KR20080061576A - The control device of motor and the method using the adaptation integral binary monitor and fuzzy logic controller - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 영구자석 동기전동기 제어장치의 구성을 나타내는 구성도,1 is a block diagram showing the configuration of a permanent magnet synchronous motor control apparatus using a conventional adaptive integral binary observer,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 벡터 제어를 나타내는 구성도,2 is a block diagram showing a motor vector control according to an embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 제어장치를 나타내는 개략적인 블럭도,3 is a schematic block diagram showing an electric motor control apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 적분항을 추가한 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기를 나타내는 블럭도, 4 is a block diagram illustrating a binary observer having a switching plane in which an integral term is added according to an embodiment of the present invention;
도 5는 적분 스위치 평면을 갖는 바이너리 관측기의 상태궤적을 나타내는 도면,5 is a diagram illustrating a state trace of a binary observer having an integrated switch plane;
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 속도오차에 관한 맴버쉽 함수를 나타내는 삼각형 파형도,6A is a triangular waveform diagram illustrating a membership function relating to a speed error according to an embodiment of the present invention;
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 오차변화에 관한 맴버쉽 함수를 나타내는 삼각형 파형도,6B is a triangular waveform diagram illustrating a membership function relating to an error change according to an embodiment of the present invention;
도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 출력에 관한 맴버쉽 함수를 나타내는 삼각형 파형도,6C is a triangular waveform diagram illustrating a membership function relating to an output according to an embodiment of the present invention;
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 제어장치를 이용한 제어방법을 나타내는 전체 흐름도,7A is an overall flowchart illustrating a control method using an electric motor control apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 추정속도산출 단계를 나타내는 상세 흐름도,7b is a detailed flowchart illustrating an estimated speed calculation step according to an embodiment of the present invention;
도 8a는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 무부하 2000[rpm]에서 -2000[rpm]으로 구동시 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도,8A is a waveform diagram showing an actual speed (up) and an estimated speed (down) when driving from no load 2000 [rpm] to -2000 [rpm] when having a fixed PI gain;
도 8b는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 70%의 부하를 인가할 때 2000[rpm]에서 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도,8B is a waveform diagram showing an actual speed (upper) and an estimated speed (lower) at 2000 [rpm] when a load of 70% is applied when having a fixed PI gain;
도 8c는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 100%의 부하를 인가할 때 1000[rpm]에서 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도,8C is a waveform diagram showing an actual speed (up) and an estimated speed (down) at 1000 [rpm] when a load of 100% is applied when having a fixed PI gain;
도 8d는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 무부하 50[rpm]으로 구동시 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도,8D is a waveform diagram showing an actual speed (upper) and an estimated speed (lower) when driving at no load 50 [rpm] when having a fixed PI gain;
도 8e는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 무부하를 인가할 때 50[rpm]에서 -50[rpm]으로 구동시 실제위치(상) 및 추정위치(하)를 나타내는 파형도.8E is a waveform diagram showing an actual position (upper) and an estimated position (lower) when driving from 50 [rpm] to -50 [rpm] when no load is applied when having a fixed PI gain.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
110 : 속도 지령기 120 : 속도 제어기110: speed commander 120: speed controller
130 : 전류 제어기 140 : 전력 변환기130 current controller 140 power converter
150 : 전류 검출기 160 : 퍼지로직 제어기150: current detector 160: fuzzy logic controller
161 : 퍼지화순단 162 : 규칙기반설정수단161: fuzzy step 162: rule-based setting means
163 : 비퍼지화수단 170 : 적응 적분 바이너리 관측기163 non-fuzzy means 170: adaptive integral binary observer
171 : 제 1가산기 172 : 적분기171: first adder 172: integrator
173 : 제 2가산기 174 : 보조루프 조정기173: second adder 174: auxiliary loop regulator
175 : 주루프 조정기 176 : 이득 조정기175: main loop regulator 176: gain regulator
177 : 함수 입력기177: function input method
본 발명은 적응 적분 바이너리 관측기와 퍼지로직 제어기를 이용한 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM)의 센세리스 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로 지령속도의 변화 또는 부하 변화시 퍼지로직 제어기를 사용함으로써, PI 이득값 변화없이 IPMSM의 속도 센세리스 제어를 할 수 있는 적응 적분 바이너리 관측기와 퍼지로직 제어기를 이용한 전동기 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling the sensing of an embedded permanent magnet synchronous motor (IPMSM) using an adaptive integral binary observer and a fuzzy logic controller, and more specifically, by using a fuzzy logic controller when a command speed or load changes. The present invention relates to an electric motor controller using an adaptive integral binary observer and a fuzzy logic controller capable of speed sensing control of an IPMSM without a gain value change.
이에 대하여, 바이너리 관측기와 관련된 기술은 대한민국 특허 등록(제10-0551572호, 적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 영구자석 동기전동기제어장치 및 그 제어방법)(이하, "선행발명"이라 한다)을 포함하여 다수 출원 및 등록된 상태이 다.On the other hand, a number of technologies related to the binary observer, including the Republic of Korea patent registration (No. 10-0551572, permanent magnet synchronous motor control device using an adaptive integral binary observer and its control method) (hereinafter referred to as "prior invention") It is filed and registered.
상술한 선행발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 속도 지령기에서 출력되는 지령속도를 추종하도록 전류지령치를 출력하는 속도 제어기와, 상기 전류지령치와 브러시리스 직류전동기에 흐르는 실제 전류간의 전류오차를 출력하는 전류 제어기와, 상기 전류오차에 대한 스위칭패턴을 결정하고, 결정된 패턴에 의한 전압을 직류전동기에 공급하는 전력 변환기와, 상기 직류전동기에 흐르는 전류를 감지하는 전류 검출기, 및 상기 직류전동기의 회전자의 속도와 위치를 추정하기 위한 바이너리 관측기로 이루어진 전동기 제어장치에 있어서: 상기 바이너리 관측기는 상기 전류오차를 적분하여 상기 직류 전동기 회전자의 속도와 위치를 추정하는 적분 스위칭 평면을 가지되, 상기 바이너리 관측기는, 상기 직류전동기에 흐르는 실제전류와 상태방정식으로부터 얻어지는 추정전류 사이의 추정오차를 구하는 제 1 가산기와, 상기 제 1 가산기의 추정오차를 적분하는 적분기와, 상기 적분기의 출력과 상기 제 1 가산기의 추정오차를 가산하는 제 2 가산기와, 상기 제 2 가산기의 출력에 대한 허용범위의 한계영역을 설정하고, 상기 제 1 가산기의 추정오차가 상기 한계영역에 들어오면 이 영역을 벗어나지 않고 계속 영역 내에 머물러 있도록 주루프 조정기의 이득을 설정하는 보조루프 조정기와, 상기 보조루프 조정기의 출력과 상기 제 1 가산기의 추정오차를 이용하여 연속의 스위칭함수를 출력하는 주루프 조정기와, 상기 주루프 조정기에서 출력되는 연속의 스위칭함수의 이득을 조정하여 상기 한계영역내에 들어온 오차궤적이 원점으로 안정적으로 수렴할 수 있도록 하는 이득 조정기를 포함하는 구성이지만, 전동기 파리미터의 계측시 발생하는 오차 및 구동시 전류 혹은 입력전압 검출에서 오차가 발생함으로써, 속도추정오차가 존재하는 문제점이 있었다.As described above, the preceding invention outputs a current controller between a speed controller for outputting a current command value to follow the command speed output from the speed commander, and an actual current flowing through the current command value and the brushless DC motor. A current controller configured to determine a switching pattern for the current error and supply a voltage according to the determined pattern to a DC motor, a current detector for sensing a current flowing in the DC motor, and a rotor of the DC motor. A motor control apparatus comprising a binary observer for estimating a speed and a position of a binary observer, wherein the binary observer has an integral switching plane that estimates the speed and position of the rotor of the DC motor by integrating the current error. Is the real current flowing through the DC motor and the state equation A first adder for obtaining an estimated error between the obtained estimated current, an integrator for integrating an estimated error of the first adder, a second adder for adding an output of the integrator and an estimated error of the first adder, and the second adder An auxiliary loop adjuster for setting a limit region of the allowable range for the output of the adder, and setting the gain of the main loop adjuster so that the estimated error of the first adder stays within the region without leaving this region; A main loop adjuster for outputting a continuous switching function using the output of the auxiliary loop adjuster and the estimated error of the first adder, and a gain of the continuous switching function outputted from the main loop adjuster within the limit region. It is a configuration that includes a gain adjuster that allows the incoming error trajectory to converge stably to the origin. There is a problem that a speed estimation error exists because an error occurs in measurement of a synchronous parameter and an error occurs in driving current or input voltage detection.
즉, 전동기 파라미터의 계측시 발생하는 오차 및 전동기 구동시 전류 혹은 입력전압 검출에서 발생하는 오차로 인해 속도추정오차가 존재하는 문제점이 있었다.That is, there is a problem that a speed estimation error exists due to an error that occurs when measuring motor parameters and an error that occurs when the current or input voltage is detected when the motor is driven.
다시 말하면, 종래의 IPMSM을 지령속도의 변화나 부하에 따라 PI 제어기에서 PI 이득을 속도나 부하에 맞게 바꿔 줘야만 하는 문제점이 있었다.In other words, the conventional IPMSM had to change the PI gain of the PI controller according to the speed or the load according to the change of the command speed or the load.
따라서, PI 이득을 고정시킨 후, 전동기의 지령 속도를 바꾸어 구동시키면 일정 영역의 속도에서는 전동기가 구동되지 않는 문제점을 가진다.Therefore, if the PI gain is fixed and then driven by changing the command speed of the motor, there is a problem that the motor is not driven at a certain speed range.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 지령속도의 변화 또는 부하 변화시 퍼지로직 제어기를 사용함으로써, PI 이득값 변화없이 IPMSM의 속도 센세리스 제어를 할 수 있는 적응 적분 바이너리 관측기와 퍼지로직 제어기를 이용한 전동기 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and by using a fuzzy logic controller when a command speed change or load change, an adaptive integral binary observer and a fuzzy control capable of speed sensing control of IPMSM without a PI gain value change A motor control apparatus using a logic controller and a method thereof are provided.
이와 같은 특징적인 기술적 사상을 구현하기 위해 사용자에 의해서 별도로 지정된 지령속도를 출력하는 속도 지령기(110)와, 상기 속도 지령기에서 출력되는 지령속도를 추종하도록 전류지령치를 출력하는 속도 제어기(120)와, 상기 속도 제어기에서 출력되는 전류지령치를 추종하도록 전압을 출력하는 전류 제어기(130)와, 상기 전류 제어기에서 출력되는 전압을 3상 교류전원으로 변환시켜 매입형 영구자석 동기전동기로 공급하는 전력 변환기(140)와, IPMSM에 흐르는 전류를 감지하는 전류 검출기(150)와, 상기 전류 검출기에서 검출한 전류를 이용하여 전동기 회전자의 속도와 위치를 추정한 후, 추정속도는 SVPWM하여 인버터를 통해 IPMSM으로 인가하고, 추정위치는 상기 전류 제어기로 제공하는 추정기인 적응 적분 바이너리 관측기(170)로 이루어진 적응 적분 바이너리 관측기와 퍼지로직 제어기를 이용한 전동기 제어장치(100)에 있어서, 상기 전동기 제어장치(100)는, 속도편차 및 속도편차의 변화에 따라 적절한 귀속도함수를 통해 퍼지로직 제어기에서 다룰 수 있는 새로운 퍼지값(정보값)으로 변환하는 퍼지화수단(161)과, 상기 퍼지화 된 입력에 대하여 퍼지제어의 결과를 도출하는 규칙기반설정수단(162)과, 상기 규칙기반설정수단을 통해서 출력된 정보를 구체적인 수치로 표현하는 디코딩 작업을 수행하는 비퍼지화수단(163)을 포함하고, 지령속도와 추정속도의 오차를 비교하여 그사이에 발생하는 오차를 산출한 후, 오차의 변화율과 실제속도를 결정하는 기능을 수행하는 퍼지로직 제어기(160); 를 포함한다.In order to realize such a technical idea, the speed commander 110 outputs a command speed separately designated by a user, and the speed controller 120 outputs a current command value to follow the command speed output from the speed commander. And a current controller 130 for outputting a voltage to follow the current command value output from the speed controller, and a power converter for converting the voltage output from the current controller into a three-phase AC power source and supplying the embedded permanent magnet synchronous motor. 140 and the current detector 150 for sensing the current flowing through the IPMSM, and after estimating the speed and position of the motor rotor using the current detected by the current detector, the estimated speed is SVPWM to the IPMSM through the inverter. Adaptive integral consisting of an adaptive integral
바람직하게 상기 규칙기반설정수단(162)은, 퍼지제어의 결과를 도출하기 위해서 최소연산자 연산방식 또는 스칼라 곱 연산방식을 통해서 연산을 정량화시키는 것을 특징으로 한다.Preferably, the rule-based setting means 162 quantifies the calculation through a minimum operator calculation method or a scalar product operation method in order to derive the result of the fuzzy control.
그리고 바람직하게 상기 비퍼지화수단(163)은, 무게중심법(Center Of Gravity : COG)을 이용하여 출력의 정도(퍼지값)에 대한 확정값을 얻는 것을 특징으로 한다.Preferably, the non-fuge means 163 is characterized by obtaining a definite value for the degree of output (purge value) by using a center of gravity (COG) method.
한편, 본 발명은 적응 적분 바이너리 관측기와 퍼지로직 제어기를 이용한 전동기 제어방법에 있어서, 부하의 가변 또는 지령속도의 변화가 발생하는 경우, 추정속도를 산출하는 제1 과정; 전력 변환기(140)를 통해서 제1 지령전류를 출력하는 제2 과정; 제1 지령전류와 실제전류 간의 오차전류를 산출하는 제3 과정; PI 제어기를 통해서 상기 오차전류에 따른 제2 지령전류를 산출하는 제4 과정; 최종 지령전류를 획득하는 제5 과정; 상기 최종 지령전류를 IPMSM의 회전자 전압 방식에 의해서 지령 전압을 산출하는 제6 과정; 및 적분 스위칭 평면을 갖는 연속의 스위칭 함수를 결정하는 제7 과정; 을 포함하되, 상기 제2 과정은, 지령속도와 추정속도를 비교하여 속도오차를 획득하는 과정; 현재 속도오차와 전단계 속도오차를 비교하여 속도오차의 변화율를 획득하는 과정; 상기 속도오차의 변화율을 이용하여 FLC 전류를 산출하는 과정; 및 상기 속도오차 변화율을 고정된 PI 제어기를 통해서 제1 지령전류를 획득하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the present invention provides an electric motor control method using an adaptive integral binary observer and a fuzzy logic controller, comprising: a first step of calculating an estimated speed when a variable load or a change in command speed occurs; A second process of outputting a first command current through the power converter 140; A third step of calculating an error current between the first command current and the actual current; A fourth process of calculating a second command current according to the error current through a PI controller; A fifth process of acquiring a final command current; A sixth step of calculating a command voltage using the final command current by a rotor voltage method of IPMSM; And a seventh step of determining a continuous switching function having an integral switching plane; The second process may include: obtaining a speed error by comparing a command speed and an estimated speed; Obtaining a rate of change of the speed error by comparing the current speed error with the previous step speed error; Calculating a FLC current using the rate of change of the speed error; And obtaining a first command current through the fixed PI controller using the speed error change rate. Characterized in that it comprises a.
바람직하게 상기 제1 과정 이전에, 사용자에 의해서 별도로 지정된 지령속도를 출력하는 과정; IPMSM에 인가되는 실제전류를 측정하는 과정; 및 상기 IPMSM의 상태방정식으로부터 추정속도를 산출하는 과정; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, before the first step, the step of outputting a command speed separately designated by the user; Measuring a real current applied to the IPMSM; Calculating an estimated speed from the state equation of the IPMSM; It characterized in that it further comprises.
또한 바람직하게 상기 제2 과정 이후에, 상기 제1 지령전류와 실제전류 간의 오차를 산출하기 위해서 PI제어기를 통과하는 과정; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, after the second process, passing the PI controller to calculate the error between the first command current and the actual current; It characterized in that it further comprises.
그리고 바람직하게 상기 최종 지령전류를 획득하는 과정은, 퍼지로직 제어기 로부터 산출된 결과가 고정된 PI 이득에 의해 구해진 값에 가산함으로써 최종 추정전류를 획득하는 것을 특징으로 한다.And preferably, the process of acquiring the final command current is characterized in that the final estimated current is obtained by adding the result calculated from the fuzzy logic controller to the value obtained by the fixed PI gain.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. In the meantime, when it is determined that the detailed description of the known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 적응 적분 바이너리 관측기와 퍼지로직 제어기를 이용한 전동기 제어장치(이하, '전동기 제어장치'이라 함.)에 대하여 도 2 내지 도 6c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, referring to FIG. 2 to FIG. 6C, a motor control apparatus (hereinafter, referred to as an “motor controller”) using an adaptive integral binary observer and a fuzzy logic controller according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The description is as follows.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 벡터 제어를 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 제어장치를 나타내는 개략적인 블럭도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 적분항을 추가한 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기를 나타내는 블럭도이고, 도 5는 적분 스위치 평면을 갖는 바이너리 관측기의 상태궤적을 나타내는 도면이며, 도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 속도오차에 관한 맴버쉽 함수를 나타내는 삼각형 파형도이고, 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 오차변화에 관한 맴버쉽 함수를 나타내는 삼각형 파형도이며, 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 출력에 관한 맴버쉽 함수를 나타내는 삼각형 파형도이다.Figure 2 is a block diagram showing a motor vector control according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a schematic block diagram showing a motor control apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is an embodiment of the present invention FIG. 5 is a block diagram illustrating a binary observer having a switching plane in which an integral term is added, and FIG. 5 is a view illustrating a state trace of a binary observer having an integrated switch plane, and FIG. 6A illustrates a velocity according to an embodiment of the present invention. 6B is a triangular waveform diagram illustrating a membership function relating to an error, and FIG. 6B is a triangular waveform diagram illustrating a membership function relating to an error change according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6C is a diagram illustrating an output according to an embodiment of the present disclosure. Triangle waveform diagram showing membership function.
도 2 및 도 3을 참고하여 전동기 제어장치를 살펴보면, 전동기 제어장치(100)는 사용자에 의해서 별도로 지정된 지령속도를 출력하는 속도 지령기(110)와, 속도 지령기(110)에서 출력되는 지령속도를 추종하도록 전류지령치를 출력하는 속도 제어기(120)와, 속도 제어기(120)에서 출력되는 전류지령치를 추종하도록 전압을 출력하는 전류 제어기(130)와, 전류 제어기(130)에서 출력되는 전압을 3상 교류전원으로 변환시켜 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)(이하, IPMSM 이라 함.)로 공급하는 전력 변환기(140)와, IPMSM에 흐르는 전류를 감지하는 전류 검출기(150)와, 지령속도와 추정속도의 오차를 비교하여 그사이에 발생하는 오차를 산출한 후, 오차의 변화율과 실제속도를 결정하는 퍼지로직 제어기(Fuzzy Logic Controller; FLC)(160)와, 전류 검출기(150)에서 검출한 전류를 이용하여 전동기 회전자의 속도와 위치를 추정함으로써, 추정속도는 지령속도와 비교한 후, 실제전류와 비교하여 전압방정식에 의해서 전압값으로 변화되고, SVPWM하여 인버터를 통해 IPMSM으로 인가하고, 추정위치는 전류 제어기(130)로 제공하는 추정기인 적응 적분 바이너리 관측기(170)를 포함한다.Referring to the motor control device with reference to FIGS. 2 and 3, the
이때, 적응 적분 바이너리 관측기(170)는 IPMSM에 인가되는 a상 전류와 b상 전류를 검출하고, c상 전류는 산출되는 것이 바람직하다.At this time, the adaptive integral
여기서, 전력 변환기(140)는 a, b 및 c상 전류를 고정자 좌표계 상(D-Q)으로 변환한다.Here, the power converter 140 converts the a, b and c phase currents into the stator coordinate system phase D-Q.
이하, 상기한 본 발명의 기술적 사상을 다수의 수학식을 기반으로 살펴본다.Hereinafter, the technical spirit of the present invention will be described based on a number of equations.
우선, 상술한 IPMSM의 고정자 좌표계(α-β)에 따른 기본적인 전압방정식을 살펴보면 다음의 수학식 1과 같다.First, the basic voltage equation according to the stator coordinate system α-β of the IPMSM will be described as
이때, is는 [iα iβ]T로써 고정자 α축과 β축 전류를 나타내고, vs는 [vα vβ]T로써 고정자 α축과 β축 전압을 나타내며, R은 고정자를 나타내고, Ld는 회전자 d축 인덕턴스를 나타내며, Lq는 회전자 q축 인덕턴스를 나타내고, KE는 역기전력 상수를 나타내며, ω는 회전자 속도를 나타내고, θ는 회전자 위치를 나타내며, 를 나타내는 것이 바람직하다.Where i s represents the stator α and β axis currents as [i α i β ] T , v s represents the stator α and β axis voltages as [v α v β ] T , R represents the stator, L d represents the rotor d-axis inductance, L q represents the rotor q-axis inductance, K E represents the counter electromotive force constant, ω represents the rotor speed, θ represents the rotor position, It is preferable to represent.
이에 대하여, 상술한 수학식 1을 미분 방정식으로 표현하면 다음과 같은 수학식 2를 얻는다.On the other hand, if the above-described equation (1) is expressed as a differential equation, the following equation (2) is obtained.
여기서, Es는 [Eα Eβ]로써 고정자 α축과 β축 유도전압을 나타내고, Eα는 KEωsinθ,Eβ=-KEωcosθ]를 나타내고, 를 나타내며, 를 나타내고, 를 나타내며, 를 나타내는 것이 바람직하다.Where E s represents the stator α and β axis induced voltages as [E α E β ], E α represents K E ωsinθ, E β = -K E ωcosθ], Indicates Indicates, Indicates It is preferable to represent.
즉, 상기 수학식 2를 통해서 시간에 대한 변수인 전압, 전류 그리고 위치에 대한 삼각함수와 속도항이 곱해진 형태로 나타나는 역기전력 성분으로 인하여 전체 시스템은 비선형이 됨으로써, 적응 적분 바이너리 관측기(170)를 이용한다. 다시 말하면, 상기 비선형 시스템을 선형화시키기 위해 한 제어 주기 내에는 속도가 일정함을 전제로 하여 측정할 수 있는 전류에 대한 관측을 행하는데, 적응 적분 바이너리 관측기(170)는 다음의 수학식 3과 같다.That is, the entire system becomes nonlinear due to the counter electromotive force component represented by multiplying the trigonometric function and velocity terms for voltage, current, and position, which are variables of time, by using Equation 2, thereby using the adaptive integral
이때,인 상수를 나타내고, 는 고정자 α축과 β축 추정전류를 나타내며, 는 고정자 α축과 β축 추정유도전압을 나타내고, 를, 를 를, 은 관측기 입력을 나타낸다.At this time, Represents a constant Represents the stator α- and β-axis estimated currents, Represents the estimated induction voltages of the stator α and β axes, To, To To, Represents the observer input.
한편, 본 실시예에서는 상술한 바이너리 관측기를 적분 스위치 평면을 갖는 바이너리 관측기(170)(이하, '적응 적분 바이너리 관측기' 이라 함.)로 설정하였는데, 이는 종래의 바이너리 관측기가 관측기의 평면을 원점으로 수렴시키는 것을 보장할 수 없기 때문이다.Meanwhile, in the present embodiment, the above-described binary observer is set as a
즉, 정상상태에서 추정값에 대한 떨림을 줄일 수는 있으나, 정상상태 오차가 남을 수 있다는 단점을 갖기 때문에 상술한 문제점을 해결하기 위해 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기(170)를 사용하는 것이 바람직하다.That is, although it is possible to reduce the trembling of the estimated value in the steady state, it is preferable to use the
이처럼, 정상상태의 오차를 줄이기 위하여 초평면에 적분항을 추가하며, 구성된 관측기의 초평면은 추정전류와 실제전류의 오차로 정의한다.In this way, the integral term is added to the hyperplane to reduce the error in the steady state, and the hyperplane of the constructed observer is defined as the error between the estimated current and the actual current.
도 4를 참조하여 적응 적분 바이너리 관측기(170)를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The adaptive integral
도 4에 도시된 바와 같이, 적응 적분 바이너리 관측기(170)는 IPMSM에 흐르는 실제전류(is)와 상태방정식으로부터 획득한 추정전류()간의 추정오차(es)를 산출하는 제 1가산기(171)와, 상기 제 1가산기(171)의 출력값인 추정오차(es)를 적분하는 적분기(172)와, 적분기(172)의 출력과 제 1가산기(171)의 출력을 가산하는 제 2가산기(173)와, 제 2가산기(173)의 출력값(σ(t))에 대한 허용범위의 한계영역(Gδ)을 설정하고, 제 1가산기(171)의 출력(es)이 설정된 한계영역에 들어오면 이 영역을 벗어나지 않고 계속 그 영역 내에 머물러 있도록 주루프 조정기의 이득(K1) 을 설정하는 보조루프 조정기(174)와, 보조루프 조정기(174)의 출력과 제 1 가산기(171)의 출력(es)을 입력으로하여 연속의 스위칭함수를 출력하는 주루프 조정기(175)와, 주루프 조정기(175)에서 출력되는 연속의 스위칭함수의 이득을 조정하여 한계영역내에 들어온 오차궤적이 원점으로 안정적으로 수렴할 수 있도록 하는 이득조정기(176) 및 IPMSM의 회전자 속도를 추정하고 안정도를 판별하기 위하여 리아푸노프(Lyapunov)함수를 입력하는 함수 입력기(177)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the adaptive integral
이때, 적응 적분 바이너리 관측기(170)는 리아루노프 함수를 통해서 추정위치() 및 추정속도()를 입력받아 일반적인 바이너리 관측기에 적분항을 추가한 스위칭 평면을 갖는다.In this case, the adaptive integral
따라서, 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기(170)에서 측정한 적분 스위칭 평면 σ(t)는 다음의 수학식 4와 같이 표현된다.Therefore, the integral switching plane σ (t) measured by the
여기서, Cα 및 Cβ가 양의 상수를 나타내는 경우에 이고, 이며, 이고, 를 나타내는 것이 바람직하다.Where C α and C β represent positive constants ego, Is, ego, It is preferable to represent.
다음으로, 상술한 수학식 4를 통해서 초평면은 제 1가산기(171)를 통해서 산출된 전류의 오차(e)를 적분하여 초평면의 차원을 높임으로써, 도 5에 도시된 바와 같이 바이너리 관측기는 2차원 평면에서 상태궤적을 나타낼 수 있다.Next, the hyperplane through the above-described equation (4) to increase the dimension of the hyperplane by integrating the error (e) of the current calculated through the first adder 171, as shown in FIG. State trajectories can be represented in the plane.
즉, 바이너리 관측기에서 정의되는 한계영역(Gδ)은 다음의 수학식 5와 같다.That is, the limit region G δ defined in the binary observer is expressed by
이때, δ+=δ(t)-c·δ이고, δ-=δ(t)c·δ일 때, 0≤δ<1인 경우 δ는 상수를 나타낸다.In this case, δ = a + δ (t) -c · δ, δ - = δ (t) c · If, 0≤δ <1 when δ δ represents a constant.
다시 말하면, 상기 수학식 4를 이용하여 적응 적분 바이너리 관측기(170)의 영역을 원점으로 수렴시킬 수 있음으로써, 적응 적분 바이너리 관측기(170)의 차원이 높아진 것을 알 수 있다.In other words, it can be seen that the dimension of the adaptive integral
참고적으로, 추정전류()와 실제전류(is)와의 오차(e)를 적분항을 추가하여 적응 적분 바이너리 관측기(170)의 초평면을 구성하는 것을 볼 수 있다.For reference, the estimated current ( It can be seen that by constructing the hyperplane of the adaptive integral
한편, 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기(170)의 스위칭 함수를 결정하는 주루프 조정기(174)와 보조루프 조정기(175)는 연속관성형(COFB)으로써, 다음의 수학식 6 및 7과 같이 표현된다.Meanwhile, the
먼저, 보조루프 조정기(171)는 다음의 수학식 6과 같다. First, the auxiliary loop adjuster 171 is as shown in Equation 6 below.
그리고, 주루프 조정기(175)는 다음의 수학식 7과 같다.The
이때, 이고, 인 것이 바람직하다.At this time, ego, Is preferably.
또한, 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기(170)의 오차 방정식은 상술한 수학식 6 및 7을 이용하여 살펴보면 다음의 수학식 8과 같이 정리된다.In addition, the error equation of the
즉, 보조루프 조정기(174) 및 주루프 조정기(175)를 이용하여 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기(170)의 오차 방정식을 추측할 수 있다.That is, the error equation of the
이때, 을 나타내는 바, 도 5를 참고하여 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기(170)의 상태궤적을 살펴보면, 오차는 바이너리 관측기의 경계면에 도달한 후, es=0이 될 때까지 수평축을 따라 수렴해간 다.At this time, Referring to FIG. 5, the state trace of the
다음으로 적분 스위칭 평면을 갖는 바이너리 관측기의 이득(K1)은 한계영역(Gδ)에 대한 불변조건으로부터 구할 수 있다.Next, the gain K 1 of the binary observer with integral switching plane can be obtained from the invariant condition for the limit region G δ .
이때, 영역 불변조건은 한계영역(Gδ)의 경계면에서 다음의 수학식 9에 만족 되어야 한다.In this case, the region invariant condition must satisfy the following Equation 9 at the boundary of the limit region G δ .
상술한 수학식 9를 참조하여 먼저, 이득(K1)의 값을 설정한다.First, the value of gain K 1 is set with reference to Equation 9 described above.
즉, 한계영역(Gδ) 내에 들어온 δ(t)가 영역을 벗어나지 않고 계속 한계영역(Gδ) 내에서 머물러 있을 조건은 이득 Kα를 적절하게 선택함으로써, 확보되어질 수 있다. 우선,δ>0 인 경우를 고려한다.That is, the condition that δ (t) entered in the limit region G δ does not leave the region and remains in the limit region G δ can be ensured by appropriately selecting the gain K α . First, consider the case where δ> 0.
따라서, δα>0 이라 가정하고, 상술한 수학식 9를 만족될 수 있도록 이득 Kα를 선택하는 경우에 다음의 수학식 10과 같이 표현된다.Therefore, assuming that δ α > 0, the gain K α is selected so as to satisfy the above equation (9).
이에 대하여 상술한 수학식 10으로부터, 이득 Kα의 값을 다음의 수학식 11과 같이 표현할 수 있다.On the other hand, from the above equation (10), the value of the gain K α can be expressed as shown in the following equation (11).
이때, δα<0인 경우에 다음의 수학식 12를 얻을 수 있다.At this time, when δ α <0, the following Equation 12 can be obtained.
이로써, 상술한 수학식 11 및 수학식 12를 이용하여 수학식 13을 산출할 수 있다.Thus, Equation 13 can be calculated using Equations 11 and 12 described above.
한편, 상술한 방식을 이용함으로써 δβ에 대하여 다음의 수학식 14를 산출할 수도 있다.On the other hand, by using the above-described method, the following equation (14) can be calculated for δ β .
또한, 상술한 수학식 13 및 14를 이용하여 수학식 15의 산출이 가능하다.In addition, equation (15) can be calculated using the above equations (13) and (14).
다음으로 보조루프 조정기 이득 α는 μ(t)가 영역의 경계에서 │μ│≥1-h의 크기를 만족하도록 하는 이득으로 함수 λ=δσ를 이용하여 구한다. 먼저 시스템의 상태가 σ=0을 통과하는 시간을 t1, δ>0에서 영역의 경계에 도달하는 시간을 t2라 놓고 수학식 6을 이용하여 시간에 대하여 정리하면 다음의 수학식 16과 같다.Next, the auxiliary loop adjuster gain α is obtained by using a function λ = δσ as a gain such that μ (t) satisfies the magnitude of μ 1-h at the boundary of the region. First, when the state of the system passes σ = 0 and the time to reach the boundary of the region at t 1 , δ> 0 is t 2 , and the time is summarized using Equation 6, .
이때, t>t0인 경우에 t1은 λ=1/2일 때의 시간을 나타내고, t2 는 λ=1일 때의 시간을 나타낸다. 단, 1/2<h<1 이다.At this time, when t> t 0 , t 1 represents the time when λ = 1/2, and t 2 represents the time when λ = 1. However, 1/2 <h <1.
즉, σ>0의 경우에 대해 μ≤(1-h)가 되도록 하는 α는 다음과 같이 구할 수 있다. 여기서 반증을 위해 μ(t2)>-(1-h)라고 가정하고, t1에서부터 t2까지 λ(t)를 조사하면, 다음의 수학식 17과 같다.That is, α to be μ≤ (1-h) for σ> 0 can be obtained as follows. In this case, assuming that μ (t 2 )>-(1-h), and λ (t) is investigated from t 1 to t 2 , the following equation (17) is obtained.
여기서 t≥ t0 일 때,Where t≥ t 0 ,
관측기의 보조루프 조정기 이득α가 상술한 수학식 16과 같은 부등식을 만족한다고 가정한다.It is assumed that the secondary loop adjuster gain α of the observer satisfies the inequality as shown in Equation 16 described above.
따라서, 상기 수학식 16을 이용하여 수학식 17을 정리하고, 여기에 상기 수학식 18을 대입하면 다음의 수학식 19와 같은 결과를 얻을 수 있다.Therefore, by using Equation 16,
다시 말하면, λ의 크기는 상술한 바와 같이 영역의 경계 즉, t2에서 λ(t2)=1이 되어야 하는데, λ(t2)<1이 되어 모순이 되는 바, α가 상기 수학식 18을 만족하도록 설정하면, │μ(t2)│≥1-h의 관계가 항상 성립하게 된다.In other words, the magnitude of λ should be λ (t 2 ) = 1 at the boundary of the region, that is, t 2 as described above, and λ (t 2 ) <1 becomes a contradiction, where α is expressed by Equation 18 Is set to be satisfied, the relationship of μμ (t 2 ) ≥ 1-h is always established.
또한, δ<0의 경우에 대해서도 상기 수학식 18과 같은 결과를 얻을 수 있다.Also in the case of δ <0, the same result as in Equation 18 can be obtained.
반면, 적응 적분 바이너리 관측기(170)는 기계적 제정수가 포함된 운동방정식을 이용하지 않으므로 IPMSM 회전자의 속도 및 위치정보를 얻기 위하여, 속도와 위치에 대한 추정식이 필요하다.On the other hand, since the adaptive integral
따라서, 본 실시예에서는 IPMSM의 회전자 속도를 추정하고 안정도를 판별하기 위하여 리아푸노프(Lyapunov)함수를 이용한다.Therefore, in the present embodiment, the Lyapunov function is used to estimate the rotor speed and determine the stability of the IPMSM.
즉, 함수 입력기(177)를 통해서 리아푸노프 함수를 다음의 수학식 20과 같이 설정한다.That is, the Liafuno function is set through the function input unit 177 as shown in
다시 말하면, 한 추정주기 내에서 IPMSM의 속도가 일정하다고 가정한 후, 수학식 20을 미분하면, 다음의 수학식 21과 같은 결과를 획득할 수 있다.In other words, after assuming that the speed of the IPMSM is constant within one estimation period, the derivative of
한편, 회전자 속도 추정과 안정도 판별을 위해, 상술한 수학식 8을 상기 수학식 21에 대입하면, 리아푸노프 함수의 미분값은 다음의 수학식 22와 같이 표현될 수 있다.On the other hand, in order to estimate the rotor speed and determine the stability, by substituting
이때, 이다.At this time, to be.
또한, 적응 적분 바이너리 관측기(170)의 시스템이 안정하기 위해서는 리아푸노프 안정도 이론으로부터 V>0일 때, 을 만족해야 한다. 따라서 을 만족하도록 하기 위하여 상기 수학식 22로부터 다음의 수학식 23 및 24로 두개의 식으로 분리한다.In addition, when the system of the adaptive integral
즉, 회전자의 추정속도를 도출하기 위하여 상기 수학식 23이 '0'이 되도록 설정하고, 안정도 판별을 위하여 상기 수학식 24의 부등식을 만족하도록 설정하면, 상기 수학식 20의 리아푸노프 함수는 안정하게 된다.That is, when Equation 23 is set to '0' to derive the estimated speed of the rotor, and the inequality of Equation 24 is set to determine stability, the Liapunov function of
또한, 상기 수학식 24의 부등식으로부터 K1의 범위는 수학식 25와 같고, 이때, K1은 상기 수학식 25 및 15를 모두 만족하도록 설정되어야 하므로 다음의 수학 식 26의 조건을 만족해야한다.In addition, the range of K 1 from the inequality of Equation 24 is equal to
참고적으로, 상기 수학식 23을 정리하면 다음과 같이 표현할 수 있는 바, IPMSM의 속도는 역기전력, 전류 및 Ld와 Lq의 차에 대한 정보와 관련이 있음을 알 수 있다.For reference, the equation 23 can be expressed as follows. It can be seen that the speed of the IPMSM is related to the information on the counter electromotive force, the current, and the difference between L d and L q .
상기 수학식 27에서 라 근사하여 정리하면, 다음과 같이 회전자의 속도 추정식으로 수학식 28을 얻을 수 있다.In Equation 27 In summary, Equation 28 can be obtained from the rotor speed estimation equation as follows.
상기 수학식 28을 이용하여 회전자의 속도를 추정할 수 있음을 알 수 있으며, 추정속도를 빠르고 안정적으로 실제속도로 수렴시키기 위해 상기 수학식 28을 비례 적분하여 추정속도를 결정하고, 이를 적분하여 추정위치를 산출한다.It can be seen that the speed of the rotor can be estimated using Equation 28. In order to quickly and stably converge the estimated speed to the actual speed, Equation 28 is proportionally integrated to determine the estimated speed. Calculate the estimated position.
그리고, 퍼지 로직 제어기(160)를 이용하여 지령속도와 추정속도의 오차를 비교하여 그사이에 발생하는 오차를 산출한 후, 오차의 변화율과 실제속도를 결정한다.Then, the error between the command speed and the estimated speed is calculated using the fuzzy logic controller 160 to calculate an error occurring therebetween, and then the rate of change of the error and the actual speed are determined.
본 실시예에 있어서, 속도편차 및 속도 편차의 변화율은 △ω(e) 그리고 △e 로 표현하는 것이 바람직하다.In this embodiment, the rate of change of the speed deviation and the speed deviation is preferably expressed by Δω (e) and Δe.
퍼지로직 제어기(160)는 상기 속도편차 및 속도편차의 변화에 따라 적절한 귀속도함수를 통해 상기 퍼지로직 제어기(160)에서 다룰 수 있는 새로운 퍼지값(정보값)으로 변환하는 퍼지화수단(161)과, 규칙기반설정수단(162) 및 비퍼지화수단(163)을 포함한다.The purge logic controller 160 has a purge means 161 for converting the fuzzy logic controller 160 into a new fuzzy value (information value) that can be handled by the fuzzy logic controller 160 according to the speed deviation and the change of the speed deviation. Rule-based setting means 162 and defuzzy means 163.
상기 퍼지화수단(161)을 구체적으로 살펴보면, 퍼지로직 제어기의 입력을 0과 1사이의 값으로 코딩화하는 단계를 수행하는데, 이러한 퍼지값으로의 변환을 위해 입력 x와 y를 적절한 범위에 대하여 “아주 크다”, “조금 작다”등의 언어묘사를 통해 언어변수를 정의한다. 즉, 언어변수는 얼마나 정교한 퍼지로직 제어기를 설계하고자 하는가에 따라 다양하게 세분화할 수 있다. Looking at the fuzzy means 161 in detail, it performs the step of coding the input of the fuzzy logic controller to a value between 0 and 1, the input x and y to the appropriate range for the conversion to the fuzzy value Language variables are defined by language descriptions such as “very large” and “little”. That is, language variables can be subdivided into various ways depending on how sophisticated the fuzzy logic controller is intended to be designed.
참고적으로, 일반적으로 적용되는 언어변수를 표 1을 통해 살펴보면 7단계로 구분되는 것을 알 수 있다.For reference, look at the generally applied language variables through Table 1 can be seen that it is divided into seven steps.
본 실시예에 있어서 퍼지로직 제어기의 연산을 위해 언어변수를 각각 3, 2, …, -3까지의 정수 값들로 설정할 수도 있다.In this embodiment, language variables are set to 3, 2,... For the operation of the fuzzy logic controller. It can also be set to integer values up to -3.
한편, 상기 표 1과 같이 구분된 언어변수에 따른 적용값을 그대로 정의하지 않을 수도 있다.On the other hand, the application value according to the language variable divided as shown in Table 1 may not be defined as it is.
예를 들어 그림 5a 내지 5b를 참고하여 살펴보면, 각각의 귀속도함수를 속도 편차는 5단계, 속도 편차의 변화율은 3단계로 구분하고, 속도편차와 속도편차의 변화율에 따른 적용값은 -25 ~ 25로 정의하며, 제어 전류의 적용값은 -1 ~ 1로 정의할 수도 있다.For example, referring to Figs. 5A to 5B, each ear velocity function is divided into five stages of speed deviation and three stages of change rate of the speed deviation, and the applied value according to the rate of change of the speed deviation and the speed deviation is -25 to 25. The control value may be defined as -1 to 1.
또한, 규칙기반설정수단(162)은 사용자의 경험과 지식에 따라 적절하다고 판단되는 선택에 의해 규칙기반이 설정되고, 퍼지화 된 입력에 대하여 적절한 퍼지제어의 결과를 도출하는 기능을 수행한다.In addition, the rule-based setting means 162 sets the rule base by the selection determined to be appropriate according to the user's experience and knowledge, and performs a function of deriving an appropriate fuzzy control result for the fuzzy input.
예를 들어 두 입력 x, y에 대하여 상기 표 1의 언어변수를 적용한 규칙기반을 살펴보면 다음과 같다.For example, the rule base of applying the language variables of Table 1 to two inputs x and y is as follows.
“If x is PL and y is PS, then u is NL"과 같으며, 이때 If 절을 전건부, then 절을 후건부라 한다. 이런 규칙기반은 다음의 표 2와 같이 정리할 수 있다.Same as “If x is PL and y is PS, then u is NL”, in which case the If clause is called the predecessor and the then clause is the aftergeon. This rule base can be summarized as shown in Table 2 below.
참고적으로, 전건부의 언어적 "and" 연산을 정량화시키기 위해 최소연산자(Minimum Operator : MIN) 또는 스칼라 곱(Scalar Product)이 주로 사용되나 본 실시예에서는 MIN연산을 사용하는 것이 바람직하다.For reference, a minimum operator (MIN) or a scalar product is mainly used to quantify the linguistic " and " operation of the construction unit, but in this embodiment, it is preferable to use the MIN operation.
그리고, 비퍼지화수단(163)은 상기 규칙기반설정수단(162)을 통해서 출력된 정보를 구체적인 수치로 표현하는 일종의 디코딩이라 할 수 있다.In addition, the non-fuzzy means 163 may be referred to as a kind of decoding expressing the information output through the rule-based setting means 162 in a specific numerical value.
즉, 무게중심법(Center Of Gravity : COG)을 이용하여 출력의 정도(퍼지값)에 대한 확정값을 얻는 방법으로써, 다음의 수학식 29와 같이 표현된다.That is, as a method of obtaining a definite value for the degree of output (purge value) by using a center of gravity (COG), it is expressed by Equation 29 below.
여기서, ucrisp은 출력의 확정치를 말하며, bi는 규칙 i에 대한 출력의 정도 값을 나타낸 귀속도함수의 중심이며 μ(i)는 출력의 정도 값의 면적을 나타낸다.Where u crisp is the final value of the output, b i is the center of the velocity function representing the magnitude of the output for rule i and μ (i) is the area of the magnitude of the output.
부연하여, 발명에서 출력의 정도 μ(i)는 if에 해당되며 이에 대한 관계식은 다음의 수학식 30과 같은 바, 추정전류 i* q와 실제전류 iq의 합을 비례적분한 값과 더해지게 되는 것이 바람직하다.Incidentally, in the present invention, the degree of output μ (i) corresponds to i f , and the relation thereof is as shown in Equation 30, where the sum of the estimated current i * q and the actual current i q is added to the proportional integral value. It is desirable to lose.
이하, 상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 응용소프트웨어를 통해 적응 적분 바이너리 관측기와 퍼지로직 제어기를 이용한 전동기 제어방법에 대하여 도 7a 내지 도 8e를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, a motor control method using an adaptive integral binary observer and a fuzzy logic controller through the application software having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 7A to 8E.
도 7a은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 제어장치를 이용한 제어방법을 나타내는 전체 흐름도이고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 추정속도산출 단계를 나타내는 상세 흐름도이며, 도 8a는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 무부하 2000[rpm]에서 -2000[rpm]으로 구동시 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도이며, 도 8b는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 70%의 부하를 인가할 때 2000[rpm]에서 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도이고, 도 8c는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 100%의 부하를 인가할 때 1000[rpm]에서 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도이며, 도 8d는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 무부하 50[rpm]으로 구동시 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도이고, 도 8e는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 무부하를 인가할 때 50[rpm]에서 -50[rpm]으로 구동시 실제위치(상) 및 추정위치(하)를 나타내는 파형도이다.7A is an overall flowchart illustrating a control method using an electric motor control apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 7B is a detailed flowchart illustrating an estimated speed calculating step according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8A is fixed. In case of having PI gain, it is a waveform diagram showing actual speed (upper) and estimated speed (lower) when driving from no load 2000 [rpm] to -2000 [rpm], and FIG. 8B is 70% when having fixed PI gain Is a waveform diagram showing the actual speed (upper) and estimated speed (lower) at 2000 [rpm] when applying a load of FIG. 8C is 1000 [rpm when applying a load of 100% in the case of having a fixed PI gain. ] Is a waveform diagram showing the actual speed (upper) and the estimated speed (lower), and FIG. 8D shows the actual speed (upper) and the estimated speed (lower) when driving at no load 50 [rpm] when having a fixed PI gain. 8E is a waveform diagram showing, in the case of having a fixed PI gain, no load is applied. This is a waveform diagram showing the actual position (upper) and estimated position (lower) when driving from 50 [rpm] to -50 [rpm].
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이전류 제어기(130)는 속도 제어기(120)에서 전달된 전류지령치와 전류 검출기(150)를 통해 검출한 IPMSM의 실제전류 간의 오차를 산출한 후(S2), 전력 변환기(140)로 출력한다(S4).First, as illustrated in FIG. 7A, the current controller 130 calculates an error between the current command value transmitted from the speed controller 120 and the actual current of the IPMSM detected through the current detector 150 (S2). Output to the converter 140 (S4).
이때, 상기 제 S2 단계를 수행하기 위해 전동기 제어장치(100)는 도 7b를 참조하여 살펴보면, IPMSM에 인가되는 실제전류를 측정하고(S2a), IPMSM의 상태방정식으로부터 추정속도를 산출한다(S2b).At this time, in order to perform the step S2, the
다음으로, 적응 적분 바이너리 관측기(170)는 사용자에 의해서 별도로 지정된 지령속도와 추정속도를 비교하여(S2c), 속도오차를 획득한다(S2d). 이때, 퍼지로직 제어기(160)는 현재 속도오차와 전단계 속도오차를 비교하여 속도오차의 변화율를 획득한다(S2e).Next, the adaptive integral
즉, 퍼지로직 제어기(160)는 현재 속도오차와 속도오차의 변화를 이용하여 FLC 전류를 산출한다(S2f).That is, the fuzzy logic controller 160 calculates the FLC current by using the current speed error and the change of the speed error (S2f).
전동기 제어장치(100)가 상기 속도오차는 고정된 PI 제어기를 통해서 제1 지령전류를 획득한다(S2g).The
즉, 속도오차에 의해 획득된 제1 지령전류를 실제전류와의 오차를 산출하기 위해서 PI제어기에 통화시킨다.That is, the first command current obtained by the speed error is passed to the PI controller to calculate an error from the actual current.
참고적으로, IPMSM에 인가되는 a상 전류와 b상 전류를 검출하고, c상 전류는 산출한다.For reference, a phase current and b phase current applied to IPMSM are detected, and c phase current is calculated.
또한 전력 변환기(140)는 a, b, c상 전류를 고정자 좌표계 상(D-Q)으로 변환한다.In addition, the power converter 140 converts a, b, and c phase currents into a stator coordinate system (D-Q).
다음으로, 전동기 제어장치(100)는 제1 지령전류와 실제전류 간의 오차를 산출한다(S6)Next, the
전동기 제어장치(100)는 상기 제 S6단계를 통해서 산출된 오차전류를 고정된 PI제어기를 통하여 제2 지령전류를 획득한다(S8).The
전동기 제어장치(100)는 상기 제2 지령전류와 상기 FLC 전류를 더함으로써, 최종 지령전류를 획득한다(S10).The
또한, 전동기 제어장치(100)는 상기 최종 지령전류를 IPMSM의 회전자 전압 방식에 의해서 지령 전압을 산출한다(S12).In addition, the
다음으로, 전동기 제어장치(100)는 적분 스위칭 평면을 갖는 연속의 스위칭 함수를 결정한다(S14).Next, the
마지막으로, 전동기 제어장치(100)는 회전자 좌표계에서 고정자 좌표계로 변환된 뒤 q축 지령전압을 SVPWM하여 인버터를 통해 IPMSM에 인가한다(S16).Finally, the
다시 말하면, IPMSM에 따른 지령속도의 변화나 부하에 따라 PI 제어기에서 PI 이득을 속도 또는 부하에 맞게 조절하지 않고, 퍼지로직 제어기(160)를 이용하여 IPMSM를 구동할 수 있다.In other words, the IP controller may be driven using the fuzzy logic controller 160 without adjusting the PI gain to the speed or the load according to the change of the command speed or the load according to the IPMSM.
예를 들면, 도 8a 내지 도 8e는 IPMSM의 추정속도나 부하의 변화에 따라 퍼지로직 제어기(160)를 이용함으로써 PI 이득을 수정하지 않고 고정시킨 상태에서 IPMSM를 구동한 경우를 나타낸다.For example, FIGS. 8A to 8E illustrate a case in which the IPMSM is driven in a fixed state without modifying the PI gain by using the fuzzy logic controller 160 according to the estimated speed or the load change of the IPMSM.
구체적으로 살펴보면, 도 8a는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 무부하 2000[rpm]에서 -2000[rpm]으로 구동시 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도이다.Specifically, FIG. 8A is a waveform diagram illustrating an actual speed (up) and an estimated speed (down) when driving from no load 2000 [rpm] to -2000 [rpm] when having a fixed PI gain.
또한, 도 8b는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 70%의 부하를 인가할 때 2000[rpm]에서 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도이고, 도 8c는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 100%의 부하를 인가할 때 1000[rpm]에서 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도이며, 도 8d는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 무부하 50[rpm]으로 구동시 실제속도(상) 및 추정속도(하)를 나타내는 파형도이고, 도 8e는 고정된 PI 이득을 가지는 경우, 무부하를 인가할 때 50[rpm]에서 -50[rpm]으로 구동시 실제위치(상) 및 추정위치(하)를 나타내는 파형도이다.8B is a waveform diagram showing an actual speed (upper) and an estimated speed (lower) at 2000 [rpm] when a load of 70% is applied when a fixed PI gain is applied, and FIG. 8C is a fixed PI gain. Is a waveform diagram showing the actual speed (upper) and estimated speed (lower) at 1000 [rpm] when 100% of the load is applied, and FIG. 8D shows a no-load 50 [rpm] when the fixed PI gain is applied. Figure 8e is a waveform diagram showing the actual speed (upper) and the estimated speed (lower) when driving, Figure 8e shows the actual speed when driving from 50 [rpm] to -50 [rpm] when no load is applied, when there is a fixed PI gain It is a waveform diagram which shows a position (upper) and an estimated position (lower).
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, IPMSM의 추정속도나 부하의 변화에 따라 퍼지로직 제어기를 이용함으로써, PI 이득을 수정할 필요가 없는 그 특유의 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by using the fuzzy logic controller according to the estimated speed of the IPMSM or the change of the load, there is a peculiar effect of not having to modify the PI gain.
다시 말하면 실제 구동에 있어서, 전동기 시스템을 정지하지 않고 부하의 가변이나 지령속도의 변화를 가질 수 있음으로 시스템이 정지해서는 안 되는 기기에 적합하게 사용할 수 있는 효과가 있다.In other words, in actual driving, it is possible to change the load or change the command speed without stopping the motor system, so that the system can be suitably used for equipment that should not be stopped.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
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