KR19980076840A

KR19980076840A - Motor driving method by space vector PWM

Info

Publication number: KR19980076840A
Application number: KR1019970013709A
Authority: KR
Inventors: 용성일
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-11-16

Abstract

본 발명은 공간벡터 PWM에 의한 모터구동 방법에 관한 것으로서, 특히, 공간벡터 펄스폭변조 방식을 이용하여 한 주기의 샘플링주기 내에 대칭되는 펄스를 발생하는 모터구동장치에 있어서, 제어주기를 온/오프상태로 나누어 상기 샘플링주기의 절반으로 하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a motor driving method using a space vector PWM, in particular, in a motor driving apparatus for generating a pulse symmetrical within a sampling period of one cycle by using a space vector pulse width modulation method, the control cycle on / off It is characterized by dividing the state into half of the sampling period.

따라서, 본 발명에서는 제어주기를 샘플링주기의 절반으로 줄임으로써, 디지털 제어에 의한 지연을 샘플링주기의 절반으로 줄일수 있으며, 이에 따라 보다 정밀하게 모터구동을 위한 삼상전압을 생성할 수 있으므로 정밀한 모터제어가 가능하며, 종래 기술에 비하여 동일 스위칭주파수에서 두배 정도의 응답특성을 갖는 모터구동장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.Therefore, in the present invention, by reducing the control period to half of the sampling period, it is possible to reduce the delay by digital control to half of the sampling period, thereby generating three-phase voltage for driving the motor more precisely. It is possible, and there is an effect that can implement a motor drive device having a response characteristic of about twice the same switching frequency than the prior art.

Description

Motor driving method by space vector PWM

본 발명은 공간벡터 PWM에 의한 모터구동 방법에 관한 것으로서, 특히 공간벡터 펄스폭변조(PWM) 스위칭 방식의 이용시 제어주기를 샘플링 주파수의 절반으로 만들어 줌으로써, 동일한 스위칭 주파수에서 모터의 응답특성을 개선할 수 있는 공간벡터 PWM에 의한 모터구동 방법에 관한 것이며, 본 발명은 공장자동화 기기중 폭넓게 사용되는 범용 인버터 및 서보 드라이버에 적용되며, 그것에 한정하지 않는다.The present invention relates to a motor driving method using a space vector PWM, and in particular, by using a space vector pulse width modulation (PWM) switching method, the control period is made half of the sampling frequency, thereby improving the response characteristics of the motor at the same switching frequency. The present invention relates to a motor driving method using a space vector PWM, and the present invention is applied to a general-purpose inverter and a servo driver widely used among factory automation equipment, but is not limited thereto.

현재 산업현장에서는 여러 종류의 모터들이 사용되고 있으며, 이들 모터의 드라이버들은 삼각파 펄스폭변조(PWM; Pulse Width Modulation) 스위칭 방식을 사용하고 있다. 전압형에 있어서, 상기 삼각파 펄스폭변조 스위칭 방식은 전류제어기의 전압지령과 기준 삼각파의 전압레벨을 비교하여 두 전압신호 크기의 대소에 따라 펄스신호를 발생하고, 이로부터 유도된 펄스신호로 인버터의 스위칭 상태를 변화시킴으로써 모터의 전류가 실제전류를 추종하도록 한다.Currently, various types of motors are used in the industrial field, and drivers of these motors use a pulse width modulation (PWM) switching method. In the voltage type, the triangular wave pulse width modulation switching method generates a pulse signal according to the magnitude of two voltage signals by comparing the voltage command of the current controller and the voltage level of the reference triangular wave. By changing the switching state, the current of the motor follows the actual current.

일반적으로, 교류전동기를 구동하기 위한 인버터의 성능은 직류링크전압 즉,(여기서, VS는 전원전압)을 어느정도까지 선형적으로 만들어줄 수 있는지가 매우 종요하다. 왜냐하면, 전운전영역에서 교류전동기가 최대의 토크를 발생할 수 있도록 하기 위해서이다.In general, the performance of the inverter for driving an AC motor is a DC link voltage, It is very important to be able to make linear (where VS is the supply voltage). This is to allow the AC motor to generate the maximum torque in the entire operation region.

그러나 종래의 삼각파 펄스폭변조(PWM) 방식을 사용할 경우 78%의 최대라인전압의 효율만 얻을 수 있다. 상기의 삼각파 펄스폭변조(PWM) 방식의 효율을 개선하기 위해 공간벡터 펄스폭변조(PWM) 방식이 적용되고 있는 추세있으며, 이 방식의 효율은 91%에 이른다.However, when using the conventional triangular pulse width modulation (PWM) method, only 78% of the maximum line voltage efficiency can be obtained. In order to improve the efficiency of the triangle wave pulse width modulation (PWM) method, the space vector pulse width modulation (PWM) method is being applied, the efficiency of this method reaches 91%.

도 1 을 참조하여, 상기 공간벡터 펄스폭변조(PWM) 방식은 6개의 스위칭 모드가 있으며, 각 스위칭 모드에 대응되는 독립적인 전압벡터들(V1∼V7)이 방사형의 원을 형성한다. 참조부호 Vas^＊는 요구되는 명령전압벡터로서, 이는 각각의 유효 전압벡터(1,2)로 분할하여 스위칭하고 전기각(α)를 갖는다. 그 이유는 명령전압벡터(Vas^＊)가 유효전압벡터(2,4)들의 벡터합이기 때문이다.Referring to FIG. 1, the space vector pulse width modulation (PWM) method has six switching modes, and independent voltage vectors V1 to V7 corresponding to each switching mode form a radial circle. The reference Vas ^* is a required command voltage vector, which is divided into respective effective voltage vectors 1 and 2 for switching and has an electrical angle α. This is because the command voltage vector Va ^* is the vector sum of the valid voltage vectors 2 and 4.

상기 상기 공간벡터 펄스폭변조(PWM) 방식에 다른 종래 기술은 제어주기를 샘플링주기와 동일한 구간으로 설정함으로써, 디지털 제어에 의한 지연이 샘플링주기 만큼 발생된다. 따라서, 보다 정밀한 모터제어의 응용에 그 한계점이 있다.In the prior art, which is different from the spatial vector pulse width modulation (PWM) scheme, the control period is set to the same period as the sampling period, whereby a delay caused by digital control is generated by the sampling period. Therefore, there is a limit to the application of more precise motor control.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 공간벡터 펄스폭변조(PWM) 스위칭 방식의 이용시 제어주기를 샘플링 주파수의 절반으로 만들어 줌으로써, 동일한 스위칭 주파수에서 모터의 응답특성을 개선할 수 있는 공간벡터 PWM에 의한 모터구동 밥법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems by making the control period half of the sampling frequency when using the space vector pulse width modulation (PWM) switching method, thereby improving the response characteristics of the motor at the same switching frequency It is to provide a motor driving method by vector PWM.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은 공간벡터 펄스폭변조 방식을 이용하여 한 주기의 샘플링주기 내에 대칭되는 펄스를 발생하는 모터구동장치에 있어서, 제어주기를 온/오프상태로 나누어 상기 샘플링주기의 절반으로 하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method of the present invention uses a space vector pulse width modulation method to generate a symmetrical pulse within a sampling period of one cycle, the motor drive device, the control period divided by the on / off state the sampling period It is characterized in that the half.

도 1 은 종래의 모터구동을 위한 공간벡터제어를 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a space vector control for a conventional motor drive.

도 2 는 본 발명에 따른 모터구동장치를 설명하기 위한 블록도.2 is a block diagram for explaining a motor drive apparatus according to the present invention.

도 3 은 도 2 의 장치에 의한 삼각파를 설명하기 위한 파형도.3 is a waveform diagram for explaining a triangular wave by the apparatus of FIG. 2;

도 4 는 도 2 의 장치에 의한 게이트신호를 설명하기 위한 파형도.4 is a waveform diagram for explaining a gate signal by the apparatus of FIG.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10; 삼각파발생부20; 명령입력부10; Triangle wave generator 20; Command input section

40; 인버터부60; 게이트신호 발생부40; Inverter section 60; Gate signal generator

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 는 본 발명에 의한 모터구동장치를 설명하기 위한 블록도로서, 도시된 바와 같이 소정주기의 삼각파(T)를 발생하고, 삼각파(T)의 한 주기를 샘플링주기(TS)로 하고, 샘플링주기(TS)마다 소정의 펄스신호(P)를 발생하는 삼각파발생부(10)와, 상전압명령(Vas^＊)을 입력받아 저장하고, 소정의 펄스신호(P)에 응답하여 저장된 상전압명령(Vas^＊)을 출력하는 명령입령부(20)와, 복수의 스위치(SW1∼SW6)를 갖고, 복수의 스위치(SW1∼SW6)의 스위칭 상태에 따라 모터를 구동하기 위한 삼상전압을 출력하는 인버터부(40)와, 삼각파발생부(10) 및 명령입력부(20)에서 각각 제공되는 산각파(T)와 상전압명령(Vas^＊)에 응답하여 복수의 스위치(SW1∼SW6)를 제어하기 위애 복수의 게이트신호를 발생하고, 상기 복수의 게이트신호가 한 주기의 샘플링구간(TS)내에 대칭적으로 배치되는 게이트신호발생부(60)로 구성된다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a motor driving apparatus according to the present invention. As shown, a triangular wave T having a predetermined period is generated, and one cycle of the triangular wave T is a sampling period TS, and The triangular wave generator 10 which generates a predetermined pulse signal P for each period TS, and receives and stores the phase voltage command Va ^* , and stores the stored phase voltage command in response to the predetermined pulse signal P. An inverter having a command input unit 20 for outputting Va ^* and a plurality of switches SW1 to SW6 and outputting a three-phase voltage for driving a motor in accordance with the switching states of the plurality of switches SW1 to SW6. In order to control the plurality of switches SW1 to SW6 in response to the angle wave T and the phase voltage command Va ^* provided by the unit 40, the triangular wave generator 10, and the command input unit 20, respectively. A plurality of gate signals are generated, and the plurality of gate signals are symmetrically arranged in a sampling period TS of one period. It is composed of a gate signal generator 60.

이와 같이 구성된 바람직한 실시예의 동작전반에 대해 도 3 및 도 4 의 파형도를 인용하여 기술하면 다음과 같다.Referring to the waveform diagram of FIGS. 3 and 4 with respect to the overall operation of the preferred embodiment configured as described above are as follows.

먼저, 명령입력부(20)는 버퍼로 구성되며, 중앙처리장치(CPU)에서 제공하는 상전압명령(Vas^＊)을 입력받아 임시 저장하는 일을 담당한다. 일단 상전압명령(Vas^＊)이 저장되면 삼각파발생부(10)는 펄스신호(P)를 명령입력부(20)에 제공하고, 명령입력부(20)는 펄스신호(P)에 동기되어 입력되는 상전압명령(Vas^＊)을 순차적으로 게이트신호 발생부(60)에 제공한다.First, the command input unit 20 is configured as a buffer, and is responsible for temporarily storing the phase voltage command Va ^* provided by the CPU. Once the phase voltage command Va ^* is stored, the triangular wave generator 10 provides the pulse signal P to the command input unit 20, and the command input unit 20 is synchronized with the pulse signal P. The voltage command Va ^* is sequentially provided to the gate signal generator 60.

도 3 은 직류링크전압(VDC) 대 시간(t)에 대한 파형을 나타내며, 도시된 바와 같이 삼각파(T)는 VDC/2와 -VDC/2을 사이에서 변화하고, 일례로 상전압명령(Vas^＊)은 0과 VDC/2 사이의 값으로 설정된다. 그리고 펄스신호(P)는 삼각파(T)의 상승엣지에서 발생한다. 이와 같은 상태에서 게이트신호발생부(60)는 입력되는 상전압명령(Vas^＊)과 삼각파(T)에 응답하여 공간벡터제어에 의한 도 4 와 같은 스위칭 파형인 게이트신호들(S1,S2,S3)을 결정한다.Figure 3 shows the waveform for the DC link voltage (VDC) vs. time (t), as shown, the triangular wave (T) changes between VDC / 2 and -VDC / 2, for example the phase voltage command (Vas) ^{* Is} set to a value between 0 and VDC / 2. The pulse signal P is generated at the rising edge of the triangular wave T. Thus in the same conditions as the gate signal generating section 60 is a switching waveform, such as the phase voltage commands (Vas ^*) and a triangular wave 4 by the space vector control in response to the (T) which is input a gate signal (S1, S2, S3 Is determined.

도 4 에서 알수 있듯이, 게이트신호들(S1,S2,S3)은 한 주기의 샘플링구간(TS)를 T0,T1,T2로 분할하여 스위칭하는 데, 이 스위칭 벡터는 T0/2,T1,T2,T0/2의 구간에서 온상태가 되도록 하고, 반면 T0/2,T2,T1,T0/2의 구간에서는 오프가 되도록 대칭적으로 구현된다. 이때, 제어주기(TC)는 샘플링구간(TS)의 절반에 해당하며 온상태와 오프상태로 나뉘어진다.As can be seen in FIG. 4, the gate signals S1, S2, S3 divide and switch a sampling period TS of one period into T0, T1, T2, and the switching vectors are T0 / 2, T1, T2, It is implemented symmetrically so as to be turned on in the interval of T0 / 2, while being turned off in the interval of T0 / 2, T2, T1, and T0 / 2. At this time, the control period TC corresponds to half of the sampling period TS and is divided into an on state and an off state.

이렇게 함으로써, 제어지연이 샘플링주기(TS)만큼 줄어들고, 10㎑의 스위칭 주파수의 사용시 거의 20㎑의 스위칭 주파수의 사용과 대등한 제어효과가 달성된다. 이러한 개념을 확장하여, 스위칭주파수를 높이면 그만큼 직류링크전압을 잘게 분할하여 삼상전압을 만들어 낼수 있으므로 전압리플이 줄고, 결과적으로 고조파성분이 줄어들게 된다.By doing so, the control delay is reduced by the sampling period TS, and a control effect equivalent to the use of a switching frequency of nearly 20 Hz is achieved when the switching frequency of 10 Hz is used. By extending this concept, the higher the switching frequency, the smaller the DC link voltage can be divided to create a three-phase voltage, so the voltage ripple is reduced, and consequently the harmonic content is reduced.

상기 게이트신호(S1,S2,S3)들은 인버터부(40)의 스위칭 상태에 따라 모터구동을 위한 삼상전압(U,V,W)을 결정하게 된다.The gate signals S1, S2, and S3 determine three-phase voltages U, V, and W for driving the motor according to the switching state of the inverter unit 40.

따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 제어주기를 샘플링주기의 절반으로 줄임으로써 디지털 제어에 의한 지연을 샘플링주기의 절반으로 줄일수 있으며, 이에 따라 보다 정밀하게 모터구동을 위한 삼상전압을 생성할 수 있으므로 정밀한 모터제어가 가능하며, 종래 기술에 비하여 동일 스위칭주파수에서 두 배정도의 응답특성을 갖는 모터구동장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.Therefore, as described above, in the present invention, by reducing the control period to half of the sampling period, the delay caused by the digital control can be reduced to half of the sampling period, thereby generating three-phase voltage for motor driving more precisely. Therefore, precise motor control is possible, and compared with the prior art, it is possible to implement a motor driving apparatus having a response characteristic of about twice the same switching frequency.

Claims

A motor drive device that generates a symmetrical pulse within a sampling period of one cycle by using a space vector pulse width modulation method, wherein the control period is divided into on / off states to be half of the sampling period. Motor driving method by