KR20110117739A - 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

모터 제어 장치 및 이의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110117739A
KR20110117739A KR1020100037119A KR20100037119A KR20110117739A KR 20110117739 A KR20110117739 A KR 20110117739A KR 1020100037119 A KR1020100037119 A KR 1020100037119A KR 20100037119 A KR20100037119 A KR 20100037119A KR 20110117739 A KR20110117739 A KR 20110117739A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
motor
current
command
speed
voltage
Prior art date
Application number
KR1020100037119A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101091745B1 (ko
Inventor
김민기
유옥선
이경훈
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020100037119A priority Critical patent/KR101091745B1/ko
Priority to US13/092,034 priority patent/US8766587B2/en
Priority to EP11163489.5A priority patent/EP2387146B1/en
Publication of KR20110117739A publication Critical patent/KR20110117739A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101091745B1 publication Critical patent/KR101091745B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0077—Characterised by the use of a particular software algorithm
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Abstract

모터 제어 장치 및 이의 제어 방법이 개시된다. 본 발명은 디지털 제어에 의해 발생하는 시간 지연에 따른 전압 지령 출력의 위상 오차를 보상하여 안정적으로 모터를 제어함으로써 시스템의 안정성을 제고한다. 본 발명은 모터의 고속 운전 제어 시에 위상 보상 유닛을 구비하여 동기좌표계의 전압 지령을 정지좌표계의 전압 지령으로 변환함으로써 전압 지령 출력의 위상 오차를 보상할 수 있고, 압축기의 체적을 줄이면서 효율을 유지하며 모터를 고속 운전할 수 있다.

Description

모터 제어 장치 및 이의 제어 방법{MOTOR CONTROLLING APPARATUS AND CONTROLLING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 모터를 제어하는 장치에 관한 것으로서, 특히 고속 운전 제어 시에 디지털 제어에 의해 발생하는 시간 지연에 따른 출력의 위상 오차를 보상하여 안정적으로 모터를 제어하는 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
압축기에 구비되는 모터는 취부상의 어려움으로 인해 센서를 포함하지 아니하고, 상기 모터를 구동하는 제어 장치는 센서리스 알고리즘(Sensorless Algorithm)을 사용하여 모터를 구동한다. 상기 센서리스 알고리즘은 회전자(Rotor; 로터)의 위치를 산출하여 사용자가 원하는 속도로 구동되게 한다. 종래 기술에 따른 모터 제어 장치는, 이 센서리스 알고리즘을 이용하여 일정 기계 속도, 예를 들어 120Hz까지 운전(이하, 정상 운전)을 하였는데, 압축기의 성능을 향상시키기 위해 고속 운전, 예를 들어 150Hz이 필요하게 되었다. 모터를 고속으로 운전하기 위해서는 제어의 안정성이 보장되어야 하고, 부하 대응성이 향상되어야 한다.
센서리스 알고리즘을 구비한 종래 기술에 따른 모터 제어 장치는 전류 지령과 검출한 전류의 오차를 0(제로)으로 만들기 위해 비교기와 비례-적분 제어기를 거친다. 또한, 상기 제어 장치는, 동기좌표계의 d축과 q축을 각각 제어하여 동기좌표계의 전압 지령을 생성하고, 이를 정지좌표계의 전압 지령으로 변환한다. 이때, 동기좌표계와 정지좌표계의 각은, 도 3에 도시한 바와 같이, θe로 나타낼 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 모터 제어 장치는, 마이크로컴퓨터(이하, 마이컴)을 이용한 디지털 제어로 인해 전압 출력의 위상 오차가 발생한다. 즉, 마이컴에서 모터로 펄스 폭 변조 파형의 신호를 출력하는데에는 일정 시간이 필요로 하기 때문에 전압 지령의 좌표변환에 위상 오차가 발생한다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 모터 제어 장치는, 전류 샘플링 주기를 Ts라고 하고, 전류 샘플링이 시간 t에서 수행되었다고 하면, t+Ts에서 펄스 폭 변조 신호 출력(전압 지령)을 갱신한다. 도 4는 도 3의 위상 오차를 보인 그래프로서, 이에 도시한 바와 같이, 전압 지령의 출력은 Δθe만큼 위상 지연이 발생한다. 종래 기술에 따른 제어 장치는, αTs 시간 후에 인버터로부터 모터로 실제 출력이 이루어지게 되고, 모터를 고속 운전하는 경우에 전압 출력의 위상 오차는 더욱 커지게 되고, 제어 안정성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 디지털 제어에 의해 발생하는 시간 지연에 따른 전압 지령 출력의 위상 오차를 보상하여 안정적으로 모터를 제어하는 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 일 목적이 있다.
본 발명은 모터의 고속 운전 제어 시에 위상 보상 유닛을 구비하여 동기좌표계의 전압 지령을 정지좌표계의 전압 지령으로 변환함으로써 전압 지령 출력의 위상 오차를 보상하는 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 제어 신호를 근거로 모터에 모터구동전압을 인가하는 인버터와, 상기 모터에 인가되는 모터구동전류를 검출하는 전류 검출 유닛과, 상기 모터구동전류를 샘플링하여 상기 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하는 마이컴과, 상기 마이컴의 제어 신호 생성 시간에 의해 발생하는 지연 시간에 따른 위상 오차를 보상하는 위상 보상 유닛을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 모터 제어 장치에 있어서, 상기 마이컴은, 상기 모터구동전류를 입력받고, 상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 연산부와, 상기 속도 지령과 상기 연산 속도를 입력받고, 전류 지령을 출력하는 속도 제어부와, 상기 전류 지령과 상기 검출 전류를 입력받고, 전압 지령을 출력하는 전류 제어부와, 상기 삼각반송파와 상기 전압 지령을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 펄스 폭 변조 제어부를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 모터 제어 장치에 있어서, 상기 위상 보상 유닛은, 상기 모터의 속도와 상기 모터구동전류의 샘플링 주기에 따른 위상 앞섬을 보상하는 진상제어기이다. 또한, 상기 위상 보상 유닛은, 상기 전류 제어부와 상기 펄스폭 제어부의 사이에 구비된다.
상기 전류 검출 유닛은, 상기 인버터와 상기 모터의 사이에 연결되어 연속적으로 상기 모터구동전류를 검출하는 전류 트랜스듀서이거나, 또는 상기 인버터 내의 스위칭 소자에 직렬 연결된 션트 저항일 수 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터 제어 방법은, 상기 모터에 인가되는 모터구동전류를 검출하는 단계와, 속도 지령을 입력받는 단계와, 상기 모터구동전류와 속도 지령을 근거로 상기 전압 지령을 산출하는 단계와, 상기 전압 지령과 삼각반송파를 이용하여 제어 신호를 생성하는 단계와, 상기 제어 신호의 생성 시간에 의해 발생하는 지연 시간에 따른 위상 오차를 보상하는 단계와, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 모터 제어 방법에 있어서, 상기 전압 지령을 산출하는 단계는, 상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 과정과, 상기 속도 지령과 상기 연산 속도를 근거로 전류 지령을 산출하는 과정을 포함하고, 상기 전류 지령과 상기 검출 전류를 근거로 상기 전압 지령을 산출한다. 또한, 상기 제어 신호를 생성하는 단계는, 상기 삼각반송파와 상기 전압 지령을 비교하는 과정을 포함하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제어 신호를 생성한다.
본 발명에 따른 모터 제어 방법에 있어서, 상기 위상 오차를 보상하는 단계는, 상기 모터의 속도와 상기 모터구동전류의 샘플링 주기에 따른 위상 앞섬을 보상한다.
본 발명에 따른 모터 제어 방법은, 상기 지연 시간에 따른 위상 오차를 연산하는 단계를 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따라 디지털 제어에 의해 발생하는 시간 지연에 따른 전압 지령 출력의 위상 오차를 보상하여 안정적으로 모터를 제어함으로써 시스템의 안정성을 제고한다.
본 발명에 따라 모터의 고속 운전 제어 시에 위상 보상 유닛을 구비하여 동기좌표계의 전압 지령을 정지좌표계의 전압 지령으로 변환함으로써 전압 지령 출력의 위상 오차를 보상할 수 있고, 압축기의 체적을 줄이면서 효율을 유지하며 모터를 고속 운전할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명을 적용할 일반적인 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도;
도 3 및 도 4는 모터의 고속 운전 제어 시에 발생하는 위상 오차를 설명하기 위해 도시한 도;
도 5는 도 1의 모터 제어 장치의 세부 구성을 도시한 도;
도 6은 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 수학적 모델을 도시한 도;
도 7은 도 6의 위상 보상 유닛의 보상 동작을 설명하기 위해 도시한 도;
도 8은 본 발명에 따라 위상 보상 전후의 운전가능한 최고 속도를 비교한 그래프;
도 9는 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법을 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 모터 제어 장치는, 상용 교류 전원(100)을 변환하여 직류 전압을 출력하는 컨버터(200)와, 상기 직류 전압을 평활화하는 평활 유닛(300)과, 상기 평활화된 직류 전압을 변환하여 모터(500)에 모터구동전압을 인가하는 인버터(400)와, 상기 모터(500)에 인가되는 모터구동전류를 검출하는 전류 검출 유닛(700)과, 상기 인버터(400)에 제어 신호를 출력하여 상기 모터(500)를 구동하도록 하는 마이컴(600)을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 모터 제어 장치에 있어서, 상기 마이컴(600)은, 상기 모터구동전류를 샘플링하여 상기 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력한다. 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 상기 마이컴의 제어 신호 생성 시간에 의해 발생하는 지연 시간에 따른 위상 오차를 보상하는 위상 보상 유닛(800)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 지연 시간은, 상기 모터구동전류를 입력받아 이를 샘플링하는 시점부터 상기 모터구동전압을 상기 모터에 인가하는 데까지 걸리는 시간을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 전류 검출 유닛(700)은 도 1에서와 같이 상기 인버터와 상기 모터의 사이에 연결되어 연속적으로 상기 모터구동전류를 검출하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)(700)이거나, 또는 도 2에서와 같이 상기 인버터 내의 스위칭 소자에 직렬 연결된 션트 저항(Shunt Resister)(710)일 수 있다. 상기 전류 트랜스듀서는 상기 모터구동전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 상기 마이컴(600)에 출력한다. 또한, 상기 전류 트랜스듀서는 펄스 폭 변조의 전 구간에서 상기 모터구동전류를 검출한다. 예를 들어, 3상 BLDC(Brushless DC) 모터의 경우에 상기 전류 검출 유닛(700)은 3상으로 인가되는 전류 중 2상(iu, iv)을 검출하여 상기 마이컴(600)에 출력한다. 상기 마이컴(600)은 인터럽트 신호를 발생하여 상기 검출된 모터구동전류에 따른 전압 신호를 샘플링한다.
본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 상기 지연 시간에 따른 위상 오차를 연산하는 오차 연산 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 기계속도에 따른 지연각(위상 오차)을 살펴보면, 30Hz에서 6°, 60Hz에서 13°, 90Hz에서 19°, 120Hz에서 26°, 150Hz에서 32°로서, 고속으로 갈수록 더 커진다는 것을 알 수 있다. 상기 지연각은 상기 위상 보상 유닛(800)을 이용하여 보상해야할 위상이 된다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 모터 제어 장치에 있어서, 상기 마이컴(600)은, 상기 모터구동전류를 입력받고, 상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 연산부(610)와, 상기 속도 지령과 상기 연산 속도를 입력받고, 전류 지령을 출력하는 속도 제어부(620)와, 상기 전류 지령과 상기 검출 전류를 입력받고, 상기 전압 지령을 출력하는 전류 제어부(630)와, 상기 삼각반송파와 상기 전압 지령을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 펄스 폭 변조 제어부(640)를 포함하여 구성된다.
상기 연산부(610)는, 상기 전류 검출 유닛(700)으로부터 검출된 모터구동전류를 입력받고, 센서리스 알고리즘을 이용하여 모터의 속도(ω)와 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하여 추정한다.
상기 속도 제어부(620)는, 사용자가 원하는 속도 지령(
Figure pat00001
)과, 상기 연산부(610)에서 추정 연산된 속도를 비교하는 비교기(미도시)와, 제1 비례 적분 제어기(Proportional Integral Controller; PI)(미도시)를 구비하고, 상기 속도 지령과 상기 연산 속도를 입력받아 상기 속도 지령과 상기 연산 속도의 차, 즉 속도 오차를 비례 적분하여 q축 전류 지령(
Figure pat00002
)을 생성하고, 이를 전류 제어부(630)에 출력한다.
상기 전류 제어부(630)는, 상기 속도 제어부(620)에서 생성된 q축 전류 지령과 d축 전류 지령(
Figure pat00003
)을 입력받아 전압 지령을 생성하여 출력한다. 상기 전류 제어부(630)는 q축 전류 지령을 제2 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압 지령(
Figure pat00004
)을 상기 펄스 폭 변조 제어부(640)에 출력한다. 즉, 상기 전류 제어부(630)는 상기 q축 전류 지령과 상기 전류 검출 유닛(700)을 통해 검출된 모터구동전류를 축 변환한 상기 q축 연산 전류(
Figure pat00005
)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 제2 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압 지령(
Figure pat00006
)을 상기 펄스 폭 변조 제어부(640)에 출력한다. 한편, 상기 전류 제어부(630)는 d축 전류 지령을 제3 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 전압 지령(
Figure pat00007
)을 상기 펄스 폭 변조 제어부(640)에 출력한다. 즉, 상기 전류 제어부(630)는 상기 d축 전류 지령과 상기 전류 검출 유닛(700)을 통해 검출된 모터구동전류를 축 변환한 상기 d축 연산 전류(
Figure pat00008
)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 제3 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 전압 지령(
Figure pat00009
)을 상기 펄스 폭 변조 제어부(640)에 출력한다. 여기서, (d, q)는 동기좌표계를 나타낸다.
상기 펄스 폭 변조 제어부(640)는, 먼저 상기 동기 좌표계의 전압 지령을 정지 좌표계의 전압 지령으로 축 변환한다. 즉, 상기 펄스 폭 변조 제어부(640)는 (
Figure pat00010
)를 (
Figure pat00011
)로 변환한다. 여기서,
Figure pat00012
는
Figure pat00013
로 나타낼 수도 있다. 또한, 상기 펄스 폭 변조 제어부(640)는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. 예를 들어 3상 BLDC 모터의 경우에, 상기 펄스 폭 변조 제어부(640)는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 3상의 전압 지령 (
Figure pat00014
)으로 변환하여 상기 인버터(400)에 출력한다.
도 5를 참조하면, 상기 위상 보상 유닛(800)은, 상기 전류 제어부(630)와 상기 펄스폭 제어부(640)의 사이에 구비되어, 상기 전류 제어부(630)로부터 출력된 동기좌표계의 전압 지령(
Figure pat00015
)을 정지좌표계의 전압 지령(
Figure pat00016
)으로 변환하는 데에 위상 앞섬( Δθe)으로 추가된다. 또한, 상기 위상 보상 유닛(800)은, 상기 모터의 속도와 상기 모터구동전류의 샘플링 주기에 따른 위상 앞섬을 보상하는 진상제어기이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 마이컴(600)의 상기 전류 제어부(630)은 축변환부(631, 635)와, 비교부(632), 비례-적분 제어기(Proportional Integral Controller)(633) 등의 결합의 형태로 수학적 모델링이 가능하고, 상기 모터(500)는 인덕턴스(L)과 저항(R)으로 모델링이 가능하다. 도 6을 참조하면, 상기 위상 보상 유닛(800)의 보상각은,
Figure pat00017
의 형태로 상기 전류 제어부(630)의 출력단에 입력된다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 위상 보상 유닛(800)의 보상각은
Figure pat00018
의 형태로 합산되어 동기 좌표계을 정지 좌표계로 변환하는 축변환부에 입력된다. 여기서, 상기 α는 일정 값으로, 상기 오차 연산 유닛에 의해 연산되거나, 실험을 통해 산출되는 값이다. 일반적으로 상기 α는 1.5이다.
도 8은 위상 보상 전후에 실험을 통하여 모터를 운전할 수 있는 최고 속도를 비교한 그래프로서, 보상 전보다 위상 보상을 한 후에 운전 가능한 최고 속도가 커짐을 알 수 있고, 펄스 폭 변조를 수행하기 위한 반송파의 주파수가 커질수록 운전 가능한 최고 속도의 차이가 보상 전보다 보상 후가 더 증가함을 볼 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 제어 방법은, 상용 교류 전원을 변환하여 직류 전압을 출력하는 컨버터와, 상기 직류 전압을 평활화하는 평활 유닛과, 상기 평활화된 직류 전압을 변환하여 모터에 모터구동전압을 인가하는 인버터를 구비한 모터 제어 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 모터에 인가되는 모터구동전류를 검출하는 단계(S100)와, 속도 지령을 입력받는 단계(S300)와, 상기 모터구동전류와 상기 속도 지령을 근거로 상기 전압 지령을 산출하는 단계(S500)와, 상기 전압 지령과 삼각반송파를 근거로 제어 신호를 생성하는 단계(미도시)와, 상기 제어 신호의 생성 시간에 의해 발생하는 지연 시간에 따른 위상 오차를 보상하는 단계(S600)와, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하는 단계(700)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 지연 시간은, 상기 모터구동전류를 입력받아 이를 샘플링하는 시작 시부터 상기 모터구동전압을 상기 모터에 인가하는 데까지 걸리는 시간을 의미한다.
상기 전압 지령을 산출하는 단계(S500)는, 상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 과정(S200)과, 상기 속도 지령과 상기 연산 속도를 근거로 전류 지령을 산출하는 과정(S300)을 포함하고, 상기 전류 지령과 상기 검출 전류를 근거로 상기 전압 지령을 산출한다.
상기 제어 방법은, 상기 지연 시간에 따른 위상 오차를 연산하는 단계(S800)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어 신호를 생성하는 단계는, 상기 삼각반송파와 상기 전압 지령을 비교하는 과정을 포함하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제어 신호를 생성한다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 8을 참조한다.
상기 모터 제어 장치는 전류 검출 유닛을 이용하여 모터에 인가되는 모터구동전류를 검출하고(S100), 검출된 모터구동전류를 이용하여 모터의 속도와 회전자의 위치를 추정 연산한다(S200). 여기서, 상기 전류 검출 유닛으로는 인버터와 모터의 사이에 연결되어 연속적으로 모터구동전류를 검출하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)를 사용하는 것이 좋다. 물론 상기 전류 검출 유닛으로 인버터 내의 스위칭 소자에 직렬 연결된 션트 저항을 사용할 수 있다. 상기 전류 트랜스듀서는 상기 모터구동전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 출력하는데, 펄스 폭 변조의 전 구간에서 상기 모터구동전류를 검출한다. 예를 들어, 3상 BLDC(Brushless DC) 모터의 경우에 상기 전류 검출 유닛은 3상으로 인가되는 전류 중 2상(iu, iv)을 검출하여 마이컴의 연산부에 출력하고, 상기 연산부는 이로부터 센서리스 알고리즘을 이용하여 모터의 속도와 회전자의 위치를 추정 연산한다(S200). 상기 마이컴은 인터럽트 신호를 발생하여 상기 검출된 모터구동전류에 따른 전압 신호를 샘플링한다.
상기 속도 제어부는, 사용자가 원하는 속도 지령을 입력받거나, 산출하고, 상기 속도 지령과 상기 연산 속도를 입력받아 상기 속도 지령과 상기 연산 속도의 차, 즉 속도 오차를 비례 적분하여 q축 전류 지령을 산출한다(S400). 상기 전류 제어부는, q축 전류 지령과 d축 전류 지령을 입력받아 전압 지령을 생성하여 출력한다(S500). 상기 전류 제어부는 상기 q축 전류 지령과 모터구동전류를 축 변환한 상기 q축 연산 전류를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 제2 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압 지령을 산출하고, 상기 d축 전류 지령과 모터구동전류를 축 변환한 상기 d축 연산 전류를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 제3 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 전압 지령을 산출한다(S500). 상기 펄스 폭 변조 제어부는, 상기 동기 좌표계의 전압 지령을 정지 좌표계의 전압 지령으로 축 변환한다. 또한, 상기 펄스 폭 변조 제어부는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. 예를 들어 3상 BLDC 모터의 경우에, 상기 펄스 폭 변조 제어부는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 3상의 전압 지령으로 변환하여 상기 인버터에 출력한다. 상기 위상 보상 유닛은, 동기좌표계의 전압 지령을 정지좌표계의 전압 지령으로 변환하는 데에 위상 앞섬으로 추가되어 위상 오차를 보상한다(S600). 즉, 상기 위상 보상 유닛은, 상기 모터의 속도와 상기 모터구동전류의 샘플링 주기에 따른 위상 앞섬을 보상하는 진상제어기이다. 도 6을 참조하면, 상기 위상 보상 유닛의 보상각은,
Figure pat00019
의 형태로 상기 전류 제어부의 출력단에 입력된다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 보상각은
Figure pat00020
의 형태로 합산되어 동기 좌표계을 정지 좌표계로 변환하는 축변환부에 입력된다. 여기서, 상기 α는 일정 값으로, 상기 오차 연산 유닛에 의해 연산되거나, 실험을 통해 산출되는 값이다. 일반적으로 상기 α는 1.5이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 제어 방법을 이용하면, 보상 전보다 위상 보상을 한 후에 운전 가능한 최고 속도가 커짐을 알 수 있고, 펄스 폭 변조를 수행하기 위한 반송파의 주파수가 커질수록 운전 가능한 최고 속도의 차이가 보상 전보다 보상 후가 더 증가함을 볼 수 있다.
또한, 상기 위상 보상 유닛은 별도의 하드웨어나 펌웨어로 구성되어 구비될 수 있고, 상기 마이컴 내에 모듈의 형태나, 소프트웨어 알고리즘의 하나로 구현될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법은, 디지털 제어에 의해 발생하는 시간 지연에 따른 전압 지령 출력의 위상 오차를 보상하여 안정적으로 모터를 제어함으로써 시스템의 안정성을 제고한다. 본 발명은 모터의 고속 운전 제어 시에 위상 보상 유닛을 구비하여 동기좌표계의 전압 지령을 정지좌표계의 전압 지령으로 변환함으로써 전압 지령 출력의 위상 오차를 보상할 수 있고, 압축기의 체적을 줄이면서 효율을 유지하며 모터를 고속 운전할 수 있다.
100: 상용 교류 전원 200: 컨버터
300: 평활 유닛 400: 인버터
500: 모터 600: 마이컴
610: 연산부 620: 속도 제어부
630: 전류 제어부 631, 635: 위상 변환부
632: 비교부 633: PI 제어부
640: 펄스 폭 변조(PWM) 제어부 700: 전류 트랜스듀서
710: 션트 저항 800: 위상 보상 유닛

Claims (14)

  1. 제어 신호를 근거로 모터에 모터구동전압을 인가하는 인버터;
    상기 모터에 인가되는 모터구동전류를 검출하는 전류 검출 유닛;
    상기 모터구동전류를 샘플링하여 상기 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하는 마이컴; 및
    상기 마이컴의 제어 신호 생성 시간에 의해 발생하는 지연 시간에 따른 위상 오차를 보상하는 위상 보상 유닛;을 포함하는 모터 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 마이컴은,
    상기 모터구동전류를 입력받고, 상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 연산부;
    상기 속도 지령과 상기 연산 속도를 입력받고, 전류 지령을 출력하는 속도 제어부;
    상기 전류 지령과 상기 검출 전류를 입력받고, 전압 지령을 출력하는 전류 제어부; 및
    상기 삼각반송파와 상기 전압 지령을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 펄스 폭 변조 제어부;를 포함하는 모터 제어 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 위상 보상 유닛은,
    상기 모터의 속도와 상기 모터구동전류의 샘플링 주기에 따른 위상 앞섬을 보상하는 진상제어기;인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 위상 보상 유닛은,
    상기 전류 제어부와 상기 펄스폭 제어부의 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 지연 시간에 따른 위상 오차를 연산하는 오차 연산 유닛;을 더 포함하는 모터 제어 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지연 시간은,
    상기 샘플링 시작 시부터 상기 모터구동전압을 상기 모터에 인가하는 데까지 걸리는 시간인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  7. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 검출 유닛은,
    상기 인버터와 상기 모터의 사이에 연결되어 연속적으로 상기 모터구동전류를 검출하는 전류 트랜스듀서;인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  8. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 검출 유닛은,
    상기 인버터 내의 스위칭 소자에 직렬 연결된 션트 저항;인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  9. 상용 교류 전원을 변환하여 직류 전압을 출력하는 컨버터와, 상기 직류 전압을 평활화하는 평활 유닛과, 상기 평활화된 직류 전압을 변환하여 모터에 모터구동전압을 인가하는 인버터를 구비한 모터 제어 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 모터에 인가되는 모터구동전류를 검출하는 단계;
    속도 지령을 입력받는 단계;
    상기 모터구동전류와 속도 지령을 근거로 상기 전압 지령을 산출하는 단계;
    상기 전압 지령과 삼각반송파를 이용하여 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 제어 신호의 생성 시간에 의해 발생하는 지연 시간에 따른 위상 오차를 보상하는 단계; 및
    상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하는 단계;를 포함하는 모터 제어 장치의 제어 방법.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 전압 지령을 산출하는 단계는,
    상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 과정;
    상기 속도 지령과 상기 연산 속도를 근거로 전류 지령을 산출하는 과정; 및
    상기 전류 지령과 상기 검출 전류를 근거로 상기 전압 지령을 산출하는 과정;을 포함하는 모터 제어 장치의 제어 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 제어 신호를 생성하는 단계는,
    상기 삼각반송파와 상기 전압 지령을 비교하는 과정;을 포함하고,
    상기 비교 결과에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치의 제어 방법.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 위상 오차를 보상하는 단계는,
    상기 모터의 속도와 상기 모터구동전류의 샘플링 주기에 따른 위상 앞섬을 보상하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치의 제어 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 지연 시간에 따른 위상 오차를 연산하는 단계;를 더 포함하는 모터 제어 장치의 제어 방법.
  14. 제9 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지연 시간은,
    상기 샘플링 시작 시부터 상기 모터구동전압을 상기 모터에 인가하는 데까지 걸리는 시간인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치의 제어 방법.
KR1020100037119A 2010-04-22 2010-04-22 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법 KR101091745B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100037119A KR101091745B1 (ko) 2010-04-22 2010-04-22 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법
US13/092,034 US8766587B2 (en) 2010-04-22 2011-04-21 Motor controlling apparatus and controlling method of the same
EP11163489.5A EP2387146B1 (en) 2010-04-22 2011-04-21 Motor controlling apparatus and controlling method of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100037119A KR101091745B1 (ko) 2010-04-22 2010-04-22 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110117739A true KR20110117739A (ko) 2011-10-28
KR101091745B1 KR101091745B1 (ko) 2011-12-08

Family

ID=44693683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100037119A KR101091745B1 (ko) 2010-04-22 2010-04-22 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8766587B2 (ko)
EP (1) EP2387146B1 (ko)
KR (1) KR101091745B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160098890A (ko) * 2015-02-11 2016-08-19 현대모비스 주식회사 자동차의 전동식 파워 스티어링 시스템 및 방법
KR20180128724A (ko) * 2017-05-24 2018-12-04 주식회사 만도 모터 위치 센서의 시스템 딜레이 보정 장치 및 그 방법
KR20180133725A (ko) * 2017-06-07 2018-12-17 엘지전자 주식회사 모터 구동 장치 및 방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9744850B2 (en) * 2012-03-15 2017-08-29 Borgwarner Torqtransfer Systems Ab Electric drive axle arrangement for a road vehicle
CN104167974A (zh) * 2014-08-28 2014-11-26 辽宁荣信电气传动技术有限责任公司 一种基于高压变频器的编码器信号采集拓扑结构
KR102493847B1 (ko) * 2015-10-07 2023-01-30 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
JP6505155B2 (ja) * 2017-04-24 2019-04-24 キヤノン株式会社 モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置
DE102018128354A1 (de) * 2018-11-13 2020-05-14 Beckhoff Automation Gmbh Verfahren zum bestimmen einer rotorstellung eines bldc-motors
CN113364381B (zh) * 2021-05-24 2022-03-04 西安理工大学 一种表贴式永磁同步电机无位置传感器分段延时补偿策略

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3259571B2 (ja) * 1995-03-14 2002-02-25 株式会社日立製作所 Ｐｗｍ制御装置とそれを用いたシステム
JP3346223B2 (ja) * 1997-06-10 2002-11-18 株式会社日立製作所 モータ制御方法及びモータ制御システム
JPH11122984A (ja) 1997-10-09 1999-04-30 Toyota Motor Corp モータ制御装置および方法
KR100308006B1 (ko) 1998-04-27 2001-11-30 구자홍 브레쉬레스직류모터의위치감지에러보상방법
DE10037972B4 (de) * 1999-08-05 2005-09-15 Sharp K.K. Vorrichtung und Verfahren zur Elektromotorsteuerung
JP2003037990A (ja) 2001-07-24 2003-02-07 Hitachi Ltd モータ制御装置
JP4269686B2 (ja) * 2003-01-09 2009-05-27 株式会社明電舎 同期電動機の位置・速度・電圧振幅のセンサレス計測方法およびセンサレス可変速装置
US6972534B1 (en) * 2004-09-03 2005-12-06 General Motors Corporation Delay compensation for stable current regulation when using variable-delay random PWM switching
JP4765700B2 (ja) * 2005-06-01 2011-09-07 日産自動車株式会社 電力変換装置
JP4760465B2 (ja) * 2006-03-17 2011-08-31 日産自動車株式会社 電力変換装置
JP5133834B2 (ja) * 2008-09-30 2013-01-30 トヨタ自動車株式会社 交流電動機の制御装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160098890A (ko) * 2015-02-11 2016-08-19 현대모비스 주식회사 자동차의 전동식 파워 스티어링 시스템 및 방법
KR20180128724A (ko) * 2017-05-24 2018-12-04 주식회사 만도 모터 위치 센서의 시스템 딜레이 보정 장치 및 그 방법
KR20180133725A (ko) * 2017-06-07 2018-12-17 엘지전자 주식회사 모터 구동 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP2387146A2 (en) 2011-11-16
KR101091745B1 (ko) 2011-12-08
US8766587B2 (en) 2014-07-01
EP2387146A3 (en) 2017-11-15
US20110260664A1 (en) 2011-10-27
EP2387146B1 (en) 2019-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101091745B1 (ko) 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법
JP4759422B2 (ja) 電力変換器システム、および、それを利用した洗濯機
US9294019B2 (en) Method and apparatus for controlling power converter with inverter output filter
US9124209B2 (en) Method and apparatus for controlling power converter with inverter output filter
JP5761243B2 (ja) モータ制御装置および磁極位置推定方法
JP2004282969A (ja) 交流電動機の制御装置及び制御方法
JP5493536B2 (ja) 電動機の制御装置
KR20150011779A (ko) 필터와 결합된 전류검출센서의 시간 지연보상기법을 적용한 모터의 구동장치
JP2012120409A (ja) モータ駆動装置
EP3557759B1 (en) Motor controlling apparatus and method of the same
JP4542797B2 (ja) 同期機の制御装置
JP5196269B2 (ja) 電動機の制御装置
JP2013141345A (ja) モータ制御装置及び空気調和機
JP2005229717A (ja) 同期電動機の電流センサレス制御方法および装置
CN113826314A (zh) 电力转换装置以及具备该装置的电动车辆系统
KR102010386B1 (ko) 전동기 구동장치
KR100857097B1 (ko) 퍼지 속도 보상기를 이용한 전동기 제어장치 및 그 방법
KR102068180B1 (ko) 전동기 구동장치
JP5408918B2 (ja) モータの制御方法および制御装置
JP5317812B2 (ja) 電動機の制御装置
JP2008161027A (ja) 同期モータの駆動装置。
JP2010142047A (ja) 電動機の磁極位置推定装置
JP2017229127A (ja) モータの制御装置、及び、制御方法
JP2022153007A (ja) モータ制御装置
JP2022153006A (ja) モータ制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141124

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151124

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161114

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171114

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181114

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191114

Year of fee payment: 9