KR20160032894A - Torque control mutual indectance of interior permanent magnet synchronous motor - Google Patents

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    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage

Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for controlling torque using mutual inductance estimation. More specifically, an apparatus for controlling torque using mutual inductance estimation to control the torque of an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) comprises: a mutual inductance estimation unit which estimates a d-axis mutual inductance value and a q-axis mutual inductance value in accordance with an arbitrary torque instruction; a torque value estimation unit which estimates the torque control value on the basis of the mutual inductance values estimated in the mutual inductance estimation unit; a d-q axis current instruction value generation unit which generates a d-axis current instruction value and a q-axis current instruction value on the basis of the torque control value estimated in the torque value estimation unit; and a current controller which controls torque of the IPMSM by applying a current value to the IPMSM on the basis of the current instruction value generated in the d-q axis current instruction value.

Description

상호 인덕턴스 추정을 이용한 토크 제어장치 및 방법{Torque control mutual indectance of interior permanent magnet synchronous motor}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a torque control device and a torque control method using mutual inductance estimation,

본 발명은 상호 인덕턴스 추정을 이용한 토크 제어 장치 및 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a torque control apparatus and method using mutual inductance estimation.

최근 국제 유가 급등 및 환경오염에 대한 관심이 증대로 인하여 승용차에 요구되는 배기 기준 및 연비 기준의 수준이 높아지고 있다. 하이브리드 자동차나 전기자동차의 도입으로 인하여 유해 배출가스 저감에 만족시킬 수 있는 친환경 미래형 자동차로 주목을 받고 있다. Recently, due to the increase in interest in international oil prices and environmental pollution, the emission standards and fuel consumption standards required for passenger cars are increasing. It is attracting attention as an eco-friendly future vehicle that can satisfy the reduction of harmful emissions due to the introduction of hybrid cars and electric vehicles.

하이브리드 자동차는 내연기관의 엔진과 전동기의 상호 보완적인 동작에 의해 자동차의 운전효율을 높일 수 있는데, 이것은 엔진의 효율이 낮은 저속영역에서 전동기를 이용하여 엔진의 동력을 보완하거나 엔진의 동력 없이 전동기만의 동력으로 주행하도록 하여 연비를 개선하게 된다. 또한 전기자동차는 현재 주행거리는 얼마 되지 않지만 유해 배출가스가 없는 친환경 자동차로 주목을 받고 있다. The hybrid vehicle can improve the operation efficiency of the automobile by complementary operation between the engine and the electric motor of the internal combustion engine. This can be accomplished by compensating the engine power by using the electric motor in the low speed region where the efficiency of the engine is low, So that the fuel efficiency is improved. In addition, electric vehicles are attracting attention as eco-friendly cars that do not have harmful emissions even though their mileage is small.

이런 친환경 자동차용 전동기는 효율이 높고 넓은 가변속 운전이 가능한 영구 자석 매입형 동기전동기(IPMSM)가 주로 적용되고 있다. 매입형 영구자석 동기 전동기는 회전자에 자속의 발생을 위한 여자 권선이 없으므로, 이로 인한 손실이 없어 효율이 좋으며, 고출력 밀도를 가지고 있어 전동기 무게에 대한 출력 토크의 비가 크고, 속응성이 좋다. 이러한 특성 때문에 순시 토크 제어가 요구되는 고성능 전동기 제어분야에 이용되고 있다.These eco-friendly automotive motors are mainly applied to permanent magnet permanent magnet synchronous motors (IPMSM) which have high efficiency and can operate at wide variable speed. Since the permanent magnet synchronous motor has no excitation winding for generating the magnetic flux in the rotor, there is no loss due to this, and the efficiency is good. The high output density has a large ratio of the output torque to the motor weight and the quick response is good. This characteristic is used in a high-performance motor control field requiring instantaneous torque control.

따라서 친환경 자동차에서 사용되는 매입형 영구자석 전동기의 토크제어는 필수적이다. 토크 제어에 사용되는 단위전류당 최대토크를 발생하기 위해서는 영구자석에 의한 마그네틱 토크와 릴럭턴스 차이에 의한 릴럭턴스 토크의 비율을 부하에 따라 적절히 조절해야 한다. Therefore, it is essential to control the torque of the permanent magnet type permanent magnet motor used in the environment friendly automobile. In order to generate the maximum torque per unit current used in the torque control, the ratio of the magnetic torque due to the permanent magnet and the reluctance torque due to the difference in reluctance should be appropriately adjusted according to the load.

하지만 토크에 영향이 있는 인덕턴스의 값이 전동기의 온도와 인가되는 전류가 증가하면서 고정자 및 회전자 철심의 포화에 의하여 감소하게 된다. 따라서 전동기에 인가되는 전류의 변화에 따라 단위 전류당 최대토크 운전점이 변하게 된다. However, the value of the inductance influencing the torque is decreased by saturation of the stator and the rotor iron core while the temperature of the motor and the applied current increase. Therefore, the maximum torque operating point per unit current is changed according to the change of the current applied to the motor.

또한 기존 토크 제어를 하기 위해서 DTC(Direct Torque Control)를 사용한다. DTC는 스위칭 테이블(Table)을 만들어 사용하기 때문에 과도 응답 특성이 우수하고 원리가 간단해서 소형 시스템에 많이 사용되고 있다. In addition, DTC (Direct Torque Control) is used for existing torque control. DTC is used in compact system because it has excellent transient response characteristic and simple principle because it uses switching table.

하지만 스위칭 주파수가 일정하지 않고, 역기전력이나 부하 변동에 따라 스위칭 주파수가 변하게 된다. 또한 저속의 운전 영역에서는 스위칭 주파수가 급격하게 증가하는 Limit cycle 구간이 발생하는 단점이 있다.However, the switching frequency is not constant, and the switching frequency changes depending on the back electromotive force or the load variation. In addition, there is a disadvantage that a limit cycle section in which the switching frequency increases sharply occurs in the low-speed operation region.

결과적으로 DTC의 사용에는 단점이 있어 제어기를 사용한 토크 제어를 해야 한다. 전류제어기의 전류 지령이 전 운전영역에서 토크 지령과 실제 토크가 정확하게 하기 위해 참조표 방식을 사용하게 된다. 참조표 방식은 실험을 통하여 모터의 전 운전영역에 걸쳐 d-q축 전류에 따른 최대 토크 운전점을 참조표로 생성한다. As a result, there is a disadvantage in using the DTC, and torque control using the controller is required. The current command of the current controller uses the reference table method to ensure that the torque command and actual torque are accurate in the entire operating range. Through the experiment, the reference table method generates the maximum torque operating point according to the d-q axis current as a reference table over the entire operation range of the motor.

실험을 통해 만든 참조표를 사용하여 속도에 따른 토크 지령에 맞는 전류지령을 출력으로 사용하게 된다. 하지만 참조표 방식은 구동용 모터에 비해 더 넓은 운전영역을 갖는 부하 시험 장치가 있어야 되고, 많은 실험을 하는 단점이 있다.Using the reference table created from the experiment, the current command corresponding to the torque command according to the speed is used as the output. However, the reference table method requires a load testing device having a wider operating range than the driving motor, and has a disadvantage in that it performs many experiments.

대한민국 등록특허 제10-1353583호Korean Patent No. 10-1353583 대한민국 등록특허 제10-1046042호Korean Patent No. 10-1046042 대한민국 등록특허 제10-1221216호Korean Patent No. 10-1221216 대한민국 등록특허 제10-0795283호Korean Patent No. 10-0795283

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 친환경 자동차용 매입형 영구자석 동기전동기의 상호 간섭 인덕턴스를 추정하여 토크를 계산하고 이를 바탕으로 토크 제어할 수 있는 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a permanent magnet synchronous motor for an environmentally friendly automobile, which estimates mutual interference inductance of the eco- The present invention provides a control method capable of torque control.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다. Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM)의 토크를 제어하기 위한 장치에 있어서, 토크 지령값에 따라 d축 상호인덕턴스 값과, q축 상호인덕턴스 값을 추정하는 상호인덕턴스 추정부; 상기 상호인덕턴스 추정부에서 추정한 상호인덕턴스 추정값을 기반으로 토크제어값을 추정하는 토크값 추정부; 상기 토크값 추정부에서 추정한 추정된 토크제어값을 기반으로 d축 전류지령값과 q축 전류지령값을 생성하는 d-q축 전류지령값 생성부; 및 상기 d-q축 전류지령값 생성부에서 생성한 전류지령값을 기반으로 상기 IPMSM에 전류값을 인가하여 상기 IPMSM의 토크를 제어하는 전류제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호 인덕턴스 추정을 이용한 토크 제어장치로서 달성될 수 있다. A mutual inductance estimating unit for estimating a d-axis mutual inductance value and a q-axis mutual inductance value according to a torque command value, comprising: a mutual inductance estimating unit for estimating a d-axis mutual inductance value and a q-axis mutual inductance value according to a torque command value; A torque value estimator for estimating a torque control value based on the mutual inductance estimated value estimated by the mutual inductance estimating unit; A d-q-axis current command value generating unit for generating a d-axis current command value and a q-axis current command value based on the estimated torque control value estimated by the torque value estimating unit; And a current controller for controlling the torque of the IPMSM by applying a current value to the IPMSM based on the current command value generated by the dq axis current command value generator. . ≪ / RTI >

또한, 상기 전류지령 생성부는 상호인덕턴스를 고려한 단위전류당 최대토크(MTPA)제어 기법을 적용하여 이하의 수학식 1에 의해 전류지령값을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. The current command generator may generate a current command value according to Equation (1) by applying a maximum torque per unit current (MTPA) control technique considering mutual inductance.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

그리고, 상기 상호 인덕턴스 추정값은 이하의 수학식 2에 의해 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다. The mutual inductance estimation value is determined by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00002
Figure pat00002

또한, 상기 토크 추정값은 이하의 수학식 3에 의해 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다. Further, the torque estimation value may be determined by the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00003
Figure pat00003

그리고, 상기 전류제어기는, IPMSM의 상호간섭을 고려한 안티와인드업 PI제어기 및 케스캐이드 PI제어기 중 적어도 어느 하나인 것을 특징을 하는 상호 인덕턴스 추정을 이용한 토크 제어장치.Further, the current controller is at least one of an anti-windup PI controller and a cascaded PI controller considering mutual interference of IPMSMs.

본 발명의 일실시예에 따르면, 친환경 자동차용 매입형 영구자석 동기전동기의 상호 간섭 인덕턴스를 추정하여 토크를 계산하고 이를 바탕으로 토크 제어할 수 있는 효과를 갖는다. According to an embodiment of the present invention, the mutual interference inductance of the permanent magnet synchronous motor for a green vehicle is estimated and the torque can be calculated and the torque can be controlled based on the torque.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상호 간섭인덕턴스를 추정하여, 토크 제어값을 추정하여 제어하게 됨으로써, 기존 실험을 통하여 참조표를 생성하여 오차범위 안에 들어가게 전류의 지령 값을 만들필요가 없어 실험을 진행하기 위한 구동모터보다 큰 용량의 모터가 부하모터로 사용될 필요가 없는 장점을 갖는다. Also, according to the embodiment of the present invention, the mutual interference inductance is estimated, and the torque control value is estimated and controlled. Therefore, it is not necessary to generate the reference table through the existing experiment and make the command value of the current to fall within the error range There is an advantage that a motor having a larger capacity than the drive motor for carrying out the experiment does not need to be used as a load motor.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, All fall within the scope of the appended claims.

도 1은 d-q 축 자속변동에 대한 FEM 해석결과를 나타낸 그래프,
도 2는 q축 전류에 따른 d-q 축 자속 및 토크 값 그래프,
도 3은 d-q축 전류에 따른 d축 자속값 그래프,
도 4는 d-q축 전류에 따른 q축 자속값 그래프,
도 5는 q축 자속 파라미터의 의미를 나타낸 그래프,
도 6은 d축 자속 파라미터의 의미를 나타낸 그래프,
도 7은 일반적인 전류 PI제어기의 블록도,
도 8은 conventioanl PT제어기의 블록도,
도 9는 conventioanl PT제어기의 Simulink 블록도,
도 10은 간섭성분을 고려하지 않은 conventioanl PT제어기의 블록도,
도 11은 간섭성분을 고려하지 않은 conventioanl PT제어기의 보데선도(Bode plot),
도 12는 간섭성분을 고려한 conventioanl PT제어기의 블록도,
도 13은 간섭성분을 고려한 conventioanl PT제어기의 보데선도(Bode Plot)
도 14는 케스캐이드(Cascade) PI제어기의 블록도,
도 15는 케스캐이드 PI제어기의 보데선도(Bode Plot),
도 16은 제어정수 오차 ±20%에서의 케스캐이드 PI제어기의 보데선도(Bode Plot),
도 17은 IPMSM 운전영역에서, 속도에 대한 토크, 전압, 전류 변화 그래
프,
도 18은 고정자전류와 토크곡선이 접하는 A점에서의 단위전류당 최대토크를 나타내기 위한 고정자 전류곡선과 토크곡선 그래프,
도 19는 전압제한타원과 전류제한원 그래프,
도 20은 전압 조절기를 사용한 전체 블록도,
도 21은 단위전류당 최대 토크제어를 위한 d-q축 전류 그래프,
도 22는 역기전력 추정 블록도,
도 23은 토크제어 블록도를 도시한 것이다.
FIG. 1 is a graph showing FEM analysis results for dq axis magnetic flux variation,
FIG. 2 is a graph showing the dq axis magnetic flux and torque value according to the q-axis current,
3 is a graph of a d-axis magnetic flux value according to dq axis current,
4 is a graph showing a q-axis magnetic flux value according to the dq axis current,
5 is a graph showing the meaning of the q-axis magnetic flux parameter,
6 is a graph showing the meaning of the d-axis magnetic flux parameter,
7 is a block diagram of a typical current PI controller,
8 is a block diagram of a conventioanl PT controller,
9 is a Simulink block diagram of a conventioanl PT controller,
10 is a block diagram of a conventioanl PT controller without consideration of interference components,
11 is a Bode plot of a conventioanl PT controller that does not consider an interference component,
12 is a block diagram of a conventioanl PT controller considering interference components,
13 shows the Bode plot of the conventioanl PT controller considering the interference component.
Figure 14 is a block diagram of a Cascade PI controller,
Figure 15 shows the Bode plot of a cascaded PI controller,
16 shows the Bode plot of the cascaded PI controller at a control error of +/- 20%
17 is a graph showing changes in torque, voltage, current change,
Foo,
18 is a graph showing a stator current curve and a torque curve for representing the maximum torque per unit current at point A where the stator current and the torque curve are in contact with each other,
FIG. 19 is a graph showing the voltage limiting ellipse and the current limiting circle graph,
20 is an overall block diagram using a voltage regulator,
21 is a graph showing the dq axis current for maximum torque control per unit current,
22 is a block diagram of a back electromotive force estimation circuit,
23 shows a torque control block diagram.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, it includes not only a case where it is directly connected but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 상호 인덕턴스 추정을 이용한 토크 제어방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 매입형 영구자석 동기 전동기의 모델링 방법과, 상호인덕턴스를 고려하지 않은 MTPA제어와, 상호인덕턴스를 고려한 MTPA제어에 대해 설명한 후, 본 발명의 일실시예에 따른 상호인덕턴스 추정방법과 이를 이용한 토크제어방법에 대해 설명하도록 한다.
Hereinafter, a torque control method using mutual inductance estimation according to an embodiment of the present invention will be described. First, a modeling method of a permanent magnet synchronous motor, a MTPA control not considering mutual inductance, and an MTPA control considering mutual inductance will be described. Then, a mutual inductance estimation method according to an embodiment of the present invention and a torque The control method will be described.

이하에서는 매입형 영구자석 동기전동기의 모델링에 대해 설명하도록 한다. 매입형 영구자석 동기전동기(이하 IPMSM)은 수학식 1과 같은 전압방정식을 갖게 된다. Hereinafter, the modeling of the permanent magnet synchronous motor of the recessed type will be described. The embedded permanent magnet synchronous motor (hereinafter referred to as IPMSM) has a voltage equation as shown in Equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

수학식 1에서 R은 권선저항, Ld는 d축 인덕턴스, Lq는 q축 인덕턴스, Wr 회전자의 회전각속도, λm은 쇄교자속, Vd, id는 d축 전압, 전류, Vq, iq는 q축 전압, 전류를 의미한다. 또한, 수학식 1을 전류 미분항에 대하여 정리하면 이하의 수학식 2와 같이 된다. In the equation 1, R is the winding resistance, Ld is the d-axis inductance, Lq is the q-axis inductance, Wr is the rotational angular velocity of the rotor, λm is the flux linkage, Vd, id is the d- Voltage, and current. The equation (1) can be summarized for the current differential term as shown in the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00005
Figure pat00005

한편, 자속은 이하의 수학식 3으로 표현될 수 있다. On the other hand, the magnetic flux can be expressed by the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00006
Figure pat00006

또한, 수학식 2에 수학식 4을 대입하면 다음솨 같은 수학식 4를 얻을 수 있고, 수학식 4를 이용하여 적분으로 전류를 계산하고, 얻어진 전류를 이용하여 수학식 3을 이용하여 자속을 얻을 수 있게 된다. Substituting Equation (4) into Equation (2), the following Equation (4) can be obtained, and the current is calculated by integration using Equation (4) and the magnetic flux is obtained using Equation .

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00007
Figure pat00007

일반적으로 수학식 1과, 수학식 3으로 일반적인 모델로 사용하는데, 이 경우 고정된 제어정수를 사용하기 때문에 실제 전동기와 결과가 많이 다르다. 특히, 자속포화나 인덕턴스의 변동에 따른 영향을 평가할 수 없다. 그래서 이를 고려하기 위하여 일반적으로 참조표를 사용한다. 그러나, 이러한 참조표를 사용하는 방식은 모터를 수학적으로 분석하기가 어렵고, 반복되는 실험을 통하여 구해야 하기 때문에 실험을 많이 해야 하며, 전동기의 자속포화에 대한 특성을 알기 어렵다. 결과적으로 모터를 수식적으로 하기 위한 방법이 필요함을 알 수 있다.Generally, it is used as a general model in Equations (1) and (3). In this case, since fixed fixed control constants are used, results are different from actual motors. In particular, it is not possible to evaluate the effect of flux saturation or inductance variation. Therefore, a reference table is generally used to consider this. However, it is difficult to analyze the motor mathematically by using the reference table. Therefore, it is difficult to know characteristics of the magnetic flux saturation of the motor because it must be obtained through repeated experiments. As a result, it can be seen that a method for modifying the motor is necessary.

도 1은 d-q 축 자속변동에 대한 FEM 해석결과를 나타낸 그래프이고, 도 2는 q축 전류에 따른 d-q 축 자속 및 토크 값 그래프를 도시한 것이다. 도 1은 q축 전류만 흘렸을 때 d, q축 자속의 FEM해석결과를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, q축 전류의 크기가 변함에 따라 q축의 자속이 변하는 것은 물론이고, d축 자속에도 영향이 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 1의 값에 맥동성분을 무시하고 평균치만 계산하면 도 2에 도시된 바와 같게 되는데, q축 전류가 증가하면서 q축 자속은 포화가 일어나게 되며, d축 자속은 d-q축 간섭 성분에 의해 자속이 감소하는 것을 알 수 있다. FIG. 1 is a graph showing the FEM analysis results of the d-q axis magnetic flux variation, and FIG. 2 is a graph showing the d-q axis magnetic flux and torque value according to the q axis current. FIG. 1 shows the FEM analysis results of the d and q axis fluxes when only the q-axis current flows. As shown in FIG. 1, it can be seen that as the magnitude of the q-axis current varies, not only the magnetic flux in the q-axis changes but also the d-axis magnetic field. 2, the q-axis magnetic flux saturates while the q-axis current increases, and the d-axis magnetic flux is caused by the dq axis interference component It can be seen that the magnetic flux decreases.

도 1에 도시된 바와 같이, 자속의 포화와 d-q축 간의 간섭성분을 고려해야함을 알 수 있다. 또한, d-q축 전류가 변함에 따른 d축 자속성분과, q축 자속성분의 변화를 FEM해석하면 도 3과 도 4와 같이, 도 3은 d-q축 전류에 따른 d축 자속값 그래프를 도시한 것이고, 도 4는 d-q축 전류에 따른 q축 자속값 그래프를 도시한 것이다. As shown in FIG. 1, it can be seen that the saturation of the magnetic flux and the interference component between the dq axes must be considered. 3 and 4, FEM analysis of the changes of the d-axis magnetic flux component and the q-axis magnetic flux component as the dq-axis current changes, FIG. 3 shows a graph of the d-axis magnetic flux value according to the dq- , And FIG. 4 shows a graph of a q-axis magnetic flux value according to the dq axis current.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 서로간의 간섭에 대해 더 자세히 알 수 있다. 이에 따라 자속 식을 다시 쓰게 되면 이하의 수학식 5과 같이 표현될 수 있다. As shown in Figs. 3 and 4, interference between each other can be seen in more detail. Accordingly, if the magnetic flux equation is rewritten, it can be expressed as Equation (5) below.

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서 Ldq는 d축에 대한 q축의 인덕턴스 값이고, Lqd는 q축에 대한 d축의 인덕턴스 값이다. 이 식을 상호 인덕턴스와 변화되는 성분에 대해 정리를 하면 다음의 수학식 6과 같아 지게 된다.Where Ldq is the q-axis inductance value for the d-axis, and Lqd is the d-axis inductance value for the q-axis. If this equation is summarized with respect to the mutual inductance and the changing component, the following equation (6) is obtained.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure pat00009
Figure pat00009

수학식 6은 수학식 5에서 변동 성분에 대한 항을 따로 표현한 것이며, 이하의 수학식 7은 변동성분과 상호 인덕턴스 성분을 한 항으로 모아서 정리한 식이다. 그리고, 변동성분에 대한 최종식은 이하의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다. Equation (6) expresses the term for the fluctuation component separately from Equation (5), and Equation (7) below is an equation that summarizes the fluctuation component and the mutual inductance component into one term. The final expression for the fluctuation component can be expressed by the following equation (8).

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure pat00010
Figure pat00010

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure pat00011
Figure pat00011

수학식 8에서 Ld0, Lq0, λm0는 고정값이며, Lεd(□), Lεq(□)는 전류에 대한 변수이다. 이것은 도 3 및 도 4에 대한 근사식을 사용하여 자속에 대한 식을 전류에 대한 변화량에 대한 식으로 변환하면 이하의 수학식 9과 같다. In Equation 8 L d0, L q0, λ m0 is a fixed value, L εd (□), L εq (□) is a variable for the current. This can be expressed by Equation (9) below by converting the equation for the magnetic flux into the equation for the amount of change with respect to the current using the approximation equation for Figs. 3 and 4. [

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure pat00012
Figure pat00012

수학식 9에서 I0는 일정한 q축 전류의 변화에 따른 d축 자속의 변화량이 제일 적은 d축 전류의 값, φ0는 이때의 d축 자속값이다. KLd, KLq는 각 축 전류가 0일 때의 Ld, Lq값이고, KSd, KSq는 자속포화 정도를 고려한 정수이며, KSdq, KSqd는 상호간의 간섭에 대한 성분이다. In Equation (9), I0 is a d-axis current value having the smallest change amount of the d-axis magnetic flux according to a constant q-axis current change, and 0 is a d-axis magnetic flux value at this time. K Ld and K Lq are values of L d and L q when each axis current is 0. K Sd and K Sq are constants considering flux saturation degree and K Sdq and K Sqd are components for mutual interference.

도 5는 q축 자속 파라미터의 의미를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 즉, q축 자속 파라미터 값은 도 5에 도시된 바와 같이, 구해지게 되며, 각 파라미터의 의미는 이하의 수학식 10과 수학식 11로 표현될 수 있다. 5 is a graph showing the meaning of the q-axis magnetic flux parameter. That is, the q-axis flux parameter value is obtained as shown in FIG. 5, and the meaning of each parameter can be expressed by the following equations (10) and (11).

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure pat00013
Figure pat00013

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure pat00014
Figure pat00014

이러한 수학식 10과 11을 이용하여 이하의 수학식 12, 수학식 13으로 정리할 수 있다. These equations (10) and (11) can be summarized into the following equations (12) and (13).

[수학식 12]&Quot; (12) "

Figure pat00015
Figure pat00015

[수학식 13]&Quot; (13) "

Figure pat00016
Figure pat00016

수학식 12 및 수학식 13에서 볼 때, LSq가 클수록 자속의 포화도가 증가하며, KSqd가 클수록 축간 상호 간섭성분이 증가하여 그래프 사이의 간격이 넓어지게 된다. From Equations (12) and (13), the larger the value of L Sq , the greater the degree of saturation of the magnetic flux. The larger the value of K Sqd , the greater the inter-axis interference component.

도 6은 d축 자속 파라미터의 의미를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 즉, d축 자속 파라미터는 도 6과 같이 구해지며, 각 파라미터의 의미는 이하의 수학식 14와 수학식 15와 같이, FIG. 6 is a graph showing the meaning of the d-axis magnetic flux parameter. That is, the d-axis flux parameters are obtained as shown in FIG. 6, and the meaning of each parameter is expressed by the following equations (14) and (15)

[수학식 14]&Quot; (14) "

Figure pat00017
Figure pat00017

[수학식 15]&Quot; (15) "

Figure pat00018
Figure pat00018

수학식 14와 수학식 15를 이용하여 정리하면 이하와 같이, 수학식 16과 수학식 17의 값이 나오게 된다. Using the equations (14) and (15), the values of the equations (16) and (17) are obtained as follows.

[수학식 16]&Quot; (16) "

Figure pat00019
Figure pat00019

[수학식 17]&Quot; (17) "

Figure pat00020
Figure pat00020

수학식 16과 수학식 17에서 볼 때, KSd가 클수록 자속의 포화도가 증가하며, KSd가 클수록 축간 상호 간섭성분이 증가하며 그래프 사이의 간격이 넓어지게 됨을 알 수 있다. 위에서 구한 자속 식을 가지고 전류에 대한 식으로 역 계산하게 되면 자속포화를 고려한 모델링에 대한 이하의 수학식 18과 수학식 19를 구할 수 있게 된다. From Equations (16) and (17), it can be seen that the larger the value of K Sd , the greater the degree of saturation of the magnetic flux, and the larger the value of K Sd , the greater the inter-axial interference component and the greater the interval between the graphs. If the magnetic flux equation obtained above is inversely calculated according to the equation for the current, the following equations (18) and (19) for modeling considering magnetic flux saturation can be obtained.

[수학식 18]&Quot; (18) "

Figure pat00021
Figure pat00021

[수학식 19]&Quot; (19) "

Figure pat00022
Figure pat00022

이하에서는 전류제어기의 설계방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 상태피드백형 비간섭 비례적분 적분제어기에 대해 설명하도록 한다. 도 7은 일반적인 전류 PI제어기의 블록도를 도시한 것이다. Hereinafter, a method of designing the current controller will be described. First, a state feedback type non-interference proportional integral integral controller will be described. Figure 7 shows a block diagram of a typical current PI controller.

전류 PI제어기의 전달함수는 이하의 수학식 20으로 나타내어질 수 있다. The transfer function of the current PI controller can be expressed by the following equation (20).

[수학식 20]&Quot; (20) "

Figure pat00023
Figure pat00023

수학식 20에서 PI제어기의 게인을 다음과 같이 설정하면 전달함수는 이하의 수학식 21과 같다. If the gain of the PI controller in Equation (20) is set as follows, the transfer function is expressed by Equation (21) below.

[수학식 21]&Quot; (21) "

Figure pat00024
Figure pat00024

이와 같이 설정할 경우, PI제어기의 영점이 시스템의 극점과 상쇄되도록 설정되어 전류제어기의 직류이득은 1이 되어 안정하면서도 빠른 응답특성을 보이게 된다. 결국 전류제어기 전체가 저역 통과필터가 되며, 필터의 주파수 대역은 ωn에 의해 결정되게 된다. In such a case, the zero point of the PI controller is set to be offset from the pole of the system, and the DC gain of the current controller becomes 1, so that stable and fast response characteristic is shown. After all, the entire current controller is a low-pass filter, the band of the filter is to be determined by the ω n.

[수학식 22]&Quot; (22) "

Figure pat00025
Figure pat00025

도 8은 일반적인 PI 제어기의 블록도를 도시한 것이다. 실제 전동기 제어에서는 지령 전압에는 인버터에서 설명한 바와 같이, 출력전압에 한계가 존재한다. 급격한 부하의 증가 등에 의하여 전류제어기의 적분기가 한계전압 이상 즉, 적분기가 포화되면 실제 필요한 전압출력보다 큰 전압을 출력하게 되는데 이런 상태를 적분기의 와인드업(wind-up)이라고 한다. Figure 8 shows a block diagram of a general PI controller. In actual motor control, there is a limit on the output voltage as described in the inverter for the command voltage. When the integrator of the current controller exceeds the limit voltage, that is, when the integrator saturates due to a sudden increase in the load, it outputs a voltage that is larger than the actual necessary voltage output. This state is called the wind-up of the integrator.

적분기가 포화되면 PI제어기의 입력인 오차와 관계없이 출력전압으로 최대값이나 최소값을 출력하게 되고, 이런 적분기의 포화가 없어질 때까지 PI제어가 제대로 동작하지 못 하는 상태가 지속된다. 따라서, 출력에 오버슈트가 발생하게 되어 정상상태에 도달하기까지 많은 시간을 필요로 한다. 이런 와인드업 상태를 방지하기 위하여 적분기의 오차의 누적을 적절히 제한할 필요가 있는데, 이런 방법을 안티와인드업(anti-windup)이라고 한다. If the integrator saturates, the maximum or minimum value is output as the output voltage irrespective of the input error of the PI controller, and the PI control does not operate properly until the saturation of the integrator disappears. Therefore, an overshoot occurs in the output, and it takes a long time to reach the steady state. In order to prevent such a state of windup, it is necessary to appropriately limit the cumulative error of the integrator. This method is called anti-windup.

이를 위한 여러 가지 방법이 존재하는데, 최근에 많이 사용되는 방법은 PI제어기의 출력이 제한에 걸려 출력이 되면, PI제어기의 출력과 제한 값과의 차이 값에 게인을 곱하여 적분기로부터 차감하여 누적을 적절히 제어하는 방법이다. 이때 게인은 1/(3KP) ~ 3/KP 값을 사용할 수 있는데, 보통은 1/LP를 이용한다. There are various methods for this. Recently, most commonly used method is to multiply the difference between the output of the PI controller and the limit value by multiplying the gain of the PI controller by the gain and subtracting it from the integrator . At this time, the gain can be 1 / (3K P ) ~ 3 / K P , usually 1 / L P.

도 9는 안티와인드업 기능을 가진 PI제어기의 블록도를 도시한 것이다. 또한, 도 10은 간섭성분을 고려하지 않은 일반적인 PI제어기의 블록도를 도시한 것이다. 고속으로 갈수록 상호 간섭성분에 대한 영향이 커지게 되는데, 도 10에 도시된 바와 같이, 전형적인 PI제어기의 경우 상호 간섭성분에 대한 보상을 하지 않고 있다. 그래서 고속영역으로 가게 되면 모터의 간섭성분에 대한 영향이 고려되어 있지 않아 오버슈트가 커지고, 계속적인 진동이 발생하는 불안정 현상이 생기게 된다. Figure 9 shows a block diagram of a PI controller with an anti-windup function. Figure 10 also shows a block diagram of a general PI controller that does not take into account interference components. As shown in FIG. 10, the conventional PI controller does not compensate for mutual interference components. Therefore, if the motor is moved to the high-speed region, the influence of the motor on the interference component is not taken into consideration, and the overshoot becomes large and the unstable phenomenon in which continuous vibration occurs occurs.

또한, 도 11은 도 10의 제어기블록도의 제어대역폭을 일정하게 설정해 놓고 모터의 속도를 가변하면서 본 보데(Bode)선도를 도시한 것이다. 이를 통해 간섭성분을 고려하지 않은 도 10의 전형적인 PI 제어기는 고속 영역으로 갈수록 제어가 설계 값에서 점점 벗어나며, 불안해 지는 것을 알 수 있다. FIG. 11 shows a Bode diagram of the controller while varying the speed of the motor while the control bandwidth of the controller block diagram of FIG. 10 is set to be constant. In this case, the conventional PI controller of FIG. 10, which does not consider the interference components, becomes more unstable as the control moves from the design value toward the high-speed region.

간섭성분을 제거하기 위해, 도 11은 간섭성분을 고려한 PI 제어기의 블록도를 도시한 것이다. 또한, 이하의 수학식 23은 모터의 상호 간섭성분과 역기전력에 대한 식이다. 이것을 d-q축 전압 reference에 보상해 주게 된다. 도 12는 간섭성분을 고려한 PI제어기의 보데선도를 도시한 것이다. To eliminate the interference component, Fig. 11 shows a block diagram of the PI controller considering the interference component. Equation (23) below is an expression for the mutual interference component of the motor and the counter electromotive force. This compensates for the d-q axis voltage reference. FIG. 12 shows a Bode diagram of a PI controller considering an interference component.

[수학식 23]&Quot; (23) "

Figure pat00026
Figure pat00026

결과적으로 상호 간섭성분을 고려하지 않은 제어기인 도 10 보다 간섭성분을 고려한 제어기인 도 12의 보데 선도를 통하여 더 안정적인 것을 확인할 수 있다. As a result, it can be seen from the Bode diagram of FIG. 12 that the controller considering the interference component is more stable than the controller which does not consider the mutual interference component.

그러나, 앞서 언급한 전형적인 PI제어기에 상호간섭을 고려한 제어기를 사용하더라도 속도에 따라서 설계 값을 만족하지 못하게 된다. 그래서 이 부분을 해결하기 위해 캐스케이드 PI제어기가 사용되게 된다. 이러한 캐스케이드(cascade) PI제어기는 모터의 간섭성분에 대해서 역 모델을 제어기에 사용하는 방식으로 모든 속도 영역에서 전류제어기 설계값과 동일한 값을 얻을 수 있게 된다. However, even if a controller that considers mutual interference is used for the above-mentioned typical PI controller, the design value is not satisfied according to the speed. To solve this problem, a cascade PI controller is used. This cascade PI controller can use the inverse model for the controller of the motor to obtain the same value as the current controller design value in all velocity regions.

도 14는 캐스케이드 PI제어기의 블록도를 도시한 것이고, 도 15는 케스캐이드 PI제어기의 보데선도를 도시한 것이고, 도 16은 제어정수 오차 ±20%의 케스캐이드 PI제어기의 보데선도를 도시한 것이다. Figure 14 shows a block diagram of a cascaded PI controller, Figure 15 shows a Bode diagram of a cascaded PI controller, and Figure 16 shows a Bode plot of a cascaded PI controller with a control error of +/- 20% It is.

도 14에 도시된 바와 같이, 전류조절기(Current Regulator) 부분에서 전류의 오차를 PI제어기를 통해 제2의 전류 지령치를 만들어 냄을 알 수 있다. 그리고, 이러한 제2의 전류 지령치를 전압 표준 연산기(Voltage Reference Calculator) 부분에서 간섭성분에 대한 역 계산을 하게 된다. 그리고, 각 게인 값은 이하의 수학식 24로부터 얻을 수 있다. As shown in FIG. 14, it can be seen that the error of the current is generated in the current regulator part through the PI controller to generate the second current command value. Then, the second current command value is inversely calculated for the interference component in the voltage reference calculator. Then, each gain value can be obtained from the following expression (24).

[수학식 24]&Quot; (24) "

Figure pat00027
Figure pat00027

도 15에서 보는 바와 같이, 전 속도 영역에서 설계 값과 일치하는 것을 볼 수 있다. 제어기의 경우 파라미터 오차에 대한 영향에 대해서도 분석을 해야 한다. 모터의 인덕턴스의 값은 전류의 크기에 따라 변하며, 저항 값은 온도에 따라 변하게 되므로 파라미터가 변하는 것을 고려하여 파라미터의 오차가 발생하였을 때의 안정도도 중요한 요소이다. As shown in FIG. 15, it can be seen that the design value agrees with the design value in the entire speed region. For the controller, the effect on the parameter error should also be analyzed. Since the value of the inductance of the motor varies with the magnitude of the current and the resistance value changes with temperature, the stability when the parameter error occurs is also an important factor considering the parameter change.

도 16의 조건은 정격속도인 1500RPM으로 회전하는 상황에서 저항과 d축 인덕턴스, q축 인덕턴스가 각각 -20% ~ 20%로 변한다고 가정한 결과이며, 설계 값과 크게 벗어나지 않음을 확인할 수 있다. 즉 파라미터 오차에도 강인함을 알 수 있다.
The condition of FIG. 16 is a result of assuming that the resistance, d-axis inductance and q-axis inductance change from -20% to 20%, respectively, under the condition of rotating at a rated speed of 1500RPM. That is, it can be seen that the parameter error is robust.

이하에서는 약자속 제어에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 17은 IPMSM의 운전영역에서 속도에 대한 토크, 전압, 전류값 그래프를 도시한 것이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 속도에 따라 일정토크영역과 일정 출력영역으로 구분되어 질 수 있음을 알 수 있다. Hereinafter, abbreviated control will be described. 17 is a graph showing torque, voltage, and current values versus speed in the IPMSM operating region. As shown in FIG. 17, it can be seen that a constant torque region and a constant output region can be classified according to the speed.

일정토크 영역은 기준 속도 이하으 영역, 통상 정격속도까지의 속도 범위를 의미한다. IPMSM의 모터는 Lds ≠ Lqs 이므로 릴럭턴스 토크가 존재한다. 이러한 릴럭던스 토크는 이하의 수학식 25로 표현될 수 있다.The constant torque area means the speed range from the reference speed to the range, usually up to the rated speed. The motor of IPMSM has a reluctance torque because L ds ≠ L qs . This relaxation torque can be expressed by the following equation (25).

[수학식 25]&Quot; (25) "

Figure pat00028
Figure pat00028

이를 활용 하기 위해서는 ie ds, ie qs 전류를 모두 필요로 한다. Lds 〈 Lqs 이므로 ie ds〈 0인 경우 릴럭턴스 토크가 영구자석에 의한 토크와 더해져서 더 큰 출력 토크를 얻을 수 있다. To utilize this, both i e ds and i e qs currents are required. Since L ds <L qs , when i e ds <0, the reluctance torque is added to the torque by the permanent magnet, so that a larger output torque can be obtained.

동일 크기의 토크를 발생하는 무수한 전류 조합들 중 고정자 전류 Is(=

Figure pat00029
)의 크기가 최소가 되는 전류가 존재하는데. 이것은 바로 고정 자 전류 Is를 반지름으로 하는 원과 토크 곡선이 접하는 A점에서의 전류 ISO이다. 이 전류로 운전하면 단위 전류당 최대 토크가 발생하게 된다. 이와 같이 요구되는 지령 토크 발생을 위해 필요한 고정자 전류가 최소가 되는 ir ds와 ir qs의 조합을 구해 이에 따라 운전하는 것을 단위 전류당 최대 토 크 제어(Maximum Torque Per Ampere Control)기법이라 한다. Of the myriad current combinations that produce the same magnitude of torque, the stator current Is (=
Figure pat00029
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; of &lt; / RTI &gt; This is the current I SO at point A where the torque curve is tangent to the circle with the stator current Is as the radius. When operated with this current, the maximum torque per unit current is generated. The combination of i r ds and i r qs that minimizes the stator current required to generate the required command torque and operates accordingly is called the Maximum Torque Per Ampere Control technique.

도 18은 동일한 토크를 발생하는 고정자 전류 그래프를 도시한 것이다. 일정출력영역은 도 17에 도시된 바와 같이, 기준속도 이상의 영역, 약자속 제어 영역에 해당한다. 18 shows a stator current graph for generating the same torque. As shown in FIG. 17, the constant output area corresponds to an area above the reference speed and a weak speed control area.

IPMSM은 이하의 수학식 26과 같이 전압제한 조건과 이하의 수학식 27과 같은 전류 제한 조건하에서 구동되게 된다. The IPMSM is driven under a current limiting condition as shown in Equation (26) below and a voltage limiting condition as shown in Equation (27) below.

[수학식 26]&Quot; (26) &quot;

Figure pat00030
Figure pat00030

[수학식 27]&Quot; (27) &quot;

Figure pat00031
Figure pat00031

고속 운전 영역에서는 이러한 전압과 전류의 제한 조건을 고려하여 최대 토크를 발생시킬 수 있는 약자속 제어 기법이 필요하다. 먼저 이 두 제한 조건을 d와 q축 전류 평면상에서 표현해 보면, 전류 제한 조건은 d와 q축 전류 평면상에서 ISMAX 을 반지름으로 하는 원으로 표현되게 된다. 반면에 전압 제한 조건은 수학식 26에 식 수학식 23을 대입하여 전류로 표현하면, 이하의 수학식 28 같이 된다. In the high - speed operation region, the abbreviated speed control technique which can generate the maximum torque considering the limit condition of the voltage and current is needed. First, when these two constraints are expressed on the d and q axis current planes, the current limit condition is expressed as a circle with I SMAX as the radius on the d and q axis current planes. On the other hand, if the voltage limiting condition is represented by a current obtained by substituting the equation (23) into the equation (26), the following equation (28) can be obtained.

[수학식 28]&Quot; (28) &quot;

Figure pat00032
Figure pat00032

또한, 전압제안 타원은 이하의 수학식 29와 같이 된다. Further, the voltage suggestion ellipse is expressed by the following equation (29).

[수학식 29]&Quot; (29) &quot;

Figure pat00033
Figure pat00033

도 19는 전압제한타원, 전류제안원 그래프를 도시한 것이다. 도 19 타원의 내부 영역은 주어진 최대 고정자 전압 Vsmax로 제어 가능한 d와 q축 지령 전류 ie * ds 와 ie * qs의 범위를 나타낸다. 운전 각속도 ωr이 커짐에 따라 동일 크기의 지령 전류를 제어하기 위해 필요한 전압은 커지게 된다. 그러나 이용 가능한 전압 Vsmax는 고정되어 있으므로 각속도 ωr에 따라 제어 가능한 지령 전류의 영역이 작아지게 된다. 속도 증가에 따라 타원 영역의 감소가 이것을 의미한다.FIG. 19 shows a graph of a voltage limiting ellipse and a current suggestion circle. 19 shows the range of the d and q axis command currents i e * ds and i e * qs that can be controlled by a given maximum stator voltage V smax . As the driving angular velocity r increases, the voltage required to control the command current of the same magnitude becomes large. However, since the usable voltage V smax is fixed, the area of the command current that can be controlled according to the angular speed? R becomes small. The decrease in the elliptical area as the speed increases means this.

IPMSM의 구동 시에는 이러한 전압과 전류의 두 제한 조건을 모두 만족시켜 주어야 한다. 이 두 제한 조건을 모두 고려한 경우의 제어 가능한 지령 전류의 영역은 전압 제한 타원과 전류 제한 원의 공통된 영역이다. 따라서 지령 전류는 항상 그 영역의 내부로 주어져야 제어가 가능하다.When operating the IPMSM, both of these voltage and current limitations must be satisfied. The area of controllable command current when both of these constraints are considered is a common area between the voltage limit ellipse and the current limiting source. Therefore, the command current should always be given to the inside of the region to be controlled.

도 20은 전압조절기를 사용한 전체 블록도를 도시한 것이다. 도 20 에 보여주고 있는 방식은 Voltage Regulation 방법으로 일반 적으로 사용하고 있는 약자속 제어기법의 일종이다. 이 약자속 제어 기법은 최대로 사용할 수 있는 고정자 측 전압과 출력으로 내보내고 있는 전압의 크기를 가지고 제어기를 거친 뒤 나오는 값을 d축 전류 Reference에 더해 주는 형식으로 사용이 되는 제어기법이다. Figure 20 shows an overall block diagram using a voltage regulator. The method shown in Fig. 20 is a kind of abbreviation control technique generally used by the voltage regulation method. This abbreviation control method is a control method that is used in the form of adding the value after the controller to the d-axis current reference with the maximum voltage of the stator and the voltage of the output to the output.

이 기법의 장점은 모터의 파라미터 값을 사용하지 않기 때문에 파라미터 변동에 둔감 하다. 그러나 단점으로는 속응성이 떨어지며, 고정자 측 전압을 최대로 사용하지 못하는 점이다. 단점 중 속응성의 문제는 전압의 차이의 값을 바로 전압 출력 값에 영향을 주는 것이 아닌 d축 전류 Reference에 영향을 주는 영식으로 되어있기 때문에 전류 제어기를 거쳐야 한다는 단점 때문에 속응성이 떨어지게 되는 문제점이 존재한다.
The advantage of this technique is that it is insensitive to parameter variations because it does not use parameter values of the motor. However, the disadvantage is that the durability is low and the stator voltage is not used to the maximum. Among the disadvantages, the problem of the dependency is that the difference of the voltage does not directly affect the voltage output value but the influence of the dc axis current reference, do.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 상호인덕턴스 추정을 이용한 토크제어방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 상호인덕턴스를 고려하지 않은 MTPA제어와 상호인덕턴스를 고려한 MTPA제어를 비교설명한 후, 본 발명의 일실시예에 따른 상호 인덕턴스 추정 방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a torque control method using mutual inductance estimation according to an embodiment of the present invention will be described. First, the MTPA control that does not consider the mutual inductance and the MTPA control that considers the mutual inductance are compared and the mutual inductance estimation method according to one embodiment of the present invention will be described.

임의의 지령 토크가 주어졌을 때, MTPA제어를 위한 최소의 고정자 전류를 구하여 사용하게 된다. 앞서 언급한 수학식 25의 토크와 전류들을 다음과 같이 기준 전류 ib(=φf/(Lqs-Lds)와 기준 토크 Tb(=

Figure pat00034
)로 정규화하면 이하의 수학식 30으로 표현될 수 있다. When an arbitrary command torque is given, the minimum stator current for MTPA control is obtained and used. Criteria as the above-mentioned torque and current in equation (25) follows the current ib (= φf / (Lqs- Lds) and the reference torque T b (=
Figure pat00034
) Can be expressed by the following equation (30).

[수학식 30]&Quot; (30) &quot;

Figure pat00035
Figure pat00035

이로부터 정규화된 토크는 다음의 수학식 31과 같이 정류화된 전류들로 표현된다. From this, the normalized torque is expressed by the rectified currents as shown in Equation 31 below.

[수학식 31]&Quot; (31) &quot;

Figure pat00036
Figure pat00036

MTPA제어를 위한 최소의 전류를 찾는 과정은 다음과 같다. 먼저 Ten의 지령 토크가 주어졌을 때, 최소의 d축 전류 idno를 구해보도록 한다. 먼저 고정자 전류 제한식을 수학식 31을 사용해 idno의 함수로 나타내면 이하의 수학식 32과 같다. The process of finding the minimum current for MTPA control is as follows. First, when the command torque of T en is given, try to find the minimum d-axis current i dno . First, the stator current limiting formula is expressed by a function of i dno using equation (31).

[수학식 32](32)

Figure pat00037
Figure pat00037

이러한 수학식 32를 idno으로 미분하여 다음과 같이 0으로 놓고 그 식의 해를 구하면 주어진 Ten의 토크발생을 위한 최소의 d축 전류를 구할 수 있게 된다. This equation (32) is differentiated by i dno and is set to 0 as follows, and the solution of the equation is obtained, so that the minimum d-axis current for torque generation of a given T en can be obtained.

[수학식 33]&Quot; (33) &quot;

Figure pat00038
Figure pat00038

비슷한 과정으로 주어진 지령토크 Ten의 발생을 위한 최소의 q축 전류 iqno를 구해보도록 한다. 다음과 같이 iqno 로 표현된 전류 제한식인 수학식 34을 iqno로 미분하여 0으로 놓으면 이하의 수학식 35와 같은 4차 방정식이 되는데, 이를 풀면 주어진 Ten의 토크발생을 위한 최소의 q축 전류를 구할 수 있게 된다. A similar procedure is used to obtain the minimum q-axis current iqno for the generation of the command torque Ten given. The current limit equation expressed by iqno, which is expressed by iqno, is differentiated by iqno and set to 0, which yields a quadratic equation as shown in Equation (35) below. When this is solved, the minimum q- .

[수학식 34]&Quot; (34) &quot;

Figure pat00039
Figure pat00039

[수학식 35]&Quot; (35) &quot;

Figure pat00040
Figure pat00040

이처럼 요구되는 출력 토크 지령에 대해 단위 전류당 최대 토크제어를 하기 위해서는 수학식 33과 수학식 35로부터 d-q 축 전류 지령을 구해야 한다. 도 21은 지령토크에 따른 최적의 전류 지령 그래프를 나타낸 것이다. In order to control the maximum torque per unit current with respect to the required output torque command, the d-q axis current command must be obtained from the equations (33) and (35). Fig. 21 shows an optimum current command graph according to the command torque.

요구되는 출력 토크 지령이 만일 고정자 전류 지령 Is으로 주어진다면 단위 전류당 최대 토크 제어를 위한 d-q 축의 전류 지령을 구해보도록 한다. 먼저, 수학식 25의 토크를 고정자 전류 Is 로 표현하면 이하의 수학식 36에 해당한다. If the required output torque command is given by the stator current command I s , the current command of the dq axis for maximum torque control per unit current should be obtained. First, the torque of Equation (25) is expressed by stator current I s , which corresponds to Equation (36) below.

[수학식 36]&Quot; (36) &quot;

Figure pat00041
Figure pat00041

여기서 β는 dr축과 고정자 전류 Is가 이루는 각이다. 이러한 β로 수학식 37과 같이 미분하여 0으로 놓고 풀게 되면, Where β is the angle between the d r axis and the stator current I s . If it is differentiated as shown in Equation 37 and then solved by 0,

[수학식 37]&Quot; (37) &quot;

Figure pat00042
Figure pat00042

[수학식 38]&Quot; (38) &quot;

Figure pat00043
Figure pat00043

수학식 38과 같이, 단위 전류당 최대 토크를 발생하는 전류각 β을 구할 수 있게 된다. 이로부터 최적의 전류 ir dso = Iscosβ, ir qso = Issinβ 이 된다. It is possible to obtain the current angle beta that generates the maximum torque per unit current as shown in Expression (38). From this, the optimal current i r dso = I s cos β , i r qso = I s sin β is obtained.

q축 전류에 대한 d축 전류로 정리하게 되면 MTPA 식은 이하의 수학식 39으로 표현될 수 있다. axis current and the d-axis current with respect to the q-axis current, the MTPA equation can be expressed by the following equation (39).

[수학식 39][Equation 39]

Figure pat00044

Figure pat00044

그러나, 앞서 언급한 상호 인덕턴스를 고려하지 않은 MTPA 방식은 인덕턴스의 변화에 의하여 값이 달라지게 되어 있다. 그래서 위 방식을 매번 계산하는 것이 아니라 미리 오프라인으로 구해 참조표(Look-up table)화하여 사용한다. 그러나, 참조표 방식은 오프라인의 실험이 없으면 사용할 수 없는 단점이 있다. 그래서 이를 보완하기 위하여 상호 인덕턴스를 고려하여 다시 MTPA제어를 하게 되면 매번 계산하는 값이 상호 인덕턴스를 고려하지 않은 식에 비해 정확하다. However, the MTPA method which does not take into account the mutual inductance mentioned above is changed in value by the change of the inductance. So, instead of calculating the above method each time, it is obtained offline in advance and used as a look-up table. However, there is a drawback that the reference table method can not be used without an offline experiment. Therefore, if MTPA control is performed again considering the mutual inductance, the calculated value is more accurate than the formula that does not take into consideration the mutual inductance.

상호 인덕턴스를 고려하여 전압방정식을 다시 쓰게 되면 이하의 수학식 40으로 표현될 수 있다. If the voltage equation is rewritten in consideration of the mutual inductance, it can be expressed by the following equation (40).

[수학식 40][Equation 40]

Figure pat00045
Figure pat00045

그리고, 수학식 40의 식을 이용하여 토크식을 다시 쓰게 되면 수학식 41과 같아지게 된다. Then, if the torque equation is rewritten using the equation (40), it becomes equal to the equation (41).

[수학식 41](41)

Figure pat00046
Figure pat00046

여기서 d-q 축 전류로 표현된 부분을 크기와 β으로 표현해서 정리하면 수학식 42가 된다. Here, expressing the portion represented by the d-q axis current as the magnitude and?

[수학식 42](42)

Figure pat00047
Figure pat00047

또한, 수학식 42에서 최대 토크점을 찾기 위해서 β로 미분하게 되면 이하의 수학식 43과 같다. In order to find the maximum torque point in Equation (42), if?

[수학식 43]Equation (43)

Figure pat00048
Figure pat00048

Figure pat00049
Figure pat00049

또한, 앞서 언급한 바와 같이, id = Iscosβ이고, iq = Issinβ이다. 수학식 43에서 나온 식을 다시 정리해서 쓰면 이하의 수학식 44로 표현될 수 있다. Also, as mentioned above, i d = Iscos 硫 and i q = I s sin 硫. The equation derived from the equation (43) can be rearranged and expressed by the following equation (44).

[수학식 44]&Quot; (44) &quot;

Figure pat00050
Figure pat00050

또한, 수학식 44를 이용하여 최대점을 찾는 과정은 이하의 수학식 45과 같다. The process of finding the maximum point using Equation (44) is expressed by Equation (45) below.

[수학식 45]&Quot; (45) &quot;

Figure pat00051
Figure pat00051

[수학식 46]&Quot; (46) &quot;

Figure pat00052
Figure pat00052

수학식 46은 상호인덕턴스를 고려한 MTPA 식이며, 앞서 언급한 상호인덕턴스를 고려하지 않은 수학식 39와 차이가 있는 것을 알 수 있다. 또한, 수학식 46에서 사용되는 파라미터 값은 Lεd, Lεq를 제외한 모든 수는 고정된 파라미터이며, Lεd, Lεq의 값만 변수에 해당한다.
Equation (46) is an MTPA type in which mutual inductance is taken into consideration, and it can be seen that there is a difference from Equation (39) which does not take into account the above mutual inductance. In addition, parameter values used in the equation 46 is any number other than the L εd, εq L is a fixed parameter, and corresponds to the value of the variable L εd, L εq.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 상호 인덕턴스 추정방법에 대해 설명하도록 한다. 상호 인덕턴스를 추정하기 위해서는 모터의 인덕턴스 비선형 특성을 고려하여야 한다. 비선형 특성에 대한 식은 앞서 언급한 수학식 1과 수학식 40을 이용하여 상호 간섭성분에 대한 항들을 모두 역기전력 항으로 이항을 시켜 정리를 하면 다음과 같은 수학식 47로 정리가 된다. Hereinafter, a mutual inductance estimation method according to an embodiment of the present invention will be described. To estimate the mutual inductance, the inductance nonlinear characteristics of the motor should be considered. The nonlinear characteristics can be summarized by Equation (47) as follows: Equation (1) and Equation (40) are used to rearrange all the terms of the mutual interference component in terms of the back electromotive force.

[수학식 47]&Quot; (47) &quot;

Figure pat00053
Figure pat00053

여기서 역기전력 성분은 다음의 수학식 48과 같다. Here, the counter electromotive force component is expressed by the following equation (48).

[수학식 48]&Quot; (48) &quot;

Figure pat00054
Figure pat00054

수학식 47에 나타난 바와 같이, 역기전력 성분으로 간섭성분을 모두 넣어서 정리하면, 수학식 48이 된다. 이러한 역기전력 성분을 확장유기전압이라고 칭하여, 확장유기전압을 추정하게 되면 상호 간섭 성분에 대해서 알 수 있는 결론이 나오게 된다. As shown in Expression 47, when all the interference components are included in the back electromotive force component, the following Expression 48 is obtained. This back electromotive force component is referred to as an extended induced voltage, and when the extended induced voltage is estimated, a conclusion can be drawn about the mutual interference component.

즉, 수학식 48의 확장유기전압을 추정한다면 이를 이용하여 간섭성분으로 다시 쓸 수 있다. That is, if the extended induced voltage of Equation (48) is estimated, it can be rewritten as an interference component.

[수학식 49]&Quot; (49) &quot;

Figure pat00055
Figure pat00055

또는or

Figure pat00056
Figure pat00056

[수학식 50](50)

Figure pat00057
Figure pat00057

또는or

Figure pat00058
Figure pat00058

추정한 확장유기전압을 사용하여 구한 상호 간섭성분의 인덕턴스 값은 수학식 49와 수학식 50으로 나타나게 된다. 결과적으로 이러한 확장유기전압을 추정하여야 한다. The inductance values of the mutual interference components obtained by using the estimated extended electromotive voltage are expressed by Equations (49) and (50). As a result, these extended induced voltages must be estimated.

확장유기전압을 추정하기 위해 식을 정리하면 다음과 같다. The formula for estimating the extended organic voltage is summarized as follows.

[수학식 51]&Quot; (51) &quot;

Figure pat00059
Figure pat00059

수학식 51은 일반전압방정식에서 d축 전류에 대해 정리한 식이다. 이러한 수학식 51을 이용하여 가상전류모델을 만들게 된다. Equation (51) is an equation summarized for the d-axis current in the general voltage equation. Using this equation (51), a virtual current model is created.

[수학식 52](52)

Figure pat00060
Figure pat00060

수학식 52는 수학식 51에서 보여지는 식과 같은 형태이며, 전압과 q축 전류는 동일한 값을 사용하며, 확장유기전압성분은 가상 모델을 사용하게 된다. 결과적으로 수학식 51과 수학식 52를 이용하여 확장유기전압의 값을 추정하게 된다. Equation (52) is the same as the equation shown in Equation (51), the voltage and the q-axis current use the same value, and the extended organic voltage component uses the virtual model. As a result, the value of the extended induced voltage is estimated using Equations (51) and (52).

[수학식 53]&Quot; (53) &quot;

Figure pat00061
Figure pat00061

결과적으로 실제 d축 전류와 가상으로 만든 모델 전류를 PI제어기를 통하여 오차가 0으로 수렴하게 하면 확장유기전압의 값을 구할 수 있다. As a result, when the error converges to 0 through the PI controller, the value of the extended induced voltage can be obtained.

[수학식 54](54)

Figure pat00062
Figure pat00062

수학식 54는 수학식 51과 같은 방법으로 진행하게 되며, 이 부분은 q축 전류와 전압을 이용하여 q축의 확장유기전압 값을 추정해 내는 식에 해당한다. Equation (54) proceeds in the same manner as Equation (51), which corresponds to a formula for estimating the extended induced voltage value of the q-axis using the q-axis current and the voltage.

[수학식 55](55)

Figure pat00063
Figure pat00063

모델전류와 모델 확장유기전압의 값은 수학식 55와 같으며, 결과적으로 확장유기전압의 값은 이하의 수학식 56에 해당한다. The values of the model current and the model extension induced voltage are as shown in Equation (55). As a result, the value of the extended induced voltage corresponds to Equation (56) below.

[수학식 56]&Quot; (56) &quot;

Figure pat00064
Figure pat00064

도 8은 수학식 53과 수학식 56을 기준으로 제어블록을 도시한 것이다. 도 8에서 추정하는 확장유기전압을 사용하여, 수학식 49와 수학식 50을 이용하여 상호 인덕턴스값을 추정하게 된다. FIG. 8 shows a control block on the basis of equations (53) and (56). The mutual inductance value is estimated using Equation (49) and Equation (50) using the extended induced voltage estimated in Fig.

이하에서는 앞서 언급한 상호 인덕턴스의 추정을 이용한 토크제어방법에 대해 설명하도록 한다. 영구자석 전동기의 제어방식으로 제안된 방법 중에 직접 토크 제어 방식이 있다. 직접 토크 제어방식의 목표는 V/F 제어방식의 장점인 간단한 제어기 구성, 전동기 제어정수에 대한 강인성을 벡터 제어방식의 장점인 뛰어난 토크 제어 성능에 결합시키고자 하는 것이다. Hereinafter, the torque control method using the aforementioned mutual inductance estimation will be described. Among the proposed methods for controlling the permanent magnet motor, there is a direct torque control method. The goal of the direct torque control method is to combine the simplicity of the controller configuration, which is the advantage of the V / F control method, and the robustness of the motor control constant to the excellent torque control performance, which is an advantage of the vector control method.

이 방식은 1984년 일본의 Takahashi와 Noguchi가, 거의 같은 시기인 1985년 독일의 Depenbrock에 의해서 처음으로 제안된 방식이며 초기 유도 전동기에 적용되었고, 이후 Rahman, Morimoto 등에 의해 영구자석 계열전동기에 적용이 되었다. This method was first proposed by Takahashi and Noguchi of Japan in 1984 by Depenbrock in Germany in 1985, almost the same time, and was applied to early induction motors and then applied to permanent magnet type motors by Rahman and Morimoto .

직접 토크 제어 방식 중 대표적인 제어법을 설명하면, 고정자 자속과 토크를 제어함에 있어서 매 샘플링 주기마다 실제 값과 지령치를 비교하여 가장 제어오차를 최소화하는 적절한 인버터 전압벡터를 선정하여 출력하는 방식으로, 출력전압의 결정에 PWM 방식을 사용하지 않고 자속과 토크가 각각 직접적으로 제어된다. 원리상, 토크를 증가시키기 위해서는 유효전압 벡터의 빈도수를 늘려 출력하고 감소시키기 위해서는 영 전압벡터의 빈도수를 늘려 토크를 감소시키게 된다. 또한, 자속의 크기는 고정자 자속 벡터와 인접한 유효 전압 벡터 중 자속을 증가 또는 감소시키는 전압벡터를 선정하여 제어한다. 출력 전압과 전류의 크기는 간접적으로 제어된다. A typical control method of the direct torque control method will be described. In controlling the stator flux and torque, a proper inverter voltage vector is selected and output in order to minimize the control error by comparing the actual value and the set value at every sampling period. The magnetic flux and the torque are directly controlled without using the PWM method. In principle, in order to increase the torque, in order to increase the frequency of the effective voltage vector to output and decrease, the frequency of the zero voltage vector is increased to reduce the torque. The magnitude of the magnetic flux is controlled by selecting a voltage vector that increases or decreases the magnetic flux among the effective voltage vectors adjacent to the stator magnetic flux vector. The magnitude of the output voltage and current is indirectly controlled.

직접 토크제어 방식은 매 주기 마다, 히스테리시스 비교기와 고정자 자속의 공간적인 위치만으로 인버터 전압벡터를 결정하고 제어기에 의한 지연 없이 전압을 출력하므로 토크의 응답성이 매우 빠르다는 장점을 가지고 있다. 따라서 급작스러운 부하의 변동이나 순간적인 지령의 변동 등에 대한 응답특성이 우수하다. 이때 히스테리시스 비교기는 지령 값과 실제 값 사이의 크기를 비교하며 자속 및 토크의 리플 크기는 히스테리시스 진폭에 의해 결정된다. The direct torque control method has an advantage that the response of the torque is very fast because the inverter voltage vector is determined only by the spatial position of the hysteresis comparator and the stator flux at every cycle and the voltage is output without delay by the controller. Therefore, the response characteristics against abrupt load fluctuations and instantaneous command fluctuations are excellent. At this time, the hysteresis comparator compares the magnitude between the command value and the actual value, and the magnitude of the flux and torque ripple is determined by the hysteresis amplitude.

직접 토크 제어 방식은 벡터제어 방식에 비해 그 구조가 매우 단순하여 고정자 좌표계에서 회전자 좌표계로의 좌표축 변환을 필요로 하지 않고, 전동기 제어정수에 대한 의존성이 적으며, 또한 공간 벡터 상에서 현재 고정자 자속의 위치가, 60° 간격으로 정의된 6 개의 섹터들 중 어느 섹터에 속하는가의 정보와 자속의 절대크기만으로도 자속을 제어할 수 있으므로 벡터제어에 비해 정밀한 자속 정보를 필요로 하지 않는다. The direct torque control method has a simpler structure than the vector control method and does not require the coordinate axis conversion from the stator coordinate system to the rotor coordinate system. The direct torque control method has a small dependence on the motor control constant, Since the magnetic flux can be controlled only by the absolute position of the magnetic flux and the information of the position belonging to which sector among the six sectors defined at the intervals of 60 degrees, accurate magnetic flux information is not required compared with the vector control.

따라서 DTC는 비교적 간단한 하드웨어로도 구현이 가능하고 토크 제어 특성이 전동기 제어정수의 변화에 크게 영향을 받지 않는 장점이 있다. 이상과 같은 직접 토크 제어 방식의 장점을 활용하기 위해서는 여러 가지 개선해야 할 문제점도 있다. Therefore, the DTC can be implemented with comparatively simple hardware, and the torque control characteristic is advantageous in that it is not greatly influenced by the change of the motor control constant. In order to utilize the advantage of the direct torque control method as described above, there are various problems to be improved.

즉, 기동 시 또는 저속운전에서 큰 토크리플을 발생하기가 쉽고, 다른 영역에서도 PWM 방식에 비해 토크 리플이 비교적 크다. 또한 인버터의 설계에 중요한 변수 중의 하나인 스위칭 주파수가 히스테리시스 비교기의 진폭에 의해 큰 영향을 받고 다른 요소에 의해서도 변화한다는 점 등의 문제점이 있다. 특히 스위칭 주파수는 히스테리시스 비교기의 진폭에 따라 조절되지만 동일 진폭을 유지하고 운전하여도 전동기의 운전주파수 및 부하상황에 따라서도 스위칭 주파수가 변화하게 된다. That is, it is easy to generate a large torque ripple at the time of starting or at a low speed, and the torque ripple is relatively large in the other regions as compared with the PWM system. In addition, there is a problem that switching frequency, which is one of the important variables in the design of the inverter, is greatly influenced by the amplitude of the hysteresis comparator and varies with other factors. In particular, although the switching frequency is controlled according to the amplitude of the hysteresis comparator, the switching frequency varies depending on the operation frequency and load condition of the motor even if the same amplitude is maintained and operated.

보통의 토크 제어의 방식에서는 DTC와 같이 스위칭 함수를 테이블화 하는 것과 전류지령 값을 참조표 방식을 사용하여 보상하는 방식이 주로 사용되고 있다. 하지만 모든 모터의 부하실험에는 제약이 많이 따르며, 많은 실험으로 오차를 보완해 가는 작업을 해야 한다.In the normal torque control method, like the DTC, the switching function is tabulated and the current command value is compensated by using the reference table method. However, there are many restrictions on the load test of all the motors, and it is necessary to compensate the error by many experiments.

따라서 본 발명의 일실시예에서는 앞서 언급한 추정한 상호 인덕턴스 값을 사용하여 토크 값을 계산하고, 토크 제어를 한다. Accordingly, in one embodiment of the present invention, the torque value is calculated using the estimated mutual inductance value and torque control is performed.

본 발명의 일실시예에 따른 추정한 상호 인덕턴스 값에서 토크제어를 하기 위해서 상호인덕턴스 성분을 고려한 토크 식으로 다시 정리하여야 한다. 그러기 위해선 이하의 수학식 57을 정리하면, 전체의 에너지에서 기계적인 에너지 부분은 3번째 항이 되며, 이 부분을 토크로 표현하면 이하의 수학식 58과 같아지게 된다. In order to control the torque at the estimated mutual inductance value according to an embodiment of the present invention, the torque inequality should be rearranged into a torque equation considering mutual inductance components. In order to do so, the following equation (57) is summarized, and the mechanical energy portion in the total energy becomes the third term, and the torque energy is expressed by the following equation (58).

[수학식 57]&Quot; (57) &quot;

Figure pat00065
Figure pat00065

[수학식 58]Equation (58)

Figure pat00066
Figure pat00066

수학식 58에서 구한 토크를 사용하여 토크 제어를 하게 된다. 추정한 토크를 사용하여 I제어기를 구성하면 속응성에 문제가 생긴다. 그래서 이 문제를 해결하기 위하여, 기존에 상호인덕턴스가 고려되지 않는 부분의 수학식 25를 통하여 전향 보상을 하게 된다. 이 의미는 상호인덕턴스에 의한 토크 부분에 대해서만 I제어기를 사용하여 토크 오차를 보상한다는 것이다. 도 9는 I제어기의 구성이 나타낸 토크제어 블록도를 도시한 것이다.
The torque obtained by the equation (58) is used to control the torque. When I controller is constructed using the estimated torque, there is a problem in responsiveness. Therefore, in order to solve this problem, the forward compensation is performed through the equation (25) where the mutual inductance is not considered. This means that the I controller is used to compensate for the torque error only for the torque portion due to mutual inductance. 9 shows a torque control block diagram showing the configuration of the I controller.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한 것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. It is to be understood that such modified embodiments are within the scope of protection of the present invention as defined by the appended claims.

Claims (4)

매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM)의 토크를 제어하기 위한 장치에 있어서,
토크 지령값에 따라 d축 상호인덕턴스 값과, q축 상호인덕턴스 값을 추정하는 상호인덕턴스 추정부;
상기 상호인덕턴스 추정부에서 추정한 상호인덕턴스 추정값을 기반으로 토크제어값을 추정하는 토크값 추정부;
상기 토크값 추정부에서 추정한 추정된 토크제어값을 기반으로 d축 전류지령값과 q축 전류지령값을 생성하는 d-q축 전류지령값 생성부; 및
상기 d-q축 전류지령값 생성부에서 생성한 전류지령값을 기반으로 상기 IPMSM에 전류값을 인가하여 상기 IPMSM의 토크를 제어하는 전류제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호 인덕턴스 추정을 이용한 토크 제어장치.
An apparatus for controlling torque of a permanent magnet synchronous motor (IPMSM)
A mutual inductance estimating unit for estimating a d-axis mutual inductance value and a q-axis mutual inductance value according to the torque command value;
A torque value estimator for estimating a torque control value based on the mutual inductance estimated value estimated by the mutual inductance estimating unit;
A dq axis current command value generator for generating a d axis current command value and a q axis current command value based on the estimated torque control value estimated by the torque value estimator; And
And a current controller for controlling the torque of the IPMSM by applying a current value to the IPMSM based on the current command value generated by the dq axis current command value generator.
제 1항에 있어서,
상기 전류지령 생성부는 상호인덕턴스를 고려한 단위전류당 최대토크(MTPA)제어 기법을 적용하여 이하의 수학식 1에 의해 전류지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 상호 인덕턴스 추정을 이용한 토크 제어장치:
[수학식 1]
Figure pat00067

The method according to claim 1,
Wherein the current command generator generates a current command value by the following Equation (1) by applying a maximum torque (MTPA) control technique per unit current in consideration of mutual inductance: &lt; EMI ID = 1.0 &gt;
[Equation 1]
Figure pat00067

제 2항에 있어서,
상기 상호 인덕턴스 추정값은 이하의 수학식 2 또는 수학식 3에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 상호 인덕턴스 추정을 이용한 토크 제어장치:
[수학식 2]
Figure pat00068

[수학식 3]
Figure pat00069

Figure pat00070
3. The method of claim 2,
Wherein the mutual inductance estimation value is determined by the following equation (2) or (3): &lt; EMI ID = 1.0 &gt;
&Quot; (2) &quot;
Figure pat00068

&Quot; (3) &quot;
Figure pat00069

Figure pat00070
제 3항에 있어서,
상기 토크 추정값은 이하의 수학식 4에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 상호 인덕턴스 추정을 이용한 토크 제어장치:
[수학식 4
Figure pat00071
The method of claim 3,
Wherein the torque estimation value is determined by the following equation (4): &lt; EMI ID = 4.0 &gt;
[Equation 4]
Figure pat00071
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