KR20130041286A - 모터 제어 장치 - Google Patents

Abstract

모터 제어 장치는, 인버터(6), 전압 검출기(14), 회전수 검출기(11), 지령값 산출 부품(1), 인버터 컨트롤러(4), 상태 검출기(131, 132, 133, 134) 및 오프셋 부품(135)을 포함한다. 상기 인버터(6)는 직류 전력을 모터(8)에 공급되는 교류 전력으로 변환한다. 상기 전압 검출기(14)는 직류 전압을 검출하고, 상기 회전수 검출기(11)는 모터(8)의 회전수를 검출한다. 상기 산출 부품(1)은 전류와 토크 지령값 및 모터 회전수를 산출한다. 상기 컨트롤러(4)는 전류 지령값에 기초하여 인버터(6)를 제어하기 위한 제어 신호를 제공한다. 상기 상태 검출기(131, 132, 133, 134)는 인버터(6)의 제어 상태를 검출하며, 상기 오프셋 부품(135)은 오프셋 양만큼 검출 전압 또는 검출 회전수를 오프셋한다. 상기 산출 부품(1)은, 오프셋된 상기 검출 전압 또는 상기 검출 회전수에 기초하여 전류 지령값을 변경하고, 전류 지령값에 포함된 d-축 전류 지령값을 음의 측으로 증대시킨다.

Description

모터 제어 장치{MOTOR CONTROLLING APPARATUS}

관련 출원에 대한 교차 참조

본원은 2010년 9월 28일자로 출원된 일본 특허 출원 번호 제2010-217373호를 우선권 주장한다. 일본 특허 출원 번호 제2010-217373호의 전체 공개 내용이 인용에 의해 본 명세서에 통합되었다.

본 발명은 일반적으로 모터 제어 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은, 인버터의 효율 감소를 완화하기 위해, 모터에 동력을 제공하는 인버터를 안정화하여 제어함으로써 모터를 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

교류 모터를 제어하기 위한 통상의 기기에서, 모터에 인가되는 전압은 인버터를 이용하여 제어된다. 또한, 제어 기기는 교류 모터의 동작 영역에 따라 제 1 제어 라인과 제 2 제어 라인 중 하나를 선택한다. 따라서, 컨트롤러는 선택된 제어 라인과 연관된 토크 지령값에 대응하는 전류 지령을 발생시킨다. 즉, 일본 특허출원 공개번호 제2010-130726호에 개시된 바와 같이, 제 1 제어 라인은 전류 진폭에 대해 교류 모터의 토크가 최대가 되는 전류 위상에 따라 토크 지령값에 대응하는 토크 전류 지령을 설정한다. 한편, 제 2 제어 라인은 상기 토크에 대응하는 전류 진폭이 제 1 제어 라인보다 더 큰 전류 위상에 따라 토크 지령값에 대응하는 토크 전류 지령을 설정한다.

그러나, 제 2 제어 라인에서, 전류 부족과 다른 요인들에 대하여 충분한 여유를 유지하기 위해, 전류 진폭이 크게 설정되는 것을 발견하였다. 그 결과, 제 2 제어 라인으로 전환될 때, 인버터의 효율이 대폭 저하하게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 인버터의 효율 저하를 완화하면서, 인버터를 안정화하여 제어하는 것을 목적으로 한다.

공지 기술의 상태를 감안하여, 본 발명의 일 양태는, 인버터, 전압 검출기, 회전수 검출기, 지령값 산출 부품, 인버터 컨트롤러, 상태 검출기 및 오프셋 부품을 포함하는 모터 제어 장치를 제공한다. 상기 인버터는 직류 전원으로부터 입력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터에 공급하도록 구성되어 있다. 상기 전압 검출기는 상기 직류 전원의 직류 전압을 검출하도록 구성되어 있다. 상기 회전수 검출기는 상기 모터의 회전수를 검출하도록 구성되어 있다. 상기 지령값 산출 부품은, 상기 전압 검출기에 의해 검출된 검출 전압, 외부 소오스로부터 입력된 토크 지령값 및 상기 회전수 검출기에 의해 검출된 검출 회전수에 기초하여, 상기 인버터에 의해 출력되는 교류의 전류 지령값을 산출하도록 구성되어 있다. 상기 인버터 컨트롤러는, 상기 전류 지령값에 기초하여, 상기 인버터에 포함된 스위칭 소자에 대해 제어 신호를 제공하여 상기 인버터를 제어하도록 구성되어 있다. 상기 상태 검출기는 상기 인버터의 제어 상태를 검출하도록 구성되어 있다. 상기 오프셋 부품은 상기 상태 검출기에 의해 검출된 제어 상태에 따른 오프셋 양만큼 상기 검출 전압 또는 상기 검출 회전수를 오프셋하도록 구성되어 있다. 이에 따라, 상기 지령값 산출 부품은, 상기 오프셋 부품에 의해 오프셋된 상기 검출 전압 또는 상기 검출 회전수에 기초하여 상기 전류 지령값을 변경하고, 상기 전류 지령값에 포함된 d-축 전류 지령값을 음(-)의 측으로 증대시키도록 더 구성되어 있다.

이하, 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면을 참조한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모터 제어 장치에 전류-전압 맵으로서 저장되는 맵의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 모터 제어 장치의 맵 전환기(switcher)의 예를 도시한 블럭도이다.
도 4는 모터 제어 장치의 맵 참조 전압 연산부의 배선 블럭도의 예이다.
도 5는 모터 제어 장치에 의해 실행되는 동작들의 예를 도시한 흐름도이다.
도 6은 도 5의 흐름도에서 제어 시퀀스의 동작들의 예를 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 제어 장치의 블럭도이다.
도 8은 도 7에 도시된 모터 제어 장치에 전류-전압 맵으로서 저장되는 맵의 예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 모터 제어 장치의 맵 전환기의 예를 도시한 블럭도이다.
도 10은 도 7에 도시된 모터 제어 장치의 맵 참조 회전수 연산부의 배선 블럭도의 예이다.
도 11은 도 7에 도시된 모터 제어 장치에 의해 실행되는 동작들의 예를 도시한 흐름도이다.

이하, 도면들을 참조하여, 선택된 실시예들에 대해 설명하기로 한다. 실시예들에 대한 하기의 설명들은 단지 예시를 목적으로 제공되었으며, 첨부된 청구항들 및 그 등가물들에 의해 규정되는 본 발명을 제한하기 위한 목적이 아님을 당업자들은 본 명세서로부터 명백하게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모터 제어 장치의 예시적인 블럭도이다. 도시된 실시예의 인버터 제어 장치가, 승용차(car), 트럭, 밴, SUV 등과 같은 전기 자동차에 설치될 경우, 3상 교류 전력의 영구 자석 모터(8)가 전기 자동차의 차축에 커플링된 주행 동력원으로서 동작한다. 도시된 실시예의 모터 제어 장치는, 예컨대, 하이브리드 자동차(HEV) 또는 다른 유형의 자동차에도 적용될 수 있다.

도시된 실시예의 인버터 제어 장치는 모터(8)의 동작을 제어하기 위한 제어 장치로서 구성될 수 있다. 상기 제어 장치는 전류-전압 맵(1), 전류 컨트롤러(2), 좌표 컨버터(3), 펄스-폭 변조(PWM) 컨버터(4), 배터리(5) 및 인버터(6)를 포함한다. 상기 장치는 전류 센서(7)들, 자극 위치 검출기(9), 좌표 변환기(10), 회전수 산출기(11), LPF(저역 통과 필터)(12), 맵 전환기(13) 및 전압 검출기(14)를 더 포함한다.

전류-전압 맵(1)에는, 모터(8)의 목표 출력값으로서 외부 소오스로부터 입력되는 토크 지령값(T^*), 회전수 산출기(11)로부터 출력되는 모터(8)의 각주파수(ω) 및 맵 전환기(13)로부터 출력되는 전압(V^* _dc)이 입력된다. 전류-전압 맵(1)에는, 토크 지령값(T^*), 각주파수(ω) 및 전압(V^* _dc)을 지표로서 사용하여 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_dcpl}, V^* _{q_dcpl})을 출력하기 위한 맵이 저장된다. 맵의 상세한 구성의 예는 후술하기로 한다. 전류-전압 맵(1)은, 상기 맵을 참조함으로써, 토크 지령값(T^*), 각주파수(ω) 및 전압(V^* _dc)에 대응하는 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_dcpl}, V^* _{q_dcpl})을 산출하여 출력한다. "dq-축"은 회전 좌표계에서의 성분들을 나타낸다. 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_ dcpl}, V^* _{q_ dcpl})에 대하여, 전류가 d-축과 q-축을 따라 흐를 때, d-축에는 ωL_di_d의 비간섭 전압이 생성되고 q-축에는 ωL_qi_q의 비간섭 전압이 생성된다. 따라서, dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_dcpl}, V^* _{q_dcpl})은 이 비간섭 전압들을 소거하기 위한 전압으로서 작용한다. 이 예에서, L_d는 d-축의 인덕턴스를 나타내고, L_q는 q-축의 인덕턴스를 나타낸다. dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_ dcpl}, V^* _{q_ dcpl})은 인버터(6)로부터 모터(8)로 출력되는 교류 지령값에 대응한다. 하기된 바와 같이, 이 지령값들에 기초하여, 스위칭 소자의 펄스 폭과 인버터(6)의 출력 전력이 결정된다.

LPF(12)는, dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_dcpl}, V^* _{q_dcpl})을 입력으로서 사용하여, 고주파 대역을 컷 아웃(cut out)하고, 전압 지령값(V^* _{d_dcpl_flt}, V^* _{q_dcpl_flt})을 출력한다. 전류 컨트롤러(2)는, dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q), 전압 지령값(V^* _{d_ dcpl _ flt}, V^* _{q_dcpl_flt}) 및 dq-축 전류(i_d, i_q)를 입력으로서 사용하여, 제어 연산을 행하고, 좌표 컨버터(3)와 맵 전환기(13)에 대해 dq-축 전압 지령값(V^* _d, V^* _q)을 출력한다.

처리 및 제어 능력을 가진 본 명세서에 개시된 전류 컨트롤러(2)와 임의의 다른 부품들은, 입력 인터페이스 회로, 출력 인터페이스 회로, 및 롬(Read Only Memory) 기기 및 램(Random Access Memory)과 같은 저장 기기 등의 다른 통상의 부품들을 각각 포함하거나 공유할 수 있음을 이해하여야 한다. 램과 롬은 처리 결과와, 전류 컨트롤러(2)와 임의의 다른 그러한 부품들에 의해 실행되는 제어 프로그램들을 저장하고 있다. 더욱이, 본 명세서에서 논의되는 전류 컨트롤러(2)와 임의의 다른 그러한 부품들은 통상적인 방식으로 자동차의 부품들에 기능적으로 커플링되어 있다. 본 명세서에서 논의되는 전류 컨트롤러(2)와 임의의 다른 프로세서 또는 컨트롤러에 대한 정밀한 구조와 알고리즘이 본 명세서에서 논의되는 실시예들의 기능을 수행할 하드웨어와 소프트웨어의 임의의 조합일 수 있음을 당업자라면 본 발명으로부터 명확하게 이해할 것이다.

좌표 컨버터(3)는, dq-축 전압 지령값(V^* _d, V^* _q)과 자극 위치 검출기(9)의 검출각(θ)을 입력으로서 사용하고, 하기 식 1을 이용하여, 회전 좌표계의 dq-축 전압 지령값(V^* _d, V^* _q)을 고정 좌표계의 축(u, v, w)들의 전압 지령값(V^* _u, V^* _v, V^* _w)으로 변환한다.

PWM 컨버터(4)는 입력된 전압 지령값(V^* _u, V^* _v, V^* _w)에 기초하여 인버터(6)의 스위칭 소자에 대한 구동 신호(D^* _uu, D^* _ul, D^* _vu, D^* _vl, D^* _wu, D^* _wl)를 생성하여, 인버터(6)에 출력한다. 상기 스위칭 소자는 PWM 펄스 신호에 기초하여 온과 오프로 전환한다.

본 예에서의 배터리(5)는 2차 전지를 포함한 직류 전원이다. 배터리는 도시된 실시예의 자동차를 위한 동력원으로서의 역할을 한다. 인버터(6)는 쌍으로 배열된 MOSFET, IGBT 또는 다른 스위칭 소자들(미도시)에 접속된 복수의 회로들에 연결된 3상 인버터 회로를 포함한다. 상기 스위칭 소자들에는 구동 신호(D^* _uu, D^* _ul, D^* _vu, D^* _vl, D^* _wu, D^* _wl)들이 입력된다. 스위칭 소자의 스위칭 동작으로 인해, 직류 전원의 직류 전압이 교류 전압(V_u, V_v, V_w)으로 변환되어 모터(8)에 입력된다. 모터(8)가 전기 발전기로서 동작하는 경우, 모터(8)로부터 출력되는 교류 전압은 인버터(6)에 의해 직류로 변환되어 배터리(5)로 출력된다. 이에 따라, 배터리(5)가 직류로 충전된다.

전류 센서(7)들은 U상 및 V상에 대해 제공된다. 이 센서들은 상전류(i_u, i_v) 들을 검출하여 좌표 컨버터(10)로 출력한다. 본 예에서, w-상 전류는 전류 센서(7)들에 의해 검출되지 않는다. 그 대신, 좌표 컨버터(10)가 입력된 보정후 상전류(i_u, i_v)에 기초하여 하기 식 2를 이용하여 w-상의 상전류를 산출한다.

또한, 전류 센서(7)가 w상에 대해 제공되어 w-상의 상전류를 검출하기 위해 사용될 수도 있다. 아울러, 상기 모터(8)는 다상 모터이며, 인버터(6)에 연결된다. 상기 모터(8)가 전기 발전기로서 작동할 수도 있다. 상기 모터(8)에 자극 위치 검출기(9)가 설치되며, 이는 모터(8)의 자극 위치를 검출하여 검출값(θ)을 회전수 산출기(11)로 출력하는 검출기이다. 회전수 산출기(11)는 자극 위치 검출기(9)의 검출값(θ)으로부터 모터(8)의 각주파수(ω)를 연산한다.

좌표 컨버터(10)는 3상을 2상으로 변환하는 제어부이다. 좌표 컨버터는, 상전류(i_u, i_v, i_w)와 자극 위치 검출기(9)의 검출값(θ)을 입력으로서 사용하여, 하기 식 3에 의해 고정 좌표계의 상전류(i_u, i_v, i_w)를 회전 좌표계의 상전류(i_d, i_q)로 변환한다.

상기 상전류(i_d, i_q)들이 전류 컨트롤러(2)와 맵 전환기(13)에 입력됨으로써, 도시된 실시예의 인버터 제어 장치는 미리 정해진 이득을 가진 전류-제어 루프를 이용하여 제어를 행한다. 즉, 맵 전환기(13)는, 인버터(6)의 제어 상태를 결정하고, 결정된 제어 상태에 따라 전압 검출기(14)로부터 출력된 검출 전압(V_dc)을 오프셋하며, 전류-전압 맵(1)에 참조 전압(V^* _dc)을 출력한다. 인버터(6)의 제어 상태가 불안정한 경우, 맵 전환기(13)는 검출 전압(V_dc)을 오프셋하고, 오프셋된 전압을 참조 전압(V^* _dc)으로서 간주한다. 한편, 인버터(6)의 제어 상태가 안정적인 경우, 맵 전환기(13)는 검출 전압(V_dc)을 오프셋하지 않고, 검출 전압(V_dc)이 참조 전압(V^* _dc)으로서 출력된다. 맵 전환기(13)의 상세한 구성은 후술하기로 한다.

전압 검출기(14)는 배터리(5)로부터 인버터(6)로 공급되는 직류 전압을 검출하기 위한 센서이다. 전압 검출기는 검출된 검출 전압(V_dc)을 맵 전환기(13)에 출력한다.

다음으로, 맵 전환기(13)와 전류-전압 맵(1)에 대해, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 상세하게 설명하기로 한다. 도 2는 전류-전압 맵(1)에 저장되는 맵의 예를 도시한 도면이다. 도 3은 맵 전환기(13)의 부품들의 예를 도시한 블럭도이다. 도 4는 맵 참조 전압 연산부(135)의 부품들의 예를 도시한 배선 블럭도이다.

전류-전압 맵(1)은, 토크 지령값(T^*), 각주파수(ω) 및 참조 전압(V^* _dc)을 지표로서 사용하고, 도 2에 도시된 맵을 참조하여, dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_dcpl}, V^* _{q_dcpl})을 산출하여 출력한다. 전류-전압 맵(1)에 저장되는 맵들은 각각의 참조 전압(V^* _dc)에 대해 각주파수(ω)와 토크 지령값(T^*)을 2개의 축으로 하는 복수의 맵들이다. 상기 맵들은 전류-전압 맵(1)의 메모리(미도시)에 미리 저장되어 있다. 상기 2축의 격자점에는 대응하는 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_dcpl}, V^* _{q_dcpl})을 나타내는 데이터가 할당되어 있다. dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_ dcpl}, V^* _{q_dcpl})을 나타내는 데이터에는, 각각의 전압(V^* _dc)에서 인버터(6)의 효율을 최대화하기 위해 토크 지령값(T^*)과 각주파수(ω)에 대응하는 지령값들이 설정되어 있다. 인버터(6)가 안정적으로 구동할 수 있도록 하는 변조율의 범위가 미리 결정되기 때문에, 데이터에 포함된 지령값들은 변조율의 범위 내에서 최대값을 제공하도록 설정된다. 각각의 맵에서, 토크 지령값(T^*)과 각주파수(ω)가 동일한 경우, 맵의 전압(V^* _dc)이 작아질수록, 동일한 토크 지령값(T^*)과 각주파수(ω)에 대응하는 데이터에 포함된 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 음(-)의 측으로 커지게 된다.

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 입력된 전압, 예컨대, V^* _a, V^* _b, V^* _c(여기서, V^* _a＞V^* _b＞V^* _c)에 대해 맵들이 할당된다. 토크 지령값(T^*)과 각주파수(ω)가 동일한 조건 하에서, 토크 지령값(T^*)과 각주파수(ω)에 대응하는 데이터(지령값)가 각각의 V^* _a, V^* _b, V^* _c에 대한 맵으로부터 각각 추출된다. 이 경우 도시된 실시예의 맵에서, 맵(전압(V^* _c))으로부터 추출된 데이터에 포함된 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 가장 큰 음의 값이고, 맵(전압(V^* _b))으로부터 추출된 데이터에 포함된 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 두 번째로 큰 음의 값이며, 맵(전압(V^* _a))으로부터 추출된 데이터에 포함된 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 가장 작은 음의 값이다.

전류-전압 맵(1)의 맵들에서 토크 지령값(T^*), 각주파수(ω) 및 참조 전압(V^* _dc)의 설정 범위는, 인버터(6)의 작동이 보장될 수 있는 범위, 모터(8)에 대한 입출력을 허용하는 토크의 범위, 입출력을 허용하는 회전수 등에 기초하여 미리 설정된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 맵 전환기(13)는 전류 편차 연산부(131), V_{a _ square} 연산부(132), 역치 연산부(133), 오프셋 결정부(134) 및 맵 참조 전압 연산부(135)를 포함한다. 전류 편차 연산부(131)는 인버터(6)에서 모터(8)로 공급되는 전류와 전류 지령값 간의 편차를 연산한다. 상기 편차는 인버터(6)의 제어 상태가 안정적인지의 여부를 나타내는 지표로서 사용하기 위해 연산된다. 모터(8)로 공급되는 전류와 전류 지령값 간의 편차는 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 전류(i_d, i_q) 간의 전류 차이로 주어진다. 구체적으로, 전류 편차 연산부(131)는 전류-전압 맵(1)으로부터 출력되는 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 좌표 컨버터(10)로부터 출력되는 dq-축 전류(i_d, i_q)를 입력으로서 사용하고, 하기 식 4 및 5를 이용하여 전류 편차(△d, △q)를 산출하며, 상기 전류 편차(△d, △q)를 오프셋 결정부(134)에 출력한다.

V_{a _ square} 연산부(132)는 인버터(6)의 제어 상태가 안정적인지의 여부를 나타내는 지표로서 전압(V_{a _ square})을 연산한다. 상기 전압(V_{a _ square})은 회전 좌표계에서 dq-축 전압 지령값(V^* _d, V^* _q)의 벡터의 크기에 대응한다. 구체적으로, V_{a _ square} 연산부(132)는 전류-전압 맵(1)으로부터 출력되는 dq-축 전압 지령값(V^* _d, V^* _q)을 입력으로서 사용하고, 하기 식 6을 이용하여 전압(V_{a _ square})을 산출하며, 상기 전압(V_{a _ square})을 오프셋 결정부(134)에 출력한다.

V_{a _ square} 연산부(132)로부터 오프셋 결정부(134)로 출력되는 전압에 대한 펄스를 제거하기 위해, V_{a _ square} 연산부(132)와 오프셋 결정부(134) 사이에 저역 통과 필터가 삽입될 수 있다. 저역 통과 필터가 삽입되는 경우, V_{a _ square} 연산부(132)로부터 오프셋 결정부(134)로 출력되는 전압(V_flt)이 하기 식 7을 이용하여 산출되며,

여기서, H_LPF는 필터 계수를 나타낸다.

역치 연산부(133)는 인버터(6)의 제어 상태가 안정적인지의 여부를 나타내는 역치 결정값으로서 전압 포화 결정 역치(V_ref)를 연산한다. 상기 전압 포화 결정 역치(V_ref)는 인버터(6)의 출력가능한 전압 범위를 초과하여 전압이 포화되었는지의 여부를 결정하기 위한 역치이다. 상기 역치는 하기 식 8을 이용하여 산출되며,

여기서, K_ref는 미리 정해진 계수를 나타낸다.

역치 연산부(133)는 전압 검출기의 검출 전압(V_dc)을 입력으로서 사용하고, 전압 포화 결정 역치(V_ref)를 연산하여, 그 값을 오프셋 결정부(134)에 출력한다. 오프셋 결정부(134)는 전류 편차(△d, △q), 전압(V_{a _ square}) 및 전압 포화 결정 역치(V_ref)에 기초하여 인버터(6)의 제어 상태를 결정한다. 오프셋 결정부(134)는 전류 편차(△d)와 d-축 전류 결정 역치(△d_c)를 비교하고, 전류 편차(△q)와 q-축 전류 결정 역치(△q_c)를 비교한다.

d-축 전류 결정 역치(△d_c)와 q-축 전류 결정 역치(△q_c)는 오프셋 결정부(134)에서 미리 설정된 역치이다. 인버터(6)의 제어시, 전류 센서(7)에 의해 검출되는 상전류(i_u, i_v, i_w)는 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)에 대해 주어진 범위 내에서 맥동한다. 오프셋 결정부(134)가 이 맥동으로 인해 전류 변화를 오판하지 않도록, d-축 전류 결정 역치(△d_c)와 q-축 전류 결정 역치(△q_c)는 맥동하는 전류 역치보다 더 크게 설정된다.

오프셋 결정부(134)는, 하기 식 9 또는 식 10이 만족될 경우, 인버터(6)의 제어 상태가 불안정한 것으로 결정한다.

미리 정해진 기간 내에 상기 식 9 또는 식 10이 만족될 경우, 인버터(6)의 제어 상태가 불안정한 것으로 오프셋 결정부(134)가 결정하도록 하는 것이 가능하다. 상전류(i_u, i_v, i_w)는 미리 정해진 시정수를 가진 1차 지연으로 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)의 변화를 추종한다. 따라서, 상기 미리 정해진 기간은 상기 시정수에 대해 설정되므로, 결정 정밀도가 향상될 수 있다.

또한, 오프셋 결정부(134)는 전압(V_{a _ square})과 전압 포화 결정 역치(V_ref)를 비교하여, 하기 식 11이 만족될 경우, 인버터(6)의 제어 상태가 불안정한 것으로 판단한다.

전술한 판단에 따라 오프셋 결정부(134)가 인버터(6)의 제어 상태를 불안정한 것으로 결정하는 경우, 오프셋 플래그가 턴 온되어 맵 참조 전압 연산부(135)에 출력된다. 한편, 전술한 조건이 만족되지 않은 경우, 오프셋 결정부(134)는 인버터(6)의 제어 상태를 안정한 것으로 결정하고, 오프셋 플래그가 턴 오프된다.

오프셋 결정부(134)가 불안정한 상태를 검출하고 오프셋 플래그를 턴 온하면, 맵 참조 전압 연산부(135)에 의해 검출 전압(V_dc)이 오프셋되고, 불안정한 상태가 과도적으로 해소되며, 연속적으로 오프셋이 발생되어 오프셋 값이 과다해질 수 있다. 이에 따라, 오프셋 결정부(134)가 오프셋 플래그를 하나의 제어 주기에서만 턴 온하고, 다음 제어 주기에서는 플래그를 턴 오프하도록 할 수 있다. 불안정한 상태가 해소되는 과도 기간은 턴 온된 오프셋 플래그에 의해 제한된다. 미리 설정된 기간이 경과하면, 오프셋 결정부(134)는 오프셋 플래그에 관한 온/오프 결정을 재개한다. 불안정한 상태가 해소되지 않은 경우, 맵 참조 전압 연산부(135)에 의해 다시 오프셋이 행해진다.

다음으로, 도 4를 참조하여 맵 참조 전압 연산부(135)에 대해 설명하기로 한다. 전술한 바와 같이, 맵 참조 전압 연산부(135)는 인버터(6)의 제어 상태에 따라 전압 검출기(14)에 의해 검출된 검출 전압(V_dc)을 단계적으로 오프셋하여, 참조 전압(V^* _dc)을 출력한다. 맵 참조 전압 연산부(135)는 전압 제한부(1351), 감산기(1352), 전회(前回)값 유지부(1353), 감산 처리부(1354), 오프셋 하한값 설정부(1355), 가산기(1356), 오프셋 값 설정부(1357) 및 스위치(1358) 및 전압 제한부(1359)를 구비한다.

전압 제한부(1351)는 검출 전압(V_dc)에 대한 상한 전압값(V_{dc_lim})을 설정한다. 상한 전압값(V_{dc_lim})은 전류-전압 맵(1)에 저장된 맵들 중에서 최고 참조 전압(V^* _dc)에 대응한다. 상한 전압값(V_{dc _ lim})보다 더 높은 전압이 전류-전압 맵(1)에 입력되는 경우, 전류-전압 맵(1)은 입력 전압에 대해 적절한 맵을 참조할 수 없다. 따라서, 검출 전압(V_dc)에 대해 상한을 제공하기 위해 전압 제한부(1351)가 사용됨으로써, 전류-전압 맵(1)에 입력되는 참조 전압(V^* _dc)에도 상한이 제공될 수 있다. 검출 전압(V_dc)이 상한 전압값(V_{dc_lim})보다 더 높은 경우, 전압 제한부(1351)는 출력 전압값(V_{dc _ lim})으로서 상한 전압값(V_{dc_lim})을 감산기(1352)에 출력한다. 한편, 검출 전압(V_dc)이 상한 전압값(V_{dc_lim})보다 작거나 그와 동일한 경우, 전압 제한부(1351)는 전압값에 제한을 부여하지 않고, 검출 전압(V_dc)이 출력 전압값(V_{dc_lim})으로서 감산기(1352)에 출력된다.

전회값 유지부(1353)는, 하기된 바와 같이, 오프셋 값을 설정하는 제어 루프에 의해 설정된 전회 오프셋 값(△V_s)을 보존한다. 전회 오프셋 값(△V_s)의 초기값은 제로이다. 감산 처리부(1354)가 전회 오프셋 값(△V_s)으로부터 오프셋 감산값(V_m)을 감산함으로써, 전회 오프셋 값(△V_s)은 0V를 향하여 감산 처리된다. 오프셋 감산값(V_m)은 단위 시간당 전압 변화량이며, 미리 설정된다. 오프셋 감산값은 하기된 오프셋 값(V_offset)보다 작은 값으로 설정된다. 감산 처리는 오프셋 값(△V_s)만큼 오프셋된 전압을 오프셋되지 않은 전압으로 복원시킨다. 오프셋 감산값(V_m)은 감산 처리부(1354)에서 미리 정해진 값으로 고정되며, 이에 따라, 감산 처리시 오프셋 변화량에 제한이 부여된다. 감산 처리부(1354)가 전회 오프셋 값(△V_s)으로부터 오프셋 감산값(V_m)을 감산함으로써, 오프셋 값(△V_dec)이 산출되어 오프셋 하한값 설정부(1355)에 출력된다.

오프셋 하한값 설정부(1355)에서, 오프셋 값(△V_dec)에 대한 하한값이 설정된다. 오프셋 하한값 설정부(1355)는 오프셋 값(△V_dec)에 대한 제한을 부여하여, 가산기(1356)에 오프셋 값(△V_{dec _ lim})을 출력한다. 감산 처리로 인해 음의 오프셋 값(△V_dec)이 생성되고 음의 오프셋 값(△V_dec)이 감산기(1352)에서 감산되는 경우, 검출 전압(V_dc)으로부터 반대 방향으로 오프셋이 유도되어, 결과가 원래의 검출 전압(V_dc)으로 수렴할 수 없다. 따라서, 오프셋 값(△V_dec)이 음인 경우, 오프셋 하한값 설정부(1355)는 감산 처리된 오프셋 값(△V_dec) 대신 전회에 감산 처리된 오프셋 값(△V_s)을 오프셋 값(△V_{dec _ lim})으로서 사용하고, 이 값을 가산기(1356)에 출력한다. 한편, 오프셋 값(△V_dec)이 제로이거나 그보다 큰 경우, 오프셋 하한값 설정부(1355)는 감산 처리된 오프셋 값(△V_dec)을 오프셋 값(△V_{dec _ lim})으로서 출력한다.

오프셋 값(V_offset)은 오프셋 값 설정부(1357)에서 미리 설정된다. 오프셋 값(V_offset)은 맵 참조 전압 연산부(135)에서 매번 실행된 제어(도 4에 도시된 제어 루프)에 의해 오프셋된 오프셋 값의 크기를 나타낸다. 오프셋 값(V_offset)을 큰 값으로 설정하면, 단위 시간당 검출 전압(V_dc)의 오프셋 값을 크게 할 수 있다.

스위치(1358)는 오프셋 값 설정부(1357)로부터 가산기(1356)까지의 출력 라인의 온/오프 상태를 제어한다. 오프셋 결정부(134)로부터의 오프셋 플래그가 온인 경우, 스위치(1358)가 턴 온되며, 오프셋 값(V_offset)이 오프셋 값 설정부(1357)로부터 가산기(1356)에 입력된다. 한편, 오프셋 결정부(134)로부터의 오프셋 플래그가 오프인 경우, 스위치(1358)가 오프되며, 오프셋 값(V_offset)이 오프셋 값 설정부(1357)로부터 가산기(1356)에 입력되지 않는다. 즉, 스위치(1358)가 온인 경우, 오프셋 값(V_offset)에 기초하여 제어 루프에서 오프셋 처리가 실행되고, 스위치(1358)가 오프인 경우, 오프셋 값(V_offset)에 기초하여 제어 루프에서 오프셋 처리가 실행되지 않는다.

가산기(1356)는 오프셋 하한값 설정부(1355)의 출력과 스위치(1358)의 출력을 가산하여, 오프셋 값(△V)을 감산기(1352)와 전회값 유지부(1353)에 출력한다. 즉, 스위치(1358)가 온인 경우, 오프셋 값(△V)은 오프셋 값(△V_{dec _ lim})에 가산된 오프셋 값(V_offset)이다. 한편, 스위치(1358)가 오프인 경우, 오프셋 값(△V)은 오프셋 값(△V_{dec _ lim})이다. 오프셋 값(△V)이 전회값 유지부(1353)에 입력되면, 그 값이 전회 오프셋 값(△V_s)으로서 보존된다.

감산기(1352)는 전압 제한부(1351)의 출력 전압값(V_{dc_lim})으로부터 오프셋 값(△V)을 감산하여, 전압 제한부(1359)에 전압(V_{dc _ offset})을 출력한다. 이에 따라, 검출 전압(V_dc)이 오프셋된다.

전압 제한부(1359)는 오프셋 검출 전압(V_{dc _ offset})과 관련하여 하한 전압값(V_{dc _l})을 설정한다. 하한 전압값(V_{dc_l})은 전류-전압 맵(1)에 저장된 맵들 중에서 최저 참조 전압(V^* _dc)에 대응한다. 하한 전압값(V_{dc_l})보다 더 낮은 전압이 전류-전압 맵(1)에 입력되는 경우, 전류-전압 맵(1)은 입력 전압에 대해 적절한 맵을 참조할 수 없다. 따라서, 검출 전압(V_{dc _ offset})에 대해 하한을 제공하기 위해 전압 제한부(1359)가 사용됨으로써, 전류-전압 맵(1)에 입력되는 참조 전압(V^* _dc)에도 하한이 제공될 수 있다. 검출 전압(V_{dc _ offset})이 하한 전압값(V_{dc_l})보다 더 낮은 경우, 전압 제한부(1359)는 참조 전압(V^* _dc)으로서 하한 전압값(V_{dc_l})을 출력한다. 한편, 검출 전압(V_{dc _ offset})이 하한 전압값(V_{dc_l})보다 크거나 그와 동일한 경우, 전압 제한부(1359)는 전압값에 제한을 부여하지 않고, 검출 전압(V_{dc _ offset})이 참조 전압(V^* _dc)으로서 출력된다.

전압 제한부(1359)의 출력인 참조 전압(V^* _dc)은 전류-전압 맵(1)에 입력된다. 전류-전압 맵(1)은, 전술한 바와 같이, 참조 전압(V^* _dc)을 입력으로서 사용하여, dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_dcpl}, V^* _{q_dcpl})을 산출한다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 도시된 실시예의 모터 제어 장치의 제어 처리들 중에서, 인버터(6)의 제어 상태를 결정하는 처리, 상기 결정 처리의 결과에 기초한 검출 전압의 오프셋 처리, 및 맵을 이용한 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)의 연산 처리의 예에 대해 설명하기로 한다. 도 5는 도시된 실시예의 모터 제어 장치에 의해 실행되는 동작들의 예를 도시한 흐름도이다. 도 6은 도 5의 단계(S7)에서 제어 시퀀스의 동작들의 예를 도시한 흐름도이다.

단계(S1)에서, 전류 편차 연산부(131)는 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 전류(i_d, i_q) 간의 전류 차이를 검색하고, 전류 편차(△d, △q)를 산출하여 오프셋 결정부(134)에 출력한다. 단계(S2)에서, V_{a _ square} 연산부(132)는 dq-축 전압 지령값(V^* _d, V^* _q)으로부터 전압(V_{a _ square})을 연산하여 오프셋 결정부(134)에 출력한다. 단계(S3)에서, 역치 연산부(133)는 전압 검출기의 검출 전압(V_dc)으로부터 전압 포화 결정 역치(V_ref)를 연산하여 오프셋 결정부(134)에 출력한다.

단계(S4)에서, 오프셋 결정부(134)는, 단계(S2, S3, S4)들에서 연산된 전류 편차(△d, △q), 전압(V_{a _ square}) 및 전압 포화 결정 역치(V_ref)에 기초하여, 식 9, 식 10 또는 식 11이 만족되는지의 여부를 결정한다. 식 9, 식 10 또는 식 11이 만족되는 경우, 단계(S5)에서, 오프셋 결정부(134)는 오프셋 플래그를 턴 온한다. 한편, 식 9, 식 10 또는 식 11이 만족되지 않는 경우, 단계(S6)에서, 오프셋 결정부(134)는 오프셋 플래그를 턴 오프한다. 단계(S7)에서, 맵 참조 전압 연산부(135)는 도 6에 도시된 오프셋 처리를 실행한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 단계(S71)에서, 전압 제한부(1351)는 검출 전압(V_dc)의 상위값에 대한 제한을 부여하기 위하여 검출 전압(V_dc)과 상한 전압값(V_{dc_h})을 비교한다. 검출 전압(V_dc)이 상한 전압값(V_{dc_h})보다 높은 경우, 단계(S72)에서, 전압 제한부(1351)는 검출 전압(V_dc)을 상한 전압값(V_{dc_h})으로 제한하고, 상한 전압값(V_{dc _h})을 출력 전압값(V_{dc_lim})으로서 출력한다. 한편, 검출 전압(V_dc)이 상한 전압값(V_{dc_h})과 동일하거나 그보다 낮은 경우, 단계(S73)에서, 전압 제한부(1351)는 검출 전압(V_dc)에 대해 제한을 부여하지 않고, 검출 전압(V_dc)을 출력 전압값(V_{dc_lim})으로서 출력한다.

단계(S74)에서, 감산 처리부(1354)가 전회값 유지부(1353)에 보존된 오프셋 값(△V_s)으로부터 오프셋 감산값(V_m)을 감산함으로써, 오프셋 값(△V_dec)이 연산되어 오프셋 하한값 설정부(1355)에 출력된다. 단계(S75)에서, 오프셋 하한값 설정부(1355)는 오프셋 값(△V_dec)의 하위값에 대한 제한을 부여하기 위해 오프셋 값(△V_dec)이 0V 미만인지의 여부를 결정한다. 오프셋 값(△V_dec)이 0V 미만인 경우, 단계(S76)에서, 오프셋 하한값 설정부(1355)는 오프셋 값(△V_s)을 오프셋 값(V_{dec _ lim})으로서 출력한다. 한편, 오프셋 값(△V_dec)이 0V보다 높은 경우, 단계(S77)에서, 오프셋 하한값 설정부(1355)는 오프셋 값(△V_dec)을 오프셋 값(V_{dec _ lim})으로서 출력한다.

단계(S5)에서 오프셋 플래그가 "온"으로 설정되었으면, 단계(S78)에서, 스위치(1358)는 스위치 온된다. 단계(S79)에서, 가산기(1356)는 오프셋 값(△V_{dec _ lim})에 대해 오프셋 값(V_offset)을 가산하여, 오프셋 값(△V)을 출력한다. 한편, 단계(S6)에서 오프셋 플래그가 "오프"로 설정되었으면, 스위치(1358)는 스위치 오프되며, 가산기(1356)는 오프셋 값(V_offset)에 기초한 가산 처리를 실행하지 않는다. 따라서, 단계(S80)에서, 오프셋 값(V_{dec _ lim})이 오프셋 값(△V)으로서 출력된다.

단계(S81)에서, 감산기(1352)는 전압 제한부(1351)의 출력 전압값(V_{dc_lim})으로부터 오프셋 값(△V)을 감산하며, 이에 따라, 전압(V_{dc _ offset})이 연산되어 전압 제한부(1359)에 출력된다. 단계(S82)에서, 전압 제한부(1359)는 전압(V_{dc _ offset})의 하위값에 대한 제한을 부여하기 위해 전압(V_{dc _ offset})과 하한 전압값(V_{dc_l})을 비교한다. 전압(V_{dc _ offset})이 하한 전압값(V_{dc_l})보다 낮은 경우, 단계(S83)에서, 전압 제한부(1359)는 전압(V_{dc _ offset})을 하한 전압값(V_{dc_l})으로 제한하고, 하한 전압값(V_{dc_l})을 참조 전압(V^* _dc)으로서 출력한다. 한편, 전압(V_{dc _ offset})이 하한 전압값(V_{dc_l})보다 크거나 그와 동일한 경우, 단계(S84)에서, 전압 제한부(1359)는 전압(V_{dc _ offset})에 제한을 부여하지 않고, 전압(V_{dc _ offset})이 참조 전압(V^* _dc)으로서 출력된다. 맵 전환기(13)가 전류-전압 맵(1)에 참조 전압(V^* _dc)을 출력함으로써, 단계(S71 내지 S84)들로 나타낸 단계(S7)의 처리가 종료되며, 동작들은 도 5에 도시된 단계(S8)로 진행하게 된다.

도 5를 다시 참조하면, 단계(S8)에서, 전류-전압 맵(1)은 참조 전압(V^* _dc)에 대응하는 맵을 추출하고, 토크 지령값(T^*)과 각주파수(ω)의 교점에 대응하는 데이터로부터 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_dcpl}, V^* _{q_dcpl})을 산출하여 출력한다. 따라서, 참조 전압(V^* _dc)은 검출 전압(V_dc)을 오프셋한 전압이다. 맵들은, 참조 전압(V^* _dc)이 감소할수록 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 음의 측으로 커지도록, 구성된다. 따라서, 전류-전압 맵으로부터 출력되는 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 검출 전압(V_dc)에 대응하는 맵으로부터 도출된 d-축 전류 지령값(i^* _d)보다 음의 측으로 더 크다.

단계(S8)의 처리가 종료되면, 도시된 실시예의 모터 제어 장치는 단계(S1)로 복귀되며, 도 5 및 도 6에 도시된 제어 처리가 반복된다. 즉, 인버터(6)의 제어 상태가 불안정한 상태로 남아있으면, 오프셋 결정부(134)는 오프셋 플래그를 "온" 상태로 유지되도록 하며, 각각의 처리 루프에서 오프셋 값(△V)이 커진다. 즉, 도시된 실시예에서, 검출 전압(V_dc)이 복수 회 오프셋 됨으로써, 오프셋 처리가 단계들에서 실행될 수 있으며, 참조 전압(V^* _dc)이 점진적으로 감소될 수 있고, d-축 전류 지령값(i^* _d)이 점진적으로 커질 수 있다. 따라서, 도시된 실시예는 d-축 전류 지령값에서의 순간적으로 큰 변화 발생을 방지할 수 있으며, 인버터의 효율이 저하하는 것을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이, d-축 전류 지령값(i^* _d)이 증가하고 인버터(6)의 제어 상태가 안정적인 상태로 복원되면, 오프셋 값은 도시된 실시예의 감산 처리부(1354)에 의해 오프셋 플래그가 "오프"되는 감산 처리를 거치게 된다. 감산 처리시 각각의 기간의 변화량은 오프셋 감산값(V_m)에 의해 제한된다. 따라서, 감산 처리에서의 변화량은 오프셋 값(V_offset)에 기초한 오프셋 처리에서의 변화량보다 작고, 오프셋 참조 전압(V^* _dc)은 오프셋되지 않은 원래의 검출 전압(V_dc)으로 복원될 수 있다.

전술한 바와 같이, 도시된 실시예에서, 맵 전환기(13)는 인버터(6)의 제어 상태에 따라 오프셋 값(△V)을 이용하여 검출 전압(V_dc)을 오프셋하며, 전류-전압 맵(1)은 오프셋된 검출 전압(V^* _dc)을 입력으로서 사용하여, dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_ dcpl}, V^* _{q_ dcpl})을 산출하고, d-축 전류 지령값(i^* _d)을 음의 측으로 증대시킨다. d-축 전류 지령값(i^* _d)을 음의 측으로 증대시키면, 약계자 효과가 커지고, 모터(8)에 인가되는 전압이 억제되며, 인버터(6)를 안정적으로 제어할 수 있다.

도시된 실시예와는 다르게, d-축 전류 지령값(i^* _d)이 음의 측으로 증대될 때 전류 지령값의 지표로서의 역할을 하는 입력값이 변하지 않으면, dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)이 쉬프트될 때, 인버터의 효율을 최적화하는 전류 지령값이 맵에서 벗어날 것이기 때문에, 인버터의 효율이 저하될 수 있다. 전류 지령값에서의 쉬프트가 클 경우, 필요 이상으로 약한 전류가 흐를 수 있으며, 인버터의 효율이 저하될 수 있다. 도시된 실시예에서는 맵의 지표로서의 역할을 하는 검출 전압(V_dc)이 오프셋되므로, 인버터(6)의 효율을 최적화하는 전류 지령값의 데이터가 오프셋 후 전압(V^* _dc)에 대응하는 맵에 할당된다. 이 맵으로부터 추출되는 전류 지령값은 인버터(6)의 효율을 크게 저하시키지 않을 값이다. 반면에, 도시된 실시예에서는, d-축 전류 지령값이 음의 측으로 증대되므로, 인버터(6)의 제어 상태가 안정화되면서도, 인버터(6)의 효율이 크게 저하되는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 도시된 실시예에서는, d-축 전류 지령값이 증대되는 동시에, 오프셋 전압(V^* _dc)에 대응하는 맵을 참조하여 q-축 전류 지령값도 산출된다. 따라서, 실제 토크가 토크 지령값(T^*)으로부터 발산하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도시된 실시예에서는, 전류-전압 맵(1)에 저장된 맵이, 토크 지령값(T^*)과 각주파수(ω)가 동일한 조건하에서, 오프셋 검출 전압(V^* _dc)에 대응하는 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 오프셋되지 않은 검출 전압(V_dc)에 대응하는 d-축 전류 지령값(i^* _d)보다 음의 측으로 더 커지도록, 형성된다. 이에 따라, 검출 전압(V_dc)을 오프셋하면, d-축 전류 지령값(i^* _d)이 음의 측으로 커지게 되므로, 최적의 d-축 전류 지령값(i^* _d)에 기초하여 인버터(6)가 제어되고, 인버터(6)의 효율이 크게 저하되지 않으며, 전압 부족 상태를 해소할 수 있다.

또한, 도시된 실시예에서는, 인버터(6)의 제어 상태가 안정화될 때까지, 맵 전환기(13)가 검출 전압(V_dc)을 단계적으로 오프셋한다. 이에 따라, 검출 전압(V_dc)이 점진적으로 오프셋되고, d-축 전류 지령값(i^* _d)이 점진적으로 커지게 되기 때문에, 인버터(6)의 제어 상태를 안정화하는데 필요한 증분만큼 d-축 전류 지령값(i^* _d)을 증대시킬 수 있다. 그 결과, 인버터(6)의 효율이 크게 저하되는 것을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도시된 실시예에서는 전압(V_{a _ square})과 전압 포화 결정 역치(V_ref)가 비교됨으로써, 인버터(6)의 제어 상태가 인버터(6)의 변조율에 기초하여 결정되며, 인버터(6)의 제어 상태가 불안정한 경우 검출 전압(V_dc)이 오프셋된다. 전술한 바로부터 명확하게 이해할 수 있는 바와 같이, 배터리(5)의 검출 전압(V_dc)에 대한 모터(8)에 공급되는 전압의 비율로부터 식 11이 도출되고, 이 식 11은 인버터(6)의 변조율에 대응한다. 즉, 식 11에 따른 비교는 인버터(6)의 변조율과 미리 정해진 변조율 간의 비교에 대응한다. 이에 따라, 도시된 실시예에서는 변조율이 오프셋 조건으로서 사용된다. 따라서, 전류 센서(7)와 자극 위치 검출기(9)의 센서 가변성으로 인한 전압 부족, 모터(8)의 온도 변화로 인한 전압 부족, 회전수나 출력 상승에 의해 과변조 영역에서 운전하는 경우의 전압 부족 등에 대응하여, 인버터(6)의 제어가 안정화될 수 있다. 또한, 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 실제 전류 간의 발산에 대응하여, 인버터(6)의 제어가 안정화될 수 있다.

또한, 도시된 실시예에서는, d-축 전류 결정 역치(△d_c) 또는 q-축 전류 결정 역치(△q_c)에 대해 전류 편차(△d, △q)가 비교되며, 비교 결과에 기초하여 인버터(6)의 제어 상태에 대한 결정이 이루어진다. 인버터(6)의 제어 상태가 불안정한 경우, 검출 전압(V_dc)이 오프셋된다. 따라서, 전류 편차(△d, △q)가 커지는 것을 방지할 수 있으며, 토크 지령값(T^*)과 실제 토크 간의 발산을 억제할 수 있다.

도시된 실시예에서는 전류 편차에 기초한 조건들과 전술한 변조율에 기초한 조건들이 함께 사용될 수 있다. 이에 따라, 변조율이 미리 정해진 변조율을 초과하여 제어가 불안정하게 되기 전에, 전류 편차에 기초하여 인버터(6)가 불안정하다는 결정이 이루어질 수 있다. 따라서, 전류 편차가 커지는 기간을 단축할 수 있으며, 토크 지령값(T^*)과 실제 토크 간의 발산이 커지는 기간을 억제할 수 있다.

도시된 실시예에서 인버터(6)의 제어 상태가 불안정한 상태에서 안정된 상태로 이동한 경우, 오프셋 전압(V^* _dc)이 오프셋 값(V_offset)보다 작은 변화량만큼 검출 전압(V_dc)으로 복원된다. 이에 따라, 필요할 때 오프셋이 신속하게 발생할 수 있고, 불안정한 동작점을 조기에 회피할 수 있음으로써, 전압 부족, 전류 편차 등을 회피하여, 인버터(6)의 제어를 안정화할 수 있다. 한편, 오프셋 상태가 원래의 상태로 점진적으로 복원될 때, 변조율의 오버슈팅(overshooting), 오프셋 헌팅(hunting)과 불안정화, 및 다른 현상 등을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도시된 실시예에서는 오프셋 상태를 원래의 상태로 복원하기 위한 방법에서 오프셋 감산값(V_m)을 이용함으로써, 변화량에 대한 제한을 부여한다. 그러나, 변화량을 제한하고 원래의 상태로 느리게 복원되도록 하기 위하여, 1차 지연 필터 통과를 이용할 수도 있다.

더욱이, 오프셋 값(V_offset)은 단순히 검출 전압(V_dc)을 오프셋하면 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 증가하는 정도로 설정될 수 있다. 오프셋 값(V_offset)은, 오프셋 값(V_offset)에 기초하여 오프셋된 전압(V^* _dc)이 맵에 할당된 전압 범위 내에 포함되도록, 설정될 수 있다.

또한, 전술한 바로부터 명확하게 이해할 수 있는 바와 같이, 도시된 실시예의 오프셋 값(V_offset) 또는 오프셋 값(△V)은 "미리 정해진 오프셋 양"에 대응한다. 전압 검출기(14)는 "전압 검출 수단"에 대응하는 것으로 간주될 수 있으며, 자극 위치 검출기(9)와 회전수 산출기(11)는 "모터 회전수 검출 수단"에 대응하는 것으로 간주될 수 있다. 또한, 전류-전압 맵(1)은 "지령값 산출 수단"에 대응하는 것으로 간주될 수 있으며, PWM 컨버터(4)는 "인버터 제어 수단"에 대응하는 것으로 간주될 수 있다. 또한, 맵 참조 전압 연산부(135)는 "오프셋 수단"에 대응하는 것으로 간주될 수 있으며, 전류 센서(7)는 "전류 검출 수단"에 대응하는 것으로 간주될 수 있다. 또한, 전류 편차 연산부(131), V_{a _ square} 연산부(132), 역치 연산부(133) 및 오프셋 결정부(134)는 "상태 검출 수단"에 대응하는 것으로 간주될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 제어 장치의 예의 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 전류-전압 맵(1)과 맵 전환기(13)의 구성이 전술한 제 1 실시예의 대응 부품들과 상이하다. 도 7에 도시된 실시예의 다른 부품들의 구성은 전술한 제 1 실시예의 대응 부품들과 동일하거나 유사하므로, 그 기재를 적절하게 참조하기로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 회전수 산출기(11)로부터 출력되는 각주파수(ω)는 도시된 실시예의 모터 제어 장치에 포함된 맵 전환기(13)에 입력된다. 맵 전환기(13)는 좌표 컨버터(3)의 제어 상태를 결정하고, 결정된 제어 상태에 따라 각주파수(ω)를 오프셋하여, 전류-전압 맵(1)에 참조 각주파수(ω^*)를 출력한다. 인버터(6)의 제어 상태가 불안정한 경우, 맵 전환기(13)는 각주파수(ω)를 오프셋하여, 오프셋된 각주파수를 참조 각주파수(ω^*)로서 출력한다. 한편, 인버터(6)의 제어 상태가 안정한 경우, 맵 전환기(13)는, 각주파수(ω)를 오프셋하지 않고, 각주파수(ω)를 참조 각주파수(ω^*)로서 출력한다. 맵 전환기(13)의 구성에 대해 상세하게 후술한다.

다음으로, 도 8을 이용하여, 전류-전압 맵(1)에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 도 8은 전류-전압 맵(1)에 저장되는 맵들의 예를 나타낸 도면이다.

전류-전압 맵(1)은, 토크 지령값(T^*), 참조 각주파수(ω^*) 및 검출 전압(V_dc)을 지표로서 사용하고, 도 8에 도시된 맵을 참조하여, dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_dcpl}, V^* _{q_dcpl})을 산출하여 출력한다. 전류-전압 맵(1)에 저장되는 맵들은 각각의 참조 각주파수(ω^*)에 대해 검출 전압(V_dc)과 토크 지령값(T^*)을 2개의 축으로 하는 복수의 맵들이다. 상기 맵들은 전류-전압 맵(1)의 메모리(미도시)에 미리 저장되어 있다. 상기 2축의 격자점에는 대응하는 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_ dcpl}, V^* _{q_ dcpl})을 나타내는 데이터가 할당되어 있다. dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_ dcpl}, V^* _{q_ dcpl})을 나타내는 데이터에는, 각각의 참조 각주파수(ω^*)에서 인버터(6)의 효율을 최대화하기 위해 토크 지령값(T^*)과 검출 전압(V_dc)에 대응하는 지령값들이 설정되어 있다. 인버터(6)가 안정적으로 구동할 수 있도록 하는 변조율의 범위가 미리 설정되기 때문에, 데이터에 포함된 지령값들은 변조율의 범위 내에서 최대값을 제공하도록 설정된다. 각각의 맵에서, 토크 지령값(T^*)과 검출 전압(V_dc)이 동일한 경우, 맵의 참조 각주파수(ω^*)가 커질수록, 동일한 토크 지령값(T^*)과 검출 전압(V_dc)에 대응하는 데이터에 포함된 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 음(-) 측으로 커지게 된다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 입력된 참조 각주파수, 예컨대, ω^* _a, ω^* _b, ω^* _c(여기서, ω^* _a＞ω^* _b＞ω^* _c)에 대해 맵들이 할당된다. 토크 지령값(T^*)과 검출 전압(V_dc)가 동일한 조건 하에서, 토크 지령값(T^*)과 검출 전압(V_dc)에 대응하는 데이터(지령값)가 각각의 ω^* _a, ω^* _b, ω^* _c에 대한 맵으로부터 각각 추출된다. 본 실시예의 맵에서, 맵(참조 각주파수(ω^* _a))으로부터 추출된 데이터에 포함된 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 가장 큰 음의 값이다. 또한, 맵(참조 각주파수(ω^* _b))으로부터 추출된 데이터에 포함된 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 두 번째로 큰 음의 값이며, 맵(참조 각주파수(ω^* _c))으로부터 추출된 데이터에 포함된 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 가장 작은 음의 값이다. 전류-전압 맵(1)의 맵들에서 토크 지령값(T^*), 검출 전압(V_dc) 및 참조 각주파수(ω^*)의 설정 범위는, 인버터(6)의 작동이 보장될 수 있는 범위, 모터(8)에 대한 입출력을 허용하는 토크의 범위, 입출력을 허용하는 회전수 등에 기초하여 미리 설정된다.

다음으로, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 맵 전환기(13)에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 상술한 바와 같이, 도 8은 전류-전압 맵(1)에 저장되는 맵들의 예를 나타낸 도면이다. 도 9는 맵 전환기(13)의 예를 도시한 블럭도이다. 도 10은 맵 참조 회전수 연산부(80)의 예의 배선 블럭도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 맵 전환기(13)는 전류 편차 연산부(131), V_{a _ square} 연산부(132), 역치 연산부(133), 오프셋 결정부(134) 및 맵 참조 회전수 연산부(80)를 포함한다. 전류 편차 연산부(131), V_{a _ square} 연산부(132), 역치 연산부(133) 및 오프셋 결정부(134)는 제 1 실시예와 동일하거나 유사한 구성을 갖는다.

맵 참조 회전수 연산부(80)는, 각주파수(ω)를 입력으로서 사용하며, 오프셋 결정부(134)로부터 출력되는 오프셋 플래그의 온/오프[상태]에 기초하여 각주파수(ω)를 단계적으로 오프셋하여, 참조 각주파수(ω^*)를 출력한다. 맵 참조 회전수 연산부(80)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 회전수 제한부(81), 가산기(82), 전회값 유지부(83), 감산 처리부(84), 오프셋 하한값 설정부(85), 가산기(86), 오프셋 값 설정부(87), 스위치(88), 회전수 제한부(89) 및 회전 방향 결정부(90)를 포함한다.

회전수 제한부(81)는 검출된 각주파수(ω)에 대하여 상한 각주파수(ω_h)를 설정한다. 상한 각주파수(ω_h)는 전류-전압 맵(1)에 저장된 맵들 중에서 최고 참조 각주파수(ω^*)에 대응한다. 상한 각주파수(ω_h)보다 더 높은 각주파수가 전류-전압 맵(1)에 입력되는 경우, 전류-전압 맵(1)은 입력 각주파수에 대해 적절한 맵을 참조할 수 없다. 따라서, 각주파수(ω)에 대해 상한을 제공하기 위해 회전수 제한부(81)가 사용됨으로써, 전류-전압 맵(1)에 입력되는 참조 각주파수(ω^*)에도 상한이 제공될 수 있다. 각주파수(ω)가 상한 각주파수(ω_h)보다 더 높은 경우, 회전수 제한부(81)는 출력 각주파수(ω_lim)로서 상한 각주파수(ω_h)를 가산기(82)에 출력한다. 한편, 각주파수(ω)가 상한 각주파수(ω_h)보다 작거나 그와 동일한 경우, 회전수 제한부(81)는 각주파수에 제한을 부여하지 않고, 각주파수(ω)가 출력 각주파수(ω_lim)로서 가산기(82)에 출력된다.

전회값 유지부(83)는, 하기된 바와 같이, 오프셋 값을 설정하는 제어 루프에 의해 설정된 전회 오프셋 값(△ω_s)을 보존한다. 전회 오프셋 값(△ω_s)의 초기값은 제로이다. 감산 처리부(84)가 전회 오프셋 값(△ω_s)으로부터 오프셋 감산값(ω_m)을 감산함으로써, 전회 오프셋 값(△ω_s)은 제로를 향하여 감산 처리된다. 오프셋 감산값(ω_m)은 단위 시간당 각주파수 변화량이며, 미리 설정된다. 오프셋 감산값은 하기된 오프셋 값(ω_offset)보다 작은 값으로 설정된다. 감산 처리는 오프셋 값(△ω_s)만큼 오프셋된 각주파수를 오프셋되지 않은 각주파수로 복원시킨다. 오프셋 감산값(ω_m)은 감산 처리부(84)에서 미리 정해진 값으로 고정되며, 이에 따라, 감산 처리시 오프셋 변화량에 제한이 부여된다. 감산 처리부(84)가 오프셋 값(△ω_s)으로부터 오프셋 감산값(ω_m)을 감산함으로써, 오프셋 값(△ω_dec)이 산출되어 오프셋 하한값 설정부(85)에 출력된다.

오프셋 하한값 설정부(85)에서, 오프셋 값(△ω_dec)에 대한 하한값이 설정된다. 오프셋 하한값 설정부(85)는 오프셋 값(△ω_dec)에 대한 제한을 부여하여, 가산기(86)에 오프셋 값(△ω_{dec _ lim})을 출력한다. 감산 처리로 인해 음의 오프셋 값(△ω_dec)이 생성되고 음의 오프셋 값(△ω_dec)이 가산기(82)에서 가산되는 경우, 각주파수(ω)로부터 반대 방향으로 오프셋이 유도됨으로써, 원래의 각주파수(ω)로 수렴할 수 없다. 따라서, 오프셋 값(△ω_dec)이 음인 경우, 오프셋 하한값 설정부(85)는 감산 처리된 오프셋 값(△ω_dec) 대신 전회에 감산 처리된 오프셋 값(△ω_s)을 오프셋 값(△ω_{dec _ lim})으로서 사용하여, 이 값을 가산기(86)에 출력한다. 한편, 오프셋 값(△ω_dec)이 제로이거나 그보다 큰 경우, 오프셋 하한값 설정부(85)는 감산 처리된 오프셋 값(△ω_dec)을 오프셋 값(△ω_{dec _ lim})으로서 출력한다.

오프셋 값(ω_offset)은 오프셋 값 설정부(87)에서 미리 설정된다. 오프셋 값(ω_offset)은 맵 참조 회전수 연산부(80)에서 매번 실행되고 도 10에 도시된 제어 루프에 도시된 제어에 의해 오프셋된 오프셋 값의 크기를 나타낸다. 오프셋 값(ω_offset)을 큰 값으로 설정하면, 단위 시간당 검출 전압(ω_dc)의 오프셋 값을 크게 할 수 있다.

스위치(88)는 오프셋 값 설정부(87)로부터 가산기(86)까지의 출력 라인의 온/오프 상태를 제어한다. 오프셋 결정부(134)로부터의 오프셋 플래그가 온인 경우, 스위치(88)가 턴 온되며, 오프셋 값(ω_offset)이 오프셋 값 설정부(87)로부터 가산기(86)에 입력된다. 한편, 오프셋 결정부(134)로부터의 오프셋 플래그가 오프인 경우, 스위치(88)가 오프되며, 오프셋 값(ω_offset)이 오프셋 값 설정부(87)로부터 가산기(86)에 입력되지 않는다. 즉, 스위치(88)가 온인 경우, 오프셋 값(ω_offset)에 기초하여 제어 루프에서 오프셋 처리가 실행되고, 스위치(88)가 오프인 경우, 오프셋 값(ω_offset)에 기초하여 제어 루프에서 오프셋 처리가 실행되지 않는다.

가산기(86)는 오프셋 하한값 설정부(85)의 출력과 스위치(88)의 출력을 가산하여, 오프셋 값(△ω)을 회전수 결정부(90)와 전회값 유지부(83)에 출력한다. 즉, 스위치(88)가 온인 경우, 오프셋 값(△ω)은 오프셋 값(△ω_{dec _ lim})에 가산된 오프셋 값(ω_offset)이다. 한편, 스위치(88)가 오프인 경우, 오프셋 값(△ω)은 오프셋 값(△ω_{dec _ lim})이다. 오프셋 값(△ω)이 전회값 유지부(83)에 입력되면, 그 값이 전회 오프셋 값(△ω_s)으로서 보존된다.

회전 방향 결정부(90)는 각주파수(ω)에 기초하여 모터(8)의 회전 방향을 결정한다. ω＜0인 경우, 회전 방향 결정부(90)는 △ω_pn=△ω×(-1)을 연산하여, 오프셋 값(△ω_pn)을 가산기(82)에 출력한다. ω≥0인 경우, 회전 방향 결정부(90)는 △ω_pn=△ω임을 규정하여, 오프셋 값(△ω_pn)을 가산기(82)에 출력한다.

감산기(82)는 전압 제한부(81)의 각주파수(ω_lim)로부터 오프셋 값(△ω_pn)을 감산하여, 오프셋 하한값을 설정하는 회전수 제한부(89)에 각주파수(ω_t)를 출력한다. 이에 따라, 각주파수(ω)가 오프셋된다.

회전수 제한부(89)는 오프셋 각주파수(ω_t)의 절대값과 관련하여 상한 각주파수(ω_{t_h})를 설정한다. 상한 각주파수(ω_{t_h})는 전류-전압 맵(1)에 저장된 맵들 중에서 최고 절대값을 가진 참조 각주파수(ω^*)에 대응한다. 각주파수(ω_t)의 절대값이 상한 각주파수(ω_{t_h})보다 더 높은 경우, 회전수 제한부(89)는 상한 각주파수(ω_{t_h})에 대해 회전 방향을 가산하여, 그 값을 참조 각주파수(ω^*)로서 출력한다. 한편, 각주파수(ω_t)의 절대값이 상한 각주파수(ω_{t_h})와 동일하거나 그보다 더 작은 경우, 회전수 제한부(89)는 각주파수(ω_t)에 대해 회전 방향을 가산하여, 그 값을 참조 각주파수(ω^*)로서 출력한다.

회전수 제한부(89)의 출력인 참조 각주파수(ω^*)는 전류-전압 맵(1)에 입력된다. 전류-전압 맵(1)은, 전술한 바와 같이, 참조 각주파수(ω^*)를 입력으로서 사용하여, dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_dcpl}, V^* _{q_dcpl})을 산출한다.

이하, 도 11을 참조하여, 도시된 실시예의 모터 제어 장치의 제어 처리들 중에서, 인버터(6)의 제어 상태를 결정하는 처리, 상기 결정 처리의 결과에 기초한 각주파수의 오프셋 처리, 및 맵을 이용한 dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)의 연산 처리에 대해 설명하기로 한다. 도 11은 도시된 실시예의 모터 제어 장치에 의해 실행되는 오프셋 처리의 동작들의 예를 도시한 흐름도이다. 인버터(6)의 제어 상태를 결정하는 처리는 제 1 실시예에서와 동일하거나 유사하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)의 연산 처리에 있어서, 제 1 실시예의 연산 처리에서의 참조 전압(V^* _dc)과 각주파수(ω)가 참조 각주파수(ω^*)와 전압(V_dc)으로 치환될 수 있으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 단계(S101)에서, 각주파수 제한부(81)는 각주파수(ω)의 상위값에 대한 제한을 부여하기 위하여 각주파수(ω)와 상한 각주파수(ω_h)를 비교한다. 각주파수(ω)가 상한 각주파수(ω_h)보다 높은 경우, 단계(S102)에서, 각주파수 제한부(81)는 각주파수(ω)를 상한 각주파수(ω_h)로 제한하고, 상한 각주파수(ω_h)를 출력 각주파수(ω_lim)로서 출력한다. 한편, 각주파수(ω)가 상한 각주파수(ω_h)와 동일하거나 그보다 낮은 경우, 단계(S103)에서, 각주파수 제한부(81)는 각주파수(ω)에 대해 제한을 부여하지 않고, 각주파수(ω)를 출력 각주파수(ω_lim)로서 출력한다.

단계(S104)에서, 감산 처리부(84)가 전회값 유지부(83)에 보존된 오프셋 값(△ω_s)으로부터 오프셋 감산값(ω_m)을 감산함으로써, 오프셋 값(△ω_dec)이 연산되어 오프셋 하한값 설정부(85)에 출력된다. 단계(S105)에서, 오프셋 하한값 설정부(85)는 오프셋 값(△ω_dec)의 하한값에 대한 제한을 부여하기 위해 오프셋 값(△ω_dec)이 제로 미만인지의 여부를 결정한다. 오프셋 값(△ω_dec)이 제로 미만인 경우, 오프셋 하한값 설정부(85)는 오프셋 값(△ω_s)을 오프셋 값(ω_{dec _ lim})으로서 출력한다(단계(S106)). 한편, 오프셋 값(△ω_dec)이 제로보다 높은 경우, 오프셋 하한값 설정부(85)는 오프셋 값(△ω_dec)을 오프셋 값(ω_{dec _ lim})으로서 출력한다(단계(S107)).

단계(S5)에서 오프셋 플래그가 "온"으로 설정되었으면, 단계(S108)에서, 스위치(88)는 스위치 온된다. 단계(S109)에서, 가산기(86)는 오프셋 값(ω_{dec _ lim})에 대해 오프셋 값(ω_offset)을 가산하여, 오프셋 값(△ω)을 출력한다. 한편, 단계(S6)에서 오프셋 플래그가 "오프"로 설정되었으면, 스위치(88)는 스위치 오프되며, 가산기(86)는 오프셋 값(ω_offset)에 기초한 가산 처리를 실행하지 않으며, 단계(S110)에서, 오프셋 값(△ω_{dec _ lim})이 오프셋 값(△ω)으로서 출력된다.

단계(S111)에서, 회전 방향 결정부(90)는 각주파수(ω)에 기초하여 모터(8)의 회전 방향을 결정한다. ω＜0인 경우, 회전 방향 결정부(90)는 △ω_pn=△ω×(-1)을 연산하여, 오프셋 값(△ω_pn)을 가산기(82)에 출력한다(단계(S112)). 한편, ω≥0인 경우, 회전 방향 결정부(90)는 △ω_pn=△ω임을 규정하여, 오프셋 값(△ω_pn)을 가산기(82)에 출력한다(단계(S113)).

단계(114)에서, 가산기(82)는 각주파수 제한부(81)의 출력 각주파수(ω_lim)에 대해 오프셋 값(△ω_pn)을 가산하며, 이에 따라, 각주파수(ω_t)가 연산되어 각주파수 제한부(89)에 출력된다. 단계(S115)에서, 각주파수 제한부(89)는 각주파수(ω_t)의 상위값에 대한 제한을 부여하기 위해 각주파수(ω_t)의 절대값과 상한 각주파수(ω_{t_h})를 비교한다. 각주파수(ω_t)의 절대값이 상한 각주파수(ω_{t_h})보다 큰 경우, 단계(S116)에서, 각주파수 제한부(89)는 각주파수(ω_t)의 절대값을 상한 각주파수(ω_{t_h})로 제한하고, 상한 각주파수(ω_{t_h})를 참조 각주파수(ω^*)로서 출력한다. 한편, 각주파수(ω_t)의 절대값이 상한 각주파수(ω_{t_h})보다 작거나 그와 동일한 경우, 단계(S117)에서, 각주파수 제한부(89)는 상한 각주파수(ω_{t_h})에 제한을 부여하지 않고, 각주파수(ω_t)가 참조 각주파수(ω^*)로서 출력된다. 맵 전환기(13)가 전류-전압 맵(1)에 참조 각주파수(ω^*)를 출력함으로써, 단계(S101 내지 S117)들로 나타낸 단계(S7)의 처리가 종료되며, 동작들은 단계(S8)로 진행하게 된다.

전술한 바와 같이, 도시된 실시예에서, 맵 전환기(13)는 인버터(6)의 제어 상태에 따라 오프셋 값(△ω)을 이용하여 각주파수(ω)를 오프셋하며, 전류-전압 맵(1)은 오프셋된 각주파수(ω^*)를 입력으로서 사용하여, dq-축 전류 지령값(i^* _d, i^* _q)과 dq-축 비간섭 전압 지령값(V^* _{d_ dcpl}, V^* _{q_ dcpl})을 산출하고, d-축 전류 지령값(i^* _d)을 음의 측으로 증대시킨다. d-축 전류 지령값(i^* _d)을 음의 측으로 증대시키면, 약계자 효과가 커지고, 모터(8)에 인가되는 전압이 억제되며, 인버터(6)를 안정적으로 제어할 수 있다.

도시된 실시예에서는 맵의 지표로서의 역할을 하는 각주파수(ω)가 오프셋되므로, 인버터(6)의 효율을 최적화하는 전류 지령값의 데이터가 오프셋 후 각주파수(ω^*)에 대응하는 맵에 할당된다. 이 맵으로부터 추출되는 전류 지령값은 인버터(6)의 효율을 크게 저하시키지 않을 값이다. 도시된 실시예에서는, d-축 전류 지령값이 음의 측으로 증대되므로, 인버터(6)의 제어 상태가 안정화되면서도, 인버터(6)의 효율이 크게 저하되는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, d-축 전류 지령값이 증대되는 동시에, 오프셋 각주파수(ω^*)에 대응하는 맵을 참조하여 q-축 전류 지령값도 산출된다. 따라서, 실제 토크가 토크 지령값(T^*)으로부터 발산하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 전류-전압 맵(1)에 저장된 맵이, 토크 지령값(T^*)과 검출 전압(V_dc)이 동일한 조건하에서, 오프셋 각주파수(ω^*)에 대응하는 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 오프셋되지 않은 각주파수(ω)에 대응하는 d-축 전류 지령값(i^* _d)보다 음의 측으로 더 커지도록, 형성된다. 이에 따라, 각주파수(ω)를 오프셋하면, d-축 전류 지령값(i^* _d)이 음의 측으로 커지게 된다. 따라서, 최적의 d-축 전류 지령값(i^* _d)에 기초하여 인버터(6)가 제어되고, 인버터(6)의 효율이 크게 저하되지 않으며, 전압 부족 상태를 해소할 수 있다.

또한, 인버터(6)의 제어 상태가 안정화될 때까지, 맵 전환기(13)가 각주파수(ω)를 단계적으로 오프셋한다. 이에 따라, 각주파수(ω)가 점진적으로 오프셋되고, d-축 전류 지령값(i^* _d)이 점진적으로 커지게 되기 때문에, 인버터(6)의 제어 상태를 안정화하는데 필요한 증분만큼 d-축 전류 지령값(i^* _d)을 증대시킬 수 있다. 그 결과, 인버터(6)의 효율이 크게 저하되는 것을 방지할 수 있다.

인버터(6)의 제어 상태가 불안정한 상태에서 안정된 상태로 이동한 경우, 오프셋 각주파수(ω^*)가 오프셋 값(ω_offset)보다 작은 변화량만큼 각주파수(ω)로 복원된다. 이에 따라, 필요할 때 오프셋이 신속하게 발생할 수 있고, 불안정한 동작점을 조기에 회피할 수 있음으로써, 전압 부족, 전류 편차 등을 회피하여, 인버터(6)의 제어를 안정화할 수 있다. 한편, 오프셋 상태가 원래의 상태로 복원될 때, 원래의 상태로의 점진적인 복원은, 변조율의 오버슈팅, 오프셋 헌팅과 불안정화, 및 다른 현상 등을 방지할 수 있도록 한다.

오프셋 값(ω_offset)은 단순히 각주파수(ω)를 오프셋하면 d-축 전류 지령값(i^* _d)이 증가하는 정도로 설정될 수 있다. 오프셋 값(ω_offset)은, 오프셋 값(ω_offset)에 기초하여 오프셋된 각주파수(ω^*)가 맵에 할당된 전압 범위 내에 포함되도록, 설정될 수 있다.

도시된 본 실시예에 인용된 오프셋 값(ω_offset), 오프셋 값(△ω) 또는 오프셋 값(△ω_pn)은 "미리 정해진 오프셋 양"에 대응하는 것으로 간주될 수 있고, 각주파수(ω) 또는 각주파수(ω^*)는 "검출된 각주파수"에 대응하는 것으로 간주될 수 있다.

따라서, 전술한 바로부터 명확하게 이해할 수 있는 바와 같이, 직류 전원의 검출 전압 또는 모터의 검출 회전수가 인버터의 제어 상태에 따라 미리 정해진 오프셋 양만큼 오프셋된다. 그리고, 오프셋된 검출 전압 또는 검출 회전수를 입력으로서 사용하여, 인버터의 교류에 대한 전류 지령값이 산출된다. 그리고, 전류 지령값에 포함된 d-축 전류 지령값이 음의 측으로 증대된다. 따라서, 인버터의 효율이 크게 저하되지 않도록, 적절한 검출 전압 또는 검출 회전수가 오프셋되며, 전류 지령값이 산출되고, d-축 전류 지령값이 필요 이상 커지는 것이 방지된다. 따라서, 인버터를 안정적으로 제어할 수 있다.

본 발명의 범위를 이해하는데 있어서, 본 명세서에서 사용된 용어 "포함하는"과 그 파생어들은 기술된 특징, 요소, 부품, 그룹, 정수(integer) 및/또는 단계의 존재를 특정하지만 다른 미기술된 특징, 요소, 부품, 그룹, 정수(integer) 및/또는 단계의 존재를 배제하지 않는 오픈 엔드(open ended) 용어를 의도하는 것이다. 상기 내용은 "포함한다", "갖는다" 및 그 파생어들과 같은 유사 의미를 갖는 단어에 또한 적용된다. 또한, 용어 "부분", "섹션", "부", "부재" 또는 "소자"는, 단수로 사용될 때, 단일의 부분 또는 복수의 부분들이라는 이중적인 의미를 가질 수 있다. 부품, 섹션, 기기 등에 의해 실행되는 동작 또는 기능을 설명하기 위해, 본 명세서에서 사용된 용어 "검출한다" 또는 "감지한다"와 그 파생어들은 물리적 검출 또는 감지를 필요로 하지 않는 부품, 섹션, 기기 등을 포함하지만, 그 동작 또는 기능을 실행하기 위한 결정, 측정, 모델링, 예측 또는 연산 등도 포함한다. 기기의 부품, 섹션, 부분을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용된 용어 "구성된"은 원하는 기능을 실행하기 위해 구성되거나 및/또는 프로그램된 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 "실질적으로", "약", "대략"과 같은 정도의 용어들은, 최종 결과가 크게 변하지 않도록 변형된 용어의 합리적인 편차량을 의미한다.

선택된 실시예만이 본 발명을 설명하도록 선택되지만, 본 기술 분야의 당업자들은 본 개시물로부터 다양한 변경예 및 변형예가 첨부된 청구 범위에 의해 한정된 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 본 명세서에서 행해질 수 있다는 것을 명확히 이해할 것이다. 예컨대, 다양한 부품들의 크기, 형상, 위치 또는 방위가 필요에 따라 및/또는 희망에 따라 변경될 수 있다. 서로 직접적으로 연결되거나 접촉하는 것으로 도시된 부품들이 그들 사이에 배치된 중간 구조물들을 가질 수 있다. 하나의 소자의 기능이 2개의 소자에 의해 실행될 수 있으며, 그 역도 가능하다. 일 실시예의 구조와 기능이 다른 실시예에 채용될 수 있다. 모든 장점들이 특정 실시예에 동시에 존재할 필요는 없다. 종래 기술로부터 구별되는 모든 특징들은, 단독으로 또는 다른 특징들과 조합하여, 이러한 특징(들)에 의해 구현된 구조적 및/또는 기능적 개념을 포함하여, 출원인에 의한 추가적인 발명의 별도의 설명으로서 고려되어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예들의 상술한 설명은 단지 예시용으로 제공된 것이지 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해 한정되는 본 발명을 한정하기 위함이 아니다.

Claims (8)

1. 모터 제어 장치이며,
   직류 전원으로부터 입력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력을 모터에 공급하도록 구성되어 있는 인버터;
   직류 전원의 직류 전압을 검출하도록 구성되어 있는 전압 검출기;
   모터의 회전수를 검출하도록 구성되어 있는 회전수 검출기;
   전압 검출기에 의해 검출된 검출 전압, 외부 소오스로부터 입력된 토크 지령값 및 회전수 검출기에 의해 검출된 검출 회전수에 기초하여, 인버터에 의해 출력되는 교류의 전류 지령값을 산출하도록 구성되어 있는 지령값 산출 부품;
   전류 지령값에 기초하여, 인버터에 포함된 스위칭 소자에 대해 제어 신호를 제공하여 인버터를 제어하도록 구성되어 있는 인버터 컨트롤러;
   인버터의 제어 상태를 검출하도록 구성되어 있는 상태 검출기; 및
   상태 검출기에 의해 검출된 제어 상태에 따른 오프셋 양만큼 검출 전압 또는 검출 회전수를 오프셋하도록 구성되어 있는 오프셋 부품을 포함하며,
   지령값 산출 부품은, 오프셋 부품에 의해 오프셋된 검출 전압 또는 검출 회전수에 기초하여 전류 지령값을 변경하고, 전류 지령값에 포함된 d-축 전류 지령값을 음(-)의 측으로 증대시키도록 더 구성되어 있는,
   모터 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   지령값 산출 부품은, 검출 전압, 토크 지령값, 검출 회전수, d-축 전류 지령값 및 q-축 전류 지령값 사이의 대응관계에 관한 맵을 저장하도록 구성되어 있고,
   맵에서 토크 지령값과 검출 회전수가 동일한 경우, 제 1 검출 전압으로부터 오프셋된 제 2 검출 전압에 대응하는 d-축 전류 지령값이 제 1 검출 전압에 대응하는 d-축 전류 지령값보다 음의 측으로 더 큰,
   모터 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   지령값 산출 부품은, 검출 전압, 토크 지령값, 검출 회전수, d-축 전류 지령값 및 q-축 전류 지령값 사이의 대응관계에 관한 맵을 저장하도록 구성되어 있고,
   맵에서 토크 지령값과 검출 전압이 동일한 경우, 제 1 검출 회전수로부터 오프셋된 제 2 검출 회전수에 대응하는 d-축 전류 지령값이 제 1 검출 회전수에 대응하는 d-축 전류 지령값보다 음의 측으로 더 큰,
   모터 제어 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   오프셋 부품은, 상태 검출기에 의해 검출되는 제어 상태가 안정적인 상태일 때까지, 검출 전압 또는 검출 회전수를 단계적으로 오프셋하도록 구성되어 있는,
   모터 제어 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상태 검출기는 인버터의 변조율을 연산하도록 구성되어 있고, 변조율이 미리 정해진 변조율보다 더 클 경우, 인버터의 제어 상태가 불안정한 것으로 결정하며,
   오프셋 부품은, 상태 검출기에 의해 검출되는 제어 상태가 불안정한 경우, 검출 전압 또는 검출 회전수를 오프셋하도록 구성되어 있는,
   모터 제어 장치.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   인버터로부터 모터로 흐르는 전류를 검출하도록 구성되어 있는 전류 검출기를 더 포함하며,
   상태 검출기는 지령값 산출 부품에 의해 연산된 전류 지령값과 전류 검출기에 의해 검출된 검출 전류 간의 전류 차이를 결정하도록 구성되어 있고, 전류 차이가 미리 정해진 전류 역치를 초과할 경우, 인버터의 제어 상태가 불안정한 것으로 결정하며,
   오프셋 부품은, 상태 검출기에 의해 검출되는 제어 상태가 불안정한 경우, 검출 전압 또는 검출 회전수를 오프셋하도록 구성되어 있는,
   모터 제어 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상태 검출기에 의해 검출되는 제어 상태가 불안정에서 안정으로 변할 경우, 오프셋 부품은, 오프셋 양보다 작은 변화량만큼, 오프셋된 검출 전압을 검출기에 의해 검출된 검출 전압으로 복원시키거나, 오프셋된 검출 회전수를 검출 회전수로 복원시키도록 구성되어 있는,
   모터 제어 장치.
8. 모터를 제어하기 위한 방법이며,
   직류 전원에 의해 제공되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 교류 전력을 모터에 공급하도록 인버터를 동작시키는 단계;
   직류 전원의 직류 전압을 검출하는 단계;
   모터의 회전수를 검출하는 단계;
   검출된 직류 전압, 외부 소오스로부터 입력된 토크 지령값 및 검출된 회전수에 기초하여, 인버터로부터 출력되는 교류의 전류 지령값을 산출하는 단계;
   전류 지령값에 기초하여, 인버터에 포함된 스위칭 소자에 대한 제어 신호를 생성하여, 인버터를 제어하는 단계;
   인버터의 제어 상태를 검출하는 단계;
   검출된 제어 상태에 따라 미리 정해진 오프셋 양만큼 검출된 직류 전압 또는 검출된 회전수를 오프셋하는 단계; 및
   오프셋된 검출 전압 또는 오프셋된 검출 회전수에 기초하여 전류 지령값을 변경하여, 전류 지령값에 포함된 d-축 전류 지령값을 음의 측으로 증대시키는 단계를 포함하는,
   모터를 제어하기 위한 방법.

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