KR20030091130A - encoder system for srm driving - Google Patents

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KR20030091130A
KR20030091130A KR1020020028570A KR20020028570A KR20030091130A KR 20030091130 A KR20030091130 A KR 20030091130A KR 1020020028570 A KR1020020028570 A KR 1020020028570A KR 20020028570 A KR20020028570 A KR 20020028570A KR 20030091130 A KR20030091130 A KR 20030091130A
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KR1020020028570A
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Korean (ko)
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안진우
박성준
오석규
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안진우
박성준
오석규
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    • B05C5/00Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work

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Abstract

PURPOSE: An encoder device for driving an SRM(Switched Reluctance Motor) is provided to perform an on/off switching operation at a correct position by using a digital logic circuit including a decoder and a counter. CONSTITUTION: An encoder device for driving an SRM includes a disc, a pattern, the first photo coupler, and the second photo coupler. The disc is coupled to a rotary shaft. The pattern has the same period as the width of a position angle corresponding to a phase of an SRM driving inverter. A circular shape of the pattern is formed on the disc. The color sense becomes bright to a center of the pattern within one period. The color sense becomes dark to both sides of the pattern within one period. The first photo coupler is used for outputting the voltage proportional to the light reflected on the pattern. The second photo coupler is located at the predetermined position apart from the first photo coupler in order to output the voltage proportional to the light reflected on the pattern. The first and the second photo couplers are used for outputting two chopping waves having phase differences.

Description

에스알엠 구동용 엔코더장치{encoder system for srm driving}Encoder device for SM drive {encoder system for srm driving}

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 전동기(Switched Reluctance Motor)의 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정확한 위치에서 ON/OFF 스위칭을 행할 수 있고, 광범위한 속도영역에서 안정된 운전을 가능하게 하는 SRM 구동용 엔코더장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive device of a switched reluctance motor, and more particularly, to an SRM drive encoder device capable of performing ON / OFF switching at an accurate position and enabling stable operation in a wide range of speed ranges. It is about.

스위치드 릴럭턴스 전동기(이하 SRM이라 함)는 현상학적인 방법에서 유래되었으므로 그 기원을 확실히 추적하기는 어렵지만 Ampere에 의해 발견된 자기적인 현상에 그 기준을 두고 있다. 1820년 프랑스의 Ampere의 이론에 근거하여 철심형 솔레노이드에 전류를 흘리면 자기적인 면에서 영구자석과 같은 역할을 하므로 여자전류의 크기를 적절히 조절하면 영구자석에서 발생하는 힘과 동일한 힘을 철심형 솔레노이드에서 얻을 수 있다는 데에서 처음 출발하였다.Since switched reluctance motors (SRMs) are derived from phenomenological methods, their origins are difficult to trace clearly, but they are based on the magnetic phenomena discovered by Ampere. Based on Ampere's theory in France in 1820, when current flows to the iron core solenoid, it acts like a permanent magnet in magnetic aspect. When the magnitude of the excitation current is properly adjusted, the same force generated in the permanent magnet is applied to the iron core solenoid. I started for the first time.

SRM은 전자기적인 구조가 간단하고, 고효율, 고토크/관성비, 넓은 범위에서의 가변속운전 등의 장점을 가진 전동기구로서 가전기기, 전기자동차, 항공기 및 산업전반에 그 응용영역을 확대해 가는 연구와 개발이 진행되고 있다.SRM is an electric device with simple electromagnetic structure, high efficiency, high torque / inertia ratio, variable speed operation in a wide range, etc., and is expanding its application area to home appliances, electric vehicles, aircraft, and industrial fields. And development is underway.

SRM의 구동원리는 여자된 자기회로의 자기저항이 최소가 되는 방향으로 회전자가 힘을 받게 됨으로써 회전력이 발생하게 된다. 이와 같은 현상은 계에 저장된 에너지를 기계적 에너지로 변환함으로써 계의 에너지를 최소화하려는 물리적 의미를 내포하는 것이다. 이와 같은 원리를 이용한 장치로는 간단한 액추에이터로서 인양자석, 선형 솔레노이드, 계전기, 스텝 스위치 등이 이에 속한다.The driving principle of the SRM is that the rotational force is generated as the rotor is forced in a direction in which the magnetic resistance of the excited magnetic circuit is minimized. This phenomenon implies a physical meaning of minimizing the energy of the system by converting the energy stored in the system into mechanical energy. Devices using this principle include simple actuators, lifting magnets, linear solenoids, relays, step switches, and the like.

SRM은 릴럭턴스 토크를 극대화하기 위해 회전자와 고정자가 모두 돌극형(salient-pole type)의 구조를 가지며 권선은 고정자에만 집중권으로 감겨 있어 여자전원을 단속적이면서 순차적으로 각 상권선에 인가하여 구동시킨다.In order to maximize the reluctance torque, SRM has both the rotor and the stator structure of salient pole type, and the winding is wound around the stator only, so that the excitation power is intermittently and sequentially applied to each winding line. Let's do it.

SRM의 고정자 상권선은 회전자위치와 동기되어 여자되어야 하는 토크 발생기구의 특성상 회전자 위치각에 대한 정보가 필수적이다. 회전자 위치각의 검출은 일반적으로 엔코더나 레졸버를 사용하나, 이러한 기계적인 외부 위치센서의 분해능이 높을수록 단가가 상승하게 되는 문제점이 있다. 따라서 종래에는 설치비용에 대한 부담을 줄이기 위해서 저가형 엔코더를 사용하거나, 또는 이를 완전히 제거하기 위한 센서리스 구동에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 종래의 기술은 SRM을 구동하는 인버터의 각 상의 스위치를 ON/OFF시키기 위해 마이크로프로세서를 이용하고 있다. 그러나 마이크로프로세서에 의한 SRM의 제어방식에서 상 스위치의 ON/OFF 정도(精度)는 엔코더의 분해능뿐만 아니라 마이크로프로세서의 샘플링 주기에 의해 제약을 받게 되는 문제점이 있다. 더욱이 이 경우, 전동기의 운전속도가 고속이 될수록 마이크로프로세서에 의한 상 스위치 ON/OFF각의 정확도는 더욱 떨어지게 되어 정상운전상태가 불안전하게 되는 문제점이 있다.The stator winding wire of the SRM requires information on the rotor position angle due to the characteristics of the torque generating mechanism that should be excited in synchronization with the rotor position. Rotor position angle detection generally uses an encoder or resolver, but the higher the resolution of such a mechanical external position sensor, the higher the unit cost. Therefore, in order to reduce the burden on the installation cost, the research on the sensorless driving to use a low-cost encoder, or to completely remove it has been actively conducted. This conventional technique uses a microprocessor to turn on / off the switches of each phase of an inverter driving SRM. However, in the SRM control method by the microprocessor, the degree of ON / OFF of the phase switch is limited by not only the resolution of the encoder but also the sampling cycle of the microprocessor. In this case, the higher the driving speed of the motor, the lower the accuracy of the phase switch ON / OFF angle by the microprocessor, which causes a problem that the normal operation state becomes unstable.

SRM은 릴럭턴스 토크를 동력화한 전동기로, 이를 최대한 이용하기 위하여 보통 고정자와 회전자 모두 돌극형 구조로 하고 고정자에만 집중권으로 권선이 감겨져 있다. 이때 토크는 자기회로의 릴럭턴스가 최소화되는 방향으로 발생하며, 상당 발생토크의 크기는 다음 식(1)에서와 같이 상권선에 흐르는 전류 i 의 제곱과 회전자 위치각 θ에 대한 인덕턴스L의 변화율에 비례한다.SRM is a motor that uses reluctance torque. In order to make the best use of it, the stator and the rotor are usually of salient structure, and the winding is wound around the stator only. At this time, the torque is generated in the direction of minimizing the reluctance of the magnetic circuit, and the magnitude of the generated torque is the current i flowing in the phase winding as shown in the following equation (1). Inductance for the square of and the rotor position angle θLProportional to the rate of change.

따라서 인덕턴스의 변화율이 최대가 되도록 하고 각 상스위치의 ON/OFF 시점에서 부하에 대응하는 전류의 확립과 소호를 신속히 하여 토크 발생 구간을 최대한 활용하여야 한다. SRM의 고정자 권선에 전압을 인가할 경우 상당 전압방정식은 다음 식(2)와 같다.Therefore, the rate of change of the inductance should be maximized and the torque generation section should be utilized to the maximum by establishing and extinguishing the current corresponding to the load at the ON / OFF time of each phase switch. When voltage is applied to the stator winding of SRM, the equivalent voltage equation is given by the following equation (2).

단,: 회전자의 기계적인 각속도 [rad/s]only, : Mechanical angular velocity of the rotor [rad / s]

도1은 상 인덕턴스와 상스위치의 ON/OFF각 변화에 따른 상전류 파형(A,B,C)을 나타내고 있다. 도1에서 θmin과 θmax는 각각 고정자와 회전자의 극이 서로 겹쳐지기시작하여 완전히 일치할 때의 회전자 각도를 나타낸다. 도1(a)는 스위치 OFF각()을 고정시켜 두고 ON 각도(,,)를 가변시킨 경우로써, ON각이 변하면 토크 발생구간의 시작점에서 확립된 전류의 크기는 각기 다르며 이 값은 전동기의 권선저항을 무시하면 거의 ON 각도(,,)에 비례한다. 또한, 3개의 파형(A, B, C) 중 A 및 C의 상전류 파형은 토크 발생구간에서 전류의 변화율이 정(正) 또는 부(負)가 되므로 발생 토크도 일정하지 않고 토크 맥동도 심하다. 그러나 토크 발생 구간에서 일정한 전류를 가지는 B의 상전류 파형은 인덕턴스의 변화율이 일정하면 평활한 토크를 발생하고 토크 맥동이 적어 전동기를 효율적으로 운전하기 위한 기준전류가 된다.1 shows phase current waveforms A, B, and C according to phase inductance and ON / OFF angle change of the phase switch. In Fig. 1, θ min and θ max represent the rotor angles when the poles of the stator and the rotor start to overlap each other and coincide completely. Figure 1 (a) shows the switch OFF angle ( ) And keep the ON angle ( , , ), And the ON angle changes, the magnitude of the current established at the start of the torque generation section is different, and this value is almost the ON angle (ignoring the winding resistance of the motor). , , Is proportional to). In addition, the phase current waveforms A and C of the three waveforms A, B, and C have a positive or negative change rate of the current in the torque generation section, so that the generated torque is not constant and the torque pulsation is severe. However, the phase current waveform of B having a constant current in the torque generation section generates smooth torque when the inductance change rate is constant, and becomes a reference current for efficiently operating the motor due to less torque pulsation.

도1(b)는 스위치 ON각()을 고정하여 두고 OFF각(,,)을 가변시킨 경우로써, OFF각(,,)이 최대 인덕턴스 점에 가까울수록 토크 발생영역의 활용도가 높아져서 정 토크의 발생에 유리하나, 너무 크게 하면 부 토크의 영향을 받을 수 있어 토크 맥동을 유발하고 기계적 출력이 오히려 감소할 수 있다. 그러므로 부하토크와 운전속도에 관계없이 상전류의 형상이 평활한 전류가 되도록 스위치 ON각을 결정하고 부 토크가 발생하지 않도록 OFF 각도를 조정하여야 릴럭턴스 토크를 효과적으로 이용할 수 있으며 맥동이 작은 토크를 얻을 수 있다.Figure 1 (b) shows the switch ON angle ( ) And the OFF angle ( , , ), The OFF angle ( , , ) Is closer to the maximum inductance point, which increases the utilization of the torque generating area, which is beneficial to the generation of positive torque, but if it is too large, it may be affected by the negative torque, causing torque pulsation and decreasing the mechanical output. Therefore, the switch ON angle should be determined so that the shape of the phase current becomes a smooth current regardless of the load torque and the operating speed, and the OFF angle should be adjusted so that no negative torque is generated so that the reluctance torque can be effectively used, and a small pulsation torque can be obtained. have.

이상과 같은 방식에 의해 지금까지 널리 사용되고 있는, 종래의 SRM 제어기의 일반적인 구성을 도2에 간략히 나타내었다.A general configuration of a conventional SRM controller, which is widely used thus far, is briefly shown in FIG.

도2를 살펴보면, 제어기(10), IGBT 모듈을 사용한 인버터(20), 전류 및 위치센서(40), 전동기(30) 등으로 구성되어 있다. 상기 제어기(10)는 상전류(i)를 제어하기 위한 PWM발생기(5), 속도제어기(3), 엔코더(40)의 출력신호에 의한 속도계산기(9) 등으로 구성되어 있다. 그리고 상기 속도제어기(3)는 기준속도(W*)와 실제속도(W)의 차이(1)를 제어하여 기준토크(T*)를 만든다. 이 기준토크(T*)와 검출된 회전자 위치각(θ)에 의해 원하는 토크를 발생시킬 수 있는 기준전류(i*)를 테이블(7)로부터 구한다. 또한 각각의 전류제어기는 기준전류(i*)와 전류센서를 통해 얻어진 상전류(i)를 비교하여 실제 전류가 기준전류(i*)를 추종하게 한다.2, the controller 10, the inverter 20 using the IGBT module, the current and position sensor 40, the electric motor 30 and the like. The controller 10 is composed of a PWM generator 5 for controlling the phase current i, a speed controller 3, a speed calculator 9 by an output signal of the encoder 40, and the like. The speed controller 3 controls the difference 1 between the reference speed W * and the actual speed W to make the reference torque T *. Based on this reference torque T * and the detected rotor position angle θ, a reference current i * capable of generating a desired torque is obtained from the table 7. In addition, each current controller compares the reference current i * with the phase current i obtained through the current sensor so that the actual current follows the reference current i *.

이와 같은 일반적인 구동시스템에서 SRM은 회전자 위치각에 따라 스위칭이 이루어져야 하므로 회전자의 위치정보가 필수적이다. 일반적으로 회전자 위치각은 레졸버(resolver)나 엔코더(encoder)를 전동기 축에 장치하여 검출하는 것이 보통이며, 특히 단가를 고려하여 증분형 엔코더(incremental encoder)를 사용하는 것이 보통이다. 이 증분형 엔코더(incremental encoder)에 의해 위치에 따른 출력펄스수를 증감형 계수기(up or down-counter)에 의해 디지털 값으로 얻으며, 이를 이용하여 마이크로프로세서에 의해 각 상의 신호를 제어하게 된다.In such a general driving system, since the SRM needs to be switched according to the rotor position angle, position information of the rotor is essential. In general, the rotor position angle is usually detected by installing a resolver or encoder on the motor shaft, and in particular, using an incremental encoder in consideration of the unit cost. The incremental encoder obtains the output pulse number according to the position as a digital value by an up or down-counter, and uses the microprocessor to control the signals of each phase.

그러나 이러한 상스위치 ON/OFF 제어방식은 마이크로프로세서의 샘플링 주기에 의해 그 정도(精度)가 크게 좌우되며, 특히 고속으로 갈수록 정도(精度)는 낮아지게 되어 SRM의 정상상태 운전이 불안전하게 될 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 이러한 제어기는 일반적으로 고속의 DSP로 구현하여 샘플링 주기를 크게 줄이고 있으나, 안정된 운전을 위한 최대속도에는 한계가 있다. 또한, 고속의 DSP를 사용하기 때문에 제어기의 가격이 비싸지게 되어 SRM의 보급을 저해하는 요소로 작용한다는 문제점이 있다.However, the phase switch ON / OFF control method is highly dependent on the sampling cycle of the microprocessor. In particular, the higher the higher the speed, the lower the accuracy, which may lead to unstable operation of the SRM. There is a problem. Therefore, such a controller is generally implemented as a high-speed DSP to significantly reduce the sampling period, but there is a limit to the maximum speed for stable operation. In addition, there is a problem in that the use of a high-speed DSP, the price of the controller becomes expensive, which acts as a factor to inhibit the spread of SRM.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 SRM의 안정 구동에 적합한 저가형의 SRM 구동용 광학식 엔코더장치의 제공을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a low-cost SRM driving optical encoder device suitable for stable driving of SRM in order to solve the above problems.

도1은 스위칭소자의 ON 및 OFF각 변화에 따른 상전류 파형도.1 is a phase current waveform diagram according to changes in ON and OFF angles of a switching device.

도2는 종래 기술에 따른 SRM 제어기의 블럭도.2 is a block diagram of an SRM controller according to the prior art.

도3은 SRM의 속도에 따른 스위칭각의 변화.3 is a change in the switching angle according to the speed of the SRM.

도4는 본 발명에 따른 SRM 구동용 엔코더의 패턴 구성도.4 is a pattern configuration diagram of an SRM driving encoder according to the present invention.

도5는 본 발명에 따른 SRM 구동용 엔코더의 출력파형.5 is an output waveform of the encoder for driving the SRM according to the present invention.

도6은 본 발명에 따른 SRM 제어기의 실시예.6 is an embodiment of an SRM controller according to the present invention;

도7은 본 발명의 검증에 사용된 SRM의 구조와 인덕턴스 프로파일 및 구동용 인버터회로도.7 is a schematic diagram of the structure and inductance profile of the SRM used in the verification of the present invention and a drive inverter circuit.

도8은 본 발명에 따른 전류제어기의 블럭도 및 동작파형.8 is a block diagram and operating waveforms of a current controller according to the present invention;

도9는 본 발명에 따른 SRM 구동용 엔코더에 의한 SRM의 정/역회전시 각 상의 게이트신호.9 is a gate signal of each phase at the forward / reverse rotation of the SRM by the SRM drive encoder according to the present invention.

도10은 SRM이 2500rpm 일 때 스위칭소자의 게이트신호 및 상전류 파형1.10 is a gate signal and a phase current waveform of the switching element when the SRM is 2500rpm.

도11은 SRM이 2500rpm 일 때 스위칭소자의 게이트신호 및 상전류 파형2.Figure 11 shows the gate signal and phase current waveform of the switching element when the SRM is 2500rpm.

도12는 SRM이 3600rpm 일 때 종래기술과 본 발명에서의 상전류 파형 비교.Figure 12 is a comparison of the phase current waveform in the prior art and the present invention when the SRM is 3600rpm.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 제어기 20 : PWM 인버터10 controller 20 PWM inverter

30 : 전동기 50 : 80196KB30: electric motor 50: 80196KB

55 : 전류제어기 60 : 클래식 인버터55: current controller 60: classic inverter

65, 69 : 디코더 67 : 카운터65, 69: decoder 67: counter

73, 75 : 아날로그 스위치 77 : AND게이트어레이73, 75: analog switch 77: AND gate array

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 SRM 구동용 엔코더장치는, SRM의 회전축과 맞물려 회전하도록 구성된 원판과; SRM의 구동시 연속적인 토크를 발생시키기 위해 SRM 구동용 인버터의 한 상이 담당해야 할 위치각의 폭과 동일한 주기를 가지며 상기 원판에 원형으로 형성되고, 한 주기내에서는 중앙으로 갈수록 색감이 밝아지며 양 사이드(side)로 갈수록 동일한 비율로 색감이 어두워지도록 구성된 패턴과; 상기 패턴에 광을 조사하고 패턴에 반사되어 돌아오는 광을 수광하여 수광량에 비례하는 전압을 출력하는 제1포토커플러와; 구동하고자 하는 SRM의 인덕턴스 프로파일에 따라, SRM이 역회전시에도 정회전시와 동일한 형태의 신호를 발생할 수 있도록 상기 제1포토커플러와 적당한 위상차만큼 이격되어 위치하며, 상기 패턴에 광을 조사하고 반사되어 돌아오는 광을 수광하여 수광량에 비례하는 전압을 출력하는 제2포토커플러;를 포함하여 구성되어, 상기 제1포토커플러와 제2포토커플러에 전원이 인가된 상태에서 상기 원형의 패턴이 회전하면 제1포토커플러와 제2포토커플러는 위상차를 갖는 2개의 삼각파를 출력하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an encoder device for driving an SRM according to the present invention comprises: a disc configured to rotate in engagement with a rotating shaft of an SRM; In order to generate continuous torque when driving SRM, one phase of SRM drive inverter has a period equal to the width of the position angle to be in charge, and is formed in a circular shape on the disc, and the color becomes brighter toward the center within one cycle. A pattern configured to darken the color at the same ratio toward the side; A first photocoupler for irradiating light onto the pattern and receiving light reflected by the pattern and outputting a voltage proportional to the amount of received light; According to the inductance profile of the SRM to be driven, the SRM is spaced apart from the first photocoupler by an appropriate phase difference so that the SRM can generate a signal having the same shape as the forward rotation even in reverse rotation. A second photocoupler configured to receive a return light and output a voltage proportional to the amount of received light; and when the circular pattern is rotated in a state where power is applied to the first photocoupler and the second photocoupler, The first photocoupler and the second photocoupler are characterized in that to output two triangle waves having a phase difference.

또한, 입력되는 디지털값에 비례하는 아날로그전압을 출력하는 D/A 컨버터와; 상기 각 포토커플러의 삼각파 출력신호와 상기 D/A 컨버터의 출력을 비교하는 비교기를 더 포함하여 구성되어, 상기 D/A 컨버터와 비교기가 포토커플러의 삼각파 출력신호를 SRM 구동용 인버터의 게이트신호의 생성에 적합한 구형파로 변환해주는 작용을 하는 것을 특징으로 한다.A D / A converter for outputting an analog voltage proportional to an input digital value; And a comparator for comparing the triangular wave output signal of each photocoupler and the output of the D / A converter, wherein the D / A converter and the comparator convert the triangular wave output signal of the photocoupler to the gate signal of the SRM driving inverter. It is characterized by converting into a square wave suitable for generation.

이하 첨부한 수식과 도면을 참조하여 본 발명에 따른 SRM 구동용 엔코더장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, an SRM driving encoder apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying equations and drawings.

마이크로프로세서를 사용하여 SRM의 상스위치를 제어할 경우 그 제어정도는 엔코더의 분해능()과 샘플링 주기 동안에 회전자 위치각의 변화()에 의해 결정된다. 즉, 회전당 펄스수가 Np인 엔코더에서 기계적 위치각 분해능은 전동기의 속도와 무관하며 그 값은 다음 식(3)과 같다.If the microprocessor is used to control the phase switch of the SRM, the control accuracy is determined by the resolution of the encoder. ) And the change in rotor position angle during the sampling period ( Is determined by That is, the mechanical position angle resolution in encoders with pulses per revolution Np is independent of the speed of the motor and the value is given by the following equation (3).

또한 샘플링 주기 동안에 회전자 위치각(θ)의 변화()는 전동기의 속도에 좌우되며 그 값은 다음 식(4)와 같다.Also, the change in rotor position angle θ during the sampling period ( ) Depends on the speed of the motor and the value is as shown in the following equation (4).

Ts : 마이크로프로세서의 샘플링 주기 [s]Ts: Sampling period of the microprocessor [ s ]

마이크로프로세서를 사용한 상스위치 제어 방식에서 ON, OFF각 변동분()는 엔코더의 분해능과 마이크로프로세서의 샘플링 주기에 의해 결정되며, 그 값은 상기 식(3)과 상기 식(4)로부터 다음 식(5)와 같이 주어진다.Variation of ON and OFF angles in the phase switch control method using a microprocessor ( ) Is determined by the resolution of the encoder and the sampling period of the microprocessor, and the value is given from Equation (3) and (4) as shown in Equation (5).

상기 식(5)로 주어지는 ON, OFF각 변동의 크기를 전동기 속도에 따라 도식적으로 나타내면 도3과 같다.The magnitudes of the ON and OFF angular fluctuations given by Equation (5) are shown in FIG. 3 according to the motor speed.

도3을 살펴보면, 속도가 증가함에 따라 샘플링에 의한 오차는 6Ts의 기울기로 증가한다. 또한 엔코더의 분해능과 마이크로프로세스의 위치각 변동이 정수배로 나타나지 않으면 스위칭각 제어에는 저차 고조파성분이 나타나게 된다. 이로 인하여 SRM의 토크에도 동일한 저차고조파 성분이 나타나게 되어 안정화 운전에 악영향을 미치게 된다.3, as the speed increases, the error due to sampling increases with a slope of 6Ts. In addition, if the resolution of the encoder and the position angle variation of the microprocessor do not appear as integer multiples, the lower harmonic components appear in the switching angle control. As a result, the same low harmonic components appear in the torque of the SRM, which adversely affects stabilization operation.

일반적으로 전동기의 속도가 저속인 경우에는 샘플링에 의한 위치각 변동이 엔코더의 각도 분해능( )보다 작으므로 ON/OFF각의 변동은 샘플링에 의한 위치각 변동에 지배를 받고, 그 정도는 엔코더의 분해능에 의해 지배를 받게 된다. 그러나 전동기의 속도가 고속이 될수록 엔코더의 분해능은 변동이 없으나 샘플링에 의한 위치각 변동은 크게 나타나게 되며, 이 경우 ON/OFF각의 변동은 샘플링에 의한 위치각 변동에 지배를 받고, 그 정도는 엔코더의 분해능에 의해 지배를 받게 된다. 따라서 엔코더가 갖고 있는 정도와 유사한 분해능을 갖는 ON/OFF 각을 제어하기 위해서는 고속의 샘플링이 요구되며, 이를 위해서는 고성능을 갖는 마이크로프로세서가 필수적이다. 이러한 고속의 마이크로프로세서의 도움을 받지 않고 고정도의 상스위치를 제어하기 위해서는 특별한 제어기법이 필요하다.In general, when the speed of the motor is low, the variation of the position angle due to sampling is caused by the angular resolution of the encoder. ) Smaller than the variation in the ON / OFF angle is governed by the variations in the position of each sample, and the degree are subjected to controlled by the resolution of the encoder. However, the higher the speed of the motor, the more the encoder resolution remains unchanged, but the positional angle fluctuation by sampling becomes large.In this case, the variation of ON / OFF angle is subject to the positional angle fluctuation by sampling, and the degree is It is governed by the resolution of. Therefore, high-speed sampling is required to control the ON / OFF angle with a resolution similar to that of an encoder. A high-performance microprocessor is essential for this purpose. In order to control a high-precision phase switch without the help of such a high speed microprocessor, a special control method is required.

따라서, 본 발명에서는 간단한 엔코더를 이용하여 SRM 구동용 인버터의 상스위치의 온, 오프를 정밀하게 제어하기 위하여 도4와 같은 형태의 SRM 구동용 엔코더 패턴을 개발하였다.Therefore, in the present invention, in order to precisely control the on / off of the phase switch of the SRM drive inverter by using a simple encoder, the SRM drive encoder pattern of FIG. 4 has been developed.

도4를 살펴보면, 기존의 디지털 방식의 광학식 엔코더와 달리 엔코더의 원판에 색감을 선형적으로 달리하였다. 원형의 패턴이 일정한 주기로 반복되고, 한 주기내에서는 중앙으로 갈수록 색감이 밝아지고, 양 사이드(side)로 갈수록 색감이 어두워지도록 구성되어 있다. 따라서, 엔코더가 회전함에 따라 반사되는 광량은 선형적으로 증가 또는 감소하게 되고, 이로 인하여 엔코더의 수광소자의 출력은 삼각파가 된다.Referring to FIG. 4, unlike the conventional digital optical encoder, the color of the disc of the encoder is changed linearly. The circular pattern is repeated at regular intervals, and in one cycle, the color becomes brighter toward the center, and the color darkens toward both sides. Therefore, as the encoder rotates, the amount of reflected light increases or decreases linearly, and thus the output of the light receiving element of the encoder becomes a triangular wave.

도4(a)와 같은 패턴을 가지는 엔코더의 출력펄스의 주기(δ)는 다음 식(6)에 의해 결정한 것이다.The period δ of the output pulse of the encoder having the pattern as shown in Fig. 4 (a) is determined by the following equation (6).

Pr : 회전자의 극수Pr: Number of poles of the rotor

상기 식(6)에 의해 엔코더의 출력펄스의 주기를 결정할 경우, 8/6극 SRM 구동용 엔코더의 출력펄스의 주기는 60°가 되어야 하며 따라서, 도4(a)에 도시한 패턴과 같이 6개의 반복적인 패턴으로 구성하여야 한다.When the cycle of the output pulse of the encoder is determined by the above equation (6), the cycle of the output pulse of the encoder for 8 / 6-pole SRM drive should be 60 °, so as shown in the pattern shown in Fig. 4 (a), It should consist of two repetitive patterns.

그리고 도4(b)와 같은 패턴을 가지는 엔코더의 출력펄스의 주기(δ)는 다음 식(7)에 의해 결정한 것이다.The period (δ) of the output pulse of the encoder having the pattern as shown in Fig. 4 (b) is determined by the following equation (7).

Ps : 고정자의 극수, Pr : 회전자의 극수Ps: pole number of stator, Pr: pole number of rotor

상기 식(7)에 의해 엔코더의 출력펄스의 주기를 결정할 경우, 8/6극 SRM 구동용 엔코더의 출력펄스의 주기는 15°가 되어야 하며 따라서, 도4(b)에 도시한 패턴과 같이 24개의 반복적인 패턴으로 구성하여야 한다.When the period of the output pulse of the encoder is determined by the above equation (7), the period of the output pulse of the 8 / 6-pole SRM driving encoder should be 15 °, and thus, 24 as shown in the pattern shown in Fig. 4 (b). It should consist of two repetitive patterns.

상기 식(7)에 나타난 펄스폭(δ)은 SRM에서 연속적인 토크를 발생시키기 위해 SRM 구동용 인버터의 한 상이 담당해야 할 위치각의 폭으로 이용하면 된다.The pulse width δ shown in Equation (7) may be used as the width of the position angle to which one phase of the SRM drive inverter is responsible for generating continuous torque in the SRM.

엔코더의 출력주기를 상기 식(6)에 의해 결정하면, 상 스위칭을 위한 회전자 위치각을 완전히 얻을 수 있어 기동시에도 회전자의 위치를 파악할 수 있는 장점이 있으나, 엔코더의 출력을 선형으로 만드는 것이 매우 어렵다는 단점이 있다. 따라서, 동일한 상전류파형의 형성에 매우 큰 어려움이 따른다.If the output period of the encoder is determined by the above equation (6), the rotor position angle for phase switching can be obtained completely, so that the position of the rotor can be grasped during startup, but the output of the encoder is made linear. The disadvantage is that it is very difficult. Therefore, very large difficulties are encountered in forming the same phase current waveform.

엔코더의 출력주기를 상기 식(7)에 의해 결정하면, 엔코더의 출력이 비선형적으로 나타나더라도 간단한 회로로 동일한 형태의 상스위치를 제어할 수 있는 장점이 있으나, 상스위칭을 위한 회전자 위치각을 완전히 얻을 수 없어 기동시에도 회전자의 위치를 파악할 수 없는 단점이 있다. 본 실시예에서는 엔코더의 출력주기를 상기 식(7)에 의해 결정하였다.If the output period of the encoder is determined by Equation (7), the phase switch of the same type can be controlled by a simple circuit even if the output of the encoder is nonlinear, but the rotor position angle for phase switching is There is a drawback that the position of the rotor can not be grasped even at the start because it cannot be obtained completely. In this example, the output period of the encoder was determined by the above equation (7).

다음으로, 도4와 같은 본 발명에 따른 엔코더는 정회전과 역회전을 위한 포토커플러가 필요하다. 엔코더에서 두 개의 포토커플러는 기계각 γ만큼 위상차를 두고 설치되며, 각각의 포토커플러는 정회전을 위한 부와 역회전을 위한 부로 사용된다. 그리고 엔코더의 두 상의 위상차(γ)는 SRM의 정, 역운전시 동일한 형태의 상스위치를 형성하기 위한 위상차로 이용하며, 이는 SRM의 인덕턴스 프로파일에 의해 결정하면 된다.Next, the encoder according to the present invention as shown in FIG. 4 requires a photocoupler for forward rotation and reverse rotation. In the encoder, two photocouplers are installed with a phase difference by the machine angle γ, and each photocoupler is used as a part for forward rotation and a part for reverse rotation. The phase difference γ of the two phases of the encoder is used as a phase difference for forming a phase switch of the same type in the forward and reverse operation of the SRM, which is determined by the inductance profile of the SRM.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 엔코더를 구성하기 위해서는 제어하고자하는 SRM의 인턱턴스 프로파일과, 고정자의 극수와, 회전자의 극수를 사전에 알고 있어야 하며, 이 인덕턴스 프로파일에 의해 엔코더의 두 포토커플러의 위상차()를 적절히 결정하고, 펄스폭을 결정하여 구성하여야 한다.As described above, in order to configure the encoder according to the present invention, the inductance profile of the SRM to be controlled, the number of poles of the stator, and the number of poles of the rotor must be known in advance, and the inductance profile of the two photocouplers of the encoder Phase difference ) Should be determined appropriately, and the pulse width should be determined.

도5는 본 발명에 따른 엔코더의 출력파형을 나타낸 것이다. 도5를 살펴보면, 8/6극 SRM의 한 상(A상)에 대한 인덕턴스 프로파일(LA)과 엔코더의 포토커플러 출력신호(POTO_FW, POTO_BW)와, 위치각 지령치(Vref)와, FW 및 BW신호와, 이때의 게이트신호(Phase_A_FW, Phase_A_BW)를 나타내고 있다. 도5에 도시된 바와 같이도4와 같은 패턴을 가지는 엔코더의 포토커플러 출력신호는 삼각파의 형태가 된다. 그리고 도5에서 β는 SRM의 인덕턴스 프로파일의 주기를 나타내며 그 값은 다음 식(8)과 같이 된다.Figure 5 shows the output waveform of the encoder according to the present invention. Referring to Fig. 5, the inductance profile LA for one phase (phase A) of 8 / 6-pole SRM, the photocoupler output signals POTO_FW, POTO_BW of the encoder, the position angle command value Vref, and the FW and BW signals And the gate signals Phase_A_FW and Phase_A_BW at this time. As shown in FIG. 5, the photocoupler output signal of the encoder having the pattern as shown in FIG. 4 is in the form of a triangular wave. In Fig. 5, β represents the period of the inductance profile of the SRM, and its value is expressed by the following equation (8).

그리고 도5의 Phase_A_FW 파형에서 펄스폭(Φ)은 다음 식(9)와 같이 된다.In the Phase_A_FW waveform of FIG. 5, the pulse width Φ is expressed by the following equation (9).

상기 Vref는 포토커플러의 삼각파출력(Vp)을 인버터의 게이트신호(Phase_A_ FW, Phase_A_BW)의 파형인 펄스파로 가공하기 위한 수단으로써 전동기의 정회전 및 역회전에 관계없이 하나의 D/A 컨버터 이용하여 발생하면 된다. 도5에서 FW 및 BW신호는 포토커플러의 출력신호(POTO_FW, POTO_BW)와 위치각 지령치(Vref)가 비교기를 통과한 후의 신호이다. 본 발명에 따른 엔코더장치를 실제로 SRM 구동에 이용할 때는 상기와 같이 포토커플러의 출력신호와 위치각 지령치를 비교하여 도5의 FW 및 BW신호를 생성하는 비교기가 필요하다. 즉, POTO_FW신호와 Vref를 비교하는 제1비교기와 POTO_BW신호와 Vref를 비교하는 제2비교기가 필요하다. 이와 같은 D/A컨버터와 상기 비교기는 엔코더 내부의 회로기판에 포토커플러와 함께 실장시키거나 또는, 후술하게 될 SRM 제어기를 설계할 때 제어기의 일부로서 구성하는 것도 가능하다. 이하의 설명에서는 설명이 복잡해지는 것을 막기 위해 상기 FW신호와 BW신호를 엔코더의 최종 출력신호처럼 취급하기로 한다.The Vref is a means for processing the triangular wave output Vp of the photocoupler into a pulse wave, which is a waveform of the gate signals Phase_A_FW and Phase_A_BW of the inverter, and using one D / A converter regardless of the forward and reverse rotation of the motor. It just happens. In FIG. 5, the FW and BW signals are signals after the output signals POTO_FW and POTO_BW of the photocoupler and the position angle command value Vref pass through the comparator. When the encoder device according to the present invention is actually used for driving the SRM, a comparator for generating the FW and BW signals of FIG. 5 by comparing the output signal of the photocoupler with the position angle command value as described above is required. That is, a first comparator for comparing the POTO_FW signal and Vref and a second comparator for comparing the POTO_BW signal and Vref are required. Such a D / A converter and the comparator may be mounted together with a photocoupler on a circuit board inside the encoder, or may be configured as part of the controller when designing an SRM controller to be described later. In the following description, the FW signal and the BW signal will be treated as the final output signal of the encoder in order to prevent the description from being complicated.

FW신호는 SRM의 정회전시 상스위치의 게이트신호를 생성하는데 사용하면 되고, BW신호는 역회전시 상스위치의 게이트신호를 생성하는데 사용하면 된다. 그리고 FW신호와 BW신호를 기존의 엔코더의 정, 역 판정회로를 그대로 적용하여 회전방향을 감지하면 된다.The FW signal may be used to generate the gate signal of the phase switch in the forward rotation of the SRM, and the BW signal may be used to generate the gate signal of the phase switch in the reverse rotation. The direction of rotation can be detected by applying the FW signal and the BW signal to the encoder's forward and reverse determination circuits.

다음으로, 본 발명에 따른 SRM 구동용 엔코더를 SRM의 회전속도와 위치검출에 이용한 SRM 제어기에 대해서 설명한다. SRM 제어기의 실시예를 도6에 블럭도로 나타내었다. 그리고 실험을 통해 본 발명에 따른 엔코더와 이를 이용한 SRM 제어기의 성능에 대해서 설명한다.Next, the SRM controller using the SRM drive encoder according to the present invention for detecting the rotational speed and position of the SRM will be described. An embodiment of an SRM controller is shown in block diagram in FIG. And through the experiments will be described the performance of the encoder and the SRM controller using the same according to the present invention.

실험에 사용된 SRM은 고정자와 회전자의 극이 8/6이고 400W, 3000rpm, 160V 기기로서 도7(a)와 같은 구조를 가지며, 이를 구동시키기 위해 도7(c)와 같은 기존의 클래식 인버터를 사용하였다. 이 전동기의 인덕턴스 프로파일은 도7(b)와 같으며, 이것은 회전자를 1°씩 변화시켜가면서 전류한계치를 7[A]로 하고 이 한계치에 도달할 때까지 전압펄스를 인가하여 그때의 전류파형을 오실로스코프로 측정한 뒤, 전동기의 권선저항을 고려하여 측정한 전압 및 전류데이터에 의해 인덕턴스를 계산하였다. 따라서 얻어진 인덕턴스 프로파일은 SRM의 다이나믹 운전특성을 나타낼 수 있는 비교적 정확한 값이라 할 수 있다.The SRM used in the experiment is a pole of the stator and the rotor of 8/6, 400W, 3000rpm, 160V equipment has a structure as shown in Figure 7 (a), to drive it, the conventional classic inverter as shown in Figure 7 (c) Was used. The inductance profile of this motor is shown in Fig. 7 (b), which changes the rotor by 1 ° and sets the current limit to 7 [A] and applies a voltage pulse until the limit is reached and then the current waveform at that time. After measuring with an oscilloscope, the inductance was calculated from the measured voltage and current data in consideration of the winding resistance of the motor. Therefore, the inductance profile obtained is a relatively accurate value that can represent the dynamic operation characteristics of the SRM.

다음으로, 상기 도7(a), 7(b)와 같은 특성을 지닌 SRM의 회전속도와 위치검출용으로 사용할 엔코더의 펄스폭인 δ값과 위상차인 Next, the phase difference between the value of δ, which is the pulse width of the encoder to be used for the rotation speed and the position detection of the SRM having the characteristics as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b),

은 앞서의 식(7)과 도7(b)의 인덕턴스 프로파일을 참조하여 결정하고, 이 결정된 값에 맞게 엔코더를 구성하였다. 8/6극 SRM이므로 상기 식(6)에 대입하면 δ=가 된다. 따라서, δ=로 하여 엔코더의 패턴을 구성하였다. 그리고는 수 차례의 경험을 토대로 적당히 설정하였다.Is determined by referring to the inductance profile of Equation (7) and FIG. 7 (b), and configured the encoder according to the determined value. Since it is an 8 / 6-pole SRM, substituting in equation (6) above is δ = Becomes Thus, δ = The encoder pattern was configured. And Has been appropriately set up based on a number of experiences.

다음으로, 도6을 참조하여 SRM 제어기의 구성을 자세히 설명한다.Next, the configuration of the SRM controller will be described in detail with reference to FIG.

도6을 간략히 살펴보면, 크게 좌측의 제어기와 우측의 인버터(60)가 있고, 다시 제어기는 마이크로컨트롤러인 80196KB(50)와, 80196KB(50)에서 외부 입력을 받아들이기 위한 주변회로(71, ABS, COMP)와, 80196KB(50)의 출력신호를 이용하여 인버터(60)를 제어하는 전류제어기(55)와, 디코더(65,69)와, 아날로그 스위치(73, 75)와, 카운터(67)와 AND게이트어레이(77)를 이용한 디지털 논리회로 등으로 구성되어 있다.Referring to Figure 6 briefly, there is a large controller on the left side and the inverter 60 on the right side again, the controller is a microcontroller 80196KB (50), and the peripheral circuits 71, ABS, for accepting an external input from the 80196KB (50) COMP), a current controller 55 for controlling the inverter 60 using an output signal of 80196KB (50), a decoder 65,69, an analog switch 73, 75, a counter 67, And a digital logic circuit using the AND gate array 77.

FW와 BW 신호가 제1디코더(65)와 클럭발생회로(71)와 80196KB(50)의 HSI0, HSI1 단자로 입력되고, 제1디코더(65)의 D0출력과 D2출력이 제1 아날로그 스위치(73)의 입력측으로 연결되고, 이 제1 아날로그 스위치(73)의 출력은 카운터(67)의 클럭단자로 입력된다. 한편, FW와 BW 신호가 제2 아날로그 스위치(75)의 두 입력측과 연결되고, 이 제2 아날로그 스위치(75)의 출력은 AND게이트어레이(77)의 각 AND게이트의 한 입력단자에 연결된다. 그리고 상기 제1 아날로그 스위치(73)는 80196KB(50)의 P1.3 단자 출력신호의 제어를 받아제1디코더(65)의 D0출력과 D2출력중 어느 하나를 선택하여 카운터(67)로 출력한다. 그리고 상기 제2 아날로그 스위치(75)는 80196KB(50)의 P1.3 단자 출력신호의 제어를 받아 FW신호와 BW신호중 어느 한 신호를 선택하여 AND게이트어레이(77)로 출력한다. 상기 80196KB(50)의 P1.3 단자의 출력신호는 정방향/역방향을 선택하는 선택신호(Dir)이다.The FW and BW signals are inputted to the first decoder 65, the clock generation circuit 71, and the HSI0 and HSI1 terminals of the 80196KB 50, and the D0 output and the D2 output of the first decoder 65 are connected to the first analog switch ( Connected to the input of 73, the output of the first analog switch 73 is input to the clock terminal of the counter 67; On the other hand, the FW and BW signals are connected to two input sides of the second analog switch 75, and the output of the second analog switch 75 is connected to one input terminal of each AND gate of the AND gate array 77. The first analog switch 73 selects one of the D0 output and the D2 output of the first decoder 65 and outputs it to the counter 67 under the control of the P1.3 terminal output signal of 80196KB 50. . The second analog switch 75 is controlled by the P1.3 terminal output signal of 80196KB 50 and selects one of the FW signal and the BW signal and outputs the signal to the AND gate array 77. The output signal of the P1.3 terminal of the 80196KB 50 is the selection signal Dir for selecting the forward / reverse direction.

상기 클럭발생회로(71)는 80196KB(50)에서 엔코더를 이용한 속도계산법인 M/T 기법에 의해 전동기의 속도를 측정하기 위해 구성한 논리회로이다. 따라서, 상기 클럭발생회로(71)로 엔코더의 출력신호인 FW 신호와 BW 신호를 입력시켜 단일의 클럭신호(CLK)와 업다운신호(UP/DOWN)로 가공한다.The clock generation circuit 71 is a logic circuit configured to measure the speed of the motor by the M / T technique, which is a speed calculation method using an encoder in 80196KB (50). Therefore, the FW signal and the BW signal, which are output signals of the encoder, are input to the clock generation circuit 71 and processed into a single clock signal CLK and an up-down signal UP / DOWN.

상기 클럭발생회로(71)의 출력신호는 80196KB(50)에서 타이머2(T2CLK, T2UPDN)로 입력되고, 소프트웨어적인 방법(Wr estimation)에 의해 전동기의 속도(Wr)를 계산하도록 구성하였다.The output signal of the clock generation circuit 71 is input to the timer 2 (T2CLK, T2UPDN) at 80196KB (50), and configured to calculate the speed (Wr) of the motor by a software method (Wr estimation).

상기 80196KB(50)는 엔코더의 FW 신호와 BW 신호를 HSI단자(HSI0, HSI1)로 입력받아 내부 프로그램(θestimation)에 의해 전동기의 위상(θ)을 검출한다. 이와 같은 방법으로 위상을 검출하여 전동기의 정/역회전을 판정한다.The 80196KB 50 receives the FW signal and the BW signal of the encoder through the HSI terminals HSI0 and HSI1 to detect the phase θ of the motor by an internal program θestimation. In this way, the phase is detected to determine the forward and reverse rotation of the motor.

상기 제1디코더(65)와 아날로그 스위치(73, 75), 카운터(67), AND게이트어레이(77) 그리고 후술하는 제2디코더(69)로 이루어진 디지털 논리회로는 다른 부분의 구성설명을 마치고 난 후에 설명하기로 한다.The digital logic circuit including the first decoder 65, the analog switches 73 and 75, the counter 67, the AND gate array 77 and the second decoder 69 to be described later has been described. This will be described later.

다음으로, 카운터(67)의 출력(C0, C1)은 다음 단의 제2디코더(69)로 입력되고, 제2디코더(69)의 출력(QA, QB, QC, QD)은 AND게이트어레이(77)의 각 AND게이트의 두 입력단자중 한 입력단자로 입력된다. 따라서, 상기 AND게이트어레이(77)의 각 AND게이트에는 제2 아날로그 스위치(75)의 출력과 상기 제2디코더(69)의 출력이 입력된다. AND게이트어레이(77)의 출력은 인버터(60)의 스위칭소자 즉, 상 스위치(QAU, QBU, QCU, QDU)를 제어하는 구조로 되어 있다. 도6에는 인버터(60)의 1상(A상)에 대한 회로만 도시되어 있다. 클래식 인버터(60)의 나머지 3상(B,C,D)에 대한 회로는 A상에 대한 회로와 유사하므로 생략하였다. 상기 클래식 인버터(60)의 자세한 회로는 도7(c)에 도시되어 있다.Next, the outputs C0 and C1 of the counter 67 are input to the second decoder 69 of the next stage, and the outputs QA, QB, QC and QD of the second decoder 69 are AND gate arrays. The input terminal is input to one of two input terminals of each AND gate of (77). Therefore, the output of the second analog switch 75 and the output of the second decoder 69 are input to each AND gate of the AND gate array 77. The output of the AND gate array 77 is configured to control the switching elements of the inverter 60, that is, the phase switches QAU, QBU, QCU, QDU. 6 shows only a circuit for one phase (A phase) of the inverter 60. The circuits for the remaining three phases B, C, and D of the classic inverter 60 are similar to those for the A phase and thus are omitted. The detailed circuit of the classic inverter 60 is shown in Fig. 7 (c).

한편, 80196KB(50)의 P1.0~P1.2 단자의 출력신호가 카운터(67)를 제어하고, 80196KB(50)의 P0.4~P0.7 단자로 제2디코더(69)의 출력(Q0~Q3)이 입력되는 구조로 되어 있다.On the other hand, the output signal of the P1.0 to P1.2 terminal of the 80196KB 50 controls the counter 67, and the output of the second decoder 69 to the P0.4 to P0.7 terminal of the 80196KB 50 ( Q0 to Q3) are input.

상기 80196KB(50)는 AND게이트어레이(77)의 출력(Q0~Q3)을 P0.4~P0.7 단자로 검출하여 SRM의 기동시나 운전시 스위칭 스퀀스가 올바르게 되고 있는지 내부 프로그램(Switching Check & Controller)에 의해 체크한다. 체크하여 만일 오동작이 발생하면 Port1(P1.0~P1.3)을 통하여 스위치 상태를 바꾸게 된다.The 80196KB 50 detects the outputs Q0 to Q3 of the AND gate array 77 through the P0.4 to P0.7 terminals to determine whether the switching sequence is correct when starting or operating the SRM. Check by). If a malfunction occurs, the switch state is changed through Port1 (P1.0 to P1.3).

다음으로, 80196KB(50) 내부의 PI컨트롤러에서 출력된 PWM1 신호가 로패스필터(LPF)로 입력되고, 로패스필터(LPF)의 출력은 다음 단의 전류제어기(55)로 입력된다. 전류제어기(55)의 출력은 AND게이트어레이(77)의 출력(Q0)과 함께 AND게이트로 입력되고, 이 AND게이트의 출력은 클래식 인버터(60)의 상 스위치(QAD)를 제어하는 구조로 되어 있다.Next, the PWM1 signal output from the PI controller in the 80196KB 50 is input to the low pass filter LPF, and the output of the low pass filter LPF is input to the current controller 55 of the next stage. The output of the current controller 55 is input to the AND gate together with the output Q0 of the AND gate array 77, and the output of the AND gate is configured to control the phase switch QAD of the classic inverter 60. have.

상기 전류제어기(55)는 전동기의 기동시 전동기의 초기 위치를 일정하게 하기 위하여 구성한 것으로 도8에 전류제어기(55)의 자세한 구성이 도시되어 있다.The current controller 55 is configured to make the initial position of the motor constant at the start of the motor, and a detailed configuration of the current controller 55 is shown in FIG.

본 발명에서 제안된 방식에 의해 전동기를 구동할 경우 전동기의 초기 위치각에 대한 정보가 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 실시예에서는 SRM의 기동 전에 임의의 한 상에 정격전류를 흘려 초기 위치를 일정하게 하도록 구성하였다. 초기 기동전류를 흘리기 위해서는 전류제어기가 필수적이다.When driving the motor by the method proposed in the present invention there is no information on the initial position angle of the motor. In order to solve this problem, in this embodiment, the initial position is made constant by flowing a rated current on an arbitrary phase before starting the SRM. The current controller is essential for flowing the initial starting current.

도8을 살펴보면, 도8(a)의 전류제어기(55)는 비교기(57)와 플립플롭(59)으로 구성되어 있으며, 피크전류 제어방식으로 전류를 제어하도록 구성하였다. 도8에서 전류지령치(Ia_Ref)는 도6에 도시된 바와 같이 로패스필터(LPF)의 출력신호이고, 실제전류(Ia_Real)는 인버터(60)의 스위칭소자(QAD)의 에미터 단자측에서 피드백하여 검출한 전류이다. 도8(b)는 전류제어기(55)의 각 부의 동작 파형이다.Referring to FIG. 8, the current controller 55 of FIG. 8 (a) is composed of a comparator 57 and a flip-flop 59, and is configured to control current in a peak current control method. In Fig. 8, the current command value Ia_Ref is an output signal of the low pass filter LPF as shown in Fig. 6, and the actual current Ia_Real is fed back from the emitter terminal side of the switching element QAD of the inverter 60. Current detected. Fig. 8B is an operating waveform of each part of the current controller 55. Figs.

스위칭주기마다 플립플롭(59)의 set 단자를 인에이블시켜 스위치를 ON하게 하면 실제전류(Ia_Real)는 증가하게 되고, 비교기(57)에서 전류지령치(Ia_Ref)와 실제 전류(Ia_Real)를 비교하여 실제 전류(Ia_Real)가 지령치 전류(Ia_Ref)보다 커지면 플립플롭(59)의 reset 단자를 인에블시켜 도6에 도시된 스위치(QAD)를 오프하므로 전동기로 유입되는 전류는 감소하게 된다. 이러한 전류제어방식때문에 SRM 제어기의 속응성은 델타변조기법과 동일한 우수한 특성을 갖게 되고, 스위칭주파수를 일정하게 할 수 있다.When the set terminal of the flip-flop 59 is turned on for each switching cycle to turn on the switch, the real current Ia_Real increases, and the comparator 57 compares the current command value Ia_Ref with the real current Ia_Real to actually When the current Ia_Real becomes larger than the setpoint current Ia_Ref, the reset terminal of the flip-flop 59 is enabled to turn off the switch QAD shown in FIG. 6, thereby reducing the current flowing into the motor. Due to this current control method, the rapid response of the SRM controller has the same excellent characteristics as the delta modulation method, and the switching frequency can be made constant.

다음으로, 도6의 좌측 하단을 살펴보면, 가변저항의 일측에 +VC가 연결되어 있고, 이 가변저항의 타측은 -VC가 연결되어 있고, 가변저항은 절대값회로(ABS)와 비교기(COMP)의 입력이 된다. 상기 절대값회로(ABS)의 출력은 80196KB(50)의 A/D컨버터단자(AD0)로 입력되고, 상기 비교기(COMP)의 출력은 80196KB(50)의 P1.4단자로 입력된다.Next, looking at the lower left of Figure 6, + VC is connected to one side of the variable resistor, the other side of the variable resistor is connected to -VC, the variable resistor is an absolute value circuit (ABS) and a comparator (COMP) Becomes the input of. The output of the absolute value circuit ABS is input to the A / D converter terminal AD0 of 80196KB (50), and the output of the comparator COMP is input to the P1.4 terminal of 80196KB (50).

상기 가변저항은 전동기의 속도를 조절하기 위한 가변저항이다. 80196KB(50)의 A/D컨버터기능을 이용하여 사용자의 속도지령치(Wr*)를 디지털값으로 받아들인다. 80196KB(50)의 A/D컨버터는 분해능이 8비트로 정밀하지 못하다. 따라서 본 실시예에서는 보다 정밀한 속도제어를 위해 상기 절대값회로(ABS)와 비교기(COMP)를 부가시키고, 80196KB(50) 내부에서 소프트웨어적으로 8비트 A/D컨버터의 출력과 비교기(COMP)의 출력을 논리합(ADD)시켜 9비트로 분해능을 향상시켰다.The variable resistor is a variable resistor for adjusting the speed of the motor. A user's speed command value (Wr *) is accepted as a digital value by using the A / D converter function of 80196KB (50). The A / D converter of 80196KB (50) is not accurate with 8 bits of resolution. Therefore, in the present embodiment, the absolute value circuit ABS and the comparator COMP are added for more precise speed control, and the output of the 8-bit A / D converter and the comparator COMP in the 80196KB 50 are software-configured. The output is ORed to improve the resolution to 9 bits.

다음으로, 상기 제1디코더(65)와 아날로그 스위치(73, 75), 카운터(67), AND게이트어레이(77) 그리고 제2디코더(69)로 이루어진 디지털 논리회로에 대해서 설명한다.Next, a digital logic circuit including the first decoder 65, the analog switches 73 and 75, the counter 67, the AND gate array 77, and the second decoder 69 will be described.

상기 디지털 논리회로는 제어기의 응답이 고속으로 이루어지도록, 본 발명에서 제안한 SRM 구동용 엔코더의 출력신호에 맞게 본 실시예에서 구성한 것이다. 그리고 본 실시예에서는 상기 디지털 논리회로를 SRM 제어기의 일부로 간주하여 설명하고 있으나, SRM의 고정자의 극수와 회전자의 극수에 따라 엔코더의 패턴이 결정되면 상기 디지털 논리회로의 개략적인 구성도 결정되므로 엔코더와 디지털 논리회로를 하나의 장치로 생각하여 엔코더장치로 간주할 수 있다. 이런 의미에서 본다면 앞서의 D/A컨버터와 비교기도 엔코더장치로 간주할 수 있다.The digital logic circuit is configured in this embodiment in accordance with the output signal of the encoder for driving the SRM proposed in the present invention so that the response of the controller is made at high speed. In the present embodiment, the digital logic circuit is regarded as a part of the SRM controller. However, when the encoder pattern is determined according to the number of poles of the stator and the number of rotors of the SRM, the schematic configuration of the digital logic circuit is also determined. And digital logic circuits can be regarded as encoder devices. In this sense, the previous D / A converter and comparator can be regarded as encoder devices.

앞서 설명했다시피 종래에는 마이크로프로세서에 의한 상 스위치 온/오프 제어방식은 마이크로프로세서의 샘플링에 의해 그 정도가 크게 좌우되고, 특히 고속으로 갈수록 그 정도가 낮아지게 되어 SRM의 정상상태 운전이 불안전하게 되었다. 그러나 본 발명에서는 엔코더의 출력신호를 디지털 논리회로를 이용하여 적절히 가공한 다음, 인버터(60)의 상 스위치를 제어하는 방식을 도입하여 제어기를 고속화시켰다. 본 발명에서는 마이크로프로세서(50)가 단지 전동기의 정역을 제어하거나 상 스위치 온/오프신호가 상기 디지털 논리회로에서 제대로 출력되는지 체크하는 수준이므로 마이크로프로세서(50)가 상 스위치의 게이트신호(Q0~Q3)의 생성에 관여하는 것이 아니다. 상 스위치의 게이트신호(Q0~Q3)는 상기 디지털 논리회로에 의해 자동으로 생성되므로 제어기가 고속으로 반응한다. 후술하는 도9를 살펴보면 이와 같은 사실을 확인할 수 있을 것이다.As described above, the phase switch on / off control method by the microprocessor is largely influenced by the sampling of the microprocessor, and the degree thereof is lowered at a high speed, and thus the steady state operation of the SRM becomes unstable. However, in the present invention, the output signal of the encoder is properly processed using a digital logic circuit, and then a method of controlling the phase switch of the inverter 60 is introduced to speed up the controller. In the present invention, since the microprocessor 50 merely controls the stationary range of the motor or checks whether the phase switch on / off signal is properly output from the digital logic circuit, the microprocessor 50 controls the gate signals Q0 to Q3 of the phase switch. Is not involved in the creation of). Since the gate signals Q0 to Q3 of the phase switch are automatically generated by the digital logic circuit, the controller reacts at high speed. Looking at Figure 9 to be described later will be able to confirm this fact.

다음으로, 상기 제1디코더(65)로는 2 to 4 디코더를 사용하였다. 그리고 카운터(67)로는 2비트 카운터를 사용하였고, 제2디코더(69)로는 2 to 4 디코더를 사용하였다. 이와 같이 구성한 이유에 대해서 도9를 참조하여 설명한다.Next, a 2 to 4 decoder was used as the first decoder 65. As the counter 67, a 2-bit counter was used, and as the second decoder 69, a 2 to 4 decoder was used. The reason for this configuration will be described with reference to FIG.

도9는 본 발명에서 제안한 엔코더에 의한 실험용 8/6 SRM의 각 상의 인덕턴스 프로파일(LA, LB, LC, LD)과 엔코더의 포토커플러의 출력을 전동기의 정/역회전용으로 가공한 FW, BW신호 및 정·역회전 운전시의 각 상의 게이트신호(A,B,C,D)를 나타내고 있다. 도9를 살펴보면 각 상 스위치의 게이트신호(A,B,C,D)가 FW, BW신호의 4카운트마다 반복되고 있다. 따라서, SRM의 정회전을 위해서는 FW신호를 기준으로 4카운트마다 각 상 스위치의 ON신호로 사용하면 된다는 것을 알 수 있다. 또한, SRM의 역회전을 위해서는 BW신호를 기준으로 4 카운트마다 각 상 스위치의ON 신호로 사용하면 된다는 것을 도9를 통해 알 수 있다. 그러므로 상기 FW신호와 BW신호를 각 상 스위치의 ON신호로 가공하기 위해서는 A-B-C-D상 순으로 반복되는 순차신호로 만드는 4bit 시프트 레지스터나 4진 카운터(2 bit 카운터)와 2 to 4 디코더를 조합하여 사용하면 간단히 해결할 수 있다. 4bit 시프트 레지스터를 사용할 경우 상 스위치의 초기치를 설정하기 위해서는 4개의 제어선이 필요하나, 4진 카운터와 2 to 4 디코더를 조합하여 사용하면 2개의 제어선을 이용하여 상 스위치를 설정할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 도6에 도시된 바와 같이 FW신호와 BW 신호를 2 to 4 디코더(67)와 2비트 카운터(69)를 이용하여 상 스위치 게이트신호(A,B,C,D)로 가공하도록 구성하였다. 그러나 본 실시예를 따르지 않고 4비트 시프트 레지스터를 이용하여 구성하는 것도 가능하다.Fig. 9 shows FW and BW signals in which the inductance profile (LA, LB, LC, LD) of each phase of the experimental 8/6 SRM by the encoder proposed in this invention and the output of the photocoupler of the encoder are processed for forward / reverse rotation of the motor. And gate signals A, B, C, and D of each phase during forward and reverse rotation operation. 9, the gate signals A, B, C, and D of each phase switch are repeated every four counts of the FW and BW signals. Therefore, it can be seen that the forward signal of the SRM may be used as the ON signal of each phase switch every 4 counts based on the FW signal. In addition, it can be seen from FIG. 9 that the reverse rotation of the SRM may be used as the ON signal of each phase switch every 4 counts based on the BW signal. Therefore, in order to process the FW signal and the BW signal into the ON signal of each phase switch, a combination of a 4bit shift register or a ternary counter (2 bit counter) and a 2 to 4 decoder to make a sequential signal repeated in ABCD phase order is used. Simple solution. When using the 4-bit shift register, four control lines are required to set the initial value of the phase switch. However, when the combination of the ternary counter and the 2 to 4 decoder is used, the phase switch can be set using the two control lines. Therefore, in the present embodiment, as shown in Fig. 6, the FW signal and the BW signal are converted into phase switch gate signals A, B, C, and D using a 2 to 4 decoder 67 and a 2-bit counter 69. It was configured to process. However, it is also possible to configure using a 4-bit shift register without following this embodiment.

그리고 제1디코더(65)와 제1 아날로그 스위치(73)는 FW신호와 BW신호로부터 카운터(67)의 클럭신호를 추출하기 위하여 구성한 것이다. 카운터(67)는 입력되는 클럭신호에 동기하여 카운트하게 되고, 입력된 클럭신호의 주기와 동일한 주기를 갖는 신호를 출력해야 한다. 따라서, 본 실시예에서는 FW신호와 BW신호의 논리적인 관계로부터 FW신호와 동일한 주기를 갖는 클럭신호를 추출하기 위하여 제1디코더(65)를 사용하였다. 그리고 전동기가 정회전일 때는 FW신호에 동기하여야 하므로 제1디코더(65)의 D0단자의 출력신호를 제1 아날로그 스위치(73)를 이용하여 카운터(67)의 클럭신호로 입력하도록 구성하였으며, 전동기가 역회전일 때는 BW 신호에 동기하도록 제1디코더(65)의 D2단자의 출력신호를 제1 아날로그 스위치(73)를 이용하여 카운터(67)의 클럭신호로 입력하도록 구성하였다.The first decoder 65 and the first analog switch 73 are configured to extract the clock signal of the counter 67 from the FW signal and the BW signal. The counter 67 counts in synchronization with the input clock signal and should output a signal having the same period as the input clock signal. Therefore, in the present embodiment, the first decoder 65 is used to extract the clock signal having the same period as the FW signal from the logical relationship between the FW signal and the BW signal. Since the motor should be synchronized with the FW signal when the motor rotates forward, the output signal of the D0 terminal of the first decoder 65 is input as the clock signal of the counter 67 by using the first analog switch 73. In reverse rotation, the output signal of the D2 terminal of the first decoder 65 is input as the clock signal of the counter 67 using the first analog switch 73 so as to be synchronized with the BW signal.

상기와 같이 본 실시예에서는 제1 아날로그 스위치(73)를 이용하여 정회전용 신호와 역회전용 신호를 선택하도록 구성하였다. 그러나 본 실시예를 따르지 않고 릴레이나, 데이터 셀렉터 등을 이용하여 선택하도록 구성하는 것도 가능하다.As described above, the first analog switch 73 is used to select the forward-only signal and the reverse-only signal as described above. However, it is also possible to configure to select using a relay, a data selector, or the like without following the present embodiment.

다음으로, 제2 아날로그 스위치(75)와 AND게이트어레이(77)는, 도9에 도시된 바와 같이 상스위치의 게이트신호가 FW, BW신호와 동일한 펄스폭을 가지며 FW, BW신호와 동기가 일치하도록 하기 위한 구성이다. 즉, 제2디코더(69)의 출력신호는 인버터의 상스위치 게이트신호를 순차적으로 온/오프시킬 수 있는 순차신호이지만 SRM을 구동하기 위해서는 인덕턴스 프로파일에 근거한 FW, BW신호와 동기가 맞아야 한다. 따라서, 동기를 맞추기 위해 본 실시예서는 AND게이트(77)를 이용하여 제2디코더(69)의 출력신호가 FW신호나 BW신호가 하이(high)일 때만 인버터측으로 출력되도록 구성한 것이다. 그리고 제2 아날로그 스위치(75)는 제2디코더(69)의 출력신호의 동기신호를 FW신호와 BW신호중에서 선택하기 위한 구성이다.Next, in the second analog switch 75 and the AND gate array 77, the gate signal of the phase switch has the same pulse width as that of the FW and BW signals as shown in FIG. 9 and is synchronized with the FW and BW signals. It is a configuration to ensure that. That is, the output signal of the second decoder 69 is a sequential signal that can sequentially turn on / off the phase switch gate signal of the inverter, but it must be synchronized with the FW and BW signals based on the inductance profile to drive the SRM. Therefore, in order to achieve synchronization, the present embodiment is configured such that the output signal of the second decoder 69 is output to the inverter side only when the FW signal or the BW signal is high by using the AND gate 77. The second analog switch 75 is configured to select the synchronization signal of the output signal of the second decoder 69 among the FW signal and the BW signal.

다음으로, 도6에 도시된 SRM 제어기의 동작을 간략히 설명한다.Next, the operation of the SRM controller shown in FIG. 6 will be briefly described.

일단 기동을 위해서 SRM의 C상 인덕턴스가 최대인 점에 회전자를 위치시키면 정회전시 A상 인덕턴스가 증가하는 영역에 둘 수 있고, 역회전시 D상 인덕턴스가 증가영역에 둘 수 있다. 따라서 80196KB(50)는 P1.0단자와 P1.1단자로 신호를 출력하여 카운터(67)가 인에이블되어 신호를 출력하면 제2디코더(69)의 QC단자가 온되도록 미리 세팅해 놓는다. 카운터(67)의 A, B단자가 바로 카운터(67)를 프리세팅(Presetting)하기 위한 단자이다. 카운터(67)가 '10'을 출력하면 제2디코더(69)의 QC단자가 온이 된다. 그러므로 카운터(67)의 A, B 단자를 '10'으로 세팅해놓으면 카운터(67)가 인에이블되었을 때 '10'부터 카운트하기 시작할 것이다. 다음으로, 80196KB(50)는 P1.2 단자로 신호를 출력하여 카운터(67)의 로드단자(L)를 인에이블시킨다. 그러면 상기 카운터(67)가 이진수'10'을 출력하고, 제2디코더(69)의 QC단자가 온되고 전류제어기(55)와 공조하여 전동기 회전자의 위치를 원하는 초기 위치에 위치시킨다.Once the rotor is positioned at the point where the C phase inductance of the SRM is maximum for starting, it can be placed in the area where the A phase inductance increases in the forward rotation, and the D phase inductance in the increase region in the reverse rotation. Therefore, the 80196KB 50 outputs a signal to the P1.0 and P1.1 terminals, and sets the QC terminal of the second decoder 69 to be turned on when the counter 67 is enabled to output the signal. The terminals A and B of the counter 67 are terminals for presetting the counter 67. When the counter 67 outputs '10', the QC terminal of the second decoder 69 is turned on. Therefore, setting the A and B terminals of the counter 67 to '10' will start counting from '10' when the counter 67 is enabled. Next, 80196KB 50 outputs a signal to the P1.2 terminal to enable the load terminal L of the counter 67. Then, the counter 67 outputs a binary number '10', the QC terminal of the second decoder 69 is turned on and coordinates with the current controller 55 to position the position of the motor rotor at the desired initial position.

전동기의 회전자를 초기 위치에 위치시켰으면 다음으로 전동기를 기동한다.정회전을 위해서는 80196KB(50)의 P1.3 단자 출력신호로 제1 아날로그 스위치(73)를 제어하여 제1디코더(65)의 D0단자의 출력신호를 카운터(67)의 클럭입력으로 선택(DIR단자)한 후 카운터(67)의 로드단자를 이용하여 제2디코더(69)의 QA가 온 되게 한다. 역회전을 위해서는 80196KB(50)의 P1.3 단자 출력신호로 아날로그 스위치(73)를 제어하여 제1디코더(65)의 D2단자의 출력신호를 카운터(67)의 클럭입력으로 선택한 후 제2디코더(69)의 QD가 온되게 하면 된다.When the rotor of the motor is placed in the initial position, the motor is started next. For the forward rotation, the first decoder 65 is controlled by controlling the first analog switch 73 with a P1.3 terminal output signal of 80196KB (50). After selecting the output signal of the D0 terminal as the clock input of the counter 67 (DIR terminal), the QA of the second decoder 69 is turned on by using the load terminal of the counter 67. For reverse rotation, the analog switch 73 is controlled by the P1.3 terminal output signal of 80196KB (50) to select the output signal of the D2 terminal of the first decoder 65 as the clock input of the counter 67, and then the second decoder. The QD of (69) may be turned on.

기동시 및 운전시 스위칭 시퀀스가 올바르게 되는지 확인하기 위해서는 80196KB(50)가 Port0의 상위 4bit(P0.4~P0.7)를 체크한다. 상위 4비트(P0.4~P0.7)를 체크하여 만일 스위칭 스퀀스가 올바르지 않으면 Port0(P1.0, P1.1)을 통하여 카운터(67)의 A, B단자를 적당히 세팅하고, 카운터(67)를 인에이블시켜 제2디코더(69)의 출력을 원하는 상태로 강제로 제어하여 인버터(60)의 상 스위치 상태를 바꾸게 된다.80196KB (50) checks the upper 4 bits (P0.4 ~ P0.7) of Port0 to verify that the switching sequence at startup and operation is correct. Check the upper 4 bits (P0.4 ~ P0.7) and if the switching sequence is not correct, set the A and B terminals of the counter 67 properly through Port0 (P1.0, P1.1), and set the counter (67). ) Is enabled to control the output of the second decoder 69 to a desired state to change the state of the phase switch of the inverter (60).

한편, 80196KB(50)는 HSI핀으로 엔코더의 FW, BW상을 입력받는다. 80196KB(50)는 엔코더의 FW, BW상의 위상을 검출하여 내부 프로그램(θestimation)에 의해 전동기가 정회전하고 있는지 역회전하고 있는지를 판정하고, 속도는 80196KB(50)의 타이머2(T2CLK, T2UPDN)를 이용하여 기존의 엔코터에 의한 속도 계산법인 M/T기법에 의해 계산한다.On the other hand, 80196KB (50) receives the FW, BW phase of the encoder to the HSI pin. 80196KB (50) detects the phases of the encoder's FW and BW to determine whether the motor is rotating forward or reverse by internal program (θestimation), and the speed is 80196KB (50) Timer2 (T2CLK, T2UPDN). It calculates by M / T method which is a speed calculation method by the existing encoder.

이상 본 발명에서 제안한 SRM 구동용 엔코더장치와 SRM 제어기에 대한 설명을 마치고 다음으로, 본 발명에서 제안한 SRM 구동용 엔코더장치와 SRM 제어기를 사용하여 행한 SRM 구동실험의 결과를 도면을 참조하여 설명한다.After the description of the SRM driving encoder device and the SRM controller proposed in the present invention, the results of the SRM driving experiment performed using the SRM driving encoder device and the SRM controller proposed in the present invention will be described with reference to the drawings.

SRM이 시계방향으로 회전하고 있을 때를 정회전, 반시계방향으로 회전하고 있을 때를 역회전이라 하면, 도10(a)는 SRM이 2500[rpm]으로 정회전하고 있을 때, 두 개의 선형 포토커플러의 출력(101, 102)과 위치각 변위 지령치(Vref, 103) 및 FW의 출력신호(104)를 나타내고 있다.When the SRM rotates clockwise in the forward direction and the counterclockwise rotates in the reverse direction, Fig. 10 (a) shows two linear photocouplers when the SRM rotates forward at 2500 [rpm]. The outputs 101 and 102 and the position angle displacement command values Vref and 103 and the output signal 104 of the FW are shown.

도10(b)는 선형 포토커플러의 출력(105)과 위치각 변위 지령치(106), FW신호(107) 및 A상의 게이트신호(108)를 나타낸 것이다. 도10(c)는 FW신호(109)와 A-C상 게이트신호(110~112)를 나타내고 있다. 도10(d)는 각 상의 게이트신호를 나타내고 있다.Fig. 10B shows the output 105 of the linear photocoupler, the position angle displacement command value 106, the FW signal 107 and the gate signal 108 on the A phase. Fig. 10C shows the FW signal 109 and the A-C phase gate signals 110 to 112. Figs. Fig. 10 (d) shows the gate signal of each phase.

도10에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 엔코더장치는 고속에서도 일정한 회전자 위치각에서 상 스위치를 ON·OFF시킬 수 있으므로 상전류는 거의 동일한 형태를 가지며, 본 엔코더장치를 사용하면 매우 안정된 속도 및 토크제어를 행할 수 있음을 보이고 있다. 정확하고 안정된 상 스위치의 온, 오프는 정상상태에서 시스템의 안정도에 큰 도움이 된다.As shown in FIG. 10, the encoder device according to the present invention can turn on and off a phase switch at a constant rotor position angle even at a high speed, and thus the phase current has almost the same shape. When the encoder device is used, a very stable speed and torque are achieved. It shows that control can be made. Accurate and stable phase switch on and off is very helpful for the system stability in steady state.

다음으로, 도11은 SRM이 2500[rpm]으로 정회전하고 있을 때의 실험 결과 파형이다. 도11(a)는 정회전시의 A, B상 신호(113, 115) 및 이때의 상전류 파형(114, 116)을 나타내고 있으며, 도11(b)는 각 상전류를 나타내고 있다. 도11에 도시된 바와 같이 일정한 회전자 위치각에서 상 스위치를 ON·OFF함으로써 상전류는 거의 동일한 형태를 가지고 있음을 알 수 있다.Next, Fig. 11 shows waveforms of experiment results when the SRM rotates forward at 2500 [rpm]. Fig. 11A shows the A and B phase signals 113 and 115 at the forward rotation and the phase current waveforms 114 and 116 at this time, and Fig. 11B shows each phase current. As shown in Fig. 11, it can be seen that the phase current has almost the same shape by turning the phase switch ON and OFF at a constant rotor position angle.

다음으로, 도12는 SRM이 3600[rpm]으로 정회전하고 있을 때 기존의 마이크로프로세서 방식과 제안된 방식에서 상 스위칭 안정도를 비교하기 위한 실험 결과 파형이다. 도12(a)는 마이크로프로세서를 이용한 기존의 스위칭방식으로 상스위치의 온, 오프각 제어정도가 떨어져서 상전류파형이 일정한 형태가 되지 못한다. 이 결과 상 토크에도 상당한 리플이 있을 것으로 사료된다. 한편, 제안된 엔코더장치에 의한 상스위칭 방식인 도12(b)에서는 온, 오프각이 항상 일정한 위치에서 제어되어 상전류파형은 일정한 형태를 유지하고 있다.Next, FIG. 12 is an experimental result waveform for comparing phase switching stability in the proposed microprocessor method and the proposed method when the SRM is rotating forward at 3600 [rpm]. 12 (a) is a conventional switching method using a microprocessor, the degree of on / off angle control of the phase switch is reduced so that the phase current waveform cannot be uniform. As a result, there is a significant ripple in the torque. On the other hand, in Fig. 12 (b) which is a phase switching method by the proposed encoder device, the on and off angles are always controlled at a constant position, so that the phase current waveform is kept constant.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에서는 SRM 구동에 적합한 저가형의 엔코더를 제안하였고, 제안된 엔코더의 출력신호를 디코더와 카운터 등을 이용한 디지털 논리회로에 의해 SRM 구동용 인버터의 상 스위치 게이트신호로 가공하는 SRM 구동용 엔코더장치를 제안하였다. 제안된 SRM 구동용 엔코더장치를 이용하여 SRM 제어기를 설계하면 스위치 ON, OFF각 지연이 SRM의 운전속도와 관계없이 항상 일정하므로 항상 정확한 위치에서 ON·OFF스위칭을 행할 수 있어 광범위한 속도영역에서 안정된 운전이 가능할 뿐만 아니라, 정·역운전도 가능하다는 이점이 발생한다.As described above, in the present invention, a low-cost encoder suitable for SRM driving is proposed, and an SRM driving process for outputting the output signal of the proposed encoder into a phase switch gate signal of an SRM driving inverter by a digital logic circuit using a decoder and a counter, etc. We proposed an encoder device. If the SRM controller is designed using the proposed SRM drive encoder device, the switch ON and OFF angle delays are always constant regardless of the operation speed of the SRM. Not only is this possible, there is an advantage that forward and reverse operations are also possible.

또한, SRM 제어기에 고속의 마이크로프로세서가 필요없으며, 저가형의 엔코더를 이용하므로 SRM 구동시스템의 안정화·저가화를 실현할 수 있다는 이점이 발생한다. 따라서, SRM의 실용화 가능성이 한층 제고된다.In addition, the SRM controller does not require a high-speed microprocessor, and since the low-cost encoder is used, there is an advantage that stabilization and low cost of the SRM drive system can be realized. Therefore, the possibility of practical use of SRM is further enhanced.

Claims (2)

SRM의 회전축과 맞물려 회전하도록 구성된 원판과;A disc configured to rotate in engagement with a rotation axis of the SRM; SRM의 구동시 연속적인 토크를 발생시키기 위해 SRM 구동용 인버터의 한 상이 담당해야 할 위치각의 폭과 동일한 주기를 가지며 상기 원판에 원형으로 형성되고, 한 주기내에서는 중앙으로 갈수록 색감이 밝아지며 양 사이드(side)로 갈수록 동일한 비율로 색감이 어두워지도록 구성된 패턴과;In order to generate continuous torque when driving SRM, one phase of SRM drive inverter has a period equal to the width of the position angle to be in charge, and is formed in a circular shape on the disc, and the color becomes brighter toward the center within one cycle. A pattern configured to darken the color at the same ratio toward the side; 상기 패턴에 광을 조사하고 패턴에 반사되어 돌아오는 광을 수광하여 수광량에 비례하는 전압을 출력하는 제1포토커플러와;A first photocoupler for irradiating light onto the pattern and receiving light reflected by the pattern and outputting a voltage proportional to the amount of received light; 구동하고자 하는 SRM의 인덕턴스 프로파일에 따라, SRM이 역회전시에도 정회전시와 동일한 형태의 신호를 발생할 수 있도록 상기 제1포토커플러와 적당한 위상차만큼 이격되어 위치하며, 상기 패턴에 광을 조사하고 반사되어 돌아오는 광을 수광하여 수광량에 비례하는 전압을 출력하는 제2포토커플러;를 포함하여 구성되어,According to the inductance profile of the SRM to be driven, the SRM is spaced apart from the first photocoupler by an appropriate phase difference so that the SRM can generate a signal having the same shape as the forward rotation even in reverse rotation. And a second photo coupler configured to receive the returned light and output a voltage proportional to the amount of received light. 상기 제1포토커플러와 제2포토커플러에 전원이 인가된 상태에서 상기 원형의 패턴이 회전하면 제1포토커플러와 제2포토커플러는 위상차를 갖는 2개의 삼각파를 출력하는 에스알엠 구동용 엔코더장치.And the first photo coupler and the second photo coupler output two triangular waves having a phase difference when the circular pattern rotates while power is supplied to the first photo coupler and the second photo coupler. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 입력되는 디지털값에 비례하는 아날로그전압을 출력하는 D/A 컨버터와;A D / A converter for outputting an analog voltage proportional to an input digital value; 상기 각 포토커플러의 삼각파 출력신호와 상기 D/A 컨버터의 출력을 비교하는 비교기를 더 포함하여 구성되어,And a comparator for comparing the triangular wave output signal of each photocoupler with the output of the D / A converter. 상기 D/A 컨버터와 비교기가 포토커플러의 삼각파 출력신호를 SRM 구동용 인버터의 게이트신호의 생성에 적합한 구형파로 변환해주는 작용을 하는 에스알엠 구동용 엔코더장치.And the D / A converter and the comparator convert the triangular wave output signal of the photocoupler into a square wave suitable for generating the gate signal of the SRM driving inverter.
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