KR102542636B1 - Correcting device for resolver offset of inverter and correction method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 전원의 공급시 전동기의 제1상과 제2상 각각에 대하여 회전자를 강제 정렬시키는 전류 제어를 수행함과 아울러 수신된 제1상과 제2상에 대한 레졸버 절대각을 이용하여 레졸버의 극수를 산출하는 MCU와, 상기 MCU의 전류 제어에 의해 회전자가 정렬되는 전동기의 회전자 위치 정보를 검출하는 레졸버와, 상기 레졸버에서 검출된 회전자 위치 정보를 디지털 신호로 변환하여 상기 MCU에 제1상과 제2상 각각에 대한 레졸버 절대각을 제공하는 R/D 컨버터를 포함한다.The present invention relates to an apparatus and method for compensating a resolver offset of an inverter, which performs current control for forcibly aligning a rotor with respect to each of the first and second phases of a motor when power is supplied, and the received first and second phases. An MCU that calculates the number of poles of the resolver using the resolver absolute angle for the second phase, a resolver that detects rotor position information of the motor in which the rotor is aligned by current control of the MCU, and the resolver and an R/D converter that converts the detected rotor position information into a digital signal and provides the absolute resolver angle for each of the first and second phases to the MCU.
Description
본 발명은 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 레졸버 극수 및 옵셋을 자동으로 검출하고 인버터에서 자동으로 보정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for compensating a resolver offset of an inverter, and more particularly, to an apparatus and method capable of automatically detecting the number of resolver poles and an offset and automatically correcting them in an inverter.
일반적으로, 공장이나 빌딩에서는 공조시스템의 팬 구동, 펌프의 구동 등 다양한 목적으로 AC 전동기를 사용하고 있다. 공장이나 빌딩에서는 AC 전동기로 3상 유도전동기나 영구자석형 동기전동기를 주로 사용한다. 위의 전동기들은 위치 센서를 사용하여 회전자 위치 정보를 검출하고, 검출된 회전자 위치 정보와 벡터 제어 이론을 적용하여 센서리스 운전이나 출력전압/주파수(V/F) 운전에 비하여 영속을 포함한 저속에서 고성능의 제어가 가능하다.In general, factories or buildings use AC motors for various purposes, such as driving a fan of an air conditioning system and driving a pump. In factories and buildings, three-phase induction motors or permanent magnet synchronous motors are mainly used as AC motors. The above motors use a position sensor to detect rotor position information and apply the detected rotor position information and vector control theory to low speed including zero speed compared to sensorless operation or output voltage/frequency (V/F) operation. High-performance control is possible in
상기 위치 센서로는 보통 엔코더(encoder)와 레졸버(resolver)가 사용되나, 엔코더에 비하여 먼지나 충격에 더 강인하여 쉽게 고장이 발생하지 않는 레졸버를 주로 사용하고 있다.As the position sensor, an encoder and a resolver are usually used, but a resolver that is more resistant to dust or impact than the encoder and does not easily fail is mainly used.
레졸버는 교류 전압을 받아 회전자의 위치 정보를 포함하는 교류 신호를 출력하는 장치이며, 전기 자동차의 전동기 제어에도 사용되고 있다.A resolver is a device that receives an AC voltage and outputs an AC signal including position information of a rotor, and is also used to control a motor of an electric vehicle.
통상 레졸버는 전동기의 리어 플레이트에 장착되는 것이 보통이며, 회전자의 위치 및 속도 정보를 검출한다.Usually, the resolver is mounted on the rear plate of the motor and detects the position and speed information of the rotor.
레졸버를 전동기에 장착할 때 정확한 위치에 장착하여 보정이 필요 없도록 해야 하지만, 기계적인 조립 공차 등에 의해 정확한 위치에 장착하기가 쉽지 않다.When mounting the resolver on the motor, it is necessary to mount it in an accurate position so that no correction is required, but it is not easy to mount it in an accurate position due to mechanical assembly tolerances.
이러한 위치의 차이에 의하여 전동기 회전자의 위치와 레졸버에서 출력되는 회전자 위치 정보에 차이가 발생하며, 이러한 차이를 옵셋(offset)이라 한다.This difference in position causes a difference between the position of the motor rotor and the rotor position information output from the resolver, and this difference is called an offset.
따라서 레졸버의 출력과 전동기 회전자의 상이 같아지도록 보정하는 상기 옵셋 보정 방법이 요구된다.Therefore, the offset correction method for correcting the output of the resolver and the phase of the motor rotor to be the same is required.
레졸버 자체의 구조는 고정자와 회전자를 가지는 전동기와 유사한 구조이며, 고정자는 1상의 여자 권선과 2상의 검출 권선을 사용한다. 회전자는 회전각에 따라 철심 형상이 변화하여 쇄교 자속량이 변동하게 한다.The structure of the resolver itself is similar to that of a motor having a stator and a rotor, and the stator uses one-phase excitation winding and two-phase detection winding. The shape of the iron core of the rotor changes according to the rotation angle so that the amount of flux linkage fluctuates.
이와 같은 구조에서 여자 권선에 고주파의 여자 신호가 인가되고, 회전자가 회전하면서 릴럭턴스에 변화를 주게 되고, 따라서 1차와 2차측 상호 쇄교자속이 주기적으로 변화하게 된다.In this structure, a high-frequency excitation signal is applied to the excitation winding, and the reluctance is changed while the rotor rotates, so that the primary and secondary side mutual flux linkages are periodically changed.
고정자의 2상 검출 권선의 출력전압 진폭은 회전각에 비례하여 변화하게 되며, 이러한 아날로그 값을 RDC(Resolver to Digital Converter)를 통해 위치각으로 변화시킨다.The output voltage amplitude of the two-phase detection winding of the stator changes in proportion to the rotation angle, and this analog value is changed to the position angle through RDC (Resolver to Digital Converter).
통상 레졸버는 전동기의 극수와 동일한 극수의 제품이 결합되어야 하지만, 제품마다 전동기의 극수와는 다른 극수의 레졸버가 적용될 수 있으며, 특히 신규 설치가 아닌 기존에 설치된 전동기를 제어할 때 레졸버의 극수를 알기 힘든 경우가 많다.Normally, the resolver must be combined with a product with the same number of poles as the number of poles of the motor, but a resolver with a different number of poles from the number of poles of the motor can be applied to each product, especially when controlling an existing motor rather than a new installation. is often difficult to know.
레졸버의 옵셋을 보정하는 방법과 관련하여 등록특허 10-1597440호(레졸버 옵셋 보정 방법, 2016년 2월 18일 등록)에 제시한 방법과 같이 모터의 회전 여부를 기초로 모터 전류를 이용하여 레졸버 옵셋을 계산하고, 계산된 옵셋을 반영하여 보정을 수행하는 방법들이 제안되었다.Regarding the method of correcting the offset of the resolver, as in the method presented in Registered Patent No. 10-1597440 (Resolver Offset Correction Method, registered on February 18, 2016), based on whether the motor rotates, using the motor current Methods of calculating a resolver offset and performing correction by reflecting the calculated offset have been proposed.
그러나 이러한 방법들은 산식이 복잡할 뿐만 아니라 레졸버의 극수를 알고 있는 상태에서 적용할 수 있는 방법으로 레졸버의 극수를 모르는 경우에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다.However, these methods are difficult to apply when the number of poles of the resolver is unknown because the formula is complicated and can be applied when the number of poles of the resolver is known.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 레졸버의 극수를 알 수 없는 상태에서도 옵셋을 검출하고, 보정할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.An object to be solved by the present invention in consideration of the above problems is to provide an apparatus and method capable of detecting and correcting an offset even when the number of poles of a resolver is unknown.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 옵셋 검출 산식을 간소화할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.In addition, another problem to be solved by the present invention is to provide an apparatus and method capable of simplifying an offset detection formula.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치는, 전원의 공급시 전동기의 제1상과 제2상 각각에 대하여 회전자를 강제 정렬시키는 전류 제어를 수행함과 아울러 수신된 제1상과 제2상에 대한 레졸버 절대각을 이용하여 레졸버의 극수를 산출하는 MCU와, 상기 MCU의 전류 제어에 의해 회전자가 정렬되는 전동기의 회전자 위치 정보를 검출하는 레졸버와, 상기 레졸버에서 검출된 회전자 위치 정보를 디지털 신호로 변환하여 상기 MCU에 제1상과 제2상 각각에 대한 레졸버 절대각을 제공하는 R/D 컨버터를 포함하며, 상기 MCU는 아래의 수학식 1을 이용하여 레졸버 극수를 산출할 수 있다.An inverter resolver offset correction device according to an aspect of the present invention for solving the above technical problem is a current control for forcibly aligning a rotor with respect to each of the first and second phases of a motor when power is supplied. At the same time, an MCU that calculates the number of poles of the resolver using the received absolute angles of the resolver for the first and second phases, and the rotor position information of the motor in which the rotor is aligned by current control of the MCU is detected. And a resolver that converts the rotor position information detected by the resolver into a digital signal and provides an absolute resolver angle for each of the first and second phases to the MCU. The MCU may calculate the resolver pole number using Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
n = (제2상의 회전자 전기각 - 제1상의 회전자 전기각)/(제2상의 레졸버 절대각 - 제1상의 레졸버 절대각)n = (2nd phase rotor electrical angle - 1st phase rotor electrical angle) / (2nd phase resolver absolute angle - 1st phase resolver absolute angle)
n은 레졸버 극수에 대한 전동기 극수의 비n is the ratio of the number of poles of the motor to the number of poles of the resolver
본 발명의 실시예에서, 상기 R/D 컨버터는, 증분신호인 A/B 펄스로 상기 MCU에 상기 제1레졸버 절대각과 상기 제2레졸버 절대각을 제공할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the R/D converter may provide the first resolver absolute angle and the second resolver absolute angle to the MCU as an A/B pulse that is an incremental signal.
본 발명의 실시예에서, 상기 R/D 컨버터는, 직렬 또는 병렬 통신을 통해 상기 MCU에 상기 제1레졸버 절대각과 상기 제2레졸버 절대각을 제공할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the R/D converter may provide the first resolver absolute angle and the second resolver absolute angle to the MCU through serial or parallel communication.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1상은, U상, -U상, V상, -V상, W상 또는 -W상이며, 산식의 간소화를 위해 바람직하게 U상 또는 -U상일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first phase is U phase, -U phase, V phase, -V phase, W phase, or -W phase, and may be preferably U phase or -U phase for simplifying the formula.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2상은, 상기 제1상과는 다른 하나의 상이며, 바람직하게 V상 또는 -V상일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the second phase is a phase different from the first phase, and may preferably be a V phase or -V phase.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 인버터의 레졸버 옵셋 보정 방법은, a) MCU의 제어에 따라 전동기 회전자를 제1상에 대하여 강제 정렬시키는 단계와, b) 상기 전동기 회전자가 제1상에 대하여 강제 정렬된 상태에서 레졸버를 이용하여 회전자의 절대각을 검출하는 단계와, c) 전동기 회전자를 제1상과는 다른 제2상에 대하여 강제 정렬시키는 단계와, d) 상기 회전자가 제2상에 대하여 강제 정렬된 상태에서 레졸버에서 회전자의 절대각을 검출하는 단계와, e) 상기 b)단계와 d)단계에서 각각 검출된 레졸버의 절대각들 및 상기 a) 단계와 c) 단계에서 각각 검출된 제1상의 전기각과 제2상의 전기각을 이용한 아래의 수학식 1을 통해 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, a resolver offset correction method of an inverter according to another aspect of the present invention includes the steps of a) forcibly aligning a motor rotor with respect to a first phase under the control of an MCU, and b) having the motor rotor in the first phase detecting the absolute angle of the rotor using a resolver in a state of forced alignment with respect to the first phase; c) forcibly aligning the motor rotor with respect to a second phase different from the first phase; d) Detecting the absolute angle of the rotor in the resolver in a state of forced alignment with respect to the second phase; e) the absolute angles of the resolver detected in steps b) and d), respectively, and It may include a step of calculating through Equation 1 below using the electrical angle of the first phase and the electrical angle of the second phase, respectively detected in step c).
[수학식 1][Equation 1]
n = (제2상의 회전자 전기각 - 제1상의 회전자 전기각)/(제2상의 레졸버 절대각 - 제1상의 레졸버 절대각)n = (2nd phase rotor electrical angle - 1st phase rotor electrical angle) / (2nd phase resolver absolute angle - 1st phase resolver absolute angle)
n은 레졸버 극수에 대한 전동기 극수의 비n is the ratio of the number of poles of the motor to the number of poles of the resolver
본 발명의 실시예에서, 상기 제1상의 레졸버 절대각과 제2상의 레졸버 절대각은, 상기 레졸버의 아날로그 출력을 디지털 신호로 변환한 R/D 컨버터의 출력일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the absolute angle of the resolver of the first phase and the absolute angle of the resolver of the second phase may be an output of an R/D converter that converts an analog output of the resolver into a digital signal.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1상의 레졸버 절대각과 제2상의 레졸버 절대각은, 상기 R/D 컨버터의 증분신호인 A/B 펄스로 상기 MCU에 제공될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the absolute angle of the resolver of the first phase and the absolute angle of the resolver of the second phase may be provided to the MCU as an A/B pulse, which is an incremental signal of the R/D converter.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1상의 레졸버 절대각과 제2상의 레졸버 절대각은, 상기 R/D 컨버터에서 직렬 또는 병렬 통신을 통해 상기 MCU에 제공될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the absolute angle of the resolver of the first phase and the absolute angle of the resolver of the second phase may be provided to the MCU through serial or parallel communication in the R/D converter.
본 발명은 레졸버의 출력각을 이용하여 레졸버의 극수를 산출함으로써, 극수를 모르는 레졸버와 극수를 알고 있는 전동기 사이의 옵셋을 검출할 수 있어, 불특정 레졸버가 적용된 전동기의 제어에서도 옵셋을 보정할 수 있는 효과가 있다.The present invention calculates the number of poles of the resolver using the output angle of the resolver, thereby detecting the offset between the resolver whose pole number is unknown and the motor whose pole number is known. There is a corrective effect.
또한, 본 발명은 옵셋의 산출과 보정에 레졸버의 절대각을 사용함으로써, 복잡한 산식을 간소화할 수 있어 보다 정확한 보정이 가능한 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of enabling more accurate correction by simplifying a complicated formula by using the absolute angle of the resolver for calculating and correcting the offset.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치의 구성도이다.
도 2는 레졸버의 절대각과 회전자의 전기각의 비교 그래프이다.
도 3은 n이 2인 경우 레졸버 절대각과 회전자 전기각의 관계 그래프이다.
도 4는 n이 0.5인 경우 레졸버 절대각과 회전자 전기각의 관계 그래프이다.
도 5는 본 발명 인버터의 레졸버 옵셋 보정 방법을 보인 순서도이다.1 is a block diagram of a resolver offset correction device of an inverter according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a graph comparing the absolute angle of the resolver and the electrical angle of the rotor.
3 is a graph showing the relationship between the absolute angle of the resolver and the electrical angle of the rotor when n is 2.
4 is a graph showing the relationship between the absolute angle of the resolver and the electrical angle of the rotor when n is 0.5.
5 is a flowchart showing a method for correcting a resolver offset of an inverter according to the present invention.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.In order to fully understand the configuration and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various forms and various changes may be made. However, the description of the present embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to completely inform those skilled in the art of the scope of the invention to which the present invention belongs. In the accompanying drawings, the size of the components is enlarged from the actual size for convenience of description, and the ratio of each component may be exaggerated or reduced.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.Terms such as 'first' and 'second' may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the above terms. The above terms may only be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a 'first element' may be named a 'second element', and similarly, a 'second element' may also be named a 'first element'. can Also, singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. Terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those skilled in the art unless otherwise defined.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus and method for compensating a resolver offset of an inverter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a resolver offset correction device of an inverter according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명은, 전동기(10)의 회전자 위치를 검출하는 레졸버(20)의 검출신호를 수신하여 디지털신호로 변환하여 출력하는 레졸버 디지털 컨버터(R/D Converter, 이하 R/D 컨버터라 칭함, 30)와, 상기 R/D 컨버터(30)의 출력신호를 수신하고, 상기 전동기(10)의 구동 전류를 피드백 받아 구동 지령을 출력하는 마이크로 컨트롤러 유닛(이하, MCU라 약칭함, 40)과, 상기 MCU(40)의 구동 지령에 따라 게이트 구동신호를 출력하는 게이트 구동부(50)와, 교류전원(60)을 정류하는 정류부(70)와, 상기 정류부(70)의 전압을 평활하는 평활부(80)와, 상기 게이트 구동부(50)의 게이트 구동신호에 따라 전동기(10)의 각 상에 전류를 공급하는 인버터부(90)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the present invention receives the detection signal of the
특히, 본 발명의 MCU(40)는 레졸버(20)의 극수를 알 수 없는 경우, 전동기(10)의 회전자가 순차적으로 서로 다른 두 개의 상에 대하여 위치를 강제 정렬 할 수 있도록 하는 지령을 출력한다.In particular, when the number of poles of the
좀 더 구체적으로, MCU(40)는 게이트 구동부(50)를 제어하여 인버터부(90)를 통해 U상(R, A 또는 X상으로 표기될 수 있음)에만 전류가 흐르도록 하는 제어를 수행하여 전동기(10)의 회전자가 U상에 강제 정렬되도록 한다.More specifically, the MCU 40 controls the gate driver 50 to perform control such that current flows only through the
이때 전동기(10)의 회전자의 위치를 검출한 레졸버(20)의 출력신호는 R/D 컨버터(30)에 입력된다. At this time, the output signal of the
또한, MCU(40)는 다시 게이트 구동부(50)를 제어하여 인버터부(90)를 통해 U상과는 120도 차이가 나는 V상(S, B 또는 Y로 표기될 수 있음)에만 전류가 흐르도록 하여, 전동기(10)의 회전자가 V상에 강제 정렬되도록 한다.In addition, the
이때의 전동기(10) 회전자 위치는 레졸버(20)를 통해 검출되어 R/D 컨버터(30)에 제공된다.At this time, the position of the rotor of the
이처럼 두 개의 다른 상에 대한 전동기(10) 회전자의 강제 정렬을 통해 두 개의 수식을 얻을 수 있다.As such, two equations can be obtained through forced alignment of the rotor of the
[수학식 1][Equation 1]
0도 = n(θres1 + θoffset) 0 degrees = n(θres1 + θoffset)
[수학식 2][Equation 2]
120도 = n(θres2 + θoffset) 120 degrees = n(θres2 + θoffset)
위의 수학식 1은 앞서 설명한 바와 같이 MCU(40)의 제어에 의해 전동기(10)의 회전자가 U상 강제 정렬된 상태식, 이때 전동기(10) 회전자의 기계적인 위치는 0도인 것으로 한다.As described above, Equation 1 is a state equation in which the rotor of the
위의 수학식 1에서 θres1는 U상 강제 정렬 상태에서 레졸버(20)에서 검출된 회전자의 각이며, θoffset은 실제 전동기(10) 회전자의 위치와 레졸버(20)에서 검출된 회전자의 각의 옵셋이다.In Equation 1 above, θres1 is the angle of the rotor detected by the
또한, n은 레졸버(20)의 극수에 대한 전동기(10) 극수의 비이다. Also, n is the ratio of the number of poles of the
그리고 수학식 2는 MCU(40)의 제어에 의해 전동기(10)의 회전자가 V상 위치에 강제 정렬된 상태식이며, 전동기(10) 회전자의 기계적 위치는 120도가 된다.Equation 2 is a state equation in which the rotor of the
θres2는 회전자가 V상 위치에 강제 정렬된 상태에서 레졸버(20)에서 검출된 회전자의 각이다.θres2 is the angle of the rotor detected by the
레졸버(20)에서 검출되는 회전자의 각은 sin, cos 함수로 표현될 수 있는 아날로그 신호이며, 이는 R/D 컨버터(30)에서 디지털 신호로 변환된다.The angle of the rotor detected by the
R/D 컨버터(30)에서 변환된 신호들은 MCU(40)로 제공된다.Signals converted by the R/
이때, R/D 컨버터(30)의 출력은 로터리 엔코더와 같이 A/B 펄스를 출력함과 아울러 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 또는 병렬 통신을 통해 레졸버 절대각을 MCU(40)로 송신할 수 있다.At this time, the output of the R/
A/B 펄스는 증분신호이며 통상 엔코더는 기계적 움직임을 표시하기 위하여 A상과 B상의 신호를 이용하여 다수의 상태 수를 표시한다. 이때의 상태 수는 반복된다.The A/B pulse is an incremental signal, and an encoder usually displays a number of states by using the A-phase and B-phase signals to indicate mechanical movement. The number of states at this time is repeated.
이를 위하여 A상 펄스와 B상 펄스는 90도 차이가 나게 되며, 이동량은 A상 또는 B상의 펄스를 계수하여 알 수 있으며, 이동 방향은 A상과 B상의 위상 관계로부터 확인할 수 있다.To this end, the A-phase pulse and the B-phase pulse have a difference of 90 degrees, the movement amount can be known by counting the A-phase or B-phase pulses, and the movement direction can be confirmed from the phase relationship between the A-phase and B-phase.
상기 R/D 컨버터(30)는 레졸버의 1회전당 설정된 수의 펄스를 출력하도록 할 수 있으며, 이때 생성된 펄스를 MCU(40)로 제공하여 레졸버에서 검출된 회전자의 이동량과 방향을 MCU(40)에서 확인할 수 있도록 한다.The R/
상기 n의 값을 설정하는 이유에 대하여 설명하면 다음과 같다.The reason for setting the value of n is as follows.
도 2는 레졸버의 절대각과 회전자의 전기각의 비교 그래프이다.2 is a graph comparing the absolute angle of the resolver and the electrical angle of the rotor.
도 2의 파형은 앞서 언급한 R/D 컨버터(30)에서 디지털 신호로 변환된 결과를 도시한 것이며, 레졸버(20)는 4극이고, 전동기(10)는 8극인 예를 도시하였다.The waveform of FIG. 2 shows the result converted to a digital signal in the aforementioned R/
위의 수학식 1과 수학식 2에서와 같이 회전자의 전기각은 레졸버(20)의 절대각에 옵셋을 더하여 산출할 수 있지만, 레졸버(20)가 4극이고 전동기(10)가 8극인 상태에서는 n의 값을 더 곱해주어야 정확한 기계각을 얻을 수 있다.As in Equations 1 and 2 above, the electrical angle of the rotor can be calculated by adding an offset to the absolute angle of the
도 3은 n이 2인 경우 레졸버 절대각과 회전자 전기각의 관계 그래프이다.3 is a graph showing the relationship between the absolute angle of the resolver and the electrical angle of the rotor when n is 2.
이에 도시한 바와 같이 레졸버 절대각이 0도인 경우 회전자 전기각은 0도이며, 레졸버 절대각이 180도인 경우에도 회전자 전기각은 0도가 되며, 따라서 레졸버의 출력인 검출각에 대한 회전자 전기각의 값을 항상 알 수 있게 된다.As shown here, when the absolute angle of the resolver is 0 degrees, the rotor electrical angle is 0 degrees, and even when the resolver absolute angle is 180 degrees, the rotor electrical angle is 0 degrees. The value of the rotor electrical angle can always be known.
이러한 관계는 도 2의 그래프에서도 확인할 수 있다.This relationship can also be confirmed in the graph of FIG. 2 .
만약 n이 4인 경우라면 레졸버 절대각이 0도, 90도, 180도, 360도(0도와 동일)에서 회전자 전기각이 0도가 된다.If n is 4, the rotor electrical angle becomes 0 degree when the resolver absolute angle is 0 degree, 90 degree, 180 degree, or 360 degree (same as 0 degree).
따라서 전동기(10)의 극수를 알고 있는 상태에서, 레졸버(20)의 극수를 알아야 검출된 레졸버 절대각에 대한 회전자 전기각을 알 수 있다.Therefore, in a state where the number of poles of the
만약, 도 4와 같이 n이 0.5인 경우를 가정할 때에는 레졸버 전기각에 대한 회전자 전기각의 값이 두 개가 되기 때문에 어떤 값인지 판별할 수 없게 된다.If, as shown in FIG. 4, assuming that n is 0.5, since there are two values of the rotor electrical angle for the resolver electrical angle, it is impossible to determine which value it is.
이처럼 n의 값을 구하기 위하여 레졸버의 극수를 산출할 필요가 있다.In this way, in order to obtain the value of n, it is necessary to calculate the number of poles of the resolver.
상기 수학식 1을 이용하면 θoffset과 θres1의 관계를 확인할 수 있다.Using Equation 1 above, it is possible to confirm the relationship between θ offset and θ res1.
n은 0이 아닌 수이며, 수학식 1을 만족하기 위해서는 θoffset은 -θres1이라는 등식이 성립함을 알 수 있다.It can be seen that n is a number other than 0, and the equation that θ offset is -θres1 is satisfied in order to satisfy Equation 1.
이를 수학식 2에 대입하면, 아래의 수학식 3을 얻을 수 있다.Substituting this into Equation 2, Equation 3 below can be obtained.
[수학식 3][Equation 3]
수학식 3은 n을 V상 위치각인 120도를 레졸버(20)의 두 절대각(θres2, θres1)의 차로 나눈 값이 됨을 나타낸다.Equation 3 indicates that n is a value obtained by dividing 120 degrees, which is the V-phase position angle, by the difference between the two absolute angles (θres2, θres1) of the
계산상 상기 θres1의 절대값이 θres2의 절대값에 비하여 큰 경우 n은 음수가 되지만, 이는 인버터부(90)의 출력이 양의 시퀀스일 때, 레졸버 절대각이 감소한다는 의미이고, 앞서 설명한 R/D 컨버터(30)의 출력에서 A상에 비하여 B상이 90도 앞서게 되는 것을 의미할 뿐이다. B상이 A상보다 앞서는 경우 회전의 방향이 반대임을 뜻한다.In calculation, if the absolute value of θres1 is greater than the absolute value of θres2, n becomes a negative number, but this means that when the output of the
상기 MCU(40)는 앞서 수학식 3에서 θres1과 θres2의 값을 R/D 컨버터(30)의 A/B 펄스 또는 통신을 통해 수신하여 알고 있으며, 따라서 n의 값을 산출할 수 있게 된다.The
U상 정렬시 레졸버(20)에서 검출한 절대각 θres1의 값이 35이고, V상 정렬시 레졸버(20)에서 검출한 절대각인 θres2의 값이 95라고 가정하면, 상기 수학식 3에서 n의 값은 2가 된다.Assuming that the value of the absolute angle θres1 detected by the
이때, 옵셋(θoffset)은 -35가 되며, 전동기(10)의 극수가 4인 경우, 레졸버(20)의 극수는 2가 된다.At this time, the offset (θ offset) is -35, and when the number of poles of the
이와 같은 과정을 통해 미지의 수인 레졸버(20)의 극수를 확인할 수 있으며, 옵셋 값도 쉽게 검출이 가능하게 된다.Through this process, it is possible to check the number of poles of the
이처럼 검출된 레졸버(20)의 극수 정보와 옵셋을 이용하여 MCU(40)는 옵셋을 보정하게 된다.The
위의 예들에서는 U상과 V상에 대하여 전동기(10) 회전자를 강제 정렬시키는 것으로 설명하였으나, -U상, W상 등 서로 다른 두 상에 대하여 회전자를 강제 정렬시키고, 이때의 레졸버 절대각을 검출함으로써, 레졸버(20)의 극수와 옵셋을 산출할 수 있다.In the above examples, it has been described that the rotor of the
또한, 본 발명은 삼각함수 형태의 레졸버 출력을 직접 이용하지 않고, R/D 컨버터(30)의 출력을 이용하여, 옵셋을 산출하기 때문에 산식을 간략화할 수 있다.In addition, since the present invention calculates the offset using the output of the R/
도 5는 본 발명 인버터의 레졸버 옵셋 보정 방법을 보인 순서도이다.5 is a flowchart showing a method for correcting a resolver offset of an inverter according to the present invention.
도 5를 참조하면 본 발명 인버터의 레졸버 옵셋 보정 방법은, 전동기(10) 회전자를 제1상에 대하여 강제 정렬시키는 단계(S51)와, 회전자가 제1상에 대하여 강제 정렬된 상태에서 레졸버(20)에서 회전자의 절대위치를 확인하는 단계(S52)와, 전동기(10) 회전자를 제1상과는 다른 제2상에 대하여 강제 정렬시키는 단계(S53)와, 상기 회전자가 제2상에 대하여 강제 정렬된 상태에서 레졸버(20)에서 회전자의 절대위치를 확인하는 단계(S54)와, 상기 S52단계와 S54단계에서 확인된 레졸버(20)의 회전자 절대위치 값을 이용하여 레졸버(20)의 극수 및 옵셋을 산출하는 단계(S55)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the resolver offset correction method of the inverter of the present invention includes the steps of forcibly aligning the rotor of the
이와 같은 본 발명의 방법을 좀 더 상세히 살펴보면, 먼저 S51 단계에서 MCU(40)는 U상 또는 -U상 등 전동기(10)의 특정한 제1상에만 선택적으로 전류가 흐르도록 게이트 구동부(50)를 제어하고, 인버터부(90)는 전동기(10)의 제1상에 전류를 공급한다.Looking at the method of the present invention in more detail, first, in step S51, the
따라서 제1상의 위치에 전동기(10)의 회전자가 강제 배열되며, S52단계에서 레졸버(20)는 고정된 회전자의 각을 검출하여 R/D 컨버터(30)로 제공하고, R/D 컨버터(30)는 레졸버(20)의 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하여, A/B 펄스 또는 통신을 통해 MCU(40)로 제공한다.Therefore, the rotor of the
그 다음, S53단계와 같이 MCU(40)는 상기 제1상과는 다른 제2상에만 선택적으로 전류를 공급할 수 있도록 게이트 구동부(50)를 제어하며, 인버터부(90)는 전동기(10)의 제2상에만 전류를 공급하여, 회전자를 제2상에 강제 배열한다.Next, as in step S53, the
그 다음, S54단계와 같이 레졸버(20)는 제2상의 위치에 고정된 회전자의 각을 검출하여 R/D 컨버터(30)로 제공하고, R/D 컨버터(30)는 제2상 위치의 회전자에 대한 레졸버 절대각 정보를 MCU(40)에 제공한다.Then, as in step S54, the
그 다음, MCU(40)는 S52단계와 S53단계에서 확인된 두 레졸버 절대각(θres1, θres2)를 이용하여 레졸버(20) 극수에 대한 전동기(10) 극수인 n의 값을 구함과 아울러 옵셋을 구할 수 있다.Next, the
구체적으로 n의 값을 구하는 식은 다음의 수학식 4로 표현될 수 있다.Specifically, an equation for obtaining the value of n may be expressed as Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
n = (제2상의 회전자 전기각 - 제1상의 회전자 전기각)/(제2상의 레졸버 절대각 - 제1상의 레졸버 절대각)n = (2nd phase rotor electrical angle - 1st phase rotor electrical angle) / (2nd phase resolver absolute angle - 1st phase resolver absolute angle)
위의 수학식 4는 앞서 설명한 수학식 1 내지 수학식 3을 일반화한 것이다.Equation 4 above is a generalization of Equations 1 to 3 described above.
좀 더 구체적으로 제1상의 회전자 전기각을 x1, 제2상의 회전자 전기각을 x2로 하면, 수학식 1은 x1 = n(θres1+θoffset)으로 표현할 수 있고, 이를 θoffset에 대한 방정식으로 풀면 θoffset = (x1/n) - θres1이 된다.More specifically, when the electrical angle of the rotor in the first phase is x1 and the electrical angle of the rotor in the second phase is x2, Equation 1 can be expressed as x1 = n (θres1 + θoffset), and solving this as an equation for θoffset θoffset = (x1/n) - θres1.
수학식 2에 제2상의 회전자 전기각 x2를 대입하면, 수학식 2는 x2 = n(θres2+θoffset)가 된다. Substituting the electrical angle x2 of the rotor of the second phase into Equation 2, Equation 2 becomes x2 = n(θres2+θoffset).
이에 대하여 앞서 구한 θoffset을 대입하면, x2 = n(θres2 + (x1/n) -θres1)의 식이 된다.If the θ offset obtained above is substituted for this, the expression x2 = n (θres2 + (x1/n) -θres1) is obtained.
이를 n에 대하여 정리하면, n = (x2-x1)/θres2-θres1)으로 표현될 수 있다.Summarizing this for n, it can be expressed as n = (x2-x1)/θres2-θres1).
여기서 n은 레졸버의 극수에 대한 전동기의 극수이며, 전동기의 극수를 알고 있으면, 다른 모든 수는 검출 가능한 상수이므로, 레졸버의 극수를 확인할 수 있다.Here, n is the number of poles of the motor relative to the number of poles of the resolver, and if the number of poles of the motor is known, all other numbers are detectable constants, so the number of poles of the resolver can be confirmed.
만약 전동기의 극수를 모르는 경우에도, 레졸버의 극수에 대한 전동기의 극수를 알 수 있어, 이를 적용 가능하다.Even if the number of poles of the motor is unknown, the number of poles of the motor relative to the number of poles of the resolver can be known, and this can be applied.
이처럼 본 발명은 간단한 수식을 사용하여 사양을 알 수 없는 레졸버의 극수를 쉽게 알 수 있게 된다.As such, the present invention uses a simple formula to easily know the number of poles of a resolver whose specifications are unknown.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Embodiments according to the present invention have been described above, but these are merely examples, and those skilled in the art will understand that various modifications and embodiments of equivalent range are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.
10:전동기 20:레졸버
30:R/D 컨버터 40:MCU
50:게이트 구동부 90:인버터부10: motor 20: resolver
30: R/D converter 40: MCU
50: gate driving unit 90: inverter unit
Claims (9)
상기 MCU의 전류 제어에 의해 회전자가 정렬되는 전동기의 회전자 위치 정보를 검출하는 레졸버; 및
상기 레졸버에서 검출된 회전자 위치 정보를 디지털 신호로 변환하여 상기 MCU에 제1상과 제2상 각각에 대한 레졸버 절대각을 제공하는 R/D 컨버터를 포함하며,
상기 MCU는 아래의 수학식 1을 이용하여 레졸버 극수를 산출하는 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치.
[수학식 1]
n = (제2상의 회전자 전기각 - 제1상의 회전자 전기각)/(제2상의 레졸버 절대각 - 제1상의 레졸버 절대각)
n은 레졸버 극수에 대한 전동기 극수의 비When power is supplied, current control is performed to forcibly align the rotor with respect to the first and second phases of the motor, and the number of poles of the resolver is used by using the received absolute angle of the resolver for the first and second phases. MCU that calculates ;
a resolver detecting rotor position information of an electric motor in which a rotor is aligned by current control of the MCU; and
An R/D converter converting the rotor position information detected by the resolver into a digital signal and providing the absolute angle of the resolver for each of the first and second phases to the MCU,
The MCU resolver offset correction device of the inverter for calculating the number of resolver poles using Equation 1 below.
[Equation 1]
n = (2nd phase rotor electrical angle - 1st phase rotor electrical angle) / (2nd phase resolver absolute angle - 1st phase resolver absolute angle)
n is the ratio of the number of poles of the motor to the number of poles of the resolver
상기 R/D 컨버터는,
증분신호인 A/B 펄스로 상기 MCU에 상기 제1상의 레졸버 절대각과 상기 제2상의 레졸버 절대각을 제공하는 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치.According to claim 1,
The R/D converter,
A resolver offset correction device of an inverter that provides the absolute angle of the resolver of the first phase and the absolute angle of the resolver of the second phase to the MCU with an incremental signal A/B pulse.
상기 R/D 컨버터는,
직렬 또는 병렬 통신을 통해 상기 MCU에 상기 제1상의 레졸버 절대각과 상기 제2상의 레졸버 절대각을 제공하는 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치.According to claim 1,
The R/D converter,
A resolver offset correction device of an inverter that provides the absolute angle of the resolver of the first phase and the absolute angle of the resolver of the second phase to the MCU through serial or parallel communication.
상기 제1상은,
U상, -U상, V상, -V상, W상 또는 -W상이며,
산식의 간소화를 위해 U상 또는 -U상인 것을 특징으로 하는 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치.According to claim 1,
The first phase,
U phase, -U phase, V phase, -V phase, W phase or -W phase,
Resolver offset correction device of the inverter, characterized in that the U phase or -U phase for the simplification of the formula.
상기 제2상은,
상기 제1상과는 다른 하나의 상이며,
바람직하게 V상 또는 -V상인 것을 특징으로 하는 인버터의 레졸버 옵셋 보정 장치.According to claim 4,
The second phase,
It is a phase different from the first phase,
Preferably, the resolver offset correction device of the inverter, characterized in that the V phase or -V phase.
b) 상기 전동기 회전자가 제1상에 대하여 강제 정렬된 상태에서 레졸버를 이용하여 회전자의 절대각을 검출하는 단계;
c) 전동기 회전자를 제1상과는 다른 제2상에 대하여 강제 정렬시키는 단계;
d) 상기 회전자가 제2상에 대하여 강제 정렬된 상태에서 레졸버에서 회전자의 절대각을 검출하는 단계; 및
e) 상기 b)단계와 d)단계에서 각각 검출된 레졸버의 절대각들 및 상기 a) 단계와 c) 단계에서 각각 검출된 제1상의 전기각과 제2상의 전기각을 이용한 아래의 수학식 1을 통해 산출하는 단계를 포함하는 인버터의 레졸버 옵셋 보정 방법.
[수학식 1]
n = (제2상의 회전자 전기각 - 제1상의 회전자 전기각)/(제2상의 레졸버 절대각 - 제1상의 레졸버 절대각)
n은 레졸버 극수에 대한 전동기 극수의 비a) forcibly aligning the motor rotor with respect to the first phase under the control of the MCU;
b) detecting an absolute angle of the rotor using a resolver in a state in which the rotor of the motor is forcibly aligned with respect to the first phase;
c) forcibly aligning the motor rotor with respect to a second phase different from the first phase;
d) detecting an absolute angle of the rotor in a resolver in a state in which the rotor is forcibly aligned with respect to the second phase; and
e) Equation 1 below using the absolute angles of the resolver detected in steps b) and d) and the electrical angle of the first phase and the electrical angle of the second phase respectively detected in steps a) and c) Resolver offset correction method of an inverter comprising the step of calculating through.
[Equation 1]
n = (2nd phase rotor electrical angle - 1st phase rotor electrical angle) / (2nd phase resolver absolute angle - 1st phase resolver absolute angle)
n is the ratio of the number of poles of the motor to the number of poles of the resolver
상기 제1상의 레졸버 절대각과 제2상의 레졸버 절대각은,
상기 레졸버의 아날로그 출력을 디지털 신호로 변환한 R/D 컨버터의 출력인 것을 특징으로 하는 인버터의 레졸버 옵셋 보정 방법.According to claim 6,
The absolute angle of the resolver of the first phase and the absolute angle of the resolver of the second phase are
The resolver offset correction method of the inverter, characterized in that the output of the R / D converter that converts the analog output of the resolver into a digital signal.
상기 제1상의 레졸버 절대각과 제2상의 레졸버 절대각은,
상기 R/D 컨버터의 증분신호인 A/B 펄스로 상기 MCU에 제공되는 인버터의 레졸버 옵셋 보정 방법.According to claim 7,
The absolute angle of the resolver of the first phase and the absolute angle of the resolver of the second phase are
A method for correcting a resolver offset of an inverter provided to the MCU as an A/B pulse, which is an incremental signal of the R/D converter.
상기 제1상의 레졸버 절대각과 제2상의 레졸버 절대각은,
상기 R/D 컨버터에서 직렬 또는 병렬 통신을 통해 상기 MCU에 제공되는 인버터의 레졸버 옵셋 보정 방법.According to claim 7,
The absolute angle of the resolver of the first phase and the absolute angle of the resolver of the second phase are
A method for correcting a resolver offset of an inverter provided to the MCU through serial or parallel communication in the R / D converter.
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