KR20240053242A - 자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템 - Google Patents

자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20240053242A
KR20240053242A KR1020220133112A KR20220133112A KR20240053242A KR 20240053242 A KR20240053242 A KR 20240053242A KR 1020220133112 A KR1020220133112 A KR 1020220133112A KR 20220133112 A KR20220133112 A KR 20220133112A KR 20240053242 A KR20240053242 A KR 20240053242A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
motor
output
conversion system
resolver
rotor
Prior art date
Application number
KR1020220133112A
Other languages
English (en)
Inventor
남광희
장푸름
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020220133112A priority Critical patent/KR20240053242A/ko
Publication of KR20240053242A publication Critical patent/KR20240053242A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/22—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
    • G01D18/001—Calibrating encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

본 발명은 샘플링 주파수를 자유롭게 선정할 수 있는 레졸버 신호 변환 시스템에 관한 것으로, 모터에 인가되는 여자신호에 대해, 서로 90도로 교차된 제1코일과 제2코일 각각의 제1출력신호 및 제2출력신호를 이용한 레졸버 신호 변환 시스템에 있어서, 소정의 샘플링 주파수로 상기 제1출력신호 및 상기 제2출력신호의 샘플링 시점를 생성하는 생성부, 상기 생성부에서 생성된 샘플링 시점 중, 서로 인접한 두 개의 샘플링 시점인 제1샘플링 시점와 제2샘플링 시점, 상기 두 개의 샘플링 시점 사이 시간 간격을 이용하여 1차 연산값을 출력하는 1차 연산부, 상기 1차 연산부에서 출력된 1차 연산값을 이용해, 상기 모터의 2배 주파수의 각도 정보를 포함하는 2차 연산값을 출력하는 2차 연산부, 상기 2차 연산부에서 출력된 상기 2차 연산값의 초기 사분면을 확인해 보상하여, 상기 모터에 포함되는 회전자의 각도 정보를 출력하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템{Resolver signal conversion system for free selection of sampling frequency}
본 발명은 레졸버 신호 변환 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 샘플링 주파수를 자유롭게 선정할 수 있는 레졸버 신호 변환 시스템에 관한 것이다.
다양한 분야에서 모터가 사용됨에 따라, 모터의 각도 정보를 얻기 위한 다양한 센서들이 사용되고 있다. 레졸버(Resolver)는 모터의 각도 정보를 얻기 위한 센서들 중 한 종류로, 신뢰성, 강인성 및 구조적 단순함 때문에 많은 분야에서 사용되고 있다.
도 1은 모터에 적용된 레졸버를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 레졸버는 고정자(1), 모터의 회전축과 연결되는 회전자(2), 여자코일(3), 제1출력코일(4) 및 제2출력코일(5)을 포함하여 구성된다. 이때 제1출력코일(4)과 제2출력코일(5)은 공간적으로 90도로 떨어져있다. 여자코일(3)에는 일종의 레퍼런스 신호인 여자신호가 인가되는데, 회전자(2)는 회전각에 따라 철심 형상이 변화하면서 쇄교자속이 변동하고, 이에 따라 제1출력코일(4)과 제2출력코일(5)에는 소정의 신호가 출력된다. 제1출력코일(4)과 제2출력코일(5)에서 출력되는 신호의 포락선(envelope)에는 모터의 각도정보가 포함되어 있기 때문에, 복조를 통한 포락선 검출이 필요하다. 제1출력코일(4)과 제2출력코일(5)의 출력신호에서 포락선을 검출하기 위해서는, 여자코일(3)에서 입력되는 여자신호의 피크점에서 제1출력코일(4)과 제2출력코일(5)의 출력신호를 샘플링하는 방법이 흔히 사용된다. 이러한 방식을 여자신호와 샘플링 주파수가 서로 동기화하여 샘플링하기 때문에, 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)를 만족하지 않아 언더샘플링 방법이라고도 불린다.
도 2는 언더샘플링 방법을 일예를 도시한 것으로, 위에서부터 순차적으로 여자코일(3)에 입력되는 여자신호인
Figure pat00001
, 제1출력코일(4)의 출력신호인
Figure pat00002
, 제2출력코일(5)의 출력신호인
Figure pat00003
가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 여자신호
Figure pat00004
의 피크점에서 샘플링이 이루어지면, 손쉽게
Figure pat00005
와
Figure pat00006
의 포락선을 검출할 수 있다. 이러한 언더샘플링 방법을 사용하려면 여자신호의 주파수와 샘플링 주파수가 같거나 배수여야 하는데, 일반적으로 모터의 레졸버 신호 변환에 있어서 샘플링 주파수는 PWM 주파수와 같거나 두 배이다. 모터 제어에 언더샘플링 방법을 사용할 때, 이 방법은 직관적이며 손쉽게 도입이 가능하지만 PWM 주파수는 여자신호 주파수에 따라 제한을 받게 되는 문제점이 있다. 모터 제어에 있어서 자유로운 PWM 주파수 선택은 모터 구동 시스템에 굉장히 중요한 요소인 것을 고려하면 자유로운 샘플링 주파수를 선택할 수 있는 방법의 개발이 필요한 실정이다.
한국 등록특허공보 제10-1407097호("레졸버용 스테이터 및 이를 포함하는 레졸버", 공고일 2014.06.13.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 레졸버 신호 변환 시스템의 목적은 샘플링 주파수를 자유롭게 선정할 수 있는 레졸버 신호 변환 시스템을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템은, 모터에 결합되는 레졸버의 제 1 및 2 출력 신호를 수신하여 상기 모터의 회전자 각도 정보를 제공하는 레졸버 신호 변환 시스템에 있어서, 소정의 샘플링 주파수로 제 1 및 2 샘플링 시점(t1, t2)을 생성하는 생성부, 상기 제 1 샘플링 시점(t1)에 샘플된 상기 제 1 및 2 출력신호를 각각 Vs1, 및 Vc1이라 하고, 상기 제 2 샘플링 시점(t2)에 샘플된 상기 제 1 및 2 출력신호를 각각 Vs2, 및 Vc2라 할 때, 상기 Vs1, Vc1, Vs2, Vc2, 상기 |t2-t1|에 기초하여 1차 연산값인 Vsin2와 Vcos2를 산출하는 1차 연산부, 상기 1차 연산값을 이용해, 상기 모터의 2배 주파수의 각도 정보인 2차 연산값
Figure pat00007
를 산출하는 2차 연산부, 상기 2차 연산부에서 출력된 상기 2차 연산값의 초기 사분면을 확인해 보상하여, 상기 모터의 회전자의 각도 정보를 출력하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차 연산부는, 상기 Vs2 및 상기 Vc2를 구성하는 네 개의 주파수 성분인
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
을 이용해 1차 연산값인 Vsin2와 Vcos2를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 샘플링 주파수는, 상기 모터의 PWM 주파수의 정수배인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보상부는, 상기 모터에 인가되는 여자신호가 양수일 때, 상기 제1출력신호와 상기 제2출력신호 모두가 양수일 때에는 상기 모터의 회전자의 위치가 1사분면에 위치한다고 판단하고, 상기 제1출력신호가 양수, 상기 제2출력신호가 음수일 때에는 상기 모터의 회전자의 위치가 2사분면에 위치한다고 판단하며, 상기 제1출력신호와 상기 제2출력신호 모두가 음수일 때에는 상기 모터의 회전자의 위치가 3사분면에 위치한다고 판단하고, 상기 제1출력신호가 음수, 상기 제2출력신호가 양수일 때에는 상기 모터의 회전자의 위치가 4사분면에 위치한다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보상부는, Double Pulse Injection 방법 또는 Secondary-Harmonics-Based Method를 통해 초기 사분면을 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차 연산부는, 아래 수식들을 이용해 1차 연산값을 출력하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00012
(상기한 식에서
Figure pat00013
는 각각 상기 모터의 2배 주파수에 해당하는 각도정보인
Figure pat00014
를 포함하는 상기 1차 연산값,
Figure pat00015
,
Figure pat00016
는 t1과 t2시점 시간간격에 이동한 여자신호의 각도 변화량,
Figure pat00017
는 모터가 t1과 t2시점 시간간격에 이동한 각도 변화량)
Figure pat00018
(상기한 식에서
Figure pat00019
는 t2시점에서 여자신호의 각도,
Figure pat00020
는 t2시점에서 모터의 각도)
상기한 바와 같은 다양한 실시예에 의한 본 발명에 의한 자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템에 의하면, 샘플링 주파수는 PWM 주파수와 연동되므로 샘플링 주파수를 여자신호와 독립적으로 설정할 수 있어, PWM 주파수를 자유롭게 설정 가능한 효과가 있다.
도 1은 모터와 모터에 적용된 레졸버를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 언더샘플링 방법을 일예를 도시한 것으로, 위에서부터 순차적으로 여자코일(3)에 입력되는 여자신호인
Figure pat00021
, 제1출력코일(4)의 출력신호인
Figure pat00022
, 제2출력코일(5)의 출력신호인
Figure pat00023
가 도시되어 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 레졸버 신호 변환 시스템의 블록도이다.
도 4는 제1코일과 제2코일에서 각각 출력되는 제1출력신호 및 제2출력신호와 본 발명의 일실시예에 의한 레졸버 신호 변환 시스템의 생성부에서 생성하는 샘플링 시점을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 2차 연산부와 보상부의 세부 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 레졸버 신호 변환 시스템에서 추정한
Figure pat00024
값에 대응되는
Figure pat00025
와
Figure pat00026
를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 의한 자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템에 관하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 레졸버 신호 변환 시스템의 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 레졸버 신호 변환 시스템은, 고정자, 모터의 회전축에 연결되어 모터의 회전자와 함께 회전하는 회전자, 여자코일(3), 서로 90도로 교차된 제1출력코일(4)과 제2출력코일(5)을 포함하고, 제1출력코일(4)과 제2출력코일(5) 각각의 제1출력신호와 제2출력신호를 이용해 모터에 포함되는 회전자의 각도정보를 출력하는 시스템으로, 생성부(100), 1차 연산부(200), 2차 연산부(300) 및 보정부(400)를 포함한다. 여기서 제1출력신호는 사인파, 제2출력신호는 코사인파를 나타낼 수 있다.
생성부(100)는 소정의 샘플링 주파수로 제1출력신호 및 제2출력신호의 샘플링 시점을 생성한다.
도 4는 제1코일과 제2코일에서 각각 출력되는 제1출력신호 및 제2출력신호와 본 발명의 일실시예에 의한 레졸버 신호 변환 시스템의 생성부에서 생성하는 샘플링 시점을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 생성부(100)는 PWM 캐리어를 이용해 1차 제1출력신호 및 제2출력신호의 샘플링 시점을 생성한다. 이때, 샘플링 주파수는 PWM 캐리어 주파수의 2배일 수 있으며, 도 4에 도시된
Figure pat00027
는 여자코일(3)에 인가되는 여자신호의 주기를 의미한다. 단, 본 발명은 생성부(100)에서 설정하는 샘플링 주파수를 PWM 캐리어 주파수의 2배에 한정하는 것은 아니며, 샘플링 주파수는 PWM 캐리어 주파수의 정수배일 수 있다. 생성부(100)에서 생성하는 샘플링 시점은 일정 주기마다 생성되어 복수개일 수 있으며, 후술할 본 실시예에 의한 레졸버 신호 변환 시스템의 1차 연산부는 생성부(100)에서 생성한 복수개의 샘플링 시점들 중, 서로 연속되는 두 개의 샘플링 시점인 t1과 t2를 사용한다.
1차 연산부(200)는 생성부(100)에서 생성된 t1시점에서 제1출력신호와 제2출력신호의 값인 (Vs1, Vc1), t2시점에서 제1출력신호와 제2출력신호의 값인 (Vs2, Vc2) 그리고 t1과 t2의 시간간격에 기초해 1차 연산값을 연산해 출력한다. 샘플링 주파수가 PWM 캐리어 주파수의 2배이므로, t1과 t2의 시간간격은 PWM 캐리어의 주기의 1/2인, Ts/2가 된다. 만약 PWM 캐리어 주파수가 샘플링 주파수와 동일할 경우 1차 연산부(200)는 t2시점 다음에 생성된 t3시점과 t1시점 각각에서 제1출력신호와 제2출력신호의 값과, t1과 t3의 시간간격에 기초해 1차 연산값을 연산해 출력할 수 있다. 이 경우 시간간격은 PWM 캐리어의 주기인 Ts가 될 수 있다.
1차 연산부(200)는 t1과 t2시점의 시간간격을 알기 때문에, 이때 여자신호의 각도 변화를 알 수 있다. 실제 t1과 t2시점 각각에서 모터의 회전자 속도는 다르지만, t1과 t2시점의 시간간격은 서로 매우 짧기 때문에 모터의 회전자 속도는 일정하다고 가정할 수 있으며, 이 간격에서 모터의 회전자가 회전한 각도 변화도 알 수 있다. 이하 t1과 t2시점 시간간격에 이동한 여자신호의 각도 변화는
Figure pat00028
로, 모터의 회전자의 각도 변화는
Figure pat00029
로 표현할 수 있다.
레졸버는 회전자가 회전하면서 여자신호의 진폭에 각도정보가 포함된 즉, 진폭 변조된 신호를 출력한다. 도 4에 도시된 t1과 t2시점 각각에서의 제1출력신호와 제2출력신호를
Figure pat00030
와
Figure pat00031
라고 하면, 각 신호들은 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00032
상기한 식에서
Figure pat00033
은 출력신호의 진폭,
Figure pat00034
는 각각 상기 t1과 상기 t2시점에서 여자신호의 각도이고,
Figure pat00035
는 각각 상기 t1과 상기 t2시점에서의 모터의 회전자의 각도이다. 상기한 수식에서
Figure pat00036
,
Figure pat00037
은 아는 값이며,
Figure pat00038
를 구하는 것을 목표로 한다. 회전자의 각도 정보를 알기 위해서는 레졸버 출력신호를 적절히 복조하여 각도 정보만을 포함하는 사인 및 코사인 신호를 구해야 한다. 각도 정보만을 포함하는 사인 및 코사인 신호,
Figure pat00039
,
Figure pat00040
을 삼각함수 공식을 기반으로 분해하여 살펴보면 아래와 같이 4개의 항들로 구성되어 있음을 알 수 있다.
Figure pat00041
이를 통해
Figure pat00042
,
Figure pat00043
을 구성하는 4개의 항,
Figure pat00044
,
Figure pat00045
,
Figure pat00046
,
Figure pat00047
을 레졸버 출력 신호들을 통하여 구할 수 있으면 목표로 하는 회전자의 각도
Figure pat00048
를 구할 수 있음을 알 수 있다.
PWM 캐리어의 주파수는 일반적으로 모터의 회전 주파수에 비해 월등히 크기 때문에 PWM 캐리어 신호의 한 주기 동안 모터의 회전자의 회전속도가 일정하다고 가정할 수 있다. 이러한 가정으로 바탕으로 t1과 t2에서의 회전자의 속도는
Figure pat00049
로 같다고 볼 수 있다. t1과 t2의 시점에서 출력된 레졸버 신호들을 이용하여
Figure pat00050
,
Figure pat00051
,
Figure pat00052
및
Figure pat00053
을 조합한다.
Figure pat00054
여기서
Figure pat00055
와
Figure pat00056
은 각각 여자 신호와 모터가 t1, t2 시간 사이에 이동한 각도를 의미하며
Figure pat00057
와
Figure pat00058
는 아래와 같은 표현을 의미한다.
Figure pat00059
Figure pat00060
,
Figure pat00061
,
Figure pat00062
및
Figure pat00063
은 t1과 t2의 레졸버 출력신호와 모터 속도, 여자 신호 주파수를 이용하여 조합한 신호임을 알 수 있다.
PWM 캐리어의 주파수가 모터의 주파수에 비해 월등히 빠르기 때문에 t1과 t2사이의 시간 간격 사이에 이동한 모터의 각도
Figure pat00064
은 굉장히 작은 값임을 알 수 있다. 따라서
Figure pat00065
이라고 가정할 수 있으며 이를 이용하면
Figure pat00066
,
Figure pat00067
,
Figure pat00068
및
Figure pat00069
은 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00070
여기서
Figure pat00071
을 의미한다.
Figure pat00072
,
Figure pat00073
,
Figure pat00074
및
Figure pat00075
이 모터 각도
Figure pat00076
를 구하기 위한 사인 및 코사인 신호를 구성하는 4개의 성분으로 나타내어짐을 알 수 있다. 따라서 이 4개의 신호들을 이용하여 모터 각도
Figure pat00077
을 포함하는 신호를 이용하여 각도 정보를 얻는다.
Figure pat00078
상기한 식에서
Figure pat00079
는 각각 상기 모터의 2배 주파수에 해당하는 각도정보를 포함하는 상기 1차 연산값으로, 1차 연산부(200)에서 출력하는 값이 된다.
2차 연산부(300)는 1차 연산부(200)에서 출력된 1차 연산값을 이용해, 모터 회전자의 2배 주파수의 각도 정보를 포함하는 2차 연산값을 출력한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 2차 연산부와 보상부의 세부 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 2차 연산부(300)는 정규화부(310) 및 PLL(320)을 포함한다.
정규화부(310)는 1차 연산부(200)의 출력값인 1차 연산값, 즉
Figure pat00080
을 입력받아, 정규화해 출력한다.
PLL(320)은 정규화부(310)에서 정규화된
Figure pat00081
값을 입력받아 2차 연산값을 출력한다. PLL(320)에서 출력되는 값은 모터의 2배 주파수의 각도 정보를 포함하는
Figure pat00082
이다. PLL(320)에서 출력되는 값은 모터의 2배 주파수의 각도 정보이므로, 추정된 각도는
Figure pat00083
또는
Figure pat00084
일 수 있다.
보상부(400)는 PLL(320)에서 출력되는 값인
Figure pat00085
을 보상하여, 모터에 포함되는 회전자의 각도 정보를 출력한다. 보상부(400)가
Figure pat00086
를 보상하는 방법은 초기 사분면 확인을 통해 이루어질 수 있다. 보상부(400)에서 초기 사분면 확인을 하는 방법 중 하나는 Double Pulse Injection 방법이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 레졸버 신호 변환 시스템에서 추정한
Figure pat00087
값에 대응되는
Figure pat00088
와
Figure pat00089
를 도시한 것이다.
보상부(400)는 Double Pulse Injection을 사용할 때, PLL(320)에서 출력하여 추정된
Figure pat00090
값의
Figure pat00091
축에 두 개의 전압 펄스를 인가하여 전류 기울기를 측정한다. 추정한
Figure pat00092
의 성분이
Figure pat00093
와 일치한다면, 보상부(400)에 플러스 전압 펄스가 인가될 때, 코어가 포화되어 마이너스 전압 펄스가 인가될 때와 비교하여 전류 기울기가 더 작을 것이다. 이와 반대로, 추정한
Figure pat00094
이
Figure pat00095
와 일치한다면 마이너스 전압 펄스가 인가될 때, 코어가 포화되어 플러스 전압 펄스가 인가될 때와 비교하여 전류 기울기가 더 작을 것이다. 즉, 보상부(400)는
Figure pat00096
와
Figure pat00097
에 플러스 및 마이너스 전압 펄스를 각각 인가하여, 이때 전류의 기울기를 측정하여 보정된 값인
Figure pat00098
을 출력한다.
보상부(400)는 Secondary-Harmonics-Based Method를 이용하여
Figure pat00099
의 초기 사분면 확인을 통해,
Figure pat00100
을 출력할 수 있다. 상기한 방법은 기존의 회전하는 전압벡터를 인가하는 센서리스 방식에서 이용되는 것이다. 정지 좌표계에서 회전하는 전압 벡터를 인가했을 때, 전류의 수식은 아래와 같다.
상기한 수식에서 인덕턴스 포화를 고려하면, 수식은 아래와 같이 바뀐다.
상기한 수식에서 Q상 전류에 인가하는 신호를 곱해서, LPF(Low Pass Filter)를 취하면, 아래와 같은 값을 얻을 수 있다.
상기한 값은, 모터의 회전자 각도가
Figure pat00104
인지,
Figure pat00105
인지에 따라 부호가 달라지기 때문에, 극성을 이용해 확인할 수 있다.
보상부(400)에서 초기 사분면 확인을 위해 사용하는 상기한 Double Pulse Injection과, Secondary-Harmonics-Based Method은 공지된 기술로, 상세한 설명은 생략한다.
보상부(400)는 상기한 방법 외에도 아래와 같은 방법을 이용해, 초기 사분면 확인을 통해
Figure pat00106
를 보상한다. 보상부(400)는 초기 여자신호인
Figure pat00107
가 양수일 때, 제1출력코일(4)과 제2출력코일(5)의 신호를 이용해 실제 모터에 포함되는 회전자의 사분면상의 위치를 쉽게 파악할 수 있다.
Figure pat00108
보다 구체적으로, 상기한 수식에 기초하면
Figure pat00109
가 양수일 때, 상기한 식에서
Figure pat00110
와
Figure pat00111
가 모두 양수면, 1사분면이며,
Figure pat00112
가 양수고
Figure pat00113
가 음수면 2사분면,
Figure pat00114
와
Figure pat00115
가 모두 음수이면 3사분면,
Figure pat00116
가 음수고
Figure pat00117
가 양수면 4사분변이며, 보상부(400)는
Figure pat00118
와
Figure pat00119
의 양수 및 음수여부에 따라 사분면을 확인하여
Figure pat00120
를 보상해
Figure pat00121
를 출력한다.
상기한 과정은 여자신호가 사인파일 때를 기준으로 설명되었으나, 여자신호가 코사인파로 인가되어도, 삼각함수 관계를 이용하여 사인 신호로 표시하여, 각도 검출이 가능하다. 본 발명은 이러한 방식을 통해, 별도의 하드웨어 없이도 레졸버 신호를 변환하여 출력할 수 있고, 샘플링 주파수를 여자신호와는 별개로 독립적으로 설정 가능하다. 이는 PWM 주파수와 레졸버의 여자신호 주파수가 동기화되지 않더라도, 모터(10)의 회전자 각도를 효과적으로 검출할 수 있다. 또한 본 발명에서 샘플링 주파수는 PWM 주파수와 연계되는데, 효율 등을 고려하여 PWM 주파수가 가변되는 경우에도 샘플링 주파수를 변경해 레졸버 신호를 변환할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 고정자
2 : 회전자
3 : 여자코일
4 : 제1출력코일
5 : 제2출력코일
100 : 생성부
200 : 1차 연산부
300 : 2차 연산부
310 : 정규화부
320 : PLL
400 : 보상부
P1 ~ P3 : 제1샘플링 시점 ~ 제3샘플링 시점

Claims (8)

  1. 모터에 결합되는 레졸버의 제 1 및 2 출력 신호를 수신하여 상기 모터의 회전자 각도 정보를 제공하는 레졸버 신호 변환 시스템에 있어서,
    소정의 샘플링 주파수로 제 1 및 2 샘플링 시점(t1, t2)을 생성하는 생성부;
    상기 제 1 샘플링 시점(t1)에 샘플된 상기 제 1 및 2 출력신호를 각각 Vs1, 및 Vc1이라 하고, 상기 제 2 샘플링 시점(t2)에 샘플된 상기 제 1 및 2 출력신호를 각각 Vs2, 및 Vc2라 할 때,
    상기 Vs1, Vc1, Vs2, Vc2, 상기 |t2-t1|에 기초하여 1차 연산값인 Vsin2와 Vcos2를 산출하는 1차 연산부;
    상기 1차 연산값을 이용해, 상기 모터의 2배 주파수의 각도 정보인 2차 연산값
    Figure pat00122
    를 산출하는 2차 연산부;
    상기 2차 연산부에서 출력된 상기 2차 연산값의 초기 사분면을 확인해 보상하여, 상기 모터의 회전자의 각도 정보를 출력하는 보상부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레졸버 신호 변환 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 연산부는,
    상기 Vs2 및 상기 Vc2를 구성하는 네 개의 주파수 성분인
    Figure pat00123
    ,
    Figure pat00124
    ,
    Figure pat00125
    ,
    Figure pat00126
    을 이용해 1차 연산값인 Vsin2와 Vcos2를 산출하는 것을 특징으로 하는 레졸버 신호 변환 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2차 연산부는,
    상기 1차 연산값을 정규화해 출력하는 정규화부; 및
    상기 정규화부의 출력을 입력받아 2배 주파수 각도 정보인 2차 연산값을 출력하는 PLL;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 레졸버 신호 변환 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보상부는,
    상기 2차 연산부에서 초기 사분면 확인을 통해 상기 2차 연산값을 보상하여 상기 회전자의 각도 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 레졸버 신호 변환 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 샘플링 주파수는,
    상기 모터의 PWM 캐리어의 정수배인 것을 특징으로 하는 레졸버 신호 변환 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보상부는,
    상기 모터에 인가되는 여자신호가 양수일 때,
    상기 제1출력신호와 상기 제2출력신호 모두가 양수일 때에는 상기 모터의 회전자의 위치가 1사분면에 위치한다고 판단하고,
    상기 제1출력신호가 양수, 상기 제2출력신호가 음수일 때에는 상기 모터의 회전자의 위치가 2사분면에 위치한다고 판단하며,
    상기 제1출력신호와 상기 제2출력신호 모두가 음수일 때에는 상기 모터의 회전자의 위치가 3사분면에 위치한다고 판단하고,
    상기 제1출력신호가 음수, 상기 제2출력신호가 양수일 때에는 상기 모터의 회전자의 위치가 4사분면에 위치한다고 판단하는 것을 특징으로 하는 레졸버 신호 변환 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보상부는,
    Double Pulse Injection 방법 또는 Secondary-Harmonics-Based Method를 통해 초기 사분면을 확인하는 것을 특징으로 하는 레졸버 신호 변환 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 1차 연산부는,
    아래 수식들을 이용해 1차 연산값을 출력하는 것을 특징으로 하는 레졸버 신호 변환 시스템.
    Figure pat00127

    (상기한 식에서
    Figure pat00128
    는 각각 상기 모터의 2배 주파수에 해당하는 각도정보인
    Figure pat00129
    를 포함하는 상기 1차 연산값,
    Figure pat00130
    ,
    Figure pat00131
    는 t1과 t2시점 시간간격에 이동한 여자신호의 각도 변화량,
    Figure pat00132
    는 모터가 t1과 t2시점 시간간격에 이동한 각도 변화량,
    Figure pat00133
    은 출력신호의 진폭)
    Figure pat00134

    (상기한 식에서
    Figure pat00135
    는 t2시점에서 여자신호의 각도,
    Figure pat00136
    는 t2시점에서 모터의 각도)
KR1020220133112A 2022-10-17 2022-10-17 자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템 KR20240053242A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220133112A KR20240053242A (ko) 2022-10-17 2022-10-17 자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220133112A KR20240053242A (ko) 2022-10-17 2022-10-17 자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240053242A true KR20240053242A (ko) 2024-04-24

Family

ID=90884105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220133112A KR20240053242A (ko) 2022-10-17 2022-10-17 자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240053242A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101407097B1 (ko) 2013-01-30 2014-06-13 대성전기공업 주식회사 레졸버용 스테이터 및 이를 포함하는 레졸버

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101407097B1 (ko) 2013-01-30 2014-06-13 대성전기공업 주식회사 레졸버용 스테이터 및 이를 포함하는 레졸버

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9325263B1 (en) Sensorless rotor angle detection circuit and method for a permanent magnet synchronous machine
US6441572B2 (en) Detection of rotor angle in a permanent magnet synchronous motor at zero speed
KR102099075B1 (ko) 각 위치 센서들에서의 에러 정정을 위한 시스템 및 방법
CN102472640B (zh) 旋转变压器信号转换装置以及方法
US10634707B2 (en) Method for determining the position of a rotor of a polyphase motor
Bergas-Jané et al. High-accuracy all-digital resolver-to-digital conversion
CN100417005C (zh) 同步电动机中的磁极位置的估算方法
US9182251B2 (en) Angle detector and motor drive controller
CN102751936B (zh) 电力变换装置、电动机驱动系统
CN102564294A (zh) 旋转角度检测装置
CN101361261B (zh) 确定具有至少一个励磁绕组的同步机的转子位置的方法
EP1250608B1 (en) Load angle determination for electrical motors
US9966884B2 (en) Method and device for determining the rotor position and speed of a rotating field machine
JP4811145B2 (ja) 多相電動機の回転角検出装置
US7161324B1 (en) Device for estimating pole position of synchronous motor
KR20240053242A (ko) 자유로운 샘플링 주파수 선정을 위한 레졸버 신호 변환 시스템
US8924179B2 (en) Assembly and method for determining an angular position
EP3588768B1 (en) Method for determining the position of a rotor in an electronically commuted motor
JP2012186911A (ja) モータ制御装置
Aung Analysis and synthesis of precision resolver system
JP7186846B1 (ja) 角度検出装置及び交流回転機の制御システム
Agrawal et al. Sensorless permanent magnet synchronous motor drive: A review
JP2003344106A (ja) 回転角度検出装置
JPH09318304A (ja) 位置検出装置
WO2024094404A1 (en) Rotor position determination of a multiple winding set generator