KR19990069920A - Speed Sensorless Vector Controller Using High Frequency Injection in Induction Motors - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도 전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기에 관한 것으로, 종래에는 처음 기동시 부하토크에 대한 응답이 늦어 기동에 실패할 경우가 많고, 또한 정격부하의 토크의 변동에서도 추정에 실패하는 경우가 발생하여 부하의 적용에 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 제어기에서 위치 및 속도 옵저버를 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 q축과 d축 성분으로 각각 분해한 고주파 전류와 코사인함수 및 사인함수를 각각 곱하고, 이 곱해진 값의 차를 구하는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 구한 에러신호를 출력하는 헤테로다인 과정부(22A)와, 상기에서 구한 에러신호에 대하여 로우패스 필터링을 행하여 얻은 필터링 에러신호를 출력하는 로우패스필터(22B)와, 상기에서 출력되는 필터링 에러신호를 입력받아 적분기와 이득제어를 통해 자속 속도 추정값을 연산하는 옵저버 제어기(22C)와, 상기 자속 속도 추정값에 유도전동기의 슬립속도에 이득제어를 행한 값을 더하여 속도를 보상한 자속속도 보상 추정값을 출력하는 속도 보상기(22E)와, 상기 자속속도 보상 추정값을 적분하여 자속 위치 추정값을 구하는 적분기(22D)로 구성하여, 부하의 급격한 변동에서도 자속의 속도와 위치를 정확히 추정하고, 항상 성공적인 기동을 가능하게 하여 과도상태 토크응답을 개선하도록 한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speed sensorless vector controller using high frequency injection in an induction motor. In the related art, in the case of the first startup, the response to the load torque is late, so that the startup fails in many cases, and the estimation fails even when the torque of the rated load changes. There was a problem in applying the load. Therefore, the present invention multiplies the high frequency current, the cosine function, and the sine function, respectively, by decomposing the high frequency detection current having positional and velocity observer information into the q-axis and d-axis components in the speed sensorless controller using high frequency injection. A heterodyne processor 22A for outputting an error signal obtained through a new heterodyne process for obtaining a difference between the multiplied values, and a low pass filter for outputting a filtering error signal obtained by performing low pass filtering on the error signal obtained above. (22B), an observer controller (22C) which receives the filtering error signal outputted from the output and calculates a flux speed estimate value through an integrator and gain control, and a value of gain control of slip speed of an induction motor to the flux speed estimate value; A speed compensator 22E for outputting a magnetic flux compensation compensation estimated value to compensate for the speed, and the magnetic flux compensation compensation weight Configured as an integrator (22D) to integrate the value of the magnetic flux to obtain the location estimate, in the sudden change of the load and accurately estimate the speed and position of the magnetic flux, it is a transient state to improve the torque response always enables a successful start-up.
Description
본 발명은 토크 응답성을 크게 향상시켜 기동이나 정격 부하 토크의 빠른 응답을 가능하게 하기 위한 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기에 관한 것으로, 특히 부하의 급격한 변동에서도 자 속의 속도와 위치를 정확히 추정할 수 있도록 하고, 항상 성공적인 기동을 가능하게 하기 위한 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speed sensorless vector controller using high frequency injection in an induction motor for greatly improving torque responsiveness to enable fast response of starting or rated load torque. The present invention relates to a speed sensorless vector controller using high frequency injection in an induction motor to enable accurate estimation and to always enable successful startup.
현재 산업에서 사용되는 범용 인버터의 경우, 속도센서가 없이 자속 및 주파수를 일정하게 하는 전압/주파수 제어가 일반적이며, 속도제어나 토크제어가 필요한 부분에서는 속도센서를 부착한 벡터제어 인버터를 사용한다.In the case of general-purpose inverters used in the present industry, voltage / frequency control that maintains a constant flux and frequency without a speed sensor is common, and a vector control inverter with a speed sensor is used in a part where speed control or torque control is required.
속도 검출장치의 부착은 별도의 추가비용이 필요하고, 속도 검출장치의 부착이 어렵거나 먼 거리로 인한 노이즈에 의한 문제점을 갖게 된다.The attachment of the speed detector requires a separate additional cost, and the attachment of the speed detector is difficult or has a problem due to noise due to a long distance.
또한 전동기 축과 일치되지 않을 경우는 또다른 문제를 발생하게 된다.In addition, if the motor shaft does not match, another problem occurs.
따라서 속도 검출장치가 필요없는 속도 및 토트제어가 가능한 벡터 인버터의 출시가 대두된다.Therefore, the introduction of a vector inverter capable of speed and tote control without the need for a speed detection device is emerging.
현재 많은 방식들이 제시되어 산업에 응용되고 있다.Many methods are currently proposed and applied to industry.
이러한 방법들은 과도응답이 문제가 되거나, 전동기 상수를 정확하게 알고 있어야 하는 문제점들을 안고 있다. 여기서 무엇보다도 중요한 것은 저속에서 응용되기 어렵다는 점이다.These methods have problems with transient response or having to know the motor constants accurately. The most important thing here is that it is difficult to apply at low speed.
따라서 저속에서 응용이가능한 방식으로 전동기에 기본파의 구동 주파수와는 별도의 고주파 신호를 인가하여 이로 생기는 자 속의 돌극성 및 포화를 이용해서 일반 유도전동기의 자속 및 정지 상태에서도 위치 및 속도 정보를 찾는 방식이 부각되고 있다.Therefore, by applying a high frequency signal separate from the driving frequency of the fundamental wave to the motor in a way that can be applied at a low speed, the position and velocity information can be found even in the magnetic flux and stop state of the general induction motor by using the polarity and saturation of the magnetic flux. The way is emerging.
그러나 이 방식에서 처음 기동이나 정격 부하 토크의 빠른 변화에서 문제점을 안고 있다.However, this method suffers from the initial start-up or rapid change of rated load torque.
본 발명은 이러한 문제를 해결하여 토크 응답성을 크게 향상시켜 기동이나 정격 부하 토크의 빠른 응답을 가능하게 한다.The present invention solves this problem and greatly improves the torque responsiveness to enable a quick response of starting or rated load torque.
이와같은 본 발명에 대하여는 뒤에 설명하기로 한다.This invention will be described later.
도 1은 종래 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시된 바와같이, 입력되는 고정자 전류 지령값(
상기에서 위치 및 속도 옵저버(18)는, 도 2에 도시된 바와같이, 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(
이와같이 구성된 종래 기술에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the prior art configured in this way in detail as follows.
유도 전동기의 구동 시스템은 기본파 구동 주파수 성분과 구동 전력보다 낮은 전력의 고주파수의 신호를 중첩하여 유도 전동기의 고정자 권선부에 전력을 공급한다.The driving system of the induction motor superimposes a fundamental wave driving frequency component and a signal of a high frequency of a power lower than the driving power to supply power to the stator winding of the induction motor.
이때 기기의 회전자는 고유의 임피던스가 변경되고, 회전자의 회전 위치의 함수로 구성되는 주파수 신호가 고정자 권선부의 신호에 영향을 주게 되어 돌극성이 나타난다.At this time, the inherent impedance of the rotor is changed, and a frequency signal composed as a function of the rotational position of the rotor affects the signal of the stator winding part, thereby showing the polarity.
즉, 회전자의 누설 인덕턴스는 고정자 권선부에 의하여 회전자 위치의 주기적 함수로서 변화한다.That is, the leakage inductance of the rotor changes as a periodic function of the rotor position by the stator windings.
회전자 위치에 관한 정보는 시간의 함수로 나타나며 전동기의 속도 또는 토크를 제어하기 위해 기본 주파수의 구동 전력에 중요한 정보로서 이용될 수 있다.Information about the rotor position is presented as a function of time and can be used as important information for the driving power of the fundamental frequency to control the speed or torque of the motor.
일반적인 돌극성을 갖지 않는 균일한 표면의 회전자인 유도전동기에 상기에서와 같은 방법을 도입하면 유도 전동기의 자속 경로가 포화되어 자속벡터의 위치 함수로서 신호 주파수에서 이 부분의 신호에 대한 고정자 권선부의 응답에 영향을 미치는 돌극성을 발생한다.When the above method is introduced into an induction motor, which is a rotor of a uniform surface without general polarity, the magnetic flux path of the induction motor is saturated and the response of the stator winding to the signal of this part at the signal frequency as a function of the position of the magnetic flux vector. Occurrence of polarity affecting.
고정자 권선부에서의 응답은 유도 전동기에서의 고정자 변위 인덕턴스로 자속 벡터 위치의 주기적 함수로 변화한다.The response at the stator windings changes as a periodic function of the flux vector position with stator displacement inductance in the induction motor.
신호 주파수에서의 고정자 응답은 신호 주파수와 자속 벡터 위치에서의 응답 크기간에 상관 관계를 제공하도록 검출 및 측정된다.The stator response at the signal frequency is detected and measured to provide a correlation between the signal frequency and the magnitude of the response at the flux vector location.
시간의 함수인 자속벡터 위치에 관한 정보는 전동기 구동에서 속도와 토크제어를 위해 전동기의 기본 주파수 구동전력의 유용한 정보로 제공된다.Information about the position of the magnetic flux vector as a function of time is provided as useful information of the basic frequency driving power of the motor for speed and torque control in motor operation.
고정자 권선에서의 높은 주파수 신호에 대한 응답 검출은 회전자의 각위치 또는 자속 벡터와 상관 관계를 이루는 신호 주파수에 대한 응답의 변조를 분리하기 위하여 혼합신호를 여과함으로써 헤테로다인 검출을 이용해서 검출한다.Response detection for high frequency signals in the stator windings is detected using heterodyne detection by filtering the mixed signal to separate the modulation of the response to the signal frequency correlated with the angular position of the rotor or the flux vector.
앞에서 설명한 바와같은 이유에 의해서 일반적인 유도전동기르루고주파 주입을 이용하여 동작시키는데, 이에 대하여 도 1 및 도 2에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.For the same reason as described above, it operates by using a general induction motor luru frequency injection, which will be described based on FIG. 1 and FIG. 2.
전류 제어부(11)는 q축과 d축 전류에 대한 고정자 전류값(
그러면 상기 가산기(12)는 유도전동기의 속도 또는 토크를 제어하기 위한 중요한 정보인 돌극성 정보를 얻기위하여 외부로 부터 입력되는 고주파 인가전압 지령값(
즉, 전류 제어기(11)에서 출력되는 기본파 구동 주파수 성분에 해당하는 지령값과 외부로 부터의 높은 주파수에 해당하는 지령값을 중접한 신호를 상기 전압 출력부(13)로 출력한다.That is, a signal obtained by overlapping a command value corresponding to a fundamental wave driving frequency component output from the current controller 11 and a command value corresponding to a high frequency from the outside is output to the voltage output unit 13.
여기서 상기 전압 출력부(13)는 인버터 시스템으로 펄스폭변조(PWM) 전압형 인버터이다.The voltage output unit 13 is a pulse width modulation (PWM) voltage type inverter as an inverter system.
그러므로 상기 전압 출력부(13)는 상기 가산기(12)로 부터 제공되는 고정자 전압 지령값(
따라서 상기 유도전동기(14)는 3상 지령전압(
상기 유도전동기(14)가 구동하게 되면, 상기 유도전동기(14)에는 3상 지령전압(
그러면 전류검출 및 필터회로(15)는 유도전동기(14)로 흐르는 3상 전류(
이렇게 얻은 상기 고정자 전류(
그러면 상기 고정자 대 동기좌표 변환부(16)는 고정자 좌표계로 변환된 전류를 다시 동기좌표계로 변환시키고, 이 변환을 통해 얻어진 고정 전류(
이때 전류 제어부(11)는 상기 고정자 대 동기 좌표변환부(16)로 부터 제공되는 고정전류(
그리고 상기 동기 필터(17)는 고주파 신호의 정보를 얻기위하여 기본파 주파수를 제거하기 위하여 로우패스필터링을 행하여 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(
이에따라 상기 위치 및 속도 옵저버(18)는 동기 필터(17)로 부터 제공되는 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(
이와같은 과정을 통해 얻은 자속위치 추정값(
상기에서와 같이 각 부를 통해 추정한 자속의 속도 및 위치에 따라 유도전동기(15)를 제어한다.As described above, the induction motor 15 is controlled according to the speed and position of the magnetic flux estimated through each unit.
여기서, 상기 위치 및 속도 옵저버(18)의 동작에 대하여 도 2에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.Herein, the operation of the position and velocity observer 18 will be described with reference to FIG. 2.
먼저, 동기 필터(17)에서 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(
그러면 상기 헤테로다인 과정부(22A)의 제1곱셈기(221)에서 q축 성분의 고주파 검출전류(
이때 제2곱셈기(222)는 d축 성분의 고주파 검출전류(
그러면 상기 가산부(225)는 비반전단자(+)와 반전단자(-)로 각각 입력되는 제1,제2곱셈기(221,222)의 값을 받아 더하여 에러신호(ε)를 구한다.Then, the adder 225 receives the values of the first and second multipliers 221 and 222 respectively input to the non-inverting terminal (+) and the inverting terminal (-) to obtain an error signal ε.
즉, 헤테로다인 과정부(22A)는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 옵저버 제어기(22C)에서 보정할 에러신호(ε)를 구하여, 로우패스필터(22B)로 출력한다.That is, the heterodyne processor 22A obtains an error signal ε to be corrected by the observer controller 22C through the new heterodyne process, and outputs it to the low pass filter 22B.
그러면 상기 로우패스필터(22B)는 헤테로다인 과정을 통해 얻어진 불필요한 성분을 제거하기 위하여 필터링을 행하고, 그 필터링한 에러신호(
이에 상기 옵저버 제어기(22C)의 적분기(226)는 상기 에러신호(
이때 옵저버 제어기(22C)는 상기 에러신호(
그러면 상기 가산기(227)는 에러신호(
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 자 속의 속도 및 위치를 얻기 위한 옵저버 제어기는 처음 기동시 부하토크에 대한 응답이 늦어 기동에 실패할 경우가 많고, 정격부하의 토크의 변동에서도 추정에 실패하는 경우가 발생하여 부하의 적용에 문제점이 있다.However, in the prior art as described above, the observer controller for obtaining the speed and position of the magnetic flux often fails to start due to a slow response to the load torque at the first startup, and fails to estimate even when the torque of the rated load changes. There is a problem in the application of the load occurs.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 부하의 급격한 변동에서도 자속의 속도와 위치를 정확히 추정할 수 있도록 한 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기를 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to solve the conventional problems as described above to provide a speed sensorless vector controller using high frequency injection in an induction motor that can accurately estimate the speed and position of magnetic flux even under a sudden change in load. .
본 발명의 다른 목적은 항상 성공적인 기동을 가능하게 하여 부하응답의 성능을 향상시키도록 한 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a speed sensorless vector controller using high frequency injection in an induction motor which always enables successful starting to improve the performance of the load response.
도 1은 종래 고주파 주입을 이용한 센서리스 벡터 제어기에 대한 회로 구성도.1 is a circuit diagram illustrating a sensorless vector controller using a conventional high frequency injection.
도 2는 도 1에서, 위치 및 속도 옵저버에 대한 상세 회로도.FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the position and velocity observer in FIG.
도 3은 본 발명에서의 위치 및 속도 옵저버에 대한 회로 구성도.3 is a circuit diagram illustrating a position and velocity observer in the present invention.
도 4 및 도 5는 본 발명과 종래 방식을 비교한 전동기 부하 토크 응답에 대한 실험 파형도.4 and 5 are experimental waveform diagrams of the motor load torque response comparing the present invention and the conventional method.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
11 : 전류 제어부 12 : 가산기11: current control unit 12: adder
13 : 전압 출력부 14 : 유도전동기13 voltage output unit 14 induction motor
15 : 전류검출 및 필터회로 16 : 고정자 대 동기좌표 변환부15 current detection and filter circuit 16 stator to synchronous coordinate conversion unit
17 : 동기필터 18 : 위치 및 속도 옵저버17: Sync filter 18: Position and velocity observer
22A : 헤테로다인 과정부 22B : 로우패스필터22A: heterodyne process section 22B: low pass filter
22C : 옵저버 제어기 22D : 적분기22C: Observer Controller 22D: Integrator
22E : 속도 보상기22E: Speed Compensator
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 고정자 전류값에 대응하는 전압값과 외부로 부터의 고주파 인가전압 지령값에 따라 좌표변환을 행하여 생성된 3상 지령전압에 의해 유도 전동기를 구동시키는 전압 출력부와, 전류검출 및 필터회로와 고정자 대 동기 좌표변환부를 통해 상기 유도 전동기에 흐르는 부하 전류를 검출하여 동기좌표 변환 및 필터링하여 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 동기필터를 거쳐 구하고, 그 필터의 고주파 검출전류로 부터 자속의 위치 추정값과 속도 추정값을 추출하는 위치 및 속도 옵저버로 이루어진 속도 센서리스 벡터 제어기에 있어서, 상기 위치 및 속도 옵저버는 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 q축과 d축 성분으로 각각 분해한 고주파 전류와 코사인함수 및 사인함수를 각각 곱하고, 이 곱해진 값의 차를 구하는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 구한 에러신호를 출력하는 헤테로다인 과정부와, 상기 헤테로다인 과정부에서 구한 에러신호에 대하여 로우패스 필터링을 행하여 얻은 필터링 에러신호를 출력하는 로우패스필터와, 상기 로우패스필터에서 출력되는 필터링 에러신호를 입력받아 적분기와 이득제어를 통해 자속 속도 추정값을 연산하는 옵저버 제어기와, 상기 옵저버 제어기의 자속 속도 추정값에 전동기의 슬립속도에 이득제어를 행한 값을 더하여 속도를 보상한 자속속도 보상 추정값을 출력하는 속도 보상기와, 상기 속도 보상기에서 출력되는 자속속도 보상 추정값을 적분하여 자속 위치 추정값을 구하여 출력함과 아울러 상기 헤테로다인 과정부로 피드백하는 적분기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a voltage output for driving an induction motor by a three-phase command voltage generated by the coordinate transformation according to the voltage value corresponding to the input stator current value and the high frequency applied voltage command value from the outside And a high-frequency detection current having the polarity information is obtained through the synchronous filter by detecting the load current flowing through the induction motor through the current detection and filter circuits and the stator-to-synchronous coordinate conversion unit. A speed sensorless vector controller comprising a position and velocity observer for extracting a position estimate and a velocity estimate of a magnetic flux from a high frequency detection current, wherein the position and velocity observer comprises a q-axis and a d-axis component for a high-frequency detection current having bulge polarity information. Multiply each of the decomposed high frequency currents by the cosine and sine functions, and A heterodyne process unit for outputting an error signal obtained through a new heterodyne process for obtaining a difference between the low pass filters, a low pass filter for outputting a filtering error signal obtained by performing low pass filtering on the error signal obtained in the heterodyne process unit, An observer controller that receives the filtering error signal output from the low pass filter and calculates a flux speed estimate through integrator and gain control, and a speed obtained by adding a gain control value to a slip speed of the motor to a flux speed estimate of the observer controller. Comprising a speed compensator for outputting a magnetic flux compensation compensation value compensated for; and integrating the magnetic flux compensation compensation value output from the speed compensator to obtain a magnetic flux position estimate value and outputs the feedback to the heterodyne processor; It features.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명 유도전동기에서 고주파 주입을 이용한 속도 센서리스 벡터 제어기에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 고정자 전류값에 대응하는 전압값과 외부로 부터의 고주파 인가전압 지령값에 따라 좌표변환을 행하여 생성된 3상 지령전압에 의해 유도 전동기를 구동시키는 전압 출력부와, 전류검출 및 필터회로와 고정자 대 동기 좌표변환부를 통해 상기 유도 전동기에 흐르는 부하 전류를 검출하여 동기좌표 변환 및 필터링하여 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 동기필터를 거쳐 구하고, 그 필터의 고주파 검출전류로 부터 자속의 위치 추정값과 속도 추정값을 추출하는 위치 및 속도 옵저버로 이루어진 속도 센서리스 벡터 제어기에 있어서, 상기 위치 및 속도 옵저버는 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류를 q축과 d축 성분으로 각각 분해한 고주파 전류와 코사인함수 및 사인함수를 각각 곱하고, 이 곱해진 값의 차를 구하는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 구한 에러신호를 출력하는 헤테로다인 과정부(22A)와, 상기 헤테로다인 과정부(22A)에서 구한 에러신호에 대하여 로우패스 필터링을 행하여 얻은 필터링 에러신호를 출력하는 로우패스필터(22B)와, 상기 로우패스필터(22B)에서 출력되는 필터링 에러신호를 입력받아 적분기와 이득제어를 통해 자속 속도 추정값을 연산하는 옵저버 제어기(22C)와, 상기 옵저버 제어기(22C)의 자속 속도 추정값에 전동기의 슬립속도(
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.
전류 제어부(11)와 전압 출력부(12)를 거쳐 유도전동기(14)를 구동하고, 그 구동되는 유도전동기(14)로 부터 전류를 검출하여 자 속의 위치 및 속도를 추정하는 전류검출 및 필터회로(15), 고정자 대 동기좌표 변환부(16), 동기필터(17) 그리고 위치 및 속도 옵저버(18)의 동작은 도 1에서 설명한 동작과 동일하며, 상기 위치 및 속도 옵저버(18)의 동작이 다른데 이에 대하여 도 3에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.A current detection and filter circuit for driving the induction motor 14 through the current control unit 11 and the voltage output unit 12 and detecting current from the driven induction motor 14 to estimate the position and speed of the magnetic flux. (15), the operations of the stator-to-synchronous coordinate converter 16, the synchronous filter 17, and the position and velocity observer 18 are the same as those described with reference to FIG. 1, and the operation of the position and velocity observer 18 Another case is described based on FIG. 3.
고주파 신호를 주입하는 방식에서 자 속의 위치 및 속도를 추정하는 옵저버 제어기(22C) 구성시, 상기 옵저버 제어기(22C)의 출력신호에 노이즈 등이 실리는 것을 막기 위해 출력 주파수 대역을 작게 하는 것이 보편적이다.When constructing the observer controller 22C for estimating the position and velocity of the magnetic flux in the method of injecting a high frequency signal, it is common to reduce the output frequency band to prevent noise or the like from being output to the output signal of the observer controller 22C. .
이로 인해 부하 토크의 급격한 변동에 옵저버 제어기(22C)는 완만하게 반응하므로 응답지연이 발생하기 때문에 자속이 위치 추정을 올바로 하지 못하게 된다.As a result, the observer controller 22C responds slowly to the sudden change in the load torque, so that a response delay occurs, so that the magnetic flux cannot correctly estimate the position.
즉, 다음의 보편적인 식(1)에서와 같이 출력 토크와 부하 토크의 관계에서 보여주듯이 부하 토크에 출력 토크가 빠른 응답을 보이지 못함으로서 생기는 문제이다.That is, as shown in the relationship between the output torque and the load torque, as shown in the following general equation (1), the output torque does not show a quick response to the load torque.
부하 토크의 급격한 변화는 유도전동기 속도에 영향을 주어 상기 식(1)에서와 같이 속도의 변화가 발생되고 다음의 식(2)에서와 같이 유도전동기 속도의 변화는 유도전동기의 슬립속도의 변화를 발생한다.The sudden change in the load torque affects the induction motor speed so that the speed change occurs as in Equation (1), and the change in the induction motor speed as in Equation (2) below changes the slip speed of the induction motor. Occurs.
또한, 유도전동기의 슬립속도는 출력 토크에 다음의 식(3)에서 나타내듯이 상관 관계를 갖는다.In addition, the slip speed of the induction motor has a correlation with the output torque as shown in the following equation (3).
위의 식(1),(2),(3)의 관계에서 알 수 있듯이 부하 토크의 발생은 전동기의 슬립 속도로 나타나게 되고 슬립속도의 연산은 매우 빠르므로, 슬립속도를 전향 보상함으로 자 속의 위치 및 속도 추정 옵저버의 낮은 대역으로 인한 응답지연이 발생되는 문제를 보완할 수 있다.As can be seen from the relations of equations (1), (2) and (3) above, the occurrence of load torque is represented by the slip speed of the motor and the calculation of slip speed is very fast. And a response delay caused by a low band of the speed estimation observer.
따라서 전동기의 슬립속도를 전향 보상하게 되면, 옵저버 제어기(22C)의 지연에 영향을 받지 않게 되어 부하 토크의 급격한 변화에 따른 추정오차를 보완한다.Therefore, when the slip speed of the electric motor is forward-compensated, it is not affected by the delay of the observer controller 22C and compensates for the estimated error due to the sudden change in the load torque.
이를 게인 K3와 함께 속도 보상기를 구성하여 속도 센서리스 벡터 제어기의 구성에서 원하는 응답성을 조정할 수 있게 될 뿐만아니라, 기동시의 문제나 부하 토크에 대한 응답을 개선할 수 있게 된다.By configuring the speed compensator together with the gain K3, it is possible not only to adjust the desired responsiveness in the configuration of the speed sensorless vector controller, but also to improve the response to startup problems and load torque.
즉, 동기 필터(17)에서 돌극성 정보를 갖는 고주파 검출전류(
그러면 상기 헤테로다인 과정부(22A)의 제1곱셈기(221)에서 q축 성분의 고주파 검출전류(
이때 제2곱셈기(222)는 d축 성분의 고주파 검출전류(
그러면 상기 가산부(225)는 비반전단자(+)와 반전단자(-)로 각각 입력되는 제1,제2곱셈기(221,222)의 값을 받아 더하여 에러신호(ε)를 구한다.Then, the adder 225 receives the values of the first and second multipliers 221 and 222 respectively input to the non-inverting terminal (+) and the inverting terminal (-) to obtain an error signal ε.
즉, 헤테로다인 과정부(22A)는 새로운 헤테로다인 과정을 통해 옵저버 제어기(22C)에서 보정할 에러신호(ε)를 구하여, 로우패스필터(22B)로 출력한다.That is, the heterodyne processor 22A obtains an error signal ε to be corrected by the observer controller 22C through the new heterodyne process, and outputs it to the low pass filter 22B.
그러면 상기 로우패스필터(22B)는 헤테로다인 과정을 통해 얻어진 불필요한 성분을 제거하기 위하여 필터링을 행하고, 그 필터링한 에러신호(
이에 상기 옵저버 제어기(22C)의 적분기(226)는 상기 에러신호(
이때 옵저버 제어기(22C)는 상기 에러신호(
그러면 상기 가산기(227)는 에러신호(
그러면 상기 속도 보상기(22E)의 이득제어기에서 전동기의 슬립속도(
이에따라 상기 가산기(228)는 이득제어된 전동기의 슬립속도(
상기에서, 이득 K3의 이용은 전동기의 파라미터에 민감한 전동기의 슬립속도를 미세조정 함으로 원하는 응답을 얻기 위한 속도 보상기(22E)의 파라미터로 이용한다.In the above, the use of the gain K3 is used as a parameter of the speed compensator 22E to obtain a desired response by fine-tuning the slip speed of the motor sensitive to the parameter of the motor.
이상에서와 같이 속도가 보상된 자속 속도 추정값(
상기에서와 같이 속도 보상기(22E)로 전동기의 처음 기동이나 부하 토크의 인가에서도 자 속의 속도와 위치를 추종하기 때문에 고정자 권선의 구동 주파수에 반영이 되어 운전이 어려운 상태인 과도상태에서 그 응답성을 크게 향상시키도록 할 수 있다.As described above, since the speed compensator 22E follows the speed and position of the magnetic flux even when the motor is first started or the load torque is applied, the response is reflected in the driving frequency of the stator winding and is difficult to operate. It can be greatly improved.
본 발명에 의해 제안된 방식과 종래의 방식을 도 4에 나타낸 비교 실험 파형으로 살펴보면, 본 발명은 (b)에서와 같이 자속과 자 속의 추정 위치가 수직 점선과 일치하였을 때 정확하게 추정하는 것이나, 종래에는 (a)에서와 같이 어긋나게 추정하고 있을 뿐 아니라 역회전 방향으로 추정하는 것을 보여주고 있다.Looking at the method proposed by the present invention and the conventional method with the comparative experimental waveform shown in FIG. 4, the present invention accurately estimates when the estimated position of the magnetic flux and the magnetic flux coincides with the vertical dotted line as in (b). Shows not only the misalignment estimation as in (a) but also the estimation in the reverse direction of rotation.
도 5는 부하 토크의 입력을 가하고 제거할 때의 실제 자속과 자 속의 추정위치를 비교한 것으로, 본 발명은 도 5의 (b)(d)에서와 같이 수직 점선과 일치했을 때 정확한 자 속의 위치를 추정하나 종래의 경우 본 발명과 비교했을 때 적은 부하 토크에서는 도 4의 (a)에서와 같이 추정 오차가 나타나고, 정격 부하 토크에서는 전혀 추정을 못하는 도 4의 (c)에서와 같은 상태가 됨을 보여준다.Figure 5 compares the estimated position of the actual magnetic flux and the magnetic flux when applying and removing the load torque, the present invention is the exact position of the magnetic flux when matched with the vertical dotted line as shown in (b) (d) of FIG. However, when compared with the present invention, the estimation error appears as shown in (a) of FIG. 4 at a small load torque, and in the conventional case, it is in the same state as in FIG. Shows.
상술한 바와 같이, 본 발명은 부하의 급격한 변동에서도 자속의 속도와 위치를 정확히 추정하고, 항상 성공적인 기동을 가능하게 하여 과도상태 토크응답을 개선하도록 한 것이다.As described above, the present invention is to accurately estimate the speed and position of the magnetic flux even under rapid fluctuations of the load, and to enable a successful start at all times to improve the transient torque response.
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