KR102281866B1 - 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템 및 이를 이용한 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템 - Google Patents

영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템 및 이를 이용한 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템 Download PDF

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KR102281866B1 KR1020200039754A KR20200039754A KR102281866B1 KR 102281866 B1 KR102281866 B1 KR 102281866B1 KR 1020200039754 A KR1020200039754 A KR 1020200039754A KR 20200039754 A KR20200039754 A KR 20200039754A KR 102281866 B1 KR102281866 B1 KR 102281866B1
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박정우
김종무
김지원
우병철
이지영
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한국전기연구원
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Abstract

영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템 및 이를 이용한 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템이 개시된다. 부하토크 추정 시스템은, 회전속도 추정부, 속도 추정 오차 산출부, 슬라이드 모드 관측기 파라미터 산출부, 및 추정치 산출부를 포함한다. 회전속도 추정부는 영구자석 동기전동기의 q-축 전류를 이용하여 영구자석 동기전동기의 회전속도 추정치를 산출하고, 속도 추정 오차 산출부는 회전속도 추정치와 영구자석 동기전동기의 측정된 회전속도를 이용하여 속도 추정 오차를 산출하고, 슬라이드 모드 관측기 파라미터 산출부는 속도 추정 오차를 이용하여 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 산출하며, 추정치 산출부는 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 적분하여 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정치를 산출한다.

Description

영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템 및 이를 이용한 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템 {SYSTEM FOR ESTIMATING THE LOAD TORQUE OF A PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR AND SYSTEM FOR CONTROLLING SPEED OF THE PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR USING THE SAME}
본 발명은 전동기 제어 관련 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 영구자석 동기전동기의 속도 제어 관련 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 동기전동기의 속도제어는 동기전동기의 속도 기준치와 속도 측정치를 입력으로 받아 속도 오차를 계산하고, PI 제어기 혹은 IP 제어기 출력을 전류 기준치로 선정하는 방법을 사용한다. 그런데, 이 방법은 간단하다는 장점이 있지만 속도 수렴시간이 느리고, 파라미터 변동에 강인하지 않다는 단점이 있다.
도 1 및 도 2는 각각 종래 동기전동기 속도 제어 방법에서, 플랜트에서의 실제 관성계수와 제어기에서 알고 있는 관성계수 사이에 오차가 큰 경우의 속도 추종 특성(속도기준치=2000rpm), 및 인가한 부하토크 기준치(T* Load) 및 발생토크(Te) 특성을 도시한 도면이다.
KR 101348338 B1
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 속도수렴 시간이 빠르고, 파라미터 변동에 강인한 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템, 및 이를 위한 부하토크 추정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 부하토크 추정 시스템은, 회전속도 추정부, 속도 추정 오차 산출부, 슬라이드 모드 관측기 파라미터 산출부, 및 추정치 산출부를 포함한다.
회전속도 추정부는 영구자석 동기전동기의 q-축 전류를 이용하여 영구자석 동기전동기의 회전속도 추정치를 산출하고, 속도 추정 오차 산출부는 회전속도 추정치와 영구자석 동기전동기의 측정된 회전속도를 이용하여 속도 추정 오차를 산출하고, 슬라이드 모드 관측기 파라미터 산출부는 속도 추정 오차를 이용하여 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 산출하며, 추정치 산출부는 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 적분하여 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정치를 산출한다.
이때, 슬라이드 모드 관측기 파라미터 산출부는 슬라이드 모드 제어기에서 사용되는 슬라이딩 평면 신호와 시그모이드 함수를 이용하여 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 산출할 수 있다.
또한, 슬라이드 모드 관측기 파라미터 산출부는,
Figure 112020034056497-pat00001
의 수학식을 이용하여 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 산출하며,
u_smo는 슬라이드 모드 관측기 파라미터, B0는 점성억제계수, λ는 양의 이득상수, J0는 관성계수,
Figure 112020034056497-pat00002
는 음의 이득상수, sgn( )는 시그모이드 함수, e1은 속도 추정 오차의 파라미터일 수 있다.
또한, 회전속도 추정부는 q-축 전류를 이용하여 산출된 영구자석 동기전동기의 전기적인 토크, 부하토크 추정치, 및 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 이용하여 회전속도 추정치를 산출할 수 있다.
이때, 회전속도 추정부는
Figure 112020034056497-pat00003
의 수학식에 의해 회전속도 추정치를 산출하며,
Figure 112020034056497-pat00004
는 회전속도 추정치,
Figure 112020034056497-pat00005
는 전기적인 토크,
Figure 112020034056497-pat00006
는 부하토크 추정치일 수 있다.
또한, 추정치 산출부는 슬라이드 모드 관측기 파라미터에 미리 설정된 이득상수를 더 곱할 수 있다.
이때, 추정치 산출부는
Figure 112020034056497-pat00007
의 수학식을 이용하여 부하토크 추정치를 산출하며, m은 양의 상수인 이득 상수일 수 있다.
또한, 시그모이드 함수의 이득상수는
Figure 112020034056497-pat00008
의 수학식에 의해 산출되며,
e2는 부하토크 추정치와 실제 부하토크 사이의 오차의 파라미터일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템은 영구자석 동기 전동기의 회전속도 기준치와 회전속도 측정치를 이용하여 영구자석 동기전동기의 임시 토크기준치를 산출하는 임시 토크 기준치 산출부, 영구자석 동기 전동기의 q-축 전류 기준치와 회전속도 측정치를 이용하여 영구 자석 동기전동기의 부하토크 추정치를 산출하는 부하토크 추정치 산출부, 및 임시 토크기준치와 부하토크 추정치를 이용하여 영구자석 동기전동기의 최종 토크 기준치를 산출하는 최종 토크 기준치 산출부를 포함한다.
이때, 부하토크 추정치 산출부는, 영구자석 동기 전동기의 q-축 전류 기준치를 이용하여 영구자석 동기전동기의 회전속도 추정치를 산출하는 회전속도 추정부, 회전속도 추정치와 영구자석 동기전동기의 측정된 회전속도를 이용하여 속도 추정 오차를 산출하는 속도 추정 오차 산출부, 속도 추정 오차를 이용하여 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 산출하는 슬라이드 모드 관측기 파라미터 산출부, 및 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 적분하여 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정치를 산출하는 추정치 산출부를 포함한다.
이때, 최종 토크 기준치를 이용하여 q-축 전류 기준치를 산출하는 q-축 전류 기준치 산출부를 더 포함하며,
q-축 전류 기준치는
Figure 112020034056497-pat00009
의 수학식에 의해 산출되고,
Figure 112020034056497-pat00010
는 q-축 전류 기준치,
Figure 112020034056497-pat00011
는 최종 토크 기준치, pole는 영구자석 동기전동기의 극수,
Figure 112020034056497-pat00012
는 쇄교자속일 수 있다.
본 발명에 의하면, 영구자석 동기전동기의 부하토크를 추정하여 영구자석 동기전동기 속도제어 시스템 출력을 보정하도록 보완함으로써, 속도 제어 시스템의 속응성을 크게 개선시킬 수 있게 된다.
또한, 속도 수렴시간이 빠르면서도, 파라미터 변동에 보다 강인한 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템을 제공할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 각각 종래 동기전동기 속도 제어 방법에서의 속도 추종 특성(속도기준치=2000rpm), 및 인가한 부하토크 기준치(T* Load) 및 발생토크(Te) 특성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기전동기 부하토크 추정 시스템의 개략적인 도면.
도 4는 도 3의 영구자석 동기전동기 부하토크 추정 시스템의 입출력 관계만을 간략하게 표현한 도면.
도 5는 도 4의 영구자석 동기전동기 부하토크 추정 시스템을 포함하는 속도 제어 시스템의 개략적인 도면.
도 6은 전동기 등가정수의 표.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따른 속도 제어 시스템의 속도 추종 특성 (속도기준치=2000rpm)을 설명하기 위한 도면.
도 9는 인가한 부하토크 기준치(T* Load) 및 발생토크(Te) 특성(관측기를 갖는 경우)을 도시한 도면.
도 10은 J_plant=10*J_controller인 경우의 부하토크 관측기 출력값을 도시한 도면.
도 11 및 도 12는 전류 제어기 특성을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
전동기의 기계방정식은 다음과 같다.
Figure 112020034056497-pat00013
(1)
파라미터 변동을 고려하여, 관성계수(J)와 점성억제계수(B)를 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00014
(2)
Figure 112020034056497-pat00015
수학식(2)를 수학식(1)에 대입하여, 정리하면 다음과 같다.
Figure 112020034056497-pat00016
(3)
Figure 112020034056497-pat00017
(4)
수학식(4)는 파라미터 변동성분과 부하토크(T_L)를 포함하는 외란 성분을 표현하고 있으며, 외란 성분을 시스템 상태변수로 취급하여 미분을 취하여 표현하면 다음과 같다.
Figure 112020034056497-pat00018
Figure 112020034056497-pat00019
Figure 112020034056497-pat00020
(5)
수학식(3)과 수학식(5)를 이용하여, 확장형 상태방정식을 얻을 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00021
(6)
확장형 상태방정식에 포함된 파라미터를 추정치 파라미터로 표현하고, 슬라이드 모드 관측기를 적용하여 외란 관측기를 설계하여, 확장형 슬라이드 모드 관측기를 다음과 같이 설계하였다.
Figure 112020034056497-pat00022
(7)
파라미터 추정치로 표현된 수학식(7)이 지속적으로 여기(excitation)될 수 있도록, 슬라이드 모드 관측기 파라미터 (u_smo)를 추가로 갖도록 하여, 확장된 외란 관측기를 설계하면 다음과 같다.
Figure 112020034056497-pat00023
(8)
확장된 외란 관측기식(8)으로부터 확장된 상태방정식(6)을 뺄셈하여, 오차방정식(error function)을 얻을 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00024
(9)
Figure 112020034056497-pat00025
(10)
Figure 112020034056497-pat00026
(11)
수학식(7)에서 슬라이드 모드 관측기 파라미터(u_smo)는 슬라이드 모드 제어기(slide mode controller)에서 사용되는 슬라이딩 평면(sliding surface, S) 신호와 신호가 양수인지 혹은 음수인지를 추출하는 시그모이드( sigmoid function) 함수 (sgn(S))를 이용하여 결정한다.
Figure 112020034056497-pat00027
(12)
Figure 112020034056497-pat00028
(13)
Figure 112020034056497-pat00029
(14)
수학식(14)와 수학식(9)는 동일하므로, 수학식(15)를 얻을 수 있고, 이로부터 수학식(16)을 얻을 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00030
(15)
Figure 112020034056497-pat00031
(16)
Figure 112020034056497-pat00032
Figure 112020034056497-pat00033
Figure 112020034056497-pat00034
(17)
슬라이드 모드 관측기(u_smo)식(16)을 구현하기 위해서는 시그모이드 함수(sgn(s))의 계수인 에타(
Figure 112020034056497-pat00035
)와 슬라이딩 평면 파라미터 S의 계수인 람다(λ)를 결정해야 한다. 이를 위해 리아프노프(Lyapunov) 함수를 도입하여 결정하는 방법을 제시한다.
리아프노프 함수를 식(18)과 같이 선택하고, 이에 대한 미분이 언제나 음수가 되도록 파라미터를 선택하면, 제어 플랜트를 안정적으로 제어할 수 있기 때문에, 이러한 관계성을 가지도록 하는 수단을 통해 식(16)에서 사용되는 튜닝 파라미터를 선택하는 관계성을 도출할 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00036
(18)
Figure 112020034056497-pat00037
Figure 112020034056497-pat00038
수학식(9)와 수학식(16)을 이용하여, 오차 신호 (e_1, e_2)에 대한 미분방정식을 얻을 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00039
(19)
Figure 112020034056497-pat00040
(20)
수학식(18)을 미분하여 수학식(21)을 얻은 다음, 수학식(19)과 (20)의 관계성을 대입하면, 수학식(22)를 얻을 수 있고, 안정적으로 제어가 되기 위해 언제나 음수가 되도록 만드는 설계 방법을 적용할 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00041
(21)
Figure 112020034056497-pat00042
(22)
수학식(22)에서 언제나 음수를 보장하는 e_1 제곱 항을 제외한, 나머지 항이 “0”이 되도록 만들면 언제나 음수가 되도록 설계할 수 있다. 이에 대한 관계성으로부터 수학식(23)을 얻을 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00043
(23)
오차 신호 e_1과 e_2는 “0”이 될 수 없는 파라미터이므로, 수학식(23)을 이용하여, 슬라이드 관측기 계수 에타(
Figure 112020034056497-pat00044
)와 외란 관측값의 미분에 해당되는 감마(γ) 파라미터를 결정하는 방법을 도출할 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00045
(24)
Figure 112020034056497-pat00046
(25)
수학식(24)가 언제나 음수가 되도록 만들기 위해, 슬라이드 관측기 계수 에타(
Figure 112020034056497-pat00047
)는 절대값 함수(I I)을 적용하여, 수학식(26)과 같이 결정하면 된다.
Figure 112020034056497-pat00048
(26)
만약, 슬라이딩 모드 관측기 계수인 람다(λ)를 수학식(27)과 같이 결정하는 경우는 슬라이드 관측기 계수 에타(
Figure 112020034056497-pat00049
)를 수학식(28)로 결정할 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00050
(27)
Figure 112020034056497-pat00051
(28)
관성계수에 대한 정확도에 영향을 받지 않도록, 수학식(28)은 수학식(29)로 보완하여 사용할 수 있다.
Figure 112020034056497-pat00052
(29)
참고로, 파라미터 변동 성분과 부하토크 성분을 함께 포함하는 외란값의 미분치를 표현하는 수학식(25)는 확장형 상태방정식에 포함된 파라미터이고, 수학식(8)은 확장형 슬라이드 모드 관측기에 포함된 파라미터이므로, 거의 유사한 값이지만, 슬라이드 모드 관측기에서는 수학식(8)을 사용하는 것이 타당하다.
수학식(8)을 적분하면 파라미터 변동 성분과 부하토크 성분을 포함하는 외란값을 얻을 수 있으며, 정상상태가 되면 부하토크값과 크기는 같고 부호가 반대인 값으로 수렴하게 된다.
한편, 유도전동기와 동기전동기 모두에 부하 토크 관측기를 적용하여 속도제어 특성과 위치제어 특성을 개선시킬 수 있는데, 그 중에서 표면부착형 영구자석 동기 전동기(SPMSM)를 예를 들면, SPMSM 전동기에 대한 전기적인 토크 방정식은 다음과 같은 관계성을 갖는다.
Figure 112020034056497-pat00053
(30)
따라서 외란 관측기 즉 부하토크 관측기와 전기적인 토크방정식을 함께 고려하여, 슬라이드 모드 관측기를 블록도로 나타내면 도 3과 도 4로 나타낼 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템의 개략적인 도면이고, 도 4는 도 3의 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템의 입출력 관계만을 간략하게 표현한 도면이다.
도 3에서, 기계적인 속도 추정치와 측정한 기계 속도를 이용하여 속도 오차를 계산한 다음, 슬라이드 모드 관측기 파라미터(u_smo)를 결정하고, 슬라이드 모드 관측기 파라미터 (u_smo)를 적분하여 부하토크 추정치를 얻는다.
또한, 부하토크 관측기를 적용하여 전류 기준치를 보정하도록 함으로써, 속도제어기 특성을 개선하는 시스템을 도 5에 제시하였다. 도 5는 도 3의 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템을 포함하는 속도 제어 시스템의 개략적인 도면이다.
도 5에는 부하토크 추정 시스템을 영구자석 동기전동기 속도 제어 시스템에 적용하는 방법을 제시하였다. 속도 제어기의 출력을 예비 토크 기준치로 설정하고, 예비 토크 기준치를 부하토크 추정치로 보상하여 최종적인 부하토크 기준치로 설정하는 방안을 그림으로 표현한 것이다.
최종 부하토크 기준치는 영구자석 동기전동기의 토크 관계식을 이용하여, q-축 전류 기준치로 변환한 다음, q-축 전류제어기의 입력 신호가 되도록 하였다. 그리고 동시에 q-축 전류 기준치는 전동기의 기계적 속도 신호와 함께 다음 단계에서 추정할 부하토크 추정기의 입력으로 사용된다는 것을 제시하였다.
본 발명에서 제시한 방법의 우수성을 검증하기 위하여, 도 6의 전동기 등가정수를 이용하였다. 도 6은 전동기 등가정수의 표이다. 속도 기준치를 +2000rpm, 0rpm, -2000rpm 으로 가변 설정하고, 부하 토크도 1.5Nm, 0.75Nm, -1.5Nm 으로 가변 설정한 시뮬레이션을 통해, 부하토크 관측기를 갖는 속도제어기는 과도특성과 정상상태 특성 모두에서 양호한 특성을 얻은 반면, 부하토크 관측기를 갖지 않는 속도제어기에서는 과도 특성이 좋지 않아 수렴시간이 긴 단점이 발생함을 알 수 있다.
따라서 부하토크 관측기를 적용하여, 속도제어기를 구현하면 보다 더 개선 된 속도제어 특성을 얻을 수 있다는 것을 검증할 수 있다. 도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따른 속도 제어 시스템의 속도 추종 특성 (속도기준치=2000rpm)을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 관측기 없는 속도제어기, 도 8은 관측기를 갖는 속도제어기의 특성이 각각 도시하고 있다.
도 9는 관측기를 갖는 속도제어 모드에서, J_plant=10* J_controller인 경우, 인가한 부하토크 기준치(T* Load) 및 발생토크(Te) 특성 (관측기를 갖는 경우)을 도시한 도면이고, 도 10은 관측기를 갖는 속도제어 모드에서, J_plant=10* J_controller인 경우, 인가한 부하토크 기준치에 음의 부호를 씌운 값(-T* Load) 및 부하토크 관측기 출력값 (
Figure 112020034056497-pat00054
)을 도시한 도면이다.
도 11 은 관측기 없는 속도제어기 모드에서, 전류 제어기 특성이며, 도 12는 관측기를 갖는 속도제어기 모드에서, 전류 제어기 특성을 설명하기 위한 도면이다.
정리하면, 본 발명에서는 슬라이드 모드 제어(slide mode control) 방법과 리아프노프(Lyapunov) 안정도 이론을 함께 사용하여 부하토크를 추정하는 시스템을 제시한다.
속도 추정 오차(e_1) 파라미터와 외란 추정 오차(e_2) 파라미터를 사용하여 설계하며, 쉽고 빠르게 구현할 수 있어 실시간 제어기 구현에 적합하다. 특히, 파라미터가 변동되는 조건에서도 강인하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 효과는 다음과 같다.
1) 부하 토크 관측기를 사용하면, 토크센서가 없어도 전동기 축에 인가되는 부하토크를 정상상태 오차가 “0”이 되도록 추정할 수 있다.
2) 부하토크 관측기를 갖는 속도제어기를 사용하면, 속도 제어기의 수렴 특성을 빠르게 개선할 수 있으며, 과도 특성 또한 크게 개선할 수 있는 장점이 있다.
3) 협동로봇과 같이 사람과 로봇이 협업을 해야 하는 상황에서는 부하토크 관측기를 구비함으로써, 충돌이나 사고 징후를 판단할 때, 부하토크 추정값을 이용할 수 있다.
4) 협동로봇과 같이 위치제어기를 갖는 경우에는, 속도제어기 특성이 정확하고 속응성이 빠르게 개선되기 때문에, 위치제어기 특성도 빠르게 개선되며, 정확하게 제어되는 장점이 있다.
5) 제어기에서 알고 있는 관성 계수와 실제 플랜트의 관성 계수가 10배 정도 오차가 발생하더라도 강인하게 부하토크를 추정할 수 있기 때문에, 부하 변동에 따른 관성계수가 공칭값에서 다소 변동되거나, 관성 계수를 정확하게 알 수 없거나, 제작 오차에 의해 공칭값과 다르게 제작되더라도, 강인하게 부하토크를 추정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야할 것이다.

Claims (10)

  1. 영구자석 동기전동기의 q-축 전류를 이용하여 영구자석 동기전동기의 회전속도 추정치를 산출하는 회전속도 추정부;
    상기 회전속도 추정치와 상기 영구자석 동기전동기의 측정된 회전속도를 이용하여 속도 추정 오차를 산출하는 속도 추정 오차 산출부;
    상기 속도 추정 오차를 이용하여 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 산출하는 슬라이드 모드 관측기 파라미터 산출부; 및
    상기 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 적분하여 상기 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정치를 산출하는 추정치 산출부를 포함하는 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템으로서,
    상기 슬라이드 모드 관측기 파라미터 산출부는 슬라이드 모드 제어기에서의 슬라이딩 평면 신호와 시그모이드 함수를 이용하여 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 산출하고,
    Figure 112021040839775-pat00055
    의 수학식을 이용하여 상기 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 산출하며,
    u_smo는 상기 슬라이드 모드 관측기 파라미터, B0는 점성억제계수, λ는 양의 이득상수, J0는 관성계수,
    Figure 112021040839775-pat00056
    는 음의 이득상수, sgn( )는 시그모이드 함수, e1은 상기 속도 추정 오차 파라미터인 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전속도 추정부는 상기 q-축 전류를 이용하여 산출된 상기 영구자석 동기전동기의 전기적인 토크, 상기 부하토크 추정치, 및 상기 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 이용하여 상기 회전속도 추정치를 산출하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 회전속도 추정부는
    Figure 112020034056497-pat00057
    의 수학식에 의해 상기 회전속도 추정치를 산출하며,
    Figure 112020034056497-pat00058
    는 상기 회전속도 추정치,
    Figure 112020034056497-pat00059
    는 상기 전기적인 토크,
    Figure 112020034056497-pat00060
    는 상기 부하토크 추정치인 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 추정치 산출부는 상기 슬라이드 모드 관측기 파라미터에 미리 설정된 이득상수를 더 곱하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템.
  7. 청구항 6항에 있어서,
    상기 추정치 산출부는
    Figure 112020034056497-pat00061
    의 수학식을 이용하여 상기 부하토크 추정치를 산출하며,
    m은 상기 양의 상수인 이득 상수인 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 시그모이드 함수의 이득상수는
    Figure 112020034056497-pat00062
    의 수학식에 의해 산출되며,
    e2는 상기 부하토크 추정치와 실제 부하토크 사이의 오차 파라미터인 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템.
  9. 영구자석 동기 전동기의 회전속도 기준치와 회전속도 측정치를 이용하여 상기 영구자석 동기전동기의 임시 토크기준치를 산출하는 임시 토크 기준치 산출부;
    상기 영구자석 동기 전동기의 q-축 전류 기준치와 상기 회전속도 측정치를 이용하여 영구 자석 동기전동기의 부하토크 추정치를 산출하는 부하토크 추정치 산출부; 및
    상기 임시 토크기준치와 상기 부하토크 추정치를 이용하여 상기 영구자석 동기전동기의 최종 토크 기준치를 산출하는 최종 토크 기준치 산출부를 포함하며,
    상기 부하토크 추정치 산출부는,
    상기 영구자석 동기 전동기의 q-축 전류 기준치를 이용하여 영구자석 동기전동기의 회전속도 추정치를 산출하는 회전속도 추정부;
    상기 회전속도 추정치와 상기 영구자석 동기전동기의 측정된 회전속도를 이용하여 속도 추정 오차를 산출하는 속도 추정 오차 산출부;
    상기 속도 추정 오차를 이용하여 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 산출하는 슬라이드 모드 관측기 파라미터 산출부; 및
    상기 슬라이드 모드 관측기 파라미터를 적분하여 상기 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정치를 산출하는 추정치 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 최종 토크 기준치를 이용하여 상기 q-축 전류 기준치를 산출하는 q-축 전류 기준치 산출부를 더 포함하며,
    상기 q-축 전류 기준치는
    Figure 112020034056497-pat00063
    의 수학식에 의해 산출되고,
    Figure 112020034056497-pat00064
    는 상기 q-축 전류 기준치,
    Figure 112020034056497-pat00065
    는 상기 최종 토크 기준치, pole는 상기 영구자석 동기전동기의 극수,
    Figure 112020034056497-pat00066
    는 쇄교자속인 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템.
KR1020200039754A 2020-04-01 2020-04-01 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템 및 이를 이용한 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템 KR102281866B1 (ko)

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