 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기의 센서리스 제어 시스템은, 영구자석 전동기(10)의 역기전력을 추정하기 위한 역기전력 관측기(110)와; 상기 추정된 역기전력을 기초로 철손을 고려한 각도 오차를 산출하는 각도 오차 산출기(120); 상기 산출된 각도 오차를 보정하기 위한 각도 오차 보상기(130); 및 상기 보정된 각도 오차를 입력받아 상기 철손에 의한 각도 오차를 줄여 실제 각도를 추정하고, 추정된 각도를 토대로 상기 전동기의 각속도 추정치로서 센서리스 제어 결과 신호를 출력하는 위상 고정 루프 제어기(150);를 포함할 수 있다.
도 2에 표시된 각종 부호의 정의는 아래의 표1와 같다.
[표1]
Figure 112014056088343-pat00019
본 발명의 실시예에 적용되는 영구자석 전동기(모터)는, 예를 들어 자동차의 전동식 터보차져에 적용되는 초고속 영구자석 전동기이지만, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다.
본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기의 센서리스 제어 시스템은, 상기 역기전력 관측기(110), 각도 오차 산출기(120), 각도 오차 보상기(130), 및 위상 고정 루프 제어기(150) 이외에, 도 1에 도시한 기존의 시스템에서처럼 약자속 제어기(11), d축 전류 제어기(13), 백터 제어기(15), 인버터(17), 속도 제어기(23), q축 전류 제어기(25), 3상 2상 변환기(21)를 포함할 수 있다.
기존의 시스템에 포함되는 것과 동일한 약자속 제어기(11), d축 전류 제어기(13), 백터 제어기(15), 인버터(17), 속도 제어기(23), q축 전류 제어기(25), 3상 2상 변환기(21)는, 당업자에게 자명한 것들이므로 본 명세서에서 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그렇지만, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기(10)의 전압(
Figure 112014056088343-pat00020
,
Figure 112014056088343-pat00021
)은 아래 공식을 따를 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00022
Figure 112014056088343-pat00023
Figure 112014056088343-pat00024
그리고, 상기 역기전력 관측기(110)에 입력되는 전압(
Figure 112014056088343-pat00025
,
Figure 112014056088343-pat00026
)은 아래 공식에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00027
Figure 112014056088343-pat00028
더불어서, 상기 각도 오차 산출기(120)는 아래 공식을 이용하여 각도 오차(
Figure 112014056088343-pat00029
)를 산출할 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00030
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기의 센서리스 제어 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기의 센서리스 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 역기전력 관측기(110)는 전동기(10)의 역기전력을 추정하고(S100), 각도 오차 산출기(120)은 철손으로 인한 각도 오차(
Figure 112014056088343-pat00031
)를 산출한다(S200).
상기 각도 오차(
Figure 112014056088343-pat00032
)는 종래기술에 따른 각도 오차(
Figure 112014056088343-pat00033
; 도 1)와 오차(
Figure 112014056088343-pat00034
)가 있는 것으로, 상기 오차(
Figure 112014056088343-pat00035
)는 전동기(10)의 철손을 고려한 것이다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 각도 오차(
Figure 112014056088343-pat00036
)를 위상 고정 루프 제어기(150)에 입력하기 전에 각도 오차 보상기(130)를 통해 상기 오차()를 보정한다(S300).
상기와 같이 오차(
Figure 112014056088343-pat00038
)를 보정하면, 전동기(10)의 철손에 의한 각도 오차를 줄여 실제 각도를 추정할 수 있고(S400), 이를 토대로 전동기(10)를 초고속 영역에서 센서리스 제어할 수 있다(S500)
도 4는 영구자석 전동기의 철손을 고려했을 때의 전동기 모델과, 철손을 고려하지 않았을 때의 전동기 모델을 비교한 도면이다. 즉, 영구자석 전동기(10)의 철손을 고려한 전동기 모델은 본 발명의 실시예에 따른 것이고, 철손을 고려하지 않았을 때의 전동기 모델은 종래기술에 따른 것이다. 도 4에 표시된 부호의 정의는 아래 표2와 같다.
[표2]
Figure 112014056088343-pat00039
본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기(10)의 철손에 대한 영향을 판단하기 위해서는 기존 전동기에서의 영향을 살펴봐야 한다.
도 4는 철손을 고려하지 않은 전동기의 d축, q축 모델과, 철손을 고려한 전동기의 d축, q축 모델을 도시한 것이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 철손은 저항 Ri로 등가화되었고, 전동기 인덕터와 병렬로 연결되어 있다. 이로 인해 전동기 모델이 달라지고 철손을 고려하지 않은 모델 기반 센서리스 제어 방법으로는 정확한 각도를 측정할 수 없다.
Figure 112014056088343-pat00040
철손(Piron)은 히스테리시스 손실(Ph)과 와전류 손실(Ped)로 나눌 수 있다. 히스테리시스 손실은 전동기에 인가하는 전류의 주파수에 비례하고 와전류 손실은 주파수의 제곱에 비례한다. 초고속 전동기의 경우 인가하는 전류의 주파수가 일반적인 고속 전동기의 2배 이상이 되기 때문에 철손은 4배 이상이 된다. 따라서 초고속 전동기를 제어하기 위해서는 본 발명의 실시예에서와 같이 철손을 반드시 고려해야 한다.
도 5는 정확한 축과 틀어진 축에서 각각 전동기의 전압 방정식을 설명하기 위해 도시한 그래프이다.
종래기술에 따른 정확한 축에서 전동기의 전압 방정식은 아래 공식(a)와 같고, 철손을 고려한 본 발명의 실시예에 따른 전압 방정식은 아래 공식(b)와 같을 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00041
공식(a)
Figure 112014056088343-pat00042
공식(b)
Figure 112014056088343-pat00043
전동기(10)의 철손을 고려하면 전동기의 전압 방정식도 위와 같이 달라지게 된다.
실제 전동기(10)의 d, q축은 알 수 없기 때문에 추정된 d, q축인
Figure 112014056088343-pat00044
축을 사용해야 하고 유도된 전압 방정식, 즉 틀어진 축에서의 전동기 전압 방정식은 아래 공식(c), (d)와 같다. 아래 공식(c)는 철손을 고려하지 않은 종래기술에 따른 전동기 전압 방정식이고, 아래 공식(d)는 철손을 고려한 본 발명의 실시예에 따른 전동기 전압 방정식이다.
Figure 112014056088343-pat00045
공식(c)
Figure 112014056088343-pat00046
공식(d)
도 6은 전동기의 철손을 고려하지 않은 종래기술에 따른 역기전력 관측기(110A)의 내부 로직과, 전동기의 철손을 고려한 본 발명의 실시예에 따른 역기전력 관측기(110)의 내부 로직을 각각 도시한 도면이다.
전동기(10)의 철손을 고려하면, 역기전력 관측기의 역기전력 식(공식(e),(f))이 다르기 때문에 역기전력 관측기의 내부 로직 역시 수정이 필요하다. 공식(e)는 종래기술에 따른 역기전력 식이고, 공식(f)는 본 발명의 실시예에 따른 공식이다.
종래기술에 따른 역기전력 관측기(110A)를 사용하면 역기전력 관측이 제대로 이루어지지 않고 각도 오차를 유발할 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00047
공식(e)
Figure 112014056088343-pat00048
공식(f)
도 2를 참조하면, 역기전력 관측기(110)가 역기전력을 정확하게 추정하여 각도 오차를 산출해도, 철손을 고려하면 아래 공식(h)에서와 같이
Figure 112014056088343-pat00049
만큼의 각도 오차가 추가로 생긴다. 공식(g)는 철손을 고려하지 않은 종래기술에 따른 각도 오차 공식이다. 종래기술에 따른 각도 오차 공식에서는 철손을 고려하지 않기 때문에 추가 오차(
Figure 112014056088343-pat00050
)가 없음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 이 추가 오차(
Figure 112014056088343-pat00051
)를 시뮬레이션과 실험을 통하여 구한 다음 각도 오차 보상기(130)를 통해 보정할 수 있다.
Figure 112014056088343-pat00052
공식(g)
Figure 112014056088343-pat00053
공식(h)
이로써, 본 발명의 실시예에 따르면, 전동기의 초고속 영역에서 센서리스 제어를 안정적으로 하기 위해 역기전력 관측기에 철손을 고려한 모델을 추가하여 손실을 고려한 정확한 전기각 오차를 구해 초고속 구동 영역에서 센서리스 제어가 가능하게 할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 전동기의 센서리스 제어 방법에서 역기전력 관측기에 철손을 고려하고, 철손을 고려한 모델로부터 수정된 역기전력을 구하여 보다 정확한 각도 오차를 구하여 이를 제어에 활용함으로써 초고속 영역에서 전동기의 성능을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구체적으로 아래와 같은 이점들을 얻을 수 있다.
안정성 확보: 초고속 영역(50,000rpm 이상 구동 영역)에서 전동기 구동시 고속 작동으로 인해 커지는 손실 및 전기각 오차에 의해 불안정 또는 구동 불가능한 영역을 정확한 각도 추정으로 안정되게 벡터 제어가 가능하다.
효율 증대: 손실 저항을 통해 역기전력의 효율적인 사용을 통해 전동기에 공급되는 전기적인 부담을 감소시킬 수 있다. 이를 통한 초고속 전동기 시스템 전체의 효율을 높일 수 있다.
운전 영역 확대: 정확한 각도 계산을 통한 센서리스 제어로 100,000rpm 이상의 초고속 영역까지도 구동 영역을 확대시킬 수 있다. (종래기술로는 50,000rpm 이상 구동이 어렵다)
성능 개선: 각도 정보를 바탕으로 d축, q축 전류/전압 제어의 효율성을 높여 동일 구동 영역에서의 성능 개선(모터 토크 및 출력)이 가능하다.
지금까지 본 발명의 실시예를 터보 차저용 영구자석 전동기와 관련하여 설명하였지만, 본 발명의 실시예는 마이크로 터빈 발전기용 초고속 모터, 원심 압축기용 초고속 모터, 및 펌프용 초고속 모터 등에도 적용 가능함은 물론이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 전동기\
110: 역기전력 관측기
120: 각도 오차 산출기
130: 각도 오차 보상기
150: 위상 고정 루프 제어기

Claims (8)

  1. 역기전력 관측기와 위상 고정 루프 제어기를 구비하여 수행되는 전동기의 센서리스 제어 방법에 있어서,
    역기전력 관측기를 통해 전동기의 역기전력을 추정하는 단계;
    상기 추정된 역기전력을 기초로 철손을 고려한 각도 오차를 산출하는 단계;
    상기 산출된 각도 오차를 보정하여 보정된 각도 오차를 상기 위상 고정 루프 제어기에 입력하여 상기 위상 고정 루프 제어기가 상기 철손에 의한 각도 오차를 줄여 실제 각도를 추정하고, 추정된 각도를 토대로 상기 전동기를 제어하도록 하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 철손을 고려한 각도 오차를 산출하는 단계는,
    모터 전기 각속도, d축 전류, q축 전류, d축 인덕턴스, q축 인덕턴스, 영구자석 자속 상수 및 철손을 이용해서 상기 각도 오차를 산출하며,
    상기 각도 오차(
    Figure 112015118162515-pat00082
    )는 아래 공식에 따라 산출되는 것을 특징으로 하며,
    Figure 112015118162515-pat00083

    상기 철손을 고려한 상기 전동기의 전압(
    Figure 112015118162515-pat00054
    ,
    Figure 112015118162515-pat00055
    ) 방정식은 아래 공식을 따르는 것을 특징으로 하는 전동기의 센서리스 제어 방법.
    Figure 112015118162515-pat00056

    Figure 112015118162515-pat00057

    Figure 112015118162515-pat00058

  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 역기전력 관측기의 전압(
    Figure 112014056088343-pat00059
    ,
    Figure 112014056088343-pat00060
    ) 방정식은 아래 공식을 따르는 것을 특징으로 하는 전동기의 센서리스 제어 방법.
    Figure 112014056088343-pat00061

    Figure 112014056088343-pat00062

  4. 삭제
  5. 영구자석 전동기를 센서리스 제어하는 시스템에 있어서,
    상기 전동기의 역기전력을 추정하기 위한 역기전력 관측기;
    상기 추정된 역기전력을 기초로 철손을 고려한 각도 오차를 산출하는 각도 오차 산출기;
    상기 산출된 각도 오차를 보정하기 위한 각도 오차 보상기; 및
    상기 보정된 각도 오차를 입력받아 상기 철손에 의한 각도 오차를 줄여 실제 각도를 추정하고, 추정된 각도를 토대로 상기 전동기의 각속도 추정치로서 센서리스 제어 결과 신호를 출력하는 위상 고정 루프 제어기;를 포함하며,
    상기 각도 오차 산출기는,
    모터 전기 각속도, d축 전류, q축 전류, d축 인덕턴스, q축 인덕턴스, 영구자석 자속 상수 및 철손을 이용해서 상기 각도 오차를 산출하며,
    상기 각도 오차(
    Figure 112015118162515-pat00084
    ) 산출기는 아래 공식을 이용하는 것을 특징으로 하며,
    Figure 112015118162515-pat00085

    상기 전동기의 철손을 고려한 전압(
    Figure 112015118162515-pat00065
    ,
    Figure 112015118162515-pat00066
    ) 방정식은 아래 공식과 같은 것을 특징으로 하는 전동기의 센서리스 제어 시스템.
    Figure 112015118162515-pat00067

    Figure 112015118162515-pat00068

    Figure 112015118162515-pat00069

  6. 삭제
  7. 제5항에서,
    상기 역기전력 관측기는 아래의 전압(
    Figure 112014056088343-pat00070
    ,
    Figure 112014056088343-pat00071
    ) 방정식을 이용하는 것을 특징으로 하는 전동기의 센서리스 제어 시스템.
    Figure 112014056088343-pat00072

    Figure 112014056088343-pat00073

  8. 삭제
KR1020140073080A 2014-06-16 2014-06-16 전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템 KR101628145B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140073080A KR101628145B1 (ko) 2014-06-16 2014-06-16 전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템
JP2014233062A JP6404094B2 (ja) 2014-06-16 2014-11-17 電動機のセンサレス制御方法およびシステム
US14/551,020 US9356546B2 (en) 2014-06-16 2014-11-23 Sensorless control method for motor and system using the same
DE102014224263.0A DE102014224263A1 (de) 2014-06-16 2014-11-27 Sensorloses Steuerverfahren für einen Motor und ein dieses verwendendes System
CN201410708038.4A CN105281631B (zh) 2014-06-16 2014-11-28 电动机的无传感器控制方法和使用该方法的系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140073080A KR101628145B1 (ko) 2014-06-16 2014-06-16 전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150144440A KR20150144440A (ko) 2015-12-28
KR101628145B1 true KR101628145B1 (ko) 2016-06-09

Family

ID=54706765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140073080A KR101628145B1 (ko) 2014-06-16 2014-06-16 전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9356546B2 (ko)
JP (1) JP6404094B2 (ko)
KR (1) KR101628145B1 (ko)
CN (1) CN105281631B (ko)
DE (1) DE102014224263A1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102155814B1 (ko) * 2014-06-16 2020-09-17 엘에스일렉트릭(주) 플라잉 스타트를 위한 지연각 보상 장치
CN105656378B (zh) * 2016-03-01 2018-07-03 广东高标电子科技有限公司 基于电机反电动势采样电路的反电动势采样偏差校正方法
CN105915127A (zh) * 2016-06-01 2016-08-31 同济大学 一种电机转子位置冗余测量方法、系统及电子设备
CN106411212B (zh) * 2016-11-30 2019-03-29 广东美的制冷设备有限公司 空调器、压缩机控制系统及其速度估计方法和装置
JP6971439B2 (ja) * 2017-06-15 2021-11-24 有限会社シー・アンド・エス国際研究所 二重三相巻線永久磁石同期形電動機の数学モデルと同モデルに立脚した模擬・特性解析・制御装置
JP2019103310A (ja) * 2017-12-05 2019-06-24 シナノケンシ株式会社 モータ装置及び車載シート空調装置
CN109347382B (zh) * 2018-11-24 2022-05-13 沈阳工业大学 一种永磁直驱风力发电机的转子位置估计方法
CN110299880B (zh) * 2019-06-25 2021-06-22 珠海格力电器股份有限公司 永磁同步电机的控制方法、控制装置及压缩机
US11012003B2 (en) * 2019-09-10 2021-05-18 Wisconsin Alumni Research Foundation Sensorless controller for electrostatic machine
CN110829483B (zh) * 2019-09-26 2021-05-28 西安交通大学 一种基于反电动势观测器的移相锁相环方法
CN110912485B (zh) * 2019-12-09 2022-10-25 吉林大学 一种考虑铁损电阻的永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN110808703B (zh) * 2019-12-09 2021-01-22 吉林大学 考虑铁损电阻的永磁同步电机转速及转子位置估计方法
US11394327B2 (en) * 2020-04-24 2022-07-19 Borgwarner Inc. Methods and systems for detecting a rotor position and rotor speed of an alternating current electrical machine
CN113644856B (zh) * 2021-06-07 2024-03-15 深圳市维京驱动有限公司 一种高频变频器的驱动控制方法

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3860843A (en) * 1970-06-26 1975-01-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Rotating electric machine with reduced cogging
NZ221822A (en) * 1987-09-15 1990-02-26 Clark Automotive Dev Permanent magnet motor
US5493200A (en) * 1993-05-12 1996-02-20 Sundstrand Corporation Control for a brushless generator
US5594322A (en) * 1993-05-12 1997-01-14 Sundstrand Corporation Starter/generator system with variable-frequency exciter control
US5384527A (en) * 1993-05-12 1995-01-24 Sundstrand Corporation Rotor position detector with back EMF voltage estimation
US5600575A (en) * 1994-10-05 1997-02-04 Anticole; Robert B. Drive protection monitor for motor and amplifier
JPH11235099A (ja) * 1997-12-08 1999-08-27 Meidensha Corp 誘導機のベクトル制御方式
US7095205B2 (en) * 2000-03-29 2006-08-22 The Texas A&M University System System and method for inductance based position encoding sensorless SRM drives
GB0220401D0 (en) * 2002-09-03 2002-10-09 Trw Ltd Motor drive control
US7332837B2 (en) * 2003-08-11 2008-02-19 General Motors Corporation Cooling and handling of reaction torque for an axial flux motor
US7262536B2 (en) * 2003-08-11 2007-08-28 General Motors Corporation Gearless wheel motor drive system
US6841969B1 (en) * 2003-09-24 2005-01-11 General Motors Corporation Flux observer in a sensorless controller for permanent magnet motors
US7002318B1 (en) * 2004-09-23 2006-02-21 General Motors Corporation Position sensor fault tolerant control for automotive propulsion system
JP4574412B2 (ja) 2005-03-30 2010-11-04 本田技研工業株式会社 ハイブリッド車両用モータの定数検出装置およびハイブリッド車両用モータの制御装置
JP4350676B2 (ja) 2005-03-31 2009-10-21 本田技研工業株式会社 ハイブリッド車両の制御装置
CN100495897C (zh) * 2005-08-26 2009-06-03 三洋电机株式会社 电动机控制装置
JP4480696B2 (ja) * 2005-08-26 2010-06-16 三洋電機株式会社 モータ制御装置
US7592761B2 (en) * 2005-09-29 2009-09-22 Agile Systems Inc. System and method for starting and operating a motor
US7256564B2 (en) * 2005-09-29 2007-08-14 Agile Systems Inc. System and method for attenuating noise associated with a back electromotive force signal in a motor
US7279860B2 (en) * 2005-09-29 2007-10-09 Agile Systems Inc. System and method for evaluating back electromotive force in a motor
US7288911B2 (en) * 2005-09-29 2007-10-30 Agile Systems Inc. System and method for commutating a motor
US7477034B2 (en) * 2005-09-29 2009-01-13 Agile Systems Inc. System and method for commutating a motor using back electromotive force signals
GB0526276D0 (en) * 2005-12-23 2006-02-01 Trw Ltd Electric motor control
GB0526274D0 (en) * 2005-12-23 2006-02-01 Trw Ltd Electric motor control
JP4895703B2 (ja) * 2006-06-28 2012-03-14 三洋電機株式会社 モータ制御装置
JP4789720B2 (ja) * 2006-07-07 2011-10-12 三洋電機株式会社 モータ制御装置
JP4995518B2 (ja) * 2006-09-14 2012-08-08 三菱電機株式会社 交流電動機の制御装置およびその鉄損抑制用重畳電流の演算方法
JP5167631B2 (ja) * 2006-11-30 2013-03-21 株式会社デンソー モータの制御方法及びそれを利用するモータ制御装置
JP4988374B2 (ja) * 2007-02-15 2012-08-01 三洋電機株式会社 モータ制御装置
JP4984057B2 (ja) * 2007-04-26 2012-07-25 富士電機株式会社 永久磁石形同期電動機の制御装置
JP5406010B2 (ja) * 2009-12-28 2014-02-05 セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー モータ駆動回路
JP5155344B2 (ja) * 2010-01-15 2013-03-06 本田技研工業株式会社 電動機の磁極位置推定装置
KR101401778B1 (ko) * 2010-11-19 2014-06-27 엘에스산전 주식회사 영구자석 동기기 자속 제어장치
EP2477325B1 (en) * 2011-01-18 2019-04-24 Vestas Wind Systems A/S Method for operating an electromechanical generator
JP5672191B2 (ja) 2011-01-26 2015-02-18 トヨタ自動車株式会社 電動パワーステアリング装置
JP5413400B2 (ja) * 2011-04-20 2014-02-12 株式会社安川電機 交流電動機の制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014224263A1 (de) 2015-12-17
CN105281631B (zh) 2019-04-23
JP2016005427A (ja) 2016-01-12
KR20150144440A (ko) 2015-12-28
JP6404094B2 (ja) 2018-10-10
US20150365029A1 (en) 2015-12-17
US9356546B2 (en) 2016-05-31
CN105281631A (zh) 2016-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101628145B1 (ko) 전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템
KR101664040B1 (ko) 전동기의 센서리스 제어 시스템 및 방법
JP5693652B2 (ja) 同期機制御装置
JP5781235B2 (ja) 同期機制御装置
JP6008264B2 (ja) 永久磁石型同期電動機の磁極位置検出装置
JP5223109B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
JP4928855B2 (ja) 同期機のセンサレス制御装置
WO2011145334A1 (ja) 回転センサレス制御装置
TWI580170B (zh) 交流旋轉機之控制裝置及磁極位置補正量演算方法
KR101619567B1 (ko) 유도전동기의 파라미터 추정장치
KR101353583B1 (ko) 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치 및 방법
EP2493067A9 (en) Method and apparatus for estimating rotor angle of synchronous reluctance motor
JP2008286779A (ja) Ｉｐｍモータのためのトルク推定器
JP2013150498A (ja) 同期電動機の制御装置及び制御方法
JP5499594B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
KR101591198B1 (ko) 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기 및 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체
KR101449872B1 (ko) 영구 자석 동기 모터의 전류 제어 방법
JP6979281B2 (ja) 誘導モータの速度推定方法およびそれを用いた電力変換装置
JP5332305B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
KR101590251B1 (ko) 정지형 회전자 시정수 추정 방법
JP6051728B2 (ja) モータ制御装置
JP6794693B2 (ja) 誘導電動機の制御装置
JP2008289316A (ja) 埋込型永久磁石同期機の制御装置
JP5106295B2 (ja) 同期電動機のロータ位置推定装置
KR20060001978A (ko) 유도전동기 회전자의 시정수 추정을 위한 mras 퍼지제어시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190528

Year of fee payment: 4