KR20230076726A - 지연 성분을 고려한 영구자석 동기전동기의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

지연 성분을 고려한 영구자석 동기전동기의 제어 장치 및 방법 Download PDF

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KR20230076726A
KR20230076726A KR1020220049354A KR20220049354A KR20230076726A KR 20230076726 A KR20230076726 A KR 20230076726A KR 1020220049354 A KR1020220049354 A KR 1020220049354A KR 20220049354 A KR20220049354 A KR 20220049354A KR 20230076726 A KR20230076726 A KR 20230076726A
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delay component
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김선형
정성환
박근호
김병준
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한국전자기술연구원
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Abstract

본 발명은 지연 성분을 고려하여 회전자의 초기 위치 검출, 캘리브레이션 및 회전 중인 회전자의 실제 위치를 검출할 수 있는 지연 성분을 고려한 영구자석 동기전동기의 제어 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 3상에서 d-q 2상으로 변환하여 지연 성분(ttotaldelay)을 고려한 영구자석 동기전동기(PMSM)의 제어 장치로서, d축의 전압(Vde)을 측정하는 d축 전압 측정기, q축의 전압(Vqe)을 측정하는 q축 전압 측정기, 및 제어기를 포함한다. 제어기는 수학식4 및 수학식5에 따른 지연 성분(ttotaldelay)을 포함하는 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식을 이용하여 정상 상태에서의 회전자의 정방향(cw) 및 역방향(ccw) 회전을 통하여 지연 성분(ttotaldelay)을 산출한다. 제어기는 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식으로 산출한 회전자의 정방향 또는 역방향 회전값(
Figure pat00106
)에 산출한 지연 성분(ttotaldelay)을 보상하여 정지 상태인 회전자의 초기 위치값(
Figure pat00107
)을 산출한다.

Description

지연 성분을 고려한 영구자석 동기전동기의 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling permanent magnet synchronous motor considering delay component}
본 발명은 영구자석 동기전동기(Permanent Magnet synchronous Motor; PMSM)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지연 성분을 고려하여 회전자의 초기 위치 검출, 캘리브레이션 및 회전 중인 회전자의 실제 위치를 검출할 수 있는 지연 성분을 고려한 영구자석 동기전동기의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
세계적으로 대기 오염이 심각한 문제로 다뤄짐에 따라 자동차 시장은 내연기관 자동차의 생산을 줄이고 EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle) 등 친환경 전기자동차 개발을 활발하게 진행하고 있다. 친환경 전기자동차는 내연기관 및 유압식 장치를 전동식 장치로 대체하고 있다. 전동식 장치에는 주로 정밀하고 효율이 우수한 PMSM(Permanent-Magnet Synchronous Motor)을 사용하고 있다.
전기자동차의 전동식 장치는 조향, 제동, 구동 등 넓은 범위로 사용하고 있으며, 정밀한 속도 및 토크 제어를 요구하는 시스템이다.
PMSM은 정밀한 토크 제어를 위해 회전자의 초기 위치 검출이 필요하다. 회전자의 초기 위치 검출 방식으로는 고주파 주입 방식, 역기전력 추정 방식 등을 이용한 알고리즘이 많이 연구되고 있다. 하지만 이러한 기존의 초기 위치 검출 방식은 위치 센서의 지연, CDD(Complex Device Driver) 설계 기반으로 제어기(microcontroller)에서 발생하는 Peripheral 지연, 알고리즘의 디지털화에 따른 지연에 의해 정확한 초기 위치를 검출하는 데에 한계가 있다.
검출한 초기 위치의 정확도가 떨어지는 경우, PMSM의 4상한 구동 시 토크 제어 정밀도가 감소하고, 이로 인해 고속 회전 시 토크 제어 성능이 떨어진다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서, 초기 위치 수정 및 보상, 시지연 계수 설정, 전류맵 수정, 토크 오차 보상, PWM 주파수 수정 등의 작업이 요구된다.
이러한 초기 위치 수정 작업은 PMSM의 개발에 있어서, 인적자원과 시간을 더 투입해야하는 문제로 다뤄진다.
또한, PMSM의 양산 개발에 있어서, 위치 센서 오차, 회로 수동 소자 오차로 인한 지연 성분의 오차가 발생 하기 때문에, 정확한 초기 위치를 검출하는 데에 어려움이 있다.
등록특허공보 제10-1817674호 (2018.10.05.등록)
따라서 본 발명의 목적은 지연 성분을 고려하여 회전자의 초기 위치 검출, 캘리브레이션 및 회전 중인 회전자의 실제 위치를 검출할 수 있는 지연 성분을 고려한 영구자석 동기전동기의 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 3상에서 d-q 2상으로 변환하여 지연 성분(ttotaldelay)을 고려한 영구자석 동기전동기(PMSM)의 제어 장치로서, d축의 전압(Vde)을 측정하는 d축 전압 측정기; q축의 전압(Vqe)을 측정하는 q축 전압 측정기; 및 제어기;를 포함한다.
상기 제어기는 아래의 수학식4 및 수학식5에 따른 지연 성분(ttotaldelay)을 포함하는 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식을 이용하여 정상 상태에서의 회전자의 정방향(cw) 및 역방향(ccw) 회전을 통하여 상기 지연 성분(ttotaldelay)을 산출한다. 상기 제어기는 상기 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식으로 산출한 회전자의 정방향 또는 역방향 회전값(
Figure pat00001
)에 산출한 지연 성분(ttotaldelay)을 보상하여 정지 상태인 회전자의 초기 위치값(
Figure pat00002
)을 산출한다.
[수학식 4]
Figure pat00003
[수학식 5]
Figure pat00004
Rs : 고정자 저항
Ids : d축 전류
Iqs : q축 전류
Lds : d축 인덕턴스
Lqs : q축 인덕턴스
wr : 회전자 속도
Φf : 자속
상기 제어기는 상기 회전자의 정방향 또는 역방향 회전값(
Figure pat00005
)을 상기 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식에서, 0A 전류제어, 정상 상태 구동,
Figure pat00006
항목 제거,
Figure pat00007
항목 제거 및
Figure pat00008
을 통하여 아래의 수학식6으로 산출할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00009
상기 제어기는 상기 회전자의 정방향 회전값(
Figure pat00010
)을 아래의 수학식7로 산출할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00011
상기 제어기는 상기 회전자의 역방향 회전값(
Figure pat00012
)을 아래의 수학식 8로 산출할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00013
상기 제어기는 상기 지연 성분(ttotaldelay)을 아래의 수학식11로 산출할 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00014
상기 제어기는 상기 정지 상태인 회전자의 초기 위치값(
Figure pat00015
)을 아래의 수학식12 또는 수학식13으로 산출할 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00016
[수학식 13]
Figure pat00017
본 발명에 따른 PMSM의 제어 장치는, 상기 회전자의 위치값(
Figure pat00018
)을 검출하는 위치 센서;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 회전자의 실제 위치값(
Figure pat00019
)을 아래의 수학식14와 같이 지연 성분의 위치값(
Figure pat00020
)을 보상하여 산출할 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00021
상기 제어기는 상기 위치 센서로 검출한 상기 회전자의 위치(
Figure pat00022
)를 수학식14로 산출한 상기 회전자의 실제 위치(
Figure pat00023
)로 캘리브레이션 할 수 있다.
그리고 본 발명은, 3상에서 d-q 2상으로 변환하여 지연 성분(ttotaldelay)을 고려한 영구자석 동기전동기(PMSM)의 제어 장치를 이용한 영구자석 동기전동기(PMSM)의 제어 방법으로, d축의 전압(Vde)을 측정하고, q축의 전압(Vqe)을 측정하는 단계; 수학식4 및 수학식5에 따른 지연 성분(ttotaldelay)을 포함하는 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식을 이용하여 정상 상태에서의 회전자의 정방향(cw) 및 역방향(ccw) 회전을 통하여 상기 지연 성분(ttotaldelay)을 산출하는 단계; 및 상기 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식으로 산출한 회전자의 정방향 또는 역방향 회전값(
Figure pat00024
)에 산출한 지연 성분(ttotaldelay)을 보상하여 정지 상태인 회전자의 초기 위치값(
Figure pat00025
)을 산출하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 PMSM의 제어 장치는 지연 성분(ttotaldelay)을 포함하는 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식을 이용하여 정상 상태에서의 정방향(cw) 및 역방향(ccw) 회전을 통하여 지연 성분(ttotaldelay)을 산출하고, d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식으로 산출한 정방향 또는 역방향 회전값(
Figure pat00026
)에 산출한 지연 성분(ttotaldelay)을 보상함으로써, 보다 정확한 정지 상태인 회전자의 초기 위치값을 산출할 수 있다.
지연 성분은 회전자의 정방향(cw) 및 역방향(ccw) 회전을 통하여 모두 산출이 가능하기 때문에, PMSM의 4상한 구동 시 균일한 토크 성능을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 PMSM의 제어 장치는 위치 센서로 감지한 회전 중인 회전자의 위치값(
Figure pat00027
)에 산출한 지연 성분의 위치값(
Figure pat00028
)을 보상하여 캘리브레이션 함으로써, 보다 정확한 회전자의 실제 위치값(
Figure pat00029
)을 산출할 수 있다.
이와 같이 회전자의 초기 위치 검출 및 위치 캘리브레이션 시 지연 성분을 반영함으로써, 정확한 전류/전압 시지연 계수를 산정할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 초기 위치 검출과 캘리브레이션을 이용하여, PMSM 양산 개발에 있어서, 발생하는 부품들의 오차 성분 및 위치 센서 조립 오차 성분을 검출함으로써, PMSM의 불량 여부를 판별할 수 있다.
도 1은 PMSM의 초기 위치를 보여주는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PMSM의 제어 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3은 Peripheral 지연 시간을 보여주는 그래프이다.
도 4는 실험예 및 비교예에 따라 산출된 초기 위치를 보여주는 그래프이다.
도 5는 실험예 및 비교예에 따라 산출된 회전속도별 회전자의 위치를 보여주는 그래프이다.
도 6은 실험예 및 비교예에 따른 정방향 및 역방향 회전에 따른 초기 위치 오차를 비교한 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 PMSM의 초기 위치를 보여주는 예시도이다.
도 1을 참조하면, PMSM(100)은 이상적인 경우 회전자(10)의 초기 위치가 u축에 있어야 하지만 실제는 u축에 대해서 틸트되어 있기 때문에, 초기 위치 오차(
Figure pat00030
)가 발생한다.
이러한 PMSM(100)은 u, v, w의 3상으로 구동하지만, 회전좌표계인 d-q 2상으로 변환하여 회전자(10)의 초기 위치 오차(
Figure pat00031
) 검출을 위한 역기전력 추정 방정식은 아래의 수학식1 및 2로 정의하였다. 수학식1 및 2에 따른 역기전력 추정 방정식은 3상의 역기전력 추정 방정식으로 도출될 수 있다. 역기전력 추정 방정식은 전압 방정식이다.
[수학식 1]
Figure pat00032
[수학식 2]
Figure pat00033
Rs : 고정자 저항
Ids : d축 전류
Iqs : q축 전류
Lds : d축 인덕턴스
Lqs : q축 인덕턴스
wr : 회전자 속도
Φf : 자속
수학식1 및 2에 따른 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식은 저항 성분, 인덕턴스 성분 및 상호간섭 성분으로 구성된다. 상호간섭 성분에서
Figure pat00034
과
Figure pat00035
가 역기전력 성분이다. 역기전력 성분으로부터 회전자(10)의 초기 위치 오차(
Figure pat00036
) 산출할 수 있다.
즉 수학식1 및 2에 따른 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식에서, 0A 전류제어, 정상 상태 구동,
Figure pat00037
항목 제거,
Figure pat00038
항목 제거 및
Figure pat00039
을 통하여 아래의 수학식3과 같이 회전자(10)의 초기 위치 오차(
Figure pat00040
) 산출할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00041
하지만 수학식3에서 산출한 회전자(10)의 초기 위치 오차(
Figure pat00042
)에는, 전술된 바와 같이, 위치 센서(40)의 지연, CDD 설계 기반으로 제어기(60)에서 발생하는 Peripheral 지연, 알고리즘의 디지털화에 따른 지연을 포함하는 지연 성분이 포함되어 있지 않기 때문에, 검출한 초기 위치의 정확도가 떨어진다.
본 실시예에서는 수학식1 및 2를 기반으로, 지연 성분(ttotaldelay)을 고려하여 수학식4 및 5에 따른 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식을 새롭게 정의하였다.
[수학식 4]
Figure pat00043
[수학식 5]
Figure pat00044
여기서
Figure pat00045
은 지연 성분(ttotaldelay)이 고려한 정지 상태인 회전자(10)의 초기 위치값이다.
Figure pat00046
는 지연 성분(ttotaldelay)에 따른 회전자(10)의 위치값을 나타낸다. 이하
Figure pat00047
는 지연 성분의 위치값이라 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PMSM의 제어 장치(200)를 보여주는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 PMSM의 제어 장치(200)는 수학식4 및 5에 따른 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식을 기반으로 지연 성분(ttotaldelay)과 정지 상태의 회전자(10)의 초기 위치값을 산출하고, 산출한 지연 성분을 반영하여 위치 캘리브레이션을 수행함으로써 회전 중인 회전자(10)의 정확한 실제 위치값(
Figure pat00048
)을 산출할 수 있다.
이러한 본 실시예에 따른 PMSM의 제어 장치(200)는 d축의 전압(Vde)을 측정하는 d축 전압 측정기(20), q축의 전압(Vqe)을 측정하는 q축 전압 측정기(30), 및 제어기(60)를 포함한다. 제어기(60)는 수학식4 및 수학식5에 따른 지연 성분(ttotaldelay)을 포함하는 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식을 이용하여 정상 상태에서의 회전자(10)의 정방향(cw) 및 역방향(ccw) 회전을 통하여 지연 성분(ttotaldelay)을 산출한다. 제어기(60)는 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식으로 산출한 회전자(10)의 정방향 또는 역방향 회전값(
Figure pat00049
)에 산출한 지연 성분(ttotaldelay)을 보상하여 정지 상태인 회전자(10)의 초기 위치값(
Figure pat00050
)을 산출한다.
그 외 본 실시예에 따른 PMSM의 제어 장치(200)는 위치 센서(40) 및 메모리(50)를 더 포함할 수 있다.
여기서 정방향(cw) 회전은 시계방향으로의 회전을 의미한다. 역방향(ccw) 회전은 반시계방향으로의 회전을 의미한다.
위치 센서(40)는 회전하는 회전자(10)의 위치값(
Figure pat00051
)을 검출한다. 위치 센서(40)로는 엔코더, 레졸버, 홀센서 등이 사용될 수 있다. 위치 센서(40)에서 검출되는 위치값(
Figure pat00052
)은 지연 성분(ttotaldelay)이 반영되어 있지 않기 때문에, 실제 회전자(10)의 위치와는 차이가 있다. 따라서 회전자(10)의 실제 위치값(
Figure pat00053
)을 산출하기 위해서는 지연 성분(ttotaldelay)의 반영이 필요하다.
메모리(50)는 PMSM의 제어 장치(200)의 동작 제어시 필요한 프로그램과, 그 프로그램 수행 중에 발생되는 정보를 저장한다. 메모리(50)는 지연 성분(ttotaldelay)과 정지 상태의 회전자(10)의 초기 위치값을 산출하고, 산출한 지연 성분을 반영하여 위치 캘리브레이션을 수행하고, 회전 중인 회전자(10)의 정확한 실제 위치값(
Figure pat00054
)를 산출하기 위한 실행프로그램을 저장한다.
그리고 제어기(60)는 PMSM의 제어 장치(200)의 전반적인 제어 동작을 수행하는 마이크로프로세서(microprocessor)이다. 제어기(60)는 PMSM(100)과 함께 구현되거나 별도로 PMSM(100) 제어용 인버터에 구현될 수 있다.
제어기(60)는 다음과 같이 PMSM(100)에 대한 제어 동작을 수행한다.
제어기(60)는 회전자(10)의 정방향 또는 역방향 회전값(
Figure pat00055
)을, 수학식4 및 수학식5에 따른 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식에서, 0A 전류제어, 정상 상태 구동,
Figure pat00056
항목 제거,
Figure pat00057
항목 제거 및
Figure pat00058
을 통하여 아래의 수학식6으로 산출한다. 여기서 정상 상태 구동은 베이스 rpm 근방에서 일정한 속도로 회전자(10)를 회전시키는 모드이다.
[수학식 6]
Figure pat00059
제어기(60)는 회전자(10)의 정방향 회전값(
Figure pat00060
)을 아래의 수학식7로 산출할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00061
제어기(60)는 회전자(10)의 역방향 회전값(
Figure pat00062
)을 아래의 수학식 8로 산출할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00063
정지 상태인 회전자(10)의 초기 위치값(
Figure pat00064
)은 수학식 9로 표현할 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00065
제어기(60)는 지연 성분(ttotaldelay)을 아래의 수학식10 및 수학식11로 산출할 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00066
[수학식 11]
Figure pat00067
여기서 수학식10은 수학식7과 수학식8에서, 정지 상태인 회전자(10)의 초기 위치값(
Figure pat00068
)을 기준으로 등식을 정리하여 도출할 수 있다.
수학식11은 수학식11로부터 도출되며, 제어기(60)는 지연 성분(ttotaldelay)을 수학식11로 산출한다.
제어기(60)는 수학식11로 산출한 지연 성분(ttotaldelay)을 이용하여 아래의 아래의 수학식12 또는 수학식13으로 정지 상태인 회전자(10)의 초기 위치값(
Figure pat00069
)을 산출한다.
[수학식 12]
Figure pat00070
여기서 수학식12는 정방향(cw) 회전을 기반으로 산출된 정지 상태인 회전자(10)의 초기 위치값(
Figure pat00071
)이다.
[수학식 13]
Figure pat00072
여기서 수학식12는 역방향(ccw) 회전을 기반으로 산출된 정지 상태인 회전자(10)의 초기 위치값(
Figure pat00073
)이다.
제어기(60)는 회전자(10)의 실제 위치값(
Figure pat00074
)을 아래의 수학식14와 같이 지연 성분의 위치값(
Figure pat00075
)을 보상하여 산출할 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00076
그리고 제어기(60)는 위치 센서(40)로 검출한 회전자(10)의 위치(
Figure pat00077
)를 수학식14로 산출한 회전자(10)의 실제 위치값(
Figure pat00078
)으로 캘리브레이션 함으로써, 회전하는 회전자(10)의 위치를 정확히 검출할 수 있다.
[실험예 및 비교예]
이와 같은 본 실시예에 따른 PMSM의 제어 장치로 산출한 정지 상태의 회전자의 초기 위치와, 회전하는 회전자의 실제 위치의 정밀도를 실험예와 비교예를 통하여 확인하였다. 확인 결과는 도 3 내지 도 6과 같다. 도 4 내지 도 6에 따른 그래프에서 파랑선이 비교예를 나타내고, 빨강선이 실시예에 따른 실험예를 나타낸다.
비교예에 따른 PMSM의 제어 장치는 수학식3으로 정지 상태의 회전자의 초기 위치를 산출하였다.
도 3은 Peripheral 지연 시간을 보여주는 그래프이다. 도 4는 실험예 및 비교예에 따라 산출된 초기 위치를 보여주는 그래프이다. 도 4에는 실험예 및 비교예 모두 PMSM을 1000 rpm의 정상 상태로 구동시켰다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실험예에 따라 산출된 정지 상태의 회전자의 초기 위치는, 비교예와 비교할 때, 1.49% 정밀도가 개선된 것을 확인할 수 있다.
도 5는 실험예 및 비교예에 따라 산출된 회전속도별 회전자의 위치를 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 실험예가 비교예 보다 회전속도별 초기 위치 정밀도가 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 6은 실험예 및 비교예에 따른 정방향 및 역방향 회전에 따른 초기 위치 오차를 비교한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 실험예가 비교예 보다 정방향 및 역방향의 초기 위치의 오차가 줄어든 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 PMSM의 제어 장치로 산출한 정지 상태의 회전자의 초기 위치와, 회전하는 회전자의 실제 위치의 정밀도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 회전자
20 : d축 전압 측정기
30 : q축 전압 측정기
40 : 위치 센서
50 : 메모리
60 : 제어기
100 : PMSM
200 : PMSM의 제어 장치

Claims (8)

  1. 3상에서 d-q 2상으로 변환하여 지연 성분(ttotaldelay)을 고려한 영구자석 동기전동기(PMSM)의 제어 장치로서,
    d축의 전압(Vde)을 측정하는 d축 전압 측정기;
    q축의 전압(Vqe)을 측정하는 q축 전압 측정기; 및
    아래의 수학식4 및 수학식5에 따른 지연 성분(ttotaldelay)을 포함하는 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식을 이용하여 정상 상태에서의 회전자의 정방향(cw) 및 역방향(ccw) 회전을 통하여 상기 지연 성분(ttotaldelay)을 산출하고, 상기 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식으로 산출한 회전자의 정방향 또는 역방향 회전값(
    Figure pat00079
    )에 산출한 지연 성분(ttotaldelay)을 보상하여 정지 상태인 회전자의 초기 위치값(
    Figure pat00080
    )을 산출하는 제어기;
    를 포함하는 영구자석 동기전동기의 제어 장치.
    [수학식 4]
    Figure pat00081

    [수학식 5]
    Figure pat00082

    Rs : 고정자 저항
    Ids : d축 전류
    Iqs : q축 전류
    Lds : d축 인덕턴스
    Lqs : q축 인덕턴스
    wr : 회전자 속도
    Φf : 자속
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 회전자의 정방향 또는 역방향 회전값(
    Figure pat00083
    )을 상기 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식에서, 0A 전류제어, 정상 상태 구동,
    Figure pat00084
    항목 제거,
    Figure pat00085
    항목 제거 및
    Figure pat00086
    을 통하여 아래의 수학식6으로 산출하는 것을 특징으로 영구자석 동기전동기의 제어 장치.
    [수학식 6]
    Figure pat00087
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 회전자의 정방향 회전값(
    Figure pat00088
    )을 아래의 수학식7로 산출하고,
    상기 제어기는 상기 회전자의 역방향 회전값(
    Figure pat00089
    )을 아래의 수학식 8로 산출하는 것을 특징으로 영구자석 동기전동기의 제어 장치.
    [수학식 7]
    Figure pat00090

    [수학식 8]
    Figure pat00091
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 지연 성분(ttotaldelay)을 아래의 수학식11로 산출하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 제어 장치.
    [수학식 11]
    Figure pat00092
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 정지 상태인 회전자의 초기 위치값(
    Figure pat00093
    )을 아래의 수학식12 또는 수학식13으로 산출하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 제어 장치.
    [수학식 12]
    Figure pat00094

    [수학식 13]
    Figure pat00095
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전자의 위치값(
    Figure pat00096
    )을 검출하는 위치 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 회전자의 실제 위치값(
    Figure pat00097
    )을 아래의 수학식14와 같이 지연 성분의 위치값(
    Figure pat00098
    )을 보상하여 산출하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 제어 장치.
    [수학식 14]
    Figure pat00099
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 위치 센서로 검출한 상기 회전자의 위치(
    Figure pat00100
    )를 수학식14로 산출한 상기 회전자의 실제 위치(
    Figure pat00101
    )로 캘리브레이션 하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기전동기의 제어 장치.
  8. 3상에서 d-q 2상으로 변환하여 지연 성분(ttotaldelay)을 고려한 영구자석 동기전동기(PMSM)의 제어 장치를 이용한 영구자석 동기전동기(PMSM)의 제어 방법으로,
    d축의 전압(Vde)을 측정하고, q축의 전압(Vqe)을 측정하는 단계;
    아래의 수학식4 및 수학식5에 따른 지연 성분(ttotaldelay)을 포함하는 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식을 이용하여 정상 상태에서의 회전자의 정방향(cw) 및 역방향(ccw) 회전을 통하여 상기 지연 성분(ttotaldelay)을 산출하는 단계;
    상기 d축 및 q축의 역기전력 추정 방정식으로 산출한 회전자의 정방향 또는 역방향 회전값(
    Figure pat00102
    )에 산출한 지연 성분(ttotaldelay)을 보상하여 정지 상태인 회전자의 초기 위치값(
    Figure pat00103
    )을 산출하는 단계;
    를 포함하는 영구자석 동기전동기의 제어 방법.
    [수학식 4]
    Figure pat00104

    [수학식 5]
    Figure pat00105

    Rs : 고정자 저항
    Ids : d축 전류
    Iqs : q축 전류
    Lds : d축 인덕턴스
    Lqs : q축 인덕턴스
    wr : 회전자 속도
    Φf : 자속
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