KR20200034063A - 차량용 모터 제어 시스템 - Google Patents

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KR20200034063A
KR20200034063A KR1020180113059A KR20180113059A KR20200034063A KR 20200034063 A KR20200034063 A KR 20200034063A KR 1020180113059 A KR1020180113059 A KR 1020180113059A KR 20180113059 A KR20180113059 A KR 20180113059A KR 20200034063 A KR20200034063 A KR 20200034063A
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Abstract

본 발명에 따른 차량용 모터 제어 시스템은, 3상 모터를 구동하기 위한 전압 지령을 생성하는 전류 제어기; 직류 입력단, 3상 교류 출력단 및 복수의 스위칭 소자를 가지며, 상기 복수의 스위칭 소자의 온/오프에 의해 상기 직류 입력단과 상기 3상 교류 출력단 간에 전달되는 전력을 변환하여 상기 모터에 제공하는 인버터; 상기 인버터로부터 출력되어 상기 모터의 각 상으로 입력되는 전류를 측정하는 전류 측정부; 상기 모터의 회전자 위치를 센싱하는 회전자 위치 센싱부; 상기 측정된 전류 및 상기 센싱된 회전자의 위치에 기반하여 상기 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산하는 예상전류 연산부; 상기 연산된 예상전류에 기반하여 상기 스위칭 소자의 시지연을 보상하기 위한 듀티 보상값을 도출하는 듀티 보상 도출부; 및 상기 전류 제어기에서 생성된 전압 지령을 생성하기 위한 듀티에 상기 도출된 듀티 보상 값을 가산하여 생성된 최종 듀티의 PWM 신호를 생성하고, 생성된 최종 듀티의 PWM 신호에 따라 상기 인버터가 구동되도록 제어하는 인버터 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

차량용 모터 제어 시스템{MOTOR CONTROL SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 모터 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인버터의 비선형성을 보상하는데 있어서 인버터 출력의 시지연을 보상하여 인버터의 제어성을 향상시키고, 그에 따라 모터의 제어성을 향상시킬 수 있는 차량용 모터 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 모터를 구동하기 위한 모터 구동 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 인버터 전원공급장치(혹은 배터리)(10), 인버터(20)와 모터(30)로 구성된다. 이때, 전원공급장치로부터 공급되는 직류 전압은 제어기(40)에서 생성한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 통해 인버터의 스위칭 소자가 온/오프되어 교류 전압으로 변환되며, 해당 교류 전압은 모터로 공급되어 모터를 구동시킬 수 있다.
한편, 정밀한 모터 제어를 위해서는 제어기에서 출력하는 전압 지령과 실제적으로 출력되어 모터에 인가되는 전압이 선형성을 가져야 한다. 하지만, 실제로는 인버터 스위치의 비선형성, 데드타임, 영전류 클램핑 현상 및 디지털 지연 등으로 인하여 제어기가 출력하는 전압과 실제적으로 모터에 인가되는 전압에 차이가 발생하며, 그 결과 정밀한 모터를 제어하는데 한계가 있었다.
KR 10-1684706 B1
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 시스템에 따르면, 모터의 각 상으로 입력되는 전류, 모터 회전자의 위치에 기반하여 해당 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산하고, 연산된 예상전류에 기반하여 인버터 스위칭 소자의 시지연을 보상하기 위한 듀티 보상값을 도출하며, 도출된 듀티 보상 값을 보상하여 생성된 최종 듀티의 PWM 신호에 따라 인버터 내의 복수의 스위칭 소자가 온/오프되도록 하여 인버터 전원공급장치로부터 입력되는 직류 전력이 교류 전력으로 변환되어 모터에 제공되도록 함으로써, 모터의 제어성을 보다 향상시킬 수 있는 차량용 모터 제어 시스템에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 모터 제어 시스템은, 3상 모터를 구동하기 위한 전압 지령을 생성하는 전류 제어기; 직류 입력단, 3상 교류 출력단 및 복수의 스위칭 소자를 가지며, 상기 복수의 스위칭 소자의 온/오프에 의해 상기 직류 입력단과 상기 3상 교류 출력단 간에 전달되는 전력을 변환하여 상기 모터에 제공하는 인버터; 상기 인버터로부터 출력되어 상기 모터의 각 상으로 입력되는 전류를 측정하는 전류 측정부; 상기 모터의 회전자 위치를 센싱하는 회전자 위치 센싱부; 상기 측정된 전류 및 상기 센싱된 회전자의 위치에 기반하여 상기 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산하는 예상전류 연산부; 상기 연산된 예상전류에 기반하여 상기 스위칭 소자의 시지연을 보상하기 위한 듀티 보상값을 도출하는 듀티 보상 도출부; 및 상기 전류 제어기에서 생성된 전압 지령을 생성하기 위한 듀티에 상기 도출된 듀티 보상 값을 가산하여 생성된 최종 듀티의 PWM 신호를 생성하고, 생성된 최종 듀티의 PWM 신호에 따라 상기 인버터가 구동되도록 제어하는 인버터 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 예상전류 연산부는,
상기 센싱된 모터 회전자의 위치 기반하여 상기 모터의 속도를 연산하는 속도 연산부; 및
상기 센싱된 모터 회전자의 위치 및 상기 연산된 모터의 속도에 기반하여 상기 모터 회전자의 예상위치를 연산하는 회전자 예상위치 연산부를 포함하며,
상기 연산된 회전자의 예상위치 및 상기 전류 측정부에서 측정된 전류 값에 기반하여 상기 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산할 수 있다.
상기 회전자 예상위치 연산부는
하기의 수학식 1에 기반하여 회전자의 예상위치를 연산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
은 시지연이 보상된 회전자 예상위치,
Figure pat00003
은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00004
은 모터의 속도를 의미한다.
상기 회전자 예상위치 연산부는,
하기의 수학식 2 내지 수학식 4에 기반하여 상기 인버터의 스위칭 소자가 오프될 시, 시지연이 보상된 모터의 각 상의 회전자 예상위치를 연산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00005
여기서
Figure pat00006
는 시지연이 보상된 A상의 회전자 예상위치,
Figure pat00007
은 센싱된 회전자의 위치, Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00008
는 A상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00009
은 모터의 속도를 의미한다.
[수학식 3]
Figure pat00010
여기서
Figure pat00011
는 시지연이 보상된 B상의 회전자 예상위치,
Figure pat00012
은 센싱된 회전자의 위치, Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00013
는 B상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00014
은 모터의 속도를 의미한다.
[수학식 4]
Figure pat00015
여기서
Figure pat00016
는 시지연이 보상된 C상의 회전자 예상위치,
Figure pat00017
은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00018
는 C상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00019
은 모터의 속도를 의미한다.
상기 회전자 예상위치 연산부는,
하기의 수학식 5 내지 수학식 7을 통해 상기 인버터의 스위칭 소자가 온될 시, 시지연이 보상된 모터의 각 상의 회전자 예상위치를 연산할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00020
여기서
Figure pat00021
는 시지연이 보상된 A상의 회전자 예상위치,
Figure pat00022
은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00023
는 A상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00024
은 모터의 속도를 의미한다.
[수학식 6]
Figure pat00025
여기서
Figure pat00026
는 시지연이 보상된 B상의 회전자 예상위치,
Figure pat00027
은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기
Figure pat00028
는 B상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00029
은 모터의 속도를 의미한다.
[수학식 7]
Figure pat00030
여기서
Figure pat00031
는 시지연이 보상된 C상의 회전자 예상위치,
Figure pat00032
은 센싱된 회전자의 위치, Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00033
는 C상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00034
은 모터의 속도를 의미한다.
상기 예상전류 연산부는,
하기의 수학식 8에 기반하여 상기 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00035
여기서,
Figure pat00036
는 모터의 각상으로 입력되는 인버터로부터 출력될 예상전류,
Figure pat00037
은 dq 좌표를 abc 좌표로 변환하는 좌표 변환 행렬로
Figure pat00038
이며,
Figure pat00039
는 좌표변환된 d,q축의 전류 값을 의미한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 시스템에 따르면, 모터의 각 상으로 입력되는 전류, 모터 회전자의 위치에 기반하여 해당 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산하고, 연산된 예상전류에 기반하여 인버터 스위칭 소자의 시지연을 보상하기 위한 듀티 보상값을 도출하며, 도출된 듀티 보상 값을 보상하여 생성된 최종 듀티의 PWM 신호에 따라 인버터 내의 복수의 스위칭 소자가 온/오프되도록 하여 인버터 전원공급장치로부터 입력되는 직류 전력이 교류 전력으로 변환되어 모터에 제공되도록 함으로써, 모터의 제어성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 모터 구동 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 시스템을 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 시스템에서, 예상전류 연산부의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 시스템에서, 듀티 보상 도출부에서 시지연을 보상하기 위한 듀티 보상 값이 도출되는 것을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어시스템에서, 전류 제어기에서 생성된 전압 지령을 생성하기 위한 듀티에 듀티 보상 값을 가산하여 최종 듀티가 생성되는 것을 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 모터 제어 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 시스템을 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 예상전류 연산부의 구성을 도시한 도면이며, 도 4는 듀티 보상 도출부에서 시지연을 보상하기 위한 듀티 보상 값이 도출되는 것을 도시한 도면이고, 도 5는 전류 제어기에서 생성된 전압 지령을 생성하기 위한 듀티에 듀티 보상 값을 가산하여 최종 듀티가 생성되는 것을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 시스템은, 전류 제어기(100), 인버터(200), 전류 측정부(300), 회전자 위치 센싱부(400), 예상전류 연산부(500), 듀티 보상 도출부(600) 및 인버터 제어부(700)를 포함하여 구성될 수 있으며, 제1 좌표변환부(800) 및 제2 좌표 변환부(900)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이하에서는, 본 발명에 따른 차량용 모터 제어 시스템의 세부 구성의 특징 및 모터의 제어성 향상이 어떻게 이루어지는지에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
전류 제어기(100)는 3상 모터(M)를 구동하기 위한 전압 지령을 생성하는 역할을 한다. 구체적으로, 전류 제어기(100)는, 사전 저장되어 있는 전류맵(미도시)으로부터 입력되는 전류 지령(Idq*)과 전류 측정부(300)에서 측정된 정지좌표계에서의 모터(M)의 전류(Iabc)가 제1 좌표변환부(800)를 통해 d,q축 전류로 변환된 전류(Idq)에 기반하여, 모터(M)를 구동하기 위한 전압지령(Vdq*)를 출력할 수 있다. 이때, 전류 제어기(100)로부터 출력된 전압지령(Vdq*)은 제2 좌표변환부(900)를 통해 정지좌표계의 전압 지령(Vabc*)으로 변환될 수 있다. 여기서, 제1 좌표변환부(800) 및 제2 좌표변환부(900)를 통해 좌표변환이 이루어지는 것은 기 공지된 내용이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
인버터(200)는 직류 입력단, 3상 교류 출력단 및 복수의 스위칭 소자를 가지며, 복수의 스위칭 소자의 온/오프에 의해 직류 입력단과 3상 교류 출력단 간에 전달되는 전력을 변환하여 모터(M)에 제공하는 역할을 한다. 구체적으로, 인버터(200)는 인버터 제어부(700)에서 생성한 PWM 신호에 따라 복수의 스위칭 소자가 온/오프됨으로써, 인버터 전원공급장치(혹은 배터리, 미도시)로부터 입력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터(M)에 제공되도록 할 수 있다.
전류 측정부(300)는 인버터(200)와 모터(M) 사이에 위치하여, 인버터(200)로부터 출력되어 모터(M)의 각 상으로 입력되는 전류를 측정하는 역할을 하며, 회전자 위치 센싱부(400)는 모터(M)의 회전자의 위치를 센싱하는 역할을 한다.
예상전류 연산부(500)는 전류 측정부(300)에서 측정된 전류 및 회전자 위치 센싱부(400)에서 센싱된 회전자의 위치에 기반하여 인버터(200)로부터 출력될 예상전류를 연산할 수 있다.
구체적으로, 예상전류 연산부(500)는 도 3에 도시된 바와 같이 회전자 위치 센싱부(400)에서 센싱된 모터 회전자의 위치에 기반하여 모터(M)의 속도를 연산하는 속도 연산부(510) 및 회전자 위치 센싱부(400)에서 센싱된 모터 회전자의 위치 및 속도 연산부(510)에서 연산된 모터의 속도에 기반하여 모터 회전자의 예상위치를 연산하는 회전자 예상위치 연산부(520)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 속도 연산부(510)에서는 회전자 위치 센싱부(400)에서 센싱된 모터 회전자의 위치(θr)를 적분함으로써 모터의 속도(Wr)를 산출할 수 있다.
아울러, 회전자 예상위치 연산부(520)는 하기의 수학식 1에 기반하여 시지연이 보상된 회전자의 예상위치를 연산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00040
여기서,
Figure pat00041
은 시지연이 보상된 회전자 예상위치,
Figure pat00042
은 센싱된 회전자의 위치, Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00043
은 모터의 속도를 의미한다.
구체적인 예를 들어 수학식 1을 설명하면, 현재 위치
Figure pat00044
가 O rad이고, 모터의 속도 wr이 100rad/s이며, Tsamp1,2가 100us라면,
Figure pat00045
은 1.5*100us*100rad/s= 0.015rad 될 수 있다.
상술한 바와 같이, 회전자 예상위치 연산부(520)에서는 상기 수학식 1에 기반하여 시지연이 보상된 모터의 회전자의 예상위치를 연산할 수 있는데, 이와 같은 방식은 인버터 스위칭 소자의 스위칭 시점을 정확하게 고려하지 않고 PWM 출력 주기의 절반으로 모터의 모든 상의 정보를 환산하는 방법이다. 이와 같은 방식에 따르면 예상전류 연산부(500)에서 사용되는 모터의 회전자 예상위치는 각 상이 모두 동일할 수 있다.
한편, 회전자 예상 위치 연산부(520)에서는 상술한 방식과 달리 모터의 제어성을 보다 향상시키기 위해 인버터의 스위칭 소자가 오프될 시, 모터의 각 상별로 시지연이 보상된 회전자의 예상위치와, 인버터의 스위칭 소자가 온될 시, 모터의 각 상별로 시지연이 보상된 회전자의 예상위치를 각각 연산할 수 있다.
보다 구체적으로, 회전자 예상위치 연산부(520)는 하기의 수학식 2 내지 수학식 4에 기반하여 인버터(200)의 스위칭 소자가 오프될 시, 시지연이 보상된 모터의 각 상의 회전자 예상위치를 연산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00046
여기서
Figure pat00047
는 시지연이 보상된 A상의 회전자 예상위치,
Figure pat00048
은 센싱된 회전자의 위치, Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00049
는 A상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00050
은 모터의 속도를 의미한다.
[수학식 3]
Figure pat00051
여기서
Figure pat00052
는 시지연이 보상된 B상의 회전자 예상위치,
Figure pat00053
은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00054
는 B상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00055
은 모터의 속도를 의미한다.
[수학식 4]
Figure pat00056
여기서
Figure pat00057
는 시지연이 보상된 C상의 회전자 예상위치,
Figure pat00058
은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00059
는 C상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00060
은 모터의 속도를 의미한다.
더 나아가, 회전자 예상위치 연산부(520)는 하기의 수학식 5 내지 수학식 7을 통해 상기 인버터의 스위칭 소자가 온될 시, 시지연이 보상된 모터의 각 상의 회전자 예상위치를 연산할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00061
여기서
Figure pat00062
는 시지연이 보상된 A상의 회전자 예상위치,
Figure pat00063
은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00064
는 A상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00065
은 모터의 속도를 의미한다.
[수학식 6]
Figure pat00066
여기서
Figure pat00067
는 시지연이 보상된 B상의 회전자 예상위치,
Figure pat00068
은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00069
는 B상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00070
은 모터의 속도를 의미한다.
[수학식 7]
Figure pat00071
여기서
Figure pat00072
는 시지연이 보상된 C상의 회전자 예상위치,
Figure pat00073
은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
Figure pat00074
는 C상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
Figure pat00075
은 모터의 속도를 의미한다.
한편, 예상전류 연산부(500)는 상술한 방식에 따라 회전자 예상위치 연산부(520)를 통해 연산된 시지연이 보상된 회전자의 예상위치(θr') 및 전류 측정부(300)에서 측정된 전류 값에 기반하여 인버터(200)로부터 출력될 예상전류를 연산할 수 있다.
보다 구체적으로, 예상전류 연산부(500)는 하기의 수학식 8에 기반하여 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00076
여기서,
Figure pat00077
는 모터의 각상으로 입력되는 인버터로부터 출력될 예상전류,
Figure pat00078
은 dq 좌표를 abc 좌표로 변환하는 좌표 변환 행렬로
Figure pat00079
이며,
Figure pat00080
는 좌표변환된 d,q축의 전류 값을 의미한다.
듀티 보상 도출부(600)는 예상전류 연산부(500)에서 연산된 예상전류(Iabc')에 기반하여 인버터 내의 스위칭 소자의 시지연을 보상하기 위한 듀티 보상값을 도출할 수 있다. 도 4는 듀티 보상 도출부(600)에서 시지연을 보상하기 위한 듀티 보상 값이 도출되는 것을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하여 듀티 보상 값이 도출되는 것을 설명하면, 예상전류(Iabc')의 크기가 a보다 큰 경우에는 -D만큼의 듀티를 보상하고, 예상전류(Iabc')의 크기가 -a 와 a 사이인 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 예상전류(Iabc')의 크기에 대응되는 -D 와 D 사이의 듀티를 선형적으로 보상하며, 예상전류(Iabc')의 크기가 -a 보다 작은 경우에는 +D만큼의 듀티를 보상해줄 수 있다.
인버터 제어부(700)는 전류 제어기(100)에서 생성된 전압 지령을 생성하기 위한 듀티에 듀티 보상 도출부(600)를 통해 도출된 듀티 보상 값을 가산하여 생성된 최종 듀티의 PWM 신호가 인버터(200)를 통해 생성되고, 생성된 최종 듀티의 PWM 신호에 따라 인버터(200)가 구동되도록 제어할 수 있다.
도 5는 전류 제어기에서 생성된 전압 지령을 생성하기 위한 듀티에 듀티 보상 값을 가산하여 최종 듀티가 생성되는 것을 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하여 최종 듀티가 생성되는 것을 설명하면, 인버터 제어부(700)는 전압 제어기(100)에서 생성된 전압 지령을 생성하기 위한 듀티(Dabc*)에 듀티 보상 도출부(600)를 통해 도출된 듀티 보상 값(Dcomp)을 가산하여 최종 듀티(Dabc)를 생성할 수 있다.
더 나아가, 인버터 제어부(700)는 최종 듀티(Dabc)를 갖는 PWM 신호에 따라 인버터 내의 복수의 스위칭 소자가 온/오프되도록 함으로써, 인버터 전원공급장치(혹은 배터리, 미도시)로부터 입력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터(M)에 제공되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 시스템에 따르면, 모터의 각 상으로 입력되는 전류, 모터 회전자의 위치에 기반하여 해당 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산하고, 연산된 예상전류에 기반하여 인버터 스위칭 소자의 시지연을 보상하기 위한 듀티 보상값을 도출하며, 도출된 듀티 보상 값을 보상하여 생성된 최종 듀티의 PWM 신호에 따라 인버터 내의 복수의 스위칭 소자가 온/오프되도록 하여 인버터 전원공급장치로부터 입력되는 직류 전력이 교류 전력으로 변환되어 모터에 제공되도록 함으로써, 모터의 제어성을 보다 향상시킬 수 있다.
100: 전류 제어기 200: 인버터
300: 전류 측정부 400: 회전자 위치 센싱부
500: 예상전류 연산부 600: 듀티 보상 도출부
700: 인버터 제어부 800: 제1 좌표변환부(abc->dq)
900: 제2 좌표 변환부(dq->abc) M: 모터
10: 인버터 전원공급장치 20: 인버터
30: 모터 40: 제어기
R: 릴레이 C: 커패시터

Claims (6)

  1. 3상 모터를 구동하기 위한 전압 지령을 생성하는 전류 제어기;
    직류 입력단, 3상 교류 출력단 및 복수의 스위칭 소자를 가지며, 상기 복수의 스위칭 소자의 온/오프에 의해 상기 직류 입력단과 상기 3상 교류 출력단 간에 전달되는 전력을 변환하여 상기 모터에 제공하는 인버터;
    상기 인버터로부터 출력되어 상기 모터의 각 상으로 입력되는 전류를 측정하는 전류 측정부;
    상기 모터의 회전자 위치를 센싱하는 회전자 위치 센싱부;
    상기 측정된 전류 및 상기 센싱된 회전자의 위치에 기반하여 상기 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산하는 예상전류 연산부;
    상기 연산된 예상전류에 기반하여 상기 스위칭 소자의 시지연을 보상하기 위한 듀티 보상값을 도출하는 듀티 보상 도출부; 및
    상기 전류 제어기에서 생성된 전압 지령을 생성하기 위한 듀티에 상기 도출된 듀티 보상 값을 가산하여 생성된 최종 듀티의 PWM 신호를 생성하고, 생성된 최종 듀티의 PWM 신호에 따라 상기 인버터가 구동되도록 제어하는 인버터 제어부;를 포함하는 차량용 모터 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 예상전류 연산부는,
    상기 센싱된 모터 회전자의 위치 기반하여 상기 모터의 속도를 연산하는 속도 연산부; 및
    상기 센싱된 모터 회전자의 위치 및 상기 연산된 모터의 속도에 기반하여 상기 모터 회전자의 예상위치를 연산하는 회전자 예상위치 연산부를 포함하며,
    상기 연산된 회전자의 예상위치 및 상기 전류 측정부에서 측정된 전류 값에 기반하여 상기 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터의 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 회전자 예상위치 연산부는
    하기의 수학식 1에 기반하여 회전자의 예상위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터의 제어 시스템.
    [수학식 1]
    Figure pat00081

    여기서,
    Figure pat00082
    은 시지연이 보상된 회전자 예상위치,
    Figure pat00083
    은 센싱된 회전자의 위치, Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
    Figure pat00084
    은 모터의 속도를 의미한다.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 회전자 예상위치 연산부는,
    하기의 수학식 2 내지 수학식 4에 기반하여 상기 인버터의 스위칭 소자가 오프될 시, 시지연이 보상된 모터의 각 상의 회전자 예상위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 시스템.
    [수학식 2]
    Figure pat00085

    여기서
    Figure pat00086
    는 시지연이 보상된 A상의 회전자 예상위치,
    Figure pat00087
    은 센싱된 회전자의 위치, Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
    Figure pat00088
    는 A상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
    Figure pat00089
    은 모터의 속도를 의미한다.
    [수학식 3]
    Figure pat00090

    여기서
    Figure pat00091
    는 시지연이 보상된 B상의 회전자 예상위치,
    Figure pat00092
    은 센싱된 회전자의 위치, Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
    Figure pat00093
    는 B상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
    Figure pat00094
    은 모터의 속도를 의미한다.
    [수학식 4]
    Figure pat00095

    여기서
    Figure pat00096
    는 시지연이 보상된 C상의 회전자 예상위치,
    Figure pat00097
    은 센싱된 회전자의 위치, Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
    Figure pat00098
    는 C상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
    Figure pat00099
    은 모터의 속도를 의미한다.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 회전자 예상위치 연산부는,
    하기의 수학식 5 내지 수학식 7을 통해 상기 인버터의 스위칭 소자가 온될 시, 시지연이 보상된 모터의 각 상의 회전자 예상위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 시스템.
    [수학식 5]
    Figure pat00100

    여기서
    Figure pat00101
    는 시지연이 보상된 A상의 회전자 예상위치,
    Figure pat00102
    은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
    Figure pat00103
    는 A상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
    Figure pat00104
    은 모터의 속도를 의미한다.
    [수학식 6]
    Figure pat00105

    여기서
    Figure pat00106
    는 시지연이 보상된 B상의 회전자 예상위치,
    Figure pat00107
    은 센싱된 회전자의 위치, Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
    Figure pat00108
    는 B상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
    Figure pat00109
    은 모터의 속도를 의미한다.
    [수학식 7]
    Figure pat00110

    여기서
    Figure pat00111
    는 시지연이 보상된 C상의 회전자 예상위치,
    Figure pat00112
    은 센싱된 회전자의 위치,Tsamp1은 현재의 제어주기(샘플링주기), Tsamp2는 다음 샘플링의 제어주기,
    Figure pat00113
    는 C상의 스위칭 소자가 오프된 듀티,
    Figure pat00114
    은 모터의 속도를 의미한다.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 예상전류 연산부는,
    하기의 수학식 8에 기반하여 상기 인버터로부터 출력될 예상전류를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터의 제어 시스템.
    [수학식 8]
    Figure pat00115

    여기서,
    Figure pat00116
    는 모터의 각상으로 입력되는 인버터로부터 출력될 예상전류,
    Figure pat00117
    은 dq 좌표를 abc 좌표로 변환하는 좌표 변환 행렬로
    Figure pat00118
    이며,
    Figure pat00119
    는 좌표변환된 d,q축의 전류 값을 의미한다.
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