KR20200124787A - 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
인버터에서 모터로 제공되는 전류를 측정한 전류 검출값이 모터를 구동하기 위한 전류 지령을 추종하도록 하기 위한 전압 지령을 생성하는 전류제어기; 상기 전압 지령에 기반하여 소정 스위칭 주파수로 상기 인버터 내 스위칭 소자의 온/오프 상태를 제어하는 펄스폭 변조 신호를 생성하는 전압 변조부; 및 상기 모터의 구동 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수를 결정하되, 상기 모터의 속도에 기반하여 복수의 동기 주파수를 결정하고 상기 복수의 동기 주파수 중 하나를 랜덤하게 선정하여 상기 스위칭 주파수로 결정하는 주파수 결정부를 포함하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치가 개시된다.
Description
본 발명은 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터의 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스폭 변조 신호의 주파수의 확산을 통한 소음 및 전자파 저감 및 펄스폭 변조 신호의 주파수를 모터 속도에 동기화함에 따른 고조파 저감을 동시에 달성할 수 있는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모터를 구동하기 위한 시스템은, 전원 저장 장치(예를 들어, 배터리)와 전원 저장 장치에 저장된 직류 전력을 모터를 구동하기 위한 3상 교류의 전력으로 변환하는 인버터, 모터 및 모터를 구동하고자 하는 토크 지령을 기반으로 생성된 전류 지령과 실제 모터로 제공되는 실측 전류를 기반으로 인버터의 스위칭을 제어하는 컨트롤러로 이루어질 수 있다.
여기서, 인버터는 복수의 스위칭 소자를 포함하며 이 복수의 스위칭 소자가 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 방식으로 제어됨으로써 교류 전력을 생성할 수 있게 된다. 인버터에 의해 생성된 교류전력은 모터로 제공되어 모터가 운전된다.
인버터 내의 스위칭 소자를 제어하기 위한 방식으로 모터 속도에 동기화된 스위칭 주파수로 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하는 방식이 알려져 있다. 이 동기 펄스폭 변조 방식은 모터의 속도에 따라 스위칭 주파수가 변경되므로 스위칭 주파수의 정수배에 해당하는 대역에서 나타나는 고조파 성분을 저감할 수 있는 장점이 있으나, 스위칭 소음과 진동이 크게 나타나는 단점이 있다.
이러한 고정 스위칭 주파수의 펄스폭 변조 신호에 의한 단점을 해결하기 위해, 스위칭 주파수 대역을 순시적으로 분산하는 랜덤 펄스폭 변조(Random Pulse Width Modulation: RPWM) 기법이 알려져 있다. 랜덤 펄스폭 변조 기법을 적용하는 경우 에너지 분산을 통해 소음이나 진동을 억제할 수 있지만 스위칭 주파수가 무작위로 변경되므로 제어성이 저하되며 고조파 성분을 제거하는데 어려움이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
이에 본 발명은, 모터에 구동 전력을 제공하는 인버터 내 스위칭 소자를 제어하는 펄스폭 변조 주파수를 무작위로 변경하되 펄스폭 변조 주파수를 모터의 속도에 동기화된 복수의 동기 주파수 중 하나로 무작위 결정함으로써 동기 펄스폭 변조 방식의 고조파 저감의 장점과 랜덤 펄스폭 변조 방식의 소음 및 진동 저감의 장점을 함께 갖는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
인버터에서 모터로 제공되는 전류를 측정한 전류 검출값이 모터를 구동하기 위한 전류 지령을 추종하도록 하기 위한 전압 지령을 생성하는 전류제어기;
상기 전압 지령에 기반하여 소정 스위칭 주파수로 상기 인버터 내 스위칭 소자의 온/오프 상태를 제어하는 펄스폭 변조 신호를 생성하는 전압 변조부; 및
상기 모터의 구동 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수를 결정하되, 상기 모터의 속도에 기반하여 복수의 동기 주파수를 결정하고 상기 복수의 동기 주파수 중 하나를 랜덤하게 선정하여 상기 스위칭 주파수로 결정하는 주파수 결정부;
를 포함하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 주파수 결정부는, 상기 구동 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수의 변경 범위를 결정하고, 결정된 변경 범위 내에서 상기 모터의 속도를 기반으로 동기 펄스폭 변조 방식을 적용 시 사용될 수 있는 사전 설정된 상기 복수의 동기 주파수를 결정하며, 결정된 상기 복수의 동기 주파수 중 하나를 랜덤하게 선정하여 상기 스위칭 주파수로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 주파수 결정부는, 상기 구동 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수의 변경폭을 결정하는 랜덤 밴드 생성부; 상기 스위칭 주파수를 결정하기 위한 기준이 되는 기본 주파수를 생성하는 기본 주파수 생성부; 동기 펄스폭 변조 방식을 적용 시 사용될 수 있는 사전 설정된 상기 복수의 동기 주파수를 결정하기 위한 복수의 배수를 결정하는 배수 결정부; 및 상기 기본 주파수를 중심으로 상기 주파수 변경폭을 적용하여 생성된 주파수 범위의 최대 주파수 및 최소 주파수와 상기 모터의 회전 속도를 기반으로 배수 선택 범위를 결정하고, 상기 배수 결정부에서 결정된 복수의 배수 중 상기 배수 선택 범위 내에 속하는 배수들 중 하나를 랜덤하게 선정하며, 랜덤하게 선정된 배수와 상기 모터의 회전 속도를 기반으로 상기 스위칭 주파수를 결정하는 스위칭 주파수 연산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위칭 주파수 연산부는, 상기 최대 주파수 및 상기 최소 주파수 각각에 상기 모터의 속도에 대응되는 전기 주파수를 나누어 상기 배수 선택 범위의 최대값과 최소값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위칭 주파수 연산부는, 상기 랜덤하게 선정된 배수와 상기 모터의 속도에 대응되는 전기 주파수를 곱하여 상기 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 랜덤 밴드 생성부는, 입력 받은 복수의 상기 구동 정보 전체를 변수로 하는 비용함수에 의해 하나의 비용값을 연산하는 비용함수 연산부; 및 상기 비용값에 매핑된 상기 주파수 변경폭을 사전에 저장하며, 상기 비용함수 연산부에서 연산된 비용값을 입력 받아 그에 매핑된 주파수 변경폭을 출력하는 데이터 맵을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 랜덤 밴드 생성부는, 입력 받은 복수의 상기 구동 정보 각각을 변수로 하는 비용함수를 각각 포함하여 상기 구동 정보에 대한 비용값을 각각 연산하는 복수의 비용함수 연산부; 및 상기 비용값에 매핑된 상기 주파수 변경폭을 사전에 저장하며, 상기 복수의 비용함수 연산부에서 각각 연산된 비용값 중 최대값을 입력 받아 그에 매핑된 주파수 변경폭을 출력하는 데이터 맵을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구동 정보는, 상기 전류 지령, 상기 전류 검출값, 상기 인버터의 온도, 상기 모터의 온도 및 상기 모터의 속도를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 비용함수 연산부는 입력된 상기 구동 정보가 제어성이 저하되는 상태를 나타내는 경향이 커질수록 더 큰 비용값을 출력하는 비용함수를 포함하며, 상기 데이터 맵은 상기 비용값들이 커질수록 상기 주파수 변경폭을 감소시키도록 매핑이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 주파수 결정부에서 결정된 스위칭 주파수에 대응되는 주파수를 갖는 삼각파 형상의 캐리어 신호를 생성하고 상기 전압 지령과 상기 캐리어 신호를 비교하여 구형파 형태의 상기 펄스폭 변조 신호를 생성하는 전압 변조부를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
인버터 내 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 결정하기 위한 기준이 되는 기본 주파수를 생성하는 단계;
상기 인버터로부터 구동 전력을 제공받아 구동되는 모터의 구동 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수를 변경하기 위한 주파수 변경폭을 결정하는 단계;
동기 펄스폭 변조 방식을 적용 시 사용될 수 있는 사전 설정된 상기 복수의 동기 주파수를 결정하기 위한 복수의 배수를 결정하는 단계;
상기 기본 주파수를 중심으로 상기 주파수 변동폭을 적용하여 주파수 변동 범위를 결정하는 단계;
상기 주파수 변동 범위의 최대 주파수와 최소 주파수에 상기 모터의 속도를 적용하여 배수 선택 범위를 결정하는 단계;
상기 복수의 배수를 결정하는 단계에서 결정된 배수들 중 상기 배수 선택 범위의 최대값과 최소값 사이에 존재하는 복수의 배수에서 랜덤하게 하나의 배수를 선정하는 단계; 및
상기 선정하는 단계에서 랜덤하게 선정된 배수와 상기 모터의 속도를 기반으로 상기 스위칭 주파수를 결정하는 단계;
를 포함하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 스위칭 주파수를 결정하는 단계에서 결정된 스위칭 주파수에 대응되는 주파수를 갖는 삼각파 형상의 캐리어 신호를 생성하고, 상기 인버터에서 모터로 제공되는 전류를 측정한 전류 검출값이 상기 모터를 구동하기 위한 전류 지령을 추종하도록 결정된 전압 지령과 상기 캐리어 신호를 비교하여 구형파 형태의 상기 펄스폭 변조 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배수 선택 범위를 결정하는 단계는, 상기 최대 주파수 및 상기 최소 주파수 각각에 상기 모터의 속도에 대응되는 전기 주파수를 나누어 상기 배수 선택 범위의 최대값과 최소값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위칭 주파수를 결정하는 단계는, 상기 랜덤하게 선정된 배수와 상기 모터의 속도에 대응되는 전기 주파수를 곱하여 상기 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 주파수 변경폭을 결정하는 단계는, 복수의 상기 구동 정보 전체를 변수로 하는 비용함수에 의해 하나의 비용값을 연산하고, 상기 비용값에 매핑된 상기 주파수 변경폭을 사전에 저장하는 데이터 맵에 상기 연산된 비용값을 입력하여 상기 주파수 변경폭을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 주파수 변경폭을 결정하는 단계는, 복수의 상기 모터 구동 정보 각각을 변수로 하는 각각의 비용함수에 의해 복수의 비용값을 연산하고, 상기 비용값에 매핑된 상기 주파수 변경폭을 사전에 저장하는 데이터 맵에 상기 복수의 비용값 중 최대값을 입력하여 상기 주파수 변경폭을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구동 정보는, 상기 전류 지령, 상기 전류 검출값, 상기 인버터의 온도, 상기 모터의 온도 및 상기 모터의 속도를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 비용함수는 상기 구동 정보가 제어성이 저하되는 상태를 나타내는 경향이 커질수록 더 큰 비용값을 출력하며, 상기 데이터 맵은 상기 비용값들이 커질수록 상기 주파수 변경폭을 감소시키도록 매핑이 이루어질 수 있다.
상기 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치 및 방법에 따르면, 인버터의 스위칭 주파수를 랜덤하게 변경하되 그 랜덤하게 변경되는 스위칭 주파수는 동기 펄스폭 제어에서 적용될 수 있는 여러 스위칭 주파수 중 하나가 되게 결정함으로써, 랜덤 펄스폭 변조 제어에 의한 소음 및 진동 저감의 효과와 동기 펄스폭 제어에서 의한 고조파 저감의 효과를 동시에 달성할 수 있게 된다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치 및 방법이 적용되는 모터 구동 시스템의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치의 주파수 결정부의 스위칭 주파수 결정 기법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치의 주파수 결정부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치에서 주파수 변경폭을 결정하는 랜덤 밴드 생성부의 여러 예를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치의 주파수 결정부의 스위칭 주파수 결정 기법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치의 주파수 결정부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치에서 주파수 변경폭을 결정하는 랜덤 밴드 생성부의 여러 예를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치 및 방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치가 적용되는 모터 구동 시스템의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치가 적용되는 모터 구동 시스템, 에너지 저장 장치(10)와 에너지 저장 장치의 양단에 사이에 연결된 직류 링크 커패시터(20)와 인버터(30)와 모터(40)와 회전각 센서(50) 및 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
에너지 저장 장치(10)는 배터리 등과 같이 모터(30) 구동을 위한 전기 에너지를 직류의 형태로 저장하는 요소로서 직류 전력을 출력한다.
직류 링크 커패시터(20)는 에너지 저장 장치(10) 양단에 연결되어 충전에 의해 직류 링크 전압(Vdc)을 형성한다. 이 직류 링크 전압(Vdc)는 인버터(30)의 입력 전압이 된다.
인버터(30)는 에너지 저장 장치(10)에 저장되어 제공되는 직류 전력을 모터 구동을 위한 교류 전력으로 변환하기 위한 요소로서 컨트롤러(100)에서 제공되는 펄스폭변조 신호에 의해 온/오프 상태가 제어되는 복수의 스위칭 소자(S1 내지 S6)를 포함할 수 있다. 인버터(30)의 스위칭이라 함은 인버터에서 출력되는 삼상 전압의 스위칭을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
모터(40)는 인버터(30)로부터 제공되는 삼상 교류전력을 입력 받아 회전력을 발생시키는 요소로서, 당 기술분야에 알려진 다양한 종류의 모터가 채용될 수 있다. 친환경 차량에서는 차량의 구동 휠에 회전력을 제공하는 모터로서 구동모터로 지칭될 수도 있다.
회전각 센서(50)는 모터의 회전자의 위치 즉 모터 회전자의 회전각을 검출하는 요소로서, 모터(40)의 회전자의 각도를 검출하고, 검출된 회전자의 회전각에 대한 정보를 포함하는 회전각 검출 신호를 연속적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 회전각 센서(40)는 레졸버 등으로 구현될 수 있다.
컨트롤러(100)는 기본적으로 모터(40)의 토크를 원하는 값(토크 지령)으로 제어하기 위해 인버터(30)의 스위칭 소자(S1-S6)의 듀티 사이클(듀티 비)를 적절하게 조정하는 펄스폭변조 방식의 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제어를 위해, 컨트롤러(100)는 회전각 센서(50)에서 제공되는 신호 및 모터(40)로 제공되는 전류를 검출한 값(Ia, Ib)들을 기반으로 구동 중인 모터(40)의 토크 관련 정보를 도출한다. 이어, 컨트롤러(100)는 외부에서 입력되는 모터(40)에 대한 토크 지령치(모터(40)를 통해 얻고자 하는 토크 목표치)와 현재 구동중인 모터(40)의 토크 관련 정보를 비교한 결과를 기반으로, 모터(40)가 토크 지령치에 대응되는 값을 출력할 수 있도록 인버터(30) 내의 스위칭 소자(S1-S6) 들을 제어한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 컨트롤러(100)는 인버터(30) 내의 스위칭 소자(S1-S6)의 온/오프를 제어하는 펄스폭 변조 신호의 주파수, 스위칭 주파수를 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 컨트롤러(100)는 사전 설정된 변경폭 내에서 임의로 스위칭 주파수를 결정하되, 사전 설정된 변경폭 내에서 모터(40)의 속도를 기반으로 복수의 동기 주파수를 결정하고, 결정된 동기 주파수 중 하나를 랜덤하게 선정하여 스위칭 주파수로 결정할 수 있다.
컨트롤러(100)의 이러한 스위칭 주파수 결정을 통해 랜덤 펄스폭 변조(Random Pulse Width Modulation: RPWM) 방식을 적용함으로써 기대할 수 있는 주파수 집중에 의한 스위칭 소음 및 진동 발생을 감소시키는 효과와 동기 펄스폭 변조 방식을 적용함으로써 기대할 수 있는 고조파 저감의 효과를 동시에 획득할 수 있다.
도 1에 도시된 시스템에서 컨트롤러(100)는 본 발명에 따른 인버터 제어 장치가 될 수 있으며, 컨트롤러(100)에 의해 수행되는 인버터 제어 방법이 본 발명에 따른 인버터 제어 방법이 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도로서, 도 1의 컨트롤러(100)의 세부 구성과 컨트롤러(100)에 의해 제어되는 인버터(30) 및 인버터(30)로부터 3상 전압을 인가 받아 구동되는 모터(40) 등으로 이루어지는 시스템을 도시한 것으로 이해될 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치(도 1의 컨트롤러(100))는 외부에서 입력되는 토크 지령 및 모터의 역자속을 입력 받아 그에 대응되는 모터의 전류 지령(IdpREF)을 출력하는 전류 지령맵(110)과, 전류 지령(IdpREF)과 모터(30)로 제공되는 전류를 검출한 전류 검출값을 서로 비교하여 전류 검출값이 전류 지령(IdpREF)을 추종하도록 하기 위한 전압 지령(VdpssREF)을 생성하고 전압 지령(VdpssREF)에 상응하는 인버터(20)의 출력이 발생하도록 펄스폭 변조를 통해 스위칭 소자(S1-S6)의 온/오프를 제어하는 게이트 신호를 생성하는 전류제어 테스크부(120)와, 모터(40)로 제공되는 상전류(Ia, Ib)를 검출한 값을 d/q축 전류(Idq)로 변환하는 좌표 변환부(130) 및 회전각 센서(50)에서 검출된 모터 회전자의 위치를 이용하여 모터(40)의 회전 속도를 도출하는 속도추정부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
전류 지령맵(110)은 모터(40)에 대한 토크 지령과 모터(40)의 역자속에 동시 매핑 되는 전류 지령(IdpREF)을 사전에 저장할 수 있다. 이에 따라, 전류 지령맵(110)은 외부의 상위 제어기 등에서 입력되는 모터의 토크 지령과 모터에서 출력되는 역자속을 검출한 값을 입력 받아 그에 대응되는 전류 지령(IdpREF)을 출력하게 된다. 전류 지령(IdpREF)은 정지 좌표계의 d/q 축 전류 지령의 형태를 가질 수 있다.
도 2의 실시형태에서, 전류 지령맵(110)은 입력으로 모터(40)에 대한 토크 지령과 모터(40)의 역자속을 입력으로 하여 두 값에 매핑된 전류 지령(IdpREF)을 출력하는 것으로 설명되고 있으나 이는 일례에 불과하며, 다른 형식의 입력값을 기반으로 그에 대한 전류 지령이 매핑된 맵을 이용하여 전류 지령을 출력할 수도 있다. 또한, 전류 지령맵(110)은 전류를 생성하기 위해 적용될 수 있는 방식적인 일례에 불과하며 맵 이외의 방식, 예를 들어 사전 설정된 수학식 등에 특정 입력값을 대입하여 연산을 수행함으로써 전류 지령을 도출할 수도 있다.
전류 제어 테스크부(120)는 전류 제어기(121)와 전압 변조부(123) 및 주파수 결정부(125)를 포함할 수 있다.
전류 제어기(121)는 전류 지령맵(110)으로부터 d/q축 전류 지령(IdpREF)을 제공받고, 좌표 변환부(130)으로부터 모터로 제공되는 전류를 실측한 전류 검출값(Ia, Ib)을 d/q축 전류로 변환한 값(Idq)를 제공받으며, 속도 추정부(140)로부터 추정된 모터의 회전 속도(회전 주파수)(ωr)를 제공 받을 수 있다. 전류 제어기(121)는 제공 받은 정보를 이용하여 전압 지령(VdpssRef)을 생성할 수 있다.
더욱 구체적으로, 전류 제어기(121)는 전류 지령맵(110)에서 출력된 d/q축 전류 지령(IdpREF)과 와 실측된 d/q축 전류(Idq) 사이의 차이 성분을 이용하여 전압 지령(VdpssRef)을 생성할 수 있다. 특히, 전류 제어기(121)는 비례적분(PI) 제어기의 형태로 구현될 수 있으며, d/q축 전류 지령(IdpREF)과 실측된 d/q축 전류(Idq) 사이의 차이 성분의 비례적분하는 방식으로 실측된 d/q축 전류(Idq)가 전류 지령(IdpREF)을 추종하도록 제어할 수 있는 d/q축 전압 지령(VdqssRef)을 생성할 수 있다.
전압 변조부(123)는 전압 지령(VdqssREF)과 주파수 결정부(125)에서 생성된 스위칭 주파수(또는 캐리어 주파수)를 입력 받아 이들을 기반으로 인버터(30) 내의 스위칭 소자의 온/오프 상태를 결정하는 펄스폭 변조 신호를 생성한다. 예를 들어, 전압 변조부(125)는 주파수 결정부(125)에서 결정된 스위칭 주파수(캐리어 주파수)에 따르는 삼각파 형태의 캐리어 신호를 생성하고 이 캐리어 신호와 d/q축 전압 지령(VdqssRef)의 비교를 통해 구형파 형태의 펄스폭 변조 신호를 생성할 수 있다.
전압 변조부(123)에서 출력되는 펄스폭 변조 신호는 인버터(30) 내의 각 스위칭 소자(S1-S6)의 게이트로 제공되어 스위칭 소자(S1-S6)의 온/오프가 결정되며 그에 따라 인버터(30)에서 모터(40)로 제공되는 3상 교류 전압(3상 교류 전류)가 결정될 수 있다.
주파수 결정부(125)는 인버터(30)의 스위칭 주파수를 결정하는 요소로서 사전 설정된 범위 내에서 랜덤하게 스위칭 주파수를 결정하여 전압 변조부(123)로 제공할 수 있다. 특히, 주파수 결정부(125)는 모터(40)의 구동에 관련된 여러 정보를 입력 받고 이 정보를 기반으로 스위칭 주파수의 변경폭을 결정하며, 결정된 변경폭 내에서 랜덤하게 변화되는 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치의 주파수 결정부의 스위칭 주파수 결정 기법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 주파수 결정부(125)는 특정한 기본 주파수(Fbase)를 중심으로 주파수 변동 범위를 결정하고, 주파수 변동 범위의 최대값(Fmax)과 최소값(Fmin) 내에서 동기 펄스폭 변조를 적용하기 위해 모터(40)의 속도(ω)에 대응되게 사전 설정된 복수의 동기 스위칭 주파수(F1-F6)를 찾는다.
동기 펄스폭 변조 방식에서는 모터의 회전 속도와 그에 대응되는 스위칭 주파수는 선형적인 관계를 가질 수 있으며, 그 관계는 도 3에 도시된 것과 같이 복수의 직선으로 나타날 수 있다. 통상 스위칭 주파수는 모터의 회전 속도에 대응되는 전기적 회전 주파수의 6n배 또는 12n배 또는 6(2n-1)배(n는 자연수)로 결정될 수 있다. 통상적인 동기 펄스폭 변조 방식에서는 모터의 회전 속도를 복수의 구간으로 나누고 구간별로 미리 하나의 직선을 적용하도록 설정된다. 따라서, 통상적인 동기 펄스폭 변조 방식을 적용하는 경우에는 모터 속도 별로 하나의 기본 주파수가 사전에 설정된다.
본 발명의 여러 실시형태에서, 주파수 결정부(125)는 기본 주파수를 중심으로 주파수 변동 범위를 사전에 설정하고 그 주파수 변동 범위 내에서 동기 펄스폭 변조 방식에서 설정되는 복수의 모터 속도-스위칭 주파수 직선을 이용하여 실제 검출된 모터 속도에 대응되는 복수의 스위칭 주파수(F1-F6)를 찾고 찾은 복수의 스위칭 주파수(F1-F6) 중 하나를 임의로 선택하여 인버터(30)의 스위칭 소자(S1-S6)를 제어하기 위한 펄스폭 변조 신호의 주파수, 즉 스위칭 주파수로 결정할 수 있다.
위와 같은, 주파수 결정부(125)의 동작을 위해 주파수 결정부(125)는 도 4와 같이 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치의 주파수 결정부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 4를 참조하면, 주파수 결정부(125)는 펄스폭 변조 신호의 주파수를 변화하기 위한 스위칭 주파수의 변경폭(Frand)을 결정하는 랜덤 밴드 생성부(61)와, 스위칭 주파수의 기준이 되는 기본 주파수(Fbase)를 생성하는 기본 주파수 생성부(63)와 복수의 동기 주파수를 결정하기 위한 복수의 배수를 결정하는 배수 결정부(65) 및 기본 주파수를 중심으로 주파수 변경폭을 적용하여 생성된 최대 주파수 및 최소 주파수와 모터(40)의 회전 속도를 기반으로 배수 선택 범위를 결정하고 배수 결정부(65)에서 결정된 복수의 배수 중 배수 선택 범위 내에 속 내에서 속하는 배수들 중 하나를 랜덤하게 선택하며 랜덤하게 선택된 배수와 모터(40)의 회전 속도를 기반으로 스위칭 주파수(Fsw)를 연산하는 스위칭 주파수 연산부(67)를 포함하여 구성될 수 있다.
랜덤 밴드 생성부(61)는 모터의 구동 정보에 기반하여 주파수 변동폭을 결정할 수 있다. 이 랜덤 밴드 생성부(61)에 대해서는 이후 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
기본 주파수 결정부(63)는 랜덤 밴드 생성부(61)의 주파수 변동폭을 적용하기 위한 중심 주파수를 결정하는 요소로서, 통상적인 고정 스위칭 주파수가 적용되는 펄스폭 변조 방식 등 통상적인 펄스폭 변조 방식에 적용되는 스위칭 주파수가 될 수 있다.
배수 결정부(65)는 중심 주파수를 중심으로 주파수 변동폭을 적용한 범위 내에 속하는 복수의 동기 주파수에 해당하는 배수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같이, 모터의 속도(전기적 회전 주파수)가 ω인 경우, 중심 주파수를 중심으로 주파수 변동폭 내에 속하는 직선에 해당하는 배수(모터의 속도에 6n 또는 6(2n-1) 또는 12n에 해당하는 배수)를 결정할 수 있다.
스위칭 주파수 연산부(67)는 기본 주파수 생성부(65)에 의해 결정되는 기본 주파수(Fbase)에 랜덤 밴드 생성부(61)에 의해 결정된 주파수 변동폭을 적용하여 주파수 변동 범위의 최대값(Fmax)과 최소값(Fmin)을 결정하고, 주파수 변동 범위의 최대값(Fmax)과 최소값(Fmin)에 모터(40)의 회전 속도를 측정한 값을 나누어 배수의 범위를 결정하고, 배수 결정부(65)에서 결정된 배수 중 배수 선택 범위 내에 속하는 배수를 선택하고 선택된 배수 중에서 랜덤으로 하나를 선정한 후 랜덤으로 선정된 배수에 모터(40) 속도를 곱하여 스위칭 주파수(Fsw)로 결정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전압 변조부(123)는 주파수 결정부(125)에서 결정된 스위칭 주파수(Fsw)(캐리어 주파수)를 따르는 삼각파 형태의 캐리어 신호를 생성하고 이 캐리어 신호와 d/q축 전압 지령(VdqssRef)의 비교를 통해 구형파 형태의 펄스폭 변조 신호를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태는, 모터의 구동 환경이나 제어 상태 등과 같은 여러 모터 구동 정보 중 적어도 일부를 이용하여 랜덤 밴드 생성부(61)의 주파수 변경폭을 결정할 수 있다. 즉, 랜덤 밴드 생성부(61)는 모터 구동 정보를 입력 받고 그를 기반으로 주파수를 결정할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치에서 주파수 변경폭을 결정하는 랜덤 밴드 생성부의 여러 예를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 랜덤 밴드 생성부(61)는 다양한 모터 구동 정보를 입력 받고 입력 받은 모터 구동 정보 각각을 변수로 하는 하나의 비용함수를 이용하여 주파수 변경폭(Frand)을 결정하기 위한 기준이 되는 비용값(Cmon)을 생성하는 비용함수 연산부(611)와, 비용값(Cmon)에 매핑된 주파수 변경폭(Frand)을 사전에 저장하고 비용함수 연산부(611)로부터 연산되어 입력되는 비용값(Cmon)에 매핑된 주파수 변경폭(Frand)을 출력하는 데이터 맵(613)을 포함하여 구성될 수 있다.
비용함수 연산부(611)로 입력되는 모터 구동 정보로는 모터를 구동하기 위한 토크 지령에 대응되는 d/q 전류 지령(Id_ref, Iq _ref), 인버터(30)에서 모터(40)로 제공되는 전류를 검출한 전류 검출값(Id, Iq), 모터(40)의 회전 속도(ωrpm), 인버터(30)의 온도(Tinv) 및 모터(40)의 온도(Tmot) 등이 될 수 있다.
비용함수 연산부(611)는 입력 받은 다양한 모터 구동 정보를 이용하여 적절한 스위칭 주파수 변경폭(Frand)을 결정할 수 있는 기준값(비용값)을 생성하기 위한 비용함수를 포함할 수 있다. 이 비용함수는 입력 받는 모터 구동 정보를 변수로 하는 식으로서 필요에 따라 모터 구동 정보의 종류 별로 가중치를 부가할 수도 있다.
데이터 맵(613)는 비용값(Cmon)에 매핑된 주파수 변경폭(Frand)을 사전에 저장해 두고 비용값(Cmon) 입력이 발생하면 입력된 비용값(Cmon)에 매핑된 주파수 변경폭(Frand)을 출력할 수 있다. 데이터 맵(613)에서 주파수 변경폭(Frand)은 매우 낮은 비용값이나 매우 높은 비용값에 대해서는 그 한계값이 설정된 형태를 가질 수 있다. 즉, 주파수 변경폭(Frand)은 사전에 최대값 및 최소값이 설정될 수 있고, 최대값과 최소값의 사이의 범위에서 비용값에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 여기서, 주파수 변경폭(Frand)의 최대값은 모터(40)를 안정적으로 제어할 수 있는 최대 스위칭 주파수를 생성할 수 있는 값이며, 주파수 변경폭(Frand)의 최소값은 0이 될 수 있으며 이는 스위칭 주파수를 기본 주파수로 설정하여 변경시키지 않는 경우에 해당한다.
랜덤 밴드 생성부(61)의 다른 예를 도시한 도 6을 참조하면, 랜덤 밴드 생성부(61)는 d/q 전류 지령(Id_ref, Iq _ref), 인버터(30)에서 모터(40)로 제공되는 전류를 검출한 d/q 전류 검출값(Id, Iq), 모터(40)의 회전 속도(ωrpm), 인버터(30)의 온도(Tinv) 및 모터(40)의 온도(Tmot) 등의 모터 구동 정보 각각에 대해 개별적으로 비용함수를 연산하는 복수의 비용함수 연산부(611a 내지 611e)와 각각의 비용함수 연산부(611a 내지 611e)에서 연산된 비용값(Cmon1 내지 Cmon5) 중 최대값을 선택하는 최대값 선택부(612) 및 비용값(Cmon)에 매핑된 주파수 변경폭(Frand)을 사전에 저장해 두고 최대값 선택부(612)에 의해 선택된 비용값을 입력 받아 그에 대응되는 주파수 변경폭(Frand)을 출력하는 데이터 맵(613)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 6에 도시된 예는, 도 5에 도시된 예와는 달리 입력되는 복수의 모터 구동 정보 각각 또는 그 일부를 이용하여 연산된 값에 대해 개별적으로 비용함수 연산부(611a 내지 611e)를 적용하여 복수의 비용값을 연산한 후 연산된 비용값(Cmon1 내지 Cmon5) 중 최대값에 대한 주파수 변경폭(Frand) 결정할 수 있다.
예를 들어, 제1 비용함수 연산부(611a)는 d/q 전류 지령(Id_ref, Iq _ref), 인버터(30)에서 모터(40)로 제공되는 전류를 검출한 d/q 전류 검출값(Id, Iq) 각각의 차이값의 평균값(Ierr)을 변수로 하는 비용함수를 이용하여 비용값을 연산할 수 있다. 제2 비용함수 연산부(611b)는 인버터 온도(Tinv)를 변수로 한 비용함수를 이용하여 비용값을 연산할 수 있으며, 제3 비용함수 연산부(611c)는 모터 온도(Tmot)를 변수로 한 비용함수를 이용하여 비용값을 연산할 수 있다. 또한, 제4 비용함수 연산부(611d)는 d/q 전류 검출값의 평균(Iamp)을 변수로 하는 비용함수를 이용하여 비용값을 연산할 수 있으며, 제5 비용함수 연산부(611e)는 모터(40)의 회전 속도(
rpm)를 변수로 한 비용함수를 이용하여 비용값을 연산할 수 있다.
이렇게 연산된 비용값들 중 스위칭 주파수의 랜덤한 변경에 의해 가장 큰 영향을 받게 되는 정보를 고려하여 스위칭 주파수 변경폭을 결정할 수 있도록, 최대값 선택부(612)는 여러 비용값들(Cmon1 내지 Cmon5) 중 최대값을 선택하고, 도 4에서 설명한 바와 동일하게 데이터 맵(613)이 최대값을 갖는 비용값을 입력으로 하여 주파수 변경폭(Frand)를 결정할 수 있다.
도 5 및 도 6에서, 비용함수는 입력된 모터 구동 정보가 제어성이 저하되는 상태를 나타내는 경향이 커질수록 더 큰 비용값을 출력할 수 있으며, 데이터 맵은 입력 받은 비용값들이 커질수록 주파수 변경폭(Frand)을 감소시키도록 데이터의 매핑이 이루어질 수 있다. 예를 들어, d/q 전류 지령(Id_ref, Iq _ref), 인버터(30)에서 모터(40)로 제공되는 전류를 검출한 d/q 전류 검출값(Id, Iq) 각각의 차이값의 평균값(Ierr)이 커질수록 모터 제어가 적절하게 이루어지지 못하는 것으로 볼 수 있다. 이 경우, 평균값(Ierr)이 커짐에 따라 비용값이 증가하게 되며 데이터 맵에서 출력되는 주파수 변경폭은 감소될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시형태는 제어성의 증대가 요구되는 조건에서, 주파수 변경폭의 감소시켜 소음 감소의 효과를 줄이면서 대신 제어성을 향상시킬 수 있다. 제어성이 떨어지는 구동 정보의 예로, 인버터 온도(Tinv)의 증가, 모터 온도(Tmot)의 증가, d/q 전류 검출값의 평균(Iamp)의 증가 및 모터 회전 속도(
rpm)의 증가 등이 있을 수 있다. 구동 정보에 의해 제어성이 떨어질수록 비용값은 증가하고 이에 따라 주파수 변경폭(Frand)은 감소될 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치를 이용한 인버터 제어 방법도 제공한다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법은, 인버터(30)의 스위칭을 위한 기본 주파수 생성부(65)에서 기본 주파수(Fbase)를 생성하고(S11), 랜덤 밴드 생성부(61)가 모터 구동 정보를 입력 받아 주파수 변경폭(Frand)을 결정하며, 동기 펄스폭 변조 기법에서 적용될 수 있는 사전 설정된 배수를 결정하는 단계(S13)로부터 시작될 수 있다. 물론, 통상의 인버터 제어, 예를 들어 외부로부터 입력된 모터(40)의 토크 지령을 기반으로 전류 지령을 생성하고 전류 지령과 모터(40)로 제공되는 실제 전류를 검출한 전류 검출값을 비교하여 전압 지령을 생성하는 등과 같은 제어 역시 모터 구동이 개시되는 즉시 수행될 수 있다.
기본 주파수(Fbase)를 생성하는 단계(S11)에서는 통상의 고정 스위칭 주파수를 적용하여 펄스폭 변조 방식에 적용되는 공지의 기법을 이용하여 기본 주파수가 생성될 수 있다.
또한, 단계(S12)에서는 도 5 및 도 6을 통해 설명된 것과 같이, 복수의 모터 구동 정보를 모두 변수로 이용하여 하나의 비용값을 생성한 후 그에 대응되는 주파수 변경폭(Frand)을 데이터 맵을 이용하여 결정하거나, 복수의 모터 구동 정보 각각에 대한 비용값을 생성한 후 복수의 비용값 중 최대값을 기반으로 그에 대응되는 주파수 변경폭(Frand)을 결정하는 방식이 선택적으로 적용될 수 있다.
또한, 단계(S13)에서는 배수 결정부(65)에 의해 중심 주파수를 중심으로 주파수 변경폭에 속하는 모터 회전 속도(전기적 회전 주파수)의 배수(6n 또는 12n 또는 6(2n-1), n은 자연수)가 결정될 수 있다.
이어, 스위칭 주파수 연산부(67)는 단계(S11 내지 S13)에 의해 결정된 값들을 이용하여 스위칭 주파수(Fsw)를 연산할 수 있다(S14 내지 S17).
먼저, 스위칭 주파수 연산부(67)는 단계(S11)에서 생성된 기본 주파수(Fbase)를 중심으로 단계(S12)에서 결정된 주파수 변동폭(Frand)을 적용하여 주파수 변동 범위를 결정할 수 있다(S14). 여기서 기본 주파수(Fbase)를 중심으로 주파수 변동폭을 적용하여 생성된 주파수 변동 범위의 최대값(Fmax)과 최소값(Fmin)이 연산될 수 있다.
이어, 스위칭 주파수 연산부(67)는 주파수 변동 범위의 최대값(Fmax)과 최소값(Fmin)에 측정된 모터(40)의 속도를 적용하여 배수 선택 범위를 결정할 수 있다(S15). 여기서, 배수 선택 범위의 최대값(Nmax)는 주파수 변동 범위의 최대값(Fmax)에 모터(40)의 속도에 대응되는 전기 주파수(Fe)를 나누어 결정될 수 있으며, 배수 선택 범위의 최소값(Nmin)는 주파수 변동 범위의 최대값(Fmin)에 모터(40)의 속도에 대응되는 전기적 회전 주파수(Fe)를 나누어 결정될 수 있다. 본 발명의 여러 실시형태에 대한 설명에서 사용되는 전기적 회전 주파수(전기 주파수)(Fe)는 모터의 전기적인 회전 속도를 의미하는 것으로 기계적인 회전 주파수에 모터의 극쌍(pole pair) 수를 곱하여 얻을 수 있다.
이어, 스위칭 주파수 연산부(67)는, 단계(S13)에서 결정된 배수들 중 단계(S15)에서 연산된 배수 선택 범위의 최대값(Nmax)과 최소값(Nmin) 사이에 존재하는 복수의 배수에서 랜덤하게 하나의 배수를 선정한다(S16). 단계(S15)에서는 여러 공지의 랜덤 선택 알고리즘 중 하나가 적용될 수 있다.
이어, 스위칭 주파수 연산부(67)는, 단계(S16)에서 랜덤하게 선정된 하나의 배수(Nop)와 측정된 모터(40)의 속도에 대응되는 전기 주파수(Fe)를 곱하여 스위칭 주파수(Fsw)를 결정할 수 있다. 스위칭 주파수 연산부(67)에서 결정된 스위칭 주파수(Fsw)는 인버터(30)의 스위칭 소자(S1-S6)를 제어하기 위한 펄스폭 변조 신호의 스위칭 주파수이다. 스위칭 주파수 연산부(67)는 결정된 스위칭 주파수(Fsw)를 전압 변조부(123)으로 제공한다(S14).
이어, 전압 변조부(123)는 전압 지령(VdqssREF)과 스위칭 주파수(Fsw)(또는 캐리어 주파수)를 입력 받아 이들을 기반으로 인버터(30) 내의 스위칭 소자의 온/오프 상태를 결정하는 펄스폭 변조 신호를 생성한다(S18). 전술한 바와 같이, 단계(S18)에서는 전압 변조부(125)가 스위칭 주파수 연산부(67)에서 결정된 스위칭 주파수(Fsw)(캐리어 주파수)에 해당하는 삼각파 형태의 캐리어 신호를 생성하고 이 캐리어 신호와 d/q축 전압 지령(VdqssRef)의 비교를 통해 구형파 형태의 펄스폭 변조 신호를 생성할 수 있다.
전압 변조부(123)에서 생성된 펄스폭 변조 신호는 인버터(30) 내 스위칭 소자(S1-S6)의 게이트로 제공되어 스위칭 소자(S1-S6)의 온/오프 상태가 제어될 수 있다.
도 6에 도시한 것과 같은 일련의 제어 흐름은 모터가 구동되는 동안 계속 반복되므로, 이러한 제어 흐름이 반복될 때 마다 랜덤하게 스위칭 주파수가 결정될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치 및 방법은, 인버터의 스위칭 주파수를 랜덤하게 변경하되 그 랜덤하게 변경되는 스위칭 주파수는 동기 펄스폭 제어에서 적용될 수 있는 여러 스위칭 주파수 중 하나가 되게 결정할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치 및 방법은, 랜덤 펄스폭 변조 제어에 의한 소음 및 진동 저감의 효과와 동기 펄스폭 제어에서 의한 고조파 저감의 효과를 동시에 달성할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 에너지 저장 장치
20: 직류 링크 전압(인버터 입력 전압)
30: 인버터 40: 모터
50: 회전각 센서
100: 컨트롤러(모터 구동 인버터 제어 장치)
110: 전류 지령맵 120: 전류제어 테스크부
121: 전류 제어기 123: 전압 변조부
125: 주파수 결정부 61: 랜덤 밴드 생성부
611, 611a-611e: 비용함수 연산부
612: 최대값 선택부 613: 데이터 맵
63: 기본 주파수 생성부 67: 배수 결정부
67: 스위칭 주파수 연산부
30: 인버터 40: 모터
50: 회전각 센서
100: 컨트롤러(모터 구동 인버터 제어 장치)
110: 전류 지령맵 120: 전류제어 테스크부
121: 전류 제어기 123: 전압 변조부
125: 주파수 결정부 61: 랜덤 밴드 생성부
611, 611a-611e: 비용함수 연산부
612: 최대값 선택부 613: 데이터 맵
63: 기본 주파수 생성부 67: 배수 결정부
67: 스위칭 주파수 연산부
Claims (18)
- 인버터에서 모터로 제공되는 전류를 측정한 전류 검출값이 모터를 구동하기 위한 전류 지령을 추종하도록 하기 위한 전압 지령을 생성하는 전류제어기;
상기 전압 지령에 기반하여 소정 스위칭 주파수로 상기 인버터 내 스위칭 소자의 온/오프 상태를 제어하는 펄스폭 변조 신호를 생성하는 전압 변조부; 및
상기 모터의 구동 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수를 결정하되, 상기 모터의 속도에 기반하여 복수의 동기 주파수를 결정하고 상기 복수의 동기 주파수 중 하나를 랜덤하게 선정하여 상기 스위칭 주파수로 결정하는 주파수 결정부;
를 포함하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 주파수 결정부는,
상기 구동 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수의 변경 범위를 결정하고, 결정된 변경 범위 내에서 상기 모터의 속도를 기반으로 동기 펄스폭 변조 방식을 적용 시 사용될 수 있는 사전 설정된 상기 복수의 동기 주파수를 결정하며, 결정된 상기 복수의 동기 주파수 중 하나를 랜덤하게 선정하여 상기 스위칭 주파수로 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 주파수 결정부는,
상기 구동 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수의 변경폭을 결정하는 랜덤 밴드 생성부;
상기 스위칭 주파수를 결정하기 위한 기준이 되는 기본 주파수를 생성하는 기본 주파수 생성부;
동기 펄스폭 변조 방식을 적용 시 사용될 수 있는 사전 설정된 상기 복수의 동기 주파수를 결정하기 위한 복수의 배수를 결정하는 배수 결정부; 및
상기 기본 주파수를 중심으로 상기 주파수 변경폭을 적용하여 생성된 주파수 범위의 최대 주파수 및 최소 주파수와 상기 모터의 회전 속도를 기반으로 배수 선택 범위를 결정하고, 상기 배수 결정부에서 결정된 복수의 배수 중 상기 배수 선택 범위 내에 속하는 배수들 중 하나를 랜덤하게 선정하며, 랜덤하게 선정된 배수와 상기 모터의 회전 속도를 기반으로 상기 스위칭 주파수를 결정하는 스위칭 주파수 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치. - 청구항 3에 있어서, 상기 스위칭 주파수 연산부는,
상기 최대 주파수 및 상기 최소 주파수 각각에 상기 모터의 속도에 대응되는 전기 주파수를 나누어 상기 배수 선택 범위의 최대값과 최소값을 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치. - 청구항 3에 있어서, 상기 스위칭 주파수 연산부는,
상기 랜덤하게 선정된 배수와 상기 모터의 속도에 대응되는 전기 주파수를 곱하여 상기 스위칭 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치. - 청구항 3에 있어서, 상기 랜덤 밴드 생성부는,
입력 받은 복수의 상기 구동 정보 전체를 변수로 하는 비용함수에 의해 하나의 비용값을 연산하는 비용함수 연산부; 및
상기 비용값에 매핑된 상기 주파수 변경폭을 사전에 저장하며, 상기 비용함수 연산부에서 연산된 비용값을 입력 받아 그에 매핑된 주파수 변경폭을 출력하는 데이터 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치. - 청구항 3에 있어서, 상기 랜덤 밴드 생성부는,
입력 받은 복수의 상기 구동 정보 각각을 변수로 하는 비용함수를 각각 포함하여 상기 구동 정보에 대한 비용값을 각각 연산하는 복수의 비용함수 연산부; 및
상기 비용값에 매핑된 상기 주파수 변경폭을 사전에 저장하며, 상기 복수의 비용함수 연산부에서 각각 연산된 비용값 중 최대값을 입력 받아 그에 매핑된 주파수 변경폭을 출력하는 데이터 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치. - 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 구동 정보는, 상기 전류 지령, 상기 전류 검출값, 상기 인버터의 온도, 상기 모터의 온도 및 상기 모터의 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치. - 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 비용함수 연산부는 입력된 상기 구동 정보가 제어성이 저하되는 상태를 나타내는 경향이 커질수록 더 큰 비용값을 출력하는 비용함수를 포함하며, 상기 데이터 맵은 상기 비용값들이 커질수록 상기 주파수 변경폭을 감소시키도록 매핑이 이루어진 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 주파수 결정부에서 결정된 스위칭 주파수에 대응되는 주파수를 갖는 삼각파 형상의 캐리어 신호를 생성하고 상기 전압 지령과 상기 캐리어 신호를 비교하여 구형파 형태의 상기 펄스폭 변조 신호를 생성하는 전압 변조부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 장치. - 인버터 내 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 결정하기 위한 기준이 되는 기본 주파수를 생성하는 단계;
상기 인버터로부터 구동 전력을 제공받아 구동되는 모터의 구동 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수를 변경하기 위한 주파수 변경폭을 결정하는 단계;
동기 펄스폭 변조 방식을 적용 시 사용될 수 있는 사전 설정된 상기 복수의 동기 주파수를 결정하기 위한 복수의 배수를 결정하는 단계;
상기 기본 주파수를 중심으로 상기 주파수 변동폭을 적용하여 주파수 변동 범위를 결정하는 단계;
상기 주파수 변동 범위의 최대 주파수와 최소 주파수에 상기 모터의 속도를 적용하여 배수 선택 범위를 결정하는 단계;
상기 복수의 배수를 결정하는 단계에서 결정된 배수들 중 상기 배수 선택 범위의 최대값과 최소값 사이에 존재하는 복수의 배수에서 랜덤하게 하나의 배수를 선정하는 단계; 및
상기 선정하는 단계에서 랜덤하게 선정된 배수와 상기 모터의 속도를 기반으로 상기 스위칭 주파수를 결정하는 단계;
를 포함하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 스위칭 주파수를 결정하는 단계에서 결정된 스위칭 주파수에 대응되는 주파수를 갖는 삼각파 형상의 캐리어 신호를 생성하고, 상기 인버터에서 모터로 제공되는 전류를 측정한 전류 검출값이 상기 모터를 구동하기 위한 전류 지령을 추종하도록 결정된 전압 지령과 상기 캐리어 신호를 비교하여 구형파 형태의 상기 펄스폭 변조 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법. - 청구항 11에 있어서, 상기 배수 선택 범위를 결정하는 단계는,
상기 최대 주파수 및 상기 최소 주파수 각각에 상기 모터의 속도에 대응되는 전기 주파수를 나누어 상기 배수 선택 범위의 최대값과 최소값을 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법. - 청구항 11에 있어서, 상기 스위칭 주파수를 결정하는 단계는,
상기 랜덤하게 선정된 배수와 상기 모터의 속도에 대응되는 전기 주파수를 곱하여 상기 스위칭 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법. - 청구항 11에 있어서, 상기 주파수 변경폭을 결정하는 단계는,
복수의 상기 구동 정보 전체를 변수로 하는 비용함수에 의해 하나의 비용값을 연산하고, 상기 비용값에 매핑된 상기 주파수 변경폭을 사전에 저장하는 데이터 맵에 상기 연산된 비용값을 입력하여 상기 주파수 변경폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법. - 청구항 11에 있어서, 상기 주파수 변경폭을 결정하는 단계는,
복수의 상기 모터 구동 정보 각각을 변수로 하는 각각의 비용함수에 의해 복수의 비용값을 연산하고, 상기 비용값에 매핑된 상기 주파수 변경폭을 사전에 저장하는 데이터 맵에 상기 복수의 비용값 중 최대값을 입력하여 상기 주파수 변경폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법. - 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
상기 구동 정보는, 상기 전류 지령, 상기 전류 검출값, 상기 인버터의 온도, 상기 모터의 온도 및 상기 모터의 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법. - 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
상기 비용함수는 상기 구동 정보가 제어성이 저하되는 상태를 나타내는 경향이 커질수록 더 큰 비용값을 출력하며, 상기 데이터 맵은 상기 비용값들이 커질수록 상기 주파수 변경폭을 감소시키도록 매핑이 이루어진 것을 특징으로 하는 모터 구동을 위한 인버터 제어 방법.
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