KR101846872B1 - 친환경 자동차의 모터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

친환경 자동차의 모터 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 자동차의 모터 제어 장치 및 방법이다. 본 발명은 구동 모터의 전압, d축 전압 지령, q축 전압 지령 및 전기적 각속도에 따라 역자속 값을 생성하는 제어부와, 토크 요구 명령 및 역자속 보정 값에 따라 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령을 생성하는 전류 지령 발생기와, d축 전류 지령 및 q축 전류 지령에 대응하는 전류 지령 크기가 미리 설정된 기준 값보다 작은 경우 구동 모터의 기계적 각속도, d축 및 q축 지령에 따라 보정 값을 결정하여 출력하는 역자속 보정부와, 역자속 값과 보정 값을 가산하여 역자속 보정 값을 출력하는 가산기와, d축과 q축의 전류 지령에 따라 전류 제어값을 생성하는 전류 제어기와, 전류 제어값을 축 좌표값으로 변환시키는 좌표 변환부, 및 축 좌표값에 따라 PWM 신호를 발생시켜 상기 구동 모터를 동작시키는 PWM 발생기를 포함한다.

Description

친환경 자동차의 모터 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AONTROLLING MOTOR OF ECO-FRIENDLY VEHICLE}
본 발명은 친환경 자동차의 모터 제어 장치 및 방법에 관한 기술이다.
일반적으로 친환경 자동차는 연료 전지 자동차, 전기 자동차, 플러그인 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등을 포함한다. 친환경 자동차는 하나 이상의 배터리가 구비되고, 배터리에 저장된 에너지를 자동차의 구동력으로 이용한다.
친환경 자동차는 동력원으로 엔진과 구동 모터가 적용되며, 주행 상황에 따라 엔진과 구동 모터를 제어하여 최적의 출력 토크를 제공한다. 이러한 친환경 자동차는 인버터와 모터 장치로 구분되는 모터 시스템을 포함한다.
친환경 자동차의 모터 시스템은 자속 및 토크 지령별 전류 맵을 구축하여 단위 전류 당 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere, 이하 MTPA라 함) 및 약자속(Flux Weakening) 제어 방법을 사용한다.
MTPA 제어 방법은 전압 타원에 의한 구동 모터의 출력토크 제한 미 발생시 배터리의 공급 전압이 구동 모터의 역기전력보다 큰 영역에서 사용되는 방법이다. 또한, 약자속 제어 방법은 전압 타원에 의한 구동 모터의 출력 토크 제한 발생 시 배터리의 공급 전압보다 구동 모터의 역기전력이 큰 영역에서 사용되는 방법이다. 약자속 제어 방법은 토크 지령 발생시 역기전력을 발생시키는 유도 자속과 반대되는 방향의 역자속이 결정되어 역자속에 따라 전류 운전점을 결정한다.
그런데, 친환경 자동차는 제한된 에너지를 사용하기 때문에 가장 적은 에너지(최소 손실)로 최대 출력을 얻는 방법이 가장 효과적이다. 그러나, MTPA 제어 방법은 동손을 최소화하는 운전 기법으로 최소 손실 운전 기법이 아니며, 약자속 제어 방법도 미리 정해진 전류 맵에 의해 전류 운전점이 결정되기 때문에 최소 손실 운전 기법이 아니다.
모터 시스템을 최소 손실로 운전하기 위해서는 모든 전류 운전점에 대한 손실 값을 구해야 한다. 이를 구하기 위한 방법으로 실험 등을 통해 모델링 또는 맵을 구축할 수 있으나, 이는 개발 시간이 많이 요구되고 오차에 대한 보정이 어렵다.
본 발명의 실시 예는 구동모터에 대한 전류 지령 크기가 설정된 기준 값보다 작은 영역에서 보정 값을 단계 별로 증가시켜 구동모터의 속도에 따른 총 손실 값을 산출하고, 총 손실 값이 최소 값이 되는 보정 값을 결정하여 역자속값을 보정함으로써 구동모터를 최대 효율로 구동할 수 있는 친환경 자동차의 모터 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자동차의 모터 제어 장치는 구동 모터의 전압, d축 전압 지령, q축 전압 지령 및 전기적 각속도에 따라 역자속 값을 생성하는 제어부; 토크 요구 명령 및 역자속 보정 값에 따라 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령을 생성하는 전류 지령 발생기; 상기 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령에 대응하는 전류 지령 크기가 미리 설정된 기준 값보다 작은 경우 상기 구동 모터의 기계적 각속도, 상기 d축 및 q축 지령에 따라 보정 값을 결정하여 출력하는 역자속 보정부; 상기 역자속 값과 상기 보정 값을 가산하여 상기 역자속 보정 값을 출력하는 가산기; 상기 d축과 q축의 전류 지령에 따라 전류 제어값을 생성하는 전류 제어기; 상기 전류 제어값을 축 좌표값으로 변환시키는 좌표 변환부; 및 상기 축 좌표값에 따라 PWM 신호를 발생시켜 상기 구동 모터를 동작시키는 PWM 발생기를 포함한다.
그리고, 상기 전류 지령 크기가 상기 기준 값보다 작은 경우 상기 보정 값을 단계 별로 증가시켜 생성하는 보정값 생성부; 및 상기 구동 모터의 기계적 각속도, 상기 d축 및 q축 전류 지령을 이용하여 상기 각 단계 별 상기 구동 모터의 총 손실 값을 연산하고, 상기 총 손실 값에 따라 상기 단계 별 상기 보정 값 중 어느 하나를 선택하는 보정값 결정부를 포함하고, 상기 보정값 생성부는 상기 보정값 결정부에 의해 선택된 보정값을 고정시켜 출력한다.
여기서, 상기 보정값 생성부는 아래의 수학식 1에 따라 상기 전류 지령 크기를 연산한다.
[수학식 1]
Figure 112015058205279-pat00001
(여기서, Isref는 상기 전류 지령 크기이고, Idref는 상기 d축 전류 지령이고, Iqref는 상기 q축 전류 지령이다.)
그리고, 상기 보정값 결정부는 상기 d축 전류 지령, 상기 q축 전류 지령 및 상기 구동 모터의 기계적 각속도에 따라 미리 저장된 룩업 테이블로부터 철손 토크 값을 추출하는 철손 토크 추출부; 상기 구동 모터의 기계적 각속도 및 상기 철손 토크 값에 따라 상기 구동 모터의 철손을 연산하는 철손 연산부; 상기 d축 전류 지령 및 상기 q축 전류 지령에 따라 상기 구동 모터의 동손을 연산하는 동손 연산부; 상기 구동 모터의 철손 및 동손에 따라 상기 총 손실량을 연산하는 손실량 연산부; 및 상기 현재 단계의 상기 총 손실 값과 직전 단계의 상기 총 손실 값을 비교하고, 현재 단계의 상기 총 손실 값이 직전 단계의 상기 총 손실 값 이하이면 상기 현재 단계의 상기 보정값을 선택하는 결정부를 포함한다.
여기서, 상기 룩업 테이블은 상기 전류 지령 크기 및 상기 구동 모터의 기계적 각속도에 대응하는 상기 철손 토크 값이 저장된다. 그리고, 상기 철손 연산부는 아래의 [수학식 2]에 따라 상기 구동 모터의 철손을 연산한다.
[수학식 2]
Figure 112015058205279-pat00002
(여기서, PIronloss는 상기 구동 모터의 철손, Wm은 상기 구동 모터의 기계적 각속도이다.)
또한, 상기 동손 연산부는 아래의 [수학식 3]에 따라 상기 구동 모터의 동손을 연산한다.
[수학식 3]
Figure 112015058205279-pat00003
(여기서, Pcupperloss는 상기 구동 모터의 동손, Rs는 상저항 값, Isref는 상기 전류 지령 크기이다.)
그리고, 상기 손실량 연산부는 상기 구동 모터의 철손 및 동손을 더하여 상기 총 손실량을 연산한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자동차의 모터 제어 방법은 구동 모터의 전압, d축 전압 지령, q축 전압 지령 및 전기적 각속도에 따라 역자속 값을 생성하는 단계; 토크 요구 명령 및 역자속 보정 값에 따라 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령을 생성하는 단계; 상기 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령에 대응하는 전류 지령 크기가 미리 설정된 기준 값보다 작은지 여부를 판단하는 단계; 상기 전류 지령 크기가 상기 기준 값보다 작은 경우 상기 구동 모터의 기계적 각속도, 상기 d축 및 q축 전류 지령에 따라 보정 값을 결정하는 단계; 및 상기 역자속 값에 상기 보정 값을 가산하여 상기 역자속 보정 값을 생성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 보정 값을 결정하는 단계는 상기 전류 지령 크기를 연산하는 단계; 상기 전류 지령 크기와 상기 기준 값을 비교하는 단계; 상기 전류 지령 크기가 상기 기준 값보다 작은 경우 상기 보정 값을 단계 별로 증가시켜 생성하는 단계; 상기 구동 모터의 기계적 각속도, 상기 d축 및 q축 전류 지령을 이용하여 상기 각 단계 별 상기 구동 모터의 총 손실 값을 연산하는 단계; 상기 복수의 단계 중 현재 단계의 총 손실 값이 직전 단계의 총 손실 값 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 현재 단계의 총 손실 값이 상기 직전 단계의 총 손실 값 이하인 경우 상기 현재 단계의 상기 보정 값을 고정시키는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 전류 지령 크기는 아래의 수학식 1에 따라 연산한다.
[수학식 1]
Figure 112015058205279-pat00004
(여기서, Isref는 상기 전류 지령 크기이고, Idref는 상기 d축 전류 지령이고, Iqref는 상기 q축 전류 지령이다.)
그리고, 상기 구동 모터의 총 손실 값을 연산하는 단계는 상기 d축 전류 지령, 상기 q축 전류 지령 및 상기 구동 모터의 기계적 각속도에 따라 미리 저장된 룩업 테이블로부터 철손 토크 값을 추출하는 단계; 상기 구동 모터의 기계적 각속도 및 상기 철손 토크 값에 따라 상기 구동 모터의 철손을 연산하는 단계; 상기 d축 전류 지령 및 상기 q축 전류 지령에 따라 상기 구동 모터의 동손을 연산하는 단계; 및 상기 구동 모터의 철손과 동손을 가산하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 구동 모터의 철손은 아래의 [수학식 2]에 따라 연산한다.
[수학식 2]
Figure 112015058205279-pat00005
(여기서, PIronloss는 상기 구동 모터의 철손, Wm은 상기 구동 모터의 기계적 각속도이다.)
그리고, 상기 구동 모터의 동손은 아래의 [수학식 3]에 따라 연산한다.
[수학식 3]
Figure 112015058205279-pat00006
(여기서, Pcupperloss는 상기 구동 모터의 동손, Rs는 상저항 값, Isref는 상기 전류 지령 크기이다.)
본 발명은 구동모터에 대한 전류 지령 크기가 설정된 기준 값보다 작은 영역에서 보정 값을 단계 별로 증가시켜 구동모터의 속도에 따른 총 손실 값을 산출하고, 총 손실 값이 최소 값이 되는 보정 값을 결정하여 역자속값을 보정함으로써 구동모터를 최대 효율로 구동할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자동차의 모터 제어 장치를 도시한 도면.
도 2는 역자속 및 토크 지령 별 전류 지령 맵을 도시한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 역자속 보정부(120)의 상세 블록도.
도 4는 토크 지령에 대한 구동모터의 효율을 나타낸 그래프.
도 5는 도 3에 도시된 보정값 결정부(124)를 도시한 상세 블록도.
도 6은 구동 모터의 기계적 각속도 별 전류 지령 크기에 대한 철손 토크 값을 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자동차의 모터 제어 방법을 도시한 순서도.
도 8은 토크 지령에 대한 전류 운전점을 나타낸 그래프.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자동차의 모터 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자동차의 구동 모터 제어 장치(100)는 제어부(110), 역자속 보정부(120), 전류 지령 발생기(130), 전류 제어기(140), 제1 좌표 변환부(150), PWM 발생기(160) 및 제2 좌표 변환부(170)를 포함한다.
제어부(110)는 전압(Vdc), d축과 q축에 대한 전압 지령(VdqRef) 및 구동모터(200)의 전기적 각속도(Wr)에 따라 역자속값(1/λmax)을 생성한다.
역자속 보정부(120)는 d축에 대한 전류지령(Idref) 및 q축에 대한 전류지령(Iqref)에 대응하는 전류 지령 크기가 미리 설정된 기준 값보다 작은 경우 보정 값(x)을 생성하고, 보정 값(x)을 단위 크기만큼 단계 별로 증가시켜 출력한다.
여기서, 역자속 보정부(120)는 구동모터(200)의 기계적 각속도(Wm), d축에 대한 전류지령(Idref) 및 q축에 대한 전류지령(Iqref)에 따라 구동 모터(200)의 총 손실 값을 연산하고, 구동 모터(200)의 총 손실 값이 최소 값일 때 해당 단계의 보정 값(x)을 고정시켜 출력한다.
가산기(122)는 역자속값(1/λmax)과 보정 값(x)을 가산하여 역자속 보정 값(1/λmax')을 출력한다.
전류 지령 발생기(130)는 운전자의 토크 지령(Tref*) 및 역자속 보정값(1/λmax')에 따라 d축에 대한 전류지령(Idref)과 q축에 대한 전류지령(Iqref)을 생성하여 전류 제어기(140)에 제공한다.
여기서, 전류 지령 발생기(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 역자속 및 토크 지령 별 전류 지령 맵을 포함하고, 전류 지령 맵으로부터 토크 지령(Tref*) 및 역자속 보정값(1/λmax')에 대응하는 d축에 대한 전류지령(Idref)과 q축에 대한 전류지령(Iqref)을 추출할 수 있다.
전류 제어기(140)는 d축에 대한 전류지령(Idref)과 q축에 대한 전류지령(Iqref)에 따라 구동모터(200)를 동작시키는 전류 제어값을 생성하여 제1 좌표 변환부(150)에 제공한다. 전류 제어기(140)는 제2 좌표 변환부(170)로부터 d축에 인가되는 실제전류(IdAct) 및 q축에 인가되는 실제전류(IqAct)를 전달받아 전류 제어 값을 보정하여 토크 오차를 제거한다.
제1 좌표 변환부(150)는 전류 제어기(140)에서 생성된 전류 제어값을 축 좌표값으로 변환시켜 PWM 발생기(160)에 인가한다.
PWM 발생기(160)는 제1 좌표 변환부(150)에서 인가되는 축 좌표값에 따라 PWM신호를 발생시켜 구동모터(200)를 동작시킨다.
제2 좌표 변환부(170)는 구동모터(200)의 d축에 인가되는 실제전류(IdAct)와 q축에 인가되는 실제전류(IqAct)를 검출하여 전류제어기(140)에 피드백 정보로 제공한다.
도 3은 도 1에 도시된 역자속 보정부(120)의 상세 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 역자속 보정부(120)는 보정값 생성부(122) 및 보정값 결정부(124)를 포함한다. 보정값 생성부(122)는 d축에 대한 전류지령(Idref) 및 q축에 대한 전류지령(Iqref)에 대응하는 전류 지령 크기(Isref)를 산출한다. 여기서, 보정값 생성부(122)는 아래의 [수학식 1]에 따라 전류 지령 크기(Isref)를 산출할 수 있다.
Figure 112015058205279-pat00007
보정값 생성부(122)는 전류 지령 크기(Isref)가 미리 설정된 기준 값(Isrefr) 보다 작은 경우 보정 값(x)을 생성하고, 보정 값(x)을 단계 별로 증가시킨다. 보정값 생성부(122)는 보정값 결정부(124)를 통해 구동모터(200)의 총 손실량이 최소 값인 단계가 결정되면, 해당 단계의 보정 값(x)을 고정시켜 출력한다.
여기서, 기준 값(Isrefr)은 역자속 및 토크 지령별 전류 지령 맵을 통해 추출된 전류 운전점과 본 발명의 실시 예에 따른 역자속 보정부(120)를 적용하여 추출된 전류 운전점에 따라 구동되는 구동모터(200)의 효율을 실험에 의해 산출하고, 전류 지령 맵에 비해 구동모터(200)의 효율이 높은 영역에서의 최대 전류 지령 크기(Isref)로 설정할 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 전류 지령 맵을 적용한 MTPA 제어 방법(a)과 본 발명의 실시 예에 따른 역자속 보정부(120)를 적용한 MTPA 제어 방법(b)은 기준 값(Isrefs)을 기준으로 구동모터(200)의 효율이 달라지는 것을 볼 수 있다.
즉, 전류 지령 크기(Isref)가 기준 값(Isref) 보다 작은 영역에서는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터(200)의 효율이 전류 지령 맵을 적용한 경우보다 높으므로 역자속 보정부(120)를 적용하여 역자속 값(1/λmax)을 보정한다. 그리고, 전류 지령 크기(Isref)가 기준 값(Isrefs) 보다 큰 영역에서는 전류 지령 맵을 적용한 경우와 동일하므로 전류 지령 맵으로 전류 운전점을 산출한다.
이는 일반적으로 전류 지령 크기(Isref)가 클수록 구동모터(200)의 손실 중 동손의 비중이 철손에 비해 높기 때문이다. 즉, MTPA 제어 방법의 경우 최소 동손 운전 기법이므로 전류 지령 크기(Isref)가 큰 영역에서는 전류 지령 맵을 적용하여 전류 운전점을 산출하고, 전류 지령 크기(Isref)가 작은 영역에서는 본 발명의 실시 예에 따른 역자속 보정부(120)를 적용하여 전류 운전점을 산출하면, 전체 전류 운전점에 대해 구동모터(200)의 최대 효율을 얻을 수 있다.
보정값 결정부(124)는 구동모터(200)의 기계적 각속도(Wm), d축에 대한 전류지령(Idref) 및 q축에 대한 전류지령(Iqref)을 이용하여 구동모터(200)의 총 손실량을 단계 별 보정 값(x)에 대응하여 연산하고, 구동모터(200)의 총 손실량이 최소 값일 때의 보정 단계를 결정한다.
도 5는 도 3에 도시된 보정값 결정부(124)를 도시한 상세 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 보정값 결정부(124)는 철손 토크 추출부(1241), 철손 연산부(1243), 동손 연산부(1245), 손실량 연산부(1247) 및 결정부(1249)를 포함한다.
철손 토크 추출부(1241)는 d축에 대한 전류지령(Idref), q축에 대한 전류지령(Iqref) 및 구동모터(200)의 기계적 각속도(Wm)에 따라 미리 저장된 룩업 테이블로부터 철손 토크 값을 추출한다.
여기서, 룩업 테이블은 <표 1>과 같이, 전류 지령 크기(Isref) 및 기계적 각속도(Wm)에 대응하는 철손 토크 값을 포함한다. 룩업 테이블은 도 6에 도시된 바와 같이, 구동 모터(200)의 기계적 각속도(Wm) 별로 전류 지령 크기(Isref)에 대한 철손 토크 값을 나타내는 그래프로부터 추출될 수 있다.
Wm1 Wm2 Wm3
Isref1 철손 토크 값(A) 철손 토크 값(B) 철손 토크 값(C)
Isref2 철손 토크 값(D) 철손 토크 값(E) 철손 토크 값(F)
Isref3 철손 토크 값(G) 철손 토크 값(H) 철손 토크 값(I)
철손 연산부(1243)는 구동모터(200)의 기계적 각속도(Wm) 및 추출된 철손 토크 값에 따라 구동 모터(200)의 철손(PIronloss)을 연산한다. 여기서, 철손 연산부(1243)는 아래의 [수학식 2]에 따라 구동 모터(200)의 철손(PIronloss)을 연산할 수 있다.
Figure 112015058205279-pat00008
동손 연산부(1245)는 d축에 대한 전류지령(Idref) 및 q축에 대한 전류지령(Iqref)에 따라 구동 모터(200)의 동손(PCupperloss)을 연산한다. 여기서, 동손 연산부(1245)는 아래의 [수학식 3]에 따라 구동 모터(200)의 동손(PCupperloss)을 연산한다.
Figure 112015058205279-pat00009
여기서, Rs는 상저항 값이다. 손실량 연산부(1247)는 철손(PIronloss) 및 동손(PCupperloss)에 따라 구동 모터(200)의 총 손실량을 연산한다. 여기서, 손실량 연산부(1247)는 철손(PIronloss) 및 동손(PCupperloss)의 합으로 구동 모터(200)의 총 손실량을 연산할 수 있다.
결정부(1249)는 현재 단계의 구동모터(200)의 총 손실량과 직전 단계의 구동 모터(200)의 총 손실량을 비교하고, 현재 단계의 구동모터(200)의 총 손실량이 직전 단계의 구동모터(200)의 총 손실량 이하인 경우 현재 단계의 보정 값(x)을 최종 보정 값으로 결정한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자동차의 모터 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 먼저 보정값 생성부(122)는 d축에 대한 전류지령(Idref) 및 q축에 대한 전류지령(Iqref)에 따라 전류 지령 크기(Isref)를 산출한다(S1 단계). 보정값 생성부(122)는 전류 지령 크기(Isref)가 기준 값(Isrefr) 보다 작은지 여부를 판단한다(S2 단계).
판단 결과, 전류 지령 크기(Isref)가 기준 값(Isrefr) 보다 작은 경우 보정값 생성부(122)는 보정 값(x)을 단계별로 증가시켜 생성한다(S3 단계). 예컨대, 1단계는 보정 값(x)을 0.1로 생성하고, 2단계는 보정 값(x)을 0.2로 생성하고, 3단계는 보정 값(x)을 0.3으로 생성할 수 있다.
그 다음, 철손 토크 추출부(1241)는 d축에 대한 전류지령(Idref), q축에 대한 전류지령(Iqref) 및 구동모터(200)의 기계적 각속도(Wm)에 따라 미리 저장된 룩업 테이블로부터 철손 토크 값을 추출한다.
그 다음, 철손 연산부(1243)는 구동모터(200)의 기계적 각속도(Wm) 및 추출된 철손 토크 값에 따라 상기한 [수학식 2]를 이용하여 구동 모터(200)의 철손(PIron_Loss)을 연산한다(S4 단계).
그리고, 동손 연산부(1245)는 축에 대한 전류지령(Idref) 및 q축에 대한 전류지령(Iqref)에 따라 상기한 [수학식 3]을 이용하여 구동 모터(200)의 동손(PCupperloss)을 연산한다(S5 단계).
그 다음, 손실량 연산부(1247)는 철손(PIronloss) 및 동손(PCupperloss)의 합으로 구동 모터(200)의 총 손실량을 연산한다(S6 단계). 그 다음, 결정부(1249)는 현재 단계(i)에 연산된 총 손실량이 직전 단계(i-1)에 연산된 총 손실량 이하인지 여부를 판단한다(S7 단계).
판단 결과, 현재 단계(i)에 연산된 총 손실량이 직전 단계(i-1)에 연산된 총 손실량 이하인 경우 현재 단계(i)에 해당하는 보정 값(x)을 고정시킨다(S8 단계).
그러면, 가산기(122)를 통해 고정된 보정 값(x)이 역자속값(1/λmax)에 더해져 역자속 보정값(1/λmax')이 생성되고, 전류 지령 발생기(130)는 운전자의 토크 지령(Tref*) 및 역자속 보정값(1/λmax')에 따라 d축에 대한 전류지령(Idref)과 q축에 대한 전류지령(Iqref)을 생성한다.
한편, S2 단계에서 판단 결과, 전류 지령 크기(Isref)가 기준 값(Isrefr) 보다 큰 경우 보정값 생성부(122)는 보정값(x)을 생성하지 않는다. 즉, 전류 지령 발생기(130)는 역자속값(1/λmax)의 보정 없이 운전자의 토크 지령(Tref*) 및 역자속값(1/λmax)에 따라 전류 지령 맵으로부터 d축에 대한 전류지령(Idref)과 q축에 대한 전류지령(Iqref)을 추출한다.
도 8은 토크 지령에 대한 전류 운전점을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예와 같이 역자속값(1/λmax)을 보정하지 않고, 역자속 및 토크 지령별 전류 지령 맵으로만 MTPA 제어 방법을 적용한 경우 동일한 토크 지령(Tref*)에 대해 구동모터(200)의 기계적 각속도(Wm)와 무관하게 전류 운전점(1)이 동일하다.
이와 비교하여, 본 발명의 실시 예에 따라 구동모터(200)의 총 손실 값이 최소인 역자속값(1/λmax)의 보정값(x)을 결정하면 구동모터(200)의 기계적 각속도(Wm), 예컨대 500rpm, 1000rpm, 1500rpm 및 2000rpm 별로 최적의 전류 운전점(2, 3, 4, 5)을 산출할 수 있다.
따라서, 구동모터(200)의 기계적 각속도(Wm) 별로 모든 전류 운전점에 대한 최대 효율 운전점을 찾기 위한 개발 시간을 단축시킬 수 있고, 모든 전류 운전점에 대한 손실 값을 구하기 위한 별도의 모델링없이 이미 모델링된 전류 지령 맵을 사용함으로써 구동모터(200)의 모든 속도 영역에 적용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 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.
110: 제어부
120: 역자속 보정부
130: 전류 지령 발생기
140: 전류 제어기
150: 제1 좌표 변환부
160: PWM 발생기
170: 제2 좌표 변환부

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 구동 모터의 전압, d축 전압 지령, q축 전압 지령 및 전기적 각속도에 따라 역자속 값을 생성하는 제어부;
    토크 요구 명령 및 역자속 보정 값에 따라 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령을 생성하는 전류 지령 발생기;
    상기 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령에 대응하는 전류 지령 크기가 미리 설정된 기준 값보다 작은 경우 상기 구동 모터의 기계적 각속도, 상기 d축 및 q축 지령에 따라 보정 값을 결정하여 출력하는 역자속 보정부;
    상기 역자속 값과 상기 보정 값을 가산하여 상기 역자속 보정 값을 출력하는 가산기;
    상기 d축과 q축의 전류 지령에 따라 전류 제어값을 생성하는 전류 제어기;
    상기 전류 제어값을 축 좌표값으로 변환시키는 좌표 변환부;
    상기 축 좌표값에 따라 PWM 신호를 발생시켜 상기 구동 모터를 동작시키는 PWM 발생기;
    상기 전류 지령 크기가 상기 기준 값보다 작은 경우 상기 보정 값을 단계 별로 증가시켜 생성하는 보정값 생성부; 및
    상기 구동 모터의 기계적 각속도, 상기 d축 및 q축 전류 지령을 이용하여 상기 각 단계 별 상기 구동 모터의 총 손실 값을 연산하고, 상기 총 손실 값에 따라 상기 단계 별 상기 보정 값 중 어느 하나를 선택하는 보정값 결정부를 포함하고,
    상기 보정값 생성부는
    상기 보정값 결정부에 의해 선택된 보정값을 고정시켜 출력하는 친환경 자동차의 모터 제어 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 보정값 생성부는 아래의 수학식 1에 따라 상기 전류 지령 크기를 연산하는 친환경 자동차의 모터 제어 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112015058205279-pat00010

    (여기서, Isref는 상기 전류 지령 크기이고, Idref는 상기 d축 전류 지령이고, Iqref는 상기 q축 전류 지령이다.)
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 보정값 결정부는
    상기 d축 전류 지령, 상기 q축 전류 지령 및 상기 구동 모터의 기계적 각속도에 따라 미리 저장된 룩업 테이블로부터 철손 토크 값을 추출하는 철손 토크 추출부;
    상기 구동 모터의 기계적 각속도 및 상기 철손 토크 값에 따라 상기 구동 모터의 철손을 연산하는 철손 연산부;
    상기 d축 전류 지령 및 상기 q축 전류 지령에 따라 상기 구동 모터의 동손을 연산하는 동손 연산부;
    상기 구동 모터의 철손 및 동손에 따라 상기 총 손실 값을 연산하는 손실량 연산부; 및
    현재 단계의 상기 총 손실 값과 직전 단계의 상기 총 손실 값을 비교하고, 상기 현재 단계의 상기 총 손실 값이 상기 직전 단계의 상기 총 손실 값 이하이면 상기 현재 단계의 상기 보정값을 선택하는 결정부
    를 포함하는 친환경 자동차의 모터 제어 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 룩업 테이블은
    상기 전류 지령 크기 및 상기 구동 모터의 기계적 각속도에 대응하는 상기 철손 토크 값이 저장된 친환경 자동차의 모터 제어 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 철손 연산부는 아래의 [수학식 2]에 따라 상기 구동 모터의 철손을 연산하는 친환경 자동차의 모터 제어 장치.
    [수학식 2]
    Figure 112015058205279-pat00011

    (여기서, PIronloss는 상기 구동 모터의 철손, Wm은 상기 구동 모터의 기계적 각속도이다.)
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 동손 연산부는 아래의 [수학식 3]에 따라 상기 구동 모터의 동손을 연산하는 친환경 자동차의 모터 제어 장치.
    [수학식 3]
    Figure 112015058205279-pat00012

    (여기서, Pcupperloss는 상기 구동 모터의 동손, Rs는 상저항 값, Isref는 상기 전류 지령 크기이다.)
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 손실량 연산부는
    상기 구동 모터의 철손 및 동손을 더하여 상기 총 손실 값을 연산하는 친환경 자동차의 모터 제어 장치.
  9. 삭제
  10. 구동 모터의 전압, d축 전압 지령, q축 전압 지령 및 전기적 각속도에 따라 역자속 값을 생성하는 단계;
    토크 요구 명령 및 역자속 보정 값에 따라 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령을 생성하는 단계;
    상기 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령에 대응하는 전류 지령 크기가 미리 설정된 기준 값보다 작은지 여부를 판단하는 단계;
    상기 전류 지령 크기가 상기 기준 값보다 작은 경우 상기 구동 모터의 기계적 각속도, 상기 d축 및 q축 전류 지령에 따라 보정 값을 결정하는 단계; 및
    상기 역자속 값에 상기 보정 값을 가산하여 상기 역자속 보정 값을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 보정 값을 결정하는 단계는,
    상기 전류 지령 크기를 연산하는 단계;
    상기 전류 지령 크기와 상기 기준 값을 비교하는 단계;
    상기 전류 지령 크기가 상기 기준 값보다 작은 경우 상기 보정 값을 단계 별로 증가시켜 생성하는 단계;
    상기 구동 모터의 기계적 각속도, 상기 d축 및 q축 전류 지령을 이용하여 상기 각 단계 별 상기 구동 모터의 총 손실 값을 연산하는 단계;
    상기 복수의 단계 중 현재 단계의 총 손실 값이 직전 단계의 총 손실 값 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 현재 단계의 총 손실 값이 상기 직전 단계의 총 손실 값 이하인 경우 상기 현재 단계의 상기 보정 값을 고정시키는 단계
    를 포함하는 친환경 자동차의 모터 제어 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 전류 지령 크기는 아래의 수학식 1에 따라 연산하는 친환경 자동차의 모터 제어 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112015058205279-pat00013

    (여기서, Isref는 상기 전류 지령 크기이고, Idref는 상기 d축 전류 지령이고, Iqref는 상기 q축 전류 지령이다.)
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 구동 모터의 총 손실 값을 연산하는 단계는
    상기 d축 전류 지령, 상기 q축 전류 지령 및 상기 구동 모터의 기계적 각속도에 따라 미리 저장된 룩업 테이블로부터 철손 토크 값을 추출하는 단계;
    상기 구동 모터의 기계적 각속도 및 상기 철손 토크 값에 따라 상기 구동 모터의 철손을 연산하는 단계;
    상기 d축 전류 지령 및 상기 q축 전류 지령에 따라 상기 구동 모터의 동손을 연산하는 단계; 및
    상기 구동 모터의 철손과 동손을 가산하는 단계
    를 포함하는 친환경 자동차의 모터 제어 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 구동 모터의 철손은 아래의 [수학식 2]에 따라 연산하는 친환경 자동차의 모터 제어 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112015058205279-pat00014

    (여기서, PIronloss는 상기 구동 모터의 철손, Wm은 상기 구동 모터의 기계적 각속도이다.)
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 구동 모터의 동손은 아래의 [수학식 3]에 따라 연산하는 친환경 자동차의 모터 제어 방법.
    [수학식 3]
    Figure 112015058205279-pat00015

    (여기서, Pcupperloss는 상기 구동 모터의 동손, Rs는 상저항 값, Isref는 상기 전류 지령 크기이다.)
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