KR102591400B1 - Method for controlling motor and apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 전동기 제어 방법은,
전동기의 각속도 지령 및 전압 지령을 수신하는 단계, 상기 각속도 지령 및 전압 지령에 기초하여 제1 자속 지령을 산출하는 단계, 상기 제1 자속 지령의 수치에 대응하여 미리 결정된 최적의 과변조 지수를 산출하는 단계, 상기 최적의 과변조 지수에 기초하여 제2 자속 지령을 산출하는 단계, 상기 제2 자속 지령 및 수신한 토크 지령에 기초하여 전류 동작점을 산출하는 단계 및 상기 전류 동작점에 기초하여 상기 전동기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.An electric motor control method performed by a computing device according to an embodiment,
Receiving an angular velocity command and a voltage command of an electric motor, calculating a first magnetic flux command based on the angular velocity command and the voltage command, calculating a predetermined optimal overmodulation index in response to the value of the first magnetic flux command. A step of calculating a second magnetic flux command based on the optimal overmodulation index, calculating a current operating point based on the second magnetic flux command and a received torque command, and calculating a current operating point based on the current operating point. It may include a step of controlling.
Description
본 개시서는 전동기 제어 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.This disclosure relates to an electric motor control method and a device using the same.
전 세계적으로 배출가스 규제가 강화되고 있으며, 친환경 자동차 시장은 지속적으로 확대되고 있다.Emission regulations are being strengthened around the world, and the eco-friendly car market is continuously expanding.
위 상황에서 배터리-인버터를 활용한 모터 제어 시스템에 대한 니즈가 확대되고 있으며, 인버터의 모터구동 효율을 극대화하는 제어 알고리즘의 필요성이 증대되고 있다.In the above situation, the need for a motor control system utilizing a battery-inverter is expanding, and the need for a control algorithm that maximizes the motor drive efficiency of the inverter is increasing.
친환경 자동차 모터에 활용되는 영구자석 동기전동기는 단위 체적당 높은 토크 및 출력 밀도를 장점으로 한다. 영구자석 동기 전동기의 효율의 경우, 동손(Copper Loss)와 철손(Iron Loss)의 저감하는 최적의 전류 동작점을 결정하고, 결정된 동작점에 기반하여 모터를 제어하는 것이 핵심일 수 있다.Permanent magnet synchronous motors used in eco-friendly automobile motors have the advantage of high torque and power density per unit volume. In the case of the efficiency of a permanent magnet synchronous motor, determining the optimal current operating point to reduce copper loss and iron loss and controlling the motor based on the determined operating point may be key.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.The characteristic configuration of the present invention for achieving the purpose of the present invention as described above and realizing the characteristic effects of the present invention described later is as follows.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 전동기 제어 방법은, 전동기의 각속도 지령 및 전압 지령을 수신하는 단계; 상기 각속도 지령 및 전압 지령에 기초하여 제1 자속 지령을 산출하는 단계; 상기 제1 자속 지령의 수치에 대응하여 미리 결정된 최적의 과변조 지수를 산출하는 단계; 상기 최적의 과변조 지수에 기초하여 제2 자속 지령을 산출하는 단계; 상기 제2 자속 지령 및 수신한 토크 지령에 기초하여 전류 동작점을 산출하는 단계; 및 상기 전류 동작점에 기초하여 상기 전동기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.An electric motor control method performed by a computing device according to an embodiment of the present invention includes receiving an angular velocity command and a voltage command of an electric motor; calculating a first magnetic flux command based on the angular velocity command and the voltage command; calculating a predetermined optimal overmodulation index in response to the value of the first magnetic flux command; calculating a second magnetic flux command based on the optimal overmodulation index; calculating a current operating point based on the second magnetic flux command and the received torque command; And it may include controlling the electric motor based on the current operating point.
상기 과변조 지수를 산출하는 단계는, 상기 토크 지령 및 상기 제1 자속 지령에 대응하는 최적의 과변조 지수를 포함하는 최적 MI(Modulation Index) Table에 기초하여 상기 과변조 지수를 결정할 수 있다.In calculating the overmodulation index, the overmodulation index may be determined based on an optimal MI (Modulation Index) Table including an optimal overmodulation index corresponding to the torque command and the first magnetic flux command.
상기 최적 MI Table에서는, MI = 1.1547로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 곡선의 자속보다 크거나 같은 경우, 최적의 과변조 지수가 1.1547로 미리 결정되고, MI = 1.2732로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MFPT(Minimum Flux Per Torque)의 자속보다 작거나 같은 경우, 최적의 과변조 지수가 1.2732로 미리 결정되고, MI = 1.1547로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 곡선의 자속보다 작거나, MI = 1.2732로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MFPT(Minimum Flux Per Torque)의 자속보다 큰 경우, 최대 전력 효율을 나타내는 과변조 지수를 최적의 과변조 지수로 미리 결정될 수 있다.In the optimal MI Table, when the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.1547 is greater than or equal to the magnetic flux of the MTPA (Maximum Torque Per Ampere) curve, the optimal overmodulation index is predetermined to be 1.1547, and MI = If the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by 1.2732 is less than or equal to the magnetic flux of MFPT (Minimum Flux Per Torque), the optimal overmodulation index is predetermined to be 1.2732, and MI = current operating point controlled by 1.1547. If the magnetic flux command calculated from is smaller than the magnetic flux of the MTPA (Maximum Torque Per Ampere) curve, or the magnetic flux command calculated from the current operating point controlled by MI = 1.2732 is greater than the magnetic flux of MFPT (Minimum Flux Per Torque), the maximum power The overmodulation index indicating efficiency may be predetermined as the optimal overmodulation index.
상기 과변조 지수를 산출하는 단계는 상기 전동기의 실제 과변조 지수가 1.1547로 산출되도록 미리 측정된 자속 지령을 포함하는 자속 지령 보정 Table에 기초하여 상기 제1 자속 지령을 제3 자속 지령으로 변환하는 단계; 및 상기 제3 자속 지령에 기초하여 상기 최적의 과변조 지수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of calculating the overmodulation index is a step of converting the first magnetic flux command into a third magnetic flux command based on a magnetic flux command correction table including a magnetic flux command measured in advance so that the actual overmodulation index of the motor is calculated to be 1.1547. ; and determining the optimal overmodulation index based on the third magnetic flux command.
상기 전동기를 제어하는 단계는 상기 전류 동작점에 기초하여 산출되는 제1 전압 지령에 기초하여 상기 전동기를 제어하고, 상기 제1 전압 지령의 크기가 소정의 임계치를 초과하는 경우, 상기 제1 전압 지령에 대한 보상을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step of controlling the electric motor includes controlling the electric motor based on a first voltage command calculated based on the current operating point, and when the magnitude of the first voltage command exceeds a predetermined threshold, the first voltage command The step of performing compensation may further be included.
전동기 제어 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치는, 메모리; 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 전동기의 각속도 지령 및 전압 지령을 수신하고, 상기 각속도 지령 및 전압 지령에 기초하여 제1 자속 지령을 산출하고, 상기 제1 자속 지령의 수치에 대응하여 미리 결정된 최적의 과변조 지수를 산출하고, 상기 최적의 과변조 지수에 기초하여 제2 자속 지령을 산출하고, 상기 제2 자속 지령 및 수신한 토크 지령에 기초하여 전류 동작점을 산출하고, 상기 전류 동작점에 기초하여 상기 전동기를 제어할 수 있다.A computing device that performs an electric motor control method includes: memory; and a processor, wherein the processor receives an angular velocity command and a voltage command of an electric motor, calculates a first magnetic flux command based on the angular velocity command and the voltage command, and calculates a predetermined value in response to the value of the first magnetic flux command. Calculate an optimal overmodulation index, calculate a second magnetic flux command based on the optimal overmodulation index, calculate a current operating point based on the second magnetic flux command and the received torque command, and calculate the current operating point. The electric motor can be controlled based on .
본 발명의 실시 예의 설명에 이용되기 위하여 첨부된 아래 도면들은 본 발명의 실시 예들 중 단지 일부일 뿐이며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 있어서는 별개의 발명에 이르는 노력 없이 이 도면들에 기초하여 다른 도면들이 얻어질 수 있다.
도 1a는 영구자석 동기 전동기 구조를 예시적으로 도시하는 도면이다.
도 1b는 영구자석 동기 전동기의 수학적 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 1c는 도 1b를 통해 설명된 물리량들을 벡터화하여 표현한 결과를 도시하는 도면이다.
도 2는 영구자석 동기 전동기의 동작을 위한 물리적 제한 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 MFPT 동작 영역에서 전류 동작점이 이동하는 일례를 도시하는 도면이다.
도 4a는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에 적용되는 전압 과변조 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 지령 전압의 크기에 따라 출력 상전압의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에서 적용되는 Volognani 과변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4d는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에서 과변조 제어를 수행하는 과정에서 비선형성을 보상하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전류 동작점 이동에 따른 손실의 경향성을 도시하는 도면이다.
도 6a는 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치가 자속-토크 전류맵을 생성하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 6b는 도 6a의 절차를 거쳐 생성된 최종 자속-토크 전류맵의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6c 및 도 6d는 최종 자속-토크 전류맵 생성 과정에서 데이터 보정에 따른 결과를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 7은 데이터 보정에 따른 자속 데이터 및 토크 데이터를 예시적으로 도시하는 도면이다.
도 8a는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 타 선행 문헌에 따른 전동기 제어 방식과 일 실시예에 따른 전동기 제어 방식의 전류 동작점 선택 방식을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치가 최적 MI Table을 활용하여 전류 동작점을 결정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a는 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치가 최적 MI Table을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10b는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에 적용되는 최적 MI Table의 형태를 나타내는 도면일 수 있다.
도 11a는 최적 MI Table을 적용하는 본원 발명의 효율을 다른 MI를 적용한 케이스와 비교한 결과를 도시하는 도면이다.
도 11b는 일 실시예에 따른 최적 MI Table을 활용하는 본원 발명의 리플 개선 효과를 도시하는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.The following drawings attached for use in explaining embodiments of the present invention are only some of the embodiments of the present invention, and those skilled in the art can use these drawings without making efforts to develop a separate invention. Other drawings may be obtained.
1A is a diagram illustrating an exemplary structure of a permanent magnet synchronous motor.
Figure 1b is a diagram for explaining the mathematical model of a permanent magnet synchronous motor.
FIG. 1C is a diagram showing the result of vectorizing and expressing the physical quantities explained through FIG. 1B.
Figure 2 is a diagram for explaining physical limiting conditions for the operation of a permanent magnet synchronous motor.
Figure 3 is a diagram showing an example of the current operating point moving in the MFPT operating area.
FIG. 4A is a diagram for explaining voltage overmodulation control applied to a motor control method according to an embodiment.
Figure 4b is a diagram for explaining the form of the output phase voltage depending on the size of the command voltage.
Figure 4c is a diagram for explaining the Volognani overmodulation method applied in the motor control method according to one embodiment.
FIG. 4D is a diagram illustrating a method of compensating for nonlinearity in the process of performing overmodulation control in a motor control method according to an embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating loss trends according to current operating point movement according to one embodiment.
FIG. 6A is a diagram illustrating a method by which a computing device generates a flux-torque current map according to one embodiment.
FIG. 6B is a diagram illustrating an example of the final magnetic flux-torque current map generated through the procedure of FIG. 6A.
Figures 6c and 6d are diagrams exemplarily showing the results of data correction in the process of generating the final magnetic flux-torque current map.
Figure 7 is a diagram illustrating magnetic flux data and torque data according to data correction.
FIG. 8A is a diagram for explaining a method of controlling an electric motor according to an embodiment.
FIG. 8B is a diagram for explaining and comparing the current operating point selection method of the motor control method according to other prior literature and the motor control method according to one embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating how a computing device determines a current operating point using an optimal MI Table according to an embodiment.
FIG. 10A is a diagram illustrating a method by which a computing device generates an optimal MI Table according to an embodiment.
Figure 10b may be a diagram showing the form of an optimal MI Table applied to an electric motor control method according to an embodiment.
Figure 11a is a diagram showing the results of comparing the efficiency of the present invention applying the optimal MI Table with a case applying another MI.
Figure 11b is a diagram showing the ripple improvement effect of the present invention using the optimal MI Table according to an embodiment.
Figure 12 is a flowchart for explaining an electric motor control method according to an embodiment.
Figure 13 is a conceptual diagram schematically showing the configuration of a computing device according to an embodiment.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.The detailed description of the present invention described below refers to the accompanying drawings, which show by way of example specific embodiments in which the present invention may be practiced to make clear the objectives, technical solutions and advantages of the present invention. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention.
그리고 본 개시서의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐, '포함하다'라는 단어 및 그 변형은 다른 기술적 특징들, 부가물들, 구성요소들 또는 단계들을 제외하는 것으로 의도된 것이 아니다. 또한, '하나' 또는 '한'은 하나 이상의 의미로 쓰인 것이며, '또 다른'은 적어도 두 번째 이상으로 한정된다.And throughout the description and claims of this disclosure, the word 'comprise' and variations thereof are not intended to exclude other technical features, attachments, components or steps. Additionally, 'one' or 'one' is used to mean more than one, and 'another' is limited to at least the second or more.
통상의 기술자에게 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 특성들이 일부는 본 설명서로부터, 그리고 일부는 본 발명의 실시로부터 드러날 것이다. 아래의 예시 및 도면은 실례로서 제공되며, 본 발명을 한정하는 것으로 의도된 것이 아니다. 따라서, 특정 구조나 기능에 관하여 본 개시서에 개시된 상세 사항들은 한정하는 의미로 해석되어서는 아니되고, 단지 통상의 기술자가 실질적으로 적합한 임의의 상세 구조들로써 본 발명을 다양하게 실시하도록 지침을 제공하는 대표적인 기초 자료로 해석되어야 할 것이다.Other objects, advantages and features of the invention will appear to those skilled in the art, partly from this description and partly from practice of the invention. The examples and drawings below are provided by way of example and are not intended to limit the invention. Accordingly, the details disclosed in this disclosure regarding specific structures or functions should not be construed in a limiting sense, but merely provide guidance for those skilled in the art to variously practice the present invention with any detailed structures that are practically suitable. It should be interpreted as representative basic data.
더욱이 본 발명은 본 개시서에 나타난 실시 예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. Moreover, the present invention encompasses all possible combinations of the embodiments presented in this disclosure. It should be understood that the various embodiments of the invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures and characteristics described herein may be implemented in one embodiment without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description that follows is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention is limited only by the appended claims, together with all equivalents to what those claims assert, if properly described. Similar reference numbers in the drawings refer to identical or similar functions across various aspects.
본 개시서에서 달리 표시되거나 분명히 문맥에 모순되지 않는 한, 단수로 지칭된 항목은, 그 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, 복수의 것을 아우른다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In this disclosure, unless otherwise indicated or clearly contradictory to the context, items referred to in the singular include the plural, unless the context otherwise requires. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
이하, 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to enable those skilled in the art to easily practice the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1a는 영구자석 동기 전동기 구조를 예시적으로 도시하는 도면이다.1A is a diagram illustrating an exemplary structure of a permanent magnet synchronous motor.
본 명세서의 제어 방식이 적용되는 영구자석 동기 전동기는 영구자석을 장착한 형태에 따라 좌측에 도시된 SPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)와 우측에 도시된 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)로 구분될 수 있다.Permanent magnet synchronous motors to which the control method of this specification is applied can be divided into SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Motor) shown on the left and IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) shown on the right, depending on the type of permanent magnets installed. there is.
SPMSM은 회전자의 표면에 영구자석을 부착한 형태의 전동기로, 상권선의 인덕턴스 크기가 회전자 위치에 상관없이 일정한 특성을 가지므로, 마그네틱 토크만을 유일하게 발생시킬 수 있다.SPMSM is an electric motor with a permanent magnet attached to the surface of the rotor. Since the inductance size of the phase winding has constant characteristics regardless of the rotor position, it can only generate magnetic torque.
IPMSM은 회전자의 내부에 자석을 삽입한 형태의 전동기로서, 회전자의 위치에 따라 인덕턴스의 크기가 달라지는 돌극성이 발생되므로, 마그네틱 토크와 더불어 릴럭턴스 토크를 활용할 수 있는 바, SPMSM에 비해 상대적으로 큰 출력을 나타낼 수 있다.IPMSM is a type of electric motor with a magnet inserted inside the rotor. It generates a salient polarity in which the size of the inductance varies depending on the position of the rotor, so it can utilize reluctance torque in addition to magnetic torque, and has a relatively lower torque compared to SPMSM. can produce large output.
도 1b는 영구자석 동기 전동기의 수학적 모델을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1b is a diagram for explaining the mathematical model of a permanent magnet synchronous motor.
도 1b는 회전자가 전기 각속도 로 회전하는 3상 영구자석 전동기가 a 상 권선으로부터 각도 만큼 회전한 상태를 나타내는 등가모델일 수 있다.Figure 1b shows that the rotor has an electrical angular velocity A three-phase permanent magnet motor rotating at an angle from the a-phase winding It may be an equivalent model representing a state of rotation.
위 모델에 따라 영구자석 동기 전동기의 3상 고정자 전압 방정식은 수학식 1로 표현될 수 있다.According to the above model, the three-phase stator voltage equation of a permanent magnet synchronous motor can be expressed as Equation 1.
는 전기자 저항을 나타내며, 는 3상 권선에 쇄교하는 자속, 는 각 상의 전압, 는 각 상의 전류를 의미할 수 있다. represents the armature resistance, is the magnetic flux linked to the three-phase winding, is the voltage of each phase, may mean the current of each phase.
수학식 1에 기초하여 SPMSM의 각 상의 전기자 권선에 발생하는 자속은 수학식 2로 표현될 수 있다.Based on Equation 1, the magnetic flux generated in the armature winding of each phase of SPMSM can be expressed as Equation 2.
는 자속 행렬, 는 인덕턴스 행렬, 는 전류 행렬, 는 고정자 권선에 쇄교하는 자속 행렬, 는 자화 인덕턴스의 크기, 는 누설 인덕턴스의 크기, 는 회전자 영구자석에 의해 고정자 권선에 쇄교하는 자속의 크기를 나타낼 수 있다. is the flux matrix, is the inductance matrix, is the current matrix, is the magnetic flux matrix linked to the stator winding, is the magnitude of magnetizing inductance, is the size of the leakage inductance, can represent the magnitude of magnetic flux linked to the stator winding by the rotor permanent magnet.
IPMSM의 경우, SPMSM과 달리 회전자의 회전에 따라 인덕턴스의 크기가 변동하는 특성을 가지는 바, IPMSM의 쇄교 자속은 수학식 3로 표현될 수 있다.In the case of IPMSM, unlike SPMSM, the size of the inductance varies depending on the rotation of the rotor, and the magnetic flux linkage of IPMSM can be expressed as Equation 3.
는 자속 행렬, 는 인덕턴스 행렬, 는 전류 행렬, 는 고정자 권선에 쇄교하는 자속 행렬, 는 자화 인덕턴스의 평균값, 는 회전자 위치에 따라 변동하는 자화 인덕턴스의 진폭, 는 누설 인덕턴스의 크기, 는 회전자 영구자석에 의해 고정자 권선에 쇄교하는 자속의 크기를 나타낼 수 있다. is the flux matrix, is the inductance matrix, is the current matrix, is the magnetic flux matrix linked to the stator winding, is the average value of magnetizing inductance, is the amplitude of magnetizing inductance that varies depending on the rotor position, is the size of the leakage inductance, can represent the magnitude of magnetic flux linked to the stator winding by the rotor permanent magnet.
계산의 편의를 위하여, Clark 변환과 Park 변환을 수행하여 자속을 D-Q 축에 대해 표현하는 경우, 수학식 4로 표현될 수 있으며, 수학식 3에 기초하여 영구자석 동기 전동기에 입력된 전력은 수학식 5로 표현될 수 있다.For convenience of calculation, when Clark transformation and Park transformation are performed to express the magnetic flux about the D-Q axis, it can be expressed as Equation 4, and the power input to the permanent magnet synchronous motor based on Equation 3 is Equation It can be expressed as 5.
, 는 각각 D축, Q축 자속, 는 각 축의 자속의 합, , 는 각각 D축 인덕턴스, Q축 인덕턴스, , 는 각각 D축 전류, Q축 전류, 는 고정자 권선에 쇄교하는 자속의 크기를 나타낼 수 있다. , are D-axis and Q-axis magnetic flux, respectively, is the sum of the magnetic flux of each axis, , are the D-axis inductance, Q-axis inductance, and , are the D-axis current, Q-axis current, and can represent the magnitude of magnetic flux linked to the stator winding.
입력 전력 중 전기자 동손 및 자계 에너지 변동분을 제외한 기계 에너지 출력은 토크와 속도의 곱으로 치환될 수 있으며, IPMSM 및 SPMSM의 토크는 수학식 6 및 수학식 7로 표현될 수 있다.The mechanical energy output excluding the armature copper loss and magnetic field energy variation among the input power can be replaced by the product of torque and speed, and the torque of IPMSM and SPMSM can be expressed by Equation 6 and Equation 7.
는 출력 토크를 나타내며, 는 전동기의 극수를 나타낼 수 있다. represents the output torque, can represent the number of poles of the electric motor.
도 1c는 도 1b를 통해 설명된 물리량들을 벡터화하여 표현한 결과를 도시하는 도면이다.FIG. 1C is a diagram showing the result of vectorizing and expressing the physical quantities explained through FIG. 1B.
도 1c에서 , 는 각각 D축 전류, Q축 전류, 는 입력 전류, 는 영구 자석의 자속, , 는 D축 인덕턴스, Q축 인덕턴스, , 는 D축 자속, Q축 자속, 는 공극 자속, 는 회전자의 각속도일 수 있다.In Figure 1c , are the D-axis current, Q-axis current, and is the input current, is the magnetic flux of the permanent magnet, , is the D-axis inductance, Q-axis inductance, , is D-axis magnetic flux, Q-axis magnetic flux, is the air gap flux, may be the angular velocity of the rotor.
도 1c에서 확인될 수 있듯이, 공극 자속 의 크기는 D축 및 Q축 자속의 합성으로 크기가 결정될 수 있다.As can be seen in Figure 1c, the air gap magnetic flux The size of can be determined by combining the D-axis and Q-axis magnetic fluxes.
각 축 자속 크기에 회전자 각속도 를 곱한 크기의 전압이 전기자 권선에 인가되어야 하며, 전기자 권선에 해당 전류를 유지하기 위해선 전압 가 인가되어야 한다. 자속에 의해 유기된 전압 뿐 아니라, 전기자 권선의 동손으로 인해 발생하는 전압 강하 성분 를 더한 가 최종 인버터에서 출력되어야 할 전압의 크기에 해당할 수 있다.Rotor angular velocity on each axis flux magnitude A voltage of the magnitude multiplied by must be approved. In addition to the voltage induced by the magnetic flux, the voltage drop component occurs due to copper loss in the armature winding. plus may correspond to the size of the voltage to be output from the final inverter.
전동기 제어를 위해 필요한 요구 전압의 크기는 공극 전압 에 크기에 따라 결정되므로, 인버터에서 출력 가능한 최대 전압 범위로 전동기 구동에 요구되는 전압을 조절하는 약자속 제어가 요구될 수 있다.The size of the required voltage required to control the motor is the air gap voltage. Since it is determined by the size, weak flux control may be required to adjust the voltage required to drive the motor to the maximum voltage range that can be output from the inverter.
도 2는 영구자석 동기 전동기의 동작을 위한 물리적 제한 조건을 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a diagram for explaining physical limiting conditions for the operation of a permanent magnet synchronous motor.
수학식 6 및 수학식 7을 따를 때에, 특정 크기의 출력 토크를 얻기 위한 D-Q축 전류 조합은 무수히 많이 존재할 수 있다. 그러나 인버터에 인가되는 직류 전압(DC-Link 전압) 및 전동기의 속도에 따라 제어 가능한 전류 동작 영역은 유동적으로 제한될 수 있다. 따라서, 제어 가능한 제한 조건 내에서 원하는 목표 토크를 출력하기 위해서는 전동기의 구동 조건에 따라 전류 동작점을 유동적으로 이동시킬 필요가 있다.When following Equation 6 and Equation 7, there may be countless D-Q axis current combinations to obtain a specific size of output torque. However, the controllable current operating area may be flexibly limited depending on the direct current voltage (DC-Link voltage) applied to the inverter and the speed of the motor. Therefore, in order to output a desired target torque within controllable limiting conditions, it is necessary to dynamically move the current operating point according to the driving conditions of the electric motor.
일 실시예에 따르면, 전류 동작점은 수학식 8으로 결정될 수 있다.According to one embodiment, the current operating point may be determined by Equation 8.
도 1c에서 , 는 각각 D축 전류, Q축 전류, 는 영구 자석의 자속, , 는 D축 인덕턴스, Q축 인덕턴스, , 는 D축 자속, Q축 자속, 는 고정자 권선에 쇄교하는 자속의 크기, 는 회전자의 각속도, 는 전동기에 인가되는 최대 전압으로, 인버터에 입력되는 최대 직류 전압의 크기, 인버터 PWM 스위칭 방식에 의해 결정될 수 있다.In Figure 1c , are the D-axis current, Q-axis current, and is the magnetic flux of the permanent magnet, , is the D-axis inductance, Q-axis inductance, , is D-axis magnetic flux, Q-axis magnetic flux, is the magnitude of magnetic flux linked to the stator winding, is the angular velocity of the rotor, is the maximum voltage applied to the motor, and can be determined by the size of the maximum direct current voltage input to the inverter and the inverter PWM switching method.
전압 제한 조건은 도 2에 도시된 바와 같이, D-Q 전류 축에 대해 타원(IPMSM) 혹은 원(SPMSM)의 방정식의 형태를 띌 수 있다. 전동기 구동시 전류 제어가 가능한 영역은 전류 제한원 내부이며 전압 제한원 내부 영역일 수 있다. 전류 제한원은 시스템의 열 정격 요구도에 따라 범위가 줄어들 수 있으나, 온도에 대한 문제가 없는 경우 항상 최대 크기로 고정될 수 있다.The voltage limiting condition may take the form of an elliptical (IPMSM) or circular (SPMSM) equation for the D-Q current axis, as shown in FIG. 2. The area where current control is possible when driving the motor may be inside the current limit source or inside the voltage limit source. The current limiting source can be scaled down depending on the thermal rating requirements of the system, but can always be fixed at its maximum size if temperature is not a concern.
또한, 전압 제한원은 동일한 크기의 공극 자속을 만드는 D-Q축 전류 조합일 수 있으며, 각속도가 증가하거나, 직류 전원의 전압이 감소하여 최대 출력 가능 전압 의 크기가 줄어드는 경우, 원의 크기가 줄어들 수 있다.In addition, the voltage limiting source may be a combination of DQ axis currents that create an air gap magnetic flux of the same size, and the maximum output voltage may be increased by increasing the angular velocity or decreasing the voltage of the DC power supply. If the size of is reduced, the size of the circle may be reduced.
일 실시예에 따라서, 전동기의 회전자의 각속도, 인버터에 인가되는 직류 전원의 크기에 따라 동작 영역은 3 가지로 구별될 수 있다.According to one embodiment, the operating area may be divided into three types depending on the angular speed of the rotor of the electric motor and the size of the direct current power applied to the inverter.
1) MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 동작 영역에서의 제어1) Control in the MTPA (Maximum Torque Per Ampere) operating area
전동기의 각속도가 작고 인가되는 직류 전원의 크기가 커서 전압 여유(전동기에 인가되는 전압과, 전동기 동작을 위해 요구되는 최소 전압의 차이)가 충분한 경우(MTPA 동작 영역), 전류 제한 원 내부에서 전류 동작점이 비교적 자유롭게 선택될 수 있다. 이 경우, 동손을 최소화하기 위하여 단위 전류당 가장 높은 토크를 출력할 수 있는 전류 동작점을 선택하는 것이 가장 적절할 수 있으며, 이러한 동작점은 이러한 동작점은 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 동작점이라고 지칭될 수 있다. MTPA 동작점은 일정한 출력 토크를 나타내는 전류 동작점의 집합인 일정 토크 곡선에서 가장 작은 전류의 크기를 나타내는 지점으로 결정될 수 있다.When the angular speed of the motor is small and the size of the applied DC power is large and the voltage margin (difference between the voltage applied to the motor and the minimum voltage required for motor operation) is sufficient (MTPA operating area), the current operates within the current limit circle. Points can be selected relatively freely. In this case, in order to minimize copper loss, it may be most appropriate to select the current operating point that can output the highest torque per unit current, and this operating point is referred to as the MTPA (Maximum Torque Per Ampere) operating point. It can be. The MTPA operating point can be determined as the point representing the smallest current magnitude on the constant torque curve, which is a set of current operating points representing constant output torque.
2) 일정 토크 동작 영역에서의 제어2) Control in constant torque operation area
전동기의 각속도가 증가하거나 인버터에 인가되는 직류 전압이 낮아지는 경우, 전압 제한 원의 크기가 줄어들어 구동 가능한 전류 영역의 크기가 줄어들 수 있다. 이 경우, 인버터의 출력 전압이 작아지도록 전류 동작점을 이동시키는 약자속 제어가 수행되어야 한다. 보다 구체적으로, 동일한 구동 조건 내에서 음의 D축 전류를 흘려 영구 자석의 자속을 상쇄시키는 약자속 제어가 수행될 수 있다. 이러한 약자속 제어를 수행하는 과정에서 시스템에서 요구하는 출력 토크를 정확하게 발생시키는 것도 동시에 요구되므로, 전류 동작점은 일정 토크 곡선(동일한 출력 토크를 나타내는 전류 동작점의 모임)을 따라 이동되도록 전동기의 동작이 제어될 수 있다.If the angular speed of the motor increases or the direct current voltage applied to the inverter decreases, the size of the voltage limit source may decrease, thereby reducing the size of the driveable current area. In this case, magnetic flux control must be performed to move the current operating point so that the output voltage of the inverter becomes smaller. More specifically, weak magnetic flux control can be performed to cancel the magnetic flux of the permanent magnet by flowing a negative D-axis current within the same driving conditions. In the process of performing such weak flux control, it is also required to accurately generate the output torque required by the system, so the electric motor is operated so that the current operating point moves along a constant torque curve (a collection of current operating points representing the same output torque). This can be controlled.
3) MFPT(Minimum Flux Per Torque) 동작 영역에서의 제어3) Control in MFPT (Minimum Flux Per Torque) operating area
일정 토크 곡선 상의 전류 동작점이 발생시키는 공극 자속의 크기는 음의 D축 방향으로 이동하면서 감소하다가 다시 증가하는 추세를 나타낸다. 공극 자속의 크기가 감소하다가 증가하는 지점은 MFPT(Minimum Flux Torque) 동작점으로 지칭될 수 있다. MFPT 동작점은 전압 제한 타원과 일정 토크 곡선이 접하는 지점으로, 일정 토크 곡선 위의 최소 자속 동작점이며, 동시에 전압 제한 타원 위의 최대 토크 동작점일 수 있다.The size of the air gap magnetic flux generated by the current operating point on the constant torque curve shows a trend of decreasing and then increasing again as it moves in the negative D-axis direction. The point where the size of the air gap magnetic flux decreases and then increases may be referred to as the MFPT (Minimum Flux Torque) operating point. The MFPT operating point is the point where the voltage limit ellipse and the constant torque curve meet, and may be the minimum magnetic flux operating point on the constant torque curve, and at the same time, the maximum torque operating point on the voltage limit ellipse.
전동기의 각속도가 증가함에 따라 일정 토크 곡선을 벗어나야할 만큼 전압 제한 타원이 작아지는 경우, MFPT 동작점에서 전동기를 동작시키는 것이 요구 자속을 만족하며 가장 큰 토크를 발생시킬 수 있는 전략이 될 수 있다.As the angular speed of the motor increases, if the voltage limit ellipse becomes small enough to deviate from the constant torque curve, operating the motor at the MFPT operating point can be a strategy that satisfies the required magnetic flux and generates the largest torque.
도 3은 MFPT 동작 영역에서 전류 동작점이 이동하는 일례를 도시하는 도면이다.Figure 3 is a diagram showing an example of the current operating point moving in the MFPT operating area.
여러 일정 토크 곡선의 MFPT 동작점을 연결한 곡선은 MFPT 곡선이라고 지칭될 수 있다.A curve connecting the MFPT operating points of several constant torque curves may be referred to as an MFPT curve.
전동기의 각속도가 증가함에 따라 일정 토크 곡선에 포함된 전류 동작점 내에서 전동기의 구동이 어려워지는 경우, (a)에 도시된 바와 같이 MFPT 곡선 내의 전류 동작점에 기초하여 전동기가 제어될 수 있으며, 전동기의 각속도의 증가에 따라 전류 동작점은 전압 제한 타원의 중심을 향할 수 있다.As the angular speed of the motor increases, if it becomes difficult to drive the motor within the current operating point included in the constant torque curve, the motor may be controlled based on the current operating point within the MFPT curve as shown in (a), As the angular speed of the motor increases, the current operating point may point toward the center of the voltage limiting ellipse.
만일 (b)에 도시된 바와 같이 지령 토크(전동기가 목표 출력 토크)의 크기가 큰 경우, 전동기의 각속도가 증가함에 따라서, MFPT 곡선보다 전류 제한원을 따라 전류 동작점이 이동하다가 MFPT 곡선을 따라 전류 동작점이 결정될 수 있다.If the size of the command torque (target output torque of the motor) is large as shown in (b), as the angular speed of the motor increases, the current operating point moves along the current limiting source rather than the MFPT curve, and then the current decreases along the MFPT curve. The operating point can be determined.
또한, 전압 제한 타원의 중심이 전류 제한 원 외부에 존재하는 경우, MFPT 곡선이 아닌 전류 제한원을 따르는 전류 동작점이 선택될 수 있다.Additionally, if the center of the voltage limiting ellipse is outside the current limiting circle, a current operating point that follows the current limiting circle rather than the MFPT curve may be selected.
SPMSM의 경우 회전자 자기저항에 돌극성이 없기 때문에 Q축 전류에 의한 마그네틱 토크만이 발생하는 바, 일정 토크 곡선은 (c)에 도시된 바와 같이 Q 축에 평행한 형태로 주어질 수 있으며, 이를 따르는 방향으로 전류 동작점이 이동할 수 있음은 통상의 기술자가 이해할 것이다.In the case of SPMSM, since there is no salient polarity in the rotor reluctance, only magnetic torque is generated by the Q-axis current, and the constant torque curve can be given in a form parallel to the Q-axis as shown in (c). It will be understood by those skilled in the art that the current operating point may move in the following direction.
도 4a는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에 적용되는 전압 과변조 제어를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4A is a diagram for explaining voltage overmodulation control applied to a motor control method according to an embodiment.
인버터를 이용하여 전기자 권선에 흐르는 전류를 제어하기 위해서는 순시적으로 전압의 크기를 조절할 필요가 있다. 일반적으로 PWM(Pulse Width Modulation) 전압 스위칭 방식을 사용하여 평균적으로 원하는 크기의 전압을 출력하며, 이 경우, 정현파 지령 전압을 선형적으로 출력할 수 있는 진폭의 범위는 직류 전원의 진폭의 절반에 해당하는 로 제한될 수 있다. 전압 지령의 크기가 를 초과하는 경우, 지령 전압과 출력 전압 사이에 비선형성이 발생하게 되는데, 비선형성이 발생되는 영역을 과변조 영역으로 지칭될 수 있다.In order to control the current flowing in the armature winding using an inverter, it is necessary to instantaneously adjust the magnitude of the voltage. In general, the PWM (Pulse Width Modulation) voltage switching method is used to output a voltage of the desired size on average. In this case, the range of amplitude that can linearly output the sinusoidal command voltage is half of the amplitude of the DC power supply. doing may be limited to The size of the voltage command is If it exceeds , nonlinearity occurs between the command voltage and the output voltage, and the area where nonlinearity occurs may be referred to as an overmodulation area.
과변조 영역에서 원하는 전압 출력을 얻기 위해서는 전압 지령에 고조파를 적절히 포함시켜 지령 전압의 최대 크기를 제한 조건 이내로 유지하며, 전동기 코일 선간에 인가되는 유효 전압의 크기를 증가시켜야 하는데, 이러한 제어 기법은 과변조 제어로 지칭될 수 있다. 과변조 제어가 수행되는 정도는 하기의 수학식 9로 표현되는 과변조 지수 MI로 표현될 수 있다.In order to obtain the desired voltage output in the over-modulation region, harmonics must be appropriately included in the voltage command to maintain the maximum magnitude of the command voltage within the limiting conditions and the magnitude of the effective voltage applied between the motor coil lines must be increased. This control technique requires over-modulation. It may be referred to as modulation control. The degree to which overmodulation control is performed can be expressed as the overmodulation index MI expressed in Equation 9 below.
MI는 과변조 지수, 는 전동기에 인가되는 상전압, 는 인버터에 인가되는 직류 전압을 의미할 수 있다.MI is the overmodulation index; is the phase voltage applied to the motor, may mean a direct current voltage applied to the inverter.
인버터에 출력 가능한 최대 크기로 전압을 인가했을 때에, 최다 상전입 기본파의 크기는 이며, 이때의 변조지수 MI = 1.2732일 수 있다.When voltage is applied to the inverter at the maximum output size, the size of the largest phase-inversion fundamental wave is , and the modulation index at this time may be MI = 1.2732.
3상 전동기는 각 권선의 위상이 120도의 위상 차이를 가지고 있기 때문에, 3상 전압 출력 또한 120도의 위상 차이를 두고 출력될 필요가 있다.Since the phase of each winding of a three-phase motor has a phase difference of 120 degrees, the three-phase voltage output also needs to be output with a phase difference of 120 degrees.
도 4a에 도시된 바와 같이, 는 전동기의 상전압으로, 의 3상 전압 벡터의 조합에 기초하여 표현될 수 있다. 해당 전압은 회전자에서 발생되는 계자 자속의 각속도와 동기화되어 회전할 수 있는 벡터일 수 있다.As shown in Figure 4a, is the phase voltage of the motor, It can be expressed based on a combination of three-phase voltage vectors. The corresponding voltage may be a vector that can rotate in synchronization with the angular velocity of the field flux generated from the rotor.
전동기에서 최대로 출력될 수 있는 상전압 의 크기는 도면에 도시된 육각형 내부로 제한될 수 있다. 의 위상에 따라서 출력 가능한 전압의 최대 크기는 유동적으로 변화할 수 있다. 전동기는 육각형에 내접하는 까지는 위상에 관계 없이 지령 전압을 그대로 출력할 수 있으나, 그 이상의 크기의 지령 전압은 위상에 따라 출력이 제한될 수 있다.Phase-to-phase voltage that can be maximally output from the motor The size of may be limited to the inside of the hexagon shown in the drawing. Depending on the phase of , the maximum amount of voltage that can be output can vary flexibly. The electric motor is inscribed in a hexagon. Up to , the command voltage can be output as is regardless of the phase, but for command voltages larger than that, the output may be limited depending on the phase.
도 4b는 지령 전압의 크기에 따라 출력 상전압의 형태를 설명하기 위한 도면이다.Figure 4b is a diagram for explaining the form of the output phase voltage depending on the size of the command voltage.
도 4b를 참조하면, Part [A]에 해당하는 지령 전압에 대해서는 전압 지령을 그대로 출력이 가능할 수 있다.Referring to FIG. 4b, for the command voltage corresponding to Part [A], the voltage command may be output as is.
Part [B]에 해당하는 지령 전압(지령 전압이 를 초과)의 경우, 전동기에서 정현파 형태의 극전압으로 상전압 출력을 생성할 수 없다. 이 경우, 대칭 공간 전압 변조 방식이 적용될 수 있고, 이 경우, 도면에 도시된 바와 같이 상전압의 순간 최대 크기가 를 초과하지 않도록 전압 제어가 가능하여 상전압의 크기가 까지 선형적인 출력이 가능할 수 있다.The command voltage corresponding to Part [B] (the command voltage is In the case of (exceeding), the motor cannot generate a phase voltage output with a sinusoidal pole voltage. In this case, a symmetric spatial voltage modulation method may be applied, and in this case, as shown in the figure, the instantaneous maximum magnitude of the phase voltage is Voltage can be controlled so as not to exceed Linear output may be possible up to .
Part [C]에 해당하는 지령 전압(지령 전압이 를 초과) 극전압 지령의 변조에도 불구하고 지령 전압과 출력 전압의 비선형성이 발생하게 된다.The command voltage corresponding to Part [C] (the command voltage is exceeds) Despite the modulation of the polar voltage command, nonlinearity between the command voltage and the output voltage occurs.
일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에서는 위 영역에서 Volognani 과변조 기법을 적용할 수 있으며, Volognani 과변조 방법은 비특허 문헌 1 : [Silverio Bolognani, "Novel Digital Continuous Control of SVM Inverters in the Overmodulation Range", IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, 1997, VOL. 33, NO. 2]의 개시 내용을 통해 통상의 기술자가 용이하게 파악할 수 있다.In the motor control method according to one embodiment, the Volognani overmodulation technique can be applied in the above area, and the Volognani overmodulation method is described in Non-Patent Document 1: [Silverio Bolognani, "Novel Digital Continuous Control of SVM Inverters in the Overmodulation Range", IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, 1997, VOL. 33, NO. A person skilled in the art can easily understand through the disclosure of [2].
Part [D] 영역과 관련하여, 인버터에서 출력 가능한 최대 전압은 로 제한될 수 있다. 따라서, 제어 알고리즘을 통해 최대 전압 이상의 전압 지령이 생성되더라도 이는 실제 발생시킬 수 없는 전압에 해당하므로, 전압 지령의 위상은 유지한 채 크기는 로 제한시킬 필요가 있다. 도 4b에 도시된 파형은 Volognani 과변조 방법을 통해 크기의 전압 지령이 변조된 결과일 수 있다. 위와 같이 전동기의 최대 전압을 출력하도록 하는 제어는 6-Step 구동이라고 지칭될 수 있으며, 출력되는 상전압의 기본파 전압의 크기는 로 산출되며, 이는 인버터에서 물리적으로 발생시킬 수 있는 최대 전압 값일 수 있다.Regarding the Part [D] area, the maximum voltage that can be output from the inverter is may be limited to Therefore, even if a voltage command higher than the maximum voltage is generated through the control algorithm, this corresponds to a voltage that cannot be actually generated, so the phase of the voltage command is maintained while the size is reduced. There is a need to limit it to . The waveform shown in FIG. 4b may be the result of the voltage command being modulated through the Volognani overmodulation method. As above, the control that outputs the maximum voltage of the motor can be referred to as 6-Step driving, and the size of the fundamental wave voltage of the output phase voltage is It is calculated as , which may be the maximum voltage value that can be physically generated by the inverter.
도 4c는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에서 적용되는 Volognani 과변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.Figure 4c is a diagram for explaining the Volognani overmodulation method applied in the motor control method according to one embodiment.
도 4c를 참고하면, 앞선 도면을 통해 설명된 Part [C] 영역에 해당하는 상전압 는 하기 수학식 10을 통해 육각형 내부의 전압으로 변조될 수 있다.Referring to FIG. 4c, the phase voltage corresponding to the Part [C] area described in the previous drawing can be modulated into the voltage inside the hexagon through Equation 10 below.
는 Volognani 과변조를 통해 변조된 상전압, 는 의 위상각, 는 인버터에 인가된 직류 전압의 크기, 는 전동기에 인가된 상전압을 나타낼 수 있다. is the phase voltage modulated through Volognani overmodulation, Is The phase angle of is the magnitude of the direct current voltage applied to the inverter, can represent the phase voltage applied to the motor.
과변조 지수에 따라 생성된 출력 전압 및 전압의 파형은 도 4c 하단에 도시된 표와 같을 수 있다. 6-Step 구동을 하는 경우, 과변조 지수 MI = 1.3333으로 주어지지만, 이때 고조파 성분을 제외하고 실제 전동기에 유효하게 인가되는 전압의 크기에 대해서는 MI = 1.2732로 산출될 수 있다.The output voltage and voltage waveform generated according to the overmodulation index may be as shown in the table shown at the bottom of FIG. 4C. In the case of 6-step driving, the overmodulation index MI = 1.3333 is given, but at this time, excluding harmonic components, the magnitude of the voltage effectively applied to the actual motor can be calculated as MI = 1.2732.
도 4d는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에서 과변조 제어를 수행하는 과정에서 비선형성을 보상하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4D is a diagram illustrating a method of compensating for nonlinearity in the process of performing overmodulation control in a motor control method according to an embodiment.
일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치는 전동기 제어 방법을 수행하는 과정에서 전압 지령의 크기가 까지는 전압을 변조시킴으로써 전압 지령과 출력 전압의 크기를 동일하게 출력할 수 있다. 하지만, 보다 큰 전압 지령의 경우 과변조가 진행되는 과정에서, 제3 고조파 이외의 6n+(-)1dp 해당하는 홀수 차수 고조파가 포함되어 상 전류를 왜곡시킬 수 있다. 상전류 왜곡은 전동기 내에 진동을 일으키는 요인이 될 수 있으며, 전동기의 토크를 생성하는 유효 전압 성분이 아닐 수 있다. 정현파로 주어지는 전압 지령과 이를 과변조하여 실제 출력되는 극전압의 기본파 성분의 크기가 서로 다르기 때문에 비선형적인 출력 특성이 도 4d에 도시된 바와 같을 수 있다. 보다 구체적으로, 과변조에 의해 생성된 상전압 출력 파형은 고조파를 다수 포함할 수 있고, 전압 지령을 로 입력하였을 때에 전동기에 인가되는 상전압 기본파의 크기는 로 저감될 수 있다. 이에 따라 컴퓨팅 장치는 출력 전압의 기본파 성분이 전압 지령과 동일하도록 전압의 크기를 보상하여 전동기에 인가함으로써 성능 저하를 방지할 수 있다.The computing device according to one embodiment may change the size of the voltage command in the process of performing the motor control method. By modulating the voltage, the magnitude of the voltage command and output voltage can be output to be the same. but, In the case of a larger voltage command, in the process of overmodulation, odd-order harmonics corresponding to 6n+(-)1dp other than the third harmonic are included, which may distort the phase current. Phase current distortion may be a factor that causes vibration within the motor and may not be an effective voltage component that generates the torque of the motor. Since the magnitude of the fundamental wave component of the voltage command given as a sine wave and the polar voltage actually output by overmodulating it are different from each other, nonlinear output characteristics may be as shown in FIG. 4D. More specifically, the phase-to-phase voltage output waveform generated by overmodulation may include many harmonics, and the voltage command may be When input as , the size of the phase voltage fundamental wave applied to the motor is can be reduced. Accordingly, the computing device can prevent performance degradation by compensating the magnitude of the voltage and applying it to the motor so that the fundamental wave component of the output voltage is the same as the voltage command.
도 5는 일 실시예에 따른 전류 동작점 이동에 따른 손실의 경향성을 도시하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating loss trends according to current operating point movement according to one embodiment.
영구자석 동기 전동기의 전력 손실은 무부하손, 부하손으로 나뉠 수 있으며, 부하손은 동손, 표류부하손을 포함할 수 있고, 무부하손은 기계손 및 철손(히스테리시스손, 와류손)을 포함할 수 있다.The power loss of a permanent magnet synchronous motor can be divided into no-load loss and load loss. Load loss can include copper loss and stray load loss, and no-load loss can include mechanical loss and iron loss (hysteresis loss, eddy current loss). there is.
위 손실들 중 전동기의 효율에 영향을 끼치는 가장 주요한 손실 요인은 동손(Copper Loss)과 철손(Iron Loss)를 포함할 수 있다. 동손은 전동기 전기자 코일에 전류가 흐를 때에 발생하는 열에 의한 에너지 손실로써 전류의 제곱에 비례할 수 있다. 철손은 전동기 구동시 고정자 및 회전자의 코어에 쇄교하는 자속의 방향이 변동할 때 발생하는 손실로써, 와전류 손실과 히스테리시스 손실을 포함할 수 있다. 철손의 경우 다양한 파라미터를 통해 근사화하는 연구들이 진행되었으나, 수식적으로 철손을 정확하게 모델링하는 것은 매우 어려울 수 있다. 또한, 최대 효율 제어를 위한 전압 과변조 시에 포함되는 고조파 전류에 의해 철손 발생이 증가할 수 있으며, 주파수가 높은 고조파는 철손에 끼치는 영향을 수식적으로 표현하기 매우 어려울 수 있다.Among the above losses, the most important loss factors that affect the efficiency of electric motors include copper loss and iron loss. Copper loss is energy loss due to heat that occurs when current flows through the motor armature coil and can be proportional to the square of the current. Core loss is a loss that occurs when the direction of magnetic flux linking the core of the stator and rotor changes when an electric motor is driven, and may include eddy current loss and hysteresis loss. In the case of iron loss, studies have been conducted to approximate iron loss using various parameters, but it can be very difficult to accurately model iron loss mathematically. In addition, the occurrence of core loss may increase due to harmonic currents included during voltage overmodulation for maximum efficiency control, and it may be very difficult to express mathematically the effect of high-frequency harmonics on core loss.
도 5를 참고하면, 일정 토크 곡선 상에서 전류 동작점이 MFPT 곡선 방향으로 이동하는 경우, 전류의 크기가 증가함에 따라 동손의 크기가 증가하지만, 자속의 크기가 감소하여 철손의 크기는 감소할 수 있다. 반대로, 전류 동작점이 오른쪽 MTPA 곡선 방향으로 이동하는 경우, 전류의 크기가 감소하여 동손이 감소하지만, 자속의 크기가 증가하여 철손의 크기는 증가할 수 있다. 이처럼 전동기의 효율에 가장 큰 영향을 미치는 두 가지 손실 성분은 상호 반비례 관계를 나타내는 바, 통합 손실을 최소화하기 위하여 전류 동작점이 적절히 선택될 필요가 있다. Referring to FIG. 5, when the current operating point moves in the direction of the MFPT curve on the constant torque curve, the magnitude of copper loss increases as the magnitude of the current increases, but the magnitude of iron loss may decrease as the magnitude of magnetic flux decreases. Conversely, when the current operating point moves in the right MTPA curve direction, the magnitude of the current decreases and the copper loss decreases, but the magnitude of the magnetic flux increases and the magnitude of the iron loss may increase. As such, the two loss components that have the greatest impact on the efficiency of the motor are inversely proportional to each other, so the current operating point needs to be appropriately selected to minimize the integrated loss.
일 실시예에 따른 전동기 제어 방법은 전압 과변조 제어가 적용되는 바, 과변조 지수(MI: Modulation Index)의 변화에 따른 손실이 고려될 필요가 있다. 과변조 지수가 증가하는 경우, 전동기에 인가되는 전류는 감소하고, 전동기 내에 발생되는 자속은 증가하여 동손은 감소하고 철손은 증가할 수 있다. 반대로, 과변조 지수가 감소하는 경우, 전동기에 인가되는 전류는 증가하고, 전동기 내에 발생되는 자속은 감소하여 동손은 증가하고 철손은 감소할 수 있다. Since voltage overmodulation control is applied to the motor control method according to one embodiment, losses due to changes in overmodulation index (MI) need to be taken into consideration. When the overmodulation index increases, the current applied to the motor decreases and the magnetic flux generated within the motor increases, which may reduce copper loss and increase iron loss. Conversely, when the overmodulation index decreases, the current applied to the motor increases and the magnetic flux generated within the motor decreases, resulting in increased copper loss and decreased iron loss.
일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에서는 실측된 효율에 기반한 Look-Up Table을 통해 손실을 최소화하는 전류 동작점을 결정함으로써 모델링의 어려움에 대한 해결책을 제공할 수 있다.The motor control method according to one embodiment can provide a solution to modeling difficulties by determining the current operating point that minimizes loss through a look-up table based on actually measured efficiency.
도 6a는 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치가 자속-토크 전류맵을 생성하는 방법을 도시하는 도면이다.FIG. 6A is a diagram illustrating a method by which a computing device generates a flux-torque current map according to one embodiment.
일 실시예에 따르면, 컴퓨팅 장치는 전동기 제어를 위한 전류 동작점을 결정하기 위하여 자속-토크 전류맵을 활용할 수 있다. 자속-토크 전류맵은 목표 자속-토크(자속-토크 지령)로 전동기가 구동되도록 하는 전류 동작점(D축 전류 및 Q축 전류)을 대응되는 자속-토크와 매핑한 데이터일 수 있다.According to one embodiment, a computing device may utilize a flux-torque current map to determine a current operating point for motor control. The magnetic flux-torque current map may be data that maps the current operating point (D-axis current and Q-axis current) that causes the motor to be driven with the target magnetic flux-torque (magnetic flux-torque command) with the corresponding magnetic flux-torque.
자속-토크 전류맵은 D-Q축 전류 조합에 따라 발생되는 토크와 공극 자속을 테스트를 통해 측정하여 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 영구자석 동기 전동기를 다이나모 장치(테스트 장치)에 연결하여 구동 속도를 고정 시킨 뒤 전류의 크기/위상을 변경하며 자속(공극 자속) 및 토크 데이터를 측정함으로써, 개별 전류 동작점 별 자속 및 토크 데이터를 획득할 수 있다. 자속 및 토크 데이터를 획득하는 과정에서 다이나모의 구동 속도를 일정 수준으로 유지할 필요가 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 다이나모가 최대 토크를 유지할 수 있는 Base RPM보다 소정 수치 이하로 낮은 속도에서 다이나모를 구동할 수 있다. 이는 Base RPM보다 높은 속도에서 시험을 하는 경우, 공극 자속이 높은 전류 동작점에서 전압 여유가 부족하여 전류 제어가 불가능하며, 너무 낮은 속도에서는 인버터 출력 전압이 너무 작아져 공극 자속의 계산 데이터가 부정확해지기 때문일 수 있다.The magnetic flux-torque current map can be determined by measuring the torque and air gap magnetic flux generated according to the D-Q axis current combination through testing. More specifically, the computing device connects a permanent magnet synchronous motor to a dynamo device (test device) to fix the driving speed, then changes the magnitude/phase of the current and measures magnetic flux (air gap flux) and torque data to determine individual current operation. Magnetic flux and torque data for each point can be obtained. In the process of acquiring magnetic flux and torque data, it is necessary to maintain the driving speed of the dynamo at a certain level. More specifically, the computing device can drive the dynamo at a speed lower than the base RPM at which the dynamo can maintain maximum torque. This means that if the test is performed at a speed higher than the base RPM, current control is not possible due to insufficient voltage margin at the current operating point where the air gap magnetic flux is high, and at a speed that is too low, the inverter output voltage becomes too small and the calculation data of the air gap magnetic flux becomes inaccurate. It may be because of losing.
컴퓨팅 장치는 D-Q축 전류 지령으로 PI 전류 제어를 수행하며 정상 상태에 도달 후 얻어지는 수초 동안의 데이터를 평균하여 자속/토크 데이터를 획득할 수 있다. PI 전류 제어 결과를 활용함에 따라 결과가 빠른 주기로 변동할 수 있으며, 전류 제어기의 게인 값, 센서 오차 등에 의해 측정 결과에 오차가 발생될 수 있으며, 이는 찌그러진 형태의 자속-토크 전류맵을 생성할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 찌그러진 형태의 자속-토크 전류맵에 다항 회귀 방정식을 적용(자속, 토크에 대해 독립적으로 적용)하여 보다 매끄러운 형태의 자속-토크 전류맵을 생성할 수 있으며, 보정된 자속-토크 전류맵의 예시는 도 7에 도시된 바와 같다.The computing device performs PI current control using D-Q axis current commands and can obtain magnetic flux/torque data by averaging data for several seconds obtained after reaching a steady state. As the PI current control results are used, the results may fluctuate at a rapid cycle, and errors may occur in the measurement results due to the gain value of the current controller, sensor error, etc., which can generate a distorted magnetic flux-torque current map. there is. The computing device can generate a smoother flux-torque current map by applying a polynomial regression equation to the distorted flux-torque current map (applied independently for flux and torque), and the corrected flux-torque current map. An example of is as shown in Figure 7.
또한, 컴퓨팅 장치는 공극 자속 및 토크 데이터에 대한 보간을 통해 실제 실험이 진행되지 않은 데이터까지 반영된 보다 분해능이 향상된 자속-토크 전류맵을 생성할 수 있다.In addition, the computing device can generate a magnetic flux-torque current map with improved resolution that reflects even data for which no actual experiment was performed through interpolation of air gap magnetic flux and torque data.
일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치는 도 6a에 도시된 자속-토크에 따른 전류 동작점을 결정하는 프로세스를 수행하기 위하여, 앞서 설명된 자속-토크 전류맵을 활용하여 하기의 요소를 획득할 수 있다.The computing device according to one embodiment may obtain the following elements by utilizing the magnetic flux-torque current map described above in order to perform the process of determining the current operating point according to the magnetic flux-torque shown in FIG. 6A.
i) 동일한 토크를 발생시키는 전류 동작점의 집합인 일정 토크 곡선i) constant torque curve, which is a set of current operating points that produce the same torque;
ii) MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 곡선(원점으로부터 각각의 일정 토크 곡선까지 가장 가까운 점들을 연결한 곡선) : 동일한 토크를 내기 위해 전류 소모가 가장 낮은 전류 동작점의 집합 또는 동일한 전류 크기를 나타내는 전류 동작점들 중 가장 큰 토크를 발생하는 전류 동작점의 집합ii) MTPA (Maximum Torque Per Ampere) curve (curve connecting the closest points from the origin to each constant torque curve): A set of current operating points with the lowest current consumption to produce the same torque, or a current representing the same current size. A set of current operating points that generate the greatest torque among the operating points.
iii) MFPT(Minimum Flux Per Torque) 곡선(일정 토크 곡선 내에서 최소 자속의 크기를 갖는 전류 동작점들의 집합)iii) MFPT (Minimum Flux Per Torque) curve (a set of current operating points with the minimum magnetic flux size within a constant torque curve)
일전에 분해능을 향상하는 과정에 기인하여, MFPT 곡선을 도출하는 과정에서 데이터가 진동하는 경향이 발생할 수 있다. 직류 전원의 크기가 낮고 속도가 매우 높아 MFPT 동작점보다 더 작은 공극 자속을 유지해야 하는 경우 MFPT 곡선을 따라 전류 동작점이 선택되게 되는데, 앞서 설명된 진동하는 경향은 바람직한 결과 도출에 방해가 될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 수학식 11를 활용한 다중 회귀 분석을 통해 보다 매끄러운 MFPT 곡선을 도출할 수 있다. 보다 구체적으로, D-Q축 전류를 입력으로 합성 자속의 제곱을 출력하도록 설정하여 ai를 도출함으로써 보정된 MFPT 곡선을 도출할 수 있다.Due to the previous process of improving resolution, data may tend to oscillate in the process of deriving the MFPT curve. When the size of the DC power source is small and the speed is very high, so that the air gap flux must be maintained smaller than the MFPT operating point, the current operating point is selected along the MFPT curve, and the oscillating tendency described above can interfere with obtaining desirable results. . The computing device can derive a smoother MFPT curve through multiple regression analysis using Equation 11. More specifically, a corrected MFPT curve can be derived by deriving ai by setting the D-Q axis current as input to output the square of the resultant magnetic flux.
는 공극 자속, 는 D축 전류, 는 Q축 전류, ai는 임의의 계수를 나타낼 수 있다. is the air gap flux, is the D-axis current, is the Q-axis current, and ai can represent an arbitrary coefficient.
도 6a를 참조하면, 컴퓨팅 장치는 단계(610)에서 앞서 설명된 보정 및 분해능을 향상시킨 자속-토크 전류맵에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 단계(620)을 통해 토크 지령 를 설정하고, 단계(630)를 통해 에 대응되는 일정 토크 곡선을 도출할 수 있다(이 과정에서 컴퓨팅 장치는 일정 토크 곡선에 대한 선형 보간을 수행할 수 있다.). 일정 토크 곡선은 앞서 설명된 바와 같이 동일한 토크를 발생시키는 전류 동작점을 연결함으로써 도출될 수 있다.Referring to FIG. 6A, the computing device may receive data for the flux-torque current map with the improved correction and resolution described above in step 610. The computing device provides a torque command through step 620. , and through step 630 A constant torque curve corresponding to can be derived (in this process, the computing device can perform linear interpolation on the constant torque curve.). A constant torque curve can be derived by connecting the current operating points that produce the same torque as previously described.
컴퓨팅 장치는 단계(640)를 통해 MTPA 포인트(MTPA 동작점) 및 MFPT 포인트(MFPT 동작점)를 도출할 수 있다(실시예에 따라서 에 대응되는 MTPA 포인트 및 MFPT 포인트가 도출될 수 있다.). MTPA 포인트 및 MFPT 포인트는 앞서 설명된 MTPA 곡선 및 MFPT 곡선을 도출하는 방식에 기초하여 개별 포인트들이 도출될 수 있음은 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있다.The computing device may derive the MTPA point (MTPA operating point) and the MFPT point (MFPT operating point) through step 640 (depending on the embodiment) MTPA points and MFPT points corresponding to can be derived.). A person skilled in the art can easily understand that the MTPA point and the MFPT point can be derived as individual points based on the method of deriving the MTPA curve and MFPT curve described above.
컴퓨팅 장치는 단계(650)를 통해 자속 지령 를 설정하고, 단계(660)에서 자속 지령 이 MFPA 동작점의 자속 보다 작은지 여부를 결정할 수 있다. 단계(660)에서 이 보다 크거나 같은 것으로 결정된 경우, 컴퓨팅 장치는 단계(670)를 통해 자속 지령 이 MTPA 동작점의 자속 보다 크거나 같은지 여부를 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 단계(670)에서 이 보다 작은 경우, 단계(671)을 통해 일정 토크 곡선(실시예에 따라서 선형 보간이 수행된 일정 토크 곡선) 내에서 전류 동작점을 탐색할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 탐색된 전류 동작점을 및 에 대응시켜 최종 자속-토크 전류맵에 포함시킬 수 있다.The computing device commands the magnetic flux through step 650. Set the magnetic flux command in step 660 Magnetic flux at this MFPA operating point You can decide whether it is smaller than or not. At step 660 this If it is determined to be greater than or equal to Magnetic flux at this MTPA operating point You can determine whether it is greater than or equal to. The computing device at step 670 this If smaller, step 671 may search for the current operating point within the constant torque curve (a constant torque curve with linear interpolation, depending on the embodiment). The computing device determines the discovered current operating point. and It can be included in the final flux-torque current map by corresponding to .
컴퓨팅 장치는 자속 지령 이 MTPA 동작점 자속 보다 크거나 MFPT 동작점 자속 보다 작은 경우, 전류 조건을 소정의 범위로 제한하여 전류 동작점을 탐색할 수 있다. The computing device is a magnetic flux command This MTPA operating point flux greater than or equal to the MFPT operating point flux If it is smaller, the current operating point can be searched by limiting the current condition to a predetermined range.
보다 구체적으로, 단계(670)에서 이 보다 크거나 같은 것으로 결정된 경우, 컴퓨팅 장치는 단계(672)를 통해 MTPA 포인트를 전류 동작점으로 설정하여 최종 자속-토크 전류맵에 포함시킬 수 있다. 이는 MTPA 동작점보다 더 큰 자속을 내는 동작점은 전류의 크기가 커 효율이 오히려 감소되기 때문이다.More specifically, at step 670 this If determined to be greater than or equal to, the computing device may set the MTPA point as the current operating point through step 672 and include it in the final flux-torque current map. This is because the operating point that generates a larger magnetic flux than the MTPA operating point has a large current and thus reduces efficiency.
단계(660)에서 이 보다 작은 것으로 결정된 경우, 컴퓨팅 장치는 단계(680)을 통해 자속 지령 이 0인지 여부를 결정할 수 있다. At step 660 this If determined to be less than, the computing device directs the magnetic flux command through step 680. You can decide whether this is 0 or not.
단계(680)에서 이 0이 아닌 것으로 결정된 경우, 컴퓨팅 장치는 단계(681)를 통해 MFPT 곡선(실시예에 따라서 선형 보간이 수행된 곡선일 수 있음) 내에서 전류 동작점을 탐색하고, 탐색된 전류 동작점을 및 에 대응시켜 최종 자속-토크 전류맵에 포함시킬 수 있다. 이는 MFPT 동작점 보다 더 작은 자속 지령의 경우, 전압이 부족하여 토크를 유지하지 못하는 자속 지령에 해당하기 때문이다. 따라서, 컴퓨팅 장치는 MFPT 곡선 내에서 자속 지령을 만족하는 동작점을 선택함으로써 전동기를 구동시킬 수 있는 동작점 중 가장 큰 토크를 발생시키는 동작점을 선택할 수 있다.At step 680 If it is determined to be non-zero, the computing device searches for a current operating point within the MFPT curve (which may be a linearly interpolated curve, depending on the embodiment) through step 681, and selects the searched current operating point as and It can be included in the final flux-torque current map by corresponding to . This is because a magnetic flux command smaller than the MFPT operating point corresponds to a magnetic flux command that cannot maintain torque due to insufficient voltage. Therefore, the computing device can select the operating point that generates the largest torque among the operating points that can drive the electric motor by selecting the operating point that satisfies the magnetic flux command within the MFPT curve.
단계(680)에서 이 0인 것으로 결정된 경우, 컴퓨팅 장치는 단계(682)를 통해 D축 전류 동작점 및 Q축 전류 동작점 를 (는 회전자 영구 자석에 의해 고정자 권선에 쇄교하는 자속의 크기, 는 D축 인덕턴스)로 설정하여 이를 최종 자속 토크 전류맵의 전류 동작점으로 포함시킬 수 있다.At step 680 If is determined to be 0, the computing device proceeds through step 682 to determine the D-axis current operating point. and Q-axis current operating point cast ( is the magnitude of the magnetic flux linked to the stator winding by the rotor permanent magnets, can be set to the D-axis inductance and included as the current operating point of the final magnetic flux torque current map.
도 6b는 도 6a의 절차를 거쳐 생성된 최종 자속-토크 전류맵의 일례를 도시하는 도면이다. 최종 자속-토크 전류맵은 자속 지령 및 토크에 대응하는 D축 전류 동작점 및 Q축 전류 동작점을 포함하는 형태로, 컴퓨팅 장치는 최종 자속-토크 전류맵를 활용하여 자속 지령 및 토크 지령에 대응하는 전류 동작점을 산출할 수 있다. FIG. 6B is a diagram illustrating an example of the final magnetic flux-torque current map generated through the procedure of FIG. 6A. The final magnetic flux-torque current map includes the D-axis current operating point and Q-axis current operating point corresponding to the magnetic flux command and torque, and the computing device utilizes the final magnetic flux-torque current map to respond to the magnetic flux command and torque command. The current operating point can be calculated.
도 6c 및 도 6d는 최종 자속-토크 전류맵 생성 과정에서 데이터 보정에 따른 결과를 예시적으로 도시한 도면이다.Figures 6c and 6d are diagrams exemplarily showing the results of data correction in the process of generating the final magnetic flux-torque current map.
도 6c를 참조하면, 데이터 보정을 통해 데이터의 진동이 저감하는 것을 확인할 수 있다. 소정 임계치 이상의 속도 및 소정 임계치 이하의 전압 상태에서 MFPT 곡선 위에서 전동기가 동작하도록 한 뒤, 동일한 부하 변동을 입력한 경우, 보정 전의 경우 동일한 부하 변동에도 불구하고 전류 지령이 매우 크게 변동하는 것이 확인되었으나, 보정이 완료된 전류맵의 경우 변동이 크지 않음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 6c, it can be seen that data vibration is reduced through data correction. When the motor was allowed to operate on the MFPT curve at a speed above a predetermined threshold and a voltage below a predetermined threshold, and then the same load change was input, it was confirmed that the current command fluctuated very significantly despite the same load change before compensation. In the case of the corrected current map, it can be seen that the change is not large.
앞서 설명한 바와 같이, 컴퓨팅 장치는 최종 자속-토크 전류맵 생성 과정에서 다중/다항 회귀를 활용하여 데이터 보정을 수행함으로써 데이터 내에 진동을 저감할 수 있다.As previously described, the computing device can reduce vibration in the data by performing data correction using multiple/polynomial regression in the process of generating the final flux-torque current map.
도 6c에 나타난 D-Q축 전류의 변동을 시간에 따라 도시한 도 6d를 참고하면, 보정되지 않은 전류맵을 사용하는 경우, D축 전류가 수십 A까지 변동하며 제어되지만, 보정된 전류 맵을 사용하는 경우, 부하의 크기에 따라 필요한 만큼의 전류 크기만이 변동되는 것이 확인된다.Referring to FIG. 6d, which shows the variation of the D-Q axis current shown in FIG. 6c over time, when using an uncorrected current map, the D-axis current is controlled to fluctuate up to tens of A, but when using a corrected current map, the D-axis current is controlled to fluctuate up to tens of A. In this case, it is confirmed that only the required amount of current changes depending on the size of the load.
또한, 부하에 따른 속도의 변동을 시간에 따라 나타낸 도 6d의 우측 도면을 참고하면, 보정되지 않은 전류맵을 사용한 경우, 부하 토크의 변동에 비해 속도 파형이 왜곡되어 비교적 크게 변동한다. 이는 보정되지 않은 MFPT 곡선 내에서 전류 동작점 이동 시 발생 토크의 크기가 비선형적인 특성을 나타냄을 의미할 수 있다. 이와 달리, 보정된 전류 맵을 적용한 경우, 부하 토크의 파형과 속도 변동이 선형적인 특징을 나타냄을 확인할 수 있다.Additionally, referring to the right side diagram of FIG. 6D showing the change in speed according to load over time, when an uncorrected current map is used, the speed waveform is distorted and fluctuates relatively significantly compared to the change in load torque. This may mean that the magnitude of the torque generated when the current operating point moves within the uncorrected MFPT curve exhibits non-linear characteristics. In contrast, when the corrected current map is applied, it can be seen that the waveform of the load torque and the speed change exhibit linear characteristics.
도 8a는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8A is a diagram for explaining a method of controlling an electric motor according to an embodiment.
도 8a를 참조하면, 전동기 회전자의 각속도에 따라 3가지 영역으로 구동 영역이 구분될 수 있다.Referring to FIG. 8A, the driving area can be divided into three areas depending on the angular speed of the electric motor rotor.
저속 영역인 Part[A]는 전동기의 회전자 각속도가 Base RPM 미만으로 낮고, 인버터에 인가되는 직류 전압의 크기가 충분이 높은 경우로 전압 여유(인버터에서 출력 가능한 최대 상전압과 전기자 코일에 유기된 역기전력의 크기 차이)가 높기 때문에, 컴퓨팅 장치는 단위 전류당 최대 토크를 내는 MTPA 전류 동작점을 선택하여 전동기를 제어할 수 있다. 이 경우, 토크 대비 전류의 크기가 가장 작은 전류 동작점이 선택되기 때문에 동손을 최소화할 수 있다. Part[A]의 경우 과변조 지수를 로 설정하여 고조파를 발생시키지 않고 전압을 출력할 수 있는 영역일 수 있다.Part [A], the low-speed area, is a case where the rotor angular speed of the motor is low below Base RPM and the magnitude of the DC voltage applied to the inverter is sufficiently high, and the voltage margin (maximum phase voltage that can be output from the inverter and the voltage induced in the armature coil) is high enough. Because the magnitude difference in back EMF is high, the computing device can control the motor by selecting the MTPA current operating point that produces the maximum torque per unit current. In this case, copper loss can be minimized because the current operating point with the smallest amount of current compared to torque is selected. For Part[A], the overmodulation index is It may be an area where voltage can be output without generating harmonics by setting it to .
Part[A] 이상으로 속도가 증가하여 전압 여유가 부족해지는 Part[B]의 경우, 전압 여유 확보를 위하여 최적의 전류 동작점이 선택되어야 한다. 이를 위해 컴퓨팅 장치는 약자속 제어와 과변조 제어를 적절히 조합하여 시스템의 통합 손실이 최소화되는 전류 동작점을 결정할 필요가 있다. 컴퓨팅 장치는 인 동작점을 기준으로 전압 변조 지수 MI를 변화시키며 측정된 효율을 통해 최고 효율로 구동되는 전압 변조 지수를 데이터베이스화한 최적 MI Table을 활용하여 전류 동작점을 결정할 수 있다. Part[B]의 전동기 각속도 조건은 일정한 토크를 유지하며 속도를 높일 수 있는 최대 속도 범위일 수 있다. 토크와 각속도의 곱으로 계산되는 출력 전력이 항상 동일하게 유지되기 때문에 손실 성분 변동에 의한 입력 전력 변화에만 관심을 가지면 최고 효율을 달성하는 과변조 지수 및 이에 대응하는 전류 동작점을 결정할 수 있다. 즉, 출력 전력이 동일하게 유지되는 상황에서 입력 전력의 크기가 최소가 되는 과변조 지수를 Table화함으로써 최적 MI Table이 생성될 수 있다. 일정 토크 곡선을 벗어나야할 만큼 전동기의 각속도가 높아지는 경우, 입력 전력 뿐만 아니라 출력 전력 자체가 변동하는 영역이 되기 때문에 추가적인 논의가 필요할 수 있다. 컴퓨팅 장치가 Part[B] 영역에서 최적 MI Table을 활용하여 전동기를 제어하는 구체적인 방식은 이하 첨부되는 도면을 통해 보다 상세하게 설명된다.In the case of Part[B], where the speed increases beyond Part[A] and the voltage margin becomes insufficient, the optimal current operating point must be selected to secure the voltage margin. To this end, the computing device needs to determine the current operating point at which the integrated loss of the system is minimized by appropriately combining flux weakening control and overmodulation control. Computing devices are The voltage modulation index MI is changed based on the operating point, and the current operating point can be determined by using the optimal MI Table, which databases the voltage modulation index driven at the highest efficiency through the measured efficiency. The motor angular speed condition in Part[B] may be the maximum speed range that can increase speed while maintaining a constant torque. Since the output power calculated as the product of torque and angular velocity always remains the same, by only paying attention to the change in input power due to the change in loss component, the overmodulation index that achieves the highest efficiency and the corresponding current operating point can be determined. In other words, in a situation where the output power remains the same, the optimal MI Table can be created by tabulating the overmodulation index that minimizes the size of the input power. If the angular speed of the motor becomes high enough to deviate from the constant torque curve, additional discussion may be necessary because not only the input power but also the output power itself becomes a variable area. The specific method by which the computing device controls the electric motor using the optimal MI Table in the Part [B] area is explained in more detail through the accompanying drawings.
토크의 크기를 유지하지 못하고 토크 크기를 감소시켜야 하는 고속 영역인 Part[C]의 경우, 컴퓨팅 장치는 과변조 지수를 최대값인 로 전동기를 구동시킬 수 있다. 이는 전동기가 출력 가능한 최대 토크 및 속도 영역이 확장되기 때문일 수 있다. 녹색으로 표현된 MFPT 곡선 위에서는 전류의 동작점이 아래로 이동할수록 자속의 크기가 작아져 전압 여유 확보가 가능하지만, 토크의 크기도 감소한다. 컴퓨팅 장치는 MFPT 곡선 위에서 전동기가 동작하는 고속 영역에서는 전압 변조 지수를 최대값인 로 설정하여 전동기를 제어할 수 있다. 이를 통해 컴퓨팅 장치는 전압 여유를 확보하여 전류 동작점의 위치를 윗 방향으로 이동시킴으로써 출력 가능한 최대 토크를 더 크게 확보할 수 있으며, 효율을 최대화할 수 있다. 이는 전압 변조지수를 최대로 설정함으로써 철손이 증가하여 입력 전력이 증가하는 것에 비해 발생 토크가 증가함으로써 출력 전력이 증가하는 비율이 더 크기 때문이다. In the case of Part[C], a high-speed region where the torque magnitude cannot be maintained and the torque magnitude must be reduced, the computing device sets the overmodulation index to the maximum value. The electric motor can be driven by . This may be because the maximum torque and speed range that the motor can output is expanded. On the MFPT curve expressed in green, as the operating point of the current moves downward, the magnitude of the magnetic flux decreases, making it possible to secure voltage margin, but the magnitude of torque also decreases. The computing device sets the voltage modulation index to the maximum value in the high-speed region where the motor operates above the MFPT curve. You can control the motor by setting it to . Through this, the computing device can secure a voltage margin and move the position of the current operating point upward, thereby securing a larger maximum torque that can be output and maximizing efficiency. This is because the rate of increase in output power due to an increase in generated torque is greater than the increase in input power due to an increase in core loss by setting the voltage modulation index to the maximum.
도 8b는 타 선행 문헌에 따른 전동기 제어 방식과 일 실시예에 따른 전동기 제어 방식의 전류 동작점 선택 방식을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8B is a diagram for explaining and comparing the current operating point selection method of the motor control method according to other prior literature and the motor control method according to one embodiment.
전동기의 구동 각속도가 이고, 직류 전압(DC-Link 전압)이 로 주어진 경우, 과변조 제어가 수행되지 않은 전압 제한 타원은 'B'로 나타날 수 있다. 과변조 제어를 수행하지 않고 동손만을 고려하는 고전 제어 방식의 경우, 일정 토크 곡선과 전압 제한 타원의 교점인 'b'전류 동작점에서 전동기가 구동될 수 있다. 과변조 제어를 수행하지 않는 범위 내에서 철손까지 고려하는 LMC 방식(비특허 문헌 2 : [S. Morimoto, "Loss Minimization Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Drives", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Oct 1994, Volume 41, Issue 5]에 기재)및 SC 방식(비특허 문헌 3 : [S. Vaez, V. I. John, and M. A. Rahman, "An on-line loss minimization controller for interior permanent magnet motor drives", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 14, No. 4, December 1999])의 경우 통합 손실의 크기를 감소시키기 위해 'a'점에서 구동하며, 이때 효율은 동손만을 고려하는 방식에 비해 약 0.2~0.7% 가량 개선될 수 있다.The driving angular speed of the electric motor is And the direct current voltage (DC-Link voltage) is In the case given, the voltage limit ellipse for which overmodulation control is not performed may appear as 'B'. In the case of a classical control method that does not perform overmodulation control and only considers copper loss, the motor can be driven at the 'b' current operating point, which is the intersection of the constant torque curve and the voltage limit ellipse. LMC method that considers iron loss within the range of not performing overmodulation control (Non-patent Document 2: [S. Morimoto, "Loss Minimization Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Drives", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Oct 1994, Volume 41 , Issue 5] and SC method (Non-patent Document 3: [S. Vaez, VI John, and MA Rahman, "An on-line loss minimization controller for interior permanent magnet motor drives", IEEE Transactions on Energy Conversion, In the case of [Vol. 14, No. 4, December 1999]), it is driven at point 'a' to reduce the size of the integrated loss, and at this time, the efficiency can be improved by about 0.2 to 0.7% compared to the method that only considers copper loss. .
의 각속도 조건에서 과변조 제어를 수행하는 경우, 전류 동작 영역은 최대 타원 'A'의 크기까지 확장될 수 있다. 이 경우, 전압 이용률(과변조 지수)를 무조건 최대로 활용하는 6-Step 동장 방식의 경우, 'd' 전류 동작점에서 전동기가 구동될 수 있다. 'd' 전류 동작점의 경우, 전동기의 동손이 가장 작아지는 동작점이며, 'b' 전류 동작점에 비해 효율이 최대 1.7% 수준으로 향상될 수 있다. When performing overmodulation control under angular velocity conditions, the current operating area can be expanded up to the size of ellipse 'A'. In this case, in the case of the 6-Step motor method that unconditionally maximizes the voltage utilization rate (overmodulation index), the motor can be driven at the 'd' current operating point. In the case of the 'd' current operating point, it is the operating point where the copper loss of the motor is the smallest, and compared to the 'b' current operating point, efficiency can be improved to a maximum of 1.7%.
일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에서 컴퓨팅 장치는 최적 MI Table을 활용하여 전류 동작점을 결정함으로써 과변조 제어 영역에서 통합 손실이 가장 작아지는 'c'전류 동작점에서 구동하도록 전동기를 제어할 수 있다. 'c' 동작점에서 구동되는 전동기의 효율은 'd' 동작점에 비해 추가적으로 0.3% 효율이 개선되며 'b'동작점에 비해 최대 2%의 효율 개선을 기대할 수 있다.In the motor control method according to one embodiment, the computing device determines the current operating point using the optimal MI Table, thereby controlling the motor to drive at the 'c' current operating point where the integrated loss is the smallest in the overmodulation control area. . The efficiency of a motor driven at the 'c' operating point is improved by an additional 0.3% compared to the 'd' operating point, and an efficiency improvement of up to 2% compared to the 'b' operating point can be expected.
전동기의 각속도가 로 증가하는 경우, 과변조 제어를 수행하지 않는 경우 전압 제한 타원의 크기는 'D'타원으로 주어질 수 있으며, 일정 토크 곡선 위의 전류 동작점을 선택할 수 없기 때문에, MFPT 곡선 위에서 발생 가능한 최대 토크를 발생시킴으로써 출력 전력을 최대화할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 전동기의 각속도가 증가하는 경우, 과변조 제어를 수행하여 전류 제한 타원의 크기를 'C'의 크기로 확장하고, 'f' 전류 동작점에서 전동기가 구동되도록 할 수 있다. 이 경우, 기존 'e' 동작점에 비하여 발생 가능한 최대 토크의 크기는 27%까지 확장될 수 있다. 'f' 동작점은 해당 영역에서 전동기의 출력을 최대한으로 활용하는 전류 동작점이며, 구동 효율 또한 최대가 되는 전류 동작점일 수 있다.The angular speed of the motor is In the case where overmodulation control is not performed, the size of the voltage limit ellipse can be given by the 'D' ellipse, and since the current operating point above the constant torque curve cannot be selected, the maximum torque that can be generated above the MFPT curve is The output power can be maximized by generating When the angular velocity of the motor increases, the computing device may perform overmodulation control to expand the size of the current limit ellipse to the size of 'C' and cause the motor to be driven at the 'f' current operating point. In this case, the maximum torque that can be generated can be expanded by 27% compared to the existing 'e' operating point. The 'f' operating point is a current operating point that maximizes the output of the motor in the corresponding area, and may also be a current operating point that maximizes driving efficiency.
결론적으로, 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치는 일정 토크 곡선 영역에서는 최적 MI Table을 활용하여 동일한 각속도, 토크 및 직류 전압 조건에서 최대 효율을 달성할 수 있으며, MFPT 곡선 영역에서는 최대 변조 지수에 따른 전류 동작점을 선택하여 6-Step 방식과 동일한 출력을 나타낼 수 있으며, 저속 영역에서는 MTPA 구동점에서 동작함으로써 각속도 영역 전반에 걸쳐 높은 효율로 전동기를 제어할 수 있다.In conclusion, the computing device according to one embodiment can achieve maximum efficiency under the same angular velocity, torque, and direct current voltage conditions by utilizing the optimal MI Table in the constant torque curve area, and current operation according to the maximum modulation index in the MFPT curve area. By selecting a point, the same output as the 6-Step method can be displayed, and by operating at the MTPA driving point in the low speed range, the motor can be controlled with high efficiency throughout the angular speed range.
도 9는 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치가 최적 MI Table을 활용하여 전류 동작점을 결정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating how a computing device determines a current operating point using an optimal MI Table according to an embodiment.
컴퓨팅 장치는 붉은색으로 마킹된 MI 피드백 제어를 통해 최적의 과변조 지수를 능동적으로 유지하며 전동기가 최적의 효율을 발생시키도록 할 수 있다. 도 9의 제어 방식은 앞서 설명된 내용에서 일정 토크 곡선 영역에 대응되는 각속도 범위에서 전동기가 구동하는 경우일 수 있다.The computing device can actively maintain the optimal overmodulation index through MI feedback control, marked in red, and enable the motor to generate optimal efficiency. The control method of FIG. 9 may be a case where the electric motor is driven in an angular speed range corresponding to a constant torque curve area as described above.
컴퓨팅 장치는 전압 지령 및 각속도 지령에 대한 입력을 통해 수학식 12을 이용하여 제1 자속 지령 을 산출할 수 있다. 전압 지령 은 전동기에 인가고자 상전압의 크기를 의미할 수 있으며, 각속도 지령 은 전동기가 구동되는 각속도의 크기를 의미할 수 있다.The computing device provides a first magnetic flux command using Equation 12 through input of the voltage command and the angular velocity command. can be calculated. voltage command can refer to the size of the phase-to-phase voltage to be applied to the motor, and the angular speed command may mean the size of the angular speed at which the electric motor is driven.
또한, 컴퓨팅 장치는 현재 속도 와 속도 지령 을 입력으로 하는 PI 제어를 통해 토크 지령 을 산출할 수 있다.Additionally, the computing device is currently and speed command Torque command through PI control with as input can be calculated.
컴퓨팅 장치는 자속 지령 보정 Table(910)을 통해 를 보정하여 실제 공극 자속을 로 만드는 전류 동작점을 산출하는 보정된 자속 지령인 제2 자속 지령 를 산출할 수 있다. 앞서 설명된 최종 자속-토크 전류 맵을 생성하는 과정에서 나타나는 오차 요인들로 인하여, 전동기의 공극 자속이 로 출력되지 않을 수 있는 바, 컴퓨팅 장치는 자속 지령 보정 Table(910)를 통해 제1 자속 지령 를 제2 자속 지령 으로 보정할 수 있다. 자속 지령 보정 Table(910)은 주어진 직류 전압()와 각속도()로부터 실제 공극 자속이 로 출력되도록 하는(MI가 1.1547이 되도록 하는) 자속 지령 을 미리 실험을 통해 테이블화한 것일 수 있다.The computing device uses the magnetic flux command correction table (910) to By correcting the actual air gap magnetic flux The second magnetic flux command is a corrected magnetic flux command that calculates the current operating point. can be calculated. Due to error factors that appear in the process of generating the final flux-torque current map described above, the air gap flux of the motor Since it may not be output, the computing device sends the first magnetic flux command through the magnetic flux command correction table 910. The second magnetic flux command It can be corrected. The magnetic flux command correction table 910 is a given direct current voltage ( ) and angular velocity ( ), the actual air gap magnetic flux is from Magnetic flux command to be output as (MI to be 1.1547) may have been tabled in advance through experimentation.
컴퓨팅 장치는 제2 자속 지령 과 최적 MI Table(920)를 활용하여 산출된 제3 자속 지령 을 합산하여 제4 자속 지령 을 산출할 수 있다. 제3 자속 지령 은 전동기가 최대 효율을 나타내도록 하는 MI로 전동기가 제어되도록 하기 위한 보정 값으로, 수학식 13을 통해 제4 자속 지령 이 산출될 수 있다.The computing device provides a second magnetic flux command and the third magnetic flux command calculated using the optimal MI Table (920) By adding up the fourth magnetic flux command can be calculated. Third magnetic flux command is a correction value to ensure that the motor is controlled with MI that allows the motor to exhibit maximum efficiency, and is the fourth magnetic flux command through Equation 13. This can be calculated.
보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 최적 MI Table(920)를 활용하여 주어진 류 전압() 및 각속도()에서 최대 효율을 나타내는 MI 지령 를 산출할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 수학식 14를 통해 전류 제어 결과 출력된 D-Q축 전압으로부터 MI 피드백값 을 산출하고, 및 가 서로 일치되도록 MI PI 제어를 수행함으로써 제3 자속 지령 을 산출할 수 있다.More specifically, the computing device utilizes the optimal MI Table 920 to determine the given current voltage ( ) and angular velocity ( ) MI command indicating maximum efficiency at can be calculated. The computing device determines the MI feedback value from the DQ axis voltage output as a result of current control through Equation 14. Calculate and Third magnetic flux command by performing MI PI control to match each other can be calculated.
는 전류 제어에 따라 현재 출력된 D축 전압, 는 전류 제어에 따라 현재 출력된 Q축 전압을 의미할 수 있다. is the D-axis voltage currently output according to current control, may mean the currently output Q-axis voltage according to current control.
컴퓨팅 장치는 제4 자속 지령 및 토크 지령 을 전류를 D축 전류 LookUp Table(931) 및 Q축 전류 LookUp Table(932)에 입력하여 전류 지령 및 을 산출할 수 있다. D축 전류 LookUp Table(931) 및 Q축 전류 LookUp Table(932)은 앞서 설명된 최종 자속-토크 전류맵을 각각 D축 전류 동작점 및 Q축 전류 동작점에 대하여 테이블화한 것일 수 있다. 각각의 전류 지령 및 은 제4 자속 지령 및 토크 지령 에 따라 전동기가 구동되도록 하는 전류 동작점에 대응될 수 있다. D축 전류 LookUp Table(931) 및 Q축 전류 LookUp Table(932)에 입력되는 자속 지령이 증가하는 경우 보다 큰 공극 자속을 발생시키는 전류 지령이 생성되어 전동기에 인가되는 전압의 크기도 증가할 것이다. 이에 따라 과변조 지수 역시도 커지는 방향 전류 동작점이 이동하고, 이에 대응하여 전동기의 동작이 제어될 수 있으며, 자속 지령이 감소하는 경우, 과변조 지수가 감소하는 방향으로 전동기의 동작이 제어될 수 있다.Computing device is the fourth magnetic flux command and torque command Command the current by inputting the current into the D-axis current LookUp Table (931) and the Q-axis current LookUp Table (932). and can be calculated. The D-axis current LookUp Table 931 and the Q-axis current LookUp Table 932 may be a table of the final flux-torque current map described above with respect to the D-axis current operating point and the Q-axis current operating point, respectively. Each current command and is the fourth magnetic flux command and torque command It may correspond to the current operating point that causes the motor to be driven. If the magnetic flux command input to the D-axis current LookUp Table (931) and the Q-axis current LookUp Table (932) increases, a current command that generates a larger air gap magnetic flux will be generated, and the magnitude of the voltage applied to the motor will also increase. Accordingly, the current operating point moves in the direction in which the overmodulation index also increases, and the operation of the motor can be controlled correspondingly. When the magnetic flux command decreases, the operation of the motor can be controlled in the direction in which the overmodulation index decreases.
컴퓨팅 장치는 전류 지령 , 및 현재 전류 , 를 입력으로 하는 전류 PI 제어기(934, 935)을 통해 제1 전압 지령 , 을 산출할 수 있다. 전류 PI 제어기(934, 935)는 현재 전류 , 가 전류 지령 , 의 크기가 될 때까지 필요한 전압을 능동적으로 추적할 수 있다. 보다 구체적으로, 공극 자속이 커지는 방향으로 전류 지령 , 을 입력하면, 전류 동작점이 이동하며 역기전력이 증가하고, 전류 PI 제어기(934, 935)는 전류 지령 , 을 달성하기 위하여, 제1 전압 지령 , 의 크기를 증가시킬 수 있다. 이 때에 전압이 부족할 만큼 역기전력이 커지는 경우, 전압 여유 확보를 위하여 컴퓨팅 장치는 과변조 제어를 수행할 수 있다. 반대로, 공극 자속이 작아지는 방향으로 전류 지령 , 이 입력되는 경우, 전류 PI 제어기(934, 935)는 제1 전압 지령 , 의 크기를 감소시켜 과변조 지수가 감소하게 된다.The computing device is a current command , and current current , The first voltage command is provided through the current PI controller (934, 935) with input. , can be calculated. Current PI controllers (934, 935) control the current current , current command , You can actively track the required voltage until it reaches the size of . More specifically, the current is commanded in the direction in which the air gap magnetic flux increases. , When input, the current operating point moves and the back electromotive force increases, and the current PI controllers (934, 935) provide a current command. , In order to achieve, the first voltage command , The size can be increased. At this time, if the back electromotive force becomes large enough to provide insufficient voltage, the computing device may perform overmodulation control to secure the voltage margin. Conversely, the current command is directed in the direction where the air gap magnetic flux decreases. , When this is input, the current PI controllers (934, 935) provide the first voltage command. , By reducing the size of , the overmodulation index decreases.
컴퓨팅 장치는 제1 전압 지령 , 에 대한 과변조를 통해 3상 전압 , , 을 생성하고, 생성된 3상 전압 , , 을 모터에 인가할 수 있다. 제1 전압 지령 , 을 합성한 합성 전압 지령의 크기 가 를 초과하는 경우, 컴퓨팅 장치는 비선형 전압 지령 보상 Table(940)를 통해 제1 전압 지령 , 의 크기를 보상하여 제2 전압 지령 , 을 생성할 수 있다. 이는 앞서 도 4d를 통해 설명한 바와 같이 의 크기를 초과하는 전압 지령을 과변조하는 경우, 전동기에 유효하게 가해지는 전압의 크기가 보다 작아지기 때문이다. 따라서, 컴퓨팅 장치는 과변조 지수가 1.1547을 초과하는 변조 영역에 대해서는 제2 전압 지령 , 을 생성하는 프로세스를 수행할 수 있다.The computing device provides a first voltage command , 3-phase voltage through overmodulation for , , generates, and the generated three-phase voltage , , can be applied to the motor. 1st voltage command , The size of the combined voltage command go If it exceeds, the computing device provides the first voltage command through the non-linear voltage command compensation table 940. , Second voltage command by compensating for the size of , can be created. As previously explained in Figure 4d, When overmodulating a voltage command that exceeds the size of Because it becomes smaller. Accordingly, the computing device provides a second voltage command for the modulation region in which the overmodulation index exceeds 1.1547. , You can perform the process of creating .
도 10a는 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치가 최적 MI Table을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10A is a diagram illustrating a method by which a computing device generates an optimal MI Table according to an embodiment.
도 10a를 참조하면, 컴퓨팅 장치는 특정 각속도, 직류 전압 및 출력 토크 조건에서 과변조 지수 MI를 제어하여 최대 효율을 나타내는 전류 동작점을 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 출력 토크, 배터리 전압 및 각속도를 변경하며 과변조 지수 MI = 1.1547인 점을 기준으로 과변조 지수 MI를 변화시키며 최고 효율(출력 전력/입력 전력)을 나타내는 과변조 지수를 테이블화할 수 있다. 도 10a의 경우, MI = 1.1547이 동그라미로 표시되어 있으며, 각 동그라미 위에 최고 효율을 나타내는 과변조 지수가 표기된 형태일 수 있다.Referring to FIG. 10A, the computing device can calculate a current operating point representing maximum efficiency by controlling the overmodulation index MI under specific angular velocity, direct current voltage, and output torque conditions. More specifically, the computing device changes the output torque, battery voltage, and angular velocity, and changes the overmodulation index MI based on the overmodulation index MI = 1.1547, and determines the overmodulation index representing the highest efficiency (output power/input power). It can be converted into a table. In the case of FIG. 10A, MI = 1.1547 is indicated by a circle, and the overmodulation index indicating the highest efficiency may be indicated above each circle.
모든 동작 지점에 대하여 최적의 과변조 지수를 측정하는 것이 가장 좋으나 많은 시간과 노력이 필요한 작업으로, 특정 지점에 대해 측정된 최적의 MI 값을 기준으로 내삽 또는 외삽을 통해 데이터를 확장하여 최적 MI 테이블을 작성할 수도 있으며, 이는 도 10a의 하단부에 도시된 바와 같다.It is best to measure the optimal overmodulation index for all operating points, but this is a task that requires a lot of time and effort. The optimal MI table is created by expanding the data through interpolation or extrapolation based on the optimal MI value measured for a specific point. You can also write, as shown at the bottom of FIG. 10A.
도 10b는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법에 적용되는 최적 MI Table의 형태를 나타내는 도면일 수 있다.Figure 10b may be a diagram showing the form of an optimal MI Table applied to an electric motor control method according to an embodiment.
컴퓨팅 장치는 MI = 1.1547로 제어했을 때의 전류 동작점(서로 다른 직류 전압의 크기, 각속도, 토크)을 기준으로 공극 자속을 산출했을 때에, MTPA 곡선보다 자속이 크거나 같은 전류 동작점은 최적 MI를 1.1547로 결정하고, MI = 1.2732로 제어했을 때의 전류 동작점을 기준으로 공극 자속을 산출했을 때에 MFPT 동작점보다 자속이 작거나 같은 전류 동작점은 최적 MI를 1.2732로 결정하며, 그 사이의 전류 동작점에서는 최대 전력 효율을 나타내는 MI가 최적 MI로 선택되도록 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 MI = 1.1547로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MTPA 곡선의 자속보다 작거나, MI = 1.2732로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MFPT의 자속보다 큰 경우, 최대 전력 효율을 나타내는 과변조 지수를 최적의 과변조 지수로 미리 결정될 수 있다.When the computing device calculates the air gap magnetic flux based on the current operating point (magnitude of different DC voltages, angular velocity, torque) when controlled at MI = 1.1547, the current operating point where the magnetic flux is greater than or equal to the MTPA curve is the optimal MI. is determined to be 1.1547, and when the air gap magnetic flux is calculated based on the current operating point when controlled at MI = 1.2732, the optimal MI is determined as 1.2732 for the current operating point where the magnetic flux is less than or equal to the MFPT operating point, and the At the current operating point, the MI representing the maximum power efficiency can be implemented to be selected as the optimal MI. More specifically, the computing device is configured such that the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.1547 is smaller than the magnetic flux of the MTPA curve, or the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.2732 is greater than the magnetic flux of MFPT. In this case, the overmodulation index indicating maximum power efficiency may be predetermined as the optimal overmodulation index.
도 11a는 최적 MI Table을 적용하는 본원 발명의 효율을 다른 MI를 적용한 케이스와 비교한 결과를 도시하는 도면이다.Figure 11a is a diagram showing the results of comparing the efficiency of the present invention applying the optimal MI Table with a case applying another MI.
도면을 참조하면, MI = 1.1547로 제어한 경우에 비해 최적 MI로 제어하는 경우, 약 2%의 효율 개선 효과가 있었으며, MI = 1.2732로 제어했을 때에 비해서는 0.3%의 효율 개선 효과를 거둘 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to the drawing, compared to controlling with MI = 1.1547, when controlling with optimal MI, there was an efficiency improvement of about 2%, and compared to controlling with MI = 1.2732, an efficiency improvement of 0.3% was achieved. can confirm.
도 11b는 일 실시예에 따른 최적 MI Table을 활용하는 본원 발명의 리플 개선 효과를 도시하는 도면이다.Figure 11b is a diagram showing the ripple improvement effect of the present invention using the optimal MI Table according to an embodiment.
도 11b를 참고하면, 기본파 이외의 고조파가 추가되는 MI = 1.2732를 통해 제어되는 케이스에 최적 MI를 활용하는 본원 발명은 10% 이상의 리플 개선 효과가 있음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 11b, it can be seen that the present invention, which uses optimal MI in the case controlled through MI = 1.2732 where harmonics other than the fundamental wave are added, has a ripple improvement effect of more than 10%.
하기의 표를 참고하면, 다양한 토크 및 직류 전압 조건에서 전류가 작은 영역은 최대 20~30%의 리플 개선 효과가 있으며, 전류가 큰 영역에서는 최대 10~15%의 리플 개선 효과가 있음을 확인할 수 있다.Referring to the table below, it can be seen that under various torque and DC voltage conditions, areas with small currents have a ripple improvement effect of up to 20 to 30%, and areas with large currents have a ripple improvement effect of up to 10 to 15%. there is.
도 12는 일 실시예에 따른 전동기 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Figure 12 is a flowchart for explaining an electric motor control method according to an embodiment.
도 12를 참고하면, 단계(1210)에서 컴퓨팅 장치는 전동기의 각속도 지령 및 전압 지령을 수신할 수 있다.Referring to FIG. 12, in step 1210, the computing device may receive an angular velocity command and a voltage command of the electric motor.
컴퓨팅 장치는 단계(1220)를 통해 각속도 지령 및 전압 지령에 기초하여 제1 자속 지령을 산출하고, 제1 자속 지령의 수치에 대응하여 미리 결정된 최적의 과변조 지수를 산출할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 토크 지령 및 제1 자속 지령에 대응하는 최적의 과변조 지수를 포함하는 최적 MI(Modulation Index) Table에 기초하여 상기 과변조 지수를 결정할 수 있다. 과변조 지수를 결정하는 방식은 앞선 도 9를 통해 설명한 바와 같을 수 있다. 최적 MI Table에서는 MI = 1.1547로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 곡선의 자속보다 크거나 같은 경우, 최적의 과변조 지수가 1.1547로 미리 결정되고, MI = 1.2732로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MFPT(Minimum Flux Per Torque)의 자속보다 작거나 같은 경우, 최적의 과변조 지수가 1.2732로 미리 결정되고, MI = 1.1547로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 곡선의 자속보다 작거나, MI = 1.2732로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MFPT(Minimum Flux Per Torque)의 자속보다 큰 경우, 최대 전력 효율을 나타내는 과변조 지수를 최적의 과변조 지수로 미리 결정될 수 있다. 최적 MI Table의 산출 방식은 앞선 도 10a 및 도 10b에서 설명된 바와 같다.In step 1220, the computing device may calculate a first magnetic flux command based on the angular velocity command and the voltage command, and calculate a predetermined optimal overmodulation index in response to the value of the first magnetic flux command. The computing device may determine the overmodulation index based on an optimal MI (Modulation Index) Table including the optimal overmodulation index corresponding to the torque command and the first magnetic flux command. The method of determining the overmodulation index may be the same as described above with reference to FIG. 9. In the optimal MI Table, if the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.1547 is greater than or equal to the magnetic flux of the MTPA (Maximum Torque Per Ampere) curve, the optimal overmodulation index is predetermined to be 1.1547, and MI = 1.2732. If the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by is less than or equal to the magnetic flux of MFPT (Minimum Flux Per Torque), the optimal overmodulation index is predetermined to be 1.2732 and calculated at the current operating point controlled by MI = 1.1547. If the calculated magnetic flux command is smaller than the magnetic flux of the MTPA (Maximum Torque Per Ampere) curve, or the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.2732 is larger than the magnetic flux of MFPT (Minimum Flux Per Torque), the maximum power efficiency is The indicated overmodulation index may be predetermined as the optimal overmodulation index. The method of calculating the optimal MI Table is as described above in FIGS. 10A and 10B.
컴퓨팅 장치는 상기 전동기의 실제 과변조 지수가 1.1547로 산출되도록 미리 측정된 자속 지령을 포함하는 자속 지령 보정 Table에 기초하여 상기 제1 자속 지령을 제3 자속 지령으로 변환하고, 제3 자속 지령에 기초하여 상기 최적의 과변조 지수를 결정할 수 있다. 제3 자속 지령을 변환하는 방식은 앞선 도 9의 자속 지령 보정 Table을 활용하는 방식에서 설명된 바와 같다.The computing device converts the first magnetic flux command into a third magnetic flux command based on a magnetic flux command correction table including a magnetic flux command measured in advance so that the actual overmodulation index of the electric motor is calculated to be 1.1547, and based on the third magnetic flux command Thus, the optimal overmodulation index can be determined. The method of converting the third magnetic flux command is the same as described above in the method of using the magnetic flux command correction table of FIG. 9.
컴퓨팅 장치는 단계(1230)를 통해 최적의 과변조 지수에 기초하여 제2 자속 지령을 산출하고, 제2 자속 지령 및 수신한 토크 지령에 기초하여 전류 동작점을 산출할 수 있다.Through step 1230, the computing device may calculate a second magnetic flux command based on the optimal overmodulation index and calculate a current operating point based on the second magnetic flux command and the received torque command.
컴퓨팅 장치는 단계(1240)를 통해 전류 동작점에 기초하여 전동기를 제어할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 전류 동작점에 기초하여 산출되는 제1 전압 지령에 기초하여 상기 전동기를 제어하고, 제1 전압 지령의 크기가 소정의 임계치를 초과하는 경우, 제1 전압 지령에 대한 보상을 수행할 수 있다. 제1 전압 지령에 대한 보상을 수행하는 방식은 앞선 도 4d 및 도 9를 통해 설명한 방식과 동일할 수 있다.The computing device may control the electric motor based on the current operating point through step 1240. The computing device may control the motor based on a first voltage command calculated based on the current operating point, and perform compensation for the first voltage command when the magnitude of the first voltage command exceeds a predetermined threshold. there is. The method of performing compensation for the first voltage command may be the same as the method described above with reference to FIGS. 4D and 9.
도 13은 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.Figure 13 is a conceptual diagram schematically showing the configuration of a computing device according to an embodiment.
일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치(1300)는 외부 엔티티와 통신을 수행하는 통신 인터페이스(1330), 프로세서(1320) 및 메모리(1310)를 포함할 수 있다.The computing device 1300 according to one embodiment may include a communication interface 1330, a processor 1320, and a memory 1310 that communicate with an external entity.
통신 인터페이스(1330)는 프로세서(1320)의 제어에 의해 동작할 수 있다. 통신 인터페이스(1330)는 프로세서(1320)의 명령에 따라 유선 통신 방식 또는 무선 통신 방식으로 신호를 전송할 수 있다. 통신 인터페이스(1330)는 무선 통신 또는 유선 통신 방식으로 외부 장치와 통신할 수 있다. 통신 인터페이스(1330)는 연동되는 타 컴퓨팅 장치와 요청과 응답을 송수신할 수 있는 바, 일 예시로서 그러한 요청과 응답은 동일한 TCP(transmission control protocol) 세션(session)에 의하여 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는 바, 예컨대 UDP(user datagram protocol) 데이터그램(datagram)으로서 송수신될 수도 있을 것이다.The communication interface 1330 may operate under the control of the processor 1320. The communication interface 1330 may transmit signals through wired communication or wireless communication according to instructions from the processor 1320. The communication interface 1330 can communicate with an external device through wireless or wired communication. The communication interface 1330 is capable of sending and receiving requests and responses to and from other computing devices that are linked to it. As an example, such requests and responses may be made through the same transmission control protocol (TCP) session, but are not limited to this. However, for example, it may be transmitted and received as a UDP (user datagram protocol) datagram.
프로세서(1320)는 메모리(1310)에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(1320)는 중앙 처리 장치(central processing unit; CPU)와 같이 본 발명에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(1310)는 휘발성 저장 매체 및/또는 비휘발성 저장 매체로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(1310)는 읽기 전용 메모리(read only memory; ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM)로 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(1320)는 MPU(micro processing unit), CPU(central processing unit) 또는 TPU(tensor processing unit), 캐시 메모리(cache memory), 데이터 버스(data bus) 등의 하드웨어 구성을 포함할 수 있다. 또한, 운영체제, 특정 목적을 수행하는 애플리케이션의 소프트웨어 구성을 더 포함할 수도 있다.The processor 1320 may execute program commands stored in the memory 1310. The processor 1320 may refer to a dedicated processor, such as a central processing unit (CPU), on which methods according to the present invention are performed. Memory 1310 may be comprised of volatile and/or non-volatile storage media. For example, the memory 1310 may be comprised of read only memory (ROM) and/or random access memory (RAM). Additionally, the processor 1320 may include hardware components such as a micro processing unit (MPU), central processing unit (CPU), or tensor processing unit (TPU), cache memory, and data bus. . In addition, it may further include an operating system and software configuration of an application that performs a specific purpose.
프로세서(1320)는 앞서 설명된 컴퓨팅 장치(1300)의 일련의 동작을 제어할 수 있다.The processor 1320 may control a series of operations of the computing device 1300 described above.
도 13을 참조하여 설명한 컴퓨팅 장치(1300)의 구성은 예시적인 것에 불과할 뿐, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(1300)는 도 13에 도시된 구성 외에도 다른 구성을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(1300)는 입력 인터페이스부, 출력 인터페이스부 등을 더 포함할 수 있다.The configuration of the computing device 1300 described with reference to FIG. 13 is merely illustrative, and the embodiment is not limited thereto. For example, the computing device 1300 may further include other configurations in addition to those shown in FIG. 13 . For example, the computing device 1300 may further include an input interface unit, an output interface unit, etc.
위 실시 예의 설명에 기초하여 해당 기술분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 방법 및/또는 프로세스들, 그리고 그 단계들이 하드웨어, 소프트웨어 또는 특정 용례에 적합한 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합으로 실현될 수 있다는 점을 명확하게 이해할 수 있다. 상기 하드웨어는 범용 컴퓨터 및/또는 전용 컴퓨팅 장치 또는 특정 컴퓨팅 장치 또는 특정 컴퓨팅 장치의 특별한 모습 또는 구성요소를 포함할 수 있다. 상기 프로세스들은 내부 및/또는 외부 메모리를 가지는, 하나 이상의 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 임베디드 마이크로컨트롤러, 프로그래머블 디지털 신호 프로세서 또는 기타 프로그래머블 장치에 의하여 실현될 수 있다. 게다가, 혹은 대안으로서, 상기 프로세스들은 주문형 집적회로(application specific integrated circuit; ASIC), 프로그래머블 게이트 어레이(programmable gate array), 프로그래머블 어레이 로직(Programmable Array Logic; PAL) 또는 전자 신호들을 처리하기 위해 구성될 수 있는 임의의 다른 장치 또는 장치들의 조합으로 실시될 수 있다. 더욱이 본 발명의 기술적 해법의 대상물 또는 선행 기술들에 기여하는 부분들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 기계 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 기계 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 기계 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 기계 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD, Blu-ray와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 전술한 장치들 중 어느 하나뿐만 아니라 프로세서, 프로세서 아키텍처 또는 상이한 하드웨어 및 소프트웨어의 조합들의 이종 조합, 또는 다른 어떤 프로그램 명령어들을 실행할 수 있는 기계 상에서 실행되기 위하여 저장 및 컴파일 또는 인터프리트될 수 있는, C와 같은 구조적 프로그래밍 언어, C++ 같은 객체지향적 프로그래밍 언어 또는 고급 또는 저급 프로그래밍 언어(어셈블리어, 하드웨어 기술 언어들 및 데이터베이스 프로그래밍 언어 및 기술들)를 사용하여 만들어질 수 있는바, 기계어 코드, 바이트코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 이에 포함된다. Based on the description of the above embodiments, those skilled in the art will understand that the method and/or processes of the present invention, and the steps thereof, can be realized with hardware, software, or any combination of hardware and software suitable for a specific application. The point can be clearly understood. The hardware may include general-purpose computers and/or dedicated computing devices or specific computing devices or special features or components of specific computing devices. The processes may be realized by one or more microprocessors, microcontrollers, embedded microcontrollers, programmable digital signal processors, or other programmable devices, with internal and/or external memory. Additionally, or alternatively, the processes may be configured as an application specific integrated circuit (ASIC), programmable gate array, programmable array logic (PAL), or to process electronic signals. It can be implemented with any other device or combination of devices. Furthermore, the subject matter of the technical solution of the present invention or the parts contributing to the prior art may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a machine-readable recording medium. The machine-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the machine-readable recording medium may be specially designed and configured for the present invention or may be known and usable by those skilled in the computer software field. Examples of machine-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs, DVDs, and Blu-rays, and magneto-optical media such as floptical disks. (magneto-optical media), and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include storing and compiling or interpreting them for execution on any one of the foregoing devices, as well as a heterogeneous combination of processors, processor architectures, or combinations of different hardware and software, or any other machine capable of executing the program instructions. machine code, which may be created using a structured programming language such as C, an object-oriented programming language such as C++, or a high- or low-level programming language (assembly language, hardware description languages, and database programming languages and techniques); This includes not only bytecode but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter.
따라서 본 개시서에 따른 일 태양에서는, 앞서 설명된 방법 및 그 조합들이 하나 이상의 컴퓨팅 장치들에 의하여 수행될 때, 그 방법 및 방법의 조합들이 각 단계들을 수행하는 실행 가능한 코드로서 실시될 수 있다. 다른 일 태양에서는, 상기 방법은 상기 단계들을 수행하는 시스템들로서 실시될 수 있고, 방법들은 장치들에 걸쳐 여러 가지 방법으로 분산되거나 모든 기능들이 하나의 전용, 독립형 장치 또는 다른 하드웨어에 통합될 수 있다. 또 다른 일 태양에서는, 위에서 설명한 프로세스들과 연관된 단계들을 수행하는 수단들은 앞서 설명한 임의의 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 그러한 모든 순차 결합 및 조합들은 본 개시서의 범위 내에 속하도록 의도된 것이다.Accordingly, in one aspect according to the present disclosure, when the above-described methods and combinations thereof are performed by one or more computing devices, the methods and combinations of methods may be implemented as executable code that performs the respective steps. In another aspect, the method may be practiced as systems that perform the steps, the methods may be distributed in several ways across devices, or all functions may be integrated into one dedicated, standalone device or other hardware. In another aspect, the means for performing steps associated with the processes described above may include any of the hardware and/or software described above. All such sequential combinations and combinations are intended to be within the scope of this disclosure.
예를 들어, 상기 하드웨어 장치는 본 개시서에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. 상기 하드웨어 장치는, 프로그램 명령어를 저장하기 위한 ROM/RAM 등과 같은 메모리와 결합되고 상기 메모리에 저장된 명령어들을 실행하도록 구성되는 MPU, CPU, GPU, TPU와 같은 프로세서를 포함할 수 있으며, 외부 장치와 신호를 주고받을 수 있는 통신부를 포함할 수 있다. 덧붙여, 상기 하드웨어 장치는 개발자들에 의하여 작성된 명령어들을 전달받기 위한 키보드, 마우스, 기타 외부 입력장치를 포함할 수 있다.For example, the hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform processing according to the present disclosure, and vice versa. The hardware device may include a processor such as an MPU, CPU, GPU, or TPU coupled with a memory such as ROM/RAM for storing program instructions and configured to execute instructions stored in the memory, and external devices and signals. It may include a communication unit capable of sending and receiving. In addition, the hardware device may include a keyboard, mouse, and other external input devices to receive commands written by developers.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 사람이라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.In the above, the present invention has been described with specific details such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is only provided to facilitate a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. Anyone skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from this description.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and the scope of the patent claims described below as well as all modifications equivalent to or equivalent to the scope of the claims fall within the scope of the spirit of the present invention. They will say they do it.
그와 같이 균등하게 또는 등가적으로 변형된 것에는, 예컨대 본 개시서에 따른 방법을 실시한 것과 동일한 결과를 낼 수 있는, 논리적으로 동치(logically equivalent)인 방법이 포함될 것인바, 본 발명의 진의 및 범위는 전술한 예시들에 의하여 제한되어서는 아니되며, 법률에 의하여 허용 가능한 가장 넓은 의미로 이해되어야 한다.Such equivalent or equivalent modifications will include, for example, logically equivalent methods that can produce the same results as performing the method according to the present disclosure, and the spirit of the present invention and The scope should not be limited by the foregoing examples, but should be understood in the broadest sense permissible by law.
Claims (10)
전동기의 각속도 지령 및 전압 지령을 수신하는 단계;
상기 각속도 지령 및 전압 지령에 기초하여 제1 자속 지령을 산출하는 단계;
상기 제1 자속 지령의 수치에 대응하여 미리 결정된 최적의 과변조 지수를 산출하는 단계;
상기 최적의 과변조 지수에 기초하여 제2 자속 지령을 산출하는 단계;
상기 제2 자속 지령 및 수신한 토크 지령에 기초하여 전류 동작점을 산출하는 단계; 및
상기 전류 동작점에 기초하여 상기 전동기를 제어하는 단계
를 포함하고,
상기 과변조 지수를 산출하는 단계는,
상기 토크 지령 및 상기 제1 자속 지령에 대응하는 최적의 과변조 지수를 포함하는 최적 MI(Modulation Index) Table에 기초하여 상기 과변조 지수를 결정하고,
상기 최적 MI Table에서는,
MI = 1.1547로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 곡선의 자속보다 크거나 같은 경우, 최적의 과변조 지수가 1.1547로 미리 결정되고,MI = 1.2732로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MFPT(Minimum Flux Per Torque)의 자속보다 작거나 같은 경우, 최적의 과변조 지수가 1.2732로 미리 결정되고,
상기 MI = 1.1547로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 곡선의 자속보다 작거나, 상기 MI = 1.2732로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MFPT(Minimum Flux Per Torque)의 자속보다 큰 경우, 최대 전력 효율을 나타내는 과변조 지수를 최적의 과변조 지수로 미리 결정되는, 전동기 제어 방법.
In an electric motor control method performed by a computing device,
Receiving an angular velocity command and a voltage command of an electric motor;
calculating a first magnetic flux command based on the angular velocity command and the voltage command;
calculating a predetermined optimal overmodulation index in response to the value of the first magnetic flux command;
calculating a second magnetic flux command based on the optimal overmodulation index;
calculating a current operating point based on the second magnetic flux command and the received torque command; and
Controlling the electric motor based on the current operating point
Including,
The step of calculating the overmodulation index is,
Determining the overmodulation index based on an optimal MI (Modulation Index) Table including an optimal overmodulation index corresponding to the torque command and the first magnetic flux command,
In the above optimal MI Table,
If the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.1547 is greater than or equal to the magnetic flux of the MTPA (Maximum Torque Per Ampere) curve, the optimal overmodulation index is predetermined to be 1.1547, and the current controlled by MI = 1.2732. If the magnetic flux command calculated at the operating point is less than or equal to the magnetic flux of MFPT (Minimum Flux Per Torque), the optimal overmodulation index is predetermined to be 1.2732,
The magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.1547 is smaller than the magnetic flux of the MTPA (Maximum Torque Per Ampere) curve, or the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.2732 is MFPT (Minimum Flux) Per Torque), a motor control method in which the overmodulation index indicating maximum power efficiency is predetermined as the optimal overmodulation index.
상기 과변조 지수를 산출하는 단계는,
상기 전동기의 실제 과변조 지수가 1.1547로 산출되도록 미리 측정된 자속 지령을 포함하는 자속 지령 보정 Table에 기초하여 상기 제1 자속 지령을 제3 자속 지령으로 변환하는 단계; 및
상기 제3 자속 지령에 기초하여 상기 최적의 과변조 지수를 결정하는 단계
를 포함하는, 전동기 제어 방법.
According to paragraph 1,
The step of calculating the overmodulation index is,
Converting the first magnetic flux command into a third magnetic flux command based on a magnetic flux command correction table including a pre-measured magnetic flux command so that the actual overmodulation index of the electric motor is calculated to be 1.1547; and
Determining the optimal overmodulation index based on the third magnetic flux command
Including, an electric motor control method.
상기 전동기를 제어하는 단계는,
상기 전류 동작점에 기초하여 산출되는 제1 전압 지령에 기초하여 상기 전동기를 제어하고,
상기 제1 전압 지령의 크기가 소정의 임계치를 초과하는 경우, 상기 제1 전압 지령에 대한 보상을 수행하는 단계를 더 포함하는, 전동기 제어 방법.
According to paragraph 1,
The step of controlling the electric motor is,
Controlling the electric motor based on a first voltage command calculated based on the current operating point,
When the magnitude of the first voltage command exceeds a predetermined threshold, the electric motor control method further includes performing compensation for the first voltage command.
A machine-readable recording medium containing a program including instructions implemented to cause a computing device to perform the electric motor control method of claim 1.
메모리; 및
프로세서
를 포함하고,
상기 프로세서는,
전동기의 각속도 지령 및 전압 지령을 수신하고,
상기 각속도 지령 및 전압 지령에 기초하여 제1 자속 지령을 산출하고,
상기 제1 자속 지령의 수치에 대응하여 미리 결정된 최적의 과변조 지수를 산출하고,
상기 최적의 과변조 지수에 기초하여 제2 자속 지령을 산출하고,
상기 제2 자속 지령 및 수신한 토크 지령에 기초하여 전류 동작점을 산출하고,
상기 전류 동작점에 기초하여 상기 전동기를 제어하고,
상기 프로세서는,
상기 토크 지령 및 상기 제1 자속 지령에 대응하는 최적의 과변조 지수를 포함하는 최적 MI(Modulation Index) Table에 기초하여 상기 과변조 지수를 결정하고,
상기 최적 MI Table에서는,
MI = 1.1547로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 곡선의 자속보다 크거나 같은 경우, 최적의 과변조 지수가 1.1547로 미리 결정되고,
MI = 1.2732로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MFPT(Minimum Flux Per Torque)의 자속보다 작거나 같은 경우, 최적의 과변조 지수가 1.2732로 미리 결정되고,
상기 MI = 1.1547로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 곡선의 자속보다 작거나, 상기 MI = 1.2732로 제어되는 전류 동작점에서 산출된 자속 지령이 MFPT(Minimum Flux Per Torque)의 자속보다 큰 경우, 최대 전력 효율을 나타내는 과변조 지수를 최적의 과변조 지수로 미리 결정되는, 컴퓨팅 장치.
In a computing device that performs an electric motor control method,
Memory; and
processor
Including,
The processor,
Receives the angular velocity command and voltage command of the electric motor,
Calculating a first magnetic flux command based on the angular velocity command and voltage command,
Calculating a predetermined optimal overmodulation index in response to the value of the first magnetic flux command,
Calculating a second magnetic flux command based on the optimal overmodulation index,
Calculating a current operating point based on the second magnetic flux command and the received torque command,
Controlling the electric motor based on the current operating point,
The processor,
Determining the overmodulation index based on an optimal MI (Modulation Index) Table including an optimal overmodulation index corresponding to the torque command and the first magnetic flux command,
In the above optimal MI Table,
If the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.1547 is greater than or equal to the magnetic flux of the MTPA (Maximum Torque Per Ampere) curve, the optimal overmodulation index is predetermined to be 1.1547,
If the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.2732 is less than or equal to the magnetic flux of MFPT (Minimum Flux Per Torque), the optimal overmodulation index is predetermined to be 1.2732,
The magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.1547 is smaller than the magnetic flux of the MTPA (Maximum Torque Per Ampere) curve, or the magnetic flux command calculated at the current operating point controlled by MI = 1.2732 is MFPT (Minimum Flux) Per Torque), a computing device in which the overmodulation index indicating maximum power efficiency is predetermined as the optimal overmodulation index.
상기 프로세서는,
상기 전동기의 실제 과변조 지수가 1.1547로 산출되도록 미리 측정된 자속 지령을 포함하는 자속 지령 보정 Table에 기초하여 상기 제1 자속 지령을 제3 자속 지령으로 변환하고,
상기 제3 자속 지령에 기초하여 상기 최적의 과변조 지수를 결정하는, 컴퓨팅 장치.
In clause 7,
The processor,
Converting the first magnetic flux command to a third magnetic flux command based on a magnetic flux command correction table including a magnetic flux command measured in advance so that the actual overmodulation index of the motor is calculated to be 1.1547,
A computing device that determines the optimal overmodulation index based on the third flux command.
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