KR101840084B1

KR101840084B1 - 전동기 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101840084B1
Application number: KR1020140008994A
Authority: KR
Inventors: 최기영
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2018-03-19
Also published as: US20150214881A1; JP6027152B2; US9705444B2; KR20150088541A; EP2903151A1; ES2806555T3; JP2015139368A; EP2903151B1; CN104802849A

Abstract

본 발명은 전동기 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 장치는 전동기에 전류를 공급하는 인버터; 상기 인버터에서 전동기로 공급되는 전류를 감지하는 전류 센서; 인버터에서 전동기로 전류를 공급하도록 제어하고, 복수의 시점에 상기 전류 센서로부터 감지되는 제1옵셋값과 제2옵셋값을 취득하고, 상기 취득된 복수의 옵셋값을 비교하고, 상기 옵셋값 비교 결과에 따라 옵셋값을 갱신하는 제어부;를 포함한다.

Description

전동기 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling of electric motor}

본 발명은 전동기 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 유압 펌프의 유압을 이용하는 유압식 동력 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)와 전기 전동기를 이용한 전동식 조향장치(EPS:Electronic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있다.

유압식 동력 조향 장치는 동력을 보조해 주시는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향 휠의 회전 여부와 무관하게 항상 에너지를 소모하는데 비해 전동식 조향장치는 조향 퓔이 회전하여 토크가 발생하면 전기 에너지로 구동되는 전동기가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서 전동식 조향 장치를 사용하는 경우 유압식 동력 조향장치에 비해 에너지 효율을 향상 시킬 수 있다.

일반적인 전동식 조향장치는 발생토크, 차속, 조향각 등을 이용하여 운전자의 조향 의도와 차량의 운행 상황 등을 파악하고 종합적으로 고려하여 조향 보조력을 생성한 후 조향 컬럼, 랙바, 랙앤 피니언 등으로 전달함으로써 운전자로 하여금 더욱 안전하게 운전을 할 수 있도록 한다.

전동식 조향장치는 ECU(Electronic control unit)에 의해 제어될 수 있다.

ECU는 조향장치에 의해 구동되는 전동기를 정밀하게 제어하기 위하여 전동기에 흐르는 전류를 확인하고, 전동기에 발생한 토크와 토크에 따른 리플(Ripple) 즉, 토크리플을 계산한다. 토크 리플은 전류 센서에 의해 검출한 전류를 전달하는 경로상의 오류 또는 전류 세넛에 인가된 인가 전압의 오차나 전류 센서 자체의 DC옵셋등에 의해 발생하는 토크 리플로 인해 전동기의 제어 성능이 저하는 문제점이 있다.

DC옵셋이란 전류 센서를 동작 시키기 위한 미량의 DC전류이다 전류 센서에서 전동기에 흐르는 전류를 측정할 때 전류 센서를 동작하는데 필요한 미량의 전류가 흐르게 되고, 전류 센서로부터 출력되는 전류는 실제 구하고자 하는 전동기에 흐르는 전류와 전류 센서를 동작하는데 필요한 미량의 전류의 합이된다. 이때 미량의 전류로 인해 측정하고자 하는 실제 전동기에 흐르는 전류의 값이 왜곡되게 된다.

도 1은 종래의 DC옵셋 저감 동작 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 전동기 구동을 위한 제어 장치(ECU)는 초기화되고(S10) 전류 센서에 의하여 각 상에 흐르는 전류 옵셋값을 측정하게 된다.(S20)

상기 측정이 완료되면 전동기가 동작을 위한 제어 장치의 구동 모드를 실행하게 된다.(S30) 제어장치 동작 중에 지속적으로 PWM인가여부 즉, 전동기의 구동 상태를 지속적으로 확인하고, 전동기가 구동모드가 아닌 경우 기 측정된 옵셋값을 재측정 하거나, 옵셋값 변경 상태와 무관하게 지속적인 전동기 구동 모드를 계속 진행하게 된다.(S50)

따라서 ECU는 전동기가 지속적으로 구동되고 있는 상태에서는 변경된 옵셋값을 추정하기 어려우며, 옵셋값이 변경되더라도 보상 동작을 실행하지 않기 때문에 ECU가 전동기를 제어하는 과정에서 계속해서 옵셋을 보상하지 않은 상태로 전동기가 구동되게 된다.

본 발명은 전동기에 인가되는 전류에 대한 옵셋을 감지하고, 그에 따른 보상을 실행할 수 있도록 하기 위한 전동기 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 장치는 전동기에 전류를 공급하는 인버터; 상기 인버터에서 전동기로 공급되는 전류를 감지하는 전류 센서; 인버터에서 전동기로 전류를 공급하도록 제어하고, 복수의 시점에 상기 전류 센서로부터 감지되는 제1옵셋값과 제2옵셋값을 취득하고, 상기 취득된 복수의 옵셋값을 비교하고, 상기 옵셋값 비교 결과에 따라 옵셋값을 갱신하는 제어부;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 전동기 구동 중에도 전류에 대한 옵셋값을 보상할 수 있도록 함으로써, 전동기로 인가되는 전류의 토크 리플을 최소화 할 수 있어, 안정적인 전동기 구동을 제어할 수 있다.

도 1은 종래의 전동기 제어 장치의 동작 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 전동기 제어 장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 동작 흐름도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 전동기 제어 장치의 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 장치(100)는 인버터(110), 전류 센서(120), 감지부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.

제어부(140)는 토크센서(미도시)와 연결되어 토크센서로부터 전기 신호를 수신하여 발생 토크를 파악하고, 발생 토크에 따른 제어 전류를 계산하여 인버터(110)를 제어함으로써 인버터(110)에 의하여 제어 전류에 해당하는 공급 전류를 전동기(M)에 공급하도록 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 제어부(140)는 인버터(110)와 전동기(M)간의 결선에 부착된 a상 전류 센서(121)와 b상 전류 센서(122)의 DC옵셋을 실시간으로 보상하는 알고리즘을 저장할 수 있다. 또한 제어부(140)는 전동기(M)의 전류 제어를 수행하지 않는 동안 각 전류 센서(120)를 이용하여 a상의 전류값과 b상의 전류값을 측정하고, 각 상의 전류 값을 바탕으로 각 상의 DC옵셋을 계산하여 저장한 후 전동기(M)의 전류 제어 수행 시점에 옵셋을 갱신할 수 있다. 옵셋은 각 상의 전류 값과 각 상의 전류 센서의 등가 저항값의 곱인 전압에서 기준 전압을 뺀 전압이다.

특히 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(140)는 기준 옵셋값을 저장하고, 측정된 옵셋값을 저장하고, 갱신된 옵셋값을 저장하기 위한 메모리를 구비할 수 있다. 상기 메모리(미도시)는 제어부(140)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다.

인버터(110)는 직류를 교류로 변환하여 전동기(M)로 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치이다. 제어부(140)의 제어에 기초하여 전동기(M)로 전류를 공급할 수 있다. 즉, 인버터(110)는 제어부(140)로부터 제어 전류가 전달되면 구비한 스위칭 소자를 제어 전류에 따라 스위칭하여 전동기(M)로 공급하는 공급 전류를 가변하여 전동기(M)의 동작을 제어 한다.

전류 센서(120)는 인버터의 결선 중 적어도 두 개 상의 결선에 부착될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 전류 센서(120)는 a상 전류 센서(121)와 b상 전류 센서(122)를 포함하는 구성을 예를 들어 설명한다. 전류 센서(120)는 각 상의 전류 값을 센싱할 수 있다.

감지부(130)는 a상, b상, c상 중 적어도 두 개의 상에서 취득되는 센싱 전류값을 감지하고, 제어부(140)로 출력할 수 있다.

이하에서는 도 1의 구성을 기초하여 전동기 제어 장치의 동작 흐름에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 동작 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 장치(100)의 제어부(140)는 전동기 구동을 위한 초기화 동작 모드를 실행할 수 있다.(S302) 상기 초기화 동작 모드는 전동기 구동을 위한 초기화 상태 또는 이전 상태로 설정되는 경우일 수 있다.

이때 감지부(130)는 제어부(140)의 제어에 기초하여 각 상의 전류값을 측정하기 위하여 전동기(M)의 전류 제어를 수행하지 않는 상태에서 a상 전류 센서(121)와 b상 전류 센서(122)로부터 옵셋값을 취득할 수 있다.(S304) 즉, 전동기(M)가 구동하지 않는 정지 상태에서 감지되는 전류값은 '0'이 되어야 하고, 이때 전류 센서(121, 122)에서 감지되는 전류가 옵셋값이 될 수 있다.

제어부(140)는 측정된 옵셋값(제1옵셋값)이 정상 옵셋값(이하, 기준 옵셋)의 범위 내에 존재하는지를 판단할 수 있다.(S306) 즉, 제어부(140)는 측정되는 옵셋값에 대한 기준 옵셋값(범위)를 정해두고, 기준 옵셋값의 범위를 벗어나는 경우 옵셋 오류로 처리할 수 있다(S308). 제어부(140)는 측정 옵셋값이 기준 옵셋의 범위 내에 존재하는 경우 측정된 옵셋값을 보상하여 전동기(M)로 인가되는 전류를 제어하는 전동기 제어를 수행할 수 있다.(S310) 상기 측정된 옵셋값은 메모리(미도시)에 저장될 수 있다.

제어부(140)는 전동기(M)가 구동되는 중에 지속적으로 전동기 의 동작 상태를 확인(대기)하고, 전동기(M)가 정지상태(비 구동 모드)인지를 판단할 수 있다.(S312)

제어부(140)는 전동기(M)가 비 구동 모드 상태인 경우 옵셋값을 재측정할 수 있다.(S314)제어부(140)는 전동기(M)가 비 구동 모드인 상태 즉, 인가전류가 0인 상태에서 옵셋을 재측정하게 된다.

제어부(140)는 재측정된 전류값 즉, 옵셋값(제2옵셋값)이 기 설정된 기준 옵셋값의 범위 내에 존재하는지 판단할 수 있다.(S316)

제어부(140)는 재측정된 옵셋값이 기준 옵셋값의 범위 내에 존재하는 경우 이전 측정된 옵셋값(현재 옵셋값)과 하기의 수학식 1을 기초하여 비교할 수 있다.

[수학식 1]

|Sn-Sc|≥V,

Sn: 재측정된 옵셋값

Sc: 이전 측정 옵셋값(현재 옵셋값)

V: 옵셋값 유효성 기준값

제어부(140)는 재측정된 옵셋값(Sn)과 현재 옵셋값(Sc)의 차를 연산하고, 그 연산 결과가 옵셋값 유효 기준값 이상인지를 판단할 수 있다.(S316) 즉, 제어부(140)는 재측정된 옵셋값(Sn)과 현재 옵셋값(Sc)이 유효 기준값을 벗어나는 경우 현재 옵셋값(Sc)이 유효하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이러한 경우 현재 옵셋값(Sc)을 갱신하지 않는다. 제어부(140)는 유효하지 않은 현재 옵셋값(Sc)을 전동기 제어에 적용하고, 전동기가 비 동작 모드일 때 소정 횟수로 옵셋값을 재측정하여 유효성 여부를 판단할 수 있다. 이때 소정 횟수 이상 옵셋값이 유효하지 않는 것으로 확인되면, 전동기 제어를 정지(전동기 오프)하고 옵셋값 오류를 알람할 수 있다.

반면, 제어부(140)는 재측정된 옵셋값(Sn)과 현재 옵셋값(Sc)이 유효성 기준값(V) 이내에 존재하는 경우 재측정된 옵셋값(Sn)으로 현재 옵셋값을 갱신하고, 전동기 제어에 요구되는 전류를 보상할 수 있다. (S320)

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

전동기에 전류를 공급하는 인버터;
상기 인버터에서 전동기로 공급되는 전류를 감지하는 전류 센서;
인버터에서 전동기로 전류를 공급하도록 제어하고, 복수의 시점에 상기 전류 센서로부터 감지되는 제1옵셋값과 제2옵셋값을 취득하고, 상기 취득된 복수의 옵셋값을 비교하고, 상기 옵셋값 비교 결과에 따라 옵셋값을 갱신하는 제어부;를 포함하고,
상기 복수의 시점에 각각 측정되는 제1옵셋값과 제2옵셋값은,
전동기 동작이 되지 않는 비동작 모드 상태 시점 마다 측정된 옵셋값임을 특징으로 하는
전동기 제어 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는
전류 센서로부터 취득된 옵셋값이 기준 옵셋값의 범위 내에 존재하는지를 판단하고, 기준 옵셋값의 범위를 초과하면 옵셋 오류를 알람하는
전동기 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
제1옵셋값과 제2옵셋값을 비교하고, 상기 제1옵셋값과 제2옵셋값의 차가 유효 기준값 미만이면, 현재 옵셋값을 갱신하는
전동기 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는
상기 갱신된 현재 옵셋값을 기초하여 전동기에 인가되는 전류값을 보상하는
전동기 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제1옵셋값과 제2옵셋값의 차가 유효 기준값 이상이면, 현재 옵셋값을 갱신하지 않고, 소정횟수로 옵셋값을 재측정하는
전동기 제어 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는
상기 재측정된 옵셋값을 제2옵셋값으로 하고, 재측정된 제2옵셋값과 상기 제1옵셋값과의 차가 유효 기준값 이상이면, 전동기를 오프하고 옵셋 오류를 알람하도록 하는
전동기 제어 장치.