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KR102586189B1 - 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Publication number
KR102586189B1
KR102586189B1 KR1020210162542A KR20210162542A KR102586189B1 KR 102586189 B1 KR102586189 B1 KR 102586189B1 KR 1020210162542 A KR1020210162542 A KR 1020210162542A KR 20210162542 A KR20210162542 A KR 20210162542A KR 102586189 B1 KR102586189 B1 KR 102586189B1
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KR
South Korea
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voltage
axis
deviation
current
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손진근
이현재
이종찬
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주식회사 브이씨텍
가천대학교 산학협력단
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Publication date
Application filed by 주식회사 브이씨텍, 가천대학교 산학협력단 filed Critical 주식회사 브이씨텍
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Abstract

본 발명에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치는, 인버터에 인가되는 최종 3상 지령치 전압의 노이즈를 제거하기 위한 저역 통과 필터; 상기 저역 통과 필터를 통과한 필터링된 최종 3상 지령치 전압을 2상 최종 지령치 전압으로 변환하고, 상기 2상 최종 지령치 전압의 크기를 계산하는 수단; 각속도 검출치와 상기 2상 최종 지령치 전압의 크기를 이용하여 감쇠비 보상 전압을 산출하는 감쇠비 보상기; 외부에서 인가되는 최대 지령치 전압과 감쇠비 보상 전압의 편차를 계산하여 지령치 편차 전압을 출력하는 전압 감산기; 상기 지령치 편차 전압을 이용하여 약자속 제어에 필요한 d축 지령치 전류를 출력하는 일정 증분 제어기; 상기 일정 증분 제어기가 출력하는 d축 지령치 전류 중 약자속 제어에 필요한 음의 영역만을 출력하는 음역 리미터; 외부에서 인가되는 회전자 각속도 지령치와 회전자 각속도 검출치의 편차인 각속도 편차분을 출력하는 각속도 감산기; 및 상기 각속도 편차분을 이용하여 q축 지령치 전류의 최대치를 제한하여 출력하는 리미터를 포함한다.

Description

전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치 및 그 제어 방법{HIGH EFFICIENCY OPERATING CONTROL APPRATUS OF PMSM FOR ELECTRIC VEHCLE AND ITS CONTROL METHOD}
본 발명은 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전압 궤환 기반의 약자속 제어를 통한 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
인버터를 사용하여 영구 자석 동기 전동기(이하, 전동기라고 약기함)를 벡터 제어하는 기술은 산업계에서 널리 사용되고 있는 기술이며, 인버터의 출력 전압의 크기와 위상을 개별적으로 조작함으로써, 전동기 내의 전류 벡터를 최적으로 조작하여 전동기의 토크를 고속으로 순시 제어하는 것이다. 영구 자석 동기 전동기는 유도 전압기와 비교해서, 영구 자석에 의한 자속이 확립되어 있기 때문에 여자 전류가 불필요하고, 회전자에 전류가 흐르지 않기 때문에 2차 동손이 발생하지 않는 것 등으로 인하여 고효율인 전동기로 알려져 있어, 최근 전기차의 제어 장치로 사용되고 있다.
전기차의 제어 장치에 영구 자석 동기 전동기를 적용하는데 있어서 과제가 되는 것이, 고속역까지의 안정적인 약화 자속 운전의 실현과, 인버터의 손실을 최소로 할 수 있어 전동기로의 인가 전압을 최대화할 수 있는 1 펄스 모드로의 안정적인 천이이다. 1 펄스 모드는 인버터의 출력선간 전압이 1 주기, 즉 360도이며, 120도의 정의 최대 전압과 부의 최대 전압의 구형파가 번갈아 60도의 전압 제로 기간을 사이에 두고 반복하는 구형파 전압을 출력하는 인버터의 변조 모드이다.
관련 종래 기술로는 전류 지령값을 기본으로 산출한 전압 지령값과, 전압 고정 지령이 입력되는 전압 고정부를 마련하고, 전압 고정 지령이 입력되면, 전압 지령값의 크기를 미리 정한 전압 설정값에 고정하여 새로운 전압 지령값으로서 출력하고, 전류 지령값으로부터 연산된 전압 지령값과 새로운 전압 지령값의 차를 비례 적분 제어하여 얻은 자속 방향(d축) 전류 보정값에 의해 자속 방향(d축) 전류 지령값을 보정하고, 새로운 전압 지령값으로부터 인버터의 변조율을 연산하여 인버터를 제어함으로써 약자속 운전 방법이 일본 특개평 9-84399호에 개시되어 있다.
위 일본 특개평 9-84399호에는 전압 고정 지령을 어떻게 생성하는지 나타나 있지 않으며, 또 전압 고정부를 새롭게 마련할 필요가 있다. 또, 컨덴서 전압은 상시 변동하고 있고, 이에 따라 인버터가 출력할 수 있는 최대 전압도 변동되지만, 위 일본 특개평 9-84399호의 방법으로 전동기로의 인가 전압을 최대화하기 위해서는 컨덴서 전압 변동에 따라 전압 고정 지령의 생성 타이밍과 고정하는 전압 설정값을 변화시킬 필요가 있어, 복잡한 제어를 행할 필요가 있다.
또한, 전류 지령값을 기본으로 산출한 전압 지령값과, 전압 고정 지령에 의해 크기가 고정된 새로운 전압 지령값의 편차를 비례 적분 제어한 값을 자속 방향(d축) 전류 보정값으로서 사용하고 있기 때문에, 전압 지령값과 새로운 전압 지령값의 편차가 제로가 아닌 경우, 즉 비례 적분 제어의 입력이 제로가 아닌 동안은 항상 적분값이 축적되어 가는 동작이 된다. 이 때문에, 예를 들어 전동기의 회전 속도에 대해 토크 지령값이 과대인 경우 등, 자속 방향 전류 보정값에 의해 자속 방향 전류를 보정해도, 이론적으로 전류 지령값을 기본으로 산출한 전압 지령값을 고정된 새로운 전압 지령값 이하로 할 수 없는 경우에는 전압 지령값과 고정된 새로운 전압 지령값의 차를 제로로 할 수 없어, 비례 적분 제어 내부의 적분값이 축적되어 가서 자속 방향 전류 보정값이 시간의 경과와 함께 과대하게 증가해 가게 된다. 자속 방향 전류 보정값이 과대하게 되면, 정상적인 벡터 제어를 실현할 수 없기 때문에, 실용에 있어서는 적분값의 상한을 제한하거나 소정의 조건으로 적분값의 리셋을 실시하는 등의 복잡한 구성을 필요로 한다.
일본 특개평 9-84399호 영구자석 동기 전동기의 제어 장치 특허등록 10-1840509호 동기전동기 센서리스 벡터제어를 위한 회전자 추정장치 특허등록 10-1027231호 영구 자석 동기 전동기의 벡터 제어 장치 특허등록 10-0960043호 2상 영구자석 동기 전동기의 공간전압벡터 제어 장치
본 발명은 최종 출력 데이터를 적용함으로써 계산상의 모든 오차를 고려할 수 있는 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 저역 통과 필터를 적용함으로써 외부 요인에 의한 노이즈를 제거할 수 있는 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 감쇠비 보상기를 적용함으로써 저역 통과 필터에 의한 전압 감쇠분을 보상할 수 있는 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치는, 인버터에 인가되는 최종 3상 지령치 전압의 노이즈를 제거하기 위한 저역 통과 필터; 상기 저역 통과 필터를 통과한 필터링된 최종 3상 지령치 전압을 2상 최종 지령치 전압으로 변환하고, 상기 2상 최종 지령치 전압의 크기를 계산하는 수단; 각속도 검출치와 상기 2상 최종 지령치 전압의 크기를 이용하여 감쇠비 보상 전압을 산출하는 감쇠비 보상기; 외부에서 인가되는 최대 지령치 전압과 감쇠비 보상 전압의 편차를 계산하여 지령치 편차 전압을 출력하는 전압 감산기; 상기 지령치 편차 전압을 이용하여 약자속 제어에 필요한 d축 지령치 전류를 출력하는 일정 증분 제어기; 상기 일정 증분 제어기가 출력하는 d축 지령치 전류 중 약자속 제어에 필요한 음의 영역만을 출력하는 음역 리미터; 외부에서 인가되는 회전자 각속도 지령치와 회전자 각속도 검출치의 편차인 각속도 편차분을 출력하는 각속도 감산기; 및 상기 각속도 편차분을 이용하여 q축 지령치 전류의 최대치를 제한하여 출력하는 리미터를 포함한다.
바람직하게는, 상기 d축 지령치 전류와 d축 검출치 전류의 편차분을 d축 편차 전류로 출력하는 d축 전류 감산기; 상기 q축 지령치 전류와 q축 검출치 전류의 편차분을 q축 편차 전류로 출력하는 q축 전류 감산기; d축 편차 전류를 비례적분하여 d축 지령치 전압을 출력하는 제1 비례적분기; q축 편차 전류를 비례적분하여 q축 지령치 전압을 출력하는 제2 비례적분기; 하기 위상각을 이용하여 상기 d축 지령치 전압과 상기 q축 지령치 전압을 dq 역변환하여 3상 지령치 전압을 출력하는 DQ 역변환기; 상기 3상 지령치 전압을 이용하여 공간 벡터 PWM 신호에 대응하는 상기 최종 3상 지령치 전압을 출력하는 SVPWM 신호 발생기; 상기 최종 3상 지령치 전압에 제어되어 소정 레벨의 직류 전압을 3상 교류 전압을 변환하는 인버터; 및 영구자석 동기 전동기의 각속도 검출치를 적분하여 위상각을 출력하는 각속도 적분기를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 일정 증분 제어기는, 지령치 편차 전압이 양이면 상기 d축 지령치 전류에 소정 상수를 가산하고, 지령치 편차 전압이 음이면 상기 d축 지령치 전류에 상기 소정 상수를 감산하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 감쇠비 보상기는, 다음의 수학식에 따라 감쇠비 보상 전압을 산출하는 것을 특징으로 한다.
여기서,
Figure 112021135182917-pat00002
는 컷오프 주파수의 각속도,
Figure 112021135182917-pat00003
는 각속도 검출치,
Figure 112021135182917-pat00004
는 최종 지령치 전압 크기임.
또한, 본 발명에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 방법은, 인버터에 인가되는 최종 3상 지령치 전압의 노이즈를 제거하여 필터링된 최종 3상 지령치 전압을 출력하는 저역 통과 필터링 단계; 상기 필터링된 최종 3상 지령치 전압을 2상 최종 지령치 전압으로 변환하고, 상기 2상 최종 지령치 전압의 크기를 계산하는 단계; 각속도 검출치와 상기 2상 최종 지령치 전압의 크기를 이용하여 감쇠비 보상 전압을 산출하는 단계; 외부에서 인가되는 최대 지령치 전압과 감쇠비 보상 전압의 편차를 계산하여 지령치 편차 전압을 출력하는 단계; 상기 지령치 편차 전압을 이용하여 약자속 제어에 필요한 d축 지령치 전류를 출력하는 단계; 상기 d축 지령치 전류 중 약자속 제어에 필요한 음의 영역만을 출력하는 단계; 외부에서 인가되는 회전자 각속도 지령치와 회전자 각속도 검출치의 편차인 각속도 편차분을 출력하는 단계; 및 상기 각속도 편차분을 이용하여 q축 지령치 전류의 최대치를 제한하여 출력하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 d축 지령치 전류와 d축 검출치 전류의 편차분을 d축 편차 전류로 출력하는 단계; 상기 q축 지령치 전류와 q축 검출치 전류의 편차분을 q축 편차 전류로 출력하는 단계; 상기 d축 편차 전류를 비례적분하여 d축 지령치 전압을 출력하는 단계; 상기 q축 편차 전류를 비례적분하여 q축 지령치 전압을 출력하는 단계; 하기 위상각을 이용하여 상기 d축 지령치 전압과 상기 q축 지령치 전압을 dq 역변환하여 3상 지령치 전압을 출력하는 단계; 상기 3상 지령치 전압을 이용하여 공간 벡터 PWM 신호에 대응하는 상기 최종 3상 지령치 전압을 출력하는 단계; 상기 최종 3상 지령치 전압에 제어되어 소정 레벨의 직류 전압을 3상 교류 전압을 변환하는 단계; 및 영구자석 동기 전동기의 각속도 검출치를 적분하여 위상각을 출력하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 d축 지령치 전류를 출력하는 단계는, 지령치 편차 전압이 양이면 상기 d축 지령치 전류에 소정 상수를 가산하고, 지령치 편차 전압이 음이면 상기 d축 지령치 전류에 상기 소정 상수를 감산하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 감쇠비 보상 전압을 산출하는 단계는, 다음의 수학식에 따라 감쇠비 보상 전압을 산출하는 것을 특징으로 한다.
여기서,
Figure 112021135182917-pat00006
는 컷오프 주파수의 각속도,
Figure 112021135182917-pat00007
는 각속도 검출치,
Figure 112021135182917-pat00008
는 최종 지령치 전압 크기임.
본 발명의 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치에 따르면, 최종 출력 데이터를 적용함으로써 계산상의 모든 오차를 고려할 수 있고, 저역 통과 필터를 적용함으로써 외부 요인에 의한 노이즈를 제거할 수 있으며, 감쇠비 보상기를 적용함으로써 저역 통과 필터에 의한 전압 감쇠분을 보상할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치 블록도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치가 적용된 경우에 지령 속도가 변화할 때의 3상 전류 시뮬레이션 파형도, 및
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치가 적용된 경우에 지령 속도가 변화할 때의 3상 전류 실제 파형도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치는, 저역 통과 필터(105), 제1 DQ 변환기(110), 전압 크기 계산기(115), 감쇠비 보상기(120), 전압 감산기(125), 일정 증분 제어기(130), 음역 리미터(135), 각속도 감산기(140), 리미터(145), d축 전류 감산기(150), q축 전류 감산기(155), 제1 비례적분기(160), 제2 비례적분기(165), DQ 역변환기(170), SVPWM신호 발생기(175), 인버터(180), 각속도 적분기(185), 및 제2 DQ 변환기(190)를 포함한다.
dq 지령치 전압
Figure 112021135182917-pat00009
,
Figure 112021135182917-pat00010
와 최종 3상 지령치 전압
Figure 112021135182917-pat00011
,
Figure 112021135182917-pat00012
,
Figure 112021135182917-pat00013
사이에는 2상 전압 제어량을 3상 전압 제어량으로 변화시키는 역 DQ 변환기, 제3 고조파를 이용하여 전압 제어의 변조지수를 증가시킬 수 있는 SVPWM 기준 발생기, DC 링크의 최대 전압을 벗어나지 않도록 제한하는 리미터 그리고 인버터에 직접적으로 유입되는 스위칭 신호로 변환시키는 비교기 등과 같은 많은 연산 과정이 포함되어 있기 때문에 dq 지령치 전압
Figure 112021135182917-pat00014
,
Figure 112021135182917-pat00015
보다 최종 3상 지령치 전압
Figure 112021135182917-pat00016
,
Figure 112021135182917-pat00017
,
Figure 112021135182917-pat00018
를 이용하여 전압 제어를 수행하는 것이 계산상의 오차를 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 저역 통과 필터(105)를 사용하여 최종 3상 지령치 전압
Figure 112021135182917-pat00019
,
Figure 112021135182917-pat00020
,
Figure 112021135182917-pat00021
각각 한 주기 안에서 발생하는 노이즈를 제거하여 계산된 전압의 리플을 최소화한다. 이때 저역 통과 필터(105)는 PMSM(영구자석 동기 전동기, 195)에 흐르는 전류의 최대 주파수가 500Hz인 경우, 저역 통과 필터(105)의 Cut-off frequency는 500Hz로 설정하며, 저역 통과 필터(105)는 1차 시스템으로 구성할 수 있으며, 저역 통과 필터(105)의 전달함수는 수학식 1과 같다.
Figure 112021135182917-pat00022
여기서,
Figure 112021135182917-pat00023
는 Cut-off frequency의 각속도를 의미한다.
제1 DQ 변환기(110)는 최종 3상 지령치 전압 (
Figure 112021135182917-pat00024
,
Figure 112021135182917-pat00025
,
Figure 112021135182917-pat00026
)을 dq 변환하여 2상 최종 지령치 전압 (
Figure 112021135182917-pat00027
,
Figure 112021135182917-pat00028
)을 출력한다.
전압 크기 계산기(115)는 2상 최종 지령치 전압(
Figure 112021135182917-pat00029
,
Figure 112021135182917-pat00030
)의 크기를 계산하여 최종 지령치 전압 크기(
Figure 112021135182917-pat00031
)를 출력한다.
한편 저역 통과 필터를 사용하면 노이즈 영역의 전압 크기를 대폭 줄일 수 있지만, 파형 모두의 크기가 줄어든다. 크기가 줄어든 전압을 이용하여 전압 궤환을 실시하면 줄어든 전압 크기 만큼의 제어량을 더욱 늘려야 하므로 실제 원하는 전압 크기 만큼의 상전압을 내기 때문에 오차가 발생한다. 여기서 전압의 크기가 줄어드는 비율을 감쇠비라 하며, 전동기에 흐르는 실제 전류의 주파수를 측정하여 감쇠비를 보상한다.
감쇠비 보상기(120)는 각속도 검출치(
Figure 112021135182917-pat00032
)와 최종 지령치 전압 크기(
Figure 112021135182917-pat00033
)를 이용하여 감쇠비 보상 전압(Vcs)을 수학식 2와 같이 산출한다.
Figure 112021135182917-pat00034
전압 감산기(125)는 최대 전압 지령치(
Figure 112021135182917-pat00035
)와 감쇠비 보상 전압(Vcs)의 편차인 지령치 편차 전압을 출력한다.
일정 증분 제어기(130)는 전압 감산기(125)로부터 출력되는 지령치 편차 전압을 이용하여 약자속 제어에 필요한 d축 지령치 전류()를 출력한다. 예컨대, 편차 전압이 양이면 d축 지령치 전류()에 고정 상수를 가산하고, 편차 전압이 음이면 d축 지령치 전류()에 고정 상수를 감산함으로써 약자속제어에 필요한 d축 지령치 전류()를 생성한다.
음역 리미터(135)는 일정 증분 제어기(130)가 생성한 d축 지령치 전류() 중 약자속 제어에 필요한 음의 영역만을 출력한다.
각속도 감산기(140)는 외부에서 인가되는 PMSM의 회전자 각속도 지령치(
Figure 112021135182917-pat00041
)와 회전자 각속도 검출치(
Figure 112021135182917-pat00042
)의 편차인 각속도 편차분(
Figure 112021135182917-pat00043
)을 출력한다.
리미터(145)는 각속도 감산기(140)로부터 출력되는 각속도 편차분(
Figure 112021135182917-pat00044
)을 이용하여 q축 지령치 전류()의 최대치를 제한한다. 여기서, 음역 리미터(135)로부터 출력되는 d축 지령치 전류()와 감산기(140)에서 생성된 q축 지령치 전류()의 물리량의 합은 전동기에 인가될 수 있는 최대 전류보다 작아야 한다. 따라서 리미터(145)는 음역 리미터(135)가 출력하는 d축 지령치 전류()를 이용하여 q축 지령치 전류()가 의 결과값보다 크지 않도록 제한한다.
d축 전류 감산기(150)는 음역 리미터(135)로부터 출력되는 d축 지령치 전류(
Figure 112021135182917-pat00051
)와 제2 dq 변환기(190)로부터 출력되는 d축 검출치 전류(
Figure 112021135182917-pat00052
)의 편차분을 d축 편차 전류(Ids_error)로 출력한다.
q축 전류 감산기(155)는 리미터(145)로부터 출력되는 q축 지령치 전류(
Figure 112021135182917-pat00053
)와 제2 dq 변환기(190)로부터 출력되는 q축 검출치 전류(
Figure 112021135182917-pat00054
)의 편차분을 q축 편차 전류(Iqs_error)로 출력한다.
제1 비례적분기(160)는 d축 편차 전류(Ids_error)를 비례적분하여 d축 지령치 전압(
Figure 112021135182917-pat00055
)을 출력한다.
제2 비례적분기(165)는 q축 편차 전류(Iqs_error)를 비례적분하여 q축 지령치 전압(
Figure 112021135182917-pat00056
)을 출력한다.
DQ 역변환기(170)는 각속도 적분기(185)로부터 출력되는 위상각(
Figure 112021135182917-pat00057
)을 이용하여 제1 비례적분기(160)로부터 출력되는 d축 지령치 전압(
Figure 112021135182917-pat00058
)과 제2 비례적분기(165)로부터 출력되는 q축 지령치 전압(
Figure 112021135182917-pat00059
)을 dq 역변환하여 3상 지령치 전압(
Figure 112021135182917-pat00060
,
Figure 112021135182917-pat00061
,
Figure 112021135182917-pat00062
)을 출력한다.
SVPWM 신호 발생기(175)는 3상 지령치 전압(
Figure 112021135182917-pat00063
,
Figure 112021135182917-pat00064
,
Figure 112021135182917-pat00065
)을 이용하여 공간 벡터 PWM 신호에 대응하는 최종 3상 지령치 전압(
Figure 112021135182917-pat00066
,
Figure 112021135182917-pat00067
,
Figure 112021135182917-pat00068
)을 출력한다.
인버터(180)는 최종 3상 지령치 전압(
Figure 112021135182917-pat00069
,
Figure 112021135182917-pat00070
,
Figure 112021135182917-pat00071
)에 제어되어 소정 레벨의 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환한다.
각속도 적분기(185)는 영구자석 동기 전동기(195)의 각속도 검출치(
Figure 112021135182917-pat00072
)를 적분하여 위상각(
Figure 112021135182917-pat00073
)을 출력한다.
제2 DQ 변환기(190)는 인버터(180)로부터 출력되는 3상 검출치 전류(Ia, Ib, Ic)를 dq 변환하여 2상 검출치 전류(Ids, Iqs)를 출력한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치가 적용된 경우에 지령 속도가 변화할 때의 3상 전류 시뮬레이션 파형도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치가 적용된 경우에 지령 속도가 변화할 때의 3상 전류 실제 파형도이다. 즉, 본 발명에 따른 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치가 매우 효율적으로 설계되어 약자속 제어에 유용함을 알 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
105: 저역 통과 필터
110: 제1 DQ 변환기
115: 전압 크기 계산기
120: 감쇠비 보상기
125: 전압 감산기
130: 일정 증분 제어기
135: 음역 리미터
140: 각속도 감산기
145: 리미터
150: d축 전류 감산기
155: q축 전류 감산기
160: 제1 비례적분기
165: 제2 비례적분기
170: DQ 역변환기
175: SVPWM 신호 발생기
180: 인버터
185: 각속도 적분기
190: 제2 DQ 변환기

Claims (8)

  1. 인버터에 인가되는 최종 3상 지령치 전압을 입력받아 상기 최종 3상 지령치 전압의 노이즈를 제거하기 위한 저역 통과 필터;
    상기 저역 통과 필터를 통과한 필터링된 최종 3상 지령치 전압을 2상 최종 지령치 전압으로 변환하고, 상기 2상 최종 지령치 전압의 크기를 계산하는 수단;
    각속도 검출치와 상기 2상 최종 지령치 전압의 크기를 이용하여 감쇠비 보상 전압을 산출하는 감쇠비 보상기;
    외부에서 인가되는 최대 지령치 전압과 감쇠비 보상 전압의 편차를 계산하여 지령치 편차 전압을 출력하는 전압 감산기;
    상기 지령치 편차 전압을 이용하여 약자속 제어에 필요한 d축 지령치 전류를 출력하는 일정 증분 제어기;
    상기 일정 증분 제어기가 출력하는 d축 지령치 전류 중 약자속 제어에 필요한 음의 영역만을 출력하는 음역 리미터;
    외부에서 인가되는 회전자 각속도 지령치와 회전자 각속도 검출치의 편차인 각속도 편차분을 출력하는 각속도 감산기; 및
    상기 각속도 편차분을 이용하여 q축 지령치 전류의 최대치를 제한하여 출력하는 리미터를 포함하고,
    상기 감쇠비 보상기는, 다음의 수학식에 따라 감쇠비 보상 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치.
    여기서, 는 컷오프 주파수의 각속도, 는 각속도 검출치, 는 최종 지령치 전압 크기임.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 d축 지령치 전류와 d축 검출치 전류의 편차분을 d축 편차 전류로 출력하는 d축 전류 감산기;
    상기 q축 지령치 전류와 q축 검출치 전류의 편차분을 q축 편차 전류로 출력하는 q축 전류 감산기;
    d축 편차 전류를 비례적분하여 d축 지령치 전압을 출력하는 제1 비례적분기;
    q축 편차 전류를 비례적분하여 q축 지령치 전압을 출력하는 제2 비례적분기;
    하기 위상각을 이용하여 상기 d축 지령치 전압과 상기 q축 지령치 전압을 dq 역변환하여 3상 지령치 전압을 출력하는 DQ 역변환기;
    상기 3상 지령치 전압을 이용하여 공간 벡터 PWM 신호에 대응하는 상기 최종 3상 지령치 전압을 출력하는 SVPWM 신호 발생기;
    상기 최종 3상 지령치 전압에 제어되어 소정 레벨의 직류 전압을 3상 교류 전압을 변환하는 인버터; 및
    영구자석 동기 전동기의 각속도 검출치를 적분하여 위상각을 출력하는 각속도 적분기
    를 더 포함하는 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 일정 증분 제어기는, 지령치 편차 전압이 양이면 상기 d축 지령치 전류에 소정 상수를 가산하고, 지령치 편차 전압이 음이면 상기 d축 지령치 전류에 상기 소정 상수를 감산하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 인버터에 인가되는 최종 3상 지령치 전압을 입력받아 상기 최종 3상 지령치 전압의 노이즈를 제거하여 필터링된 최종 3상 지령치 전압을 출력하는 저역 통과 필터링 단계;
    상기 필터링된 최종 3상 지령치 전압을 2상 최종 지령치 전압으로 변환하고, 상기 2상 최종 지령치 전압의 크기를 계산하는 단계;
    각속도 검출치와 상기 2상 최종 지령치 전압의 크기를 이용하여 감쇠비 보상 전압을 산출하는 단계;
    외부에서 인가되는 최대 지령치 전압과 감쇠비 보상 전압의 편차를 계산하여 지령치 편차 전압을 출력하는 단계;
    상기 지령치 편차 전압을 이용하여 약자속 제어에 필요한 d축 지령치 전류를 출력하는 단계;
    상기 d축 지령치 전류 중 약자속 제어에 필요한 음의 영역만을 출력하는 단계;
    외부에서 인가되는 회전자 각속도 지령치와 회전자 각속도 검출치의 편차인 각속도 편차분을 출력하는 단계; 및
    상기 각속도 편차분을 이용하여 q축 지령치 전류의 최대치를 제한하여 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 감쇠비 보상 전압을 산출하는 단계는, 다음의 수학식에 따라 감쇠비 보상 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 방법.
    여기서, 는 컷오프 주파수의 각속도, 는 각속도 검출치, 는 최종 지령치 전압 크기임.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 d축 지령치 전류와 d축 검출치 전류의 편차분을 d축 편차 전류로 출력하는 단계;
    상기 q축 지령치 전류와 q축 검출치 전류의 편차분을 q축 편차 전류로 출력하는 단계;
    상기 d축 편차 전류를 비례적분하여 d축 지령치 전압을 출력하는 단계;
    상기 q축 편차 전류를 비례적분하여 q축 지령치 전압을 출력하는 단계;
    하기 위상각을 이용하여 상기 d축 지령치 전압과 상기 q축 지령치 전압을 dq 역변환하여 3상 지령치 전압을 출력하는 단계;
    상기 3상 지령치 전압을 이용하여 공간 벡터 PWM 신호에 대응하는 상기 최종 3상 지령치 전압을 출력하는 단계;
    상기 최종 3상 지령치 전압에 제어되어 소정 레벨의 직류 전압을 3상 교류 전압을 변환하는 단계; 및
    영구자석 동기 전동기의 각속도 검출치를 적분하여 위상각을 출력하는 단계
    를 더 포함하는 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 d축 지령치 전류를 출력하는 단계는, 지령치 편차 전압이 양이면 상기 d축 지령치 전류에 소정 상수를 가산하고, 지령치 편차 전압이 음이면 상기 d축 지령치 전류에 상기 소정 상수를 감산하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 영구자석 동기전동기의 고효율 운전 제어 방법.
  8. 삭제
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