KR102288428B1 - Control Apparatus for Sensorless Motor of Inverter Type and Method Thereof - Google Patents
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Abstract
센서리스 BLDC 모터를 사용하는 공조시스템(HAVC(Heating, Ventilating and Air Conditioning)) 인버터에서 일정한 토크를 제어하기 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 인버터형 센서리스 모터의 제어 방법은, 토크전류 산출부를 이용하여 토크 지령값의 토크 상수비로 토크전류를 추출하는 단계; 제4 가산부를 이용하여 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류를 비교하는 단계; 상기 비교결과, 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 같으면, 토크 제어부는 모터의 현재속도를 유지시키는 단계; 상기 비교결과, 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 다르면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 그 편차를 판단하는 단계; 상기 판단결과, 토크전류보다 토크축 전류가 작으면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 모터의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치를 변경하는 단계; 및 상기 판단결과, 토크전류보다 토크축 전류가 크면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 모터의 현재 회전속도가 상승되도록 각속도 지령치를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.To a control apparatus and method for controlling a constant torque in an air conditioning system (Heating, Ventilating and Air Conditioning (HAVC)) inverter using a sensorless BLDC motor. The control method of the inverter type sensorless motor of the present invention comprises the steps of extracting a torque current as a torque constant ratio of a torque command value using a torque current calculator; comparing the torque current calculated using the fourth adder with the torque axis current of the inverter; As a result of the comparison, when the calculated torque current and the torque shaft current of the inverter are the same, the torque controller maintains the current speed of the motor; as a result of the comparison, if the calculated torque current and the torque shaft current of the inverter are different, determining the deviation by using an angular speed command value setting unit; changing the angular speed command value so that the current rotation speed of the motor is reduced by using the angular speed command value setting unit when the torque shaft current is smaller than the torque current as a result of the determination; and when the torque axis current is greater than the torque current as a result of the determination, changing the angular speed command value so that the current rotation speed of the motor is increased by using the angular speed command value setting unit.
Description
본 발명은 센서리스 BLDC 모터를 사용하는 공조시스템(HAVC(Heating, Ventilating and Air Conditioning)) 인버터에서 일정한 토크를 제어하기 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control apparatus and method for controlling a constant torque in an air conditioning system (Heating, Ventilating and Air Conditioning (HAVC)) inverter using a sensorless BLDC motor.
일반적으로, BLDC 모터는 효율이 높은 모터로서, 최근에 공조시스템(HAVC)에 모터로서 이용되고 있다. In general, a BLDC motor is a high-efficiency motor, and has recently been used as a motor in an air conditioning system (HAVC).
BLDC 모터를 구동하기 위하여 인버터형 BLDC 모터의 제어 장치는 초기에 고정자의 코일에 전류를 가하여 전기장 또는 자기장을 형성시킨다. 그러면, 이와 반대되는 자기장을 가지고 일정한 무게를 가지고 정지하고 있는 회전자는 자기적 반발력이 발생되어 회전되게 된다. 이러한 자기적 반발력을 이용하기 위해서는 회전자의 위치를 감지할 필요가 있다.In order to drive the BLDC motor, the control device of the inverter type BLDC motor initially applies a current to the coil of the stator to form an electric field or a magnetic field. Then, the rotor, which has a magnetic field opposite to this and is at rest with a constant weight, is rotated by generating a magnetic repulsive force. In order to use this magnetic repulsion, it is necessary to sense the position of the rotor.
따라서, BLDC 모터는 유도 모터와 달리 기동하는데 회전자의 위치 신호가 있어야 한다. BLDC 모터는 이러한 회전자의 위치 신호를 검출하기 위한 위치 검출 소자를 포함하고 있다. 위치 검출 소자는 홀 소자 또는 엔코더, 레졸버 등을 사용한다.Therefore, unlike induction motors, BLDC motors require a position signal from the rotor to start. The BLDC motor includes a position detection element for detecting the position signal of the rotor. The position detection element uses a Hall element, an encoder, a resolver, or the like.
다만, 위치 검출 소자가 없는 센서리스 BLDC 모터는 회전자가 기동을 위한 초기 위치를 추정하기 위한 방안을 마련하여야 한다.However, for a sensorless BLDC motor without a position detecting element, a method for estimating the initial position for starting the rotor must be prepared.
종래 기술에 있어서, 이러한 센서리스 BLDC 모터를 제어하기 위해서 센서리스 BLDC 모터의 제어 장치는 회전자의 위치를 추정하기 위한 장치가 들어가게 되고, 속도 제어기로 전류 제어기를 조절하며 회전자의 위치 오차를 줄여가며 제어한다.In the prior art, in order to control such a sensorless BLDC motor, the sensorless BLDC motor control device includes a device for estimating the position of the rotor, and reduces the position error of the rotor by controlling the current controller with a speed controller. go and control
이러한 기동 제어 방식은 회전자의 위치 오차를 줄이기 위하여 BLDC 모터를 좌우로 약간 흔들어(회전시켜) 데드 포인트(회전자의 위치가 (N S)로 정상이라면 (S N)이 될 가능성)를 없앤 후 임의의 위치에 있는 회전자를 초기 위치로 일치되도록 하여 회전자를 기동하는 제어 방식이다.This starting control method removes the dead point (possibility of (SN) if the rotor position is (NS) normally) by shaking (rotating) the BLDC motor slightly left and right in order to reduce the position error of the rotor. It is a control method to start the rotor by matching the rotor in the initial position to the initial position.
이를 위해, 센서리스 BLDC 모터의 제어 장치는 회전자를 초기 위치로 일치시키기 위하여 스위칭 신호를 BLDC 모터에 전달한다. 이때, 스위칭 신호가 BLDC 모터로 전달되는 시간인 수백 m[sec] 정도가 소요되게 되어, BLDC 모터는 그 만큼 지연시간이 일어나게 된다. 이처럼 BLDC 모터는 시간 손실이 생기고 시간이 길어짐에 따라 전력의 손실이 커지는 문제점이 있다. 이러한 종래기술이 등록실용신안공보 실1995-028837호(1995.10.20)에 개시되어 있다.To this end, the control device of the sensorless BLDC motor transmits a switching signal to the BLDC motor to match the rotor to the initial position. At this time, it takes several hundred m [sec], which is a time for the switching signal to be transmitted to the BLDC motor, and the BLDC motor has a delay time corresponding to that amount. As such, the BLDC motor has a problem in that the loss of time occurs and the loss of power increases as the time increases. This prior art is disclosed in Utility Model Registered Utility Model Publication No. 1995-028837 (October 20, 1995).
따라서, 센서리스 BLDC 모터의 제어 장치는 이러한 회전자의 위치 오차를 줄이기 위해 회전자의 정확한 위치를 추정하고 센서리스 BLDC 모터를 제어하는 인버터에 일정토크를 제어하기 위한 장치가 요구되고 있다.Accordingly, in order to reduce the position error of the sensorless BLDC motor, a device for estimating the correct position of the rotor and controlling a constant torque of the inverter controlling the sensorless BLDC motor is required.
본 발명의 목적은 센서리스 모터를 사용하는 공조시스템(HAVC(Heating, Ventilating and Air Conditioning)) 인버터에서 회전자의 위치오차를 줄일 수 있어 부하변동이 있어도 일정한 토크를 제어할 수 있는 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to reduce a position error of a rotor in an air conditioning system (HAVC (Heating, Ventilating and Air Conditioning)) inverter using a sensorless motor, and thus a control apparatus and method capable of controlling a constant torque even if there is a load change is to provide
본 발명의 목적은 회전자의 위치오차를 줄임으로써 회전자의 빠른 기동을 제어 할 수 있어 기동에 따른 전력 소모를 절감할 수 있고, 제어가 간단하고 편리한 제어를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to reduce the position error of the rotor to control the quick start of the rotor, thereby reducing power consumption due to the start, and to provide a simple and convenient control.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. Moreover, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치는 기존 센서리스 제어에서 사용되는 위치 추정기, 속도 제어기, 전류 제어기를 사용하면서 추가로 토크 제어기를 사용하여 일정한 토크를 제어할 수 있다.The control device of an inverter type sensorless motor according to the present invention can control a constant torque by using a torque controller while using a position estimator, a speed controller, and a current controller used in the existing sensorless control.
또한 본 발명에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 방법은 토크전류를 추출하는 단계, 상기 토크전류와 인버터의 토크축(q축) 전류를 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과를 이용하여 속도 지령값을 제어하는 단계를 통해 일정한 토크를 제어할 수 있다.In addition, the control method of the inverter type sensorless motor according to the present invention includes the steps of extracting a torque current, comparing the torque current with the torque axis (q-axis) current of the inverter, and using the comparison result to determine a speed command value A constant torque can be controlled through the controlling step.
이때, 속도 지령값의 제어는 토크전류와 인버터의 토크축(q축) 전류가 같으면 BLDC 모터의 현재속도를 유지하고, 토크전류보다 인버터의 토크축 전류가 크면 속도 지령값을 감소시키고, 토크전류보다 인버터의 토크축 전류가 작으면 속도 지령값을 상승시킬 수 있다.At this time, the control of the speed command value maintains the current speed of the BLDC motor if the torque current and the torque axis (q-axis) current of the inverter are the same, and decreases the speed command value if the torque axis current of the inverter is greater than the torque current, If the torque shaft current of the inverter is smaller, the speed command value can be increased.
또한, 토크전류와 인버터의 토크축 전류의 비교 차에 따라 최고값에서 점점 수렴하는 방식으로 각속도 지령값을 제어할 수 있다.Also, it is possible to control the angular velocity command value in a manner that gradually converges from the maximum value according to the comparison difference between the torque current and the torque shaft current of the inverter.
또한, 본 발명의 인버터형 센서리스 모터의 제어 방법은, 토크전류 산출부를 이용하여 토크 지령값의 토크 상수비로 토크전류를 추출하는 단계; 제4 가산부를 이용하여 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류를 비교하는 단계; 상기 비교결과, 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 같으면, 토크 제어부는 모터의 현재속도를 유지시키는 단계; 상기 비교결과, 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 다르면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 그 편차를 판단하는 단계; 상기 판단결과, 토크전류보다 토크축 전류가 작으면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 모터의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치를 변경하는 단계; 및 상기 판단결과, 토크전류보다 토크축 전류가 크면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 모터의 현재 회전속도가 상승되도록 각속도 지령치를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the control method of the inverter-type sensorless motor of the present invention comprises the steps of extracting a torque current as a torque constant ratio of a torque command value using a torque current calculator; comparing the torque current calculated using the fourth adder with the torque axis current of the inverter; As a result of the comparison, if the calculated torque current and the torque shaft current of the inverter are the same, the torque controller maintaining the current speed of the motor; as a result of the comparison, if the calculated torque current and the torque shaft current of the inverter are different, determining the deviation by using an angular speed command value setting unit; as a result of the determination, if the torque shaft current is smaller than the torque current, changing the angular speed command value so that the current rotation speed of the motor is reduced by using the angular speed command value setting unit; and when the torque shaft current is greater than the torque current as a result of the determination, changing the angular speed command value so that the current rotation speed of the motor is increased by using the angular speed command value setting unit.
본 발명에 따는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치 및 방법은 센서리스 제어에서도 회전자의 위치오차를 줄일 수 있어, 부하변동이 있어도 일정한 토크를 제어할 수 있다.The control apparatus and method of an inverter type sensorless motor according to the present invention can reduce the position error of the rotor even in sensorless control, and can control a constant torque even if there is a load change.
또한, 본 발명에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치 및 방법은 회전자의 위치오차를 줄임으로써 회전자의 빠른 기동을 제어할 수 있으며, 이를 통해, 기동에 따른 전력 소모를 절감할 수 있고, 간단하고 편리한 토크 제어를 제공할 수 있다.In addition, the control apparatus and method of the inverter type sensorless motor according to the present invention can control the fast start of the rotor by reducing the position error of the rotor, and through this, it is possible to reduce the power consumption due to the start, It can provide simple and convenient torque control.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다. In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에서 나타내는 토크 제어부의 구성을 상세히 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1에서 나타내는 전류 제어부의 구성을 상세히 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a control device of an inverter type sensorless motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating in detail the configuration of the torque control unit shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a block diagram showing in detail the configuration of the current control unit shown in FIG. 1 .
4 is a flowchart for explaining a method of controlling an inverter type sensorless BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.
이하에서 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. Hereinafter, when it is described that a component is "connected", "coupled" or "connected" to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components are "interposed" between each component. It is to be understood that “or, each component may be “connected,” “coupled,” or “connected” through another component.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치 및 방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, an apparatus and method for controlling an inverter type sensorless motor according to some embodiments of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 이때, 도 1에 도시된 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.1 is a block diagram showing the configuration of a control device of an inverter type sensorless motor according to an embodiment of the present invention. At this time, the control device of the inverter-type sensorless motor shown in FIG. 1 is according to an embodiment, and the components are not limited to the embodiment shown in FIG. 1, and some components are added or changed as necessary. Or it can be deleted.
도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 발명의 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치는 토크 제어부(100), 속도 제어부(200), 전류 제어부(300), 인버터(400), 모터(500) 및 위치 추정부(600)를 포함할 수 있다. 이때, 인버터는 공조시스템(HAVC(Heating, Ventilating and Air Conditioning)) 인버터일 수 있으며, 모터는 센서리스 BLDC 모터일 수 있다.As shown in FIG. 1 , the control device of the inverter type sensorless motor of the present invention includes a
토크 제어부(100)는 토크 지령값이 입력되면 토크 상수비를 이용하여 토크전류를 추출한다. 그리고 토크 제어부(100)는 추출된 토크전류를 인버터(400)의 토크축(q축) 전류와 비교하여 각속도 지령치()를 생성한다. When a torque command value is input, the
도 2는 도 1에서 나타내는 토크 제어부의 구성을 상세히 도시한 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating in detail the configuration of the torque control unit shown in FIG. 1 .
도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 토크 제어부(100)는 토크전류 산출부(110), 각속도 지령치 설정부(120) 및 제4 가산부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 2 , the
토크전류 산출부(110)는 토크 지령값()이 입력되면 토크 상수비를 이용하여 토크전류(Iq)를 추출한다. 다음 수학식 1은 토크전류(Iq)를 산출하기 위한 수학식을 나타낸다.The torque
이때, Tm은 현재 토크 지령값을 나타내고, Kt는 토크 상수를 나타낸다.In this case, T m represents the current torque command value, and Kt represents the torque constant.
제4 가산부(130)는 토크전류 산출부(110)에서 산출된 토크전류(Iq)와 인버터(400)의 토크축(q축) 전류의 편차를 산출한다.The
각속도 지령치 설정부(120)는 제4 가산부(130)에서 산출된 편차에 대응하여 각속도 지령치()를 변경한다. 즉, 제4 가산부(130)에서 산출된 편차가 없이 전류값이 같으면 모터(500)의 현재 회전속도를 유지한다. 그리고 제4 가산부(130)에서 산출된 편차가 음의 값, 즉, 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 크면 모터(500)의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치()를 변경한다. 또한, 제4 가산부(130)에서 산출된 편차가 양의 값, 즉, 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 작으면 모터(500)의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치()를 변경한다. The angular velocity command
이때, 각속도 지령치 설정부(120)는 토크전류와 인버터의 토크축 전류의 비교 차에 따라 최고값에서 점점 수렴하는 방식으로 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류가 같아질 때까지 각속도 지령값을 제어할 수 있다.At this time, the angular speed command
다음으로, 제1 가산부(10)는 각속도 지령치()와 위치 추정치(600)에서 추정된 모터(500)의 각속도 추정치()를 이용하여 서로 간의 편차를 도출한다. 그리고 제1 가산부(10)는 편차가 발생시에는 모터(500)의 각속도 추정치()를 각속도 지령치()로 일치시킨다.Next, the
속도 제어부(200)는 제1 가산부(10)로부터 입력되는 각속도 추정치()를 이용하여 지령토크와 같아지도록 속도 지령값을 갱신한다. 이처럼, 속도 제어부(200)는 토크 제어부(100)에서 생성한 각속도 지령치()와 위치 추정치(600)에서 추정된 모터(500)의 각속도 추정치()의 편차가 보정된 각속도 추정치()를 이용하여 계산된 토크 지령값과 피드백 전류가 같아지도록 속도 지령값을 갱신한다.The
그리고 속도 제어부(200)는 갱신되는 속도 지령값을 기반으로 전류 지령을 형성하고, d축 및 q축의 전류 지령치인 ids 및 iqs를 출력한다.In addition, the
이때, 모터(500)에 흐르는 d축의 전류 id는 여자 전류로 불리고, 자속을 만드는 성분이며 토크 발생에는 기여하지 않는다. 한편, q축의 전류 iq는 토크전류로 불려 모터(500)의 토크 발생에 기여하는 성분이다. 따라서, 속도 제어부(200)는 모터(500)를 고효율로 운전하기 위해서, 통상, 전류 지령치 ids로는 0(ids=0)이 출력된다. 그리고 전류 지령치 idq로는 토크 제어부(100)에서 출력되는 각속도 지령치()에 따른 q축의 전류 지령치 iqs가 그대로 출력된다.At this time, the d-axis current id flowing through the
이어서, 전류 제어부(300)는 속도 제어부(200)에서 출력되는 d축 및 q축의 전류 지령치 ids 및 iqs(지령치 전류)와 모터(500)에 흐르는 d축의 전류 id 및 q축의 전류 iq(검출 전류)의 편차를 도출하여 모터(500)의 구동상태를 확인한다. 이를 위해, 제2 가산부(20)는 모터(500)에 흐르는 q축의 전류 iq와 q축의 전류 지령치 iqs를 이용하여 서로 간의 편차를 도출한다. 또한 제3 가산부(30)는 모터(500)에 흐르는 d축의 전류 id와 d축의 전류 지령치 ids를 이용하여 서로 간의 편차를 도출한다.Next, the
그리고 전류 제어부(300)는 그 확인결과에 의해 모터(500)의 회전자 기동을 위한 3상의 펄스폭 변조신호를 형성하여 펄스폭 변조된 전압을 인가한다.Then, the
도 3은 도 1에서 나타내는 전류 제어부의 구성을 상세히 도시한 블록도이다.FIG. 3 is a block diagram showing in detail the configuration of the current control unit shown in FIG. 1 .
도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 전류 제어부(300)는 제1, 2 비례 적분기(310)(320), 좌표 변환부(330), PWM 형성부(340), 3상/2상 변환부(350), 벡터 회전부(360)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3 , the
제1, 2 비례 적분기(310)(320)는 속도 제어부(200)에서 출력되는 d축 및 q축의 전류 지령치 ids 및 iqs를 입력으로 d축 및 q축의 출력 전압 지령치 Vd 및 Vq를 출력한다. 이때, 제1, 2 비례 적분기(310)(320)는 제2 가산부(20) 및 제3 가산부(30)에서 도출된 전류 지령치 ids 및 iqs(지령치 전류)와 모터(500)에 흐르는 전류 id 및 q축의 전류 iq(검출 전류) 간의 편차가 보정될 수 있도록 출력 전압 지령치 Vd 및 Vq를 형성할 수 있다.The first and second
좌표 변환부(330)는 제1, 2 비례 적분기(310)(320)에서 출력되는 출력 전압 지령치 Vd 및 Vq를 입력으로 고정 2축 좌표계의 값으로 변환한다. 이때, 좌표 변환부(330)는 고정 2축 좌표계의 값으로 변환할 때 위치 추정부(600)에서 출력되는 회전 위치 추정치()가 이용될 수 있다.The coordinate
PWM 형성부(340)는 좌표 변환부(330)에서 변환된 고정 2축 좌표계의 값을 기반으로 3상의 펄스폭 변조 신호를 형성한다. 이때, 형성된 펄스폭 변조 신호는, 인버터(400)에 인가되는 모터(500)의 전자기에 펄스폭 변조된 전압이 인가된다. The
3상/2상 변환부(350)는 인버터(400)와 모터(500) 간의 배선에 장착된 전류 검출기(40)(50)에 의해 검출된 3상 전류 Ia, Ib, Ic를 등가인 2상 전류(iα)(iβ)로 변환한다. The three-phase/two-
벡터 회전부(360)는 3상/2상 변환부(350)에서 변환된 2상 전류(iα)(iβ) 및 위치 추정부(600)에서 출력되는 회전 위치 추정치()를 이용하여 d축, q축 성분의 전류 id, iq를 생성한다. 이때, d축, q축은 회전자의 영구자석이 만드는 자속 방향을 d축으로, 이것과 직교하는 방향을 q축으로 하는 회전 좌표축이다. 그리고 이때 생성되는 전류 id, iq는 제2 가산부(20) 및 제3 가산부(30)에서 도출된 전류 지령치 ids 및 iqs(지령치 전류)와 모터(500)에 흐르는 전류 id 및 q축의 전류 iq(검출 전류) 간의 편차를 도출할 때 이용된다.The
이와 같이, 전류 제어부(300)에 의해 모터(500)에 대해서 급전이 행해지지만, 모터(500)에 흐르는 전류 id, iq의 값은, 속도 제어부(200)로부터 출력된 전류 지령치 ids, iqs에 각각 의존한다. 따라서, 본 발명은 속도 제어부(200)에서 출력되는 전류 지령치 ids, iqs를 각속도 추정치()의 편차가 보정된 각속도 추정치()를 이용하여 계산하도록 구성된다. 이는 토크 지령값과 피드백 전류가 같아지도록 속도 지령값을 갱신하도록 하여 회전자의 위치오차 없이 부하변동이 있어도 일정한 토크를 제어할 수 있도록 한다.In this way, although power is supplied to the
인버터(400)는 전류 제어부(300)에서 인가되는 펄스폭 변조된 전압을 기반으로 각속도 지령치()에 일치되도록 모터(500)의 구동속도를 제어한다. 이때, 모터(500)는 인버터(400)의 3상 전류 3상 전류(Ia,Ib,Ic)의 출력(U,V,M)에 의해 구동된다.The
위치 추정부(600)는 모터(500)에 인가되는 전압과 전류를 이용하여 회전자의 위치를 계산하여 회전자의 위치를 검출한다. 이를 위해, 위치 추정부(600)는 전류 제어부(300)로부터 모터(500)에 흐르는 전류 id, iq, 및 d축의 출력전압 지령치 Vd, 고정 2축 좌표계의 값이 입력된다. 또한, 위치 추정부(600)는 모터(500)의 전기자 코일의 유도계수 Ld, Lq, 저항 R을 미리 저장하고 있다.The
따라서 위치 추정부(600)는 이러한 입력 정보와 저장 정보를 이용하여, 영구자석이 만드는 자속에 의해서 전기자 코일 내에 발생하는 야기 전압의 d축 방향 추정치(인버터가 인식하고 있는 d축 방향의 성분) Ed를 계산한다 이렇게 계산된 값이 회전자의 각속도 추정치()로서 제1 가산부(10)로 출력된다.Therefore, the
그리고 회전자의 각속도 추정치()를 적분함으로써, 회전자의 회전 위치 추정치()를 산출하여 전류 제어부(300)로 출력한다.and an estimate of the angular velocity of the rotor ( By integrating ), we estimate the rotational position of the rotor ( ) is calculated and output to the
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 센서리스 BLDC 모터의 제어 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 내지 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다. The operation of the control device of the inverter type sensorless BLDC motor according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals as in FIGS. 1 to 3 refer to the same members performing the same functions.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart for explaining a method of controlling an inverter type sensorless BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하여 설명하면, 토크 제어부(100)에 토크 지령값이 입력되면(S10), 토크 제어부(100)는 토크전류 산출부(110)를 이용하여 토크 상수비로 토크전류를 산출한다(S20). 토크전류 산출부(110)는 상기 수학식 1을 이용하여 현재 토크 지령값(Tm)을 토크 상수(Kt)로 나누어 토크전류(iq)를 산출할 수 있다. Referring to FIG. 4 , when a torque command value is input to the torque control unit 100 ( S10 ), the
이어서, 토크 제어부(100)는 제4 가산부(130)를 이용하여 산출된 토크전류와 측정되는 인버터(400)의 토크축(q축) 전류를 비교한다(S30). 즉, 제4 가산부(130)는 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축(q축) 전류를 가산하여 그 편차를 산출한다.Next, the
상기 비교결과(S30), 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류가 같으면, 토크 제어부(100)는 모터(500)의 현재속도를 유지시킨다(S40). 즉, 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류가 같으면, 토크 제어부(100)는 위치 추정부(600)에서 추정된 모터(500)의 각속도 추정치()를 변경없이 그대로 속도 제어부(200)로 입력시킨다. 이는 인버터(400)에서 회전자의 위치오차가 없는 것으로 판단할 수 있다.As a result of the comparison (S30), if the calculated torque current and the torque axis current of the
한편, 상기 비교결과(S30), 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류가 다르면, 토크 제어부(100)의 각속도 지령치 설정부(120)는 그 차가 양의 값인지 음의 값인지를 판단한다(S50). 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 작으면 양의 값으로 판단하고, 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 크면 음의 값으로 판단한다.On the other hand, if the comparison result (S30), the calculated torque current and the torque shaft current of the
상기 판단결과(S50), 그 차가 양의 값, 즉, 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 작으면, 토크 제어부(100)의 각속도 지령치 설정부(120)는 모터(500)의 현재 회전속도가 감소되도록 속도 제어부(200)로 입력되는 각속도 지령치()를 변경한다(S60). If the determination result (S50), the difference is a positive value, that is, the torque axis (q-axis) current is smaller than the torque current (Iq), the angular speed command
또한, 상기 판단결과(S50), 그 차가 음의 값, 즉, 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 크면, 토크 제어부(100)의 각속도 지령치 설정부(120)는 모터(500)의 현재 회전속도가 상승되도록 속도 제어부(200)로 입력되는 각속도 지령치()를 변경한다(S70). In addition, if the determination result (S50), the difference is a negative value, that is, the torque axis (q-axis) current is greater than the torque current (Iq), the angular velocity command
이때, 토크 제어부(100)의 각속도 지령치 설정부(120)는 토크전류와 인버터의 토크축 전류의 비교 차에 따라 최고값에서 점점 수렴하는 방식으로 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류가 같아질 때까지 각속도 지령값을 변경할 수 있다.At this time, the angular velocity command
이에 따라, 속도 제어부(200)는 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류의 편차에 따라 각속도 추정치()를 변경하여 지령토크와 같아지도록 속도 지령값을 갱신할 수 있게 된다. 이는 회전자의 위치오차를 줄일 수 있어 부하변동이 있어도 일정한 토크를 제어할 수 있게 된다.Accordingly, the
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification. It is obvious that variations can be made. In addition, although the effects according to the configuration of the present invention are not explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the configuration should also be recognized.
100: 토크 제어부 110: 토크전류 산출부
120: 각속도 지령치 설정부 10, 20, 30, 130: 제4 가산부
200: 속도 제어부 300: 전류 제어부
310, 320: 비례 적분기 330: 좌표 변환부
340: PWM 형성부 350: 3상/2상 변환부
360: 벡터 회전부 400: 인버터
500: 모터 600: 위치 추정부100: torque control unit 110: torque current calculation unit
120: angular velocity
200: speed control unit 300: current control unit
310, 320: proportional integrator 330: coordinate conversion unit
340: PWM forming unit 350: 3 phase / 2 phase conversion unit
360: vector rotating part 400: inverter
500: motor 600: position estimation unit
Claims (10)
상기 생성된 각속도 지령치와 모터에 대한 추정된 각속도 추정치 간의 편차가 발생될 경우, 상기 각속도 추정치를 상기 각속도 지령치로 일치시키는 제1 가산부;
상기 제1 가산부로부터 전달되는 상기 각속도 추정치를 이용하여 상기 토크 지령값과 피드백 전류가 같아지도록 속도 지령값을 갱신하여 전류 지령을 형성하고, d축 및 q축의 전류 지령치(지령치 전류)를 출력하는 속도 제어부;
상기 속도 제어부에서 출력되는 상기 전류 지령치와 상기 모터에 흐르는 d축의 전류 id 및 q축의 전류 iq(검출 전류)의 편차를 도출하여 확인된 결과를 기반으로 상기 모터의 회전자 기동을 위한 3상의 펄스폭 변조신호를 생성하는 전류 제어부;
상기 전류 제어부에서 생성된 상기 3상의 펄스폭 변조신호를 기반으로 상기 각속도 지령치에 일치되도록 상기 모터의 구동속도를 제어하는 인버터;
상기 인버터에서 모터로 인가되는 전압 및 전류를 이용하여 회전자의 위치를 계산하여 상기 회전자의 각속도 추정치를 산출하고, 상기 산출된 각속도 추정치를 적분하여 상기 회전자의 회전 위치 추정치를 산출하는 위치 추정부를 포함하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
a torque control unit that compares the torque current extracted using the torque command value with the torque axis current of the inverter to generate an angular speed command value;
a first adder for matching the angular velocity estimate with the angular velocity command value when a deviation occurs between the generated angular velocity command value and the estimated angular velocity estimate for the motor;
Using the angular velocity estimate transmitted from the first adder, the speed command value is updated so that the torque command value and the feedback current are equal to form a current command, and the d-axis and q-axis current command values (setpoint current) are output. speed control;
3-phase pulse width for starting the rotor of the motor based on the result confirmed by deriving the difference between the current command value output from the speed controller and the d-axis current id and the q-axis current iq (detection current) flowing through the motor a current controller for generating a modulated signal;
an inverter controlling the driving speed of the motor to match the angular velocity command value based on the three-phase pulse width modulation signal generated by the current controller;
Position estimation for calculating the position of the rotor using the voltage and current applied from the inverter to the motor to calculate the estimated angular velocity of the rotor, and integrating the calculated angular velocity estimate to calculate the estimated rotational position of the rotor A control device for an inverter type sensorless motor comprising a part.
상기 토크 제어부는
상기 토크 지령값을 토크 상수로 나눈 토크 상수비를 이용하여 토크전류를 산출하는 토크전류 산출부;
상기 토크전류 산출부에서 산출된 토크전류와 상기 인버터의 토크축(q축) 전류의 편차를 산출하는 제4 가산부; 및
상기 제4 가산부에서 산출된 편차에 대응하여 각속도 지령치를 변경하는 각속도 지령치 설정부를 포함하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
According to claim 1,
The torque controller
a torque current calculator configured to calculate a torque current using a torque constant ratio obtained by dividing the torque command value by a torque constant;
a fourth adder for calculating a deviation between the torque current calculated by the torque current calculator and the torque axis (q-axis) current of the inverter; and
and an angular velocity command value setting unit configured to change the angular velocity command value in response to the deviation calculated by the fourth addition unit.
상기 각속도 지령치 설정부는
상기 제4 가산부에서 산출된 편차가 없으면 상기 모터의 현재 회전속도를 유지하도록 각속도 지령치를 설정하고,
상기 제4 가산부에서 산출된 편차가 상기 토크전류보다 상기 토크축 전류가 크면 상기 모터의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치를 변경하고,
상기 제4 가산부에서 산출된 편차가 상기 토크전류보다 상기 토크축 전류가 작으면 상기 모터의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치를 변경하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
3. The method of claim 2,
The angular velocity command value setting unit
If there is no deviation calculated by the fourth addition unit, an angular speed command value is set to maintain the current rotation speed of the motor,
If the deviation calculated by the fourth addition unit is greater than the torque current, the angular speed command value is changed so that the current rotation speed of the motor is reduced,
When the deviation calculated by the fourth adder is smaller than the torque current, the control device of the inverter type sensorless motor changes the angular speed command value so that the current rotation speed of the motor is reduced.
상기 각속도 지령치 설정부는 상기 토크전류와 상기 인버터의 토크축 전류의 비교 차에 따라 최고값에서 점점 수렴하는 방식으로 상기 산출된 토크전류와 상기 인버터의 토크축 전류가 같아질 때까지 각속도 지령값을 제어하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
4. The method of claim 3,
The angular speed command value setting unit controls the angular speed command value until the calculated torque current and the torque shaft current of the inverter become the same in a manner that gradually converges from a maximum value according to a comparison difference between the torque current and the torque shaft current of the inverter. Inverter-type sensorless motor control device.
상기 전류 제어부는
상기 속도 제어부에서 출력되는 지령치 전류를 입력으로 d축 및 q축의 출력 전압 지령치를 각각 출력하는 제1, 2 비례 적분기;
상기 제1, 2 비례 적분기에서 출력되는 출력 전압 지령치를 입력으로 고정 2축 좌표계의 값으로 변환하는 좌표 변환부;
상기 좌표 변환부에서 변환된 고정 2축 좌표계의 값을 기반으로 3상의 펄스폭 변조 신호를 형성하는 PWM 형성부;
상기 인버터와 상기 모터 간의 배선에 장착된 전류 검출기에서 검출된 3상 전류를 등가인 2상 전류로 변환하는 3상/2상 변환부; 및
상기 2상 전류 및 상기 위치 추정부에서 출력되는 회전 위치 추정치()를 이용하여 d축, q축 성분의 전류를 생성하는 벡터 회전부를 포함하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
According to claim 1,
The current controller
first and second proportional integrators for outputting d-axis and q-axis output voltage command values, respectively, as input to the command value current output from the speed controller;
a coordinate conversion unit for converting the output voltage command value output from the first and second proportional integrators into a value of a fixed two-axis coordinate system as an input;
a PWM forming unit for forming a three-phase pulse width modulation signal based on the value of the fixed two-axis coordinate system converted by the coordinate converting unit;
a three-phase/two-phase conversion unit for converting a three-phase current detected by a current detector mounted on a wiring between the inverter and the motor into an equivalent two-phase current; and
The two-phase current and the rotational position estimate output from the position estimator ( ) using a control device of an inverter type sensorless motor including a vector rotating unit that generates current of d-axis and q-axis components.
상기 제1, 2 비례 적분기는
상기 지령치 전류와 모터에 흐르는 검출 전류 간의 편차가 보정될 수 있도록 출력 전압 지령치를 형성하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
6. The method of claim 5,
The first and second proportional integrators are
A control device for an inverter type sensorless motor that forms an output voltage setpoint so that a deviation between the setpoint current and the detected current flowing through the motor can be corrected.
상기 위치 추정부는 상기 전류 제어부로부터 상기 모터에 흐르는 전류, d축의 출력전압 지령치, 고정 2축 좌표계의 값을 입력받고, 상기 모터의 전기자 코일의 유도계수, 저항값을 미리 저장하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
According to claim 1,
The position estimator receives the current flowing through the motor, the d-axis output voltage command value, and the value of the fixed two-axis coordinate system from the current controller, and stores the induction coefficient and resistance value of the armature coil of the motor in advance. 's control unit.
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