KR20120076723A - Phase current controller for driving multi-phase bldc motor - Google Patents

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KR20120076723A
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김장목
임원상
문종주
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A phase current control apparatus for driving a multiphase BLDC motor is provided to prevent malfunction due to noise and current ripple increase from an irregular switching frequency by driving with a fixed switching frequency. CONSTITUTION: A current detector(200) detects a current supplied to each phase of a seven-phase BLDC motor. A position detector(300) detects a rotation position of a rotor comprising the seven-phase BLDC motor. A speed controller(500) controls a speed of the rotor of the seven-phase BLDC motor. A pulse width modulator(700) outputs a pulse width control signal according to the number of pulses to a seven-phase inverter(800). The seven-phase inverter supplies voltage to each phase of the seven-phase BLDC motor.

Description

다상 비엘디씨 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치{Phase current controller for driving multi-phase BLDC motor}Phase current controller for driving multi-phase BLDC motor

본 발명은 BLDC(Brushless DC) 전동기에 관한 것으로, 특히 다상 BLDC 전동기(Y결선) 구동 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brushless DC (BLDC) motor, and more particularly to a technology for driving a multiphase BLDC motor (Y connection).

BLDC(Brushless DC) 전동기는 브러쉬가 없는 DC 전동기로써, 일반 DC 전동기의 치명적인 약점인 수명을 최대한 보강한 전동기이다. 더불어 속도(speed), 힘(torque), 거리(distanced) 제어가 가능한 제어형 전동기를 말한다. 최근 단위 면적당 높은 출력 특성을 가지는 다상 BLDC 전동기가 일반적인 산업 현장, 선박, 우주 항공 및 군사 분야 등에서 다양하게 사용되고 있다. 이러한 다상 BLDC 전동기의 구동 제어 알고리즘으로는 히스테리시스 제어, MSTC(Minimum Switching Time Controller) 제어와 같은 아날로그 제어가 주로 적용되고 있다. 그러나 아날로그 제어는 불규칙한 스위칭 패턴으로 인하여 전동기의 토크 맥동이 크고, 전동기의 제정수 불평형에 의한 상 간 전류 불평형의 발생이 불가피하다. 또한 순시적으로 흐르는 전류 값을 연속적으로 샘플링하여 스위칭하기 때문에, 노이즈에 의한 전류 샘플링 실패는 전동기에 치명적인 손상을 유발할 가능성이 크다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 인버터에 필터를 적용하여 노이즈에 의한 영향을 줄이고자 하는 시도가 활발히 진행되고 있다. 하지만 필터 설계 비용이 추가됨에 따라 전체 생산 비용이 증가하며, 전류의 불평형 및 큰 토크 맥동 아날로그 제어 특성상 해결하기 어려운 부분으로 남아있다.BLDC (Brushless DC) motor is a brushless DC motor that has the maximum life span, which is a deadly weak point of general DC motors. In addition, it refers to a controlled electric motor capable of controlling speed, torque, and distanced. Recently, multiphase BLDC motors with high output characteristics per unit area have been used in various industrial fields, ships, aerospace and military fields. As the drive control algorithm of the multiphase BLDC motor, analog control such as hysteresis control and minimum switching time controller (MSTC) control is mainly applied. However, in analog control, the torque pulsation of the motor is large due to the irregular switching pattern, and the unbalance of the current due to the constant unbalance of the motor is inevitable. In addition, since the instantaneous current value is continuously sampled and switched, the current sampling failure due to noise is likely to cause fatal damage to the motor. In order to make up for this drawback, attempts to reduce the effects of noise by applying filters to inverters have been actively conducted. However, as the cost of filter design adds up, the overall production cost increases and remains difficult to resolve due to current unbalance and large torque pulsation analog control.

본 발명은 다상 BLDC 전동기(Y결선)를 디지털 제어 알고리즘으로 구동시킬 수 있는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a technical solution capable of driving a polyphase BLDC motor (Y connection) with a digital control algorithm.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치는 지령 속도와 다상 BLDC 전동기 속도의 차를 제로로 만들기 위한 지령 전류를 연산하여 출력하는 속도 제어기, 출력된 지령 전류와 다상 BLDC 전동기의 각 상에 흐르는 전류의 차를 제로로 만들기 위한 지령 전압들을 연산하여 출력하는 전류 제어기들, 출력된 지령 전압들에 따라 BLDC 전동기의 각 상에 해당하는 지령 전압이 인가되도록 펄스 폭 제어 신호를 출력하는 펄스 폭 변조부, 및 펄스 폭 제어 신호에 따라 다상 BLDC 전동기의 각 상에 연결된 스위칭 소자들을 단속하여 BLDC 전동기의 각 상에 해당 지령 전압을 인가하는 다상 인버터를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a phase current control apparatus for driving a multiphase BLDC motor includes a speed controller configured to calculate and output a command current to zero a difference between a command speed and a polyphase BLDC motor speed; Current controllers for calculating and outputting command voltages for zeroing the difference between the output command current and the current flowing in each phase of the multiphase BLDC motor, and the command voltage corresponding to each phase of the BLDC motor depends on the output command voltages. A pulse width modulator for outputting a pulse width control signal to be applied, and a multi-phase inverter for interrupting switching elements connected to each phase of the multiphase BLDC motor according to the pulse width control signal and applying a corresponding command voltage to each phase of the BLDC motor. do.

전류 제어기는 BLDC 전동기의 추정된 역기전력을 출력에 전향 보상하며, 또한 내부에 포함된 전류 제어 적분기의 적분값을 전류 제어기의 출력 제한값에 따라 제한할 수 있음이 바람직하다.The current controller preferably compensates the estimated back electromotive force of the BLDC motor to the output, and may limit the integral value of the current control integrator included therein according to the output limit value of the current controller.

나아가 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치는 다상 BLDC 전동기의 모든 상을 도통시키거나 한 상을 제외한 모든 상을 도통시키기 위해 다상 인버터를 제어하는 도통 제어부를 더 포함한다.Furthermore, the phase current control apparatus for driving a multiphase BLDC motor further includes a conduction control unit for controlling the multiphase inverter to conduct all phases of the multiphase BLDC motor or to conduct all phases except one phase.

본 발명은 아날로그 제어의 장점을 최대한 살리고, 아날로그 제어에 따른 불규칙한 스위칭 주파수로 인한 전동기 토크 맥동의 증가, 전류 맥동 증가, 노이즈 등에 의한 치명적인 오동작 발생 가능성을 단점을 보완할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 디지털 제어는 기존의 다양한 제어 알고리즘의 추가적인 적용이 용이하며, 고정된 스위칭 주파수로 구동하기 때문에 노이즈에 대한 대비가 용이하다. 이는 필터 설계가 용이함을 의미한다. 또한 토크 맥동을 감소시킨다. 나아가 본 발명은 전동기 제작과정에서 발생하는 R, L 값의 불평형에 따라 각 권선에 흐르는 상전류의 불평형을 감소시킨다.The present invention can make full use of the advantages of analog control, and can compensate for the disadvantages of fatal malfunction due to an increase in motor torque pulsation, current pulsation increase, noise, etc. due to an irregular switching frequency according to the analog control. That is, the digital control according to the present invention can be easily applied to a variety of existing control algorithms, and it is easy to prepare for noise because it is driven at a fixed switching frequency. This means that the filter design is easy. It also reduces torque pulsation. Furthermore, the present invention reduces the unbalance of the phase current flowing through each winding according to the unbalance of the R and L values generated in the manufacturing process of the motor.

도 1은 7상 BLDC 전동기의 구동회로도.
도 2는 다상 BLDC 전동기 구동 시스템의 블록선도.
도 3은 전동기의 전류 제어기 개념도.
도 4는 역기전력을 외란으로 간주한 전류 제어기의 개념도.
도 5는 개루프 전달함수의 주파수 응답 특성도.
도 6은 폐루프 전달함수의 주파수 응답 특성도.
도 7은 비례 적분 전류 제어기 예시도.
도 8은 비례 이득 제어기 경우의 적분 값의 제한을 위한 예시도.
도 9는 안티 와이드업(Anti-wingup) 제어기 예시도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치 블록도.
1 is a driving circuit diagram of a seven-phase BLDC motor.
2 is a block diagram of a multiphase BLDC motor drive system.
3 is a conceptual diagram of a current controller of an electric motor.
4 is a conceptual diagram of a current controller that considers counter electromotive force as disturbance.
5 is a frequency response characteristic diagram of an open loop transfer function.
6 is a frequency response characteristic diagram of a closed loop transfer function.
7 is an illustration of a proportional integral current controller.
8 is an exemplary diagram for limiting an integral value in the case of a proportional gain controller.
9 illustrates an anti-wingup controller.
10 is a block diagram of a phase current control device for driving a multi-phase BLDC motor according to an embodiment of the present invention.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the present invention will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce the present invention.

도 1은 다상 BLDC 전동기의 한 예인 7상 BLDC 전동기의 구동회로도이다.1 is a driving circuit diagram of a seven-phase BLDC motor as an example of a multiphase BLDC motor.

도시된 바와 같이, 다상 BLDC 전동기의 구동회로는 크게 직류 전압부, 직류 전압을 BLDC 전동기의 구동 전력형태로 변환하는 인버터부 및 전동기로 구성된다. 또한 이러한 전동기는 전동기의 회전속도에 비례해서 발생하는 역기전력과 전동기 내부의 인덕턴스 성분 및 저항으로 등가화된다. 도 1에 도시된 구동회로에서 인버터 출력전압 V와 전동기 역기전력 성분, 각 상의 자기 인덕턴스 및 상호 인덕턴스와 저항성분을 포함한 전기회로에 KVL(Kirchhoff's Voltage Law)을 적용하면 구동 시스템의 회로방정식은 다음과 같이 수학식 1로 표현 가능하다.As shown, the driving circuit of the multiphase BLDC motor is largely composed of a DC voltage unit, an inverter unit for converting the DC voltage into the driving power form of the BLDC motor, and a motor. In addition, such a motor is equivalent to a back electromotive force generated in proportion to the rotational speed of the motor and an inductance component and resistance inside the motor. In the driving circuit shown in FIG. 1, if KVL (Kirchhoff's Voltage Law) is applied to an electric circuit including an inverter output voltage V, a motor counter electromotive force component, a magnetic inductance of each phase, and mutual inductance and resistance component, the circuit equation of the driving system is as follows. It can be expressed by Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

Vx : 인버터 출력단 전압 (x = a, b, c, d, e, f, g)V x : Inverter output voltage (x = a, b, c, d, e, f, g)

Lx : 각 상의 자기 인덕턴스 (x = a, b, c, d, e, f, g)L x : Magnetic inductance of each phase (x = a, b, c, d, e, f, g)

Mαβ : 각각의 상호 인덕턴스 (α, β = a, b, c, d, e, f g)M αβ : each mutual inductance (α, β = a, b, c, d, e, fg)

ix : 각 상의 전류 (x = a, b, c, d, e, f, g)i x : current of each phase (x = a, b, c, d, e, f, g)

ex : 각 상의 역기전력 (x = a, b, c, d, e, f, g)e x : back EMF of each phase (x = a, b, c, d, e, f, g)

vno : GND와 중성점 간의 전압v no = Voltage between GND and neutral

이때 각 상의 역기전력 및 전류가 이상적인 파형이라 가정하면, 임의의 한 상이 다른 상에 의해 영향을 받는 상호 인덕턴스는 어느 상이나 동일한 효과를 얻음으로써 상태 평준화 기법에 의해 각 상의 전압 방정식은 다음 수학식 2와 같이 된다.In this case, assuming that the counter electromotive force and current of each phase are ideal waveforms, the mutual inductance of any one phase is affected by the other phase to obtain the same effect, so that the voltage equation of each phase is expressed by Equation 2 as follows. do.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, x = a, b, c, d, e, f, g 이다.Where x = a, b, c, d, e, f, g.

Lx - Mx = Lx Rx = R 이때 각 상의 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스에 의한 영향이 평형을 이루고 있다고 가정했을 경우라 정의하고, 최종적으로 수학식 1의 행렬식을 라플라스 변환하면 각 상에 대한 수식으로써 다음과 같이 표현할 수 있다.L x -M x = L x R x = R In this case, it is assumed that the effects of the magnetic inductance and the mutual inductance of each phase are in equilibrium. As a formula, it can be expressed as follows.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Va = (Ls + R)ia + ea +vno V a = (Ls + R) i a + e a + v no

[수학식 4]&Quot; (4) "

Vb = (Ls + R)ib + eb +vno V b = (Ls + R) i b + e b + v no

[수학식 5][Equation 5]

Vc = (Ls + R)ic + ec +vno V c = (Ls + R) i c + e c + v no

[수학식 6]&Quot; (6) "

Vd = (Ls + R)id + ed +vno V d = (Ls + R) i d + e d + v no

[수학식 7][Equation 7]

Ve = (Ls + R)ie + ee +vno V e = (Ls + R) i e + e e + v no

[수학식 8][Equation 8]

Vf = (Ls + R)if + ef +vno V f = (Ls + R) i f + e f + v no

[수학식 9][Equation 9]

Vg = (Ls + R)ig + eg +vno V g = (Ls + R) i g + e g + v no

이상의 수학식 3 내지 수학식 9에서 L은 등가화된 각 상의 인덕턴스를 의미하며, R은 등가화된 각 상의 저항을 의미한다.In Equation 3 to Equation 9, L means inductance of each phase equivalent, and R means resistance of each phase equivalent.

또한 전동기의 중성점 n에서는 전류의 총합이 0이 되므로, 수학식 10과 같은 관계가 성립한다.In addition, since the total current becomes zero at the neutral point n of the electric motor, the relationship as shown in Equation 10 is established.

[수학식 10][Equation 10]

ia + ib + ic +id + ie + if + ig = 0i a + i b + i c + i d + i e + i f + i g = 0

수학식 3 내지 수학식 9를 수학식 10에 대입하면, 수학식 11을 구할 수 있다.By substituting Equations 3 to 9 into Equation 10, Equation 11 can be obtained.

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure pat00003
Figure pat00003

손실을 무시하는 경우 전기적인 출력 전력은 기계적인 출력과 같으므로, 역기전력 및 상전류의 파형이 이상적이라면 출력 토크 및 회전속도에 따른 관계에 의해 출력 관계식은 다음의 수학식 12와 같이 모델링된다.If the loss is ignored, the electrical output power is the same as the mechanical output, so if the waveform of the counter electromotive force and the phase current is ideal, the output relation is modeled as shown in Equation 12 according to the relationship between the output torque and the rotational speed.

[수학식 12][Equation 12]

Figure pat00004
Figure pat00004

Te : 출력 토크T e : Output torque

Pe : 전기적인 출력 전력P e : electrical output power

ωm : 전동기 회전 각속도ω m : motor angular velocity

Es : 각 상의 역기전력의 최대값E s : Maximum value of back EMF in each phase

Is : 각 상 전류의 최대값I s : Maximum value of each phase current

이때 동일한 정격의 3상 BLDC 전동기의 전기적인 출력은 수학식 2와 같이 나타나므로, 수학식 12에 따라 다상 BLDC 전동기의 경우 동일한 정격을 가지는 BLDC 전동기에 비해 수백%의 출력증가를 나타냄을 알 수 있다. 이때의 출력토크에 의해 전동기의 운동 방정식은 수학식 13과 같이 모델링된다.In this case, since the electrical output of the three-phase BLDC motor of the same rating is represented by Equation 2, it can be seen that according to Equation 12, the multi-phase BLDC motor shows hundreds of percent increase in output compared to the BLDC motor having the same rating. . The equation of motion of the motor is modeled by the output torque at this time.

[수학식 13][Equation 13]

Figure pat00005
Figure pat00005

Jm : 회전관성 모멘트J m : moment of inertia

Bm : 점성마찰계수B m : Viscous friction coefficient

TL : 부하토크T L : Load torque

수학식 1 내지 수학식 13까지의 모델링 방정식에 의하여 전동기의 블록선도를 그리면 도 2와 같이 표현되며, 이를 통해서 다상 전동기의 속도에 관한 운동방정식은 3상 전동기와 동일하며, 상수에 의해 전기적인 회로 부분만 모델링이 변화하게 됨을 알 수 있다.When the block diagram of the motor is drawn by the modeling equations of Equation 1 to Equation 13, the equation of motion of the speed of the multiphase motor is the same as that of the three-phase motor, and the electrical circuit is controlled by a constant. You can see that only the modeling changes.

일반적으로 다상 BLDC 전동기의 고성능 제어를 구현하기 위해서는 기본적으로 완벽한 동작을 수행하는 전류 제어기 및 속도 제어기 구현이 필요하다. 우선 전류 제어기의 기본동작을 설명하고 전류 제어기의 이득 선정법에 대하여 설명한다. 전류 제어기의 관점에서 전동기의 동작을 바라보면, 단자에 입력되는 전압을 제어함으로써 전동기의 전류를 제어할 수 있다는 결론을 얻을 수 있다. 따라서 일반적인 전류 제어 알고리즘은 도 3에 도시된 바와 같이 단자 전류를 궤환하고 이를 전류 명령과 비교하여 이에 상응하는 전압을 전동기에 인가하도록 구성되어 있다. 이때, 도 3에서 함수는 전압 명령과 실제 전류의 차이로부터 전압을 생성하는 제어기의 역할을 수행하고 있으며, 이 제어기는 수학식 14와 같이 전류 차에 비례(proportional)하여 전압출력을 생성하는 항과 전류 차의 적분(integral)으로부터 전압을 생성하는 항으로 구성된다.In general, in order to implement high performance control of a multi-phase BLDC motor, a current controller and a speed controller that perform perfect operation are basically required. First, the basic operation of the current controller will be described and the gain selection method of the current controller will be described. Looking at the operation of the motor from the viewpoint of the current controller, it can be concluded that the current of the motor can be controlled by controlling the voltage input to the terminal. Thus, the general current control algorithm is configured to feed back the terminal current and compare it with the current command and apply a corresponding voltage to the motor as shown in FIG. In this case, the function in FIG. 3 serves as a controller for generating a voltage from the difference between the voltage command and the actual current. The controller generates a voltage output by proportional to the current difference as shown in Equation (14). It consists of terms that generate a voltage from the integral of the current difference.

[수학식 14][Equation 14]

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서 Kpc는 비례이득이고, Kic는 적분이득에 해당한다.Where K pc is proportional gain and K ic is integral gain.

한편, 전류 제어기의 측면에서는 전동기의 역기전력이 전류 제어기에 대한 일종의 외란과 같은 역할을 하게 되는데, 이때의 전기적인 R-L 회로로 간략화시킨 전류제어 대상 시스템과 전류 제어기가 연결된 구성도가 도 4에 도시되어 있다. 이 도 4에 근거하여 전달함수를 구해보면 수학식 15와 같게 된다.On the other hand, in the aspect of the current controller, the counter electromotive force of the motor serves as a kind of disturbance to the current controller, the configuration diagram in which the current control target system and the current controller is simplified in the electric RL circuit at this time is shown in FIG. have. The transfer function is calculated based on FIG. 4 and is represented by Equation 15.

[수학식 15][Equation 15]

Figure pat00007
Figure pat00007

수학식 15는 아래와 같이 수학식 16으로 나타낼 수 있다.Equation 15 may be represented by Equation 16 as follows.

[수학식 16][Equation 16]

Figure pat00008
Figure pat00008

전달함수의 분자는 수학식 17과 같고, 하나의 한정된 영점을 갖는다.The numerator of the transfer function is the same as (17) and has one defined zero.

[수학식 17][Equation 17]

Figure pat00009
Figure pat00009

또한, 전달함수의 분모는 수학식 18과 같은 극점으로 표현할 수 있다.In addition, the denominator of the transfer function can be expressed by the pole as shown in Equation (18).

[수학식 18]&Quot; (18) "

Figure pat00010
Figure pat00010

결국 전류 제어기의 이득에 따라 시스템의 극점이 결정되고, 이는 시스템의 특성을 결정하게 된다. 극점이 s-평면에 어디에 위치하느냐에 따라서 시스템의 안정도와 감쇄비 및 응답속도 등이 결정된다.Eventually the poles of the system are determined by the gain of the current controller, which determines the characteristics of the system. Where the pole is located on the s-plane determines the stability, damping ratio, and response speed of the system.

한편, 전류 제어기의 이득을 산정하는 방식은 전동기 제어 시스템의 전체 구성에 따라 여러 가지가 있을 수 있다. 일 예로, 주파수 응답곡선을 이용한 이득 선정 방식을 근간으로 하여 제어 이득을 구할 수 있다. 우선, 제어 이득을 선정하는 일환으로 전류 제어 시스템의 시정수를 도입하여 수학식 14의 제어 함수를 다음과 같이 수학식 19로 변환한다.On the other hand, there are a number of ways to calculate the gain of the current controller depending on the overall configuration of the motor control system. For example, a control gain can be obtained based on a gain selection method using a frequency response curve. First, as part of selecting the control gain, a time constant of the current control system is introduced to convert the control function of Equation 14 into Equation 19 as follows.

[수학식 19]&Quot; (19) "

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

이득을 선정할 때에는 제어기가 차의 크기에 비례하는 비례이득 Kpc로만 구성되어 있다는 가정하에 이때의 주파수 특성을 분석하고, 다시 이로부터 적분항이 포함된 제어기의 주파수 특성을 이용하여 실제의 비례 적분(PI) 전류 제어기 이득을 선정한다. 따라서, 우선 제어기가 비례이득으로만 구성되어 있을 때 전류 제어 시스템의 개루프(open loop) 특성을 고찰한다. 도 3에서 전류 궤환이 없는 경우를 고려하면, 수학식 20과 같은 개루프 전달 함수를 구할 수 있다.When selecting the gain, analyze the frequency characteristic at this time, assuming that the controller consists only of the proportional gain K pc proportional to the magnitude of the difference, and then again use the frequency characteristic of the controller including the integral term from the actual proportional integral ( PI) Select the current controller gain. Therefore, we first consider the open loop characteristics of the current control system when the controller is configured only with proportional gain. Considering the case where there is no current feedback in FIG. 3, an open loop transfer function such as Equation 20 can be obtained.

[수학식 20]&Quot; (20) "

Figure pat00013
Figure pat00013

이로부터 전류 궤환이 있는 제어 시스템의 폐루프(closed loop) 전달 함수를 구하면 다음 수학식 21과 같다.From this, the closed loop transfer function of the control system with current feedback is obtained from Equation 21 below.

[수학식 21]&Quot; (21) "

Figure pat00014
Figure pat00014

이때 전류 제어기가 회전 좌표계에서 구성된다고 가정하면, 정상상태에서 모든 물리량이 주파수 성분이 없는 직류 성분으로 주어지므로 주파수를 0으로 놓을 수 있다. 그러므로 이때의 전달 함수는 수학식 22와 같게 된다.In this case, assuming that the current controller is configured in the rotational coordinate system, the frequency can be set to zero since all physical quantities are given as direct current components without frequency components in a steady state. Therefore, the transfer function at this time is equal to (22).

[수학식 22][Equation 22]

Figure pat00015
Figure pat00015

수학식 22가 의미하는 바는 정상상태에서도 실제 전류가 전류 명령과 정확하게 일치하지 못하는, 즉 1이 아닌 결과가 된다는 것이다. 물론, 비례이득이 고정 저항에 비해 충분히 크다고 가정하면 이득이 1에 가깝게 될 수 있으나, 일반적으로 전류 제어기의 출력인 전압 명령에 따라 동작하는 인버터 시스템은 출력 전압이 제한되어 있기 때문에 현실상 불가능하다. 따라서 정상상태의 차를 제거하고 안정적으로 전류 제어를 수행하기 위해서는 반드시 적분항이 제어기에 추가되어야 한다. 적분항이 있는 일반적인 PI 제어기를 사용할 때의 전압과 전류 관계식은 수학식 23과 같이 나타난다.Equation 22 means that even in the steady state, the actual current does not exactly match the current command, that is, the result is not 1. Of course, assuming that the proportional gain is sufficiently large compared to the fixed resistor, the gain may be close to 1, but the inverter system operating according to the voltage command, which is generally the output of the current controller, is practically impossible because the output voltage is limited. Therefore, the integral term must be added to the controller to remove the steady-state difference and to perform the stable current control. When using a general PI controller with an integral term, the voltage and current relations are shown in Equation 23.

[수학식 23]&Quot; (23) "

Figure pat00016
Figure pat00016

이를 이용하여 전류 제어 시스템의 개루프 전달 함수를 구하면 수학식 24와 같다.Using this, the open loop transfer function of the current control system can be obtained from Equation (24).

[수학식 24]&Quot; (24) "

Figure pat00017
Figure pat00017

이때, 식을 간단히 하기 위하여 제어기의 시정수를 제어 대상 시스템의 시정수와 같게 선정한다.At this time, to simplify the equation, the time constant of the controller is selected to be the same as the time constant of the control target system.

[수학식 25][Equation 25]

Figure pat00018
Figure pat00018

이렇게 함으로써, 수학식 24의 전달함수는 수학식 26과 같이 간단하게 기술된다.By doing so, the transfer function of equation (24) is simply described as in equation (26).

[수학식 26][Equation 26]

Figure pat00019
Figure pat00019

이때의 주파수 응답 곡선이 도 5에 도시되어 있다. 이 응답 곡석에서 개루프에서의 교차수 주파수(crossover frequency)가 수학식 27과 같이 주어진다.The frequency response curve at this time is shown in FIG. In this response curve, the crossover frequency in the open loop is given by Equation 27.

[수학식 27][Equation 27]

Figure pat00020
Figure pat00020

Figure pat00021
Figure pat00021

이때, 폐루프의 주파수 응답 곡선에서 시스템의 이득이 일정하게 유지되는 상한선이 바로 이 교차각 주파수(이득이 3dB 감소되는 주파수)가 된다. 즉, 수학식 26으로부터 폐루프 전달 함수를 구하게 되면, 수학식 28과 같이 기술되다. 그리고 이에 대한 주파수 응답 곡선이 도 6에 나타나 있다.At this time, the upper limit of the constant gain of the system in the closed loop frequency response curve becomes this cross-angle frequency (the frequency at which the gain is reduced by 3 dB). That is, when the closed loop transfer function is obtained from Equation 26, it is described as Equation 28. And the frequency response curve for this is shown in FIG.

[수학식 28][Equation 28]

Figure pat00022
Figure pat00022

도 6을 통해 알 수 있듯이, 개루프의 교차각 주파수에 해당하는 주파수 대역까지는 이득 1로 전류 제어기가 동작하고, 그 이상부터는 이득이 점차 감소하면서 위상도 90°로 수렴된다. 그러므로 전류 제어기의 이득을 선정할 때에는 이러한 특성을 미리 파악하여 개루프 전달 함수에서의 교차각 주파수를 시스템에 맞는 적절한 값으로 선정하는 것이 매우 중요하다. 이때, 교차각 주파수를 크게 하는 것이 전류 제어기의 성능을 올리는 효과가 있으나, 너무 크게 선정하게 되면 주파수 응답 특성 해석에서 제외된 신호의 잡음, 전달 지연 등의 전류 제어기 외적인 이유로 시스템의 발산을 초래할 가능성이 이다.As can be seen from FIG. 6, the current controller operates with gain 1 up to a frequency band corresponding to the cross-angle frequency of the open loop, and from above, the phase converges to 90 ° while the gain gradually decreases. Therefore, when selecting the gain of the current controller, it is very important to know these characteristics in advance and select the cross-angle frequency in the open loop transfer function to an appropriate value for the system. At this time, increasing the cross-angle frequency increases the current controller's performance. However, selecting too large a frequency can cause the system to diverge due to external factors such as noise and propagation delay of signals excluded from the frequency response analysis. to be.

특히 이러한 제약은 주로 디지털 제어기의 전류 샘플링 주기에 의해 결정되는데, 이 주기는 일반적으로 인버터의 스위칭 주파수에 의해 결정되기 때문이다. 실험적으로 10kHz의 스위칭 주파수를 갖는 시스템에서는 교차각 주파수를 최대 약 6000rad/sec 정도까지 선정 가능한 것으로 파악된다. 이상의 주파수 응답 곡선을 이용한 전류 제어기의 해석으로부터 다음과 같이 전류 제어기의 이득을 선정할 수 있다.In particular, this constraint is mainly determined by the current sampling period of the digital controller, which is usually determined by the switching frequency of the inverter. Experimental results show that in systems with a switching frequency of 10kHz, cross-angle frequencies can be selected up to about 6000rad / sec. From the analysis of the current controller using the above frequency response curve, the gain of the current controller can be selected as follows.

[수학식 29][Equation 29]

Figure pat00023
Figure pat00023

[수학식 30]&Quot; (30) "

Figure pat00024
Figure pat00024

한편, 전동기의 관성이 커서 역기전력의 변화가 전류 제어기의 응답성에 비해 충분히 느리다면, 도 7과 같이 역기전력을 상수로 보고 전기자 회로의 RsLs 부하를 대상으로 전류 제어기를 설계할 수 있다. 만약 속도를 측정한다든지 해서 역기전력을 추정할 수 있다면 추정된 역기전력

Figure pat00025
을 전류 제어기의 출력에 전향보상(Feed-forward Compensation)함으로써, 도 7의 블록에서 역기전력 변동에 의한 영향을 아예 상쇄시킬 수도 있다. 이와 같이 역기전력의 영향을 배제하고 비례 적분 제어기의 영점(zero)이 시스템의 극점(pole)을 상쇄하도록 설계하면, 전류 제어 기 폐루프 응답 특성을 1차 지연요소와 같이 되도록 할 수 있다.On the other hand, when the inertia of the motor is large and the change in the back EMF is sufficiently slow compared to the responsiveness of the current controller, the current controller can be designed for the R s L s load of the armature circuit as shown in FIG. If you can estimate the back EMF by measuring the speed, etc.
Figure pat00025
By forward-compensating the output of the current controller, the influence of the back EMF fluctuation in the block of FIG. 7 may be canceled at all. In this way, if the zero of the proportional integral controller cancels out the pole of the system by eliminating the effect of back EMF, the current control closed-loop response characteristic can be made as the first delay element.

비례 이득과 적분 이득을 수학식 29와 수학식 30과 같이 선정하면, 출력 전류와 전류 지령치 사이의 전달함수가 수학식 31과 같이 된다.When the proportional gain and the integral gain are selected as in Equation 29 and Equation 30, the transfer function between the output current and the current command value is as in Equation 31.

[수학식 31]Equation 31

Figure pat00026
,
Figure pat00027
Figure pat00026
,
Figure pat00027

수학식 31에서 전류 제어기의 주파수 대역(bandwidth)은 ωc로 주어진다. 따라서 원하는 전류 제어기의 주파수 대역을 결정하고, 이로부터 수학식 29와 수학식 30을 이용하여 PI 제어기의 이득을 결정하면, 수학식 31에서 주어지는 바와 같이 오버슈트(over-shoot)가 없는 전류 제어기를 설계할 수 있다.In Equation 31, the frequency bandwidth of the current controller is given by ω c . Therefore, when the frequency band of the desired current controller is determined, and the gain of the PI controller is determined using Equation 29 and Equation 30, the current controller without over-shoot is given as given by Equation 31. Can be designed.

한편, 물리적인 입력과 출력은 물리적 제한에 의해 전부 상한(upper limit) 값과 하한(lower limit) 값을 가진다. 전력 증폭기는 입력 교류 전압 또는 입력 직류 전압에 의해 출력할 수 있는 전압의 최대, 최소값이 제한되므로 전류 제어 제한기(Limiter)를 이용하여 간단히 구현될 수 있다. 그러나 전류 제어 적분기가 포함되어 있을 경우, 적분기의 적분값은

Figure pat00028
그 값이 제한되지 않고 제어기의 제한폭(상한, 하한)을 넘어 쌓이게(wind-up) 된다. 이 경우, 제어기 입력의 부호가 반전(reverse)될 경우에도 쌓여있는 적분기의 내부 적분 값으로 인하여 제어기 출력이 입력에 대해 제대로 반응하지 않거나 그 값이 느려지는(sluggish) 현상이 발생한다. 이러한 현상을 방지하게 위해서는 적분기 내부의 값을 제어기 출력의 제한 값에 따라 적절히 제한할(anti-windup) 필요가 있다.On the other hand, the physical inputs and outputs all have an upper limit value and a lower limit value due to physical limitations. The power amplifier is simply implemented using a current control limiter because the maximum and minimum values of the voltage that can be output by the input AC voltage or the input DC voltage are limited. However, if a current control integrator is included, the integral value of the integrator is
Figure pat00028
Its value is not limited and will wind up beyond the controller's limit (upper limit, lower limit). In this case, even when the sign of the controller input is reversed, the controller output does not respond properly to the input or sluggish due to the accumulated internal integral value of the integrator. To prevent this phenomenon, it is necessary to appropriately anti-windup the value inside the integrator according to the limit value of the controller output.

통산 연산 증폭기(operational amplifier)를 사용하는 아날로그 제어기의 경우, 아날로그 회로의 전원(+Vcc, -Vcc) 크기에 의해 적분기의 출력이 자동으로 제한된다. 만약 제어기 출력을 전원 전압 이내의 어떤 값으로 제한하려면 제너 다이오드(zener diode)를 사용하는 간단한 회로에 의해 적분기의 커패시터 전압(적분치)을 제한할 수 있다.In the case of an analog controller using an operational operational amplifier, the output of the integrator is automatically limited by the magnitude of the power supply (+ Vcc, -Vcc) of the analog circuit. If you want to limit the controller output to some value within the supply voltage, you can limit the integrator's capacitor voltage (integral value) by a simple circuit using a zener diode.

고정 소수점 연산(Fixed Point Operation)을 사용하는 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor, DSP)의 경우 연산된 변수의 포화(saturation) 기능과 적절한 스케일링(scaling) 기법에 의해 적분기의 출력을 제어기 출력과 비교하여 그 값을 제한할 수 있다. 그러나 부동 소수점 연산(Floating Point Operation)을 사용하는 DSP를 이용하여 제어기를 구현하는 경우 혹은 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 구현하는 경우 반드시 적분기의 출력을 제한하는 적절한 방법을 사용하여야 한다. PI 제어기의 경우 적분기 출력의 제한은 도 8에서 보인 바와 같이 여러 가지 기법을 통하여 구현할 수 있으나, 도 9가 가장 좋은 제어 특성을 나타낸다. 각각의 제어기 구성에서 역기전력의 추정 값

Figure pat00029
은 전향(Feed forward) 보상되어 전류 제어 특성을 향상시킬 수 있다. 도 9에서 Ka는 Anti-windup 제어기의 이득이며, 통상
Figure pat00030
정도로 설정하는데, 요구되는 제어 특성에 따라서
Figure pat00031
을 기준으로 하여
Figure pat00032
정도에서 가변될 수 있다.In case of Digital Signal Processor (DSP) using Fixed Point Operation, the output of the integrator is compared with the controller output by the saturation function of the calculated variable and proper scaling technique. You can limit the value. However, when implementing a controller using a DSP using floating point operation or implementing a computer simulation program, an appropriate method of limiting the output of the integrator must be used. In the case of the PI controller, the limit of the integrator output can be implemented through various techniques as shown in FIG. 8, but FIG. 9 shows the best control characteristics. Estimated Back EMF in Each Controller Configuration
Figure pat00029
Feed forward compensation can improve current control characteristics. In Figure 9 K a is the gain of the anti-windup controller, typically
Figure pat00030
Set to a degree, depending on the required control characteristics
Figure pat00031
On the basis of
Figure pat00032
Can vary in degree.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치 블록도이며, 이하에서는 7상 BLDC 전동기인 것으로 가정하여 설명한다.10 is a block diagram of a phase current control device for driving a multi-phase BLDC motor according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, it will be described on the assumption that it is a 7-phase BLDC motor.

7상 BLDC 전동기(100)는 고정자가 영구자석으로 구비되는 회전자에 비접촉 방식으로 전자기를 가변하여 형상함으로써 회전자를 회전시킨다. 전류 검출부(200)는 7상 BLDC 전동기(100)의 각 상에 인가되는 전류를 검출하기 위한 구성이다. 이 전류 검출부(200)는 각 상의 권선에 부착되는 다수의 전류 센서들로 구성될 수 있다. 위치 검출부(300)는 7상 BLDC 전동기(100)를 구성하는 회전자의 회전 위치를 검출한다. 일 실시예에 있어서, 위치 검출부(300)는 홀 센서(hall sensor)이다. 홀 센서는 7상 BLDC 전동기(100)에 부착되며, 7상 BLDC 전동기(100)를 구성하는 회전자의 회전에 따라 일정한 량의 전류를 출력한다. 여기서 홀 센서는 7상 BLDC 전동기(100)를 구성하는 회전자의 회전 위치를 검출하기 위한 것이므로, 광 다이오드나 자기저항소자 등을 사용하는 엔코더로 대체될 수 있다. 속도 측정부(400)는 위치 검출부(300)로부터 회전자의 회전 위치 검출 신호를 입력받아 회전자의 실제 회전 속도(ω)를 계산한다.The seven-phase BLDC motor 100 rotates the rotor by varying the electromagnetic shape in a non-contact manner to the rotor provided with the stator as a permanent magnet. The current detector 200 is configured to detect a current applied to each phase of the seven-phase BLDC motor 100. The current detector 200 may be composed of a plurality of current sensors attached to the winding of each phase. The position detector 300 detects the rotational position of the rotor constituting the 7-phase BLDC motor 100. In one embodiment, the position detector 300 is a hall sensor. The hall sensor is attached to the 7-phase BLDC motor 100, and outputs a certain amount of current according to the rotation of the rotor constituting the 7-phase BLDC motor 100. The hall sensor is used to detect the rotational position of the rotor constituting the 7-phase BLDC motor 100, and thus may be replaced by an encoder using a photodiode or a magnetoresistive element. The speed measuring unit 400 receives the rotation position detection signal of the rotor from the position detector 300 and calculates the actual rotation speed ω of the rotor.

속도 제어기(500)는 7상 BLDC 전동기(100)의 회전자 속도를 제어하기 위한 PI 제어기로써, 지령 속도(ω*)와 7상 BLDC 전동기(100)를 구성하는 회전자의 실제 회전 속도(ω)의 차를 0으로 만들기 위해 필요한 전류(토크) 값을 계산하여 출력한다. 전류 제어기(600)는 다수로 구성된다. 즉, 전동기가 N상이면 총 N개의 전류제어기가 존재한다. 여기서 전동기는 7상이므로, 7개의 전류 제어기(600)가 구성된다. 각 전류 제어기(600)는 7상 BLDC 전동기(100)의 각 상에 흐르는 전류를 제어하기 위한 PI 제어기로써, 속도 제어기의 출력인 DC 지령 전류(I*)와 7상 BLDC 전동기(100)의 각 상(A상 ~ G상)에 흐르는 상 전류(Ix)의 차를 0으로 만들기 위해 7상 BLDC 전동기(100)에 인가해야 하는 전압을 계산하여 출력한다. 전류 제어기(600)에서 계산된 각 상의 지령 전압(Va * ~ Vg *)은 펄스 폭 변조부(700)에 입력된다. 이 지령 전압(Va * ~ Vg *)은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)의 듀비(duty)를 결정한다. 즉, 7상 인버터(800)를 구성하는 스위칭 소자들의 온/오프 타임을 결정한다. 한편, 전류 제어기(600)는 역기전력(

Figure pat00033
)을 전향 보상(Feed-forward)하는 기능과 안티 와이드 업(Anti-wideup) 기능 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The speed controller 500 is a PI controller for controlling the rotor speed of the 7-phase BLDC motor 100, and the command speed ω * and the actual rotational speed of the rotor constituting the 7-phase BLDC motor 100 (ω). Calculate and output the current (torque) value needed to make the difference of) zero. The current controller 600 is composed of a plurality. That is, if the motor is N phase, there are a total of N current controllers. Since the electric motor is seven phases, seven current controllers 600 are configured. Each current controller 600 is a PI controller for controlling the current flowing in each phase of the 7-phase BLDC motor 100, and each of the DC command current I * and the 7-phase BLDC motor 100, which are outputs of the speed controller, is controlled. The voltage to be applied to the seven-phase BLDC motor 100 is calculated and output in order to make the difference between the phase currents I x flowing in the phases (A-G phase) zero. The command voltages Va a * to V g * of each phase calculated by the current controller 600 are input to the pulse width modulator 700. This command voltage (V a * ~ V g * ) determines the duty of the pulse width modulation (PWM). That is, the on / off time of the switching elements constituting the seven-phase inverter 800 is determined. On the other hand, the current controller 600 is a counter electromotive force (
Figure pat00033
) May include at least one of a function of forward-forwarding and an anti-wideup function.

펄스 폭 변조부(700)는 입력된 지령 전압(Va * ~ Vg *)에 대응하는 펄스 수를 연산하고, 연산된 펄스 수에 따른 펄스 폭 제어신호를 7상 인버터(800)로 출력한다. 이 펄스 폭 제어신호는 7상 인버터(800)의 스위칭 소자들을 단속하기 위한 인버터 구동 제어신호로써, 7상 BLDC 전동기(100)의 각 상에 지령 전압(Va * ~ Vg *)이 공급되도록 하기 위한 제어 신호이다. 7상 인버터(800)는 복수의 스위칭 소자들로 구성된다. 7상 인버터(800)를 구성하는 스위칭 소자들은 펄스 폭 변조부(700)로부터 출력된 펄스 폭 제어신호에 따라 온/오프 동작한다. 각 스위칭 소자들은 지령 전압(Va * ~ Vg *) 각각에 대응하는 펄스 폭 제어신호에 따라 온/오프 되므로, 각 스위칭 소자의 스위칭 온/오프 타임은 다를 수 있다.Pulse width modulation unit 700 calculates the number of pulses corresponding to the input reference voltage (V a * ~ V g * ) and outputting a pulse width control signal corresponding to the number of the calculated pulse to the 7-phase inverter (800) . The pulse width control signal is an inverter drive control signal for controlling the switching elements of the seven-phase inverter 800, so that the command voltages Va a * to V g * are supplied to each phase of the seven-phase BLDC motor 100. This is a control signal. The seven-phase inverter 800 is composed of a plurality of switching elements. The switching elements constituting the seven-phase inverter 800 operate on / off according to the pulse width control signal output from the pulse width modulator 700. Since each of the switching elements are reference voltage (V a * ~ V g * ) on / off according to the pulse width control signal corresponding to each of the switching on / off time of each switching element may be different.

이에 따라 각각의 지령 전압(Va * ~ Vg *)에 대응하는 PWM 듀티만큼 7상 BLDC 전동기(100)의 각 상에는 지령 전압(Va, Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg)이 인가되며, 이 지령 전압(Va, Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg)은 전류 제어기들(600)에서 결정된 각각의 지령 전압(V*)에 따른 것으로 서로 다른 값을 가질 수 있다. 각 지령 전압이 7상 BLDC 전동기(100)의 각 상으로 인가되면, 7상 BLDC 전동기(100)의 각 권선에는 동일하거나 서로 다를 수 있는 양의 전류(Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig)가 흐르게 된다.Accordingly, in each phase of the seven-phase BLDC motor 100 by the PWM duty corresponding to each command voltage (V a * to V g * ), the command voltages (V a , V b , V c , V d , V e , V f , V g ) are applied, and this command voltage (V a , V b , V c , V d , V e , V f , V g ) is the respective reference voltage (V * ) determined in the current controllers 600. ) Can have different values. When each command voltage is applied to each phase of the 7-phase BLDC motor 100, each winding of the 7-phase BLDC motor 100 has the same or different amount of current (I a , I b , I c , I d). , I e , I f , I g ) will flow.

본 발명의 추가적인 양상에 따라 상 전류 제어 장치는 도통 제어부(900)를 더 포함한다. 도통 제어부(900)는 전상 도통 혹은 n-1상 도통 제어를 수행한다. 전상 도통 방식은 7상 BLDC 전동기(100)의 전상을 도통시키는 방식이다. 그리고 n-1상 도통 방식은 7상 BLDC 전동기(100)의 한 상을 비도통시키고, 나머지 모든 상을 도통시키는 방식이다. 구체적으로 전상 도통 방식의 경우, 도통 제어부(900)는 7상 BLDC 전동기(100)의 모든 상에 지령 전압이 인가되도록 7상 인버터(800)의 모든 스위칭 소자들이 펄스 폭 변조부(700)의 펄스 폭 제어신호에 따라 온/오프되도록 활성화시킨다. 그리고 n-1상 도통 방식의 경우, 도통 제어부(900)는 7상 BLDC 전동기(100)의 어느 한 상에는 지령 전압이 인가되지 않도록 7상 인버터(800)의 어느 하나의 스위칭 소자를 비활성화시킨다.According to a further aspect of the present invention, the phase current control device further includes a conduction control unit 900. The conduction control unit 900 performs full phase conduction or n-1 phase conduction control. The full-phase conduction method is a method of conducting the full phase of the 7-phase BLDC motor 100. In addition, the n-1 phase conduction method is a method of non-conducting one phase of the 7-phase BLDC motor 100 and conducting all other phases. Specifically, in the case of the full-phase conduction method, the conduction control unit 900 has all the switching elements of the 7-phase inverter 800 pulsed by the pulse width modulator 700 so that a command voltage is applied to all phases of the 7-phase BLDC motor 100. Activate on / off according to the width control signal. In the n-1 phase conduction method, the conduction control unit 900 deactivates any one switching element of the 7-phase inverter 800 such that a command voltage is not applied to any one of the 7-phase BLDC motors 100.

본 발명의 추가적인 양상에 따라 상 전류 제어 장치는 전동기 보호부(1000)를 더 포함한다. 예를 들어, 전동기의 정격 전류가 10[A]인 경우, 수백[A]의 전류가 흐르면 전동기는 타버리게 된다. 또한 예를 들어, 1000RPM까지 회전할 수 있는 전동기가 2000RPM이나 5000RPM같이 고속으로 회전하면 기계적으로 위험하다. 따라서 이를 방지하기 위해 전동기 보호부(1000)가 상 전류 제어 장치에 추가된다. 일 실시예에 있어서, 전동기 보호부(1000)는 속도 측정부(400)로부터 측정된 속도값을 입력받고, 입력된 속도값이 기설정된 속도 임계치 이상인 경우에 7상 인버터(800)를 비활성화 제어한다. 일 실시예에 있어서, 전동기 보호부(1000)는 전류 검출부(200)에 의해 검출된 상 전류 값과 기설정된 전류 임계치를 비교하고, 비교 결과 상전류가 전류 임계치보다 높으면 7상 인버터(800)를 비활성화 제어한다.According to a further aspect of the present invention, the phase current control device further includes an electric motor protector 1000. For example, when the rated current of the motor is 10 [A], when the current of several hundreds [A] flows, the motor burns out. Also, for example, an electric motor capable of rotating up to 1000 RPM may be mechanically dangerous if it is rotated at a high speed such as 2000 RPM or 5000 RPM. Therefore, to prevent this, the motor protection unit 1000 is added to the phase current control device. In one embodiment, the motor protection unit 1000 receives the speed value measured from the speed measuring unit 400, and deactivates and controls the seven-phase inverter 800 when the input speed value is greater than or equal to a preset speed threshold. . In one embodiment, the motor protection unit 1000 compares the phase current value detected by the current detector 200 with a preset current threshold, and if the comparison results in a higher phase current than the current threshold, deactivates the seven-phase inverter 800. To control.

한편, 앞서 설명한 상 전류 제어 장치의 구성들 중 속도 측정부(400), 속도 제어기(500), 전류 제어기(600), 펄스 폭 변조부(700), 도통 제어부(900), 전동기 보호부(1000) 구성들은 컨트롤러로 구현될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 이 구성들은 단일의 마이크로프로세서로 구현된다.
Meanwhile, among the configurations of the phase current control device described above, the speed measuring unit 400, the speed controller 500, the current controller 600, the pulse width modulator 700, the conduction control unit 900, and the motor protection unit 1000 are included. The configurations can be implemented with a controller. In one embodiment, these configurations are implemented as a single microprocessor.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

100 : 7상 전동기 200 : 전류 검출부
300 : 위치 검출부 400 : 속도 측정부
500 : 속도 제어기 600 : 전류 제어기
700 : 펄스 폭 변조부 800 : 7상 인버터
900 : 도통 제어부 1000 : 전동기 보호부
100: 7-phase motor 200: current detector
300: position detection unit 400: speed measurement unit
500: speed controller 600: current controller
700: pulse width modulator 800: 7-phase inverter
900: conduction control unit 1000: motor protection unit

Claims (8)

지령 속도와 다상 BLDC 전동기 속도의 차를 제로로 만들기 위한 지령 전류를 연산하여 출력하는 속도 제어기;
상기 출력된 지령 전류와 상기 다상 BLDC 전동기의 각 상에 흐르는 전류의 차를 제로로 만들기 위한 지령 전압들을 연산하여 출력하는 전류 제어기들;
상기 출력된 지령 전압들에 따라 상기 BLDC 전동기의 각 상에 해당하는 지령 전압이 인가되도록 펄스 폭 제어 신호를 출력하는 펄스 폭 변조부; 및
상기 펄스 폭 제어 신호에 따라 상기 다상 BLDC 전동기의 각 상에 연결된 스위칭 소자들을 단속하여 상기 BLDC 전동기의 각 상에 해당 지령 전압을 인가하는 다상 인버터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치.
A speed controller for calculating and outputting a command current for zeroing the difference between the command speed and the speed of the polyphase BLDC motor;
Current controllers for calculating and outputting command voltages for zeroing a difference between the outputted command current and a current flowing in each phase of the polyphase BLDC motor;
A pulse width modulator for outputting a pulse width control signal such that a command voltage corresponding to each phase of the BLDC motor is applied according to the output command voltages; And
A multiphase inverter for interrupting switching elements connected to each phase of the polyphase BLDC motor according to the pulse width control signal and applying a corresponding command voltage to each phase of the BLDC motor;
Phase current control device for driving a multi-phase BLDC motor comprising a.
제1항에 있어서,
상기 BLDC 전동기의 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치.
The method of claim 1,
A current detector for detecting a current flowing in each phase of the BLDC motor;
Phase current control device for driving a multi-phase BLDC motor, characterized in that it further comprises.
제1항에 있어서,
상기 전류 제어기들은 상기 BLDC 전동기의 추정된 역기전력을 출력에 전향 보상함을 특징으로 하는 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치.
The method of claim 1,
And the current controllers forward-compensate the estimated back EMF of the BLDC motor to the output.
제1항에 있어서,
상기 전류 제어기들은 내부에 포함된 전류 제어 적분기의 적분값을 상기 전류 제어기의 출력 제한값에 따라 제한함을 특징으로 하는 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치.
The method of claim 1,
And the current controllers limit the integral value of the current control integrator included therein according to the output limit value of the current controller.
제1항에 있어서,
상기 다상 BLDC 전동기의 모든 상을 도통시키거나 한 상을 제외한 모든 상을 도통시키기 위해 상기 다상 인버터를 제어하는 도통 제어부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치.
The method of claim 1,
A conduction controller controlling the multiphase inverter to conduct all phases of the multiphase BLDC motor or to conduct all phases except one phase;
Phase current control device for driving a multi-phase BLDC motor, characterized in that it further comprises.
제1항에 있어서,
상기 BLDC 전동기의 각 상에 흐르는 전류 값을 획득하고 획득된 전류 값이 임계치 이상이면 상기 다상 인버터의 스위칭 소자들을 턴 오프 제어하는 전동기 보호부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치.
The method of claim 1,
A motor protection unit which acquires a current value flowing in each phase of the BLDC motor and controls the switching elements of the multi-phase inverter to be turned off when the obtained current value is greater than or equal to a threshold;
Phase current control device for driving a multi-phase BLDC motor, characterized in that it further comprises.
제1항에 있어서,
상기 BLDC 전동기의 속도가 임계치 이상이면 상기 다상 인버터의 스위칭 소자들을 턴 오프 제어하는 전동기 보호부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치.
The method of claim 1,
A motor protection unit for turning off switching elements of the polyphase inverter when the speed of the BLDC motor is greater than or equal to a threshold;
Phase current control device for driving a multi-phase BLDC motor, characterized in that it further comprises.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다상 BLDC 전동기는 7상 BLDC 전동기임을 특징으로 하는 다상 BLDC 전동기 구동을 위한 상 전류 제어 장치.
The method according to any one of claims 1 to 7,
The phase current control device for driving a multi-phase BLDC motor, characterized in that the multi-phase BLDC motor is a 7-phase BLDC motor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019168356A1 (en) * 2018-02-28 2019-09-06 엘지전자 주식회사 Motor driving device
KR20210069286A (en) * 2019-12-03 2021-06-11 엘지전자 주식회사 Apparatus for driving multi-phase motor and method for controlling inverter of the same
CN113078860A (en) * 2021-04-02 2021-07-06 上海海事大学 Seven-phase permanent magnet synchronous motor rotating speed rapid control algorithm

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