KR20060064407A

KR20060064407A - 모터의 속도 제어장치 및 속도 제어방법

Info

Publication number: KR20060064407A
Application number: KR1020040103251A
Authority: KR
Inventors: 김현배
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-13
Also published as: US20060119309A1; EP1684411A3; US7405534B2; DE602005013742D1; EP1684411A2; CN100373767C; CN1787358A; KR100665061B1; EP1684411B1

Abstract

본 발명은 모터의 속도 제어장치 및 속도 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 모터의 속도 제어장치는 상기 모터의 회전 속도를 감지하여 센싱속도를 산출하는 센싱속도 산출부와; 상기 모터의 회전자의 위치 오차에 대한 정보에 기초하여 상기 모터의 추정속도를 추정하는 속도추정부와; 상기 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 지령속도에 기초하여 상기 모터의 전속도 구간을 복수의 단위속도 구간으로 구분하고, 상기 각 단위속도 구간에서 상기 센싱속도, 상기 추정속도 및 상기 지령속도 중 적어도 어느 하나에 소정의 가중치를 부여하여 합산한 값을 상기 모터의 기준 추정속도로 산출하는 기준속도 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 초기 구동시 외란 토크의 변동이 큰 시스템에서 모터의 전속도 구간에서 정확한 모터의 기준 추정속도의 산출이 가능하게 된다.

Description

모터의 속도 제어장치 및 속도 제어방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROL VELOCITY OF MOTER}

도 1 본 발명에 따른 속도 제어장치의 제어블럭도이고,

도 2는 도 1의 기준속도 산출부의 일 예를 도시한 도면이고,

도 3 및 도 4는 도 2의 기준속도 산출부를 통해 출력되는 각 가중치의 지령속도의 변환에 따른 변화를 도시한 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 속도 제어방법을 설명하기 위한 제어흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 모터 3 : 속도 제어장치

10 : 속도제어기 20 : 전류제어기

30 : 벡터제어기 40 : 인버터부

50 : 전류검출기 60 : 속도추정부

70 : 센싱속도 산출부 80 : 기준속도 산출부

81 : 가중치 발생부 82 : 기준속도 발생부

83 : 적분기 90 : 비교기

본 발명은 모터의 속도 제어장치 및 속도 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 모터의 전속도 구간에서 보다 정확한 모터의 기준 추정속도의 산출이 가능한 모터의 속도 제어장치 및 속도 제어방법에 관한 것이다.

고성능 회전운동이 요구되는 분야에서 사용되는 모터는 정확한 회전 속도의 산출을 위해 벡터제어방법이 널리 사용되고 있다. 이러한 벡터제어방법은 연속적인 회전자 위치를 필요로 하기 때문에 광학 엔코더나 레졸버 등과 같은 고분해능의 위치센서를 사용하게 된다. 그런데, 이러한 고분해능의 위치센서는 가격이 고가이고, 모터의 제어를 위한 제어장치의 설치환경의 제약을 초래한다.

이를 해결하기 위해 제안된 것이 센서를 사용하지 않고 회전자의 위치를 추정하는 센서리스(Sensorless) 벡터제어방법이다.

이러한, 센서리스 벡터제어방법에 있어서, 회전자의 회전시 최대토크를 얻기 위해 여자되어야 할 상(phase)은 모터의 회전자의 위치에 의해 결정된다. 여기서, 회전자가 회전하고 있는 경우 역기전력에 따라 회전자의 위치를 측정할 수 있다. 이에 기초해서, 모터의 제어시 최대토크를 얻기 위한 적절한 상을 선택적으로 여자시켜 모터를 회전을 제어하게 된다.

그런데, 이러한 센서리스 벡터제어방법은 역기전력이나 회전자 자속 추정에 의해 모터의 회전속도를 추정하기 때문에, 영속 또는 저속 구간에서는 회전속도의 추정이 어렵거나, 불가능한 단점이 있다.

이에, 미국등록특허 US6,081,093에서는 전속도 구간에서 연속적으로 속도제 어를 위해 매입형 영구자석 동기 모터(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 센서리스 제어방법 및 장치를 제안하고 있다.

상기 미국등록특허에 개시된 센서리스 제어방법 및 장치는 저속에서 고족으로의 매끄러운 전환을 위해 지령속도와 추정속도에 멤버쉽 함수로 가중치를 두어 혼합하고 있다. 즉, 초기 기동이나 저속 구간에서 속도지령의 가중치를 크게 두고 있다.

그러나, 상기 미국등록특허에 개시된 센서리스 제어방법 및 장치를 외란 토크의 변동이 큰 시스템, 예컨대, 세탁기와 같이 초기 구동시 외란 토크의 변동이 큰 시스템에 적용할 경우, 실제 회전자의 위치, 속도와 속도지령, 위치지령 오차가 크므로 운전이 불안정하여 초기기동에 실패할 우려가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 초기 구동시 외란 토크의 변동이 큰 시스템에서 모터의 전속도 구간에서 정확한 모터의 기준 추정속도의 산출이 가능한 모터의 속도 제어장치 및 속도 제어방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 본 발명에 따라, 회전자를 갖는 모터의 속도 제어장치에 있어서, 상기 모터의 회전 속도를 감지하여 센싱속도를 산출하는 센싱속도 산출부와; 상기 회전자의 위치 오차에 대한 정보에 기초하여 상기 모터의 추정속도를 추정하는 속도추정부와; 상기 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 지령속도에 기초하여 상기 모터의 전속도 구간을 복수의 단위속도 구간으로 구분하고, 상기 각 단위속도 구간에서 상기 센싱속도, 상기 추정속도 및 상기 지령속도 중 적어도 어느 하나에 소정의 가중치를 부여하여 합산한 값을 상기 모터의 기준 추정속도로 산출하는 기준속도 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 단위속도 구간은, 상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 센싱속도 및 상기 추정속도에 대한 상기 가중치가 0인 저속 구간과; 상기 센싱속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 추정속도 및 상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 0인 중속 구간과; 상기 추정속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 센싱속도 및 상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 0인 고속 구간과; 상기 저속 구간과 상기 중속 구간 사이의 제1 전환 구간과; 상기 중속 구간과 상기 고속 구간 사이의 제2 전환 구간을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 기준속도 산출부는 상기 제1 전환구간에서 상기 지령속도와 상기 센싱속도를 합산하여 상기 기준 추정속도를 산출할 수 있다.

그리고, 상기 기준속도 산출부는 상기 지령속도가 증가하는 상기 제1 전환구간인 경우, 상기 지령속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 감소시키고 상기 센싱속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 기준속도 산출부는 상기 제2 전환구간에서 상기 센싱속도와 상기 추정속도를 합산하여 상기 기준 추정속도를 산출할 수 있다.

그리고, 상기 기준속도 산출부는 상기 지령속도가 증가하는 상기 제2 전환구 간인 경우, 상기 센싱속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 감소시키고 상기 추정속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 증가시킬 수 있다.

여기서, 상기 가중치는 상기 제1 전환구간 및 상기 제2 전환구간에서 상기 지령속도의 증가에 따라 선형적으로 증가 또는 감소할 수 있다.

또한, 상기 가중치는 상기 제1 전환구간 및 상기 제2 전환구간에서 상기 지령속도의 증가에 따라 대략 S 형으로 증가 또는 감소할 수 있다.

한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 모터의 속도 제어방법에 있어서, 상기 모터의 회전 속도를 감지하여 센싱속도를 산출하는 단계와; 상기 모터의 회전자의 위치 오차에 대한 정보에 기초하여 상기 모터의 추정속도를 추정하는 단계와; 상기 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 지령속도를 생성하는 단계와; 상기 모터의 전속도 구간을 복수의 단위속도 구간으로 구분하고, 상기 각 단위속도 구간에서 상기 센싱속도, 상기 추정속도 및 상기 지령속도 중 적어도 어느 하나에 소정의 가중치를 부여하여 합산한 값을 상기 모터의 기준 추정속도로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.

여기서, 상기 단위속도 구간은, 상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 센싱속도 및 상기 추정속도에 대한 상기 가중치가 0인 저속 구간과; 상기 센싱속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 추정속도 및 상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 0인 중속 구간과; 상기 추정속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 센싱 속도 및 상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 0인 고속 구간과; 상기 저속 구간과 상기 중속 구간 사이의 제1 전환 구간과; 상기 중속 구간과 상기 고속 구간 사이의 제2 전환 구간을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 기준 추정속도로 산출하는 단계는, 상기 제1 전환구간에서 상기 지령속도와 상기 센싱속도에 각각 해당 가중치를 곱하는 단계와; 상기 가중치을 곱한 상기 지령속도와 상기 센싱속도를 합산하여 상기 기준 추정속도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 지령속도가 증가하는 상기 제1 전환구간인 경우, 상기 제1 전환구간에서 상기 지령속도와 상기 센싱속도에 각각 해당 가중치를 곱하는 단계는, 상기 지령속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 증가시키면서 상기 지령속도에 곱하는 단계와; 상기 센싱속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 감소시키면서 상기 센싱속도에 곱하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 기준 추정속도로 산출하는 단계는, 상기 제2 전환구간에서 상기 센싱속도와 상기 추정속도에 각각 해당 가중치를 곱하는 단계와; 상기 가중치를 곱한 상기 센싱속도와 상기 추정속도를 합산하여 상기 기준 추정속도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 지령속도가 증가하는 상기 제2 전환구간인 경우, 상기 제2 전환구간에서 상기 센싱속도와 상기 추정속도에 각각 해당 가중치를 곱하는 단계는, 상기 센싱속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 감소시키면서 상기 센싱속도에 곱하는 단계와; 상기 추정속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속 도의 증가에 따라 증가시키면서 상기 추정속도에 곱하는 단계를 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 모터(1)의 속도 제어장치(3)의 제어블럭도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 속도 제어장치(3)는, 인버터부(40), 전류검출기(50), 속도추정부(60), 센싱속도 산출부(70), 기준속도 산출부(80), 속도제어기(10), 전류제어기(20) 및 벡터제어기(30)를 포함한다.

본 발명에 따른 속도 제어장치(3)에 의해 제어되는 모터(1)는 표면 부착형 영구자석 동기 모터(SPMSM : Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor)나 매입형 영구자석 동기 모터(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) 중 어느 하나일 수 있다. 여기서, 모터(1)는 인버터부(40)로부터의 전원에 따라 구동한다.

인버터부(40)는 모터(1)의 구동에 필요한 전류를 공급한다. 여기서, 인버터부(40)는 벡터제어기(30)로부터의 전압명령신호에 기초하여, 출력되는 전류, 예컨대 3상 전류를 제어함으로써, 모터(1)의 회전 속도를 조절시킨다.

전류검출기(50)는 인버터부(40)의 각 출력단의 전류를 검출하고, 검출된 인버터부(40)의 출력단의 전류에 기초하여 검출전류벡터(Is)를 속도추정부(60)로 출 력한다. 여기서, 전류검출기(50)는 다양한 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 모터(1)의 3상에 각각 전류 변환기(Current Transducer)나 직렬의 션트(Shunt) 저항을 이용하여 삼상 전류를 직접 검출할 수 있다. 또한, 두 개의 전류 변환기나 직렬 션트 저항으로 두 상의 전류를 검출하고, 나머지 한 상의 전류는 검출된 두 상의 전류값으로 추정할 수 있다. 또한, DC 버스 측의 하나의 직렬 션트 저항이나 인버터부(40)의 하부 스위치들과 접지 사이에 직렬로 두 개나 세 개의 션트 저항으로 삼상 전류를 재구성하여 추정할 수 있다.

속도추정부(60)는 전류검출기(50)로부터의 검출전류벡터(Is)를 입력받아 추정속도(ωr_SL)를 추정하여 출력한다. 여기서, 속도추정부(60)에 의해 추정되어 출력되는 추정속도(ωr_SL)는 기준속도 산출부(80)에 입력된다.

속도추정부(60)는 모터(1)의 회전자의 위치오차에 기초하여, 모터(1)의 추정속도(ωr_SL)를 산출할 할 수 있다. 여기서, 회전자의 위치오차를 산출하는 방법으로는 모터(1)로부터의 역기전력을 추정하여 회전자의 위치오차를 산출하는 것이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 발명자에 의해 발표된 논문 『"Sensorless control of interior permanent-magnet machine drives with zero-phase lag position estimation". Industry Applications, IEEE Transaction on, Volume: 39, Issue: 6, Nov.-Dec. 2003』에 개시된 역기전력 추정방법이 사용될 수 있으며, 다른 역기전력의 추정방법에 의해 회전자의 위치오차를 산출할 수 있다.

또한, 속도추정부(60)는 고주파를 이용하여 회전자의 위치오차를 산출할 수 있다. 예를 들어, 논문 『Degner M.C., Lorenz R.D. "Position estimation in induction machines utilizing rotor bar slot harmonics and carrier- frequency signal injection" Industry Applications, IEEE Transaction on, Volume: 36, Issue: 3, May.- June. 2000』에 개시된 고주파를 이용한 회전자의 위치오차 산출방법에 의해 산출 가능하다.

센싱속도 산출부(70)는 모터(1)의 회전자의 회전위치를 감지하고, 감지된 회전자의 회전위치에 기초하여 센싱속도(ωr_S)를 산출한다. 그리고, 센싱속도 산출부(70)에 의해 산출된 센싱속도(ωr_S)는 기준속도 산출부(80)에 입력된다. 여기서, 센싱속도 산출부(70)에서 회전자의 회전 위치를 감지하기 위한 센서로는 저분해능을 갖는 센서, 예컨대 홀 센서(Hall Sensor)를 사용하는 것이 제조 비용을 절약할 수 있어 바람직하다.

기준속도 산출부(80)는 모터(1)의 회전 속도를 제어하기 위한 지령속도(ωr*)에 기초하여, 모터(1)의 전속도 구간을 복수의 단위속도 구간으로 구분하고, 각 단위속도 구간에서 센싱속도(ωr_S), 추정속도(ωr_SL) 및 지령속도(ωr*) 중 적어도 어느 하나에 소정의 가중치(K1,K2,K3)를 부여하여 합산된 값을 모터(1)의 기준 추정속도(ωr^)로 산출한다. 그리고, 기준속도 산출부(80)는 상기 기준 추정속도(ωr^)에 기초하여 기준 추정위치(θr^)를 산출할 수 있다. 여기서, 기준속도 산출부(80)의 기준 추정속도(ωr^) 및/또는 기준 추정위치(θr^)의 산출 방법에 대한 상세한 설명은 후술한다.

한편, 기준속도 산출부(80)로부터 출력된 기준 추정속도(ωr^)와, 지령속도(ωr*)는 비교기(90)를 통해 비교되어 출력된다. 그리고, 속도제어기(10)는 비교기 로부터 출력되는 지령속도(ωr*)와 추정속도(ωr_SL)의 비교값에 기초하여 토크지령(Te*)을 생성하여 전류제어기(20)로 출력한다.

전류제어기(20)는 속도제어기(10)로부터 출력되는 토크지령을 입력받아 전압벡터지령(V*)을 출력한다. 여기서, 전류제어기(20)는 속도추정부(60)에서 추정속도(ωr_SL)의 추정과정에서 산출된 추정전류값(미도시)을 입력받아 전압벡터지령(V*)의 생성에 반영할 수 있다.

벡터제어기(30)는 전류제어기(20)로부터 출력되는 전압벡터지령(V*)과, 기준속도 산출부(80)로부터 출력되는 기준 추정위치(θr^)를 입력받고, 입력되는 두 값에 기초하여 인버터부(40)의 각 상에 대한 전압명령신호(Va,b,c*)를 출력한다.

이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 기준속도 산출부(80)에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 기준속도 산출부(80)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 지령속도(ωr*), 센싱속도(ωr_S) 및 추정속도(ωr_SL)에 반영되는 가중치(K1,K2,K3)를 출력하는 가중치 출력부와, 각 가중치(K1,K2,K3)를 지령속도(ωr*), 센싱속도(ωr_S) 및 추정속도(ωr_SL)에 반영하여 기준 추정속도(ωr^)를 산출하는 기준속도 발생부(82)를 포함한다. 또한, 기준속도 산출부(80)는 기준 추정위치(θr^)를 출력하기 위한 적분기(83)을 포함할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 기준속도 산출부(80)는 모터(1)의 전속도 구간을 복수의 단위속도 구간으로 구분한다. 여기서, 기준속도 산출부(80)는 단위속도 구간을 저속 구간(LP), 중속 구간(MP), 고속 구간(HP), 저속 구간(LP)과 중속 구간(MP) 의 사이의 제1 전환 구간 및 중속 구간(MP)과 고속 구간(HP) 사이의 제2 전환구간(TP2)으로 구분할 수 있다.

가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)를 입력받고, 입력된 지령속도(ωr*)의 크기에 기초하여 현재의 단위속도 구간을 판단한다. 예컨대, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 영속도에서 제1 속도(V1) 사이에 있는 경우에는 현재의 단위속도 구간을 저속 구간(LP)으로 판단한다. 동일한 방법으로, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제1 속도(V1)에서 제2 속도(V2) 사이에 있는 경우에는 제1 전환 구간으로, 지령속도(ωr*)가 제2 속도(V2)에서 제3 속도(V3) 사이에 있는 경우에는 중속 구간(MP)으로, 지령속도(ωr*)가 제3 속도(V3)에서 제4 속도(V4) 사이에 있는 경우에는 제2 전환 구간으로, 지령속도(ωr*)가 제4 속도(V4) 이상인 경우에는 고속 구간(HP)으로 판단할 수 있다.

한편, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 저속 구간(LP) 내에 있는 것으로 판단되는 경우, 지령속도(ωr*)에 대한 가중치(이하, '지령 가중치'라 함)를 1로 하고, 센싱속도(ωr_S) 및 추정속도(ωr_SL)에 대한 가중치(이하, 각각 '센싱 가중치' 및 '추정 가중치'라 함)를 0으로 한다. 이에 따라, 저속 구간(LP)에서는 지령속도(ωr*)가 기준속도 산출부(80)로부터 기준 추정속도(ωr^)로 출력된다. 따라서, 모터(1)의 초기 기동시, 홀 센서에 의한 회전속도의 산출이나 센서리스 제어가 어려운 상황에서는 지령속도(ωr*)를 기준 추정속도(ωr^)로 할 수 있다.

그리고, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 중속 구간(MP) 내에 있는 것 으로 판단되는 경우, 센싱 가중치(K2)를 1로 하고, 지령 가중치(K1) 및 추정 가중치(K3)를 0으로 한다. 이에 따라, 중속 구간(MP)에서는 센싱속도(ωr_S)가 기준속도 산출부(80)로부터 기준 추정속도(ωr^)로 출력된다. 따라서, 모터(1)의 회전속도가 센서리스 제어는 어려우나, 저 분해능의 센서에 의한 속도 산출이 가능한 중속 구간(MP)에서는 센서로부터의 정보에 기초한 모터(1)의 속도 제어가 가능하게 된다.

그리고, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 고속 구간(HP) 내에 있는 것으로 판단되는 경우, 추정 가중치(K3)를 1로 하고, 지령 가중치(K1) 및 센싱 가중치(K2)를 0으로 한다. 이에 따라, 고속 구간(HP)에서는 센싱속도(ωr_S)가 기준 속도 산출부로부터 기준 추정속도(ωr^)로 출력된다. 따라서, 모터(1)가 일정 속도 이상의 고속 회전하는 경우에는 센서리스 제어가 가능하게 된다.

그리고, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제1 전환구간(TP1) 내에 있는 것으로 판단되는 경우, 지령 가중치(K1) 및 센싱 가중치(K2)를 가변시키면서 지령속도(ωr*)와 센싱속도(ωr_S)에 반영하고, 지령 가중치(K1) 및 센싱 가중치(K2)가 반영된 지령속도(ωr*)와 센싱속도(ωr_S)를 합산하여 기준 추정속도(ωr^)를 산출한다.

여기서, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제1 전환구간(TP1) 내에 들어가는 경우, 저속 구간(LP)에서 1로 출력되던 지령 가중치(K1)를 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 감소시키고, 저속 구간(LP)에서 0으로 출력되던 센싱 가중치(K2)를 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 증가시킨다. 그리고, 기준속도 발생부(82)는 지령 속도(ωr*)의 증가에 따라 변하는 지령 가중치(K1) 및 센싱 가중치(K2)를 각각 지령속도(ωr*) 및 센싱속도(ωr_S)에 곱하고, 지령 가중치(K1) 및 센싱 가중치(K2)가 반영된 지령속도(ωr*) 및 센싱속도(ωr_S)를 합산하여 기준 추정속도(ωr^)로 출력한다. 이에 따라, 지령속도(ωr*)가 저속 구간(LP)에서 중속 구간(MP)으로 전환될 때, 지령속도(ωr*)와 센싱속도(ωr_S)의 편차에 의한 갑작스런 기준 추정속도(ωr^)의 변화를 최소화하게 된다.

그리고, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제2 전환구간(TP2) 내에 들어가는 경우, 중속 구간(MP)에서 1로 출력되던 센싱 가중치(K2)를 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 감소시키고, 중속 구간(MP)에서 0으로 출력되던 추정 가중치(K3)를 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 증가시킨다. 그리고, 기준속도 발생부(82)는 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 변하는 센싱 가중치(K2) 및 추정 가중치(K3)를 각각 센싱속도(ωr_S) 및 추정속도(ωr_SL)에 곱하고, 센싱 가중치(K2) 및 추정 가중치(K3)가 반영된 센싱속도(ωr_S) 및 추정속도(ωr_SL)를 합산하여 기준 추정속도(ωr^)로 출력한다. 이에 따라, 지령속도(ωr*)가 중속 구간(MP)에서 고속 구간(HP)으로 전환될 때, 센싱속도(ωr_S)와 추정속도(ωr_SL)의 편차에 의한 갑작스런 기준 추정속도(ωr^)의 변화를 최소화하게 된다.

여기서, 도 3은 가중치 발생부(81)가 제1 전환구간(TP1) 및 제2 전환구간(TP2)에서 가중치(K1,K2,K3)를 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 선형적으로 증가 또는 감소시키는 것을 일 예로 도시한 것이고, 도 4는 가중치 발생부(81)가 제1 전환구간(TP1) 및 제2 전환구간(TP2)에서 가중치(K1,K2,K3)를 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 대략 S자 형으로 증가 또는 감소시키는 것을 일 예로 도시한 것이다.

이하에서는 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 속도 제어방법에 대해 설명한다. 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 속도 제어방법에 있어서, 모터(1)의 초기구도에서부터 지령속도(ωr*)가 제4를 초과할 때까지의 제어방법을 설명한다.

먼저, 모터(1)가 초기 기동하는 경우(S10), 가중치 발생부(81)는 지령 가중치(K1)를 1로, 센싱 가중치(K2)를 0으로, 추정 가중치(K3)를 0으로 출력한다(S11). 이 때, 가중치 발생부(81)로부터 출력되는 각 가중치(K1,K2,K3)는 기준속도 발생부(82)는 기준속도 발생부(82)에 입력되고, 기준속도 발생부(82)는 입력된 각 가중치(K1,K2,K3)를 지령속도(ωr*), 센싱속도(ωr_S) 및 추정속도(ωr_SL)에 각각 곱하고, 각 가중치(K1,K2,K3)가 곱해진 지령속도(ωr*), 센싱속도(ωr_S) 및 추정속도(ωr_SL)를 합산하여 기준 추정속도(ωr^)를 출력한다.

그런 다음, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제1 속도(V1)를 초과하는지 여부를 판단한다(S12). 그리고, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제1 속도(V1)를 초과하는 것으로 판단되는 경우, 즉, 제1 전환 구간에 접어드는 것이 감지되는 경우, 지령 가중치(K1)를 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 1로부터 감소시키고, 센싱 가중치(K2)를 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 0으로부터 증가시킨다. 이 때, 추정 가중치(K3)는 0으로 출력되는 상태이다(S13).

그런 다음, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제2 속도(V2)를 초과하는지 여부를 판단한다(S14). 그리고, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제2 속도(V2)를 초과하는 것으로 판단되는 경우, 즉, 중속 구간(MP)에 접어드는 것이 감 지되는 경우, 센싱 가중치(K2)를 1로, 지령 가중치(K1) 및 추정 가중치(K3)를 0으로 출력한다(S15).

그런 다음, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제3 속도(V3)를 초과하는지 여부를 판단한다(S16). 그리고, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제3 속도(V3)를 초과하는 것으로 판단되는 경우, 즉, 제2 전환 구간에 접어드는 것이 감지되는 경우, 센싱 가중치(K2)를 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 1로부터 감소시키고, 추정 가중치(K3)를 지령속도(ωr*)의 증가에 따라 0으로부터 증가시킨다. 이 때, 지령 가중치(K1)는 0으로 출력되는 상태이다(S17).

그런 다음, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제4 속도(V4)를 초과하는지 여부를 판단한다(S18). 그리고, 가중치 발생부(81)는 지령속도(ωr*)가 제4 속도(V4)를 초과하는 것으로 판단되는 경우, 즉, 고속 구간(HP)에 접어드는 것이 감지되는 경우, 추정 가중치(K3)를 1로, 지령 가중치(K1) 및 센싱 가중치(K2)를 0으로 출력한다(S19). 따라서, 모터(1)의 회전속도가 센서리스 제어가 가능한 제4 속도(V4)를 초과할 때까지 초기 구동시의 외란 토크의 변동에도 강인하면서도, 모터(1)의 전속도 구간에서 정확한 모터(1)의 기준 추정속도(ωr^)의 산출이 가능하게 된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 초기 구동시 외란 토크의 변동이 큰 시스템에서 모터의 전속도 구간에서 정확한 모터의 기준 추정속도의 산출이 가능한 모터의 속도 제어장치 및 속도 제어방법이 제공된다.

Claims

회전자를 갖는 모터의 속도 제어장치에 있어서,

상기 모터의 회전 속도를 감지하여 센싱속도를 산출하는 센싱속도 산출부와;

상기 회전자의 위치 오차에 대한 정보에 기초하여 상기 모터의 추정속도를 추정하는 속도추정부와;

상기 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 지령속도에 기초하여 상기 모터의 전속도 구간을 복수의 단위속도 구간으로 구분하고, 상기 각 단위속도 구간에서 상기 센싱속도, 상기 추정속도 및 상기 지령속도 중 적어도 어느 하나에 소정의 가중치를 부여하여 합산한 값을 상기 모터의 기준 추정속도로 산출하는 기준속도 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 단위속도 구간은,

상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 센싱속도 및 상기 추정속도에 대한 상기 가중치가 0인 저속 구간과;

상기 센싱속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 추정속도 및 상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 0인 중속 구간과;

상기 추정속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 센싱속도 및 상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 0인 고속 구간과;

상기 저속 구간과 상기 중속 구간 사이의 제1 전환 구간과;

상기 중속 구간과 상기 고속 구간 사이의 제2 전환 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어장치.
제2항에 있어서,

상기 기준속도 산출부는 상기 제1 전환구간에서 상기 지령속도와 상기 센싱속도를 합산하여 상기 기준 추정속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어장치.
제3항에 있어서,

상기 기준속도 산출부는 상기 지령속도가 증가하는 상기 제1 전환구간인 경우, 상기 지령속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 감소시키고 상기 센싱속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 증가시키는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어장치.
제2항에 있어서,

상기 기준속도 산출부는 상기 제2 전환구간에서 상기 센싱속도와 상기 추정속도를 합산하여 상기 기준 추정속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어장치.
제5항에 있어서,

상기 기준속도 산출부는 상기 지령속도가 증가하는 상기 제2 전환구간인 경우, 상기 센싱속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 감소시키고 상기 추정속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 증가시키는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어장치.
제4항 또는 제6항에 있어서,

상기 가중치는 상기 제1 전환구간 및 상기 제2 전환구간에서 상기 지령속도의 증가에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어장치.
제4항 또는 제6항에 있어서,

상기 가중치는 상기 제1 전환구간 및 상기 제2 전환구간에서 상기 지령속도의 증가에 따라 대략 S 형으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어장치.
모터의 속도 제어방법에 있어서,

상기 모터의 회전 속도를 감지하여 센싱속도를 산출하는 단계와;

상기 모터의 회전자의 위치 오차에 대한 정보에 기초하여 상기 모터의 추정속도를 추정하는 단계와;

상기 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 지령속도를 생성하는 단계와;

상기 모터의 전속도 구간을 복수의 단위속도 구간으로 구분하고, 상기 각 단위속도 구간에서 상기 센싱속도, 상기 추정속도 및 상기 지령속도 중 적어도 어느 하나에 소정의 가중치를 부여하여 합산한 값을 상기 모터의 기준 추정속도로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어방법.
제9항에 있어서,

상기 단위속도 구간은,

상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 센싱속도 및 상기 추정속도에 대한 상기 가중치가 0인 저속 구간과;

상기 센싱속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 추정속도 및 상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 0인 중속 구간과;

상기 추정속도에 대한 상기 가중치가 1이고 상기 센싱속도 및 상기 지령속도에 대한 상기 가중치가 0인 고속 구간과;

상기 저속 구간과 상기 중속 구간 사이의 제1 전환 구간과;

상기 중속 구간과 상기 고속 구간 사이의 제2 전환 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어방법.
제10항에 있어서,

상기 기준 추정속도로 산출하는 단계는,

상기 제1 전환구간에서 상기 지령속도와 상기 센싱속도에 각각 해당 가중치를 곱하는 단계와;

상기 가중치을 곱한 상기 지령속도와 상기 센싱속도를 합산하여 상기 기준 추정속도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어방법.
제11항에 있어서,

상기 지령속도가 증가하는 상기 제1 전환구간인 경우, 상기 제1 전환구간에서 상기 지령속도와 상기 센싱속도에 각각 해당 가중치를 곱하는 단계는,

상기 지령속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 증가시키면서 상기 지령속도에 곱하는 단계와;

상기 센싱속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 감소시키면서 상기 센싱속도에 곱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어방법.
제10항에 있어서,

상기 기준 추정속도로 산출하는 단계는,

상기 제2 전환구간에서 상기 센싱속도와 상기 추정속도에 각각 해당 가중치를 곱하는 단계와;

상기 가중치를 곱한 상기 센싱속도와 상기 추정속도를 합산하여 상기 기준 추정속도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어방법.
제13항에 있어서,

상기 지령속도가 증가하는 상기 제2 전환구간인 경우, 상기 제2 전환구간에서 상기 센싱속도와 상기 추정속도에 각각 해당 가중치를 곱하는 단계는,

상기 센싱속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 감소시키면서 상기 센싱속도에 곱하는 단계와;

상기 추정속도에 대한 상기 가중치를 상기 지령속도의 증가에 따라 증가시키면서 상기 추정속도에 곱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어방법.
제11항 또는 제13항에 있어서,

상기 가중치는 상기 제1 전환구간 및 상기 제2 전환구간에서 상기 지령속도의 증가에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어방법.
제11항 또는 제13항에 있어서,

상기 가중치는 상기 제1 전환구간 및 상기 제2 전환구간에서 상기 지령속도의 증가에 따라 대략 S 형으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어방법.