KR20240008190A - System for controlling torque of induction motor - Google Patents

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KR20240008190A
KR20240008190A KR1020220085266A KR20220085266A KR20240008190A KR 20240008190 A KR20240008190 A KR 20240008190A KR 1020220085266 A KR1020220085266 A KR 1020220085266A KR 20220085266 A KR20220085266 A KR 20220085266A KR 20240008190 A KR20240008190 A KR 20240008190A
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speed
induction motor
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gain
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KR1020220085266A
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Inventor
이영일
녹 득 응웬
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서울과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

본 기술은 유도 전동기의 토크 제어 시스템이 개시되어 있다. 본 기술의 구체적인 구현 예에 따르면, 유도 전동기의 상태 거동을 연속제어로 추적하고 추적 결과에 따라 노브의 조정으로 정해진 이산 상태 타임 도메인의 이득 G의 계수 인자 을 조절함에 따라, 회전자 추정 속도에 대한 극점 변환이 작고 저속에서 불안정 동작점인 극점의 수를 줄일 수 있고, 이에 회전자 속도를 빠르게 추정할 수 있고, 과도응답에서 오버슈트를 감소할 수 있고, 관측기 측면에서 저속에서 불안정 동작점의 수를 줄일 수 있고, 토크 제어기의 측면에서 안정적인 이득 G를 도출할 수 있다.This technology discloses a torque control system for an induction motor. According to a specific implementation example of the present technology, the state behavior of the induction motor is tracked through continuous control and the coefficient factor of the gain G of the discrete state time domain is determined by adjusting the knob according to the tracking results. By adjusting, the pole conversion for the estimated rotor speed is small and the number of poles that are unstable operating points at low speeds can be reduced, so the rotor speed can be estimated quickly and overshoot in transient response can be reduced. , from the perspective of the observer, the number of unstable operating points at low speeds can be reduced, and from the aspect of the torque controller, a stable gain G can be derived.

Description

유도전동기의 속도센서리스 토크 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING TORQUE OF INDUCTION MOTOR}Speed sensorless torque control system for induction motor {SYSTEM FOR CONTROLLING TORQUE OF INDUCTION MOTOR}

본 발명은 유도전동기의 속도센서리스 토크 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 속도 센서리스 유도 전동기의 불안정 동작점의 수를 감소할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a speed sensorless torque control system for an induction motor, and more specifically, to a technology that reduces the number of unstable operating points of a speed sensorless induction motor.

최근 전기차에 대한 관심이 커지고 전기차의 상용화가 이루어짐에 따라 전기 차 기술이 운송 부문의 에너지 소비 및 이산화탄소 배출 우려를 완화하는데 큰 기여를 하고 있다. Recently, as interest in electric vehicles has grown and commercialization of electric vehicles has occurred, electric vehicle technology is making a significant contribution to alleviating concerns about energy consumption and carbon dioxide emissions in the transportation sector.

전기차의 한 가지 중요한 이점은 차량의 운동 에너지를 회생 제동을 통해 전기 에너지로 변환하여 저장할 수 있다는 점이다. One important advantage of electric vehicles is that the vehicle's kinetic energy can be converted into electrical energy through regenerative braking and stored.

회생 제동을 통해 전기차의 주행 거리를 8~25% 증가시킬 수 있기 때문에, 전기차의 주행 거리를 향상시키는 방법 중 하나이다. Because regenerative braking can increase the driving range of electric vehicles by 8 to 25%, it is one of the ways to improve the driving range of electric vehicles.

이에 전동기의 회생제동에 대한 다양하고 많은 연구가 진행 중이다. 회생제동은 모터의 토크를 마이너스로 만들어서 기계적인 에너지를 배터리로 전달하는 기본적인 원리를 바탕으로 하고 있다. Accordingly, a variety of research on regenerative braking of electric motors is in progress. Regenerative braking is based on the basic principle of making the motor's torque negative and transferring mechanical energy to the battery.

유도 전동기를 사용하는 경우 배터리로 흐르는 충전 전류를 강인제어 방법으로 통해 제어하는 방식이 다양하게 제안되고 있다.When using an induction motor, various methods have been proposed to control the charging current flowing into the battery using a robust control method.

이에 유도 전동기는 최적의 효율을 내는 마이너스 토크 설정치를 만들어 내기 위해서 차량의 동역학을 고려하고 있으나, 동역학의 변화가 발생한 경우 속도센서리스 유도전동기는 두 개의 튜닝 파라미터로 수렴 속도를 개선하였다.Accordingly, the induction motor considers the dynamics of the vehicle in order to create a negative torque setting value that produces optimal efficiency, but when a change in dynamics occurs, the speed sensorless induction motor improves the convergence speed with two tuning parameters.

그러나, 일반적인 속도 센서리스 유도전동기는 저속의 불안정 상태에서 이득이 발진하고 이에 과도응답에서 큰 오버슈트가 발생하였다.However, in a typical speed sensorless induction motor, the gain oscillates in a low-speed unstable state, and a large overshoot occurs in the transient response.

특허등록공보 제10-1005432호 (2010년 12월 27일)Patent Registration No. 10-1005432 (December 27, 2010)

본 발명의 목적은, 하나의 파라미터를 이용하여 속도 센서리스 유도 전동기의 저속에서 불안정 동작점을 소정 수로 감소함에 따라 이득의 진동없이 과도응답의 오버슈트를 제거 위한 것이다.The purpose of the present invention is to eliminate overshoot of transient response without gain oscillation by reducing the unstable operating point of a speed sensorless induction motor to a predetermined number at low speed by using one parameter.

이에 본 발명은 연산 복잡도를 감소할 수 있고 속도 센서리스 유도 전동기에 대한 정밀 제어를 수행하기 위한 것이다. Accordingly, the present invention is intended to reduce computational complexity and perform precise control of a speed sensorless induction motor.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood through the following description and will be more clearly understood through examples of the present invention. In addition, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof as indicated in the claims.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 유도전동기의 속도센서리스 토크 제어 시스템은, The speed sensorless torque control system for the induction motor of the present invention to achieve this technical task is,

연속 제어 요소 모델 예측 제어 기법으로 회전자 속도를 제어하는 유도전동기의 속도센서리스 토크 제어 시스템에 있어서,In a speed sensorless torque control system for an induction motor that controls the rotor speed using a continuous control element model predictive control technique,

유도전동기의 계측된 고정자 전류를 dq축 변환한 후 변환된 dq축의 고정자 전류를 입력으로 회전자 자속 추정 및 회전자 속도 추정을 도출하는 관측기를 포함하고.It includes an observer that converts the measured stator current of the induction motor into the dq axis and then derives rotor flux estimation and rotor speed estimation by inputting the converted dq stator current.

상기 관측기는,The observer,

상기 유도전동기의 이산시간 상태 추정기에 대한 이득을 설계하여 이득에 포함된 계수 인자 를 조정함에 따라 연속시간 모델로 환산된 연속시간 상태추정기의 불안정 동작점인 극점의 수를 소정 수로 감소하여 안정적인 속도추정과 이에 따른 토크 제어를 수행하도록 구비되는 것을 일 특징으로 한다.The coefficient factor included in the gain by designing the gain for the discrete time state estimator of the induction motor By adjusting , the number of poles, which are unstable operating points of the continuous-time state estimator converted to a continuous-time model, is reduced to a predetermined number to perform stable speed estimation and torque control accordingly.

바람직하게 상기 관측기는, Preferably, the observer is:

유도전동기의 상태 방정식으로부터 이산 상태 추정을 도출하는 이산 상태 추정 도출부;a discrete state estimation unit that derives a discrete state estimation from the state equation of the induction motor;

상기 이산 상태 추정에 대한 시간 도메인의 이득을 도출하는 이득 도출부;a gain derivation unit that derives a gain in the time domain for the discrete state estimation;

유도전동기의 특성 방정식으로부터 도출된 유도전동기 속도에 대해 적응 법칙을 적용하여 회전자 속도 추정을 도출하고, 도출된 회전자 속도 추정에 대해 비례 적분 제어를 수행하는 회전자 속도 추정 도출부; A rotor speed estimation unit that derives a rotor speed estimate by applying an adaptation law to the induction motor speed derived from the characteristic equation of the induction motor and performs proportional integral control on the derived rotor speed estimate;

임의의 동작점 에서 비례 적분 제어된 회전자 속도 추정에 대해 불안정 동작점인 지를 판단하는 상태 분석부; 및arbitrary operating point A state analysis unit that determines whether the proportional integrally controlled rotor speed estimation is an unstable operating point; and

불안정 동작점인 경우 도출된 이득 G의 계수 인자 을 조정하여 회전자 속도에 대한 추정 속도 및 토크 제어의 수렴 속도를 제어하는 상태 조정부를 포함할 수 있다. Coefficient factor of the derived gain G in case of unstable operating point It may include a state adjuster that controls the convergence speed of the estimated speed and torque control for the rotor speed by adjusting .

바람직하게 상기 상태 분석부는,Preferably, the state analysis unit,

상기 임의의 동작점 에서 유도 전동기의 상태 및 속도 동역학을 토대로 상태 및 회전자 속도를 도출한 다음 상태 오차 도함수를 도출하고,The arbitrary operating point Based on the state and speed dynamics of the induction motor, the state and rotor speed are derived, and then the state error derivative is derived,

도출된 상태 오차 도함수에 포함된 야코비안 행렬이 고유값을 가지면 불안정 동작점으로 판단하도록 구비될 수 있다.If the Jacobian matrix included in the derived state error derivative has an eigenvalue, it can be determined as an unstable operating point.

바람직하게 상기 상태 조정부는,Preferably, the state adjusting unit,

상기 불안정한 임의의 동작점에서의 이득 G의 하나의 파라미터의 계수 인자 를 이득 G의 허수부가 증가되지 아니하는 위치로 폴(극)이 이동되도록 조정하여 회전자 추정 속도에 대한 불안정한 극점의 수를 감소하도록 구비될 수 있다.The coefficient factor of one parameter of the gain G at the unstable arbitrary operating point It can be provided to reduce the number of unstable poles for the estimated rotor speed by adjusting the pole to be moved to a position where the imaginary part of the gain G is not increased.

바람직하게 상기 관측기는, Preferably, the observer is:

각 샘플링 시간 마다 조정된 계수 인자 을 포함하는 이득 G로 회전자 속도 추정을 도출하고 도출된 회전자 속도 추정에 포함된 야코비안 행렬이 고유값을 가지는지를 판단하여 이득 G의 안정 상태를 판단하는 상태 판단부를 더 포함할 수 있다. Coefficient factor adjusted for each sampling time It may further include a state determination unit for deriving a rotor speed estimate with a gain G including , determining whether the Jacobian matrix included in the derived rotor speed estimate has an eigenvalue, and determining a stable state of the gain G.

상기와 같은 본 발명에 따르면 유도 전동기의 상태 거동을 연속제어로 추적하고 추적 결과에 따라 노브의 조정으로 정해진 이산 상태 타임 도메인의 이득 G의 계수 인자 을 조절함에 따라, 회전자 추정 속도에 대한 극점 변환이 작고 저속에서 불안정 동작점인 극점의 수를 줄일 수 있고, 이에 회전자 속도를 빠르게 추정할 수 있고, 과도응답에서 오버슈트를 감소할 수 있고, 관측기 측면에서 저속에서 불안정 동작점의 수를 줄일 수 있고, 토크 제어기의 측면에서 안정적인 이득 G를 도출할 수 있다.According to the present invention as described above, the state behavior of the induction motor is tracked through continuous control and the coefficient factor of the gain G of the discrete state time domain is determined by adjusting the knob according to the tracking result. By adjusting, the pole conversion for the estimated rotor speed is small and the number of poles that are unstable operating points at low speeds can be reduced, so the rotor speed can be estimated quickly and overshoot in transient response can be reduced. , from the perspective of the observer, the number of unstable operating points at low speeds can be reduced, and from the aspect of the torque controller, a stable gain G can be derived.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일 실시예에 따른 유도전동기 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 관측기의 세부 구성도이다.
도 3은 일 실시예의 모터 및 관측기 폴을 보인 예시도이다.
도 4는 일 실시예의 불안정 동작점을 보인 예시도들이다.
도 5는 일 실시예의 각 부하 토크 별 불안정 동작점을 보인 예시도들이다.
도 6은 일 실시예의 조정된 계수 인자 별 토크를 보인 예시도들이다.
도 7은 일 실시예에 따른 관측기의 각 부 출력 파형도이다.
도 8은 일 실시예의 저속과 고속 영역에서의 토크 파형도이다.
도 9는 일 실시예에 의거 토크 제어기의 출력 파형도들이다.
도 10은 일 실시예의 무부하 토크에서 속도 추정 오차를 보인 예시도이다.
도 11은 일 실시예의 유도전동기의 출력 파형도이다.
도 12는 일 실시예에 의거 유도전동기의 회생 모드에서의 출력 파형도이다.
도 13은 일 실시예에 의거한 유도전동기의 속도 0에서의 출력 파형도이다.
도 14는 일 실시예의 관측기 이득과 기존의 이득을 보인 비교 파형도이다.
도 15는 일 실시예의 관측기의 수렴 속도와 기존 수렴속도의 비교 파형도이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described later. Therefore, the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be interpreted as limited to only .
1 is a configuration diagram of an induction motor control system according to an embodiment.
Figure 2 is a detailed configuration diagram of the observer of Figure 1.
Figure 3 is an exemplary diagram showing a motor and an observer pole in one embodiment.
Figure 4 is an example diagram showing an unstable operating point of one embodiment.
Figure 5 is an example diagram showing unstable operating points for each load torque in one embodiment.
6 shows the adjusted coefficient factor of one embodiment. These are examples that showed stellar torque.
Figure 7 is a waveform diagram of the output of each part of the observer according to an embodiment.
Figure 8 is a torque waveform diagram in low-speed and high-speed regions of one embodiment.
Figure 9 shows output waveforms of a torque controller according to one embodiment.
Figure 10 is an example diagram showing speed estimation error in no-load torque in one embodiment.
Figure 11 is an output waveform diagram of an induction motor in one embodiment.
Figure 12 is an output waveform diagram in a regenerative mode of an induction motor according to an embodiment.
Figure 13 is an output waveform diagram of an induction motor at speed 0 according to one embodiment.
Figure 14 is a comparative waveform diagram showing the observer gain of one embodiment and the existing gain.
Figure 15 is a waveform diagram comparing the convergence speed of the observer in one embodiment and the existing convergence speed.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear with reference to the embodiments described below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly explained, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention are general terms that are currently widely used as much as possible while considering the function in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a person working in the art, the emergence of new technology, etc. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the relevant invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than simply the name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. When it is said that a part "includes" a certain element throughout the specification, this means that, unless specifically stated to the contrary, it does not exclude other elements but may further include other elements.

따라서, 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.Accordingly, the functionality provided within the components and “parts” may be combined into a smaller number of components and “parts” or may be further separated into additional components and “parts”.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted.

일 실시예가 적용되는 각각의 구성요소에 대해 임의 개를 임의의 적절한 구성으로 포함할 수도 있다. 일반적으로, 컴퓨팅 및 통신 시스템들은 광범위한 구성들로 나타나며, 도면은 본 개시의 범위를 어떤 특정 구성으로 한정하지 않는다. 도면은 본 특허 문서에서 개시된 다양한 특성들이 사용될 수 있는 하나의 동작 환경을 도시하고 있지만, 그러한 특성들은 어떤 다른 적절한 시스템에서 사용될 수도 있다.An embodiment may include any number of each component to which it applies, in any suitable configuration. In general, computing and communication systems come in a wide range of configurations, and the drawings do not limit the scope of the disclosure to any particular configuration. Although the drawings illustrate one operating environment in which the various features disclosed in this patent document may be used, such features may be used in any other suitable system.

본 명세서에 대한 설명에 앞서, 본 명세서에서 사용되는 몇 가지 용어들에 대하여 명확하게 하기로 한다. 본 명세서에서 적응적 전차수 관측기(Adaptive Full Orders Observer: AFO)는 이산 상태에서의 관측기를 위미하고, 이에 상태 관측기, 적응적 전차수 관측기, 관측기, 또는 AFO를 혼용하여 기재하기로 한다.Before explaining the specification, some terms used in the specification will be clarified. In this specification, an adaptive full orders observer (AFO) refers to an observer in a discrete state, and thus the terms state observer, adaptive full orders observer, observer, or AFO will be used interchangeably.

명세서 상의 설명에 있어서, 동작을 수행하는 주체는 유도전동기(IM)를 제어하는 프로세서일 수 있으며, 다른 한 예로써, 측정 및 제어과정을 수행하는 프로그램이 기록된 기록매체 또는 이를 포함하는 장치일 수 있다. In the description in the specification, the subject performing the operation may be a processor that controls an induction motor (IM), and as another example, it may be a recording medium on which a program for performing measurement and control processes is recorded or a device containing the same. there is.

도 1은 일 실시예의 속도 센서리스 유도 전동기의 토크 제어 시스템의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 이에 일 실시예의 속도 센서리스 유도 전동기의 토크 제어 시스템은 유도전동기(이하 IM: Induction Motor로 약칭함) 구동 시스템(1) 및 IM 제어 시스템(2)을 포함한다. IM 제어 시스템(2)은 전류 변환기(21), 관측기(22), PI 제어기(23), 슬립 각속도 도출기(24), 가산기(25), 적분기(26), 토크 제어기(27), 전압 변환기(28), 및 공간벡터 PWM(29) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.FIG. 1 is a configuration diagram of a torque control system of a speed sensorless induction motor according to an embodiment. Referring to FIG. 1, the torque control system of a speed sensorless induction motor according to an embodiment is an induction motor (hereinafter abbreviated as IM: Induction Motor). includes a drive system (1) and an IM control system (2). The IM control system (2) includes a current converter (21), an observer (22), a PI controller (23), a slip angular velocity deriver (24), an adder (25), an integrator (26), a torque controller (27), and a voltage converter. (28), and may include at least one of space vector PWM (29).

상기 유도 전동기(IM)는 속도 센서리스 모터이고, 이에 유도 전동기(IM)의 각 상의 고정자 전류는 IM 제어 시스템(2)에 제공된다.The induction motor (IM) is a speed sensorless motor, so the stator current of each phase of the induction motor (IM) is provided to the IM control system (2).

이에 IM 제어 시스템(2)의 전류 변환기(21)는 수신된 IM의 각 상의 고정자 전류를 dq축의 고정자 전류 로 변환한 다음 AFO(22)에 전달한다. Accordingly, the current converter 21 of the IM control system 2 converts the stator current of each phase of the received IM into the stator current of the dq axis. Convert it to and then pass it to the AFO (22).

도 2는 도 1의 관측기(22)의 처리 알고리즘을 보인 도면으로서, 도 2를 참조하면, 관측기(22)는 계측된 dc 링크 전압과 변환된 dq축의 고정자 전류 를 토대로 회전자 자속 추정 및 회전자 각속도 추정 를 도출한다.FIG. 2 is a diagram showing the processing algorithm of the observer 22 of FIG. 1. Referring to FIG. 2, the observer 22 calculates the measured dc link voltage and the converted stator current of the dq axis. Estimation of rotor flux based on and rotor angular velocity estimation. Derive .

이에 관측기(22)는 변환된 dq축의 고정자 전류 와 기 정해진 유도 전동기의 상태 방정식으로 수행되는 오일러 근사화를 통해 이산 상태 추정 방정식을 도출하는 이산 상태 추정 도출부(221)를 포함한다.Accordingly, the observer 22 detects the converted stator current of the dq axis. and a discrete state estimation deriving unit 221 that derives a discrete state estimation equation through Euler approximation performed with a predetermined state equation of the induction motor.

즉, 유도 전동기(IM: Induction Motor)의 상태 방정식은 하기 식 1로 나타낼 수 있다.In other words, the state equation of an induction motor (IM: Induction Motor) can be expressed as Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

여기서, , 는 고정자 전류(stator current) 및 회전자 자속(rotor flux)이고, 은 외부로부터 공급되는 고정자 입력 전압이며, 여기서 행렬 는 하기 식 2로 정리될 수 있다.here, , and are the stator current and rotor flux, is the stator input voltage supplied from the outside, where the matrix can be summarized in Equation 2 below.

[식 2][Equation 2]

여기서, 각 행렬 , 각각은 하기 식 3 내지 식 5로 나타낼 수 있다. Here, each matrix , and Each can be represented by Equations 3 to 5 below.

[식 3][Equation 3]

[식 4][Equation 4]

[식 5][Equation 5]

여기서, 은 고정자 저항(resistance), 회전자 저항, 고정자 인덕턴스(inductance), 회전자 인덕턴스 및 고정자와 회전자 간의 상호 인덕턴스이다. here, are stator resistance, rotor resistance, stator inductance, rotor inductance, and mutual inductance between the stator and rotor.

또한, 는 회전자의 시간상수이고, 는 유도 전동기의 동기 각속도이며, 는 회전자 각속도, 은 슬립각속도이며, 여기서, 슬립 각속도 는 하기 식 6으로 결정될 수 있다.also, is the time constant of the rotor, is the synchronous angular velocity of the induction motor, is the rotor angular velocity, is the slip angular velocity, where, the slip angular velocity Can be determined by Equation 6 below.

[식 6][Equation 6]

여기서, 외부로부터 공급되는 는 고정자의 전류 지령치이고, 은 d축 회전자의 자속 추정치이다.Here, supplied from outside is the current command value of the stator, is an estimate of the magnetic flux of the d-axis rotor.

즉, 관측기(22)는 오일러(Euler) 근사화를 통해 식 1의 유도 전동기(IM)의 상태 방정식을 이산화하여 이산 상태 x(k+1)을 도출하고 도출된 유도전동기의 이산 상태 방정식 x(k+1)은 하기 식 7으로 나타낼 수 있다.That is, the observer 22 discretizes the state equation of the induction motor (IM) in Equation 1 through Euler approximation to derive the discrete state x(k+1), and the derived discrete state equation of the induction motor x(k +1) can be expressed in equation 7 below.

[식 7][Equation 7]

여기서, A d = I+T s ; B d = T s X B c T s 는 샘플링 시간이다. 이에 복소수 형태의 행렬 A d B d 는 하기 식 8 및 식 9로 각각 나타낼 수 있다.Here, A d = I+T s ; B d = T s XB c and T s are the sampling times. Accordingly, the matrices A d and B d in complex form can be expressed as Equation 8 and Equation 9 below, respectively.

[식 8][Equation 8]

[식 9][Equation 9]

여기서, here,

이다. am.

또한, 관측기(AFO)는 현재 샘플링주기 k의 유도전동기(IM)의 이산 상태 추정 를 도출하고, 도출된 현재 샘플링주기 k의 이산 상태 추정 를 토대로 현재 샘플링주기 k를 기준으로 연속되는 다음 샘플링주기 k+1 유도전동기(IM)의 이산 상태 추정 를 도출하며 도출된 다음 샘플링주기 k+1의 이산 상태 추정 방정식 은 하기 식 10으로 나타낼 수 있다.Additionally, the observer (AFO) estimates the discrete state of the induction motor (IM) at the current sampling period k . Derive and estimate the discrete state of the derived current sampling period k Based on the current sampling period k , the next consecutive sampling period k+1 Discrete state estimation of induction motor (IM) The discrete state estimation equation for the following sampling period k+1 is derived by deriving can be expressed in equation 10 below.

[식 10][Equation 10]

여기서, 은 회전자 각속도 추정이다.here, is the estimate of the rotor angular velocity.

관측기(22)는 이산 상태 추정 방정식에 포함된 복소수 형태의 이득 G의 g1~g4를 기 정해진 유도전동기의 특성 방정식을 이용하여 도출하는 이득 도출부(222)를 포함한다.The observer 22 includes a gain derivation unit 222 that derives g1 to g4 of the gain G in the form of a complex number included in the discrete state estimation equation using a predetermined characteristic equation of the induction motor.

복소수 형태의 유도 전동기에 대한 특성 정식(characteristic equation)은 하기 식 11로 나타낼 수 있다.The characteristic equation for a complex induction motor can be expressed as Equation 11 below.

[식 11][Equation 11]

상기 유도전동기에 대한 특성 방정식은 계수 인자 에 의해 유도전동기의 극(폴 : Poles)에 비례하는 근이 존재한다. The characteristic equation for the induction motor is the coefficient factor There is a root proportional to the poles of the induction motor.

[식 12][Equation 12]

식 11 및 식 12의 계수를 비교하면 관측기(AFO)의 이득 G의 각 행렬값 (g 1 ~ g 4 )은 하기 식 13 내지 식 16과 같다.Comparing the coefficients of Equations 11 and 12, each matrix value ( g 1 to g 4 ) of the gain G of the observer (AFO) is as shown in Equations 13 to 16 below.

[식 13][Equation 13]

[식 14][Equation 14]

[식 15][Equation 15]

[식 16][Equation 16]

여기서, 는 관측기(AFO)의 계수 인자 이다.here, is the coefficient factor of the observer (AFO) am.

또한 관측기(22)는 도출된 이득 G를 기반으로 회전자 각속도 추정을 도출하는 회전자 각속도 추정 도출부(223)를 포함한다.Additionally, the observer 22 includes a rotor angular velocity estimation unit 223 that derives a rotor angular velocity estimate based on the derived gain G.

회전자 각속도 추정 도출부(223)는 식 13 내지 식 16의 행렬값을 가지는 게인 G를 이용하여 다음 샘플링주기의 이산 상태 추정 방정식 을 결정하고, 결정된 다음 샘플링주기의 이산 상태 추정 방정식 는 하기 식 17 및 18로 나타낼 수 있다.The rotor angular velocity estimation unit 223 uses the gain G having the matrix values of Equations 13 to 16 to calculate the discrete state estimation equation for the next sampling period. , and the discrete state estimation equation for the following sampling period determined: Can be expressed as the following equations 17 and 18.

[식 17][Equation 17]

[식 18][Equation 18]

여기서, 이다.here, am.

그리고 다음 샘플링주기의 이산 상태 추정 방정식 의 상수 은 이득 G와 샘플링주기 Ts의 비로 도출된다. 즉, 이다. And the discrete state estimation equation for the next sampling period constant of is derived as the ratio of gain G and sampling period Ts . in other words, am.

이때 관측기(22)의 이득 GA c -GC의 고유값(eigenvalue)이 단위 원 안에 위치하도록 설계된다.At this time, the gain G of the observer 22 is designed so that the eigenvalue of A c -GC is located within the unit circle.

또한, 이산 상태 관측기(22)는 식 1의 유도전동기의 상태 방정식 에서 식 17의 다음 이산 상태 추정 방정식 를 감산하여 상태 오차 방정식 를 도출하고 도출된 상태 오차 방정식 는 하기 식 19로 나타낼 수 있다.In addition, the discrete state observer 22 is the state equation of the induction motor in Equation 1 In Equation 17, the following discrete state estimation equation By subtracting the state error equation and the derived state error equation can be expressed as Equation 19 below.

[식 19][Equation 19]

여기서, 는 회전자 각속도 계측치 와 회전자 각속도 추정치 차로 도출된다.here, is the rotor angular velocity measurement value and rotor angular velocity estimates It is derived by car.

이 후 회전자 속도 추정 도출부(223)는 리아프노브(Lyapunov) 함수를 적용하여 유도전동기의 속도 V 1 를 도출하며 도출된 유도전동기의 속도 V 1 는 하기 식 20으로 설계된다.Afterwards, the rotor speed estimation unit 223 applies the Lyapunov function to derive the speed V 1 of the induction motor, and the derived speed V 1 of the induction motor is designed as Equation 20 below.

[식 20][Equation 20]

여기서, 이다.here, am.

회전자 속도 변동치 가 0이 가깝다면, 즉, 이면, 상태 오차 방정식 를 유도전동기 속도 V 1 의 도함수에 대입하고, 이에 유도전동기 속도 V 1 의 도함수 은 다음 식 21로 나타낼 수 있다.rotor speed fluctuation If is close to 0, that is, If, then the state error equation Substitute into the derivative of the induction motor speed V 1 , and then the derivative of the induction motor speed V 1 can be expressed as the following equation 21.

[식 21][Equation 21]

회전자 각속도 추정치 에 대한 적응 법칙(adaptation law)을 구현하기 위해, 식 21의 유도 전동기 속도의 도함수 의 두 번째 항과 세 번째 항은 제거되어야 한다. 따라서, 식 21의 두 번째 항과 세 번째 항으로부터 회전자 속도 추정 에 대한 도함수 를 도출하고 도출된 회전자 각속도 추정 는 다음 식 22를 만족한다. Rotor angular velocity estimate To implement the adaptation law for , the derivative of the induction motor speed in Equation 21 The second and third terms of should be removed. Therefore, estimating the rotor speed from the second and third terms of Equation 21 derivative for Derive and estimate the derived rotor angular velocity satisfies the following equation 22:

[식 22][Equation 22]

여기서, 이다. here, am.

이에 관측기(AFO)는 식 22의 회전자 속도 추정 에 대한 도함수 를 유도전동기 속도의 도함수 에 적용하고, 유도전동기 속도의 도함수 는 하기 식 23으로 나타낼 수 있다.Accordingly, the observer (AFO) estimates the rotor speed in Equation 22. derivative for is the derivative of the induction motor speed. Apply to and derivative of induction motor speed can be expressed in equation 23 below.

[식 23][Equation 23]

여기서, 유도전동기 속도가 급변할수록 저하되는 회전자 속도 추정치의 도함수 의 응답성을 향상시키기 위해 하기 식 24에 나타낸 바와 같이 회전자 속도 추정치의 도함수 에 대해 비례 및 적분 제어를 수행한다.Here, the derivative of the rotor speed estimate decreases as the induction motor speed changes rapidly. To improve the responsiveness of the derivative of the rotor speed estimate as shown in Equation 24 below: Proportional and integral control are performed for .

[식 24][Equation 24]

여기서, , 은 비례 및 적분 상수이다. here, , class are the proportionality and integration constants.

그리고 식 24의 회전자 속도 추정치의 도함수 는 Tustine 알고리즘으로 이산화하여 이산 회전자 속도 추정 는 하기 식 25를 만족한다.and the derivative of the rotor speed estimate in Equation 24. Estimation of discrete rotor speed by discretization with Tustine algorithm satisfies Equation 25 below.

[식 25][Equation 25]

그리고, 동기 각속도 추정 와 이산 회전자의 자속각 추정 는 각각 하기 식 26 및 식 27로부터 획득될 수 있다. And, synchronous angular velocity estimation and flux angle estimation of a discrete rotor. can be obtained from Equation 26 and Equation 27 below, respectively.

[식 26][Equation 26]

[식 27][Equation 27]

동기 각속도 추정치 와 회전자의 자속각 추정치 는 dq 축으로 변환된다. Synchronous angular velocity estimate and an estimate of the magnetic flux angle of the rotor. is converted to the dq axis.

그리고 관측기(22)는 회전자 속도 추정 에 대한 상태를 판단하는 상태 분석부(224)를 포함한다.And the observer 22 estimates the rotor speed. It includes a state analysis unit 224 that determines the state of.

즉, 상태 분석부(224)는 불안정 동작점인 지를 판단하고 판단 결과 불안전 동작점인 경우 이득 G의 조정 노브값 을 보정하여 불안정 동작점의 수를 감소한다. That is, the state analysis unit 224 determines whether it is an unstable operating point, and if it is an unstable operating point as a result of the determination, the adjustment knob value of the gain G By compensating, the number of unstable operating points is reduced.

이에 유도 전동기의 상태 및 속도 동역학 각각에 대한 상태 도함수 및 회전자 각속도 도함수 각각은 하기 식 28을 만족한다.Accordingly, the state derivatives for each state and speed dynamics of the induction motor are and rotor angular velocity derivative Each satisfies Equation 28 below.

[식 28][Equation 28]

식 28의 상태 도함수 에서 식 17의 이산 상태 추정 방정식 와 식 24의 비례 제어된 회전자의 속도 추정치 도함수 를 감산하여 상태오차 도함수 를 도출하며 도출된 상태오차 도함수 는 하기 식 29에 의거 도출된다.State derivative of equation 28 The discrete state estimation equation in Equation 17 and the derivative of the speed estimate of the proportionally controlled rotor in Equation 24. By subtracting the state error derivative The state error derivative derived by deriving is derived based on Equation 29 below.

[식 29][Equation 29]

여기서, 으로, dq축으로 변환된 고정자 전류 오차 , 회전자 자속 오차 , 및 회전자 속도 변동값 을 포함한다.here, , stator current error converted to dq axis , rotor flux error , and rotor speed fluctuation value Includes.

또한 동작점 에서의 식 29의 상태오차 도함수 를 선형화하면 하기 식 30을 도출할 수 있다.Also the operating point The state error derivative of Equation 29 in By linearizing , the following equation 30 can be derived.

[식 30][Equation 30]

여기서, 의 안정상태 값이고, 여기서 야코비안(Jacobian) 행렬 here, Is is the steady state value of, where is the Jacobian matrix silver

를 유도된다. is derived.

상태 분석부(224)는 행렬 의 하나의 고유값을 가지는 동작점을 불안정 동작점으로 판단한다. The state analysis unit 224 is a matrix The operating point with one eigenvalue of is judged to be an unstable operating point.

또한 관측기(22)는 상태 분석부(224)의 분석 결과 불안정 동작점인 경우 이득 G의 계수 인자 을 조정하여 불안정 동작점을 소정 수 이하로 감소하는 상태 조정부(225)를 포함한다. 여기서 계수 인자 의 보정은 노브의 조정을 통해 선택된 시프트 각으로 수행된다. In addition, the observer 22 determines the coefficient factor of the gain G when the analysis result of the state analysis unit 224 indicates an unstable operating point. It includes a state adjustment unit 225 that adjusts to reduce the unstable operating point to a predetermined number or less. where the coefficient factor Correction of is performed with the shift angle selected through adjustment of the knob.

상태 조정부(225)는 식 24의 회전자 각속도의 추정에 대한 도함수 의 변수 을 정리하면, 변수 는 하기 식 31로 나타낼 수 있다. The state adjusting unit 225 uses the derivative for the estimation of the rotor angular velocity in Equation 24 variable of To summarize, the variable can be expressed in equation 31 below.

[식 31][Equation 31]

여기서, 는 회전자의 자속 시프트 각이다. 불안정 상태 조정부(225)는 식 24의 회전자의 속도 추정에 대한 도함수 를 식 31의 변수 로 대체하여 식 28 내지 30의 유도전동기 제어 시스템의 선형화를 수행함에 따라, 행렬 을 도출할 수 있다. 일 례로 일 때, 행렬 에서 5번째 열의 값은 다음과 같다. here, is the flux shift angle of the rotor. The unstable state adjusting unit 225 uses the derivative for estimating the speed of the rotor in Equation 24. of a variable in equation 31. As the linearization of the induction motor control system of equations 28 to 30 is performed by replacing with, the matrix can be derived. For example When, matrix The value of the 5th column is as follows.

여기서, here,

은 동작점 에서의 동기 각속도이고, 각각은 회전자 각속도, 슬립 각속도, d축 회전자 자속 지령치 및 안정상태의 제어 입력이다. is the operating point is the synchronous angular velocity at, Each is rotor angular velocity, slip angular velocity, d-axis rotor flux command value, and steady-state control input.

여기서, 행렬 이 고유값을 가지는 동작점은 불안정 동작점으로 정의된다.Here, the matrix The operating point with this eigenvalue is defined as the unstable operating point.

도 3은 -1000rpm에서 1000r/min까지 회전자 각속도에서 양의 정격 슬립 각속도를 가지는 실수부와 허수부를 보인 예시도로서, 여기서, Ac(파란색으로 표시)의 고유값, 선행문헌 1의 Ac-LC(빨간색으로 표시)의 고유값, 및 일 실시예의 이득(녹색으로 표시)을 이용한 Ac-GC/Ts의 고유값를 보인 도이다. Figure 3 is an exemplary diagram showing the real part and the imaginary part with a positive rated slip angular velocity at rotor angular speeds from -1000 rpm to 1000 r/min, where the eigenvalues of Ac (indicated in blue), Ac-LC of Prior Document 1 This diagram shows the eigenvalues of (indicated in red) and the eigenvalues of Ac-GC/Ts using the gain (indicated in green) of one embodiment.

도 3을 참조하면, 일 실시예의 관측기(22)의 폴(pole)을 유도전동기의 폴의 왼쪽 방향으로 이동되면 녹색으로 표시된 바와 같이, 허수부가 증가되지 아니함을 알 수 있으며, 이때 상태 방정식의 수렴 속도는 유도전동기의 폴의 왼쪽 방향으로 이동된 관측기의 가상 폴에 의해 증가된다.Referring to FIG. 3, when the pole of the observer 22 in one embodiment is moved to the left of the pole of the induction motor, it can be seen that the imaginary part does not increase, as indicated in green, and at this time, the state equation converges. The speed is increased by the observer's virtual pole being moved to the left of the induction motor's pole.

이에 일 실시예의 관측기(22)는 불안정 상태에서 수렴속도가 큰 진동 없이 유도전동기의 폴 보다 빠르게 진행되고, 과도응답에서 오버슈트를 감소할 수 있다.Accordingly, the observer 22 of one embodiment has a convergence speed faster than the pole of an induction motor without large vibration in an unstable state, and can reduce overshoot in transient response.

도 4는 회전자의 각속도 별 부하 토크(Torque) 를 나타낸 도면으로 (a)는 식 24의 회전자 각속도 추정치의 도함수의 적응 법칙에 대한 불안정 동작점을 보인 도이고, (b)는 식 31의 야코비안 행렬의 적응 법칙에 대한 불안정 동작점을 보인 도이며, (c)는 선행문헌 2의 식 31의 야코비안 행렬에 대한 적응 법칙의 불안정 동작점을 보인 도이고, (d)는 일 실시예의 관측기의 불안정 동작점을 보인 도이다. 여기서, ZSF(Zero Synchronous Frequency)는 빨간색 라인으로 표시되며, (+)는 불안정 동작점이다. Figure 4 is a diagram showing the load torque (Torque) for each angular speed of the rotor. (a) is a diagram showing the unstable operating point for the adaptation law of the derivative of the rotor angular velocity estimate in Equation 24, and (b) is a diagram showing the unstable operating point in Equation 31. A diagram showing the unstable operating point for the adaptation law of the Jacobian matrix, (c) is a diagram showing the unstable operating point of the adaptation law for the Jacobian matrix of Equation 31 of Prior Document 2, and (d) is a diagram showing the unstable operating point of the adaptation law for the Jacobian matrix in Equation 31 of Prior Document 2. This diagram shows the unstable operating point of the observer. Here, ZSF (Zero Synchronous Frequency) is indicated by a red line, and (+) is the unstable operating point.

도 4의 (a)를 참조하면, 기존의 관측기는 다수의 불안정 동작점을 나타남을 확인할 수 있으며, (b) 및 (c)를 참조하면 식 31의 적응 법칙을 이용한 관측기(22)는 이득 G가 0인 경우 불안정 동작점의 수를 감소할 수 있으나 저속 영역에서는 불안정 동작점에 여전히 존재함을 알 수 있다. 그리고 도 4의 (d)를 참조하면 식 24의 회전자의 각속도 추정에 대한 도함수 을 이용한 일 실시예의 관측기(22)는 ZSF 라인에서 불안정 동작점이 감소됨을 알 수 있다.Referring to (a) of FIG. 4, it can be seen that the existing observer exhibits multiple unstable operating points, and referring to (b) and (c), the observer 22 using the adaptation law of Equation 31 has a gain G If is 0, the number of unstable operating points can be reduced, but it can be seen that the unstable operating points still exist in the low-speed region. And referring to (d) of FIG. 4, the derivative for estimating the angular velocity of the rotor in Equation 24 It can be seen that the unstable operating point of the observer 22 of one embodiment using is reduced in the ZSF line.

한편 관측기(22)는 노브의 조정으로 결정된 계수 인자 에 의거 도출된 이득 G 를 포함하는 이산 상태 추정 방정식으로부터 도출된 행렬 를 토대로 안정상태 인지를 판단하는 상태 판단부(226)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the observer 22 determines the coefficient factor by adjusting the knob. A matrix derived from the discrete state estimation equation containing the gain G derived according to It may further include a state determination unit 226 that determines whether it is in a stable state based on .

상태 판단부(226)는 리아프노브(Lyapunov) 안정화 이론에 따라 식 31의 유도전동기 제어 시스템의 선형화를 수행하여 수행 결과 하기 식 32의 안정상태 조건을 만족하는 지를 판단한다.The state determination unit 226 performs linearization of the induction motor control system of Equation 31 according to Lyapunov stabilization theory and determines whether the stable state condition of Equation 32 below is satisfied.

[식 32][Equation 32]

고정자 및 회전자 저항과 상호 인덕턴스의 불확실성은 하기 식 33 내지 35로 각각 나타낼 수 있다.Uncertainties in stator and rotor resistance and mutual inductance can be expressed by Equations 33 to 35 below, respectively.

[식 33][Equation 33]

[식 34][Equation 34]

[식 35][Equation 35]

여기서, 는 유도전동기의 파라미터 불확실성에 대한 백분율이다.here, is the percentage of parameter uncertainty of the induction motor.

여기서, 식 32의 안정상태 조건은 유도전동기의 상태의 불확실성으로부터 도출될 수 있다. 식 33 내지 식 35의 경계를 고려하면, 야코비안(Jacobian) 행렬 은 하기 식 36의 다면체 불확실성 세트 에 속한다.Here, the steady state condition in Equation 32 can be derived from the uncertainty of the state of the induction motor. Considering the boundaries of Equations 33 to 35, the Jacobian matrix is the polyhedral uncertainty set of equation 36: belongs to

[식 36][Equation 36]

여기서 다체면 불확실성 세트 의 경계면의 수는 회전자의 속도 추정치의 매개변수의 불확실성 경계에 의해 결정된다. 일 례로 3인 다체면의 불확실성 세트의 경계면은 8이다. where the many-sided uncertainty set The number of boundaries is determined by the uncertainty bounds of the parameters of the rotor speed estimate. For example, the boundary of the uncertainty set of a 3-body surface is 8.

이에 동작점에서 하기 식 37의 선형행렬부등식(LMI : Linear matrix inequality)를 만족하는 행렬 PA > 0가 존재하는 경우, 에 대한 동작점은 안정상태이다. Therefore, the operating point If there is a matrix P A > 0 that satisfies the linear matrix inequality (LMI) of Equation 37 below, operating point for is in a stable state.

[식 37][Equation 37]

식 37의 선형행렬부등식은 MATLAB 프로그램으로 확인할 수 있다. 일 례로, 토크 δ가 높으면 다체면의 불확실성 경계의 수가 증가된다. The linear matrix inequality in Equation 37 can be confirmed with a MATLAB program. For example, if the torque δ is high, the number of uncertainty boundaries in the polyhedral surface increases.

도 5는 회전자 속도에 대한 다양한 부하 토크 δ의 불안정 동작점을 보인 도면으로서, 도 4를 참조하면 (a) 불확실성 없고, (b) δ = 0.1, (c) δ = 0.17, (d) δ = 0.18 각각의 부하 토크를 토대로 강인성 분석 결과를 나타내며, +는 불안전 동작점을 나타낸다. Figure 5 is a diagram showing the unstable operating point of various load torques δ for rotor speed. Referring to Figure 4, (a) no uncertainty, (b) δ = 0.1, (c) δ = 0.17, (d) δ = 0.18 Indicates the results of the robustness analysis based on each load torque, and + indicates the unsafe operating point.

도 4를 참조하면, 매개변수의 불확실성 경계가 증가할수록 관측기의 불안정 영역은 증가됨을 확인할 수 있다. 도 4의 (d)를 참조하면, δ = 0.18일 때 고 부하 토크(torque)에서 불안정 동작점이 다수 나타나는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 4, it can be seen that as the uncertainty boundary of the parameter increases, the instability area of the observer increases. Referring to (d) of FIG. 4, it can be seen that many unstable operating points appear at high load torque when δ = 0.18.

상태 판단부(226)의 판단 결과 노브 조정으로 설정된 이득 G의 계수 인자 이 안정상태인 경우 회전자 각속도 추정 도출부(223)는 노브 조정된 계수 인자 을 포함하는 이득 G를 토대로 회전자의 각속도 추정 를 도출한다. As a result of the determination of the status determination unit 226, the coefficient factor of the gain G set by adjusting the knob In this stable state, the rotor angular velocity estimation unit 223 uses the knob adjusted coefficient factor. Estimation of the angular velocity of the rotor based on the gain G including Derive .

노브 조정된 계수 인자 을 포함하는 이득 G를 토대로 회전자의 각속도 추정 와 d축 회전자 자속 추정 은 IM 제어 시스템(2)으로 전달된다.Knob Adjusted Coefficient Factor Estimation of the angular velocity of the rotor based on the gain G including and d-axis rotor flux estimation is transmitted to the IM control system (2).

즉, 회전자의 각속도 추정 은 PI 제어기(23)으로 전달된다.That is, estimation of the angular velocity of the rotor is transmitted to the PI controller (23).

PI 제어기(23)는 회전자 각속도 지령치 에 대해 PI 제어를 수행하여 토크 지령치 를 도출하고 도출된 토크 지령치 는 슬립 각속도 도출기(24)로 전달된다. The PI controller (23) sets the rotor angular velocity setpoint PI control is performed for the torque setpoint. Derive the torque command value derived from is transmitted to the slip angular velocity deriver 24.

슬립 각속도 도출기(24)는 도출된 토크 지령치 를 토대로 식 6에 의거 슬립 속도를 도출하고 도출된 슬립 속도 를 도출하고 도출된 슬립 속도 는 가산기(25)로 전달된다.The slip angular velocity deriver 24 derives the torque command value Based on this, the slip speed is derived according to Equation 6, and the derived slip speed is Derive and the derived slip speed is transmitted to the adder 25.

이에 가산기(25)는 식 26에 의거 관측기(22)의 회전자 속도 추정 와 슬립 속도 를 가산하여 동기 속도 추정 를 도출한다. 도출된 동기 속도 추정 는 적분기(26)에 전달된다.Accordingly, the adder 25 estimates the rotor speed of the observer 22 according to Equation 26. and slip speed Estimating synchronous speed by adding Derive . Derived synchronous speed estimate is transmitted to the integrator 26.

적분기(26)는 식 26에 의거 회전자의 자속각 추정 를 도출하고 도출된 회전자의 자속각 추정 은 dq축으로 변환된다.The integrator 26 estimates the magnetic flux angle of the rotor according to Equation 26. Derive and estimate the magnetic flux angle of the derived rotor is converted to the dq axis.

한편, PI 제어기(23)에서 도출된 토크 지령치 , 관측기(22)에서 도출된 회전자의 d축 자속 추정 , 전류 변환기(21)의 고정자의 dq축 전류 , 는 토크 제어기(27)로 전달된다.Meanwhile, the torque command value derived from the PI controller (23) , estimation of the d-axis magnetic flux of the rotor derived from the observer (22) , dq-axis current of the stator of the current converter 21 , is transmitted to the torque controller 27.

토크 제어기(27)는 모델 추정 기반의 토크 제어기로서, 도출된 토크 지령치 , 관측기(22)에서 도출된 회전자의 d축 자속 추정 , 전류 변환기(21)의 고정자의 dq축 전류 , 으로부터 도출된 비용함수의 최소화 해로 고정자의 dq축 전압 , 를 도출한다.The torque controller 27 is a torque controller based on model estimation, and the derived torque command value , estimation of the d-axis magnetic flux of the rotor derived from the observer (22) , dq-axis current of the stator of the current converter 21 , The dq-axis voltage of the stator as a minimization solution to the cost function derived from , Derive .

즉, 토크 제어기(27)는 이산 상태 방정식 식 7의 유도전동기 제어 시스템의 동역학을 고려하면, 토크 기준 를 상태 지령으로부터 변환할 수 있다. In other words, considering the dynamics of the induction motor control system of the discrete state equation Equation 7, the torque controller 27 uses a torque reference can be converted from status commands.

고정자의 d축 전류 지령 , 회전자의 d축 자속 지령 , 및 고정자의 q축 전류 지령 각각은 하기 식 38 내지 식 40으로 정의된다.Stator d-axis current command , d-axis magnetic flux command of the rotor , and stator q-axis current command Each is defined by the following formulas 38 to 40.

[식 38][Equation 38]

[식 39][Equation 39]

[식40][Equation 40]

여기서, 는 토크 지령이고, 는 유도전동기의 최대 토크이며, ; p는 유동전동기의 폴 쌍의 수이며; ; ; 각각은 회전자 자속의 최소값 및 최대값으로 정의된다. FOC(Field oriented Control) 기법을 이용하면, q축 회전자 자속 지령 은 0이고 상태 지령 는 하기 식 41로 감소된다.here, is the torque command, is the maximum torque of the induction motor, ; p is the number of pole pairs of the induction motor; ; ; and Each is defined by the minimum and maximum values of the rotor flux. Using the FOC (Field oriented Control) technique, the q-axis rotor magnetic flux command is 0 and is a status command is reduced to Equation 41 below.

[식 41][Equation 41]

즉, 모델 예측 기반의 토크 제어기(MPTC: Model Predictive Torque Control)는 유도 전동기가 불안정 상태에서 가능한 상태 지령은 이득 G의 계수 인자 를 빠르게 조정하고, 안정상태 조건 하에서의 상태 지령 방정식 는 하기 식 42를 만족합니다. In other words, the model prediction-based torque controller (MPTC: Model Predictive Torque Control) is a possible state command when the induction motor is unstable, and the coefficient factor of the gain G is Quickly adjust and state command equation under steady-state conditions satisfies Equation 42 below.

[식 42][Equation 42]

는 안정상태의 상태 기준 방정식 의 제어 입력이고, 은 식 7의 이산 상태 방정식의 감소된 행렬이다. 또한 식 26의 동기 속도 추정 을 이용하여 안정상태의 제어 입력 은 하기 식 43에 의거 도출될 수 있다. is the state reference equation in the steady state is the control input of is the reduced matrix of the discrete state equation in Equation 7. Additionally, the synchronous speed estimation in Equation 26 Control input in steady state using can be derived according to Equation 43 below.

[식 43][Equation 43]

식 43의 모든 파라미터는 공칭값(nominal values)이다. 식 7의 이산 상태 방정식 x(k+1)과 식 42의 상태 지령 방정식 으로부터 오차 동역학은 하기 식 44로 도출될 수 있다.All parameters in equation 43 are nominal values. Discrete state equation x(k+1) in Equation 7 and state command equation in Equation 42 From this, the error dynamics can be derived as Equation 44 below.

[식 44][Equation 44]

여기서, 는 제어 오차이고, 이다.here, is the control error, am.

유도전동기의 파라미터 불확실성은 불가피하고 안정 상태의 오차를 제거하기 위해, 토크 제어를 위한 새로운 상태 변수 z(k)에 대해 적분항을 가산하고 토크제어를 위한 새로운 상태 변수 z(k)를 생성하고 생성된 새로운 상태 변수 z(k)는 하기 식 45로 나타낼 수 있다.Parameter uncertainty of induction motors is inevitable, and in order to eliminate steady-state errors, an integral term is added to the new state variable z(k) for torque control, and a new state variable z(k) for torque control is created and generated. The new state variable z(k) can be expressed as Equation 45 below.

[식 45][Equation 45]

여기서, 는 고정자의 전류 오차의 적분항이고 이다. 이러한 토크 제어를 위한 상태 변수 z(k)의 동역학은 하기 식 46으로 나타낸다.here, is the integral term of the stator current error, am. The dynamics of the state variable z(k) for such torque control is expressed in Equation 46 below.

[식 46][Equation 46]

여기서, 이다.here, am.

또한, 단일 비용함수는 식 15의 관측기의 이득 g 3 를 이용하여 도출될 수 있으며, 단일 비용함수 은 하기 식 47로 도출될 수 있다. Additionally, a single cost function can be derived using the gain g 3 of the observer in Equation 15, and the single cost function can be derived from Equation 47 below.

[식 47][Equation 47]

여기서, 이다. 여기서, W는 비중 행렬이다. here, am. Here, W is the specific gravity matrix.

비용함수 의 최적해는 하기 식 48에 의거 획득될 수 있다.cost function The optimal solution can be obtained according to Equation 48 below.

[식 48][Equation 48]

여기서, 이고, V dc 는 DC 링크 전압이다. 제어 입력 u(k)은 하기 식 49로 설계된다.here, , and V dc is the DC link voltage. The control input u(k) is designed as Equation 49 below.

[식 49][Equation 49]

여기서, 비용함수가 단조 감소하도록 설계해야 하는 K는 제어이득이다.Here, K , which should be designed so that the cost function decreases monotonically, is the control gain.

이에 식 47의 비용함수를 정리하면 하기 식 50으로 나타낼 수 있다. Accordingly, if the cost function in Equation 47 is summarized, it can be expressed as Equation 50 below.

[식 50][Equation 50]

제어이득 K의 선택 조건은 분석결과를 토대로 도출될 수 있으며, 이에 비용함수의 차는 하기 식 51로 도출될 수 있다.The selection conditions for the control gain K can be derived based on the analysis results, and the difference in the cost function can be derived using Equation 51 below.

[식 51][Equation 51]

여기서, 인 경우 토크 제어기(27)는 안정상태이다. 식 51의 우변은 부정(negative definite)이다. 이에 비용함수의 차를 음수로 만들기 위해 식 51의 첫번째 이차항의 행렬은 하기 식 52의 조건을 만족하여야 한다.here, If , the torque controller 27 is in a stable state. The right side of equation 51 is negative definite. Therefore, in order to make the difference in the cost function negative, the matrix of the first quadratic term in Equation 51 must satisfy the conditions in Equation 52 below.

[식 52][Equation 52]

식 52의 양측에 을 곱하면, 하기 식 53을 도출할 수 있다.On both sides of equation 52 By multiplying, the following equation 53 can be derived.

[식 53][Equation 53]

여기서, 이다. 식 12의 특성 방정식에 의거 도출된 식 13 내지 16의 게인 G의 수렴율 ρ를 식 53에 삽입하여 정리하면 식 53은 하기 식 54로 나타낼 수 있다.here, am. If the convergence rate ρ of the gain G of Equations 13 to 16 derived based on the characteristic equation of Equation 12 is inserted into Equation 53 and organized, Equation 53 can be expressed as Equation 54 below.

[식 54][Equation 54]

여기서, 수렴율 ρ는 최대로 최적화되어야 하고, 식 54의 좌변에 있는 이차항으로 인해 수렴율 ρ을 만족하여야 한다.Here, the convergence rate ρ must be optimized to the maximum, and due to the quadratic term on the left side of Equation 54, the convergence rate ρ is must be satisfied.

여기서, 을 만족하는 행렬 P 0 가 존재한다면, 식 54의 선형행렬부등식은 하기 식 55를 만족한다.here, If there is a matrix P 0 that satisfies , the linear matrix inequality in Equation 54 satisfies Equation 55 below.

[식 55][Equation 55]

식 55의 부등식은 슈어(Schur)분해를 사용하는 선형행렬부등식(LMI: Linear Matrix Inequality)과 같도록 정리하면 하기 식 56을 도출된다.If the inequality in Equation 55 is rearranged to be the same as the Linear Matrix Inequality (LMI) using Schur decomposition, Equation 56 below is derived.

[식 56][Equation 56]

여기서, 동작점 에서의 선형행렬부등식을 만족하는 행렬 P가 하기 식 57의 다면체 불확실성 세트가 속한다고 가정하자.Here, the operating point Let us assume that the matrix P that satisfies the linear matrix inequality in belongs to the polyhedral uncertainty set of Equation 57 below.

[식 57][Equation 57]

선형행렬부등식에 의해 모든 행렬 을 만족한다면, 상기 식 56은 하기 식 57의 조건을 충족한다.All matrices by linear matrix inequality If is satisfied, Equation 56 satisfies the conditions of Equation 57 below.

[식 56][Equation 56]

또한, 을 대체하면 식 48의 비용함수는 식 52의 제약 하에서 하기 식 59로 정리될 수 있다.also, By substituting , the cost function in Equation 48 can be summarized as Equation 59 below under the constraints of Equation 52.

[식 59][Equation 59]

식 59의 비용함수의 최소화의 해는 MATLAB 프로그램에 의거 도출할 수 있고, 제어이득 K는 행렬 Po, P, 및 Y로부터 결정할 수 있다.The solution to minimizing the cost function in Equation 59 can be derived based on the MATLAB program, and the control gain K can be determined from the matrices Po , P , and Y.

토크 제어기(27)의 비용함수가 최소화되는 최적의 고정자의 dq축 전압 , 는 전력 변환기(28)에 의거 각 상의 전압 벡터로 변환된 다음 변환된 각 상의 전압 벡터는 공간벡터 PWM(29)로 전달된다.The optimal stator dq-axis voltage at which the cost function of the torque controller 27 is minimized. , is converted into a voltage vector for each phase by the power converter 28, and then the converted voltage vector for each phase is transferred to the space vector PWM 29.

공간벡터 PWM(29)는 듀티비와 스위칭 상태를 결정하여 듀티비의 PWM 신호를 IM 구동 시스템(1)의 인버터 스위칭으로 유도 전동기로 전달한다. The space vector PWM (29) determines the duty ratio and switching state and transmits the PWM signal of the duty ratio to the induction motor through the inverter switching of the IM driving system (1).

따라서, 노브의 조정으로 정해진 이득 G의 계수 인자 를 이용하여 토크 제어의 수렴율 ρ을 조절하고 이때 도출된 제어이득 K는 하기 식 60에 의거 도출된다.Therefore, the coefficient factor of the gain G determined by adjusting the knob The convergence rate of torque control is adjusted using , and the control gain K derived at this time is derived based on Equation 60 below.

[식 60][Equation 60]

일 실시예는 유도 전동기의 상태 거동을 연속제어요소 모델로 추적하고 추적 결과에 따라 부하토크에 따른 불안정 동작점의 수를 노브의 조정으로 정해진 이득 G의 계수 인자 을 이용하여 토크 제어의 수렴율 ρ 조절함에 따라, 불안정 상태에서 수렴 속도를 큰 진동이 없이 제어할 수 있고, 과도응답에서 오버슈트를 감소할 수 있다. In one embodiment, the state behavior of the induction motor is tracked using a continuous control element model, and according to the tracking results, the number of unstable operating points according to the load torque is determined by adjusting the knob. As the convergence rate of torque control ρ using By adjusting it, the convergence speed can be controlled without significant vibration in unstable conditions, and overshoot in transient response can be reduced.

도 6은 다양한 계수 인자 에 따른 수렴속도를 보인 예시도로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예의 MPTC의 토크 수렴 속도 ρ는 계수 인자 이 증가할수록 느려지는 것을 확인할 수 있다. 계수 인자 이 작으면, 정상 상태에서 큰 진동을 일으키거나 과도응답에서 큰 오버슈트가 유발되므로 r=1e13 의 인접 값으로 계수 인자 이 결정됨을 알 수 있다.6 shows various coefficient factors As an example diagram showing the convergence speed according to , as shown in FIG. 6, the torque convergence speed ρ of the MPTC in one embodiment is a coefficient factor. You can see that as this increases, it becomes slower. coefficient factor If this is small, Since it causes large vibrations in the steady state or causes large overshoot in transient response, the coefficient factor is set to an adjacent value of r=1e13. It can be seen that this has been decided.

도 7은 일 실시예의 유도전동기의 회생모드에서 회전자의 속도 제어를 보인 예시도로서, 도 7을 참조하면, 일 실시예의 관측기(22)는 회생모드에서 60r/min으로 안정적으로 작동할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한 도 6의 *를 참조하면, 관측기(22) 이득 G이 0이면 회전자의 속도 추정 오차가 급격히 증가됨을 확인할 수 있다.FIG. 7 is an exemplary diagram showing speed control of the rotor in the regenerative mode of an induction motor of one embodiment. Referring to FIG. 7, the observer 22 of one embodiment can stably operate at 60 r/min in the regenerative mode. can confirm. Also, referring to * in FIG. 6, it can be seen that when the gain G of the observer 22 is 0, the speed estimation error of the rotor increases rapidly.

도 8은 유도전동기의 안정적 동작을 위한 속도를 보인 예시도로서, 도 8을 참조하면, 속도 추정 오차는 저속의 회생 모드에서 도출됨을 알 수 있으며, 다수의 동작점에서 안정적으로 동작됨을 확인할 수 있다.Figure 8 is an example diagram showing the speed for stable operation of an induction motor. Referring to Figure 8, it can be seen that the speed estimation error is derived in a low-speed regenerative mode, and it can be confirmed that it operates stably at multiple operating points. .

도 9는 일 실시예의 토크 제어기(27)에 의거한 회전자 속도, 부하 토크, 회전자 자속 추정을 보인 예시도로서, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 일 실시예는 무부하 토크에서 최소 추정 자속이 λmim=0.05W 임을 알 수 있다. 또한 10s에서 15s까지 부하토크는 0에서 5 N.m까지 증가되나 최소 추정 자속은 Id의 결과가 Id_min 보다 작기 때문에 0.05Wb로 유지된다. 부하토크가 5에서 10N.m으로 증가될 때 Id가 Id_min 이상이므로 0.05Wb 보다 높게 변동됨을 알 수 있다.FIG. 9 is an exemplary diagram showing estimation of rotor speed, load torque, and rotor magnetic flux based on the torque controller 27 of one embodiment. As shown in (c) of FIG. 8, one embodiment has no load torque It can be seen that the minimum estimated magnetic flux is λmim=0.05W. Additionally, from 10s to 15s, the load torque increases from 0 to 5 Nm, but the minimum estimated magnetic flux is maintained at 0.05Wb because the result of I d is smaller than I d_min . When the load torque increases from 5 to 10N.m, I d is greater than I d_min , so it can be seen that it varies higher than 0.05Wb.

도 10 무부하 토크에서 0rpm과 1500 rpm의 속도 추정 오차를 보인 예시도로서, 도 10의 (a)를 참조하면, 0rpm과 1500 rpm 사이에서 유도전동기의 속도 제어가 안정적임을 알 수 있다. 도 10의 (b)를 참조하면, 속도 추정의 정상 상태 오차는 50r.min 미만임을 알 수 있으며, 도 10의 (a)의 빨간색 선은 일실시예의 유도전동기의 속도 제어에 의거한 계측 속도이다.Figure 10 is an example diagram showing the speed estimation error between 0 rpm and 1500 rpm at no-load torque. Referring to (a) of Figure 10, it can be seen that the speed control of the induction motor is stable between 0 rpm and 1500 rpm. Referring to (b) of FIG. 10, it can be seen that the steady-state error of speed estimation is less than 50r.min, and the red line in (a) of FIG. 10 is the measured speed based on speed control of the induction motor in one embodiment. .

도 11은 5와 10N.m의 스텝 부하에서 유도전동기의 관측기(22)에 의거한 회전자속도, 부하 토크, 위상 전류를 보인 예시도로서, 도 11을 참조하면, 20s와 25s의 스텝 부하로 유도전동기의 회전자 속도, 부하 토크, 및 위상 전류를 감시한 결과 200r/min으로 작동됨을 알 수 있다. 즉, 도 11의 (c)를 참조하면, 스텝 형태의 부하토크가 가해지면 속도는 감소하고, 05초 후에 200r/min의 지령치에 수렴함을 알 수 있다.Figure 11 is an example diagram showing the rotor speed, load torque, and phase current based on the observer 22 of the induction motor at step loads of 5 and 10 N.m. Referring to Figure 11, with step loads of 20 s and 25 s. As a result of monitoring the rotor speed, load torque, and phase current of the induction motor, it can be seen that it operates at 200 r/min. That is, referring to (c) of FIG. 11, it can be seen that when a step-type load torque is applied, the speed decreases and converges to the command value of 200 r/min after 05 seconds.

도 12는 일 실시예에 의거 회생 모드에서의 회전자속도, 부하 토크 추정치, 및 시프트 각을 보인 예시도로서, 도 11을 참조하면, 회전자 속도는 증가하면서 기준으로 빠르게 수렴됨을 확인할 수 있고, (c)에 도시된 바와 같이, 시프트 각은 슬립주파수에 따라 변동되므로 상이한 부하 토크가 가해질 때 변동됨을 알 수 있다. 도 11 및 도 12을 참조하면, 일 실시예의 유도전동기의 토크 제어 시스템은 중속에서 모터링 및 회생 모드에서 안정됨을 확인할 수 있다. Figure 12 is an example diagram showing the rotor speed, load torque estimate, and shift angle in a regenerative mode according to an embodiment. Referring to Figure 11, it can be seen that the rotor speed increases and quickly converges to the standard, As shown in (c), the shift angle changes depending on the slip frequency, so it can be seen that it changes when different load torques are applied. Referring to Figures 11 and 12, it can be seen that the torque control system of the induction motor of one embodiment is stable in motoring and regenerative modes at medium speed.

도 13은 일 실시예의 유도전동기에 의거 5 및 10 N.m의 하중의 스텝 부하를 갖는 제로 속도에서의 회전자 속도 및 부하 토크 추정치를 보인 예시도로서, 도 13을 참조하면, 일 실시예는 스텝 하중이 20초 및 25초에 적용될 때 제로 속도에서의 회전자 속도가 안정됨을 확인할 수 있다.FIG. 13 is an exemplary diagram showing rotor speed and load torque estimates at zero speed with step loads of 5 and 10 N.m based on an induction motor of one embodiment. Referring to FIG. 13, one embodiment is a step load It can be seen that the rotor speed at zero speed is stable when applied at 20 and 25 seconds.

도 14는 일 실시예의 관측기(22)의 이득을 비교한 예시도로서, 도 14를 참조하면, 하나의 계수 인자 읠 조정으로 도출된 일 실시예의 이득은 5N·m 이상의 부하 토크에서도 안정 상태임을 확인할 수 있다.Figure 14 is an example diagram comparing the gain of the observer 22 in one embodiment. Referring to Figure 14, one coefficient factor It can be confirmed that the gain of one embodiment derived from force adjustment is stable even at a load torque of 5 N·m or more.

도 15는 일 실시예의 관측기(22)의 이득 G=0일 때 수렴 속도를 비교한 예시도록로서, 도 15를 참조하면, 일 실시예의 관측기(22)에 의거 저속에서 속도 제어의 수렴 속도가 개선됨을 알 수 있다.FIG. 15 is an example diagram comparing the convergence speed when the gain G = 0 of the observer 22 in one embodiment. Referring to FIG. 15, the convergence speed of speed control is improved at low speed according to the observer 22 in one embodiment. can be seen.

이에 일 실시예는 하나의 계수 인자 읠 조정으로 안정적인 이득 G을 도출할 수 있고, 저속 영역에서 불안정 동작점을 감소할 수 있다.Accordingly, in one embodiment, one coefficient factor By adjusting 1, a stable gain G can be derived and the unstable operating point can be reduced in the low-speed region.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although the preferred embodiments have been described and illustrated above to illustrate the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described, and does not deviate from the scope of the technical idea. Those skilled in the art will appreciate that numerous changes and modifications can be made to the present invention without any modification. Accordingly, all such appropriate changes, modifications and equivalents shall be considered to fall within the scope of the present invention.

1 : IM 구동 시스템
2 : IM 제어 시스템
21 : 전류 변환기
22 : 괸측기
221 : 이산상태 추정 도출부
222 : 이득 도출부
223 : 회전자속도 추정 도출부
224 : 상태 분석부
225 : 상태 조정부
226 : 상태 판단부
23 : PI 제어기
24 : 슬립 속도 도출기
25 : 가산기
26 : 적분기
27 : 토크 제어기
28 : 전압 변환기
29 : 공간벡터 PWM
1: IM driving system
2: IM control system
21: current transducer
22: Horizontal measuring instrument
221: Discrete state estimation derivation unit
222: gain derivation unit
223: Rotor speed estimation unit
224: State analysis unit
225: Status adjustment unit
226: Status judgment unit
23: PI controller
24: slip speed derivation device
25: adder
26: integrator
27: Torque controller
28: Voltage converter
29: Space vector PWM

Claims (5)

연속 제어 요소 모델 예측 제어 기법으로 회전자 속도를 제어하는 유도전동기의 속도센서리스 토크 제어 시스템에 있어서,
유도전동기의 계측된 고정자 전류를 dq축 변환한 후 변환된 dq축의 고정자 전류를 입력으로 회전자 자속 추정 및 회전자 속도 추정을 도출하는 관측기를 포함하고.
상기 관측기는,
상기 유도전동기의 이산시간 상태 추정기에 대한 이득을 설계하여 이득에 포함된 계수 인자 를 조정함에 따라 연속시간 모델로 환산된 연속시간 상태추정기의 불안정 동작점인 극점의 수를 소정 수로 감소하여 안정적인 속도추정과 이에 따른 토크 제어를 수행하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 속도센서리스 토크 제어 시스템.
In a speed sensorless torque control system for an induction motor that controls the rotor speed using a continuous control element model predictive control technique,
It includes an observer that converts the measured stator current of the induction motor into the dq axis and then derives rotor flux estimation and rotor speed estimation by inputting the converted dq stator current.
The observer,
The coefficient factor included in the gain by designing the gain for the discrete time state estimator of the induction motor By adjusting , the number of poles, which are unstable operating points of the continuous-time state estimator converted to a continuous-time model, is reduced to a predetermined number to perform stable speed estimation and corresponding torque control. Torque control system.
제1항에 있어서, 상기 관측기는,
유도전동기의 상태 방정식으로부터 각 샘플링 시간 마다 이산 상태 추정을 도출하는 이산 상태 추정 도출부;
상기 이산 상태 추정에 대한 시간 도메인의 이득을 도출하는 이득 도출부;
유도전동기의 특성 방정식으로부터 도출된 유도전동기 속도에 대해 적응 법칙을 적용하여 회전자 속도 추정을 도출하고, 도출된 회전자 속도 추정에 대해 비례 적분 제어를 수행하는 회전자 속도 추정 도출부;
임의의 동작점 에서 비례 적분 제어된 회전자 속도 추정에 대해 불안정 동작점인 지를 판단하는 상태 분석부; 및
불안정 동작점인 경우 도출된 이득 G의 계수 인자 을 조정하여 회전자 속도에 대한 추정 속도 및 토크 제어의 수렴 속도를 제어하는 상태 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 속도센서리스 토크 제어 시스템.
The method of claim 1, wherein the observer:
A discrete state estimation unit that derives a discrete state estimate at each sampling time from the state equation of the induction motor;
a gain derivation unit that derives a gain in the time domain for the discrete state estimation;
A rotor speed estimation unit that derives a rotor speed estimate by applying an adaptation law to the induction motor speed derived from the characteristic equation of the induction motor and performs proportional integral control on the derived rotor speed estimate;
arbitrary operating point A state analysis unit that determines whether the proportional integrally controlled rotor speed estimation is an unstable operating point; and
Coefficient factor of the derived gain G in case of unstable operating point A speed sensorless torque control system for an induction motor, comprising a state adjustment unit that controls the convergence speed of the estimated speed and torque control for the rotor speed by adjusting .
제2항에 있어서, 상기 상태 분석부는,
상기 임의의 동작점 에서 유도 전동기의 상태 및 속도 동역학을 토대로 상태 및 회전자 속도를 도출한 다음 상태 오차 도함수를 도출하고,
도출된 상태 오차 도함수에 포함된 야코비안 행렬이 고유값을 가지면 불안정 동작점으로 판단하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 속도센서리스 토크 제어 시스템.
The method of claim 2, wherein the state analysis unit,
The arbitrary operating point Based on the state and speed dynamics of the induction motor, the state and rotor speed are derived, and then the state error derivative is derived,
A speed sensorless torque control system for an induction motor, characterized in that it is provided to determine an unstable operating point when the Jacobian matrix included in the derived state error derivative has an eigenvalue.
제3항에 있어서, 상기 상태 조정부는,
상기 불안정한 임의의 동작점에서의 이득 G의 하나의 파라미터의 계수 인자 를 이득 G의 허수부가 증가되지 아니하는 위치로 폴이 이동되도록 조정하여 회전자 추정 속도에 대한 불안정한 극점의 수를 감소하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 속도센서리스 토크 제어 시스템.
The method of claim 3, wherein the state adjusting unit,
The coefficient factor of one parameter of the gain G at the unstable arbitrary operating point A speed sensorless torque control system for an induction motor, characterized in that it is provided to reduce the number of unstable poles for the estimated rotor speed by adjusting the pole to be moved to a position where the imaginary part of the gain G is not increased.
제4항에 있어서, 상기 관측기는,
각 샘플링 시간 마다 조정된 계수 인자 을 포함하는 이득 G로 회전자 속도 추정을 도출하고 도출된 회전자 속도 추정에 포함된 야코비안 행렬이 고유값을 가지는지를 판단하여 이득 G의 안정 상태를 판단하는 상태 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 속도센서리스 토크 제어 시스템.
The method of claim 4, wherein the observer:
Coefficient factor adjusted for each sampling time Characterized by further comprising a state determination unit for deriving a rotor speed estimate with a gain G including A speed sensorless torque control system for induction motors.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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