KR19980068490A

KR19980068490A - 릴럭턴스모터의 제어방법 및 제어장치

Info

Publication number: KR19980068490A
Application number: KR1019970005105A
Authority: KR
Inventors: 하태균
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1998-10-26

Abstract

본 발명은 릴럭턴스모터의 제어방법 및 제어장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 릴럭턴스모터의 제어장치는, 릴럭턴스모터의 회전각으로 부터 회전속도를 산출하는 회전속도산출부와, 사용자에 의한 명령속도와 회전속도와의 속도차이를 구하고, 속도차이로 부터 토오크명령을 발생시키는 비례적분제어부와, 토오크명령과 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크를 저장하는 메모리부와, 토오크명령에 메모리부로 부터 출력된 전치보상토오크를 더하여 릴럭턴스모터에 인가되는 제어토오크를 발생시키는 가산부를 포함한다. 이에 따라, 릴럭턴스모터의 토오크리플을 완전히 제거할 수 있는 전치보상토오크를 얻을 수 있고, 이 전치보상토오크는 릴럭턴스모터의 제어시스템의 메모리부에 저장되어 릴럭턴스모터의 제어에 이용됨으로써, 릴럭턴스모터의 제어시스템은 전체적으로 선형시스템이 되어 비례적분제어기와 같은 기존의 선형제어기로 간단히 제어할 수 있다.

Description

릴럭턴스모터의 제어방법 및 제어장치

본 발명은 릴럭턴스모터의 제어방법 및 제어장치에 관한 것이다.

일반적인 릴럭턴스모터는, 그 구조가 간단하여, 제작이 용이하고 가격이 저렴하며, 안정된 기계적 특성을 갖는다. 그러나, 전자기적 특성이 비선형적이므로, 회전력의 제어가 어렵고, 토오크리플(torque ripple)이 크게 발생된다.

이와 같은 릴럭턴스모터의 제어장치로서, 종래에는, 도 3에 도시된 바와 같은 선형제어시스템을 이용하였다. 이러한 릴럭턴스모터의 선형제어시스템은, 회전속도산출부(25)에서 릴럭턴스모터(22)의 회전각(θ)으로 부터 회전속도(ω)를 산출하고, 비례적분제어부(21)에서 사용자에 의한 명령속도(ω*)와 회전속도(ω)와의 속도차이를 구하여, 이 속도차이로 부터 토오크명령(τ*)을 발생시켜 릴럭턴스모터(22)에 인가하였다. 도 3에서는, 비선형적으로 동작하는 릴럭턴스모터(22)를, 선형적으로 동작하는 릴럭턴스모터의 모델(23)과 토오크리플(τ_R)로 나누어 나타내었다.

이러한 장치는, 모두 전자기적 모델링에 의한 알고리듬을 이용하고 있으므로, 모델의 고유한 오차를 갖고 있다. 이에 따라 제어의 정밀도, 정확도 및 효율의 한계를 갖고 있다. 즉, 서어보 모터와 같은 정밀 제어용으로 부적합하다.

따라서 본 발명의 목적은, 정밀하고도 정확하며 효율이 높은 릴럭턴스모터의 제어방법 및 제어장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 릴럭턴스모터의 제어시스템의 블록선도,

도 2는 본 발명에 따른 릴럭턴스모터의 전치보상토오크의 산출시스템의 블록선도,

도 3은 종래기술에 따른 릴럭턴스모터의 제어시스템의 블록선도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,11:비례적분제어부2,16:메모리부

3,12:릴럭턴스모터6:회전속도산출부

14:관측기

상기 목적은, 본 발명에 따라, 상기 릴럭턴스모터의 회전각으로 부터 회전속도를 산출하는 회전속도산출부와; 사용자에 의한 명령속도와 상기 회전속도와의 속도차이를 구하고, 상기 속도차이로 부터 토오크명령을 발생시키는 비례적분제어부와; 상기 토오크명령과 상기 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크를 저장하는 메모리부와; 상기 토오크명령에 상기 메모리부로 부터 출력된 전치보상토오크를 더하여 상기 릴럭턴스모터에 인가되는 제어토오크를 발생시키는 가산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴럭턴스모터의 제어장치에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 메모리부에 저장된 상기 전치보상토오크는, 상기 토오크명령에 소정범위의 보상토오크를 반복인가하여 상기 토오크리플을 보상하는 보상토오크로 산출되고, 상기 토오크명령과 상기 회전각에 따른 함수로 저장되어, 상기 릴럭턴스모터의 상기 토오크리플을 제거하여 상기 릴럭턴스모터가 선형적으로 제어되도록 할 수도 있다.

또한, 상기 목적은, 릴럭턴스모터의 제어방법에 있어서, 상기 릴럭턴스모터의 회전각으로 부터 회전속도를 산출하는 단계와; 사용자에 의한 명령속도와 상기 회전속도와의 속도차이를 구하고, 상기 속도차이로 부터 토오크명령을 발생시키는 단계와; 상기 토오크명령과 상기 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크를 산출하는 단계와; 상기 토오크명령에 상기 전치보상토오크를 더하여 상기 릴럭턴스모터에 인가되는 제어토오크를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴럭턴스모터의 제어방법에 의해서도 달성된다.

바람직하게는, 상기 전치보상토오크는, 상기 토오크명령에 소정범위의 보상토오크를 반복인가하여 상기 토오크리플을 보상하는 보상토오크로 산출되고, 상기 토오크명령과 상기 회전각에 따른 함수로 하여, 상기 릴럭턴스모터의 상기 토오크리플을 제거하여 상기 릴럭턴스모터가 선형적으로 제어되도록 할 수도 있다.

그리고, 상기한 릴럭턴스모터의 제어장치의 상기 메모리부에 저장된 상기 전치보상토오크의 산출장치는, 사용자에 의한 명령속도와 상기 릴럭턴스모터의 회전속도와의 속도차이를 구하고, 상기 속도차이로 부터 토오크명령을 발생시키는 비례적분제어부와; 상기 릴럭턴스모터에 기준부하토오크를 인가하는 부하토오크인가부와; 상기 릴럭턴스모터의 회전각과 회전속도를 검출하여 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플의 발생여부를 판단하고, 상기 토오크명령과 상기 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크를 반복하여 인가하는 관측기와; 상기 릴럭턴스모터의 회전속도리플이 보상되는 경우의 상기 전치보상토오크를 저장하는 메모리장치를 포함하도록 구성한다.

바람직하게는, 상기 관측기에서 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 상기 전치보상토오크는 수학식 1에 의해 반복하여 산출되도록 하여, 상기 릴럭턴스모터의 상기 토오크리플을 보상하는 전치보상토오크가 반복학습에 의해 산출되도록 할 수도 있다.

[수학식 1]

τ_d(k+1)(θ,τ_e)₌τ_dk(θ,τ_e) + K_Lτ_d

여기서, τ_dk는k번째 인가하는 전치보상토오크, τ_d(k+1)는 k+1번째의 인가되는 전치보상토오크, θ는 릴럭턴스 모터의 회전각,τ_e는 토오크명령, K_L은 학습이득이며 0 내지 1의 범위의 값이다.

또한, 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크의 산출방법은, 사용자에 의한 명령속도와 상기 릴럭턴스 모터의 회전속도와의 속도차이를 구하고, 상기 속도차이로 부터 토오크명령을 발생시키는 단계와; 상기 릴럭턴스모터에 기준부하토오크를 인가하는 단계와; 상기 토오크명령과 상기 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 소정범위내의 전치보상토오크를 반복하여 인가하는 단계와; 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플이 보상되는 경우의 상기 전치보상토오크를 저장하는 단계를 포함하는 것이다.

바람직하게는, 상기 토오크명령과 상기 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크는, 상기 수학식 1에 의해 반복하여 산출되도록 하여, 상기 릴럭턴스모터의 상기 토오크리플을 보상하는 전치보상토오크가 반복학습에 의해 산출되도록 할 수도 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 릴럭턴스모터의 제어시스템과 전치보상토오크의 산출시스템을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 릴럭턴스 모터의 제어시스템의 블록선도이다. 릴럭턴스모터의 제어시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 릴럭턴스모터의 회전각(θ)으로 부터 회전속도(ω)를 산출하는 회전속도산출부(6)와, 사용자에 의한 명령속도(τ*)와 회전속도(ω)와의 속도차이를 구하고, 속도차이로 부터 토오크명령(τ_e)을 발생시키는 비례적분제어부(1)와, 토오크명령(τ_e)과 회전각(θ)의 함수로서 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플(τ_R)을 보상하기 위한 전치보상토오크(τ_d)가 저장되어 있는 메모리부(2)와, 토오크명령(τ_e)에 메모리부(2)로 부터 출력된 전치보상토오크(τ_d)를 더하여, 릴럭턴스모터(3)에 인가되는 제어토오크(τ*)를 발생시키는 가산부(7)를 포함하고 있다.

비례적분제어부(1)는 통상의 비례적분제어기로 구성되며, 도 1에서, Kp는 비례이득, Ki는 적분이득, S는 라플라스 변환자를 나타낸다.

메모리부(2)에 저장된 전치보상토오크(τ_d)는, 뒤에 설명할 릴럭턴스모터의 토오크리플(τ_R)을 보상하기 위한 전치보상토오크(τ_d)의 산출장치에 의해 산출된 것으로서, 토오크명령(τ_e)에 소정의 보상토오크를 반복적으로 인가하여 토오크리플(τ_R)을 보상하는 보상토오크로 산출된 것이고, 토오크명령(τ_e)과 회전각(θ)에 따른 함수로 메모리부(2)에 저장되어 있다.

또한, 릴럭턴스모터(3)는, 비선형적으로 동작하는 릴럭턴스모터를 선형적으로 동작하는 선형모델(4)과 토오크리플(τ_R)로 나누어 나타내었다. 도 1에서 J는 릴럭턴스모터의 선형모델의 공칭관성능률을 나타낸다.

이러한 릴럭턴스모터의 제어시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 회전속도산출부(6)에서 릴럭턴스모터의 회전각(θ)을 검출하고 이를 미분하여 릴럭턴스모터의 회전속도(ω)를 산출하고, 비례적분제어부(1)에서 이 회전속도(ω)와 사용자에 의해 입력된 명령속도(ω*)을 비교하여 명령속도(ω*)과 회전속도(ω)의 차이에 따른 토오크명령(τ_e)을 산출한다.

다음, 메모리부(2)로 부터 토오크명령(τ_e)과 회전각(θ)에 따른 전치보상토오크(τ_d)가 출력되고, 이를 비례적분제어부(1)에서 산출된 토오크명령(τ_e)에 더하여 릴럭턴스모터(3)에 인가되는 제어토오크(τ*)가 산출된다. 이에 따라, 릴럭턴스모터(3)의 토오크리플(τ_R)은 전치보상토오크(τ_d)에 의해 제거되고 릴럭턴스모터(3)는 선형적으로 제어된다.

이하에서는, 상술한 바와 같은 전치보상토오크를 산출하는 전치보상토오크의 산출시스템에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 릴럭턴스 모터의 전치보상토오크의 산출시스템의 블록선도이다. 전치보상토오크의 산출장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자에 의한 명령속도(ω*)와 릴럭턴스모터의 회전속도(ω)와의 속도차이를 구하고, 상기 속도차이로 부터 토오크명령(τ_e)을 발생시키는 비례적분제어부(11)와, 릴럭턴스모터에 기준부하토오크(τ_REF)를 인가하는 부하토오크인가부(18)와, 릴럭턴스모터의 회전각(θ)과 회전속도(ω)를 검출하고, 릴럭턴스모터의 토오크리플(τ_R)을 보상하기 위한 전치보상토오크(τ_d)를 추정하여, 토오크리플이 보상될 때까지 반복하여 인가하는 관측기(15)와, 릴럭턴스모터의 회전속도리플이 제거되는 경우의 전치보상토오크(τ_d)를 저장하는 메모리부(16)를 포함한다.

관측기(15)는 전차원관측기로 구성되며, 회전속도(ω)를 검출하여 회전속도리플의 발생여부를 판단하여 전치보상토오크(τ_d)에 의한 토오크리플(τ_R)의 보상여부를 판별하고, 릴럭턴스모터의 토오크리플(τ_R)을 보상하기 위한 전치보상토오크(τ_d)를 상기한 수학식 1에 의해 추정하여 반복적으로 산출한다.

상술한 바와 같은 전치보상토오크 산출장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

면저, 비례적분제어부(11)에 관측기(15)에서 검출된 릴럭턴스모터의 회전속도(ω)와 사용자에 의한 명령속도(ω*)가 입력되고, 명령속도(ω*)와 회전속도(ω)와의 속도차이를 구하여 속도차이로 부터 토오크명령(τ_e)이 출력된다.

다음, 관측기(15)에서는 릴럭턴스모터의 회전각(θ)으로 부터 회전속도(ω)를 검출하여 회전속도(ω)에 리플이 발생하였는지의 여부를 판별하고, 회전속도(ω)의 리플이 발생한 경우 전치보상토오크(τ_d)의 추정치를 산출하여 출력하고, 이를 토오크명령(τ_e)에 더하여 제어토오크(τ*)가 산출된다. 제어토오크(τ*)는 릴럭턴스모터(12)에 입력되고, 릴럭턴스모터(12)에는 기준부하토오크(τ_REF)가 인가된다.

그런데, 관측기(15)에 의해 부가된 전치보상토오크(τ_d)가 릴럭턴스모터의 토오크리플(τ_R)을 보상하지 못한 경우 릴럭턴스모터의 회전속도(ω)에 리플이 발생하고, 이는 다시 관측기(15)에 의해 검출되어, 관측기(15)에서 수학식 1에 따라 전치보상토오크(τ_d)의 새로운 추정치가 산출되어 토오크명령(τ_e)에 부가된다.

상기와 같은 전치보상토오크(τ_d)의 추정과 부가과정이 반복되면, 관측기에 의해 산출되는 전치보상토오크(τ_d)는 릴럭턴스모터의 실제 토오크리플에 점차 근접하여, 릴럭턴스모터의 회전속도리플이 발생하지 않는 전치보상토오크(τ_d)가 산출되고, 이때, 토오크명령(τ_e)과 릴럭턴스모터(12)에 부가된 기준부하토오크(τ_REF)는 동일하게 된다. 관측기(15)는, 이때의 전치보상토오크(τ_d)를 토오크명령(τ_e)과 회전각(θ)의 함수로 출력하고, 이 값이 메모리부(16)에 저장된다.

상술한 바와 같은, 반복학습에 의한 전치보상토오크(τ_d)의 산출과정을 기준부하토오크(τ_REF)를 달리하여 실시하면, 전 영역의 부하토오크레벨에 대하여 토오크리플(τ_R)의 전치보상토오크(τ_d)를 토오크명령(τ_e)과 회전각(θ)의 함수로 얻게 된다.

이러한 전치보상토오크(τ_d)는 릴럭턴스모터의 제어시스템의 메모리부(16)에 저장되어 릴럭턴스모터의 제어에 이용된다.

이상 설명한 바와 같은 토오크리플을 보상하는 전치보상토오크의 산출장치 및 방법에 의해 릴럭턴스모터의 토오크리플을 완전히 제거할 수 있는 전치보상토오크를 얻을 수 있고, 이 전치보상토오크는 릴럭턴스모터의 제어시스템의 메모리부에 저장되어 릴럭턴스모터의 제어에 이용됨으로써, 릴럭턴스모터의 제어시스템은 전체적으로 선형시스템이 되어 비례적분제어기와 같은 기존의 선형제어기로 간단히 제어할 수 있다. 따라서, 정밀하고도 정확하며 효율이 높은 릴럭턴스모터의 제어방법 및 제어장치가 제공된다.

Claims

릴럭턴스모터의 제어장치에 있어서,

상기 릴럭턴스모터의 회전각으로 부터 회전속도를 산출하는 회전속도산출부와;

사용자에 의한 명령속도와 상기 회전속도와의 속도차이를 구하고, 상기 속도차이로 부터 토오크명령을 발생시키는 비례적분제어부와;

상기 토오크명령과 상기 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크를 저장하는 메모리부와;

상기 토오크명령에 상기 메모리부로 부터 출력된 전치보상토오크를 더하여 상기 릴럭턴스모터에 인가되는 제어토오크를 발생시키는 가산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴럭턴스모터의 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 메모리부에 저장된 상기 전치보상토오크는, 상기 토오크명령에 소정범위의 보상토오크를 반복인가하여 상기 토오크리플을 보상하는 보상토오크로 산출되고, 상기 토오크명령과 상기 회전각에 따른 함수로 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 릴럭턴스모터의 제어장치.
릴럭턴스모터의 제어방법에 있어서,

상기 릴럭턴스모터의 회전각으로 부터 회전속도를 산출하는 단계와;

사용자에 의한 명령속도와 상기 회전속도와의 속도차이를 구하고, 상기 속도차이로 부터 토오크명령을 발생시키는 단계와;

상기 토오크명령과 상기 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크를 산출하는 단계와;

상기 토오크명령에 상기 전치보상토오크를 더하여 상기 릴럭턴스모터에 인가되는 제어토오크를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴럭턴스모터의 제어방법.
제 3항에 있어서,

상기 전치보상토오크는, 상기 토오크명령에 소정범위의 보상토오크를 반복인가하여 상기 토오크리플을 보상하는 보상토오크로 산출되고, 상기 토오크명령과 상기 회전각에 따른 함수인 것을 특징으로 하는 릴럭턴스모터의 제어방법.
릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크의 산출장치에 있어서,

사용자에 의한 명령속도와 상기 릴럭턴스모터의 회전속도와의 속도차이를 구하고, 상기 속도차이로 부터 토오크명령을 발생시키는 비례적분제어부와;

상기 릴럭턴스모터에 기준부하토오크를 인가하는 부하토오크인가부와;

상기 릴럭턴스모터의 회전각과 회전속도를 검출하여 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플의 발생여부를 판단하고, 상기 토오크명령과 상기 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크를 반복하여 인가하는 관측기와;

상기 릴럭턴스모터의 회전속도리플이 보상되는 경우의 상기 전치보상토오크를 저장하는 메모리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크의 산출장치.
제 5항에 있어서,

상기 관측기에서 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 상기 전치보상토오크는 수학식 1에 의해 반복하여 산출되는 것을 특징으로 하는 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크의 산출장치.

[수학식 1]

τ_d(k+1)(θ,τ_e)₌τ_dk(θ,τ_e) + K_Lτ_d

여기서, τ_dk는k번째 인가하는 전치보상토오크, τ_d(k+1)는 k+1번째의 인가되는 전치보상토오크, θ는 릴럭턴스 모터의 회전각,τ_e는 토오크명령, K_L은 학습이득이며 0 내지 1의 범위의 값이다.
릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크의 산출방법에 있어서,

사용자에 의한 명령속도와 상기 릴럭턴스 모터의 회전속도와의 속도차이를 구하고, 상기 속도차이로 부터 토오크명령을 발생시키는 단계와;

상기 릴럭턴스모터에 기준부하토오크를 인가하는 단계와;

상기 토오크명령과 상기 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 소정범위내의 전치보상토오크를 반복하여 인가하는 단계와;

상기 릴럭턴스모터의 토오크리플이 보상되는 경우의 상기 전치보상토오크를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크의 산출방법.
제 7항에 있어서,

상기 토오크명령과 상기 회전각에 따라 상기 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크는, 수학식 1에 의해 반복하여 산출되는 것을 특징으로 하는 릴럭턴스모터의 토오크리플을 보상하기 위한 전치보상토오크의 산출방법.

[수학식 1]

τ_d(k+1)(θ,τ_e)₌τ_dk(θ,τ_e) + K_Lτ_d

여기서, τ_dk는k번째 인가하는 전치보상토오크, τ_d(k+1)는 k+1번째의 인가되는 전치보상토오크, θ는 릴럭턴스 모터의 회전각,τ_e는 토오크명령, K_L은 학습이득이며 0 내지 1의 범위의 값이다.