KR102401637B1

KR102401637B1 - System for control sensorless blushless direct current motor and method therefor

Info

Publication number: KR102401637B1
Application number: KR1020190087406A
Authority: KR
Inventors: 제정문
Original assignee: 주식회사 아이에이
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2022-05-25
Also published as: KR20210010047A

Abstract

본 발명은 센서리스 BLDC 모터 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 본 센서리스 BLDC 모터 제어 시스템은, BLDC 모터, 상기 BLDC 모터에 전원을 공급하는 인버터, 상기 인버터에서 모터로 공급되는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전류 검출부에서 검출한 전류정보에 기초하여 BLDC 모터의 회전 속도 제어신호를 제공하는 제어부와, 상기 제어부의 제어신호에 따라 PWM 신호를 발생시켜 인버터내 파워 트랜지스터들을 턴온 또는 턴오프시키는 PWM 제어기를 포함하고; 상기 제어부는 회전자 정렬을 위해 상기 BLDC 모터에 일정크기의 초기 전류를 인가한 후, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류 리플을 산술적으로 변환하여, 변환된 전류 리플값이 미리 설정된 값을 초과하는지 판단하고, 판단결과 전류 리플값이 설정된 값을 초과하면, 초기 전류를 일정시간동안 소정 크기씩 증가시켜 공급하고, 초기 전류를 증가시켜 공급한 후 다시 상기 전류 검출부가 검출한 전류 리플값이 미리 설정된 값을 초과하는지 판단하는 과정을 반복하고, 상기 일정시간 후 전류 리플값이 미리 설정된 값 이하가 되면, 상기 BLDC 모터에 강제 기동 전류를 미리 설정된 최대 한계값까지 공급하여, 센서리스 모드로 전환하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 모터의 전류 리플에 의해 정렬 상태를 파악함으로써 기동 실패 상황을 현저히 줄여줌으로써 기동 신뢰성을 확보할 수 있다. The present invention relates to a sensorless BLDC motor control system and method therefor. The sensorless BLDC motor control system includes a BLDC motor, an inverter for supplying power to the BLDC motor, a current detection unit for detecting a current supplied from the inverter to the motor, and a BLDC motor based on current information detected by the current detection unit a control unit for providing a rotation speed control signal of the control unit, and a PWM controller for turning on or off the power transistors in the inverter by generating a PWM signal according to the control signal of the control unit; The control unit applies an initial current of a certain size to the BLDC motor for rotor alignment, and then arithmetically converts the current ripple detected by the current detector to determine whether the converted current ripple value exceeds a preset value And, if it is determined that the current ripple value exceeds the set value, the initial current is supplied by increasing by a predetermined amount for a predetermined time, and after increasing the initial current and supplied, the current ripple value detected by the current detection unit is a preset value again repeats the process of determining whether or not exceeds do it with As a result, by recognizing the alignment state by the current ripple of the motor, it is possible to significantly reduce the starting failure situation, thereby securing the starting reliability.

Description

SYSTEM FOR CONTROL SENSORLESS BLUSHLESS DIRECT CURRENT MOTOR AND METHOD THEREFOR

본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전자 정렬을 안정적으로 수행하는 센서리스 BLDC 모터 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sensorless BLDC motor control system and method, and more particularly, to a sensorless BLDC motor control system and method for stably performing rotor alignment.

브러시리스 직류(BrushLess Direct Current, 이하 "BLDC"라 함) 모터의 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 BLDC 모터의 초기 운전 시에 회전자의 위치를 강제 정렬하는 BLDC 모터의 제어 방법에 관한 것이다.It relates to the control of a brushless direct current (hereinafter referred to as "BLDC") motor, and more particularly, to a control method of a BLDC motor for forcibly aligning a position of a rotor during an initial operation of the BLDC motor.

현재 BLDC 모터는 냉장고 및 에어컨용 압축기와 세탁기 등과 같이 고효율 가변속 운전을 구현하는 것이 필요한 제품에 널리 사용되고 있다.Currently, BLDC motors are widely used in products that require high-efficiency variable speed operation, such as compressors for refrigerators and air conditioners, and washing machines.

통상적으로 BLDC 모터의 고정자(stator)는 코일에 전류를 흘려 형성하는 전기자(armature)를 사용하고, 회전자(rotator)는 N극과 S극이 반복되어 형성된 영구자석을 사용한다. BLDC 모터가 연속적으로 회전하기 위해서는 BLDC 모터의 연속적인 회전자계의 형성이 필요하며, 연속적인 회전자계를 형성하기 위해서는 전기자의 각 상의 코일에 흐르는 전류의 전환(commutation)을 적절한 시점에 해야 하는데, 적절한 전환을 위해서는 회전자의 위치를 정확히 인식해야 한다. 여기서 전환이란 회전자가 회전할 수 있도록 모터 고정자 코일의 전류 방향을 바꾸어 주는 것이다.In general, a stator of a BLDC motor uses an armature formed by flowing a current through a coil, and a rotor uses a permanent magnet formed by repeating N and S poles. In order for the BLDC motor to rotate continuously, it is necessary to form a continuous rotating magnetic field of the BLDC motor. For conversion, it is necessary to accurately recognize the position of the rotor. Here, switching is changing the direction of current in the motor stator coil so that the rotor can rotate.

BLDC 모터의 원활한 운전을 위해서는 회전자의 위치와 상 전류의 전환시점을 정밀하게 일치시켜야 하며, 이를 위해 회전자의 위치를 검출하기 위한 장치가 요구되는데, 일반적으로는 회전자의 위치 검출을 위해 홀센서(Hallsensor)나 리졸버(Resolver) 소자, 인코더(encoder)와 같은 위치검출센서를 이용하였다.For smooth operation of the BLDC motor, the position of the rotor and the switching point of the phase current must be precisely matched, and for this purpose, a device for detecting the position of the rotor is required. A position detection sensor such as a Hallsensor, a resolver element, or an encoder was used.

이러한 위치검출센서는 제조 원가가 비싸고, 압축기의 경우 압축기 내부의 온도 등 환경적인 문제로 인하여 사용할 수 없기 때문에 BLDC 모터의 전압, 전류정보 등을 이용하여 회전자의 위치를 간접적으로 검출하는 센서리스(sensorless) 제어가 모색되었다. Such a position detection sensor is expensive to manufacture, and in the case of a compressor, it cannot be used due to environmental problems such as temperature inside the compressor. sensorless) control was sought.

이렇게 위치검출센서 대신 전기회로를 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 운전모드를 센서리스 운전모드라고 한다.The operation mode in which the position of the rotor is detected by using an electric circuit instead of the position detection sensor is called a sensorless operation mode.

한편, 센서리스 운전모드를 포함하는 BLDC 모터의 운전제어에 있어서 정지 중에는 회전자의 위치에 대한 정보가 파악되지 않기 때문에 센서리스 운전모드로 운전하기 이전에 강제적인 초기 기동 방법을 택하고 있다. 이는 초기 기동 시 BLDC 모터의 3상 권선들에 전류를 일정 시간 동안 흘려 회전자의 위치를 정렬시키는 것이다.On the other hand, in the operation control of the BLDC motor including the sensorless operation mode, information on the position of the rotor is not grasped during stop, so a forced initial starting method is adopted before operation in the sensorless operation mode. This is to align the position of the rotor by flowing current for a certain period of time in the three-phase windings of the BLDC motor during initial startup.

보통, 센서리스 로직은 전압정보와 역기전력 정보를 가지고, 자석(회전자) 위치를 알아내는게 필수인데, 모터의 속도가 상승하여 역기전력의 정보가 신뢰 범위 수준으로 상승하여야 안정적으로 센서리스 제어가 된다. 따라서, 역기전력 기반의 센서리스 제어 알고리즘을 위해, 중요한 것은 초기 운전시 Open-Loop 제어를 통해 모터의 속도를 일정 수준으로 올리는 것이다.Usually, sensorless logic has voltage information and counter electromotive force information, and it is essential to find out the magnet (rotor) position. As the motor speed increases, the back electromotive force information rises to the level of a reliable range for stable sensorless control. . Therefore, for the sensorless control algorithm based on counter electromotive force, it is important to increase the motor speed to a certain level through open-loop control during initial operation.

종래의 센서리스 모터의 회전자 정렬은 다음과 같이 이루어진다.The arrangement of the rotor of the conventional sensorless motor is performed as follows.

도 1은 종래의 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a conventional sensorless BLDC motor control method.

먼저, 회전자의 D축에 초기 전류로 (Ids : 10A 또는 Vds=0.2V)을 공급한다(S101). 회전자의 임의 정렬 시간(2초)이상 대기한다(S102). 초기 전류를 제공한 후 회전자의 회전이 정지할 때까지 전류를 인가한다. 애플리케이션(Application)마다 다르지만 팬 쿨링 모터(Fan Cooling Motor)의 경우 통상적으로 2초 이내에 정지하게 된다.First, an initial current (Ids: 10A or Vds=0.2V) is supplied to the D-axis of the rotor (S101). Wait for more than the arbitrary alignment time (2 seconds) of the rotor (S102). After providing the initial current, the current is applied until the rotor stops rotating. Although it varies from application to application, in the case of a fan cooling motor, it usually stops within 2 seconds.

강제 기동 전류(Open-Loop current: Ide 20A)를 모터에 인가한다(S103). 이때 회전자의 가속도는 200rpm/s(센서리스 제어를 위한 최소 속도)가 된다. 회전자의 속도가 500rpm 이상이 되면(S104), 역기전력이 충분히 발생하므로, 센서리스 제어 모드로 전환한다(S105). A forced start current (Open-Loop current: Ide 20A) is applied to the motor (S103). At this time, the acceleration of the rotor becomes 200rpm/s (minimum speed for sensorless control). When the speed of the rotor becomes 500 rpm or more (S104), the counter electromotive force is sufficiently generated, so that the sensorless control mode is switched (S105).

이때, 센서리스 제어모드로 구동하려면 역기전력 정보를 보고 판단한다.At this time, to drive in the sensorless control mode, it is determined by looking at the back EMF information.

이와 같은 종래의 알고리즘은 개발시 튜닝된 전압과 전류 값으로 모터를 회전하는 알고리즘으로 개발 상황에서 벗어나는 상황(예를 들어, 순간적으로 변하는 회전자(Windmill) 상태 및 Fan과 모터의 관성 산포 등)에 놓일 경우 구동 실패 현상이 발생할 수 있다. Such a conventional algorithm is an algorithm that rotates the motor with the voltage and current values tuned during development. Failure to do so may result in drive failure.

특히 S102단계에서 모터의 회전자가 N극 정렬이 되지 않은 상태에서 S103단계로 넘어간다면, 도 2의 그래프에 나타낸 바와 같이, 매우 높은 확률로 구동이 실패하는 현상이 발생하고, S103단계 역시 항상 일정한 전류를 인가하게 되어, S104단계에 역시 안정적으로 도달할 수 없게 된다.In particular, if the rotor of the motor in step S102 goes to step S103 in a state where the N poles are not aligned, as shown in the graph of FIG. is applied, and it is also impossible to reach step S104 stably.

또한, 모터는 정렬후에도 주위 온도(영하40도, 영상110도)에 따라 전류값에 따른 회전력이 달라지는데, 개발자가 여러가지 실험을 통해 강제 기동 전류값(예:20A)을 지정해버리고, 정렬 대기시간 또한 지정한다. 그리고, 종래의 모터 정렬 방법은, 중간에 실패(fail)되면 재기동을 하는 피드백이 없는 제어이다.In addition, the motor has a different rotational force depending on the current value depending on the ambient temperature (-40 degrees below zero, 110 degrees above zero) even after alignment. specify And, the conventional motor alignment method is a control without feedback that restarts when it fails in the middle.

또한, 회전자의 초기 위치 상황에 따라 회전자 정렬은 0.1초만에도 정렬이 될 수 있는데, 종래와 같이, 정렬을 위해 항상 동일한 기동 전류를 공급하는 것은 불필요하게 큰 전류를 공급하게 되어, 불필요한 전력이 소모될 수도 있다. In addition, depending on the initial position of the rotor, the rotor alignment can be aligned even in 0.1 seconds. As in the prior art, always supplying the same starting current for alignment causes an unnecessarily large current to be supplied, and unnecessary power may be consumed.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 모터의 전류 리플에 의해 정렬 상태를 파악함으로써 기동 실패 상황을 현저히 줄일 수 있는 센서리스 BLDC 모터의 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and it is to provide a sensorless BLDC motor control system and method that can significantly reduce the starting failure situation by identifying the alignment state by the current ripple of the motor.

또한, 본 발명은, 모터의 전류 리플을 감시하여 정렬 상태를 파악함으로써 정렬 시간을 줄일 수 있고 전체적인 기동 시간을 줄일 뿐 아니라, 초기 낮은 전력을 소모한 뒤 회전자 상태에 따라 정렬에 필요한 전력을 증가하므로 종래의 일정 전압을 공급하여 정렬하는 알고리즘에 비해 전력 소모를 줄일 수 있는 센서리스 BLDC 모터의 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.In addition, the present invention can reduce the alignment time by monitoring the current ripple of the motor to determine the alignment state, and not only reduce the overall starting time, but also increase the power required for alignment according to the state of the rotor after consuming low initial power. Therefore, it is to provide a sensorless BLDC motor control system and method that can reduce power consumption compared to the conventional algorithm for supplying and aligning a constant voltage.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1양태에 따른 구성은, 센서리스 BLDC 모터 제어 시스템으로서, BLDC 모터, 상기 BLDC 모터에 전원을 공급하는 인버터, 상기 인버터로부터 모터로 공급되는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전류 검출부에서 검출한 전류정보에 기초하여 BLDC 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 제어신호를 제공하고, 상기 BLDC 모터에 일정 크기의 초기 전류를 인가 후 상기 전류 검출부의 출력 신호를 입력받아 상기 전류 검출부의 출력신호의 리플 전류를 이용하여 회전자 정렬을 수행하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, PWM 신호를 발생시켜 상기 인버터내 파워 트랜지스터들을 턴온 또는 턴오프시키는 PWM 제어기, 상기 전류 검출부의 출력 신호를 입력받는 센서리스 모듈, 상기 BLDC 모터로 공급되는 3상 전류를 2상 전류로 변환하는 Clarke부와, 2상 전류를 동기 변환한 전류 신호를 출력하는 Park부와, 동기 변환된 2상 중 Q축 전류 신호를 절대값으로 변환하는 절대값 변환부와, 절대값 변환된 Q축 전류 신호에서 고주파 신호를 제거하는 고주파 제거부와, 상기 고주파 제거부에서 출력되는 Q축 전류 신호의 리플이 미리 설정된 크기 이상인지 판단하는 회전자 움직임 검사부와, 상기 회전자 움직임 검사부의 판단 결과를 입력받아 Q축 전류 신호의 리플값이 미리 설정된 크기 이상이면 전류값을 증가시키는 전류값 증가부와, 상기 PWM 제어기의 입력단에 연결되어, 입력되는 전류 신호의 동기 좌표를 변환하고 2상 전류 신호를 3상 전류 신호로 변환하는 역-Park 모듈 및 역-Clarke 부와, 상기 역-Park 및 역-Clarke 부에 전압 신호를 입력하는 전류 제어기와, 상기 전류 제어기에 모터 속도를 제어하기 위한 전류 신호를 입력하는 속도 제어기, 상기 전류 검출부의 검출신호를 입력받아 회전자 속도를 감지하여 상기 속도 제어기에 속도 제어 신호를 출력하는 센서리스 모듈을 포함하고, 상기 제어부는, 초기 전류를 인가한 후, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류 리플을 산술적으로 변환하여, 변환된 전류 리플값이 미리 설정된 값을 초과하는지 판단하고, 판단결과 전류 리플값이 설정된 값을 초과하면, 초기 전류를 일정시간동안 소정 크기씩 증가시켜 공급하고, 초기 전류를 증가시켜 공급한 후 다시 상기 전류 검출부가 검출한 전류 리플값이 미리 설정된 값을 초과하는지 판단하는 과정을 반복하고, 상기 일정시간 후 전류 리플값이 미리 설정된 값 이하가 되면, 상기 BLDC 모터에 강제 기동 전류를 미리 설정된 최대 한계값까지 공급하여, 센서리스 모드로 전환하고; 상기 센서리스 모듈은 상기 전류 검출부에서 감지된 전류값에 기초하여, 회전자 속도가 최대 한계값 또는 최소 한계값의 범위에 있는지 판단하기 위해, 강제 기동을 위한 전류값을 일정 크기로 고정시켜 놓고, 회전자 속도를 100rpm에서 600rpm까지 속도를 올려가면서, Q축 전류의 변화에 따른 역기전력이 일정 크기 이상 생기는지 판단하고, 상기 회전자 속도가 500rpm 이상이면, 센서리스 모드로 전환하는 것을 특징으로 한다.A configuration according to a first aspect of the present invention for achieving the above object is a sensorless BLDC motor control system, comprising a BLDC motor, an inverter supplying power to the BLDC motor, and detecting a current supplied to the motor from the inverter. A current detection unit and a control signal for controlling the rotation speed of the BLDC motor based on the current information detected by the current detection unit are provided, and an initial current of a certain size is applied to the BLDC motor, and then the output signal of the current detection unit is input and a control unit for receiving and performing rotor alignment using a ripple current of the output signal of the current detection unit, wherein the control unit generates a PWM signal to turn on or off the power transistors in the inverter, the PWM controller, the current detection unit A sensorless module that receives the output signal of a Clarke unit that converts the three-phase current supplied to the BLDC motor into a two-phase current, a Park unit that outputs a synchronously converted current signal of the two-phase current, and the synchronously converted 2 An absolute value conversion unit for converting the Q-axis current signal into an absolute value in the phase, a high-frequency removal unit for removing the high-frequency signal from the absolute value-converted Q-axis current signal, and a ripple of the Q-axis current signal output from the high-frequency removal unit A rotor movement inspection unit for determining whether or not the preset size is greater than the preset size, and a current value increasing unit for receiving the determination result of the rotor movement inspection unit and increasing the current value when the ripple value of the Q-axis current signal is greater than or equal to the preset size; Connected to the input terminal of the PWM controller, the inverse-Park module and the inverse-Clarke unit for converting the synchronous coordinates of the input current signal and converting the two-phase current signal into the three-phase current signal, and the reverse-Park and the reverse-Clarke unit A current controller for inputting a voltage signal to, a speed controller for inputting a current signal for controlling the motor speed to the current controller, a speed control signal to the speed controller by receiving a detection signal from the current detector to sense the rotor speed and a sensorless module outputting The current ripple detected by the detector is arithmetically converted to determine whether the converted current ripple value exceeds a preset value. After the initial current is increased and supplied, the process of determining whether the current ripple value detected by the current detection unit exceeds a preset value is repeated, and after the predetermined time, when the current ripple value is less than or equal to a preset value , supplying a forced starting current to the BLDC motor up to a preset maximum limit value, and switching to a sensorless mode; The sensorless module is based on the current value detected by the current detection unit, to determine whether the rotor speed is in the maximum limit value or the minimum limit value range, the current value for forced start is fixed to a certain size, While increasing the rotor speed from 100 rpm to 600 rpm, it is determined whether a counter electromotive force is generated by a certain amount or more according to a change in the Q-axis current, and when the rotor speed is 500 rpm or more, the sensorless mode is switched.

여기서, 상기 전류 리플값이 미리 설정된 값을 초과하는지 판단하는 과정은, 제어부가 상기 전류 검출부로부터 회전자의 Q축 전류를 입력받아, Q축 전류의 리플을 산술적인 값으로 변환하고, 회전자의 Q축 전류의 리플값이 미리 설정된 리플 한계값 이하인지 판단하고, 판단결과, 회전자의 Q축 전류의 리플값이 리플 한계값 이하이면, 회전자를 안정화하기 위해 일정 시간 동안 대기하고, 제어부가 강제 기동을 위한 전류값을 공급하고, 상기 회전자의 Q축 전류의 리플값이 리플 한계값 이상이면, 회전자가 정렬되지 않고 움직이고 있는 상태이므로 상기 회전자의 D축의 기동 전류를 일정 크기만큼 증가시키고, D축의 기동 전류를 증가시켜 인가한 시간이 일정시간 미만이면, 다시 Q축 전류의 리플을 산술적으로 변환하여, 변환된 전류 리플값이 리플 한계값인지 판단하는 것이 바람직하다.Here, in the process of determining whether the current ripple value exceeds a preset value, the control unit receives the Q-axis current of the rotor from the current detection unit, converts the ripple of the Q-axis current into an arithmetic value, and It is determined whether the ripple value of the Q-axis current is below the preset ripple limit value, and as a result of the determination, if the ripple value of the Q-axis current of the rotor is less than the ripple limit value, it waits for a certain time to stabilize the rotor, and the control unit A current value for forced start is supplied, and if the ripple value of the Q-axis current of the rotor is greater than or equal to the ripple limit value, the rotor is in a state in which it is not aligned and is moving, so the starting current of the D-axis of the rotor is increased by a certain amount and , if the time applied by increasing the starting current of the D-axis is less than a certain time, it is preferable to arithmetically convert the ripple of the Q-axis current again to determine whether the converted current ripple value is the ripple limit value.

여기서, 상기 제어부가 상기 Q축 전류의 리플을 산술적으로 변환하는 것은, 회전자 D축에 초기 전류를 인가하고, 상기 전류검출부가 인버터 출력단의 3상 전류(Ius, Ivs, Iws)를 측정하여 상기 Clarke 부로 입력되고, 상기 Clarke 부가 상기 3상 전류를 2상으로 변환하는 Clarke 변환을 수행하여 Ids, Iqs를 출력하고, 상기 Park 부가 동기 좌표로 변환하는 Park 변환을 수행하여 상기 Ids, Iqs를 Ide, Iqe로 변환하고, 상기 절대값 변환부가 Q축 전류의 리플값만을 검사하기 위해 상기 Iqe 신호를 절대값으로 변환하고, 상기 고주파 제거부가 절대값 변환된 Iqe신호의 고주파 신호를 제거하여 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the control unit arithmetically converting the ripple of the Q-axis current applies an initial current to the rotor D-axis, and the current detector measures the three-phase currents (Ius, Ivs, Iws) of the inverter output stage, It is input to the Clarke part, and the Clarke part performs a Clarke transformation that converts the three-phase current into two phases to output Ids, Iqs, and the Park part performs a Park transformation that converts the three-phase current into two-phase current, and converts the Ids, Iqs to Ide; It is preferable to convert to Iqe, the absolute value converter converts the Iqe signal to an absolute value in order to check only the ripple value of the Q-axis current, and the high frequency remover removes the high frequency signal of the absolute value converted Iqe signal .

상기 제어부는 상기 변환된 전류 리플값이 미리 설정된 값을 초과하면, 초기 전류를 일정시간마다 미리 설정된 크기만큼씩 증가시키고 상기 모터의 리플 전류를 미리 설정된 값과 비교하는 과정을 일정시간 이내에서, 증가된 초기전류가 강제기동 전류 한계값이 될 때까지 반복하는 것이 효과적이다.When the converted current ripple value exceeds a preset value, the control unit increases the initial current by a preset amount every predetermined time and compares the ripple current of the motor with a preset value within a predetermined time. It is effective to repeat until the initial current becomes the forced start current limit value.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2양태에 따른 구성은 상기 제2단계에서, 상기 Q축 전류의 리플을 산술적으로 변환하는 것은, 회전자 D축에 초기 전류를 인가하고, BLDC 모터로 공급되는 3상 전류(Ius, Ivs, Iws)를 측정하여 상기 3상 전류를 2상으로 변환하는 Clarke 변환을 수행하여 Ids, Iqs를 출력하고, 상기 Ids, Iqs에 대해 동기 좌표로 변환하는 Park 변환을 수행하여 Ide, Iqe로 변환하고, Q축 전류의 리플값만을 검사하도록 Iqe 신호를 절대값으로 변환하고, 상기 고주파 제거부가 절대값 변환된 Iqe신호의 고주파 신호를 제거하여 이루어지고; 상기 제7단계는, 상기 BLDC 모터로 공급되는 전류값에 기초하여, 회전자 속도가 최대 한계값 또는 최소 한계값의 범위에 있는지 판단하기 위해, 강제 기동을 위한 전류값을 일정 크기로 고정시켜 놓고, 회전자 속도를 100rpm에서 600rpm까지 속도를 올려가면서, Q축 전류의 변화에 따른 역기전력이 일정 크기 이상 생기는지 판단하고, 상기 회전자 속도가 500rpm 이상이면, 센서리스 모드로 전환하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the configuration according to the second aspect of the present invention for achieving the above object, in the second step, arithmetic conversion of the ripple of the Q-axis current applies an initial current to the D-axis of the rotor, and BLDC By measuring the three-phase currents (Ius, Ivs, Iws) supplied to the motor, Clarke transformation that converts the three-phase current into two phases is performed to output Ids and Iqs, and the Ids and Iqs are converted into synchronous coordinates performing Park transform to convert Ide and Iqe, convert the Iqe signal to an absolute value to check only the ripple value of the Q-axis current, and the high frequency removal unit removes the high frequency signal of the absolute value converted Iqe signal; In the seventh step, based on the current value supplied to the BLDC motor, in order to determine whether the rotor speed is in the range of the maximum limit value or the minimum limit value, the current value for forced start is fixed to a certain size and , while increasing the rotor speed from 100 rpm to 600 rpm, it is determined whether a counter electromotive force is generated according to a change in the Q-axis current by a certain amount or more, and when the rotor speed is 500 rpm or more, it is characterized in that it is switched to a sensorless mode.

여기서, 상기 제4단계는, 상기 전류 리플값이 미리 설정된 값을 초과하는지 판단하는 과정은, 제어부가 상기 전류 검출부로부터 회전자의 Q축 전류를 입력받아, Q축 전류의 리플을 산술적인 값으로 변환하고, 회전자의 Q축 전류의 리플값이 미리 설정된 리플 한계값 이하인지 판단하고, 판단결과, 회전자의 Q축 전류의 리플값이 리플 한계값 이하이면, 회전자를 안정화하기 위해 일정 시간 동안 대기하고, 제어부가 강제 기동을 위한 전류값을 공급하고, 상기 회전자의 Q축 전류의 리플값이 리플 한계값 이상이면, 회전자가 정렬되지 않고 움직이고 있는 상태이므로 상기 회전자의 D축의 기동 전류를 일정 크기만큼 증가시키고, D축의 기동 전류를 증가시켜 인가한 시간이 일정시간 미만이면, 다시 Q축 전류의 리플을 산술적으로 변환하여, 전류 리플값이 리플 한계값인지 판단하는 과정을 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, in the fourth step, the process of determining whether the current ripple value exceeds a preset value, the control unit receives the Q-axis current of the rotor from the current detection unit, and converts the ripple of the Q-axis current into an arithmetic value converting, and determining whether the ripple value of the rotor's Q-axis current is less than or equal to a preset ripple limit value while waiting, the control unit supplies a current value for forced start, and if the ripple value of the Q-axis current of the rotor is greater than or equal to the ripple limit value, the rotor is in a state in which it is not aligned and is moving, so the starting current of the D-axis of the rotor When the applied time by increasing the starting current of the D-axis by a certain amount is less than a certain time, the ripple of the Q-axis current is again converted arithmetically to determine whether the current ripple value is the ripple limit value. it is preferable

상기 제4단계 및 제5단계는 초기 전류를 일정시간마다 미리 설정된 크기만큼씩 증가시키고 상기 모터의 리플 전류를 미리 설정된 값과 비교하는 과정을 일정시간 이내에서, 증가된 초기전류가 강제기동 전류 한계값이 될 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.In the fourth and fifth steps, the process of increasing the initial current by a preset amount every predetermined time and comparing the ripple current of the motor with a preset value within a predetermined time, the increased initial current is the forced start current limit It is preferable to repeat until a value is reached.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3양태에 따른 구성은, 센서리스 BLDC 모터 제어 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체로서, 센서리스 BLDC 모터에 회전자 정렬을 위해 모터에 일정크기의 초기 전류를 인가하는 제1단계; 상기 초기 전류 인가후, BLDC 모터로 공급되는 전류의 리플을 산술적으로 변환하는 2단계; 상기 산술적으로 변환된 전류의 리플값이 미리 설정된 값을 초과하는지 판단하는 제3단계; 상기 제2단계의 판단결과 리플값이 설정된 값을 초과하면, 초기 전류를 일정시간 동안 소정 크기씩 증가시켜 공급하는 제4단계; 상기 초기 전류를 증가시켜 공급한 후 다시 BLDC 모터로 공급되는 전류의 리플값이 미리 설정된 값을 초과하는지 판단하는 제5단계; 상기 제5단계의 판단결과 전류의 리플값이 미리 설정된 값 이하이면, 모터에 강제 기동 전류를 미리 설정된 최대 한계값까지 공급하는 제6단계; 회전자 속도가 미리 설정된 센서리스 모드로 전환가능한 속도가 되면, 센서리스 모드로 전환하는 제7단계를 포함하고; 상기 제7단계는, 상기 BLDC 모터로 공급되는 전류값에 기초하여, 회전자 속도가 최대 한계값 또는 최소 한계값의 범위에 있는지 판단하기 위해, 강제 기동을 위한 전류값을 일정 크기로 고정시켜 놓고, 회전자 속도를 100rpm에서 600rpm까지 속도를 올려가면서, Q축 전류의 변화에 따른 역기전력이 일정 크기 이상 생기는지 판단하고, 상기 회전자 속도가 500rpm 이상이면, 센서리스 모드로 전환하는 것을 특징으로 한다.A configuration according to a third aspect of the present invention for achieving the above object is a computer-readable recording medium in which a program for performing a sensorless BLDC motor control method is recorded, and a motor for aligning a rotor to a sensorless BLDC motor. a first step of applying an initial current of a predetermined magnitude to the a second step of arithmetically converting the ripple of the current supplied to the BLDC motor after the initial current application; a third step of determining whether the ripple value of the arithmetic converted current exceeds a preset value; a fourth step of increasing the initial current by a predetermined amount for a predetermined time and supplying the initial current when the ripple value exceeds the set value as a result of the determination in the second step; a fifth step of determining whether a ripple value of the current supplied to the BLDC motor again exceeds a preset value after increasing and supplying the initial current; a sixth step of supplying a forced start current to the motor up to a preset maximum limit value when the ripple value of the current is less than or equal to a preset value as a result of the judgment in the fifth step; a seventh step of switching to the sensorless mode when the rotor speed becomes a speed switchable to the preset sensorless mode; In the seventh step, based on the current value supplied to the BLDC motor, in order to determine whether the rotor speed is in the range of the maximum limit value or the minimum limit value, the current value for forced start is fixed to a certain size and , while increasing the rotor speed from 100 rpm to 600 rpm, it is determined whether a counter electromotive force is generated according to a change in the Q-axis current by a certain amount or more, and when the rotor speed is 500 rpm or more, it is characterized in that it is switched to a sensorless mode.

여기서, 상기 제2단계에서, 상기 Q축 전류의 리플을 산술적으로 변환하는 것은, 회전자 D축에 초기 전류를 인가하고, BLDC 모터로 공급되는 3상 전류(Ius, Ivs, Iws)를 측정하여 상기 3상 전류를 2상으로 변환하는 Clarke 변환을 수행하여 Ids, Iqs를 출력하고, 상기 Ids, Iqs에 대해 동기 좌표로 변환하는 Park 변환을 수행하여 Ide, Iqe로 변환하고, Q축 전류의 리플값만을 검사하도록 Iqe 신호를 절대값으로 변환하고, 상기 고주파 제거부가 절대값 변환된 Iqe신호의 고주파 신호를 제거하여 이루어지고; 상기 제4단계는, 상기 전류 리플값이 미리 설정된 값을 초과하는지 판단하는 과정은, 제어부가 전류 검출부로부터 회전자의 Q축 전류를 입력받아, Q축 전류의 리플을 산술적인 값으로 변환하고, 회전자의 Q축 전류의 리플값이 미리 설정된 리플 한계값 이하인지 판단하고, 판단결과, 회전자의 Q축 전류의 리플값이 리플 한계값 이하이면, 회전자를 안정화하기 위해 일정 시간 동안 대기하고, 제어부가 강제 기동을 위한 전류값을 공급하고, 상기 회전자의 Q축 전류의 리플값이 리플 한계값 이상이면, 회전자가 정렬되지 않고 움직이고 있는 상태이므로 상기 회전자의 D축의 기동 전류를 일정 크기만큼 증가시키고, D축의 기동 전류를 증가시켜 인가한 시간이 일정시간 미만이면, 다시 Q축 전류의 리플을 산술적으로 변환하여, 전류 리플값이 리플 한계값인지 판단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터 제어 방법을 수행하는 것이 바람직하다.Here, in the second step, the arithmetic conversion of the ripple of the Q-axis current is performed by applying an initial current to the D-axis of the rotor and measuring the three-phase currents (Ius, Ivs, Iws) supplied to the BLDC motor. A Clarke transformation that converts the three-phase current into two phases is performed to output Ids and Iqs, and a Park transformation that converts the Ids and Iqs into synchronous coordinates is performed to convert them into Ide and Iqe, and the ripple of Q-axis current converting the Iqe signal into an absolute value so as to check only the value, and the high frequency removal unit removes the high frequency signal of the absolute value-converted Iqe signal; In the fourth step, the process of determining whether the current ripple value exceeds a preset value, the control unit receives the Q-axis current of the rotor from the current detection unit, converts the ripple of the Q-axis current into an arithmetic value, It is determined whether the ripple value of the Q-axis current of the rotor is below the preset ripple limit value, and as a result of the determination, if the ripple value of the Q-axis current of the rotor is less than the ripple limit value, wait for a certain time to stabilize the rotor, , the control unit supplies a current value for forced start, and if the ripple value of the Q-axis current of the rotor is greater than or equal to the ripple limit value, the rotor is in a state in which it is not aligned and is moving, so the starting current of the D-axis of the rotor is set to a certain level When the time applied by increasing the starting current of the D-axis is less than a certain time, the ripple of the Q-axis current is arithmetically converted again to determine whether the current ripple value is the ripple limit value. It is preferable to perform a sensorless BLDC motor control method.

상기의 구성으로 이루어진 센서리스 BLDC 모터 제어 시스템 및 그 방법에 따르면, 모터의 전류 리플에 의해 정렬 상태를 파악함으로써 기동 실패 상황을 현저히 줄여줌으로써 기동 신뢰성을 확보할 수 있다. According to the sensorless BLDC motor control system and method having the above configuration, it is possible to secure the starting reliability by remarkably reducing the starting failure situation by identifying the alignment state by the current ripple of the motor.

또한, 모터의 전류 리플을 감시하여 정렬 상태를 파악함으로써 정렬 시간을 줄일 수 있고 전체적인 기동 시간을 줄일 뿐 아니라, 초기 낮은 전력을 소모한 뒤 회전자 상태에 따라 정렬에 필요한 전력을 증가하므로 종래의 일정 전압을 공급하여 정렬시키는 알고리즘에 비해 전력 소모를 줄일 수 있다. In addition, by monitoring the current ripple of the motor to determine the alignment state, the alignment time can be reduced and the overall start-up time is reduced. It can reduce power consumption compared to the algorithm that aligns by supplying voltage.

도 1은 종래의 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법의 순서도,
도 2는 종래의 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법에 의해 모터 정렬시 회전자의 전류 파형도,
도 3은 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 제어 시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법의 순서도,
도 5는 도 4의 Q축 전력 리플을 산출적으로 변환하는 방법의 순서도,
도 6a는 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법에 의해 모터의 정상 정렬시 회전자의 전류 파형도,
도 6b는 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법에 의해 모터의 비정상 정렬시 회전자의 전류 파형도이다.1 is a flowchart of a conventional sensorless BLDC motor control method;
2 is a current waveform diagram of the rotor when the motor is aligned by the conventional sensorless BLDC motor control method;
3 is a block diagram of a control system of a sensorless BLDC motor according to the present invention;
4 is a flowchart of a method for controlling a sensorless BLDC motor of the present invention;
5 is a flowchart of a method for calculating the Q-axis power ripple of FIG. 4;
Figure 6a is a current waveform diagram of the rotor when the motor is normally aligned by the control method of the sensorless BLDC motor according to the present invention;
Figure 6b is a current waveform diagram of the rotor when the motor is abnormally aligned by the control method of the sensorless BLDC motor according to the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving the same, will be explained through the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. However, these embodiments are provided to explain in detail enough to be able to easily implement the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다. 본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.In the drawings, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown and are exaggerated for clarity. In addition, parts indicated with the same reference numerals throughout the specification indicate the same components. In this specification, the expression “and/or” is used to mean including at least one of the elements listed before and after. The singular also includes the plural, unless the phrase specifically dictates otherwise. Also, as used herein, an element, step, operation, and element referred to as “comprises” or “comprising” refers to the presence or addition of one or more other elements, steps, operations, elements, and devices.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명은 회전자의 강제 정렬 알고리즘 수행시 정렬 상태를 파악하고, 회전자의 정렬 상태가 불안정한 상태이면, 더 높은 자속을 발생시켜 강제 정렬을 더 강하게 함으로써 회전자 정렬을 도모하는 알고리즘을 제공한다. 즉, 본 발명은 강제 정렬 알고리즘 수행 시 정렬 상태를 파악하고 필요시 더 높은 자속을 발생시켜 강제 정렬을 더 강하게 함으로써 강제 기동 전에 안정적인 상태를 도모하는 알고리즘이다. The present invention provides an algorithm for aligning the rotor by detecting the alignment state when performing the forced alignment algorithm of the rotor, and strengthening the forced alignment by generating a higher magnetic flux when the alignment state of the rotor is unstable. That is, the present invention is an algorithm for achieving a stable state prior to forced start by identifying the alignment state when performing the forced alignment algorithm and strengthening the forced alignment by generating a higher magnetic flux when necessary.

또한, 본 발명은 BLDC 모터의 센서리스 제어를 위한 회전자 d축 정렬 및 기동 알고리즘으로써 빠른 시간에 정렬 상태를 판단하고 더 높은 전자기력을 능동적으로 인가함으로써 강제 기동 전에 안정적인 정렬을 수행하게 하는 것이다.In addition, the present invention is a rotor d-axis alignment and starting algorithm for sensorless control of a BLDC motor, which determines the alignment state in a short time and actively applies a higher electromagnetic force to perform stable alignment before forced start.

도 3은 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터 제어 시스템의 구성도이다. 3 is a block diagram of a sensorless BLDC motor control system according to the present invention.

본 실시예의 모터는 SPMSM(Surface mounted Permanent Magnet Synchronous Motor)을 포함할 수 있다. The motor of the present embodiment may include a surface mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM).

도 3에 보인 바와 같이, 센서리스 BLDC 모터 제어 시스템(1)은, 속도 제어기(11), 전류 제어기(12), 전류 제어기(12)에서 출력되는 Vde Ref 신호와 Vqe Ref 신호를 입력받아 동기 좌표계 2상 전압을 2상 정지 좌표계 전압으로 변환(Inverse park)한 후, 2상 전압을 3상 전압으로 변환(Inverse clarke)변환하여 Vus_Ref, Vvs_ Ref, Vws_Ref신호를 출력하는 역-Park 및 역-Clarke부(13)와, Vus_Ref, Vvs_ Ref, Vws_Ref신호를 입력받아 Vun, Vvn, Vwn신호로 변환하여 출력하는 PWM 제어기(14), PWM 제어기(14)의 출력단에 연결되는 인버터(30), 인버터(30)에 연결되는 모터(40), 인버터(30)의 출력단의 전류를 감지하는 ADC(Analog to Digital Converter)부(16), ADC부(16)의 출력 신호를 입력받는 센서리스 모듈(17)로 구성되는 제어부(10)를 포함한다.
제어부(10)는 초기 전류를 인가 후 ADC부(16)의 출력 신호를 입력받아 ADC부(16)의 출력신호의 리플 전류를 이용하여 회전자 정렬을 수행한다.As shown in FIG. 3 , the sensorless BLDC motor control system 1 receives the Vde Ref signal and the Vqe Ref signal output from the speed controller 11 , the current controller 12 , and the current controller 12 to receive the synchronous coordinate system. Inverse-Park and Inverse-Clarke to output Vus_Ref, Vvs_Ref, Vws_Ref signals by converting 2-phase voltage to 2-phase stationary coordinate system voltage (Inverse park), then converting 2-phase voltage to 3-phase voltage (Inverse Clarke) The unit 13, the PWM controller 14 that receives the Vus_Ref, Vvs_Ref, and Vws_Ref signals, converts them into Vun, Vvn, and Vwn signals and outputs them, the inverter 30 connected to the output terminal of the PWM controller 14, the inverter ( The motor 40 connected to 30), the ADC (Analog to Digital Converter) unit 16 that detects the current of the output terminal of the inverter 30, and the sensorless module 17 that receives the output signal of the ADC unit 16 It includes a control unit 10 consisting of.
After applying the initial current, the control unit 10 receives the output signal of the ADC unit 16 and performs rotor alignment using the ripple current of the output signal of the ADC unit 16 .

속도 제어기(14)에 있어서, 속도 제어기(14)의 입력단에 속도 지령이 입력 되고, 센서리스 모듈(17)의 센서리스 알고리즘에서 추정한 추정 속도(Wm)가 입력되어 속도 지령과 추정 속도(Wm)의 차이에 기초하여 속도 제어기가 수행되고 속도 제어기(14)의 출력은 전류 지령이 된다. 속도 제어기(14)의 동작은 크게 2가지로 나뉜다. 첫째, 센서리스 운전 전에는 속도 제어기(14)는 동작되지 않고, 사용자(초기 개발자)에 의해 지정된 속도(500rpm)로 강제 구동(Align, openloop 단계)한다. 둘째, 센서리스 운전이 시작되면, 속도 제어기(14)의 입력단에 사용자가 입력한 속도 지령과 센서리스 알고리즘에서 추정한 Wm이 입력되고, 속도 지령과 Wm의 차이에 의해 속도 제어기(14)가 제어를 수행하고, 속도 제어기(14)의 출력은 전류 지령이 된다.In the speed controller 14, a speed command is input to the input terminal of the speed controller 14, and the estimated speed Wm estimated by the sensorless algorithm of the sensorless module 17 is input, and the speed command and the estimated speed Wm are input. ), the speed controller is executed and the output of the speed controller 14 becomes the current command. The operation of the speed controller 14 is largely divided into two types. First, before the sensorless operation, the speed controller 14 is not operated, and the speed controller 14 is forcibly driven at a speed (500 rpm) specified by the user (initial developer) (Align, open loop step). Second, when sensorless operation is started, the speed command input by the user and Wm estimated by the sensorless algorithm are input to the input terminal of the speed controller 14, and the speed controller 14 is controlled by the difference between the speed command and Wm , and the output of the speed controller 14 becomes a current command.

본 발명에 따라, 제어부(10)는, ADC부(16)의 출력 신호를 Clarke 변환 및 Park 변환하는 Clarke & Park 부(21), Clarke & Park 부(21)에서 2상 변환된 전류 신호(Ide, Iqe)를 절대값으로 변환하는 절대값 변환부(22), 절대값으로 변환된 신호에서 고주파를 제거하는 고주파 제거부(23), 고주파 제거부(23)의 출력신호(Iqe)의 리플값이 일정값 이상인지 검사하는 회전자 움직임(리플) 검사부(24), 회전자 움직임(리플) 검사부(24)의 검사 결과에 따라 전류 제어기(12)에 전류값을 증가시켜 출력하는 전류 증가부(25)를 포함한다.According to the present invention, the control unit 10, the Clarke & Park unit 21, which converts the output signal of the ADC unit 16 to Clarke and Park, and the two-phase converted current signal (Ide) in the Clarke & Park unit 21 , Iqe) to an absolute value conversion unit 22, the high frequency removal unit 23 to remove the high frequency from the signal converted to the absolute value, the ripple value of the output signal (Iqe) of the high frequency removal unit 23 A current increasing unit ( 25).

여기서, Clarke 변환은, 고정자 전류를 좌표 변환을 거치게 한 후 정지 좌표계에서의 횡축(quadrature-axis) 전류 분량 및 직축(direct-axis) 전류 분량을 출력하기 위한 것이다. Park 변환은, 정지 좌표계에서의 횡축 전류 분량 및 직축 전류 분량을 회전 좌표계에서의 횡축 전류 분량 및 직축 전류 분량으로 전환하기 위한 것이다. Here, the Clarke transformation is for outputting a quadrature-axis current quantity and a direct-axis current quantity in a stationary coordinate system after the stator current undergoes coordinate transformation. The Park transform is for converting the abscissa current quantity and the linear current quantity in the stationary coordinate system into the abscissa current quantity and the linear current quantity in the rotational coordinate system.

상술한 본 발명의 제어부(10)의 각 구성들은 프로그램 모듈로 구현되는 것이 바람직하다.Each of the components of the control unit 10 of the present invention described above is preferably implemented as a program module.

도 4는 본 발명의 센서리스 BLDC 모터 제어 방법의 순서도이다. 도 4에 보인 바와 같이, 회전자 정렬을 위해 회전자의 D축에 초기 전류(10A)를 공급한다(S1). 회전자의 임의 정렬 시간(예를 들어, 1초) 이상 대기한다(S2). 임의 정렬 시간은, 초기 전류를 공급한 후 회전자의 회전이 정지할 때까지, 즉 회전자가 정렬될 때까지 시간을 1초로 설정한 것이다. 이때, 회전자는 0.5초만에도 멈출 수 있으나, 임의 정렬 시간을 최대값으로 설정한다.4 is a flowchart of a sensorless BLDC motor control method of the present invention. As shown in Fig. 4, an initial current (10A) is supplied to the D-axis of the rotor to align the rotor (S1). It waits more than the arbitrary alignment time of the rotor (eg, 1 second) (S2). The random alignment time is set as 1 second after the initial current is supplied until the rotation of the rotor stops, that is, until the rotor is aligned. At this time, the rotor can be stopped even in 0.5 seconds, but the arbitrary alignment time is set to the maximum value.

도 3의 제어부(10)가 ADC부(16)로부터 회전자의 Q축 전류를 입력받아, Q축 전류의 리플(Iqe-Ripple)을 산술적인 값으로 변환한다(S3). 여기서, Q축 전류의 리플(Iqe-Ripple)을 산술적인 값으로 변환하는 과정은 후술한다.The control unit 10 of FIG. 3 receives the Q-axis current of the rotor from the ADC unit 16 and converts the ripple (Iqe-Ripple) of the Q-axis current into an arithmetic value (S3). Here, the process of converting the ripple (Iqe-Ripple) of the Q-axis current into an arithmetic value will be described later.

도 3의 제어부(10)가 회전자 Q축 전류의 리플값이 미리 설정된 리플 한계값 이하인지 판단한다(S4). 여기서, 리플 한계값은 모터의 정상 정렬시 Q축 전류에서 발생하는 전류 리플의 최대값이 될 것이다. The control unit 10 of FIG. 3 determines whether the ripple value of the rotor Q-axis current is less than or equal to a preset ripple limit value (S4). Here, the ripple limit value will be the maximum value of the current ripple generated in the Q-axis current when the motor is normally aligned.

S4단계의 판단결과, Q축 전류의 리플값이 설정값 이하이면, 제어부(10)가 회전자를 안정화하기 위해 일정 시간(예를 들어, 100ms)동안 대기한다(S5). As a result of the determination in step S4, if the ripple value of the Q-axis current is equal to or less than the set value, the control unit 10 waits for a predetermined time (eg, 100 ms) to stabilize the rotor (S5).

도 3의 제어부(10)가 강제 기동을 위한 전류값(Ide: 전류크기를 추가하여 회전자가 정렬됐을 때 감지된 전류값)을 공급한다(S6).The controller 10 of FIG. 3 supplies a current value (Ide: a current value sensed when the rotor is aligned by adding a current magnitude) for forced start (S6).

도 3의 센서리스 모듈(17)이 ADC부(16)에서 감지된 전류값에 기초하여, 회전자 속도가 최대 한계값 또는 최소 한계값의 범위에 있는지 판단한다(S7). 예를 들어, 센서리스 모듈(17)이 Ide값을 예를 들어, 20A로 고정시켜놓고, 회전자 속도를 200rpm에서 500rpm까지 속도를 올려가면서, 역기전력 정보가 충분히 나오는지 판단하는 것이다.The sensorless module 17 of FIG. 3 determines whether the rotor speed is within the range of the maximum limit value or the minimum limit value based on the current value sensed by the ADC unit 16 (S7). For example, while the sensorless module 17 sets the Ide value to, for example, 20A, and increases the rotor speed from 200 rpm to 500 rpm, it is determined whether the counter electromotive force information is sufficiently output.

센서리스 모듈(17)이 회전자 속도가 500rpm 이상인지 판단하여(S8), 500rpm 이상이면, 센서리스 모드로 전환한다(S9).The sensorless module 17 determines whether the rotor speed is 500 rpm or more (S8), and if it is 500 rpm or more, it switches to the sensorless mode (S9).

한편, S4단계의 판단결과, Q축 전류의 리플이 설정값 이상이면, 회전자가 정렬되지 않고 움직이고 있는 상태이므로 D축의 기동 전류를 예를 들어, 0.5A/s 증가시킨다(S10).On the other hand, as a result of the determination of step S4, if the ripple of the Q-axis current is greater than or equal to the set value, the rotor is not aligned and in a moving state, so the starting current of the D-axis is increased, for example, by 0.5A/s (S10).

D축의 기동 전류를 증가시켜 인가한 시간이 일정시간(예를 들어, 약 5초)이상인지 판단한다(S11). D축의 기동 전류의 인가시간이 일정시간 미만이면, 다시 Q축 전류의 리플을 산술적으로 변환하는 S3단계로 돌아가서 Iqe 리플값이 설정값 이하인지 판단하는 S4단계 이후의 과정을 수행한다.It is determined whether the applied time by increasing the starting current of the D-axis is longer than a predetermined time (eg, about 5 seconds) (S11). If the application time of the starting current of the D-axis is less than a certain time, it returns to the step S3 of arithmetically converting the ripple of the Q-axis current again, and the process after step S4 of determining whether the Iqe ripple value is less than or equal to the set value is performed.

이후에도 Iqe 리플값이 설정값 이상이면, 모터의 D축으로 공급되는 초기 전류를 0.5A/s 증가시키고 모터의 Q축에서 발생하는 Iqe 리플값을 체크하는 과정을 반복한다. 이는 Iqe 리플값이 설정값보다 작아질 때까지, 즉, 회전자가 안정적으로 정렬될 때까지 D축의 기동 전류를 일정시간(예를 들어 1초)마다 일정크기(예를 들어, 0.5A)씩 증가시켜 회전자 움직임을 검사하는 것이다. After that, if the Iqe ripple value is higher than the set value, increase the initial current supplied to the D-axis of the motor by 0.5A/s and repeat the process of checking the Iqe ripple value generated in the Q-axis of the motor. This increases the starting current of D-axis by a certain amount (for example, 0.5A) for a certain amount of time (for example, 1 second) until the Iqe ripple value becomes smaller than the set value, that is, until the rotor is stably aligned. to check the rotor movement.

도 5는 도 3의 Q축 전류의 리플을 산술적으로 변환하는 단계를 도시한 것이다. 도 4에 보인 바와 같이, 회전자 D축에 초기 전류로 10A를 인가한다(T1). 5 is a diagram illustrating a step of arithmetically converting the ripple of the Q-axis current of FIG. 3 . As shown in FIG. 4, 10A is applied as an initial current to the D-axis of the rotor (T1).

도 3의 ADC부(16)가 인버터 출력단의 3상 전류(Ius, Ivs, Iws)를 측정한다(T2).The ADC unit 16 of FIG. 3 measures the three-phase currents Ius, Ivs, and Iws of the inverter output terminal (T2).

도 3의 Clarke & Park 부(18)가 3상 전류를 2상으로 변환하는 Clarke 변환을 수행하여 Ids, Iqs를 출력한다(T3).The Clarke & Park unit 18 of FIG. 3 outputs Ids and Iqs by performing Clarke transformation for converting a three-phase current into a two-phase current (T3).

그리고, Clarke & Park 부(18)가 동기 좌표 변환하는 Park 변환을 수행하여 Ids, Iqs를 Ide, Iqe로 변환한다(T4). Then, the Clarke & Park unit 18 performs Park transformation for synchronous coordinate transformation to convert Ids and Iqs into Ide and Iqe (T4).

도 3의 절대값 변환부(19)가 Iqe 신호를 절대값으로 변환한다(T5). 이때 Iqe신호만을 절대값으로 변환하는 것은, Q축 전류의 리플값만을 검사하기 위한 것이다.The absolute value conversion unit 19 of FIG. 3 converts the Iqe signal into an absolute value (T5). At this time, converting only the Iqe signal to an absolute value is to examine only the ripple value of the Q-axis current.

도 3의 고주파 제거부(20)가 절대값 변환된 Iqe신호의 고주파 신호를 제거한다(T6).The high frequency removal unit 20 of FIG. 3 removes the high frequency signal of the absolute value-converted Iqe signal (T6).

이후에, 도 3의 S4단계에서 고주파 신호가 제거된 Iqe 신호의 리플값이 도 2의 리플 검사부(21)로 입력되어 설정값 이상인지 판단후, 설정값 이상이면 기동 전류(Ide)를 증가시킨다.Thereafter, the ripple value of the Iqe signal from which the high-frequency signal is removed in step S4 of FIG. 3 is input to the ripple inspection unit 21 of FIG. 2 to determine whether it is equal to or greater than the set value, and if it is equal to or greater than the set value, the starting current Ide is increased .

도 6a는 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법에 의해 모터의 정상 정렬시 회전자의 전류 파형도이고, 도 6b는 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법에 의해 모터의 비정상 정렬시 회전자의 전류 파형도이다.6a is a current waveform diagram of the rotor when the motor is normally aligned by the control method of the sensorless BLDC motor according to the present invention, and FIG. 6b is the abnormal alignment of the motor by the control method of the sensorless BLDC motor according to the present invention. It is the current waveform diagram of the rotor.

종래에는 기동 전압을 입력한 다음 회전자가 정렬될 때까지 일정시간을 대기하였다. 그러나, 본 발명은 회전자의 D축으로 정렬 전압을 넣고, Q축의 전류의 리플을 보고 정렬 여부를 판단하는 것이다.Conventionally, after inputting the starting voltage, a predetermined time is waited until the rotor is aligned. However, in the present invention, alignment voltage is applied to the D-axis of the rotor, and the alignment is determined by looking at the ripple of the Q-axis current.

도 6a를 참조하면, 회전자가 안정적으로 구동중인 경우에는, Iqe 전류의 리플이 저감되어, 강제 기동 전류(OpenLoop 전류)를 최소로 인가하면 된다.Referring to FIG. 6A , when the rotor is stably driven, the ripple of the Iqe current is reduced, and the forced start current (OpenLoop current) may be applied to a minimum.

도 6b를 참조하면, 회전자가 비정상 상황으로 구동중인 경우에는, 외부 요인에 의해 회전자가 인위적으로 흔들려서, Iqe 전류의 리플이 증가하게 된다. 이에 따라, 강제 기동 전류(OpenLoop 전류)가 정점 상승한다. Referring to FIG. 6B , when the rotor is being driven in an abnormal situation, the rotor is artificially shaken by an external factor, so that the ripple of the Iqe current increases. As a result, the forced start current (OpenLoop current) peaks.

상술한 본 발명에 의하면, 종래 기술과 대비하여 모터에서 감지된 전류의 리플값에 의해 정렬 상태를 파악함으로써 기동 실패 상황을 현저히 줄여줌으로써 기동 신뢰성을 확보할 수 있다. 그리고, 본 발명은 부가적인 정렬 상태 파악으로 정렬 시간을 줄임으로써 전체적인 기동 시간을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 초기 낮은 전력을 소모한 뒤 회전자의 상태에 따라 정렬에 필요한 전력을 증가시키므로 종래의 일정 전압을 공급하는 알고리즘에 비해 전력 소비에도 도움을 주는 장점이 있다. According to the present invention described above, compared to the prior art, it is possible to secure the starting reliability by remarkably reducing the starting failure situation by identifying the alignment state by the ripple value of the current sensed by the motor. In addition, the present invention can reduce the overall starting time by reducing the alignment time by additionally identifying the alignment state, and increases the power required for alignment according to the state of the rotor after consuming the initial low power, so that the conventional constant voltage It has the advantage of helping power consumption compared to algorithms that provide

상기는 본 발명의 예시로서, 한정적으로 해석되어야 하는 것은 아니다. 본 발명의 몇 가지 예시적인 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명의 신규 교시 및 이점으로부터 현저하게 일탈하지 않고, 많은 변경이 예시적인 실시 형태에 있어서 가능한 것을 당업자라면 용이하게 이해할 것이다. 따라서 모든 그러한 변경은 특허청구의 범위에서 정의되는 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이 의도된다. 따라서 상기가 본 발명의 예시이며, 공개된, 또는 본 명세서에 공개되는 발명에 있어서 특정의 실시 형태에 한정되는 것으로서 해석되어서는 안 되며, 개시된 실시 형태로의 변경 및 다른 실시 형태가 본 명세서에 개시되는 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 이해해야 한다.The above is an example of the present invention, and should not be construed as limiting. Although several exemplary embodiments of the present invention have been described, it will be readily understood by those skilled in the art that many changes are possible in the exemplary embodiments without significantly departing from the novel teachings and advantages of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included within the scope of the invention as defined in the claims. Therefore, the above is an illustration of the present invention, and it should not be construed as being limited to specific embodiments in the disclosed or disclosed invention, and changes to the disclosed embodiment and other embodiments are disclosed herein. It should be understood to be included within the scope of the present invention.

1 : 센서리스 BLDC 모터 제어 시스템
11 : 속도 제어기 12 : 전류 제어기
13 : 역-Park 및 역-Clarke 부
14 : PWM 제어기 16 : ADC 감지부
17 : 센서리스 제어 모듈 21 : Clake 및 Park 부
22 : 절대값 변환부 23 : 고주파 제거부
24 : 회전자 움직임 검사부(리플 검사부)
25 : 전류값 증가부
30 : 인버터 40 : BLDC 모터 1: Sensorless BLDC motor control system
11: speed controller 12: current controller
13: Station-Park and Station-Clarke Part
14: PWM controller 16: ADC detection unit
17: sensorless control module 21: Clake and Park part
22: absolute value conversion unit 23: high frequency removal unit
24: rotor movement inspection unit (ripple inspection unit)
25: current value increase part
30: inverter 40: BLDC motor

Claims

A sensorless BLDC motor control system comprising:
A BLDC motor, an inverter for supplying power to the BLDC motor, a current detector for detecting a current supplied from the inverter to the motor, and a control signal for controlling the rotation speed of the BLDC motor based on current information detected by the current detector and a control unit that receives an output signal of the current detection unit after applying an initial current of a certain size to the BLDC motor and performs rotor alignment using a ripple current of the output signal of the current detection unit,
The controller generates a PWM signal to turn on or turn off the power transistors in the inverter, a sensorless module that receives the output signal of the current detector, and converts three-phase current supplied to the BLDC motor into two-phase current A Clarke unit that converts, a Park unit that outputs a current signal obtained by synchronous conversion of two-phase current, an absolute value conversion unit that converts a Q-axis current signal among the two phases synchronously converted into an absolute value, and an absolute value-converted Q axis A high frequency removal unit that removes a high frequency signal from a current signal, a rotor motion inspection unit that determines whether the ripple of the Q-axis current signal output from the high frequency removal unit is equal to or greater than a preset size, and input the determination result of the rotor motion inspection unit When the ripple value of the Q-axis current signal is greater than or equal to a preset value, a current value increasing unit for increasing the current value and the input terminal of the PWM controller to convert the synchronous coordinates of the input current signal and convert the two-phase current signal to 3 A reverse-Park module and reverse-Clarke unit for converting a phase current signal; and a sensorless module that receives the detection signal of the current detector and senses the rotor speed and outputs a speed control signal to the speed controller,
After applying the initial current, the control unit arithmetically converts the current ripple detected by the current detection unit, determines whether the converted current ripple value exceeds a preset value, and as a result of the determination, the current ripple value is set If it exceeds, the initial current is increased by a predetermined amount for a predetermined time and supplied, and after increasing and supplying the initial current, the process of determining whether the current ripple value detected by the current detector exceeds a preset value is repeated, and When the current ripple value becomes less than or equal to a preset value after a certain period of time, the forced start current is supplied to the BLDC motor up to a preset maximum limit value, and the sensorless module switches to the sensorless mode;
The sensorless module is based on the current value detected by the current detection unit, to determine whether the rotor speed is in the maximum limit value or the minimum limit value range, the current value for forced start is fixed to a certain size, Sensorless characterized in that while increasing the rotor speed from 100 rpm to 600 rpm, it is determined whether a back electromotive force is generated by a certain amount or more according to a change in the Q-axis current, and if the rotor speed is 500 rpm or more, the sensorless mode is switched BLDC motor control system.

According to claim 1,
In the process of determining whether the current ripple value exceeds a preset value, the control unit receives the Q-axis current of the rotor from the current detection unit, converts the ripple of the Q-axis current into an arithmetic value, and the rotor Q Judging whether the ripple value of the shaft current is below the preset ripple limit value,
As a result of the determination, if the ripple value of the Q-axis current of the rotor is below the ripple limit value, it waits for a certain time to stabilize the rotor, and the control unit supplies the current value for forced start,
If the ripple value of the Q-axis current of the rotor is greater than or equal to the ripple limit value, since the rotor is in a state in which it is not aligned, the starting current of the D-axis of the rotor is increased by a certain amount, and the starting current of the D-axis is increased and applied. If the time is less than a certain time, arithmetic conversion of the ripple of the Q-axis current again, the sensorless BLDC motor control system, characterized in that it is determined whether the converted current ripple value is a ripple limit value.

3. The method of claim 1 or 2,
When the control unit arithmetically converts the ripple of the Q-axis current, an initial current is applied to the D-axis of the rotor,
The current detection unit measures the three-phase currents (Ius, Ivs, Iws) of the inverter output stage and is input to the Clarke unit, and the Clarke unit performs Clarke transformation to convert the three-phase current into two-phase and outputs Ids and Iqs, , the Ids and Iqs are converted to Ide and Iqe by performing a Park transformation that converts the Park into synchronous coordinates, and the absolute value converter converts the Iqe signal to an absolute value in order to examine only the ripple value of the Q-axis current, and , Sensorless BLDC motor control system, characterized in that the high frequency removal unit is made by removing the high frequency signal of the absolute value-converted Iqe signal.

According to claim 1,
When the converted current ripple value exceeds a preset value, the control unit increases the initial current by a preset amount every predetermined time and compares the ripple current of the motor with a preset value within a predetermined time. Sensorless BLDC motor control system, characterized in that it repeats until the initial current becomes the forced start current limit value.

A sensorless BLDC motor control method comprising:
a first step of applying an initial current of a predetermined magnitude to the motor for rotor alignment;
a second step of arithmetically converting the ripple of the current detected by the BLDC motor after the initial current is applied;
a third step of determining whether the ripple value of the arithmetic converted current exceeds a preset value;
a fourth step of increasing the initial current by a predetermined amount for a predetermined time and supplying the initial current when the ripple value exceeds the set value as a result of the determination in the second step;
a fifth step of increasing and supplying the initial current and determining whether a ripple value of the current supplied to the motor again exceeds a preset value;
a sixth step of supplying a forced start current to the BLDC motor up to a preset maximum limit value if the ripple value supplied to the BLDC motor is less than or equal to a preset value as a result of the judgment in the fifth step;
a seventh step of switching to the sensorless mode when the rotor speed becomes a speed switchable to the preset sensorless mode;
In the seventh step, based on the current value supplied to the BLDC motor, in order to determine whether the rotor speed is in the range of the maximum limit value or the minimum limit value, the current value for forced start is fixed to a certain size and , while increasing the rotor speed from 100 rpm to 600 rpm, determining whether a back electromotive force is generated by a certain amount or more according to the change in the Q-axis current, and if the rotor speed is 500 rpm or more, a sensor characterized in that it switches to a sensorless mode How to control a lease BLDC motor.

6. The method of claim 5,
In the second step, arithmetic conversion of the ripple of the Q-axis current is performed by applying an initial current to the D-axis of the rotor and measuring the three-phase currents (Ius, Ivs, Iws) supplied to the BLDC motor. Ids and Iqs are output by performing Clarke transformation that converts phase currents to two phases, and Park transformation that converts Ids and Iqs into synchronous coordinates is performed to convert them into Ide and Iqe, and only the ripple value of the Q-axis current converting the Iqe signal into an absolute value for inspection, and a high-frequency removal unit removing the high-frequency signal of the absolute-value-converted Iqe signal;
In the fourth step, the process of determining whether the current ripple value exceeds a preset value, the control unit receives the Q-axis current of the rotor from the current detection unit, converts the ripple of the Q-axis current into an arithmetic value, It is determined whether the ripple value of the Q-axis current of the rotor is below the preset ripple limit value, and as a result of the determination, if the ripple value of the Q-axis current of the rotor is less than the ripple limit value, wait for a certain time to stabilize the rotor, , the control unit supplies the current value for forced start,
If the ripple value of the Q-axis current of the rotor is greater than or equal to the ripple limit value, since the rotor is in a state in which it is not aligned, the starting current of the D-axis of the rotor is increased by a certain amount, and the starting current of the D-axis is increased and applied. If the time is less than a certain time, arithmetic conversion of the ripple of the Q-axis current again, the sensorless BLDC motor control method comprising the step of determining whether the current ripple value is a ripple limit value.

6. The method of claim 5,
In the fourth and fifth steps, when the converted current ripple value exceeds a preset value, the control unit increases the initial current by a preset amount every predetermined time and compares the ripple current of the motor with a preset value Sensorless BLDC motor control method, characterized in that the process is repeated within a certain time until the increased initial current becomes the forced start current limit value.

As a computer-readable recording medium in which a program for performing a sensorless BLDC motor control method is recorded,
A first step of applying an initial current of a predetermined magnitude to the motor for rotor alignment in the sensorless BLDC motor;
a second step of arithmetically converting the ripple of the current supplied to the BLDC motor after the initial current application;
a third step of determining whether the ripple value of the arithmetic converted current exceeds a preset value;
a fourth step of increasing the initial current by a predetermined amount for a predetermined time and supplying the initial current when the ripple value exceeds the set value as a result of the determination in the second step;
a fifth step of determining whether a ripple value of the current supplied to the BLDC motor again exceeds a preset value after increasing and supplying the initial current;
a sixth step of supplying a forced start current to the motor up to a preset maximum limit value when the ripple value of the current is less than or equal to a preset value as a result of the judgment in the fifth step;
a seventh step of switching to the sensorless mode when the rotor speed becomes a speed switchable to the preset sensorless mode;
In the seventh step, based on the current value supplied to the BLDC motor, in order to determine whether the rotor speed is in the range of the maximum limit value or the minimum limit value, the current value for forced start is fixed to a certain size and , while increasing the rotor speed from 100 rpm to 600 rpm, determining whether a back electromotive force is generated by a certain amount or more according to the change in the Q-axis current, and if the rotor speed is 500 rpm or more, a sensor characterized in that it switches to a sensorless mode A computer-readable recording medium in which a program for performing a lease BLDC motor control method is recorded.

9. The method of claim 8,
In the second step, arithmetic conversion of the ripple of the Q-axis current is performed by applying an initial current to the D-axis of the rotor and measuring the three-phase currents (Ius, Ivs, Iws) supplied to the BLDC motor. Ids and Iqs are output by performing Clarke transformation that converts phase currents to two phases, and Park transformation that converts Ids and Iqs into synchronous coordinates is performed to convert them into Ide and Iqe, and only the ripple value of the Q-axis current converting the Iqe signal into an absolute value for inspection, and a high-frequency removal unit removing the high-frequency signal of the absolute-value-converted Iqe signal;
In the fourth step, the process of determining whether the current ripple value exceeds a preset value, the control unit receives the Q-axis current of the rotor from the current detection unit, converts the ripple of the Q-axis current into an arithmetic value, It is determined whether the ripple value of the Q-axis current of the rotor is below the preset ripple limit value,
As a result of the determination, if the ripple value of the Q-axis current of the rotor is below the ripple limit value, it waits for a certain time to stabilize the rotor, and the control unit supplies the current value for forced start,
If the ripple value of the Q-axis current of the rotor is greater than or equal to the ripple limit value, since the rotor is in a state in which it is not aligned, the starting current of the D-axis of the rotor is increased by a certain amount, and the starting current of the D-axis is increased and applied. If the time is less than a certain time, the program for performing the sensorless BLDC motor control method, characterized in that it further comprises the step of arithmetically converting the ripple of the Q-axis current again, and determining whether the current ripple value is the ripple limit value. computer-readable recording medium.