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KR102269182B1 - 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치 - Google Patents

전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치 Download PDF

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Publication number
KR102269182B1
KR102269182B1 KR1020190019674A KR20190019674A KR102269182B1 KR 102269182 B1 KR102269182 B1 KR 102269182B1 KR 1020190019674 A KR1020190019674 A KR 1020190019674A KR 20190019674 A KR20190019674 A KR 20190019674A KR 102269182 B1 KR102269182 B1 KR 102269182B1
Authority
KR
South Korea
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voltage
component
torque ripple
motor
axis
Prior art date
Application number
KR1020190019674A
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English (en)
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KR20200101615A (ko
Inventor
문석환
Original Assignee
현대엘리베이터주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/05—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

본 발명은 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치에 관한 것으로, 전동기의 토크 리플을 발생시키는 고조파 성분을 포함하는 기준 전압을 산출하는 기준 전압 산출부, 상기 고조파 성분을 포함하는 전동기의 전압성분에서 상기 고조파 성분을 불포함하는 전동기 모델의 전압성분을 감하여 상기 고조파 성분만을 포함하는 보상 전압을 산출하는 보상 전압 산출부 및 상기 기준 전압에 상기 보상 전압을 전향 보상하여 상기 전동기의 토크 리플을 저감시키는 토크 리플 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 역기전력의 왜곡에 의해 발생되는 토크 리플을 실시간으로 보상하여 궁극적으로는 전동기를 포함하는 엘리베이터의 진동을 저감할 수 있다.

Description

전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치 {REAL-TIME TORQUE RIPPLE REDUCTION APPARATUS FOR MOTOR}
본 발명은 전동기의 실시간 토크 리플 저감 기술에 관한 것으로 보다 상세하게는, 역기전력의 왜곡에 의해 발생되는 토크 리플을 실시간으로 보상하여 궁극적으로는 엘리베이터의 진동을 저감하는 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치에 관한 것이다.
영구자석 전동기가 사용되는 엘리베이터에서는 영구자석 전동기에서 발생되는 토크 리플 때문에 진동이 발생된다. 영구자석 전동기의 토크 리플 발생요인은 코깅 토크, 전류센서의 옵셋, 회전자 위치 센서의 분해능 및 상전류와 역기전력 왜곡 등 다양하다. 영구자석 전동기를 사용하는 엘리베이터 시스템은 사람과 밀접과 관계가 있어 진동이 발생할 경우 탑승자에게 불안감을 안겨줄 수 있다. 따라서, 영구자석 전동기의 토크 리플을 저감하는 방안이 필요하다. 여러 토크 리플이 발생되는 요인 중, 역기전력이 왜곡되는 경우 오프라인으로 역기전력의 고조파 성분을 분석하고 분석된 역기전력의 고조파를 이용하여 보상전류를 전류지령에 추가함으로써 토크 리플을 저감 할 수 있다. 하지만, 이는 전동기가 바뀔 때마다 다시 분석해야 하는 단점이 있다. 다른 방법으로는, 속도 리플 성분을 검출하여 보상전류를 전류지령에 보상하는 방법도 있다. 이 방법은 속도 제어기의 응답 특성 및 속도 계측상의 오차가 있을 경우 정확한 보상이 어렵고 위상 지연이 발생하는 단점이 있다. 따라서, 전동기의 토크 리플을 실시간으로 보상하는 제어 방법이 필요하다.
한국등록특허 제10-1409585 (2014.06.12)호는 전동기의 운전 주파수에 동기 되어 발생되는 부하 토크 리플을 보상하는 비례-적분 제어기, 상기 비례-적분 제어기와 병렬 연결되고, 상기 비례-적분 제어기에 의하여 보상되지 않은 상기 부하 토크 리플을 보상하는 공진 제어기, 및 상기 공진 제어기에 병렬 연결되고, 상기 공진 제어기에 의하여 보상되지 않은 고조파를 보상하는 비례 제어기를 포함한다. 본 발명에 의하면, 주기적인 토크 리플을 완벽하게 보상할 수 있다.
한국공개특허 제10-2009-0044464 (2009.05.07)호는 고정자 자속과 기준 고정자 자속 간의 오차의 크기를 무차원화하는 단계; 전동기 토크와 기준 토크 간의 오차의 크기를 무차원화하는 단계; 상기 무차원화된 고정자 자속 오차와 상기 무차원화된 토크 오차로부터 고정자 전압벡터의 위상각을 구하는 단계; 및 전동기의 동기각속도로부터 상기 고정자 전압벡터의 크기를 결정하는 단계를 포함하여, 고정자 자속 오차 및 토크 오차를 동시에 감소시킬 수 있는 유도 전동기의 직접 토크 제어 장치 및 방법을 제공한다.
한국등록특허 제10-1409585 (2014.06.12)호 한국공개특허 제10-2009-0044464 (2009.05.07)호
본 발명의 일 실시예는 역기전력의 왜곡에 의해 발생되는 토크 리플을 실시간으로 보상하여 궁극적으로는 엘리베이터의 진동을 저감하는 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 역기전력의 왜곡에 의해 발생된 토크 리플이 포함된 전압성분과 역기전력의 왜곡성분이 없다고 가정한 전동기 모델의 전압성분의 차를 이용한 보상전압을 실시간으로 전동기의 기준전압에 보상함으로써 토크 리플을 저감시키고 전동기를 포함하는 엘리베이터의 진동을 저감시키는 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 역기전력이 왜곡되었을 경우 전동기가 바뀔 때마다 오프라인으로 역기전력의 고조파성분을 분석할 필요없이 실시간으로 고조파가 포함된 전압성분을 분석하여 기준전압에 고조파 보상 전압을 추가함으로써 전동기의 토크 리플을 저감시킴으로써 궁극적으로 엘리베이터의 진동을 저감시키는 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치는 전동기의 토크 리플을 발생시키는 고조파 성분을 포함하는 기준 전압을 산출하는 기준 전압 산출부, 상기 고조파 성분을 포함하는 전동기의 전압성분에서 상기 고조파 성분을 불포함하는 전동기 모델의 전압성분을 감하여 상기 고조파 성분만을 포함하는 보상 전압을 산출하는 보상 전압 산출부 및 상기 기준 전압에 상기 보상 전압을 전향 보상하여 상기 전동기의 토크 리플을 저감시키는 토크 리플 제어부를 포함한다.
상기 기준 전압 산출부는 기준 각속도와 실제 각속도간 가감에 따라 산출된 속도를 제어하여 기준 토크를 출력하는 속도 제어 모듈, 상기 기준 토크에 특정 토크 상수를 곱하여 기준 전류를 산출하는 토크 제어 모듈 및 상기 기준 전류를 실제 전류와 가감하여 산출된 전류를 제어하여 상기 기준 전압을 출력하는 전류 제어 모듈을 포함할 수 있다.
상기 보상 전압 산출부는 아래의 수학식2에 의해 상기 전동기 모델의 전압성분을 산출할 수 있다.
[수학식2]
Figure 112019017817840-pat00001
(여기에서,
Figure 112019017817840-pat00002
은 전동기 모델의 d축 전압성분,
Figure 112019017817840-pat00003
은 전동기 모델의 q축 전압성분,
Figure 112019017817840-pat00004
은 전동기 모델의 d축 전류성분,
Figure 112019017817840-pat00005
은 전동기 모델의 q축 전류성분,
Figure 112019017817840-pat00006
는 고정자 저항,
Figure 112019017817840-pat00007
는 d축 인덕턴스,
Figure 112019017817840-pat00008
는 q축 인덕턴스,
Figure 112019017817840-pat00009
은 각속도,
Figure 112019017817840-pat00010
는 쇄교자속을 의미할 수 있다)
상기 보상 전압 산출부는 아래의 수학식3에 의해 상기 보상 전압을 산출할 수 있다.
[수학식3]
Figure 112019017817840-pat00011
(여기에서,
Figure 112019017817840-pat00012
은 d축 보상 전압을,
Figure 112019017817840-pat00013
은 q축 보상 전압을,
Figure 112019017817840-pat00014
는 d축 전압성분을,
Figure 112019017817840-pat00015
는 q축 전압성분을,
Figure 112019017817840-pat00016
는 d축 전류성분을,
Figure 112019017817840-pat00017
는 q축 전류성분을,
Figure 112019017817840-pat00018
은 전동기 모델의 d축 전압성분을,
Figure 112019017817840-pat00019
은 전동기 모델의 q축 전압성분을,
Figure 112019017817840-pat00020
은 전동기 모델의 d축 전류성분을,
Figure 112019017817840-pat00021
은 전동기 모델의 q축 전류성분을,
Figure 112019017817840-pat00022
는 고조파성분이 포함된 q축의 쇄교자속을,
Figure 112019017817840-pat00023
는 고조파성분이 포함된 d축의 쇄교자속을 의미할 수 있다)
상기 보상 전압 산출부는 상기 보상 전압에 특정 비례상수를 곱하여 상기 보상 전압의 크기를 조절할 수 있다.
상기 토크 리플 제어부는 상기 토크 리플의 저감 여부를 검출하고 저감되지 않은 경우 상기 토크 리플의 저감이 검출될 때까지 상기 특정 비례상수의 크기를 가변시킬 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치는 역기전력의 왜곡에 의해 발생되는 토크 리플을 실시간으로 보상하여 궁극적으로는 엘리베이터의 진동을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치는 역기전력의 왜곡에 의해 발생된 토크 리플이 포함된 전압성분과 역기전력의 왜곡성분이 없다고 가정한 전동기 모델의 전압성분의 차를 이용한 보상전압을 실시간으로 전동기의 기준전압에 보상함으로써 토크 리플을 저감시키고 진동기를 포함하는 엘리베이터의 진동을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치는 역기전력이 왜곡되었을 경우 전동기가 바뀔 때마다 오프라인으로 역기전력의 고조파성분을 분석할 필요없이 실시간으로 고조파가 포함된 전압 성분을 분석하여 기준전압에 고조파 보상 전압을 추가함으로써 전동기의 토크 리플을 저감시킴으로써 궁극적으로 엘리베이터의 진동을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치의 보상 전압 산출부를 나타내는 도면이다.
도 3은 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치의 효과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 실시간 토크 리플 저감 방법을 보여주는 흐름도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1에 있는 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치의 보상 전압 산출부를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치(100)는 기준 전압 산출부(110), 보상 전압 산출부(120) 및 토크 리플 제어부(130)를 포함할 수 있다.
전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치(100)는 고조파가 포함된 전동기의 전압지령에 해당하는 기준전압에 고조파만을 포함하는 보상 전압을 보상함으로써 전동기의 토크 리플을 저감시키고 궁극적으로는 전동기를 포함하는 엘리베이터의 진동을 저감하여 탑승자에게 보다 나은 환경을 제공할 수 있다.
기준 전압 산출부(110)는 인버터(10)의 입력전압에 해당하고 전동기(20)의 입력전압에 해당하는 기준전압(Vdq_ref)을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 기준 전압 산출부(110)는 전동기의 토크 리플을 발생시키는 고조파 성분을 포함하는 기준 전압을 산출할 수 있다. 예를 들어, 기준 전압 산출부(110)는 전동기의 토크 리플을 발생시키는 요인인 역기전력의 왜곡에 의한 고조파를 포함하는 기준 전압을 산출할 수 있다. 여기에서, 역기전력은 회로 내의 임피던스 양 끝에서 흐르는 전류의 방향과 반대방향으로 생기는 기전력을 의미할 수 있고, 역기전력의 왜곡은 이러한 역기전력이 정방향의 기전력과 충돌하여 원신호를 불규칙하게 만드는 현상에 해당할 수 있다. 역기전력의 왜곡에 의한 고조파 성분은 토크 리플을 발생시키는 주요 원인이 될 수 있다.
일 실시예에서, 기준 전압 산출부(110)는 속도 제어 모듈(112), 토크 제어 모듈(114) 및 전류 제어 모듈(116)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 기준 전압 산출부(110)는 전동기(20)의 실제 각속도(Wr)와 기준 각속도(Wr_ref)를 가감하고 속도 제어 모듈(112), 토크 제어 모듈(114) 및 전류 제어 모듈(116)을 통해 적절한 제어를 하여 인버터(10)의 전압입력에 해당하는 기준 전압을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 속도 제어 모듈(112)은 기준 각속도와 실제 각속도간 가감에 따라 산출된 속도를 제어하여 기준 토크(T_ref)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 속도 제어 모듈(112)은 비례적분 제어기(PI 제어기)로 구성될 수 있다. 출력된 기준 토크는 토크 제어 모듈(114)을 통해 토크 상수(1/Kt)를 곱하여 기준 전류(Idq_ref)를 산출할 수 있다. 전류 제어 모듈(116)은 전류 센서(30)를 통해 측정된 실제 전류(Idq)와 기준 전류를 가감하고 기준 전압(Vdq_ref)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 전류 제어 모듈(116)은 비례적분 제어기로 구성될 수 있다. 이렇게 출력된 전동기의 기준 전압은 역기전력의 왜곡에 의해서 토크 리플을 발생시키는 고조파 성분을 포함할 수 있다.
보상 전압 산출부(120)는 고조파 성분을 포함하는 전동기의 전압성분에서 고조파 성분을 불포함하는 전동기 모델의 전압성분을 감하여 고조파 성분만을 포함하는 보상 전압(V_com)을 산출할 수 있다. 즉, 보상 전압 산출부(120)는 역기전력의 왜곡에 의해 발생된 토크 리플이 포함된 전압성분과 역기전력의 왜곡성분이 없다고 가정한 전동기 모델의 전압성분의 차를 이용한 보상 전압을 출력 전압(기준 전압)에 실시간으로 보상함으로써 토크 리플을 저감시켜 엘리베이터의 진동을 저감시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 보상 전압 산출부(120)는 역기전력이 왜곡되는 경우 전동기(plant)의 전압성분(210)과 역기전력이 왜곡되지 않고 기본파만 고려된 전동기 모델(plant model)의 전압성분(220)을 가감(230)하여 고조파만 포함된 보상 전압(V_com)을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 역기전력이 왜곡되는 경우로서, 고조파 성분을 포함하는 전동기의 전압성분은 수학식1로 나타날 수 있다.
[수학식1]
Figure 112019017817840-pat00024
여기에서,
Figure 112019017817840-pat00025
는 dq축 전압의 기본파와 고조파가 포함된 전압에,
Figure 112019017817840-pat00026
는 dq축 전류의 기본파와 고조파가 포함된 전류에,
Figure 112019017817840-pat00027
는 고조파가 포함된 쇄교자속에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 보상 전압 산출부(120)는 고조파 성분을 불포함하는 전동기 모델의 전압성분으로서 즉, 역기전력이 왜곡되지 않고 기본파만 고려된 전동기 모델의 전압성분을 아래의 수학식2를 통해 산출할 수 있다.
[수학식2]
Figure 112019017817840-pat00028
여기에서,
Figure 112019017817840-pat00029
은 전동기 모델의 d축 전압성분,
Figure 112019017817840-pat00030
은 전동기 모델의 q축 전압성분,
Figure 112019017817840-pat00031
은 전동기 모델의 d축 전류성분,
Figure 112019017817840-pat00032
은 전동기 모델의 q축 전류성분,
Figure 112019017817840-pat00033
는 고정자 저항,
Figure 112019017817840-pat00034
는 d축 인덕턴스,
Figure 112019017817840-pat00035
는 q축 인덕턴스,
Figure 112019017817840-pat00036
은 각속도,
Figure 112019017817840-pat00037
는 쇄교자속을 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 보상 전압 산출부(120)는 역기전력이 왜곡되는 경우로서 고조파 성분을 포함하는 전동기의 전압성분과 역기전력이 왜곡되지 않는 경우로서 기본파 성분만 고려된 전동기 모델의 전압성분의 차를 아래의 수학식3을 통해 산출할 수 있다.
[수학식3]
Figure 112019017817840-pat00038
여기에서,
Figure 112019017817840-pat00039
은 d축 보상 전압을,
Figure 112019017817840-pat00040
은 q축 보상 전압을,
Figure 112019017817840-pat00041
는 d축 전압성분을,
Figure 112019017817840-pat00042
는 q축 전압성분을,
Figure 112019017817840-pat00043
는 d축 전류성분을,
Figure 112019017817840-pat00044
는 q축 전류성분을,
Figure 112019017817840-pat00045
은 전동기 모델의 d축 전압성분을,
Figure 112019017817840-pat00046
은 전동기 모델의 q축 전압성분을,
Figure 112019017817840-pat00047
은 전동기 모델의 d축 전류성분을,
Figure 112019017817840-pat00048
은 전동기 모델의 q축 전류성분을,
Figure 112019017817840-pat00049
는 고조파성분이 포함된 q축의 쇄교자속을,
Figure 112019017817840-pat00050
는 고조파성분이 포함된 d축의 쇄교자속을 의미할 수 있다.
결과적으로, 보상 전압 산출부(120)는 수학식3을 통해 고조파만 포함된 보상 전압을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 고조파만으로 추정된 보상 전압을 추정하기 위해서 보상 전압 산출부(120)는
Figure 112019017817840-pat00051
(전동기모델의 dq축 전류성분)을 수학식4를 통해 산출할 수 있다. 수학식4는 수학식2를 전류에 대한 식으로 나타냄으로써 얻을 수 있다.
[수학식4]
Figure 112019017817840-pat00052
일 실시예에서, 보상 전압 산출부(120)는 보상 전압(V_com)에 특정 비례상수(K)를 곱하여 보상 전압의 크기를 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 보상 전압 산출부(120)는 비례상수를 곱하여 보상되는 전압의 크기를 가변적으로 조절할 수 있는 보상 전압, K*Vdq_com을 산출할 수 있다.
토크 리플 제어부(130)는 기준 전압에 보상 전압을 전향 보상하여 전동기의 토크 리플을 저감시킬 수 있다. 일 실시예에서, 토크 리플 제어부(130)는 특정 보상 전압으로 보상된 전동기의 토크 리플의 저감 여부를 검출하고 저감되지 않은 경우, 토크 리플의 저감이 검출될 때까지 특정 비례상수(K)의 크기를 가변적으로 결정하고 보상 전압을 다시 결정하여 보상할 수 있다.
도 3은 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치의 효과를 보여주는 그래프이다. 보다 구체적으로, 도 3(a)는 전압 보상이 이루어지기 전 토크 리플을 보여주는 그래프이고, 도 3(b)는 전압 보상이 이루어진 후 토크 리플을 보여주는 그래프이다.
도 3에서, 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치(100)는 실시간으로 보상 전압을 전동기의 기준 전압에 전향 보상하여 전동기의 토크 리플을 현저하게 저감할 수 있다. 일 실시예에서, 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치(100)는 실시간으로 토크 리플의 저감 여부를 검출하고 검출된 제어 결과를 기초로 비례상수를 가변적으로 결정하여 전동기의 토크 리플을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 실시간 토크 리플 저감 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4에서, 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치(100)는 기준 전압 산출부를 통해 전동기의 역기전력의 왜곡에 의한 토크 리플을 포함하는 기준 전압을 산출할 수 있다(단계 S410).
전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치(100)는 보상 전압 산출부를 통해 고조파 성분을 포함하는 전동기의 전압성분과 고조파 성분을 포함하지 않는 전동기 모델의 전압성분의 차를 이용하여 고조파 성분만 포함하는 보상 전압을 산출할 수 있다(단계 S420).
전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치(100)는 토크 리플 제어부를 통해 기준 전압에 보상 전압을 전향 보상하여 전동기의 토크 리플을 저감시킬 수 있다(단계 S430).
전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치(100)는 토크 리플 제어부를 통해 토크 리플의 저감여부를 확인하고 저감되지 않은 경우 보상 전압에 곱해지는 특정 비례상수를 가변시켜 토크 리플의 저감이 검출될 때까지 보상 전압의 크기를 조절할 수 있다(단계 S440).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치
110: 기준 전압 산출부 120: 보상 전압 산출부
130: 토크 리플 제어부
112: 속도 제어 모듈
114: 토크 제어 모듈
116: 전류 제어 모듈

Claims (6)

  1. 전동기의 토크 리플을 발생시키는 고조파 성분을 포함하는 기준 전압을 산출하는 기준 전압 산출부;
    상기 고조파 성분을 포함하는 전동기의 전압성분에서 상기 고조파 성분을 불포함하는 전동기 모델의 전압성분을 감하여 상기 고조파 성분만을 포함하는 보상 전압을 산출하는 보상 전압 산출부; 및
    상기 기준 전압에 상기 보상 전압을 전향 보상하여 상기 전동기의 토크 리플을 저감시키는 토크 리플 제어부를 포함하되,
    상기 보상 전압 산출부는 아래의 수학식을 통해 상기 전동기 모델의 전압성분 및 상기 보상 전압을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치.
    [수학식]
    Figure 112021007653682-pat00080

    Figure 112021007653682-pat00081

    (여기에서,
    Figure 112021007653682-pat00082
    은 전동기 모델의 d축 전압성분을,
    Figure 112021007653682-pat00083
    은 전동기 모델의 q축 전압성분을,
    Figure 112021007653682-pat00084
    는 고정자 저항을,
    Figure 112021007653682-pat00085
    는 d축 인덕턴스를,
    Figure 112021007653682-pat00086
    는 q축 인덕턴스를,
    Figure 112021007653682-pat00087
    은 각속도를,
    Figure 112021007653682-pat00088
    는 쇄교자속을,
    Figure 112021007653682-pat00089
    은 d축 보상 전압을,
    Figure 112021007653682-pat00090
    은 q축 보상 전압을,
    Figure 112021007653682-pat00091
    는 d축 전압성분을,
    Figure 112021007653682-pat00092
    는 q축 전압성분을,
    Figure 112021007653682-pat00093
    는 d축 전류성분을,
    Figure 112021007653682-pat00094
    는 q축 전류성분을,
    Figure 112021007653682-pat00095
    은 전동기 모델의 d축 전류성분을,
    Figure 112021007653682-pat00096
    은 전동기 모델의 q축 전류성분을,
    Figure 112021007653682-pat00097
    는 고조파성분이 포함된 q축의 쇄교자속을,
    Figure 112021007653682-pat00098
    는 고조파성분이 포함된 d축의 쇄교자속을 의미한다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준 전압 산출부는
    기준 각속도와 실제 각속도간 가감에 따라 산출된 속도를 제어하여 기준 토크를 출력하는 속도 제어 모듈;
    상기 기준 토크에 특정 토크 상수를 곱하여 기준 전류를 산출하는 토크 제어 모듈; 및
    상기 기준 전류를 실제 전류와 가감하여 산출된 전류를 제어하여 상기 기준 전압을 출력하는 전류 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 보상 전압 산출부는
    상기 보상 전압에 특정 비례상수를 곱하여 상기 보상 전압의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 토크 리플 제어부는
    상기 토크 리플의 저감 여부를 검출하고 저감되지 않은 경우 상기 토크 리플의 저감이 검출될 때까지 상기 특정 비례상수의 크기를 가변시키는 것을 특징으로 하는 전동기의 실시간 토크 리플 저감 장치.

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