KR102189823B1 - Automated torque ripple reduction apparatus of motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치에 관한 것으로, 전동기의 토크 맥동을 추정하기 위한 추정자속 및 추정토크를 출력하는 적응 제어부, 상기 추정자속 및 상기 추정토크를 전향보상하고 상기 전동기의 비선형 모델로부터 궤환선형화를 통해 선형모델 전동기를 생성하는 선형모델 생성부 및 상기 추정자속 및 상기 추정토크를 기초로 반복학습 제어를 통해 상기 선형모델 전동기의 토크 맥동을 저감하는 반복학습 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 주변 환경의 변화, 파라미터의 변화 그리고 동작 주파수 등의 변화를 명시적으로 고려하지 않고 원치 않는 토크 맥동 성분을 저감할 수 있는 전동기 제어 시스템을 구축할 수 있다.The present invention relates to an automated device for reducing torque pulsation of an electric motor, comprising: an adaptive control unit for outputting an estimated magnetic flux and an estimated torque for estimating the torque pulsation of an electric motor, and forward-compensating the estimated magnetic flux and the estimated torque, and from a nonlinear model of the motor. And a linear model generator for generating a linear model motor through feedback linearization, and an iterative learning control unit for reducing torque pulsation of the linear model motor through iterative learning control based on the estimated magnetic flux and the estimated torque. Accordingly, the present invention can construct an electric motor control system capable of reducing unwanted torque pulsation components without explicitly taking into account changes in surrounding environments, changes in parameters, and changes in operating frequency.
Description
본 발명은 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인공신경망과 반복 학습 제어를 적용하여 전동기의 불특정 토크 맥동 성분을 보상하고 속도를 제어하여 전동기의 강인성을 높일 수 있는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an automation technology for reducing torque pulsation of an electric motor, and more particularly, an artificial neural network and repetitive learning control are applied to compensate for the unspecified torque pulsation component of the motor and control the speed to increase the robustness of the motor. It relates to a pulsation reduction automation device.
오늘날의 엘리베이터 제어 시스템은 고성능, 고효율 구동을 위해 대부분 벡터제어 인버터를 사용하고 있다. 이 시스템의 구동성능 및 승차감은 전동기의 토크 성분을 제어하기 위한 전류제어기의 성능에 의해 결정되며, 전동기의 구조적인 특성으로 인한 코깅토크와 자속의 불균형, 인버터의 전류 측정오차, 전류 오프셋, 속도제어기의 맥동 그리고 데드타임 등이 엘리베이터의 진동을 발생시키는 원인이 되고 있다. 엘리베이터 시스템의 진동을 억제하기 위한 기존의 방법들은 크게 두가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 토크 맥동을 최소화하기 위한 모터 설계 기법이며, 두 번째는 토크 맥동을 최소화하기 위해 제어기를 설계하는 방법이다. 모터 설계를 통해 토크 맥동을 저감하는 기법은 코깅 토크와 리플의 여러 요소들을 최소화하는 근본적인 해결책이라 할 수 있으나, 전동기 크기가 커지면 경제성이 떨어지는 단점과 시스템의 부하, 동작속도 그리고 자연진동 주파수 등으로 인한 맥동을 완벽히 고려할 수 없어 유연성과, 효용성이 떨어지는 해결책이라 할 수 있다. 따라서, 토크 맥동을 저감하기 위한 제어기를 설계하는 두번째 방법을 사용하는 것이 유연하고 합리적인 해결책이라 말할 수 있다.Today's elevator control systems mostly use vector control inverters to drive high performance and high efficiency. The driving performance and ride comfort of this system is determined by the performance of the current controller to control the torque component of the motor, and the cogging torque and magnetic flux imbalance due to the structural characteristics of the motor, current measurement error of the inverter, current offset, and speed controller The vibration of the elevator is caused by the pulsation and dead time. Existing methods for suppressing the vibration of elevator systems can be largely divided into two. The first is a motor design technique to minimize torque pulsation, and the second is a method of designing a controller to minimize torque pulsation. The technique of reducing torque pulsation through motor design can be said to be a fundamental solution that minimizes various factors of cogging torque and ripple. However, as the size of the motor increases, the economical efficiency decreases, and the system load, operating speed, and natural vibration frequency It can be said that it is a solution that is not flexible and effective because it cannot fully consider the pulsation. Therefore, it can be said that using the second method of designing a controller to reduce torque pulsation is a flexible and reasonable solution.
종래에는 토크 맥동을 제거하기 위해 전동기 회전주파수에 존재하는 맥동 성분을 제거하기 위한 방법을 가장 많이 사용해왔다. 이 방법은 전동기가 회전하며 발생하는 회전 주파수 내 맥동 성분의 크기와 위상을 측정한 후, 이를 상쇄시키도록 반대의 위상으로 제어하는 방법으로써, 제어기법의 구현은 간단하나 진동 보상을 위한 보상이득과 위상을 직접 측정해야만 하는 번거로움이 있었다. 또한, 부하나 정격 속도의 변화 등 운전조건의 변화 발생 시 처음부터 보상기 설정을 다시 해야 하고, 보상 기법의 특성상 전원 성분의 회전주파수 이외의 비정상적인 주파수는 제어할 수 없는 문제점을 가지고 있다.Conventionally, in order to remove the torque pulsation, the method for removing the pulsation component present in the rotation frequency of the motor has been used the most. This method is a method of measuring the magnitude and phase of the pulsation component within the rotational frequency generated when the motor rotates, and then controlling it with the opposite phase to cancel it. The implementation of the control method is simple, but the compensation gain for vibration compensation and There was a hassle of having to measure the phase directly. In addition, when a change in operating conditions such as a change in a load or rated speed occurs, the compensator must be set again from the beginning, and due to the characteristics of the compensation technique, abnormal frequencies other than the rotation frequency of the power component cannot be controlled.
산업용 인버터에서 사용하는 전류 제어기는 실제 전동기의 토크를 완벽히 추종하도록 고성능의 토크 제어를 위하여 벡터 제어 기법을 사용한다. 이 기법은 제어하고자 하는 전동기 모델이 주어진 제어 환경에 완전히 부합하는 경우에만 선형적으로 제어가 가능하며, 전원 주파수에 해당하는 토크 분 전류 지령값만 입력 받는 특징으로 자속의 불균형으로 인한 토크 맥동과 인버터 전류에 존재하는 오프셋과 측정 오차, 속도제어기의 맥동 그리고 데드타임 등으로 인한 엘리베이터 시스템의 토크 맥동을 완벽히 제거하지 못한다.Current controllers used in industrial inverters use vector control techniques for high-performance torque control to perfectly follow the torque of an actual motor. This technique can be controlled linearly only when the motor model to be controlled completely meets the given control environment, and it receives only the current command value for torque minutes corresponding to the power frequency.It is characterized by torque pulsation and inverter due to magnetic flux imbalance. It does not completely eliminate the torque pulsation of the elevator system due to the offset and measurement errors in the current, the pulsation of the speed controller, and the dead time.
한국등록특허 제10-0671958 (2007.01.19)호는 BLDC모터(BrushLess DC Motor)의 구동을 제어하기 위한 제어장치에 관한 것으로 BLDC모터에 전원을 인가하는 인버터(inverter)에, 전류측정치와 기준치를 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 발생하는 추종부를 연결함으로써, 저사양의 프로세서가 적용된 MCU(Micro Controller Unit)를 사용하면서도 제어지령치와 실제 출력치간 오차를 효율적으로 감소시킬 수 있도록 한 것이다.Korean Patent Registration No. 10-0671958 (2007.01.19) relates to a control device for controlling the driving of a BLDC motor. In an inverter that applies power to the BLDC motor, the current measurement value and the reference value In comparison, by connecting a follower that generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal, it is possible to efficiently reduce the error between the control command value and the actual output value while using a microcontroller unit (MCU) with a low specification processor.
한국등록특허 제10-1254941 (2013.04.16)호는 전동기 회전축 속도 맥동 보상을 통한 엘리베이터의 종진동 저감방법에 관한 것으로, 엘리베이터 내부의 진동 원인인 전동기 회전축의 편심을 모델링하여 속도 맥동을 보상하므로서 외란에 의한 엘리베이터 카의 종진동을 억제하여 승차감을 개선할 수 있도록 한 전동기 회전축 속도 맥동 보상을 통한 엘리베이터의 종진동 저감 방법을 제공함에 그 목적이 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 전동기 회전축 속도 맥동 보상을 통한 엘리베이터의 종진동 저감 방법은, 전동기 회전축의 편심에 의한 토크 외란인 편심 토크(Tec)를 구한 후, 이를 매개로 토크 외란에 의한 전동기 회전의 속도 맥동을 산출하는 속도 맥동 산출단계와; 저역 통과 필터에 적분 제어기를 추가하여 상기 속도 맥동 산출단계에서 구해진 속도 맥동의 위상을 찾는 속도 맥동의 위상 검출단계와; 전동기 회전 속도에 정현 함수를 곱한후, 이를 구성하는 전동기 회전 주파수 성분과 전동기 회전 주파수 두배 성분 및 직류 성분을 통해 속도 맥동의 크기를 찾는 속도 맥동의 크기 검출단계와; 상기 속도 맥동의 위상 및 크기을 이용하여 토크 맥동을 전향 보상하기 위한 토크축분 전류 지령을 구하는 토크축분 전류 지령 산출단계 및; 속도 제어기의 출력인 토크 지령을 토크 상수로 나눈 토크축분 전류지령에 상기 토크 맥동을 전향 보상하기 위한 전향 보상 전류 제어기의 토크축분 전류지령이 더해져 전류 제어기의 토크축분 전류 지령으로 사용되면서, 전동기 회전축의 속도 맥동이 보상되는 속도 맥동 보상단계;로 이루어진다.Korean Patent Registration No. 10-1254941 (2013.04.16) relates to a method for reducing longitudinal vibration of an elevator by compensating for the speed pulsation of the rotational shaft of the motor, and by modeling the eccentricity of the rotational shaft of the motor, which is the cause of vibration inside the elevator, it compensates for the speed pulsation. It is an object of the present invention to provide a method for reducing longitudinal vibration of an elevator by compensating for the pulsation of the speed of a rotating shaft of an electric motor so as to improve ride comfort by suppressing the longitudinal vibration of an elevator car caused by. To this end, the method for reducing longitudinal vibration of an elevator through compensation for motor rotation shaft speed pulsation according to the present invention is to obtain an eccentric torque (Tec), which is a torque disturbance due to eccentricity of the motor rotation shaft, and then, through this A velocity pulsation calculation step of calculating a velocity pulsation; A phase detection step of a velocity pulsation to find a phase of the velocity pulsation obtained in the velocity pulsation calculation step by adding an integral controller to the low-pass filter; A step of multiplying the motor rotation speed by a sine function, and then finding the size of the speed pulsation through a motor rotation frequency component, a motor rotation frequency doubling component, and a DC component constituting the motor rotation speed; A torque-axis current command calculation step of obtaining a torque-axis current command for forward compensation for torque pulsation using the phase and magnitude of the speed pulsation; The current command for the torque axis, which is the output of the speed controller, divided by the torque constant, is added to the current command for the torque axis of the forward compensation current controller to compensate for the torque pulsation. It consists of; a speed pulsation compensation step in which the speed pulsation is compensated.
본 발명의 일 실시예는 인공신경망과 반복 학습 제어를 적용하여 전동기의 불특정 토크 맥동 성분을 보상하고 속도를 제어하여 전동기의 강인성을 높일 수 있는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an automated device for reducing torque pulsation of a motor capable of increasing the robustness of the motor by compensating for an unspecified torque pulsation component of the motor and controlling the speed by applying an artificial neural network and repetitive learning control.
본 발명의 일 실시예는 인공신경망을 이용하여 전동기의 동작과 부하 변화에 따라 반복 학습 제어기를 자동화하는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an automated device for reducing torque pulsation of an electric motor that automates a repetitive learning controller according to a change in an operation and a load of an electric motor using an artificial neural network.
본 발명의 일 실시예는 궤환선형화를 이용하여 전동기 모델을 선형화 하고 선형화된 전동기 모델에 인공신경망과 반복학습제어를 통한 자동화 제어 모델을 적용하는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an automated device for reducing torque pulsation of a motor in which a motor model is linearized using feedback linearization and an automated control model through an artificial neural network and repetitive learning control is applied to the linearized motor model.
실시예들 중에서, 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치는 전동기의 토크 맥동을 추정하기 위한 추정자속 및 추정토크를 출력하는 적응 제어부, 상기 전동기의 비선형 모델로부터 궤환선형화를 통해 선형모델 전동기를 생성하는 선형모델 생성부 및 상기 추정자속 및 상기 추정토크를 기초로 반복학습 제어를 통해 상기 선형모델 전동기의 토크 맥동을 저감하는 반복학습 제어부를 포함한다.Among the embodiments, the apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor includes an adaptive control unit that outputs an estimated magnetic flux and an estimated torque for estimating the torque pulsation of the motor, and a linear model that generates a linear model motor through feedback linearization from the nonlinear model of the motor. And a generator and an iterative learning control unit for reducing torque pulsation of the linear model motor through iterative learning control based on the estimated magnetic flux and the estimated torque.
상기 적응 제어부는 실제 전류와 추정 전류의 오차를 통해 상태오차 모델을 생성하고 상기 추정 전류를 상기 실제 전류와 같도록 제어하여 상기 추정자속 및 상기 추정토크를 출력할 수 있다.The adaptive control unit may generate a state error model through an error between the actual current and the estimated current, and control the estimated current to be the same as the actual current to output the estimated magnetic flux and the estimated torque.
상기 반복학습 제어부는 지령토크와 추정토크간 오차신호를 산출하는 오차 산출모듈, 상기 오차신호를 가지고 반복학습 제어를 수행하는 반복학습 제어모듈 및 상기 오차신호 외의 신호에 대해서 PI 제어를 수행하는 PI 제어모듈을 포함할 수 있다.The iterative learning control unit includes an error calculation module that calculates an error signal between the command torque and the estimated torque, an iterative learning control module that performs iterative learning control with the error signal, and a PI control that performs PI control on signals other than the error signal. May contain modules.
상기 반복학습 제어부는 아래의 수학식에 따라 상기 반복학습 제어를 수행할 수 있다.The iterative learning control unit may perform the iterative learning control according to the following equation.
[수학식][Equation]
여기에서, k는 반복 횟수, t는 시간, _는 k번째 반복 시 제어 입력, _는 기준 신호 _와 현재 출력 y의 출력오차, Q(q)는 노이즈 성분이 지배적인 주파수 구간을 제외하고 플랜트 동특성이 지배적인 주파수 구간에 대하여 학습을 수행하도록 하기 위한 저역 통과 필터, L(q)는 학습함수로써 지난 반복시기의 오차에 곱해지는 함수를 의미한다.Here, k is the number of repetitions, t is time, _ is the control input at the kth repetition, _ is the output error of the reference signal _ and the current output y, and Q(q) is the plant excluding the frequency section dominated by the noise component. L(q), a low-pass filter for performing learning on a frequency section where dynamic characteristics dominate, is a learning function and means a function multiplied by the error of the last repetition period.
실시예들 중에서, 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치는 머신러닝(machine learning)을 통해 상기 반복학습 제어를 자동화하는 인공신경망부를 더 포함한다.Among embodiments, the apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor further includes an artificial neural network unit for automating the repetitive learning control through machine learning.
상기 인공신경망부는 오차 역전파법(backpropagation)을 통해 상기 반복학습 제어를 자동화할 수 있다.The artificial neural network unit may automate the iterative learning control through error backpropagation.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology can have the following effects. However, since it does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, it should not be understood that the scope of the rights of the disclosed technology is limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치는 인공신경망과 반복 학습 제어를 적용하여 전동기의 불특정 토크 맥동 성분을 보상하고 속도를 제어하여 전동기의 강인성을 높일 수 있다.The apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor according to an exemplary embodiment of the present invention may compensate for an unspecified torque pulsation component of the motor by applying an artificial neural network and repetitive learning control and control the speed to increase the robustness of the motor.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치는 인공신경망을 이용하여 전동기의 동작과 부하 변화에 따라 속도를 자동화하여 제어할 수 있다.The apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor according to an exemplary embodiment of the present invention may automate and control a speed according to an operation and load change of the electric motor using an artificial neural network.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치는 궤환선형화를 이용하여 전동기 모델을 선형화 하고 선형화된 전동기 모델에 인공신경망과 반복학습제어를 통한 자동화 제어 모델을 적용할 수 있다.The apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor according to an embodiment of the present invention may linearize a motor model using feedback linearization, and apply an automated control model through an artificial neural network and repetitive learning control to the linearized motor model.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치의 적응 제어부를 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1에 있는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치의 선형모델 생성부를 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 1에 있는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치의 반복학습 제어부를 설명하는 블록도이다.
도 5는 도 1에 있는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치의 인공신경망부를 설명하는 블록도이다.
도 6는 일 실시예에 따른 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치의 토크 맥동 저감을 위한 전동기 제어과정을 설명하는 흐름도이다.1 is a view illustrating an automated device for reducing torque pulsation of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an adaptation control unit of the automatic torque pulsation reduction apparatus of the electric motor shown in FIG. 1.
3 is a block diagram illustrating a linear model generation unit of the automatic torque pulsation reduction apparatus of the electric motor in FIG. 1.
FIG. 4 is a block diagram illustrating an iterative learning control unit of the automatic torque pulsation reduction apparatus of the electric motor shown in FIG. 1.
5 is a block diagram illustrating an artificial neural network unit of the automatic torque pulsation reduction apparatus of the electric motor in FIG. 1.
6 is a flowchart illustrating a motor control process for reducing torque pulsation of an automated apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor according to an exemplary embodiment.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiments can be variously changed and have various forms, the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only those effects, the scope of the present invention should not be understood as being limited thereto.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in the present application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from other components, and the scope of rights is not limited by these terms. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that although it may be directly connected to the other component, another component may exist in the middle. On the other hand, when it is mentioned that a certain component is "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between the constituent elements, that is, "between" and "just between" or "neighboring to" and "directly neighboring to" should be interpreted as well.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions are to be understood as including plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to implemented features, numbers, steps, actions, components, parts, or It is to be understood that it is intended to designate that a combination exists and does not preclude the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (for example, a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of each step, and each step has a specific sequence clearly in context. Unless otherwise stated, it may occur differently from the stated order. That is, each of the steps may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium, and the computer-readable recording medium includes all types of recording devices storing data that can be read by a computer system. . Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices. Further, the computer-readable recording medium is distributed over a computer system connected by a network, so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be construed as having meanings in the context of related technologies, and cannot be construed as having an ideal or excessive formal meaning unless explicitly defined in the present application.
전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치(100)는 비선형 시스템인 영구자석 동기 전동기의 모델을 대수 연산을 통해 선형 모델로 변형하여 제어 시스템을 간소화하며, 선형 모델과 제어기를 사용함으로써, 원치 않는 주파수의 토크 맥동 성분을 저감하기 위한 제어 시스템을 제안한다. 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치(100)는 궤환 선형화기법을 통해 얻어진 선형 모델은 자속과 토크 두 가지 상태변수로써 간단히 표현되며, 전류 제어기를 사용하지 않고 자속과 토크를 직접 제어하므로 빠른 응답을 가진다. 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치(100)는 주변 환경의 변화, 파라미터의 변화 그리고 동작 주파수 등의 변화 등을 명시적으로 고려하지 않고 원치 않는 토크 맥동 성분을 저감할 수 있는 시스템을 구축하기 위하여 반복 학습 제어기를 사용하여, 지령 주파수 외에 사용자가 원치 않는 주파수의 토크 맥동 성분을 보상한다. 또한, 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치(100)는 속도 제어를 수행할 때 주변 환경과 파라미터의 변화 등에 취약한 명시적인 프로그래밍 기법을 사용하는 기존의 속도 제어 시스템의 단점을 보안하기 위하여, 인공 신경망을 사용하는 제어기를 사용해 제어를 수행한다. 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치(100)를 통해 파라미터의 변화, 부하의 변화, 외란에 대한 강인성을 갖춘 빠른 응답을 가지는 시스템을 구현할 수 있으며, 기존의 토크 맥동 보상시스템에서 고려할 수 없는 미지의, 예상치 못한 외란을 간단한 제어 시스템으로 보상할 수 있다.The automatic torque
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치를 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating an automated device for reducing torque pulsation of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치(100)는 구동부(10), 적응 제어부(110), 선형모델 생성부(120), 반복학습 제어부(130) 및 인공신경망부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
구동부(10)는 인버터 및 전동기를 포함할 수 있다. 여기에서, 인버터는 전력 변환 장치의 일종으로, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 장치를 의미한다. 여기에서, 전동기(electric motor)는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로 바꾸는 장치이다. 일반적으로 모터(motor)를 의미할 수 있다. 일 실시예에서, 전동기는 영구자석 동기 전동기(PMSM, Permanent Magnet Synchronous Motor)로 구현될 수 있고, 엘리베이터의 전동기로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 구동부(10)는 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 및 d-q 변환(역변환) 장치를 포함할 수 있다. 여기에서, SVPWM은 PWM(펄스폭 변조)의 한 방식으로 공간벡터 PWM 방식에 해당한다. PWM 이란 아날로그(Analog)량을 디지털(Digital)화하는 하나의 수단으로써, 아날로그 신호를 어느 일정한 주기로 샘플링하고 그 값에 비례한 펄스폭으로 변환하는 것이다. 인버터는 복수의 스위칭 소자를 갖고 SVPWM으로부터 입력되는 PWM신호에 따라 스위칭 소자의 온오프를 전환하여 직류 전압을 삼상 교류 전압으로 변환할 수 있다. 여기에서, dq 변환 장치는 3상 회로의 좌표계를 d-q축 직교 좌표계로 변환하는 장치에 해당할 수 있다. d-q축 직교 좌표계의 변환은 2가지로 표현할 수 있다. 축이 고정되어 있는 고정 좌표계(또는 고정자 좌표계)와 회전 좌표계로 구분할 수 있다. 구동부(10)는 dq변환(역변환)장치를 통해 3상으로 표현되는 좌표계를 d-q축 직교 좌표계로 변환(또는 역변환)함으로써 2개의 변수를 통해 모터의 물리량을 표현할 수 있으며, 순시적인 제어를 할 수 있다. 예를 들어, d축은 통상 모터의 자속(flux)이 발생하는 축에 해당할 수 있고 벡터 제어에서 기준이 되는 축에 해당할 수 있다. q축은 d축과 직교를 이루는 축으로 벡터 제어에서 토크를 발생시키는 전류를 제어하는 축에 해당할 수 있다.The driving
적응 제어부(110)는 전동기의 토크 맥동을 추정하기 위한 추정자속 및 추정토크를 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 적응 제어부(110)는 실제 전류와 추정 전류의 오차를 통해 상태오차 모델을 생성하고 추정 전류를 실제 전류와 같도록 제어하여 추정자속 및 추정토크를 출력할 수 있다. 예를 들어, 적응 제어부(110)는 수학식1을 통해 추정자속 및 추정토크를 산출할 수 있다.The
[수학식1][Equation 1]
여기에서, 는 추정토크, 는 추정자속, 는 d축 쇄교자속, 는 q축 쇄교자속, 는 영구자석 자속, 는 회전자 좌표계의 고정자 d축 전류, 는 회전자 좌표계의 고정자 q축 전류, p는 미분 연산자를 의미할 수 있다.From here, Is the estimated torque, Is the estimated magnetic flux, Is the d-axis flux linkage, Is the q-axis flux linkage, Is the permanent magnet magnetic flux, Is the stator d-axis current of the rotor coordinate system, Denotes the stator q-axis current of the rotor coordinate system, and p denotes a differential operator.
선형모델 생성부(120)는 추정자속 및 추정토크를 전향보상하고 전동기의 비선형 모델로부터 궤환선형화를 통해 선형모델 전동기를 생성할 수 있다. 여기에서, 전향보상은 적극적인 보상 방법으로 제어계에 외란이 들었을 경우 출력에 영향을 미치기 전에 앞질러서 필요한 정정을 취하는 것을 의미할 수 있다. 전향보상을 통한 제어 방법을 피드포워드 제어(feedforward control)라고 할 수 있다. 일 실시예에서, 선형모델 생성부(120)는 외란이 들기 전에 제어기에서 외란에 대비하기 위해 미리 정해둔 추정자속 및 추정토크를 전향보상할 수 있다.The
반복학습 제어부(130)는 추정자속 및 추정토크를 기초로 반복학습 제어를 통해 선형모델 전동기의 토크 맥동을 저감할 수 있다. 일 실시예에서, 반복학습 제어부(130)는 반복학습 제어기(ILC, Iterative Learning Controller)로 구성될 수 있다. 반복학습 제어기는 반복학습 제어를 통해 토크 맥동을 저감할 수 있다. 여기에서, 반복학습 제어(ILC)는 정해진 시간 간격 동안 반복되는 동작을 수행하는 시스템에서 기준 신호 추종 성능을 향상시키기 위하여 사용할 수 있다. 반복학습제어의 적용을 위해서는 각 반복 시기마다 Initial state의 값이 같아야 하며, 고정된 시간 동안 반복된 작업을 수행하는 기준 신호에 의하여 수행이 되는 시스템이어야 한다.The iterative
인공신경망부(140)는 머신러닝(machine learning)을 통해 상기 전동기의 동작과 부하 변화를 기초로 전동기 속도의 제어를 자동화할 수 있다. 일 실시예에서, 인공신경망부(140)는 오차 역전파법(backpropagation)을 통해 상기 전동기 속도의 제어를 자동화할 수 있다. 예를 들어, 인공신경망부(140)는 전동기의 속도를 필요한 만큼 제어하기 위한 지령토크를 결정할 수 있다. 여기에서, 오차 역전파법은 동일 입력층에 대해 원하는 값이 출력되도록 개개의 가중치(weight)를 조정하는 방법으로 사용되며, 속도는 느리지만, 안정적인 결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.The artificial
도 2는 도 1에 있는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치의 적응 제어부를 설명하는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an adaptation control unit of the automatic torque pulsation reduction apparatus of the electric motor in FIG. 1.
도2 에서, 적응 제어부(110)는 실제전류를 산출하는 실제전류 산출 모델(112), 추정전류를 산출하는 추정전류 산출 모델(114) 및 실제 전류와 추정 전류의 오차의 가감을 통해 실제 전류와 추정 전류가 동일하도록 제어하는 적응 알고리즘 모델(116)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 적응 제어부(110)는 전동기와 인버터 사이의 전류 센서를 통해 실제 전류를, 선형모델 생성부(120) 및 반복학습 제어부(130)의 제어를 통해 추정 전류를, 전동기로부터 전동기의 각속도를 입력받을 수 있다. 보다 구체적으로, 적응 제어부(110)는 실제 전류와 추정 전류의 가감을 제어하고 오차를 보정하여 추정 자속, 추정 토크를 출력할 수 있다.In FIG. 2, the
도 3은 도 1에 있는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치의 선형모델 생성부를 설명하는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a linear model generation unit of the automatic torque pulsation reduction apparatus of the electric motor in FIG. 1.
일 실시예에서, 선형모델 생성부(120)는 수학식2 내지 수학식7를 통해 전동기의 선형모델을 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 정상상태에서 회전자 기준 좌표계의 표면부착형 영구자석 동기 전동기(SPMSM)의 전압 방정식은 수학식2와 같다.In an embodiment, the
[수학식2][Equation 2]
여기에서, 는 미분 연산자, 는 고정자 저항, 는 전체 고정자 인덕턴스, 는 영구자석 자속, 는 회전자 좌표계의 고정자 d축 전류, 는 회전자 좌표계의 고정자 q축 전류, 는 회전자 좌표계의 고정자 d축 전압, 는 회전자 좌표계의 고정자 q축 전압, 는 영구자석 동기기 전기적 각속도, 은 전동기의 각속도를 의미할 수 있다. From here, Is the differential operator, Is the stator resistance, Is the total stator inductance, Is the permanent magnet magnetic flux, Is the stator d-axis current of the rotor coordinate system, Is the stator q-axis current of the rotor coordinate system, Is the stator d-axis voltage of the rotor coordinate system, Is the stator q-axis voltage of the rotor coordinate system, Is the electrical angular velocity of the permanent magnet synchronous machine, Can mean the angular speed of the motor.
일 실시예에서, 수학식2는 벡터 형태로 표현하면 수학식3과 같고, 수학식3의 d,q축 자속은 수학식4로 표현이 가능하다.In an embodiment,
[수학식3][Equation 3]
[수학식4][Equation 4]
여기에서, 고정자 자속 벡터는 이며, 고정자 전류 벡터는 이며, 입력으로써 고정자 전압 벡터는 이다. 또한, 은 영구자석 자속이며, 은 회전자 좌표계의 영구자석 동기기 전기적 각속도, 는 고정자 저항, 는 비돌극 모터의 고정자 인덕턴스를 의미할 수 있다.Here, the stator flux vector is And the stator current vector is And the stator voltage vector as input is to be. Also, Is the permanent magnet magnetic flux, Is the electrical angular velocity of the permanent magnet synchronizer in the rotor coordinate system, Is the stator resistance, May mean the stator inductance of the non-protruding motor.
일 실시예에서, 전기적인 토크는 _ 그리고 고정자 자속의 크기의 제곱값은 수학식1과 같다. 수학식1을 미분하여 정리하면 수학식5를 얻을 수 있다.In one embodiment, the electric torque is _ and the square value of the magnitude of the stator magnetic flux is equal to
[수학식5][Equation 5]
수학식5를 선형화(linearization)하기 위해 입력을 W = Wd + jWq로 하여 정리하면 수학식6을 얻을 수 있다.In order to linearize Equation 5, Equation 6 can be obtained by arranging the input as W = Wd + jWq.
[수학식6][Equation 6]
여기에서, 는 선형시스템에서 제어되는 쇄교자속, 는 선형시스템에서 제어되는 토크를 의미할 수 있다.From here, Is the flux linkage controlled in the linear system, May mean the torque controlled in the linear system.
최종적으로 수학식5를 수학식6에 대입함으로써, 수학식7 형태의 선형모델을 얻을 수 있다. 수학식7은 우항에 시변요소를 포함하고 있지 않으므로 선형모델에 해당할 수 있다.Finally, by substituting Equation 5 into Equation 6, a linear model in the form of Equation 7 can be obtained. Equation 7 may correspond to a linear model because the time-varying factor is not included in the right-hand term.
[수학식7][Equation 7]
도 4는 도 1에 있는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치의 반복학습 제어부를 설명하는 블록도이다. 도 4(a)는 토크 맥동을 저감하기 위한 반복학습 제어기를 나타내는 블록도이고, 도 4(b)는 일반적인 p-type 반복학습 제어 시스템의 블록도이다.4 is a block diagram illustrating an iterative learning control unit of the automatic torque pulsation reduction apparatus of the electric motor shown in FIG. 1. 4(a) is a block diagram showing an iterative learning controller for reducing torque pulsation, and FIG. 4(b) is a block diagram of a general p-type iterative learning control system.
도 4(a)에서, 반복학습 제어부(130)는 지령토크와 추정토크간의 오차신호를 산출하는 오차 산출 모듈(132), 상기 오차신호를 가지고 반복학습 제어를 수행하는 반복학습 제어 모듈(134) 및 상기 오차신호 외의 신호에 대해서 PI(Proportional Integral) 제어를 수행하는 PI 제어 모듈(136)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 반복학습 제어부(130)는 반복학습 제어 모듈(134)을 통해 사용자가 원치 않는 주파수의 토크 맥동 성분을 저감하는 제어를 하고, 오차신호 외의 신호에 해당하는 지령 주파수 성분들에 대해 PI 제어 모듈(136)을 통해PI 제어를 수행할 수 있다.In FIG. 4(a), the iterative
일 실시예에서, 반복학습 제어부(130)는 수학식8을 통해 반복학습 제어를 수행할 수 있다.In an embodiment, the iterative
[수학식8][Equation 8]
여기에서, γ는 learning parameter, k는 반복횟수, t는 시간, uk는 k번째 반복 시기의 ILC 제어 입력을 의미할 수 있다.Here, γ may be a learning parameter, k may be the number of repetitions, t may be time, and uk may denote the ILC control input at the kth repetition time.
다른 일 실시예에서, 반복학습 제어부(130)는 수학식8에 iteration domain에서의 안정도를 만족시키기 위하여 Low-pass filter로 정의되는 Q-filter를 추가하고, learning parameter보다 일반적인 learning gain L(q)로 변경한 수학식9를 통해 반복학습 제어를 수행할 수 있다. In another embodiment, the
[수학식9][Equation 9]
여기에서, k는 반복 횟수, t는 시간, 는 k번째 반복 시 제어 입력, 는 기준 신호 와 현재 출력 y의 출력오차, Q(q)는 노이즈 성분이 지배적인 주파수 구간을 제외하고 플랜트 동특성이 지배적인 주파수 구간에 대하여 학습을 수행하도록 하기 위한 저역 통과 필터, L(q)는 학습함수로써 지난 반복시기의 오차에 곱해지는 함수를 의미할 수 있다. Where k is the number of iterations, t is the time, Is the control input at the kth iteration, Is the reference signal And the output error of the current output y, Q(q) is a low-pass filter to perform learning on the frequency section where the plant dynamics dominates excluding the frequency section where the noise component is dominant, and L(q) is a learning function. It can mean a function that is multiplied by the error of the last iteration period.
일 실시예에서, 반복학습 제어부(130)는 L(q)값의 결정에 따라 오차의 수렴 조건과 수렴 속도를 결정할 수 있고, 지난 반복 시기의 오차값과 제어 입력값을 저장하기 위하여 각 항목에 대하여 반복되는 프로파일 내의 샘플링 개수만큼의 메모리를 필요로 할 수 있다.In one embodiment, the iterative
도 5는 도 1에 있는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치의 인공신경망부를 설명하는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating an artificial neural network unit of the automatic torque pulsation reduction apparatus of the electric motor shown in FIG. 1.
도 5에서, 인공신경망부(140)는 지도 학습(supervised learning)을 대상으로 하여 신경회로망의 주어진 입력에 대해 원하는 출력(예를 들어, 속도)을 얻을 수 있도록 오차 역전파법을 통해 출력을 제어할 수 있다. 여기에서 지도 학습은 훈련 데이터(Training Data)로부터 하나의 함수를 유추해내기 위한 기계 학습(Machine Learning)의 한 방법에 해당할 수 있다. 예를 들어, 지도 학습기(Supervised Learner)는 훈련 데이터로부터 주어진 데이터에 대해 예측하고자 하는 값을 올바로 추측해낼 수 있다. 보다 구체적으로, 인공신경망부(140)는 입력층의 각 유닛에 입력패턴을 주면, 각 층간 가중치와 활성화 함수를 통해 출력층 신호를 출력하고, 상위층에서 역전파하여 하위 층에서 이를 근거로 자기층의 가중치를 조절하여 출력 패턴과 목적 패턴이 같아지도록 연결 노드의 가중치를 조절할 수 있다. 인공신경망부(140)는 이 과정을 반복하여 원하는 값을 출력하기 위한 학습을 수행할 수 있다.In FIG. 5, the artificial
일 실시예에서, 인공신경망부(140)는 수학식10 내지 수학식13를 통해 목표 속도를 얻을 수 있는 지령토크를 제어할 수 있다. 인공신경망부(140)는 전동기의 전기 방정식, 기계 방정식, 토크와 전류의 식을 정리하여 single-input 그리고 single output 시스템의 이산 시간 모델을 수학식10과 같이 얻을 수 있다.In an embodiment, the artificial
[수학식10][Equation 10]
여기에서, q축 전류는 q축 전압방정식을 이산화하여 v_q^r (n)와 ω_r (n)에 의해 수학식11로 표현될 수 있다.Here, the q-axis current can be expressed as Equation 11 by v_q^r (n) and ω_r (n) by discretizing the q-axis voltage equation.
[수학식11][Equation 11]
수학식11은 v_q^r (n)에 대하여 정리한 후 수학식10을 이용하여 수학식12를 얻을 수 있다.Equation 11 can be obtained by using
[수학식12][Equation 12]
여기에서, 토크는 수학식12를 참고하여 수학식13으로 표현이 가능하다.Here, the torque can be expressed by Equation 13 with reference to
[수학식13][Equation 13]
일 실시예에서, 인공신경망부(140)는 입력층, 은닉층, 출력층의 3개의 층을 가지는 인공신경망으로 구현될 수 있다. In one embodiment, the artificial
도 5에서 는 각각의 입력에 대한 (n-1)번째 층의 i번째와, j번째 요소들로 구성된 뉴런 사이의 가중치이다. 는 n번째 층의 j번째 요소로 구성된 바이어스이며, 은 (n-1)번째 층의 바이어스, 가중치 출력의 합을 더한것이며, 는 n번째 층의 i번째 신경망의 출력값, 는 인공 신경망의 출력, 은 n번째 층의 활성화 함수, 는 지령값에 해당할 수 있다.In Figure 5 Is the weight between the neurons composed of the i-th and j-th elements of the (n-1)th layer for each input. Is the bias composed of the j-th element of the n-th layer, Is the sum of the bias and weight outputs of the (n-1)th layer, Is the output of the ith neural network of the nth layer, Is the output of the artificial neural network, Is the activation function of the nth layer, May correspond to the command value.
즉, 신경망의 구성요소들은 입력 패턴에 대해 수학식14와 같이 연결선의 가중치를 고려하여 합산할 수 있다.That is, the components of the neural network may be summed with respect to the input pattern in consideration of the weight of the connection line as in Equation 14.
[수학식14][Equation 14]
이후 적당한 활성화 함수를 사용하여 연결된 노드로 신호를 출력한다(수학식15). 여러 활성화 함수를 사용 가능하며, 인공신경망부(140)는 은닉층과 출력층의 활성화 함수로써 각각 로지스틱 시그모이드(f1)와 하이퍼볼릭 탄젠트 함수(f2)를 사용할 수 있다. ()Then, a signal is output to the connected node using an appropriate activation function (Equation 15). Several activation functions may be used, and the artificial
[수학식15][Equation 15]
인공신경망부(140)는 신경망과 지령 값의 차이로부터 비용함수(cost)를 수학식16을 통해 설정하고, 경사 하강(gradient descent)기법을 사용하여 비용함수가 최소가 되는 값으로 가중치를 추정하도록 수학식17의 역전파법을 사용할 수 있다.The artificial
[수학식16][Equation 16]
[수학식17][Equation 17]
도 6는 일 실시예에 따른 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치의 토크 맥동 저감을 위한 전동기 제어과정을 설명하는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a motor control process for reducing torque pulsation of an automated apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor according to an exemplary embodiment.
도 6에서, 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치(100)는 적응 제어부(110)를 통해 전동기의 토크 맥동을 추정하기 위한 추정자속 및 추정토크를 출력할 수 있다(단계 S610). In FIG. 6, the
전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치(100)는 선형모델 생성부(120)를 통해 추정자속 및 추정토크를 전향보상하고 전동기의 비선형 모델로부터 궤환선형화를 통해 선형모델 전동기를 생성할 수 있다(단계 S620).The automatic torque
전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치(100)는 반복학습 제어부(130)를 통해 추정자속 및 추정토크를 기초로 반복학습 제어를 통해 선형모델 전동기의 토크 맥동을 저감할 수 있다(단계 S630).The automatic torque
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can do it.
100: 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치
10: 구동부
110: 적응 제어부 112: 실제전류 산출 모델
114: 추정전류 산출 모델 116: 적응 알고리즘 모델
120: 선형모델 생성부
130: 반복학습 제어부
132: 오차 산출 모듈 134: 반복학습 제어 모듈
136: PI 제어 모듈
140: 인공신경망부100: motor torque pulsation reduction automation device
10: drive unit
110: adaptive control unit 112: actual current calculation model
114: estimated current calculation model 116: adaptive algorithm model
120: linear model generation unit
130: iterative learning control unit
132: error calculation module 134: iterative learning control module
136: PI control module
140: artificial neural network
Claims (6)
상기 추정자속 및 상기 추정토크를 전향보상하고 상기 전동기의 비선형 모델로부터 궤환선형화를 통해 선형모델 전동기를 생성하는 선형모델 생성부; 및
상기 추정자속 및 상기 추정토크를 기초로 반복학습 제어를 통해 상기 선형모델 전동기의 토크 맥동을 저감하는 반복학습 제어부를 포함하되,
상기 반복학습 제어부는 지령토크와 추정토크간의 오차신호를 산출하는 오차 산출 모듈, 상기 오차신호를 가지고 상기 반복학습 제어를 수행하는 반복학습 제어 모듈 및 상기 오차신호 외의 신호에 대해서 PI(Proportional Integral) 제어를 수행하는 PI 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치.
An adaptive control unit for outputting an estimated magnetic flux and an estimated torque for estimating the torque pulsation of the motor;
A linear model generator for forward-compensating the estimated magnetic flux and the estimated torque, and generating a linear model motor through feedback linearization from the nonlinear model of the motor; And
It includes an iterative learning control unit for reducing the torque pulsation of the linear model motor through iterative learning control based on the estimated magnetic flux and the estimated torque,
The iterative learning control unit is an error calculation module that calculates an error signal between a command torque and an estimated torque, an iterative learning control module that performs the iterative learning control with the error signal, and PI (Proportional Integral) control for signals other than the error signal An automated apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor, comprising: a PI control module for performing the.
실제 전류와 추정 전류의 오차를 통해 상태오차 모델을 생성하고 상기 추정 전류를 상기 실제 전류와 같도록 제어하여 상기 추정자속 및 상기 추정토크를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치.
The method of claim 1, wherein the adaptation control unit
An automated apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor, characterized in that for generating a state error model through an error between an actual current and an estimated current, controlling the estimated current to be equal to the actual current, and outputting the estimated magnetic flux and the estimated torque.
아래의 수학식9에 따라 상기 반복학습 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치.
[수학식9]
여기에서, k는 반복 횟수, t는 시간, 는 k번째 반복 시 제어 입력, 는 기준 신호 와 현재 출력 y의 출력오차, Q(q)는 노이즈 성분이 지배적인 주파수 구간을 제외하고 플랜트 동특성이 지배적인 주파수 구간에 대하여 학습을 수행하도록 하기 위한 저역 통과 필터, L(q)는 학습함수로서 지난 반복시기의 오차에 곱해지는 함수를 의미한다.
The method of claim 1, wherein the iterative learning control unit
An automated apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor, characterized in that the iterative learning control is performed according to Equation 9 below.
[Equation 9]
Where k is the number of iterations, t is the time, Is the control input at the kth iteration, Is the reference signal And the output error of the current output y, Q(q) is a low-pass filter to perform learning on the frequency section where the plant dynamics dominates excluding the frequency section where the noise component is dominant, and L(q) is a learning function. It means a function that is multiplied by the error of the last iteration period.
머신러닝(machine learning)을 통해 상기 전동기의 동작과 부하 변화를 기초로 상기 전동기의 속도 제어를 자동화하는 인공신경망부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치.
The method of claim 1,
An automatic apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor, further comprising an artificial neural network unit for automating the speed control of the electric motor based on the operation and load change of the electric motor through machine learning.
오차 역전파법(backpropagation)을 통해 상기 전동기의 속도 제어를 자동화하는 것을 특징으로 하는 전동기의 토크 맥동 저감 자동화 장치.
The method of claim 5, wherein the artificial neural network
An automated apparatus for reducing torque pulsation of an electric motor, characterized in that the speed control of the electric motor is automated through error backpropagation.
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