KR20120066520A - Motor controlling aparatus and method of the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A motor controller and a control method thereof are provided to reduce harmonic distortion modulus by switching by creating a control signal based on one method among a plurality of pulse width modulation methods according to a voltage modulation index. CONSTITUTION: An inverter(400) applies a motor driving voltage to a motor(500) based on a control signal. A current detecting unit(600) is arranged between the inverter and the motor. The current detecting unit detects a motor driving current applied to the motor. A control unit(700) creates the control signal based on one method among a plurality of pulse width modulation methods according to a voltage modulation index. The control unit outputs the control signal to the inverter. The voltage modulation index is calculated from a voltage command and a DC link voltage calculated based on the motor driving current and a velocity command.

Description

모터 제어 장치 및 이의 제어 방법{MOTOR CONTROLLING APARATUS AND METHOD OF THE SAME}Motor control device and its control method {MOTOR CONTROLLING APARATUS AND METHOD OF THE SAME}

본 발명은 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 인버터의 변조방식의 제어를 통하여 모터의 손실을 감소시켜 안정적으로 모터를 제어하는 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a motor control apparatus and method, and more particularly, to a motor control apparatus and method for stably controlling the motor by reducing the loss of the motor through the control of the modulation method of the inverter.

인버터(Inverter)는 일정 또는 가변 직류 전원으로부터 가변 전압, 가변 주파수의 교류 전원을 발생시키는 전력변환장치로, 에너지 절약 및 출력 제어의 용이성 때문에 세탁기, 냉장고, 에어컨 등의 전기제품에 사용되는 모터를 구동시킨다.Inverter is a power converter that generates AC voltage of variable voltage and variable frequency from a constant or variable DC power supply. It drives motors used in electric appliances such as washing machines, refrigerators, and air conditioners due to energy saving and ease of output control. Let's do it.

상기 인버터 회로를 이용하여 모터를 효율적으로 제어하기 위해서, 모터에 인가되는 상전류를 검출하여 그에 따라 모터에 인가되는 전류를 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식으로 제어하는 방법 등이 사용된다.In order to efficiently control the motor using the inverter circuit, a method of detecting a phase current applied to the motor and controlling the current applied to the motor according to the pulse width modulation (PWM) method is used.

기존의 모터 구동 방식은 전압 변조 방식 중 어느 한 방식만을 사용하여, 전류제어기로부터 출력된 전압지령이 모터에 인가되도록 전력 스위칭 소자를 스위치하였다. 그러므로 설정된 전압 변조 방식에 따른 고유의 고조파 왜곡률(HDF: Harmonic Distortion Factor) 특성을 가지며, 상기 고조파 왜곡률은 전압변조지수가 증가함에 따라 증가하여, 모터의 효율을 감소시킨다는 문제점이 있었다. 따라서, 상기 모터 및 모터 구동 방식을 채택한 세탁기, 냉장고, 에어컨 등의 전기 제품의 시스템의 안정성이 저하되는 문제점이 있었다. The conventional motor driving method uses only one of the voltage modulation methods to switch the power switching element so that the voltage command output from the current controller is applied to the motor. Therefore, it has inherent harmonic distortion factor (HDF) characteristics according to the set voltage modulation scheme, and the harmonic distortion factor increases as the voltage modulation index increases, thereby reducing the efficiency of the motor. Therefore, there is a problem that the stability of the system of the electrical appliances such as a washing machine, a refrigerator, an air conditioner employing the motor and the motor drive method.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 모터의 운전 제어시에 시스템의 안정성을 향상시킨 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 일 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a motor control apparatus and a method of controlling the same, which improve the stability of the system when controlling the operation of the motor.

본 발명은 센서리스 알고리즘을 이용하여 모터를 제어함에 있어, 모터의 손실을 감소시키는 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a motor control apparatus and a control method thereof for reducing a motor loss in controlling a motor using a sensorless algorithm.

본 발명은 센서로부터 검출된 위치, 속도 정보를 이용하여 모터를 제어함에 있어, 모터의 손실을 감소시키는 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 또다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a motor control apparatus and a control method thereof that reduce the loss of the motor in controlling the motor by using the position and speed information detected from the sensor.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치는 제어신호를 근거로 모터에 모터구동전압을 인가하는 인버터, 상기 인버터와 상기 모터의 사이에 배치되어, 상기 모터에 인가되는 모터구동전류를 검출하는 전류 검출유닛 및 상기 모터구동전류와 속도지령을 근거로 산출된 전압지령 및 DC 링크 전압으로부터 연산된 전압변조지수에 따라, 복수의 펄스 폭 변조방식 중 어느 하나를 근거로 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 제어유닛을 포함한다. 상기 복수의 펄스 폭 변조방식은 최적 전압 변조 방식, 정현파 전압 변조 방식, 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식 및 불연속 펄스 폭 변조 중 선택된 둘 이상의 방식이다.In order to solve the above problems, the motor control apparatus according to an embodiment of the present invention is disposed between the inverter, the inverter and the motor for applying a motor driving voltage to the motor based on a control signal, the motor Based on any one of a plurality of pulse width modulation schemes according to a current detection unit for detecting an applied motor drive current, and a voltage command calculated based on the motor drive current and speed command and a voltage modulation index calculated from a DC link voltage. And a control unit for generating the control signal and outputting the control signal to the inverter. The plurality of pulse width modulation schemes are at least two selected from an optimal voltage modulation scheme, a sinusoidal voltage modulation scheme, a space vector pulse width modulation scheme, and a discontinuous pulse width modulation scheme.

상기 제어유닛은 상기 전압변조지수가 기설정된 기준변조지수보다 작으면 상기 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식을 선택하고, 상기 기준변조지수보다 크면 상기 불연속 펄스 폭 변조 방식을 선택할 수 있다. 상기 기준변조지수는 각각의 변조방식에 따른 고조파 왜곡률 곡선이 교차하는 지점의 변조지수로 설정된다.The control unit may select the spatial vector pulse width modulation method when the voltage modulation index is smaller than a predetermined reference modulation index, and select the discontinuous pulse width modulation method when the voltage modulation index is larger than the reference modulation index. The reference modulation index is set as a modulation index of the point where the harmonic distortion curves for each modulation scheme intersect.

상기 모터 제어장치가 센서를 구비하는 경우, 상기 제어유닛은 상기 속도지령과 상기 모터의 속도 또는 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 입력받고, 전류지령을 출력하는 속도 제어부, 상기 전류지령과 상기 검출 전류를 입력받고, 상기 전압지령을 출력하는 전류 제어부 및 제어주기(Ts) 동안 상기 인버터에서 출력 가능한 유효 전압 벡터들을 합성하여 상기 전압지령을 추종하도록 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터로 출력하는 펄스 폭 변조 제어부를 포함한다. When the motor control device includes a sensor, the control unit receives the speed command and the speed of the motor or the position of the rotor provided in the motor and outputs a current command, the current command and the A pulse for generating the control signal and outputting the control signal to follow the voltage command by synthesizing a valid voltage vector that can be output from the inverter during a current control unit and a control period Ts that receives a detection current and outputs the voltage command. And a width modulation controller.

상기 제어유닛은 상기 전류 검출유닛과 연결되고, 상기 전류 검출유닛에서 검출된 전류를 정지좌표계 전류로 변환하는 정지좌표 변환부 및 상기 연산된 상기 회전자의 위치로부터 추정된 위상값에 근거하여 상기 정지좌표계 전류를 동기좌표계 전류로 변환하고, 상기 동기좌표계 전류를 상기 전류 제어부로 피드백하는 동기좌표 변환부를 포함할 수 있다. The control unit is connected to the current detection unit, the stop coordinate conversion unit for converting the current detected by the current detection unit to the stationary coordinate system current and the stop based on the phase value estimated from the calculated position of the rotor And a synchronous coordinate converter configured to convert a coordinate system current into a synchronous coordinate system current and feed back the synchronous coordinate system current to the current controller.

상기 모터 제어장치가 센서를 구비하지 않는 경우, 상기 제어유닛은 상기 모터구동전류를 입력받고, 상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 연산부, 상기 속도지령과 상기 연산 속도를 입력받고, 전류지령을 출력하는 속도 제어부, 상기 전류지령과 상기 검출 전류를 입력받고, 상기 전압지령을 출력하는 전류 제어부 및 제어주기(Ts) 동안 상기 인버터에서 출력 가능한 유효 전압 벡터들을 합성하여 상기 전압지령을 추종하도록 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터로 출력하는 펄스 폭 변조 제어부를 포함한다.When the motor control device does not have a sensor, the control unit receives the motor driving current, and calculates the speed of the motor and the position of the rotor provided in the motor, the speed command and the calculation speed A speed control unit for receiving a current command, outputting a current command, a current control unit for receiving the current command and the detected current, and outputting the voltage command, and synthesizing effective voltage vectors output from the inverter during a control period Ts; And a pulse width modulation controller configured to generate the control signal to follow the voltage command and output the generated control signal to the inverter.

상기 제어유닛은 상기 전류 검출유닛과 연결되고, 상기 전류 검출유닛에서 검출된 전류를 정지좌표계 전류로 변환하는 정지좌표 변환부 및 상기 정지좌표계 전류를 동기좌표계 전류로 변환하고, 상기 동기좌표계 전류를 상기 전류 제어부로 피드백하고, 상기 연산부로 입력하는 동기좌표 변환부를 포함할 수 있다. The control unit is connected to the current detection unit, a stop coordinate converter for converting the current detected by the current detection unit into the stationary coordinate system current and the stationary coordinate system current to the synchronous coordinate system current, and converts the synchronous coordinate system current to the It may include a synchronous coordinate converter for feeding back to the current control unit, the input to the calculator.

제어유닛은 상기 전류 검출부와 상기 펄스 폭 변조 제어부 사이에 배치되고, 상기 위상값에 근거하여, 동기좌표계 전압지령을 정지좌표계 전압지령으로 변환하는 동기좌표 역변환부를 더 포함한다. The control unit is disposed between the current detection unit and the pulse width modulation control unit, and further includes a synchronous coordinate inverse transform unit for converting a synchronous coordinate system voltage command into a stationary coordinate system voltage command based on the phase value.

상기 전류 검출유닛은 상기 인버터와 상기 모터 사이에 연결되어 연속적으로 상기 모터구동전류를 검출하는 전류 트랜스듀서일 수 있다.The current detection unit may be a current transducer connected between the inverter and the motor to continuously detect the motor driving current.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 상용 교류 전원을 변환하여 직류 전압을 출력하는 컨버터와, 상기 직류 전압을 평활화하는 평활 유닛과, 상기 평활화된 직류 전압을 변환하여 모터에 모터 구동 전압을 인가하는 인버터를 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 제어 방법은, 상기 모터에 인가되는 모터구동전류를 검출하는 단계, 속도지령을 입력받는 단계, 상기 모터구동전류와 상기 속도지령을 근거로 상기 전압지령을 산출하는 단계, 상기 전압지령 및 DC 링크 전압으로부터 연산된 전압변조지수에 따라 복수의 변조방식 중 어느 하나를 근거로 제어신호를 생성하는 단계 및 상기 제어신호를 상기 인버터에 출력하는 단계를 포함한다. In order to solve the above problems, a converter for converting commercial AC power to output a DC voltage, a smoothing unit for smoothing the DC voltage, and an inverter for converting the smoothed DC voltage to apply a motor driving voltage to the motor. The control method of the motor control apparatus according to an embodiment of the present invention includes detecting a motor driving current applied to the motor, receiving a speed command, based on the motor driving current and the speed command. Calculating the voltage command, generating a control signal based on any one of a plurality of modulation schemes according to the voltage command and the voltage modulation index calculated from the DC link voltage, and outputting the control signal to the inverter. It includes.

상기 전압지령을 산출하는 단계는 상기 모터의 속도 또는 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 검출하는 과정, 상기 속도지령과 상기 검출 속도를 근거로 전류지령을 산출하는 과정 및 상기 전류지령과 상기 검출 전류를 근거로 상기 전압지령을 산출하는 과정을 포함할 수 있다. The calculating of the voltage command may include detecting a speed of the motor or a position of a rotor provided in the motor, calculating a current command based on the speed command and the detection speed, and the current command and the detection. And calculating the voltage command based on the current.

상기 전압지령을 산출하는 단계는 상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 과정, 상기 속도지령과 상기 연산 속도를 근거로 전류지령을 산출하는 과정 및 상기 전류지령과 상기 검출 전류를 근거로 상기 전압지령을 산출하는 과정을 포함할 수 있다. The calculating of the voltage command may include calculating a speed of the motor and a position of the rotor provided in the motor, calculating a current command based on the speed command and the calculation speed, and the current command and the detection. And calculating the voltage command based on the current.

상기 제어 신호를 생성하는 단계는 상기 전압지령 및 상기 인버터의 DC 링크 전압으로부터 상기 전압변조지수를 연산하는 과정, 상기 연산된 전압변조지수와 기설정된 기준변조지수를 비교하는 과정, 상기 비교결과에 따라 복수의 변조방식 중 어느 하나를 선택하는 과정 및 상기 선택된 변조방식에 따라 상기 제어신호를 생성하는 과정을 포함할 수 있다.The generating of the control signal may include calculating the voltage modulation index from the voltage command and the DC link voltage of the inverter, comparing the calculated voltage modulation index with a preset reference modulation index, and the comparison result. The method may include selecting one of a plurality of modulation schemes and generating the control signal according to the selected modulation scheme.

본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 제어 방법은, 연산된 전압변조지수에 따라 복수의 펄스 폭 변조방식 중 어느 하나를 근거로 제어신호를 생성하여, 스위칭에 의한 고조파 왜곡률을 감소시켜 시스템의 안정성을 향상시킨다. The motor control apparatus and control method according to the present invention generates a control signal based on any one of a plurality of pulse width modulation schemes according to the calculated voltage modulation index, thereby reducing the harmonic distortion caused by switching to improve the stability of the system. Let's do it.

본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 제어 방법은, 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하고, 검출된 상기 회전자의 위치로부터 모터의 속도 및 전류를 제어하여 각각 전류 및 전압지령을 출력하고, 상기 전압지령을 추종하도록 제어신호를 생성하여, 모터의 손실을 감소시킨다.The motor control apparatus and control method according to the present invention calculates the speed of the motor and the position of the rotor provided in the motor, and controls the speed and current of the motor from the detected position of the rotor, respectively, to provide current and voltage commands. Outputs and generates a control signal to follow the voltage command, thereby reducing the loss of the motor.

본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 제어 방법은, 검출된 상기 회전자의 위치로부터 모터의 속도 및 전류를 제어하여 각각 전류 및 전압지령을 출력하고, 상기 전압지령을 추종하도록 제어신호를 생성하여, 모터의 손실을 감소시킨다.Motor control apparatus and control method according to the present invention, by controlling the speed and current of the motor from the detected position of the rotor to output current and voltage command, respectively, and generates a control signal to follow the voltage command, the motor Reduces the loss.

도 1은 본 발명을 적용할 일반적인 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 블록도이고,
도 2는 공간 벡터 전압 변조 방식 및 불연속 전압 변조 방식에 있어서, 전압변조지수에 따른 고조파 왜곡률을 도시한 결과도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어유닛의 세부 블록 구성도이고,
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어유닛의 세부 블록 구성도이고,
도 5는 도 3에 따른 모터 제어 장치의 제어방법의 순서도이고,
도 6은 도 4에 따른 모터 제어 장치의 제어방법의 순서도이다.1 is a block diagram schematically showing a configuration of a general motor control apparatus to which the present invention is applied;
2 is a result diagram showing harmonic distortion rate according to a voltage modulation index in a space vector voltage modulation method and a discontinuous voltage modulation method.
3 is a detailed block diagram of a control unit according to an embodiment of the present invention;
4 is a detailed block diagram of a control unit according to another embodiment of the present invention;
5 is a flowchart of a control method of the motor control apparatus according to FIG. 3,
6 is a flowchart of a control method of the motor control apparatus according to FIG. 4.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, a motor control apparatus and a control method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명을 적용할 일반적인 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 블록도이고, 상기 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(600)과, 상기 인버터(400)에 제어 신호를 출력하여 상기 모터(500)를 구동하도록 하는 제어 유닛(700)을 포함하여 구성된다.1 is a block diagram schematically showing a configuration of a general motor control apparatus to which the present invention is applied. The motor control apparatus includes a converter 200 for converting a commercial AC power supply 100 to output a DC voltage, and the DC A smoothing unit 300 for smoothing a voltage, an inverter 400 for converting the smoothed DC voltage to apply a motor driving voltage to the motor 500, and detecting a motor driving current applied to the motor 500; And a control unit 700 for outputting a control signal to the inverter 400 to drive the motor 500.

본 발명에 따른 모터 제어 장치에 있어서, 상기 제어 유닛(700)은 상기 모터구동전류와 속도지령을 근거로 산출된 전압지령 및 DC 링크 전압으로부터 연산된 전압변조지수에 따라, 복수의 펄스 폭 변조 방식 중 어느 하나를 근거로 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력한다. 상기 복수의 펄스 폭 변조방식은 최적 전압 변조(Optimal Volatge Modulation) 방식, 정현파 전압 변조(SPWM: Sinusoidal ulse Width Modulation) 방식, 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM:Space Vector Pulse Width Modulation) 방식, 불연속 펄스 폭 변조(DPWM: Discrete Pulse Width Modulation) 방식 중 선택된 둘 이상의 방식이다. In the motor control apparatus according to the present invention, the control unit 700 is a plurality of pulse width modulation scheme in accordance with the voltage modulation index calculated from the voltage command and the DC link voltage calculated based on the motor driving current and the speed command. The control signal is generated based on any one of the control signals and output to the inverter. The plurality of pulse width modulation methods include an optimal voltage modulation (Optimal Volatge Modulation) method, a sinusoidal ulse width modulation (SPWM) method, a space vector pulse width modulation (SVPWM) method, and a discontinuous pulse width method. Two or more of the modulation (DPWM: Discrete Pulse Width Modulation) methods are selected.

상기 최적 전압 변조 방식은 기본파 크기의 출력 전압이 발생하도록 하는 PWM 스위칭 패턴을 미리 계산하여 이를 메모리에 저장한 후 모터의 운전 상태에 따라 상기 PWM 스위칭 패턴을 읽어 스위칭 소자의 온/오프를 수행한다. 상기 최적 전압 변조 방식은 기본파 출력 전압의 제어와 원하는 성능지수를 최적화할 수 있어, 입력 직류 전압의 이용률이 좋으며, 스위칭 주파수를 최적으로 할 수 있는 장점이 있다. 다만, 상기 최적 전압 변조 방식은 정상상태의 스위칭 패턴을 미리 계산하여 사용하므로 직류측 전압이 변동하거나 과도 상태에서는 원하는 출력 전압을 정확히 생성할 수 없어 빠른 동특성이 요구되는 시스템에서는 적용하기 어렵다. The optimal voltage modulation method calculates in advance a PWM switching pattern for generating an output voltage having a fundamental wave size and stores it in a memory, and reads the PWM switching pattern according to an operation state of a motor to perform on / off of a switching device. . The optimum voltage modulation method can optimize the control of the fundamental wave output voltage and the desired performance index, so that the utilization of the input DC voltage is good and the switching frequency can be optimized. However, since the optimal voltage modulation method calculates and uses the switching pattern in a steady state in advance, it is difficult to apply the system in which fast dynamic characteristics are required because the DC output voltage does not change or the desired output voltage cannot be generated accurately in the transient state.

상기 정현파 전압 변조 방식은 각 상의 전압지령(reference)을 삼각 반송파(carrier wave)와 실시간으로 비교하여 인버터 내 각 상 스위치의 온/오프를 수행한다. 상기 정현파 전압 변조 방식은 상기 인버터의 스위칭 주파수가 상기 삼각 반송파의 주파수와 같으므로, 상기 스위칭에 의해 발생하는 전압의 고조파 분포가 일정하여 상기 고조파를 제거하기 위한 저역 통과 필터의 설계가 용이하다. 또한 상기 정현파 전압 변조 방식은 상기 최적 전압 변조 방식과 달리 샘플링 시간 단위로 제어되므로 동특성이 우수하다. 그러나 상기 정현파 전압 변조 방식은 선형적으로 얻을 수 있는 최대 기본파 전압이 Vdc/2로 작다는 단점이 있다. The sinusoidal voltage modulation method performs on / off of each phase switch in an inverter by comparing a voltage reference of each phase with a triangular carrier wave in real time. In the sinusoidal voltage modulation scheme, since the switching frequency of the inverter is the same as the frequency of the triangular carrier, the harmonic distribution of the voltage generated by the switching is constant, so that it is easy to design a low pass filter for removing the harmonics. In addition, the sinusoidal voltage modulation method is excellent in dynamic characteristics because it is controlled in units of sampling time unlike the optimum voltage modulation method. However, the sinusoidal voltage modulation method has a disadvantage in that the maximum fundamental wave voltage that can be linearly obtained is small as Vdc / 2.

상기 공간 벡터 전압 변조 방식은 전압지령을 복소수 공간에서 하나의 공간 벡터(Space Vector)로 표현하고, 상기 공간벡터로 표현된 전압을 변조한다. 상기 공간 벡터 전압 변조 방식은 주어진 직류 전압에 대하여 가장 큰 교류 전압을 얻을 수 있으며, 상기 변조된 전압을 모터에 인가한 경우 출력 전류나 토크에 포함된 고조파가 다른 변조 방식보다 작다.The space vector voltage modulation scheme expresses a voltage command as a space vector in a complex space and modulates the voltage represented by the space vector. The space vector voltage modulation method obtains the largest AC voltage for a given DC voltage, and when the modulated voltage is applied to the motor, harmonics included in the output current or torque are smaller than other modulation methods.

상기 불연속 전압 변조 방식은 공간 벡터 전압 변조 방식의 일종으로, 한 주기 내에서 3상 스위칭 소자 중 두 개의 스위칭 소자만 스위칭한다. 상기 불연속 전압 변조 방식은 인버터의 스위칭 손실을 저감할 수 있지만, 전압변조지수가 작은 경우에 전류에 포함된 고조파 양이 증가된다는 단점이 있다. The discontinuous voltage modulation scheme is a kind of space vector voltage modulation scheme, and switches only two switching elements of the three-phase switching element within one period. The discontinuous voltage modulation method can reduce the switching loss of the inverter, but the disadvantage is that the amount of harmonics included in the current is increased when the voltage modulation index is small.

이하, 상기 연산된 전압변조지수에 따라, 상기 복수의 변조방식 중에서 상기 공간 벡터 전압 변조 방식 또는 불연속 전압 변조 방식 중 어느 하나를 근거로 제어신호를 생성하는 상기 제어유닛(700)에 대하여 설명한다. 다만, 본 발명은 상기 공간 벡터 전압 변조 방식 및 불연속 전압 변조 방식에 국한되는 것이 아니라, 상기 복수의 변조방식들을 모두 포함한다. Hereinafter, the control unit 700 generating a control signal based on one of the space vector voltage modulation method and the discrete voltage modulation method among the plurality of modulation methods according to the calculated voltage modulation index. However, the present invention is not limited to the space vector voltage modulation method and the discontinuous voltage modulation method, but includes all of the plurality of modulation methods.

도 2는 공간 벡터 전압 변조 방식 및 불연속 전압 변조 방식에 있어서, 전압변조지수에 따른 고조파 왜곡률을 도시한 결과도이다. 상기 변조방식은 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식과 불연속 펄스 폭 변조 방식이다. 상기 전압변조지수(m)는 하기의 수학식 1과 같이 주어진다. 2 is a result diagram showing harmonic distortion rate according to a voltage modulation index in a space vector voltage modulation method and a discontinuous voltage modulation method. The modulation method is a space vector pulse width modulation method and a discontinuous pulse width modulation method. The voltage modulation index m is given by Equation 1 below.

Figure pat00001
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도 1을 참조하며, 상기 전압변조지수(m)에서 V s , rms peak 는 전압지령 Vs 의 제곱근 평균(rms: root mean squqre)의 피크치이고, V DC 는 상기 평활 유닛(300)내의 DC 링크 커패시터 양단의 전압이다. 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 전압변조지수가 상기 기준 변조지수보다 작은 경우에는 상기 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식이 보다 작은 고조파 왜곡률을 갖는다. 반면에 상기 전압변조지수가 상기 기준 변조지수보다 높은 경우에는 상기 불연속 펄스 폭 변조 방식이 보다 작은 고조파 왜곡률(Harmonic Distortion Factor: HDF)을 갖는다. Referring to Figure 1, V s , rms peak at the voltage modulation index (m) Is the peak value of the root mean squqre (rms) of the voltage command Vs , and V DC is the voltage across the DC link capacitor in the smoothing unit 300. As shown in FIG. 2, when the voltage modulation index is smaller than the reference modulation index, the spatial vector pulse width modulation method has a smaller harmonic distortion rate. On the other hand, when the voltage modulation index is higher than the reference modulation index, the discontinuous pulse width modulation method has a smaller harmonic distortion factor (HDF).

상기 제어 유닛(700)은 상기 전압변조지수가 기설정된 기준변조지수보다 작으면 상기 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식을 선택하고, 상기 기준변조지수보다 크면 상기 불연속 펄스 폭 변조 방식을 선택한다. 상기 기준변조지수는 각각의 변조방식에 따른 상기 고조파 왜곡률 곡선이 교차하는 지점의 변조지수로 설정된다.The control unit 700 selects the spatial vector pulse width modulation method when the voltage modulation index is smaller than a preset reference modulation index, and selects the discontinuous pulse width modulation method when the voltage modulation index is larger than the reference modulation index. The reference modulation index is set to a modulation index of the point where the harmonic distortion curves cross each modulation method.

상기 전류 검출유닛(600)은 상기 인버터(400)와 상기 모터(500)의 사이에 연결되어 연속적으로 상기 모터구동전류를 검출하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)이다. 상기 전류 트랜스듀서는 상기 모터구동전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 상기 제어 유닛(700)에 출력한다. 또한, 상기 전류 트랜스듀서는 펄스 폭 변조의 전 구간에서 상기 모터구동전류를 검출한다. 예를 들어, 3상 모터의 경우에 상기 전류 검출 유닛(600)은 3상으로 인가되는 전류(Ia, Ib, Ic)를 검출하여 상기 제어 유닛(700)에 출력한다. 상기 제어 유닛(700)은 인터럽트 신호를 발생하여 상기 검출된 모터구동전류에 따른 전압 신호를 샘플링한다.The current detection unit 600 is a current transducer connected between the inverter 400 and the motor 500 to continuously detect the motor driving current. The current transducer detects the motor driving current, converts the motor driving current into a voltage signal, and outputs the converted voltage signal to the control unit 700. In addition, the current transducer detects the motor driving current in the entire section of the pulse width modulation. For example, in the case of a three-phase motor, the current detection unit 600 detects and outputs the currents Ia, Ib, and Ic applied to the three phases to the control unit 700. The control unit 700 generates an interrupt signal to sample a voltage signal according to the detected motor driving current.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어유닛의 세부 블록 구성도(block diagram)이다. 모터를 구동하는 제어 장치의 제어유닛(700)은 센서리스 알고리즘(Sensorless Algorithm)을 사용하여 상기 모터를 구동을 제어한다. 냉장고, 에어컨 등의 전기 제품에 사용되는 압축기에 구비되는 모터는 취부상의 어려움으로 인해 센서를 포함하지 않기 때문이다. 상기 센서리스 알고리즘은 회전자(Rotor: 로터)의 위치를 산출하여 사용자가 원하는 속도로 모터를 구동하게 한다. 3 is a detailed block diagram of a control unit according to an embodiment of the present invention. The control unit 700 of the control device for driving the motor controls the driving of the motor by using a sensorless algorithm. This is because the motor provided in the compressor used in the electrical appliance such as a refrigerator and an air conditioner does not include a sensor due to difficulty in mounting. The sensorless algorithm calculates the position of the rotor to allow the user to drive the motor at a desired speed.

상기 제어 유닛(700)은 연산부(710), 속도 제어부(720), 전류 제어부(730), 펄스 폭 변조 제어부(이하 'PWM 제어부')(740)를 포함한다. 상기 제어유닛(700)은 동기좌표 상변환부(750) 및 동기좌표 역반환부(760)를 더 포함할 수 있다.  The control unit 700 includes a calculator 710, a speed controller 720, a current controller 730, and a pulse width modulation controller (hereinafter, referred to as a PWM controller) 740. The control unit 700 may further include a synchronous coordinate phase converter 750 and a synchronous coordinate reverse return unit 760.

상기 연산부(710)는 상기 동기좌표 상변환부(750)로부터 상기 모터구동전류를 입력받고, 상기 모터의 속도(ω)와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산한다. The calculation unit 710 receives the motor driving current from the synchronous coordinate phase conversion unit 750, and calculates the speed ω of the motor and the position of the rotor provided in the motor.

상기 속도 제어부(720)는 상기 속도지령과 상기 연산 속도를 입력받고, 전류지령을 출력한다. 상기 속도 제어부(720)는, 사용자가 원하는 속도지령(ω*)과, 상기 연산부(710)에서 연산되어 추정된 추정 속도(ω)를 비교하는 비교기(미도시)와, 제1 비례 적분 제어기(Proportional Integral Controller; PI)(미도시)를 구비하고, 상기 속도지령(ω*)과 상기 추정 속도(ω)를 입력받아 상기 속도지령(ω*)과 상기 추정 속도(ω)의 차, 즉 속도 오차를 비례 적분하여 q축 전류지령(I*q)을 생성하고, 이를 전류 제어부(730)에 출력한다.The speed control unit 720 receives the speed command and the operation speed and outputs a current command. The speed controller 720 may include a comparator (not shown) for comparing a speed command ω * desired by the user with an estimated speed ω calculated by the calculator 710, and a first proportional integral controller ( Proportional Integral Controller; PI) (having a not shown), and the difference between the speed reference (ω *) and receiving the estimated input speed (ω), the speed reference (ω *) and the estimated speed (ω), that is the speed The error is proportionally integrated to generate a q-axis current command I * q, and output it to the current controller 730.

상기 전류 제어부(730)는 상기 전류지령과 상기 검출 전류를 입력받고, 상기 전압지령을 출력한다. 상기 전류 제어부(730)는, 상기 속도 제어부(720)에서 생성된 상기 q축 전류지령(I*q)과 d축 전류지령(I*d)을 입력받아 전압지령을 생성하여 출력한다. 상기 전류 제어부(730)는 상기 q축 전류지령(I*q)을 제2 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 동기좌표계 전압지령(Ve *q)을 상기 동기좌표 역변환부(740)에 출력한다. 즉, 상기 전류 제어부(730)는 상기 q축 전류지령(I*q)과 상기 전류 검출 유닛(600)을 통해 검출된 모터구동전류를 축 변환한 상기 q축 출력 전류(Ieq)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 제2 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압지령(Ve *q)을 상기 동기좌표 역변환부(760)에 출력한다. 한편, 상기 전류 제어부(730)는 상기 d축 전류지령(Id*)을 제3 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 동기좌표계 전압지령(Ve *d)을 상기 동기좌표 역변환부(760)에 출력한다. 즉, 상기 전류 제어부(730)는 상기 d축 전류지령(I*d)과 상기 전류 검출 유닛(600)을 통해 검출된 모터구동전류를 축 변환한 상기 d축 출력 전류(Ied)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 제3 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 정지 좌표계 전압지령(Vsd*)을 상기 PWM 제어부(740)에 출력한다. 여기서, e는 동기좌표계를, s는 정지좌표계를 나타낸다.The current controller 730 receives the current command and the detected current and outputs the voltage command. The current controller 730 receives the q-axis current command I * q and the d-axis current command I * d generated by the speed controller 720 to generate and output a voltage command. The current controller 730 is the q-axis current command (I * q) a second PI controller and filters a through q-axis synchronous coordinate system voltage command (V e * q) outputting the synchronization coordinates inverse transformation unit 740 do. That is, the current controller 730 compares the q-axis current command I * q and the q-axis output current I e q by axially converting the motor driving current detected through the current detection unit 600. and it outputs the difference thereof, that is, the current error to the second PI controller and filter the synchronization coordinate reverse conversion to the q-axis voltage command (V * e q) after section 760. On the other hand, to the current controller 730 is the d-axis current command (Id *), the third proportional integral controller and filters a through d-axis synchronous coordinate system voltage command (V e * d) the synchronization coordinates inverse transformation unit (760) Output That is, the current controller 730 compares the d-axis current command (I * d) and the d-axis output current (I e d) by axially converting the motor driving current detected through the current detection unit (600). The difference, that is, the current error, is output to the PWM controller 740 via the third proportional integration controller and a filter, and the d-axis stop coordinate system voltage command V s d * . Here, e represents a synchronous coordinate system and s represents a static coordinate system.

상기 PWM 제어부(740)는 제어주기(Ts) 동안 상기 인버터(400)에서 출력 가능한 유효 전압 벡터들을 합성하여 상기 전압지령을 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(400)로 출력한다. 상기 인버터가 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT'라 함)와 같은 스위칭 소자로 되어 있는 경우에, 상기 제어 신호는 게이트 입력 신호(Gating signal)가 된다. 상기 PWM 제어부(740)는 상기 전압지령 및 DC 링크 전압(VDC)으로부터 전압변조지수를 연산하고, 상기 연산된 전압변조지수와 기설정된 기준변조지수를 비교한다. 또한 상기 PWM 제어부(740)는 상기 비교결과에 따라 복수의 변조 방식 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 변조 방식에 따라 상기 제어신호를 생성한다. The PWM controller 740 generates the control signal so as to follow the voltage command by synthesizing the valid voltage vectors output from the inverter 400 during the control period Ts and outputs the control signal to the inverter 400. When the inverter is a switching element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT), the control signal becomes a gate input signal. The PWM controller 740 calculates a voltage modulation index from the voltage command and the DC link voltage V DC , and compares the calculated voltage modulation index with a preset reference modulation index. In addition, the PWM controller 740 selects one of a plurality of modulation schemes according to the comparison result, and generates the control signal according to the selected modulation scheme.

상기 동기좌표 상변환부(750)는 상기 전류 검출유닛(600)에서 검출된 전류(Ia, Ib, Ic)를 동기 d축 전류(Ied) 및 동기 q축 전류(Ieq)로 변환한다. The synchronous coordinate phase converter 750 converts the currents Ia, Ib, and Ic detected by the current detection unit 600 into synchronous d-axis current I e d and synchronous q-axis current I e q. .

상기 동기좌표 상변환부(750)는 정지좌표 변환부(751) 및 동기좌표 변환부(752)를 포함한다. 상기 정지좌표 변환부(751)는 상기 전류 검출유닛(600)과 연결되고, 상기 전류 검출유닛(600)에서 검출된 전류(Ia, Ib, Ic)를 정지좌표계 전류(Isd, Isq)로 변환한다. 상기 동기좌표 변환부(752)는 상기 정지좌표계 전류(Isd, Isq )를 동기좌표계 전류(Ied, Ieq )로 변환하고, 상기 동기좌표계 전류(Ied, Ieq )를 상기 전류 제어부(730)로 피드백하고, 상기 연산부(710)로 입력한다. 여기서, e는 동기좌표계를, s는 정지좌표계를 나타낸다.The synchronous coordinate image converter 750 includes a still coordinate converter 751 and a synchronous coordinate converter 752. The stop coordinate converter 751 is connected to the current detection unit 600, and the currents Ia, Ib, and Ic detected by the current detection unit 600 stop the current of the coordinate system I s d, I s q. To). The synchronous coordinate converter 752 converts the stationary coordinate currents I s d and I s q into synchronous coordinate currents I e d and I e q, and the synchronous coordinate currents I e d and I e. q) is fed back to the current controller 730 and input to the calculator 710. Here, e represents a synchronous coordinate system and s represents a static coordinate system.

상기 동기좌표 역변환부(760)는 상기 전류제어부(720)와 상기 PWM 제어부(740) 사이에 배치되고, 상기 연산부(710)에서 연산된 상기 회전자의 위치로부터 추정된 위상값(θe)에 근거하여 동기좌표계 전압지령(Ve *d, Ve *q)을 정지좌표계 전압지령(Vs*)인 (Vs *d, Vs *q)으로 변환한다. 여기서, e는 동기좌표계를, s는 정지좌표계를 나타낸다. The synchronous coordinate inverse converter 760 is disposed between the current controller 720 and the PWM controller 740 and is based on a phase value θe estimated from the position of the rotor calculated by the calculator 710. To convert the synchronous coordinate system voltage commands (V e * d, V e * q) into (V s * d, V s * q), which is the static coordinate system voltage command (V s * ). Here, e represents a synchronous coordinate system and s represents a static coordinate system.

또한, 상기 동기좌표 역변환부(760)는 상기 정지좌표계의 전압지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. 예를 들어 3상 모터의 경우에, 상기 동기좌표 역변환부(750)는 상기 정지좌표계의 전압지령을 3상의 전압지령 (Va*, Vb*, Vc*)으로 변환하여 상기 PWM 제어부(740)로 출력한다. In addition, the synchronous coordinate inverse converter 760 converts and outputs the voltage command of the stationary coordinate system according to the type of motor to be driven. For example, in the case of a three-phase motor, the synchronous coordinate inverse converter 750 converts the voltage command of the stationary coordinate system into a three-phase voltage command (Va * , Vb * , Vc * ) to the PWM control unit 740. Output

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어유닛의 세부 블록 구성도(block diagram)이다. 모터(500) 내에 센서 등의 검출부(510)를 포함한 경우, 상기 제어 유닛(800)은 상기 검출부(510)를 통해 검출된 상기 모터(500) 내에 구비된 회전자의 위치를 입력받아 상기 인버터(400)를 제어하는 제어신호를 생성하여 상기 인버터(400)로 출력한다. 상기 검출부(510)는 모터구동전류를 입력받고, 상기 모터(500)의 속도(ω) 또는 상기 모터(500) 내에 구비된 상기 회전자의 위치를 검출한다. 4 is a detailed block diagram of a control unit according to another embodiment of the present invention. When the detection unit 510 such as a sensor is included in the motor 500, the control unit 800 receives the position of the rotor provided in the motor 500 detected through the detection unit 510 to receive the inverter ( A control signal for controlling 400 is generated and output to the inverter 400. The detector 510 receives a motor driving current and detects the speed? Of the motor 500 or the position of the rotor provided in the motor 500.

상기 검출부(510)는 상기 모터(500)의 위치와 속도를 제어하기 위하여 상기 모터(500)의 위치 및 속도를 측정한다. 상기 모터의(500)의 위치와 속도를 측정하는 방식으로는 아날로그(Analog) 센서를 사용하는 방식과 디지털(Digital) 센서를 사용하는 방식이 있다. 상기 아날로그 방식에서 측정 장치는 싱크로(Synchro), 레졸버(Resolver), 또는 타코제네레이터(Taco-generator)등을 사용하여 아날로그 양으로 변환된 회전자의 변위량으로부터 위치 및 속도를 측정한다. 상기 디지털 방식에서 측정 장치는 회전식 엔코더(Rotary Encoder)를 사용하여 디지털 형태로 변환된 변위량으로부터 위치 및 속도를 측정한다. The detector 510 measures the position and the speed of the motor 500 to control the position and the speed of the motor 500. As a method of measuring the position and speed of the motor 500, there are a method using an analog sensor and a method using a digital sensor. In the analog method, the measuring device measures a position and a speed from a displacement amount of the rotor converted into an analog amount using a synchro, a resolver, or a taco-generator. In the digital method, the measuring device measures a position and a velocity from a displacement amount converted into a digital form by using a rotary encoder.

예를 들어 유도 모터에서는 디지털 방식의 엔코더(encoder)를 이용하여 상기 회전자의 위치를 검출한다. 상기 엔코더는 상기 회전자의 회전 각 변동을 펄스 열(Pulse Train)으로 출력하는 장치이다. 상기 펄스 열은 상기 회전자의 회전 속도에 비례하여 변동되는 주파수를 갖는다. 상기 엔코더의 종류는 절대형 엔코더와 증분형 엔코더가 있으며, 상기 절대형 엔코더는 상기 회전자의 절대 위치 정보를 검출할 수 있으나, 증분형 엔코더는 상기 회전자의 변동분만을 검출할 수 있다. In an induction motor, for example, the position of the rotor is detected using a digital encoder. The encoder is a device that outputs a change in the rotation angle of the rotor as a pulse train. The pulse train has a frequency that varies in proportion to the rotational speed of the rotor. The type of encoder includes an absolute encoder and an incremental encoder. The absolute encoder can detect absolute position information of the rotor, but an incremental encoder can detect only a change of the rotor.

예를 들어 BLDC 모터에서, 상기 검출부(510)는 정류자와 브러쉬의 기능을 전력용 반도체 스위치로 구현하기 위하여 회전자의 위치를 알아야 한다. 상기 회전자는 영구자석으로 되어 있으므로, 홀 소자(Hall Element)와 같은 자속 검출 센서를 이용하여 상기 회전자의 위치를 알아낸다. For example, in the BLDC motor, the detector 510 needs to know the position of the rotor in order to implement the functions of the commutator and the brush as a power semiconductor switch. Since the rotor is a permanent magnet, the rotor is located using a magnetic flux detection sensor such as a Hall element.

상기 제어 유닛(800)은 속도 제어부(820), 전류 제어부(730), PWM 제어부(740)를 포함한다. 상기 제어유닛(800)은 동기좌표 상변환부(850) 및 동기좌표 역반환부(760)를 더 포함할 수 있다. The control unit 800 includes a speed controller 820, a current controller 730, and a PWM controller 740. The control unit 800 may further include a synchronous coordinate phase converter 850 and a synchronous coordinate reverse return unit 760.

상기 속도 제어부(820)는 사용자가 원하는 속도지령(ω*)과 상기 검출 속도(ω)를 입력받고, 상기 전류지령을 출력한다. 상기 속도 제어부(820)는, 상기 속도지령(ω*)과, 상기 검출부(510)에서 검출된 검출 속도(ω)를 비교하는 비교기(미도시)와, 제1 비례 적분 제어기(Proportional Integral Controller; PI)(미도시)를 구비하고, 상기 속도지령(ω*)과 상기 검출 속도(ω)를 입력받아 상기 속도지령(ω*)과 상기 검출 속도(ω)의 차, 즉 속도 오차를 비례 적분하여 q축 전류지령(I*q)을 생성하고, 이를 전류 제어부(730)에 출력한다.The speed controller 820 receives a speed command ω * and a detection speed ω desired by the user, and outputs the current command. The speed control unit 820 may include a comparator (not shown) for comparing the speed command ω * and the detection speed ω detected by the detection unit 510, and a first proportional integral controller; having a PI) (not shown), the speed reference (ω *) accept and input the detected speed (ω), proportional to the difference, i.e. the speed error of the detected velocity (ω) and the speed command (ω *) integral Q to generate a q-axis current command (I * q), and outputs it to the current control unit 730.

상기 동기좌표 상변환부(850)는 정지좌표 변환부(751) 및 동기좌표 변환부(852)를 포함한다. 상기 동기좌표 변환부(852)는 상기 검출부(510)로부터 입력된 상기 회전자의 위치로부터 추정된 위상값(θe)에 근거하여, 상기 정지좌표계 전류(Isd, Isq)를 동기좌표계 전류(Ied, Ieq)로 변환한다. 상기 동기좌표 변환부(852)는 상기 동기좌표계 전류(Ied, Ieq)를 상기 전류 제어부(730)로 피드백(feedback)한다. 여기서, s는 정지좌표계를, e는 동기좌표계를 나타낸다. The synchronous coordinate image converter 850 includes a still coordinate converter 751 and a synchronous coordinate converter 852. The synchronous coordinate converter 852 adjusts the static coordinate currents I s d and I s q based on the phase value θ e estimated from the position of the rotor input from the detector 510. Convert to currents I e d and I e q. The synchronous coordinate converter 852 feeds back the synchronous coordinate currents I e d and I e q to the current controller 730. Here, s denotes a static coordinate system and e denotes a synchronous coordinate system.

도 5는 도 3에 따른 모터 제어 장치의 제어방법의 순서도이다. 상기 제어방법은 모터 내에 센서를 포함하지 않는 모터 제어 장치에 있어서, 센서리스 알고리즘을 이용하여 모터를 제어한다. 5 is a flowchart of a control method of the motor control apparatus according to FIG. 3. The control method is a motor control apparatus which does not include a sensor in a motor, wherein the motor is controlled using a sensorless algorithm.

도 5를 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, 속도지령을 입력받는 단계(S300)와, 상기 모터구동전류와 상기 속도지령을 근거로 상기 전압지령을 산출하는 단계(S500)와, 상기 전압지령 및 DC 링크 전압으로부터 연산된 전압변조지수에 따라 복수의 변조 방식 중 어느 하나를 근거로 제어신호를 생성하는 단계(S600)와, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하는 단계(S700)를 포함한다. Referring to FIG. 5, a control method of a motor control apparatus according to the present invention includes a converter for converting a commercial AC power to output a DC voltage, a smoothing unit for smoothing the DC voltage, and converting the smoothed DC voltage. In the control method of the motor control apparatus having an inverter for applying a motor driving voltage to the motor, the method comprising: detecting a motor driving current applied to the motor (S100), receiving a speed command (S300), and Calculating the voltage command based on the motor driving current and the speed command (S500); and controlling the control signal based on any one of a plurality of modulation schemes according to the voltage modulation index calculated from the voltage command and the DC link voltage. Generating (S600) and outputting the control signal to the inverter (S700).

상기 전압지령을 산출하는 단계(S500)는, 상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 과정(S200)과, 상기 속도지령과 상기 연산 속도를 근거로 전류지령을 산출하는 과정(S400)을 포함하고, 상기 전류지령과 상기 검출 전류를 근거로 상기 전압지령을 산출한다.The step of calculating the voltage command (S500), the step of calculating the speed of the motor and the position of the rotor provided in the motor (S200), and calculating the current command based on the speed command and the calculation speed. In step S400, the voltage command is calculated based on the current command and the detected current.

여기서, 상기 제어 신호를 생성하는 단계(S600)는, 상기 전압지령 및 DC 링크 전압으로부터 연산된 전압변조지수에 따라 복수의 변조방식 중 어느 하나를 근거로 제어신호를 생성한다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 3를 참조한다.Here, in the generating of the control signal (S600), the control signal is generated based on any one of a plurality of modulation schemes according to the voltage modulation index calculated from the voltage command and the DC link voltage. Hereinafter, the configuration of the apparatus will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

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. 상기 전류 트랜스듀서는 상기 모터구동전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 출력하는데, 펄스 폭 변조의 전 구간에서 상기 모터구동전류를 검출한다. 예를 들어, 3상 모터의 경우에 상기 전류 검출 유닛은 3상으로 인가되는 전류(Ia, Ib, Ic)를 검출하여 제어 유닛의 연산부에 출력하고, 상기 연산부는 이로부터 센서리스 알고리즘을 이용하여 모터의 속도와 회전자의 위치를 추정 연산한다(S210). 상기 제어 유닛은 인터럽트 신호를 발생하여 상기 검출된 모터구동전류에 따른 전압 신호를 샘플링한다. The motor control apparatus detects a motor driving current applied to the motor using the current detection unit (S100), and estimates the speed of the motor and the position of the rotor using the detected motor driving current (S200). The current detection unit may be a current transducer connected between the inverter and the motor to continuously detect the motor driving current. The current transducer detects the motor driving current and converts the motor driving current into a voltage signal. The current transducer detects the motor driving current in all sections of the pulse width modulation. For example, in the case of a three-phase motor, the current detection unit detects the currents Ia, Ib, and Ic applied to the three phases and outputs them to the calculating unit of the control unit, and the calculating unit uses the sensorless algorithm therefrom. Estimation calculation of the speed of the motor and the position of the rotor (S210). The control unit generates an interrupt signal to sample the voltage signal according to the detected motor drive current.

상기 속도 제어부는, 사용자가 원하는 속도지령을 입력받거나, 산출하고, 상기 속도지령과 상기 연산 속도를 입력받아 상기 속도지령과 상기 연산 속도의 차, 즉 속도 오차를 비례 적분하여 q축 전류지령을 산출한다(S400). 상기 전류 제어부는, q축 전류지령과 d축 전류지령을 입력받아 전압지령을 생성하여 출력한다(S500). 상기 전류 제어부는 상기 q축 전류지령과 모터구동전류를 축 변환한 상기 q축 연산 전류를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 제2 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압지령을 산출하고, 상기 d축 전류지령과 모터구동전류를 축 변환한 상기 d축 연산 전류를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 제3 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 전압지령을 산출한다(S500). 상기 PWM 제어부는, 상기 동기 좌표계의 전압지령을 정지 좌표계의 전압지령(Vα,Vβ)으로 축 변환한다. 또한, 상기 PWM 제어부는 상기 정지좌표계의 전압지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. 예를 들어 3상 모터의 경우에, 상기 PWM 제어부는 상기 정지좌표계의 전압지령을 3상의 전압지령으로 변환하여 상기 인버터에 출력한다. 도 3을 참조하면, 상기 제어 장치는, 동기좌표계 전압지령을 정지 좌표계 전압지령으로 변환하고, 모터의 형태에 맞는 전압지령, 예를 들어, 3상의 전압지령으로 변환한다. 상기 제어 장치는, 제어주기(Ts) 동안 상기 인버터에서 출력 가능한 유효 전압 벡터들을 합성하여 상기 전압지령을 추종하도록 상기 인버터의 스위치를 제어하는 제어 신호를 상기 인버터에 출력한다. 상기 인버터가 IGBT과 같은 스위칭 소자로 되어 있는 경우에, 상기 제어 신호는 게이트 입력 신호(Gating signal)가 된다. The speed controller receives or calculates a speed command desired by the user, and calculates a q-axis current command by proportionally integrating a difference between the speed command and the calculation speed, that is, a speed error, by receiving the speed command and the calculation speed. (S400). The current controller receives the q-axis current command and the d-axis current command to generate and output a voltage command (S500). The current control unit compares the q-axis current command with the q-axis current command and the motor driving current, and calculates the q-axis voltage command through the difference, that is, the current error, through a second proportional integral controller and a filter. The d-axis current command and the d-axis operational current obtained by converting the motor driving current are compared with each other, and the difference, that is, the current error, is calculated through the third proportional integral controller and the filter (S500). The PWM control unit converts the voltage command of the synchronous coordinate system into voltage commands Vα and Vβ of the still coordinate system. The PWM controller converts and outputs the voltage command of the stationary coordinate system according to the type of motor to be driven. For example, in the case of a three-phase motor, the PWM control unit converts the voltage command of the stationary coordinate system into a three-phase voltage command and outputs it to the inverter. Referring to Fig. 3, the control device converts a synchronous coordinate system voltage command into a static coordinate system voltage command and converts it into a voltage command suitable for the motor type, for example, a three phase voltage command. The control device outputs a control signal for controlling the switch of the inverter to follow the voltage command by synthesizing the effective voltage vectors output from the inverter during the control period Ts and outputting the control signal to the inverter. In the case where the inverter is a switching element such as an IGBT, the control signal becomes a gate input signal.

상기 제어신호를 생성하는 단계(S600)은 상기 전압지령 및 DC 링크 전압으로부터 상기 전압변조지수를 연산하는 과정(S610), 상기 연산된 전압변조지수와 기설정된 기준변조지수를 비교하는 과정(S620), 상기 비교결과에 따라 복수의 변조 방식 중 어느 하나를 선택하는 과정(S630) 및 상기 선택된 변조방식에 따라 상기 제어신호를 생성하는 과정(S640)을 포함한다. Generating the control signal (S600) includes calculating the voltage modulation index from the voltage command and the DC link voltage (S610), and comparing the calculated voltage modulation index with a predetermined reference modulation index (S620). The method may include selecting any one of a plurality of modulation schemes according to the comparison result (S630) and generating the control signal according to the selected modulation scheme (S640).

도 6은 도 4에 따른 모터 제어 장치의 제어방법의 순서도이다. 상기 제어방법은 모터 내에 센서를 포함한 모터 제어 장치에 있어서, 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 검출하여 상기 모터를 제어한다. 6 is a flowchart of a control method of the motor control apparatus according to FIG. 4. The control method is a motor control apparatus including a sensor in a motor, the control of the motor by detecting the position of the rotor provided in the motor.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 제어 방법은, 모터 인가 전류 검출 단계(S100), 속도지령 입력 단계(S300), 전압지령 산출단계(S500), 제어신호 생성단계(S600) 및 제어신호 출력단계(S700)를 포함한다. 6, the control method of the motor control apparatus according to the present invention, the motor applied current detection step (S100), speed command input step (S300), voltage command calculation step (S500), control signal generation step (S600) And a control signal output step (S700).

상기 전압지령을 산출하는 단계(S500)는, 상기 모터의 속도 또는 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 검출하는 과정(S220)과, 상기 속도지령과 상기 검출 속도를 근거로 전류지령을 산출하는 과정(S400)을 포함하고, 상기 전류지령과 상기 검출 전류를 근거로 상기 전압지령을 산출한다.The step of calculating the voltage command (S500), the step of detecting the speed of the motor or the position of the rotor provided in the motor (S220), and calculating the current command based on the speed command and the detection speed. In step S400, the voltage command is calculated based on the current command and the detected current.

상기 회전자 위치 검출 과정(S220)은 예를 들어 유도 모터에서는 디지털 방식의 엔코더(encoder)를 이용하여 상기 회전자의 위치를 검출한다. 상기 엔코더는 상기 회전자의 회전 각 변동을 펄스 열(Pulse Train)으로 출력하는 장치이다. 상기 펄스 열은 상기 회전자의 회전 속도에 비례하여 변동되는 주파수를 갖는다. 상기 엔코더의 종류는 절대형 엔코더와 증분형 엔코더가 있으며, 상기 절대형 엔코더는 상기 회전자의 절대 위치 정보를 검출할 수 있으나, 증분형 엔코더는 상기 회전자의 변동분만을 검출할 수 있다. In the rotor position detecting process S220, for example, the induction motor detects the position of the rotor using a digital encoder. The encoder is a device that outputs a change in the rotation angle of the rotor as a pulse train. The pulse train has a frequency that varies in proportion to the rotational speed of the rotor. The type of encoder includes an absolute encoder and an incremental encoder. The absolute encoder can detect absolute position information of the rotor, but an incremental encoder can detect only a change of the rotor.

상기 회전자 위치 검출 과정(S220)은 예를 들어 BLDC 모터에서 상기 회전자는 영구자석으로 되어 있으므로, 홀 소자(Hall Element)와 같은 자속 검출 센서를 이용하여 상기 회전자의 위치를 검출한다. In the rotor position detecting process S220, for example, the rotor is a permanent magnet in a BLDC motor, and thus the position of the rotor is detected by using a magnetic flux detection sensor such as a Hall element.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 이의 제어 방법은, 연산된 전압변조지수에 따라 복수의 펄스 폭 변조방식 중 어느 하나를 근거로 제어신호를 생성하여, 스위칭에 의한 고조파 왜곡률을 감소시켜 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다. As described above, the motor control apparatus and control method thereof according to the present invention generates a control signal based on any one of the plurality of pulse width modulation schemes according to the calculated voltage modulation index, thereby reducing the harmonic distortion rate due to switching. This can improve the stability of the system.

100: 상용 교류 전원 200: 컨버터
300: 평활 유닛 400: 인버터
500: 모터 510: 검출부
600: 전류검출유닛 700, 800: 제어유닛 710: 연산부 720: 속도 제어부 730: 전류 제어부 740: 펄스 폭 변조(PWM) 제어부 750: 동기좌표 상변환부 751: 정지좌표 변환부 752, 852: 동기좌표 변환부
760: 동기좌표 역변환부 100: commercial AC power supply 200: converter
300: smoothing unit 400: inverter
500: motor 510: detector
600: current detection unit 700, 800: control unit 710: arithmetic unit 720: speed control unit 730: current control unit 740: pulse width modulation (PWM) control unit 750: synchronous coordinate phase conversion unit 751: static coordinate conversion unit 752, 852: synchronous coordinate conversion part
760: synchronous coordinate inverse transform unit

Claims (14)

제어신호를 근거로 모터에 모터구동전압을 인가하는 인버터;
상기 인버터와 상기 모터의 사이에 배치되어, 상기 모터에 인가되는 모터구동전류를 검출하는 전류 검출유닛; 및
상기 모터구동전류와 속도지령을 근거로 산출된 전압지령 및 DC 링크 전압으로부터 연산된 전압변조지수에 따라, 복수의 펄스 폭 변조방식 중 어느 하나를 근거로 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 제어유닛을 포함하는 모터 제어 장치.An inverter for applying a motor driving voltage to the motor based on the control signal;
A current detecting unit disposed between the inverter and the motor, the current detecting unit detecting a motor driving current applied to the motor; And
Generating the control signal based on any one of a plurality of pulse width modulation schemes according to a voltage command calculated from the motor driving current and the speed command and a voltage modulation index calculated from the DC link voltage, and outputting the control signal to the inverter. Motor control device including a control unit. 제1항에 있어서,
상기 복수의 펄스 폭 변조방식은
최적 전압 변조 방식, 정현파 전압 변조 방식, 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식, 불연속 펄스 폭 변조 중 선택된 둘 이상의 방식인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.The method of claim 1,
The plurality of pulse width modulation methods
And at least two selected from among an optimal voltage modulation scheme, a sinusoidal voltage modulation scheme, a space vector pulse width modulation scheme, and a discontinuous pulse width modulation scheme. 제2 항에 있어서,
상기 제어유닛은
상기 전압변조지수가 기설정된 기준변조지수보다 작으면 상기 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식을 선택하고, 상기 기준변조지수보다 크면 상기 불연속 펄스 폭 변조 방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.The method of claim 2,
The control unit
And selecting the space vector pulse width modulation method when the voltage modulation index is smaller than a predetermined reference modulation index, and selecting the discrete pulse width modulation method when the voltage modulation index is larger than the reference modulation index. 제1 항에 있어서,
상기 기준변조지수는 각각의 변조방식에 따른 고조파 왜곡률 곡선이 교차하는 지점의 변조지수로 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.The method according to claim 1,
And the reference modulation index is set to a modulation index of a point at which a harmonic distortion curve according to each modulation scheme intersects. 제1 항에 있어서,
상기 제어유닛은
상기 속도지령과 상기 모터의 속도 또는 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 입력받고, 전류지령을 출력하는 속도 제어부;
상기 전류지령과 상기 검출 전류를 입력받고, 상기 전압지령을 출력하는 전류 제어부; 및
제어주기(Ts) 동안 상기 인버터에서 출력 가능한 유효 전압 벡터들을 합성하여 상기 전압지령을 추종하도록 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터로 출력하는 펄스 폭 변조 제어부(PWM 제어부)를 포함하는 모터 제어 장치.The method according to claim 1,
The control unit
A speed controller which receives the speed command and the speed of the motor or the position of the rotor provided in the motor and outputs a current command;
A current controller which receives the current command and the detected current and outputs the voltage command; And
And a pulse width modulation controller (PWM controller) for generating the control signal and synthesizing the effective voltage vectors output from the inverter during the control period Ts to follow the voltage command. 제3 항에 있어서,
상기 제어유닛은
상기 모터구동전류를 입력받고, 상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 연산부 ;
상기 속도지령과 상기 연산 속도를 입력받고, 전류지령을 출력하는 속도 제어부;
상기 전류지령과 상기 검출 전류를 입력받고, 상기 전압지령을 출력하는 전류 제어부; 및
제어주기(Ts) 동안 상기 인버터에서 출력 가능한 유효 전압 벡터들을 합성하여 상기 전압지령을 추종하도록 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터로 출력하는 펄스 폭 변조 제어부(PWM 제어부)를 포함하는 모터 제어 장치.The method of claim 3,
The control unit
An operation unit configured to receive the motor driving current and calculate a speed of the motor and a position of the rotor provided in the motor;
A speed controller which receives the speed command and the calculation speed and outputs a current command;
A current controller which receives the current command and the detected current and outputs the voltage command; And
And a pulse width modulation controller (PWM controller) for generating the control signal and synthesizing the effective voltage vectors output from the inverter during the control period Ts to follow the voltage command. 제6 항에 있어서,
상기 제어유닛은
상기 전류 검출유닛과 연결되고, 상기 전류 검출유닛에서 검출된 전류를 정지좌표계 전류로 변환하는 정지좌표 변환부;
상기 정지좌표계 전류를 동기좌표계 전류로 변환하고, 상기 동기좌표계 전류를 상기 전류 제어부로 피드백하고, 상기 연산부로 입력하는 동기좌표 변환부를 포함하는 모터 제어 장치.The method of claim 6,
The control unit
A stationary coordinate converter connected to the current detection unit and converting the current detected by the current detection unit into a stationary coordinate system current;
And a synchronous coordinate converter for converting the stationary coordinate system current into a synchronous coordinate system current, feeding back the synchronous coordinate system current to the current control unit, and inputting the current to the calculation unit. 제5 항에 있어서,
상기 제어유닛은
상기 전류 검출유닛과 연결되고, 상기 전류 검출유닛에서 검출된 전류를 정지좌표계 전류로 변환하는 정지좌표 변환부;
상기 입력된 상기 회전자의 위치로부터 추정된 위상값에 근거하여 상기 정지좌표계 전류를 동기좌표계 전류로 변환하고, 상기 동기좌표계 전류를 상기 전류 제어부로 피드백하는 동기좌표 변환부를 포함하는 모터 제어 장치.6. The method of claim 5,
The control unit
A stationary coordinate converter connected to the current detection unit and converting the current detected by the current detection unit into a stationary coordinate system current;
And a synchronous coordinate converter converting the stationary coordinate system current into a synchronous coordinate system current based on a phase value estimated from the input position of the rotor, and feeding back the synchronous coordinate system current to the current controller. 제7 항 또는 제8항에 있어서,
상기 제어유닛은
상기 전류 검출부와 상기 펄스 폭 변조 제어부(PWM 제어부) 사이에 배치되고,
상기 위상값에 근거하여, 동기좌표계 전압지령을 정지좌표계 전압지령으로 변환하는 동기좌표 역변환부를 더 포함하는 모터 제어 장치.The method according to claim 7 or 8,
The control unit
Disposed between the current detector and the pulse width modulation controller (PWM controller),
And a synchronous coordinate inverse converting unit converting the synchronous coordinate system voltage command into the stationary coordinate system voltage command based on the phase value. 제1 항에 있어서,
상기 전류 검출유닛은
상기 인버터와 상기 모터 사이에 연결되어 연속적으로 상기 모터구동전류를 검출하는 전류 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.The method according to claim 1,
The current detection unit
And a current transducer connected between the inverter and the motor to continuously detect the motor driving current. 상용 교류 전원을 변환하여 직류 전압을 출력하는 컨버터와, 상기 직류 전압을 평활화하는 평활 유닛과, 상기 평활화된 직류 전압을 변환하여 모터에 모터 구동 전압을 인가하는 인버터를 구비한 모터 제어 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 모터에 인가되는 모터구동전류를 검출하는 단계;
속도지령을 입력받는 단계;
상기 모터구동전류와 상기 속도지령을 근거로 상기 전압지령을 산출하는 단계;
상기 전압지령 및 DC 링크 전압으로부터 연산된 전압변조지수에 따라 복수의 변조방식 중 어느 하나를 근거로 제어신호를 생성하는 단계; 및
상기 제어신호를 상기 인버터에 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치의 제어방법.A control method of a motor control apparatus including a converter for converting commercial AC power to output a DC voltage, a smoothing unit for smoothing the DC voltage, and an inverter for converting the smoothed DC voltage to apply a motor driving voltage to the motor. To
Detecting a motor driving current applied to the motor;
Receiving a speed command;
Calculating the voltage command based on the motor driving current and the speed command;
Generating a control signal based on any one of a plurality of modulation schemes according to the voltage modulation index calculated from the voltage command and the DC link voltage; And
And outputting the control signal to the inverter. 제 11항에 있어서,
상기 전압지령을 산출하는 단계는
상기 모터의 속도 또는 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 검출하는 과정;
상기 속도지령과 상기 검출 속도를 근거로 전류지령을 산출하는 과정; 및
상기 전류지령과 상기 검출 전류를 근거로 상기 전압지령을 산출하는 과정을 포함하는 모터 제어 장치의 제어방법. 12. The method of claim 11,
The step of calculating the voltage command
Detecting the speed of the motor or the position of the rotor provided in the motor;
Calculating a current command based on the speed command and the detection speed; And
And calculating the voltage command based on the current command and the detected current. 제 11항에 있어서,
상기 전압지령을 산출하는 단계는
상기 모터의 속도와 상기 모터 내에 구비된 회전자의 위치를 연산하는 과정;
상기 속도지령과 상기 연산 속도를 근거로 전류지령을 산출하는 과정; 및
상기 전류지령과 상기 검출 전류를 근거로 상기 전압지령을 산출하는 과정을 포함하는 모터 제어 장치의 제어방법. 12. The method of claim 11,
The step of calculating the voltage command
Calculating a speed of the motor and a position of the rotor provided in the motor;
Calculating a current command based on the speed command and the calculation speed; And
And calculating the voltage command based on the current command and the detected current. 제 11항에 있어서,
상기 제어 신호를 생성하는 단계는
상기 전압지령 및 상기 인버터의 DC 링크 전압으로부터 상기 전압변조지수를 연산하는 과정;
상기 연산된 전압변조지수와 기설정된 기준변조지수를 비교하는 과정;
상기 비교결과에 따라 복수의 변조 방식 중 어느 하나를 선택하는 과정; 및
상기 선택된 변조방식에 따라 상기 제어신호를 생성하는 과정을 포함하는 모터 제어 장치의 제어방법. 12. The method of claim 11,
Generating the control signal
Calculating the voltage modulation index from the voltage command and the DC link voltage of the inverter;
Comparing the calculated voltage modulation index with a preset reference modulation index;
Selecting one of a plurality of modulation schemes according to the comparison result; And
And generating the control signal according to the selected modulation method.
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