KR20090081076A - Ｍｄｐｓ 시스템의 토크 리플 감소 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 위치 센서의 위치 오차를 감소시킴으로써 3상 교류 모터의 토크 리플을 감소시킬 수 있는 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법에 관한 것이다.
본 발명의 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법은 MDPS 시스템의 조향각 센서의 출력 즉, 왜곡이 없는 위치 정보와 정현파 함수의 테이블을 이용하여 왜곡이 없는 정지좌표계의 dq축의 전류를 구하고, 이를 이용하여 모터 위치 센서의 위치 오차를 감소시킴으로써 3상 교류 모터의 토크 리플을 감소시킨다.
MDPS, 모터, 위치 센서, 오차, 토크 리플, 감소

Description

ＭＤＰＳ 시스템의 토크 리플 감소 방법{Diminishing Method for Torque Riffle Of MDPS System}
본 발명은 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법에 관한 것으로, 특히 모터 위치 센서의 위치 오차를 감소시킴으로써 3상 교류 모터의 토크 리플을 감소시킬 수 있는 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법에 관한 것이다.
종래의 모터 드리븐 파워 스티어링(Motor Driven Power Steering 이하, MDPS) 시스템은 직류 모터를 액추에이터로 이용하였으나, 최근의 MDPS 시스템은 신뢰성을 보장할 수 있는 3상 교류 모터를 액추에이터로 이용하고 있다.
3상 교류 모터는 직류 모터와 비교하여 출력, 수명, 신뢰도 등이 높고 뛰어나다는 장점이 있으나, 직류 모터와 비교하여 작동시 평균적으로 토크 리플(riffle)이 크다는 단점이 있다.
3상 교류 모터의 리플의 원인에는 여러 가지가 있는데, 일례로 모터 위치 센서의 위치 오차에 의한 리플이 있다.
모터 위치 센서로는 증분형 엔코더, 자기식 증분형 엔코더, 자기식 리니어 엔코더, 절대각 엔코더, 및 레졸버 등이 있다. 증분형 엔코더 및 자기식 증분형 엔코더는 위치 오차가 많이 발생하지 않는다. 하지만, 증분형 엔코더 및 자기식 증분형 엔코더는 절대각을 측정하지 않고 상대각을 측정한다는 단점이 있으며, 가격이 비싸서 점차 사양되는 추세에 있다. 그리고, 자기식 리니어 엔코더, 절대각 엔코더 및 레졸버는 절대각을 측정할 수 있고, 가격 또한 점차 내려가는 추세이므로 근래 사용이 늘고 있다. 그러나, 자기식 리니어 엔코더, 절대각 엔코더 및 레졸버는 위치 오차가 많이 발생한다는 문제가 있다. 즉, 3상 교류 모터가 자기식 리니어 엔코더, 절대각 엔코더 및 레졸버를 모터 위치 센서로 사용하면 3상 교류 모터의 리플은 커지게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 모터 위치 센서의 위치 오차를 감소시킴으로써 3상 교류 모터의 토크 리플을 감소시킬 수 있는 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법은 동기좌표계 d축 전류는 0으로, q축 전류는
Figure 112008005538317-PAT00001
로 정의하는 단계와; 상기 제1 단계의 값을 정지좌표계의 dq축의 전류로 변환하는 단계와; 모터 드리븐 파워 스티어링 시스템의 조향각 센서를 이용하여 토크 리플이 제거된 정상적인 정지좌표계의 dq축 전류를 얻는 제3 단계와; 상기 제3 단계의 정지좌표계의 dq축 전류를 3상 좌표계로 변환하여 모터로 공급하는 제4 단계를 포함한다.
상기 제3 단계는, 모터 드리븐 파워 스티어링 시스템의 조향각 센서의 출력 정보와 정현파 함수의 테이블을 이용하여 모터 드리븐 파워 스티어링 시스템의 조향각 센서의 출력 정보를 정지좌표계의 sin 값과 cos 값으로 표현하는 단계와; 상기 정지좌표계의 sin 값과 cos 값을
Figure 112008005538317-PAT00002
로 동기좌표계로 변환하는 단계와; 상기 동기좌표계로 변환한 각각의 값에
Figure 112008005538317-PAT00003
를 곱하여 왜곡된 각각의 동기좌표계 dq축의 지령으로 대입하는 단계와; 상기 동기좌표계계의 값을 정지좌표계의 값으로 변환을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법은 MDPS 시스템의 조향각 센서의 출력 즉, 왜곡이 없는 위치 정보와 정현파 함수의 테이블을 이용하여 왜곡이 없는 정지좌표계의 dq축의 전류를 구하고, 이를 이용하여 모터 위치 센서의 위치 오차를 감소시킴으로써 3상 교류 모터의 토크 리플을 감소시킬 수 있다.
모터 제어시 위치 센서 오차에 의한 모터 전류의 토크 리플을 분석하면 다음과 같다.
먼저, 전류 제어기의 제어 대역폭이 충분히 높고, 토크 리플의 주파수 성분이 전류 제어기의 대역폭 내에 존재할 정도로 모터가 회전하여 동기좌표계 dq축 커플링 구간이 상쇄된다고 가정한다. 그러면, 전류 제어기에서 왜곡된 위상 각을 기준으로 동기좌표계 dq축의 전류 응답은 하기와 같다.
Figure 112008005538317-PAT00004
Figure 112008005538317-PAT00005
전류는 동기좌표계에서 정지좌표계로, 정지좌표계에서 3상 좌표계로 변환되 어 모터로 공급되므로, 전류 제어기에서 왜곡된 위상 각을 동기좌표계에서 정지좌표계로 변환을 수행하면, 정지좌표계로 변환한 전류에는 하기와 같은 왜곡 성분이 포함된다.
Figure 112008005538317-PAT00006
Figure 112008005538317-PAT00007
왜곡된 정지좌표계 dq축 전류가 모터 토크에 미치는 리플을 계산하기 위하여 왜곡이 없는 옳바른 동기좌표계 dq축으로 변환하여 토크 응답을 살펴보면 다음과 같다.
Figure 112008005538317-PAT00008
Figure 112008005538317-PAT00009
Figure 112008005538317-PAT00010
Figure 112008005538317-PAT00011
즉, 전류 제어기의 동기좌표계 d축은 0으로 제어되더라도 모터의 d축으로는
Figure 112008005538317-PAT00012
의 전류가 존재하며, 전류 제어기의 동기좌표계 q축은
Figure 112008005538317-PAT00013
더라도 모터의 q축으로는
Figure 112008005538317-PAT00014
의 전류가 존재함을 알 수 있다.
그러므로, 일반적인 3상 교류 모터의 토크가 하기식과 같다면,
Figure 112008005538317-PAT00015
여기서,
Figure 112008005538317-PAT00016
는 영구자석에 의한 계자 자속, P는 극수이다.
왜곡된 동기좌표계의 dq축 전류를 상기 식에 대입하여 출력 토크에 포함된 리플 성분은 다음과 같다.
Figure 112008005538317-PAT00017
여기서,
Figure 112008005538317-PAT00018
이다.
즉, 모터 위치 센서에 오차가 있을 경우, 상기와 같은 오차가 발생하는데, 자기식 리니어 엔코더, 절대각 엔코더 및 레졸버 등과 같은 센서의 경우 모터 위치 센서의 오차가 sin 형태로 나타난다.
그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법은 동기좌표계 d축 전류는 0으로, q축 전류는
Figure 112008005538317-PAT00019
로 정의하고, 정지좌표계의 dq축의 전류로 변환한다.
Figure 112008005538317-PAT00020
Figure 112008005538317-PAT00021
그리고, 왜곡이 없는 정지좌표계의 dq축의 전류를 구한다. 이를 위해서, MDPS 시스템의 조향각 센서를 이용하여 왜곡이 없는 정지좌표계의 dq축의 전류를 구한다.
MDPS 시스템의 조향각 센서의 경우 분해능이 낮기 때문에 MDPS 모터의 전류 제어용으로는 적합하지 않지만, 왜곡이 없는 정지좌표계의 dq축의 전류를 구하는데 적용 가능하다.
이하, MDPS 시스템의 조향각 센서의 출력을 이용하여 왜곡이 없는 정지좌표계의 dq축의 전류를 구하는 방법은 하기와 같다.
먼저, MDPS 시스템의 조향각 센서의 출력 즉, 왜곡이 없는 위치 정보와 정현파 함수의 테이블을 이용하여 MDPS 시스템의 조향각 센서의 출력을 정지좌표계의 sin 값 및 cos 값으로 표현한다.
Figure 112008005538317-PAT00022
상기 신호를
Figure 112008005538317-PAT00023
로 동기좌표계로 변환을 수행하면 아래와 같다.
Figure 112008005538317-PAT00024
Figure 112008005538317-PAT00025
각각의 값에
Figure 112008005538317-PAT00026
를 곱하여 하기와 같은 왜곡된 각각의 동기좌표계 dq축의 지령으로 대입한다.
Figure 112008005538317-PAT00027
Figure 112008005538317-PAT00028
그리고, 이를 왜곡된 동기좌표계에서 정지좌표계로 변환을 수행하면 하기와 같다.
Figure 112008005538317-PAT00029
Figure 112008005538317-PAT00030
상기 식을 정리하면, 토크 리플이 제거 가능한 정상적인 정지좌표계의 dq축 전류를 얻을 수 있다.
Figure 112008005538317-PAT00031
Figure 112008005538317-PAT00032
이하, 도 1을 참조하연 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법은 동기좌표계 d축 전류는 0으로, q축 전류는
Figure 112008005538317-PAT00033
로 정의하고(S10), 이를 정 지좌표계의 dq축의 전류로 변환한다(S20). 그리고, MDPS 시스템의 조향각 센서의 출력 즉, 왜곡이 없는 위치 정보와 정현파 함수의 테이블을 이용하여 MDPS 시스템의 조향각 센서의 출력을 정지좌표계의 sin 값과 cos 값으로 표현한다(S30). 상기 S30 단계의 값을
Figure 112008005538317-PAT00034
로 동기좌표계로 변환을 수행한다(S40). S40 단계의 각각의 값에
Figure 112008005538317-PAT00035
를 곱하여(S50) 왜곡된 각각의 동기좌표계 dq축의 지령으로 대입한다(S60). 그런 다음, 이를 동기좌표계에서 정지좌표계로 변환을 수행하여(S70), 토크 리플이 제거된 정상적인 정지좌표계의 dq축 전류를 얻고, 상기 S70의 정지좌표계의 dq축 전류를 3상 좌표계로 변환하여(S80) 모터로 공급한다(S90).
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 MDPS 시스템의 토크 리플 감소 방법을 나타내는 순서도이다.

Claims (2)

  1. 동기좌표계 d축 전류는 0으로, q축 전류는
    Figure 112008005538317-PAT00036
    로 정의하는 단계와;
    상기 제1 단계의 값을 정지좌표계의 dq축의 전류로 변환하는 단계와;
    모터 드리븐 파워 스티어링 시스템의 조향각 센서를 이용하여 토크 리플이 제거된 정상적인 정지좌표계의 dq축 전류를 얻는 제3 단계와;
    상기 제3 단계의 정지좌표계의 dq축 전류를 3상 좌표계로 변환하여 모터로 공급하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 ＭＤＰＳ 시스템의 토크 리플 감소 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 단계는,
    모터 드리븐 파워 스티어링 시스템의 조향각 센서의 출력 정보와 정현파 함수의 테이블을 이용하여 모터 드리븐 파워 스티어링 시스템의 조향각 센서의 출력 정보를 정지좌표계의 sin 값과 cos 값으로 표현하는 단계와;
    상기 정지좌표계의 sin 값과 cos 값을
    Figure 112008005538317-PAT00037
    로 동기좌표계로 변환하는 단계와;
    상기 동기좌표계로 변환한 각각의 값에
    Figure 112008005538317-PAT00038
    를 곱하여 왜곡된 각각의 동기좌표계 dq축의 지령으로 대입하는 단계와;
    상기 동기좌표계계의 값을 정지좌표계의 값으로 변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 ＭＤＰＳ 시스템의 토크 리플 감소 방법.
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