KR102515704B1 - 전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스, 제어 방법, 및 모터 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 전력 변환 디바이스(3)를 위한 제어 디바이스(10)는 구동량 명령치에 기초한 제어 신호를 출력하는 구동 제어 유닛(16), 모터(2)에 대한 토크 명령, 모터의 고정자 자속의 추정치, 및 모터의 고정자 자속의 기준치에 기초한 구동량 명령치를 계산하는 구동량 조정 유닛(14), 모터의 고정자 자속의 추정치를 계산하는 자속 관측기, 및 고정자 자속의 계산된 추정치의 시간 이력 데이터에 기초하여 고정자 자속의 추정치를 평활화하고, 모터의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 추정치를 계산하는 전류 관측기(20)를 포함한다.

Description

전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스, 제어 방법, 및 모터 구동 시스템

본 명세서에 기술된 실시예는 일반적으로 전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스, 제어 방법, 및 모터 구동 시스템에 관한 것이다.

본 출원은 2018년 9월 27일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제 62/737,122호 및 2019년 1월 31일에 출원된 미국 특허 출원 제 16/263,989호에 기초하고 그 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

모터 구동 시스템은 전력 변환 디바이스를 제어함으로써 유도 모터를 구동한다. 전력 변환 디바이스를 제어하는 제어 디바이스는 적어도 유도 모터에 대한 토크 명령치, 유도 모터의 고정자 자속의 기준치, 유도 모터의 고정자 자속의 추정치, 및 회전자 자속의 추정치에 기초하여 유도 모터의 구동량을 정의하는 구동량 명령치를 계산한다. 이러한 유도 모터를 보다 높은 정확도로 제어하기 위한 요구가 있어 왔다.

특허문헌 1 : 미국 특허 제 9281772호

본 발명의 목적은 전력 변환 디바이스의 제어 디바이스, 제어 방법, 및 유도 모터를 높은 정확도로 제어하는 모터 구동 시스템을 제공하는 것이다.

실시예에 따른 전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스는 구동 제어 유닛, 구동량 조정 유닛, 자속 관측기, 및 전류 관측기를 포함한다. 구동 제어 유닛은 모터의 구동량을 정의하는 구동량 명령치에 기초한 제어 신호를, 모터를 구동하는 전력 변환 디바이스에 출력한다. 구동량 조정 유닛은 적어도 모터에 대한 토크 명령, 모터의 고정자 자속의 추정치, 및 모터의 고정자 자속의 기준치에 기초하여 모터의 구동량을 정의하는 구동량 명령치를 계산하고, 계산된 구동량 명령치를 구동 제어 유닛에 제공한다. 자속 관측기는 적어도 계산된 구동량 명령치 및 전력 변환 디바이스의 출력 전류에 기초하여 적어도 모터의 고정자 자속의 추정치를 계산한다. 전류 관측기는 고정자 자속의 계산된 추정치의 시간 이력 데이터에 기초하여 고정자 자속의 추정치를 평활화하고, 적어도 계산된 구동량 명령치 및 고정자 자속의 평활화된 추정치에 기초하여 전력 변환 디바이스의 출력 전류와 관련된 모터의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 추정치를 계산한다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 모터 구동 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 전류/자속 추정 유닛을 나타내는 블록도이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 미리 결정된 변환 규칙을 나타내는 도면이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 모터의 동기 각주파수(synchronous angular frequency)에 기초한 미리 결정된 변환 규칙의 적용의 이점을 나타내는 도면이다.
도 5는 제 1 실시예에 따른 DB-DTFC를 나타내는 타이밍 도면이다.
도 6(a)는 제 1 실시예에 따른 전압/토크 제어를 나타내는 도면이다.
도 6(b)는 제 1 실시예에 따른 전압/토크 제어를 나타내는 도면이다.
도 7은 제 1 실시예에 따른 DB-DTFC 계산 유닛을 나타내는 블록도이다.
도 8은 제 1 실시예의 제 1 변형예에 따른 전압/토크 제어를 나타내는 도면이다.
도 9는 제 1 실시예의 제 2 변형예에 따른 전류/자속 추정 유닛을 나타내는 블록도이다.
도 10은 제 2 실시예에 따른 모터 구동 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 11은 제 2 실시예에 따른 DB-DTFC 계산 유닛을 나타내는 블록도이다.
도 12는 제 3 실시예에 따른 모터 구동 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 13은 실시예에 따른 제어 디바이스를 나타내는 블록도이다.
도 14는 제 1 예시에 따른 모터 구동 시스템의 평가의 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 제 2 예시에 따른 모터 구동 시스템의 평가의 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 비교예에 따른 모터 구동 시스템의 평가의 결과를 나타내는 도면이다.
도 17은 토크의 스텝 응답 테스트의 평가의 결과를 나타내는 도면이다.
도 18은 전류 관측기의 평가의 결과를 나타내는 도면이다.
도 19는 실시예에 따른 변수 중 복소 벡터의 변수를 나타내는 도면이다.
도 20은 실시예에 따른 변수 중 스칼라의 변수를 나타내는 도면이다.
도 21은 실시예에 따른 변수 중 스칼라의 변수를 나타내는 도면이다.
도 22는 실시예에 따른 전류 관측기의 계산에서 지연량에 대한 보상의 이점을 나타내는 도면이다.

이하, 실시예에 따른 전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스, 제어 방법, 및 모터 구동 시스템이 도면을 참조하여 설명될 것이다. 후술하는 전력 변환 디바이스 및 모터 구동 시스템은 모터에 미리 결정된 AC 전력을 공급한다.

이하의 설명에서, 실시예에 따른 모터 구동 시스템은 이산 시간계 모델로서 식별될 것이다. 계산 사이클을 식별하기 위한 시간 이력을 나타내는 변수로서, k, k+1, 및 k+2가 사용될 것이다. 계산 사이클의 시작점인 시점(time point) k에 대한 하나의 단위 시간만큼 미래의 시점은 시점 k+1로 표현될 것이고, 하나의 단위 시간만큼 더 미래의 시점은 시점 k+2로 표현될 것이다. 시점 k+1과 시점 k+2 사이의 임의의 주어진 시점(제 3 시점)은 시점 k+α로 표현될 수 있다. 여기서, α는 1부터 2까지의 실수일 수 있고, 1.5는 그 대푯값이다. 실시예에서, 그 시작점으로서의 시점 k+1(제 1 시점)부터 시점 k+1 다음의 시점 k+2(제 2 시점)까지 할당되는 계산 사이클에서, 시점 k+α에서의 상태를 예측하는 추정치가 사용될 수 있다. 시점 k+1을 그 시작점으로 갖는 계산 사이클은 현재 사이클이라고 지칭될 것이고, 시점 k를 그 시작점으로 갖는 계산 사이클은 이전 사이클이라고 지칭될 것이고, 시점 k+2를 그 시작점으로 갖는 사이클은 다음 사이클이라고 지칭될 것이다.

예컨대, 시점 k에서 전환되는 제어 사이클에서의 모터(2)의 작동 상태에 기초한 상태량은 시점 k+1에서 샘플링될 수 있고, 이 샘플링의 결과의 데이터 및 샘플링의 결과로부터 생성되는 명령치 등의 데이터는 시간 이력 데이터라고 지칭될 것이다.

(제 1 실시예)

다음으로, 모터 구동 시스템(1)의 구성의 예시가 설명될 것이다. 도 1은 실시예에 따른 모터 구동 시스템(1)을 나타내는 블록도이다.

모터 구동 시스템(1)은, 예컨대, 모터(2), 전력 변환 디바이스(3), 전류 검출기(9a), 전류 검출기(9b), 및 제어 디바이스(10)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모터 구동 시스템(1)은 AC 전원(5)(G)으로부터 전력을 수신한다. 전력 변환 디바이스(3)를 제어하는 제어 디바이스(10)는 모터 구동 시스템(1)에 적용된다.

모터(2)는, 예컨대, 3상 유도 모터(IM)이다. 모터(2)의 샤프트는 도면에 도시되지 않는 부하의 샤프트와 기계적으로 결합된다. 모터(2)의 회전자는, 예컨대, 고정자 권선에 공급되는 3상 AC 전력에 의해 회전함으로써, 부하의 샤프트를 회전시킨다. 센서(2A)는 모터(2)의 샤프트 상에 배치된다. 센서(2A)는, 예컨대, 리졸버, 속도 센서 등을 포함한다. 센서(2A)는 모터(2)의 샤프트의 회전을 검출하고, 샤프트의 각도(위상) 또는 각속도를 출력한다. 토크 센서는 모터(2)에 배치되지 않는다.

전력 변환 디바이스(3)는, 예컨대, 정류기(6), 커패시터(7), 및 전력 변환 유닛(8)을 포함한다. 정류기(6)는 AC 전원(5)으로부터 정류기(6)의 AC 입력으로 공급되는 교류 전류를 정류한다. DC 링크는 정류기(6)의 DC 출력에 연결된다. 커패시터(7)는 DC 링크와 함께 배치된다. 커패시터(7)는 DC 링크에 인가되는 전압을 평활화한다.

전력 변환 유닛(8)의 DC 입력은 DC 링크에 연결된다. 전력 변환 유닛(8)은 DC 링크를 통해 공급되는 DC 전력을 3상 AC 전력으로 변환하고, 전력 변환 유닛(8)의 AC 출력으로부터 모터(2)에 3상 AC 전력을 공급한다. 전력 변환 유닛(8)은 전압형 인버터이다. 예컨대, 전력 변환 유닛(8)은 후술하는 제어 디바이스(10)로부터의 펄스 폭 변조(PWM) 제어에 따라 구동된다. 전력 변환 유닛(8)은 가변 전압 가변 주파수(VVVF)를 갖는 제어 디바이스(10)에 의해 제어되고, 모터(2)의 속도 등을 조정한다.

전력 변환 유닛(8)은 AC 출력의 3상에 대응하는 전력 변환 회로를 포함한다. 전력 변환 회로는 각 위상에 대한 상부 암 및 하부 암을 포함한다. 상부 암 및 하부 암 각각은 하나의 스위칭 디바이스를 포함한다.

전류 검출기(9a)는 전력 변환 유닛(8)의 출력 측에서 v상(v-phase)에 대해 배치된다. 전류 검출기(9a)는 v상 고정자 전류 Ivs를 검출한다. 전류 검출기(9b)는 전력 변환 유닛(8)의 출력 측에서 w상에 대해 배치된다. 전류 검출기(9b)는 w상 고정자 전류 Iws를 검출한다. 도면에 도시되는 전류 검출기(9a, 9b)는 2개의 위상에 대해 각각 배치되지만, 전류 검출기는 3개의 위상에 대해 각각 배치될 수 있다.

제어 디바이스(10)는 호스트 디바이스에 의해 주어진 명령치 및 전류 검출기(9a, 9b)에 의해 획득되는 검출 결과에 기초하여 전력 변환 디바이스(3)를 제어한다.

여기서, 제어 디바이스(10)에 의해 사용되는 좌표계가 설명될 것이다.

제어 디바이스(10)에 의해 실행되는 제어는, 목적에 따라, 복수의 좌표계, 즉 제 1 내지 제 3 좌표계를 사용한다.

제 1 좌표계는 3상 좌표계이다. 3상 좌표계는 모터(2)의 고정자 권선의 전압(고정자 전압)에 기초한 3상의 성분을 포함한다. 예컨대, 모터(2)의 고정자 전압은 u상, v상, 및 w상을 포함하는 3상의 성분(3상 신호 성분)을 사용하여 표현될 수 있다. 모터(2)의 고정자 전압이 원점에 대하여 미리 결정된 평면 상의 벡터로 표현될 때, 위상의 전압 벡터는 그들 사이에 2π/3의 각도 차이를 갖고, 원점(중심)으로부터 방사상으로 그려진다.

제 2 좌표계는 dqs축 좌표계이다. dqs축 좌표계는 서로 직교하는 ds축 및 qs축을 포함한다. 예컨대, 3상 좌표계 및 dqs축 좌표계는, dqs축 좌표계의 원점을 기준으로 하여, dqs축 좌표계의 qs축의 방향이 고정자의 u상의 전압 벡터의 방향과 일치하도록 배열되는 방식으로, 미리 결정된 평면 상에 배치될 수 있다. 3상 좌표계의 3상 신호 성분을 dqs축 좌표계의 ds축 및 qs축의 2상 신호 성분으로 변환하는 산술 연산은 "dqs축 변환"이라고 지칭될 것이다. "dqs축 변환"에 따라, 3상 신호 성분은 ds축 및 qs축의 2상 신호 성분으로 변환된다. dqs축 좌표계의 ds축 및 qs축의 2상 신호 성분을 3상 좌표계의 3상 신호 성분으로 변환하는 산술 연산은 "dqs축 역변환"이라고 지칭될 것이다. "dqs축 역변환"에 따르면, ds축 및 qs축의 2상 신호 성분은 3상 신호 성분으로 변환된다. 예컨대, dqs축 좌표계의 원점은 고정자 자속에 기초하여 정의된다.

제 3 좌표계는 재정렬된 좌표계이다. 제 2 좌표계(고정자 측 좌표계)와 유사한 재정렬된 좌표계는 서로 직교하는 ds축 및 qs축을 포함한다. 고정자 측 좌표계의 ds축 및 qs축의 2상 신호 성분을 재정렬된 좌표계의 ds축 및 qs축의 2상 신호 성분으로 변환하는 산술 연산은 "ras축 변환"이라고 지칭될 것이다. "ras축 변환"에 따라, 고정자 측 좌표계의 ds축 및 qs축의 2상 신호 성분은 재정렬된 좌표계의 ds축 및 qs축의 2상 신호 성분으로 변환된다. 재정렬된 좌표계의 ds축 및 qs축의 2상 신호 성분을 고정자 측 좌표계의 ds축 및 qs축의 2상 신호 성분으로 변환하는 산술 연산은 "ras축 역변환"이라고 지칭될 것이다. "ras축 역변환"에 따라, 재정렬된 좌표계의 ds축 및 qs축의 2상 신호 성분은 고정자 측 좌표계의 ds축 및 ds축의 2상 신호 성분으로 변환된다. 재정렬된 좌표계는 후술하는 DB-DTFC에서 사용된다. 실시예에서, 재정렬된 좌표계의 축의 방향을 정의하는 방법은 두 가지 기술을 포함한다. 즉, 고정자 자속을 기준으로 사용하는 기술 및 회전자 자속을 기준으로 사용하는 기술이 사용된다. 재정렬된 좌표계의 상세는 후술될 것이다. 예컨대, 재정렬된 좌표계의 원점은 고정자 자속에 기초하여 정의된다.

도 19 내지 도 21에서, 예시로서의 실시예를 나타내는 식 및 도면에 사용되는 변수가 설명될 것이다. 도 19는 실시예에 따른 변수 중 복소 벡터의 변수를 예시로서 나타내는 도면이다. 도 20 및 도 21은 실시예에 따른 변수 중 스칼라의 변수를 예시로서 나타내는 도면이다.

예컨대, dqs축 좌표계에서의 고정자 자속의 추정치는 본 실시예에서 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est로 표시된다. 여기서, "λ"는 자속을 나타낸다. 그 뒤에 오는 접미사의 첫째 부분의 "qds"는 dqs축 좌표의 qs축 성분 및 ds축 성분을 나타낸다. 접미사의 둘째 부분의 "s"는 고정자 측의 고정 좌표계(이하, 고정자 측 좌표계라고 지칭된다)를 나타낸다. 고정자 qds축 자속 λqds_s는 집합적으로 dqs축 좌표의 2상 성분을 나타낸다. 상기 경우에, 2상 성분은 2개의 성분, 즉 고정자 qs축 자속 λqs_s 및 고정자 ds축 자속 λds_s를 포함한다. 고정자 qs축 자속 λqs_s는 고정자 자속의 고정자 측 dqs축 좌표계에서의 q축 성분을 나타낸다. 고정자 ds축 자속 λds_s는 고정자 자속의 고정자 측 dqs축 좌표계에서의 d축 성분을 나타낸다. 몇몇 경우에, 2상 성분으로 표현되는 정보는 복소 벡터 공간에서 벡터 값으로서 집합적으로 취급될 수 있다. 접미사의 셋째 부분의 "est"는 추정치를 나타낸다. 연대 순서 정보(chronological order information)를 식별하는데 사용되는 정보는 셋째 부분 다음에 괄호 안에 표기된다. 상술한 것 이외에 셋째 부분에 표시되는 것으로는 명령치(com), 미분치(dot), 검출치(det), 평균치(ave) 등이 있다.

이하의 계산식 및 도면에서, 본 설명에서 사용되는 표시와 상이한 표시가 사용될 수 있다. 예컨대, 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est는 식 1과 같이 표현될 수 있다.

상기 식 1에 나타내어진 "λ"의 아래첨자 "qds"는 dqs축 좌표의 2상 성분의 정보를 나타낸다. "λ"의 위첨자 "s"는 고정자 측 좌표계의 정보를 나타낸다. 또한, "λ" 위의 "^"는 추정치를 나타낸다. 상기 이외에, 글자 위의 심볼은 미분치를 나타내는 "."을 포함한다. 명령치는 위첨자에 "*"를 사용하여 표현된다. 복소 벡터를 나타내는 변수는 상술한 자속 λ, 전압 V, 및 전류 i를 포함한다. 그 이외의 상세에 대해서는, 도 19 내지 도 21을 참조하라.

다시 도 1을 참조하여, 제어 디바이스(10)가 설명될 것이다.

제어 디바이스(10)는, 예컨대, 모션 컨트롤러(12), 속도/위상 추정 유닛(13), DB-DTFC 계산 유닛(14)(구동량 조정 유닛), 제 1 좌표 변환 유닛(15), PWM 컨트롤러(16)(구동 제어 유닛), 제 2 좌표 변환 유닛(17), 슬립 주파수(slip frequency) 추정 유닛(18), 가산기 유닛(19), 전류/자속 추정 유닛(20), 지연 연산 유닛(23), 지연 연산 유닛(26), 곱셈 유닛(27), 및 평균 보정 유닛(30)을 포함한다.

모션 컨트롤러(12)는 회전자 각속도 명령치(기계 각도) ωrm_com(k+1) 및 회전자 각속도 추정치(기계 각도) ωrm_est(k+1)에 기초하여 공극(air gap) 토크 명령치 Te_com(k+1)을 계산한다. 예컨대, 회전자 각속도 명령치(기계 각도) ωrm_com(k+1)은 제어 디바이스(10) 외부의 디바이스(호스트 디바이스)로부터 공급될 수 있다. 회전자 각속도 추정치(기계 각도) ωrm_est(k+1)은 후술하는 속도/위상 추정 유닛(13)으로부터 공급된다. 이하, 회전자 각속도 추정치(기계 각도) ωrm_est는 간단히 회전자 각속도 추정치 ωrm_est라고 지칭될 것이다. 모션 컨트롤러(12)는 회전자 각속도 추정치 ωrm_est(k+1)이 회전자 각속도 명령치(기계 각도) ωrm_com(k+1)을 따르도록 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)을 계산한다. 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)은 후술하는 DB-DTFC 계산 유닛(14)에 대한 명령치이다.

속도/위상 추정 유닛(13)은, 예컨대, 회전자 각속도 추정치 ωrm_est(k+1) 및 회전자 각도 추정치(전기 각도) θr_est(k+1)을 센서(2A)로부터 공급되는 회전자 기계 각도 θrm(k)에 기초하여 계산한다. 이하, 회전자 각도 추정치(전기 각도) θr_est는 간단히 회전자 각도 추정치 θr_est라고 지칭될 것이다.

예컨대, 속도/위상 추정 유닛(13)은 모터(2)의 회전 상태를 추정하는 모션 관측기를 포함한다. 모션 관측기는 제로 지연 필터(zero lag filter)와 동일하고, 지연이 일반적으로 사용되는 1차 지연 필터의 지연보다 작아지도록 입력 신호에 대한 출력 신호의 지연을 감소시킨다. 다시 말해, 속도/위상 추정 유닛(13)은 회전자 기계 각도 θrm(k)에 대한 회전자 각속도 추정치 ωrm_est(k+1) 및 회전자 각도 추정치 θr_est(k+1)의 지연을 감소시킨다. 속도/위상 추정 유닛(13)은 센서(2A)의 검출 지연을 포함하는 과거의 시점, 예컨대, 시점 k의 상태량으로부터, 시점 k+1, 즉 하나의 샘플링만큼 미래의 시점의 상태량의 값을 추정한다. 회전자 각속도 추정치 ωrm_est(k+1) 및 회전자 각도 추정치 θr_est(k+1)은 각각 현재 상태량의 값의 추정치로서 기능한다. 속도/위상 추정 유닛(13)은 이러한 모션 관측기를 사용함으로써 낮은 노이즈 성분을 포함하는 출력 신호의 획득을 가능하게 한다.

예컨대, 속도/위상 추정 유닛(13)은 회전자 각속도 추정치 ωrm_est(k+1)을 모션 컨트롤러(12) 및 곱셈 유닛(27)에 공급한다. 곱셈 유닛(27)에 의해 변환되는 회전자 각속도 추정치 ωr_est(k+1)은 DB-DTFC 계산 유닛(14), 가산기 유닛(19), 및 전류/자속 추정 유닛(20)에 공급된다. 속도/위상 추정 유닛(13)은 회전자 각도 추정치 θr_est(k+1)을 지연 연산 유닛(26)에 공급한다. 지연 연산 유닛(26)에 의해 지연되는 회전자 각도 추정치 θr_est(k)는 전류/자속 추정 유닛(20)에 공급된다.

위상 및 각속도 중 어느 하나가 상술한 모션 관측기에 입력될 수 있음에 유의해야 한다. 위상 센서가 센서(2A)로서 사용될 때, 속도/위상 추정 유닛(13)에 의해 수신되는 입력 신호는, 예컨대, 위상 θrm(k)이다. 속도 센서가 센서(2A)로서 사용될 때, 속도/위상 추정 유닛(13)에 의해 수신되는 입력 신호는, 예컨대, 각속도 ωr(k)이다. 펄스 발생기(PLG)는 속도 센서의 예시이다.

센서(2A)와 같은 물리적 센서가 사용되지 않는 경우, 위치 추적 관측기가 속도/위상 추정 유닛(13)으로서 사용될 수 있다. 이 경우, 위치 추적 관측기에 입력되는 입력 신호는 전류, 전압, 및 자속 중 어느 하나일 수 있다. 위치 추적 관측기의 구성의 예시에 대해서는, 다음을 참조하라. Yang Xu et al., "Extending Low Speed Self-Sensing via Flux Tracking with Volt-Second Sensing", [online], 2018, IEEE, [2018년 9월 13일에 검색됨], 인터넷(URL : https://ieeexplore.ieee.org/document/8344841)

DB-DTFC 계산 유닛(14)(도면에서 DB-DTFC로 도시됨)은 데드비트 직접 토크 및 플럭스 제어(deadbeat-direct torque and flux control, DB-DTFC) 시스템에 따라 모터(2)를 제어하는 컨트롤러이다. DB-DTFC 계산 유닛(14)은 적어도 모터(2)에 대한 토크 명령, 모터(2)의 고정자 자속의 추정치, 및 모터(2)의 고정자 자속의 기준치를 기초로 모터(2)의 구동량을 정의하는 구동량 명령치를 계산한다.

예컨대, DB-DTFC 계산 유닛(14)은 공극 토크 명령치 Te_com(k+1), 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1), 및 고정자 qds축 자속 명령치 λqds_s_com(k+2)를 입력 변수로 갖고, 상술한 입력 변수에 기초하여 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)을 계산한다. 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)은 모션 컨트롤러(12)로부터 공급된다. 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α), 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)는 후술하는 평균 보정 유닛(30)으로부터 공급된다. 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1) 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)은 후술하는 전류/자속 추정 유닛(20)으로부터 공급된다. 고정자 qds축 자속 명령치 λqds_s_com(k+2)는, 예컨대, 호스트 디바이스로부터 공급되거나 제어 디바이스(10)에서 계산될 수 있다. 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)은 모터(2)에 대한 토크 명령의 예시이다. 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α)는 모터(2)의 고정자 전류의 제 2 추정치의 예시이다. 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1) 및 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α)는 모터(2)의 고정자 전류의 추정치의 예시이다. 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α)는 모터(2)의 고정자 자속의 추정치의 예시이다. 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1) 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α)는 모터(2)의 고정자 자속의 추정치의 예시이다. 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)는 모터(2)의 회전자 자속의 추정치의 예시이다. 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1) 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)는 모터(2)의 회전자 자속의 추정치의 예시이다. 고정자 qds축 자속 명령치 λqds_s_com(k+2)는 모터(2)의 고정자 자속의 기준치의 예시이다. 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)은, 예컨대, 시점 k+1에서 획득된다.

DB-DTFC 계산 유닛(14)이 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)을 계산할 때, DB-DTFC 계산 유닛(14)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 참조하여 RAS 좌표 변환 및 역 RAS 좌표 변환을 수행한다. 이것은 후술될 것이다.

DB-DTFC 계산 유닛(14)은 계산된 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)을 제 1 좌표 변환 유닛(15) 및 지연 연산 유닛(23)에 출력한다. DB-DTFC 계산 유닛(14)은 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)을 기초로 전력 변환 디바이스(3)를 제어한다.

제 1 좌표 변환 유닛(15)은 고정자 qds축 좌표계에서의 전압 명령치인 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)을 3상 고정자 좌표계(정지 좌표계)에서의 전압 명령치인 3상 고정자 전압 명령치 Vus_s_com(k+1), Vvs_s_com(k+1), 및 Vws_s_com(k+1)로 변환한다. 제 1 좌표 변환 유닛(15)에 의해 실행되는 변환은 "dqs축 역변환"이다.

PWM 컨트롤러(16)는 모터(2)의 구동량을 정의하는 구동량 명령치에 기초한 제어 신호를 모터(2)를 구동하는 전력 변환 디바이스(3)에 출력한다. PWM 컨트롤러(16)는, 예컨대, 제 1 좌표 변환 유닛(15)에 의해 변환되는 3상 고정자 전압 명령치 Vus_s_com(k+1), Vvs_s_com(k+1), 및 Vws_s_com(k+1)을 반송파 신호와 비교하고, 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 전력 변환 유닛(8)에 대한 게이트 펄스 GP를 생성한다. 도 1에 도시되는 PWM 컨트롤러(16)는 각 스위칭 디바이스에 대한 게이트 펄스 GP를 전력 변환 유닛(8)의 스위칭 디바이스에 출력한다.

제 2 좌표 변환 유닛(17)은 전류 검출기(9a, 9b)로부터 공급되는 고정자 전류 Ivs 및 Iws를 이산 시간에서 변환하고, 고정자 전류를 고정자 qds축 좌표계에서의 고정자 qds축 전류 검출치 Iqds_s_det(k)로 변환한다. 제 2 좌표 변환 유닛(17)에 의해 실행되는 변환은 "dqs축 변환"이다.

dqs축 변환은, 예컨대, 다음 방정식을 사용하여 실행된다. 고정자 전류 Ius는 고정자 전류 Ivs 및 Iws에 기초하여 계산된다. 2상 변환에 의해 얻어지는 3상 고정자 전류 Ius, Ivs, 및 Iws와 고정자 전류 Iqs_s 및 Ids_s의 관계는 이하의 식 2로 표현된다. 이하의 식 2로 표현되는 변환은 일반적으로 사용되는 Clarke 변환과 상이하다. dqs축 역변환은 식 2로 표현되는 변환의 역이라는 것에 유의하라.

슬립 주파수 추정 유닛(18)은 후술하는 계산 블록(1410)(추정 토크 계산 유닛)에 의해 계산되는 공극 토크 추정치 Te_est(k+1), 후술하는 자속 관측기(22)에 의해 계산되는 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)의 보다 큰 진폭, 및 회전자 저항 Rr에 기초하여 모터(2)의 슬립에 관한 슬립 각도 주파수 추정치 ωsl_est(k+1)을 계산한다. 혹은, 예컨대, 슬립 주파수 추정 유닛(18)은 슬립 각도 주파수 추정을 위해 일반적으로 사용되는 계산 방법을 사용하여 슬립 각도 주파수 추정치 ωsl_est(k+1)을 계산할 수 있다.

가산기 유닛(19)은 슬립 주파수 추정 유닛(18)에 의해 계산되는 슬립 각도 주파수 추정치 ωsl_est(k+1)을 회전자 각속도 추정치 ωr_est(k+1)에 가산함으로써 모터(2)의 동기 각주파수(angular frequency) 추정치 ωe_est(k+1)을 계산한다.

전류/자속 추정 유닛(20)은, 예컨대, 전류 관측기(21) 및 자속 관측기(22)를 포함한다.

전류 관측기(21)는 적어도 구동량 명령치 및 고정자 자속의 추정치에 기초하여 모터(2)의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 추정치를 계산한다. 구동량 명령치는, 예컨대, DB-DTFC 계산 유닛(14)에 의해 계산되는 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com이다.

전류 관측기(21)는 상술한 계산 프로세스에서 후술하는 자속 관측기(22)에 의해 계산되는 고정자 자속의 추정치의 시간 이력 데이터에 기초하여 변동이 감소된 고정자 전류의 추정치를 출력한다. 상술한 고정자 자속의 추정치는, 예컨대, 연대 순서 정보로서의 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est이다.

예컨대, 전류 관측기(21)는 지연 연산 유닛(23)에 의해 유지되는 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k), 자속 관측기(22)에 의해 계산되는 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 제 2 좌표 변환 유닛(17)에 의해 변환되는 고정자 qds축 전류 검출치 Iqds_s_det(k), 및 곱셈 유닛(27)에 의해 계산되는 회전자 각속도 추정치 ωr_est(k+1)을 입력 변수로서 갖고, 상술한 입력 변수에 기초하여 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)을 계산한다.

상술한 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)은 고정자 자속의 제 1 추정치의 예시이다. 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k)는 고정자 자속의 이전 사이클 추정치의 예시이다. 전류 관측기(21)는 시점 k+1에 대응하는 현재 사이클의 계산 프로세스로부터 과거의 시간에 대응하는 이전 사이클 계산 프로세스에서 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k)(과거의 추정치)를 입력 변수로서 갖는 계산을 수행한다. 전류 관측기(21)는 현재 사이클의 계산 프로세스를 위해 상술한 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k)를 사용한다. 전류 관측기(21)는 계산 블록(218)을 포함한다. 계산 블록(218)은, 예컨대, 0차 홀드 회로를 포함한다. 전류 관측기(21)의 상세는 후술될 것이다.

자속 관측기(22)는 적어도 DB-DTFC 계산 유닛(14)에 의해 계산되는 구동량 명령치 및 전력 변환 디바이스(3)의 출력 전류에 기초하여 적어도 모터(2)의 고정자 자속의 추정치를 계산한다. 자속 관측기(22)는, 모터(2)의 회전자 자속의 추정치의 변수 계산의 하나로서, 모터(2)의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 추정치를 사용하여, 모터(2)의 회전자 자속의 추정치를 계산할 수 있다. 자속 관측기(22)는 회전자 각도 추정치 θr_est(k)(간단히 회전자 각도 θr(k)로 지칭됨)를 더 사용하여 상술한 모터(2)의 고정자 자속의 추정치를 계산할 수 있다. 자속 관측기(22)는 회전자 각도 θr(k)를 더 사용하여 모터(2)의 고정자 자속의 추정치를 적어도 계산할 수 있다. 자속 관측기(22)는 모터(2)의 고정자 자속의 추정치를 사용하여 모터(2)의 회전자 자속의 추정치를 계산한다. 상술한 전력 변환 디바이스(3)의 출력 전류는 전력 변환 디바이스(3)의 출력 전류의 측정치이고 전력 변환 디바이스(3)의 출력 전류에 기초하여 생성되는 데이터이다.

예컨대, 자속 관측기(22)는 지연 연산 유닛(23)에 의해 유지되는 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k), 제 2 좌표 변환 유닛(17)에 의해 변환되는 고정자 qds축 전류 검출치 Iqds_s_det(k), 전류 관측기(21)에 의해 계산되는 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1), 및 회전자 각도 추정치 θr_est(k)를 포함하는 변수를 갖고, 상술한 입력 변수에 기초하여 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1) 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)을 계산한다. 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k)는 DB-DTFC 계산 유닛(14)에 의해 계산되는 구동량 명령치의 예시이다. 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)은 전력 변환 디바이스(3)의 출력 전류의 예시이다. 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)은 모터(2)의 고정자 자속의 제 1 추정치의 예시이다. 자속 관측기(22)의 상세는 후술될 것이다.

지연 연산 유닛(23)은 다음 사이클의 계산 때까지 DB-DTFC 계산 유닛(14)에 의해 계산되는 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k)를 저장 유닛에 유지한다. 지연 연산 유닛(23)은 이후 단계에서 각 유닛에 의해 수행되는 현재 사이클의 계산을 위해 저장 유닛에 유지되는 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k)를 전류/자속 추정 유닛(20)에 출력한다. 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k)는 구동량 명령치에 기초하여 계산되는 제 2 값의 예시이다.

지연 연산 유닛(26)은 다음 사이클 계산 때까지 속도/위상 추정 유닛(13)에 의해 계산되는 회전자 각도 추정치 θr_est(k+1)을 저장 유닛에 유지한다. 지연 연산 유닛(26)은 이후 단계에서 각 유닛에 의해 수행되는 현재 사이클의 계산을 위해 미리 유지된 회전자 각도 추정치 θr_est(k)를 출력한다.

곱셈 유닛(27)은 속도/위상 추정 유닛(13)에 의해 계산되는 회전자 각속도 추정치 ωrm_est(k+1)에 극의 쌍의 수(the number of pairs of poles)인 P/2를 곱함으로써 회전자 각속도 추정치 ωr_est(k+1)을 계산한다. 여기서, "P"는 극의 수이다.

평균 보정 유닛(30)은 전류/자속 추정 유닛(20)에 의해 계산되는 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1), 고정자 qds축 전류 추정치 λqds_s_est(k+1), 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)을 포함하는 입력 변수를 수신하고, 가산기 유닛(19)에 의해 계산되는 동기 각주파수 추정치 ωe_est(k+1)에 기초하여 보정되는 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α), 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 생성한다. 평균 보정 유닛(30)은, 예컨대, 제 1 변환 처리 유닛(31), 제 2 변환 처리 유닛(32), 및 제 3 변환 처리 유닛(33)을 포함한다. 평균 보정 유닛(30)에 의해 실행되는 계산의 결과는 이후 단계에서 DB-DTFC 계산 유닛(14)에 의해 실행되는 계산에 사용된다. 평균 보정 유닛(30)의 상세는 후술될 것이다.

여기서, 실시예에 따른 제어 디바이스(10)의 개요가 설명될 것이다.

예컨대, 이하와 같이 전류/자속 추정 유닛(20)을 사용함으로써, 제어 디바이스(10)는 전류의 추정의 정확도의 개선 및 자속의 추정의 정확도의 개선을 달성한다.

1 : 전류 관측기(21)는 고정자 전류를 추정하는데 사용되는 입력 정보로서 고정자 자속의 추정치를 사용한다.

2 : 전류 관측기(21)는 이산 시간계에서 고정자 자속의 입력 정보를 연대 순서 정보로 변환하고, 상술한 입력 정보에 대응하는 전류치를 추정한다. 이 계산 프로세스에서, 전류 관측기(21)는 연대 순서 정보로 만들어질 연속 입력 정보의 평활화를 수행한다.

전류/자속 추정 유닛(20)은 고정자 전류의 추정의 정확도를 더 개선함으로써 회 전자 자속의 추정의 정확도의 개선을 달성한다. 상술한 바와 같이, DB-DTFC 계산 유닛(14)은 적어도 모터(2)의 고정자 자속의 추정치를 사용함으로써 모터(2)의 구동량을 정의하는 구동량 명령치를 계산한다. 자속의 추정의 정확도를 더 높이는 것은 자속에 기초하여 계산되는 토크의 추정의 정확도를 높이는데 기여할 수 있다. DB-DTFC 계산 유닛(14)은 토크의 추정치를 계산하고 그 결과를 토크 제어를 위해 사용하기 때문에, 고정자 전류의 추정의 정확도는 토크 제어의 정확도의 개선에 기여할 수 있다.

예컨대, DB-DTFC 계산 유닛(14)의 입력 정보로서 이산 시간 프로세스에 관한 샘플링 시점과 상이한 시점에서의 모터(2)의 추정 상태량에 관한 정보를 사용함으로써, 제어 디바이스(10)는 토크 추정의 정확도의 개선 및 모터(2)에 대한 전압 명령의 정확도의 개선을 달성한다.

시간 축 방향에서의 샘플링 시점과 상이한 시점이 정의될 수 있고, 정의된 시점에서의 정보가 DB-DTFC 계산 유닛(14)에 주어진다. 예컨대, 전류/자속 추정 유닛(20)에 의해 추정되는 정보는 상술한 샘플링 시점에서의 정보이지만, 평균 보정 유닛(30)은 시간 축 방향에서의 샘플링 시점과 상이한 시점의 정보로 해당 정보를 보정할 수 있다.

이하, 그 상세가 순차적으로 설명될 것이다.

도 2는 실시예에 따른 전류/자속 추정 유닛(20)을 나타내는 블록도이다.

전류/자속 추정 유닛(20)은 전류 관측기(21) 및 자속 관측기(22)를 포함한다.

전류 관측기(21)는, 예컨대, 계산 블록(210), 계산 블록(211)(평균 계산 유닛), 계산 블록(212), 계산 블록(213), 계산 블록(214), 계산 블록(215), 계산 블록(216), 계산 블록(217), 및 계산 블록(218)을 포함한다.

계산 블록(211)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est의 시간 이력 데이터를 사용하여 이동 평균치를 계산함으로써, 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est를 평활화한다. 예컨대, 계산 블록(211)은 전류 관측기(21)의 샘플러이고, 획득된 값의 평균치를 도출할 수 있다. 보다 구체적인 예시에서, 계산 블록(211)은 이전의(k) 계산 사이클에서 자속 관측기(22)에 의해 계산된 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k)(회전자 자속의 이전 사이클 추정치)를 저장 유닛에 저장한다. 후술하는 평균치의 계산의 완료 후, 계산 블록(211)은 저장 유닛에 저장된 값을 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k)로부터 고정자 qds축 자계 추정치 λqds_s_est(k+1)로 갱신한다. 계산 블록(211)은 고정자 qds축 자계 추정치 λqds_s_est(k+1)을 다음 k+2의 계산 사이클의 계산에서 사용될 때까지 일시적으로 저장한다. 계산 블록(211)은 다음 k+2 계산 사이클의 계산에서 고정자 qds축 자계 추정치 λqds_s_est(k+1)을 사용한다.

계산 블록(211)은 저장 유닛에 저장된 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k)(고정자 자속의 이전 사이클 추정치) 및 고정자 qds축 자속 추정치(고정자 자속의 제 1 추정치)에 기초하여 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k)와 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)의 평균인 이동 시간 평균치 λqds_s_ave(k)(간단히 이동 시간 평균치 λave라고 지칭됨)를 계산한다. 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k) 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)은 자속 관측기(22)에 의해 계산되는 모터(2)의 회전자 자속의 추정치의 예시이다.

상술한 바와 같이, 계산 블록(211)은 이동 평균 계산에 2개의 샘플, 즉 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k) 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)을 사용하는 것이 바람직하다. 계산 블록(211)이 2개의 샘플을 사용하는 이유는 물리적 시스템에 대하여 지연 없이 이동 시간 평균치 λave를 정확하게 추정하기 위한 것이다. 예컨대, 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)이 이동 평균 계산 없이 사용되면, 위상 앞섬(phase lead)이 발생한다. 이동 평균 계산에 사용되는 샘플의 수가 2보다 크면, 위상 지연(phase lag)이 발생한다. 따라서, 계산 블록(211)은 이동 평균 계산을 위해 2개의 샘플을 사용하는 것이 바람직하다. 샘플링 주파수 fs(fs는 샘플링 기간 t_s의 역수이다)가 기본 주파수 f1(동기 각주파수 ωe)보다 충분히 높다면, 전류 관측기(21)에 의해 구성되는 수학적 모델은 정확하다. 그러나, 샘플링 주파수 fs를 기본 주파수 f1보다 충분히 높게 할 수 없으면, 전류 관측기(21)에 의해 구성되는 수학적 모델이 부정확하고, 이하에 설명되는 바와 같이 한계 사이클(limit cycle)이 발생할 가능성이 높다.

이산 시간계에서 한계 사이클이 발생할 수 있다. 한계 사이클은 샘플링 주파수 fs에 동기하여 출력치의 주기적인 진동이 발생하는 현상이다. 한계 사이클은 기본 주파수 f1에 대한 샘플링 주파수 fs의 비 fs/f1이 감소함에 따라 더 큰 진폭을 갖는 경향이 있다. 예컨대, 계산 기간(샘플링 기간 t_s)이 증가하거나 기본 주파수 f1이 증가하면 비 fs/f1이 감소한다.

계산 블록(211)은 2개의 연속 샘플의 이동 시간 평균을 취함으로써 샘플링 주파수 fs의 절반의 주파수 성분을 억제하는 효과를 갖는다. 상술한 비 fs/f1이 높아지고, 이 한계 사이클이 샘플링 대상의 신호에서 발생하더라도, 계산 블록(211)은 이동 시간 평균을 취함으로써 진동 특성을 갖는 노이즈의 영향을 감소시킨다.

계산 블록(212)은 이동 시간 평균치 λave 및 회전자 속도 ωr에 기초하여 전압 보정치 Vqds_s_comp1(k)(간단히, 전압 보정치 Vcomp1이라고 지칭됨)를 계산한다. 예컨대, 계산 블록(212)은 이동 시간 평균치 λave에 회전자 저항 Rr, 회전자 권선 인덕턴스 Lr, 및 회전자 속도 ωr을 포함하는 변수를 갖는 식 3으로 표현되는 전달 함수를 곱함으로써 전압 보정치 Vcomp1을 계산한다.

상기 식 3은 회전자 속도 ωr의 값이 일정한 경우에 대한 근사식이다. 대안적으로, 예컨대, 상술한 회전자 속도 ωr의 값은 회전자 각속도 추정치 ωr_est(k), 회전자 각속도 추정치 ωr_est(k+1), 상술한 값 중 어느 하나에 기초하여 미리 결정된 변환 규칙을 사용하는 변환을 실행함으로써 획득된 값, 및 회전자 각속도 추정치 ωr_est(k)와 회전자 각속도 추정치 ωr_est(k+1) 양쪽의 값에 기초하여 정의되는 값 중 어느 하나로 대체될 수 있다. 상술한 경우에, 회전자 속도 ωr의 값이 갱신될 수 있다.

계산 블록(213)은 가산기이다. 계산 블록(213)은 계산 블록(212)에 의해 계산되는 전압 보정치 Vcomp1, 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com, 계산 블록(215)에 의해 획득되는 계산 결과, 및 계산 블록(216)에 의해 획득되는 계산 결과를 가산하고, 가산의 결과를 전압 합계치 Vqds_s_sum(k+1)(간단히 전압 합계치 Vqds_sum이라고 지칭됨)로서 출력한다.

예컨대, 계산 블록(213)은 적어도 계산 블록(212)에 의해 계산되는 전압 보정치 Vcomp1 및 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k)를 가산하고, 그 합을 전압 합계치 Vqds_s_tot(간단히 전압 합계치 Vtot라고 지칭됨)로 설정할 수 있다. 계산 블록(212)에 의해 계산되는 전압 보정치 Vcomp1은 이동 시간 평균치에 기초하여 계산되는 제 1 값의 예시이다. 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com은 구동량 명령치의 예시이다.

계산 블록(210)은 지연 연산 회로이다. 계산 블록(210)은 이전 계산 사이클에서 전류 관측기(21)에 의해 계산된 추정 결과를 유지한다. 예컨대, 계산 블록(210)에 의해 유지되는 값은 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k)이다.

계산 블록(214)은 감산기이다. 계산 블록(214)은 제 2 좌표 변환 유닛(17)에 의해 계산되는 고정자 qds축 전류 검출치 Iqds_s_det(k)로부터 전류 관측기(21)에 의해 획득되는 이전 계산 사이클의 추정 결과인 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k)를 감산하고, 그 차이(편차 ΔIqds)를 출력한다. 계산 블록(215)은 계산 블록(214)에 의해 계산된 편차 ΔIqds에 이득 K₃을 곱함으로써 증폭한다. 계산 블록(216)은 상술한 편차 ΔIqds에 대하여 이득 K₄로 적분 연산을 수행한다. 계산 블록(215) 및 계산 블록(216)은 전류 관측기(21)에 관한 비례 적분형 보상기를 형성한다. 계산 블록(215) 및 계산 블록(216)은 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k)가 고정자 qds축 전류 검출치 Iqds_s_det(k)를 따르도록 보정량을 생성한다. 계산 블록(215) 및 계산 블록(216)에 의해 획득된 계산 결과는 상술한 계산 블록(213)에서 가산된다.

계산 블록(217)은 계산 블록(213)에 의해 계산된 전압 합계치 Vqds_sum을 χσLs로 나누고 그 몫을 출력한다. 여기서, χ는 이하의 식 4로 표현되는 바와 같이 정의된다. σ는 누설 계수를 나타낸다. Ls는 고정자 권선 인덕턴스를 나타낸다.

계산 블록(218)은 래치 인터페이스의 특성을 포함하는 이득 특성을 갖는다. 래치 인터페이스의 특성은 입력 신호의 0차 홀드의 실행의 특성이다. 계산 블록(218)은 계산 블록(217)에 의해 획득된 계산 결과의 0차 홀드를 수행하고, 0차 홀드의 결과에 기초하여 모터(2)의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)(모터의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 제 1 추정치)을 계산한다. 계산 블록(217)에 의해 획득된 계산 결과는 상술한 이동 시간 평균치 λave에 기초하여 계산된 값의 예시이다. 예컨대, 계산 블록(218)은 계산 블록(217)에 의해 획득된 계산 결과에 변수 A1을 갖는 식 5-1로 표현되는 전달 함수를 곱함으로써 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)을 계산한다. 변수 A1의 예시는 식 5-2로 표현된다.

전류 관측기(21)의 구성의 설명이 계속될 것이다.

이하의 설명에서, 계산 블록(216)이 계산 블록(210) 및 계산 블록(214)으로부터 생략되는 전류 관측기(21)의 기본 범위가 설명될 것이다.

전류 관측기(21)는 연속 시스템으로부터 이산 시스템으로의 변환을 위해 계산 블록(218)의 래치 인터페이스를 사용한다. 이 래치 인터페이스는 0차 홀드 기능으로 작동한다. 전류 관측기(21)에 입력되는 전압인 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com은 명령치에 기초하기 때문에, 정상 동작 동안의 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com의 변동은 비교적 작다. 한편, 자속 입력의 고정자 qds축 자계 추정치 λqds_s_est는 측정치(고정자 qds축 전류 측정치 Iqds_s_det(k))의 성분을 포함할 수 있다. 이 때문에, 전류 관측기(21)는 비교적 정확한 전압 입력의 값을 얻을 수 있지만, 자속 입력은 외부 교란 등의 영향에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 자속 입력에 대하여, 전류 관측기(21)는 현재 사이클에서 획득된 값과 이전 사이클에서 획득된 값의 이동 평균치를 취하여, 낮은 fs/f1 비율로도 위상 앞섬 또는 지연 없이 정확한 자속 추정치를 도출한다.

연속 시간계에서 정의된 전류 관측기의 방정식은 이하의 식 6으로 표현된다. 여기서, "p"는 미분 연산자를 나타낸다.

상술한 식 6에서의 고정자 전압의 항(제 1 항) 및 고정자 자속의 항(제 2 항)의 합 Vtot는 이하의 식 7로 정의된다. 식 7을 평균치 계산을 포함하는 이산 시간계의 방정식으로 변환함으로써, 식 7은 식 8로 다시 쓸 수 있다.

상술한 식 7을 사용함으로써, 식 6은 식 9로 다시 쓸 수 있다.

라플라스 변환을 식 9에 적용함으로써, 식 10을 얻는다. 식 10에서의 "s"는 라플라스 연산자를 나타낸다.

여기서, 초기 조건으로서 다음의 식 11을 갖는 래치 인터페이스가 적용된다.

따라서, 상술한 식 10은 이하의 식 12로 변환된다.

상술한 식 12에서의 "χ"는 이하의 식 13으로 표현되는 바와 같이 정의된다.

역 라플라스 변환에 따르면, s 도메인에서의 식 12는 시간 영역에서 식 14로 변환된다.

상술한 식 14는 이산 시간계의 식 15로 변환된다. 이 식 15는 전류 관측기(21)의 기본 특성을 나타내는 식의 예시이다.

상술한 계산 블록(210), 계산 블록(212), 계산 블록(213), 계산 블록(214), 계산 블록(215), 계산 블록(216), 계산 블록(217), 및 계산 블록(218)은 전류 추정치 계산 유닛의 예시이다.

계산 블록(210), 계산 블록(212), 계산 블록(213), 계산 블록(214), 계산 블록(215), 계산 블록(216), 계산 블록(217), 및 계산 블록(218)은 모터(2)의 고정자 자속의 평균치인 이동 시간 평균치 λave에 기초하여 모터(2)의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 추정치(모터의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 제 1 추정치)를 계산한다.

계산 블록(218)은 이산 시간 제어에서 상술한 관측기의 연속 출력치를 평활화하는 평활화 계산 유닛의 예시이다. 계산 블록(218)에 의해, 전류 관측기(21)는 계산 블록(218)에 의해 평활화된 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)을 출력한다. 전류/자속 추정 유닛(20) 및 전류 관측기(21)는 계산 블록(218)을 포함하는 관측기의 예시이다.

고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)의 이동 평균의 프로세스가 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)을 이산 시간 모델에 대한 평균치로 변환하는 근사 계산 프로세스에 포함되어 실행되므로, 전류 관측기(21)는 간단한 프로세스를 사용하여 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)의 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)은 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)을 추정하는데 사용되는 입력 정보의 예시이다.

모터(2)의 특성에 적합한 상수는 도 2에 도시된 계산 블록(215)의 이득 K₃ 및 계산 블록(216)의 이득 K₄로서 정의되므로, 전류 관측기(21)의 특성은 실제 모터(2)의 특성에 더 가깝게 될 수 있고, 외부 교란의 영향이 감소될 수 있다. 상술한 경우, 상술한 식 15는 이득 K₃ 및 이득 K₄ 중 적어도 어느 하나를 포함하는 방정식으로 변환될 수 있다. 계산 블록(216)의 일부 또는 전부는 계산 블록(210) 및 계산 블록(214)으로부터 생략될 수 있다.

다음으로, 자속 관측기(22)가 설명될 것이다. 도 2에 도시된 자속 관측기(22)는, 예컨대, 제 1 자속 추정 유닛(221) 및 제 2 자속 추정 유닛(222)을 포함한다.

제 1 자속 추정 유닛(221)이 설명될 것이다.

제 1 자속 추정 유닛(221)은 측정된 값인 고정자 qds축 전류 측정치 Iqds_s_det(k) 및 회전자 각도 θr(k)와 미리 결정된 모델에 따라 정의된 계산식에 기초하여 모터(2)의 고정자 권선에 의해 생성되는 자속의 추정치(회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_cmest(k))를 계산한다. 제 1 자속 추정 유닛(221)은 회전자 각도 θr(k)를 기준 위상으로 갖는 회전 좌표계를 사용한다.

예컨대, 제 1 자속 추정 유닛(221)은 좌표 변환 블록(2211), 계산 블록(2212), 및 좌표 변환 블록(2213)을 포함한다.

좌표 변환 블록(2211)은 회전자 각도 θr(k)를 기준 위상으로 사용하여 고정자 qds축 전류 측정치 Iqds_s_det(k)를 회전 좌표계의 변수인 고정자 qdr축 전류 측정치 Iqds_r_det(k)로 변환한다.

계산 블록(2212)은 이하의 식 16으로 표현되는 전달 함수에 좌표 변환 블록(2211)에 의해 계산되는 고정자 qds축 전류 측정치 Iqds_r_det(k)를 곱함으로써 회전자 qdr축 자속 추정치 λqdr_r_est(k)를 계산한다. 계산 블록(2212)의 전달 함수는 모터(2)의 전류 모델을 사용하는 이산 시간계에서의 방정식을 사용하여 모터(2)의 자속 관측기를 표현함으로써 획득된다.

좌표 변환 블록(2213)은 회전자 각도 θr(k)를 기준 위상으로 사용하여 계산 블록(2212)에 의해 계산된 회전자 qdr축 자속 추정치 λqdr_r_est(k)를 정지 좌표계의 변수의 자속 추정치로 변환한다. 이 계산의 결과인 자속 추정치는 전류 모델에 기초하여 계산된다. 좌표 변환 블록(2213)은 상술한 변환을 통해 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_cmest(k)를 획득한다.

제 2 자속 추정 유닛(222)이 설명될 것이다.

제 2 자속 추정 유닛(222)은 고정자 qds축 전류 측정치 Iqds_s_det(k), 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_cmest(k), 및 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)에 기초하여 모터(2)의 고정자 권선에 의해 생성되는 자속의 추정치(고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k)) 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k)를 계산한다. 제 2 자속 추정 유닛(222)은 상술한 계산을 위해 모터(2)의 전압 모델에 따라 정의된 계산식을 사용한다.

제 2 자속 추정 유닛(222)은, 예컨대, 계산 블록(2221), 계산 블록(2222), 계산 블록(2223), 계산 블록(2224), 계산 블록(2225), 계산 블록(2226), 계산 블록(2227), 계산 블록(2228), 계산 블록(2229), 계산 블록(2230), 및 계산 블록(2231)을 포함한다.

계산 블록(2221)은 측정된 값인 고정자 qds축 전류 측정치 Iqds_s_det(k)에 고정자 저항 Rs를 곱함으로써 고정자 qds축 전류 측정치 Iqds_s_det(k)에 대응하는 고정자 qds축 전압 측정치 Vqds_s_det(k)를 계산한다.

계산 블록(2222)은 감산기이다. 계산 블록(2222)은 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k)로부터 계산 블록(2221)에 의해 획득된 계산 결과인 고정자 qds축 전압 측정치 Vqds_s_det(k)를 감산하고, 그들 사이의 차이인 편차 ΔVqds1을 출력한다.

계산 블록(2223)은 감산기이다. 계산 블록(2223)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_cmest(k)로부터 회전자 qdr축 자속 추정치 λqdr_s_est(k)를 감산하고, 그들 사이의 차이인 편차 Δλqds2를 출력한다. 계산 블록(2224)은 계산 블록(2223)에 의해 계산된 편차 Δλqds2에 이득 K_p를 곱함으로써 증폭한다. 계산 블록(2225)은 상술한 편차 Δλqds2에 대하여 이득 K_i로 적분 연산을 수행한다. 계산 블록(2224) 및 계산 블록(2225)은 전류 관측기(21)에 관한 비례 적분 유형의 보상기이다. 계산 블록(2224) 및 계산 블록(2225)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k)가 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_cmest(k)를 따르도록 하는 보정량을 생성한다. 계산 블록(2224) 및 계산 블록(2225)에 의해 획득되는 계산 결과는 상술한 계산 블록(2226)에 의해 가산된다.

계산 블록(2226)은 가산기이다. 계산 블록(2226)은 계산 블록(2222)에 의해 계산된 편차 ΔVqds1, 계산 블록(2224)에 의해 획득된 계산 결과, 및 계산 블록(2225)에 의해 획득된 계산 결과를 가산하고, 가산의 결과를 전압 조정치 Vqds_vsum으로서 출력한다.

계산 블록(2227)은 계산 블록(2226)에 의해 계산된 전압 조정치 Vqds_vsum을 적분함으로써 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)을 계산한다.

계산 블록(2228)은 전류 관측기(21)에 의해 계산된 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)에 이득 σLs를 곱한다.

계산 블록(2229)은 감산기이다. 계산 블록(2229)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)로부터 계산 블록(2228)에 의해 획득된 계산 결과를 감산하고, 그들 사이의 차이인 회전자 자속 조정치를 출력한다.

계산 블록(2230)은 계산 블록(2229)에 의해 획득된 계산 결과인 회전자 자속 조정치에 Lr/Lm을 곱하고, 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)을 출력한다. Lm은 자화 인덕턴스(magnetizing inductance)를 나타낸다.

계산 블록(2231)은 지연 연산 회로이다. 계산 블록(2231)은 이전 계산 사이클에서 계산 블록(2230)에 의해 계산된 추정 결과인 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k)를 유지한다. 계산 블록(2231)은 현재 계산 사이클에서 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)을 유지한다.

자속 관측기(22)의 자세한 설명에 대해서는, 예컨대, R.D. Lorenz, "The Emerging Role of Dead-beat, Direct Torque and Flux Control in the Future of Indication Machine Drives", [online], 2008, IEEE, [2018년 9월 13일에 검색됨], 인터넷(URL : https://ieeexplore.ieee.org/document/4602331/)과 같은 문헌을 참조하라.

전류/자속 추정 유닛(20)은 전류 관측기(21)와 자속 관측기(22)의 조합을 포함하기 때문에, 전류/자속 추정 유닛(20)은 모터(2)의 특성에 적합한 특성을 달성한다. 전류/자속 추정 유닛(20)의 전류 관측기(21)는 고정자 qds축 자계 추정치 λqds_s_est(k+1)을 입력 변수로 사용한다. 결과적으로, 자속 관측기(22)와의 간섭이 완화될 수 있다.

평균 보정 유닛(30)을 사용하는 평균 보정이 상술한 도 1을 참조하여 설명될 것이다.

평균 보정 유닛(30)의 제 1 변환 처리 유닛(31)은 모터(2)의 동기 각주파수 ωe에 기초한 제 1 미리 결정된 변환 규칙을 사용하여 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)(모터(2)의 고정자 자속의 제 1 추정치)에 대한 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α)(모터(2)의 고정자 자속의 제 2 추정치)를 계산한다.

제 2 변환 처리 유닛(32)은 모터(2)의 동기 각주파수 ωe에 기초한 제 2 미리 결정된 변환 규칙에 따라 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)(모터(2)의 회전자 자속의 제 1 추정치)에 대한 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)(모터(2)의 회전자 자속의 제 2 추정치)를 계산한다.

제 3 변환 처리 유닛(33)은 모터(2)의 동기 각주파수 ωe에 기초한 제 3 미리 결정된 변환 규칙에 따라 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)(모터(2)의 고정자 전류의 제 1 추정치)에 대한 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α)(모터(2)의 고정자 전류의 제 2 추정치)를 계산한다. 제 1 미리 결정된 변환 규칙, 제 2 미리 결정된 변환 규칙, 및 제 3 미리 결정된 변환 규칙은 서로 동일하거나 상이할 수 있음에 유의해야 한다.

상술한 평균 보정 유닛(30)은 다음에 설명될 미리 결정된 변환 규칙에 따라 계산 프로세스를 수행함으로써 계산 사이클의 기간에 생성될 수 없는 시점의 추정치를 사용하여 방정식이 연속 시스템으로부터 이산 시간계로 변환될 때에 근사 정확도를 향상시킨다. 상술한 추정치는 동기 각주파수 ωe에 기초한 미리 결정된 변환 규칙에 따라 계산된다. 평균 보정 유닛(30)은 모터(2)의 동기 각주파수 ωe의 크기에 따라 미리 결정된 변환 규칙에 따라 보정 계수를 조정한다.

예컨대, 평균 보정 유닛(30)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1), 및 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)의 위상을 상기에 설명된 미리 결정된 각도만큼 전진시켜 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α), 및 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α)를 산출한다. 이러한 방식으로, 고정량의 위상을 조정하는 계산을 수행함으로써, 상술한 각각의 신호가 생성될 수 있다.

상술한 모터(2)의 동기 각주파수 ωe에 대응하는 미리 결정된 각도는 구동량 조정 유닛이 구동량 명령치 및 동기 각주파수 ωe를 계산하는 기간에 의해 정의된다. 샘플링 기간 t_s는 구동량 조정 유닛이 구동량 명령치를 계산하는 기간의 예시이다.

상술한 모터(2)의 동기 각주파수 ωe는 모터의 제어 상태의 추정치의 예시이다. 평균 보정 유닛(30)은 모터(2)의 제어 상태의 추정치에 기초하여 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1), 및 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)을 조정함으로써 DB-DTFC 계산 유닛(14)을 위한 피드백 제어의 피드백의 양을 계산한다.

실시예에 따른 동기 각주파수 ωe에 기초한 미리 결정된 변환 규칙이 도 3 및 도 4를 참조하여 설명될 것이다. 도 3은 실시예에 따른 미리 결정된 변환 규칙을 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 dqs 좌표계에서, 도면에서 아래쪽을 향한 ds축 및 ds축에 직교하는 qs축이 도시되어 있다. qs축은 ds축과 qs축 사이의 교차점, 즉 dqs 좌표계의 원점을 기준으로 하여 ds축으로부터 반시계방향으로 2/π(라디안)만큼 회전된 위치에 있다. dqs 좌표계의 원점을 그 시작점으로 갖는 복수의 화살표가 도시되어 있다. 이들 화살표의 각각은 dqs 좌표계에서의 자속 λ의 크기 및 방향을 나타내는 복소 벡터이다. 예컨대, 자속의 복소 벡터의 시작점(꼬리)이 dqs 좌표계의 원점에 배치될 때, 예컨대, 자속은 dqs 좌표계의 원점을 중심으로 자속 λ(k+1), 자속 λ(k+1.5), 자속 λ(k+2)의 순서로 반시계방향으로 회전한다. 도면에 도시된 자속 λ(k+1)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1), 및 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)의 예시이다.

원점 주위의 시작점으로서의 자속 λ(k+1)을 ωe×ts만큼 회전시킴으로써, 자속 λ(k+2)에 도달한다. 예컨대, 시작점으로서의 자속 λ(k+1)을 (ωe×ts)/2만큼 회전시킴으로써, 자속 λ(k+1.5)에 도달한다. 자속 λ(k+1.5)는 자속 λ(k+1)과 자속 λ(k+2)의 평균에 가까운 값을 취할 것으로 예상된다. 상기 제시된 설명은 모터(2)의 동기 각주파수 ωe에 기초한 미리 결정된 변환 규칙의 기초이다. 상기 설명에서는, 예컨대, 자속의 복소 벡터의 시작점(꼬리)은 dqs 좌표계의 원점에 배치된다. 그러나, 본 실시예는 이것으로 한정되지 않는다. 대안적으로, 자속의 복소 벡터의 머리(끝)는 dqs 좌표계의 원점과 정렬될 수 있다.

한편, 시점 k+1로부터 시점 k+2까지의 기간에서 시점 k+1을 시작점으로 갖는 계산 사이클은 있지만, 시작점이 시점 k+1과 시점 k+2 사이의 시점인 계산 사이클은 없다. 따라서, 실시예에서, 자속 λ(k+1.5)는 자속 λ(k+1)에 기초하여 추정된다. 자속 λ(k+1.5)는 회전자의 회전 방향으로 미리 결정된 각도만큼 자속 λ(k+1)을 회전시킴으로써 도출될 수 있다.

자속 λ(k+1)을 (ωe×ts)/2만큼 회전시키기 위한 변환은 이하의 식 17로 표현된다.

상술한 식 17에서 표현되는 Ke는 이하의 식 18로 정의된다.

도 4는 실시예에 따른 모터(2)의 동기 각주파수 ωe에 기초한 미리 결정된 변환 규칙을 적용하는 이점을 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 그래프에서, 시간(초)의 경과에 대응하는 공극 토크(Nm)가 표현된다.

DB-DTFC에서는, 토크 제어를 위해 한 번의 샘플링 동안의 토크 변화율이 필요하다. 여기서, 실제 공극 토크 Te_act에 기초하여 토크의 변화율을 계산하는 방법이 설명될 것이다.

실제 공극 토크 Te_act는 토크 센서를 사용하여 측정될 수 있지만, 비용이 증가하고 측정된 토크는 하나의 샘플링 기간의 지연을 갖는다. 이러한 이유로, 실제 공극 토크 Te_act는 토크 센서로 측정된 값 대신에 시점 k+1에서의 추정치를 시점 k+1에서의 값으로 사용할 수 있고 시점 k+2에서의 값을 명령하기 위한 명령치인 시점 k+1에서의 명령치를 시점 k+2에서의 값으로 사용할 수 있다.

그 이유는 데드비트 제어에 따라 토크 응답이 한 번의 샘플링에서 토크 기준을 따르기 때문이다. 시점 k+1에서의 토크는 공극 토크 추정치 Te_est(k+1)에 의해 나타내어지고 시점 k+2에서의 토크는 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)에 의해 나타내어질 것이다.

시점 k+1로부터 시점 k+2까지 시간이 경과하는 동안, 공극 토크 Te는 실제 공극 토크 Te_act(k+1)로부터 공극 토크 Te_act(k+2)로 변화한다. 설명의 간략화를 위해, 시점 k+1에서의 실제 공극 토크 Te_act(k+1)은 공극 토크 추정치 Te_est(k+1)과 일치하고 시점 k+2에서의 공극 토크 Te는 공극 토크 명령치 Te_cmd(k+1)과 일치한다고 가정된다. 도 4에 도시된 곡선 Te(k)는 시점 k+1에서 가정된 실제 공극 토크 Te_act를 나타낸다.

실시예에서, 제 1 및 제 2 해법을 포함하는 2개의 해법이 공극 토크 Te의 변화율을 획득하기 위한 기술로서 주어진다. 2개의 해법 중 어느 하나에서, 시점 k+1에서의 공극 토크 Te의 변화율 Te_dot(k+1)은 공극 토크 Te의 단위 시간당 변화율 ΔTe_est(k+1)/ts로 근사된다.

제 1 해법에서, 시점 k+1로부터 시점 k+2까지의 구간에서의 공극 토크 Te의 변화율은 시점 k+1에서의 상태량을 사용하여 계산된다. 상술한 제 1 해법에서, 시점 k+1에서의 공극 토크 Te의 변화율 Te_dot(k+1)은 이하의 식 19와 같이 정의된다.

제 1 해법의 경우, 상술한 식 19에 표현되는 바와 같이, 공극 토크 Te의 변화율 Te_dot(k+1)은 공극 토크 추정치 Te_est(k+1), 공극 토크 명령치 Te_com(k+1), 및 샘플링 기간 t_s를 포함하는 변수를 갖는 함수로서 정의된다. 샘플링 기간 t_s는 상수이기 때문에, 실제 공극 토크 Te_act의 변화의 상태에 의존하지 않고서 상술한 방정식이 정의될 수 있다. 상술한 식 19의 경우, 공극 토크 Te의 변화율은 시점 k+1에서의 상태량으로부터 계산된다. 상기 제시된 설명과 관련하여 오일러의 근사 기법이 존재한다. 오일러의 근사 기법에서, 시점 k+1에서의 공극 토크 Te의 기울기로부터 공극 토크 추정치 Te_est(k+2)가 계산된다. 제 1 해법은 이른바 오일러의 근사 기법과 상이하다.

제 2 해법에서, 시점 k+1로부터 시점 k+2까지의 구간에서의 토크의 변화율은 시점 k+α의 상태량을 사용하여 계산된다.

예컨대, 시점 k+1로부터 시점 k+2까지의 구간에서의 토크가 시간의 경과에 대해 선형 함수로 표현되는 바와 같이 선형적으로 증가할 때, 토크를 나타내는 선은 곡선이다. 이 경우, 시점 k+1로부터 시점 k+2까지의 구간에서의 토크의 변화율은 그 중심치인 시점 k+1.5에서의 변화율로서 계산되는 것이 바람직하다. 이하, k+1.5는 1+α라고 지칭될 것이다.

시점 k+1로부터 시점 k+2까지의 제어 사이클 동안, 전력 변환 디바이스(3)에 의해 출력되는 전압은 일정하다. 제어 기간 동안의 회전 속도의 변화율은 전류 또는 자속의 변화율보다 훨씬 작다. 따라서, 전압 및 회전 속도에 대해, 시점 k+1로부터 시점 k+2까지의 구간에서의 토크의 변화율의 계산을 위해 시점 k+1에서의 상태량이 사용된다.

여기서, 자계 및 전류의 파형은 정현파이고, 시간의 경과에 따라 그 순간치가 변화한다. 시점 k+1로부터 시점 k+2까지의 구간에서의 토크의 변화율이 시점 k+1에서의 자속 및 전류의 상태량을 사용하여 근사되는 경우, 토크의 변화율에 포함되는 근사 오차는 시점 k+1 이후에 값이 변화할 것이기 때문에 증가한다.

따라서, 자속 및 전류에 대해, 시점 k+1에서의 값을 사용하는 대신, 시점 k+α에서의 추정치가 사용된다. 이것은 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 직선 Tsol1은 시점 k+1에서의 상태량을 사용하여 근사된 토크의 변화율을 나타내는 선이다. 직선 Tsol2는 시점 k+α에서의 상태량을 사용하여 근사된 토크의 변화율을 나타내는 선이다.

상술한 제 2 해법에서, 시점 k+α에서의 공극 토크 Te의 변화율은 이하의 식 20에 표현되는 바와 같이 정의된다.

이하의 실시예에서는, 상술한 제 2 해법이 예시로서 설명될 것이고, 그 동작이 설명될 것이다.

도 5는 실시예에 따른 DB-DTFC를 나타내는 타이밍 도면이다. 도면에 도시된 타이밍 도면에서, 시간(초)은 수평축에 할당되고, 스텝은 수직축에서 제 1 내지 제 3 스텝으로 분할되고, 각 스텝의 프로세스는 수직축에서 표현된다. 시간 k, k+1, k+2는 각각 이산 시간 제어에서의 계산 사이클의 시작점에서의 시간을 나타낸다.

도 5에 도시된 이 타이밍 도면에서, 상단 행의 제 1 스텝(STEP1)은 샘플링 프로세스를 포함하고, 중간 행의 제 2 스텝(STEP2)은 계산 프로세스를 포함하고, 하단 행의 제 3 스텝(STEP3)은 출력 제어 프로세스를 포함한다.

이하, 시작점이 시점 k+1인 계산 사이클이 예시로서 설명될 것이다.

제 1 스텝(STEP1)의 샘플링 프로세스에서, 속도/위상 추정 유닛(13)은 회전자 기계 각도 θrm을 획득한다. 예컨대, 회전자 기계 각도 θrm은 센서(2A)를 사용하여 검출된다. 제 2 좌표 변환 유닛(17)은 시작점이 시점 k인 계산 사이클의 명령치에 따라 동작하는 모터(2)의 v상 고정자 전류 Ivs 및 w상 고정자 전류 Iws에 기초하여 고정자 qds축 전류 검출치 Iqds_s_det(k)를 생성한다. v상 고정자 전류 Ivs 및 w상 고정자 전류 Iws는 각각 전류 검출기(9a), 전류 검출기(9b)로부터 획득된다. 회전자 기계 각도 θrm, v상 고정자 전류 Ivs, w상 고정자 전류 Iws, 및 고정자 qds축 전류 검출치 Iqds_s_det(k)는 모터(2)의 제어 상태를 나타내는 상태량의 예시이다.

상술한 제 1 스텝에서, 제어 디바이스(10)는 모터(2)의 적어도 제어 상태를 나타내는 상태량을 획득한다. 제어 디바이스(10)는 공극 토크 Te(k)를 획득할 수 있고, 회전자 각속도 명령치(기계 각도) ωrm_com(k+1)에 기초하여 공극 토크 Te(k+1)을 계산할 수 있다.

제 2 스텝(STEP2)에서, 프로세스는 제 1 스텝에서 실행된 샘플링 프로세스의 결과에 기초하여 실행된다. 제 2 스텝에서, 전류/자속 추정 유닛(20), 평균 보정 유닛(30), DB-DTFC 계산 유닛(14), 및 제 1 좌표 변환 유닛(15)의 계산 프로세스가 실행되고, 모터(2)에 대한 구동량 명령치인 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)이 계산된다.

우선, 상술한 바와 같이, 전류/자속 추정 유닛(20)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1), 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)을 계산한다. 계산 사이클 동안, 전류/자속 추정 유닛(20)은 먼저 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)을 계산하고, 이어서 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)을 계산하고, 그 후, 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)을 계산한다.

다음으로, 평균 보정 유닛(30)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1), 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)에 기초하여 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α), 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α), 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 계산한다.

다음으로, DB-DTFC 계산 유닛(14)은 적어도 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α), 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α), 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 포함하는 입력 변수를 사용하여 ΔTe_est(k+1) 및 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)을 계산한다.

다음으로, 제 1 좌표 변환 유닛(15)은 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)에 대해 dqs축 역변환을 수행함으로써 전압 기준인 3상 고정자 전압 명령치 Vuvws_com(k+1)을 생성한다.

상술한 제 2 스텝에서, 적어도 제 1 스텝에서 획득된 상태량, 모터(2)의 고정자 자속의 추정치, 모터(2)의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 추정치, 및 모터(2)의 회전자 자속의 추정치에 기초하여 제어 디바이스(10)에 의해 구동량 명령치가 계산된다.

제 3 스텝(STEP3)에서, 구동량 명령치에 기초한 제어 신호를 전력 변환 디바이스에 공급하는 출력 프로세스가 제어 디바이스(10)에 의해 실행된다.

제 3 스텝은 제 2 스텝에서 획득된 검출 결과에 기초하여 실행된다. 시점 k+1에서의 계산 시작 시점에서, PWM 컨트롤러(16)는 3상 고정자 전압 명령치 Vuvws_com(k)와 반송파 신호의 비교의 결과에 기초하여 게이트 펄스 Duty(k)를 출력한다. 시점 k+2에서의 계산 시작 시점에서, PWM 컨트롤러(16)는 3상 고정자 전압 명령치를 Vuvws_com(k+1)로 갱신하고, 반송파 신호와의 비교에 기초하여 Duty(k+1)의 게이트 펄스 GP를 생성한다. 따라서, PWM 컨트롤러(16)는 Duty(k+1)의 게이트 펄스 GP를 전력 변환 디바이스(3)에 공급한다.

또한 시점 k+2 이후에는, 시점 k+1의 계산 사이클과 유사한 프로세스가 반복된다.

실시예에 따른 전압/토크 제어가 도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하여 설명될 것이다. 도 6(a) 및 도 6(b)는 실시예에 따른 전압/토크 제어를 나타내는 도면이다.

도 6(a)는 고정자 측 좌표계의 자속 평면의 예시를 나타낸다. 도 6(b)는 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 참조하여 정렬된, 재정렬 좌표계의 자속 평면의 예시를 나타낸다. 도 6(a) 및 도 6(b)에서, ds축은 도면에서 아래쪽으로 배치되고, qs축은 도면에서 오른쪽으로 배치된다. 도 6(b)에 도시된 재정렬된 좌표계에서, 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)의 벡터(화살표)의 방향은 ds축의 방향과 정렬되고, 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_ras_est(k+α)로서 도시된다. 각각의 자속 평면은 모터(2)의 물리적 모델로부터 유도된 토크 선(torque line) Te(k+2), 고정자 자속의 지시된 강도를 나타내는 자속 원(magnetic flux circle) λc(k+2), 및 다음 사이클에서 출력될 수 있는 고정자 자속의 범위를 포함한다. 도 6(b)에 도시된 예시는 도 6(a)에 도시된 고정자 측 좌표계의 상태를 재정렬된 좌표계로 변환함으로써 획득된다.

먼저, 도 6(a)가 설명될 것이다.

DB-DTFC에 의해 사용되는 제어 변수는 공극 토크 명령치 Te_com(k+1) 및 고정자 자속 명령치 λqds_s_com(k+2)를 포함한다. 자속 원 λc(k+2)의 반경은 고정자 자속 명령치 λqds_s_com(k+2)의 크기에 의해 정의된다.

여기서, 전력 변환 유닛(8)에서, 상부 암 및 하부 암의 각각은 하나의 스위칭 디바이스로 구성된다. 따라서, 전력 변환 유닛(8)은 6개의 스위칭 디바이스로 구성된다. 6개의 스위칭 디바이스의 총 8개의 스위칭 패턴이 존재한다. 이들 8개의 스위칭 패턴에 따라, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 전력 변환 유닛(8)으로부터 출력될 수 있는 전압 벡터는 육각형 형상을 갖는다. 따라서, 전력 변환 유닛(8)으로부터의 출력의 범위는 육각형의 내부에 머무른다. 예컨대, dqs축 좌표계는 그 원점이 육각형의 중심과 일치하도록 배치된다. 마찬가지로, 도 6(b)의 재정렬된 좌표계도 그 원점이 육각형의 중심과 일치하도록 배치된다.

토크 선은 토크의 변화량이 일정한 조건을 나타내는 점의 집합이다. 고정자 qds축 좌표계의 자속 평면에 투영된 토크 선 Te(k+2)는 점들이 서로 연결되는 직선으로 그려진다. 토크 선 Te(k+2)는 다음 제어 사이클에서 원하는 토크를 획득하기 위한 고정자 qds축 자속 명령치 qds_s_com(k+2)를 정의한다. 이 토크 선 Te(k+2)는 공극 토크 Te_com(k+1), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α), 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α)를 사용하여 결정된다.

여기서, 용이한 분석을 위해, 도 6(b)에 도시된 재정렬된 좌표계의 자속 평면이 사용될 것이다. 좌표계에 따른 변수는 좌표 변환을 통해 변환된다. 예컨대, 고정자 자속 좌표계의 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α) 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α)는 각각 재정렬된 좌표계의 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_ras_est(k+α) 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+α)로 변환된다. 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_ras_est(k+α)가 ds축과 평행하게 정렬될 때, 토크 선 Te(k+2)는 ds축과 평행하다. 이 도면은 후술하는 제 2 해법에 해당한다.

원하는 토크를 달성하기 위해, 전력 변환 디바이스(3)를 사용하여 하나의 제어 사이클의 기간(샘플링 기간 t_s)에서 특정한 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_ras_com(k+1)을 공급할 필요가 있다. 한 기간의 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_ras_com(k+1)의 머리(끝)가 토크 선 Te(k+2) 상에 있다는 것은 샘플링 기간 후에 원하는 토크가 달성된다는 것을 의미한다. 샘플링 기간에서의 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+1)과 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_ras_com(k+1)의 합은 샘플링 기간 후의 새로운 결과 고정자 qds축 자속 λqds_ras(k+2)이다.

상술한 바와 같이, 고정자 자속의 지시된 강도는 자속 원 λc(k+2)로서 정의된다. 토크 선 Te(k+2)와 자속 원 λc(k+2) 사이의 교차점은 필요한 토크를 나타내는 점이다. 토크 선 Te(k+2)와 자속 원 λc(k+2) 사이에는 두 개의 교차점이 존재한다. 이들 중, 제어를 통해 원점으로부터 도달될 수 있는 육각형의 내부에 배치된 점이 필요한 토크를 나타내는 점으로서 추출된다. DB-DTFC 계산 유닛(14)은, 시작점(꼬리)이 원점에 배치되고 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_ras_com(k+1)을 나타내는 화살표(벡터)의 머리(끝)가 상술한 교차점에 도달하도록 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_ras_com(k+1)×t_s를 결정할 수 있다.

DB-DTFC 계산 유닛(14)이 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 도 7은 실시예에 따른 DB-DTFC 계산 유닛(14)을 나타내는 블록도이다.

DB-DTFC 계산 유닛(14)은, 예컨대, 토크 선 처리 유닛(141), 자속 원 처리 유닛(142), 전압 변환 유닛(143, 144), 및 역 RAS 좌표 변환 유닛(145)을 포함한다.

토크 선 처리 유닛(141)은 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)에 대한 토크 선을 지정하기 위한 계산 프로세스를 수행함으로써 전압 시간 곱 명령치를 계산한다. 전압 시간 곱 명령치 Vqds_ras_com(k+1)×t_s는 전압 시간 곱 명령치의 예시이다.

예컨대, 토크 선 처리 유닛(141)은 공극 토크 명령치 Te_com(k+1), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α), 및 회전자 각속도 추정치 ωr_est(k+1)을 포함하는 입력 변수를 수신하고, 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)에 대응하는 전압 시간 곱 명령치 Vqds_ras_com(k+1)×t_s를 계산한다.

자속 원 처리 유닛(142)은 재정렬된 좌표계를 사용하여 모터(2)의 자속의 크기 및 방향을 정의하는 전압×시간 곱을 결정하기 위한 계산 프로세스를 수행한다.

예컨대, 자속 원 처리 유닛(142)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 고정자 qds축 자속 명령치 λqds_s_com(k+2), 및 전압 시간 곱 명령치 Vqds_ras_com(k+1)×t_s를 포함하는 입력 변수를 수신하고, 재정렬된 좌표계의 자속 평면 상의 자속 원 λc 및 상술한 토크 선 Te에 기초하여 원하는 전압 시간 곱 명령치 Vds_ras_com(k+1)×t_s를 도출한다.

전압 변환 유닛(143)은 토크 선 처리 유닛(141)에 의해 계산되는 전압 시간 곱 명령치 Vqds_ras_com(k+1)×t_s를 샘플링 기간 t_s로 나눔으로써 전압 시간 곱 명령치 Vqs_ras_com(k+1)의 적어도 q축 성분을 계산한다.

전압 변환 유닛(144)은 자속 원 처리 유닛(142)에 의해 계산되는 전압 시간 곱 명령치 Vqds_ras_com(k+1)×t_s를 샘플링 기간 t_s로 나눔으로써 d축 성분의 전압 시간 곱 명령치 Vds_ras_com(k+1)을 계산한다.

역 RAS 좌표 변환 유닛(145)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)에 기초하여 전압 변환 유닛(143)에 의해 계산되는 전압 시간 곱 명령치 Vqs_ras_com(k+1) 및 전압 변환 유닛(144)에 의해 계산되는 전압 시간 곱 명령치 Vds_ras_com(k+1)에 대한 역 RAS 변환을 수행함으로써 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)을 계산한다.

예컨대, RAS 변환은 이하의 식 21을 사용하여 정의된다.

예컨대, 상술한 설명에 대응하는 역 RAS 변환은 이하의 식 22를 사용하여 정의된다.

DB-DTFC 계산 유닛(14)의 각 유닛의 보다 구체적인 예시가 이하 설명될 것이다.

토크 선 처리 유닛(141)은, 예컨대, 계산 블록(1410), 계산 블록(1411A), 계산 블록(1411B), 계산 블록(1412), 계산 블록(1413), 계산 블록(1414), 계산 블록(1415), 계산 블록(1416), 계산 블록(1417), 계산 블록(1418), 및 계산 블록(1419)을 포함한다.

계산 블록(1410)은 추정 토크 계산 유닛의 예시이다. 예컨대, 계산 블록(1410)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1) 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)을 포함하는 입력 변수를 수신하고, 공극 토크 추정치 Te_est(k+1)(토크 추정치)을 계산한다. 계산 블록(1410)은 2개의 벡터, 즉 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1) 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)의 내적을 계산하고, 그 내적에 미리 결정된 계수 K를 곱하여, 공극 토크 추정치 Te_est(k+1)을 계산한다. 상술한 프로세스는 식 23으로 표현된다.

계산 블록(1412)은 공극 토크 추정치 Te_est(k+1)에 이하의 식 24로 표현되는 계수를 곱한다.

계산 블록(1411A)은 감산기이다. 계산 블록(1411A)은 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)로부터 공극 토크 추정치 Te_est(k+1)을 감산하여 그 차이를 ΔTe_est(k+1)로서 획득한다. 상술한 계산은 식 25로 표현된다.

계산 블록(1411B)은 가산기이다. 계산 블록(1411B)은 계산 블록(1411A)에 의해 계산된 ΔTe_est(k+1)과 계산 블록(1412)에 의해 계산된 결과를 가산한다.

계산 블록(1413)은 계산 블록(1411B)에 의해 계산된 결과에 이하의 식 26을 곱한다.

계산 블록(1414)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)에 기초하여 계산 블록(1413)에 의해 계산된 결과를 정규화한다. 예컨대, 계산 블록(1414)은 계산 블록(1413)에 의해 획득된 결과를 계산 블록(1415)에 의해 계산된 결과로 나눈다. 계산 블록(1414)의 출력은 재정렬된 좌표계에서의 토크 기준을 나타낸다.

계산 블록(1415)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)에 기초하여 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_ras_est(k+α)의 절대치(놈(norm))를 계산한다. 계산 블록(1415)에 의해 계산된 결과를 사용함으로써, 재정렬된 좌표계를 고정자 측 좌표계와 일치시킬 수 있다.

계산 블록(1416)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 참조하여 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α)의 RAS 좌표 변환을 실행한다.

계산 블록(1417)은 회전자 각속도 추정치 ωr_est(k+1)에 샘플링 기간 t_s를 곱한다. 계산 블록(1418)은 계산 블록(1416)에 의해 계산된 결과에 의해 표현된 벡터와 계산 블록(1417)에 의해 계산된 결과에 의해 표현된 벡터의 내적을 계산한다.

계산 블록(1419)은 계산 블록(1414)에 의해 계산된 결과와 계산 블록(1418)에 의해 계산된 결과를 가산하여 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)에 대응하는 전압 시간 곱 명령치 Vqs_ras_com(k+1)×t₀을 산출한다.

상술한 계산 블록(1411A), 계산 블록(1411B), 계산 블록(1412), 계산 블록(1413), 계산 블록(1414), 계산 블록(1415), 계산 블록(1416), 계산 블록(1417), 계산 블록(1418), 및 계산 블록(1419)은 토크 선 처리 유닛의 예시이다.

상술한 바와 같이, 토크 선 처리 유닛(141)은 적어도 공극 토크 명령치 Te_com(k+1)(모터(2)에 대한 토크 명령), 공극 토크 추정치 Te_est(k+1)(모터(2)에 대한 토크 추정치), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α)(모터(2)의 고정자 자속의 제 2 추정치), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)(모터(2)의 회전자 자속의 제 2 추정치), 및 모터(2)의 회전자 자속의 회전 속도 ωr에 기초하여 평균 전압과 제어 기간의 곱에 대응하는 전압×시간 곱을 계산한다.

자속 원 처리 유닛(142)은, 예컨대, 계산 블록(1420), 계산 블록(1421), 계산 블록(1422), 계산 블록(1423), 계산 블록(1424), 계산 블록(1425), 및 계산 블록(1426)을 포함한다.

계산 블록(1420)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 참조하여 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)의 RAS 좌표 변환을 실행함으로써 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+1)을 계산한다.

계산 블록(1422)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 참조하여 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α)의 RAS 좌표 변환을 실행함으로써 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_ras_est(k+α)를 계산한다. 계산 블록(1423)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+α)에 t_s×Rs를 곱한다. 계산 블록(1421)은 감산기이다. 계산 블록(1421)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_ras_est(k+1)로부터 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_ras_est(k+α)와 t_s×Rs의 곱을 감산한다. 상술한 계산의 결과에 따라, 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_ras_est(k+α)의 크기와 고정자 저항 Rs의 곱을 사용하여 자속 원의 중심이 보정되고, 따라서, 자속 원 λc의 위치의 정확도가 향상된다. 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_ras_est(k+α)의 크기와 고정자 저항 Rs의 곱이 자속 원의 반경에 비해 충분히 작을 때, 자속 원의 중심을 보정하는 프로세스는 생략될 수 있다.

상술한 계산 블록(1420) 내지 계산 블록(1423)의 각각의 프로세스를 사용하여, 고정자 저항 Rs를 통해 흐르는 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_ras_est(k+α)에 따른 전압 강하에 대응하는 전압×시간 곱이 재정렬된 좌표에서의 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+1)로부터 감산되어, 고정자 저항 Rs의 영향을 반영하는 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+1)β가 획득된다. 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+1)β는 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_ras_est(k+α)의 크기에 의존한다.

계산 블록(1424)은 토크 선 처리 유닛(141)에 의해 계산된 결과와 계산 블록(1421)에 의해 계산된 결과를 가산한다.

계산 블록(1425)은 D축 좌표 계산 유닛을 포함한다. 예컨대, 계산 블록(1425)은 고정자 qds축 자속 명령치 λqds_s_com(k+2) 및 D축 좌표 계산 유닛으로서의 계산 블록(1424)에 의해 계산된 결과에 기초하여 토크 선과 자속 원 λc 사이의 교차점의 위치를 계산한다. 그 상세는 후술될 것이다.

계산 블록(1426)은 계산 블록(1425)에 의해 계산된 결과로부터 계산 블록(1421)에 의해 계산된 결과를 감산한다.

상술한 자속 원 처리 유닛(142)은 모터(2)의 회전자 자속의 명령치에 기초하여 자속 원의 반경을 결정한다. 자속 원 처리 유닛(142)은 모터(2)의 고정자 자속의 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+α)(제 2 추정치) 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+1)(제 1 추정치)에 기초하여 자속 원 λc의 중심의 위치를 결정한다. 자속 원 처리 유닛(142)은 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_ras_est(k+α)(제 2 추정치) 및 고정자 권선의 저항치 Rs에 기초하여 자속 원 λc의 중심의 위치를 조정한다. 이러한 방식으로, 고정자 권선의 저항치 Rs에 따라 발생하는 전압 강하의 영향이 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_ras_est(k+α)(제 2 추정치)를 사용하여 완화되어, 제어의 정확도가 향상될 수 있다.

DB-DTFC의 상세가 설명될 것이다.

먼저, 임의의 좌표계에서의 유도 모터의 등가 방정식은 식 27-1 내지 식 27-4로 표현된다.

상술한 식 27-3 및 식 27-4를 푸는 것에 의해, 고정자 전류 및 회전자 전류가 이하의 식 28-1 및 식 28-2를 사용하여 획득된다.

여기서, 누설 계수 σ는 이하의 식 29에 표현되는 바와 같이 정의된다.

식 28-1, 식 28-2, 및 식 29를 식 27-1 및 식 27-2에 대입함으로써, 이하의 식 30-1 및 식 30-2가 획득된다.

이하의 식 31-1 및 식 31-2는 이하의 식 30-1 및 식 30-2를 변환함으로써 계산된다.

상술한 식 31-1 및 식 31-2에서, RAS 좌표 변환을 통해 회전 좌표계의 특성을 사용하여 "0"을 ωe에 대입함으로써, 이하의 식 32-1 및 식 32-2가 계산된다.

이하의 식 33은 모터(2)의 토크를 계산하는데 사용되는 방정식이다.

상술한 식 33을 미분함으로써, 토크의 변화율을 나타내는 이하의 식 34가 계산된다.

상술한 식 31-1 및 식 31-2는 스칼라로 나타내어지는 식 35-1 내지 식 35-4로 변환될 수 있다.

식 35-1 내지 식 35-4를 상술한 식 34에 대입함으로써, 이하의 식 36이 표현될 수 있다.

연속 시간계에서 기술된 식 36은 이산 시간계에서 이하의 식 37로 변환된다.

토크의 변화율을 나타내는 식 37을 변환함으로써, 식 38이 계산된다.

상술한 식 38은 토크 선을 나타내는 방정식이다. 식 39-2에 표현된 바와 같이 변수 m을 정의하고, 식 39-3에 표현된 바와 같이 변수 b를 정의함으로써, 식 38은 식 39-1과 같이 단순화될 수 있다.

상술한 바와 같이, 제 2 해법의 경우, m은 도 6(b)의 ds축에 대한 기울기에 대응하고, 따라서 m=0이다. m이 "0"일 때, 재정렬된 좌표계에서의 전압 명령치의 qs축 성분 Vqs_ras_com(k+1)은 이하의 식 40을 사용하여 계산된다.

다음으로, 자속 원 λc에 관한 프로세스가 설명될 것이다.

고정자 qds축 자속 λqds의 미분치는 이하의 식 41에서와 같이 표현될 수 있다.

상술한 식 41은 이산 시간계의 식 42로 변환된다.

식 42는 식 43에 나타내어진 바와 같이 qs축 성분 및 ds축 성분으로 분리된다.

상술한 식 43에서, 고정자 고정 좌표계에서의 전압 명령치의 qs축 성분 Vqs_s_com(k+1)은 식 42를 사용하여 알려진 변수로서 획득될 수 있다. 상술한 식 43을 푸는 것에 의해, 전압 명령치의 ds축 성분 Vds_s_com(k+1)이 계산된다.

상술한 설명에서, 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+2)가 사용되었지만, 상술한 바와 같이 고정자 qds축 자속 명령치 λqds_s_com(k+1)에 의해 대체될 수 있다.

상술한 설명에서, 고정자 고정 좌표계가 예시로서 나타내어졌지만, 재정렬된 좌표계도 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 전압 명령치의 qs축 성분 Vqs_ras_com(k+1)은 식 42로부터 변환된, 재정렬 좌표계의 방정식을 사용하여 알려진 변수로서 획득될 수 있다. 식 43으로부터 변환된, 재정렬 좌표계의 방정식을 푸는 것에 의해, 전압 명령치의 ds축 성분 Vds_ras_com(k+1)이 획득될 수 있다.

상술한 실시예에 따르면, 전류/자속 추정 유닛(20)은 더 높은 추정 정확도로 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)을 생성한다. 평균 보정 유닛(30)은 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)에 기초하여 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α), 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 생성한다. DB-DTFC 계산 유닛(14)은 적어도 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α) 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 사용하여 고정자 dqs축 전압 명령치 Vdqs_ras_com(k+1)을 생성한다. 이러한 방식으로, 제어 디바이스(10)는 모터(2)의 제어의 정확도를 향상시킬 수 있다.

몇몇 경우에, 전류 관측기(21)에 의해 실행되는 계산에서 지연량을 보상함으로써 제어의 정확도가 향상될 수 있다. 이것은 도 22를 참조하여 설명될 것이다. 도 22는 실시예에 따른 전류 관측기(21)에 의해 실행되는 계산에서 지연량에 대한 보상의 이점을 나타내는 도면이다. 도 22에 도시된 그래프에서, 시간(초)의 경과에 대응하는 고정자 자속 λqds_s는 굵은 실선으로 표현되고, 고정자 전류 Iqds_s는 가는 실선으로 표현되고, 회전자 자속 λqdr_s는 이중선으로 표현된다. 각 선은 시점 k로부터 시점 k+1로의 실제 변화를 나타낸다. 시점 k+2를 포함하는 시점 k+1 이후의 각 선은 시점 k+1에서 추정되는 모터(2)의 거동을 나타낸다.

전류 관측기(21)는 시점 k+1에서의 고정자 자속 측정치 λqds_s_est(k)와 고정자 자속 측정치 λqds_s_est(k+1)의 평균인 고정자 자속의 이동 시간 평균치 λave를 계산한다. 도 22에서 점 G11에 의해 표현되는 값은 고정자 자속의 이동 시간 평균치 λave이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 점 G11은 고정자 자속 λ의 선으로부터 떨어져 있다. 점 G11과 동일한 값을 나타내는 고정자 자속 λ의 선상의 점 G12는 시점 k+1로부터 t_s/2만큼 과거에 있다.

전류 관측기(21)는 상술한 바와 같이 고정자 자속의 이동 평균치 λave를 사용하여 고정자 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)을 계산한다. 도 22에서 점 G21에 의해 표현되는 값은 고정자 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)이다. 그러나, 고정자 자속 λqds_s의 경우와 같이, 도 22에서의 점 G21은 시점 k+1에서 고정자 전류 Iqds_s의 선으로부터 떨어져 있다. 점 G21과 동일한 크기를 나타내는 고정자 전류 I의 선상의 점 G22는 시점 k+1로부터 t_s/2만큼 과거에 있다.

회전자 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)을 계산하는 프로세스에서, 자속 관측기(22)는 상술한 고정자 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)을 사용한다. 회전자 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)은 고정자 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)의 성분을 포함한다. 회전자 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)에서, 상술한 바와 같이 실질적으로 약 t_s/2의 지연이 발생한다.

상술한 지연은 전류 관측기(21) 및 자속 관측기(22)에 의해 계산되는 모터(2)의 상태 변수의 값에 포함될 수 있다.

시점 k로부터 시점 k+2까지의 상태는 시간의 경과에 따라 변화한다. 그러나, 동기 각주파수 ωe의 값의 변동이 일정하다고 간주되고 시점 k로부터 시점 k+2까지의 상태의 변화의 경향이 연속적인 것으로 가정되면, 상태의 변화는 예측될 수 있다. 평균 보정 유닛(30)은 동기 각주파수 ωe를 사용하여 시점 k+1의 상태 변수의 값을 사용하여 시점 k+α에서의 상태량을 계산한다. 이러한 방식으로, DB-DTFC 계산 유닛(14)은 시점 k+α의 상태량의 예측치를 시점 k+1에 대한 상태 변수의 값으로서 사용할 수 있다. 예컨대, 시점 k+α가 시점 k+1로부터 t_s/2만큼 미래에 있도록 조정될 때, 전류 관측기(21)에 의해 실행되는 계산의 프로세스에서 발생하는 지연은 시점 k+1로부터 시점 k+α까지의 시간의 기간과 일치하고, 따라서 그 영향을 상쇄한다.

예컨대, 도 22의 중간에 있는 그래프에 도시된 점 G22에서의 시점으로부터 약 t_s/2의 시간이 경과하면, 시점 k+1이 될 것이다. 그 기간 동안, 점 G22의 시점에서의 상태는 고정자 전류 Iqds_s의 선을 따라 변화하고, 고정자 전류 측정치 Iqds_s_det(k+1)로서 검출된다. 고정자 전류 측정치 Iqds_s_det(k+1)에는 많은 노이즈가 포함되므로, 전류 관측기(21)에 의해 계산되는 고정자 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)이 고정자 전류 측정치 대신에 제어를 위해 사용된다.

따라서, 평균 보정 유닛(30)은 점 G21에 대응하는 고정자 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)에 기초하여 동기 각주파수 ωe를 사용하여 고정자 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α)를 추정하고, 이에 의해 시점 k+α의 점 G23의 위치에서의 상태량을 획득한다. 점 G23의 위치에서의 상태량은 고정자 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α)이다. 이 값을 시점 k+1에서의 상태량으로 사용함으로써, 고정자 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α)는 시점 k+1에서의 상태량인 것처럼 사용될 수 있다. 점 G24는 시점 k+1의 상태량으로서 사용되는 고정자 전류 추정치 Iqds_s_est(k+α)를 나타낸다.

고정자 전류 Iqds_s를 사용하는 상기 설명은 상술한 고정자 자속 λqds_s 또는 회전자 자속 λqdr_s를 사용하는 경우에도 유사하게 적용될 수 있다. 고정자 자속 λqds_s에서의 점 G11, 점 G13, 및 점 G14는 각각 고정자 전류 Iqds_s의 점 G21, 점 G23, 및 점 G24에 대응한다. 회전자 자속 λqdr_s에서의 점 G31, 점 G33, 및 점 G34는 각각 고정자 전류 Iqds_s의 점 G21, 점 G23, 및 점 G24에 대응한다.

평균 보정 유닛(30)은, 상술한 바와 같이, 전류/자속 추정 유닛(20)에 의해 실행되는 계산 프로세스로 인해 발생하는 지연을 상쇄하기 위해 미리 결정된 변환 규칙을 사용하여 각 상태량을 나타내는 변수의 값을 보정한다. 따라서, DB-DTFC 계산 유닛(14)에 의해 기준으로서 사용되는 고정자 qdr축 자속 추정치 λqdr_s_est의 위상은 상술한 지연을 상쇄하도록 조정되고, 따라서, DB-DTFC 계산 유닛(14)에 의해 생성되는 고정자 dqs축 전압 명령치 Vdqs_ras_com(k+1)의 위상의 정확도가 개선된다.

실시예에 따르면, 고정자 저항 Rs의 임피던스 성분으로 인해 발생하는 전압 강하의 영향을 감소시킴으로써 DB-DTFC에 의해 실행되는 제어의 정확도가 개선될 수 있다.

고정자 저항 Rs의 임피던스 성분으로 인한 전압 강하에 의해 초래되는 영향이 작은 경우, 상술한 식 42의 제 2 항은 생략될 수 있다.

(제 1 실시예의 제 1 변형예)

실시예의 제 1 변형예가 도면을 참조하여 설명될 것이다.

제 1 실시예에서는, DB-DTFC 제어에서의 제 2 해법과 관련된 사례가 설명되었다. 이 변형예에서는, 그 대신에, DB-DTFC 제어에서의 제 1 해법과 관련된 사례가 설명될 것이다.

도 8은 실시예에 따른 DB-DTFC 제어에서의 제 1 해법을 나타내는 도면이다. 도 8은 자속 좌표계의 자속 평면의 예시를 나타낸다. 도 8에 도시된 자속 좌표계는 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α)를 참조하여 정렬된, 재정렬 좌표계이다. ds축은 도면에서 아래쪽으로 배치되고, qs축은 도면에서 오른쪽으로 배치된다.

도 8은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α)가 ds축과 정렬된다는 점에서 도 6(b)와 다르다. 이 경우, 토크 선 Te(k+2)는 ds축과 평행하지 않다.

따라서, 제 1 해법에서는, 자속 원과 토크 선 사이의 교차점은 자속 원을 나타내는 방정식과 토크 선을 나타내는 방정식을 동시에 푸는 것에 의해 2차 방정식의 해를 구하는 방법을 사용하여 도출된다.

설명의 단순화를 위해, 자속 원 λc를 나타내는 식 43은 식 44로 변환된다. 이 식 44는 고정자 저항 Rs의 영향을 무시함으로써 단순화된다.

자속 회로와 토크 선의 방정식을 동시에 푸는 것에 의해, 방정식은 이하의 식 45로 변환될 수 있다. 이것을 푸는 것에 의해, 전압 명령치의 qs축 성분 Vqs_ras_com(k+1)은 식 46으로부터 획득될 수 있고, 전압 명령치의 ds축 성분 Vds_ras_com(k+1)은 식 45-3으로부터 획득될 수 있다.

상술한 변형예에 따르면, 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+α)를 참조하여 정렬된, 재정렬 좌표계가 사용된다. 이 변형예는 또한 상술한 실시예의 효과와 유사한 효과를 달성할 수 있다.

(제 1 실시예의 제 2 변형예)

실시예의 제 2 변형예가 도면을 참조하여 설명될 것이다.

제 1 실시예에서는, 전류 관측기(21)에 의해 실행되는 프로세스에서 고정자 자속을 위해 래치 인터페이스가 사용되는 사례가 설명되었다. 이 변형예에서는, 이 대신에, 고정자 자속을 위해 램프 인터페이스가 사용되는 사례가 설명될 것이다. 이 램프 인터페이스는 1차 홀딩 함수로서 기능한다.

전류 관측기(21)의 변형이 도 9를 참조하여 설명될 것이다.

도 9는 제 1 실시예의 제 2 변형예에 따른 전류 관측기(21A)를 나타내는 블록도이다. 상술한 도 1에 도시된 전류 관측기(21) 대신에, 전류 관측기(21A)가 상술한 바와 같이 계산되는 구동량 명령치 및 고정자 자속의 추정치에 기초하여 모터의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 추정치를 계산한다. 예컨대, 전류 관측기(21)의 계산 블록(211), 계산 블록(212), 계산 블록(213), 및 계산 블록(218) 대신에, 전류 관측기(21A)는 계산 블록(212A), 계산 블록(213A), 계산 블록(213B), 계산 블록(218A), 계산 블록(218B), 및 계산 블록(219)을 포함한다.

계산 블록(212A)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)에 식 48에 표현되는 회전자 저항 Rr, 회전자 권선 인덕턴스 Lr, 및 회전자 속도 ωr을 포함하는 변수를 갖는 전달 함수를 곱함으로써 전압 V2를 계산한다.

계산 블록(219)은 계산 블록(212A)에 의해 실행되는 계산의 결과를 χσLs로 나누고 그 몫을 출력한다.

계산 블록(218B)은 램프 인터페이스를 포함한다. 계산 블록(218B)은 계산 블록(219)에 의해 실행되는 계산의 결과의 1차 홀딩을 수행하고, 1차 홀딩의 결과인 전압 보정치 Vcomp1을 계산한다. 계산 블록(218B)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est의 시간 이력 데이터를 사용하여 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est를 평활화한다.

예컨대, 계산 블록(218B)은 변수 A1, B0, 및 B1을 갖는 식 49로 표현되는 전달 함수에 계산 블록(219)에 의해 실행되는 계산의 결과를 곱함으로써 전압 보정치 Vcomp1을 계산한다.

상술한 식 49에서, A1, B0, 및 B1은 이하의 식 50을 사용하여 정의된다. 여기서, χ는 임의의 변수이다.

상술한 바와 같이, 계산 블록(218B)은 적어도 회전자 자속의 추정치에 기초한 값의 1차 홀딩을 수행하는 램프 계산 유닛을 포함한다.

상술한 계산 블록(212A), 계산 블록(219), 및 계산 블록(218B)은 전류 추정치 계산 유닛의 예시이다. 계산 블록(212A), 계산 블록(219), 및 계산 블록(218B)은 자속 관측기(22)에 의해 계산되는 모터(2)의 고정자 자속의 추정치에 기초하여 모터(2)의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 추정치(제 1 추정치)를 계산한다. 계산 블록(218B)은 모터(2)의 고정자 자속의 추정치로부터 모터(2)의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 제 1 추정치를 계산하는 계산 프로세스에서 고정자 자속의 추정치에 기초한 값의 1차 홀딩을 수행한다.

계산 블록(213A)은 가산기이다. 계산 블록(213A)은 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com, 계산 블록(215)에 의해 실행되는 계산의 결과, 및 계산 블록(216)에 의해 실행되는 계산의 결과를 가산하고, 가산의 결과를 전압 합계치 Vqds_sum1로서 출력한다. 전압 합계치 Vqds_sum1은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)에 기초한 성분을 포함하지 않는다. 계산 블록(217)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)의 성분을 포함하지 않는 전압 합계치 Vqds_sum1을 χσLs로 나눈다. 고정자 qds축 자속 추정치에 기초한 성분은 이후 단계에서 계산 블록(213B)에서 가산됨에 유의해야 한다.

계산 블록(218A)은 상술한 계산 블록(218)과 동일할 수 있다. 계산 블록(218A)은 계산 블록(217)에 의해 실행되는 계산의 결과에 기초하여 미리 결정된 계산 프로세스를 수행하고, 그 결과 Iqds_sum2를 출력한다. Iqds_sum2는 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)에 기초한 성분을 포함하지 않는다.

계산 블록(213B)은 가산기이다. 계산 블록(213B)은 계산 블록(218A)에 의해 실행되는 계산의 결과와 계산 블록(218B)에 의해 실행되는 계산의 결과를 가산하고, 가산의 결과를 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)로서 출력한다. 변형예에 따른 계산 블록(210)은 계산 블록(213B)에 의해 실행되는 계산의 결과인 고정자 qds축 전류 추정치 Iqds_s_est(k+1)을 유지한다.

전류 관측기(21A)의 구성의 설명이 계속될 것이다.

연속 시스템으로부터 이산 시스템으로의 변환에서, 전류 관측기(21A)는 전압 입력에 래치 인터페이스를 적용하고, 자속 인터페이스에 램프 인터페이스를 적용한다.

상술한 식 51에서, 식 52가 정의된다.

식 51은 선형 시스템에 기초하기 때문에, 중첩 원리를 적용함으로써 이하의 식 53이 획득된다.

상술한 식 53에서의 χ는 이하의 식 54에서 표현되는 바와 같이 정의된다.

상술한 바와 같이, 고정자 전압에 래치 인터페이스를 적용하고, 고정자 자속에 램프 인터페이스를 적용하고, 식 54를 이산 시간계의 방정식으로 변환함으로써, 식 55 및 식 56이 획득된다. Z[]는 Z 변환을 나타낸다.

여기서, 상술한 바와 같이 A₁, B₀, 및 B₁을 정의하고, 식 55 및 식 56을 단순화함으로써 이하의 식 57이 획득된다.

상술한 변형예에 따르면, 전류 관측기(21A)가 래치 인터페이스를 사용하여 자속 추정치를 수신하더라도, 실시예에 따른 것과 유사한 효과가 획득된다.

(제 2 실시예)

제 2 실시예에 따른 모터 구동 시스템(1A)이 DB-DTFC 계산 유닛(14A)에 초점을 두고 설명될 것이다. 제 1 실시예에서는, 예컨대, 전류 및 자속의 추정의 정확도는 관측기를 사용하여 개선되고, DB-DTFC 제어에서의 상태 변수(상태량)의 값은 평균 보정을 통해 보정된다. 이 제 2 실시예에서는, DB-DTFC 제어에서 전류 및 자속의 추정의 정확도가 관측기에 의해 개선되지만 상술한 평균 보정을 통해 상태 변수의 값을 보정함으로써 초래되는 효과는 획득되지 않는다.

도 10은 제 2 실시예에 따른 모터 구동 시스템(1A)을 나타내는 블록도이다.

모터 구동 시스템(1A)의 제어 디바이스(10A)는, 예컨대, DB-DTFC 계산 유닛(14) 대신에 DB-DTFC 계산 유닛(14A)이 포함되고, 평균 보정 유닛(30)은 포함되지 않고, 슬립 주파수 추정 유닛(18) 및 가산기 유닛(19)이 생략될 수 있는 점에서 상술한 모터 구동 시스템(1)의 제어 디바이스(10)와 상이하다. 도 10은 슬립 주파수 추정 유닛(18) 및 가산기 유닛(19)을 나타내지 않는다.

DB-DTFC 계산 유닛(14A)은 공극 토크 명령치 Te_com(k+1), 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1), 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1), 및 고정자 qds축 자속 명령치 λqds_s_com(k+2)를 포함하는 입력 변수를 수신하고, 상술한 입력 변수에 기초하여 고정자 qds축 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)을 계산한다. 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1) 및 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)은 전류/자속 추정 유닛(20)으로부터 공급된다. 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)은 모터(2)의 고정자 자속의 추정치의 예시이다. 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)은 모터(2)의 회전자 자속의 추정치의 예시이다.

상술한 DB-DTFC 계산 유닛(14)은 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+α)를 참조하여 RAS 좌표 변환 및 역 RAS 좌표 변환을 수행하는데 반하여, DB-DTFC 계산 유닛(14A)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)을 참조하여 RAS 좌표 변환 및 역 RAS 좌표 변환을 수행한다.

도 11은 실시예에 따른 DB-DTFC 계산 유닛(14A)을 나타내는 블록도이다.

상술한 DB-DTFC 계산 유닛(14)의 토크 선 처리 유닛(141), 자속 원 처리 유닛(142), 및 역 RAS 좌표 변환 유닛(145) 대신에, DB-DTFC 계산 유닛(14A)은 토크 선 처리 유닛(141A), 자속 원 처리 유닛(142A), 및 역 RAS 좌표 변환 유닛(145A)을 포함한다.

토크 선 처리 유닛(141A)은 토크 선 처리 유닛(141)의 계산 블록(1415) 및 계산 블록(1416) 대신에 계산 블록(1415A) 및 계산 블록(1416A)을 포함한다.

계산 블록(1415A)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)의 크기(놈(norm))를 계산한다.

계산 블록(1416A)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)을 참조하여 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)의 RAS 좌표 변환을 수행하여 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+1)을 산출한다. 상술한 계산의 결과로서, 고정자 qs축 자속 추정치 λqs_ras_est(k+1)은 0이고, 고정자 ds축 자속 추정치 λds_ras_est(k+1)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)의 크기이다.

자속 원 처리 유닛(142A)은 자속 원 처리 유닛(142A)이 계산 블록(1421), 계산 블록(1422), 및 계산 블록(1423)을 포함하지 않고 계산 블록(1420) 대신에 계산 블록(1420A)을 포함한다는 점에서 자속 원 처리 유닛(142)과 상이하다.

계산 블록(1420A)은 상술한 계산 블록(1416A)과 동일한 구성을 갖는다. 계산 블록(1420A)은 계산의 결과, 즉 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_ras_est(k+1)을 이후 단계에 배치된 계산 블록(1424) 및 계산 블록(1426)에 공급한다.

상술한 바와 같이, 이 제 2 실시예에서는, 제 1 실시예에 따른 모터 구동 시스템(1)의 일부의 기능이 저하되고, 구성이 단순화될 수 있다. DB-DTFC 계산 유닛(14A)은 제 1 해법의 기술을 사용하여 원하는 해법을 획득할 수 있다.

(제 3 실시예)

제 3 실시예에 따른 모터 구동 시스템(1B)이 설명될 것이다.

상술한 실시예에서는, 예컨대, 데드비트(deadbeat) 직접 토크 제어(DB-DTFC) 시스템이 전압 명령치를 생성하기 위해 사용된다. 이 제 3 실시예는 필드 지향 제어(field oriented control) 시스템을 사용한다. 이하, 필드 지향 제어 시스템은 FOC 시스템으로 지칭될 것이다.

FOC 시스템에서는, 토크(회전력)를 발생시키는 전류 성분 및 자속을 발생시키는 전류 성분이 분해되고, 각각의 전류 성분은 독립적으로 직류량으로서 제어된다.

FOC 시스템의 예시는 직접 필드 지향 제어(direct field oriented control, DFOC) 시스템을 포함한다. DFOC 시스템에서, 자속 벡터는 자속 센서 또는 자속 관측기에 의해 직접 추정되고 제어된다.

도 12는 실시예에 따른 모터 구동 시스템(1B)을 나타내는 블록도이다. 이 도면에 도시된 모터 구동 시스템(1B)은 상술한 모터 구동 시스템(1)의 제어 디바이스(10) 대신에 FOC 시스템에 기초한 제어 디바이스(10B)를 포함한다. 모터(2)는 위치 또는 속도를 검출하는 센서를 갖지 않는다.

FOC 시스템의 예시는 간접 필드 지향 제어(indirect field oriented control, IFOC) 시스템 및 직접 필드 지향 제어(DFOC) 시스템을 포함한다. IFOC 시스템은 자속의 추정 또는 검출 없이 유도 모터의 슬립을 제어하는 간접 벡터 제어(슬립 주파수형 벡터 제어라고도 지칭됨)를 사용한다. DFOC 시스템은 자계의 추정 또는 검출의 결과에 기초하여 모터(2)의 슬립을 제어하는 직접 벡터 제어를 사용한다.

도 12에 도시된 DFOC 계산 유닛(40)은 상술한 DFOC 시스템에 기초한 예시이다. 제어 디바이스(10B)는 DB-DTFC 계산 유닛(14) 대신에 DFOC 계산 유닛(40)을, 제 1 좌표 변환 유닛(15) 대신에 제 6 좌표 변환 유닛(15A)을, 속도/위상 추정 유닛(13) 대신에 속도/위상 추정 유닛(13A)을, 슬립 주파수 추정 유닛(18) 대신에 슬립 주파수 추정 유닛(18A)을 갖는다.

제어 디바이스(10B)는 제 7 좌표 변환 유닛(17A) 및 제 8 좌표 변환 유닛(17B)을 포함한다. v상 고정자 전류 Ivs(k) 및 w상 고정자 전류 Iws(k)가 제 7 좌표 변환 유닛(17A)에 공급된다. 제 6 좌표 변환 유닛(15A)의 출력인 3상 고정자 전압 명령치 Vus_com(k+1), Vvs_com(k+1), 및 Vws_com(k+1)은 제 8 좌표 변환 유닛(17B)에 공급된다.

모션 컨트롤러(12)에 의해 계산된 토크 명령치 Te_com(k+1)이 DFOC 계산 유닛(40)에 공급된다. 정격 고정자 자속의 고정자 자속 명령치 λs_com은 자속 명령으로서 DFOC 계산 유닛(40)에 공급된다.

속도/위상 추정 유닛(13A)은, 예컨대, 모션 컨트롤러(12)에 의해 계산된 토크 명령치 Te_com(k+1), 슬립 주파수 추정 유닛(18A)에 의해 계산된 슬립 각도 주파수 추정치 ωsl_est(k+1), 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)에 기초하여 회전자 각속도 추정치 ωrm_est(k+1), 회전자 각도 추정치 θr_est(k+1), 및 고정자 전원 위상 추정치 θe_est(k+1)을 계산한다.

속도/위상 추정 유닛(13A)은, 예컨대, 위치 추적 관측기를 포함한다. 상술한 위치 추적 관측기는 위상을 추출하기 위한 기준 신호로서 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)을 사용한다.

예컨대, 속도/위상 추정 유닛(13A)은 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)에 기초하여 기본 성분(동기 각도 θe)을 추출하고 슬립 각도 주파수 추정치 ωsl_est(k+1)에 기초하여 기본 성분을 보정함으로써 회전자 각도 θr을 생성한다. 속도/위상 추정 유닛(13A)은 회전자 각도 θr과 회전자 각도 추정치 θr_est(k)를 비교하고 대응하는 위상을 갖도록 조정된 회전자 각도 추정치 θr_est(k+1)을 생성한다. 속도/위상 추정 유닛(13A)은 회전자 각도 추정치 θr_est(k+1)에 따라 회전자 각속도 추정치 ωrm_est(k+1)을 생성한다.

슬립 주파수 추정 유닛(18A)은, 예컨대, 모션 컨트롤러(12)에 의해 계산된 토크 명령치 Te_com(k+1) 및 자속 관측기(22)에 의해 계산된 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)에 기초하여 모터(2)의 슬립에 관한 슬립 각도 주파수 추정치 ωsl_est(k+1)을 계산한다.

속도/위상 추정 유닛(13A)은 고정자 전원 위상 추정치 θe_est(k+1)을 제 7 좌표 변환 유닛(17A) 및 제 6 좌표 변환 유닛(15A)에 기준 신호로서 출력한다. 제 7 좌표 변환 유닛(17A)은 기준 신호에 기초하여 입력 신호를 회전 좌표계에서 서로 직교하는 γ 성분 및 δ 성분의 신호로 변환한다.

기준 신호의 위상을 적절히 선택함으로써, 제 7 좌표 변환 유닛(17A)은 기준 위상과 동일한 위상을 갖는 성분을 γ 성분으로서 획득하고, 기준 위상과 직교하는 성분을 δ 성분으로서 획득할 수 있다. 제 7 좌표 변환 유닛(17A)은 좌표가 변환된 γ축 고정자 전류 Iγ(k+1) 및 δ축 고정자 전류 Iδ(k+1)을 DFOC 계산 유닛(40)에 공급한다.

상기와 반대로, 제 6 좌표 변환 유닛(15A)은 DFOC 계산 유닛(40)으로부터의 출력인 γ 성분의 전압 명령치 Vγ_com(k+1) 및 δ 성분의 전압 명령치 Vδ_com(k+1)을 고정자 좌표계의 3상 고정자 전압 명령치 Vus_com(k+1), Vvs_com(k+1), 및 Vws_com(k+1)로 변환한다. 제 6 좌표 변환 유닛(15A)에 의해 실행된 계산의 결과는 PWM 컨트롤러(16) 및 제 8 좌표 변환 유닛(17B)에 공급된다.

제 8 좌표 변환 유닛(17B)은 3상 고정자 전압 명령치 Vus_com(k+1), Vvs_com(k+1), 및 Vws_com(k+1)을 dqs축의 2축 성분의 전압 명령치 Vqds_s_com(k+1)로 변환한다. 제 8 좌표 변환 유닛(17B)에 의해 변환된 값은 전류/자속 추정 유닛(20)에 공급된다.

전류/자속 추정 유닛(20)에 의해 추정된 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1) 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)은 DFOC 계산 유닛(40)에 공급된다.

DFOC 계산 유닛(40)은 공급된 신호에 기초하여 γ 성분의 고정자 전류 명령치 Iγ_com(k+1) 및 δ 성분의 고정자 전류 명령치 Iδ_com(k+1)을 생성하고, γ축 고정자 전류 Iγ(k+1) 및 δ축 고정자 전류 Iδ(k+1)이 명령치를 따르도록 고정자 전압 명령치 Vγ_com(k+1) 및 고정자 전압 명령치 Vδ_com(k+1)을 생성한다.

γ 성분의 전압 명령치 Vγ_com(k+1) 및 δ 성분의 전압 명령치 Vδ_com(k+1)은 제 6 좌표 변환 유닛(15A)에 공급되고, 또한 게이트 펄스 GP로서 PWM 컨트롤러(16)를 통해 전력 변환 디바이스(3)에 주어진다.

상술한 제 3 실시예에서는, 제어 시스템이 제 1 및 제 2 실시예와 다르지만, 전류/자속 추정 유닛(20)이 제어 디바이스에 배치되고, 전류/자속 추정 유닛(20)으로부터 공급된 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1) 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)이 제어를 위해 사용되며, 이것은 제 2 실시예와 유사하다. 전류/자속 추정 유닛(20)에 따르면, 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1) 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)의 추정의 정확도를 향상시키는 효과가 취득된다.

제어 디바이스(10B)는 전류/자속 추정 유닛(20)에 의해 추정된 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1) 및 고정자 qds축 자속 추정치 λqds_s_est(k+1)의 추정의 정확도를 사용할 수 있다. 따라서, FOC 시스템을 이용한 제어의 정확도가 더욱 향상될 수 있다.

실시예에 따른 제어 시스템은 FOC이다. FOC의 경우, 전류의 피드백 신호(전류 FBK)가 DFOC 계산 유닛(40)을 사용하는 제어에 사용된다. 예컨대, 전류 관측기(21)를 사용하는 고정자 전류 Idqs_est의 추정의 정확도가 이상적일 때, 측정된 값에 기초한 전류 FBK 대신에 시점 k+1의 추정 전류(고정자 전류 Idqs_est)가 제어에 사용될 수 있다. 이 경우, DFOC 계산 유닛(40)은 지연 없는(zero-lag) 전류 제어를 수행할 수 있다.

실시예에 따른 모터(2)에서는, 물리 속도 센서가 배치되지 않는다. 실시예의 경우, 자속 관측기(22)를 사용하여 추정된 자속을 사용하는 속도 센서리스(sensorless) 제어가 수행된다. 속도 센서리스 제어의 경우, 전류 추정 정확도의 향상은 자속 추정 정확도의 향상에 기여하고, 또한 추정된 위상 및 속도의 정확도의 향상에 기여하여, 제어 정확도가 향상된다. FOC의 경우에 제어 정확도는 전류 제어 및 속도 제어의 정확도이다.

속도 센서리스 제어는 상술한 DB-DTFC에도 적용될 수 있다. DB-DTFC가 속도 센서리스 제어를 수행할 때, 제어 정확도는 속도 제어, 자속 제어, 및 토크 제어의 정확도를 의미한다.

(제 3 실시예의 변형예)

제 3 실시예에서는, 예컨대, 평균 보정 유닛(30)이 포함되지 않지만, 구성은 이것으로 제한되지 않는다. 평균 보정 유닛(30)이 포함될 수 있다. 이 경우, 제 3 실시예보다 자속 및 전류의 추정의 정확도가 크게 향상될 수 있다. 샘플링 기간 t_s가 비교적 길면, 평균 보정 유닛(30)은 제어의 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

(실시예에 따른 제어 디바이스)

실시예에 따른 제어 디바이스(10)가 설명될 것이다. 도 13은 실시예에 따른 제어 디바이스(10)를 나타내는 블록도이다. 제어 디바이스(10)는 처리 회로(100)를 포함한다. 도 13에 도시된 처리 회로(100)는 CPU(101), 저장 유닛(102), 및 구동 유닛(103)을 포함한다. CPU(101), 저장 유닛(102), 및 구동 유닛(103)은 버스를 통해 상호 연결된다. 처리 회로(100)는 제어 디바이스(10)의 예시이다. CPU(101)는 소프트웨어 프로그램에 따라 원하는 프로세스를 실행하는 프로세서를 포함한다. 저장 유닛(102)은 반도체 메모리를 포함한다. 구동 유닛(103)은 CPU(101)의 제어에 따라 전력 변환 디바이스(3)의 제어 신호를 생성한다. 실시예에서, CPU(101) 및 구동 유닛(103)에 의해 실행되는 프로세스는 간단히 제어 디바이스(10)의 프로세스로서 일괄하여 설명될 것이다. 예컨대, 제어 디바이스(10)는 전류 검출기(9a, 9b) 등에 의해 획득되는 검출 결과에 기초하여 전력 변환 디바이스(3)를 제어한다.

(예시)

예시에 따른 평가 결과가 도 14 내지 도 18을 참조하여 설명될 것이다.

도 14 및 도 15는 예시에 따른 모터 구동 시스템(1)의 평가 결과를 나타내는 도면이다. 도 14는 도 2에 도시된 전류 관측기(21)가 제 1 실시예에 나타내어진 제어 디바이스(10)에 적용될 때의 평가 결과(제 1 예시)를 나타낸다. 도 15는 도 2에 도시된 전류 관측기(21)가 제 1 실시예에 나타내어진 제어 디바이스(10A)에 적용될 때의 평가 결과(제 2 예시)를 나타낸다.

한편, 도 16은 비교예에 따른 모터 구동 시스템의 평가 결과를 나타내는 도면이다. 도 16에 도시된 비교예에서, 비교예에 따른 전류 관측기는 제 1 실시예에 나타내어진 제어 디바이스(10A)에 적용된다. 비교예에 따른 전류 관측기는 이하의 점에서 전류 관측기(21)와 상이하다. 첫 번째 차이점은 자속 관측기에 의해 생성되는 회전자 qds축 자속 추정치 λqdr_s_est(k+1)이 입력 변수로서 사용된다는 것이다. 두 번째 차이점은 자속 입력에 대한 이동 시간 평균화가 수행되지 않고, 램프 인터페이스가 포함되지 않는다는 것이다. 상술한 바와 같이, 비교예에 따른 전류 관측기는 자속 입력을 평활화하는 프로세스를 수행하지 않는다.

도 14 내지 도 16의 각각에 도시된 평가 결과는 스위칭 주파수 fs가 240헤르츠(㎐)로 설정될 때의 평가 결과이고, 모터(2)가 정격 속도로 구동될 때 토크의 스텝 응답 테스트가 수행된다. 이하, 이들이 비교하여 설명될 것이다.

도 14에 도시된 제 1 예시의 평가 결과로부터, 제어 디바이스(10)를 사용한 제어에 따라 토크의 명령치, 측정치, 및 추정치가 원하는 범위에서 서로 일치함을 알 수 있다.

도 15에 도시된 제 2 예시의 평가 결과로부터, 제어 디바이스(10A)를 사용한 제어에서 측정치 및 추정치가 토크의 명령치와 다르다는 것을 알 수 있다. 여기서, 측정치 및 추정치는 상술한 토크 명령치와 다르지만, 측정치 및 추정치는 토크의 단계적 변화에 응답한다. 제어 디바이스(10A)에 의해 획득된 상술한 평가 결과는 실제 토크의 값을 평가하는 것으로 간주될 수 있다.

도 16에 도시된 비교예에 따른 평가 결과에서, 토크의 명령치, 측정치, 및 추정치는 서로 독립적이다. 값의 단계적 변화가 서로 동기화되는 것이 확인되었지만, 제 1 및 제 2 예시에서 발견된 것과 같은 값 사이의 상관은 발견되지 않았다.

따라서, 상기 테스트 조건 하에서는, 비교예를 적용하기가 어려울 수 있고 제 1 예시의 구성이 효과적인 결과를 나타낸다는 것이 확인되었다.

토크의 스텝 응답 테스트의 결과가 설명될 것이다. 도 17은 토크의 스텝 응답 테스트의 평가 결과를 나타내는 도면이다. 도 17에 표현된 그래프는 토크의 스텝 응답 테스트의 결과를 분석적으로 도시한다. 수직축은 토크 오차의 크기를 나타내고, 수평축은 회전자의 속도를 나타내고, 깊이는 토크의 크기를 나타낸다.

토크의 스텝 응답 테스트는 2개의 조건, 즉 샘플링 주파수 fs로서의 2000헤르츠(㎐) 및 240헤르츠(㎐)로 수행되었다. 테스트가 실행된 상태로서, 모터(2)는 정상 상태에서 구동되었고, 토크 및 부하는 미리 결정된 범위에서 변화되었다. 이때의 토크 추정치와 측정치의 오차가 3차원 그래프로 표현되었다. 토크 및 부하의 미리 결정된 범위로서, 토크는 0으로부터 정격 부하까지의 범위에서 변화되었고, 속도는 0으로부터 정격 속도까지의 범위에서 변화되었다.

200헤르츠(㎐) 및 240헤르츠(㎐)의 어느 경우에도, 실시예에 따른 모터 구동 시스템(1)이 비교예보다 낮은 오차를 달성하도록 결과가 획득되었다. 특히, 240헤르츠(㎐)의 경우, 차이가 유의하였다. 240헤르츠(㎐)의 평가 결과로부터, 모터(2)의 속도가 증가되더라도 토크 오차를 증가시키지 않고서 모터 구동 시스템(1)이 제어될 수 있음을 알 수 있다.

상술한 평가 결과를 검증하기 위해, 전류/자속 추정 유닛(20)이 평가되었다.

도 18은 전류/자속 추정 유닛(20)의 평가 결과를 나타내는 도면이다. 도 18에 도시된 평가 결과는 전류/자속 추정 유닛(20)의 평가 결과 및 비교예에 따른 전류/자속 추정 유닛의 평가 결과를 포함한다. 전류/자속 추정 유닛(20)의 평가 결과(A : 제 2 예시)는 전류 관측기(21)(도 2)를 갖는 제 2 실시예에 따른 제어 디바이스(10A)에 의해 획득된 평가 결과이다. 전류/자속 추정 유닛의 평가 결과(B : 비교예)는 전류 관측기(21) 대신에 비교예에 따른 전류 관측기를 갖는 제어 디바이스(10A)에 의해 획득된 평가 결과이다.

도 18에서, 고정자 자속 λqs_s와 고정자 자속 추정치 λqs_s_est의 비교 결과는 위에서 첫 번째 그래프에 도시되고, 고정자 전류 Iqs_s와 고정자 전류 추정치 Iqs_s_est의 비교 결과는 위에서 두 번째 그래프에 도시되고, 회전자 자속 λqr_s와 회전자 자속 추정치 λqr_s_est의 비교 결과는 위에서 세 번째 그래프에 도시되고, 토크 명령치 Te_com, 토크 측정치 Te_det, 및 토크 추정치 Te_est의 3개의 비교 결과는 아래의 그래프에 도시된다. 테스트의 조건으로는, 샘플링 주파수 fs가 500헤르츠(㎐)로 설정되고, 모터(2)의 부하가 0이고, 미리 결정된 속도 제한이 적용되었다. 상술한 샘플링 주파수 fs는 기본 주파수의 10배로 설정되었다.

여기서, 도 18에 도시된 이러한 평가 결과가 비교하여 설명될 것이다.

제 2 예시의 경우, 고정자 자속, 고정자 전류, 회전자 자속, 및 토크 중 어느 하나에서, 단계적 양자화 왜곡이 추정치에 나타나는 것으로 판단될 수 있지만, 입력 파형의 재현성이 높고, 입력 파형이 뒤따른다.

한편, 비교예의 경우, 고정자 전류 및 회전자 자속에 대해 입력 파형의 재현성이 낮다. 토크에 대하여, 토크 측정치 Te_det 및 토크 추정치 Te_est가 토크 명령치 Te_com과 다른 결과가 획득되었다. 비교예의 경우, 입력 파형을 따르지 않는 값이 존재한다.

상술한 실시예 중 적어도 하나에 따르면, 전력 변환 디바이스(3)의 제어 디바이스(10)는 DB-DTFC 계산 유닛(14), PWM 컨트롤러(16), 자속 관측기(22), 및 전류 관측기(21)를 포함하고, 따라서, PWM 컨트롤러(16)는 모터(2)의 구동량을 정의하는 구동량 명령치에 기초한 제어 신호를 모터(2)를 구동하는 전력 변환 디바이스(3)에 출력한다. DB-DTFC 계산 유닛(14)은 적어도 모터(2)에 대한 토크 명령, 모터(2)의 고정자 자속의 추정치, 및 모터(2)의 고정자 자속의 기준치에 기초하여 모터(2)의 구동량을 정의하는 구동량 명령치를 계산하고, 계산된 구동량 명령치를 PWM 컨트롤러(16)에 공급한다. 자속 관측기(22)는 적어도 계산된 구동량 명령치 및 전력 변환 디바이스(3)로부터 출력된 출력 전류에 기초하여 모터(2)의 고정자 자속의 추정치를 적어도 계산한다. 전류 관측기(21)는 고정자 자속의 계산된 추정치의 시간 이력 데이터에 기초하여 고정자 자속의 추정치를 평활화하고, 적어도 계산된 구동량 명령치 및 평활화된 고정자 자속의 추정치에 기초하여 전력 변환 디바이스(3)의 출력 전류와 관련하여 모터(2)의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 추정치를 계산한다. 따라서, 유도 모터는 높은 정확도로 제어될 수 있다.

특정한 실시예가 설명되었지만, 이들 실시예는 단지 예시로서 제시되었고, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 실제로, 본 명세서에 설명된 신규 실시예는 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예의 형태에 있어서의 다양한 생략, 대체, 및 변경이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다. 첨부한 청구범위 및 그 등가물은 본 발명의 범위 및 사상 내에 속하는 그러한 형태 또는 변형을 포함하도록 의도된다.

Claims (8)

1. 모터의 구동량을 정의하는 구동량 명령치에 기초한 제어 신호를, 상기 모터를 구동하는 전력 변환 디바이스에 출력하는 구동 제어 유닛과,
   적어도 상기 모터에 대한 토크 명령, 상기 모터의 고정자 자속의 추정치, 및 상기 모터의 상기 고정자 자속의 기준치에 기초하여 상기 모터의 상기 구동량을 정의하는 상기 구동량 명령치를 계산하고, 상기 계산된 구동량 명령치를 상기 구동 제어 유닛에 제공하는 구동량 조정 유닛과,
   적어도 상기 계산된 구동량 명령치 및 상기 전력 변환 디바이스의 출력 전류에 기초하여 적어도 상기 모터의 상기 고정자 자속의 상기 추정치를 계산하는 자속 관측기와,
   상기 고정자 자속의 상기 추정치의 시간 이력 데이터에 기초하여 상기 고정자 자속의 상기 추정치를 평활화하여 상기 고정자 자속의 평활화 추정치를 얻는 전류 관측기로서, 적어도 상기 계산된 구동량 명령치 및 상기 고정자 자속의 상기 평활화 추정치에 기초하여 상기 전력 변환 디바이스의 상기 출력 전류와 관련된 상기 모터의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 제 1 추정치를 계산하는 상기 전류 관측기
   를 구비하며,
   상기 자속 관측기는,
   상기 고정자 권선의 상기 전류의 상기 제 1 추정치와 상기 고정자 자속의 상기 추정치를 이용하여, 회전자 자속의 추정치를 산출하는,
   전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전류 관측기는,
   상기 자속 관측기에 의해 계산되는 상기 모터의 상기 고정자 자속의 추정치 중, 현재 계산 사이클에서 계산되는 상기 모터의 상기 고정자 자속의 제 1 추정치 및 상기 현재 계산 사이클 이전인 이전 계산 사이클에서 계산되는 상기 모터의 상기 고정자 자속의 이전 사이클 추정치의 평균치인 이동 시간 평균치를 계산하는 평균치 계산 유닛과,
   상기 이동 시간 평균치에 기초하여 상기 모터의 상기 고정자 권선을 통해 흐르는 상기 전류의 상기 제 1 추정치를 계산하는 전류 추정치 계산 유닛
   을 포함하는
   전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 전류 추정치 계산 유닛은,
   적어도 상기 이동 시간 평균치에 기초하여 계산되는 제 1 값과 상기 구동량 명령치에 기초하여 계산되는 제 2 값을 가산하는 가산기와,
   상기 가산의 결과의 0차 홀드를 수행하고, 상기 0차 홀드의 결과에 기초하여 상기 모터의 상기 고정자 권선을 통해 흐르는 상기 전류의 상기 제 1 추정치를 계산하는 래치 계산 유닛
   을 포함하는
   전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전류 관측기는 상기 자속 관측기에 의해 계산되는 상기 모터의 고정자 자속의 추정치에 기초하여 상기 모터의 상기 고정자 권선을 통해 흐르는 상기 전류의 상기 제 1 추정치를 계산하는 전류 추정치 계산 유닛을 포함하고,
   상기 전류 추정치 계산 유닛은 상기 고정자 자속의 상기 추정치에 기초한 값의 1차 홀딩을 수행하는 램프 계산 유닛을 포함하는
   전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동량 조정 유닛은 적어도 상기 모터에 대한 상기 토크 명령, 상기 모터의 상기 고정자 자속의 상기 추정치, 상기 모터의 회전자 자속의 추정치, 및 상기 모터의 상기 고정자 권선을 통해 흐르는 상기 전류의 상기 제 1 추정치에 기초하여 상기 모터의 상기 구동량을 정의하는 제어량을 계산하는
   전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스.
   
7. 전력 변환 디바이스와,
   상기 전력 변환 디바이스를 위한 제어 디바이스
   를 포함하는 모터 구동 시스템으로서,
   상기 제어 디바이스는, 모터의 구동량을 정의하는 구동량 명령치에 기초한 제어 신호를, 상기 모터를 구동하는 상기 전력 변환 디바이스에 출력하는 구동 제어 유닛과, 적어도 상기 모터에 대한 토크 명령, 상기 모터의 고정자 자속의 추정치, 및 상기 모터의 상기 고정자 자속의 기준치에 기초하여 상기 모터의 상기 구동량을 정의하는 상기 구동량 명령치를 계산하고, 상기 계산된 구동량 명령치를 상기 구동 제어 유닛에 제공하는 구동량 조정 유닛과, 적어도 상기 계산된 구동량 명령치 및 상기 전력 변환 디바이스의 출력 전류에 기초하여 적어도 상기 모터의 상기 고정자 자속의 상기 추정치를 계산하는 자속 관측기와, 상기 고정자 자속의 상기 추정치의 시간 이력 데이터에 기초하여 상기 고정자 자속의 상기 추정치를 평활화하여 상기 고정자 자속의 평활화 추정치를 얻는 전류 관측기로서, 적어도 상기 계산된 구동량 명령치 및 상기 고정자 자속의 상기 평활화 추정치에 기초하여 상기 전력 변환 디바이스의 상기 출력 전류와 관련된 상기 모터의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 제 1 추정치를 계산하는 상기 전류 관측기를 구비하며,
   상기 자속 관측기는, 상기 고정자 권선의 상기 전류의 상기 제 1 추정치와 상기 고정자 자속의 상기 추정치를 이용하여, 회전자 자속의 추정치를 산출하는,
   모터 구동 시스템.
   
8. 삭제

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