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KR20070076854A - Start control method of sensorless permanent magnet synchronous motor - Google Patents

Start control method of sensorless permanent magnet synchronous motor Download PDF

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Publication number
KR20070076854A
KR20070076854A KR1020060006262A KR20060006262A KR20070076854A KR 20070076854 A KR20070076854 A KR 20070076854A KR 1020060006262 A KR1020060006262 A KR 1020060006262A KR 20060006262 A KR20060006262 A KR 20060006262A KR 20070076854 A KR20070076854 A KR 20070076854A
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KR
South Korea
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permanent magnet
synchronous motor
magnet synchronous
sensorless
starting
Prior art date
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KR1020060006262A
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Korean (ko)
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KR101225165B1 (en
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이성모
김현배
이준환
김남수
손승용
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삼성전자주식회사
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    • H04M1/0208Portable telephones comprising a plurality of mechanically joined movable body parts, e.g. hinged housings characterized by the relative motions of the body parts
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Abstract

본 발명은 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법에 관한 것으로, 부하변동이 큰 시스템에서 센서없이 영구자석 동기모터를 기동시킬 때 기동실패를 최소화하도록 하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a start control method of a sensorless permanent magnet synchronous motor, and aims to minimize start failure when starting a permanent magnet synchronous motor without a sensor in a system with a large load fluctuation.

이를 위해 본 발명은 센서리스 벡터제어를 통해 영구자석 동기모터를 기동하는 방법에 있어서, 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 지령치를 일정 기울기로 증가시켜 상기 영구자석 동기모터를 강제 정렬시키는 단계; 강제 정렬 후 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 지령치를 일정 기울기로 감소시켜 상기 영구자석 동기모터를 강제 기동시키는 단계; 및 강제 기동이 시작된 후 기계모델에 의해 추정된 위치 및 속도정보와 전기모델에 의해 추정된 위치 및 속도정보를 혼합하는 크로스오버 함수의 x-축을 기계모델에 의해 추정된 위치정보를 기준으로 제어하는 단계를 포함하는 것이다.To this end, the present invention provides a method of starting a permanent magnet synchronous motor through sensorless vector control, comprising: forcibly aligning the permanent magnet synchronous motor by increasing the rotational coordinate system d-axis current command value of the vector control by a predetermined slope; Forcibly starting the permanent magnet synchronous motor by decreasing the rotational coordinate system d-axis current command value of the vector control by a constant slope after the forced alignment; And controlling the x-axis of the crossover function that mixes the position and velocity information estimated by the mechanical model and the position and velocity information estimated by the electrical model after the forced start is started based on the position information estimated by the mechanical model. To include the steps.

Description

센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법{Method to control starting of sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor}Method to control starting of sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor

도 1은 종래 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어 패턴도,1 is a start control pattern diagram of a conventional sensorless permanent magnet synchronous motor,

도 2는 일반적인 센서리스 영구자석 동기모터의 기계모델로 위치 및 속도정보를 추정하기 위한 블록도,2 is a block diagram for estimating position and velocity information with a mechanical model of a general sensorless permanent magnet synchronous motor;

도 3은 종래 센서리스 영구자석 동기모터의 기동 실험 파형도,3 is a waveform diagram of a start-up experiment of a conventional sensorless permanent magnet synchronous motor,

도 4는 본 발명에 의한 센서리스 영구자석 동기모터의 속도제어 구성도,4 is a speed control configuration diagram of a sensorless permanent magnet synchronous motor according to the present invention;

도 5는 일반적인 벡터전류제어기의 구성도,5 is a configuration diagram of a general vector current controller,

도 6은 본 발명에 의한 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어 패턴도,6 is a start control pattern diagram of a sensorless permanent magnet synchronous motor according to the present invention;

도 7은 본 발명 센서리스 영구자석 동기모터의 기동 시 d-축, q-축 전류 지령치 연산 알고리즘을 나타낸 도면,7 is a diagram illustrating a d-axis and q-axis current command value calculation algorithm when starting the sensorless permanent magnet synchronous motor of the present invention;

도 8은 본 발명에 의한 센서리스 영구자석 동기모터의 크로스오버 함수,8 is a crossover function of a sensorless permanent magnet synchronous motor according to the present invention;

도 9는 센서리스 영구자석 동기모터의 기동 시 추정된 위치와 제어에 사용하는 위치정보,9 shows position information used for the estimated position and control at the start of the sensorless permanent magnet synchronous motor;

도 10은 본 발명 센서리스 영구자석 동기모터의 기동 실험 파형도.Figure 10 is a waveform diagram of the starting experiment of the sensorless permanent magnet synchronous motor of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 영구자석 동기모터 20 : 인버터10: permanent magnet synchronous motor 20: inverter

30 : 전류추정부 40,50 : 제1 및 제2위치속도 추정기30: current estimation 40,50: first and second position speed estimator

60 : 위치속도 혼합기 70 : 속도제어기60: position speed mixer 70: speed controller

80 : 전류지령변환기 90 : 벡터전류제어기80: current command converter 90: vector current controller

본 발명은 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어에 관한 것으로, 특히 센서가 없는 영구자석 동기모터를 기동시킬 때 기동실패를 최소화하는 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a start control of a sensorless permanent magnet synchronous motor, and more particularly to a start control method of a sensorless permanent magnet synchronous motor which minimizes a start failure when starting a permanent magnet synchronous motor without a sensor.

통상, 영구자석 동기모터의 고정자(stator)는 코일에 전류를 흘려 형성하는 전기자(armature)를 사용하고, 회전자(rotator)는 N극과 S극이 반복되어 형성된 영구자석을 사용한다. 영구자석 동기모터가 연속적으로 회전하기 위해서는 영구자석 동기모터의 연속적인 회전자계의 형성이 필요하며, 연속적인 회전자계를 형성하기 위해서는 전기자의 각 상 코일에 흐르는 전류의 전환(commutation)을 적절한 시점에 해야 하는데, 적절한 전환을 위해서는 회전자의 위치를 정확히 인식해야 한다. In general, a stator of a permanent magnet synchronous motor uses an armature that forms a current through a coil, and a rotor uses a permanent magnet formed by repeating the N pole and the S pole. In order for the permanent magnet synchronous motor to rotate continuously, it is necessary to form a continuous rotor field of the permanent magnet synchronous motor.To form a continuous rotor field, the commutation of the current flowing through each phase coil of the armature is performed at an appropriate time. In order to make the proper switchover, the position of the rotor must be accurately recognized.

여기서 전환이란 회전자가 회전할 수 있도록 모터 고정자 코일의 전류 방향을 바꾸어 주는 것이다.The changeover here is to change the current direction of the motor stator coils so that the rotor can rotate.

이러한 영구자석 동기모터의 원활한 운전을 위해서는 회전자의 위치와 상 전류의 전환시점을 정밀하게 일치시켜야 하며, 이를 위해 회전자의 위치를 검출하기 위한 장치가 요구되는데, 일반적으로는 회전자의 위치 검출을 위해 홀센서(Hall sensor)나 리졸버(Resolver) 소자, 엔코더(encoder)와 같은 위치검출센서를 이용하였다.In order to operate the permanent magnet synchronous motor smoothly, the position of the rotor and the switching point of the phase current must be precisely matched, and for this purpose, a device for detecting the position of the rotor is required. For this, position detection sensors such as Hall sensors, resolver elements, and encoders are used.

이러한 위치검출센서는 제조 원가가 비싸고, 압축기의 경우 압축기 내부의 온도 등 환경적인 문제로 인하여 영구자석 동기모터에 사용할 수 없기 때문에 영구자석 동기모터의 전압, 전류정보 등을 이용하여 회전자의 위치를 간접적으로 검출하는 센서리스(sensorless) 제어방식이 모색되었다.Since the position detection sensor is expensive to manufacture and the compressor cannot be used for the permanent magnet synchronous motor due to environmental problems such as the temperature inside the compressor, the position of the rotor is determined by using the voltage and current information of the permanent magnet synchronous motor. Sensorless control methods that detect indirectly have been sought.

이러한 센서리스 영구자석 동기모터는 센서가 없어 회전자의 초기위치를 알 수 없기 때문에 강제적인 기동방법을 택하고 있다. 센서가 없이 영구자석 동기모터를 구동하기 위해서는 도 1의 강제 정렬구간처럼 전기각 0도로 d-축 전류를 공급하여 모터를 강제 정렬시키고, 일정시간이 지나면 도 2의 기계모델에 의해 추정한 위치 및 속도정보를 이용하여 강제 기동을 시킨다. 이후 전기모델에 의해 추정한 위치 및 속도정보와 크로스오버 함수를 통해 혼합하여 기동한 후, 센서리스 구간으로 전환하여 모터를 구동시킨다.Since the sensorless permanent magnet synchronous motor does not have a sensor and does not know the initial position of the rotor, a forced starting method is adopted. In order to drive a permanent magnet synchronous motor without a sensor, the motor is forcedly aligned by supplying a d-axis current at an electric angle of 0 degrees like the forced alignment section of FIG. 1, and after a predetermined time, the position and position estimated by the mechanical model of FIG. Forced start using speed information. After starting by mixing the position and speed information and the crossover function estimated by the electrical model, and then switch to the sensorless section to drive the motor.

그런데, 이러한 센서리스 영구자석 동기모터는 부하가 크게 변동하는 조건에서는 강제 정렬 수행 시 부하의 변동에 의해서 모터의 강제 정렬이 정확히 이루어지지 않아 강제 정렬 후 강제 기동 시 기계모델에 의해 추정한 위치 및 속도정보를 이용하여 모터를 기동할 때 실제와 값이 맞지 않아 기동 실패의 가능성이 크다.However, the sensorless permanent magnet synchronous motor has a position and speed estimated by the machine model during forced start after forced alignment because the forced alignment of the motor is not performed precisely due to the load change when the forced alignment is performed under the condition that the load varies greatly. When starting the motor by using the information, the actual value is not correct and there is a high possibility of starting failure.

즉, 도 1과 같이 d-축 전류를 바로 인가하면 모터가 흔들리게 되어 모터 부하에 따라 강제 정렬하는 시간이 늘어날 수 있으며, 강제 기동 시 d-축 전류를 바로 '0'으로 인가하면 모터의 부하가 클 경우에는 강제 정렬시킨 위치에서 움직일 수 있다. 이렇게 강제 정렬 후 모터가 움직이면 강제 기동이 실패하게 된다.That is, as soon as the d-axis current is directly applied as shown in FIG. 1, the motor may be shaken to increase the time for forced alignment according to the motor load. If is large, it can move in the forced alignment position. If the motor moves after the forced alignment, the forced start will fail.

또한, 강제 기동이 성공한 후에는 전기모델에 의해 추정한 위치 및 속도정보와 기계모델에 의해 추정한 위치 및 속도정보를 크로스오버 함수로 혼합하여 사용하는데, 이때 혼합하는 위치가 속도 지령치로 되어 있기 때문에 실제 속도와 속도 지령치가 항상 같지 않아 기동에 실패할 수 있다는 문제점이 있다.In addition, after the forced start is successful, the position and velocity information estimated by the electric model and the position and velocity information estimated by the mechanical model are mixed and used as a crossover function. The problem is that the actual speed and the speed setpoint are not always the same, which can cause the maneuver to fail.

이러한 종래 센서리스 영구자석 동기모터를 기동할 때의 실험 파형을 도 3에 도시하였다. 도 3은 강제 정렬 시 d-축 지령치가 바로 인가될 때의 A상 전류와 강제 기동 시 d-축 지령치를 바로 '0'으로 인가할 때의 A상 전류의 실험 파형을 나타낸 것으로, 도 3에서 보듯이, 강제 정렬 시 모터 축이 크게 흔들리고, 강제 기동 시 부하가 클 경우 순간적으로 모터 축이 흔들려 기동에 실패할 수 있음을 알 수 있다.3 illustrates an experimental waveform when starting the conventional sensorless permanent magnet synchronous motor. FIG. 3 shows experimental waveforms of the phase A current when the d-axis command value is directly applied during forced alignment and the phase A current when the d-axis command value is directly applied to '0' during forced start. As can be seen, it can be seen that the motor shaft is greatly shaken during forced alignment and the motor shaft is momentarily shaken when the load is large during forced startup, and the start may fail.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 부하변동이 큰 시스템에서 센서없이 영구자석 동기모터를 기동시킬 때 기동실패를 최소화하는 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to provide a sensorless permanent magnet synchronous motor to minimize the start failure when starting the permanent magnet synchronous motor without a sensor in a large load fluctuation system It is to provide a start control method.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 센서리스 벡터제어를 통해 영구자석 동기모터를 기동하는 방법에 있어서, 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 지령치를 일정 기울기로 증가시켜 상기 영구자석 동기모터를 강제 정렬시키는 단계; 및 강제 정렬 후 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 지령치를 일정 기울기로 감소시켜 상기 영구자석 동기모터를 강제 기동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of starting a permanent magnet synchronous motor through sensorless vector control, and forcibly aligns the permanent magnet synchronous motor by increasing the rotational coordinate system d-axis current command value of the vector control by a predetermined slope. Making a step; And forcibly starting the permanent magnet synchronous motor by decreasing the rotational coordinate system d-axis current command value of the vector control by a constant slope after forced alignment.

또한, 본 발명은 강제 기동이 시작된 후 기계모델에 의해 추정된 위치 및 속도정보와 전기모델에 의해 추정된 위치 및 속도정보를 혼합하는 크로스오버 함수의 x-축을 기계모델에 의해 추정된 위치정보를 기준으로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention provides the position information estimated by the machine model on the x-axis of the crossover function that mixes the position and velocity information estimated by the machine model and the position and velocity information estimated by the electric model after the forced start is started. It characterized in that it further comprises the step of controlling by reference.

그리고, 본 발명은 센서리스 벡터제어를 통해 영구자석 동기모터를 기동하는 방법에 있어서, 상기 영구자석 동기모터의 강제 정렬 시 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 지령치를 일정 기울기로 증가시켜 인가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention provides a method of starting a permanent magnet synchronous motor through sensorless vector control, wherein the d-axis current command value of the rotational coordinate system of the vector control is increased by a predetermined slope during forced alignment of the permanent magnet synchronous motor. It features.

또한, 본 발명은 센서리스 벡터제어를 통해 영구자석 동기모터를 기동하는 방법에 있어서, 상기 영구자석 동기모터의 강제 기동 시 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 지령치를 일정 기울기로 감소시켜 인가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a method of starting the permanent magnet synchronous motor through the sensorless vector control, the reduction of the rotational coordinate system d-axis current command value of the vector control applied by a constant slope when the permanent magnet synchronous motor is forcibly started. It features.

또한, 상기 영구자석 동기모터의 강제 기동 시 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 및 q-축 전류의 임의 방정식에 의해 d-축 전류 지령치를 인가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the d-axis current command value is applied by an arbitrary equation of the rotation coordinate system d-axis current and q-axis current of the vector control when the permanent magnet synchronous motor is forcibly started.

또한, 본 발명은 센서리스 벡터제어를 통해 영구자석 동기모터를 기동하는 방법에 있어서, 상기 영구자석 동기모터의 강제 기동이 시작된 후, 기계모델에 의해 추정된 위치 및 속도정보와 전기모델에 의해 추정된 위치 및 속도정보를 혼합하는 크로스오버 함수의 x-축을 기계모델에 의해 추정된 위치정보를 기준으로 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a method for starting the permanent magnet synchronous motor through the sensorless vector control, after the forced start of the permanent magnet synchronous motor is started, the position and the speed information estimated by the mechanical model and estimated by the electrical model And controlling the x-axis of the crossover function that mixes the estimated position and velocity information based on the position information estimated by the machine model.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 의한 센서리스 영구자석 동기모터의 속도제어 구성도이고, 도 5는 일반적인 벡터전류제어기의 구성도이다.4 is a speed control configuration diagram of a sensorless permanent magnet synchronous motor according to the present invention, and FIG. 5 is a configuration diagram of a general vector current controller.

도 4에서, 본 발명 센서리스 영구자석 동기모터의 속도제어장치는 영구자석 동기모터(10)에 3상 전압을 공급하기 위한 전압소스 인버터(20), 상 전압 인가에 따른 전류추정기(30), 역기전력과 자속을 이용하여 위치와 속도를 추정하는 전기모델을 기반으로 한 제1위치속도 추정기(40), 회전체의 관성계수와 토오크를 이용하여 위치와 속도를 추정하는 기계모델을 기반으로 한 제2위치속도 추정기(50), 전기모델에 의해 추정한 위치 및 속도정보와 기계모델에 의해 추정한 위치 및 속도정보를 크로스오버 함수로 혼합하는 위치속도 혼합기(60), 측정된 또는 추정된 속도와 지령을 비교하여 토오크 지령을 발생하는 속도제어기(70), 토오크 지령을 전류 지령으로 변환하는 전류지령 변환기(80), 지령 전류와 추정 및 측정한 전류와 비교하여 전압을 발생하는 벡터전류제어기(90)를 포함한다.4, the speed control device of the sensorless permanent magnet synchronous motor of the present invention is a voltage source inverter 20 for supplying a three-phase voltage to the permanent magnet synchronous motor 10, the current estimator 30 according to the application of the phase voltage, A first position velocity estimator 40 based on an electrical model estimating position and velocity using counter electromotive force and magnetic flux, and a machine model based on a mechanical model estimating position and velocity using the inertia coefficient and torque of the rotor. 2 position velocity estimator 50, a position velocity mixer 60 for mixing the position and velocity information estimated by the electrical model and the position and velocity information estimated by the mechanical model with a crossover function, and the measured or estimated velocity and Speed controller 70 that generates a torque command by comparing the command, Current command converter 80 that converts the torque command into a current command, and Vector electric field that generates voltage by comparing the command current with the estimated and measured current. And a controller (90).

상기 전류추정기(30)는 여러 가지 형태로 구성될 수 있다. 첫 번째 영구자석 동기모터(10)의 3상에 세 개의 전류변환기(Current Transducer)나 직렬의 션트(shunt)저항을 이용하여 3상 전류를 직접 검출한다. 두 번째는 두 개의 전류변환기나 직렬의 션트저항으로 2상의 전류 검출 후 나머지 1상은 2상 전류값으로 구할 수 있다. 세 번째는 dc bus측의 하나의 직렬 션트저항이나 인버터(20)의 아래쪽 스위치들과 접지사이에 직렬로 두 개나 세 개의 션트저항으로 3상 전류를 재구성하여 추정할 수 있다. 네 번째는 세 번째 방법과 동일하나 션트저항이 인버터(20) 스위 치의 외부에 위치하지 않고 내부에 있는 방식으로 추정할 수 있다. 이외 다른 방법으로도 3상 전류의 검출이 가능하며, 이는 종래에 사용하고 있는 일반적인 방식이다.The current estimator 30 may be configured in various forms. The three-phase current is directly detected by using three current transducers or a series shunt resistor in three phases of the first permanent magnet synchronous motor 10. Second, two current converters or series shunt resistors detect the two-phase current, and the other one can be found as the two-phase current value. The third can be estimated by reconfiguring the three-phase current with one series shunt resistor on the dc bus side or two or three shunt resistors in series between the lower switches of the inverter 20 and ground. The fourth is the same as the third method, but it can be estimated by the method in which the shunt resistor is not inside the switch of the inverter 20 but inside. The three-phase current can also be detected by other methods, which is a general method used in the related art.

상기 전류지령변환기(80)는 속도제어기(70)의 출력인 토오크를 전류로 변환하는 역할을 하는데, 회전좌표계의 q-축 전류 지령에 해당한다.The current command converter 80 serves to convert the torque that is the output of the speed controller 70 into a current, and corresponds to the q-axis current command of the rotational coordinate system.

상기 벡터전류제어기(90)는 도 5에 도시한 바와 같이, 측정 및 추정한 3상 전류를 정지좌표계로 변환하는 3상/정지좌표계 변환부(91), 추정위치로부터 정지좌표계에서 회전좌표계로 변환하는 정지좌표계/회전좌표계 변환부(92), 회전좌표계의 d-축, q-축 전류와 지령 전류와 비교하여 전압을 발생하는 전류제어부(93), 회전좌표계 전압을 정지좌표계로 변환하는 회전좌표계/정지좌표계 변환부(94), 정지좌표계 전압을 3상 전압으로 발생하는 PWM발생부(95)로 구성되며, 이는 종래에 사용하고 있는 일반적인 방식이다.The vector current controller 90 is a three-phase / stationary coordinate system conversion unit 91 for converting the measured and estimated three-phase current to the stationary coordinate system, as shown in Figure 5, from the stationary coordinate system to the rotational coordinate system from the estimated position A static coordinate system / rotational coordinate system conversion unit 92, a current control unit 93 for generating a voltage in comparison with the d-axis, q-axis current and the command current of the rotary coordinate system, and a rotational coordinate system for converting the rotational coordinate system voltage to the stationary coordinate system. / Stop coordinate system 94, and a PWM generator 95 for generating a static coordinate system voltage as a three-phase voltage, which is a common method used in the prior art.

이하, 상기와 같이 구성된 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.Hereinafter, an operation process and an effect of the start control method of the sensorless permanent magnet synchronous motor configured as described above will be described.

도 6은 본 발명에 의한 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어 패턴도로서, 영구자석 동기모터(10)의 기동 시 강제 정렬, 강제 기동, 센서리스 구동으로 전환할 때의 시간에 따른 벡터전류제어기(90)의 d-축, q-축 전류 지령치를 나타낸 것이다.6 is a start control pattern diagram of a sensorless permanent magnet synchronous motor according to the present invention, wherein the vector current controller according to time when the permanent magnet synchronous motor 10 is switched to forced alignment, forced start, and sensorless driving is started. The d-axis and q-axis current command values of 90 are shown.

도 7은 본 발명 센서리스 영구자석 동기모터의 기동 시 d-축, q-축 전류 지령치 연산 알고리즘을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating a d-axis and q-axis current command value calculation algorithm when the sensorless permanent magnet synchronous motor of the present invention is started.

먼저, 센서가 없이 영구자석 동기모터(10)를 기동할 경우에는 강제 정렬이 매우 중요하다. 따라서 도 6에 도시한 바와 같이, 영구자석 동기모터(10)를 강제 정렬시키는데, d-축 전류를 바로 인가하면 영구자석 동기모터(10)의 축이 크게 흔들릴 수 있으므로 d-축 전류 지령치를 기울기를 주어 서서히 인가하여 영구자석 동기모터(10)의 흔들림을 최소화시킨다.First, when the permanent magnet synchronous motor 10 is started without a sensor, forced alignment is very important. Therefore, as shown in FIG. 6, the permanent magnet synchronous motor 10 is forcedly aligned. When the d-axis current is directly applied, the axis of the permanent magnet synchronous motor 10 may be greatly shaken, thereby inclining the d-axis current command value. By gradually applying to minimize the shaking of the permanent magnet synchronous motor (10).

강제 정렬이 되면 도 2에 도시한 기계모델을 기반으로 한 제2위치속도 추정기(50)에서 추정한 위치 및 속도정보를 이용하여 강제 기동을 시키는데, 도 7에 도시한 바와 같이, d-축 전류 지령치를 서서히 감소시킨다. 이는 d-축 전류 지령치를 바로 '0'으로 인가하면 부하가 클 때, 영구자석 동기모터(10)의 축이 움직여 강제 기동 시 기계모델에 의해 제2위치속도 추정기(50)에서 추정한 위치와 실제 위치가 같지 않아 기동에 실패하기 때문이다. When forced alignment is performed, forced maneuvers are performed using the position and velocity information estimated by the second position velocity estimator 50 based on the mechanical model shown in FIG. 2, as shown in FIG. Slowly reduce the setpoint. When the d-axis current command value is directly applied to '0', when the load is large, the axis of the permanent magnet synchronous motor 10 moves and the position estimated by the second position speed estimator 50 by the mechanical model at the time of forced starting. This is because the actual position is not the same and the start fails.

따라서, 도 7의 ①번처럼 d-축 전류 지령치와 q-축 전류 지령치를 원의 방정식을 통해 d-축 전류 지령치를 인가하면 가장 부드럽게 기동할 수 있는데, 이는 연산하는데 시간이 많이 소요되므로 도 7의 ②번처럼 일정 기울기로 감소시켜 d-축 전류 지령치를 인가시킨다.Therefore, the d-axis current command value and the q-axis current command value can be smoothly started by applying the d-axis current command value through the original equation as shown in ① of FIG. Apply d-axis current setpoint by decreasing the slope as in ② of.

강제 기동을 시작한 후에는 도 6에 도시한 바와 같이, 강제 기동과 센서리스 구동을 혼합하는 구간과 센서리스 구동으로 전환하는 구간을 거치게 되는데, 이때에는 도 8의 크로스오버 함수를 이용한다.After starting the forced start, as shown in FIG. 6, a section of mixing the forced start and the sensorless drive and the switch to the sensorless drive is performed. In this case, the crossover function of FIG. 8 is used.

도 8에서 알 수 있듯이, 크로스오버 함수의 x-축은 기계모델에 의해 제2위치속도 추정기(50)에서 추정한 위치정보이다. 종래 센서리스 영구자석 동기모터(10) 의 기동제어에서는 크로스오버 함수의 x-축을 속도 지령치를 이용하였는데, 이 경우에는 실제 기계모델에 의해 추정한 속도와 속도 지령치가 다를 수 있으므로 크로스오버 함수를 이용하여 혼합하여 기동하는데 실패할 수 있다.As can be seen in FIG. 8, the x-axis of the crossover function is position information estimated by the second position velocity estimator 50 by a mechanical model. In the conventional control of the sensorless permanent magnet synchronous motor 10, the speed command value is used for the x-axis of the crossover function. In this case, the speed and the speed command value estimated by the actual machine model may be different. May fail to maneuver.

따라서, 본 발명에서는 기계모델과 전기모델을 혼합할 때 사용하는 위치속도 혼합기(60)의 크로스오버 함수를 도 8에 도시한 바와 같이, 수정하여 크로스오버 함수의 x-축을 기계모델에 의해 추정한 위치정보를 적용하면 강제 기동시의 실제 위치와 추정한 위치가 같기 때문에 크로스오버 함수를 이용하여 혼합하여 기동하는데 실패를 최소화할 수 있다.Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 8, the crossover function of the position velocity mixer 60 used when mixing the mechanical model and the electrical model is modified to estimate the x-axis of the crossover function by the mechanical model. If the location information is applied, the actual position at the time of forced start is the same as the estimated position, so that the failure to start by mixing using the crossover function can be minimized.

도 9는 센서리스 영구자석 동기모터의 기동 시 추정된 위치와 제어에 사용하는 위치정보로서, 도 9의 (a)는 기계모델에 의해 추정한 위치정보와 혼합구간을 표시하며, 도 9의 (b)는 기계모델에 의해 추정한 위치정보와 전기모델에 의해 추정한 위치정보를 혼합하여 실제 제어에 사용하는 위치정보를 표시한다.FIG. 9 is position information used for the estimated position and control at the start of the sensorless permanent magnet synchronous motor. FIG. 9 (a) shows the position information and the mixing section estimated by the machine model. b) displays the position information used for actual control by mixing the position information estimated by the machine model and the position information estimated by the electric model.

도 9의 (c)에서 알 수 있듯이, 전기모델에 의해 추정한 위치정보는 저속에서 오차가 크기 때문에 일정속도 이상에서 적용해야 한다.As can be seen from (c) of Figure 9, the position information estimated by the electrical model should be applied at a constant speed or more because the error is large at low speed.

도 10은 본 발명 센서리스 영구자석 동기모터의 기동 실험 파형도로서, 강제 기동 시 d-축 전류를 일정 기울기로 증가시켜 영구자석 동기모터(10)의 축이 흔들림을 최소화하고, 강제 정렬 시 d-축 전류를 q-축 전류와 임의의 방정식으로 얻은 값으로 인가하여 부하가 크더라도 영구자석 동기모터(10)의 축이 움직이지 않도록 구현하였다.FIG. 10 is a waveform diagram of a test experiment of the sensorless permanent magnet synchronous motor of the present invention, which increases the d-axis current by a predetermined slope during forced start to minimize the shaking of the shaft of the permanent magnet synchronous motor 10, and d during forced alignment. The axis current of the permanent magnet synchronous motor 10 does not move even if the load is large by applying the -axis current as a value obtained by the q-axis current and an arbitrary equation.

상기의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법에 의하면, 부하변동이 큰 시스템에서 센서없이 영구자석 동기모터를 기동시킬 때 강제 정렬 후 강제 기동 시 기동 실패를 최소화하기 위한 알고리즘을 개선하였고, 기계모델에 의해 추정한 위치 및 속도정보와 전기모델에 의해 추정한 위치 및 속도정보를 혼합하는 크로스오버 함수를 수정하여 기동 실패율을 최소한으로 줄일 수 있다는 효과가 있다.As described above, according to the start control method of the sensorless permanent magnet synchronous motor according to the present invention, when starting the permanent magnet synchronous motor without sensors in a system with large load fluctuations, minimizing start failure during forced start after forced alignment. The algorithm has been improved, and the crossover function that mixes the position and velocity information estimated by the mechanical model and the position and velocity information estimated by the electrical model can be modified to reduce the starting failure rate to a minimum.

상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the start control method of the sensorless permanent magnet synchronous motor according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, but within the technical idea of the present invention. Of course, various modifications are possible by one of ordinary skill in the art.

Claims (6)

센서리스 벡터제어를 통해 영구자석 동기모터를 기동하는 방법에 있어서,In a method of starting a permanent magnet synchronous motor through sensorless vector control, 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 지령치를 일정 기울기로 증가시켜 상기 영구자석 동기모터를 강제 정렬시키는 단계; 및Forcibly aligning the permanent magnet synchronous motor by increasing the rotational coordinate system d-axis current command value of the vector control to a predetermined slope; And 강제 정렬 후 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 지령치를 일정 기울기로 감소시켜 상기 영구자석 동기모터를 강제 기동시키는 단계를After forcibly aligning, the step of forcibly starting the permanent magnet synchronous motor by reducing the rotational coordinate system d-axis current command value of the vector control to a predetermined slope 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법.Starting control method of a sensorless permanent magnet synchronous motor, characterized in that it comprises. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 강제 기동이 시작된 후 기계모델에 의해 추정된 위치 및 속도정보와 전기모델에 의해 추정된 위치 및 속도정보를 혼합하는 크로스오버 함수의 x-축을 기계모델에 의해 추정된 위치정보를 기준으로 제어하는 단계를Controlling the x-axis of the crossover function based on the position information estimated by the machine model, which is a mixture of the position and velocity information estimated by the machine model and the position and velocity information estimated by the electric model after the forced start is started. To 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법.Starting control method for a sensorless permanent magnet synchronous motor further comprising. 센서리스 벡터제어를 통해 영구자석 동기모터를 기동하는 방법에 있어서,In a method of starting a permanent magnet synchronous motor through sensorless vector control, 상기 영구자석 동기모터의 강제 정렬 시 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 지령치를 일정 기울기로 증가시켜 인가하는 것을 특징으로 하는 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법.And a d-axis current command value of the rotational coordinate system of the vector control is increased by a predetermined slope during forced alignment of the permanent magnet synchronous motor. 센서리스 벡터제어를 통해 영구자석 동기모터를 기동하는 방법에 있어서,In a method of starting a permanent magnet synchronous motor through sensorless vector control, 상기 영구자석 동기모터의 강제 기동 시 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 지령치를 일정 기울기로 감소시켜 인가하는 것을 특징으로 하는 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법.And the d-axis current command value of the rotational coordinate system of vector control is reduced and applied to a predetermined slope when the permanent magnet synchronous motor is forcibly started. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 영구자석 동기모터의 강제 기동 시 벡터제어의 회전좌표계 d-축 전류 및 q-축 전류의 임의 방정식에 의해 d-축 전류 지령치를 인가하는 것을 특징으로 하는 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법.When the permanent magnet synchronous motor is forcibly started, the d-axis current command value is applied according to an arbitrary equation of the rotational coordinate system d-axis current and q-axis current of the vector control. . 센서리스 벡터제어를 통해 영구자석 동기모터를 기동하는 방법에 있어서,In a method of starting a permanent magnet synchronous motor through sensorless vector control, 상기 영구자석 동기모터의 강제 기동이 시작된 후, 기계모델에 의해 추정된 위치 및 속도정보와 전기모델에 의해 추정된 위치 및 속도정보를 혼합하는 크로스오버 함수의 x-축을 기계모델에 의해 추정된 위치정보를 기준으로 제어하는 것을 특징으로 하는 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법.After the forced start of the permanent magnet synchronous motor starts, the x-axis of the crossover function that mixes the position and velocity information estimated by the mechanical model with the position and velocity information estimated by the electrical model is estimated by the mechanical model. Starting control method for a sensorless permanent magnet synchronous motor, characterized in that the control based on the information.
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