KR102494526B1 - Offset estimator in indcution motor and estimation method thereof - Google Patents
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Abstract
유도 전동기의 옵셋 추정기 및 옵셋 추정 방법이 개시된다. 옵셋 추정 방법은 고정자 역기전력으로부터 피드백된 고정자 역기전력 추정 옵셋을 감산한 제1 감산 값을 산출하는 단계, 산출된 감산 값으로부터 제1 추정 고정자 자속 및 제2 추정 고정자 자속을 산출하는 추정 고정자 자속 산출 단계, 산출된 제1 추정 고정자 자속으로부터 산출된 제2 추정 고정자 자속을 감산한 제2 감산 값을 산출하는 단계, 및 산출된 제2 감산 값을 PI 제어하여 고정자 역기전력 추정 옵셋을 산출하는 단계를 포함한다.An offset estimator and an offset estimation method for an induction motor are disclosed. The offset estimation method includes calculating a first subtracted value obtained by subtracting the stator back EMF estimation offset fed back from the stator back EMF, calculating a first estimated stator flux and a second estimated stator flux from the calculated subtraction value, an estimated stator flux calculation step, Calculating a second subtraction value obtained by subtracting the calculated second estimated stator flux from the calculated first estimated stator flux, and calculating a stator EMF estimation offset by PI-controlling the calculated second subtraction value.
Description
본 발명은 유도 전동기 옵셋 추정기 및 옵셋 추정 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 유도 전동기의 고정자 역기전력의 옵셋을 추정하는 유도 전동기 옵셋 추정기 및 옵셋 추정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an induction motor offset estimator and an offset estimation method, and more particularly, to an induction motor offset estimator and an offset estimation method for estimating an offset of a stator counter electromotive force of an induction motor.
유도전동기는 높은 내구성과 낮은 유지비 등의 장점으로 인해 많은 산업 분야에 이용되고 있다. 벡터 제어는 교류전동기의 순시 토크 제어를 가능하게 하여, 전동기 고성능 구동이 필요한 많은 분야에 응용되고 있다. 벡터 제어에서는 제어각을 얻기 위해, 자속 정보가 필수적이다. 자속을 측정하는 홀(Hall) 센서는 내구성 문제 때문에 사용하지 않고, 대부분의 경우 유도전동기 모델 방정식을 이용한 자속 추정기로부터 자속을 추정하는 방식을 이용된다. 그러므로 유도전동기 고성능 구동을 위해서는 고성능 자속 추정기를 설계하는 것이 매우 중요하다. Induction motors are used in many industrial fields due to their advantages such as high durability and low maintenance cost. Vector control enables instantaneous torque control of AC motors and is applied to many fields requiring high-performance driving of motors. In vector control, magnetic flux information is essential to obtain a control angle. A Hall sensor for measuring magnetic flux is not used because of durability problems, and in most cases, a method of estimating magnetic flux from a magnetic flux estimator using an induction motor model equation is used. Therefore, it is very important to design a high-performance flux estimator for high-performance driving of an induction motor.
구조가 간단하며, 파라미터 오차에 강인한 전압 모델 자속 추정기에 관한 연구가 많이 되었다. 전압 모델에서는 역기전력의 적분으로 자속이 추정될 수 있다. 하지만, 인버터의 비선형 특성으로 인한 전압 옵셋과, 전류의 측정 옵셋(Offset) 때문에, 순수 적분 연산이 포함된 전압 모델을 구현하기는 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 연구가 되어왔다. 저역 통과 필터 (Low Pass Filter, LPF)를 이용하여 전압 모델을 구현하는 방식이 연구되었는데, 이 방식에서는 옵셋의 영향이 항상 남아있는 단점이 있다. 따라서, 옵셋을 추정할 수 있는 옵셋 추정기에 대한 필요성이 존재한다.A lot of research has been done on the voltage model magnetic flux estimator, which has a simple structure and is robust to parameter errors. In the voltage model, magnetic flux can be estimated by integrating back EMF. However, it is difficult to implement a voltage model including a pure integration operation due to a voltage offset due to the nonlinear characteristics of the inverter and a current measurement offset. A lot of research has been done to solve these problems. A method of implementing a voltage model using a low pass filter (LPF) has been studied, but in this method, the effect of offset always remains. Therefore, there is a need for an offset estimator capable of estimating the offset.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유도전동기의 자속 추정 개선을 위해 옵셋을 추정하는 옵셋 추정기 및 옵셋 추정 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an offset estimator and an offset estimation method for estimating an offset to improve flux estimation of an induction motor.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 옵셋 추정 방법은 고정자 역기전력으로부터 피드백된 고정자 역기전력 추정 옵셋을 감산한 제1 감산 값을 산출하는 단계, 상기 산출된 감산 값으로부터 제1 추정 고정자 자속 및 제2 추정 고정자 자속을 산출하는 추정 고정자 자속 산출 단계, 상기 산출된 제1 추정 고정자 자속으로부터 상기 산출된 제2 추정 고정자 자속을 감산한 제2 감산 값을 산출하는 단계 및 상기 산출된 제2 감산 값을 PI 제어하여 상기 고정자 역기전력 추정 옵셋을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, an offset estimation method includes calculating a first subtraction value obtained by subtracting a feedbacked stator back EMF estimation offset from a stator back EMF, and calculating a first subtraction value from the calculated subtraction value. An estimated stator flux calculation step of calculating an estimated stator flux and a second estimated stator flux; calculating a second subtraction value obtained by subtracting the calculated second estimated stator flux from the calculated first estimated stator flux; and The method may include calculating the stator EMF estimation offset by PI-controlling the second subtraction value.
여기서, 상기 제2 감산 값은 최종적으로 0일 수 있다.Here, the second subtraction value may finally be zero.
한편, 상기 추정 고정자 자속 산출 단계는 입력된 추정 고정자 자속의 크기를 저역 통과 필터링하여 고정자 자속 지령치를 산출하는 단계, 상기 산출된 고정자 자속 지령치를 기 설정된 각도로 회전시키는 단계, 상기 회전된 고정자 자속 지령치로부터 산출된 추정 고정자 자속을 감산한 제3 감산 값을 산출하는 단계, 상기 제3 감산 값에 기 설정된 차단각 주파수를 적용한 출력 값을 출력하는 단계, 상기 고정자 역기전력에 상기 출력 값을 가산한 가산 값을 산출하는 단계 및 상기 가산 값을 적분하여 추정 고정자 자속을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, the step of calculating the estimated stator flux may include calculating a stator flux command value by low-pass filtering the magnitude of the estimated stator flux input, rotating the calculated stator flux command value by a preset angle, and rotating the stator flux command value. Calculating a third subtraction value obtained by subtracting the estimated stator magnetic flux calculated from , outputting an output value obtained by applying a preset cut-off angle frequency to the third subtraction value, and adding the output value to the stator counter electromotive force. Calculating and integrating the addition value to calculate the estimated stator magnetic flux.
그리고, 상기 추정 고정자 자속 산출 단계는 상기 제1 추정 고정자 자속은 제1 차단각 주파수에 기초하여 산출되고, 상기 제2 추정 고정자 자속은 제2 차단각 주파수에 기초하여 산출될 수 있다.In the calculating of the estimated stator flux, the first estimated stator flux may be calculated based on the first cutoff angle frequency, and the second estimated stator flux may be calculated based on the second cutoff angle frequency.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 옵셋 추정기는 고정자 역기전력으로부터 피드백된 고정자 역기전력 추정 옵셋을 감산한 제1 감산 값을 산출하는 제1 연산기, 상기 산출된 감산 값으로부터 제1 추정 고정자 자속을 산출하는 제1 자속 추정기, 상기 산출된 감산 값으로부터 제2 추정 고정자 자속을 산출하는 제2 자속 추정기, 상기 산출된 제1 추정 고정자 자속으로부터 상기 산출된 제2 추정 고정자 자속을 감산한 제2 감산 값을 산출하는 제2 연산기 및 상기 산출된 제2 감산 값을 PI 제어하여 상기 고정자 역기전력 추정 옵셋을 산출하는 제어기를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the offset estimator includes a first operator for calculating a first subtraction value obtained by subtracting the estimated offset of the stator back EMF fed back from the stator back EMF, and a second subtraction value from the calculated subtraction value. 1 first flux estimator for calculating estimated stator flux, second flux estimator for calculating second estimated stator flux from the calculated subtraction value, subtracting the calculated second estimated stator flux from the calculated first estimated stator flux A second calculator for calculating a second subtraction value and a controller for calculating the stator EMF estimation offset by PI-controlling the calculated second subtraction value.
여기서, 상기 제2 감산 값은 최종적으로 0일 수 있다.Here, the second subtraction value may finally be zero.
그리고, 상기 제1 자속 추정기 및 상기 제2 자속 추정기 각각은 입력된 추정 고정자 자속의 크기를 저역 통과 필터링하여 고정자 자속 지령치를 산출하는 저역 통과 필터, 상기 산출된 고정자 자속 지령치를 기 설정된 각도로 회전시키는 제3 연산기, 상기 회전된 고정자 자속 지령치로부터 산출된 추정 고정자 자속을 감산한 제3 감산 값을 산출하는 제4 연산기, 상기 제3 감산 값에 기 설정된 차단각 주파수를 적용한 출력 값을 출력하는 제5 연산기, 상기 고정자 역기전력에 상기 출력 값을 가산한 가산 값을 산출하는 제6 연산기 및 상기 가산 값을 적분하여 추정 고정자 자속을 산출하는 적분기를 포함할 수 있다.Further, each of the first magnetic flux estimator and the second magnetic flux estimator includes a low-pass filter for calculating a stator flux command value by low-pass filtering the magnitude of the estimated stator flux input, and a low-pass filter for rotating the calculated stator flux command value at a preset angle. A third operator, a fourth operator that calculates a third subtraction value by subtracting the estimated stator flux calculated from the rotated stator flux command value, and a fifth operator that outputs an output value obtained by applying a predetermined cut-off angle frequency to the third subtraction value. It may include an operator, a sixth operator that calculates an addition value obtained by adding the output value to the stator counter electromotive force, and an integrator that calculates an estimated stator magnetic flux by integrating the addition value.
한편, 상기 제1 추정 고정자 자속은 제1 차단각 주파수에 기초하여 산출되고, 상기 제2 추정 고정자 자속은 제2 차단각 주파수에 기초하여 산출될 수 있다.Meanwhile, the first estimated stator magnetic flux may be calculated based on a first cutoff angle frequency, and the second estimated stator magnetic flux may be calculated based on a second cutoff angle frequency.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 유도 전동기의 옵셋 추정기 및 옵셋 추정 방법은 정확한 옵셋을 추정을 할 수 있다.As described above, according to various embodiments of the present disclosure, an offset estimator and an offset estimation method of an induction motor can accurately estimate an offset.
또한, 유도 전동기의 옵셋 추정기 및 옵셋 추정 방법으로 추정된 옵셋은 고정자 역기전력으로부터 제거됨으로써 보다 정확한 자속 추정을 할 수 있다.In addition, since the offset estimated by the offset estimator and the offset estimation method of the induction motor is removed from the stator counter electromotive force, more accurate magnetic flux estimation can be performed.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 옵셋 추정기의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 옵셋 추정 방법에서 사용된 자속 추정기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 옵셋 추정기의 근궤적을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 옵셋 추정기가 적용된 유도 전동기의 자속 추정기의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 옵셋 추정 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로렌츠 모델에서 무부하 상태의 300 r/min 속도에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로렌츠 모델에서 전부하 상태의 200 r/min 속도에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오타니 모델에서 무부하 상태의 300 r/min 속도에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오타니 모델에서 전부하 상태의 200 r/min 속도에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다.1 is a block diagram of an offset estimator according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a magnetic flux estimator used in an offset estimation method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a root locus of an offset estimator according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a magnetic flux estimator of an induction motor to which an offset estimator according to an embodiment of the present invention is applied.
5 is a flowchart of an offset estimation method according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing experimental results for a speed of 300 r/min in a no-load state in the Lorentz model according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing experimental results for a speed of 200 r/min in a full load state in the Lorentz model according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing experimental results for a speed of 300 r/min in a no-load state in the Ohtani model according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing experimental results for a speed of 200 r/min in a full load state in the Ohtani model according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시 예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, various embodiments will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described in this specification may be modified in various ways. Particular embodiments may be depicted in the drawings and described in detail in the detailed description. However, specific embodiments disclosed in the accompanying drawings are only intended to facilitate understanding of various embodiments. Therefore, the technical idea is not limited by the specific embodiments disclosed in the accompanying drawings, and it should be understood to include all equivalents or substitutes included in the spirit and technical scope of the invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various components, but these components are not limited by the above terms. The terminology described above is only used for the purpose of distinguishing one component from another.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.In this specification, terms such as "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded. It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.
본 발명의 설명에 있어서 각 단계의 순서는 선행 단계가 논리적 및 시간적으로 반드시 후행 단계에 앞서서 수행되어야 하는 경우가 아니라면 각 단계의 순서는 비제한적으로 이해되어야 한다. 즉, 위와 같은 예외적인 경우를 제외하고는 후행 단계로 설명된 과정이 선행단계로 설명된 과정보다 앞서서 수행되더라도 발명의 본질에는 영향이 없으며 권리범위 역시 단계의 순서에 관계없이 정의되어야 한다. 그리고 본 명세서에서 "A 또는 B"라고 기재한 것은 A와 B 중 어느 하나를 선택적으로 가리키는 것뿐만 아니라 A와 B 모두를 포함하는 것도 의미하는 것으로 정의된다. 또한, 본 명세서에서 "포함"이라는 용어는 포함하는 것으로 나열된 요소 이외에 추가로 다른 구성요소를 더 포함하는 것도 포괄하는 의미를 가진다.In the description of the present invention, the order of each step should be understood as non-limiting, unless the preceding step logically and temporally necessarily precedes the subsequent step. That is, except for the above exceptional cases, even if the process described as the later step is performed before the process described as the preceding step, the essence of the invention is not affected, and the scope of rights must also be defined regardless of the order of the steps. And, in this specification, "A or B" is defined to mean not only selectively indicating either one of A and B, but also including both A and B. In addition, in this specification, the term “including” has a meaning encompassing further including other components in addition to the elements listed as included.
본 명세서에서는 본 발명의 설명에 필요한 필수적인 구성요소만을 설명하며, 본 발명의 본질과 관계가 없는 구성요소는 언급하지 아니한다. 그리고 언급되는 구성요소만을 포함하는 배타적인 의미로 해석되어서는 아니되며 다른 구성요소도 포함할 수 있는 비배타적인 의미로 해석되어야 한다.In this specification, only essential components necessary for the description of the present invention are described, and components not related to the essence of the present invention are not mentioned. And it should not be interpreted as an exclusive meaning that includes only the mentioned components, but should be interpreted as a non-exclusive meaning that may include other components.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다. 한편, 각 실시 예는 독립적으로 구현되거나 동작될 수도 있지만, 각 실시 예는 조합되어 구현되거나 동작될 수도 있다.In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be abbreviated or omitted. Meanwhile, each embodiment may be implemented or operated independently, but each embodiment may be implemented or operated in combination.
본 발명에서 각 변수는 다음과 같이 정의된다.In the present invention, each variable is defined as follows.
v: 전압, i: 전류, λ: 자속v: voltage, i: current, λ: magnetic flux
ωr: 회전자 각속도, ωe: 동기 각속도ω r : rotor angular velocity, ω e : synchronous angular velocity
: 미분기 : differentiator
볼드체: 복소수 벡터 (예, x = xd + jxq)Bold: Complex vector (e.g. x = x d + jx q )
*: 지령치*: command value
| |: 벡터의 크기| |: the size of the vector
아랫첨자: 고정자(s), 회전자(r) (예, Rs: 고정자 저항, Rr: 회전자 저항)Subscript: stator (s), rotor (r) (e.g., R s : stator resistance, R r : rotor resistance)
윗첨자: 정지좌표계(s), 동기좌표계(e), 회전자좌표계(r)Superscript: stationary coordinate system (s), synchronous coordinate system (e), rotor coordinate system (r)
σLs: 고정자 과도 인덕턴스, Lm: 상호 인덕턴스, Ls: 고정자 인덕턴스, Lr: 회전자 인덕턴스σL s : stator transient inductance, L m : mutual inductance, L s : stator inductance, L r : rotor inductance
: 고정자 역기전력 : Stator back emf
: 회전자 역기전력 : Rotor back EMF
: 고정자 역기전력 추정 옵셋(offset) : stator counter emf estimation offset
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 옵셋 추정기의 블록도이다.1 is a block diagram of an offset estimator according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 옵셋 추정기(100)는 제1 연산기(110), 제1 자속 추정기(120a), 제2 자속 추정기(120b), 제2 연산기(130), 제어기(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the offset
제1 연산기(110)는 고정자 역기전력()을 입력받고, 산출된 고정자 역기전력 추정 옵셋()을 피드백으로 입력받을 수 있다. 제1 연산기(110)는 입력된 고정자 역기전력()으로부터 고정자 역기전력 추정 옵셋()을 감산한 제1 감산 값을 출력할 수 있다.The
제1 자속 추정기(120a) 및 제2 자속 추정기(120b)는 제1 연산기(110)로부터 출력된 제1 감산 값을 각각 입력받을 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 자속 추정기(120a) 및 제2 자속 추정기(120b)는 저역 통과 필터 타입일 수 있다. 본 발명은 저역 통과 필터 타입의 자속 추정기에서 옵셋 성분의 영향이 존재하는 성질을 이용하여 역기전력의 옵셋을 추정할 수 있다. 제1 자속 추정기(120a) 및 제2 자속 추정기(120b)는 각각 제1 추정 고정자 자속() 및 제2 추정 고정자 자속()을 산출할 수 있다.The first
제2 연산기(130)는 산출된 제1 추정 고정자 자속()으로부터 제2 추정 고정자 자속()을 감산한 제2 감산 값을 산출할 수 있다. 산출된 제2 감산 값은 제어기(140)로 입력될 수 있다.The
제어기(140)는 제2 감산 값을 PI 제어하여 고정자 역기전력 추정 옵셋()을 산출할 수 있다. 산출된 고정자 역기전력 추정 옵셋()은 메인 자속 추정기로 입력되는 고정자 역기전력에 적용됨으로써 메인 자속 추정기는 정확한 최종 자속을 추정할 수 있다.The
지금까지 옵셋 추정기의 블록도를 설명하였다. 아래에서는 수학식에 기초하여 옵셋 추정기의 동작을 설명한다.So far, the block diagram of the offset estimator has been described. Below, the operation of the offset estimator will be described based on the equation.
임의의 속도 ω로 회전하는 축 상에서, 유도 전동기의 쇄교 자속식은 다음과 같다.rotating at an arbitrary speed ω On shaft, the flux linkage equation of an induction motor is:
(식 1)(Equation 1)
(식 2)(Equation 2)
(식 3)(Equation 3)
(식 4)(Equation 4)
전압 모델 자속 추정기는 역기전력을 적분하여 획득될 수 있다. 상술한 모델 방정식으로부터 고정자 자속은 (식 5), 회전자 자속은 (식 6)으로부터 구할 수 있다.The voltage model magnetic flux estimator may be obtained by integrating the back electromotive force. From the above model equation, the stator flux can be obtained from (Equation 5) and the rotor flux from (Equation 6).
(식 5)(Equation 5)
(식 6)(Equation 6)
전압 모델은 역기전력의 전압 및 전류에 포함된 옵셋 성분 때문에 순수 적분 (1/s)에서 적분 포화가 발생될 수 있다. 또한, 적분의 초기값 조건에 의해 직류 드리프트(drift)가 발생될 수 있다. 일 실시 예로서, 저역 통과 필터를 이용한 전압 모델은 적분 포화를 방지할 수 있다. 위상 및 크기를 보상한 회전자 자속에 대한 저역 통과 필터 모델은 아래와 같다.In the voltage model, integration saturation may occur in pure integration (1/s) due to the offset component included in the voltage and current of the back EMF. In addition, DC drift may be generated by the condition of the initial value of the integral. As an example, a voltage model using a low-pass filter may prevent integral saturation. The low-pass filter model for the phase- and magnitude-compensated rotor flux is as follows.
(식 7)(Equation 7)
여기서, ωc는 차단각 주파수(cutoff angular frequency)이다.Here, ω c is the cutoff angular frequency.
본 모델은 순수 적분이 없기 때문에 적분 포화나 직류 드리프트 문제가 발생되지 않는다. 그러나, 1차 필터 형태이기 때문에 역기전력에 포함된 옵셋이 완전히 제거될 수는 없다. 차단각 주파수가 높을수록 옵셋의 영향은 작아질 수 있으나, 자속 추정의 안정성 때문에 차단각 주파수는 무한정 높게 설정될 수 없다.Since there is no pure integration in this model, integration saturation or DC drift problems do not occur. However, since it is a first-order filter, the offset included in the back EMF cannot be completely removed. The higher the cut-off angle frequency, the smaller the effect of the offset, but the cut-off angle frequency cannot be set infinitely high because of the stability of magnetic flux estimation.
저역 통과 필터 타입의 자속 지령을 이용한 오타니 모델은 아래와 같다.The Ohtani model using the magnetic flux command of the low-pass filter type is as follows.
(식 8)(Equation 8)
지령 자속()은 동기좌표계 자속 지령치()에 최종적으로 추정된 자속()의 위상()을 이용하여 산출될 수 있다. 오타니 모델도 차단각 주파수가 높을수록 옵셋의 영향이 작아질 수 있다. 그러나, 차단각 주파수가 높을수록 위생 왜곡이 심해지므로 차단각 주파수는 무한정 높게 설정될 수 없다.Command flux ( ) is the magnetic flux command value of the synchronous coordinate system ( ) to the final estimated magnetic flux ( ) of the phase ( ) can be calculated using In the Ohtani model, the higher the cutoff angle frequency, the smaller the effect of the offset. However, since sanitary distortion increases as the cutoff angle frequency increases, the cutoff angle frequency cannot be set infinitely high.
로렌츠 모델은 아래와 같다. 전류 모델()은 상술한 모델방정식으로부터 유도될 수 있다.The Lorentz model is: current model ( ) can be derived from the above-described model equation.
(식 9)(Equation 9)
여기서, , here, ,
본 모델은 2차 필터 형태이기 때문에 역기전력에 포함된 옵셋이 정상 상태에서 완전히 상쇄될 수 있다. 과도 상태에서의 옵셋은 차단각 주파수를 높이면 최대한 영향을 줄일 수 있다. 하지만, 차단각 주파수가 높을수록 전류 모델의 이용 비율이 높아진다. 전류 모델은 파라미터 Rr, Lr, Lm의 오차에 민감하기 때문에 차단각 주파수를 줄여 전류 모델의 이용 빈도를 줄여야 한다. 또한, 로렌츠 모델은 1차 필터 형태인 오타니 모델보다 위상 왜곡이 더욱 심하기 때문에 차단각 주파수가 더 낮게 설계되어야 한다.Since this model is in the form of a second-order filter, the offset included in the back EMF can be completely canceled in a steady state. The offset in the transient state can be reduced as much as possible by increasing the cutoff angle frequency. However, the higher the cutoff angle frequency, the higher the utilization rate of the current model. Since the current model is sensitive to the errors of the parameters R r , L r , and L m , the frequency of cut-off angle should be reduced to reduce the frequency of use of the current model. In addition, since the Lorentz model has more severe phase distortion than the Ohtani model, which is a first-order filter type, the cut-off angle frequency should be designed to be lower.
상술한 (식 7), (식 8)의 저역 통과 필터 타입의 자속 추정기에 대한 옵셋의 영향은 아래와 같이 구할 수 있다.The effect of the offset on the magnetic flux estimator of the low-pass filter type of (Equation 7) and (Equation 8) described above can be obtained as follows.
(식 10)(Equation 10)
여기서, 는 역기전력에 포함된 옵셋 성분이고, 는 옵셋에 의한 자속의 직류 성분이다.here, Is an offset component included in the back EMF, is the DC component of the magnetic flux due to the offset.
역기전력에 포함된 옵셋은 교류 성분보다 변동이 매우 느리므로, 값이 일정한 직류로 간주할 수 있다. (식 10)은 시간 도메인에서 아래와 같이 표현될 수 있다.Since the offset included in the counter-EMF has a much slower variation than the AC component, it can be regarded as a DC with a constant value. (Equation 10) can be expressed as follows in the time domain.
(식 11)(Equation 11)
정상 상태에서 의 자속의 직류 성분이 존재한다.in normal condition There is a direct current component of the magnetic flux of
(식 9)의 로렌츠 모델의 경우, 옵셋에 의한 직류 자속은 아래와 같다.In the case of the Lorentz model of (Equation 9), the DC flux due to the offset is as follows.
(식 12)(Equation 12)
이것은 시간 도메인에서 아래와 같이 표현될 수 있다.This can be expressed in the time domain as:
(식 13)(Equation 13)
직류 자속은 과도 상태에서 진동을 하면서, 서서히 ‘0’으로 단조(monotonically) 감소할 수 있다. 정상 상태에서 으로 옵셋에 의한 영향은 없다. 그러나, (식 13)과 같이 과도 상태의 영향은 존재한다.DC magnetic flux may gradually monotonically decrease to '0' while oscillating in a transient state. in normal condition , there is no effect by offset. However, as shown in (Equation 13), the effect of the transient state exists.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 옵셋 추정 방법에서 사용된 자속 추정기의 블록도이다.2 is a block diagram of a magnetic flux estimator used in an offset estimation method according to an embodiment of the present invention.
자속 추정기는 역기전력의 옵셋의 영향이 존재한다. 본 발명은 자속 추정기의 성능 향상을 위해 옵셋을 추정하기 위한 옵셋 추정기 및 옵셋 추정 방법에 관한 것이다. 일 실시 예로서, 본 발명은 고정자 자속에 대한 오타니 모델 자속 추정기를 이용할 수 있다. 여기서, 옵셋에 의한 직류 자속 성분이 존재하는 성질을 이용할 수 있다. 자속 추정기는 아래와 같다.The magnetic flux estimator is affected by the offset of back EMF. The present invention relates to an offset estimator and an offset estimation method for estimating an offset to improve the performance of a magnetic flux estimator. As an embodiment, the present invention may use the Ohtani model flux estimator for stator flux. Here, the property that a DC magnetic flux component due to offset exists can be used. The magnetic flux estimator is shown below.
(식 14)(Equation 14)
고정자 자속 기준 제어에서는 동기좌표계 고정자 자속 지령치인 이 존재하므로 이를 이용할 수 있으나, 회전자 자속 기준에서는 이 존재하지 않는다. 그러므로, 본 발명에서는 (식 14)에서 최종 추정된 의 크기를 이용한다. 옵셋에 의해서 ||는 리플이 존재하므로 저역 통과 필터로 필터링하고, 이 값을 로 사용한다. 하지만, ||를 필터링하면 값이 ‘0’에서 시작하여, 정상 상태에 도달하기까지 시간이 소요된다. 따라서, 다음과 같이 저역 통과 필터 출력의 초기값을 아래와 같이 계산하여 설정할 수 있다. 모델방정식으로부터 아래의 쇄교자속식이 성립한다.In the stator flux reference control, the synchronous coordinate system stator flux command value exists, so it can be used, but in terms of rotor flux this doesn't exist Therefore, in the present invention, the final estimate in (Equation 14) use the size of by offset | | has a ripple, so it is filtered with a low-pass filter, and this value is use as However, | When | is filtered, the value starts at '0' and it takes time to reach a steady state. Therefore, the initial value of the low-pass filter output can be calculated and set as follows. From the model equation, the following flux-linkage equation is established.
(식 15)(Equation 15)
회전자 자속 기준에서 회전자 자속이 으로 일정하게 제어되고 있으므로 회전자 자속 기준 동기좌표계 고정자 자속은Rotor flux based on rotor flux Since it is constantly controlled by , the stator magnetic flux in the synchronous coordinate system based on the
(식 16)(Equation 16)
이므로, 고정자 자속의 크기는 다음과 같고,Therefore, the magnitude of the stator flux is
(식 17)(Equation 17)
이 값을 의 초기값으로 설정한다. 도 2에는 상술한 자속 추정기가 도시되어 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 자속 추정기(120)는 저역 통과 필터(121), 제3 연산기(122), 제4 연산기(123), 제5 연산기(124), 제6 연산기(125) 및 적분기(126)을 포함할 수 있다.this value set to the initial value of 2 shows the above-described magnetic flux estimator. That is, as shown in FIG. 2, the
저역 통과 필터(121)는 입력된 추정 고정자 자속의 크기()를 필터링하여 회전자 자속 기준 동기좌표계 고정자 자속 지령치()를 산출할 수 있다. 제3 연산기(122)는 산출된 회전자 자속 기준 동기좌표계 고정자 자속 지령치()를 기 설정된 각도로 회전시킬 수 있다. 제4 연산기(123)는 회전된 회전자 자속 기준 고정자 자속 지령치로부터 산출된 추정 고정자 자속()을 감산한 감산 값을 산출할 수 있다. 제5 연산기(124)는 감산 값에 기 설정된 차단각 주파수(ωc)를 적용한 출력 값을 출력할 수 있다. 제6 연산기(125)는 고정자 역기전력()에 제5 연산기(124)로부터 출력된 출력 값을 가산한 가산 값을 산출할 수 있다. 적분기(126)는 제6 연산기(125)로부터 산출된 가산 값을 적분하여 추정 고정자 자속()을 산출할 수 있다. 상술한 바와 같이, 산출된 추정 고정자 자속()은 피드백되어 제3 연산기(122)로 입력될 수 있다.The low-
여기서, , θ는 출력단에 최종 추정된 로부터 다음과 같이 연산될 수 있다.here, , θ is the final estimated From can be calculated as:
(식 18)(Equation 18)
고정자 자속 기준에서 의 계산을 위한 별도의 연산은 필요 없으며, 동기좌표계 고정자 자속 지령치를 그대로 이용할 수 있다. 저역 통과 필터의 시정수 ι는 50 ~ 200 ms 범위 내에서 설정될 수 있다.From the stator flux standard There is no need for a separate operation for the calculation of , and the synchronous coordinate system stator flux command value can be used as it is. The time constant ι of the low-pass filter can be set within the range of 50 to 200 ms.
본 발명에서는 서로 다른 두 차단각 주파수(제1 자속 추정기: , 제2 자속 추정기: )로 구현될 수 있다. 차단각 주파수가 다르더라도, 두 자속 추정기에서 추정되는 자속의 교류 성분은 동일하다. 그러나, (식 10)과 같이 직류 성분은 다를 수 있다. 제1 자속 추정기에서 추정된 제1 자속()과 제2 자속 추정기에서 추정된 제2 자속()의 차는 아래와 같다.In the present invention, two different cut-off angle frequencies (first magnetic flux estimator: , the second flux estimator: ) can be implemented. Even if the cut-off angle frequencies are different, the AC component of the magnetic flux estimated by the two magnetic flux estimators is the same. However, as shown in (Equation 10), the DC component may be different. The first magnetic flux estimated by the first magnetic flux estimator ( ) and the second magnetic flux estimated by the second magnetic flux estimator ( ) is as follows.
(식 19)(Equation 19)
즉, 역기전력에 포함된 옵셋 성분에 대한 항만 남게 된다. 가 ‘0’이 되도록 제어하면 옵셋 를 추정할 수 있다.That is, only the term for the offset component included in the counter electromotive force remains. is controlled to be '0', the offset can be estimated.
본 발명의 도 1에 도시된 옵셋 추정기(100)로부터 실제 옵셋 에 대한 추정 옵셋 의 전달 함수는 다음과 같다.The actual offset from the offset
(식 20)(Equation 20)
G(0) = ∞ 이므로, 정상 상태에서 를 만족한다. PI 이득은 다음과 같이 구현될 수 있다.Since G(0) = ∞, in the steady state satisfies The PI gain can be implemented as follows.
(식 21)(Equation 21)
k0는 옵셋 추정기의 이득, z0는 영점(zero)로 정의된다. 안정성과 과도 상태에서 적절한 응답을 위해 ωc2 > ωc1 > z0 > 0 으로 설계하고, k0는 1보다 낮은 값으로 설정될 수 있다.k 0 is a gain of the offset estimator, and z 0 is defined as a zero point. For stability and proper response in the transient state, we design ω c2 > ω c1 > z 0 > 0, and k 0 can be set to a value lower than 1.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 옵셋 추정기의 근궤적(root locus)을 설명하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a root locus of an offset estimator according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 이득 k0에 따른 (식 20)의 전달 함수의 근궤적이 도시되어 있다. 일 실시 예로서, ωc1 = 2π, ωc2 = 6π, z0 = 6, k0 = 0.1로 설정될 수 있다. 상술한 예는 3개의 극점(pole)에 허수항이 없어 진동 응답이 나타나지 않을 수 있다.Referring to FIG. 3, the root locus of the transfer function of (Equation 20) according to the gain k0 is shown. As an embodiment, ω c1 = 2π, ω c2 = 6π, z 0 = 6, and k 0 = 0.1. In the above example, a vibration response may not appear because there are no imaginary terms at the three poles.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 옵셋 추정기가 적용된 유도 전동기의 자속 추정기의 블록도이다.4 is a block diagram of a magnetic flux estimator of an induction motor to which an offset estimator according to an embodiment of the present invention is applied.
도 4를 참조하면, 유도 전동기(1000)는 옵셋 추정기(100), 옵셋 보상기(200) 및 메인 자속 추정기(300)를 포함할 수 있다. 옵셋 보상기(200)는 저역 통과 필터(10)와 옵셋 보상기의 연산기(20)를 포함할 수 있다. 옵셋 추정기(100)는 고정자 역기전력의 옵셋을 추정할 수 있다. 저역 통과 필터(10)는 안정성을 위해 옵셋 추정기(100)의 출력을 적절히 필터링할 수 있다. 옵셋 보상기의 연산기(20)는 고정자 역기전력()으로부터 필터링된 추정 옵셋()을 제거할 수 있다. 메인 자속 추정기(300)는 추정 옵셋()이 제거된 고정자 역기전력()으로부터 자속을 추정할 수 있다. 즉, 본 발명의 옵셋 추정기(100)는 옵셋 보상기(200)에 포함되어 정확한 옵셋을 추정할 수 있다. 그리고, 옵셋 보상기(200)는 고정자 역기전력으로부터 추정된 옵셋을 제거할 수 있다. 따라서, 옵셋 추정기(100)를 포함하는 유도 전동기(1000)는 정확한 자속을 추정할 수 있다.Referring to FIG. 4 , an
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 옵셋 추정 방법의 흐름도이다.5 is a flowchart of an offset estimation method according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 옵셋 추정기는 고정자 역기전력으로부터 피드백된 고정자 역기전력 추정 옵셋을 감산한 제1 감산 값을 산출할 수 있다(S510). 옵셋 추정기는 산출된 감산 값으로부터 제1 추정 고정자 자속 및 제2 추정 고정자 자속을 산출할 수 있다(S520). 제1 및 제2 추정 고정자 자속 각각은 아래와 같이 산출될 수 있다. 제1 및 제2 자속 추정기 각각은 입력된 추정 고정자 자속의 크기를 저역 통과 필터링하여 고정자 자속 지령치를 산출하고, 산출된 고정자 자속 지령치를 기 설정된 각도로 회전시키며, 회전된 고정자 자속 지령치로부터 산출된 추정 고정자 자속을 감산한 제3 감산 값을 산출할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the offset estimator may calculate a first subtracted value obtained by subtracting the fed back stator counter electromotive force estimation offset from the stator counter electromotive force (S510). The offset estimator may calculate the first estimated stator flux and the second estimated stator flux from the calculated subtraction values (S520). Each of the first and second estimated stator fluxes can be calculated as follows. Each of the first and second flux estimators calculates a stator flux command value by low-pass filtering the magnitude of the estimated stator flux input, rotates the calculated stator flux command value by a preset angle, and estimates the calculated stator flux command value from the rotated stator flux command value. A third subtraction value obtained by subtracting the stator flux may be calculated.
제1 및 제2 자속 추정기 각각은 제3 감산 값에 기 설정된 차단각 주파수를 적용한 출력 값을 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 자속 추정기 각각은 서로 다른 차단각 주파수에 기초로 추정 고정자 자속을 산출할 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 자속 추정기 각각은 고정자 역기전력에 출력 값을 가산한 가산 값을 산출하며, 가산 값을 적분하여 추정 고정자 자속을 산출할 수 있다.Each of the first and second magnetic flux estimators may output an output value obtained by applying a predetermined cut-off angle frequency to the third subtraction value. For example, each of the first and second flux estimators may calculate the estimated stator flux based on different cutoff angle frequencies. Further, each of the first and second magnetic flux estimators may calculate an addition value obtained by adding an output value to the stator counter electromotive force, and may calculate the estimated stator flux by integrating the addition value.
옵셋 추정기는 산출된 제1 추정 고정자 자속으로부터 산출된 제2 추정 고정자 자속을 감산한 제2 감산 값을 산출할 수 있다(S530). 한편, 제2 감산 값은 정상 상태에서 0일 수 있다. 옵셋 추정기는 산출된 제2 감산 값을 PI 제어하여 고정자 역기전력 추정 옵셋을 산출할 수 있다(S540). 산출된 추정 옵셋은 고정자 역기전력의 옵셋을 제거할 수 있다.The offset estimator may calculate a second subtraction value obtained by subtracting the calculated second estimated stator flux from the calculated first estimated stator flux (S530). Meanwhile, the second subtraction value may be 0 in a steady state. The offset estimator may calculate the stator EMF estimation offset by PI-controlling the calculated second subtraction value (S540). The calculated estimated offset can remove the offset of the stator EMF.
아래에는 본 발명의 옵셋 추정기를 적용하여 자속 추정 실험 결과가 도시되어 있다. 벡터 제어에 사용된 자속 추정기는 오타니 모델과 로렌츠 모델을 사용하였고, 회전자 자속 기준 센서리스 벡터 제어가 수행되었다. 도 6 내지 도 9에는 추정한 추정 속도, 속도 센서로 측정한 실제 속도, d축 전류(자속분 전류), q축 전류(토크분 전류)에 대한 파형이 도시되어 있다.Below, the magnetic flux estimation experiment results by applying the offset estimator of the present invention are shown. The magnetic flux estimator used for the vector control used the Ohtani model and the Lorentz model, and sensorless vector control based on rotor flux was performed. 6 to 9 show waveforms of the estimated speed, the actual speed measured by the speed sensor, the d-axis current (magnetic flux component current), and the q-axis current (torque component current).
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로렌츠 모델에서 무부하 상태의 300 r/min 속도에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로렌츠 모델에서 전부하 상태의 200 r/min 속도에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다. 로렌츠 모델에서 차단각 주파수는 3.14 rad/s (차단각 주파수 0.5 Hz)로 설정되었다.6 is a view showing experimental results for a speed of 300 r/min in a no-load state in the Lorentz model according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a diagram showing the experimental results for r/min speed. In the Lorentz model, the cutoff frequency was set to 3.14 rad/s (cutoff angle frequency 0.5 Hz).
도 6을 참조하면 2차 필터 형태인 로렌츠 모델은 과도 상태에서 옵셋의 영향이 존재하지만, 정상 상태에서는 옵셋의 영향이 없다. 속도가 변하는 과도 상태에서 속도 및 전류에 상당한 리플이 존재한다. 도 6(a)에서 중간 지점의 offset compensation 시점부터 본 발명의 옵셋 추정 방법이 적용되었다. 본 발명의 방법이 적용된 이후 서서히 속도 및 전류의 리플이 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 도 6(b) 및 도 6(c)를 비교해 보면, 과도 상태 응답에서 옵셋 보상에 대한 효과를 확인할 수 있다. 도 7은 전부하(100% 정격 토크 부하 인가) 상태에서 200 r/min에 대한 실험 결과이다. 도 6과 동일하게 본 발명이 적용된 옵셋 보상 효과를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the Lorentz model in the form of a second-order filter has an offset effect in a transient state, but no offset effect in a steady state. During transients where the speed changes, there is significant ripple in the speed and current. In FIG. 6 (a), the offset estimation method of the present invention is applied from the offset compensation time point at the midpoint. After the method of the present invention is applied, it can be seen that the speed and current ripple are gradually reduced. Comparing FIG. 6(b) and FIG. 6(c), the effect of offset compensation on the transient response can be confirmed. 7 is an experimental result for 200 r/min under full load (applying 100% rated torque load). As in FIG. 6 , the offset compensation effect to which the present invention is applied can be confirmed.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오타니 모델에서 무부하 상태의 300 r/min 속도에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오타니 모델에서 전부하 상태의 200 r/min 속도에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다. 오타니 모델에서 차단각 주파수는 6.28 rad/s (차단각 주파수 1 Hz)로 설정되었다.8 is a view showing experimental results for a speed of 300 r/min in a no-load state in the Ohtani model according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a diagram showing the experimental results for r/min speed. In the Ohtani model, the cutoff frequency was set to 6.28 rad/s (
도 8에는 무부하의 300 r/min 속도로 실험한 결과가 도시되어 있다. 1차 필터 형태인 오타니 모델은 정상 상태에서 항상 옵셋의 영향이 존재하므로 속도 및 전류에 상당한 리플이 존재한다는 것을 확인할 수 있다. 도 8(a)에 옵셋 추정 방법이 적용된 이후 속도 및 전류에 리플이 서서히 줄어든다. 도 8(b) 및 도 8(c)에서 옵셋 보상 전후에 대한 차이를 확인할 수 있다. 도 9는 전부하의 200 r/min에 대한 실험 결과로서 도 8의 결과와 동일하게 옵셋 보상 효과를 확인할 수 있다.8 shows the results of the experiment at a speed of 300 r/min without load. It can be seen that the Ohtani model, which is a first-order filter type, always has the effect of offset in the steady state, so there is a significant ripple in the speed and current. After the offset estimation method is applied in FIG. 8(a), the ripple in the speed and current gradually decreases. In FIGS. 8(b) and 8(c), a difference before and after offset compensation can be confirmed. 9 is an experimental result of 200 r/min under full load, and the same offset compensation effect as the result of FIG. 8 can be confirmed.
상술한 다양한 실시 예에 따른 옵셋 추정 방법은 컴퓨터 프로그램 제품으로 제공될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 S/W 프로그램 자체 또는 S/W 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)를 포함할 수 있다.The offset estimation method according to various embodiments described above may be provided as a computer program product. The computer program product may include a S/W program itself or a non-transitory computer readable medium in which the S/W program is stored.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다. A non-transitory readable medium is not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, or memory, but a medium that stores data semi-permanently and can be read by a device. Specifically, the various applications or programs described above may be stored and provided in non-transitory readable media such as CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM, and the like.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications are possible by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.
본 발명은 추가적인 하드웨어가 필요하지 않고, 간단한 구조로 옵셋 성분을 추정함으로써 고정자 역기전력에 포함된 옵셋 성분을 제거할 수 있다. 본 발명은 역기전력을 사용하는 모든 유도전동기 자속 추정기에 사용될 수 있으며, 고정자 자속 기준 제어와 회전자 자속 기준 제어 모두에 이용될 수 있다. 특히, 본 발명이 속도 센서를 사용하지 않는 센서리스(Sensorless) 제어에 적용된다면 유도 전동기의 자속 추정 성능을 더욱 개선시킬 수 있다.The present invention does not require additional hardware and can remove the offset component included in the stator EMF by estimating the offset component with a simple structure. The present invention can be used for all induction motor flux estimators using counter-electromotive force, and can be used for both stator flux-based control and rotor flux-based control. In particular, if the present invention is applied to sensorless control that does not use a speed sensor, flux estimation performance of an induction motor can be further improved.
100: 옵셋 추정기
110: 제1 연산기 120a, 120b: 자속 추정기
130: 제2 연산기 140: 제어기100: offset estimator
110:
130: second calculator 140: controller
Claims (8)
상기 산출된 감산 값으로부터 제1 추정 고정자 자속 및 제2 추정 고정자 자속을 산출하는 추정 고정자 자속 산출 단계;
상기 산출된 제1 추정 고정자 자속으로부터 상기 산출된 제2 추정 고정자 자속을 감산한 제2 감산 값을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 제2 감산 값을 PI 제어하여 상기 고정자 역기전력 추정 옵셋을 산출하는 단계;를 포함하고,
상기 추정 고정자 자속 산출 단계는,
상기 제1 추정 고정자 자속은 제1 차단각 주파수에 기초하여 산출되고, 상기 제2 추정 고정자 자속은 제2 차단각 주파수에 기초하여 산출되며, 상기 제1 추정 고정자 자속 및 상기 제2 추정 고정자 자속은 병렬적으로 산출되는, 유도 전동기 옵셋 추정 방법.Calculating a first subtraction value obtained by subtracting the fed back stator back electromotive force estimation offset from the stator back electromotive force;
an estimated stator flux calculation step of calculating a first estimated stator flux and a second estimated stator flux from the calculated subtraction values;
calculating a second subtraction value obtained by subtracting the calculated second estimated stator flux from the calculated first estimated stator flux; and
calculating the stator EMF estimation offset by performing PI control on the calculated second subtraction value;
In the step of calculating the estimated stator flux,
The first estimated stator flux is calculated based on a first cutoff angle frequency, the second estimated stator flux is calculated based on a second cutoff angle frequency, and the first estimated stator flux and the second estimated stator flux are A method for estimating induction motor offsets calculated in parallel.
상기 제2 감산 값은,
최종적으로 0인, 유도 전동기 옵셋 추정 방법.According to claim 1,
The second subtraction value is,
A method for estimating an induction motor offset that is ultimately zero.
상기 추정 고정자 자속 산출 단계는,
입력된 추정 고정자 자속의 크기를 저역 통과 필터링하여 고정자 자속 지령치를 산출하는 단계;
상기 산출된 고정자 자속 지령치를 기 설정된 각도로 회전시키는 단계;
상기 회전된 고정자 자속 지령치로부터 산출된 추정 고정자 자속을 감산한 제3 감산 값을 산출하는 단계;
상기 제3 감산 값에 기 설정된 차단각 주파수를 적용한 출력 값을 출력하는 단계;
상기 고정자 역기전력에 상기 출력 값을 가산한 가산 값을 산출하는 단계; 및
상기 가산 값을 적분하여 추정 고정자 자속을 산출하는 단계;를 포함하는, 유도 전동기 옵셋 추정 방법.According to claim 1,
In the step of calculating the estimated stator flux,
Calculating a stator flux command value by low-pass filtering the magnitude of the estimated stator flux input;
rotating the calculated stator flux command value at a preset angle;
calculating a third subtraction value obtained by subtracting the estimated stator flux calculated from the rotated stator flux command value;
outputting an output value obtained by applying a predetermined cut-off angle frequency to the third subtracted value;
calculating an addition value obtained by adding the output value to the stator counter electromotive force; and
Calculating an estimated stator magnetic flux by integrating the addition value; including, an induction motor offset estimation method.
상기 산출된 감산 값으로부터 제1 추정 고정자 자속을 산출하는 제1 자속 추정기;
상기 산출된 감산 값으로부터 제2 추정 고정자 자속을 산출하는 제2 자속 추정기;
상기 산출된 제1 추정 고정자 자속으로부터 상기 산출된 제2 추정 고정자 자속을 감산한 제2 감산 값을 산출하는 제2 연산기; 및
상기 산출된 제2 감산 값을 PI 제어하여 상기 고정자 역기전력 추정 옵셋을 산출하는 제어기;를 포함하고,
상기 제1 자속 추정기 및 상기 제2 자속 추정기는 병렬적으로 연결되고,
상기 제1 추정 고정자 자속은 제1 차단각 주파수에 기초하여 산출되고, 상기 제2 추정 고정자 자속은 제2 차단각 주파수에 기초하여 산출되며, 상기 제1 추정 고정자 자속 및 상기 제2 추정 고정자 자속은 병렬적으로 산출되는, 유도 전동기 옵셋 추정기.a first operator calculating a first subtraction value obtained by subtracting the feedback stator counter electromotive force estimated offset from the stator counter electromotive force;
a first flux estimator calculating a first estimated stator flux from the calculated subtraction value;
a second flux estimator calculating a second estimated stator flux from the calculated subtraction value;
a second operator calculating a second subtraction value obtained by subtracting the calculated second estimated stator flux from the calculated first estimated stator flux; and
a controller for calculating the stator EMF estimation offset by PI-controlling the calculated second subtraction value;
The first magnetic flux estimator and the second magnetic flux estimator are connected in parallel,
The first estimated stator flux is calculated based on a first cutoff angle frequency, the second estimated stator flux is calculated based on a second cutoff angle frequency, and the first estimated stator flux and the second estimated stator flux are An induction motor offset estimator, computed in parallel.
상기 제2 감산 값은,
최종적으로 0인, 유도 전동기 옵셋 추정기.According to claim 5,
The second subtraction value is,
Finally zero, induction motor offset estimator.
상기 제1 자속 추정기 및 상기 제2 자속 추정기 각각은,
입력된 추정 고정자 자속의 크기를 저역 통과 필터링하여 고정자 자속 지령치를 산출하는 저역 통과 필터;
상기 산출된 고정자 자속 지령치를 기 설정된 각도로 회전시키는 제3 연산기;
상기 회전된 고정자 자속 지령치로부터 산출된 추정 고정자 자속을 감산한 제3 감산 값을 산출하는 제4 연산기;
상기 제3 감산 값에 기 설정된 차단각 주파수를 적용한 출력 값을 출력하는 제5 연산기;
상기 고정자 역기전력에 상기 출력 값을 가산한 가산 값을 산출하는 제6 연산기; 및
상기 가산 값을 적분하여 추정 고정자 자속을 산출하는 적분기;를 포함하는, 유도 전동기 옵셋 추정기.According to claim 5,
Each of the first magnetic flux estimator and the second magnetic flux estimator,
a low-pass filter for calculating a stator flux reference value by low-pass filtering the magnitude of the estimated stator flux input;
a third operator for rotating the calculated stator flux command value at a preset angle;
a fourth operator calculating a third subtraction value obtained by subtracting the estimated stator flux calculated from the rotated stator flux command value;
a fifth operator for outputting an output value obtained by applying a preset cut-off angle frequency to the third subtraction value;
a sixth operator calculating an addition value obtained by adding the output value to the stator counter electromotive force; and
An integrator for integrating the addition value to calculate the estimated stator magnetic flux; including, an induction motor offset estimator.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
KR1020200065656A KR102494526B1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Offset estimator in indcution motor and estimation method thereof |
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2020
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