KR101981682B1 - Induction motor for estimating mutual inductance and rotor resistance and method for estimating thereof - Google Patents

Induction motor for estimating mutual inductance and rotor resistance and method for estimating thereof Download PDF

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Abstract

Disclosed is a method for estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor. The estimation method comprises the steps of: allowing a magnetic flux estimator including a voltage model and a current model to receive a rotor angular velocity, a stator current, and a stator voltage and to estimate a voltage model rotor flux and a current model rotor flux; calculating an error between the estimated voltage model and current model rotor flux; and estimating mutual inductance and rotor resistance based on the calculated error between the flux. The step of calculating the error converts a function for the voltage model and current model rotor flux into a rotor coordinate system and calculates the error by converting the converted function into an error function separated from mutual inductance components and rotor resistance components based on the converted function for the voltage model and current model rotor flux.

Description

상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 유도전동기 및 그 추정 방법 {INDUCTION MOTOR FOR ESTIMATING MUTUAL INDUCTANCE AND ROTOR RESISTANCE AND METHOD FOR ESTIMATING THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an induction motor for estimating mutual inductance and rotor resistance,

본 발명은 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 유도전동기 및 그 추정 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 자속 추정기의 자속 정보를 이용하여 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 유도전동기 및 그 추정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an induction motor for estimating mutual inductance and rotor resistance and an estimation method therefor. More particularly, the present invention relates to an induction motor for estimating mutual inductance and rotor resistance using magnetic flux information of a magnetic flux estimator, and an estimation method thereof.

전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기 에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치를 전동기라고 부르며, 전동기는 전원의 종류에 따라 직류전동기와 교류전동기로 분류된다. 교류전동기는 유도전동기와 영구자석을 이용한 영구자석 동기전동기 등으로 분류될 수 있다. 초기에 전력전자 기술의 부족 및 속도와 토크 제어의 용이성 때문에 과거 가변속 전동기로는 직류전동기가 많이 사용되었지만, 직류전동기가 가지는 브러시와 정류자의 정기적인 보수의 필요성, 회전자의 정류자편에 의한 최고 회전수의 제한 등 구조적인 문제로 인하여 교류전동기의 사용이 증가하고 있다.A device that converts electric energy into dynamic energy by using the power that a current carrying conductor receives in a magnetic field is called an electric motor. The electric motor is classified into a DC motor and an AC motor according to the type of power source. AC motors can be classified into induction motors and permanent magnet synchronous motors using permanent magnets. In the past, due to the lack of power electronics technology and the ease of speed and torque control, DC motors were used in the past as variable-speed motors, but the necessity of regular maintenance of the brushes and commutators of DC motors, The use of AC motors is increasing due to structural problems such as limitation of number of motors.

인버터의 등장, 마이크로프로세서가 진보한 하드웨어의 발전 및 교류 시스템의 해석을 용이하게 하는 좌표 변환에 대한 이론이 발전됨에 따라, 유도전동기의 제어가 용이하게 되었으며, 최근에 유도전동기는 가전 제품과 다양한 산업 분야에 널리 사용되고 있다. As theories for the development of inverters, the development of advanced hardware in microprocessors and the interpretation of AC systems have been developed, the control of induction motors has become easier, and in recent years, Is widely used in the field.

유도전동기를 제어하기 위해 좌표 변환이 도입된 회전자 자속 기준 제어(Flux-Oriented Control)가 이용되면, 유도전동기의 순시 토크 제어가 가능하다. 따라서, 회전자 자속 기준 제어가 이용됨으로써 유도전동기는 정밀한 가변속 제어 및 토크 제어가 요구되는 분야에서 많이 이용되고 있다.When the flux-oriented control with coordinate conversion is used to control the induction motor, instantaneous torque control of the induction motor is possible. Therefore, by using the rotor flux reference control, the induction motor is widely used in fields requiring precise variable speed control and torque control.

유도전동기의 자속 기준 제어를 이용하여 제어기를 설계하기 위해 파라미터 상수의 정확한 설정이 요구된다. 파라미터 상수가 잘못 설정되면, 제어기의 이득 또한 잘못 설계될 수 있다. 제어기 이득이 잘못 설계되면 전동기의 성능이 저하될 수 있다.Accurate setting of parameter constants is required to design the controller using the flux reference control of the induction motor. If the parameter constant is set incorrectly, the gain of the controller can also be designed incorrectly. If the controller gain is designed incorrectly, the performance of the motor may be degraded.

상술한 유도전동기의 자속 기준 제어가 이용되기 위해서는 자속 정보가 필요되는데, 자속 정보는 하드웨어 장치에서 측정되지 않고 통상적으로 제어기에서 추정될 수 있다. 제어기에서 자속이 추정되는 방식에도 정확한 파라미터 상수가 요구된다. 따라서, 유도전동기 시스템과 제어기 사이에 파라미터 오차가 존재하게 되면 제어기는 잘못된 자속 정보를 추정하게 되고, 결국 잘못 추정된 자속 정보에 의해 전동기 제어 능력이 매우 저하될 수 있다.In order to use the flux-based control of the induction motor described above, flux information is required. The flux information is not measured in the hardware device but can be generally estimated in the controller. An accurate parameter constant is also required in the manner in which the flux is estimated in the controller. Therefore, when there is a parameter error between the induction motor system and the controller, the controller estimates erroneous magnetic flux information, and the motor control capability may be greatly degraded due to erroneously estimated magnetic flux information.

유도전동기의 파라미터는 크게 고정자 저항, 고정자 과도 인덕턴스, 상호 인덕턴스 및 회전자 저항으로 나누어 질 수 있다. 고정자 저항 및 고정자 과도 인덕턴스를 포함하는 고정자 파라미터 상수의 확인은 상호 인덕턴스 및 회전자 저항보다 상대적으로 더 쉬운 특징이 있다. 반면에, 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 측정은 고정자 파라미터보다 상대적으로 더 어려운 문제가 있다.The parameters of the induction motor can largely be divided into stator resistance, stator transient inductance, mutual inductance and rotor resistance. Identification of stator parameter constants, including stator resistance and stator transient inductance, is relatively easier than mutual inductance and rotor resistance. On the other hand, the measurement of mutual inductance and rotor resistance is relatively more difficult than stator parameters.

구체적으로, 대부분 자성체로 구성되어 있는 유도전동기는 자기 포화 특성이 있으므로, 전류 크기에 따라 인덕턴스의 변화가 나타날 수 있다. 또한, 철손에 의해 열이 발생 되면서, 전동기 운전 중 전동기 내부의 온도가 상승될 수 있고, 전동기 내부의 온도가 상승되면서 저항 또한 상승될 수 있다. 따라서, 상호 인덕턴스 및 회전자 저항은 전동기 운전 중에 변동될 수 있다. 상호 인덕턴스 및 회전자 저항이 변동됨에 따라 상호 인덕턴스 및 회전자 저항에 대한 정확한 보정이 요구되고 있지만, 실질적으로 상호 인덕턴스 및 회전자 저항은 변동이 크고 앞서 살펴본 바와 같이 상수 추정이 어려워 상호 인덕턴스 및 회전자 저항에 대한 정확한 보정이 어려운 문제점이 있다.Specifically, an induction motor composed mostly of a magnetic body has a magnetic saturation characteristic, and therefore, a change in inductance may occur depending on the current magnitude. Further, as the heat is generated due to the iron loss, the temperature inside the electric motor can be raised during the operation of the electric motor, and the resistance can also be raised as the temperature inside the electric motor rises. Therefore, mutual inductance and rotor resistance can be varied during operation of the motor. Although the mutual inductance and the rotor resistance are varied, the mutual inductance and the rotor resistance are required to be accurately corrected. However, the mutual inductance and the rotor resistance vary substantially. As described above, There is a problem that it is difficult to accurately correct the resistance.

본 발명이 해결하려는 과제는, 변동이 크고 상수 추정이 어려운 두 파라미터인 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 별도의 하드웨어 장비 없이 독립적으로 추정하는 방법을 제공함에 있다.A problem to be solved by the present invention is to provide a method for independently estimating mutual inductance and rotor resistance, which are large and difficult to estimate constants, without hardware equipment.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법은 전압 모델 및 전류 모델을 포함하는 자속추정기가 회전자 각속도, 고정자 전류 및 고정자 전압을 입력받고 전압 모델 회전자 자속 및 전류 모델 회전자 자속을 추정하는 단계; 상기 추정된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속 간의 오차를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 자속 간의 오차에 기초하여 상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계;를 포함하고, 상기 오차를 산출하는 단계는, 상기 전압 모델 및 상기 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수를 회전자 좌표계로 변환하고, 상기 변환된 전압 모델 및 상기 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수에 기초하여 상기 상호 인덕턴스 성분과 상기 회전자 저항 성분을 분리시킨 오차 함수로 변환하여 상기 오차를 산출할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor, including: obtaining a rotor angular velocity, a stator current, and a stator voltage using a magnetic flux estimator including a voltage model and a current model Estimating a voltage model rotor flux and a current model rotor flux; Calculating an error between the estimated voltage model and the current model rotor flux; And estimating the mutual inductance and the rotor resistance based on the error between the calculated magnetic fluxes, wherein the calculating the error includes calculating a function for the voltage model and the current model rotor flux And the error can be calculated by transforming the mutual inductance component and the rotor resistance component into an error function based on the converted voltage model and the function for the current model rotor flux.

상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계는, 실시간으로 상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정할 수 있다.The step of estimating the mutual inductance and the rotor resistance may estimate the mutual inductance and the rotor resistance in real time.

상기 오차 함수는, 상기 상호 인덕턴스 성분을 계수로 하는 저역 통과 필터를 통과한 신호 및 상기 회전자 저항 성분을 계수로 하는 고역 통과 필터를 통과한 신호의 합일 수 있다.The error function may be a sum of a signal having passed through a low-pass filter having the mutual inductance component as a coefficient and a signal having passed through a high-pass filter having the rotor resistance component as a coefficient.

상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계는, 순환 최소 자승법을 이용하여 상기 오차 함수의 상기 상호 인덕턴스 성분 및 상기 회전자 저항 성분을 동시에 추정할 수 있다.The step of estimating the mutual inductance and the rotor resistance may simultaneously estimate the mutual inductance component and the rotor resistance component of the error function using a cyclic least squares method.

상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계는, 비례 적분 제어기에 의해 상기 상호 인덕턴스 성분 및 상기 회전자 저항 성분이 0이 되기 위한 상기 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분을 산출할 수 있다.The step of estimating the mutual inductance and the rotor resistance may calculate the compensation component of the mutual inductance and the rotor resistance to make the mutual inductance component and the rotor resistance component zero by the proportional integral controller.

상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계는, 상기 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분의 산출 과정을 반복하고, 상기 산출된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분을 기초로 상기 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 추정을 반복적으로 갱신할 수 있다.Wherein the step of estimating the mutual inductance and the rotor resistance includes the steps of repeating the process of calculating the compensation component of the mutual inductance and the rotor resistance and calculating the mutual inductance and the rotor resistance based on the calculated mutual inductance and the compensation component of the rotor resistance, The estimation of the rotor resistance can be repeatedly updated.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기는 전압 모델 및 전류 모델을 포함하고, 회전자 각속도, 고정자 전류 및 고정자 전압을 입력받아 전압 모델 회전자 자속 및 전류 모델 회전자 자속을 추정하는 자속추정기; 및 상기 추정된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속 간의 오차를 산출하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 산출된 자속 간의 오차에 기초하여 상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하며, 상기 전압 모델 및 상기 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수를 회전자 좌표계로 변환하고, 상기 변환된 전압 모델 및 상기 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수에 기초하여 상기 상호 인덕턴스 성분과 상기 회전자 저항 성분을 분리시킨 오차 함수로 변환하여 상기 오차를 산출할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an induction motor including a voltage model and a current model. The induction motor receives a rotor angular velocity, a stator current, and a stator voltage, A magnetic flux estimator for estimating a magnetic flux; And a controller for calculating an error between the estimated voltage model and the current model rotor flux, wherein the controller estimates the mutual inductance and the rotor resistance based on the error between the calculated magnetic fluxes, Model and the current model rotor flux into a rotor coordinate system and separating the mutual inductance component and the rotor resistance component based on a function for the converted voltage model and the current model rotor flux It is possible to calculate the error by converting it into an error function.

이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따라 상수 추정이 어렵고, 변동이 큰 두 파라미터인 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 동시에 추정할 수 있어 효과적인 전동기의 제어가 가능하다.According to the embodiment of the present invention as described above, it is possible to simultaneously estimate the mutual inductance and the rotor resistance, which are difficult to estimate constants and have large fluctuations, and thus it is possible to effectively control the electric motor.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따라 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 추정을 위한 별도의 하드웨어 장비가 필요 없으며, 알고리즘 구조가 간단한 장점이 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, there is no need for a separate hardware device for estimating mutual inductance and rotor resistance, and the algorithm structure is simple.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood to those of ordinary skill in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시 에에 따른 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모델 기준 적응 제어의 원리를 이용하여 유도 전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 방법을 나타낸 것이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따라 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 전체적인 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 비례 적분 제어기를 이용하여 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분을 산출하는 것을 나타낸 것이다.
도 5(a) 및 (b)는 고정자 파라미터의 오차가 없는 경우 주어진 속도와 부하 조건에서 파라미터를 추정한 결과를 나타낸 것이다.
도 6(a) 및 (b)는 고정자 파라미터의 오차가 있는 경우 주어진 속도와 부하 조건에서 파라미터를 추정한 결과를 나타낸 것이다.
도 7(a) 및 (b)는 전동기에 결합된 부하를 주기적으로 변동시키면서 고정자 파라미터의 오차가 없는 경우 주어진 속도와 부하 조건에서 파라미터를 추정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8(a) 및 (b)는 전동기에 결합된 부하를 주기적으로 변동시키면서 고정자 파라미터의 오차가 존재하는 경우 주어진 속도와 부하 조건에서 파라미터를 추정한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 유도전동기를 설명하기 위한 블록도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a method of estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor using the principle of model reference adaptive control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates an overall process of estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates calculating the compensation component of mutual inductance and rotor resistance using a proportional integral controller in accordance with an embodiment of the present invention.
5 (a) and 5 (b) show the results of estimating the parameters under a given speed and load condition in the absence of stator parameter error.
Figs. 6 (a) and 6 (b) show the results of estimating the parameters under a given speed and load condition when there is an error in the stator parameters.
Figs. 7 (a) and 7 (b) show the results of estimating the parameters under a given speed and load condition when there is no error in the stator parameters while periodically varying the load coupled to the motor.
8 (a) and 8 (b) show the results of estimating the parameters at a given speed and load condition in the presence of errors in the stator parameters while periodically varying the load coupled to the motor.
9 is a block diagram illustrating an induction motor for estimating mutual inductance and rotor resistance according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 변수 및 파라미터의 표기는 아래의 표 1에 의해 정의될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In addition, the notation of the parameters and parameters used in the present specification can be defined by the following Table 1. < tb > < TABLE > Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

vv 전압Voltage ii 전류electric current λλ 자속Magnetic flux wr w r 회전자 각속도Rotor angular velocity ss 미분기Differentiator 위 첨자 sSuperscript 정지 좌표계Stationary coordinate system 위 첨자 rSuperscript r 회전자 좌표계Rotor coordinate system 위 첨자 eSuperscript e 동기 좌표계Synchronous coordinate system 아래 첨자 sSubscripts 고정자Stator 아래 첨자 rSubscript r 회전자Rotor ^^ 추정한 값Estimated value 볼드(Bold)체Bold 벡터값Vector value Rs R s 고정자 저항Stator resistance Rr R r 회전자 저항Rotor resistance σLs σL s 고정자 과도 인덕턴스Stator transient inductance Lm L m 상호 인덕턴스Mutual inductance Lr L r 회전자 자기 인덕턴스Rotor self-inductance Llr L lr 회전자 누설 인덕턴스Rotor leakage inductance Tr T r 회전자 시정수, Lr/Rr Rotor Time Constant, L r / R r

본 명세서에서 사용되는 고정자 좌표계(stationary reference frame)는 d-q축의 좌표축이 회전하지 않는 정지된 좌표계를 나타낸 것이고, 회전자 좌표계(rotor reference frame)는 d-q축의 좌표축도 어떤 각속도 w로 함께 회전하는 좌표계를 나타낸 것이며, 동기 좌표계(synchronous reference frame)는 d-q축의 좌표축이 3상 전류의 주파수 we로 회전하는 좌표계를 나타낸 것이다. 상술한 d축은 전동기의 자속(flux)이 발생되는 축을 나타낸 것이며, q축은 d축과 직교하고 토크가 발생되는 축을 나타낸 것이다.The stationary reference frame used herein denotes a stationary reference frame in which the coordinate axis of the dq axis does not rotate and a reference frame of the rotor reference frame indicates a coordinate system in which the coordinate axes of the dq axis also rotate together at an angular velocity w And the synchronous reference frame represents a coordinate system in which the coordinate axis of the dq axis rotates at the frequency w e of the three-phase current. The d axis represents the axis on which the flux of the motor is generated, and the q axis represents the axis perpendicular to the d axis and on which the torque is generated.

또한, 본 명세서에서 사용된 "제 1," "제 2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.It is also to be understood that the expressions " first, " " second, ", etc. used herein may be used to denote various components, regardless of their order and / or importance, and to distinguish one component from another But is not limited to those components. For example, the first user equipment and the second user equipment may represent different user equipment, regardless of order or importance. For example, without departing from the scope of the rights described in this document, the first component may be named as the second component, and similarly the second component may be named as the first component.

본 명세서에서, “가진다”, “가질 수 있다”, “포함한다” 또는 “포함할 수 있다”등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.As used herein, the expressions " have, " " comprise, " " comprise, " or " comprise may " refer to the presence of a feature (e.g., a numerical value, a function, And does not exclude the presence of additional features.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 추정 방법에 있어서, 전압 모델 및 전류 모델을 포함하는 자속추정기가 회전자 각속도, 고정자 전류 및 고정자 전압을 입력 받고 전압 모델 회전자 자속 및 전류 모델 회전자 자속을 추정한다(S110).1, in a mutual inductance and rotor estimation method of an induction motor according to an embodiment of the present invention, a magnetic flux estimator including a voltage model and a current model receives a rotor angular velocity, a stator current, and a stator voltage Voltage model rotor flux and current model rotor flux are estimated (S110).

유도전동기의 자속 추정기는 고정자 모델 및 회전자 모델 방정식을 기반으로 나뉘어 질 수 있다. 고정자 모델을 기반으로 한 전압 모델 자속 추정기는 고정자 전압 및 고정자 전류를 입력받아 고정자 좌표계에서의 전압 모델 회전자 자속을 추정할 수 있다. 반면, 회전자 모델을 기반으로 한 전류 모델 자속 추정기는 회전자 각속도 및 고정자 전류를 입력받아 고정자 좌표계에서의 전류 모델 회전자 자속을 추정할 수 있다.The magnetic flux estimator of the induction motor can be divided based on the stator model and rotor model equations. The voltage model magnetic flux estimator based on the stator model can estimate the voltage model rotor flux in the stator coordinate system by receiving the stator voltage and the stator current. On the other hand, the current model flux estimator based on the rotor model can estimate the current model rotor flux in the stator coordinate system by receiving the rotor angular velocity and the stator current.

고정자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속은 아래의 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.Voltage model estimation in the stator coordinate system The rotor flux can be expressed as the following equation (1).

Figure 112017118886688-pat00001
(1)
Figure 112017118886688-pat00001
(One)

고정자 좌표계에서의 전류 모델 추정 회전자 자속은 아래의 식 (2)와 같이 나타낼 수 있다.Current model estimation in the stator coordinate system The rotor flux can be expressed by the following equation (2).

Figure 112017118886688-pat00002
(2)
Figure 112017118886688-pat00002
(2)

하지만, 식 (1)의 전압 모델은 순수 적분인 1/s를 포함하므로 옵셋(offset) 성분의 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 실질적으로 식 (1)과 같이 고정자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속은 구현될 수 없으므로, 아래의 식 (3)과 같은 고피나스 모델이 이용될 수 있다. 고피나스 모델 추정 회전자 자속은 전압 모델 추정 회전자 자속 및 전류 모델 추정 회전자 자속이 혼합된 모델을 나타낸다.However, since the voltage model of Equation (1) includes a pure integral of 1 / s, an offset component problem may occur. Therefore, since the voltage model estimation rotor flux in the stator coordinate system can not be practically implemented as in Equation (1), a high finaness model such as the following Equation (3) can be used. The Gopinas model estimated rotor flux is a mixture of voltage model estimated rotor flux and current model estimated rotor flux.

Figure 112017118886688-pat00003
(3)
Figure 112017118886688-pat00003
(3)

Kp 및 Ki는 비례 적분 제어기(Proportional-Integral Controller, PI Controller)을 나타낸다.Kp and Ki denote a proportional-integral controller (PI controller).

고피나스 모델 추정 회전자 자속 식은, 전압 모델 추정 회전자 자속에 고주파 통과 필터(HPF)(

Figure 112017118886688-pat00004
)를 통과시킨 형태 및 전류 모델 추정 회전자 자속에 저주파 통과 필터(LPF)(
Figure 112017118886688-pat00005
)를 통과시킨 형태의 합으로 나타날 수 있다. 따라서, 주파수가 충분히 높은 고주파 영역대에서는 전압 모델 추정 회전자 자속이 대부분 출력될 수 있다. 따라서, 고피나스 모델이 이용되면, 상술한 옵셋 문제가 해결된 전압 모델이 구현될 수 있다.The high-pass model estimating rotor flux equation is based on the high-pass filter (HPF) (
Figure 112017118886688-pat00004
) And the current model estimation rotor flux (LPF) (
Figure 112017118886688-pat00005
) In the form of a line. Therefore, most of the voltage model estimation rotor flux can be output in the high frequency region band where the frequency is sufficiently high. Therefore, when a high finaness model is used, a voltage model in which the above-described offset problem is solved can be implemented.

본 발명의 일 실시 예에서는 상술한 고피나스 모델의 특성을 이용하여 전압 모델이 구현될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a voltage model can be implemented using the characteristics of the high-fin-state model described above.

식 (1)에서, 고정자 전압 및 고정자 전류를 입력 받은 자속추정기로부터 추정된 고정자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속에 사용되는 파라미터는 고정자 저항, 고정자 과도 인덕턴스, 상호 인덕턴스 및 회전자 자기 인덕턴스가 사용될 수 있다.In the equation (1), the parameters used for the voltage model estimation rotor flux in the stator coordinate system estimated from the magnetic flux estimator receiving the stator voltage and stator current are stator resistance, stator transient inductance, mutual inductance and rotor magnetic inductance .

식 (2)에서, 고정자 전류 및 회전자 각속도를 입력 받은 자속추정기로부터 추정된 고정자 좌표계에서의 전류 모델 추정 회전자 자속에 사용되는 파라미터는 회전자 저항 및 회전자 자기 인덕턴스를 포함하는 회전자 시정수 및 상호 인덕턴스가 사용될 수 있다.In equation (2), the parameters used in the current model estimation rotor flux in the stator coordinate system estimated from the magnetic flux estimator input the stator current and the rotor angular velocity are the rotor time constant including the rotor resistance and the rotor magnetic inductance And mutual inductance can be used.

상술한 바와 같이 전압 모델 추정 회전자 자속에 사용되는 파라미터와 전류 모델 추정 회전자 자속에 사용되는 파라미터가 다르므로, 파라미터의 오차가 존재한다면 각각의 모델에서 추정되는 자속은 다르게 될 수 있다.As described above, since the parameters used in the voltage model estimation rotor flux and the parameters used in the current model estimation rotor flux are different, the estimated flux in each model can be different if there is a parameter error.

전압 모델 및 전류 모델을 포함하는 자속추정기로부터 추정된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속 간의 오차가 산출된다(S120).An error between the voltage model estimated from the magnetic flux estimator including the voltage model and the current model and the current model rotor flux is calculated (S120).

구체적으로, 자속 간의 오차 산출은 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수가 회전자 좌표계로 변환되고, 변환된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수에 기초하여 상호 인덕턴스 성분과 회전자 저항 성분이 분리된 오차 함수로 변환되면서 자속 간의 오차가 산출될 수 있다.Specifically, the error calculations between the magnetic fluxes are performed such that the functions for the voltage model and the current model rotor flux are converted to the rotor coordinate system, and based on the converted voltage model and the function for the current model rotor flux, the mutual inductance component and the rotor resistance As the components are transformed into separate error functions, the error between fluxes can be calculated.

식 (1)에 나타난 회전자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속 식은 고정자 저항 및 고정자 과도 인덕턴스를 포함하고 있다. 한편,

Figure 112017118886688-pat00006
로 나타낼 수 있고, 일반적으로 상호 인덕턴스 대비 누설 인덕턴스가 매우 작으므로 식 (1)에 나타난
Figure 112017118886688-pat00007
는 “1”로 가정될 수 있다. 따라서, 고정자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속은 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 오차가 존재하더라도, 고정자 저항 및 고정자 과도 인덕턴스가 정확한 경우 실질적으로 정확한 자속이 추정될 수 있다.The voltage model estimation rotor flux equation in the rotor coordinate system shown in equation (1) includes stator resistance and stator transient inductance. Meanwhile,
Figure 112017118886688-pat00006
(1), because the leakage inductance is generally very small compared with the mutual inductance.
Figure 112017118886688-pat00007
Can be assumed to be " 1 ". Thus, even if there is an error in the mutual inductance and the rotor resistance, the voltage model estimation rotor flux in the stator coordinate system can be estimated to be substantially accurate when the stator resistance and stator transient inductance are correct.

본 발명의 일 실시 예에 따라 상술한 고정자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속의 특징이 이용되면 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항이 추정될 수 있다.The mutual inductance and the rotor resistance of the induction motor can be estimated using the characteristics of the voltage model estimation rotor flux in the stator coordinate system according to an embodiment of the present invention.

식 (2)에 나타난 고정자 좌표계에서의 전류 모델 추정 회전자 자속에 대한 함수는 회전자 좌표계에서의 전류 모델 추정 회전자 자속에 대한 함수로 변환될 수 있다. 상술한 회전자 좌표계로 변환된 전류 모델 추정 회전자 자속에 대한 함수는 아래의 식 (4)와 같이 나타날 수 있다.The function for the current model estimation rotor flux in the stator coordinate system shown in equation (2) can be converted to a function for the current model estimation rotor flux in the rotor coordinate system. The function for the current model estimation rotor flux converted into the above-mentioned rotor coordinate system can be expressed by the following equation (4).

Figure 112017118886688-pat00008
(4)
Figure 112017118886688-pat00008
(4)

상술한 바와 같이 고정자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속은 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 오차에도 불구하고 고정자 저항 및 고정자 과도 인덕턴스의 값에 따라 정확히 추정될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 고정자 저항 및 고정자 과도 인덕턴스의 값의 확인이 상호 인덕턴스 및 회전자 저항보다 상대적으로 더 쉬운 특징이 있다. 따라서, 상술한 특징을 이용하여 식 (1)에 나타난 고정자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속에 대한 함수는 실제 회전자 저항, 실제 회전자 자기 인덕턴스 및 실제 상호 인덕턴스를 포함하는 회전자 좌표계에서의 전류 모델 추정 회전자 자속에 대한 함수로 등가화될 수 있다. 즉, 고정자 저항 및 고정자 과도 인덕턴스 값에 따라 추정된 회전자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속의 함수는 아래의 식 (5)와 같이 실제 회전자 저항, 실제 회전자 자기 인덕턴스 및 실제 상호 인덕턴스를 포함하는 회전자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속에 대한 함수로 사용될 수 있다.As described above, the voltage model estimation rotor flux in the stator coordinate system can be accurately estimated according to the value of the stator resistance and stator transient inductance despite the error of mutual inductance and rotor resistance. Further, as described above, the determination of the stator resistance and the stator transient inductance value is relatively easier than the mutual inductance and the rotor resistance. Therefore, using the above-described characteristics, the function for the voltage model estimation rotor flux in the stator coordinate system shown in equation (1) can be expressed as a function of the actual rotor resistance, the actual rotor self- inductance and the actual mutual inductance in the rotor coordinate system The current model can be equalized as a function of the estimated rotor flux. That is, the function of the voltage model estimation rotor flux in the rotor coordinate system estimated according to the stator resistance and the stator transient inductance value is expressed by the following equation (5) as the actual rotor resistance, the actual rotor self inductance and the actual mutual inductance Can be used as a function of the voltage model estimation rotor flux in the rotor coordinate system involved.

Figure 112017118886688-pat00009
(5)
Figure 112017118886688-pat00009
(5)

변환된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수에 공통으로 포함된 고정자 전류가 제거됨으로써, 추정된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속 간의 오차 산출은 상호 인덕턴스 성분과 회전자 저항 성분이 분리된 오차 함수로 변환되어 산출될 수 있다.The error between the estimated voltage model and the current model rotor flux can be calculated by dividing the mutual inductance component and the rotor resistance component into separate error values by removing the stator current commonly contained in the function of the converted voltage model and the current model rotor flux, Function and can be calculated.

상술한 오차 함수는, 상호 인덕턴스 성분을 계수로 하는 저역 통과 필터를 통과한 신호 및 회전자 저항 성분을 계수로 하는 고역 통과 필터를 통과한 신호의 합으로 나타날 수 있다.The above-described error function can be expressed as a sum of a signal that has passed through a low-pass filter having a mutual inductance component as a coefficient and a signal that has passed through a high-pass filter having a rotor resistance component as a coefficient.

산출된 자속 간의 오차에 기초하여 상호 인덕턴스 및 회전자 저항이 추정된다(S130).The mutual inductance and the rotor resistance are estimated based on the error between the calculated magnetic fluxes (S130).

상호 인덕턴스 및 회전자 저항은 실시간으로 추정될 수 있다. 즉, 실제로 전동기가 운전하는 상태인 속도가 변하는 상황에서도 실시간으로 상호 인덕턴스 및 회전자 저항이 추정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예는 변동하는 부하를 포함하는 전동기 시스템에서도 적용될 수 있다.The mutual inductance and rotor resistance can be estimated in real time. That is, mutual inductance and rotor resistance can be estimated in real time even in a situation where the speed at which the motor actually operates is changed. Therefore, an embodiment of the present invention is also applicable to a motor system including a varying load.

본 발명의 일 실시 예에 따라 산출된 자속 간의 오차에 기초하여 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법에서는 순환 최소 자승법(Recursive Least Square)이 이용될 수 있다. 순환 최소 자승법이 이용됨으로써, 상술한 오차 함수의 상호 인덕턴스 성분 및 회전자 저항 성분이 동시에 추정될 수 있다.Recursive Least Square may be used in the mutual inductance and rotor resistance estimation method based on the error between the magnetic fluxes calculated according to an embodiment of the present invention. By using the cyclic least squares method, the mutual inductance component and the rotor resistance component of the above-mentioned error function can be estimated at the same time.

또한, 비례 적분 제어기를 이용하여 순환 최소 자승법에 의해 동시에 추정된 상호 인덕턴스 성분 및 회전자 저항 성분이 0이 되기 위한 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분이 산출될 수 있다.Also, the mutual inductance and the rotor resistance can be calculated by using the proportional integral controller so that mutual inductance components and rotor resistance components simultaneously estimated by the cyclic least squares method become zero.

상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분 산출 과정은 반복될 수 있고, 산출된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분을 기초로 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 추정이 반복적으로 갱신될 수 있다.The process of calculating the compensation component of the mutual inductance and the rotor resistance can be repeated and the estimation of the mutual inductance and the rotor resistance can be repeatedly updated based on the compensation component of the calculated mutual inductance and rotor resistance.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모델 기준 적응 제어의 원리를 이용하여 유도 전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 방법을 나타낸 것이다.FIG. 2 illustrates a method of estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor using the principle of model reference adaptive control according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법은 모델 기준 적응 제어(Model Reference Adaptive Control, MRAC)의 원리가 적용될 수 있다. 보다 자세하게는, 기준 모델(Reference model)은 회전자 각속도, 고정자 전류 및 고정자 전압을 입력받아 고피나스 모델 자속 추정기로부터 추정된 고피나스 모델 추정 회전자 자속 함수에서 주파수가 충분히 높은 고주파 영역대에서 출력된 회전자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속에 대한 함수로 설정될 수 있다. 또한, 적응 모델(Adjustable model)은 회전자 각속도 및 고정자 전류를 입력받아 전류 모델 자속 추정기로부터 추정된 회전자 좌표계에서의 전류 모델 회전자 자속으로 설정될 수 있다. 기준 모델 및 적응 모델에서 추정되는 자속은 적응 메커니즘(Adaptation mechanism)에서 비교됨으로써 보다 정확한 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항이 추정될 수 있다. 또한, 추정된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항은 실시간 적응 모델로 갱신될 수 있다. 추정된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 갱신은 후술할 상호 인덕턴스 및 회전자 성분 각각의 보상 성분(ΔLm, ΔRr)을 기초로 갱신될 수 있다.Referring to FIG. 2, the principle of model reference adaptive control (MRAC) may be applied to the method of estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor according to an embodiment of the present invention. More specifically, the reference model receives a rotor angular velocity, a stator current, and a stator voltage, and calculates a high-frequency model rotor flux function estimated from a high-frequency model flux flux estimator in a high- Can be set as a function of the voltage model estimation rotor flux in the output rotor coordinate system. Also, the adaptive model can be set as a current model rotor flux in the rotor coordinate system estimated from the current model flux estimator, receiving the rotor angular velocity and the stator current. The magnetic fluxes estimated in the reference model and the adaptive model are compared in the adaptation mechanism so that the mutual inductance and rotor resistance of the induction motor can be estimated more accurately. In addition, the estimated mutual inductance and rotor resistance can be updated in a real-time adaptive model. The update of the estimated mutual inductance and rotor resistance can be updated based on the compensation components (? L m ,? R r ) of each of the mutual inductance and rotor components to be described later.

아래에서는 상술한 MRAS 원리를 적용하여 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 방법을 설명할 것이다. 단, MRAS를 적용하는 것은 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.In the following, a method of estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor by applying the above-described MRAS principle will be described. However, application of the MRAS is an example for illustrating an embodiment of the present invention, but is not limited thereto.

도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따라 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 전체적인 과정을 나타낸 것이다.FIG. 3 illustrates an overall process of estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 비례 적분 제어기를 이용하여 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분을 산출하는 것을 나타낸 것이다.FIG. 4 illustrates calculating the compensation component of mutual inductance and rotor resistance using a proportional integral controller in accordance with an embodiment of the present invention.

다음은 도 3 및 도 4를 함께 설명하도록 하겠다.3 and 4 will be described together.

도 3을 참조하면, 전압 모델 및 전류 모델을 포함하는 자속추정기가 회전자 각속도, 고정자 전류 및 고정자 전압을 입력받고 전압 모델 회전자 자속 및 전류 모델 회전자 자속을 추정할 수 있다.Referring to FIG. 3, a magnetic flux estimator including a voltage model and a current model receives a rotor angular velocity, a stator current, and a stator voltage, and estimates a voltage model rotor flux and a current model rotor flux.

추정된 전압 모델 회전자 자속 및 전류 모델 회전자 자속 간의 오차가 산출될 수 있다. 오차 산출은 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수가 회전자 좌표계로 변환(식 (4) 참조) 및 전압 모델 회전자 자속에 대한 함수가 회전자 좌표계로 변환(식 (5) 참조)되고, 변환된 전압 모델(기준 모델) 및 전류 모델(적응 모델) 회전자 자속에 대한 함수에 기초하여 상호 인덕턴스 성분과 회전자 저항 성분이 분리된 오차 함수로 변환되어 오차가 산출될 수 있다.An error between the estimated voltage model rotor flux and the current model rotor flux can be calculated. The error calculations are based on the assumption that the function for the current model rotor flux is converted to the rotor coordinate system (see equation (4)) and the function for the voltage model rotor flux is converted to the rotor coordinate system (see equation (5) Based on the function of the voltage model (reference model) and the current model (adaptive model) rotor flux, the mutual inductance component and the rotor resistance component can be converted into separate error functions to calculate the error.

구체적으로 식(4) 및 식 (5)의 연산으로 고정자 전류가 상쇄될 수 있고, 고정자 전류가 상쇄된 식을 정리하면 아래의 식 (6)과 같이 나타낼 수 있다. 아래의 식에서 Δλ는 자속 간의 오차를 나타낸다.Specifically, the stator current can be canceled by the calculation of the equations (4) and (5), and the equation in which the stator current is canceled can be expressed as the following equation (6). In the equation below, Δλ represents the error between magnetic fluxes.

Figure 112017118886688-pat00010
(6)
Figure 112017118886688-pat00010
(6)

상술한 식 (6)에서

Figure 112017118886688-pat00011
을 나타낸다.In the above formula (6)
Figure 112017118886688-pat00011
.

상술한 식 (6)에서 상호 인덕턴스 대비 누설 인덕턴스가 매우 작으므로

Figure 112017118886688-pat00012
에 의해
Figure 112017118886688-pat00013
가 될 수 있다.Since the leakage inductance with respect to the mutual inductance is very small in the above-mentioned equation (6)
Figure 112017118886688-pat00012
By
Figure 112017118886688-pat00013
.

따라서, 아래의 식 (7)을 참조하면, 자속 간의 오차는 기준 모델(전압 모델)(λref)에 저역 통과 필터(

Figure 112017118886688-pat00014
)가 통과된 신호 및 고역 통과 필터(
Figure 112017118886688-pat00015
)가 통과된 신호의 합으로 나타낼 수 있다. 즉, 오차 함수는 상호 인덕턴스 성분을 계수로 하는 저역 통과 필터를 통과한 신호 및 회전자 저항 성분을 계수로 하는 고역 통과 필터를 통과한 신호의 합으로 나타낼 수 있다.Therefore, referring to Equation (7) below, the low-pass filter to the error between the magnetic flux reference model (voltage model) (λ ref) (
Figure 112017118886688-pat00014
) And a high-pass filter (
Figure 112017118886688-pat00015
) Can be expressed as the sum of the signals passed through. That is, the error function can be expressed as a sum of a signal that passes through a low-pass filter having a mutual inductance component as a coefficient and a signal that has passed through a high-pass filter that has a rotor resistance component as a coefficient.

Figure 112017118886688-pat00016
(7)
Figure 112017118886688-pat00016
(7)

상술한 방법에 의해 회전자 좌표계로 변환된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수에 기초하여 식 (7)과 같이 상호 인덕턴스 성분과 회전자 저항 성분이 분리된 오차 함수로 변환되면서 추정된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속 간의 오차가 산출될 수 있다.The mutual inductance component and the rotor resistance component are converted into separate error functions based on the function for the voltage model and the current model rotor flux converted into the rotor coordinate system by the above method, The error between the model and the current model rotor flux can be calculated.

전압 모델 추정 회전자 자속에 대한 함수의 설정은 고피나스 모델 추정 회전자 자속 함수에서 주파수가 충분히 높은 고주파 영역대에서 출력된 회전자 좌표계에서의 전압 모델 추정 회전자 자속에 대한 함수로 설정될 수 있다.The setting of the function for the voltage model estimation rotor flux can be set as a function of the voltage model estimation rotor flux in the rotor coordinate system output in the high frequency range where the frequency is sufficiently high in the high- have.

선형 시스템에서 입력 열벡터(X), 출력(y) 및 계수 열벡터(A)는 아래의 식 (8)와 같이 나타낼 수 있다.In the linear system, the input column vector X, the output y and the coefficient column vector A can be expressed by the following equation (8).

y= X T A (8) y = T A X (8)

회전자 좌표계로 변환된 전압 모델 추정 회전자 자속 및 전류 모델 추정 회전자 자속 간의 오차는 입출력 계산을 통해 입력 열벡터(X) 및 출력(y)으로 설정될 수 있다.The error between the voltage model estimated rotor flux and the current model estimated rotor flux converted into the rotor coordinate system can be set to the input column vector X and the output y through the input / output calculation.

자속 간의 오차에 기초하여 상호 인덕턴스 및 회전자 저항이 추정될 수 있다. 순환 최소 자승법(Recursive Least Square)의 이용으로 오차 함수의 상호 인덕턴스 성분 및 회전자 저항 성분이 동시에 추정될 수 있다.The mutual inductance and the rotor resistance can be estimated based on the error between the magnetic fluxes. The reciprocal inductance component and the rotor resistance component of the error function can be estimated simultaneously by using the recursive least square method.

본 발명의 일 실시 예에 따른 순환 최소 자승법은 과거의 여러 데이터를 이용하는 방법으로, 입력 신호와 관련하여 가중된 최소 자승 오차 함수를 최소화 시키는데 이용될 수 있다. 또한, 망각 인자는 공분산을 계산하는데 있어 과거 데이터들의 영향을 얼마나 감소시킬 것인지를 결정하는데 이용될 수 있다.The cyclic least squares method according to an embodiment of the present invention can be used to minimize the weighted least squares error function with respect to the input signal by using various past data. Also, the forgetting factor can be used to determine how to reduce the impact of past data in calculating the covariance.

망각 인자를 이용한 순환 최소 자승법에 따라서 계수는 아래의 식 (9)과 같이 실시간으로 추정될 수 있다.According to the cyclic least squares method using the forgetting factor, the coefficient can be estimated in real time as the following equation (9).

Figure 112017118886688-pat00017
Figure 112017118886688-pat00017

Figure 112017118886688-pat00018
Figure 112017118886688-pat00018

Figure 112017118886688-pat00019
Figure 112017118886688-pat00019

Figure 112017118886688-pat00020
(9)
Figure 112017118886688-pat00020
(9)

상술한 식 (9)에서 K는 이득, e는 오차, P는 공분산 및 λ1는 망각인자를 나타내며, λ1은 본 발명의 실시 예에 따른 자속 λ와 서로 다른 값 및 서로 다른 물리적인 의미를 나타낸다.In the above equation (9), K represents a gain, e represents an error, P represents a covariance and? 1 represents a forgetting factor, and λ 1 represents a different value from the magnetic flux λ according to the embodiment of the present invention, .

식 (7)의 자속 간의 오차(Δλ)는 식 (8)에 적용될 수 있으며, 입출력(X, y) 및 계수(A)는 아래의 식 (10)과 같이 나타낼 수 있다.The error Δλ between the magnetic fluxes in Eq. (7) can be applied to Eq. (8), and the input and output (X, y) and the coefficient A can be expressed as Eq.

y=Δλ, X=[

Figure 112017118886688-pat00021
,
Figure 112017118886688-pat00022
]T, A=[
Figure 112017118886688-pat00023
,
Figure 112017118886688-pat00024
]T (10)y = ??, X = [
Figure 112017118886688-pat00021
,
Figure 112017118886688-pat00022
] T , A = [
Figure 112017118886688-pat00023
,
Figure 112017118886688-pat00024
] T (10)

상술한 식 (10)에서, 출력(y) 및 입력(X)은 자속 추정기(λref, λadj) 및 필터(

Figure 112017118886688-pat00025
,
Figure 112017118886688-pat00026
)로부터 계산될 수 있다. 계산된 출력(y) 및 입력(X)이 식 (9)에 대입됨으로써 실시간으로 계수(A)가 추정될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예로 계수 A=(
Figure 112017118886688-pat00027
,
Figure 112017118886688-pat00028
)일 수 있으며, 계수
Figure 112017118886688-pat00029
Figure 112017118886688-pat00030
는 아래의 식 (11)와 같이 나타낼 수 있다.In the above equation (10), the output (y) and the input (X) correspond to the magnetic flux estimators (? Ref ,? Adj )
Figure 112017118886688-pat00025
,
Figure 112017118886688-pat00026
). ≪ / RTI > The coefficient A can be estimated in real time by substituting the calculated output y and the input X into the equation (9). In one embodiment of the present invention, the coefficient A = (
Figure 112017118886688-pat00027
,
Figure 112017118886688-pat00028
), And the coefficient
Figure 112017118886688-pat00029
And
Figure 112017118886688-pat00030
Can be expressed by the following equation (11).

Figure 112017118886688-pat00031
,
Figure 112017118886688-pat00032
(11)
Figure 112017118886688-pat00031
,
Figure 112017118886688-pat00032
(11)

상술한 계수 A는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 식일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.The above-mentioned coefficient A is a formula for explaining an embodiment of the present invention, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시 예에 따른 식 (7)에 표현된 기준 모델(λref) 및 적응 모델(λadj)은 벡터일 수 있으며, d축과 q축을 동시에 포함하고 있는 벡터일 수 있다. 따라서, 식 (7)은 d축과 q축 모두에서 만족될 수 있다.The reference model λ ref and the adaptation model λ adj expressed in Equation (7) according to an embodiment of the present invention may be a vector, and may be a vector simultaneously including a d-axis and a q-axis. Therefore, equation (7) can be satisfied in both the d-axis and the q-axis.

본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법에서는 d축에서 추정된 식 (11)에서의 계수(

Figure 112017118886688-pat00033
,
Figure 112017118886688-pat00034
) 및 q축에서 추정된 계수를 산술 평균한 값이 사용되었다. 단, 상술한 예에서 사용된 산술 평균한 값은 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.In the method of estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor according to an embodiment of the present invention,
Figure 112017118886688-pat00033
,
Figure 112017118886688-pat00034
) And the arithmetic mean of the coefficients estimated in the q-axis. However, the arithmetic mean value used in the above-described example is intended to illustrate an embodiment of the present invention, but is not limited thereto.

상술한 식 (11)에서 계수

Figure 112017118886688-pat00035
Figure 112017118886688-pat00036
는 각각 상호 인덕턴스 성분 및 회전자 저항 성분의 오차율이 수반될 수 있다. 따라서,
Figure 112017118886688-pat00037
Figure 112017118886688-pat00038
가 0으로 제어됨으로써 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항이 추정될 수 있다. 계수 제어기에 의해
Figure 112017118886688-pat00039
Figure 112017118886688-pat00040
가 0으로 제어될 수 있다.In the above-mentioned equation (11)
Figure 112017118886688-pat00035
And
Figure 112017118886688-pat00036
May each be accompanied by an error rate of the mutual inductance component and the rotor resistance component. therefore,
Figure 112017118886688-pat00037
And
Figure 112017118886688-pat00038
Is controlled to be zero, mutual inductance and rotor resistance of the induction motor can be estimated. By the coefficient controller
Figure 112017118886688-pat00039
And
Figure 112017118886688-pat00040
Lt; / RTI > can be controlled to zero.

도 4를 참조하면, 계수 제어기는 비례 적분 제어기가 이용될 수 있다. 비례 적분 제어기에 의해 상호 인덕턴스 성분 및 회전자 저항 성분이 0이 되기 위한 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분이 산출될 수 있다. 산출된 상호 인덕턴스의 보상 성분은 ΔLm이, 산출된 회전자 저항의 보상성분은 ΔRr이 될 수 있다.Referring to FIG. 4, the coefficient controller may be a proportional integral controller. The compensation component of the mutual inductance and the rotor resistance for making the mutual inductance component and the rotor resistance component zero by the proportional integral controller can be calculated. The compensation component of the calculated mutual inductance may be? L m , and the compensation component of the calculated rotor resistance may be? R r .

도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 계수 제어기에서 출력된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분(ΔLm, ΔRr)은 출력 필터에 통과될 수 있다. 출력 필터는 저역 통과 필터(LPF)일 수 있다. 따라서, 계수 제어기에서 출력된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분(ΔLm, ΔRr)에 포함된 노이즈가 제거될 수 있다.Referring again to FIG. 3, in accordance with an embodiment of the present invention, the compensation inductance (ΔL m , ΔR r ) of the mutual inductance and rotor resistance output from the coefficient controller can be passed to the output filter. The output filter may be a low pass filter (LPF). Therefore, there is noise contained in the output from the coefficient control the mutual inductance of the electronic components and the time compensating resistance (m ΔL, ΔR r) can be removed.

본 발명의 일 실시 예에 따라, 계수 제어기에서 출력된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분(ΔLm, ΔRr) 각각은 아래의 식 (12)과 같이 갱신될 수 있다.According to one embodiment of the invention, the mutual inductance and the time compensating components of the electronic resistance in the output controller coefficient (m ΔL, ΔR r) each of which it can be updated as Equation (12) below.

Figure 112017118886688-pat00041
,
Figure 112017118886688-pat00042
(12)
Figure 112017118886688-pat00041
,
Figure 112017118886688-pat00042
(12)

상술한 식 (12)에서

Figure 112017118886688-pat00043
Figure 112017118886688-pat00044
는 각각 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 초기 설정값을 나타낸다.In the above-mentioned equation (12)
Figure 112017118886688-pat00043
Wow
Figure 112017118886688-pat00044
Respectively represent initial set values of mutual inductance and rotor resistance.

본 발명의 일 실시 예에 따라 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분의 산출과정이 반복될 수 있고, 산출된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분을 기초로 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 추정이 반복적으로 갱신될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the calculation process of the compensation component of mutual inductance and rotor resistance can be repeated, and the mutual inductance and the resistance of the rotor are estimated repeatedly based on the calculated compensation component of mutual inductance and rotor resistance. . ≪ / RTI >

따라서, 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 초기 설정값이 잘못된 값이어도, 본 발명의 일 실시 예에 따라 출력된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 각각의 보상 성분에 의해 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 추정 값은 정확한 값으로 갱신될 수 있다.Thus, even though the initial set values of mutual inductance and rotor resistance are erroneous values, the estimated values of mutual inductance and rotor resistance by the compensating component of each mutual inductance and rotor resistance output according to an embodiment of the present invention are accurate Lt; / RTI >

도 5(a) 내지 도 8(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정한 결과를 나타낸 것이다.FIGS. 5 (a) to (b) show results of estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor by using a simulation program according to an embodiment of the present invention.

아래의 표 2는 유도전동기의 사양을 나타내는 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따라 도 5(a) 내지 도 8(b)에 이용된 시뮬레이션 프로그램은 아래의 표 2에 나타난 유도전동기의 사양을 이용한 것으로, 아래의 유도전동기의 사양은 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.Table 2 below shows the specifications of the induction motor. The simulation program used in Figs. 5 (a) to 8 (b) according to an embodiment of the present invention uses the specifications of the induction motor shown in Table 2 below. The present invention is not limited thereto.

정격 용량Rated capacity 1.5 kW1.5 kW 극수Number of poles 44 정격 속도Rated speed 1455rpm1455rpm 정격 토크Rated torque 9.2N·m9.2 N · m 고정자 저항Stator resistance 1.67Ω1.67Ω 회전자 저항Rotor resistance 0.73Ω0.73Ω 상호 인덕턴스Mutual inductance 137mH137mH 고정자 과도 인덕턴스Stator transient inductance 12.7mH12.7mH

본 발명의 일 실시 예에 따른 시뮬레이션 프로그램은 속도가 300, 600, 1200rpm의 조건에서 테스트 되었고, 부하 토크는 유도전동기 정격의 30, 50, 80%의 조건에서 테스트 되었다. 도 5(a) 내지 6(b)는 상호 인덕턴스를 실제 값의 1.5배인 206mH로, 회전자 저항의 초기값을 실제 값의 0.5배인 0.37Ω로 설정하여 실험을 한 것을 나타낸 것이다. 도 7(a) 내지 도 8(b)는 상호 인덕턴스의 초기값을 202.5mH로, 회전자 저항을 0.35Ω로 설정하여 실험을 한 것을 나타낸 것이다.The simulation program according to an embodiment of the present invention was tested under the conditions of speeds of 300, 600 and 1200 rpm, and the load torque was tested at 30, 50 and 80% of the induction motor rating. 5 (a) to 6 (b) show experiments in which the mutual inductance was set to 206 mH which is 1.5 times the actual value, and the initial value of the rotor resistance was set to 0.37 Ω which is 0.5 times the actual value. Figs. 7 (a) to 8 (b) show experiments in which the initial value of mutual inductance was set to 202.5 mH and the rotor resistance was set to 0.35 Ω.

상술한 값들은 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 갱신된 파라미터는 모든 제어기에 반영되었다.The above-mentioned values are only illustrative for explaining one embodiment of the present invention, but the present invention is not limited thereto. The updated parameters are reflected in all controllers.

도 5(a) 및 (b)는 고정자 파라미터의 오차가 없는 경우 주어진 속도와 부하 조건에서 파라미터를 추정한 결과를 나타낸 것이다.5 (a) and 5 (b) show the results of estimating the parameters under a given speed and load condition in the absence of stator parameter error.

도 5(a)는 600rpm에서 50% 부하가 인가되었을 때 본 발명의 일 실시 예에 따른 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 추정 값 및 동기좌표계 d, q축의 전류를 나타낸 것이다.FIG. 5 (a) shows parameter estimates of mutual inductance and rotor resistance and currents in the d and q axis of the synchronous coordinate system when a 50% load is applied at 600 rpm according to an embodiment of the present invention.

도 5(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 추정된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터가 보정되면서 동기좌표계 d 및 q축의 전류의 값이 변하는 것을 볼 수 있다. 동기좌표계 d 및 q축의 전류의 값이 변하는 이유는 상술한 두 파라미터가 바뀌면서 제어기의 이득이 변동되기 때문이다.Referring to FIG. 5A, the values of the mutual inductance and the rotor resistance estimated according to an embodiment of the present invention are corrected, and the values of the currents in the synchronous coordinate system d and the q-axis are changed. The reason why the values of the currents in the d and q axes of the synchronous coordinate system are changed is that the gain of the controller fluctuates as the above two parameters are changed.

도 5(b)는 600rpm에서 50% 부하가 인가되었을 때 본 발명의 일 실시 예에 따라 추정된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터가 실제 값에 수렴되면서, 자속 벡터 오차가 '0'으로 수렴되는 것을 나타낸 것이다.FIG. 5 (b) is a graph showing the relationship between the values of the mutual inductance and the rotor resistance estimated according to an embodiment of the present invention when the 50% load is applied at 600 rpm and the flux vector error is converged to '0' .

도 5(b)를 참조하면, 자속 벡터 오차는 아래의 식 (13)와 같이 나타낼 수 있다. 자속 벡터 오차 값이 '0'이라는 의미는 d, q축 모두에서 자속 오차가 '0'이라는 것을 나타낸다.Referring to FIG. 5 (b), the flux vector error can be expressed by the following equation (13). The value of the magnetic flux vector error value is '0', which indicates that the magnetic flux error is '0' in both the d and q axes.

Figure 112017118886688-pat00045
(13)
Figure 112017118886688-pat00045
(13)

도 6(a) 및 (b)는 고정자 파라미터의 오차가 있는 경우 주어진 속도와 부하 조건에서 파라미터를 추정한 결과를 나타낸 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 모델인 전압 모델이 실제 자속 대비 자속 오차를 가지는 상황을 설정하여, 고정자 파라미터의 오차가 있는 경우에도 시뮬레이션을 이용하여 실험한 결과를 나타낸 것이다.Figs. 6 (a) and 6 (b) show the results of estimating the parameters under a given speed and load condition when there is an error in the stator parameters. Specifically, the simulation results are obtained when the voltage model, which is a reference model according to an embodiment of the present invention, has a magnetic flux-to-flux error and a stator parameter error is present.

도 6(a)는 고정자 저항의 오차가 있는 경우, 300rpm에서 80% 부하가 인가되었을 때 본 발명의 일 실시 예에 따른 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 추정 값 및 동기좌표계 d, q축의 전류를 나타낸 것이다.6A is a graph showing the relationship between the parameter estimates of the mutual inductance and the rotor resistance and the currents of the d and q axes in the synchronous coordinate system when an 80% load is applied at 300 rpm in the presence of stator resistance error. .

도 6(b)는 고정자 과도 인덕턴스의 오차가 있는 경우, 1200rpm에서 30% 부하가 인가되었을 때 본 발명의 일 실시 예에 따른 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 추정 값 및 동기좌표계 d, q축의 전류를 나타낸 것이다.6 (b) shows the relationship between the parameter estimates of the mutual inductance and the rotor resistance, and the currents of the synchronous coordinate system d and q-axis when the 30% load is applied at 1200 rpm when there is an inductance error between the stator and the stator. .

도 6(a) 및 (b)를 참조하면, 고정자 저항이 15% 큰 경우 또는 고정자 과도 인덕턴스가 25% 작은 경우에서도 본 발명의 일 실시 예에 따라 추정된 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항은 실제 값에 가까운 값으로 수렴되는 것을 나타낸다.6A and 6B, even when the stator resistance is 15% or the stator transient inductance is 25% smaller, the mutual inductance and the rotor resistance of the induction motor estimated according to the embodiment of the present invention, And converges to a value close to the actual value.

아래의 표 3은 도 6(a)에서 300rpm에서 80% 부하가 인가된 경우 이외의 기 설정된 속도 및 기 설정된 부하 조건에 따라 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 값을 추정한 결과를 나타낸 것이다.Table 3 below shows the results of estimating the parameter values of mutual inductance and rotor resistance according to a predetermined speed and predetermined load condition except when 80% load is applied at 300 rpm in FIG. 6 (a).

아래의 표 4는 도 6(b)에서 1200rpm에서 30% 부하가 인가된 경우 이외의 기 설정된 속도 및 기 설정된 부하 조건에 따라 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 값을 추정한 결과를 나타낸 것이다.Table 4 below shows the results of estimating the parameter values of mutual inductance and rotor resistance according to predetermined speed and predetermined load condition except for a case where 30% load is applied at 1200rpm in FIG. 6 (b).

아래의 표 3을 참조하면, 고정자 저항이 15% 큰 경우, 기 설정된 속도 및 기 설정된 부하 조건에 따라 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 값을 추정한 결과를 나타낸 것이다. 최종 추정된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 값은 실제 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 대비 상대 오차 (%)로 나타낸 것이다.Referring to Table 3 below, the results of estimating the parameter values of the mutual inductance and the rotor resistance according to the predetermined speed and predetermined load condition when the stator resistance is 15% larger are shown. The final estimated values of mutual inductance and rotor resistance are expressed as a relative error (%) with respect to the parameters of the actual mutual inductance and rotor resistance.

본 발명의 일 실시 예에 따라 추정된 회전자 저항은 최대 오차가 5 %로, 상호 인덕턴스는 최대 오차가 6.7 %로 매우 낮은 오차가 나타나는 것을 확인할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the estimated rotor resistance has a maximum error of 5%, and mutual inductance has a very small error of 6.7%.

속도
(rpm)
speed
(rpm)
부하 (%)Load (%)
3030 5050 8080 Rr R r Lm L m Rr R r Lm L m Rr R r Lm L m 300300 5.05.0 -2.7-2.7 1.71.7 -4.4-4.4 -0.7-0.7 -6.7-6.7 600600 2.42.4 -1.5-1.5 0.80.8 -2.4-2.4 -0.5-0.5 -3.7-3.7 12001200 1.21.2 -0.8-0.8 0.40.4 -1.3-1.3 -0.3-0.3 -2.0-2.0

아래의 표 4를 참조하면, 고정자 과도 인덕턴스가 25% 작은 경우, 기 설정된 속도 및 기 설정된 부하 조건에 따라 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 값을 추정한 결과를 나타낸 것이다. 최종 추정된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 값은 실제 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 대비 상대 오차 (%)를 나타낸 것으로 상술한 표 3과 동일한 방식이 이용되었다.Referring to Table 4 below, the results of estimating the parameter values of mutual inductance and rotor resistance according to predetermined speed and predetermined load condition when the stator inductance is 25% smaller are shown. The final estimated mutual inductance and rotor resistance values represent the relative error (%) of the actual mutual inductance and rotor resistance with respect to the parameters, and the same method as in Table 3 was used.

본 발명의 일 실시 예에 따라 추정된 회전자 저항에 대해서 고정자 과도 인덕턴스의 오차가 25 %임에도 불구하고, 추정된 회전자 저항의 오차는 최대 2.8 %로, 상호 인덕턴스는 최대 3.2 %로 매우 낮은 오차가 나타나는 것을 확인할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the error of the estimated rotor resistance is 2.8% at maximum and the mutual inductance is 3.2% at maximum, even though the error of the stator transient inductance is 25% for the estimated rotor resistance. Is displayed.

속도
(rpm)
speed
(rpm)
부하 (%)Load (%)
3030 5050 8080 Rr R r Lm L m Rr R r Lm L m Rr R r Lm L m 300
600
1200
300
600
1200

2.5

2.5

0.6

0.6

2.6

2.6

-0.6

-0.6

2.8

2.8

-3.2

-3.2

도 7(a) 및 (b)는 전동기에 결합된 부하를 주기적으로 변동시키면서 고정자 파라미터의 오차가 없는 경우 주어진 속도와 부하 조건에서 파라미터를 추정한 결과를 나타낸 것이다.Figs. 7 (a) and 7 (b) show the results of estimating the parameters under a given speed and load condition when there is no error in the stator parameters while periodically varying the load coupled to the motor.

도 7(a)는 600rpm에서 50% 부하가 인가되었을 때 본 발명의 일 실시 예에 따른 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 추정 값 및 동기좌표계 d, q축의 전류를 나타낸 것이다.FIG. 7 (a) shows parameter estimates of mutual inductance and rotor resistance and currents in the d and q axes of the synchronous coordinate system when a 50% load is applied at 600 rpm according to an embodiment of the present invention.

도 7(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 추정된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 모두 실제 값으로 수렴하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 (a), it can be seen that the estimated mutual inductance and rotor resistance parameters converge to actual values according to an embodiment of the present invention.

도 7(b)는 600rpm에서 50% 부하가 인가되었을 때 본 발명의 일 실시 예에 따라 추정된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항이 보정되면서 나타나는 자속 벡터 오차의 값을 나타낸 것이다.FIG. 7 (b) shows the value of the flux vector error when the 50% load is applied at 600 rpm and the mutual inductance and rotor resistance estimated according to the embodiment of the present invention are corrected.

도 7(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 추정된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터가 보정되면서 자속 벡터 오차가 '0'으로 수렴하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 (b), it can be seen that the flux vector error converges to '0' as the estimated mutual inductance and rotor resistance parameters are corrected according to an embodiment of the present invention.

도 8(a) 및 (b)는 전동기에 결합된 부하를 주기적으로 변동시키면서 고정자 파라미터의 오차가 존재하는 경우 주어진 속도와 부하 조건에서 파라미터를 추정한 결과를 나타낸 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 모델인 전압 모델이 실제 자속 대비 자속 오차를 가지는 상황을 설정하여, 고정자 파라미터의 오차가 있는 경우에도 시뮬레이션을 이용하여 실험한 결과를 나타낸 것이다.8 (a) and 8 (b) show the results of estimating the parameters at a given speed and load condition in the presence of errors in the stator parameters while periodically varying the load coupled to the motor. Specifically, the simulation results are obtained when the voltage model, which is a reference model according to an embodiment of the present invention, has a magnetic flux-to-flux error and a stator parameter error is present.

도 8(a)는 고정자 저항이 15% 큰 경우, 300rpm에서 80% 부하가 인가되어 있을 때 본 발명의 일 실시 예에 따른 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 추정 값 및 동기좌표계 d, q축의 전류를 나타낸 것이다.8 (a) is a graph showing the relationship between the parameter estimates of the mutual inductance and the rotor resistance and the currents in the synchronous coordinate system d and q-axis when the stator resistance is 15% .

도 8(b)는 고정자 과도 인덕턴스가 25% 작은 경우, 1200rpm에서 30% 부하가 인가되어 있을 때 본 발명의 일 실시 예에 따른 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터 추정 값 및 동기좌표계 d, q축의 전류를 나타낸 것이다.8 (b) is a graph showing the relationship between the parameter estimates of the mutual inductance and the rotor resistance and the estimated values of the d and q axes of the synchronous coordinate system according to an embodiment of the present invention when the stator inductance is 25% Current.

도 8(a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 추정된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 파라미터는 고정자 저항 또는 고정자 과도 인덕턴스의 오차가 있음에도 불구하고, 상술한 도 6(a) 및 (b)에 나타난 결과와 큰 차이 없이 모두 실제 값에 가까운 값으로 수렴하는 것을 확인할 수 있다.8A and 8B, the parameters of the mutual inductance and the rotor resistance estimated according to an embodiment of the present invention include the stator resistance or stator transient inductance, It can be seen that all of the values converge to values close to the actual values without any significant difference from the results shown in (a) and (b).

단, 상술한 파라미터 값들은 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.However, the above-mentioned parameter values are only examples for explaining one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시 예에 따라 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정은 정상 상태 동작이라는 가정 없이 추정될 수 있으므로 과도 상태의 동작에서도 추정될 수 있다.The mutual inductance and rotor resistance estimation of the induction motor according to an embodiment of the present invention can be estimated without assuming steady state operation, so that it can be estimated even in a transient state operation.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따라 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정은 변동하는 부하가 있는 전동기 시스템에서도 추정될 수 있다. 즉, 실제로 전동기가 운전 중인 상태에서도 실시간으로 파라미터들이 보정될 수 있다.In addition, the mutual inductance and rotor resistance estimation of an induction motor according to an embodiment of the present invention can be estimated also in a motor system having a fluctuating load. That is, the parameters can be corrected in real time even when the motor is actually in operation.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 유도전동기를 설명하기 위한 블록도이다.9 is a block diagram illustrating an induction motor for estimating mutual inductance and rotor resistance according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하는 유도전동기는 전압 모델 및 전류 모델을 포함하고, 회전자 각속도, 고정자 전류 및 고정자 전압을 입력받아 전압 모델 회전자 자속 및 전류 모델 회전자 자속을 추정하는 자속추정기(910) 및 추정된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속 간의 오차를 산출하는 제어부(920)를 포함한다. 제어부(920)는 산출된 자속 간의 오차에 기초하여 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하며, 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수를 회전자 좌표계로 변환하고, 변환된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수에 기초하여 상호 인덕턴스 성분과 회전자 저항 성분을 분리시킨 오차 함수로 변환하여 오차를 산출할 수 있다.Referring to FIG. 9, an induction motor for estimating mutual inductance and rotor resistance includes a voltage model and a current model, receives a rotor angular velocity, a stator current, and a stator voltage and receives a voltage model rotor flux and a current model rotor flux And a controller 920 for calculating an error between the estimated voltage model and the current model rotor flux. The control unit 920 estimates mutual inductance and rotor resistance based on the error between the calculated magnetic fluxes, converts the functions of the voltage model and the current model rotor flux into a rotor coordinate system, The error can be calculated by converting the mutual inductance component and the rotor resistance component into an error function based on the function for the electromagnetic flux.

본 발명의 일 실시 예에 따라 오차 함수는 상호 인덕턴스 성분을 계수로 하는 저역 통과 필터를 통과한 신호 및 회전자 저항 성분을 계수로 하는 고역 통과 필터를 통과한 신호의 합일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the error function may be a sum of a signal having passed through a low-pass filter having a coefficient of mutual inductance as a coefficient and a signal having passed through a high-pass filter having a rotor resistance component as a coefficient.

본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부(920)는 순환 최소 자승법을 이용하여 오차 함수의 상호 인덕턴스 성분 및 회전자 저항 성분을 동시에 추정할 수 있다. 또한, 제어부(920)는 비례 적분 제어기를 제어하여 상호 인덕턴스 성분 및 회전자 저항 성분이 0이 되기 위한 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분을 산출할 수 있다. 또한, 제어부(920)는 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분의 산출 과정을 반복하고, 산출된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분을 기초로 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 추정을 반복적으로 갱신할 수 있다.The controller 920 according to an exemplary embodiment of the present invention may simultaneously estimate the mutual inductance component and the rotor resistance component of the error function using the cyclic least squares method. Also, the controller 920 may control the proportional integral controller to calculate the mutual inductance and the rotor resistance compensation component to make the mutual inductance component and the rotor resistance component zero. The controller 920 repeats the calculation process of the compensation component of the mutual inductance and the rotor resistance and repeatedly updates the estimation of the mutual inductance and the rotor resistance based on the calculated compensation component of the mutual inductance and the rotor resistance .

이상과 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상호 인덕턴스 성분 및 회전자 저항 성분의 분리가 가능하므로, 유도전동기의 상호 인덕턴스 성분 및 회전자 저항 성분이 동시에 추정될 수 있다. 따라서, 효과적인 전동기의 제어가 가능한 장점이 있다.As described above, according to various embodiments of the present invention, since the mutual inductance component and the rotor resistance component can be separated, the mutual inductance component and the rotor resistance component of the induction motor can be simultaneously estimated. Therefore, there is an advantage that an effective control of the electric motor can be performed.

상술한 다양한 실시 예에 따른 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법은 프로그램으로 구현되어 다양한 기록 매체에 저장될 수 있다. 즉, 각종 제어부에 의해 처리되어 상술한 다양한 제어 방법을 실행할 수 있는 컴퓨터 프로그램이 기록 매체에 저장된 상태로 사용될 수 있다.The mutual inductance and rotor resistance estimation method of the induction motor according to various embodiments described above can be implemented by a program and stored in various recording media. That is, a computer program that can be processed by the various control units to execute the various control methods described above can be used as stored in the recording medium.

일 예로, 회전자 각속도, 고정자 전류 및 고정자 전압을 입력받고 전압 모델 회전자 자속 및 전류 모델 회전자 자속을 추정하는 단계, 추정된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속 간의 오차를 산출하는 단계, 및 산출된 자속 간의 오차에 기초하여 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계를 수행하고, 오차를 산출하는 단계는, 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수를 회전자 좌표계로 변환하고, 상기 변환된 전압 모델 및 상기 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수에 기초하여 상기 상호 인덕턴스 성분과 상기 회전자 저항 성분을 분리시킨 오차 함수로 변환하여 오차 산출을 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.Calculating an error between the estimated voltage model and the current model rotor flux, and calculating an error between the estimated voltage model and the current model rotor flux, Estimating the mutual inductance and the rotor resistance based on an error between the magnetic fluxes and calculating the error, the step of calculating an error includes: converting a function for the voltage model and the current model rotor flux into a rotor coordinate system, A program for performing error calculation by converting the mutual inductance component and the rotor resistance component into an error function based on a function of the voltage model and the current model rotor flux, transitory computer readable medium may be provided.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.A non-transitory readable medium is a medium that stores data for a short period of time, such as a register, cache, memory, etc., but semi-permanently stores data and is readable by the apparatus. In particular, the various applications or programs described above may be stored on non-volatile readable media such as CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM,

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

910: 자속추정기
920: 제어부
910: flux estimator
920:

Claims (7)

유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법에 있어서,
전압 모델 및 전류 모델을 포함하는 자속추정기가 회전자 각속도, 고정자 전류 및 고정자 전압을 입력받고 전압 모델 회전자 자속 및 전류 모델 회전자 자속을 추정하는 단계;
상기 추정된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속 간의 오차를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 자속 간의 오차에 기초하여 상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계;를 포함하고,
상기 오차를 산출하는 단계는,
상기 전압 모델 및 상기 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수를 회전자 좌표계로 변환하고, 상기 변환된 전압 모델 및 상기 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수에 기초하여 상기 상호 인덕턴스 성분과 상기 회전자 저항 성분을 분리시킨 오차 함수로 변환하여 상기 오차를 산출하며,
상기 오차 함수는,
상기 상호 인덕턴스 성분을 계수로 하는 상기 전압 모델 회전자 자속의 저역 통과 필터를 통과한 신호 및 상기 회전자 저항 성분을 계수로 하는 상기 전압 모델 회전자 자속의 고역 통과 필터를 통과한 신호의 합이고,
상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계는,
순환 최소 자승법을 이용하여 상기 오차 함수의 상기 상호 인덕턴스 성분 및 상기 회전자 저항 성분을 동시에 추정하는, 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법.
A method for estimating mutual inductance and rotor resistance of an induction motor,
A magnetic flux estimator including a voltage model and a current model receives a rotor angular velocity, a stator current, and a stator voltage and estimates a voltage model rotor flux and a current model rotor flux;
Calculating an error between the estimated voltage model and the current model rotor flux; And
And estimating the mutual inductance and the rotor resistance based on the error between the calculated magnetic fluxes,
Wherein the calculating the error comprises:
And converting the function of the voltage model and the current model rotor flux into a rotor coordinate system and outputting the mutual inductance component and the rotor resistance component based on the converted voltage model and the function for the current model rotor flux, The error is converted into a separated error function to calculate the error,
Wherein the error function comprises:
A signal passing through a low-pass filter of the voltage model rotor flux having the mutual inductance component as a coefficient, and a signal passing through a high-pass filter of the voltage model rotor flux having the rotor resistance component as a coefficient,
Wherein the step of estimating the mutual inductance and the rotor resistance comprises:
And estimating the mutual inductance component and the rotor resistance component of the error function simultaneously using a cyclic least squares method.
제1항에 있어서,
상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계는,
실시간으로 상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는, 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of estimating the mutual inductance and the rotor resistance comprises:
And estimating the mutual inductance and the rotor resistance in real time.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계는,
비례 적분 제어기에 의해 상기 상호 인덕턴스 성분 및 상기 회전자 저항 성분이 0이 되기 위한 상기 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분을 산출하는, 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of estimating the mutual inductance and the rotor resistance comprises:
Wherein the compensating component of the mutual inductance and the rotor resistance for making the mutual inductance component and the rotor resistance component zero by the proportional integral controller is calculated.
제5항에 있어서,
상기 상호 인덕턴스 및 상기 회전자 저항을 추정하는 단계는,
상기 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분의 산출 과정을 반복하고, 상기 산출된 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 보상 성분을 기초로 상기 상호 인덕턴스 및 회전자 저항의 추정을 반복적으로 갱신하는, 유도전동기의 상호 인덕턴스 및 회전자 저항 추정 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the step of estimating the mutual inductance and the rotor resistance comprises:
The inductance of the induction motor and the resistance of the rotor are repeated and the estimation of the mutual inductance and the rotor resistance is repeatedly updated based on the compensated component of the mutual inductance and the rotor resistance, Mutual inductance and rotor resistance estimation method.
전압 모델 및 전류 모델을 포함하고, 회전자 각속도, 고정자 전류 및 고정자 전압을 입력받아 전압 모델 회전자 자속 및 전류 모델 회전자 자속을 추정하는 자속추정기; 및
상기 추정된 전압 모델 및 전류 모델 회전자 자속 간의 오차를 산출하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 산출된 자속 간의 오차에 기초하여 상호 인덕턴스 및 회전자 저항을 추정하며, 상기 전압 모델 및 상기 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수를 회전자 좌표계로 변환하고, 상기 변환된 전압 모델 및 상기 전류 모델 회전자 자속에 대한 함수에 기초하여 상기 상호 인덕턴스 성분과 상기 회전자 저항 성분을 분리시킨 오차 함수로 변환하여 상기 오차를 산출하며, 순환 최소 자승법을 이용하여 상기 오차 함수의 상기 상호 인덕턴스 성분 및 상기 회전자 저항 성분을 동시에 추정하고,
상기 오차 함수는,
상기 상호 인덕턴스 성분을 계수로 하는 상기 전압 모델 회전자 자속의 저역 통과 필터를 통과한 신호 및 상기 회전자 저항 성분을 계수로 하는 상기 전압 모델 회전자 자속의 고역 통과 필터를 통과한 신호의 합인, 유도전동기.
A magnetic flux estimator for estimating a voltage model rotor flux and a current model rotor flux including a voltage model and a current model and receiving a rotor angular velocity, a stator current, and a stator voltage; And
And a controller for calculating an error between the estimated voltage model and the current model rotor flux,
Wherein,
Estimating a mutual inductance and a rotor resistance based on an error between the calculated magnetic fluxes, converting a function for the voltage model and the current model rotor flux into a rotor coordinate system, The mutual inductance component and the rotor resistance component are converted into an error function by separating the mutual inductance component and the rotor resistance component based on a function for the electromagnetic flux to calculate the error, The resistance component is estimated at the same time,
Wherein the error function comprises:
A signal obtained by passing the low-pass filter of the voltage model rotor flux having the mutual inductance component as a coefficient, and a signal passing through the high-pass filter of the voltage model rotor flux having the rotor resistance component as a coefficient, Electric motor.
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