KR20180038656A - 교류전동기의 회전자 위치보정 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

교류전동기의 회전자 위치보정 방법 및 그 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 방법은 교류전동기의 회전자의 적어도 두 개의 속도에서 측정된 위치보정값을 기초로 전속도 구간에 대한 위치보정 테이블을 작성하는 단계; 회전자의 위치 및 속도를 측정하는 단계; 및 측정된 회전자의 속도에 대응하는 위치보정값을 위치보정 테이블로부터 결정하여 회전자의 위치를 보정하는 단계;를 포함한다.

Description

교류전동기의 회전자 위치보정 방법 및 그 장치{Method and apparatus for compensating rotator position of AC motor}
본 발명은 교류전동기에 관한 것으로, 특히, 속도에 따른 지연요소에 의한 회전자의 위치 오차를 보정할 수 있는 교류전동기의 회전자 위치보정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 교류전동기는 회전자의 위치를 검출하여 이를 기초로 출력을 제어한다. 이때, 교류전동기의 회전자 축에 취부된 위치 센서의 출력은 제어기에서 사용되는 위치 정보와 차이가 발생할 수 있다.
여기서, 해당 위치의 성분은 초기각 오프셋으로 명명되며, 이러한 성분은 위치 센서와 인버터가 연결된 이후에 보정해야 한다. 잘못된 초기각 오프셋을 갖는 경우 해당 성분에 해당하는 토크 성분에 의해 교류전동기의 출력 성능이 저하된다.
또한, 미회전시 정확한 초기각 오프셋을 갖는 경우에도 교류전동기가 고속 회전하면 센서 출력의 지연성분 또는 저역통과 필터와 같은 전처리의 지연성분 때문에 오차 성분이 발생될 수 있어 교류전동기의 출력 성능에 악영향을 줄 수 있다.
따라서, 교류전동기의 출력 성능을 향상시키기 위해 초기각 오프셋을 보정하는 방안들이 제시되고 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 초기각 오프셋 보정은 특정 속도에서만 초기각 오프셋 성분을 보정하기 때문에, 이외의 다른 속도에서는 회전자의 속도에 따른 센서의 지연성분 및 전처리의 지연성분이 달라져 회전자의 위치 오차성분을 정확하게 보정하지 못하는 문제점이 있다.
KR 2016-0046871 A
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 센서 출력의 지연성분에 의한 회전자의 위치 오차를 보정할 수 있는 교류전동기의 회전자 위치보정 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 교류전동기의 회전자의 적어도 두 개의 속도에서 측정된 위치보정값을 기초로 전속도 구간에 대한 위치보정 테이블을 작성하는 단계; 상기 회전자의 위치 및 속도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 회전자의 속도에 대응하는 위치보정값을 상기 위치보정 테이블로부터 결정하여 상기 회전자의 위치를 보정하는 단계;를 포함하는 교류전동기의 회전자 위치보정 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 작성하는 단계는, 상기 회전자의 제1속도에서 제1위치보정값을 산출하는 단계; 상기 제1속도보다 큰 제2속도에서 제2위치보정값을 산출하는 단계; 상기 산출된 제1위치보정값 및 제2위치보정값을 기초로 상기 회전자의 전속도 범위에서 위치보정값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 상기 회전자의 속도별 위치보정값을 테이블화하여 저장하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 위치보정값을 산출하는 단계는 상기 제1속도와 상기 제2속도 사이의 속도 구간에 대하여 선형보간법(linear interpolation)에 의해 해당 속도에 대한 위치보정값을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 위치보정값을 산출하는 단계는 상기 제1속도보다 작고, 상기 제2속도보다 큰 속도 구간에 대하여 선형외삽법(linear extrapolation)에 의해 해당 속도에 대한 위치보정값을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1위치보정값을 산출하는 단계 및 상기 제2위치보정값을 산출하는 단계는 상기 교류전동기의 고정자 전류가 0A인 상태(id = 0, iq = 0)에서 상기 고정자의 d축 전압이 0(vd =0)인 시점의 회전자의 위치에 따른 위치보정값을 해당 속도의 위치보정값으로 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 교류전동기의 회전자의 적어도 두 개의 속도에서 측정된 위치보정값을 기초로 전속도 구간에 대하여 작성된 위치보정 테이블이 저장된 저장부; 전류감지부 및 위치/속도 감지부에서 측정된 상기 회전자의 위치 및 속도를 전처리하는 전처리부; 및 상기 측정된 회전자의 속도에 대응하는 위치보정값을 상기 위치보정 테이블로부터 결정하여 상기 회전자의 위치를 보정하는 위치보정부;를 포함하는 교류전동기의 회전자 위치보정 장치가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 위치보정값 테이블은 상기 회전자의 제1속도에서 제1위치보정값을 산출하고, 상기 제1속도보다 큰 제2속도에서 제2위치보정값을 산출하며, 상기 산출된 제1위치보정값 및 제2위치보정값을 기초로 상기 회전자의 전속도 범위에서 위치보정값을 산출하고, 상기 산출된 상기 회전자의 속도별 위치보정값을 테이블화하여 상기 저장부에 저장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1속도와 상기 제2속도 사이의 속도 구간은 선형보간법(linear interpolation)에 의해 위치보정값이 산출될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1속도보다 작고, 상기 제2속도보다 큰 속도 구간은 선형외삽법(linear extrapolation)에 의해 위치보정값이 산출될 수 있다.
일 실시예에서, 해당 속도에 따른 상기 위치보정값은 상기 교류전동기의 고정자 전류가 0A인 상태(id = 0, iq = 0)에서 상기 고정자의 d축 전압이 0(vd =0)인 시점의 회전자의 위치에 따른 초기각 오프셋일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교류전동기의 회전자 위치보정 장치는 상기 산출된 위치보정값을 이용하여 상기 회전자의 위치를 연산하는 위치연산부; 상기 연산된 회전자의 위치에 따라 상기 전동기의 출력 제어를 위한 제어값을 결정하는 제어부; 및 상기 결정된 제어값에 따라 상기 전동기의 제어 전압을 변경하는 전동기출력부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 방법 및 그 장치는 회전자의 위치 오차 성분을 미리 측정하여 위치보정 테이블을 작성하여 저장하고 회전자 위치 연산시를 이를 이용함으로써, 센서 출력의 지연성분에 의한 회전자의 위치 오차를 보정할 수 있으므로 넓은 속도 범위에서 교류전동기의 출력 성능을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 속도에 따른 회전자의 위치 오차 성분을 오프라인 측정 방식으로 측정함으로써, 온라인 방식 대비 동특성이 우수하면서도 간단한 방식으로 회전자의 위치를 보정하여 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 지연성분을 속도에 따라 보상함으로써, 토크 오차가 발행되지 않아 토크 출력 특성 및 정밀도를 향상시킬 수 있는 동시에 약자속 제어 성능을 향상하여 고속시 제어 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 장치를 포함하는 하이브리드 차량의 주요 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 방법의 순서도이다.
도 4는 도 3에서 위치보정 테이블을 작성하는 단계의 세부 순서도이다.
도 5는 회전자의 위치 오차가 발생한 경우 자속축의 전압이 변형됨을 나타내는 그래프이다.
도 6은 회전자의 위치 오차가 발생한 경우 자속축의 전류가 변형됨을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 방법에서 위치보정 테이블을 작성하는 예를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 장치를 포함하는 하이브리드 차량의 주요 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 장치를 포함하는 하이브리드 차량(10)은 교류전동기(11), 전류감지부(12), 위치/속도 감지부(13) 및 전자제어장치(14)를 포함한다.
이러한 하이브리드 차량은 엔진과 모터-발전기가 벨트를 통하여 연동하는 BSG 시스템일 수 있다.
교류전동기(11)는 벨트를 통하여 엔진과 연동하며, 스타트 모터와 교류 전압을 발전할 수 있는 발전기로서 기능할 수 있다. 일례로, 교류전동기(11)는 3상 동기 전동기일 수 있다.
전류감지부(12)는 교류전동기(11)와 인버터 사이에 배치되어 직렬로 배치되어 교류전동기(11)의 고정자의 전류를 감지한다. 이러한 전류감지부(12)는 전류 센서일 수 있다.
위치/속도 감지부(13)는 교류전동기(11)의 회전자 측에 장착되어 회전자의 속도 및 위치를 감지한다. 이러한 위치/속도 감지부(13)는 홀 센서, 레졸버(Resolver), 또는 회전식 엔코더(rotary encoder)일 수 있다.
전자제어장치(14)는 전류감지부(12) 및 위치/속도 감지부(13)에 의해 교류전동기(11)의 구동 상태를 감지하고 이를 기초로 교류전동기(11)를 제어한다. 일례로 이러한 전자제어장치(14)는 ECU일 수 있다.
이러한 전자제어장치(14)는 교류전동기(11)의 회전자의 속도에 따라 변화하는 초기각 오프셋(variable offset)을 위치보정 테이블로부터 산출하여 보정할 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 장치(100)는 전처리부(110), 위치보정부(120) 및 저장부(130)를 포함한다. 이러한 교류전동기의 회전자 위치보정 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같은 전자제어장치(14)에 의해 구현될 수 있다.
전처리부(110)는 전류감지부(12) 및 위치/속도 감지부(13)에서 측정된 교류전동기(11)의 회전자의 위치 및 속도를 전처리한다. 여기서, 전처리는 측정된 정보에서 잡음을 제거하는 것이다. 일례로, 전처리부(110)는 저역통과 필터일 수 있다.
위치보정부(120)는 전처리부(110)부에서 전처리된 회전자의 속도에 대응하여 위치보정값을 저장부(130)에 저장된 위치보정 테이블로부터 결정하여 교류전동기(11)의 회전자의 위치 정보를 보정한다.
즉, 위치보정부(120)는 위치/속도 감지부(13)에서 감지된 현재의 회전자 속도에 따른 초기각 오프셋을 보정하기 위한 위치보정값을 사전 제작된 위치보정 테이블에서 검색하여 결정할 수 있다.
여기서, 교류전동기(11)의 제어에 사용되는 회전자 위치 정보(θ)는 하기의 수학식 1과 같이 3가지 성분으로 구분한다.
Figure pat00001
여기서, θ_position sensor는 위치/속도 감지부(13)의 출력값, θ_offset static은 위치/속도 감지부(13)의 출력값과 제어기의 기준각도와의 차이 성분, 및 θ_offset variable은 지연요소에 의한 각도 변동 성분이다.
이때, θ_offset static은 고정된 값으로 교류전동기(11)의 설계에 따라 결정되며, θ_position sensor는 교류전동기(11)의 회전자의 현재의 속도에 의해 결정되고, θ_offset variable은 위치/속도 감지부(13)의 출력값을 전처리하는 전처리부(110)에 의한 지연과 위치/속도 감지부(13) 자체의 전파 지연(propagation delay)에 의해 결정된다.
따라서, 특정 속도에서의 위치 오차(θ_error)는 θ_offset static과 θ_offset variable의 합에 해당된다. 여기서, θ_offset static은 고정적인 값이며, θ_offset variable은 교류전동기(11)의 회전자의 속도에 따라 변한다.
결과적으로 교류전동기(11)를 제어한 정확한 회전자의 위치 정보를 산출하기 위해서는 위치/속도 감지부(13)에서 측정된 해당 속도에 해당하는 θ_offset variable에 대한 보정이 요구된다.
본 발명에서는 이러한 속도별로 변하는 지연요소에 의한 각도 변동 성분(θ_offset variable)을 사전에 위치보정 테이블로 제작하여 저장하고 실제 제어시 이를 참조하여 위치보정값을 산출한다.
저장부(130)는 교류전동기(11)의 회전자의 속도별 위치보정값을 갖는 위치보정 테이블이 저장된다. 여기서, 위치보정 테이블은 교류전동기(11)의 회전자의 적어도 두 개의 속도에서 측정된 위치보정값을 기초로 전속도 구간에 대하여 작성된 것이다.
상기 위치보정값 테이블은 교류전동기(11)의 회전자의 제1속도(w1)에서 제1위치보정값(θcomp1)을 산출하고, 제1속도(w1)보다 큰 제2속도(w2)에서 제2위치보정값(θcomp2)을 산출하며, 산출된 제1위치보정값(θcomp1) 및 제2위치보정값(θcomp2)을 기초로 상기 회전자의 전속도 범위에서 위치보정값을 산출하고, 상기 산출된 회전자의 속도별 위치보정값을 테이블화한 것이다.
여기서, 3상 동기 전동기의 동기 좌표계 전압 방정식은 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서, vd 및 vq는 각각 동기 좌표계 상에서 고정자의 d축 및 q축의 전압이고, id 및 iq는 각각 d축 및 q축의 전류이며, Rs는 저항, Ld 및 Lq는 각각 d축 및 q축의 인덕턴스, p는 시간에 대한 미분 연산자(d/dt), ωr은 회전자의 속도, φf는 교쇄자속수이다.
이때, 속도가 0이 아니고, id, iq가 0인 경우를 가정하면 하기의 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
수학식 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 교류전동기(11)의 전압을 확인하면 정확한 회전자의 위치(θ)를 결정할 수 있다.
따라서, 제1속도(w1) 및 제2속도(w2)에서 위치보정값은 교류전동기(11)의 고정자 전류가 0A인 상태(id = 0, iq = 0)에서 고정자의 d축 전압이 0(vd =0)인 시점의 회전자의 위치에 따른 초기각 오프셋일 수 있다.
이러한 위치보정 테이블에서, 제1속도(w1)와 제2속도(w2) 사이의 속도 구간은 선형보간법에 의해 위치보정값이 산출되고, 제1속도(w1)보다 작거나 제2속도(w2)보다 큰 속도 구간은 선형외삽법에 의해 위치보정값이 산출될 수 있다.
이러한 교류전동기의 회전자 위치보정 장치(100)는 위치연산부(140), 제어부(150) 및 전동기출력부(160)를 더 포함할 수 있다.
위치연산부(140)는 위치보정부(120)에 의해 산출된 현재 속도에 따른 위치보정값을 이용하여 교류전동기(11)의 회전자의 위치를 연산할 수 있다.
제어부(150)는 위치연산부(140)에서 연산된 회전자의 위치에 따라 교류전동기(11)의 출력 제어를 위한 제어값을 결정하여 전동기출력부(160)로 전송할 수 있다.
전동기출력부(160)는 제어부(150)에서 결정된 제어값에 따라 교류전동기(11)의 제어 전압을 변경함으로써, 교류전동기(11)의 출력을 제어할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 장치(100)는 센서 출력의 지연성분에 의한 회전자의 위치 오차를 보정할 수 있으므로 넓은 속도 범위에서 교류전동기의 출력 성능을 개선할 수 있고, 온라인 방식 대비 동특성이 우수하면서도 간단한 방식으로 회전자의 위치를 보정하여 제어 성능을 향상시킬 수 있으며, 토크 오차가 발행되지 않아 토크 출력 특성 및 정밀도를 향상시킬 수 있는 동시에 약자속 제어 성능을 향상하여 고속시 제어 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 교류전동기의 회전자 위치보정 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 방법의 순서도이고, 도 4는 도 3에서 위치보정 테이블을 작성하는 단계의 세부 순서도이며, 도 5는 회전자의 위치 오차가 발생한 경우 자속축의 전압이 변형됨을 나타내는 그래프이고, 도 6은 회전자의 위치 오차가 발생한 경우 자속축의 전류가 변형됨을 나타내는 그래프이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 교류전동기의 회전자 위치보정 방법에서 위치보정 테이블을 작성하는 예를 나타낸 그래프이다.
교류전동기의 회전자 위치보정 방법(300)은 위치보정 테이블을 작성하는 단계(S310), 회전자의 위치 및 속도를 측정하는 단계(S320), 및 현재 속도에 따른 위치 보정하는 단계(S330)를 포함한다.
보다 상세히 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 교류전동기(11)의 회전자의 적어도 두 개의 속도에서 측정된 위치보정값을 기초로 전속도 구간에 대한 위치보정 테이블을 작성한다(단계 S310).
이러한 위치보정 테이블을 작성하는 단계는 도 4를 참조하여 더 상세하게 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 교류전동기(11)의 회전자의 제1속도(w1)에서 제1위치보정값(θcomp1)을 산출할 수 있다(단계 S311).
여기서, 교류전동기(11)의 회전자에 대한 초기각 오프셋에 의한 위치 오차(θerror)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 차속축의 전류 및 전압에 변형을 초래하여 출력 토크가 변형되고, 따라서, 출력 토크가 변형되어 제어의 안정성이 저하될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 교류전동기(11)의 회전자의 위치 오차가 없는 경우(a)에는 교류전동기(11)의 고정자의 d축 전압(vd)만 나타나지만, 교류전동기(11)의 회전자의 위치 오차가 θerror 만큼 발생한 경우에는(b), 교류전동기(11)의 동기 좌표계에서 θerror 만큼 변형되어 교류전동기(11)의 고정자의 d축 및 q축 전압(vd, vq)은 모두 변형된다.
즉, 교류전동기(11)의 회전자의 위치 오차가 없는 경우(도 5에서 (a) 참조)에는 교류전동기(11)의 고정자의 전압 방정식은 상기의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
그러나, 교류전동기(11)의 회전자의 위치 오차(θerror)가 있는 경우(도 5에서 (b) 참조)에는 교류전동기(11)의 고정자의 전압 방정식은 하기의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
아울러, 도 6에 도시된 바와 같이, 교류전동기(11)의 회전자의 위치 오차가 없는 경우(a), 전류(id, iq)가 각 축과 동상으로 나타나지만, 교류전동기(11)의 회전자의 위치 오차가 θerror 만큼 발생한 경우에는(b), 교류전동기(11)의 동기 좌표계에서 θerror 만큼 변형되어 전류(id, iq)가 d축 및 q축과 동상으로 나타나지 않는다. 이때, 실제 전류와 크기 성분의 차이가 발생하여 출력 토크가 변형된다. 즉, 자속축의 전류가 변형되어 제어의 안정성이 저하될 수 있다.
즉, 교류전동기(11)의 회전자의 위치 오차가 없는 경우(도 5에서 (a) 참조)에는 교류전동기(11)의 고정자의 전류에 의한 토크는 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
그러나, 교류전동기(11)의 회전자의 위치 오차(θerror)가 있는 경우(도 5에서 (b) 참조)에는 교류전동기(11)의 고정자의 전류에 의한 토크(T)는 하기의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00006
여기서, id' 및 iq'는 각각 교류전동기(11)의 회전자의 위치 오차(θerror)에 따른 고정자의 d축 및 q축의 전류이다.
따라서, 제어의 안정성을 위하여 교류전동기(11)의 회전자의 초기각 오프셋을 보정해야한다.
이때, 회전자의 속도 및 위치에 따른 초기각 오프셋을 측정하여 제1위치보정값(θcomp1)을 산출할 수 있다.
일례로, 제1속도(w1)에서, 교류전동기(11)의 고정자 전류가 0A인 상태(id = 0, iq = 0)에서 상기 고정자의 d축 전압이 0(vd =0)인 시점의 회전자의 위치에 따른 초기각 오프셋을 측정하고 이를 제1속도(w1)에 대한 제1위치보정값(θcomp1)으로 산출할 수 있다.
다음으로, 교류전동기(11)의 회전자의 제2속도(w2)에서 제2위치보정값(θcomp2)을 산출할 수 있다(단계 S312). 여기서, 제2속도(w2)는 제1속도(w1)보다 큰 값일 수 있다. 이때, 회전자의 속도 및 위치에 따른 초기각 오프셋을 측정하여 제2위치보정값(θcomp2)을 산출할 수 있다.
일례로, 제2속도(w2)에서, 교류전동기(11)의 고정자 전류가 0A인 상태(id = 0, iq = 0)에서 상기 고정자의 d축 전압이 0(vd =0)인 시점의 회전자의 위치에 따른 초기각 오프셋을 측정하고 이를 제2속도(w2)에 대한 제2위치보정값(θcomp2)으로 산출할 수 있다.
다음으로, 제1위치보정값(θcomp1) 및 제2위치보정값(θcomp2)을 기초로 교류전동기(11)의 회전자의 전속도 범위에서 위치보정값을 산출할 수 있다(단계 S313).
여기서, 교류전동기(11)의 회전자에 대한 초기각 오프셋은 속도에 따라 비례하기 때문에 제1속도(w1) 및 제2속도(w2) 이외의 속도 구간에서는 제1위치보정값(θcomp1) 및 제2위치보정값(θcomp2)에 대하여 선형적으로 변화하는 것으로 예측할 수 있다.
일례로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1속도(w1)와 제2속도(w2) 사이의 속도 구간에 대하여 선형보간법(linear interpolation)에 의해 해당 속도에 대한 위치보정값을 산출할 수 있다.
즉, 도 7의 그래프에서 제1속도(w1)와 제2속도(w2)를 연결하는 직선에 의해 해당 속도 구간에 대한 위치보정값을 산출할 수 있다. 위치보정값은 회전자의 전체 속도 범위 내에서 선형이기 때문에 제1속도(w1)와 제2속도(w2)는 특정한 값으로 한정되지 않지만, 전체 속도 구간의 1/3, 2/3 크기의 속도에서 위치보정값을 산출하는 것이 바람직하다.
아울러, 제1속도(w1)보다 작은 속도 구간 및 제2속도(w2)보다 큰 속도 구간에 대하여 선형외삽법(linear extrapolation)에 의해 해당 속도에 대한 위치보정값을 산출할 수 있다.
즉, 도 7의 그래프에서, 제1속도(w1) 및 제2속도(w2)에서 각각 연장하는 직선에 의해 제1속도(w1) 이하 및 제2속도(w2) 이하의 속도 구간에 대한 위치보정값을 산출할 수 있다. 여기서, 두 개의 속도(w1,w2)에 의해 전체 구간을 산출하는 경우, 실질적으로 제1속도(w1)와 제2속도(w2) 사이의 선형보간법에 의해 산출되는 직선을 연장함으로써 다른 구간에 대한 위치보정값을 산출할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제1속도(w1) 및 제2속도(w2)의 2개의 속도에 대하여 위치보정값을 산출하고 이들을 이용하여 보간법 및 외삽법에 의해 전속도 구간에 대한 위치보정값을 산출하였으나, 이에 한정되지 않고, 2 이상의 속도에서 위치보정값을 산출하고 이들을 이용하여 속도 구간별 위치보정값을 산출할 수 있다.
일례로, 3개의 속도(w1,w2,w3)에서 위치보정값을 산출한 경우, 제1속도(w1)와 제2속도(w2) 사이의 구간에서는 각 속도에서의 제1위치보정값(θcomp1)과 제2위치보정값(θcomp2)을 연결하는 직선에 의해 위치보정값을 산출하고, 제2속도(w2) 및 제3속도(w3) 사이의 구간에서는 각 속도에서의 제2위치보정값(θcomp2) 및 제3위치보정값(θcomp3)을 연결하는 직선에 의해 위치보정값을 산출할 수 있다.
이때, 제1속도(w1)보다 작은 속도 구간은 인접한 구간인 제1속도(w1)와 제2속도(w2) 구간의 직선으로부터 연장된 직선에 의해 위치보정값을 산출하고, 제3속도(w3)보다 큰 속도 구간은 인접한 구간인 제2속도(w2)와 제3속도(w3) 구간의 직선으로부터 연장된 직선에 의해 위치보정값을 산출함으로써, 위치보정 테이블을 작성할 수 있다.
이와 같이, 2이상의 속도에 대하여 위치보정값을 산출하고 이를 기초로 위치보정 테이블을 작성하면, 속도에 대하여 실제와 더 근사한 위치보정값을 산출할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같은 전 속도 범위에 대하여 산출된 교류전동기(11)의 회전자의 속도별 위치보정값을 테이블화하여 저장부(130)에 저장할 수 있다(단계 S314).
다시 도 3을 참조하면, 교류전동기(11)의 회전자의 위치 및 속도를 측정한다(단계 S320). 이때, 전류감지부(12) 및 위치/속도 감지부(13)를 이용하여 회전자의 위치 및 속도를 측정하고, 저역 통과 필터에 의해 전처리할 수 있다.
다음으로, 측정된 회전자의 속도에 대응하는 위치보정값을 저장부(130)에 저장된 위치보정 테이블로부터 결정하여 회전자의 위치를 보정한다(단계 S330).
이와 같이 산출된 교류전동기(11)의 회전자의 정확한 위치에 의해 위치연산부(140), 제어부(150) 및 전동기출력부(160)를 통하여 교류전동기(11)의 출력을 안정적으로 제어할 수 있다.
이와 같은 방법에 의해 센서 출력의 지연성분에 의한 회전자의 위치 오차를 보정할 수 있으므로 넓은 속도 범위에서 교류전동기의 출력 성능을 개선할 수 있고, 온라인 방식 대비 동특성이 우수하면서도 간단한 방식으로 회전자의 위치를 보정하여 제어 성능을 향상시킬 수 있으며, 토크 오차가 발행되지 않아 토크 출력 특성 및 정밀도를 향상시킬 수 있는 동시에 약자속 제어 성능을 향상하여 고속시 제어 안정성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 방법들은 도 1에 도시된 바와 같은 교류전동기의 회전자 위치보정 장치(100)에 의해 구현될 수 있고, 특히, 이러한 단계들을 수행하는 소프트웨어 프로그램으로 구현될 수 있으며, 이 경우, 이러한 프로그램들은 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다.
이 때, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 판독가능한 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함하며, 예를 들면, ROM, RAM, CD-ROM, DVD-ROM, DVD-RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장장치 등일 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 : 하이브리드 차량 11 : 교류전동기
12 : 전류감지부 13 : 위치/속도 감지부
14 : 전자제어장치 100 : 회전자 위치보정 장치
110 : 전처리부 120 : 위치보정부
130 : 저장부 140 : 위치연산부
150 : 제어부 160 : 전동기출력부

Claims (11)

  1. 교류전동기의 회전자의 적어도 두 개의 속도에서 측정된 위치보정값을 기초로 전속도 구간에 대한 위치보정 테이블을 작성하는 단계;
    상기 회전자의 위치 및 속도를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 회전자의 속도에 대응하는 위치보정값을 상기 위치보정 테이블로부터 결정하여 상기 회전자의 위치를 보정하는 단계;
    를 포함하는 교류전동기의 회전자 위치보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 작성하는 단계는,
    상기 회전자의 제1속도에서 제1위치보정값을 산출하는 단계;
    상기 제1속도보다 큰 제2속도에서 제2위치보정값을 산출하는 단계;
    상기 산출된 제1위치보정값 및 제2위치보정값을 기초로 상기 회전자의 전속도 범위에서 위치보정값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 상기 회전자의 속도별 위치보정값을 테이블화하여 저장하는 단계;
    를 포함하는 교류전동기의 회전자 위치보정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위치보정값을 산출하는 단계는 상기 제1속도와 상기 제2속도 사이의 속도 구간에 대하여 선형보간법(linear interpolation)에 의해 해당 속도에 대한 위치보정값을 산출하는 교류전동기의 회전자 위치보정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 위치보정값을 산출하는 단계는 상기 제1속도보다 작고, 상기 제2속도보다 큰 속도 구간에 대하여 선형외삽법(linear extrapolation)에 의해 해당 속도에 대한 위치보정값을 산출하는 교류전동기의 회전자 위치보정 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1위치보정값을 산출하는 단계 및 상기 제2위치보정값을 산출하는 단계는 상기 교류전동기의 고정자 전류가 0A인 상태(id = 0, iq = 0)에서 상기 고정자의 d축 전압이 0(vd =0)인 시점의 회전자의 위치에 따른 초기가 오프셋을 해당 속도의 위치보정값으로 산출하는 교류전동기의 회전자 위치보정 방법.
  6. 교류전동기의 회전자의 적어도 두 개의 속도에서 측정된 위치보정값을 기초로 전속도 구간에 대하여 작성된 위치보정 테이블이 저장된 저장부;
    전류감지부 및 위치/속도 감지부에서 측정된 상기 회전자의 위치 및 속도를 전처리하는 전처리부; 및
    상기 측정된 회전자의 속도에 대응하는 위치보정값을 상기 위치보정 테이블로부터 결정하여 상기 회전자의 위치를 보정하는 위치보정부;
    를 포함하는 교류전동기의 회전자 위치보정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 위치보정값 테이블은
    상기 회전자의 제1속도에서 제1위치보정값을 산출하고,
    상기 제1속도보다 큰 제2속도에서 제2위치보정값을 산출하며,
    상기 산출된 제1위치보정값 및 제2위치보정값을 기초로 상기 회전자의 전속도 범위에서 위치보정값을 산출하고,
    상기 산출된 상기 회전자의 속도별 위치보정값을 테이블화하여 상기 저장부에 저장되는 교류전동기의 회전자 위치보정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1속도와 상기 제2속도 사이의 속도 구간은 선형보간법(linear interpolation)에 의해 위치보정값이 산출되는 교류전동기의 회전자 위치보정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1속도보다 작고, 상기 제2속도보다 큰 속도 구간은 선형외삽법(linear extrapolation)에 의해 위치보정값이 산출되는 교류전동기의 회전자 위치보정 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    해당 속도에 따른 상기 위치보정값은 상기 교류전동기의 고정자 전류가 0A인 상태(id = 0, iq = 0)에서 상기 고정자의 d축 전압이 0(vd =0)인 시점의 회전자의 위치에 따른 초기각 오프셋인 교류전동기의 회전자 위치보정 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 산출된 위치보정값을 이용하여 상기 회전자의 위치를 연산하는 위치연산부;
    상기 연산된 회전자의 위치에 따라 상기 전동기의 출력 제어를 위한 제어값을 결정하는 제어부; 및
    상기 결정된 제어값에 따라 상기 전동기의 제어 전압을 변경하는 전동기출력부;
    를 더 포함하는 교류전동기의 회전자 위치보정 장치.
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