KR102560719B1 - 전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플 저감 방법 및 전기추진선박의 전기 추진 시스템 - Google Patents

전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플 저감 방법 및 전기추진선박의 전기 추진 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102560719B1
KR102560719B1 KR1020210122766A KR20210122766A KR102560719B1 KR 102560719 B1 KR102560719 B1 KR 102560719B1 KR 1020210122766 A KR1020210122766 A KR 1020210122766A KR 20210122766 A KR20210122766 A KR 20210122766A KR 102560719 B1 KR102560719 B1 KR 102560719B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
speed
current
sensing
axis
phase
Prior art date
Application number
KR1020210122766A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230039436A (ko
Inventor
성의석
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020210122766A priority Critical patent/KR102560719B1/ko
Publication of KR20230039436A publication Critical patent/KR20230039436A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102560719B1 publication Critical patent/KR102560719B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/50—Reduction of harmonics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/21—Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels
    • B63H2021/216—Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels using electric control means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 적응 빔포밍 방법은 복수의 음향 센서에 각각 대응하는 복수의 시계열 신호를 생성하는 단계, 빔 방위를 기초로 상기 복수의 음향 센서 각각의 시간 지연값들을 생성하여 복수의 시계열 지연 보상 신호를 생성하는 단계, 상기 복수의 시계열 지연 보상 신호에 대하여 푸리에 변환을 적용하여 신호 벡터를 생성하는 단계, 상기 신호 벡터를 기초로 조향공분산행렬을 생성하는 단계, 상기 조향공분산행렬에 대하여 WBRCB(Wide Band Robust Capon Beamforming)를 적용하여 산출되는 최적 가중치를 이용하여 빔 신호를 생성하는 단계, 및 상기 빔 신호에 대하여 푸리에 역변환을 적용하여 빔 시계열 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플 저감 방법 및 전기추진선박의 전기 추진 시스템{Method of reducing second harmonic torque ripple due to unbalanced back-EMF of propulsion motor of all electric ship, and electric propulsion system of all electric ship}
본 발명은 전기추진선박의 전기 추진 시스템, 및 2차 고조파 토크리플 저감 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 토크리플 저감을 통한 전력 품질을 개선하는 방법 및 전기 추진 시스템에 관한 것이다.
전기추진선박의 추진전동기와 같은 대형 전동기는 구동 시 외부 충격 등과 같은 기계적 원인, 및 과부하, 결상, 순간 과전압 유입 등의 전기적 원인에 의해 권선이 소손될 수 있다. 3상 전동기의 권선이 소손될 경우, 각 상에 역기전력 불평형이 발생된다.
3상 전동기의 역기전력 불평형은 전동기 속도와 토크에 기본 주파수 2배의 리플 성분을 야기한다. 전력변환장치의 벡터제어 시스템을 이용하여 전동기를 제어할 경우, 속도제어 및 전류제어 시 동일한 고조파 성분으로 나타나서 전동기의 운전 특성을 저하시킨다.
특히 전기추진선박은 발전 전력의 대부분을 선박 추진에 사용하기 때문에, 역기전력 불평형에 의한 기본 주파수 2배의 토크 리플이 전력변환장치를 통해 배전부로 전달될 수 있다. 이 경우 배전 시스템 전체의 진동, 소음, 온도 상승 등이 야기될 수 있다.
종래에는 이러한 리플 성분을 저감하기 위해 고조파 필터와 같은 하드웨어를 사용하였다. 하지만 이는 비용 상승, 공간활용성 저하 및 중량추가 등의 단점이 있다. 게다가, 고조파 필터를 사용하더라도 배전 시스템에 나타나는 토크 리플을 저감하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 추가적인 하드웨어 없이 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플을 저감할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플이 저감된 전기 추진 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제들을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 전기추진선박의 전기 추진 시스템은 추진전동기의 운전 속도를 제어하기 위한 속도 지령으로부터 상기 추진전동기의 센싱 속도와 보정 속도를 감산한 제어 속도를 입력받고, 상기 제어 속도에 대응하는 q축 전류 지령을 출력하는 속도 제어기, 상기 q축 전류 지령으로부터 q축 센싱 전류를 감산한 q축 전류 오차를 입력받고, 상기 q축 전류 오차를 적분한 오차 적분 신호를 출력하는 전류 제어기, 및 상기 오차 적분 신호를 입력받고, SOGI를 이용하여 상기 오차 적분 신호에 대응하는 상기 보정 속도를 생성하는 2차 고조파 리플 저감부를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 2차 고조파 리플 저감부는 제1 입력값을 대역폭이득상수(k)만큼 증폭하여 제1 출력값을 출력하는 제1 증폭기, 제2 입력값을 비례이득상수(kp)만큼 증폭하여 상기 보정 속도를 출력하는 제2 증폭기, 상기 제2 입력값을 적분한 후 공진 주파수(ωe)만큼 증폭하여 제2 출력값을 출력하는 제1 적분기, 및 상기 제1 출력값에서 상기 제2 출력값을 감산한 값을 적분한 후 상기 공진 주파수(ωe)만큼 증폭하여 상기 제2 입력값을 출력하는 제2 적분기를 포함할 수 있다. 상기 제1 입력값은 상기 오차 적분 신호에서 상기 제2 입력값을 감산한 값일 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 대역폭이득상수(k)는 0.1 이상 2 이하의 수치 범위에서 선택될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 2차 고조파 리플 저감부의 전달 함수(G(s))는 G(s) = (kp k ωe s)/(s2+ k ωe s + ωe 2)일 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 전기 추진 시스템은 dq축 전압 지령을 기초로 생성된 3상 펄스폭변조 신호에 기초하여 3상 구동 전류를 생성하는 인버터, 및 상기 3상 구동 전류에 의해 구동하는 상기 추진전동기를 더 포함할 수 있다. 상기 전류 제어기는 상기 q축 전류 오차 및 d축 전류 오차에 기초하여 상기 dq축 전압 지령을 출력할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 전기 추진 시스템은 상기 dq축 전압 지령 및 상기 추진전동기의 센싱 위상각에 기초하여 3상 전압 지령을 생성하는 제1 좌표 변환기, 상기 3상 전압 지령으로부터 상기 3상 펄스폭변조 신호를 생성하는 공간벡터 변조기, 상기 3상 구동 전류를 센싱하는 전류 센서, 상기 3상 구동 전류 및 상기 센싱 위상각에 기초하여 상기 q축 센싱 전류 및 d축 센싱 전류를 생성하는 제2 좌표 변환기, 상기 추진전동기의 상기 센싱 속도를 감지하는 엔코더, 및 상기 센싱 속도를 적분하여 상기 센싱 위상각을 출력하는 속도 적분기를 더 포함할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 역기전력 불평형에 의해 상기 q축 센싱 전류 및 상기 d축 센싱 전류에는 기본 주파수 2배의 주파수 성분을 갖는 2차 고조파 리플이 나타날 수 있다. 상기 2차 고조파 리플 저감부는 상기 2차 고조파 리플에 상쇄하기 위해 상기 오차 적분 신호에 대응하는 상기 보정 속도를 상기 속도 제어기의 입력단에 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플을 저감하는 방법은 상기 추진전동기의 운전 속도를 제어하기 위한 속도 지령을 수신하는 단계, 상기 속도 지령에서 상기 추진전동기의 센싱 속도와 보정 속도를 감산한 제어 속도에 기초하여, 상기 제어 속도에 대응하는 q축 전류 지령을 출력하는 단계, 상기 q축 전류 지령으로부터 q축 센싱 전류를 감산한 q축 전류 오차를 적분하여 오차 적분 신호를 생성하는 단계, 및 SOGI를 이용하여 상기 오차 적분 신호에 대응하는 상기 보정 속도를 생성하는 단계를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 2차 고조파 토크리플 저감 방법은 상기 dq축 전압 지령 및 상기 추진전동기의 센싱 위상각에 기초하여 3상 전압 지령을 생성하는 단계, 및 상기 3상 전압 지령으로부터 3상 펄스폭변조 신호를 생성하여 인버터에 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 인버터는 상기 3상 펄스폭변조 신호에 기초하여 3상 구동 전류를 상기 추진전동기에 출력할 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 2차 고조파 토크리플 저감 방법은 상기 3상 구동 전류를 센싱하는 단계, 상기 추진전동기의 상기 센싱 속도를 감지하는 단계, 상기 센싱 속도를 적분하여 상기 센싱 위상각을 산출하는 단계, 및 상기 3상 구동 전류 및 상기 센싱 위상각에 기초하여 상기 q축 센싱 전류 및 d축 센싱 전류를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨팅 장치를 이용하여 전술한 2차 고조파 토크리플 저감 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된다.
본 발명에 따르면, 추진전동기를 구동하는 전력변환장치의 벡터제어 시스템에서 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플을 검출하고, SOGI(Second Order Generalized Integrator) 기반의 2차 고조파 리플 저감부를 이용하여 2차 고조파 토크리플을 저감할 수 있다.
본 발명은 추진전동기 제어를 위한 전력변환장치의 벡터제어 알고리즘 내에서 역기전력 불평형에 의한 토크리플의 2배 고조파 성분을 전류 성분을 통해 계산할 수 있다. 전류센서를 통해 계측한 2배 고조파를 추출할 수 있는 SOGI(Second Order Generalized Integrator) 알고리즘을 적용하여 토크리플에 의한 속도의 리플성분을 보상할 수 있다. 이를 통해, 추가적인 하드웨어 없이 2차 고조파 토크리플을 원천적으로 저감함으로써, 더욱 효율적인 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, SOGI 기반의 2차 고조파 리플 검출 알고리즘을 통해, 동기좌표계 q축 전류 PI 제어기의 적분기 출력값의 2차 고조파 리플 성분을 검출할 수 있으며, 검출된 2차 고조파 리플 성분으로 속도제어기의 입력단에 음성으로 피드백함으로써, 전동기 속도 리플에 포함된 2차 고조파 리플 성분과 상쇄될 수 있다. 그에 따라, 2차 고조파 토크리플 성분이 감소될 수 있다.
3상 전동기의 권선의 소손에 따른 역기전력 불평형이 발생하더라도, 본 발명에 따라 소프트웨어적으로 전동기 토크 리플을 저감함으로써, 하드웨어의 추가 없이 전동기의 진동 및 소음을 줄이고, 전력변환장치를 통해 배전시스템으로 전달된 토크리플에 의한 영향들을 원천적으로 저감하여 선박 배전시스템의 전력품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기추진선박의 전기 추진 시스템(100)을 예시적으로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 추진전동기를 구동하기 위한 인버터의 벡터제어 시스템을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 2차 고조파 리플 저감부를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 2차 고조파 리플 저감부의 보드선도를 나타낸다.
도 5는 도 2의 전류 제어기의 일 예를 도시한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기추진선박의 전기 추진 시스템(100)을 예시적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 전기 추진 시스템(100)은 발전부(10), 배전부(20), 구동기(30), 추진전동기(40), 및 프로펠러(50)를 포함한다.
발전부(10)는 회전 에너지를 생성하는 엔진(11), 엔진(11)으로부터 회전 에너지를 전달받아 전기 에너지를 생성하는 발전기(2), 및 발전기(12)에서 생성된 전기 에너지를 저장하는 배터리(13)를 포함한다. 엔진(11)은 가스터빈엔진 또는 디젤엔진일 수 있다.
배전부(20)는 발전기(12), 배터리(13), 구동기(30), 및 부하(60)를 전기적으로 연결한다. 배전부(20)는 발전기(12)에서 생성된 전기 에너지 및 배터리(13)에서 출력된 전기 에너지를 구동기(30) 및 부하(60)로 전달할 수 있다. 배전부(20)는 발전기(12)에서 생성된 전기 에너지를 배터리(13)에 전달할 수 있다.
구동기(30)는 배전부(20)의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 추진전동기(40)를 구동할 수 있다. 구동기(30)는 예컨대 VSD(Variable Speed Drive) 인버터일 수 있다. 부하(60)는 전기추진선박의 운용 부하일 수 있다.
도 1에 도시되지 않았지만, 전기 추진 시스템(100)은 구동기(30)를 제어하기 위한 벡터제어 시스템을 더 포함할 수 있다. 구동기(30)는 3상 인버터일 수 있으며, 벡터제어 시스템은 펄스폭변조 신호를 3상 인버터에 출력할 수 있다. 벡터제어 시스템은 도 2를 참조로 더욱 자세히 설명된다.
추진전동기(40)는 구동기(30)를 통해 공급된 전기 에너지를 회전 에너지로 전환할 수 있따. 추진전동기(40)는 회전축에 연결되는 프로펠러(50)를 회전시키며, 전기추진선박의 추진력을 생성할 수 있다. 추진전동기(40)는 영구자석 동기전동기 또는 유도전동기일 수 있다. 전력량 대비 무게 및 체적의 측면에서 유리한 3상 영구자석 동기전동기가 추진전동기(40)로 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 추진전동기를 구동하기 위한 인버터의 벡터제어 시스템을 도시한다.
도 2를 참조하면, 벡터제어 시스템(200)은 속도 제어기(210), 전류 제어기(220), 좌표 변환기(230), PWM 제어기(240), 전력변환장치(250) 및 2차 고조파 리플 저감부(260)를 포함한다. 좌표 변환기(230)는 dq축 좌표를 abc축 좌표로 변환하는 제1 좌표 변환기(231) 및 abc축 좌표를 dq축 좌표로 변환하는 제2 좌표 변환기(232)를 포함할 수 있다. 벡터제어 시스템(200)은 측정부(270)를 포함할 수 있으며, 측정부(270)는 엔코더(271), 적분기(272) 및 전류 센서(273)를 포함할 수 있다.
속도 제어기(210)는 추진전동기(40)의 운전 시에 사용자가 원하는 속도로 설정한 속도 지령(ωr *)에 따라 실제 추진전동기(40)의 운전 속도를 제어하기 위한 수단이다. 속도 제어기(210)는 속도 지령(ωr *), 추진전동기(40)의 속도를 센싱한 센싱 속도(ωr), 및 2차 고조파 리플 저감부(260)로부터 출력되는 보정 속도(ωcom)를 입력받고, q축 전류 지령(iqs e*)을 출력할 수 있다. 일 예에 따르면, 속도 제어기(210)는 속도 지령(ωr *)에서 센싱 속도(ωr)와 보정 속도(ωcom)를 감산한 제어 속도를 입력받고, 제어 속도에 대응하는 q축 전류 지령(iqs e*)을 출력할 수 있다.
속도 지령(ωr *)은 사용자가 설정한 추진전동기(40)의 속도에 대응하는 물리량을 갖는 신호이고, 센싱 속도(ωr)는 추진전동기(40)의 실제 운전 속도에 대응하는 물리량을 갖는 신호이고, 보정 속도(ωcom)는 2차 고조파 리플을 제거하기 위해 속도를 보정하기 위한 물리량을 갖는 신호일 수 있다. 속도 지령(ωr *), 센싱 속도(ωr) 보정 속도(ωcom)는 동일한 물리 신호일 수 있으며, 그 크기는 해당 속도에 비례할 수 있다. 속도 지령(ωr *)에서 센싱 속도(ωr)와 보정 속도(ωcom)를 감산한다는 것은 속도 지령(ωr *)에 대응하는 신호의 물리량에서 센싱 속도(ωr)에 대응하는 신호의 물리량과 보정 속도(ωcom)에 대응하는 신호의 물리량을 감산하는 것으로 이해될 수 있다.
제어 속도에 대응하는 신호는 속도 지령(ωr *)에 대응하는 신호의 물리량에서 센싱 속도(ωr)에 대응하는 신호의 물리량과 보정 속도(ωcom)에 대응하는 신호의 물리량을 감산한 물리량을 갖는다.
속도 제어기(210)는 제어 속도에 대응하는 q축 전류 지령(iqs e*)을 출력할 수 있으며, q축 전류 지령(iqs e*)은 제어 속도에 대응하는 크기를 갖는 전류일 수 있다. 즉, 속도 제어기(210)는 제어 속도에 대응하는 크기를 갖는 전류를 q축 전류 지령(iqs e*)으로서 출력할 수 있다.
속도 제어기(210)는 PI(Proportional Integral, 비례 적분) 속도 제어기일 수 있다. 비례적분(PI: Proportional Integral)은 오차 신호를 적분하여 제어 신호를 만드는 적분제어를 비례제어(Proportional Control)에 병렬로 연결해서 사용할 수 있다. 비례제어는 기준 신호와 현재 신호 사이의 오차 신호에 적당한 비례 상수 이득을 곱해서 제어 신호를 만들 수 있다.
센싱 속도(ωr)는 추진전동기(40)의 회전축에 연결된 엔코더(271)에 의해 제공될 수 있다. 엔코더(271)는 추진전동기(40)의 회전 속도를 감지하여 센싱 속도(ωr)를 출력할 수 있다. 엔코더(271)에서 출력되는 센싱 속도(ωr)는 적분기(272)에 의해 적분되어 센싱 위상각(θe)를 산출하는데 사용될 수 있다. 적분기(272)는 센싱 위상각(θe)을 출력할 수 있다. 적분기(272)는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 전류센서(273)는 인버터(250)로부터 추진전동기(40)에 공급되는 3상 구동 전류(ias, ibs, ics)를 감지할 수 있다.
보정 속도(ωcom)는 2차 고조파 리플 저감부(260)로부터 제공될 수 있다. 2차 고조파 리플 저감부(260)는 SOGI(Second Order Generalized Integrator)를 이용하며, 역기전령 불평형에 의해 발생하는 2차 고조파 성분에 대응하는 보정 속도(ωcom)를 출력할 수 있다. 2차 고조파 성분에 대응하는 보정 속도(ωcom)가 속도 지령(ωr *)를 감산하여 속도 제어기(210)에 입력되므로, 2차 고조파 리플 성분이 저감될 수 있다. 2차 고조파 리플 저감부(260)에 대하여 도 3을 참조하여 더욱 자세히 설명한다.
전류 제어기(220)는 q축 전류 지령(iqs e*)으로부터 q축 센싱 전류(iqs e)를 감산한 q축 전류 오차를 입력받고, q축 전류 오차를 적분한 오차 적분 신호(iqs_integ e)를 출력할 수 있다. q축 전류 지령(iqs e*)는 속도 제어기(210)로부터 제공되고, q축 센싱 전류(iqs e)는 전류 센서(273)에서 감지된 3상 구동 전류(ias, ibs, ics)에 기초하여 생성될 수 있으며, 예컨대 제2 좌표 변환기(232)에 의해 제공될 수 있다.
오차 적분 신호(iqs_integ e)는 2차 고조파 리플 저감부(260)에 제공되며, 2차 고조파 리플 저감부(260)는 SOGI를 이용하여 오차 적분 신호(iqs_integ e)에 대응하는 보정 속도(ωcom)를 생성하여, 속도 제어기(210)의 입력단에 제공할 수 있다.
전류 제어기(220)는 q축 전류 오차 및 d축 전류 오차에 기초하여 dq축 전압 지령(vq *, vd *)을 출력할 수 있다. 전류 제어기(220)는 q축 전류 오차로부터 q축 전압 지령(vq *)을 생성하고, d축 전류 오차로부터 d축 전압 지령(vd *)을 생성할 수 있다. d축 전류 오차는 d축 전류 지령(ids e*)으로부터 d축 센싱 전류(ids e)를 감산함으로써 생성될 수 있다. d축 전류 지령(ids e*)은 자속 제어기(미 도시)로부터 제공될 수 있다. 일 예에 따르면, d축 전류 지령(ids e*)은 0일 수 있다.
전류 제어기(220)는 동기좌표계로 변환된 전동기의 dq축 전류를 제어하여 dq축 전압지령을 출력할 수 있다. 전류 제어기(220)는 동기좌표계 PI(Proportional Integral) 전류 제어기일 수 있다.
전류 제어기(220)에 대하여 도 5를 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명한다.
제1 좌표 변환기(231)는 전류 제어기(220)에서 생성된 dq축 전압 지령(vq *, vd *) 및 추진전동기의 센싱 위상각(θe)을 수신하고, 센싱 위상각(θe)을 이용하여 dq 좌표계의 dq축 전압 지령(vq *, vd *)을 abc 좌표계로 좌표 변환함으로써 3상 전압 지령(vas *, vbs *, vcs *)을 생성할 수 있다. 제1 좌표 변환기(231)는 센싱 위상각(θe)을 이용하여 dq축 전압 지령(vq *, vd *)을 a, b, c상 전압 지령(vas *, vbs *, vcs *)으로 좌표 변환을 수행할 수 있다.
공간벡터 변조기(240)는 제1 좌표 변환기(231)로부터 3상 전압 지령(vas *, vbs *, vcs *)을 수신하고, 3상 전압 지령(vas *, vbs *, vcs *)에 따라 3상 펄스폭변조 신호(vas, vbs, vcs)를 생성하며, 3상 펄스폭변조 신호(vas, vbs, vcs)를 인버터(250)에 제공할 수 있다.
공간벡터 변조기(240)는 PWM 제어부로 지칭될 수 있으며, 3상 펄스폭변조 신호(vas, vbs, vcs)는 극전압 지령으로 지칭될 수 있다.
인버터(250)는 3상 펄스폭변조 신호(vas, vbs, vcs)에 기초하여 3상 극전압을 생성하며, 3상 극전압을 추진전동기(40)에 공급함으로써 추진전동기(40)를 구동시킬 수 있다.
전류 센서(271)는 인버터(250)로부터 추진전동기(40)에 공급되는 3상 구동 전류(ias, ibs, ics)를 감지할 수 있으며, 추진전동기(40)의 회전 속도는 엔코더(271)에 의해 센싱 속도(ωr)로서 감지될 수 있다.
제2 좌표 변환기(232)는 전류 센서(271)에 의해 감지된 3상 구동 전류(ias, ibs, ics)와 센싱 위상각(θe)을 수신하며, 센싱 위상각(θe)을 이용하여 abc 좌표계의 3상 구동 전류(ias, ibs, ics)을 dq 좌표계로 좌표 변환함으로써 q축 센싱 전류(iqs e) 및 d축 센싱 전류(ids e)를 생성할 수 있다. 제2 좌표 변환기(232)는 센싱 위상각(θe)을 이용하여 a, b, c상 구동 전류(ias, ibs, ics)를 정지좌표계와 동기좌표계를 통해 q축 센싱 전류(iqs e) 및 d축 센싱 전류(ids e)로 좌표 변환을 수행할 수 있다. q축 센싱 전류(iqs e)와 d축 센싱 전류(ids e)는 전류 제어기(220)의 입력단에 제공될 수 있다.
도 2에 도시된 벡터제어 시스템은 하드웨어의 추가 없이 소프트웨어로서 구현될 수 있고, 메모리와 적어도 하나의 프로세서를 갖는 컴퓨터 장치에 의해 수행될 수 있다.
메모리는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 메모리에는 컴퓨터 장치를 제어하기 위한 프로그램 코드가 일시적 또는 영구적으로 저장될 수 있다.
프로세서는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리로부터 프로세서에 제공될 수 있다. 예를 들어 프로세서는 메모리와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다.
프로세서는 본 발명에 따라서 전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플을 저감하는 방법을 수행할 수 있다.
프로세서가 추진전동기(40)의 운전 속도를 제어하기 위한 속도 지령(ωr *)을 수신하면, 속도 지령(ωr *)에서 추진전동기(40)의 센싱 속도(ωr)와 보정 속도(ωcom)를 감산하여 제어 속도를 생성하고, 제어 속도에 기초하여 q축 전류 지령(iqs e*)을 생성할 수 있다.
프로세서는 q축 전류 지령(iqs e*)으로부터 q축 센싱 전류(iqs e)를 감산하여 q축 전류 오차를 생성하고, q축 전류 오차를 적분하여 오차 적분 신호(iqs_integ e)를 생성할 수 있다. 동기 좌표계 q축 전류는 토크맥동의 크기 산출을 위해 사용되는 신호이므로, 2차 고조파 토크리플을 저감시키기 위해 q축 전류 오차를 적분한 오차 적분 신호(iqs_integ e)가 사용될 수 있다.
또한, 비례-적분제어기의 적분기 출력은 정상상태에서의 직류성분이 '0'이므로 리플 성분만을 추출하기에 용이하다. 따라서, 2차 고조파 토크리플을 저감시키기 위해 q축 전류 오차를 적분한 오차 적분 신호(iqs_integ e)를 사용할 수 있다.
프로세서는 SOGI를 이용하여 오차 적분 신호(iqs_integ e)에 대응하는 보정 속도(ωcom)를 생성할 수 있다. 오차 적분 신호(iqs_integ e)를 통해 검출되는 2차 고조파 리플 성분은 보정 속도(ωcom)를 통해 네가티브 피드백으로 속도 제어기에 입력되므로, 시스템 전체적으로 2차 고조파 리플 성분은 저감될 수 있다.
프로세서는 dq축 전압 지령 및 추진전동기(40)의 센싱 위상각(θe)에 기초하여 3상 전압 지령(vas *, vbs *, vcs *)을 생성하고, 3상 전압 지령(vas *, vbs *, vcs *)으로부터 3상 펄스폭변조 신호(vas, vbs, vcs)를 생성하여 인버터(250)에 출력할 수 있다. 인버터(250)는 3상 펄스폭변조 신호(vas, vbs, vcs)에 기초하여 3상 구동 전압을 추진전동기(40)에 출력하며, 인버터(250)에서 추진전동기(40)로 3상 구동 전류(ias, ibs, ics)가 흐르게 된다.
프로세서는 3상 구동 전류(ias, ibs, ics)와 추진전동기(40)의 센싱 속도(ωr)를 감지하고, 센싱 속도(ωr)를 적분하여 센싱 위상각(θe)을 산출할 수 있다. 프로세서는 3상 구동 전류(ias, ibs, ics) 및 센싱 위상각(θe)에 기초하여 q축 센싱 전류(iqs e)와 d축 센싱 전류(ids e)를 산출하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 2차 고조파 리플 저감부를 도시한다.
도 3을 참조하면, 2차 고조파 리플 저감부(260)는 제1 증폭기(261), 제2 증폭기(262), 제1 적분기(263) 및 제2 적분기(264)를 포함한다. 2차 고조파 리플 저감부(260)는 오차 적분 신호(iqs_integ e)를 입력받고, 보정 속도(ωcom)를 속도 제어기(210)의 입력단에 출력한다.
제1 증폭기(261)는 제1 입력값(X)을 대역폭이득상수(k)만큼 증폭하여 제1 출력값(kX)을 출력할 수 있다.
제2 증폭기(262)는 제2 입력값(Y)을 비례이득상수(kp)만큼 증폭하여 보정 속도(ωcom)를 출력할 수 있다. 보정 속도(ωcom)는 kpY로 나타낼 수 있다.
제1 적분기(263)은 제2 입력값(Y)을 적분한 후 공진 주파수(ωe)만큼 증폭하여 제2 출력값(Z)을 출력할 수 있다. 제2 출력값(Z)은 ωeY/S로 나타낼 수 있다.
제2 적분기(264)는 제1 출력값(kX)에서 제2 출력값(Z)을 감산한 값을 적분한 후 공진 주파수(ωe)만큼 증폭하여 제2 입력값(Y)을 출력할 수 있다. 즉, 제2 적분기(264)에 의해 Y=ωe(kX-Z)/S와 같이 관계가 성립하게 된다.
제1 입력값(X)은 오차 적분 신호(iqs_integ e)에서 제2 입력값(Y)을 감산한 값일 수 있다. 그에 따라, Y=X- iqs_integ e와 같은 관계가 성립하게 된다.
이렇게 생성된 관계들을 정리하면, ωcom/iqs_integ e = (kp k ωe s)/(s2+ k ωe s + ωe 2)와 같이 나타낼 수 있다. 따라서, 2차 고조파 리플 저감부(260)의 전달 함수(G(s))는 G(s) = (kp k ωe s)/(s2+ k ωe s + ωe 2)와 같다.
2차 고조파 리플 저감부(260)는 SOGI(Second Order Generalized Integrator) 기반으로 만들어졌으며, 오차 적분 신호(iqs_integ e)에 포함된 특정 주파수와 크기를 정확히 검출할 수 있다. 2차 고조파 리플 저감부(260)는 비례이득상수(kp), 대역폭이득상수(k), 및 공진 주파수(ωe)에 의해 결정되는 전달함수(G(s))를 가지며, 보정 속도(ωcom)는 오차 적분 신호(iqs_integ e)와 전달함수(G(s))에 의해 결정된다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 2차 고조파 리플 저감부의 보드선도를 나타낸다.
도 4a는 대역폭이득상수(k)를 0.1, 1, 및 5로 조정한 경우의 2차 고조파 리플 저감부의 보드선도를 도시하고, 도 4b는 비례이득상수(kp)를 1, 5, 및 10으로 조정한 경우의 2차 고조파 리플 저감부의 보드선도를 도시한다.
공진 주파수(ωe)는 검출하고자 하는 주파수에 해당하며, 예컨대 벡터제어 시스템(200)의 기본 주파수일 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 대역폭이득상수(k)을 크게 조정할 경우, 정상상태로의 진입 속도는 향상되지만, 주파수 안정도가 낮아지므로, 2 이하의 값으로 설정될 수 있다. 또한, 대역폭이득상수(k)을 낮을 경우, 주파수 안정도는 높아지겠지만, 2차 고조파를 제거하는데 소요되는 시간이 길어지므로, 0.1 이상의 값으로 설정될 수 있다. 일 예에 따르면, 대역폭이득상수(k)는 2로 설정될 수 있다.
비례이득상수(kp)는 상쇄시킬 맥동의 크기에 따라 설정될 수 있다.
도 5는 도 2의 전류 제어기의 일 예를 도시한다.
도 5를 참조하면, 전류 제어기(220)는 제1 전류 제어기(221)와 제2 전류 제어기(222)를 포함한다.
제1 전류 제어기(221)는 q축 전류 지령(iqs e*)으로부터 q축 센싱 전류(iqs e)를 감산한 q축 전류 오차(iqs e*-iqs e)를 입력받고, q축 전류 오차(iqs e*-iqs e)에 기초하여 q축 전압 지령(vq *)을 생성한다. 제1 전류 제어기(221)는 Kp 곱셈기(Kp), Ka 곱셈기(Ka), Ki 적분기(Ki/S), 및 리미터(Limiter)를 포함할 수 있다. 제1 전류 제어기(221)는 q축 전압 전향 보상(Vqs_ff e*)를 수신할 수 있다.
제1 전류 제어기(221)는 Ki 적분기(Ki/S)의 후단에서 오차 적분 신호(iqs_integ e)를 생성하며, 오차 적분 신호(iqs_integ e)를 2차 고조파 리플 저감부(260)에 제공한다.
동기 좌표계 q축 전류는 토크맥동의 크기 산출을 위해 사용되는 신호이므로, q축 전류 오차(iqs e*-iqs e)를 적분한 오차 적분 신호(iqs_integ e)를 기초로 2차 고조파 토크리플을 저감시킬 수 있다.
비례-적분제어기의 적분기 출력은 정상상태에서의 직류성분이 '0'이므로 리플 성분을 추출하기에 용이하다. 따라서, Ki 적분기(Ki/S)에서 출력되는 오차 적분 신호(iqs_integ e)를 사용하여 2차 고조파 토크리플을 저감시킬 수 있다.
제2 전류 제어기(222)는 d축 전류 지령(ids e*)으로부터 d축 센싱 전류(ids e)를 감산한 d축 전류 오차(ids e*-ids e)를 입력받고, d축 전류 오차(ids e*-ids e)에 기초하여 d축 전압 지령(vd *)을 생성한다. 제2 전류 제어기(222)는 제1 전류 제어기(221)과 동일하게 Kp 곱셈기(Kp), Ka 곱셈기(Ka), Ki 적분기(Ki/S), 및 리미터(Limiter)를 포함할 수 있다. 제1 전류 제어기(221)는 d축 전압 전향 보상(Vds_ff e*)를 수신할 수 있다.
아래에서는 역기전력 불평형에 의한 토크리플을 저감하는 과정을 설명한다.
역기전력 불평형 발생 시 인버터(250)에서 추진전동기(40)로 전달되는 a, b, c상 센싱 전류(ias, ibs, ics)는 다음과 같다.
[수학식 1]
여기서, ias는 a상 센싱 전류, ibs는 b상 센싱 전류, ics는 c상 센싱 전류이다. θe는 센싱 위상각이고, Ea와 Eb는 전동기 역기전력 불평형에 의한 스케일 오차를 나타낸다. a, b, c상 센싱 전류(ias, ibs, ics)는 3상 정지좌표계로 표현한 것이다.
a, b, c상 센싱 전류(ias, ibs, ics)에 대응하는 벡터 제어를 위해, a, b, c상 센싱 전류(ias, ibs, ics)를 2상 정지좌표계로 좌표변환하면 다음과 같다.
[수학식 2]
여기서, ids s는 정지좌표계 d축 센싱 전류를 나타내고, iqs s는 정지좌표계 q축 센싱 전류를 나타낸다.
2상 정지좌표계의 센싱 전류(ids s, iqs s)를 2상 동기좌표계로 좌표변환하면 다음과 같다.
[수학식 3]
여기서, ids e는 동기좌표계 d축 센싱 전류를 나타내고, iqs e는 동기좌표계 q축 센싱 전류를 나타낸다.
수학식 3에서 동기좌표계 dq축 센싱 전류에 포함된 직류성분의 오차는 전류 제어기(220)의 동작특성에 의해 자체적으로 보상된다.
최종적으로 역기전력 불평형에 의한 전류리플 성분은 아래 수학식 4와 같다.
[수학식 4]
여기서 Δids e는 역기전력 불평형에 의한 스케일 오차를 포함한 동기좌표계 d축 센싱 전류의 리플성분을 나태내고, Δiqs e는 역기전력 불평형에 의한 스케일 오차를 포함한 동기좌표계 q축 센싱 전류의 리플성분을 나타낸다.
동기좌표계 dq축 센싱 전류는 역기전력 불평형에 비례하여 기본 주파수 2배의 맥동성분을 포함한다.
역기전력 불평형에 의한 동기좌표계 q축 센싱 전류의 리플에 따른 추진전동기의 토크리플은 수학식 5와 같다.
[수학식 5]
여기서, ΔT는 역기전력 불평형에 의한 토크리플 성분을 나타낸다. 토크리플 성분(ΔT)은 수학식 4에서 산출된 q축 센싱 전류의 리플성분(Δiqs e)과 동일하게 기본 주파수 2배의 맥동성분을 포함한다. 따라서, 2차 고조파 토크 리플을 검출하기 위한 입력 신호로서 동기좌표계 q축 센싱 전류를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 2차 고조파 리플 저감부(260)는 역기전력 불평형에 의한 토크리플(기본 주파수 2배 의 맥동성분)을 저감하기 위해 SOGI(Second Order Generalized Integrator)를 이용한다.
2차 고조파 리플 저감부(260)의 전달함수는 수학식 6과 같다
[수학식 6]
여기서, iqe_integ e는 동기좌표계 q축 센싱 전류에 대응하는 제1 전류 제어기의 Ki 적분기의 출력항으로부터 제공될 수 있으며, wcom은 속도 보상을 위한 보상 속도, kp는 비례이득상수, k는 대역폭이득상수, we는 공진 주파수를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 도 4의 보드선도에 따라 입력되는 iqs e의 기본주파수 2배 리플 성분의 주파수 및 크기를 검출하고 이를 속도제어기의 입력신호에 네가티브 피드백 보상을 수행할 수 있다. 속도 지령에는 토크리플과 동일한 주파수 성분이 포함되어 있으므로, 속도 지령에서 2차 고조파 리플을 저감함으로써 시스템 전체의 토크리플을 저감할 수 있다.
본 발명에 따르면, SOGI 기반으로 토크리플을 저감하므로, 2차 고조파 리플 저감부(260)의 이득은 최대 1이다. 따라서, 입력 신호에 대한 정확한 값을 도출할 수 있으며, 입력신호에 속도상수를 곱함으로써 정확한 토크맥동 성분 추출 및 보상이 가능하다.
이에 반하여, 비례공진 제어기 기반의 토크리플 저감 방법의 경우, 비례공진 제어기 특성 상 제어기 공진주파수에서 이득이 무한대이다. 따라서, 입력 신호에 대한 정확한 값을 도출할 수 없으며 실험적으로 게인을 튜닝해야 하는 문제가 발생한다. 또한, 맥동이 완전하게 보상되지 않으며, 비례이득 튜닝 시 대역폭 감소하여 스텝입력에 대한 응답특성이 낮아지는 문제가 있다.
SOGI 기반 리플 검출 알고리즘을 통해 검출된 동기좌표계 q축 전류 PI 제어기의 적분기 출력값의 2배 리플 성분을 속도제어기의 입력단에 피드백 보상하게 되면 전동기 속도 리플에 포함된 2배 리플 성분과 상쇄되어 토크 리플 성분이 감소될 수 있다. 최종적으로 3상 전동기의 권선의 소손에 따른 역기전력 불평형이 발생하더라도 소프트웨어를 이용하여 전동기 토크 리플을 저감할 수 있다. 따라서, 하드웨어의 추가 없이 전동기의 진동 및 소음을 줄이고 전력변환장치를 통해 배전시스템으로 전달된 토크리플에 의한 영향들을 원천적으로 저감함으로서 선박 배전시스템의 전력품질을 향상할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 다양한 실시예들은 예시적이며, 서로 구별되어 독립적으로 실시되어야 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 설명된 실시예들은 서로 조합된 형태로 실시될 수 있다.
이상 설명된 다양한 실시예들은 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
본 명세서에서, "부", "모듈" 등은 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다. 예를 들면, "부", "모듈" 등은 소프트웨어 구성 요소들, 객체 지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들에 의해 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. dq축 전압 지령을 기초로 생성된 3상 펄스폭변조 신호에 기초하여 3상 구동 전류를 생성하는 인버터;
    상기 3상 구동 전류에 의해 구동하는 추진전동기;
    상기 추진전동기의 운전 속도를 제어하기 위한 속도 지령으로부터 상기 추진전동기의 센싱 속도와 보정 속도를 감산한 제어 속도를 입력받고, 상기 제어 속도에 대응하는 q축 전류 지령을 출력하는 속도 제어기;
    상기 q축 전류 지령으로부터 q축 센싱 전류를 감산한 q축 전류 오차를 입력받고, 상기 q축 전류 오차를 적분한 오차 적분 신호를 출력하고, 상기 q축 전류 오차 및 d축 전류 오차에 기초하여 상기 dq축 전압 지령을 출력하는 전류 제어기; 및
    상기 오차 적분 신호를 입력받고, SOGI를 이용하여 상기 오차 적분 신호에 대응하는 상기 보정 속도를 생성하는 2차 고조파 리플 저감부를 포함하는 전기추진선박의 전기 추진 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차 고조파 리플 저감부는,
    제1 입력값을 대역폭이득상수(k)만큼 증폭하여 제1 출력값을 출력하는 제1 증폭기;
    제2 입력값을 비례이득상수(kp)만큼 증폭하여 상기 보정 속도를 출력하는 제2 증폭기;
    상기 제2 입력값을 적분한 후 공진 주파수(ωe)만큼 증폭하여 제2 출력값을 출력하는 제1 적분기; 및
    상기 제1 출력값에서 상기 제2 출력값을 감산한 값을 적분한 후 상기 공진 주파수(ωe)만큼 증폭하여 상기 제2 입력값을 출력하는 제2 적분기를 포함하고,
    상기 제1 입력값은 상기 오차 적분 신호에서 상기 제2 입력값을 감산한 값인 전기추진선박의 전기 추진 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 대역폭이득상수(k)는 0.1 이상 2 이하의 수치 범위에서 선택되는 전기추진선박의 전기 추진 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 2차 고조파 리플 저감부의 전달 함수(G(s))는 G(s) = (kp k ωe s)/(s2+ k ωe s + ωe 2)인 전기추진선박의 전기 추진 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 dq축 전압 지령 및 상기 추진전동기의 센싱 위상각에 기초하여 3상 전압 지령을 생성하는 제1 좌표 변환기;
    상기 3상 전압 지령으로부터 상기 3상 펄스폭변조 신호를 생성하는 공간벡터 변조기;
    상기 3상 구동 전류를 센싱하는 전류 센서;
    상기 3상 구동 전류 및 상기 센싱 위상각에 기초하여 상기 q축 센싱 전류 및 d축 센싱 전류를 생성하는 제2 좌표 변환기;
    상기 추진전동기의 상기 센싱 속도를 감지하는 엔코더; 및
    상기 센싱 속도를 적분하여 상기 센싱 위상각을 출력하는 속도 적분기를 더 포함하는 전기추진선박의 전기 추진 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    역기전력 불평형에 의해 상기 q축 센싱 전류 및 상기 d축 센싱 전류에는 기본 주파수 2배의 주파수 성분을 갖는 2차 고조파 리플이 나타내며,
    상기 2차 고조파 리플 저감부는 상기 2차 고조파 리플에 상쇄하기 위해 상기 오차 적분 신호에 대응하는 상기 보정 속도를 상기 속도 제어기의 입력단에 제공하는 전기추진선박의 전기 추진 시스템.
  8. 전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플을 저감하는 방법에 있어서,
    상기 추진전동기의 운전 속도를 제어하기 위한 속도 지령을 수신하는 단계;
    상기 속도 지령에서 상기 추진전동기의 센싱 속도와 보정 속도를 감산한 제어 속도에 기초하여, 상기 제어 속도에 대응하는 q축 전류 지령을 출력하는 단계;
    상기 q축 전류 지령으로부터 q축 센싱 전류를 감산한 q축 전류 오차를 적분하여 오차 적분 신호를 생성하는 단계;
    SOGI를 이용하여 상기 오차 적분 신호에 대응하는 상기 보정 속도를 생성하는 단계;
    상기 q축 전류 오차 및 d축 전류 오차에 기초하여 dq축 전압 지령을 생성하는 단계;
    상기 dq축 전압 지령 및 상기 추진전동기의 센싱 위상각에 기초하여 3상 전압 지령을 생성하는 단계;
    상기 3상 전압 지령으로부터 3상 펄스폭변조 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 3상 펄스폭변조 신호에 기초하여 3상 구동 전류를 상기 추진전동기에 출력하는 단계를 포함하는 2차 고조파 토크리플 저감 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 3상 구동 전류를 센싱하는 단계;
    상기 추진전동기의 상기 센싱 속도를 감지하는 단계;
    상기 센싱 속도를 적분하여 상기 센싱 위상각을 산출하는 단계; 및
    상기 3상 구동 전류 및 상기 센싱 위상각에 기초하여 상기 q축 센싱 전류 및 d축 센싱 전류를 생성하는 단계를 더 포함하는 2차 고조파 토크리플 저감 방법.
  11. 컴퓨팅 장치를 이용하여 제8항 또는 제10항의 2차 고조파 토크리플 저감 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
KR1020210122766A 2021-09-14 2021-09-14 전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플 저감 방법 및 전기추진선박의 전기 추진 시스템 KR102560719B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210122766A KR102560719B1 (ko) 2021-09-14 2021-09-14 전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플 저감 방법 및 전기추진선박의 전기 추진 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210122766A KR102560719B1 (ko) 2021-09-14 2021-09-14 전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플 저감 방법 및 전기추진선박의 전기 추진 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230039436A KR20230039436A (ko) 2023-03-21
KR102560719B1 true KR102560719B1 (ko) 2023-07-27

Family

ID=85801199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210122766A KR102560719B1 (ko) 2021-09-14 2021-09-14 전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플 저감 방법 및 전기추진선박의 전기 추진 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102560719B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009161159A (ja) * 2008-01-10 2009-07-23 Nishishiba Electric Co Ltd 船舶用インバータシステム
JP4693904B2 (ja) * 2006-08-31 2011-06-01 三菱電機株式会社 電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置
JP2013090547A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd モータ制御装置、モータ制御方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4693904B2 (ja) * 2006-08-31 2011-06-01 三菱電機株式会社 電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置
JP2009161159A (ja) * 2008-01-10 2009-07-23 Nishishiba Electric Co Ltd 船舶用インバータシステム
JP2013090547A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd モータ制御装置、モータ制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230039436A (ko) 2023-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9124209B2 (en) Method and apparatus for controlling power converter with inverter output filter
US9294019B2 (en) Method and apparatus for controlling power converter with inverter output filter
CN104052361B (zh) 用以补偿转矩脉动的电机控制系统
US8410735B2 (en) Torque ripple suppression control device for permanent magnet motor and electric power steering system
KR102285041B1 (ko) 인버터 제어 장치 및 모터 구동 시스템
CN110365268B (zh) 马达控制系统中的转矩波动补偿
CN104052359A (zh) 马达控制系统和带宽补偿
JP2004328814A (ja) 電動パワーステアリング装置
US11362609B2 (en) Active sound generation apparatus using motor
JP3764144B2 (ja) 永久磁石モータのロータの位置を推定するためのシステム及び方法
CN112271970B (zh) 永磁同步电机矢量控制方法、设备及存储介质
EP2779429A2 (en) Method of current reference generation for a motor
US6608456B2 (en) Motor control apparatus
KR102560719B1 (ko) 전기추진선박의 추진전동기의 역기전력 불평형에 의한 2차 고조파 토크리플 저감 방법 및 전기추진선박의 전기 추진 시스템
CN109196773B (zh) 电机的控制装置以及控制方法
JP5998663B2 (ja) 交流電動機の駆動制御装置
KR101878090B1 (ko) 모터 제어 시스템 및 방법
de Almeida et al. Sensorless vector control for BLDC machine
JP2020010566A (ja) モータ制御装置
JPH11275900A (ja) 同期電動機の制御装置
JP2579119B2 (ja) 誘導電動機のベクトル制御装置
CN113692701B (zh) 电动机驱动装置以及使用该电动机驱动装置的空调机的室外机
US11837979B2 (en) Electric motor control device and electric power steering apparatus using the same
CN116134723A (zh) 电动机铁损运算装置及具有该装置的电动机控制装置
JP3266790B2 (ja) 誘導電動機の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant