KR20230101307A - 모터 구동 회로의 pwm 신호 오차 보상 장치 및 방법 - Google Patents

모터 구동 회로의 pwm 신호 오차 보상 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치는 모터의 회전 정보를 검출하는 엔코더부; 상기 엔코더부에서 검출된 회전 정보를 인터페이싱하는 인터페이스부; 및 상기 인터페이스부를 통해 전달받은 상기 모터의 회전 정보에 기초하여 상기 모터를 제어하고, 상기 모터의 회전 정보 중 PWM 신호의 오차를 감지하여 상기 PWM 신호의 오차를 보상하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치 및 방법{APPARATUS FOR COMPENSATING ERROR OF PWM SIGNAL OF MOTOR DRIVING CIRCUIT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터 구동 회로의 엔코더에서 출력되는 PWM 신호의 오차를 감지하여 보상하는, 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 배터리를 동력원으로 사용하는 전동모터(이하, 간단히 모터로 기재할 수 있음)가 차량에 장착되고 있으며, 이를 제어하는 제어기(Controller)가 탑재되어 있다. 이러한 종류의 전동 차량에 탑재된 제어기는 모터 구동 회로를 제어하여 모터를 구동시키고, 각종 입력 신호에 의해서 전동차량을 제어한다.
이때, 모터 구동 회로에는 소자의 보호를 위해서 저항을 이용한 인터페이스부(도 2의 130)가 포함되며, 상기 저항 성분에 의해 엔코더부와 같은 센서에서 출력되는 PWM 신호의 파형이 일그러지는 문제점(즉, Duty의 Loss가 발생하는 문제점)이 있다(도 3의 (b) 참조).
이에 따라, 센서에서 출력되는 PWM 신호를 전달받아 모터를 제어하는 제어기의 제어 정확도 및 제어 성능이 저하될 수 있는 문제점이 발생할 수 있으며, 따라서 센서에서 일그러져 전달되는 신호(즉, Loss가 발생한 Duty 신호)의 오차를 감지하여 보상할 수 있는 방법이 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2166814호(2020.10.12. 등록)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 모터 구동 회로의 엔코더에서 출력되는 PWM 신호의 오차를 감지하여 보상하는, 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치는 모터의 회전 정보를 검출하는 엔코더부; 상기 엔코더부에서 검출된 회전 정보를 인터페이싱하는 인터페이스부; 및 상기 인터페이스부를 통해 전달받은 상기 모터의 회전 정보에 기초하여 상기 모터를 제어하고, 상기 모터의 회전 정보 중 PWM 신호의 오차를 감지하여 상기 PWM 신호의 오차를 보상하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 모터의 회전 정보는, 회전 방향 정보를 나타내는 A 신호와 B 신호, 및 동작 상태(angle) 정보를 나타내는 PWM 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 인터페이스부는, 상기 엔코더부의 PWM 신호가 출력되는 신호 라인을 상기 제어부의 지정된 단자에 연결하는 직렬 저항과 풀업(Pull Up) 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 PWM 신호의 듀티 손실(Loss)에 따라 발생한 정상 Duty 대비 오차를 감지하여 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 모터 회전자의 절대적인 위치에 따라 듀티(Duty)로 표현되는 PWM 신호의 경계값으로서 최소값(Min)과 최대값(Max)을 취득하고, 지정된 유효 범위에 있는 각 PWM 신호의 경계값을 이용하여 각각 산출하는 오차 보정량을 바탕으로 최종 오차 보정량을 결정하며, 상기 결정된 최종 오차 보정량을 메모리에 저장해 둔 후 차기 구동 사이클에서 PWM 신호에 상기 오차 보정량을 더하여 모터의 회전 각도(angle)를 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 엔진 시동 후 기어의 위치 학습을 위해 모터가 제1 방향(CW) 및 제2 방향(CCW)으로 회전할 때 발생하는 PWM 신호의 경계값을 취득하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 취득한 각 PWM 신호의 경계값(Min, Max)이 각각 지정된 유효 범위 내에 있는지 체크하고, 상기 각 PWM 신호의 경계값이 지정된 유효 범위 내에 있을 경우, 상기 유효 범위 내에 있는 각 PWM 신호의 경계값에 대한 오차 보정량을 산출하며, 상기 산출한 총 오차 보정량 중 크기에 기초하여 지정된 순번의 오차 보정량을 최종 오차 보정량으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 산출된 최종 오차 보정량이 메모리에 이전 저장된 오차 보정량보다 지정된 비율보다 큰 경우, 상기 산출된 최종 오차 보정량을 새로운 오차 보정량으로서 상기 메모리에 저장하고, 상기 메모리에 저장된 새로운 오차 보정량을 읽어 PWM 신호에 더하여 오차 보상을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 방법은 엔코더부가 모터의 회전 정보를 검출하는 단계; 제어부가 상기 엔코더부에서 검출된 회전 정보를 인터페이스부를 통해 전달받는 단계; 및 상기 제어부가 상기 인터페이스부를 통해 전달받은 상기 모터의 회전 정보에 기초하여 상기 모터를 제어하고, 상기 모터의 회전 정보 중 PWM 신호의 오차를 감지하여 상기 PWM 신호의 오차를 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 모터 구동 회로의 엔코더에서 출력되는 PWM 신호의 오차를 감지하여 보상함으로써 제어기의 제어 정확도 및 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로에서 엔코더부로부터 제어부로 PWM 신호를 전달하는 인터페이스부의 회로를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로에서 엔코더부로부터 출력되는 PWM 신호에서 듀티 오차가 발생되는 현상을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호의 오차 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호의 오차 보상 방법에서 PWM 신호의 경계값을 학습하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호의 오차 보상 방법에서 실시간 PWM 신호의 경계값을 판단하여 오차 보정량을 결정하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호의 오차 보상 방법에서 PWM 신호에 오차 보정량을 더하여 모터의 회전 각도를 보상하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호의 오차 보상 장치 및 방법의 일 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로의 개략적인 구성을 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로에서 엔코더부로부터 제어부로 PWM 신호를 전달하는 인터페이스부의 회로를 보인 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로에서 엔코더부로부터 출력되는 PWM 신호에서 듀티 오차가 발생되는 현상을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 모터 구동 회로는 모터(M)(예 : PMSM 모터), 모터(M)의 회전 정보를 검출하는 엔코더부(엔코더 센서)(110), 엔코더부(110)에서 검출된 모터(M)의 회전 정보에 기초하여 모터(M)를 제어하는 제어부(120)를 포함하며, 엔코더부(110)와 제어부(120)의 사이에는 인터페이스부(130)가 구비된다.
인터페이스부(130)는 엔코더부(110)의 PWM 신호가 출력되는 신호 라인을 제어부(120)의 지정된 단자에 연결하는 직렬 저항(R)과 풀업(Pull Up) 회로를 포함한다.
제어부(120)는 상(U, V, W) 제어신호를 출력하여 모터(M)를 제어하고, 엔코더부(110)는 모터(M)의 회전 정보(예: 회전 방향 정보(A, B), 동작 상태(angle) 정보(PWM))를 인터페이스부(130)를 통해 제어부(120)에 전달한다.
도 3은 엔코더부로부터 출력되는 PWM 신호에서 듀티 오차가 발생되는 현상을 설명하기 위한 예시도로서, 도 3의 (a)는 모터(M)가 제1 방향(CW 방향)으로 회전할 때 엔코더부(110)에서 출력하는 회전 정보 중 PWM 신호의 파형을 보이고 있고, 도 3의 (b)는 인터페이스부(130)의 저항 성분에 의해 Duty Loss가 발생하여 PWM 신호의 파형이 일그러지는 현상을 보이고 있다.
즉, 인터페이스부(130)의 저항 성분에 의해 엔코더부(110)에서 출력되는 PWM 신호의 파형이 일그러지는 문제점(즉, Duty의 Loss가 발생하는 문제점)이 발생한다.
이에, 본 실시예에서는 엔코더부(110)에서 일그러져 전달되는 신호(즉, Loss가 발생한 Duty 신호)의 정상 Duty 대비 오차를 감지하여 보상함으로써 모터(M)의 제어 정확도 및 제어 성능을 향상시키는 구성을 제시한다.
이하 상기 제어부(120)의 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호의 오차 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 제어부(120)는 엔코더 신호(즉, 엔코더부(110)에서 출력되는 PWM 신호)의 정상 여부(즉, 전기적 고장이 없는 정상적인 PWM 신호인지 여부)를 판단하고(S110), 엔코더 신호가 정상이라고 가정할 때, 모터 회전자의 절대적인 위치에 따라 듀티(Duty)로 표현되는 PWM 신호의 경계값(최소값(Min), 최대값(Max))을 취득한다(S120).
그리고, 제어부(120)는 S120 단계에서 취득한 PWM 신호의 경계값이 기 지정된 유효 범위 내에 있는지 각각 판단하여, 유효 범위에 있는 각 PWM 신호의 경계값을 이용하여 오차 보정량을 각각 산출하고, 상기 산출한 각 오차 보정량을 바탕으로 최종 오차 보정량을 결정하며(S130), 상기 결정된 최종 오차 보정량을 메모리(예: EEPROM)에 저장해 둔 후 차기 구동 사이클에서 메모리에 저장된 오차 보정량을 PWM 신호에 더하여 모터(M)의 회전 각도(angle)를 보상한다(S140).
도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, PWM 신호는 주기적으로(예: 1ms 간격) 펄스 신호가 출력되어야 하며, 만약 지정된 제1 무신호 시간(예: 20ms) 동안 PWM 펄스 신호가 출력되지 않으면서 일정한 레벨 상태(예: High 레벨 상태, Low 레벨 상태)를 계속 유지할 경우, 제어부(120)는 PWM 신호 라인에서 전기적인 고장(예: 쇼트 or 오픈)이 발생한 것으로 판단하도록 동작하며, 본 실시예에서는 PWM 신호가 정상임을 전제하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호의 오차 보상 방법에서 PWM 신호의 경계값을 학습하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
도 5를 참조하면, PWM 신호는 모터 회전자의 절대적인 위치에 따라 Duty로 표현되며, 엔코더부(110)의 스펙상 5[%]~95[%]까지 표출될 수 있다. 여기서, PWM 신호는 시스템 오차를 고려하여 3~98[%] 이내의 듀티(Duty)를 가져야 한다.
이때, 모터(M)가 제1 방향(예: CW(Clock wise))으로 회전할 경우, 도 5의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 PWM Duty가 5[%]에서 95[%]까지 지속적으로 증가한 후, 1바퀴 이상 회전할 경우 다시 5[%]로 초기화되어 값이 증가하게 된다.
예컨대, 엔진 시동(IG-ON) 후 주행 전, 제어부(120)는 기어 양끝단의 위치를 학습하며, 이 경우 모터(M)는 제1 방향(CW)으로 5회전, 제2 방향(CCW)으로 5회전을 하기 때문에, 기어 양끝단의 위치 학습 시 제어부(120)는 총 10회의 PWM 신호의 MIN/MAX 값(즉, 경계값)을 취득할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호의 오차 보상 방법에서 실시간 PWM 신호의 경계값을 판단하여 오차 보정량을 결정하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
도 6을 참조하면, 제어부(120)는 취득한 각 PWM 신호의 MIN/MAX 값(즉, 경계값)이 각각 지정된 유효 범위 내에 있는지 체크한다(예: 2<Min<5 , 92<MAX<95).
또한, 제어부(120)는 각각 입력되는 PWM 신호의 경계값이 지정된 유효 범위 내에 있을 경우, 유효 범위 내에 있는 값을 이용하여 각 PWM 신호의 경계값에 대한 오차 보정량을 산출한다(예: ((5 - Min) + (95 - Max))/2).
또한, 제어부(120)는 총 10회의 PWM 신호의 MIN/MAX 값(즉, 경계값)을 취득한다고 가정할 때, 상기 산출한 총 10개의 오차 보정량 중 지정된 값(예: 오차 보정량 중 2번째로 큰 오차 보정량)을 최종 오차 보정량으로 결정한다. 이는 노이즈(Noise)에 의한 영향을 방지하기 위한 목적이다.
즉, 입력되는 PWM 신호들에 대한 경계값을 취득하여 각각 산출한 오차 보정량을 바탕으로, PWM 신호의 경계값 취득이 완료됨과 동시에(즉, 기어 양끝단의 위치 학습이 완료됨과 동시에) 최종 오차 보정량이 산출된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로의 PWM 신호의 오차 보상 방법에서 PWM 신호에 오차 보정량을 더하여 모터의 회전 각도를 보상하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
도 7을 참조하면, PWM 신호의 경계값 취득이 정상적으로 완료될 경우(S141의 예), 제어부(120)는 산출된 최종 오차 보정량이 이전에 메모리에 저장해 둔 값(즉, 오차 보정량)보다 지정된 비율(예: 0.2%)보다 크면(S142의 예), 산출된 최종 오차 보정량을 새로운 오차 보정량으로서 메모리에 저장한다(S143). 그리고, 제어부(120)는 메모리에 저장된 값(즉, 새로운 오차 보정량)을 읽어 PWM 신호(PWM Raw 값)에 더하여 오차 보상을 수행한다(S144).
이와 같이 본 실시예는 모터 구동 회로의 엔코더에서 출력되는 PWM 신호의 오차를 감지하여 보상함으로써 제어기의 제어 정확도 및 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
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.
110: 엔코더부
120: 제어부
130: 인터페이스부
M: 모터

Claims (9)

  1. 모터의 회전 정보를 검출하는 엔코더부;
    상기 엔코더부에서 검출된 회전 정보를 인터페이싱하는 인터페이스부; 및
    상기 인터페이스부를 통해 전달받은 상기 모터의 회전 정보에 기초하여 상기 모터를 제어하고, 상기 모터의 회전 정보 중 PWM 신호의 오차를 감지하여 상기 PWM 신호의 오차를 보상하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 회전 정보는, 회전 방향 정보를 나타내는 A 신호와 B 신호, 및 동작 상태(angle) 정보를 나타내는 PWM 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인터페이스부는, 상기 엔코더부의 PWM 신호가 출력되는 신호 라인을 상기 제어부의 지정된 단자에 연결하는 직렬 저항과 풀업(Pull Up) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 PWM 신호의 듀티 손실(Loss)에 따라 발생한 정상 Duty 대비 오차를 감지하여 보상하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    모터 회전자의 절대적인 위치에 따라 듀티(Duty)로 표현되는 PWM 신호의 경계값으로서 최소값(Min)과 최대값(Max)을 취득하고,
    지정된 유효 범위에 있는 각 PWM 신호의 경계값을 이용하여 각각 산출하는 오차 보정량을 바탕으로 최종 오차 보정량을 결정하며,
    상기 결정된 최종 오차 보정량을 메모리에 저장해 둔 후 차기 구동 사이클에서 PWM 신호에 상기 오차 보정량을 더하여 모터의 회전 각도(angle)를 보상하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는, 엔진 시동 후 기어의 위치 학습을 위해 모터가 제1 방향(CW) 및 제2 방향(CCW)으로 회전할 때 발생하는 PWM 신호의 경계값을 취득하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 취득한 각 PWM 신호의 경계값(Min, Max)이 각각 지정된 유효 범위 내에 있는지 체크하고,
    상기 각 PWM 신호의 경계값이 지정된 유효 범위 내에 있을 경우, 상기 유효 범위 내에 있는 각 PWM 신호의 경계값에 대한 오차 보정량을 산출하며,
    상기 산출한 총 오차 보정량 중 크기에 기초하여 지정된 순번의 오차 보정량을 최종 오차 보정량으로 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 최종 오차 보정량이 메모리에 이전 저장된 오차 보정량보다 지정된 비율보다 큰 경우, 상기 산출된 최종 오차 보정량을 새로운 오차 보정량으로서 상기 메모리에 저장하고, 상기 메모리에 저장된 새로운 오차 보정량을 읽어 PWM 신호에 더하여 오차 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 장치.
  9. 엔코더부가 모터의 회전 정보를 검출하는 단계;
    제어부가 상기 엔코더부에서 검출된 회전 정보를 인터페이스부를 통해 전달받는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 인터페이스부를 통해 전달받은 상기 모터의 회전 정보에 기초하여 상기 모터를 제어하고, 상기 모터의 회전 정보 중 PWM 신호의 오차를 감지하여 상기 PWM 신호의 오차를 보상하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 PWM 신호 오차 보상 방법.
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