KR20210000152A - 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

센서리스 BLDC 모터를 사용하는 공조시스템(HAVC(Heating, Ventilating and Air Conditioning)) 인버터에서 일정한 토크를 제어하기 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 인버터형 센서리스 모터의 제어 방법은, 토크전류 산출부를 이용하여 토크 지령값의 토크 상수비로 토크전류를 추출하는 단계; 제4 가산부를 이용하여 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류를 비교하는 단계; 상기 비교결과, 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 같으면, 토크 제어부는 모터의 현재속도를 유지시키는 단계; 상기 비교결과, 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 다르면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 그 편차를 판단하는 단계; 상기 판단결과, 토크전류보다 토크축 전류가 작으면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 모터의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치를 변경하는 단계; 및 상기 판단결과, 토크전류보다 토크축 전류가 크면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 모터의 현재 회전속도가 상승되도록 각속도 지령치를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

인버터형 센서리스 모터의 제어 장치 및 방법{Control Apparatus for Sensorless Motor of Inverter Type and Method Thereof}
본 발명은 센서리스 BLDC 모터를 사용하는 공조시스템(HAVC(Heating, Ventilating and Air Conditioning)) 인버터에서 일정한 토크를 제어하기 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, BLDC 모터는 효율이 높은 모터로서, 최근에 공조시스템(HAVC)에 모터로서 이용되고 있다.
BLDC 모터를 구동하기 위하여 인버터형 BLDC 모터의 제어 장치는 초기에 고정자의 코일에 전류를 가하여 전기장 또는 자기장을 형성시킨다. 그러면, 이와 반대되는 자기장을 가지고 일정한 무게를 가지고 정지하고 있는 회전자는 자기적 반발력이 발생되어 회전되게 된다. 이러한 자기적 반발력을 이용하기 위해서는 회전자의 위치를 감지할 필요가 있다.
따라서, BLDC 모터는 유도 모터와 달리 기동하는데 회전자의 위치 신호가 있어야 한다. BLDC 모터는 이러한 회전자의 위치 신호를 검출하기 위한 위치 검출 소자를 포함하고 있다. 위치 검출 소자는 홀 소자 또는 엔코더, 레졸버 등을 사용한다.
다만, 위치 검출 소자가 없는 센서리스 BLDC 모터는 회전자가 기동을 위한 초기 위치를 추정하기 위한 방안을 마련하여야 한다.
종래 기술에 있어서, 이러한 센서리스 BLDC 모터를 제어하기 위해서 센서리스 BLDC 모터의 제어 장치는 회전자의 위치를 추정하기 위한 장치가 들어가게 되고, 속도 제어기로 전류 제어기를 조절하며 회전자의 위치 오차를 줄여가며 제어한다.
이러한 기동 제어 방식은 회전자의 위치 오차를 줄이기 위하여 BLDC 모터를 좌우로 약간 흔들어(회전시켜) 데드 포인트(회전자의 위치가 (N S)로 정상이라면 (S N)이 될 가능성)를 없앤 후 임의의 위치에 있는 회전자를 초기 위치로 일치되도록 하여 회전자를 기동하는 제어 방식이다.
이를 위해, 센서리스 BLDC 모터의 제어 장치는 회전자를 초기 위치로 일치시키기 위하여 스위칭 신호를 BLDC 모터에 전달한다. 이때, 스위칭 신호가 BLDC 모터로 전달되는 시간인 수백 m[sec] 정도가 소요되게 되어, BLDC 모터는 그 만큼 지연시간이 일어나게 된다. 이처럼 BLDC 모터는 시간 손실이 생기고 시간이 길어짐에 따라 전력의 손실이 커지는 문제점이 있다. 이러한 종래기술이 등록실용신안공보 실1995-028837호(1995.10.20)에 개시되어 있다.
따라서, 센서리스 BLDC 모터의 제어 장치는 이러한 회전자의 위치 오차를 줄이기 위해 회전자의 정확한 위치를 추정하고 센서리스 BLDC 모터를 제어하는 인버터에 일정토크를 제어하기 위한 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 센서리스 모터를 사용하는 공조시스템(HAVC(Heating, Ventilating and Air Conditioning)) 인버터에서 회전자의 위치오차를 줄일 수 있어 부하변동이 있어도 일정한 토크를 제어할 수 있는 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 회전자의 위치오차를 줄임으로써 회전자의 빠른 기동을 제어 할 수 있어 기동에 따른 전력 소모를 절감할 수 있고, 제어가 간단하고 편리한 제어를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치는 기존 센서리스 제어에서 사용되는 위치 추정기, 속도 제어기, 전류 제어기를 사용하면서 추가로 토크 제어기를 사용하여 일정한 토크를 제어할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 방법은 토크전류를 추출하는 단계, 상기 토크전류와 인버터의 토크축(q축) 전류를 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과를 이용하여 속도 지령값을 제어하는 단계를 통해 일정한 토크를 제어할 수 있다.
이때, 속도 지령값의 제어는 토크전류와 인버터의 토크축(q축) 전류가 같으면 BLDC 모터의 현재속도를 유지하고, 토크전류보다 인버터의 토크축 전류가 크면 속도 지령값을 감소시키고, 토크전류보다 인버터의 토크축 전류가 작으면 속도 지령값을 상승시킬 수 있다.
또한, 토크전류와 인버터의 토크축 전류의 비교 차에 따라 최고값에서 점점 수렴하는 방식으로 각속도 지령값을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 인버터형 센서리스 모터의 제어 방법은, 토크전류 산출부를 이용하여 토크 지령값의 토크 상수비로 토크전류를 추출하는 단계; 제4 가산부를 이용하여 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류를 비교하는 단계; 상기 비교결과, 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 같으면, 토크 제어부는 모터의 현재속도를 유지시키는 단계; 상기 비교결과, 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 다르면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 그 편차를 판단하는 단계; 상기 판단결과, 토크전류보다 토크축 전류가 작으면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 모터의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치를 변경하는 단계; 및 상기 판단결과, 토크전류보다 토크축 전류가 크면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 모터의 현재 회전속도가 상승되도록 각속도 지령치를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치 및 방법은 센서리스 제어에서도 회전자의 위치오차를 줄일 수 있어, 부하변동이 있어도 일정한 토크를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치 및 방법은 회전자의 위치오차를 줄임으로써 회전자의 빠른 기동을 제어할 수 있으며, 이를 통해, 기동에 따른 전력 소모를 절감할 수 있고, 간단하고 편리한 토크 제어를 제공할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에서 나타내는 토크 제어부의 구성을 상세히 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1에서 나타내는 전류 제어부의 구성을 상세히 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치 및 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 이때, 도 1에 도시된 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 발명의 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치는 토크 제어부(100), 속도 제어부(200), 전류 제어부(300), 인버터(400), 모터(500) 및 위치 추정부(600)를 포함할 수 있다. 이때, 인버터는 공조시스템(HAVC(Heating, Ventilating and Air Conditioning)) 인버터일 수 있으며, 모터는 센서리스 BLDC 모터일 수 있다.
토크 제어부(100)는 토크 지령값이 입력되면 토크 상수비를 이용하여 토크전류를 추출한다. 그리고 토크 제어부(100)는 추출된 토크전류를 인버터(400)의 토크축(q축) 전류와 비교하여 각속도 지령치(
Figure pat00001
)를 생성한다.
도 2는 도 1에서 나타내는 토크 제어부의 구성을 상세히 도시한 블록도이다.
도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 토크 제어부(100)는 토크전류 산출부(110), 각속도 지령치 설정부(120) 및 제4 가산부(130)를 포함한다.
토크전류 산출부(110)는 토크 지령값(
Figure pat00002
)이 입력되면 토크 상수비를 이용하여 토크전류(Iq)를 추출한다. 다음 수학식 1은 토크전류(Iq)를 산출하기 위한 수학식을 나타낸다.
Figure pat00003
이때, Tm은 현재 토크 지령값을 나타내고, Kt는 토크 상수를 나타낸다.
제4 가산부(130)는 토크전류 산출부(110)에서 산출된 토크전류(Iq)와 인버터(400)의 토크축(q축) 전류의 편차를 산출한다.
각속도 지령치 설정부(120)는 제4 가산부(130)에서 산출된 편차에 대응하여 각속도 지령치(
Figure pat00004
)를 변경한다. 즉, 제4 가산부(130)에서 산출된 편차가 없이 전류값이 같으면 모터(500)의 현재 회전속도를 유지한다. 그리고 제4 가산부(130)에서 산출된 편차가 음의 값, 즉, 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 크면 모터(500)의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치(
Figure pat00005
)를 변경한다. 또한, 제4 가산부(130)에서 산출된 편차가 양의 값, 즉, 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 작으면 모터(500)의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치(
Figure pat00006
)를 변경한다.
이때, 각속도 지령치 설정부(120)는 토크전류와 인버터의 토크축 전류의 비교 차에 따라 최고값에서 점점 수렴하는 방식으로 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류가 같아질 때까지 각속도 지령값을 제어할 수 있다.
다음으로, 제1 가산부(10)는 각속도 지령치(
Figure pat00007
)와 위치 추정치(600)에서 추정된 모터(500)의 각속도 추정치(
Figure pat00008
)를 이용하여 서로 간의 편차를 도출한다. 그리고 제1 가산부(10)는 편차가 발생시에는 모터(500)의 각속도 추정치(
Figure pat00009
)를 각속도 지령치(
Figure pat00010
)로 일치시킨다.
속도 제어부(200)는 제1 가산부(10)로부터 입력되는 각속도 추정치(
Figure pat00011
)를 이용하여 지령토크와 같아지도록 속도 지령값을 갱신한다. 이처럼, 속도 제어부(200)는 토크 제어부(100)에서 생성한 각속도 지령치(
Figure pat00012
)와 위치 추정치(600)에서 추정된 모터(500)의 각속도 추정치(
Figure pat00013
)의 편차가 보정된 각속도 추정치(
Figure pat00014
)를 이용하여 계산된 토크 지령값과 피드백 전류가 같아지도록 속도 지령값을 갱신한다.
그리고 속도 제어부(200)는 갱신되는 속도 지령값을 기반으로 전류 지령을 형성하고, d축 및 q축의 전류 지령치인 ids 및 iqs를 출력한다.
이때, 모터(500)에 흐르는 d축의 전류 id는 여자 전류로 불리고, 자속을 만드는 성분이며 토크 발생에는 기여하지 않는다. 한편, q축의 전류 iq는 토크전류로 불려 모터(500)의 토크 발생에 기여하는 성분이다. 따라서, 속도 제어부(200)는 모터(500)를 고효율로 운전하기 위해서, 통상, 전류 지령치 ids로는 0(ids=0)이 출력된다. 그리고 전류 지령치 idq로는 토크 제어부(100)에서 출력되는 각속도 지령치(
Figure pat00015
)에 따른 q축의 전류 지령치 iqs가 그대로 출력된다.
이어서, 전류 제어부(300)는 속도 제어부(200)에서 출력되는 d축 및 q축의 전류 지령치 ids 및 iqs(지령치 전류)와 모터(500)에 흐르는 d축의 전류 id 및 q축의 전류 iq(검출 전류)의 편차를 도출하여 모터(500)의 구동상태를 확인한다. 이를 위해, 제2 가산부(20)는 모터(500)에 흐르는 q축의 전류 iq와 q축의 전류 지령치 iqs를 이용하여 서로 간의 편차를 도출한다. 또한 제3 가산부(30)는 모터(500)에 흐르는 d축의 전류 id와 d축의 전류 지령치 ids를 이용하여 서로 간의 편차를 도출한다.
그리고 전류 제어부(300)는 그 확인결과에 의해 모터(500)의 회전자 기동을 위한 3상의 펄스폭 변조신호를 형성하여 펄스폭 변조된 전압을 인가한다.
도 3은 도 1에서 나타내는 전류 제어부의 구성을 상세히 도시한 블록도이다.
도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 전류 제어부(300)는 제1, 2 비례 적분기(310)(320), 좌표 변환부(330), PWM 형성부(340), 3상/2상 변환부(350), 벡터 회전부(360)를 포함할 수 있다.
제1, 2 비례 적분기(310)(320)는 속도 제어부(200)에서 출력되는 d축 및 q축의 전류 지령치 ids 및 iqs를 입력으로 d축 및 q축의 출력 전압 지령치 Vd 및 Vq를 출력한다. 이때, 제1, 2 비례 적분기(310)(320)는 제2 가산부(20) 및 제3 가산부(30)에서 도출된 전류 지령치 ids 및 iqs(지령치 전류)와 모터(500)에 흐르는 전류 id 및 q축의 전류 iq(검출 전류) 간의 편차가 보정될 수 있도록 출력 전압 지령치 Vd 및 Vq를 형성할 수 있다.
좌표 변환부(330)는 제1, 2 비례 적분기(310)(320)에서 출력되는 출력 전압 지령치 Vd 및 Vq를 입력으로 고정 2축 좌표계의 값으로 변환한다. 이때, 좌표 변환부(330)는 고정 2축 좌표계의 값으로 변환할 때 위치 추정부(600)에서 출력되는 회전 위치 추정치(
Figure pat00016
)가 이용될 수 있다.
PWM 형성부(340)는 좌표 변환부(330)에서 변환된 고정 2축 좌표계의 값을 기반으로 3상의 펄스폭 변조 신호를 형성한다. 이때, 형성된 펄스폭 변조 신호는, 인버터(400)에 인가되는 모터(500)의 전자기에 펄스폭 변조된 전압이 인가된다.
3상/2상 변환부(350)는 인버터(400)와 모터(500) 간의 배선에 장착된 전류 검출기(40)(50)에 의해 검출된 3상 전류 Ia, Ib, Ic를 등가인 2상 전류(iα)(iβ)로 변환한다.
벡터 회전부(360)는 3상/2상 변환부(350)에서 변환된 2상 전류(iα)(iβ) 및 위치 추정부(600)에서 출력되는 회전 위치 추정치(
Figure pat00017
)를 이용하여 d축, q축 성분의 전류 id, iq를 생성한다. 이때, d축, q축은 회전자의 영구자석이 만드는 자속 방향을 d축으로, 이것과 직교하는 방향을 q축으로 하는 회전 좌표축이다. 그리고 이때 생성되는 전류 id, iq는 제2 가산부(20) 및 제3 가산부(30)에서 도출된 전류 지령치 ids 및 iqs(지령치 전류)와 모터(500)에 흐르는 전류 id 및 q축의 전류 iq(검출 전류) 간의 편차를 도출할 때 이용된다.
이와 같이, 전류 제어부(300)에 의해 모터(500)에 대해서 급전이 행해지지만, 모터(500)에 흐르는 전류 id, iq의 값은, 속도 제어부(200)로부터 출력된 전류 지령치 ids, iqs에 각각 의존한다. 따라서, 본 발명은 속도 제어부(200)에서 출력되는 전류 지령치 ids, iqs를 각속도 추정치(
Figure pat00018
)의 편차가 보정된 각속도 추정치(
Figure pat00019
)를 이용하여 계산하도록 구성된다. 이는 토크 지령값과 피드백 전류가 같아지도록 속도 지령값을 갱신하도록 하여 회전자의 위치오차 없이 부하변동이 있어도 일정한 토크를 제어할 수 있도록 한다.
인버터(400)는 전류 제어부(300)에서 인가되는 펄스폭 변조된 전압을 기반으로 각속도 지령치(
Figure pat00020
)에 일치되도록 모터(500)의 구동속도를 제어한다. 이때, 모터(500)는 인버터(400)의 3상 전류 3상 전류(Ia,Ib,Ic)의 출력(U,V,M)에 의해 구동된다.
위치 추정부(600)는 모터(500)에 인가되는 전압과 전류를 이용하여 회전자의 위치를 계산하여 회전자의 위치를 검출한다. 이를 위해, 위치 추정부(600)는 전류 제어부(300)로부터 모터(500)에 흐르는 전류 id, iq, 및 d축의 출력전압 지령치 Vd, 고정 2축 좌표계의 값이 입력된다. 또한, 위치 추정부(600)는 모터(500)의 전기자 코일의 유도계수 Ld, Lq, 저항 R을 미리 저장하고 있다.
따라서 위치 추정부(600)는 이러한 입력 정보와 저장 정보를 이용하여, 영구자석이 만드는 자속에 의해서 전기자 코일 내에 발생하는 야기 전압의 d축 방향 추정치(인버터가 인식하고 있는 d축 방향의 성분) Ed를 계산한다 이렇게 계산된 값이 회전자의 각속도 추정치(
Figure pat00021
)로서 제1 가산부(10)로 출력된다.
그리고 회전자의 각속도 추정치(
Figure pat00022
)를 적분함으로써, 회전자의 회전 위치 추정치(
Figure pat00023
)를 산출하여 전류 제어부(300)로 출력한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 센서리스 BLDC 모터의 제어 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 내지 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 센서리스 BLDC 모터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 토크 제어부(100)에 토크 지령값이 입력되면(S10), 토크 제어부(100)는 토크전류 산출부(110)를 이용하여 토크 상수비로 토크전류를 산출한다(S20). 토크전류 산출부(110)는 상기 수학식 1을 이용하여 현재 토크 지령값(Tm)을 토크 상수(Kt)로 나누어 토크전류(iq)를 산출할 수 있다.
이어서, 토크 제어부(100)는 제4 가산부(130)를 이용하여 산출된 토크전류와 측정되는 인버터(400)의 토크축(q축) 전류를 비교한다(S30). 즉, 제4 가산부(130)는 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축(q축) 전류를 가산하여 그 편차를 산출한다.
상기 비교결과(S30), 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류가 같으면, 토크 제어부(100)는 모터(500)의 현재속도를 유지시킨다(S40). 즉, 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류가 같으면, 토크 제어부(100)는 위치 추정부(600)에서 추정된 모터(500)의 각속도 추정치(
Figure pat00024
)를 변경없이 그대로 속도 제어부(200)로 입력시킨다. 이는 인버터(400)에서 회전자의 위치오차가 없는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 상기 비교결과(S30), 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류가 다르면, 토크 제어부(100)의 각속도 지령치 설정부(120)는 그 차가 양의 값인지 음의 값인지를 판단한다(S50). 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 작으면 양의 값으로 판단하고, 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 크면 음의 값으로 판단한다.
상기 판단결과(S50), 그 차가 양의 값, 즉, 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 작으면, 토크 제어부(100)의 각속도 지령치 설정부(120)는 모터(500)의 현재 회전속도가 감소되도록 속도 제어부(200)로 입력되는 각속도 지령치(
Figure pat00025
)를 변경한다(S60).
또한, 상기 판단결과(S50), 그 차가 음의 값, 즉, 토크전류(Iq)보다 토크축(q축) 전류가 크면, 토크 제어부(100)의 각속도 지령치 설정부(120)는 모터(500)의 현재 회전속도가 상승되도록 속도 제어부(200)로 입력되는 각속도 지령치(
Figure pat00026
)를 변경한다(S70).
이때, 토크 제어부(100)의 각속도 지령치 설정부(120)는 토크전류와 인버터의 토크축 전류의 비교 차에 따라 최고값에서 점점 수렴하는 방식으로 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류가 같아질 때까지 각속도 지령값을 변경할 수 있다.
이에 따라, 속도 제어부(200)는 산출된 토크전류와 인버터(400)의 토크축 전류의 편차에 따라 각속도 추정치(
Figure pat00027
)를 변경하여 지령토크와 같아지도록 속도 지령값을 갱신할 수 있게 된다. 이는 회전자의 위치오차를 줄일 수 있어 부하변동이 있어도 일정한 토크를 제어할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100: 토크 제어부 110: 토크전류 산출부
120: 각속도 지령치 설정부 10, 20, 30, 130: 제4 가산부
200: 속도 제어부 300: 전류 제어부
310, 320: 비례 적분기 330: 좌표 변환부
340: PWM 형성부 350: 3상/2상 변환부
360: 벡터 회전부 400: 인버터
500: 모터 600: 위치 추정부

Claims (10)

  1. 토크 지령값을 이용하여 추출된 토크전류를 인버터의 토크축 전류와 비교하여 각속도 지령치를 생성하는 토크 제어부;
    상기 생성되는 각속도 지령치와 추정된 모터의 각속도 추정치 간의 편차를 도출하고, 상기 각속도 추정치를 상기 각속도 지령치로 일치시키는 제1 가산부;
    상기 제1 가산부로부터 전달되는 각속도 추정치를 이용하여 토크 지령값과 피드백 전류가 같아지도록 속도 지령값을 갱신하여 전류 지령을 형성하고, d축 및 q축의 전류 지령치(지령치 전류)를 출력하는 속도 제어부;
    상기 속도 제어부에서 출력되는 지령치 전류와 모터에 흐르는 d축의 전류 id 및 q축의 전류 iq(검출 전류)의 편차를 도출하여 확인된 결과를 기반으로 모터의 회전자 기동을 위한 3상의 펄스폭 변조신호를 생성하는 전류 제어부;
    상기 전류 제어부에서 생성된 펄스폭 변조신호를 기반으로 각속도 지령치에 일치되도록 모터의 구동속도를 제어하는 인버터;
    상기 인버터에서 모터로 인가되는 전압 및 전류를 이용하여 회전자의 위치를 계산하여 회전자의 각속도 추정치를 산출하고, 상기 산출된 각속도 추정치를 적분하여 회전자의 회전 위치 추정치를 산출하는 위치 추정부를 포함하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 토크 제어부는
    상기 토크 지령값을 토크 상수로 나눈 토크 상수비를 이용하여 토크전류를 산출하는 토크전류 산출부;
    상기 토크전류 산출부에서 산출된 토크전류와 상기 인버터의 토크축(q축) 전류의 편차를 산출하는 제4 가산부; 및
    상기 제4 가산부에서 산출된 편차에 대응하여 각속도 지령치를 변경하는 각속도 지령치 설정부를 포함하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 각속도 지령치 설정부는
    상기 제4 가산부에서 산출된 편차가 없으면 상기 모터의 현재 회전속도를 유지하도록 각속도 지령치를 설정하고,
    상기 제4 가산부에서 산출된 편차가 상기 토크전류보다 상기 토크축 전류가 크면 상기 모터의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치를 변경하고,
    상기 제4 가산부에서 산출된 편차가 상기 토크전류보다 상기 토크축 전류가 작으면 상기 모터의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치를 변경하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
  4. 제3 항에 있어서.
    상기 각속도 지령치 설정부는 상기 토크전류와 상기 인버터의 토크축 전류의 비교 차에 따라 최고값에서 점점 수렴하는 방식으로 상기 산출된 토크전류와 상기 인버터의 토크축 전류가 같아질 때까지 각속도 지령값을 제어하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는
    상기 속도 제어부에서 출력되는 지령치 전류를 입력으로 d축 및 q축의 출력 전압 지령치를 각각 출력하는 제1, 2 비례 적분기;
    상기 제1, 2 비례 적분기에서 출력되는 출력 전압 지령치를 입력으로 고정 2축 좌표계의 값으로 변환하는 좌표 변환부;
    상기 좌표 변환부에서 변환된 고정 2축 좌표계의 값을 기반으로 3상의 펄스폭 변조 신호를 형성하는 PWM 형성부;
    상기 인버터와 상기 모터 간의 배선에 장착된 전류 검출기에서 검출된 3상 전류를 등가인 2상 전류로 변환하는 3상/2상 변환부; 및
    상기 2상 전류 및 상기 위치 추정부에서 출력되는 회전 위치 추정치(
    Figure pat00028
    )를 이용하여 d축, q축 성분의 전류를 생성하는 벡터 회전부를 포함하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1, 2 비례 적분기는
    상기 지령치 전류와 모터에 흐르는 검출 전류 간의 편차가 보정될 수 있도록 출력 전압 지령치를 형성하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 위치 추정부는 상기 전류 제어부로부터 상기 모터에 흐르는 전류, d축의 출력전압 지령치, 고정 2축 좌표계의 값을 입력받고, 상기 모터의 전기자 코일의 유도계수, 저항값을 미리 저장하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 장치.
  8. 토크전류 산출부를 이용하여 토크 지령값의 토크 상수비로 토크전류를 추출하는 단계;
    제4 가산부를 이용하여 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류를 비교하는 단계;
    상기 비교결과, 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 같으면, 토크 제어부는 모터의 현재속도를 유지시키는 단계;
    상기 비교결과, 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 다르면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 그 편차를 판단하는 단계;
    상기 판단결과, 토크전류보다 토크축 전류가 작으면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 모터의 현재 회전속도가 감소되도록 각속도 지령치를 변경하는 단계; 및
    상기 판단결과, 토크전류보다 토크축 전류가 크면, 각속도 지령치 설정부를 이용하여 모터의 현재 회전속도가 상승되도록 각속도 지령치를 변경하는 단계를 포함하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 모터의 현재속도를 유지시키는 단계는 추정된 모터의 각속도 추정치를 변경없이 속도 제어부로 입력하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 각속도 지령치의 변경은 토크전류와 인버터의 토크축 전류의 비교 차에 따라 최고값에서 점점 수렴하는 방식으로 산출된 토크전류와 인버터의 토크축 전류가 같아질 때까지 각속도 지령값을 변경하는 단계를 더 포함하는 인버터형 센서리스 모터의 제어 방법.
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