KR102310342B1 - 모터 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

모터 제어 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는 복수 개의 스위칭 소자를 이용하여 제1 모터 및 제2 모터를 구동하는 인버터 회로 및 인버터 회로를 제어하는 제어 회로를 포함하고, 제어 회로는 제1 모터에 인가되는 전류를 이용하여 제1 모터의 각속도를 추정하는 각속도 추정 회로, 제1 모터 및 제2 모터에 인가되는 전류를 이용하여 제1 모터 및 제2 모터 간의 위상차를 추정하는 위상차 추정 회로, 추정된 위상차로부터 제1 모터 및 제2 모터 간의 각속도차를 연산하고, 추정된 위상차 및 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정하는 보상 전류 설정 회로 및 제1 모터의 목표 각속도, 제1 모터의 각속도 및 보상 전류를 이용하여 인버터 회로의 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 전압 조절 회로를 포함한다.

Description

모터 제어 장치 및 그 제어 방법{MOTOR CONTROL APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 모터 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
모터 제어 장치는 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이다.
이때 모터 제어 장치는 하나의 모터 제어 장치에 의해 복수 개의 모터가 제어되도록 설계될 수 있다. 이러한 모터 제어 장치는 등록특허 KR 10-1623652에 개시되어 있다.
하나의 모터 제어 장치를 통해 두 개의 모터를 제어하는 방법으로는 평균 전류 제어방법, 마스터-슬레이브 제어방법 등이 있다.
이 중 종래 기술에 따른 마스터-슬레이브 제어방법은 두 개의 모터 중 어느 하나의 모터를 마스터 모터로 사용하여 제어하는 방법이다. 이때 모터 제어 장치는 마스터 모터와 슬레이브 모터의 위상을 동기화 시켜서, 두 개의 모터가 연속적으로 운전 가능하도록 한다. 그러나 마스터 모터 또는 슬레이브 모터에 외력이 가해져서, 마스터 모터와 슬레이브 모터의 위상의 동기화가 해제될 수 있다.
종래 기술에 따른 모터 제어 장치는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 전류의 맥동을 보상하여서 두 개의 모터의 위상을 동기화시킨다. 그러나 이와 같은 방법은 마스터 모터와 슬레이브 모터 간의 위상차의 주기적인 특성을 고려하지 않으므로, 위상차가 45도 이하일 때는 효과가 잘 나타나지 않는 문제점이 있다.
또한 모터 제어 장치에 의해 추정된 위상차는 노이즈를 포함할 수 있다. 이때 노이즈는 위상차를 통해 연산되는 다른 값에도 영향을 미쳐서, 모터 제어 장치를 통해 전류의 맥동을 온전하게 보상하지 못하는 문제점을 발생시킨다.
본 발명의 목적은 두 개의 모터를 동기화시켜서 안정적으로 제어할 수 있는 모터 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 두 개의 모터 사이에 발생하는 공진을 감소시킬 수 있는 모터 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 두 개의 모터 사이에 발생하는 위상차를 추정한 값에 포함된 노이즈에 의한 영향을 감소시키는 모터 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
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.
본 발명에서는 제어 회로에 포함된 전압 조절 회로가 제1 모터의 목표 각속도, 제1 모터의 각속도 및 보상 전류를 이용하여 인버터 회로에 포함된 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절한다. 이와 같은 구성에 의하면 두 개의 모터를 동기화시켜서 안정적으로 제어할 수 있다.
또한 본 발명에서는 제어 회로에 포함된 보상 전류 설정 회로가 위상차 및 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정한다. 이와 같은 구성에 의하면 두 개의 모터 사이에 발생하는 공진이 감소될 수 있다.
또한 본 발명에서는 보상 전류 설정 회로가 추정된 위상차의 교류 성분과 직류 성분을 분리하고, 추정된 위상차의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산하고, 추정된 위상차의 직류 성분, 연산된 크기 및 주파수를 이용하여 복원 위상차 및 정현파 형태의 각속도차를 연산하여 보상 전류를 설정한다. 이와 같은 구성에 의하면 추정된 위상차에 포함된 노이즈에 의한 영향을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모터 제어 장치는 복수 개의 스위칭 소자를 이용하여 제1 모터 및 제2 모터를 구동하는 인버터 회로 및 상기 인버터 회로를 제어하는 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 제1 모터에 인가되는 전류를 이용하여 상기 제1 모터의 각속도를 추정하는 각속도 추정 회로, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 인가되는 전류를 이용하여 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 간의 위상차를 추정하는 위상차 추정 회로, 상기 추정된 위상차로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 간의 각속도차를 연산하고, 상기 추정된 위상차 및 상기 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정하는 보상 전류 설정 회로 및 상기 제1 모터의 목표 각속도, 상기 제1 모터의 각속도 및 상기 보상 전류를 이용하여 상기 인버터 회로의 상기 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 전압 조절 회로를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 위상차 추정 회로는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 인가되는 전류의 차이와 상기 제1 모터의 각속도를 이용하여 상기 위상차를 추정한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보상 전류 설정 회로는 상기 추정된 위상차의 교류 성분과 직류 성분을 분리하고, 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산하고, 상기 연산된 크기 및 주파수를 이용하여 복원 위상차 및 정현파 형태의 각속도차를 연산하고, 상기 복원 위상차 및 상기 정현파 형태의 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보상 전류 설정 회로는 상기 추정된 위상차의 교류 성분과 90도의 위상차를 가진 가상 위상차를 생성하고, 상기 추정된 위상차와 상기 가상 위상차를 축 변환하고, 상기 축 변환된 위상차를 이용하여 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 크기를 연산한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보상 전류 설정 회로는 상기 축 변환된 위상차를 PI(Proportional-Integral) 제어하여 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 주파수를 연산한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보상 전류 설정 회로는 상기 연산된 크기 및 주파수를 이용하여 정현파 형태의 위상차를 연산하고, 상기 정현파 형태의 위상차에 상기 추정된 위상차의 직류 성분을 합하여 복원 위상차를 연산한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보상 전류 설정 회로는 상기 보상 전류가 제한값보다 크면 상기 제한 값을 보상 전류로 설정한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 전압 조절 회로는 상기 제1 모터의 각속도와 상기 제1 모터의 목표 각속도를 이용하여 전류 지령을 설정하는 전류 지령 설정 회로, 상기 보상 전류를 이용하여 상기 전류 지령을 조절하는 전류 지령 조절 회로 및 상기 조절된 전류 지령을 이용하여 상기 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 스위칭 전압 조절 회로를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 전압 지령 설정 회로는 상기 제1 모터의 각속도와 상기 제1 모터의 목표 각속도의 차이값을 연산하고, 상기 연산된 차이값을 PI(Proportional-Integral) 제어하여 전류 지령을 설정한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모터 제어 방법은 상기 제1 모터에 인가되는 전류를 이용하여 상기 제1 모터의 각속도를 추정하는 단계, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 인가되는 전류를 이용하여 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 간의 위상차를 추정하는 단계, 상기 추정된 위상차로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 간의 각속도차를 연산하고, 상기 추정된 위상차 및 상기 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정하는 단계 및 상기 제1 모터의 목표 각속도, 상기 제1 모터의 각속도 및 상기 보상 전류를 이용하여 상기 인버터 회로의 상기 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 간의 위상차를 추정하는 단계는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 인가되는 전류의 차이와 상기 제1 모터의 각속도를 이용하여 상기 위상차를 추정하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보상 전류를 설정하는 단계는 상기 추정된 위상차의 교류 성분과 직류 성분을 분리하는 단계, 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산하는 단계, 상기 연산된 크기 및 주파수를 이용하여 복원 위상차 및 정현파 형태의 각속도차를 연산하는 단계 및 상기 복원 위상차 및 상기 정현파 형태의 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산하는 단계는 상기 추정된 위상차의 교류 성분과 90도의 위상차를 가진 가상 위상차를 생성하는 단계, 상기 추정된 위상차와 상기 가상 위상차를 축 변환하는 단계 및 상기 축 변환된 위상차를 이용하여 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 크기를 연산하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산하는 단계는 상기 축 변환된 위상차를 PI(Proportional-Integral) 제어하여 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 주파수를 연산하는 단계를 더 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복원 위상차 및 정현파 형태의 각속도차를 연산하는 단계는 상기 연산된 크기 및 주파수를 이용하여 정현파 형태의 위상차를 연산하는 단계 및 상기 정현파 형태의 위상차에 상기 추정된 위상차의 직류 성분을 합하여 복원 위상차를 연산하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보상 전류를 설정하는 단계는 상기 보상 전류가 제한값보다 크면 상기 제한 값을 보상 전류로 설정하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 인버터 회로의 상기 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 단계는 상기 제1 모터의 각속도와 상기 제1 모터의 목표 각속도를 이용하여 전류 지령을 설정하는 단계, 상기 보상 전류를 이용하여 상기 전류 지령을 조절하는 단계 및 상기 조절된 전류 지령을 이용하여 상기 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 전류 지령을 설정하는 단계는 상기 제1 모터의 각속도와 상기 제1 모터의 목표 각속도의 차이값을 연산하는 단계 및 상기 연산된 차이값을 PI(Proportional-Integral) 제어하여 전류 지령을 설정하는 단계를 포함 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치 및 그 제어 방법은 두 개의 모터를 동기화시켜서 안정적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치 및 그 제어 방법은 두 개의 모터 사이에 발생하는 공진을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치 및 그 제어 방법은 추정된 위상차에 포함된 노이즈에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 내부 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 내부 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 제어 회로의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 보상 전류 설정 회로의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에 이용될 수 있는 PLL 회로의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 전압 조절 회로의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 종래 기술에 따른 모터 제어 장치를 이용한 경우, 제1 모터와 제2 모터 사이의 위상차, 제1 모터와 제2 모터 사이의 각속도차, 보상 전류, 전류 지령 및 제1 모터와 제2 모터에 인가되는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치를 이용한 경우, 제1 모터와 제2 모터 사이의 위상차, 제1 모터와 제2 모터 사이의 각속도차, 보상 전류, 전류 지령 및 제1 모터와 제2 모터에 인가되는 전류를 나타낸 그래프이다.
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.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
또한 어떤 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.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 제어 장치 및 그 제어 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 내부 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 내부 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(10)는 인버터 회로(100) 및 제어 회로(200)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(10)는 컨버터 회로(300) 및 평활화 커패시터(400)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(10)는 센서리스 방식으로 모터를 구동하기 위한 것이다.
인버터 회로(100)는 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)를 포함한다. 인버터 회로(100)는 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)가 온 또는 오프 되는 동작을 통해 직류 전압을 소정 주파수의 3상 교류 전압으로 변환하여 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 공급하여 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)를 구동 시킬 수 있다.
인버터 회로(100)는 각각 서로 직렬로 연결되는 상측 스위칭 소자(S1, S3, S5)와 하측 스위칭 소자(S2, S4, S6)를 한 쌍으로 하여, 총 세 쌍의 상, 하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된 구조일 수 있다. 인버터 회로(100)에 포함된 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)는 전력 트랜지스터 일 수 있으며, 예를 들어 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor) 일 수 있다.
제어 회로(200)는 인버터 회로(100)를 제어한다. 보다 상세히, 제어 회로(200)는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)의 3상에 인가되는 전류를 검출하고, 검출된 전류를 이용하여 인버터 회로(100) 내의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절한다.
제어 회로(200)는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30) 중 어느 하나의 모터를 마스터 모터로 선택하고, 다른 하나의 모터를 슬레이브 모터로 선택하는 마스터-슬레이브 제어방법을 통해 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)를 제어할 수 있다.
마스터-슬레이브 제어방법은 제어 회로(200)가 제1 모터(20)에 걸리는 부하와 제2 모터(30)에 인가되는 부하를 비교한 후, 상대적으로 더 많은 부하가 인가되는 모터를 마스터 모터로 선택하고, 상대적으로 더 적은 부하가 인가되는 모터를 슬레이브 모터로 선택하여 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)를 제어하는 방법이다. 이때 제어 회로(200)는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)의 3상에 인가되는 전류를 검출하고, 검출된 전류를 피드백하여 인버터 회로(100) 내의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절한다.
이하에서는 제어 회로(200)가 마스터-슬레이브 제어방법을 이용하여 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)를 제어하고, 제1 모터(20)를 마스터 모터로 선택하고 제2 모터(30)를 슬레이브 모터로 선택한 상황을 가정하여 설명하도록 한다. 그러나 제어 회로(200)가 제2 모터(30)를 마스터 모터로 선택하고 제1 모터(20)를 슬레이브 모터로 선택한 상황에도 본 발명이 적용될 수 있다.
제어 회로(200)는 각속도 추정 회로(210), 위상차 추정 회로(220), 보상 전류 설정 회로(230) 및 전압 조절 회로(240)를 포함한다. 이와 같은 제어 회로(200) 및 제어 회로(200)에 포함된 하위 구성요소는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors)중 적어도 하나를 포함하는 물리적인 요소를 포함하여 구현될 수 있다. 제어 회로(200)에 포함된 구성요소들의 보다 상세한 동작은 도 3 내지 도 6을 이용하여 후술하도록 한다.
컨버터 회로(300)는 외부 전원(40)을 통해 인가되는 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력한다. 컨버터 회로(300)는 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 컨버터 회로(300)는 4개의 다이오드가 브리지 형태로 구성된 구조일 수 있다.
평활화 커패시터(400)는 컨버터 회로(300)를 통해 변환된 직류 전압을 평활화하고, 이를 저장한다. 도 2에는 평활화 커패시터(400)로 하나의 커패시터가 도시되어 있으나, 소자 안정성을 확보하기 위하여 평활화 커패시터(400)로 복수 개의 커패시터를 사용할 수도 있다.
제1 모터(20) 및 제2 모터(30)는 3상 모터로서, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 3상의 각 상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 교류 전압이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 제어 회로의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(10)의 제어 회로(200)는 각속도 추정 회로(210), 위상차 추정 회로(220), 보상 전류 설정 회로(230) 및 전압 조절 회로(240)를 포함한다.
제어 회로(200)는 내부에 포함된 검출 회로(미도시)를 통해 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 인가되는 전류를 검출할 수 있다. 이때 전류를 검출하기 위해, CT(Current Transformer), 션트 저항 등이 검출 회로에 사용될 수 있다.
제어 회로(200)는 검출 회로를 통해 통해 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)의 3상에 인가되는 전류를 모두 검출할 수 있다. 제어 회로(200)는 검출 회로를 통해 3상 중 2상에 인가되는 전류만을 검출한 후, 3상 평형을 이용하여 나머지 1상에 인가되는 전류를 산출할 수 있다.
제어 회로(200)는 내부에 포함된 변환 회로(미도시)를 통해 검출 회로를 통해 검출된 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)의 3상에 인가되는 전류를 변환하여 회전좌표계의 2상 전류로 변환할 수 있다. 즉, 변환 회로는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)의 3상에 인가되는 전류를 회전좌표계의 d축 전류인 자속 전류와 회전좌표계의 q축 전류인 토크 전류로 변환할 수 있다.
각속도 추정 회로(210)는 제1 모터(20)에 인가되는 전류를 이용하여 제1 모터(20)의 각속도를 추정할 수 있다. 각속도 추정 회로(210)는 제1 모터(20)의 각속도를 추정하기 위해, 변환 회로를 통해 변환된 제1 모터(20)의 회전좌표계의 2상 전류를 이용할 수 있다. 보다 상세히, 각속도 추정 회로(210)는 회전좌표계의 2상 전류를 통해 역기전력을 추정하고, 추정된 역기전력으로부터 각속도를 추정할 수 있다.
위상차 추정 회로(220)는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 인가되는 전류를 이용하여 제1 모터(20) 및 제2 모터(30) 간의 위상차를 추정한다.
보다 상세히, 위상차 추정 회로(220)는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 인가되는 전류의 차이와 제1 모터(20)의 각속도를 이용하여 위상차를 추정한다. 이때 위상차 추정 회로(220)는 각속도 추정 회로(210)로부터 추정된 제1 모터(20)의 각속도와 변환 회로를 통해 변환된 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)의 회전좌표계의 2상 전류를 입력받는다. 본 발명의 일 실시예에서 위상차 추정 회로(220)는 아래의 식 1을 이용하여 위상차를 추정할 수 있다.
Figure 112019107902216-pat00001
여기서
Figure 112019107902216-pat00002
는 추정된 제1 모터(20)와 제2 모터(30) 간의 위상차를 나타낸다.
Figure 112019107902216-pat00003
는 제1 모터(20)를 기준 축으로 할 때, 제1 모터(20)의 자속 전류를 의미한다.
Figure 112019107902216-pat00004
는 제1 모터(20)를 기준 축으로 할 때, 제2 모터(30)의 자속 전류를 의미한다.
Figure 112019107902216-pat00005
는 제1 모터(20)를 기준 축으로 할 때, 제1 모터(20)의 토크 전류를 의미한다.
Figure 112019107902216-pat00006
는 제1 모터(20)를 기준 축으로 할 때, 제2 모터(30)의 토크 전류를 의미한다.
Figure 112019107902216-pat00007
은 제1 모터(20)의 추정된 각속도를 나타낸다. Rs는 모터(20, 30) 내의 고정자의 저항을 나타낸다. Ls는 모터(20, 30)의 상 인덕턴스를 나타낸다.
Figure 112019107902216-pat00008
는 모터(20, 30)에 포함된 영구 자석으로부터 생기는 쇄교 자속을 나타낸다.
식 1을 통해 확인할 수 있듯이, 제1 모터(20)와 제2 모터(30) 간의 위상차(
Figure 112019107902216-pat00009
)는 제2 모터(30)의 자속 전류(
Figure 112019107902216-pat00010
)와 제1 모터(20)의 자속 전류(
Figure 112019107902216-pat00011
)의 차이(
Figure 112019107902216-pat00012
)와 제2 모터(30)의 토크 전류(
Figure 112019107902216-pat00013
)와 제1 모터(20)의 토크 전류(
Figure 112019107902216-pat00014
)의 차이(
Figure 112019107902216-pat00015
)를 통하여 추정될 수 있다. 즉, 위상차 추정 회로(220)는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 인가되는 전류의 차이와 제1 모터(20)의 각속도를 이용하여 제1 모터(20)와 제2 모터(30) 간의 위상차(
Figure 112019107902216-pat00016
)를 추정할 수 있다.
보상 전류 설정 회로(230)는 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00017
)로부터 제1 모터(20)와 제2 모터(30) 간의 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00018
)를 연산하고, 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00019
) 및 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00020
)를 이용하여 보상 전류를 설정한다.
보상 전류 설정 회로(230)의 동작은 도 4를 이용하여 보다 상세히 설명될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 보상 전류 설정 회로의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 보상 전류 설정 회로(230)는 필터 회로(231), 제1 합 연산 회로(232), PLL(Phase Lock Loop) 회로(233), 정현파 출력 회로(234), 제2 합 연산 회로(235) 및 보상 전류 연산 회로(236)를 포함한다.
보상 전류 설정 회로(230)는 위상차 추정 회로(220)에 의해 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00021
)를 입력받는다. 이때 보상 전류 설정 회로(230)는 입력 받은 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00022
)에 포함된 고주파 성분의 노이즈를 고주파 제한 필터 회로(미도시)를 이용하여 제거할 수 있다.
그리고 보상 전류 설정 회로(230)는 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00023
)의 교류 성분과 직류 성분을 분리한다. 분리 과정은 필터 회로(231) 및 제1 합 연산 회로(232)에 의해 수행될 수 있다.
보다 상세히, 입력받은 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00024
)는 필터 회로(231)를 통과한다. 필터 회로(231)는 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00025
)에 포함된 교류 성분과 직류 성분 중 직류 성분만 분리하여 출력한다. 이와 같은 출력을 위해, 본 발명의 일 실시예에서 필터 회로(231)로 저역 통과 필터(LPF; Low Pass Filter)가 사용될 수 있다.
그리고 나서 필터 회로(231)를 통과한 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00026
)의 직류 성분과 위상차 추정 회로(220)에 의해 입력된 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00027
)는 제1 합 연산 회로(232)로 입력된다. 이때 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00028
)의 직류 성분은 제1 합 연산 회로(232)에 음의 값으로 입력되도록 한다. 이로 인해, 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00029
)에서 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00030
)의 직류 성분이 제거된 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00031
)의 교류 성분이 제1 합 연산 회로(232)의 출력으로 나온다.
정리하면, 필터 회로(231)의 출력으로 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00032
)의 직류 성분이 출력되고, 제1 합 연산 회로(232)의 출력으로 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00033
)의 교류 성분이 출력된다.
그리고 나서 보상 전류 설정 회로(230)는 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00034
)의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산한다. 이때 보상 전류 설정 회로(230)는 PLL 회로(233)를 이용하여 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00035
)의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산할 수 있다.
PLL 회로(233)가 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00036
)의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산하는 방법은 도 5를 이용하여 보다 상세히 설명될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에 이용될 수 있는 PLL 회로의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, PLL 회로(233)는 가상 위상차 생성 회로(233a), 축 변환 회로(233b), 크기 연산 회로(233c) 및 PI(Proportional-Integral) 제어 회로(233d)를 포함한다.
가상 위상차 생성 회로(233a)는 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00037
)의 교류 성분을 입력받는다. 그리고 가상 위상차 생성 회로(233a)는 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00038
)의 교류 성분과 90도의 위상차를 가진 가상 위상차를 생성한다. 그리고 축 변환 회로(233b)는 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00039
)의 교류 성분 및 가상 위상차를 회전좌표계의 2상의 위상차로 축 변환한다.
그리고 나서 크기 연산 회로(233c)는 축 변환된 2상의 위상차 각각을 제곱하여 더하고 나서 제곱근을 연산하는 방법으로 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00040
)의 교류 성분의 크기(E)를 연산할 수 있다.
또한 PI 제어 회로(233d)는 축 변환된 2상의 위상차를 PI 제어하여 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00041
)의 교류 성분의 주파수(
Figure 112019107902216-pat00042
)를 연산할 수 있다.
다시 도 4로 돌아와서, PLL 회로(233)를 통해 출력된 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00043
)의 교류 성분의 크기 및 주파수는 정현파 출력 회로(234)로 입력된다.
정현파 출력회로(234)는 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00044
)의 교류 성분의 크기 및 주파수를 이용하여, 정현파 형태의 위상차 및 정현파 형태의 각속도차를 출력한다.
제1 모터(20) 및 제2 모터(30)간의 위상차(
Figure 112019107902216-pat00045
)는 정현파 형태를 가지는 것이 이상적이나, 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 인가되는 전류의 측정 과정 등에서 노이즈가 섞이게 되어서, 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00046
)는 정현파 형태를 가지지 못하게 된다. 또한 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00047
)를 미분하여 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00048
)를 연산하면, 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00049
)에도 노이즈가 섞이게 된다. 따라서 정현파 출력 회로(234)를 통해 위상차(
Figure 112019107902216-pat00050
) 및 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00051
)를 정현파 형태로 출력한다.
이때 정현파 출력 회로를 통해 출력되는 복원 위상차는 아래의 식 2와 같을 수 있다.
Figure 112019107902216-pat00052
이때
Figure 112019107902216-pat00053
은 정현파 형태의 위상차를 나타내며, E는 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00054
)의 교류 성분의 크기를 나타내고,
Figure 112019107902216-pat00055
는 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00056
)의 교류 성분의 주파수를 나타내고, t는 시간을 나타낸다.
그리고 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00057
)는 정현파 형태의 위상차(
Figure 112019107902216-pat00058
)의 미분한 형태인 아래의 식 3과 같을 수 있다.
Figure 112019107902216-pat00059
이때
Figure 112019107902216-pat00060
는 정현파 형태의 각속도차를 나타내고, 나머지 변수는 식 2와 동일하다.
정현파 출력 회로(234)를 통해 출력된 정현파 형태의 위상차(
Figure 112019107902216-pat00061
)는 제2 합 연산 회로(235)로 입력된다. 또한 필터 회로(231)를 통해 출력된 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00062
)의 직류 성분이 제2 합 연산 회로(235)로 입력된다. 제2 합 연산 회로(235)는 정현파 형태의 위상차(
Figure 112019107902216-pat00063
)와 추정된 위상차(
Figure 112019107902216-pat00064
)의 직류 성분을 합하여 복원 위상차(
Figure 112019107902216-pat00065
)를 연산한다.
그리고 나서, 정현파 출력 회로(234)를 통해 출력된 정현파 형태의 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00066
)와 제2 합 연산 회로(235)를 통해 출력된 복원 위상차(
Figure 112019107902216-pat00067
)는 보상 전류 연산 회로(236)로 입력된다. 보상 전류 연산 회로(236)는 복원 위상차(
Figure 112019107902216-pat00068
)에 정현파 형태의 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00069
)를 곱한 결과에 감쇠 계수(Kdamp)를 곱하여 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00070
)를 연산할 수 있다. 이때 감쇠 계수(Kdamp)는 모터를 얼마나 빠르게 동기화 시킬지 결정하는 계수로, 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다. 즉, 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00071
)는 아래의 식 4와 같이 연산될 수 있다.
Figure 112019107902216-pat00072
상술한 바와 같은 과정을 통해 보상 전류 설정 회로(230)는 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00073
)를 연산할 수 있다.
이때 보상 전류 설정 회로(230)는 제한 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제한 회로에는 식 4를 이용하여 연산된 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00074
)가 입력될 수 있다. 제한 회로는 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00075
)를 미리 설정된 제한값과 비교하여, 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00076
)가 제한값보다 크면 제한값을 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00077
)로 설정할 수 있다.
보상 전류 설정 회로(230)는 제한 회로를 통해 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00078
)가 과도해지는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 하기 설명될 전류 지령 조절 회로(242)를 통해 출력되는 전류 지령이 급격히 변하는 것을 방지하여, 최종적으로 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 공급되는 전압 또는 전류가 급격하게 변하는 것을 방지한다. 이로 인해, 모터 제어 장치(10)는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)를 더욱 안정적으로 제어할 수 있다.
다시 도 3으로 돌아와서, 전압 조절 회로(240)는 제1 모터(20)의 목표 각속도, 제1 모터(20)의 각속도 및 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00079
)를 이용하여 인버터 회로(100)의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절한다.
전압 조절 회로(240)의 보다 상세한 동작은 도 6을 이용하여 설명될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 전압 조절 회로의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 전압 조절 회로(240)는 전류 지령 설정 회로(241), 전류 지령 조절 회로(242) 및 스위칭 전압 조절 회로(243)를 포함한다.
전류 지령 설정 회로(241)는 사용자로부터 미리 설정된 제1 모터(20)의 목표 각속도와 추정된 제1 모터(20)의 각속도를 이용하여 전류 지령을 설정할 수 있다. 전류 지령 설정 회로(241)는 목표 각속도와 제1 모터(20)의 각속도의 차이값을 연산하고, 연산된 차이값을 PI 제어하여 전류 지령을 설정할 수 있다.
전류 지령 조절 회로(242)는 보상 전류 설정 회로(230)를 통해 설정된 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00080
)와 전류 지령 설정 회로(241)를 통해 설정된 전류 지령을 이용하여 전류 지령을 조절할 수 있다. 전류 지령 조절 회로(242)는 전류 지령 설정 회로(241)가 설정한 전류 지령에 보상 전류 설정 회로(230)를 통해 설정된 보상 전류(
Figure 112019107902216-pat00081
)를 합하여 전류 지령을 조절할 수 있다.
스위칭 전압 조절 회로(243)는 전류 지령 조절 회로(242)를 통해 조절된 전류 지령을 이용하여 인버터 회로(100)의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절한다. 스위칭 전압 조절 회로(243)는 입력받은 전류 지령을 PI 제어하여 인버터 회로(100)의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 우선 각속도 추정 회로(210)는 제1 모터(20)에 인가되는 전류를 이용하여 제1 모터(20)의 각속도를 추정한다(S710). 이때 각속도 추정 회로(210)는 제1 모터(20)의 회전좌표계의 2상 전류를 통해 역기전력을 추정하고, 추정된 역기전력으로부터 각속도를 추정할 수 있다.
그리고 나서 위상차 추정 회로(220)는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 인가되는 전류를 이용하여 제1 모터(20) 및 제2 모터(30) 간의 위상차를 추정한다(S720). 이때 위상차 추정 회로(220)는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 인가되는 전류의 차이와 제1 모터(20)의 각속도를 이용하여 위상차를 추정할 수 있다. 이때 위상차 추정 회로(220)는 상기 식 1을 이용하여 위상차를 추정할 수 있다.
그리고 나서 보상 전류 설정 회로(230)는 추정된 위상차로부터 제1 모터(20) 및 제2 모터(30) 간의 각속도차를 연산하고, 추정된 위상차 및 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정한다.
보다 상세히, 우선 보상 전류 설정 회로(230)가 추정된 위상차의 교류 성분과 직류 성분을 분리한다(S730). 이는 보상 전류 설정 회로(230)에 포함된 필터 회로(231) 및 제1 합 연산 회로(232)를 통해 이루어질 수 있다.
그리고 나서 보상 전류 설정 회로(230)가 추정된 위상차의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산한다(S740). 이는 보상 전류 설정 회로(230)에 포함된 PLL 회로(233)를 통해 이루어질 수 있다.
보다 상세히, 우선 가상 위상차 생성 회로(233a)가 추정된 위상차의 교류 성분과 90도의 위상차를 가진 가상 위상차를 생성한다. 그리고 나서 축 변환 회로(233b)가 추정된 위상차와 가상 위상차를 축 변환한다. 그리고 나서 크기 연산 회로(233c)가 축 변환된 위상차 각각을 제곱하여 더한 후 제곱근 연산하는 과정을 통해 연산하여 추정된 위상차의 교류 성분의 크기를 연산한다.
또한 PI 제어 회로(233d)가 축 변환된 위상차를 PI 제어하여 추정된 위상차의 교류 성분의 주파수를 연산한다.
그리고 나서 정현파 출력 회로(234)는 추정된 위상차의 교류 성분의 크기 및 주파수을 이용하여 정현파 형태의 위상차를 연산한다. 이때 정현파 출력 회로(234)는 상기 식 2를 이용하여 정현파 형태의 위상차를 연산할 수 있다.
그리고 나서 제2 합 연산 회로(235)는 정현파 형태의 위상차에 추정된 위상차의 직류 성분을 합하여 복원 위상차를 연산한다(S750).
또한 정현파 출력 회로(234)는 추정된 위상차의 교류 성분의 크기 및 주파수를 이용하여 정현파 형태의 각속도차를 연산한다(S760). 이때 정현파 출력 회로(234)는 상기 식 3을 이용하여 정현파 형태의 각속도차를 연산할 수 있다.
그리고 나서 보상 전류 연산 회로(236)는 복원 위상차 및 정현파 형태의 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정한다(S770). 이때 보상 전류 연산 회로(236)는 상기 식 4를 이용하여 보상 전류를 설정할 수 있다. 또한 보상 전류 연산 회로(236)는 제한 회로를 이용하여 보상 전류를 미리 설정된 제한값과 비교하고, 보상 전류가 제한값보다 크면 제한값을 보상 전류로 설정할 수 있다.
그리고 나서 전압 조절 회로(240)는 제1 모터의 목표 각속도, 제1 모터의 각속도 및 보상 전류를 이용하여 인버터 회로(100)의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절한다(S780).
보다 상세히, 전류 지령 설정 회로(241)는 제1 모터의 각속도와 제1 모터의 목표 각속도를 이용하여 전류 지령을 설정한다. 이때 전류 지령 설정 회로(241)는 제1 모터의 각속도와 제1 모터의 목표 각속도의 차이값을 연산하고, 연산된 차이값을 PI 제어하여 전류 지령을 설정할 수 있다.
그리고 나서 전류 지령 조절 회로(242)는 보상 전류를 이용하여 전류 지령을 조절한다. 그리고 스위칭 전압 조절 회로(243)는 조절된 전류 지령을 이용하여 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절한다.
도 8은 종래 기술에 따른 모터 제어 장치를 이용한 경우, 제1 모터와 제2 모터 사이의 위상차, 제1 모터와 제2 모터 사이의 각속도차, 보상 전류, 전류 지령 및 제1 모터와 제2 모터에 인가되는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 종래 기술에 따른 모터 제어 장치가 보상 전류를 연산하는 데 이용하는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)의 위상차(
Figure 112019107902216-pat00082
)를 시간에 따라 나타낸 그래프(810) 및 보상 전류를 연산하는 데 이용하는 제 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)의 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00083
)를 시간에 따라 나타낸 그래프(820)를 볼 수 있다.
종래 기술에 따른 모터 제어 장치는 보상 전류를 설정할 때, 노이즈가 포함되어 정현파 형태를 가지지 못하는 위상차(
Figure 112019107902216-pat00084
)를 미분하여 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00085
)를 연산한다. 따라서 노이즈가 포함되어 정현파 형태를 가지지 못하는 위상차(
Figure 112019107902216-pat00086
) 및 노이즈가 포함되어 정현파 형태를 가지지 못하는 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00087
)를 이용하여 보상 전류를 연산하게 된다.
이로 인해, 시간에 따른 보상 전류를 나타낸 그래프(830) 및 시간에 따른 전류 지령를 나타낸 그래프(840)를 통해 알 수 있듯이, 보상 전류 및 전류 지령은 정현파를 가지지 못한다.
그 결과로서, 시간에 따른 제1 모터(20)에 인가되는 전류를 나타낸 그래프(850) 및 시간에 따른 제2 모터(30)에 인가되는 전류를 나타낸 그래프(860)를 통해 알 수 있듯이, 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 공급되는 전류가 안정적이지 못하고 큰 폭으로 진동하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 노이즈의 영향에 의해 제1 모터(20) 및 제2 모터(30) 사이에 공진이 발생할 수 있고, 그 결과로서 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)가 안정적으로 제어되지 않을 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치를 이용한 경우, 제1 모터와 제2 모터 사이의 위상차, 제1 모터와 제2 모터 사이의 각속도차, 보상 전류, 전류 지령 및 제1 모터와 제2 모터에 인가되는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(10)가 보상 전류를 연산하는 데 이용하는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)의 위상차(
Figure 112019107902216-pat00088
)를 시간에 따라 나타낸 그래프(910) 및 보상 전류를 연산하는 데 이용하는 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)의 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00089
)를 시간에 따라 나타낸 그래프(920)를 볼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(10)는 보상 전류를 설정할 때, 정현파 형태를 가지는 위상차(
Figure 112019107902216-pat00090
) 및 각속도차(
Figure 112019107902216-pat00091
)를 이용하여 보상 전류를 연산한다.
이로 인해, 시간에 따른 보상 전류를 나타낸 그래프(930) 및 시간에 따른 전류 지령를 나타낸 그래프(940)를 통해 알 수 있듯이, 보상 전류 및 전류 지령은 정현파 형태를 가진다.
그 결과로서, 시간에 따른 제1 모터(20)에 인가되는 전류를 나타낸 그래프(950) 및 시간에 따른 제2 모터(30)에 인가되는 전류를 나타낸 그래프(960)를 통해 알 수 있듯이, 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 공급되는 전류가 안정적이고, 종래 기술에 따른 모터 제어 장치를 이용한 경우와 비교하여 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)에 공급되는 전류가 큰 폭으로 진동하지 않는 것을 확인할 수 있다.
즉, 노이즈의 영향을 제거하여 제1 모터(20) 및 제2 모터(30) 사이에 공진이 발생하지 않고, 그 결과로서 제1 모터(20) 및 제2 모터(30)가 안정적으로 제어될 수 있다.
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.
10: 모터 제어 장치 20: 제1 모터
30: 제2 모터 100: 인버터 회로
200: 제어 회로 210: 각속도 추정 회로
220: 위상차 추정 회로 230: 보상 전류 설정 회로
240: 전압 조절 회로

Claims (18)

  1. 복수 개의 스위칭 소자를 이용하여 제1 모터 및 제2 모터를 구동하는 인버터 회로; 및
    상기 인버터 회로를 제어하는 제어 회로를 포함하고,
    상기 제어 회로는
    상기 제1 모터에 인가되는 전류를 이용하여 상기 제1 모터의 각속도를 추정하는 각속도 추정 회로;
    상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 인가되는 전류를 이용하여 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 간의 위상차를 추정하는 위상차 추정 회로;
    상기 추정된 위상차로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 간의 각속도차를 연산하고, 상기 추정된 위상차 및 상기 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정하는 보상 전류 설정 회로; 및
    상기 제1 모터의 목표 각속도, 상기 제1 모터의 각속도 및 상기 보상 전류를 이용하여 상기 인버터 회로의 상기 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 전압 조절 회로를 포함하고,
    상기 보상 전류 설정 회로는 상기 추정된 위상차의 교류 성분과 90도의 위상차를 가진 가상 위상차를 생성하고, 상기 추정된 위상차와 상기 가상 위상차를 축 변환하고, 축 변환된 위상차를 이용하여 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 크기를 연산하는
    모터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 추정 회로는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 인가되는 전류의 차이와 상기 제1 모터의 각속도를 이용하여 상기 위상차를 추정하는
    모터 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보상 전류 설정 회로는 상기 추정된 위상차의 교류 성분과 직류 성분을 분리하고, 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산하고, 상기 연산된 크기 및 주파수를 이용하여 복원 위상차 및 정현파 형태의 각속도차를 연산하고, 상기 복원 위상차 및 상기 정현파 형태의 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정하는
    모터 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보상 전류 설정 회로는 상기 축 변환된 위상차를 PI(Proportional-Integral) 제어하여 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 주파수를 연산하는
    모터 제어 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 보상 전류 설정 회로는 상기 연산된 크기 및 주파수를 이용하여 정현파 형태의 위상차를 연산하고, 상기 정현파 형태의 위상차에 상기 추정된 위상차의 직류 성분을 합하여 상기 복원 위상차를 연산하는
    모터 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보상 전류 설정 회로는 상기 보상 전류가 제한값보다 크면 상기 제한 값을 보상 전류로 설정하는
    모터 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전압 조절 회로는
    상기 제1 모터의 각속도와 상기 제1 모터의 목표 각속도를 이용하여 전류 지령을 설정하는 전류 지령 설정 회로;
    상기 보상 전류를 이용하여 상기 전류 지령을 조절하는 전류 지령 조절 회로; 및
    상기 조절된 전류 지령을 이용하여 상기 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 스위칭 전압 조절 회로를 포함하는
    모터 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전압 조절 회로는 상기 제1 모터의 각속도와 상기 제1 모터의 목표 각속도의 차이값을 연산하고, 상기 연산된 차이값을 PI(Proportional-Integral) 제어하여 전류 지령을 설정하는
    모터 제어 장치.
  10. 복수 개의 스위칭 소자를 이용하여 제1 모터 및 제2 모터를 구동하는 인버터 회로를 이용하여 모터를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 제1 모터에 인가되는 전류를 이용하여 상기 제1 모터의 각속도를 추정하는 단계;
    상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 인가되는 전류를 이용하여 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 간의 위상차를 추정하는 단계;
    상기 추정된 위상차로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 간의 각속도차를 연산하고, 상기 추정된 위상차 및 상기 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정하는 단계; 및
    상기 제1 모터의 목표 각속도, 상기 제1 모터의 각속도 및 상기 보상 전류를 이용하여 상기 인버터 회로의 상기 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 보상 전류를 설정하는 단계는
    상기 추정된 위상차의 교류 성분과 90도의 위상차를 가진 가상 위상차를 생성하는 단계;
    상기 추정된 위상차와 상기 가상 위상차를 축 변환하는 단계; 및
    축 변환된 위상차를 이용하여 상기 추정된 위상차의 교류 성분의 크기를 연산하는 단계를 포함하는
    모터 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 간의 위상차를 추정하는 단계는
    상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 인가되는 전류의 차이와 상기 제1 모터의 각속도를 이용하여 상기 위상차를 추정하는 단계를 포함하는
    모터 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 보상 전류를 설정하는 단계는
    상기 추정된 위상차의 교류 성분과 직류 성분을 분리하는 단계;
    상기 추정된 위상차의 교류 성분의 크기 및 주파수를 연산하는 단계;
    상기 연산된 크기 및 주파수를 이용하여 복원 위상차 및 정현파 형태의 각속도차를 연산하는 단계; 및
    상기 복원 위상차 및 상기 정현파 형태의 각속도차를 이용하여 보상 전류를 설정하는 단계를 포함하는
    모터 제어 방법.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 추정된 위상차의 교류 성분의 주파수는 상기 축 변환된 위상차를 PI(Proportional-Integral) 제어하여 연산되는
    모터 제어 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 복원 위상차 및 정현파 형태의 각속도차를 연산하는 단계는
    상기 연산된 크기 및 주파수를 이용하여 정현파 형태의 위상차를 연산하는 단계; 및
    상기 정현파 형태의 위상차에 상기 추정된 위상차의 직류 성분을 합하여 상기 복원 위상차를 연산하는 단계를 포함하는
    모터 제어 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 보상 전류를 설정하는 단계는
    상기 보상 전류가 제한값보다 크면 상기 제한 값을 보상 전류로 설정하는 단계를 포함하는
    모터 제어 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 인버터 회로의 상기 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 단계는
    상기 제1 모터의 각속도와 상기 제1 모터의 목표 각속도를 이용하여 전류 지령을 설정하는 단계;
    상기 보상 전류를 이용하여 상기 전류 지령을 조절하는 단계; 및
    상기 조절된 전류 지령을 이용하여 상기 복수 개의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 단계를 포함하는
    모터 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전류 지령을 설정하는 단계는
    상기 제1 모터의 각속도와 상기 제1 모터의 목표 각속도의 차이값을 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 차이값을 PI(Proportional-Integral) 제어하여 전류 지령을 설정하는 단계를 포함하는
    모터 제어 방법.
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