KR102216667B1 - 모터 전원 이상 제어 장치 및 방법 - Google Patents

모터 전원 이상 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

모터 전원 이상 제어 장치가 제공된다. 상기 모터 전원 이상 제어 장치는, 모터 구동중 전원 변동 수준값을 감지하는 구동 전원 감지부, 상기 전원 변동 수준값을 미리 설정되는 기준값과 비교하여 제한 구동 제어를 실시하는 제어부, 및 상기 제한 구동 제어에 따라 상기 모터에 구동 전원을 제한하거나 모터 회전 속도를 제한하는 구동 전원을 공급하는 전원 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 전원 이상 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for controlling power source abnormality of motor}
본 발명은 차량용 모터 제어 기술에 대한 것으로서, 더 상세하게는 배터리 이상 상황으로 전원이 불안정해지는 순간의 상황에서 모터의 구동 제어를 전원에 대비하여 변경하는 모터 전원 이상 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 에너지 고갈과 환경 오염 문제로 전기자동차 및 하이브리드 자동차와 같은 친환경 자동차가 주목받고 있다. 친환경 자동차는 배터리에 저장된 전기를 이용하여 구동 동력을 발생시키는 모터를 포함하는데, 일반적으로 DC(Direct Current) 모터를 사용한다.
일반적으로 DC 모터는 자석으로 이루어진 고정자와 계자권선으로 이루어진 회전자로 이루어진다. 회전자의 계자권선은 브러시를 통해 외부의 직류전원과 연결이 되는데, 회전자가 회전함에 따라 이 브러시와 외부의 전원이 연결되는 극성이 계속 바뀌고, 회전자에 발생하는 자장도 방향이 계속 바뀌게 된다. 즉, 회전자의 자장은 고정자의 자장에 대해 항상 일정한 극성으로 유지가 되어 모터의 회전력이 발생하게 된다.
이러한 기존의 DC(Direct Current) 모터는 릴레이 제어 방식을 적용하는 것이 일반적이다. 즉, 기존의 DC 모터의 경우 전압 불안정 상태에서 전원의 상태에 따른 동작 형태를 보인다(전원↓ 조건에서 인가전류↓). 따라서, 전원이 불안정해지는 전압 강하 상황에서 전압이 낮아진 만큼 전류도 낮아지게 되고, 모터 구동 토크 등이 하락하는 문제 현상이 있다.
반대로 BLDC(Brushless Direct Current) 모터의 경우 외부 전원의 전압이 낮아지면 RPM(revolutions per minute) 유지 등의 조건을 만족하기 위해 전류 제어를 통해 전원 변동에 상관없이 전류를 그대로 사용하게 된다. 특히 PWM(Pulse Width Modulation) 제어의 경우, 전원 drop분에 대한만큼 duty를 증가시키는 제어 방식이 나타나게 된다. 즉, BLDC 모터의 경우 전압 불안정 상태에서 전류 제어를 통해 인가 전류가 변하지 않도록 제어한다(전원↓ 조건에서 인가 전류 동등, 전원에 가해지는 Load의 중첩 원인이 될 수 있음).
이런 경우 전원이 불안정해지는 원인에 더하여 모터에서 사용하는 전력에는 차이가 없으므로 전압 강하를 가속시키는 문제의 원인이 될 수 있다.
예를 들어, 차량의 펌프 모터(BLDC)가 구동하는 도중에 선루프 모터(DC)가 구동하게 되면 배터리 전압의 강하가 발생하게 된다. 이 경우, DC모터는 배터리 전압이 낮아진 만큼 구동 속도가 낮아져 구동하게 되는 반면 BLDC는 모터의 RPM 및 토크를 유지하기 위해 낮아진 전압과 상관없이 전류를 일정 토크 발생을 목표로 제어한다. 이런 경우 배터리에 부하가 가중되는 상황이 나타날 수 있으며 추가적인 전압 강하 혹은 전압 강하 복구 시간의 지연이 발생할 수 있다.
1. 한국공개특허 제10-2010-0111794호 2. 한국공개특허 제10-2018-0074213호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 배터리 이상 상황(정지된 다른 차량용 전원제품의 동작 발생 등)으로 전원이 불안정해지는 순간의 상황에서 모터의 구동 제어를 전원에 대비하여 변경할 수 있는 모터 전원 이상 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 배터리 이상 상황(정지된 다른 차량용 전원제품의 동작 발생 등)으로 전원이 불안정해지는 순간의 상황에서 모터의 구동 제어를 전원에 대비하여 변경할 수 있는 모터 전원 이상 제어 장치를 제공한다.
상기 모터 전원 이상 제어 장치는,
모터 구동중 전원 변동 수준값을 감지하는 구동 전원 감지부;
상기 전원 변동 수준값을 미리 설정되는 기준값과 비교하여 제한 구동 제어를 실시하는 제어부; 및
상기 제한 구동 제어에 따라 상기 모터에 구동 전원을 제한하거나 모터 회전 속도를 제한하는 구동 전원을 공급하는 전원 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부는, 상기 제한 구동 제어를 수행하는 출력 제한 제어 모듈; 및 상기 제한 구동 제어에 따른 제어 신호를 생성하는 제어 신호 발생 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원 변동 수준값은 제어 도중 전압 변화량이고, 상기 기준값은 전류 제어 변화량인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전압 변화량은 전압차를 구동 전압 감지 주기와 고정자 저항의 곱으로 나눈 값이며, 상기 전류 제어 변화량은 미리 설정되는 전류 출력 제한(current limit)을 구동 전류 감지 주기로 나눈 값인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력 제한 제어 모듈은, 실제 모터 회전 속도에서 요구 모터 회전 속도를 뺀 차이값을 점진적으로 감소시켜 제어하는 제 1 비례 적분 제어 블럭; 및 구동 버스 상전류에 현재 전류 출력 제한을 뺀 차이값을 점진적으로 감소시켜 제어하는 제 2 비례 적분 제어 블럭;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전류 출력 제한은 미리 설정되는 적분 게인과 비례 게인의 합에 단위 전류를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 전원은 PWM(Pulse Width Modulation)을 통해 생성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PWM은 듀티 사이클 기반인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 전원 감지부는 상기 전원 변동 수준값의 절대값에 변동폭을 더하여 감지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제한 구동 제어는 안티 와인드업 PI(Proportional Integral) 제어 방식을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제한 구동 제어는 미리 설정되는 기준 시간내에서만 실행되는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 구동 전원 감지부가 모터 구동중 전원 변동 수준값을 감지하는 감지 단계; 제어부가 상기 전원 변동 수준값을 미리 설정되는 기준값과 비교하는 비교 단계; 상기 제어부가 비교 결과에 따라 제한 구동 제어를 실시하는 구동 제어 실시 단계; 및 전원 변환기가 상기 제한 구동 제어에 따라 상기 모터에 구동 전원을 제한하거나 모터 회전 속도를 제한하는 구동 전원을 공급하는 공급 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전원 불안정 상태에 진입한 경우 모터가 전원에 줄 수 있는 부하(load) 부분을 제거함으로써 전원 복귀 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 전원 과부하 상태를 방지함으로써 전원에 대한 안정성을 증대할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 전원 불안정으로 모터 제어 발산 가능성을 최소화할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 제어기가 소비하는 전력으로 인한 다른 전원 사용 제품에 미치는 영향 최소화(예를 들면, 선루프 <-> 펌프모터)를 가능하게 한다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 제한 수준은 수 ms ~ 수백 ms 사이로 제한 이 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 전원 이상 제어 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 일반적인 모터 초기 구동 파형을 보여주는 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 모터 전원 이상 제어 장치 중 출력 제한 개념을 보여주는 구성 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 전류 출력 제한을 예시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 전원 강하 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 모터 전원 이상 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 전원 이상 제어 장치(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 모터 전원 이상 제어 장치(100)는, 모터(10), 모터(10) 구동중 전원 변동 수준값을 감지하는 구동 전원 감지부(110), 전원 변동 수준값을 기준값과 비교하여 제한 구동 제어를 실시하는 제어부(101), 제한 구동 제어에 따라 모터(10)에 전원을 공급하는 전원 변환기(160) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
모터(10)는 BLDC(Brushless Direct Current) 모터가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 일반 DC 모터도 사용 가능하다. 모터는 고정자(미도시)와 고정자 내에서 또는 외에서 회전하는 회전자(미도시)로 구성된다.
부연하면, BLDC 모터는 인덕턴스 성분을 발생시키는 코일을 3상으로 하는 권선을 갖는다. 즉, BLDC 모터는 전력을 전달하기 위한 탄소 브러시와 같은 절연도체가 없는 구조로서, 모터축에 자석이 있고 모터 케이스 내부 벽면에 코일이 있어, 모터가 회전하기 위한 전력의 공급이 회전하지 않는 모터 내부 벽에 부착된 코일에 공급함에 따라 브러쉬가 필요없는 구조이다.
제어부(101)는 전원 변동 수준값을 기준값과 비교하여 제한 구동 제어를 실시하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 제어부(101)는, 모터 회전자의 회전 주기, 모터의 회전자에 대한 위치 정보, 전원(즉, DC전원의 모터 구동 전압(Vdc)) 등을 인식하는 인식 모듈(120), 회전 주기를 이용하여 모터 회전 속도를 산출하는 속도 산출 모듈(121), 듀티 사이클을 제어하는 출력을 제어하는 출력 제한 제어 모듈(140), 단위 전류 제어 수준을 기준으로 전압 변화량의 불안정 수준을 판단하고, 제한 구동 제어를 수행하는 전원 제어 모듈(130), 전원 변환기(160)에 구성되는 전력용 스위칭 소자(미도시)를 제어하는 구동 제어 신호를 생성하는 제어 신호 발생 모듈(150) 등을 포함하여 구성될수 있다.
전원 변환기(160)는 모터(10)에 전원을 공급하는 기능을 한다. 부연하면, 전원 변환기(160)는 DC 전원을 임의의 가변 주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류 전원(U,V, W)으로 바꾸어 구동 전원을 모터(10)에 공급한다. 즉, 전원 변환기(160)는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 모터(10)에 공급한다.
이를 위해, 전원 변환기(160)는 DC-DC(Direct Current-Direct Current) 컨버터, 인버터 등이 구성될 수 있다. 인버터는 VSI(Voltage Source Inverter)가 될 수 있다. 인버터는 일반적으로 3상의 전력용 스위칭 소자를 구비하는데, 예컨대, 상단의 3상 FET(field effect transistor)와 하단의 3상 FET를 구성될 수 있다. 전력용 스위칭 소자는, 파워 MOSFET(metal-oxide-semiconductor FET), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등이 될 수 있다.
구동 전원 감지부(110)는 전원 변환기(160)에서 발생하는 구동 버스 상전류(IDCBus), 구동 버스 전원(UDCBus), 역기전력(BEMF: Back Electro Motive Force) 등을 감지한다. 이를 위해, 전류 센서, 전압 센서 등이 구성될 수 있다. 전류 센서로는 홀 센서, 광섬유 전류 센서, CT(Current Transformer)형 전류 센서 등이 사용될 수 있다.
부연하면, 구동 전원 감지부(110)는 DC link 전원은 모터 제어에 기본적으로 필요한 정보이므로 실시간으로 DC link 전원을 센싱한다. 여기서, DC link 전원의 불안정 상태를 감지하기 위해 감지 전원값 중 절대값에 더하여 변동폭을 함께 감지하는 것도 가능하다. DC link 전원은 컨버터와 인버터 중간에 흐르는 전압이 된다.
구동 전원 감지부(110)는 감지된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 ADC(Analog-Digital Converter)(111)가 구성된다. 구동 전원 감지부(110)는 디지털 신호(IDCBus,BEMF)를 제어부(101)에 전송한다.
출력 제한 제어 모듈(140)은 실제 모터 회전 속도(actual speed), 요구 모터 회전 속도(required speed), 구동 버스 상전류(IDCBus), 제한 전류(current limit)를 이용하여 듀티 사이클을 생성하는 기능을 수행한다. 변조 모듈(150)은 이 듀티 사이클을 이용하여 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 구현한다. 즉, pulse width가 duty cycle이 된다.
출력 제한 제어 모듈(140)은 모터 회전 속도 제한을 위한 제 1 비례 적분 제어 블럭(140-1) 및 전류 리미트(limit)를 위한 제 2 적분 제어 블럭(140-2)으로 구성된다.
특히, 제 1 비례 적분 제어 블럭(140-1)은 실제 모터 회전 속도(actual speed)에서 요구 모터 회전 속도(required speed)를 뺀 차이값을 점진적으로 감소시켜 제어하는 기능을 수행한다.
한편, 제 2 비례 적분 제어 블럭(140-2)은 구동 버스 상전류(IDCBus)에 현재 제한 전류(current limit)를 뺀 차이값을 점진적으로 감소시켜 제어하는 기능을 수행한다.
부연하면, 전원 감지부(110)를 통해, 모터(10)에 공급되는 모터 구동 전압(Vdc)을 검출한다. 모터 구동 전압이 검출되면, 인식 모듈(120)은 이 모터 구동 전압에 대한 전압 강하 수준 발생 조건을 확인한다.
전압 강하 수준의 기준을 판단하기 위해 전류 리미트(I(limit))가 다음 수학식과 같이 정의된다.
Figure 112018130531736-pat00001
여기서, kp는 비례 게인이고, ki는 적분 게인이며, I(unit)는 단위전류를 나타낸다. 여기서, 단위전류는, PWM(Pulse Width Modulation), 모터, 여기전류 등의 상태에 따라 다르다.
즉, PI(Proportional Integral) 제어기 중 게인의 단위 전류 제어 수준을 기준으로 전압 변화량의 불안정 수준을 판단한다.
이때, PI 제어기의 전달 함수(C(s)) 및 제어 입력 신호(u(t))는 다음식과 같다.
Figure 112018130531736-pat00002
Figure 112018130531736-pat00003
여기서, e는 제어 에러이고, τ는 시정수이고, kp는 비례 게인이고, ki는 적분 게인이다. kp와 ki는 설계값이 될 수 있다.
e는 다음식과 같다.
Figure 112018130531736-pat00004
여기서, r은 원하는 지령치(reference)이고, y는 시스템 출력값이다.
따라서, 일반적으로 kp가 클수록 같은 에러(error)에 대한 시스템의 입력 u가 커지므로 출력값이 더 빠르지 지령치(reference)를 쫓아가게 된다. kp가 너무 작으면 응답속도가 느리고 정상상태에 도달하지 못하게 된다. 반대로 kp가 너무 크면 응답속도는 빠르지만 오버슈트가 발생하여 오실레이션이 발생하게 된다.
도 1에 기재된 "…모듈" 의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
도 2는 일반적인 모터 초기 구동 파형을 보여주는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 구동 전압 파형 및 구동 전류 파형이 서로 교차되게 나타난다. 일반적으로 구동 전압 파형은 초기에 고점에서 일정한 값을 유지하다가, 급격히 떨어진후 급격하게 회복되어 높낮이가 미세하게 변하는 곡선 형태이다. 이와 달리, 구동 전류 파형은 초기에 저점에서 일정한 값을 유지하다가, 급격히 상승한후, 다시 급격히 하향으로 회복되어 일정하게 변하는 곡선 형태이다.
따라서, 구동 전압 파형 및 구동 전류 파형 모두 전원 불안정 시점이 나타난다. 도 2에 도시된 구동 전압 파형 및 구동 전류 파형은 CHA(채널A)에서 실효치(RMS: Root Means Square)이다.
도 3은 도 1에 도시된 모터 전원 이상 제어 장치 중 출력 제한 개념을 보여주는 구성 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 제어가 불안정 상황인 경우, 안티 와인드업 PI 제어 방식을 이용하여 전류 출력 제한을 적용한다.
미리터(330)는 Anti-Windup PI 제어 방식을 이용한다. 부연하면, 미리터(330)는 합산기(310)에 의해 산출되는 모터(10)의 실제 모터 회전 속도(Actual speed) 및 요구 모터 회전 속도(required speed)(wr *)의 차이값을 입력으로 받아 비례 적분에 의해 제어량인 출력값을 생성한다. 이 출력값은 그 차이에 따라 적분 성분이 차감되어 q축 전류 지령치(iqs *)가 생성된다. 만약 적분 성분을 차감하지 않으면 출력값은 적분 성분이 계속해서 증가하여 거의 무한대의 값으로 증가하고, 이때 역방향으로 제어를 하려고 하면 적분된 거의 무한대의 값에 의해 반대 방향으로 움직이지 못하고 적분 성분이 해소될 때까지 계속해서 정방향으로 움직이게 된다.
따라서, 리미터(330)는 미리 설정되는 제한 영역(Imax과 -Imax)으로 출력값을 제한하여 Anti-Windup PI 제어 방식의 적분을 중지하는 기능을 수행한다.
출력 제어 모듈(340)은 q축 전류 지령치(iqs *) 및 d축 자속 지령치(λdr *)를 입력받아 자속 벡터 제어 및 전류 제어를 통해 직류 전압을 3상 교류 전압으로 상변환시키기 위한 PWM 신호를 생성한다. 이 PWM 신호는 q축 전류 지령치(iqs *) 및 d축 자속 지령치(λdr *)에 기반한 듀티 사이클을 갖는다. 이 듀티 사이클은 일반적으로 지령치와 구동 전원의 비로 결정된다.
전류 제어는 d/q축 전류 지령에 따른 전류 지령을 모터 고정자 d/q축에 대한 전압 지령으로 변환하여 제어는 기능을 수행한다. 자속 벡터 제어는 3상 전류(ias,ibs,ics)를 dq 변환 등을 통해 직교 관계를 가지는 2개의 dq축 신호로 변환하고 이 2개의 신호를 이용하여 제어한다.
따라서, 출력 제어 모듈(340)은 이 듀티 사이클을 이용하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호인 게이트 신호를 생성하여 전원 변환기(160)에 구성되는 스위칭 소자를 제어한다.
전원 변환기(160)는 모터(10)의 구동을 위해 구동 전원을 공급하며, 이 구동 전원은 듀티 사이클과 DC 전원의 곱이 된다. 즉, 듀티 사이클과 DC 전원의 구동전압(VDC)의 곱이 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모터(도 1의 10)의 전류 출력 제한(current limit)을 예시한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 전류 출력 제한(current limit) 적용시 전류 그래프 곡선(410) 및 전류 출력 제한이 없는 전류 그래프 곡선(420)이 도시된다. 즉, 전류 출력 제한(current limit) 적용시 전류 그래프 곡선(410)은 일정 시간(약 0.2초~0.7초)내에서 전류가 약 30A(160A-130A)가 감소될 수 있다.
또한, 동작중인 모터의 경우, max RPM 혹은 토크의 약 -10%까지 제한을 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 전원 강하 제어 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 제어부(도 1의 101)는 초기화 및 대기 상태에서, 모터 구동 신호가 발생하는지를 판단한다(단계 S510,S520).
판단 결과, 단계 S520에서, 모터 구동 신호가 발생되었다면, 제어부(101)는 정상 모터 구동을 수행한다(단계 S530). 물론, 제어부(101)는 동시에 또는 이전에 구동 전압(VDC) 및 3상 전류(ias,ibs,ics)를 감지한다(단계 S531).
이후, 제어부(101)는 구동 전압 변동폭(△VDC)을 감지하고, 전압 변화량의 전류 제어 영향도에 대한 판단 연산을 수행한다(단계 S550). 전류 제어 영향도를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112018130531736-pat00005
여기서, Rs는 모터 고정자 저항이고, T1은 구동 전압 감지 주기이고, I(limit)는 전류 출력 제한이고, T2는 구동 전류 감지 주기를 나타낸다.
이후, 제어부(101)는 위에서 산출된 수학식을 이용하여 전압 변동이 전류 제어에 영향을 주는 수준을 판단한다(단계 S560).
판단 결과, 단계 S560에서, 전압 변동이 기준 수준보다 크면, 제어부(101)는 전류 제한 또는 속도 제한으로 모터를 구동하고, 이 전류 제한 또는 속도 제한을 구동하는 작동 시간이 미리 설정되는 기준 시간을 경과하였는지를 판단한다(단계 S570,S580).
판단 결과, 단계 S580에서, 작동시간이 기준 시간을 경과하면, 즉 작동시간이 기준 시간보다 크면 제어부(101)는 단계 S530 내지 단계 S580을 다시 실행한다.
또한, 모터(10)가 정상적으로 구동 수행이 이루어지는 상태에서, 제어부(101)는 모터 구동 정지 신호가 입력되었는지를 판단한다(단계 S533).
판단 결과, 모터 구동 정지 신호가 있으면, 제어부(101)는 단계 S510을 시작하고, 모터 구동 정지 신호가 없으면, 제어부(101)는 단계 S540을 진행한다.
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
10: 모터
100: 모터 전원 이상 제어 장치
101: 제어부
110: 구동 전원 감지부
160: 전원 변환기

Claims (19)

  1. 모터의 초기 구동중 전원 변동 수준값을 감지하는 구동 전원 감지부;
    상기 전원 변동 수준값을 미리 설정되는 기준값과 비교하여 배터리 이상 상황으로 전원이 불안정해지는 순간의 상황에서 상기 모터가 정상적으로 구동 수행이 이루어지도록 상기 모터의 구동 제어를 구동 전원에 대비하여 변경하는 제한 구동 제어를 실시하는 제어부; 및
    상기 제한 구동 제어에 따라 상기 모터에 구동 전원을 제한하거나 모터 회전 속도를 제한하는 구동 전원을 공급하는 전원 변환기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제한 구동 제어를 수행하는 출력 제한 제어 모듈; 및
    상기 제한 구동 제어에 따른 제어 신호를 생성하는 제어 신호 발생 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전원 변동 수준값은 제어 도중 전압 변화량이고, 상기 기준값은 전류 제어 변화량이고,
    상기 전압 변화량은 전압차를 구동 전압 감지 주기와 고정자 저항의 곱으로 나눈 값이며, 상기 전류 제어 변화량은 미리 설정되는 전류 출력 제한(current limit)을 구동 전류 감지 주기로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 출력 제한 제어 모듈은,
    실제 모터 회전 속도에서 요구 모터 회전 속도를 뺀 차이값을 점진적으로 감소시켜 제어하는 제 1 비례 적분 제어 블럭; 및
    구동 버스 상전류에 현재 전류 출력 제한을 뺀 차이값을 점진적으로 감소시켜 제어하는 제 2 비례 적분 제어 블럭;을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류 출력 제한은 미리 설정되는 적분 게인과 비례 게인의 합에 단위 전류를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 전원은 PWM(Pulse Width Modulation)을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 PWM은 듀티 사이클 기반인 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 전원 감지부는 상기 전원 변동 수준값의 절대값에 변동폭을 더하여 감지하는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제한 구동 제어는 안티 와인드업 PI(Proportional Integral) 제어 방식을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제한 구동 제어는 미리 설정되는 기준 시간내에서만 실행되는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 장치.
  12. 구동 전원 감지부가 모터의 초기 구동중 전원 변동 수준값을 감지하는 감지 단계;
    제어부가 상기 전원 변동 수준값을 미리 설정되는 기준값과 비교하는 비교 단계;
    상기 제어부가 비교 결과에 따라 배터리 이상 상황으로 전원이 불안정해지는 순간의 상황에서 상기 모터가 정상적으로 구동 수행이 이루어지도록 상기 모터의 구동 제어를 구동 전원에 대비하여 변경하는 제한 구동 제어를 실시하는 구동 제어 실시 단계; 및
    전원 변환기가 상기 제한 구동 제어에 따라 상기 모터에 구동 전원을 제한하거나 모터 회전 속도를 제한하는 구동 전원을 공급하는 공급 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전원 변동 수준값은 제어 도중 전압 변화량이고, 상기 기준값은 전류 제어 변화량이고, 상기 전압 변화량은 전압차를 구동 전압 감지 주기와 고정자 저항의 곱으로 나눈 값이며, 상기 전류 제어 변화량은 미리 설정되는 전류 출력 제한(current limit)을 구동 전류 감지 주기로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 방법.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 전류 출력 제한은 미리 설정되는 적분 게인과 비례 게인의 합에 단위 전류를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동 전원은 PWM(Pulse Width Modulation)을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 PWM은 듀티 사이클 기반인 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제한 구동 제어는 안티 와인드업 PI(Proportional Integral) 제어 방식을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 제한 구동 제어는 미리 설정되는 기준 시간내에서만 실행되는 것을 특징으로 하는 모터 전원 이상 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5644820B2 (ja) * 2012-08-17 2014-12-24 株式会社安川電機 モータ制御装置
WO2015072296A1 (ja) * 2013-11-14 2015-05-21 日立オートモティブシステムズ株式会社 電動機駆動装置および車両駆動システム
KR102552538B1 (ko) 2016-12-23 2023-07-07 한온시스템 주식회사 전원보상을 이용한 브러시리스 직류모터 구동 방법 및 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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인용발명 2: 공개특허공보 제10-2014-0023203호(2014.02.26.) 1부.*

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