KR20210011272A - 모터 구동 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 구동 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 그 제어방법은 두 개의 모터에 인가되는 부하가 변한 것으로 판단되면, 모터 구동 장치의 제어부가 보상 전류 지령값을 이용하여 전류 지령값을 조절함으로써, 마스터 모터를 변경하지 않고 안정적인 제어를 할 수 있다. 본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 그 제어방법은 모터 구동 장치의 제어부가 보상 전류 지령값을 이용하여 전류 지령값을 조절하여 마스터 모터를 변경하지 않음으로써, 마스터 모터의 변경에 따른 과도 상태의 발생을 방지 할 수 있는 효과가 있다.

Description

모터 구동 장치 및 그 제어 방법{MOTOR DRIVING APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 모터 구동 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
모터 구동 장치는 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이다.
이와 같은 모터 구동 장치는 상용 전원으로부터 교류 전압을 공급받아서 모터에 공급한다. 이때 상용 전원으로부터 공급된 교류 전압은 모터 구동 장치의 컨버터와 인버터 등을 거쳐서 모터를 동작 시키기에 적절한 전압으로 변경되어서 모터에 인가된다. 이때 모터 구동 장치의 인버터는 복수 개의 스위칭 소자를 포함하며, 스위칭 소자의 스위칭 동작은 제어부에 의해 제어된다. 그리고 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 모터에 인가되는 전압이 결정되고, 이에 따라 모터의 동작 속도가 결정된다.
이와 같은 모터 구동 장치는 하나의 모터 구동 장치에 두 개의 모터가 연결되어 제어되도록 설계될 수 있다. 이러한 모터 구동 장치는 공개특허 KR 10-2015-0096900에 개시되어 있다.
하나의 모터 구동 장치를 통해 두 개의 모터를 제어하는 방법으로는 평균 전류 제어방법, 마스터-슬레이브 제어방법 등이 있다.
이 중 종래 기술에 따른 마스터-슬레이브 제어방법은 두 개의 모터 중 어느 하나의 모터를 마스터 모터로 사용하여 제어하는 방법이다. 이때 어떤 모터를 마스터 모터로 선택하는지에 따라 모터 제어의 안정성에 큰 영향을 미친다. 일반적으로, 두 개의 모터 중 상대적으로 부하가 크게 인가되는 모터를 마스터 모터로 선택하여야 안정적인 제어가 가능하다.
그러나 외부 상황 변동에 따라, 마스터 모터보다 슬레이브 모터에 부하가 더 크게 인가되는 상황이 발생하면, 제어가 불안정해지는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 마스터 모터를 변경하면, 모터 구동 장치의 피드백 요소가 급격히 변하게 된다. 이에 따라, 모터들은 과도 상태에 돌입하게 되어서 모터 구동 장치를 통한 모터 제어가 불안정해지는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 하나의 모터 구동 장치를 이용하여 두 개의 모터를 제어하는 모터 구동 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 두 개의 모터에 인가되는 부하가 변하더라도 하나의 모터 구동 장치를 이용하여 두 개의 모터를 제어하는 모터 구동 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 두 개의 모터에 인가되는 부하가 변하더라도 모터 구동 장치가 마스터 모터를 변경하지 않고 안정적인 제어를 할 수 있는 모터 구동 장치 및 그 제어 방법을 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 모터 구동 장치 및 그 제어방법은 두 개의 모터에 공급되는 전류를 검출하고, 이를 통해 인버터 회로의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절함으로써, 하나의 모터 구동 장치를 통해 두 개의 모터를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 그 제어방법은 두 개의 모터에 인가되는 부하가 변한 것으로 판단되면, 모터 구동 장치의 제어부가 보상 전류 지령값을 설정함으로써, 하나의 모터 구동 장치를 통해 두 개의 모터를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 그 제어방법은 두 개의 모터에 인가되는 부하가 변한 것으로 판단되면, 모터 구동 장치의 제어부가 보상 전류 지령값을 이용하여 전류 지령값을 조절함으로써, 마스터 모터를 변경하지 않고 안정적인 제어를 할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 그 제어방법은 하나의 모터 구동 장치를 통해 두 개의 모터를 제어함으로써, 복수 개의 모터를 구동 할 때 모터 구동 장치를 모터 개수만큼 설치하지 않아도 되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 그 제어방법은 모터 구동 장치의 제어부가 보상 전류 지령값을 설정함으로써, 두 개의 모터에 인가되는 부하가 변하더라도 하나의 모터 구동 장치를 통해 두 개의 모터를 안정적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 그 제어방법은 모터 구동 장치의 제어부가 보상 전류 지령값을 이용하여 전류 지령값을 조절하여 마스터 모터를 변경하지 않음으로써, 마스터 모터의 변경에 따른 과도 상태의 발생을 방지 할 수 있는 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 내부 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 내부 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어부의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어부가 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 모터 구동 장치의 제어부가 전류 지령값을 조절하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 종래 기술에 따른 모터 구동 장치를 이용하여 모터 제어 중 슬레이브 모터에 마스터 모터 보다 상대적으로 큰 부하가 인가되는 경우 전류의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치를 이용하여 모터 제어 중 슬레이브 모터에 마스터 모터 보다 상대적으로 큰 부하가 인가되는 경우 전류의 파형을 나타낸 그래프이다.
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.
또한 어떤 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 모터 구동 장치 및 그 제어 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 내부 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 내부 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(100)는 인버터 회로(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(100)는 컨버터(130), 인덕터(140) 및 평활화 커패시터(150)를 더 포함할 수 있다.
인버터 회로(110)는 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)를 포함한다. 인버터 회로(110)는 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)가 온/오프 되는 동작을 통해 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여 제1 모터(210) 및 제2 모터(220)에 공급할 수 있다.
인버터 회로(110)는 각각 서로 직렬로 연결되는 상측 스위칭 소자(S1, S3, S5)와 하측 스위칭 소자(S2, S4, S6)를 한 쌍으로 하여, 총 세 쌍의 상, 하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다. 인버터 회로(110)의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)는 전력 트랜지스터 일 수 있으며, 예를 들어 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor) 일 수 있다.
인버터 회로(110) 내의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)는 제어부(120)로부터 인가된 전압에 기초하여 스위칭 동작을 한다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 제1 모터(210) 및 제2 모터(220)에 출력된다.
제어부(120)는 인버터 회로(110)를 제어한다. 보다 상세히, 제어부(120)는 인버터 회로(110)를 통해 제1 모터(200)에 공급되는 전류의 제1 전류와 제2 모터(210)에 공급되는 제2 전류를 검출하고, 제1 전류와 제2 전류를 이용하여 인버터 회로(110) 내의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절한다.
제어부(120)는 제1 모터(200) 및 제2 모터(210) 중 어느 하나의 모터를 마스터 모터로 선택하고, 다른 하나의 모터를 슬레이브 모터로 선택하여 마스터-슬레이브 제어방법을 통해 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)를 제어할 수 있다.
마스터-슬레이브 제어방법은 제어부(120)가 제1 모터(200)에 걸리는 부하와 제2 모터(210)에 인가되는 부하를 비교한 후, 상대적으로 더 많은 부하가 인가되는 모터를 마스터 모터로 선택하고, 상대적으로 더 적은 부하가 인가되는 모터를 슬레이브 모터로 선택하여 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)를 제어하는 방법이다. 이때 제어부(120)는 인버터 회로(110)로부터 마스터 모터로 공급되는 전류를 피드백하여 인버터 회로(110) 내의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절한다.
이하에서는 제어부(120)가 마스터-슬레이브 제어방법을 이용하여 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)를 제어하고, 제1 모터(200)를 마스터 모터로 선택하고 제2 모터(210)를 슬레이브 모터로 선택한 상황을 가정하여 설명하도록 한다. 그러나 제어부(120)가 제2 모터(210)를 마스터 모터로 선택하고 제1 모터(200)를 슬레이브 모터로 선택한 상황에도 본 발명이 적용될 수 있다.
제어부(120)는 전류 검출부(121), 전류 지령값 설정부(122), 전류 지령값 조절부(123) 및 전압 조절부(124)를 포함한다. 이때 전류 지령값 설정부(122)는 모터 속도 추정부(125) 및 PI 제어기(126)를 포함할 수 있다. 제어부(120)가 포함하는 구성요소들의 보다 상세한 동작에 관하여는 도 3 내지 도 5를 이용하여 후술하도록 한다.
컨버터(130)는 인덕터(140)를 거친 상용 교류 전원(300)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 컨버터(130)는 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수 있다.
상용 교류 전원(300)이 단상 교류 전원인 경우, 컨버터(130)는 4개의 다이오드가 브리지 형태로 구성된 구조일 수 있다. 또한, 상용 교류 전원(300)이 단상 교류 전원인 경우, 컨버터(130)는 2개의 스위칭 소자와 4개의 다이오드가 연결된 하프브리지 형태의 구조일 수 있다.
상용 교류 전원(300)이 삼상 교류 전원인 경우, 컨버터(130)는 6개의 다이오드가 브리지 형태로 구성된 구조일 수 있다. 또한, 상용 교류 전원(300)이 삼상 교류 전원인 경우, 컨버터(130)는 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 연결된 구조일 수 있다.
컨버터(130)가 스위칭 소자를 구비한 구조일 경우, 컨버터(130)는 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수도 있다.
인덕터(140)는 상용 교류 전원(300)과 컨버터(130)의 사이에 배치되어 역률 보정 도는 승압 동작을 수행한다. 또한, 인덕터(140)는 컨버터(130)의 고속 스위칭에 의한 고주파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
평활화 커패시터(150)는 입력되는 전원을 평활화하고, 이를 저장한다. 도 2에는 평활화 커패시터(150)로 하나의 커패시터가 도시되어 있으나, 복수 개의 커패시터가 구비되어 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
제1 모터(200) 및 제2 모터(210)는 삼상 모터로서, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 삼상의 각 상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)는 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM) 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
이하에서는 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)가 영구 자석이 대칭으로 형성된 표면 부착형 영구 자석 동기 모터(SPMSM)인 것을 중심으로 기술한다. 이때, 제어부(120)가 마스터-슬레이브 제어방법을 이용하여 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)를 제어할 때, 제어부(120)는 마스터 모터로 선택한 제1 모터(200)에 공급되는 전류의 d축 전류값이 0이 되도록 제어하고, 슬레이브 모터로 선택한 제2 모터(210)에 공급되는 전류의 d축 전류값이 양수가 되도록 제어한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어부의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(100)의 제어부(120)는 전류 검출부(121), 전류 지령값 설정부(122), 전류 지령값 조절부(123) 및 전압 조절부(124)를 포함한다. 이때 제어부(120)의 전류 지령값 설정부(122)는 모터 속도 추정부(125) 및 PI 제어기(126)를 포함할 수 있다.
전류 검출부(121)는 인버터 회로(110)를 통해 제1 모터(200)에 공급되는 전류인 제1 전류를 검출할 수 있다. 또한 전류 검출부(121)는 인버터 회로(110)를 통해 제2 모터(210)에 공급되는 전류인 제2 전류를 검출할 수 있다. 전류 검출부(121)는 제1 전류 및 제2 전류를 검출하기 위해 인버터 회로(110)와 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)의 사이에 위치할 수 있다. 이때 제1 전류 및 제2 전류를 검출하기 위해, CT(Current Transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
전류 검출부(121)는 제1 전류 및 제2 전류로 인버터 회로(110)와 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)가 연결된 삼상에 흐르는 전류값을 모두 검출할 수 있다. 전류 검출부(121)는 삼상 중 두상에 흐르는 전류값만을 검출한 후, 삼상 평형을 이용하여 나머지 한상에 흐르는 전류값을 산출할 수 있다. 즉, 제1 전류와 제2 전류는 각각 3상 전류값을 모두 포함한다.
전류 지령값 설정부(122)는 사용자로부터 미리 설정된 목표 속도와 제1 전류를 이용하여, 전류 지령값을 설정할 수 있다. 전류 지령값 설정부(122)는 모터 속도 추정부(125)와 PI(Proportional-Integral) 제어기(126)를 포함할 수 있다.
모터 속도 추정부(125)는 전류 검출부(121)에서 검출된 제1 전류를 이용하여 제1 모터(200)의 속도를 추정할 수 있다. 이때 모터 속도 추정부(125)는 제1 모터(200)의 속도를 추정하기 위해, 전류 검출부(121)에서 검출된 제1 전류를 수신하고, 제1 전류의 3상 전류값을 화전좌표계의 2상 전류값으로 변환할 수 있다. 그리고 나서 모터 속도 추정부(125)는 회전 좌표계의 2상 전류값을 이용하여 제1 모터(200)의 속도를 추정할 수 있다.
전류 지령값 설정부(122)는 사용자로부터 미리 설정된 목표 속도와 모터 속도 추정부(125)를 통해 추정된 제1 모터(200)의 속도의 차이값을 연산한다. 그리고 전류 지령값 설정부(122)는 연산된 차이값을 PI 제어기(126)로 입력한다.
PI 제어기(126)는 미리 설정된 목표 속도와 제1 모터(200)의 속도의 차이값에 기초하여 PI 제어를 수행함으로써, 전류 지령값을 설정할 수 있다.
그리고 나서 전류 지령값 설정부(122)는 설정된 전류 지령값이 미리 설정된 제한값보다 크면 제한 값을 전류 지령값으로 설정할 수 있다. 전류 지령값 설정부(122)를 통해 설정되는 전류 지령값이 미리 설정된 제한값보다 작은 값을 가지도록 함으로써, 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)에 공급되는 전압값 또는 전류값이 급격하게 변하는 것을 방지하기 위함이다. 이를 통해, 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)를 더욱 안정적으로 제어할 수 있다.
전류 지령값 조절부(123)는 제2 전류의 d축 전류값을 이용하여 보상 전류 지령값을 설정하고, 설정된 보상 전류 지령값을 이용하여 전류 지령값 설정부(122)에서 설정된 전류 지령값을 조절할 수 있다. 이때 보상 전류 지령값은 항상 0 이상의 값을 갖도록 조절된다.
전류 지령값 조절부(123)는 전류 검출부(121)에서 검출된 제2 전류를 수신하고, 제2 전류의 3상 전류값을 회전좌표계의 2상 전류값으로 변환할 수 있다. 그리고 나서 전류 지령값 조절부(123)는 제2 전류의 d축 전류값을 이용하여 보상 전류 지령값을 설정할 수 있다.
전류 지령값 조절부(123)는 제2 전류의 d축 전류값이 0보다 크고, 보상 전류 지령값이 0 이면, 전류 지령값 조절부(123)는 전류 지령값을 조절하지 않고 목표 조절값의 조절을 종료한다.
마스터-슬레이브 제어방법을 이용하여 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)를 제어할 때, 제어부(120)는 제1 모터(200)에 공급되는 전류의 d축 전류값이 0이 되도록 제어하고, 제2 모터(210)에 공급되는 전류의 d축 전류값이 양수가 되도록 제어한다. 그러므로 제2 전류의 d축 전류값이 양수라는 것은 제1 모터(200)에 인가되는 부하가 제2 모터(210)에 인가되는 부하보다 큰 것을 의미한다. 그리고 보상 전류 지령값이 0이므로 제2 모터(210)에 제1 모터(200)보다 상대적으로 큰 부하가 인가되지 않았음을 의미한다. 따라서 전류 지령값 조절부(123)는 별도로 전류 지령값을 조절할 필요가 없으므로, 전류 지령값 조절부(123)는 전류 지령값을 조절하지 않고 목표 조절값의 조절을 종료한다.
전류 지령값 조절부(123)는 제2 전류의 d축 전류값이 0보다 크고, 상기 보상 전류 지령값이 0보다 크면, 보상 전류 지령값을 감소시키고, 전류 지령값에 보상 전류 지령값을 가산하여 전류 지령값을 조절한다.
제2 전류의 d축 전류값이 양수라는 것은 제1 모터(200)에 인가되는 부하가 제2 모터(210)에 인가되는 부하보다 큰 것을 의미한다. 그러나 보상 전류 지령값이 0보다 크다는 것은 제2 모터(210)에 제1 모터(200)보다 상대적으로 큰 부하가 인가되어 보상 전류 지령값이 0을 초과하도록 증가된 이후, 다시 제1 모터(200)에 제2 모터(210)보다 상대적으로 큰 부하가 인가된 것을 의미한다. 이때 보상 전류 지령값을 감소시켜서, 제1 모터(200) 또는 제2 모터(210)가 과도 상태에 빠지는 것을 방지해야 한다. 따라서 전류 지령값 조절부(123)는 보상 전류 지령값을 감소시키고, 전류 지령값에 보상 전류 지령값을 가산하여 전류 지령값을 조절한다.
그리고 전류 지령값 조절부(123)는 보상 전류 지령값이 감소하여 0이되면, 전류 지령값의 조절을 종료한다.
만일 보상 전류 지령값이 아직 0이 되지 않았다면, 보상 전류 지령값을 감소시키고, 전류 지령값에 보상 전류 지령값을 가산하여 전류 지령값을 조절하는 과정을 반복한다.
전류 지령값 조절부(123)는 제2 전류의 d축 전류값이 0과 같거나 0보다 작으면, 보상 전류 지령값을 증가 시키고, 전류 지령값에 보상 전류 지령값을 가산하여 전류 지령값을 조절한다.
제2 전류의 d축 전류값이 0과 같거나 0보다 작다는 것은, 제2 모터(210)에 인가되는 부하가 제1 모터(200)에 인가되는 부하보다 큰 것을 의미한다. 이러한 상황은 마스터 모터가 반대로 선택된 것과 같은 상황이다. 따라서 전류 지령값 조절부(123)는 보상 전류 지령값을 증가시키고, 전류 지령값에 보상 전류 지령값을 가산하여 전류 지령값을 조절한다.
그리고 전류 지령값 조절부(123)는 제2 전류의 d축 전류값이 0이 되면, 전류 지령값의 조절을 종료한다.
만일 제2 전류의 d축 전류값이 아직 0이 되지 않았다면, 보상 전류 지령값을 증가시키고, 전류 지령값에 보상 전류 지령값을 가산하여 전류 지령값을 조절하는 과정을 반복한다.
이와 같이 전류 지령값을 조절함으로써, 제2 전류의 d축 전류값이 0이 되고, 제1 전류의 d축 전류값이 양수가 된다. 이는 제어부(120)가 제1 모터(200)를 슬레이브 모터로 변경하고 제2 모터(210)를 마스터 모터로 변경한 것은 아니지만, 제1 전류의 d축 전류값이 양수이고 제2 전류의 d축 전류값이 0이므로, 제1 모터(200)가 슬레이브 모터로 선택되고 제2 모터(210)가 마스터 모터로 선택된 것과 동일한 효과를 가지게 된다.
위와 같이 전류 지령값 조절부(123)가 보상 전류 지령값을 감소 또는 증가 시킬 때, 보상 전류 지령값이 증가하거나 감소하는 양은 작게 설정되어야 한다. 이는 보상 전류 지령값이 증가하거나 감소하는 양이 과도하게 크게 설정되면, 보상 전류 지령값을 이용하여 전류 지령값을 조절하는 양이 너무 커지게 됨으로써, 제1 모터(200) 또는 제2 모터(210)가 과도 상태에 빠질 수 있기 때문이다.
전압 조절부(124)는 전류 지령값 조절부(123)를 통해 조절된 목표 전류를 이용하여 인버터 회로(110) 내의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절할 수 있다. 전압 조절부(124)는 PI 제어기(미도시)를 포함할 수 있다.
전압 조절부(124) 내부의 PI 제어기는 전류 지령값에 기초하여, PI 제어를 수행함으로써, 인버터 회로(110) 내의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어부가 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참고하면, 전류 검출부(121)는 인버터 회로(110)를 통해 제1 모터(200)에 공급되는 전류인 제1 전류와 인버터 회로(110)를 통해 제2 모터(210)에 공급되는 전류인 제2 전류를 검출한다(S400).
전류 검출부(121)는 제1 전류 및 제2 전류로 인버터 회로(110)와 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)가 연결된 삼상에 흐르는 전류값을 모두 검출할 수 있다. 전류 검출부(121)는 삼상 중 두상에 흐르는 전류값만을 검출한 후, 삼상 평형을 이용하여 나머지 한상에 흐르는 전류값을 산출할 수 있다.
그리고 나서 전류 지령값 설정부(122)는 사용자로부터 미리 설정된 목표 속도와 제1 전류를 이용하여, 전류 지령값을 설정한다(S410).
전류 지령값 설정부(122)의 모터 속도 추정부(125)는 전류 검출부(121)에서 검출된 제1 전류를 이용하여 제1 모터(200)의 속도를 추정한다. 그리고 전류 지령값 설정부(122)는 사용자로부터 미리 설정된 목표 속도와 모터 속도 추정부(125)를 통해 추정된 제1 모터(200)의 속도의 차이값을 연산한다. 그 후 전류 지령값 설정부(122)의 PI 제어기(126)는 미리 설정된 목표 속도와 제1 모터(200)의 속도의 차이값에 기초하여 PI 제어를 수행함으로써, 전류 지령값을 설정한다.
그리고 나서 전류 지령값 조절부(123)는 제2 전류의 d축 전류값을 이용하여 보상 전류 지령값을 설정하고, 보상 전류 지령값을 이용하여 상기 전류 지령값을 조절한다(S420). 이는 도 5를 이용하여 보다 상세히 설명될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 모터 구동 장치의 제어부가 전류 지령값을 조절하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 전류 지령값 조절부(123)는 제2 전류의 d축 전류값이 0 이하 인지 여부를 판단한다(S500).
제2 전류의 d축 전류값이 0 이하이면, 제2 모터(210)에 인가되는 부하가 제1 모터(200)에 인가되는 부하보다 큰 것이므로, 전류 지령값 조절부(123)는 보상 전류 지령값을 증가시킨다(S510).
그리고 나서 전류 지령값 조절부(123)는 설정된 전류 지령값에 설정된 보상 전류 지령값을 가산하여 전류 지령값을 조절한다(S520).
그리고 나서 제2 전류의 d축 전류값이 0 인지 여부를 판단한다(S530).
제2 전류의 d축 전류값이 0이면, 제1 모터(200)를 슬레이브 모터로 변경하고 제2 모터(210)를 마스터 모터로 변경한 것은 아니지만, 제1 모터(200)가 슬레이브 모터로 선택되고 제2 모터(210)가 마스터 모터로 선택된 것과 동일한 효과가 발생한다. 따라서 전류 지령값 조절부(123)는 전류 지령값 조절을 종료한다(S540).
제2 전류의 d축 전류값이 0이 아니면, 아직 제1 모터(200)가 슬레이브 모터로 선택되고 제2 모터(210)가 마스터 모터로 선택된 것과 동일한 효과가 발생하지 않는다. 따라서 전류 지령값 조절부(123)는 보상 전류 지령값을 증가시키는 단계로 돌아간다(S510).
제2 전류의 d축 전류값이 0 이하이면, 제1 모터(200)에 인가되는 부하가 제2 모터(210)에 인가되는 부하보다 큰 것이므로, 보상 전류 지령값이 0인지 여부를 판단한다(S550).
보상 전류 지령값이 0이면, 제2 모터(210)에 제1 모터(200)보다 상대적으로 큰 부하가 인가되지 않았던 것이다. 따라서 전류 지령값 조절부(123)는 전류 지령값 조절을 종료한다(S540).
보상 전류 지령값이 0보다 크면, 제2 모터(210)에 제1 모터(200)보다 상대적으로 큰 부하가 인가되어 보상 전류 지령값이 0을 초과하도록 증가된 이후, 다시 제1 모터(200)에 제2 모터(210)보다 상대적으로 큰 부하가 인가된 것이다. 따라서 전류 지령값 조절부(123)는 보상 전류 지령값을 감소시킨다(S560).
그리고 나서 전류 지령값 조절부(123)는 설정된 전류 지령값에 조절된 보상 전류 지령값을 가산하여 전류 지령값을 조절한다(S570).
그리고 나서 다시 S550 단계로 돌아가서, 보상 전류 지령값이 0이 되었는지를 판단한다. 이는 보상 전류 지령값을 감소시키는 단계(S560)를 통해서, 제2 모터(210)에 제1 모터(200)보다 상대적으로 큰 부하가 인가됨으로 인해서 발생한 보상 전류 지령값이 모두 사라지게 되었는지를 판단한다. 그리고 만일 보상 전류 지령값이 아직도 0보다 크면, 보상 전류 지령값을 감소시키는 단계(S560)를 반복하고, 보상 전류 지령값이 0이면, 전류 지령값 조절을 종료한다(S540).
이와 같은 단계를 거쳐서, 전류 지령값 조절부(123)는 전류 지령값을 조절한다.
다시 도 4로 돌아와서, 전압 조절부(124)는 조절된 목표 전류를 이용하여 인버터 회로(110) 내의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절한다(S430).
이때 전압 조절부(124)의 PI 제어기는 전류 지령값에 기초하여, PI 제어를 수행함으로써, 인버터 회로(110) 내의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절한다.
이와 같은 단계를 거쳐서, 본 발명에 따른 모터 구동 장치(100)는 인버터 회로(110) 내의 복수 개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 인가되는 전압을 조절하여, 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)가 사용자로부터 미리 설정된 목표 속도에 맞추어 돌아가게 한다.
도 6은 종래 기술에 따른 모터 구동 장치를 이용하여 모터 제어 중 슬레이브 모터에 마스터 모터 보다 상대적으로 큰 부하가 인가되는 경우 전류의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 그래프 610과 그래프 620은 마스터 모터인 제1 모터(200)보다 슬레이브 모터인 제2 모터(210)에 상대적으로 큰 부하가 인가되는 경우, 종래 기술에 따른 모터 구동 장치를 이용하였을 때의 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)에 공급되는 전류를 나타낸 그래프이다. 그래프 610은 제1 전류 중 어느 한 상을 나타낸 그래프이고, 그래프 620은 제2 전류 중 어느 한 상을 나타낸 그래프이다.
그래프 610을 보면, 마스터 모터로 상대적으로 적은 부하가 인가되는 제1 모터(200)가 선정되었기 때문에, 제1 모터(200)에 공급되는 전류의 파형은 sine 파형을 이루고 있지 못한 것을 확인할 수 있다. 그래프 620을 보면, 슬레이브 모터로 선정된 제2 모터(210)에 공급되는 전류의 파형은 sine 파형을 이루고 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 종래 기술에 따른 모터 구동 장치를 이용하면, 슬레이브 모터에 상대적으로 큰 부하가 인가되면 마스터 모터에 흐르는 전류를 안정적으로 제어할 수 없게 되어 마스터 모터가 오동작하게 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치를 이용하여 모터 제어 중 슬레이브 모터에 마스터 모터 보다 상대적으로 큰 부하가 인가되는 경우 전류의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 그래프 710과 그래프 720은 마스터 모터인 제1 모터(200)보다 슬레이브 모터인 제2 모터(210)에 상대적으로 큰 부하가 인가되는 경우, 본 발명에 따른 모터 구동 장치(100)를 이용하였을 때의 제1 모터(200) 및 제2 모터(210)에 공급되는 전류를 나타낸 그래프이다. 그래프 710은 제1 전류 중 어느 한 상을 나타낸 그래프이고, 그래프 720은 제2 전류 중 어느 한 상을 나타낸 그래프이다.
그래프 710을 보면, 마스터 모터로 상대적으로 적은 부하가 인가되는 제1 모터(200)가 선정되었더라도, 종래 기술에 따른 모터 구동 장치를 이용한 경우와 달리, 제1 모터(200)에 공급되는 전류의 파형은 sine 파형을 이루고 있다. 그래프 720을 보면, 슬레이브 모터로 선정된 제2 모터(210)에 공급되는 전류의 파형 또한 종래 기술에 따른 모터 구동 장치를 이용한 경우와 동일하게 sine 파형을 이루고 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 모터 구동 장치를 이용하면, 슬레이브 모터에 상대적으로 큰 부하가 인가되더라도 마스터 모터와 슬레이브 모터에 흐르는 전류 모두를 안정적으로 제어할 수 있다.
이를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 모터 구동 장치(100)를 이용하면, 제1 모터(200)와 제2 모터(210)에 인가되는 부하가 변하더라도 제어부(120)가 보상 전류 지령값을 설정함으로써, 하나의 모터 구동 장치를 통해 두 개의 모터를 안정적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 모터 구동 장치(100)를 사용하면, 제1 모터(200)와 제2 모터(210)에 인가되는 부하가 변하더라도, 제어부(120)가 마스터 모터를 변경하지 않고, 보상 전류 지령값을 이용하여 전류 지령값을 조절하여 부하 변동에 대응하므로, 마스터 모터의 변경에 따른 과도 상태의 발생을 방지할 수 있다.
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: 모터 구동 장치 110: 인버터 회로
120: 제어부 121: 전류 검출부
122: 전류 지령값 설정부 123: 전류 지령값 조절부
124: 전압 조절부 125: 모터 속도 추정부
200: 제1 모터 210: 제2 모터

Claims (16)

  1. 복수 개의 스위칭 소자를 이용하여 제1 모터 및 제2 모터를 구동하는 인버터 회로; 및
    상기 인버터 회로를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 모터에 공급되는 전류인 제1 전류와 상기 제2 모터에 공급되는 전류인 제2 전류를 검출하는 전류 검출부;
    상기 제1 전류와 목표 속도를 이용하여 전류 지령값을 설정하는 전류 지령값 설정부;
    상기 제2 전류의 d축 전류값을 이용하여 보상 전류 지령값을 설정하고, 상기 보상 전류 지령값을 이용하여 상기 전류 지령값을 조절하는 전류 지령값 조절부; 및
    상기 전류 지령값을 이용하여 상기 인버터 회로의 상기 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 전압 조절부를 포함하는
    모터 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 지령값 조절부는 상기 제2 전류의 d축 전류값이 0과 같거나 0보다 작으면, 상기 보상 전류 지령값을 증가시키고, 상기 전류 지령값에 상기 보상 전류 지령값을 가산하여 상기 전류 지령값을 조절하는
    모터 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전류 지령값 조절부는 상기 제2 전류의 d축 전류값이 0이 되면, 상기 전류 지령값의 조절을 종료하는
    모터 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류 지령값 조절부는 상기 제2 전류의 d축 전류값이 0보다 크고, 상기 보상 전류 지령값이 0 이면, 상기 전류 지령값의 조절을 종료하는
    모터 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 지령값 조절부는 상기 제2 전류의 d축 전류값이 0보다 크고, 상기 보상 전류 지령값이 0보다 크면, 상기 보상 전류 지령값을 감소시키고, 상기 전류 지령값에 상기 보상 전류 지령값을 가산하여 상기 전류 지령값을 조절하는
    모터 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전류 지령값 조절부는 상기 보상 전류 지령값이 0이 되면, 상기 전류 지령값의 조절을 종료하는
    모터 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전류 지령값 설정부는
    상기 제1 전류를 이용하여 상기 제1 모터의 속도를 추정하는 모터 속도 추정부; 및
    상기 추정된 제1 모터의 속도와 상기 목표 속도를 이용하여 상기 전류 지령값을 설정하는 PI(Proportional-Integral) 제어기를 포함하는
    모터 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전류 지령값 설정부는 상기 설정된 전류 지령값이 제한값보다 크면, 상기 제한값을 상기 전류 지령값으로 설정하는
    모터 구동 장치.
  9. 복수 개의 스위칭 소자를 포함하는 인버터 회로를 통해 제1 모터에 공급되는 전류인 제1 전류와 상기 인버터 회로를 통해 제2 모터에 공급되는 전류인 제2 전류를 검출하는 단계;
    상기 제1 전류와 목표 속도를 이용하여 전류 지령값을 설정하는 단계;
    상기 제2 전류의 d축 전류값을 이용하여 보상 전류 지령값을 조절하고, 상기 보상 전류 지령값을 이용하여 상기 전류 지령값을 조절하는 단계; 및
    상기 전류 지령값을 이용하여 상기 인버터 회로의 상기 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는 단계를 포함하는
    모터 구동 장치의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전류 지령값을 조절하는 단계는 상기 제2 전류의 d축 전류값이 0과 같거나 0보다 작으면, 상기 보상 전류 지령값을 증가시키고, 상기 전류 지령값에 상기 보상 전류 지령값을 가산하여 상기 전류 지령값을 조절하는
    모터 구동 장치의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전류 지령값을 조절하는 단계는 상기 제2 전류의 d축 전류값이 0이 되면 종료되는
    모터 구동 장치의 제어 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전류 지령값을 조절하는 단계는 상기 제2 전류의 d축 전류값이 0보다 크고 상기 보상 전류 지령값이 0이면 종료되는
    모터 구동 장치의 제어 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 전류 지령값을 조절하는 단계는 상기 제2 전류의 d축 전류값이 0보다 크고 상기 보상 전류 지령값이 0보다 크면, 상기 보상 전류 지령값을 감소시키고, 상기 전류 지령값에 상기 보상 전류 지령값을 가산하여 상기 전류 지령값을 조절하는
    모터 구동 장치의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전류 지령값을 조절하는 단계는 상기 보상 전류 지령값이 0이 되면 종료되는
    모터 구동 장치의 제어 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 전류 지령값을 설정하는 단계는 상기 제1 전류를 이용하여 상기 제1 모터의 속도를 추정하고, 상기 추정된 제1 모터의 속도와 상기 목표 속도를 이용하여 상기 전류 지령값을 설정하는
    모터 구동 장치의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전류 지령값을 설정한 이후, 상기 설정된 전류 지령값이 제한값보다 크면, 상기 제한값을 상기 전류 지령값으로 설정하는 단계를 더 포함하는
    모터 구동 장치의 제어 방법.
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KR20220048419A (ko) * 2020-10-12 2022-04-19 영남대학교 산학협력단 복수의 pmsm을 병렬 구동하는 인버터 시스템

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