KR20120107481A - 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템 - Google Patents

호이스트 구동기용 모터 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 부하(6)를 끌어올리기 위한 호이스트 부재(4)에 작동되게 연결된 전기 모터(2)를 가지는 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템으로서, 모터 제어 시스템은 전기 모터(2)의 제어를 위하여 최종 각주파수 기준치(ω* s)를 발생시키고, 모터 제어 시스템은 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs, cor)을 발생시키도록 적합화된 파워 제한 수단(8)을 포함한다. 파워 제한 수단(8)은 적분 콘트롤러 수단(10)을 포함하고, 파워 제한 수단(8)은 적분 콘트롤러 수단(10)의 출력 신호(Ip)를 이용하여 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)을 발생시키도록 적합화되며, 적분 콘트롤러 수단(10)의 초기 데이터는 전기 모터(2)의 파워의 실제값 및 전기 모터(2)의 파워 관련 제한치에 대한 정보를 포함한다.

Description

호이스트 구동기용 모터 제어 시스템{MOTOR CONTROL SYSTEM FOR A HOIST DRIVE}
본 발명은 독립 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 호이스트 구동기(hoist drive)용 모터 제어 시스템에 관한 것이다.
호이스트 구동기의 안정된 작동을 유지하기 위하여, 호이스트 구동기의 전기 모터의 회전 속도는 슬립 주파수(slip frequency)가 탈출 슬립 주파수(pull-out slip frequency)를 초과하지 않도록 제한되어야 한다. 즉, 탈출 토크(pull-out torque)에 도달하지 않아야 한다. 탈출 토크는 속도의 역의 제곱(inverse square)으로서 감소되며, 따라서 탈출 토크는 저속에서보다 고속에서 더욱 쉽게 도달된다.
호이스트 구동기를 위한 종래 기술의 모터 제어 시스템은 호이스트 구동기의 전기 모터의 회전 속도를 제한하기 위한 부하 하중 센서(load weighing sensor)로부터 얻어진 부하 하중 데이터를 이용하도록 적합화되었다. 부하 하중 데이터를 출력시키는 부하 하중 센서들은 상대적으로 값비싼 구성요소들이다.
본 발명의 목적은 부하 하중 데이터 없이 호이스트 구동기의 전기 모터의 회전 속도를 탈출 슬립 주파수 아래로 제한할 수 있는 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템을 제공하는 것이다. 상기 본 발명의 목적은 독립 청구항 제 1 항에 기재된 것을 특징으로 하는 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항들에 기재되어 있다.
본 발명은 전기 모터 파워의 실제 값에 관한 정보를 초기 데이터로서 이용하는 적분 콘트롤러 수단을 포함하는 파워 제한 수단으로써 각주파수(angular frequency) 기준치에 대한 보정항(correction term)을 발생시키는 개념에 기초한 것이다.
본 발명의 모터 제어 시스템의 장점은 모터 제어 시스템이 부하 하중에 대한 그 어떤 측정 데이터도 필요하지 않다는 점이다. 다른 장점은 모터 제어 시스템이 슬립 주파수를 탈출 슬립 주파수 아래로 신뢰성있게 유지할 수 있다는 점이다.
본 발명은 아래에서 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예들에 의해 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 시스템을 포함하는 개방 루프(open-loop) 호이스트 구동기를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 제어 시스템을 포함하는 폐루프(closed-loop) 호이스트 구동기를 도시한다.
도 3 은 도 1 의 호이스트 구동기의 토크 한계치 및 파워 한계치를 도시한다.
도 4 는 도 1 에 따른 호이스트 구동기를 이용하여 획득된 측정 결과를 도시한다.
도 1 은 부하(6)를 끌어올리기 위하여 호이스트 부재(4)에 작동 가능하게 연결된 전기 모터(2)를 포함하는 개방 루프 호이스트 구동기를 도시한다. 전기 모터(2)는 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 시스템에 의하여 제어된다. 모터 제어 시스템은 파워 제한 수단(8), 포화 수단(saturation means, 12), 비율 제한 수단(14), 제어 수단(16), 파워 평가 수단(18) 및 펄스 폭 변조 수단(pulse width modulation means, 20)을 포함한다. 모터 제어 시스템은 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(limited setpoint value)(ω* s, lim) 및 각주파수 기준치에 대한 보정항(correction term)(ωs,cor)을 포함하는 초기 데이터에 기초하여 전기 모터(2)의 제어를 위한 최종 각주파수 기준치(ω* s)를 발생시키도록 적합화된다. 도 1 에 도시된 개방 루프의 실시예에서, 최종 각주파수 기준치(ω* s)는 동기 각주파수 기준치(synchronous angular frequency reference)이고, 제어 수단(16)은 스칼라 제어 수단(scalar control means)이다.
도 1 에서, 개방 루프 호이스트 구동기는 3 개의 부분들로 분할되는데, 즉, 어플리케이션 소프트웨어(50), 시스템 소프트웨어(60) 및 호이스트 구동 장비(70)로 나뉘어진다. 어플레이케이션 소프트웨어 및 시스템 소프트웨어는 적절한 데이터 프로세싱 장비에 의해 수행되도록 적합화된다. 상기에 열거된 전기 모터(2) 및 호이스트 부재(4)에 추가하여, 호이스트 구동 장비는 주파수 콘버터(frequency converter, 22)를 포함한다. 전체 호이스트 구동 장비는 공지된 구성요소들로 구성될 수 있다.
포화 수단(12)은 사용자 인터페이스 수단에 의해 발생된 초기 각주파수 기준치(ω* s0)를 수신하도록 적합화된다. 포화 수단(12)은 상한치(ωs0 , max) 및 하한치(ωs0,min)를 초기 각주파수 기준치(ω* s0)에 부과함으로써, 포화된 각주파수 기준치(ω* s,sat)를 발생시키도록 적합화된다. 초기 각주파수 기준치(ω* s0)가 하한치 및 상한치에 의해 특정된 범위내에 있을 때, 포화된 초기 각주파수 기준치(ω* s,sat)는 초기 각주파수 기준치(ω* s,0)와 같다. 초기 각주파수 기준치(ω* s0)가 상한치(ωs0,max)보다 클 때, 포화된 초기 각주파수 기준치(ω* s,sat)는 상한치(ωs0,max)와 같다. 그에 대응하여, 초기 각주파수 기준치(ω* s0)가 하한치(ωs0,min)보다 낮을 때, 포화된 초기 각주파수 기준치(ω* s,sat)는 하한치(ωs0,min)와 같다. 하한치(ωs0,min)는 상한치(ωs0,max)의 덧셈에 관한 역원(additive inverse)일 수 있고, 여기에서 상한치 및 하한치의 절대값은 같다. 대안의 실시예에서, 포화 수단은, 오직 하한치만을, 또는 오직 상한치만을 초기 각주파수 기준치에 부과하도록 적합화될 수 있다.
포화 수단(12)은 포화된 초기 각주파수 기준치(ω* s, sat)를 비율 제한 수단(rate limiter means, 14)의 입력 신호로서 비율 제한 수단(14)에 공급하도록 적합화된다. 비율 제한 수단(14)은 포화된 초기 각주파수 기준치(ω* s, sat)의 제 1 도함수(derivative)를 제한시킴(limiting)으로써 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s, lim)을 발생시키도록 적합화된다.
비율 제한 수단(14)은 시스템 소프트웨어에서 다음과 같이 실행된다.
Figure pct00001
여기에서 ω* s,in 는 비율 제한 수단(14)의 입력이고, TS 는 샘플링 간격(sampling interval)이고, Δωs 는 각주파수 기준치 변화의 제한되지 않은 비율이고, Δmax 는 각주파수의 변화의 최대 비율이다. 기호ω* s, lim(n)는 전류 값을 나타내고, ω* s, lim(n-1)는 이전의 값을 나타낸다.
비율 제한 수단(14)의 실행은 상승 및 하강의 에지(edge)에 대하여 동일한 절대값의 변화 비율을 초래한다. 대안의 실시예에서, 상승 에지에 대한 변화 비율의 절대값은 하강 에지에 대한 변화 비율의 절대값과 다를 수 있다.
파워 제한 수단(8)은 출력 신호(lp)를 발생시키도록 적합화된 적분 콘트롤러 수단(integrating controller means, 10)를 포함한다. 파워 제한 수단(8)은 다음의 식을 가지고 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)을 발생시키도록 적합화된다.
ωs, cor = sign (ω* s, lim)lp
여기에서 "sign"은 실수의 부호를 추출하는 시그넘 함수(signum function)이다. 즉, 보정항(ωs, cor)의 절대값은 적분 콘트롤러 수단(10)의 출력 신호와 같고, 보정항(ωs, cor)의 부호는 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s, lim)의 부호에 의존한다. 대수학적 루프(algebraic loop)를 회피하기 위하여, 상기의 식을 가지고 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)을 계산할 때, 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s,lim)의 이전 값(previoius value)이 이용되어야 한다.
최종의 각도 기준치 주파수(ω* s)는 다음의 식에 정의된 바와 같이 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s,lim)으로부터 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)을 차감함으로써 얻어진다.
ω* s =ω* s,lim-ωs,cor
최종의 각주파수 기준치(ω* s)는 고정자 전압 기준치(
Figure pct00002
)의 계산을 위하여 제어 수단(16)으로 입력되고, 전기 모터의 다이나믹 파워(
Figure pct00003
)를 계산하기 위하여 파워 제한 수단(8)으로 입력된다.
제어 수단(16)은 공지된 어떤 방법을 이용함으로써 최종의 각주파수 기준치(ω* s) 및 측정된 고정자 전류(i s)에 기초하여, 고정자 전압 기준치(u * s)를 발생시키도록 적합화된다. 측정된 고정자 전류(i s) 및 고정자 전압 기준치(u * s) 양쪽은 3 개 상(phase)의 양을 나타내는 공간 벡터들이다. 제어 수단(16)은 전기 모터(2)의 평가된 실제 파워(
Figure pct00004
)의 계산을 위하여 파워 평가기(18)로 고정자 전압 기준치(u * s)를 입력하고, 전기 모터(2)의 입력 전압의 펄스 폭 변조를 위하여 펄스 폭 변조 수단(20)으로 고정자 전압 기준치(u * s)를 입력한다.
각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)에 추가하여, 파워 제한 수단(8)은, 통합 콘트롤러 수단(10)의 출력 신호(lp) 및 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s, lim)에 기초하여 초기 각주파수 기준치에 대한 상한치(ωs0 , max)를 발생시키도록 적합화된다. 상한치(ωs0 , max)는 다음과 같이 선택된다.
Figure pct00005

여기에서 ωs, max 는 전기 모터(2)의 미리 결정된 최대 각주파수이다. 대수학적 루프를 회피하기 위하여, 각주파수 기준점에 대한 제한된 설정점 값(ω* s, lim)의 이전 값(previous value)이 상기 식에서 이용되어야 한다.
적분 콘트롤러 수단(10)의 초기 데이터는 전기 모터의 평가된 실제 파워(
Figure pct00006
)의 절대값, 전기 모터의 파워 한계치(Plim) 및 전기 모터의 다이나믹 파워(
Figure pct00007
)를 포함한다. 적분 콘트롤러 수단(10)의 출력(lp)은 다음의 식을 가지고 계산된다.
Figure pct00008
여기에서, kip 는 적분 콘트롤러 수단(10)의 이득(gain)이다. 적분 콘트롤러 수단(10)의 출력(lp)은 항상 제로보다 크거나 또는 제로와 같다. 이것은 만약 상기의 적분 함수가 제로보다 작은 값으로 전환된다면, 적분 콘트롤러 수단(10)이 출력(lp)을 제로로 한정하는 것을 의미한다.
전기 모터의 평가된 실제 파워(
Figure pct00009
)는 파워 평가기(18)의 출력으로 획득된다. 전기 모터의 다이나믹 파워(
Figure pct00010
)는 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00011
여기에서 J 는 전기 모터(2)의 관성이고, p 는 전기 모터(2)의 극쌍(pole pair)의 수이다. 상기 식은 호이스트 구동기의 재생 모드(regeneration mode)에서만 다이나믹 파워(
Figure pct00012
)가 제로가 아니라는 점을 나타낸다. 다이나믹 파워를 보상하는 것은 가속이 재생 모드에서 끝났을 때 전기 모터의 실제 파워가 한계치를 초과할 위험성을 감소시키는데 도움이 된다.
파워 평가기 수단(18)은 제어 수단(16)에 의해 발생된 고정자 전압 기준치(u * s) 및 측정된 고정자 전류(i s)에 기초하여 전기 모터(2)의 평가된 실제 파워(
Figure pct00013
)를 계산하도록 적합화된다. 평가된 실제 파워를 계산하기 위한 방법은 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 평가된 실제 파워(
Figure pct00014
)의 절대값과 전기 모터의 파워 한계치(Plim) 사이의 차이는 파워 제한 수단(10)으로 입력된다.
도 1 에 도시된 모터 제어 시스템에서 파워 제한 수단(8)은 전기 모터(2)에 대한 실제 파워 값들에 기초하여 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)을 발생시키도록 적합화된다. 이것은 개시된 실시예가 전기 모터의 실제 파워를 제한하는 것을 의미한다. 당업자는 전기 모터의 전류를 제한할 수 있다는 점을 이해할 것이며, 또는 유도 모터(induction motor)를 이용할 때, 모터의 슬립(slip)을 제한할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 여기에서 사용된 표현인 "전기 모터의 파워의 실제 값에 대한 정보"는 실제 파워, 전류 및 슬립(slip)에 대한 정보를 포괄한다. 전기 모터의 전류를 제한하도록 적합화된 실시예들에서, 파워 한계치(Plim)는 전류 한계치로 대체된다. 그에 대응하여, 전기 모터의 슬립을 제한하도록 적합화된 실시예들에서, 파워 한계치(Plim)는 슬립 한계치로 대체된다. 파워 한계치, 전류 한계치 및 슬립 한계치 각각은 대응 실시예에서 전기 모터의 파워에 관련된 한계 값이다.
펄스 폭 변조 수단(20)의 초기 데이터는 전기 모터(2)를 공급하도록 적합화된 주파수 콘버터(22)의 측정된 입력 직접 전압(udc) 및 고정자 전압 기준치(u * s)를 포함한다. 펄스 폭 변조기 및 주파수 콘버터들 양쪽은 당해 기술 분야에 공지되어 있으며, 따라서 여기에서 더 설명되지 않는다.
도 1 의 실시예에서, 파워 제한 수단(8), 적분 콘트롤러 수단(10), 포화 수단(12), 비율 제한 수단(14), 제어 수단(16), 파워 평가기 수단(18) 및 펄스 폭 변조 수단(20)은 데이터 프로세싱 장치에서 수행될 때 특정의 방법 단계들을 수행하도록 적합화된 소프트웨어 구성요소들이다. 대안의 실시예에서, 파워 제한 수단(8), 적분 콘트롤러 수단(10), 포화 수단(12), 비율 제한 수단(14), 제어 수단(16), 파워 평가기 수단(18) 및 펄스 폭 변조 수단(20)은 펌웨어(firmware) 구성요소 및/또는 하드웨어 구성요소들을 포함할 수 있다.
도 2 는 부하(6')를 끌어올리기 위한 호이스트 부재(4')에 작동 가능하게 연결된 전기 모터(2')를 포함하는 폐루프 호이스트 구동기를 도시한다. 전기 모터(2')는 본 발명의 폐루프 실시예에 따라서 모터 제어 시스템에 의해 제어된다. 모터 제어 시스템은 파워 제한 수단(8'), 포화 수단(12'), 비율 제한 수단(14'), 제어 수단(16'), 파워 평가기 수단(18'), 펄스 폭 변조 수단(20') 및 속도 센서(24')를 포함한다. 모터 제어 시스템은, 각주파수 기준치에 대한 보정항(ω's,cor) 및 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω*'s,lim)을 포함하는 초기 데이터에 기초하여, 전기 모터(2')의 제어를 위한 최종 각주파수 기준치(ω*'s)를 발생시키도록 적합화된다. 도 2 의 폐루프 실시예에서, 최종 각주파수 기준치(ω*'s)는 회전 속도 기준치이고, 제어 수단(16')은 벡터 제어 수단이다.
도 1 의 개방 루프 호이스트 구동기 및 도 2 의 폐루프 호이스트 구동기에서의 대응 구성요소들은 동일한 참조 부호로 표시되었으며, 예외적으로 도 2 의 폐루프 호이스트 구동기를 나타내는 참조 표시에 아포스트로피(apostrophe('))가 부가되어 있다. 도 2 의 폐루프 호이스트 구동기는 도 1 의 개방 루프 호이스트 구동기와 상당히 유사하다. 도 2 의 폐루프 호이스트 구동기를 도 1 의 개방 루프 호이스트 구동기와 비교함으로써 드러나는 것은, 유일하게 완전히 새로운 구성요소는 속도 센서(24')로서, 그것은 전기 모터(2')의 회전 속도(n'rot)의 실제 값을 검출한다. 속도 센서(24')는 전기 모터(2')의 벡터 제어를 위하여 전기 모터(2')의 회전 속도(n'rot)의 실제 값을 제어 수단(16')에 입력하도록 적합화된다. 제어 수단(16')은 속도 콘트롤러 및 벡터 콘트롤러를 포함한다.
도 2 의 폐루프 호이스트 구동기는, 도 1 의 개방 루프 호이스트 구동기가 최종 각주파수 기준치(ω* s)를 발생시키도록 하는 식과 동일한 식을 가지고 최종 각주파수 기준치(ω*'s)를 발생시킨다. 따라서, 개방 루프 호이스트 구동기의 최종 각주파수 기준치(ω* s)를 발생시키기 위한 알고리즘에 관하여 위에서 설명된 모든 것은 폐루프 구동에도 적용된다.
도 3 은 전기 모터(2)의 고정자 주파수(ωs)의 함수로서 도 1 의 호이스트 구동기의 파워 한계치(Plim) 및 토크 한계치(Tlim)를 도시한다. 고정자 주파수(ωs)는 단위 값으로 표시되어 있으며, 즉, 실제 고정자 주파수 및 공칭 고정자 주파수의 몫(quotient)으로서 표시되어 있다. 도 3 은 토크 한계치(Tlim)에 대한 파워 한계치(Plim)의 영향을 도시한다. 실제에 있어서, 상기 영향은 높은 각주파수에서만 현저하다. 낮은 주파수에서 토크는 항상 최대 전류에 의해 제한된다. 도 3 에 표시된 도표(plot)의 형태는 단지 예를 든 것이다.
도 3 의 하부 도표가 나타내는 것은 전기 모터(2)의 고정자 주파수(ωs)가 호이스트 한계 주파수 지점(hoisting threshold frequency point)(ωcp) 아래에 있을 때, 파워 한계치(Plim)가 전기 모터(2)의 공칭 파워(Pn)과 같은 것이다. 전기 모터(2)의 고정자 주파수(ωs)가 호이스트 한계 주파수 지점(ωcp) 위에 있을 때, 파워 한계치(Plim)는 고정자 주파수(ωs)에 대략 역으로 비례하여 떨어진다. 도 3 의 상부 도표가 나타내는 것은 전기 모터(2)의 고정자 주파수(ωs)가 공칭값 보다 낮을 때, 토크 한계치(Tlim)가 전기 모터(2)의 공칭 토크(Tn)와 같다. 전기 모터(2)의 고정자 주파수(ωs)가 공칭값 보다 높지만 호이스트 한계 주파수 지점(ωcp)보다 아래일 때, 토크 한계치(Tlim)는 파워 한계치(Plim)의 일정한 값 때문에 고정자 주파수(ωs)에 대략 역으로 비례하여 떨어진다. 따라서, 탈출 토크(pull-out torque, Tpullout)에 대한 안전 마진(safe margin)이 유지된다. 도 3 의 상부 도표가 나타내는 것은, 토크 한계치(Tlim)가 항상 명확히 탈출 토크(Tpullout) 아래에 있으며, 그것은 대략 고정자 주파수(ωs)의 제곱에 역으로 비례하여 떨어진다는 점이다.
도 3 에 도시된 도표들은 단지 예로 든 것이다. 도 3 의 도표에서 호이스트 한계 주파수 지점(ωcp)은 전기 모터(2)의 공칭 고정자 주파수의 2 배이다. 대안의 실시예에서 호이스트 한계 주파수 지점은 상이한 값을 가질 수 있다.
대안의 실시예에서, 전기 모터의 고정자 주파수가 공칭값보다 작을 때 토크 한계치는 전기 모터의 공칭 토크와 상이한 값을 가진다. 일정한 토크 한계치와 역으로 떨어지는 토크 한계치 사이의 경계는 도 3 에 도시된 것과는 상이하게 위치될 수도 있다. 더욱이, 토크 한계치는 임의의 고정자 주파수 범위에서 일정하지 않을 수 있다.
대안의 실시예에서, 전기 모터의 고정자 주파수가 호이스트 한계 주파수 지점보다 작을 때, 파워 한계치는 전기 모터의 공칭 파워와 상이한 값을 가진다. 더욱이, 파워 한계치는 호이스트 한계 주파수 지점 아래의 주파수 범위에서 일정할 필요가 없다. 당업자는 토크 한계치와 파워 한계치 사이의 관계를 이해할 것이며, 따라서 그 관계는 여기에서 더 설명되지 않는다.
도 3 의 도표는 끌어올림 이벤트(hoisting event)에 관한 것이다. 일 실시예에서, 하강 이벤트(lowering event)에 대한 도표는 끌어올림 이벤트(hoisting event)에 대한 도표들의 거울상(mirror image)이다. 예를 들어, 도 3 의 하부 도표를 거울상으로 하여 얻어진 하강 이벤트의 도표는 ωS = -2 (p.u.)에서 하강 한계 주파수 지점을 가질 것이며, 그 아래에서 파워 한계치(Plim)는 고정자 주파수(ωS)에 대략 역으로 비례하여 강하될 것이다. 대안의 실시예에서, 호이스트 구동기의 하강 도표는 호이스트 구동기의 끌어올림의 도표의 거울상이 아니다. 파워 한계(Plim)는 끌어올림 이벤트 및 하강 이벤트 양쪽에서 항상 제로보다 크다.
대안의 실시예에서 하강 이벤트에 대한 도표들은 끌어올림 이벤트에 대한 도표들의 거울상이 아니다. 하강 한계 주파수 지점은 호이스트 한계 주파수 지점과 상이한 절대값을 가질 수 있다. 제로와 하강 한계 주파수 지점 사이의 주파수 범위에서, 파워 한계치의 절대값은 제로와 호이스트 한계 주파수 지점 사이의 파워 한계치의 절대값과는 상이할 수 있다.
도 3 의 도표들은 좌표의 가로축 또는 x 축으로서 고정자 주파수(ωS)를 가진다. 그러나, 통상적인 주파수 콘버터는 그것의 주파수 기준치를 상당히 근접하게 따를 수 있기 때문에, 고정자 주파수(ωS)가 대략 최종 각주파수 기준치(ω* S)와 대략 같다는 점이 이해된다.
도 4 는 도 1 에 따른 호이스트 구동기를 이용하여 얻어진 측정 결과를 도시한다. 상부의 도표는 시간의 함수로서 전기 모터(2)의 회전 속도(nrot)의 실제 값 및 고정자 주파수(fS)를 도시한다. 전기 모터(2)의 회전 속도(nrot)의 실제값 및 회전자 주파수(fs)의 단위는 헤르츠(hertz) 또는 초당 사이클(cycle per second)이다. 하부의 도표는 시간의 함수로서 전기 모터(2)의 평가된 실제 파워(
Figure pct00015
)를 도시한다. 하부 도표는 호이스트 파워 한계치(Phst) 및 하강 파워 한계치(Plwr)를 도시한다.
도 4 의 하부 도표는 호이스트 파워 한계치(Phst)의 절대값이 하강 파워 한계치(Plwr)의 절대값보다 높다는 것을 도시한다. 호이스트 파워 한계치(Phst)는 전기 모터(2)의 공칭 파워의 80 % 이다. 하강 파워 한계치(Plwr)의 절대값은 전기 모터(2)의 공칭 파워의 40 % 이다. 도 4 에서, 호이스트 속도는 양의 부호로 표시되고, 하강 속도는 음의 부호로 표시된다.
호이스트 파워 한계치(Phst)는 도 4 의 끌어올림 이벤트 동안 파워 한계치(Plim)의 값이다. 도 4 의 하강 이벤트 동안, 파워 한계치(Plim)는 하강 파워 한계치(Plwr)의 절대값과 같다. 파워 한계치(Plim)는 일정하였으며, 즉, 고정자 주파수(ωS)는 항상 호이스트 한계 주파수 지점(ωcp) 아래에 있기 때문에 끌어올림 이벤트 동안 호이스트 파워 한계치(Phst)와 같았다. 그에 대응하여, 고정자 주파수(ωS)는 항상 하강 한계 주파수 지점 위에 있기 때문에, 하강 이벤트 동안 파워 한계치(Plim)는 하강 파워 한계치(Plwr)의 절대값과 같았다. 하강 한계 주파수 지점 위에 고정자 주파수(ωS)가 있는 것은 고정자 주파수(ωS)의 절대값이 하강 한계 주파수 지점의 절대값보다 작다는 것을 의미한다.
도 4 에 대한 측정은 6000 kg 중량의 부하를 끌어올리거나 하강시키는 것으로 이루어졌다. 초기 각주파수 기준치(ω* s0)는 끌어올림 이벤트 동안에 150 Hz 이었고, 하강 이벤트 동안에 -150 Hz 이었다. 도 4 의 상부 도표는 파워 제한 수단(8)의 파워 제한 작용 덕분에 전기 모터(2)의 회전 속도(nrot)의 실제값이 초당 또는 헤르츠 당 대략 100 회전보다 높게 상승하지 않았음을 나타낸다.
당업자에게 본 발명의 개념이 다양한 방법으로 구현될 수 있다는 점은 명백하다. 본 발명 및 그의 실시예들은 상기에 설명된 예들에 제한되지 않으며, 청구항들의 범위 내에서 변화될 수 있다.

Claims (15)

  1. 부하(6)를 끌어올리기 위한 호이스트 부재(4)에 작동되게 연결된 전기 모터(2)를 구비한 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템로서, 상기 모터 제어 시스템은 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s, lim) 및 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs, cor)을 포함하는 초기 데이터에 기초하여 전기 모터(2)의 제어를 위한 최종 각주파수 기준치(ω* s)를 발생시키도록 적합화되고, 또한 상기 모터 제어 시스템은 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)을 발생시키도록 적합화된 파워 제한 수단(8)을 포함하는 것인 모터 제어 시스템에 있어서,
    상기 파워 제한 수단(8)은 적분 콘트롤러 수단(10)을 포함하고, 파워 제한 수단(8)은 적분 콘트롤러 수단(10)의 출력 신호(lp)를 이용하여 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)을 발생시키도록 적합화되고, 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs, cor)은 출력 신호(lp)에 비례하고, 적분 콘트롤러 수단(10)의 초기 데이터는 전기 모터(2)의 파워의 실제값에 비례하는 제 1 변수(variable) 및 전기 모터(2)의 파워 한계치에 비례하는 제 1 파라미터(parameter)를 포함하고, 적분 콘트롤러 수단(10)의 출력 신호(lp)의 계산은 상기 제 1 변수로부터 상기 제 1 파라미터를 차감하는 것을 포함하고, 적분 콘트롤러 수단(10)의 출력 신호(lp)는 항상 제로(zero)와 같거나 제로보다 크도록 범위가 정해지며, 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)이 제로와 상이할 때, 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)은 최종 각주파수 기준치(ω* s)의 절대값을 감소시키도록 적합화되는 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 제어 시스템은, 사용자 인터페이스 수단에 의해 발생된 초기 각주파수 기준치(ω* s0)를 수신하고, 상기 초기 각주파수 기준치(ω* s0)를 포함한 초기 데이터에 기초하여 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s, lim)을 발생시키도록 적합화되는 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 파워 제한 수단(8)은, 하기 식을 가지고 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)을 발생시키도록 적합화되는 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템:
    ωs, cor = sign(ω* s, lim)lp
  4. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 모터(2)의 파워의 실제값에 비례하는 제 1 변수는 전기 모터(2)의 평가된 실제 파워(
    Figure pct00016
    )의 절대값이고, 전기 모터(2)의 파워 한계치에 비례하는 제 1 파라미터는 전기 모터(2)의 파워 한계치(Plim)인 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    재생 모드(regeneration mode)에서 적분 콘트롤러 수단(10)의 초기 데이터는 전기 모터(2)의 다이나믹 파워(
    Figure pct00017
    )에 대한 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    전기 모터(5)의 다이나믹 파워(
    Figure pct00018
    )는 하기 식으로 계산되며,
    Figure pct00019

    여기에서 J 는 전기 모터(2)의 관성이고, p 는 전기 모터(2)의 극쌍(pole pairs)의 수인 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    재생 모드에서, 적분 콘트롤러 수단(10)의 출력(lp)은 하기 식으로 계산되며,
    Figure pct00020

    여기에서 kip 는 적분 콘트롤러 수단(10)의 이득(gain)인 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각주파수 변수가 호이스트 한계 주파수 지점(hoisting threshold frequency point)(ωcp)을 초과할 때 전기 모터(2)의 파워 한계치(Plim)가 각주파수 변수에 역으로 비례하여 감소되도록 전기 모터(2)의 파워 한계치(Plim)는 각주파수 변수의 함수이며, 각주파수 변수는 전기 모터(2)의 각주파수에 대한 변수인 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각주파수 변수는 전기 모터(2)의 고정자 주파수(ωs)의 실제값이거나 또는 최종 각주파수 기준치(ω* s)인 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  10. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모터 제어 시스템은 비율 제한 수단(14)을 더 포함하며, 상기 비율 제한 수단(14)은 입력 신호의 제 1 도함수를 제한시킴(limiting)으로써 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s, lim)을 발생시키도록 적합화된 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    모터 제어 시스템은 상한치(ωs0 , max) 및 하한치(ωs0 , min)를 초기 각주파수 기준치(ω* s0)에 부과함으로써 포화된 각주파수 기준치(ω* s, sat)를 발생시키도록 적합화된 포화 수단(12)을 더 포함하고, 상기 포화 수단(12)은 비율 제한 수단(14)의 입력 신호로서 포화된 초기 각주파수 기준치(ω* s, sat)를 비율 제한 수단(14)으로 공급하도록 더 적합화되는 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    적분 콘트롤러 수단(10)의 출력 신호(lp)가 제로보다 클 때, 파워 제한 수단(8)은, 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s, lim)의 절대값과 같은 값을 초기 각주파수 기준치에 대한 상한치(ωs0 , max)에 할당하고,
    적분 콘트롤러 수단(10)의 출력 신호(lp)가 제로일 때, 전기 모터(2)의 소정의(predetermined) 최대 각주파수(ωs,max)를 초기 각주파수 기준치에 대한 상한치(ωs0 , max)에 할당하는 것을 특징으로 하는, 호이스트 구동기용 모터 제어 시스템.
  13. 전기 모터(2), 모터 제어 시스템 및 호이스트 부재(4)를 포함하고, 상기 전기 모터(2)는 부하(6)를 끌어올리기 위한 호이스트 부재(4)에 작동되게 연결된 것인 호이스트 구동기에 있어서,
    상기 모터 제어 시스템은 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 모터 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 호이스트 구동기.
  14. 호이스트 구동기의 전기 모터를 제어하는 방법으로서,
    초기 각주파수 기준치(ω* s0)를 수신하는 단계;
    초기 각주파수 기준치(ω* s0)를 포함한 초기 데이터에 기초하여 각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s, lim)을 발생시키는 단계;
    적분 제어를 이용하여 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs,cor)을 발생시키는 단계로서, 적분 제어의 초기 데이터는 전기 모터(2)의 파워의 실제값에 비례하는 제 1 변수, 및 전기 모터(2)의 파워 한계치에 비례하는 제 1 파라미터를 포함하는 것인 단계; 및
    각주파수 기준치에 대한 제한된 설정점 값(ω* s, lim) 및 각주파수 기준치에 대한 보정항(ωs, cor)을 포함하는 초기 데이터에 기초하여 전기 모터(2)의 제어를 위한 최종 각주파수 기준치(ω* s)를 발생시키는 단계를 포함하는, 호이스트 구동기의 전기 모터 제어 방법.
  15. 제 14 항의 방법을 수행하도록 적합화된 컴퓨터 프로그램.
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