KR20200091139A

KR20200091139A - 모터 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20200091139A
Application number: KR1020190007995A
Authority: KR
Inventors: 정현희; 김규하; 김인혁; 서정훈
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-07-30
Also published as: US11362602B2; CN111464102B; KR102226037B1; US20200235679A1; CN111464102A; DE102019134768B4; DE102019134768A1

Abstract

본 발명은 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 모터의 구동을 위한 모터 지령전류 및 모터 회전속도에 따라 모터의 구동 시 발생하는 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하기 위해 미리 설정된 파라미터 맵에, 모터의 구동을 위한 DC-Link 전압(V_Link)을 적용하여, 현재 입력된 모터 지령전류(i_q ^*), 모터 회전속도(ω_m) 및 DC-Link 전압(V_Link)에 대응하는 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호(i_comp)를 생성하는 보상신호 생성부, 및 보상신호 생성부에 의해 생성된 보상신호(i_comp)가 모터 지령전류(i_q ^*)에 반영되어 생성되는 보상지령전류(i_q ^* _{_comp}), 및 DC-Link 전압을 기반으로 동작하는 인버터부로부터 모터로 공급되는 모터 구동전류(i_q)가 일치하도록 인버터부를 제어하여 모터의 전류 제어를 수행하는 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 제어 장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING MOTOR AND METHOD THEREOF}

본 발명은 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 구동 시 발생하는 모터 토크 리플을 저감시키기 위한 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

차량의 전동식 파워 스티어링 시스템(이하 MDPS: Motor Driven Power Steering)은 차량 조향시 운전자가 핸들에 가해야 하는 조향토크의 일부를 보조 동력원을 이용하여 제공함으로서 조향을 용이하게 하는 장치이다. MDPS 시스템은 조향휠에 입력되는 운전자의 컬럼토크를 측정하는 컬럼토크 센서, 조향휠의 조향각 또는 조향각속도를 측정하는 조향각 센서, 및 차속을 측정하는 차속센서 등을 통해 차량의 주행 조건을 판단하고, 운전자가 조향휠을 조타함에 따라 조향축에 인가되는 컬럼토크에 근거하여 전동모터(MDPS 모터)를 통해 보조토크를 제공한다.

일반적으로 MDPS 모터는 3상 AC 모터로 구현되며, MDPS ECU는 MDPS 모터로 출력되는 각 상의 전류를 피드백받아 PI(Proportional Integral) 제어를 통해 인버터를 제어하여 3상 교류 전류가 출력되도록 함으로써 MDPS 모터의 구동을 제어한다.

한편, MDPS 모터의 구동 시, 회전자의 극 수 또는 고정자의 슬롯 수에 따른 기계적 구조로 인한 토크 리플이 발생하는 문제점이 있다. 즉, 6극 9슬롯 모터의 경우 기계각 기준으로 18차 토크 리플이 발생하게 되고, 8극 12슬롯 모터의 경우 기계각 기준으로 24차 토크 리플이 발생하게 되며, 이를 전기각 기준으로 보면 6차 토크 리플이 발생하게 된다. 이러한 모터 토크 리플은 MDPS 시스템의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능 저하를 야기하기 때문에 그 개선이 요청된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0098890호(2015.02.11. 공개)에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 MDPS 모터의 구동 시 발생하는 모터 토크 리플을 억제하여 MDPS 시스템의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능을 개선하기 위한 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 모터 제어 장치는 모터의 구동을 위한 모터 지령전류 및 모터 회전속도에 따라 상기 모터의 구동 시 발생하는 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하기 위해 미리 설정된 파라미터 맵에, 상기 모터의 구동을 위한 DC-Link 전압(V_Link)을 적용하여, 현재 입력된 모터 지령전류(i_q ^*), 모터 회전속도(ω_m) 및 DC-Link 전압(V_Link)에 대응하는 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호(i_comp)를 생성하는 보상신호 생성부, 및 상기 보상신호 생성부에 의해 생성된 보상신호(i_comp)가 상기 모터 지령전류(i_q ^*)에 반영되어 생성되는 보상지령전류(i_q ^* _{_comp}), 및 DC-Link 전압을 기반으로 동작하는 인버터부로부터 상기 모터로 공급되는 모터 구동전류(i_q)가 일치하도록 상기 인버터부를 제어하여 상기 모터의 전류 제어를 수행하는 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 파라미터 맵은, 상기 모터의 고속 회전 영역에서 상기 전류 제어부의 주파수 응답 특성에 의해 보상지령전류(i_q ^* _{_comp})에 반영된 보상신호(i_comp)의 게인 감소 및 위상 지연이 발생하지 않도록, 상기 전류 제어부의 주파수 응답 특성이 고려되어 미리 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 파라미터 맵은, 모터 회전속도, 및 상기 전류 제어부로 입력되는 모터 지령전류를 일정하게 유지시키는 과정, 모터 토크 리플이 모델링되어 모터 지령전류에 반영되는 모터 토크 리플 모델의 위상을 가변시킬 때 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 상기 모터 토크 리플 모델의 위상을 획득하는 과정, 및 상기 획득된 위상으로 상기 모터 토크 리플 모델의 위상을 일정하게 유지시키면서 상기 모터 토크 리플 모델의 게인을 가변시킬 때 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 상기 모터 토크 리플 모델의 게인을 획득하는 과정이 모터 회전속도 별로 반복 수행되어 획득되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 파라미터 맵은, 상기 모터의 정상 구동을 위한 DC-Link 전압의 하한값에서 모터 토크 리플의 게인과 위상을 추정하기 위한 제1 파라미터 맵, 및 상기 모터의 정상 구동을 위한 DC-Link 전압의 상한값에서 모터 토크 리플의 게인과 위상을 추정하기 위한 제2 파라미터 맵을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 보상신호 생성부는, 상기 제1 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제1 게인 맵을 추출하고, 상기 제2 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제2 게인 맵을 추출한 후, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 상기 추출된 제1 및 제2 게인 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 게인(A)을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 보상신호 생성부는, DC-Link 전압의 변화에 따른 니-포인트(Knee-Point)의 변화를 고려하기 위해, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 상기 제1 및 제2 파라미터 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하는 위한 위상(φ)을 결정하되, 상기 니-포인트는 상기 모터의 약자속 제어(Flux Weakening Control)가 개시되는 모터 회전속도인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 보상신호 생성부는, 상기 제1 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제1 위상 맵을 추출하고, 상기 제2 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제2 위상 맵을 추출한 후, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 상기 추출된 제1 및 제2 위상 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 보상신호 생성부는, 모터 회전속도(ω_m)가 상기 제1 위상 맵의 니-포인트(NP_lo) 이상 상기 제2 위상 맵의 니-포인트(NP_up) 이하의 범위에 존재하는 경우로서, DC-Link 전압(V_Link)이 상기 하한값 및 상기 상한값 사이에 존재하는 경우, 상기 제1 위상 맵에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_lo), 및 상기 제2 위상 맵에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_up)을 DC-Link 전압(V_Link)을 통해 선형 보간하여 니-포인트(NP_up)에서 DC-Link 전압(V_Link)에 해당하는 위상값(φ₁)을 결정하고, 상기 제1 위상 맵에서 니-포인트(NP_lo)에서의 위상값(φ_lo'), 및 상기 제2 위상 맵에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_up)을 DC-Link 전압(V_Link)을 통해 선형 보간하여 결정되는 지점에서의 위상값(φ₂)을 결정한 후, 상기 결정된 위상값(φ₁) 및 위상값(φ₂)을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 모터 제어 방법은 보상신호 생성부가, 모터의 구동을 위한 모터 지령전류 및 모터 회전속도에 따라 상기 모터의 구동 시 발생하는 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하기 위해 미리 설정된 파라미터 맵에, 상기 모터의 구동을 위한 DC-Link 전압(V_Link)을 적용하여, 현재 입력된 모터 지령전류(i_q ^*), 모터 회전속도(ω_m) 및 DC-Link 전압(V_Link)에 대응하는 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호(i_comp)를 생성하는 단계, 및 전류 제어부가, 상기 보상신호 생성부에 의해 생성된 보상신호(i_comp)가 상기 모터 지령전류(i_q ^*)에 반영되어 생성되는 보상지령전류(i_q ^* _{_comp}), 및 DC-Link 전압을 기반으로 동작하는 인버터부로부터 상기 모터로 공급되는 모터 구동전류(i_q)가 일치하도록 상기 인버터부를 제어하여 상기 모터의 전류 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 MDPS 모터를 제어하기 위한 전류 제어기의 주파수 응답 특성을 고려하여 설정된 파라미터 맵을 기반으로 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호를 생성하여 모터 지령전류를 역보상함으로써, 모터의 고속 회전 영역에서 보상신호의 게인 감소 및 위상 지연이 발생하지 않도록 하여 전류 제어기의 주파수 응답 특성에 영향받지 않는 모터 제어 성능을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 모터의 구동을 위해 요구되는 DC-Link 전압에 따라 모터의 약자속 제어가 개시되는 니-포인트가 변화됨으로 인해 그 위상 지연 특성이 달라지는 현상을 보상하기 위해, DC-Link 전압에 따라 파라미터 맵을 보간하여 보상신호를 생성하는 구성을 채용함으로써, 모터 제어 시 그 위상 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 전류 제어부의 주파수 응답 특성에 따른 게인 감소 및 위상 지연 현상을 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 파라미터 맵이 획득되는 과정을 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 파라미터 맵이 획득될 때 모터 토크 리플 모델의 위상 및 게인이 획득되는 과정을 보인 예시도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 수행되는 약자속 제어를 설명하기 위한 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 보상신호를 생성하기 위한 게인을 결정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 13 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 보상신호를 생성하기 위한 위상을 결정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치를 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 전류 제어부의 주파수 응답 특성에 따른 게인 감소 및 위상 지연 현상을 보인 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 파라미터 맵이 획득되는 과정을 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 파라미터 맵이 획득될 때 모터 토크 리플 모델의 위상 및 게인이 획득되는 과정을 보인 예시도이며, 도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 수행되는 약자속 제어를 설명하기 위한 예시도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 보상신호를 생성하기 위한 게인을 결정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이며, 도 13 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서 보상신호를 생성하기 위한 위상을 결정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는 보상신호 생성부(100) 및 전류 제어부(300)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 대한 설명의 편의를 위해, 이하에서 설명하는 모터는 MDPS 시스템에 적용되어 운전자의 조향을 보조하기 위한 보조 동력원인 MDPS 모터를 예시로서 설명하지만 이에 한정되지 않으며, 그 구동 시 기계적 구조로 인한 소정 차수의 토크 리플이 발생하는 모든 종류의 모터를 포함할 수 있다. 또한, 이하에서 표기하는 모터 토크 리플은 전기각 기준 6차 토크 리플을 의미하는 것으로 설명하지만 이에 한정되지 않으며, 소정 차수의 토크 리플이 본 실시예의 모터 토크 리플에 해당할 수도 있다. 그리고, 이하에서 표기하는 참조 부호에 의해 그 용어가 명확히 구분되는 것임을 밝혀둔다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 모터 제어 장치의 동작을 개괄적으로 설명하면, 보상신호 생성부(100)는 모터의 구동 시 발생하는 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호를 생성할 수 있다. 연산부(200)는 스티어링 컬럼의 토크를 검출하는 컬럼토크 센서의 출력값에 의해 결정되어 입력되는 모터 지령전류에, 상기 생성된 보상신호를 반영하고(즉, 감산하고), 그 감산된 결과에서 피드백되는 모터 구동전류(즉, 인버터부(400)로부터 모터로 공급되는 모터 구동전류)를 감산하며, 그 감산된 결과를 전류 제어부(300)로 입력할 수 있다. 이에 따라, 전류 제어부(300)는 연산부(200)로부터 입력되는 지령전류 및 피드백되는 모터 구동전류가 일치하도록 PI(Proportional Integral)제어를 통해 인버터부(400)를 제어하여 모터의 전류 제어를 수행할 수 있다. 여기서, 인버터부(400)는 모터와 접속되어 차량의 배터리로부터 공급되는 전압(즉, DC-Link 전압)을 토대로 모터를 구동하며, 전류 제어부(300)로부터의 PWM 제어신호에 의해 각각 온오프 동작하는 복수의 스위치를 통해 교류전류(3상 교류전류)를 출력하여 모터(3상 AC 모터)를 구동할 수 있다.

전술한 내용에 기초하여, 본 실시예에 따른 모터 제어 장치의 동작을 구체적으로 설명한다.

보상신호 생성부(100)는 모터의 구동을 위한 모터 지령전류 및 모터 회전속도에 따라 모터의 구동 시 발생하는 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하기 위해 미리 설정된 파라미터 맵에, 모터의 구동을 위한 DC-Link 전압(V_Link)을 적용하여, 현재 입력된 모터 지령전류(i_q ^*), 모터 회전속도(ω_m) 및 DC-Link 전압(V_Link)에 대응하는 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호(i_comp)를 생성할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 보상신호 생성부(100)는 모터 지령전류(i_q ^*), 모터 회전속도(ω_m) 및 DC-Link 전압(V_Link)의 세 가지 인자를 고려하여 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호(i_comp)를 생성할 수 있다.

보상신호 생성부(100)가 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하기 위해 사용하는 파라미터 맵을 구체적으로 설명하기에 앞서, 전류 제어부(300)의 주파수 응답 특성을 설명한다.

전술한 것과 같이 본 실시예의 전류 제어부(300)는, 보상신호 생성부(100)에 의해 생성된 보상신호(i_comp)가 모터 지령전류(i_q ^*)에 반영되어 생성되는 보상지령전류(i_q ^* _{_comp}), 및 DC-Link 전압을 기반으로 동작하는 인버터부(400)로부터 모터로 공급되는 모터 구동전류(i_q)가 일치하도록 인버터부(400)를 제어하여 모터의 전류 제어를 수행하는 PI 제어기로 구현될 수 있다.

전류 제어부(300)는 도 3에 도시된 것과 같이 고주파 영역에서 게인이 감소하고 위상이 지연되는 주파수 응답 특성을 가지고 있으며, 이는 전류 제어부(300)의 주파수 응답 특성을 고려하지 않고 보상신호를 생성하여 모터 지령전류를 역보상할 경우, 모터의 고속 회전 영역에서 발생하는 모터 토크 리플을 보상할 수 없음을 의미한다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같이, 전류 제어부(300)의 주파수 응답 특성에 대한 고려 없이 모터의 6차 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호를 생성하여 모터 지령전류에 반영할 경우, 모터의 고속 회전 영역에서는 전류 제어부(300)의 주파수 응답 특성에 따라 보상신호의 게인 감소 및 위상 지연이 발생하고, 그에 따라 모터 토크 리플을 저감시킬 수 없는 문제점이 발생하게 된다.

상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 실시예에서 파라미터 맵은 모터의 고속 회전 영역에서 전류 제어부(300)의 주파수 응답 특성에 의해 보상지령전류(i_q ^* _{_comp})에 반영된 보상신호(i_comp)의 게인 감소 및 위상 지연이 발생하지 않도록, 전류 제어부(300)의 주파수 응답 특성이 고려되어 보상신호 생성부(100)에 미리 설정되어 있을 수 있다. 여기서, 모터의 고속 회전 영역이라 함은 스티어링 컬럼의 속도가 0.5[rps]를 초과하는 영역에 대응되는 모터의 회전 속도 영역일 수 있다.

구체적으로, 파라미터 맵은 모터 회전속도, 및 전류 제어부(300)로 입력되는 모터 지령전류를 일정하게 유지시키는 과정과, 모터 토크 리플이 모델링되어 모터 지령전류에 반영되는 모터 토크 리플 모델의 위상을 가변시킬 때 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 모터 토크 리플 모델의 위상을 획득하는 과정과, 획득된 위상으로 모터 토크 리플 모델의 위상을 일정하게 유지시키면서 모터 토크 리플 모델의 게인을 가변시킬 때 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 모터 토크 리플 모델의 게인을 획득하는 과정이 모터 회전속도 별로 반복 수행되어 획득될 수 있다. 도 5는 파라미터 맵이 획득되는 과정을 설명하기 위한 블록구성도이며, 도 5에서 A_in×sin(6θ+φ_in)은 모터 토크 리플 모델을 의미한다.

보다 구체적으로 설명하면, 파라미터 맵을 획득하기 위해 먼저 모터 회전속도 및 모터 지령전류를 일정하게 유지시킨다.

그리고, 모터 토크 리플 모델이 모터 지령전류에 반영되어(즉, 모터 지령전류에서 모터 토크 리플 모델이 감산되어) 전류 제어부(300)에 의한 모터의 전류 제어가 수행된다. 이때, 모터 토크 리플 모델의 위상을 0°부터 360°까지 가변시키면서 모터 토크 리플의 크기를 실측한다(모터 토크 리플의 크기를 실측하기 위해 별도의 장비가 활용될 수 있다). 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 모터 토크 리플 모델의 위상은 하기 수학식 1 및 도 6에 따라 모터 토크 리플의 위상으로 추정될 수 있으므로, 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 모터 토크 리플 모델의 위상을 획득하여 저장한다.

수학식 1에서 A_τ×sin(6θ+φ)는 모터 토크 리플의 위상을 추정하는 과정에서 발생하는 모터 토크 리플을 의미하고, τ는 실측되는 모터 토크 리플을 의미한다.

다음으로, 획득된 모터 토크 리플 모델의 위상이 일정하게 유지되면서 전류 제어부(300)에 의한 모터의 전류 제어가 수행된다. 이때, 모터 토크 리플 모델의 게인을 가변시키면서 모터 토크 리플의 크기를 실측한다. 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 모터 토크 리플 모델의 게인은 하기 수학식 2 및 도 7에 따라 모터 토크 리플의 게인으로 추정될 수 있으므로, 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 모터 토크 리플 모델의 게인을 획득하여 저장한다.

수학식 2에서 A_τ×sin(6θ+φ)는 모터 토크 리플의 게인을 추정하는 과정에서 발생하는 모터 토크 리플을 의미하고, τ는 실측되는 모터 토크 리플을 의미한다.

수학식 1 및 2에 따라 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하는 과정은 모터 회전속도 별로 반복 수행될 수 있으며, 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하는 모터 회전속도는 설계자의 의도에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 설계자에 의해 선택된 모터 회전속도 별로 수학식 1 및 2에 따른 모터 토크 리플의 게인 및 위상 추정이 완료되면, 모터 지령전류 및 모터 회전속도에 따라 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하기 위한 파라미터 맵이 확보될 수 있다.

전술한 과정을 통해 모터 회전속도 별로 전류 제어부(300)에 의한 전류 제어가 수행되는 과정에서 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 모터 토크 리플 모델의 위상 및 게인을 획득하여 파라미터 맵을 작성한 후, 작성된 파라미터 맵을 기반으로 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정함으로써, 전류 제어부(300)의 주파수 응답 특성에 영향받지 않는 모터 제어 성능을 확보할 수 있다.

한편, 전술한 과정을 거쳐 획득되는 파라미터 맵은, 모터의 정상 구동을 위한 DC-Link 전압의 하한값에서 모터 토크 리플의 게인과 위상을 추정하기 위한 제1 파라미터 맵, 및 모터의 정상 구동을 위한 DC-Link 전압의 상한값에서 모터 토크 리플의 게인과 위상을 추정하기 위한 제2 파라미터 맵을 포함할 수 있다.

즉, DC-Link 전압이 상기 하한값으로 유지되는 상태에서 모터 회전속도 별로 수학식 1 및 2에 따른 모터 토크 리플의 게인 및 위상 추정을 완료하여 제1 파라미터 맵이 획득될 수 있고, DC-Link 전압이 상기 상한값으로 유지되는 상태에서 모터 회전속도 별로 수학식 1 및 2에 따른 모터 토크 리플의 게인 및 위상 추정을 완료하여 제2 파라미터 맵을 획득될 수 있다. 파라미터 맵을 DC-Link 전압에 따라 제1 및 제2 파라미터 맵을 구분하는 것은 후술할 것과 같이 DC-Link 전압에 따라 니-포인트가 변화되는 점을 고려하여 보상신호를 생성하기 위한 것이다. DC-Link 전압의 하한값 및 상한값은 정상 구동을 위해 모터로 입력되어야 하는 전압의 하한값 및 상한값을 의미하며, 예를 들어 각각 10V 및 14V일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

전술한, 파라미터 맵이 획득되는 과정은 MDPS ECU 레벨에서 제어되어 수행될 수 있다.

한편, 전술한 것과 같이 본 실시예의 보상신호 생성부(100)는 모터 회전속도(ω_m) 및 모터 지령전류(i_q ^*)와 함께 DC-Link 전압(V_Link)을 더 고려하여 보상신호를 생성할 수 있다.

이에 대한 구체적인 설명을 위해 먼저 도 8 내지 도 11을 참조하여 모터에 대한 약자속 제어(Flux Weakening Control)를 개괄적으로 설명하면, 통상적으로 3상 AC 모터의 구동 시 생성되는 역기전력은 자속 및 모터 회전속도에 비례하여 증가하며, 자속 또는 모터 회전속도의 증가에 따라 역기전력이 증가함으로 인해 모터에 대한 제어전압이 부족하게 될 경우(즉, DC-Link 전압에서 역기전력을 합산하여 결정되는 모터 제어전압이 부족하게 될 경우), 모터의 고속 회전 영역에서 그 제어에 제한이 발생하기 때문에, 회전자에 대한 d축 지령전류를 조절하여 회전자의 자속을 감소시켜 역기전력을 감소시킴으로써 모터의 고속 회전 영역에서 그 제어 성능을 확보하게 된다. 모터에 대한 제어전압이 부족하게 되는 시점, 또는 모터에 대한 약자속 제어가 개시되는 시점은 니-포인트(Knee-Point)로 통칭되며, 본 실시예에서는 용어의 명확한 정의를 위해 니-포인트를 모터의 약자속 제어가 개시되는 모터 회전속도로 정의한다.

도 8에 도시된 것과 같이 모터 회전속도가 니-포인트 미만일 경우, d축 지령전류의 값이 0이기 때문에 모터에서 발생하는 토크의 위상 지연 현상이 발생하지 않는 반면, 도 9에 도시된 것과 같이 모터 회전속도가 니-포인트 이상일 경우, 약자속 제어에 따라 d축 지령전류가 인가되어 모터에서 발생하는 토크에는 약계자 위상각인 τ만큼 위상 지연이 발생하게 되며, 약자속 제어 시 발생하는 위상 지연은 도 10에 도시된 것과 같이 DC-Link 전압의 크기가 작을수록 증가하는 특성이 있다. 이러한 약자속 제어 시 발생하는 위상 지연은 전술한 과정을 통해 획득된 파라미터 맵에 이미 반영되어 있으나, DC-Link 전압의 크기에 따라 약자속 제어가 개시되는 시점이 달라지고, 이는 도 11에 도시된 것과 같이 DC-Link 전압의 크기에 따라 니-포인트가 달라짐을 의미하므로, DC-Link 전압을 고려하여 보상신호를 생성할 필요성이 발생하게 된다. 이하에서는 DC-Link 전압을 고려하여 보상신호를 생성하는 과정을 구체적으로 설명한다.

먼저, 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 게인(A)을 결정하는 과정을 도 12를 참조하여 설명하면, 보상신호 생성부(100)는 제1 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제1 게인 맵(①)을 추출하고, 제2 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제2 게인 맵(②)을 추출한 후, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 제1 및 제2 게인 맵(①, ②)을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 게인(A)을 결정할 수 있다.

구체적으로는, DC-Link 전압(V_Link)이 전술한 하한값과 상한값 사이에 존재하는 경우, 보상신호 생성부(100)는 DC-Link 전압(V_Link)를 통해 제1 게인 맵(①)을 보간하여 게인(A_lo)을 결정하고, DC-Link 전압(V_Link)를 통해 제2 게인 맵(②)을 보간하여 게인(A_up)을 결정한 후, 두 게인(A_lo, A_up)을 보간하여 DC-Link 전압(V_Link)에서 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 게인(A)을 결정할 수 있다.

한편, 보상신호 생성부(100)는 DC-Link 전압(V_Link)이 하한값 이하인 경우에는 DC-Link 전압(V_Link)를 통해 제1 게인 맵(①)을 보간하여 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 게인(A)을 결정할 수 있고, DC-Link 전압(V_Link)이 상한값 이상인 경우에는 DC-Link 전압(V_Link)를 통해 제2 게인 맵(②)을 보간하여 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 게인(A)을 결정할 수 있다. 위 경우, 보상신호 생성부(100)는 선형 보간 등의 방식으로 제1 및 제2 게인 맵(①, ②)을 보간할 수 있다.

다음으로, 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정하는 과정을 도 13을 참조하여 설명한다. 전술한 것과 같이 보상신호 생성부(100)는 DC-Link 전압의 변화에 따른 니-포인트(Knee-Point)의 변화를 고려하기 위해, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 제1 및 제2 파라미터 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하는 위한 위상(φ)을 결정할 수 있다.

구체적으로, 보상신호 생성부(100)는, 제1 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제1 위상 맵(①)을 추출하고, 제2 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제2 위상 맵(②)을 추출한 후, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 제1 및 제2 위상 맵(①, ②)을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정할 수 있다.

도 13을 참조하면, 위상(φ)이 결정되는 영역은 모터 회전속도에 따라 제1 위상 맵(①)의 니 포인트(NP_lo) 미만인 영역(이하 ⓧ 영역), 제1 위상 맵(①)의 니-포인트(NP_lo) 이상 제2 위상 맵(②)의 니-포인트(NP_up) 이하인 영역(이하 ⓩ 영역), 및 제2 위상 맵(②)의 니-포인트(NP_up) 초과 영역(이하 ⓨ 영역)으로 구분될 수 있다.

ⓧ 영역 및 ⓨ 영역에서, DC-Link 전압(V_Link)이 전술한 하한값과 상한값 사이에 존재하는 경우, 보상신호 생성부(100)는 DC-Link 전압(V_Link)를 통해 제1 위상 맵(①)을 보간하여 위상(φ_lo)을 결정하고, DC-Link 전압(V_Link)를 통해 제2 위상 맵(②)을 보간하여 위상(φ_up)을 결정한 후, 두 위상(φ_lo, φ_up)을 보간하여 DC-Link 전압(V_Link)에서 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정할 수 있다. 한편, 보상신호 생성부(100)는 DC-Link 전압(V_Link)이 하한값 이하인 경우에는 DC-Link 전압(V_Link)를 통해 제1 위상 맵(①)을 보간하여 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정할 수 있고, DC-Link 전압(V_Link)이 상한값 이상인 경우에는 DC-Link 전압(V_Link)를 통해 제2 위상 맵(②)을 보간하여 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정할 수 있다. 위 경우, 보상신호 생성부(100)는 선형 보간 등의 방식으로 제1 및 제2 위상 맵(①, ②)을 보간할 수 있다.

ⓩ 영역에서 DC-Link 전압(V_Link)이 전술한 하한값과 상한값 사이에 존재하는 경우, 전술한 것과 같은 선형 보간 방식이 적용될 수 없는 문제가 존재한다. 즉, DC-Link 전압의 변화에 따른 니-포인트(Knee-Point)의 변화를 고려하여 보상신호를 생성하기 위해서는 도 15와 같은 보간이 요구되나, 선형 보간에 따를 때 도 14와 같은 보간 결과가 도출되어 DC-Link 전압의 변화에 따른 니-포인트(Knee-Point)의 변화를 정확하게 반영하여 보상신호를 생성할 수 없는 문제점이 존재한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 실시예에서 보상신호 생성부(100)는 모터 회전속도(ω_m)가 제1 위상 맵(①)의 니-포인트(NP_lo) 이상 제2 위상 맵(②)의 니-포인트(NP_up) 이하의 범위에 존재하는 경우로서, DC-Link 전압(V_Link)이 하한값 및 상한값 사이에 존재하는 경우, 먼저 도 16 및 도 17에 도시된 것과 같이 제1 위상 맵(①)에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_lo), 및 제2 위상 맵(②)에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_up)을 DC-Link 전압(V_Link)을 통해 선형 보간하여 니-포인트(NP_up)에서 DC-Link 전압(V_Link)에 해당하는 위상값(φ₁)을 결정한다. 예를 들어, 하한값이 10V, 상한값이 14V, DC-Link 전압이 12V인 경우, 위상값(φ₁)은 도 17에서 φ_lo 및 φ_up을 연결하는 선분의 중점에 해당하는 위상값이 된다.

그리고, 보상신호 생성부(100)는 도 18에 도시된 것과 같이 제1 위상 맵(①)에서 니-포인트(NP_lo)에서의 위상값(φ_lo'), 및 제2 위상 맵(②)에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_up)을 DC-Link 전압(V_Link)을 통해 선형 보간하여 결정되는 지점에서의 위상값(φ₂)을 결정한다. 하한값이 10V, 상한값이 14V, DC-Link 전압이 12V인 예시에서, 위상값(φ₂)은 φ_lo' 및 φ_up을 연결하는 선분의 중점에에서의 위상값이 된다.

그리고, 보상신호 생성부(100)는 결정된 위상값(φ₁) 및 위상값(φ₂)을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정한다. 위상값(φ₁) 및 위상값(φ₂)을 보간하는 방식으로는 선형 보간, 라그랑제 보간 또는 뉴튼 보간 등 다양한 보간 방식이 사용될 수 있다.

위와 같은 보간 과정을 통해, 도 15와 같은 보간 결과가 도출되어 DC-Link 전압의 변화에 따른 니-포인트(Knee-Point)의 변화를 고려하여 보상신호를 생성할 수 있게 된다.

한편, 보상신호 생성부(100)는 ⓩ 영역에서 DC-Link 전압(V_Link)이 하한값 이하인 경우에는 DC-Link 전압(V_Link)를 통해 제1 위상 맵(①)을 보간하여 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정할 수 있고, DC-Link 전압(V_Link)이 상한값 이상인 경우에는 DC-Link 전압(V_Link)를 통해 제2 위상 맵(②)을 보간하여 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정할 수 있다. 위 경우, 보상신호 생성부(100)는 선형 보간 등의 방식으로 제1 및 제2 위상 맵(①, ②)을 보간할 수 있다.

위 과정을 통해 보상신호의 게인(A) 및 위상(φ)이 결정되면, 보상신호 생성부는 모터의 회전각도를 입력받아 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호(i_comp)를 최종적으로 생성한다.

이상의 과정을 통해 생성된 보상신호(i_comp)를 통해 모터 지령전류(i_q ^*)를 역보상하여 모터의 전류 제어를 수행할 경우, 모터의 6차 토크 리플 및 소음이 저감될 수 있어, MDPS 시스템의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능이 개선될 수 있다.

도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 19를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법을 설명하면, 먼저 보상신호 생성부(100)는 모터의 구동을 위한 모터 지령전류 및 모터 회전속도에 따라 모터의 구동 시 발생하는 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하기 위해 미리 설정된 파라미터 맵에, 모터의 구동을 위한 DC-Link 전압(V_Link)을 적용하여, 현재 입력된 모터 지령전류(i_q ^*), 모터 회전속도(ω_m) 및 DC-Link 전압(V_Link)에 대응하는 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호(i_comp)를 생성한다(S100).

이어서, 전류 제어부(300)는 보상신호 생성부(100)에 의해 생성된 보상신호(i_comp)가 모터 지령전류(i_q ^*)에 반영되어 생성되는 보상지령전류(i_q ^* _{_comp}), 및 DC-Link 전압을 기반으로 동작하는 인버터부(400)로부터 모터로 공급되는 모터 구동전류(i_q)가 일치하도록 인버터부(400)를 제어하여 모터의 전류 제어를 수행한다(S200).

S100 단계에서 활용되는 파라미터 맵은 모터의 고속 회전 영역에서 전류 제어부(300)의 주파수 응답 특성에 의해 보상지령전류(i_q ^* _{_comp})에 반영된 보상신호(i_comp)의 게인 감소 및 위상 지연이 발생하지 않도록, 전류 제어부(300)의 주파수 응답 특성이 고려되어 미리 설정되어 있을 수 있다.

이러한 파라미터 맵은 모터 회전속도, 및 전류 제어부(300)로 입력되는 모터 지령전류를 일정하게 유지시키는 과정과, 모터 토크 리플이 모델링되어 모터 지령전류에 반영되는 모터 토크 리플 모델의 위상을 가변시킬 때 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 모터 토크 리플 모델의 위상을 획득하는 과정과, 획득된 위상으로 모터 토크 리플 모델의 위상을 일정하게 유지시키면서 모터 토크 리플 모델의 게인을 가변시킬 때 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 모터 토크 리플 모델의 게인을 획득하는 과정이 모터 회전속도 별로 반복 수행되어 획득될 수 있다.

또한, 파라미터 맵은 모터의 정상 구동을 위한 DC-Link 전압의 하한값에서 모터 토크 리플의 게인과 위상을 추정하기 위한 제1 파라미터 맵, 및 모터의 정상 구동을 위한 DC-Link 전압의 상한값에서 모터 토크 리플의 게인과 위상을 추정하기 위한 제2 파라미터 맵을 포함할 수 있다.

한편, S100 단계는 도 20에 도시된 것과 같이 보상신호 생성부(100)가 제1 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제1 게인 맵(①)을 추출하고, 제2 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제2 게인 맵(②)을 추출한 후, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 제1 및 제2 게인 맵(①, ②)을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 게인(A)을 결정하는 S110 단계와, 보상신호 생성부(100)가 DC-Link 전압의 변화에 따른 니-포인트(Knee-Point)의 변화를 고려하기 위해, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 상기 제1 및 제2 파라미터 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하는 위한 위상(φ)을 결정하는 S130 단계를 포함할 수 있다. 니-포인트는 전술한 것과 같이 모터의 약자속 제어(Flux Weakening Control)가 개시되는 모터 회전속도로 정의된다.

이때, S130 단계에서 보상신호 생성부(100)는 제1 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제1 위상 맵(①)을 추출하고, 제2 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제2 위상 맵(②)을 추출한 후, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 제1 및 제2 위상 맵(①, ②)을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정할 수 있다.

구체적으로, 보상신호 생성부(100)는 모터 회전속도(ω_m)가 제1 위상 맵(①)의 니-포인트(NP_lo) 이상 제2 위상 맵(②)의 니-포인트(NP_up) 이하의 범위에 존재하는 경우로서, DC-Link 전압(V_Link)이 하한값 및 상한값 사이에 존재하는 경우, 제1 위상 맵(①)에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_lo), 및 제2 위상 맵(②)에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_up)을 DC-Link 전압(V_Link)을 통해 선형 보간하여 니-포인트(NP_up)에서 DC-Link 전압(V_Link)에 해당하는 위상값(φ₁)을 결정하고, 제1 위상 맵(①)에서 니-포인트(NP_lo)에서의 위상값(φ_lo'), 및 제2 위상 맵(②)에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_up)을 DC-Link 전압(V_Link)을 통해 선형 보간하여 결정되는 지점에서의 위상값(φ₂)을 결정한 후, 결정된 위상값(φ₁) 및 위상값(φ₂)을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 MDPS 모터를 제어하기 위한 전류 제어기의 주파수 응답 특성을 고려하여 설정된 파라미터 맵을 기반으로 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호를 생성하여 모터 지령전류를 역보상함으로써, 모터의 고속 회전 영역에서 보상신호의 게인 감소 및 위상 지연이 발생하지 않도록 하여 전류 제어기의 주파수 응답 특성에 영향받지 않는 모터 제어 성능을 확보할 수 있다.

또한, 본 실시예는 모터의 구동을 위해 요구되는 DC-Link 전압에 따라 모터의 약자속 제어가 개시되는 니-포인트가 변화됨으로 인해 그 위상 지연 특성이 달라지는 현상을 보상하기 위해, DC-Link 전압에 따라 파라미터 맵을 보간하여 보상신호를 생성하는 구성을 채용함으로써, 모터 제어 시 그 위상 정확도를 향상시킬 수 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 보상신호 생성부
200: 연산부
300: 전류 제어부
400: 인버터부

Claims

모터의 구동을 위한 모터 지령전류 및 모터 회전속도에 따라 상기 모터의 구동 시 발생하는 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하기 위해 미리 설정된 파라미터 맵에, 상기 모터의 구동을 위한 DC-Link 전압(V_Link)을 적용하여, 현재 입력된 모터 지령전류(i_q ^*), 모터 회전속도(ω_m) 및 DC-Link 전압(V_Link)에 대응하는 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호(i_comp)를 생성하는 보상신호 생성부; 및
상기 보상신호 생성부에 의해 생성된 보상신호(i_comp)가 상기 모터 지령전류(i_q ^*)에 반영되어 생성되는 보상지령전류(i_q ^* _{_comp}), 및 DC-Link 전압을 기반으로 동작하는 인버터부로부터 상기 모터로 공급되는 모터 구동전류(i_q)가 일치하도록 상기 인버터부를 제어하여 상기 모터의 전류 제어를 수행하는 전류 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 파라미터 맵은, 상기 모터의 고속 회전 영역에서 상기 전류 제어부의 주파수 응답 특성에 의해 보상지령전류(i_q ^* _{_comp})에 반영된 보상신호(i_comp)의 게인 감소 및 위상 지연이 발생하지 않도록, 상기 전류 제어부의 주파수 응답 특성이 고려되어 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 파라미터 맵은,
모터 회전속도, 및 상기 전류 제어부로 입력되는 모터 지령전류를 일정하게 유지시키는 과정;
모터 토크 리플이 모델링되어 모터 지령전류에 반영되는 모터 토크 리플 모델의 위상을 가변시킬 때 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 상기 모터 토크 리플 모델의 위상을 획득하는 과정; 및
상기 획득된 위상으로 상기 모터 토크 리플 모델의 위상을 일정하게 유지시키면서 상기 모터 토크 리플 모델의 게인을 가변시킬 때 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 상기 모터 토크 리플 모델의 게인을 획득하는 과정;
이 모터 회전속도 별로 반복 수행되어 획득되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 파라미터 맵은, 상기 모터의 정상 구동을 위한 DC-Link 전압의 하한값에서 모터 토크 리플의 게인과 위상을 추정하기 위한 제1 파라미터 맵, 및 상기 모터의 정상 구동을 위한 DC-Link 전압의 상한값에서 모터 토크 리플의 게인과 위상을 추정하기 위한 제2 파라미터 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 보상신호 생성부는, 상기 제1 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제1 게인 맵을 추출하고, 상기 제2 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제2 게인 맵을 추출한 후, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 상기 추출된 제1 및 제2 게인 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 게인(A)을 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 보상신호 생성부는, DC-Link 전압의 변화에 따른 니-포인트(Knee-Point)의 변화를 고려하기 위해, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 상기 제1 및 제2 파라미터 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하는 위한 위상(φ)을 결정하되, 상기 니-포인트는 상기 모터의 약자속 제어(Flux Weakening Control)가 개시되는 모터 회전속도인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제6항에 있어서,
상기 보상신호 생성부는, 상기 제1 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제1 위상 맵을 추출하고, 상기 제2 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제2 위상 맵을 추출한 후, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 상기 추출된 제1 및 제2 위상 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제7항에 있어서,
상기 보상신호 생성부는, 모터 회전속도(ω_m)가 상기 제1 위상 맵의 니-포인트(NP_lo) 이상 상기 제2 위상 맵의 니-포인트(NP_up) 이하의 범위에 존재하는 경우로서, DC-Link 전압(V_Link)이 상기 하한값 및 상기 상한값 사이에 존재하는 경우,
상기 제1 위상 맵에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_lo), 및 상기 제2 위상 맵에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_up)을 DC-Link 전압(V_Link)을 통해 선형 보간하여 니-포인트(NP_up)에서 DC-Link 전압(V_Link)에 해당하는 위상값(φ₁)을 결정하고,
상기 제1 위상 맵에서 니-포인트(NP_lo)에서의 위상값(φ_lo'), 및 상기 제2 위상 맵에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_up)을 DC-Link 전압(V_Link)을 통해 선형 보간하여 결정되는 지점에서의 위상값(φ₂)을 결정한 후,
상기 결정된 위상값(φ₁) 및 위상값(φ₂)을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
보상신호 생성부가, 모터의 구동을 위한 모터 지령전류 및 모터 회전속도에 따라 상기 모터의 구동 시 발생하는 모터 토크 리플의 게인 및 위상을 추정하기 위해 미리 설정된 파라미터 맵에, 상기 모터의 구동을 위한 DC-Link 전압(V_Link)을 적용하여, 현재 입력된 모터 지령전류(i_q ^*), 모터 회전속도(ω_m) 및 DC-Link 전압(V_Link)에 대응하는 모터 토크 리플을 보상하기 위한 보상신호(i_comp)를 생성하는 단계; 및
전류 제어부가, 상기 보상신호 생성부에 의해 생성된 보상신호(i_comp)가 상기 모터 지령전류(i_q ^*)에 반영되어 생성되는 보상지령전류(i_q ^* _{_comp}), 및 DC-Link 전압을 기반으로 동작하는 인버터부로부터 상기 모터로 공급되는 모터 구동전류(i_q)가 일치하도록 상기 인버터부를 제어하여 상기 모터의 전류 제어를 수행하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 파라미터 맵은, 상기 모터의 고속 회전 영역에서 상기 전류 제어부의 주파수 응답 특성에 의해 보상지령전류(i_q ^* _{_comp})에 반영된 보상신호(i_comp)의 게인 감소 및 위상 지연이 발생하지 않도록, 상기 전류 제어부의 주파수 응답 특성이 고려되어 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 파라미터 맵은,
모터 회전속도, 및 상기 전류 제어부로 입력되는 모터 지령전류를 일정하게 유지시키는 과정;
모터 토크 리플이 모델링되어 모터 지령전류에 반영되는 모터 토크 리플 모델의 위상을 가변시킬 때 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 상기 모터 토크 리플 모델의 위상을 획득하는 과정; 및
상기 획득된 위상으로 상기 모터 토크 리플 모델의 위상을 일정하게 유지시키면서 상기 모터 토크 리플 모델의 게인을 가변시킬 때 실측되는 모터 토크 리플의 크기가 최소가 될 때의 상기 모터 토크 리플 모델의 게인을 획득하는 과정;
이 모터 회전속도 별로 반복 수행되어 획득되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 파라미터 맵은, 상기 모터의 정상 구동을 위한 DC-Link 전압의 하한값에서 모터 토크 리플의 게인과 위상을 추정하기 위한 제1 파라미터 맵, 및 상기 모터의 정상 구동을 위한 DC-Link 전압의 상한값에서 모터 토크 리플의 게인과 위상을 추정하기 위한 제2 파라미터 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 보상신호(i_comp)를 생성하는 단계는,
상기 보상신호 생성부가, 상기 제1 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제1 게인 맵을 추출하고, 상기 제2 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제2 게인 맵을 추출한 후, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 상기 추출된 제1 및 제2 게인 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 게인(A)을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 보상신호(i_comp)를 생성하는 단계는,
상기 보상신호 생성부가, DC-Link 전압의 변화에 따른 니-포인트(Knee-Point)의 변화를 고려하기 위해, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 상기 제1 및 제2 파라미터 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하는 위한 위상(φ)을 결정하는 단계로서, 상기 니-포인트는 상기 모터의 약자속 제어(Flux Weakening Control)가 개시되는 모터 회전속도인, 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제14항에 있어서,
상기 위상(φ)을 결정하는 단계에서, 상기 보상신호 생성부는,
상기 제1 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제1 위상 맵을 추출하고, 상기 제2 파라미터 맵으로부터 모터 회전속도에 따른 제2 위상 맵을 추출한 후, DC-Link 전압(V_Link)을 통해 상기 추출된 제1 및 제2 위상 맵을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제15항에 있어서,
상기 위상(φ)을 결정하는 단계에서, 상기 보상신호 생성부는,
모터 회전속도(ω_m)가 상기 제1 위상 맵의 니-포인트(NP_lo) 이상 상기 제2 위상 맵의 니-포인트(NP_up) 이하의 범위에 존재하는 경우로서, DC-Link 전압(V_Link)이 상기 하한값 및 상기 상한값 사이에 존재하는 경우,
상기 제1 위상 맵에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_lo), 및 상기 제2 위상 맵에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_up)을 DC-Link 전압(V_Link)을 통해 선형 보간하여 니-포인트(NP_up)에서 DC-Link 전압(V_Link)에 해당하는 위상값(φ₁)을 결정하고,
상기 제1 위상 맵에서 니-포인트(NP_lo)에서의 위상값(φ_lo'), 및 상기 제2 위상 맵에서 니-포인트(NP_up)에서의 위상값(φ_up)을 DC-Link 전압(V_Link)을 통해 선형 보간하여 결정되는 지점에서의 위상값(φ₂)을 결정한 후,
상기 결정된 위상값(φ₁) 및 위상값(φ₂)을 보간함으로써 보상신호(i_comp)를 생성하기 위한 위상(φ)을 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.