KR100764206B1 - Estimation Method of DC Motor Angular Velocity in Electric Power Steering System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 EPS 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법에 관한 것으로, 모터 양단 전압(E)에 따라 수학식1 또는 수학식2의 각속도 추정식을 사용하여 DC 모터의 각속도를 추정하는 EPS 시스템에서의 DC 모터 추정방법에 있어서, 검출된 모터의 전류(I)가 0 또는 일정 값(α) 이하인지를 판단하는 제1단계와, 제1단계에서 모터의 전류(I)가 0 또는 일정 값(α) 이하라면 순수 외부 역기전력만이 발생된 경우로 인식하여 수학식3을 통해 DC 모터의 각속도를 구하는 제2단계와, 제1단계에서 모터의 전류(I)가 0 또는 일정 값(α) 이하가 아니라면 순수 외부 역기전력만이 발생된 경우가 아닌 것으로 인식하여 모터의 전류(I)가 0이 아니거나 일정 값(α) 이상인 경우의 모터 양단 전압(E)에 따른 수학식1 또는 수학식2를 통해 DC 모터의 각속도를 구하도록 하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 순수 외부 역기전력 발생시 해당 각속도 추정식에 따라 DC 모터의 각속도를 추정함으로써 각속도 크기가 미세한 작은 구간에서도 큰 추정 오차를 줄이고, 정확도를 높일 수 있게 되는 효과가 있다.The present invention relates to a method for estimating the DC motor angular velocity in an EPS system, the DC in the EPS system for estimating the angular velocity of the DC motor using the angular velocity estimation formula of Equation 1 or 2 according to the voltage (E) across the motor. In the motor estimation method, a first step of determining whether the detected current (I) of the motor is 0 or less than a predetermined value (α), and in the first step, the current (I) of the motor is 0 or a predetermined value (α). If it is less than or equal to the second step of obtaining the angular velocity of the DC motor through the equation (3) to recognize that the pure external back electromotive force is generated, and if the current (I) of the motor in the first step is less than 0 or a predetermined value (α) It is recognized that only pure external counter electromotive force is not generated, and DC through Equation 1 or Equation 2 according to the voltage E across the motor when the current I of the motor is not zero or more than a predetermined value α is recognized. It's the third step to get the angular speed of the motor When the pure external back EMF is generated, the angular velocity of the DC motor is estimated according to the angular velocity estimation formula, thereby reducing the large estimation error even in the small angular velocity magnitude and increasing the accuracy.
EPS, 모터, 각속도, 역기전력EPS, motor, angular velocity, counter electromotive force
Description
도 1은 일반적인 EPS 시스템내 모터 구동을 위한 하드웨어 블록 구성도.1 is a block diagram illustrating a hardware block for driving a motor in a typical EPS system.
도 2는 종래 DC 모터의 각속도를 추정하기 위한 방법을 보인 동작 흐름도.2 is an operation flowchart showing a method for estimating the angular velocity of a conventional DC motor.
도 3은 본 발명에 의한 EPS 시스템에서의 DC 모터의 각속도를 추정하기 위한 방법을 보인 동작 흐름도.3 is an operation flowchart showing a method for estimating the angular velocity of a DC motor in an EPS system according to the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
A,B,A',B' : 제1~제4 FET M : DC 모터A, B, A ', B': 1st to 4th FET M: DC Motor
S : 션트저항 AMP : 증폭기S: Shunt Resistance AMP: Amplifier
본 발명은 전동식 파워 스티어링(Electric Power Steering ; 이하, 'EPS'라 칭함) 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법에 관한 것으로, 특히 DC 모터 각속도의 크기가 작은 구간에 대해서도 큰 추정 오차없이 DC 모터의 각속도를 추정할 수 있도록 한 EPS 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating the DC motor angular velocity in an electric power steering (hereinafter referred to as "EPS") system, in particular, even in a section where the magnitude of the DC motor angular velocity is small, without the large estimation error. The present invention relates to a DC motor angular velocity estimation method in an EPS system.
일반적으로 EPS 시스템에서는 모터 구동의 성능향상을 위해 필요한 DC 모터 의 각속도 추정을 별도의 센서없이 추정하고 있으며, 이러한 EPS 시스템내 모터 구동 조향장치는 도 1에 도시된 바와 같이 4개의 제1~제4 FET(A,B,A',B')로 구성된 H-브릿지(Bridge) 회로를 이용하여 DC 모터(M)를 구동하고, 션트(Shunt)저항(S)을 접지와 상기 H-브릿지 회로 사이에 위치시켜 이 션트저항(S)을 통해 검출된 양단 전압을 증폭기(AMP)로 증폭하여 모터의 전류를 검출한다.In general, the EPS system estimates the angular velocity of the DC motor necessary for improving the performance of the motor drive without a sensor. The motor-driven steering device in the EPS system includes four first to fourth motors as shown in FIG. 1. The DC motor M is driven using an H-bridge circuit composed of FETs A, B, A ', and B', and a shunt resistor S is connected between ground and the H-bridge circuit. The voltage at both ends detected by the shunt resistor S is amplified by the amplifier AMP to detect the current of the motor.
이때, 상기 DC 모터(M)의 각속도를 추정하기 위해서는 모터 양단 전압과 모터의 전류를 이용하게 되는데, 즉 아래와 같은 각속도 추정식을 이용하며, 이 각속도 추정식은 모터 역기전력이 모터 각속도에 비례한다는 성질을 이용한 것이다.At this time, to estimate the angular velocity of the DC motor (M) is to use the voltage across the motor and the current of the motor, that is, using the following angular velocity estimation equation, this angular velocity estimation formula has the property that the motor back electromotive force is proportional to the motor angular velocity It is used.
여기서, E : 모터 양단 전압(motor supply voltage), I : 모터 전류(motor current), R : 모터 저항값(armature resistance), 
도 2는 종래 DC 모터의 각속도를 추정하기 위한 방법을 보인 동작 흐름도로서, 이를 참고하여 종래 DC 모터의 각속도 추정방법을 설명하면, 먼저 모터 양단 전압(E)은 모터 인가 전압 발생을 위한 PWM 파형을 평활화한 모터 단자(M+, M-) 각각의 전압(VM+, VM-)을 검출하여 구해진 차이값(E=VM+-VM-)이 되는데, 이 차이값을 통해 모터 양단 전압(E)의 크기와 모터에 인가된 전압 방향을 추정한다.2 is a flowchart illustrating a method for estimating the angular velocity of a conventional DC motor. Referring to the method of estimating the angular velocity of a conventional DC motor with reference to this, first, the voltage across the motor E is a PWM waveform for generating a motor applied voltage. a smoothing motor terminals (M +, M -) motor there is the voltage across each of the voltage by detecting a (+ V M, V M-) a difference value (E = V M -V + M-) determined, with this difference value ( The magnitude of E) and the voltage direction applied to the motor are estimated.
이때, 모터 전류(I)는 모터의 전류방향을 알 수 없으므로 모터 양단 전압(E)의 부호로써 판단하고, 전류 크기는 검출된 션트저항(S)의 양단 전압을 증폭하여 인식하게 된다.At this time, since the motor current I cannot know the current direction of the motor, it is determined by the sign of the voltage across the motor E, and the current magnitude is amplified and recognized by the voltage across the detected shunt resistor S.
즉, 상기 모터 양단 전압(E)이 0보다 크거나 같은 경우에는(S1) 상기 수학식1로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고(S2), 모터 양단 전압(E)이 0보다 작은 경우에는(S3) 상기 수학식2로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하며(S4), 모터 양단 전압(E)의 측정이 불가능한 경우에는 DC 모터의 각속도를 0으로 추정한다(S5).That is, when the voltage across the motor E is greater than or equal to 0 (S1), the angular speed of the DC motor is obtained through the angular velocity estimation equation referred to in Equation 1 (S2), and the voltage across the motor E is 0. If smaller (S3), the angular velocity of the DC motor is obtained from the angular velocity estimation equation referred to in Equation 2 (S4), and if the voltage E across the motor cannot be measured, the angular velocity of the DC motor is estimated to be zero. (S5).
그러나, 상기와 같은 종래의 DC 모터 각속도 추정방법을 이용하여 각속도를 추정할시 이상적인 경우에는 DC 모터의 각속도 발생 전구간에 대하여 추정이 가능하지만, 션트저항(S) 및 증폭기(AMP)로 이루어진 모터 전류 검출회로의 비선형적인 특성과 순수 외부 역기전력만 발생될 경우에는 모터의 전류 검출이 불가능하게 된다.However, in the ideal case of estimating the angular velocity using the conventional method of estimating the angular velocity using the conventional DC motor angular velocity estimation method, it is possible to estimate the overall angular velocity occurrence of the DC motor, but the motor current composed of the shunt resistor S and the amplifier AMP If only the nonlinear characteristics of the detection circuit and pure external back EMF are generated, current detection of the motor becomes impossible.
이에 따라, DC 모터 각속도의 크기가 미세한 작은 구간에서는 추정된 각속도의 오차가 클 뿐만 아니라 부정확할 수 있다고 하는 문제점이 있었다.Accordingly, there is a problem that the error of the estimated angular velocity may not only be large but also inaccurate in a small section in which the magnitude of the DC motor angular velocity is minute.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 EPS 시스템에서 DC 모터의 각속도를 추정하는 방법에 있어서, 모터 양단 전압(E)을 기준으로 한 DC 모터의 각속도 추정식에서 그 기준을 모터 전류(I)로 하고, 모터를 구동하지 않는 상태에서 순수 외부 역기전력 발생시 모터 전류(I)를 0으로 설정하여 해당 각속도 추정식을 구현하고, 순수 외부 역기전력의 발생을 인식하여 상기 해당 각속도 추정식에 따라 DC 모터의 각속도를 추정함으로써 각속도 크기가 미세한 작은 구간에서도 큰 추정 오차를 줄이고, 정확도를 높일 수 있도록 한 EPS 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법을 제공하는 데에 있다. The present invention is to solve the above problems, the purpose of the method for estimating the angular velocity of the DC motor in the EPS system, the reference motor in the angular velocity estimation formula of the DC motor based on the voltage (E) of the motor When the external external electromotive force is generated with the current (I) and the motor is not driven, the motor current (I) is set to 0 to implement the corresponding angular velocity estimation formula, and the generation of the pure external back electromotive force is recognized to the corresponding angular velocity estimation equation. Accordingly, the present invention provides a method for estimating the angular velocity of a DC motor in an EPS system that can reduce the large estimation error and increase the accuracy even in a small angular velocity section by estimating the angular velocity of the DC motor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EPS 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법은, 모터 양단 전압(E)에 따라 수학식1 또는 수학식2의 각속도 추정식을 사용하여 DC 모터의 각속도를 추정하는 EPS 시스템에서의 DC 모터 추정방법에 있어서, 검출된 모터의 전류(I)가 0 또는 일정 값(α) 이하인지를 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 모터의 전류(I)가 0 또는 일정 값(α) 이하라면 순수 외부 역기전력만이 발생된 경우로 인식하여 수학식3을 통해 DC 모터의 각속도를 구하는 제2단계와, 상기 제1단계에서 모터의 전류(I)가 0 또는 일정 값(α) 이하가 아니라면 순수 외부 역기전력만이 발생된 경우가 아닌 것으로 인식하여 모터의 전류(I)가 0이 아니거나 일정 값(α) 이상인 경우의 모터 양단 전압(E)에 따른 수학식1 또는 수학식2를 통해 DC 모터의 각속도를 구하도록 하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다. DC motor angular velocity estimation method in the EPS system of the present invention for achieving the above object, by using the angular velocity estimation formula of Equation 1 or Equation 2 according to the voltage (E) of the motor both ends In the method of estimating the DC motor in the EPS system, the first step of determining whether the detected current (I) of the motor is 0 or less than a predetermined value (α), and the current (I) of the motor in the first step If it is equal to or less than a predetermined value α, the second step of recognizing that only pure external counter electromotive force is generated and calculating the angular velocity of the DC motor through Equation 3 and the current I of the motor in the first step is 0 or If it is not below a predetermined value α, it is recognized that only pure external counter electromotive force is not generated and the equation according to the voltage across the motor E when the current I of the motor is not 0 or above a predetermined value α. Find the angular velocity of a DC motor using 1 or 2 It is characterized by consisting of a third step.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 EPS 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the DC motor angular velocity estimation method in the EPS system according to the present invention.
본 발명에 의한 DC 모터 각속도 추정방법은 도 1에 도시된 EPS 시스템내 모터 구동 조향장치에서 이루어지는데, 즉 도 1에 도시된 EPS 시스템의 모터 구동 조향장치에 있어서 H-브릿지 회로로 DC 모터(M)를 구동하는 경우 제1~제4 FET(A,B,A',B')의 온/오프(On/Off) 패턴이 다양하게 있으나, 본 발명에서 사용된 패턴은 제1,제3 FET(A,A')와 제2,제4 FET(B,B')를 동시에 온/오프함으로써 DC 모터(M)의 전류방향을 결정한다.DC motor angular velocity estimation method according to the present invention is made in the motor drive steering device in the EPS system shown in FIG. 1, that is, in the motor drive steering device of the EPS system shown in FIG. ), There are various On / Off patterns of the first to fourth FETs A, B, A ', and B', but the patterns used in the present invention are the first and third FETs. The current direction of the DC motor M is determined by simultaneously turning on and off (A, A ') and the second and fourth FETs (B, B').
본 발명에 있어서 모터 양단 전압(E) 역시 종래와 동일하게 모터 단자(M+, M-) 각각의 전압(VM+, VM-)을 검출하여 구해진 차이값(E=VM+-V M-)이 되는데, 이 차이값을 통해 모터 양단 전압(E)의 크기와 모터에 인가된 전압 방향을 추정한다.In the present invention, the difference voltage (E = V M + -V M- ) obtained by detecting the voltages V M + and V M- of each of the motor terminals M + and M - as in the prior art as well. The difference value is used to estimate the magnitude of voltage E across the motor and the voltage direction applied to the motor.
그리고, 모터 전류(I)는 모터 양단 전압(E)의 부호로써 모터의 전류방향을 인식하고, 검출된 션트저항(S)의 양단 전압을 증폭하여 모터의 전류크기를 인식한다.The motor current I recognizes the current direction of the motor by the sign of the voltage E at both ends of the motor, and amplifies the voltage at both ends of the detected shunt resistor S to recognize the current size of the motor.
또한, 종래 DC 모터의 각속도 추정방법에 적용되었던 아래와 같은 각속도 추정식을 그대로 적용하여 DC 모터의 각속도를 추정한다.In addition, the angular velocity of the DC motor is estimated by applying the following angular velocity estimation equation applied to the conventional angular velocity estimation method.
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
여기서, E : 모터 양단 전압(motor supply voltage), I : 모터 전류(motor current), R : 모터 저항값(armature resistance), 
도 3은 본 발명에 의한 EPS 시스템에서의 DC 모터의 각속도를 추정하기 위한 방법을 보인 동작 흐름도로서, 이를 참고하여 본 발명에 의한 DC 모터의 각속도 추정방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.3 is an operation flowchart showing a method for estimating the angular velocity of the DC motor in the EPS system according to the present invention, with reference to this will be described in detail the angular velocity estimation method of the DC motor according to the present invention.
먼저, 본 발명에서는 모터 양단 전압(E)을 기준으로 한 DC 모터의 각속도 추정식에서 그 기준을 모터 전류(I)로 한다.First, in the present invention, the reference is made to the motor current I in the angular velocity estimation equation of the DC motor based on the voltage E at both ends of the motor.
즉, 모터 양단 전압(E)이 0보다 크거나 같은 경우에는 상기 수학식1의 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고, 모터 양단 전압(E)이 0보다 작은 경우에는 상기 수학식2의 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하는 것과 같이 모터 양단 전압(E)에 따라 수학식1 또는 수학식2의 각속도 추정식을 사용하여 DC 모터의 각속도를 추정하나, 본 발명에서는 먼저 모터 전류(I)를 기준으로 해당하는 각속도 추정식을 사용하도록 한다.That is, when the voltage across the motor (E) is greater than or equal to 0, the angular speed of the DC motor is obtained through the angular velocity estimation equation of Equation 1, and when the voltage across the motor (E) is less than 0, The angular velocity of the DC motor is estimated using the angular velocity estimation equation of Equation 1 or Equation 2 according to the voltage E across the motor, such as obtaining the angular velocity of the DC motor through the angular velocity estimation equation. Based on I), the angular velocity estimation formula should be used.
이에 따라, 모터를 구동하지 않는 상태에서 순수하게 외부의 힘에 의해 발생된 역기전력에 대해서는 상기 수학식1과 수학식2의 각속도 추정식에서 모터 전류(I)를 0으로 설정하여 아래 수학식 3과 같은 각속도 추정식을 구현하도록 한다.Accordingly, for the counter electromotive force generated by the external force purely in the state of not driving the motor, the motor current I is set to 0 in the angular velocity estimation equations of Equations 1 and 2, and as shown in Equation 3 below. Implement the angular velocity estimate.
여기서, E : 모터 양단 전압(motor supply voltage),
이때, 각속도 추정식인 수학식1과 수학식2에서 모터 전류(I)의 크기와 모터 저항값(R)이 작으므로 두 수의 곱한 값을 무시할 수 있게 된다.At this time, since the magnitude of the motor current (I) and the motor resistance value (R) are small in the equations (1) and (2), which are the angular velocity estimation equations, the product of two numbers can be ignored.
상기와 같이 본 발명에서는 수학식 3과 같은 각속도 추정식을 구현한 다음, 모터 전류(I)를 기준으로 순수 외부 역기전력 발생에 대한 판단을 수행한 후, 해당하는 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 추정하는 것이다.In the present invention as described above, after implementing the angular velocity estimation equation as shown in Equation 3, and then performing the determination on the generation of pure external back EMF based on the motor current (I), the angular velocity of the DC motor through the corresponding angular velocity estimation equation To estimate.
즉, 도 3에 도시된 흐름도에서와 같이 모터의 전류(I)가 0 이거나 또는 일정 값(α) 이하인지를 판단하여(S11) 순수하게 외부의 힘에 의해 역기전력만이 발생되었는지를 확인한다. That is, as shown in the flowchart shown in FIG. 3, it is determined whether the current I of the motor is 0 or less than a predetermined value α (S11) to determine whether only counter electromotive force is generated by purely external force.
만약, 상기 판단 단계(S11)에서 모터의 전류(I)가 0 이거나 또는 일정 값(α) 이하라면 순수하게 외부의 힘에 의해 역기전력만이 발생된 경우로 인식하여 상기 수학식3과 같은 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구한다(S12).If the current (I) of the motor in the determination step (S11) is 0 or less than a predetermined value (α), it is recognized that only the counter electromotive force is generated by the external force purely to estimate the angular velocity as shown in Equation (3) Obtain the angular velocity of the DC motor through the equation (S12).
반면에, 상기 판단 단계(S11)에서 모터의 전류(I)가 0 이거나 또는 일정 값(α) 이하가 아니라면 순수하게 외부의 힘에 의해 역기전력만이 발생된 경우가 아닌 것으로 인식하여 모터의 전류(I)가 0이 아니거나 또는 일정 값(α) 이상인 경우의 각속도 추정식, 즉 모터 양단 전압(E)에 따른 상기 수학식1 또는 수학식2와 같은 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하도록 한다(S13).On the other hand, if the current I of the motor is not 0 or less than the predetermined value α in the determining step S11, it is recognized that only the counter electromotive force is generated by the external force. The angular velocity of the DC motor is obtained from the angular velocity estimation equation when I) is not zero or equal to or greater than a predetermined value α, that is, the angular velocity estimation equation as shown in Equation 1 or Equation 2 according to the voltage across the motor E. (S13).
상기와 같이, 본 발명에서는 모터 역기전력(KE) 및 모터 양단 전압(E)의 관계식으로 DC 모터의 각속도를 추정함에 따라 크기가 작은 각속도 발생시의 값도 추정할 수 있다.As described above, in the present invention, there is also a value in the event of small angular size can be estimated as the estimated angular velocity relationship of the DC motor of the motor back electromotive force (K E) and the voltage across the motor (E).
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 모터 양단 전압(E)을 기준으로 한 DC 모터의 각속도 추정식에서 그 기준을 모터 전류(I)로 하고, 모터를 구동하지 않는 상태에서 순수 외부 역기전력 발생시 모터 전류(I)를 0으로 설정하여 해당 각속도 추정식을 구현하고, 순수 외부 역기전력의 발생을 인식하여 상기 해당 각속도 추정식에 따라 DC 모터의 각속도를 추정함으로써 각속도 크기가 미세한 작은 구간에서도 큰 추정 오차를 줄이고, 정확도를 높일 수 있게 되는 효과가 있다.
As described above, the present invention uses the motor current (I) as the reference in the angular velocity estimation equation of the DC motor based on the voltage (E) of the motor, and generates the motor current when the pure external back EMF is generated without driving the motor. I) is set to 0 to implement the angular velocity estimation equation, and by recognizing the occurrence of pure external back EMF and estimating the angular velocity of the DC motor according to the angular velocity estimation equation, the large estimation error is reduced even in a small angular velocity magnitude section. This has the effect of increasing accuracy.
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| 논문2002.11 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20050010558A (en) | 2005-01-28 |
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