KR102263027B1 - Control method in the critical sention for single shunt sensorless pmsm - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법은, 교류 전동기에 공간 벡터 변조(SVPWM) 제어 방식을 사용하되, U, V, W상으로 표현되는 좌표계를 d-q축 직교 좌표계로 변환함으로써 2개의 변수를 통해 모터의 물리량을 표현하여 순시적인 제어를 수행하는 모터 제어기에 대한 임계구간 제어방법으로서, 제어기에 PMSM의 SVPWM 제어의 유효 전압 벡터의 각도에 따른 변화에서 모터의 임계 영역을 미리 설정하며, 모터가 임계 영역에 진입하면 모터에 대한 SVPWM 제어를 중지한 후, 모터가 임계 영역에서 탈출하면 모터에 대한 SVPWM 제어를 재개한다.The critical section control method of a single decentralized sensorless PMSM according to an embodiment of the present invention uses a space vector modulation (SVPWM) control method for an AC motor, but uses a coordinate system expressed in U, V, and W phases as a dq-axis orthogonal coordinate system. As a critical section control method for a motor controller that performs instantaneous control by expressing the physical quantity of the motor through two variables by converting it to is preset, and when the motor enters the critical region, SVPWM control of the motor is stopped, and then, when the motor exits the critical region, SVPWM control of the motor is resumed.
Description
본 발명은 임계구간 모터 구동 중단방법에 관한 기술로서, 모터의 임계 작동 구간에서 모터의 구동을 중단하여 손실을 방지하는 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for stopping motor driving in a critical section, and to a method for controlling a critical section of a single decentralized sensorless PMSM to prevent loss by stopping the driving of a motor in a critical operating section of the motor.
영구자석 동기모터(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)는 고출력 및 고효율의 특성을 가진 모터로, 산업용은 물론 하이브리드 자동차나 연료전지 자동차 등의 전기 자동차용으로 광범위하게 사용되고 있다.Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) is a motor with high output and high efficiency, and is widely used not only for industry but also for electric vehicles such as hybrid vehicles and fuel cell vehicles.
영구자석 동기모터(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM) 삼각파 PWM은 3상 지령 전압을 각각 개별적으로 변조하는 것이고, 반면 공간 벡터 변조 방식 (Space Vector PWM, SVPWM)은 3상 지령 전압을 복소 공간의 공간 벡터를 통해 변조하는 방법이다. SVPWM에서 상전압은 스위칭 상태 함수로 표현된다.Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) Triangular wave PWM modulates each three-phase command voltage individually, whereas Space Vector PWM (SVPWM) converts the three-phase command voltage into a space vector in complex space. How to modulate it through In SVPWM, the phase voltage is expressed as a function of the switching state.
교류전동기는 레졸버(resolver)를 이용하여 회전자의 위치를 순시적으로 측정하고 U, V, W상에 전류를 순시적으로 인가하여 모터를 제어한다. 모터의 SVPWM 제어기는 U, V, W상으로 표현되는 좌표계를 d-q축 직교 좌표계로 변환함으로써 2개의 변수를 통해 모터의 물리량을 표현할 수 있으며, 순시적인 제어를 할 수 있도록 구성된다.The AC motor instantaneously measures the position of the rotor using a resolver and instantaneously applies current to U, V and W phases to control the motor. The SVPWM controller of the motor can express the physical quantity of the motor through two variables by converting the coordinate system expressed in U, V, and W phases into a d-q-axis orthogonal coordinate system, and is configured to perform instantaneous control.
d축은 통상 모터의 자속(flux)이 발생하는 축으로 고정자 U상 권선에서 발생한 자속의 방향으로 선정한다. 따라서 d축은 벡터 제어에서 기준이 되는 축이다.The d-axis is usually the axis where the motor flux is generated, and is selected as the direction of the magnetic flux generated in the U-phase winding of the stator. Therefore, the d-axis is a reference axis in vector control.
q축은 d축과 직교를 이루는 축으로 벡터 제어에서 토크를 발생시키는 전류의 축이 된다. 따라서 전류 제어를 하는 경우 q축을 제어하는 것이다.The q-axis is orthogonal to the d-axis and is the axis of current that generates torque in vector control. Therefore, in the case of current control, the q-axis is controlled.
d-q축 직교 좌표계의 변환은 축이 고정된 고정 좌표계 (Stationary Reference Frame)와 회전 좌표계 (Rotating Reference Frame)로 구분된다.The transformation of the d-q-axis Cartesian coordinate system is divided into a fixed coordinate system (Stationary Reference Frame) and a rotating coordinate system (Rotating Reference Frame).
상기와 같은 d-q축을 사용한 종래의 영구자석 동기모터 제어방법에서는, 전류지령 생성기가 토크지령(Te*)과 영구자석 동기모터의 회전속도(ωrpm)를 입력받아 전류지령 맵 데이터를 기초로 d축 전류지령(q-axis current command, id*), q축 전류지령(d-axis current command, iq*)를 생성하게 된다.In the conventional permanent magnet synchronous motor control method using the dq axis as described above, the current command generator receives the torque command (Te*) and the rotational speed (ω rpm) of the permanent magnet synchronous motor, and based on the current command map data, the d-axis current A command (q-axis current command, id*) and a q-axis current command (iq*) are generated.
이렇게 전류지령 생성기가 d축, q축 전류지령(id*, iq*)을 생성하여 출력하면, 전류제어기서 d축, q축 전류지령으로부터 d축, q축 전압지령(Vd*, Vq*)을 생성하고, 이후 3상 전압지령(Vu*, Vv*,Vw*) 생성, 인버터의 펄스폭 변조(PWM) 및 3상 전류 제어 과정을 통하여 영구자석 동기모터의 제어가 이루어진다.If the current command generator generates and outputs the d-axis and q-axis current commands (id*, iq*), the current controller receives the d-axis and q-axis current commands from the d-axis and q-axis voltage commands (Vd*, Vq*). After generating the three-phase voltage command (Vu*, Vv*, Vw*), the pulse width modulation (PWM) of the inverter, and the control of the permanent magnet synchronous motor are performed through the three-phase current control process.
도 1 내지 도 3을 참조하면, PMSM의 SVPWM 제어에서 영역(section) 경계(△)와 저속 구동 시의 저 변조(low modulation) 영역은 전류 센싱이 어렵기에 보통 위상 변환(phase shift)나 더블 스위칭(double switching )기법을 적용한다.1 to 3 , in SVPWM control of PMSM, it is difficult to sense current in the section boundary (Δ) and the low modulation region during low-speed driving, so it is usually phase shift or double switching (double switching) technique is applied.
위상 변환(Phase shift) 기법은 파형의 왜곡으로 고조파가 발생할 수 있으며 연산이 복잡해진다. 더블 스위칭(Double switching) 기법의 경우 고조파 특성은 좋으나 2배의 스위칭이 필요하므로 스위칭 손실 및 고속에서의 운전이 힘들다는 단점이 있다.In the phase shift technique, harmonics may be generated due to distortion of the waveform, and the calculation becomes complicated. In the case of the double switching technique, although the harmonic characteristics are good, there are disadvantages in that switching loss and operation at high speed are difficult because double switching is required.
본 발명은 기존 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 임계 구간 제어 시 손실을 줄여 모터의 효율을 높일 수 있고, 복잡한 알고리즘을 대체하여 연산의 복잡성이 감소된 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problem of the critical section control method of the existing single decentralized sensorless PMSM. It is possible to increase the efficiency of the motor by reducing the loss during the critical section control, and to replace the complex algorithm, thereby reducing the complexity of the single decentralized operation. It is to provide a method for controlling the critical section of sensorless PMSM.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법은, 교류 전동기에 공간 벡터 변조(SVPWM) 제어 방식을 사용하되, U, V, W상으로 표현되는 좌표계를 d-q축 직교 좌표계로 변환함으로써 2개의 변수를 통해 모터의 물리량을 표현하여 순시적인 제어를 수행하는 모터 제어기에 대한 임계구간 제어방법으로서, 상기 제어기에 PMSM의 SVPWM 제어의 유효 전압 벡터의 각도에 따른 변화에서 모터의 임계 영역을 미리 설정하며, 상기 모터가 임계 영역에 진입하면 모터에 대한 SVPWM 제어를 중지한 후, 상기 모터가 상기 임계 영역에서 탈출하면 모터에 대한 SVPWM 제어를 재개한다.The critical section control method of a single decentralized sensorless PMSM according to the present invention for solving the above problems uses a space vector modulation (SVPWM) control method for an AC motor, but the coordinate system expressed in U, V, and W phases is set to the dq axis A critical section control method for a motor controller that performs instantaneous control by expressing a physical quantity of a motor through two variables by converting it into a Cartesian coordinate system. A critical area of ' is preset, and SVPWM control of the motor is stopped when the motor enters the critical area, and then SVPWM control of the motor is resumed when the motor exits the critical area.
상기 PMSM의 임계구간 제어방법은, 상기 제어기에 토크-RPM 테이블을 미리 입력하는 단계; 상기 모터가 상기 미리 설정된 임계 영역에 진입하면, 상기 모터에 대한 SVPWM 신호 인가를 중지하는 단계; 상기 모터의 제어를 임계 모드로 전환하는 단계; 상기 임계 모드에서 상기 미리 입력된 토크-RPM 테이블과 모터의 제어 방정식을 기초로 모터의 각속도 및 각가속도 중 하나 이상을 추정하는 단계; 및 상기 모터의 각속도를 추정함으로써 상기 모터의 회전 위치를 추정하며, 상기 모터가 임계 영역을 탈출하였으면 SVPWM 제어를 재개하는 단계를 포함할 수 있다.The method for controlling the critical section of the PMSM includes: inputting a torque-RPM table to the controller in advance; stopping application of the SVPWM signal to the motor when the motor enters the preset threshold region; switching the control of the motor to a critical mode; estimating at least one of an angular velocity and an angular acceleration of the motor based on the pre-input torque-RPM table and a control equation of the motor in the critical mode; and estimating the rotational position of the motor by estimating the angular velocity of the motor, and resuming the SVPWM control when the motor has escaped the critical region.
상기의 상기 PMSM의 임계구간 제어방법에서는, 상기 모터의 현재 위치가 임계 영역에 있는지 확인하되, 상기 모터가 임계 영역에 있으면, 상기 모터의 각속도를 추정하는 단계와 위치를 추정하는 단계를 반복 수행함으로써 상기 모터가 임계 영역을 탈출하였는지 확인할 수 있다.In the critical section control method of the PMSM, it is checked whether the current position of the motor is in the critical region, and if the motor is in the critical region, estimating the angular velocity of the motor and estimating the position are repeatedly performed. It can be checked whether the motor has escaped the critical region.
본 발명의 다른 면에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어 방법은, 모터가 임계 구간 진입 시 측정 불가능한 상의 전류에 대하여 ADC 센싱을 중단하며, 측정 불가능한 상의 전류에 대하여는 미리 설정된 전류 추정 기법에 의해 전류를 추정하고, 상기에서 추정된 전류 추정치를 이용하여 모터의 위치와 속도를 계산하여 기존 SVPWM 제어를 지속하며, SVPWM 지속 후에 임계 영역 탈출 시 다시 ADC를 이용한 전류 센싱을 재개한다.In the critical section control method of a single decentralized sensorless PMSM according to another aspect of the present invention, when the motor enters the critical section, ADC sensing for an unmeasurable phase current is stopped, and for an unmeasurable phase current, a preset current estimation technique is used. The existing SVPWM control is continued by estimating the current, calculating the position and speed of the motor using the estimated current estimate, and then restarting the current sensing using the ADC when exiting the critical region after the SVPWM is continued.
상기 SVPWM 제어가 재개되면, 상기 제어기에서 기존 위치에 대한 모터의 위치 오차를 보정할 수 있다.When the SVPWM control is resumed, the controller may correct the position error of the motor with respect to the existing position.
상기와 같은 해결수단에 따른 본 발명은, 기존 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 임계 영역(Critical section)에서 새로운 변조 기법을 도입하지 않고 임계 영역에서 전류 공급을 중지하여 구동을 중단함으로써 임계 구간 제어 시 손실을 줄여 모터의 효율을 높일 수 있고, 복잡한 알고리즘을 대체하여 연산의 복잡성이 감소된 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법을 제공할 수 있다.The present invention according to the above solution is to solve the problem of the critical section control method of the existing single decentralized sensorless PMSM, without introducing a new modulation technique in the critical section, and supplying current in the critical section. By stopping and stopping the operation, it is possible to increase the efficiency of the motor by reducing the loss during critical section control, and to provide a critical section control method of a single decentralized sensorless PMSM with reduced computational complexity by substituting a complex algorithm.
도 1은 PMSM의 SVPWM 제어에서 복소 공간에서 유효 전압 벡터의 변화를 나타낸 개념도.
도 2는 도 1의 섹션 경계의 시간 변화 T에 따른 삼상의 스위칭 변화를 나타낸 개념도.
도 3은 PMSM의 SVPWM 제어의 파워 브릿지 드라이버와 교류 모터를 나타낸 회로도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법의 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법을 수행하는 시스템 개략도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법을 수행하는 시스템 블록도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법을 수행하는 시스템 개략도.
도 8은 도 7의 실시예에 따라 임계구간에서 전류를 추정하는 경우의 예시도.1 is a conceptual diagram illustrating a change in an effective voltage vector in a complex space in SVPWM control of a PMSM.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a three-phase switching change according to a time change T of a section boundary of FIG. 1 .
3 is a circuit diagram showing a power bridge driver and AC motor of SVPWM control of PMSM.
4 is a flowchart of a method for controlling a critical section of a single decentralized sensorless PMSM according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of a system for performing a critical section control method of a single decentralized sensorless PMSM according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a system for performing a critical section control method of a single decentralized sensorless PMSM according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram of a system for performing a critical section control method of a single decentralized sensorless PMSM according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an exemplary view of estimating a current in a critical section according to the embodiment of FIG. 7;
이하, 첨부된 도면에 도시된 특정 실시 예들에 의해 본 발명의 다양한 실시예들을 설명한다. 실시 예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 도면 복합적으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 실시 예들에 관련하여 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 다른 실시 예들로 구현될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to specific embodiments shown in the accompanying drawings. The differences in the embodiments are not mutually exclusive and should be understood in a complex manner, and without departing from the spirit and scope of the present invention, specific shapes, structures and characteristics described in relation to the embodiments are implemented in other embodiments. can be
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법이 포함된 전체 시스템 블록도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법을 수행하는 시스템 개략도이고, 도 6은 도 본 발명의 일 실시 예에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법을 수행하는 순서도이다.4 is an overall system block diagram including a method for controlling a critical section of a single decentralized sensorless PMSM according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a critical section control of a single decentralized sensorless PMSM according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of a system for performing the method, and FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for controlling a critical section of a single decentralized sensorless PMSM according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법은, 교류 전동기에 공간 벡터 변조(SVPWM) 제어 방식을 사용하되, U, V, W상으로 표현되는 좌표계를 d-q축 직교 좌표계로 변환함으로써 2개의 변수를 통해 모터의 물리량을 표현하여 순시적인 제어를 수행하는 모터 제어기에 대한 임계구간 제어방법으로서, 제어기에 PMSM의 SVPWM 제어의 유효 전압 벡터의 각도에 따른 변화에서 모터의 임계 영역을 미리 설정하며, 모터가 임계 영역에 진입하면 모터에 대한 SVPWM 제어를 중지한 후(S410), 회전자의 각속도 및/또는 각가속도를 추정하고(S420), 이로부터 회전자의 위치를 추정하고(S430), 모터가 임계 영역에서 탈출하면(S440), 모터에 대한 SVPWM 제어를 재개한다(S450).Referring to FIG. 4 , the critical section control method of a single decentralized sensorless PMSM according to an embodiment of the present invention uses a space vector modulation (SVPWM) control method for an AC motor, but is expressed in U, V, and W phases. A critical section control method for a motor controller that performs instantaneous control by expressing the physical quantity of the motor through two variables by converting the coordinate system into a dq-axis Cartesian coordinate system. In the change, the critical area of the motor is preset, and when the motor enters the critical area, SVPWM control of the motor is stopped (S410), the angular velocity and/or angular acceleration of the rotor are estimated (S420), and from this, the rotor Estimate the position of ( S430 ), and when the motor escapes from the critical region ( S440 ), SVPWM control of the motor is resumed ( S450 ).
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 PMSM의 임계구간 제어방법은, 제어기에 토크-rpm 테이블(180)을 미리 입력하는 단계, 모터가 미리 설정된 임계 영역에 진입하면, 모터에 대한 SVPWM 신호 인가를 중지하는 단계, 모터의 제어를 임계 모드로 전환하는 단계, 임계 모드에서 미리 입력된 토크-rpm 테이블(180)과 모터의 제어 방정식을 기초로 모터 회전자의 각속도 및 각가속도 중 하나 이상을 추정하는 단계, 및 모터의 각속도를 추정함으로써 모터 회전자의 위치를 추정하며, 모터가 임계 영역을 탈출하였으면 SVPWM 제어를 재개하는 단계를 포함한다.The critical section control method of PMSM according to an embodiment of the present invention includes the steps of pre-inputting the torque-rpm table 180 to the controller, and when the motor enters the preset critical range, stopping the SVPWM signal application to the motor estimating at least one of the angular velocity and angular acceleration of the motor rotor based on the torque-rpm table 180 and the control equation of the motor input in advance in the critical mode, converting the control of the motor to the critical mode; and estimating the position of the motor rotor by estimating the angular velocity of the motor, and resuming the SVPWM control when the motor has escaped the critical region.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 PMSM의 임계구간 제어방법에서는, 모터의 현재 위치가 임계 영역에 있는지 확인하며, 모터가 임계 영역에 있으면 모터의 각속도를 추정하는 단계와 위치를 추정하는 단계를 반복 수행함으로써 모터가 임계 영역을 탈출하였는지 확인한다.In addition, in the critical section control method of PMSM according to an embodiment of the present invention, it is checked whether the current position of the motor is in the critical region, and if the motor is in the critical region, the step of estimating the angular velocity of the motor and the step of estimating the position are repeated It checks whether the motor has exited the critical region by performing
다음으로, SVPWM 제어가 재개되면, 제어기에서 기존 위치에 대한 모터의 위치 오차를 보정할 수 있다.Next, when SVPWM control is resumed, the controller may correct the position error of the motor with respect to the existing position.
본 실시예에 적용되는 제어기에 대해 설명하면 다음과 같다.A controller applied to the present embodiment will be described as follows.
도 6 및 도 6을 참조하면, 제어기는 rpm 지령치(NREF)를 입수하며, 이어서 PI 제어기(100)에서 dq(90도 위상의 회전좌표계) 전류 지령치를 생성하고, Inverse Park 변환기(110)에서 Inverse Park 변환을 통해 90도 고정 좌표계 전압으로 변환하며, 다음으로 DC 버스 리플 보상기(120)에서 전압 리플을 보상하며, 이어서 SVM 변조기(130)에서 공간벡터변조를 통해 3상에 대한 게이트 드라이빙 신호를 생성(SVM module)한다. 게이트 드라이빙 신호는 게이트 드라이버 유닛(135, GDU)를 거쳐 3상 파워 브릿지 드라이버(140)에서 3상 파워로 변환되며, 3상 파워가 모터(150)로 공급되어 모터(150)가 구동된다.6 and 6 , the controller obtains an rpm setpoint (NREF), which in turn generates a dq (90 degree phase rotational coordinate system) current setpoint in the
PMSM 제어기는 PMSM의 전류센서로부터 u, v, w 3상을 센싱 하여 먼저 정지 좌표계 2축으로 변환하고, 회전 좌표계로 변환하여 dq축 전류 상태로 변환한다. 제어기에서는 dq 지령과 센싱된 dq전류를 통해 dq전류 출력을 발생시키며, 3상 모터(150)에 전류를 인가해야 하므로, dq역변환을 통해 dq성분을 3상으로 다시 변환한다.The PMSM controller senses the u, v, and w three phases from the PMSM's current sensor and first converts it to a stationary coordinate system with two axes, then converts it to a rotational coordinate system and converts it to a dq-axis current state. The controller generates a dq current output through the dq command and the sensed dq current, and since the current must be applied to the three-
이때 ADC(160)를 통해 모터(150)의 3상에 흐르는 전류가 센싱되며, Fowrad Park 변환기에서 Clerk 변환을 통해 3상을 2상의 직교 좌표계로 변환되고, 토크-rpm 테이블(180)에 연결된 위치 및 속도 추정 모듈로 전달된다. 그리고, 전류 및 전압 정보를 활용하여 위치 및 속도 추정(Position and Speed estimator module)하게 된다. 토크-RPM 값은 위치 및 속도 추정 모듈로 입력되어 모터(150)의 회전 위치 및 속도를 추정하는 데 함께 사용된다. 모터(150)의 위치가 임계 영역에서 벗어나 있으며, SVPWM 제어가 재개되면서 모터(150)의 기존 위치가 계산된 현재 위치로 보정된다. 하기에는 모터(150)의 토크 방정식에 따른 모터의 위치 쎄타 값을 계산하는 과정이 표현되어 있다.At this time, the current flowing in the three phases of the
상기와 같이 모터의 토크 방정식과 토크-RPM테이블 값을 참조하여 모터의 현재 위치를 계산할 수 있다. 이러한 계산은 위치 및 속도 추정 모듈에 입력되어 자동 수행된다.As described above, the current position of the motor can be calculated by referring to the torque equation of the motor and the torque-RPM table value. These calculations are entered into the position and velocity estimation module and performed automatically.
본 발명의 다른 실시예로서, 도 7에 도시된 순서도와 같이, 임계구간에 진입하면 모터의 구동은 계속하된, ADC 센싱으로서는 전류의 측정이 불가하므로 전류를 추정하고 이 추정치를 토대로 모터 제어를 지속하다가 임계구간 탈출시 다시 ADC를 이용한 전류 센싱 및 제어를 할 수 있다. As another embodiment of the present invention, as shown in the flowchart shown in FIG. 7 , when the critical section is entered, the driving of the motor is continued. Since it is impossible to measure the current by ADC sensing, the current is estimated and the motor control is performed based on this estimate. When it continues and exits the critical section, current sensing and control using ADC can be performed again.
도 7을 참조하면, 모터가 임계 구간 진입 시 측정 불가능한 상의 전류에 대하여 ADC 센싱을 중단하며(S710), 측정 불가능한 상의 전류에 대하여는 미리 설정된 전류 추정 기법에 의해 전류를 추정하고(S720), 상기에서 추정된 전류 추정치를 이용하여 모터의 위치와 속도를 계산하여 기존 SVPWM 제어를 지속하며(S740), SVPWM 지속 후에 임계 영역 탈출 시 다시 ADC를 이용한 전류 센싱을 재개한다(S750).Referring to FIG. 7 , when the motor enters the critical section, ADC sensing is stopped for the unmeasurable phase current (S710), and for the unmeasurable phase current, the current is estimated by a preset current estimation technique (S720), and in the above Existing SVPWM control is continued by calculating the position and speed of the motor using the estimated current estimate (S740), and after SVPWM continues, current sensing using the ADC is resumed when exiting the critical region (S750).
본 실시예에서는 모터의 구동속도가 연속성상에 있다면, BEMF(Back EMF: Back ElectroMotive Force)는 일정하거나 감/가속에 따라 파라미터 값을 곱해줘서 보정할 수 있다.In the present embodiment, if the driving speed of the motor is in continuity, BEMF (Back EMF: Back ElectroMotive Force) may be constant or may be corrected by multiplying a parameter value according to deceleration/acceleration.
모터의 임계 구간 진입 직전의 전류를 iprev라고 하면, 임계 구간진입 후 에서의 전류는 iest로 한다.If the current just before entering the critical section of the motor is iprev, the current after entering the critical section is iest.
한편, 하기는 임계 구간 진입 시 측정 불가능한 상의 전류에 대하여 ADC trigger/conversion 중단하는 양상에서 전류 추정 기법이 기술된다. 모터의 임계 구간 진입 직전의 전류를 iprev라고 하면, 임계 구간진입 후의 전류를 iest로 한다. iest의 계산에 의해 임계 구간에서 측정 불가능한 전류가 추정된다.On the other hand, the following describes a current estimation technique in the aspect of stopping the ADC trigger/conversion with respect to the unmeasurable phase current when entering the critical section. If the current just before entering the critical section of the motor is iprev, the current after entering the critical section is iest. The unmeasurable current in the critical section is estimated by the calculation of iest.
도 8은 임계구간 진입 이전의 측정 전류값과 임계구간에서의 추정전류값에 대하여 도시하였다.8 shows the measured current value before entering the critical section and the estimated current value in the critical section.
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법에서 모터의 구동속도가 연속성상에 있다고 가정하며, BEMF는 일정하거나 감/가속에 따라 파라미터 값을 다음과 같이 곱해줘서 보정할 수 있다. In the critical section control method of the single decentralized sensorless PMSM according to the embodiment of the present invention, it is assumed that the driving speed of the motor is in a continuity, and the BEMF is constant or corrected by multiplying the parameter value according to the deceleration/acceleration as follows. can do.
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Kbemf는 가속도에 대해 BEMF 변동량에 대한 파라미터이다.Kbemf is a parameter for the amount of BEMF variation with respect to acceleration.
임계 구간 진입 직전의 전류를 ib,prev 라고 하면 임계 구간진입 후의 전류가 추정된다.If the current just before entering the critical section is ib,prev, the current after entering the critical section is estimated.
본 실시예에서도 6개 섹터의 크리티컬 섹션으로 정의되는 식 및 ADC 타이밍은 후술한 바와 유사하다.Also in this embodiment, equations and ADC timings defined as critical sections of six sectors are similar to those described later.
임계 구간에서는 추정되는 전류를 기반으로 기존의 BEMF observer를 통해 위치를 추정하며, 전류추정치를 이용하여 위치/속도 계산하여 기존의 center aligned SVPWM 제어를 지속하며, 임계구간 탈출 시 다시 ADC를 이용한 전류 센싱 시작함으로써 기존의 제어 방식으로 회귀된다.In the critical section, the position is estimated through the existing BEMF observer based on the estimated current, the existing center aligned SVPWM control is continued by calculating the position/velocity using the current estimate, and current sensing is again using the ADC when exiting the critical section. By starting, it reverts to the old control method.
이처럼 본 실시예에서는 모터가 임계 구간으로 진입하여 측정 불가능한 전류가 잡히는 경우에는, ADC를 통해서 전류 센싱을 정지하고, 이전 전류 값에서 전류를 추정하는 방식으로 모터 제어를 지속하며, 모터가 임계 구간을 탈출한 경우에는 기존처럼 ADC를 통해서 전류를 검출하여 모터를 제어하기 위한 신호를 정상적으로 생성함으로써 임계 구간에서의 과도 전류 소비에 따른 손실을 방지할 수 있다.As such, in this embodiment, when the motor enters the critical section and an unmeasurable current is caught, the current sensing is stopped through the ADC, the motor control is continued by estimating the current from the previous current value, and the motor enters the critical section. In case of escape, loss due to excessive current consumption in the critical section can be prevented by detecting the current through the ADC and generating a signal to control the motor normally.
한편, 본 실시예에 적용되는 제어기는 도 6과 실질적으로 같은 전류감지처리부(Current Sensing Processing)가 전술한 전류 추정을 수행하는 것이 상이하다.On the other hand, the controller applied to the present embodiment is different in that the current sensing processing unit (Current Sensing Processing) substantially the same as in FIG. 6 performs the above-described current estimation.
본 발명의 각 실시예에 따른 PMSM의 임계구간 제어방법은, 임계 영역(Critical section)에서 새로운 변조 기법을 도입하지 않고 임계 영역에서 전류 공급을 중지하여 구동을 중단함으로써 임계 구간 제어 시 손실을 줄여 모터의 효율을 높일 수 있고, 복잡한 알고리즘을 대체하여 연산의 복잡성이 감소된 장점이 있다.The critical section control method of PMSM according to each embodiment of the present invention reduces the loss during critical section control by stopping the driving by stopping the current supply in the critical section without introducing a new modulation technique in the critical section. It has the advantage of increasing the efficiency of , and reducing the complexity of computation by replacing complex algorithms.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations are possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments expressed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to illustrate, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas that are equivalent to or within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: PI 제어기 110: Inverse Park 변환기
120: DC 버스 리플 보상기 130: SVM 변조기
135: 게이트 드라이버 유닛 140: 파워 브릿지 드라이버
150: 모터 160: ADC
170: 위치 및 속도 추정모듈 180: 토크-rpm 테이블100: PI controller 110: Inverse Park transducer
120: DC bus ripple compensator 130: SVM modulator
135: gate driver unit 140: power bridge driver
150: Motor 160: ADC
170: position and speed estimation module 180: torque-rpm table
Claims (8)
(a) 상기 제어기에 토크-RPM 테이블을 미리 입력하고, PMSM의 SVPWM 제어의 유효 전압 벡터의 각도에 따른 변화에서 모터의 임계 영역을 미리 설정하는 단계;
(b) 상기 모터가 임계 영역에 진입하면 임계모드로 진입하는 단계; 및
(c) 상기 모터가 상기 임계 영역에서 탈출하면 모터에 대한 SVPWM 제어를 재개하는 단계를 포함하고,
상기 (c) 단계는,
상기 임계 모드에서 상기 미리 입력된 토크-RPM 테이블과 모터의 제어 방정식을 기초로 모터의 각속도 및 각가속도를 추정하고, 추정 결과에 따라 상기 모터의 회전 위치를 추정하여, 상기 모터가 임계 영역에 있으면, 상기 모터의 각속도 및 각가속도 추정과 그 결과에 따른 상기 회전 위치를 추정을 반복 수행하여 상기 모터가 임계 영역을 탈출하였는지 확인하는 것
인 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법.A space vector modulation (SVPWM) control method is used for AC motors, but by converting the coordinate system expressed in U, V, and W phases into a dq-axis orthogonal coordinate system, instantaneous control is performed by expressing the physical quantity of the motor through two variables. As a critical section control method for a motor controller,
(a) pre-inputting a torque-RPM table into the controller, and presetting a critical region of the motor in the change according to the angle of the effective voltage vector of the SVPWM control of the PMSM;
(b) entering the critical mode when the motor enters the critical region; and
(c) resuming SVPWM control of the motor when the motor exits the critical region;
The step (c) is,
In the critical mode, the angular velocity and angular acceleration of the motor are estimated based on the torque-RPM table and the control equation of the motor, and the rotational position of the motor is estimated according to the estimation result. If the motor is in the critical region, Confirming whether the motor has escaped the critical region by repeatedly performing estimation of the angular velocity and angular acceleration of the motor and the estimation of the rotational position according to the result
A critical section control method of in-single decentralized sensorless PMSM.
(b-1) 상기 모터가 상기 미리 설정된 임계 영역에 진입하면, 상기 모터에 대한 SVPWM 신호 인가를 중지하는 단계; 및
(b-2) 상기 모터의 제어를 임계 모드로 전환하는 단계
를 포함하는 것인 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어 방법. According to claim 1, wherein the step (b),
(b-1) stopping application of the SVPWM signal to the motor when the motor enters the preset threshold region; and
(b-2) converting the control of the motor to a critical mode
A critical section control method of a single decentralized sensorless PMSM comprising a.
상기 SVPWM 제어가 재개되면, 상기 제어기에서 기존 위치에 대한 모터의 위치 오차를 보정하는 단계를 더 포함하는 싱글 분권 센서리스 PMSM의 임계구간 제어방법.According to claim 1,
When the SVPWM control is resumed, the method of controlling a critical section of a single decentralized sensorless PMSM further comprising the step of correcting a position error of the motor with respect to the existing position in the controller.
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