KR101192199B1 - Motor controlling apparatus, electronic vehicle having the apparatus, and motor controlling method of the same - Google Patents

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Abstract

모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법이 개시된다. 본 발명은 전기 자동차 내에 구비된 모터의 회전자 속도를 검출하거나 연산하고, 이에 따라 비례 이득과 적분 이득을 변경함으로써 제어 성능을 유지함과 아울러, 토크 지령에 대해 빠른 응답성을 요구하는 종래의 최적 제어를 그대로 수행하는 경우에 발생하는 심각한 흔들림을 감쇄하고, 시스템의 안정성을 제고한다. 또한, 본 발명은 모터의 회전자 속도를 검출하거나 연산하고, 이에 따라 비례-적분기의 이득을 변경하고, 여자 전류를 조절함으로써 안정적으로 모터를 구동한다.Disclosed are a motor control apparatus, an electric vehicle including the same, and a motor control method thereof. The present invention detects or calculates the rotor speed of a motor provided in an electric vehicle, and accordingly changes the proportional gain and the integral gain, thereby maintaining the control performance, and the conventional optimum control requiring fast response to the torque command. It reduces attenuation that occurs when it is carried out as it is, and improves the stability of the system. In addition, the present invention stably drives the motor by detecting or calculating the rotor speed of the motor, thereby changing the gain of the proportional-integrator and adjusting the excitation current.

Description

모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법{MOTOR CONTROLLING APPARATUS, ELECTRONIC VEHICLE HAVING THE APPARATUS, AND MOTOR CONTROLLING METHOD OF THE SAME}Motor control device, electric vehicle comprising the same, and motor control method thereof The present invention relates to a motor control apparatus, and an electric vehicle including the same, and a motor control method thereof.

본 발명은 전기 자동차에 사용되는 모터의 회전자 속도에 따라 이득이나 여자 전류를 변경하여 모터를 제어하도록 하는 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to a motor control device for controlling the motor by changing the gain or the excitation current according to the rotor speed of the motor used in the electric vehicle, and an electric vehicle including the same.

전기 자동차(Electric Vehicle; EV)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말하는 것으로, 크게는 전기 배터리만을 이용하는 전기 자동차와, 다른 동력원, 예를 들어 가솔린과 전기 배터리를 함께 사용하는 하이브리드 전기 자동차를 포함한다. 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기 자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못했다. 최근 화석연료 등 에너지 자원의 부족 문제와 더불어 가솔린 자동차에 의한 환경오염문제가 대두되면서 1990년대부터 다시 개발되었다.An electric vehicle (EV) refers to a vehicle using an electric battery and an electric motor without using petroleum fuel and an engine, and an electric vehicle using only an electric battery, and other power sources such as gasoline and electric. It includes a hybrid electric vehicle that uses a battery together. An electric vehicle that drives an automobile by rotating an electric motor that is stored in a battery was manufactured earlier than a gasoline automobile in 1873, but was not put to practical use due to problems such as a heavy weight of the battery and a time required for charging. Recently, due to the lack of energy resources such as fossil fuels and environmental pollution caused by gasoline cars, it was re-developed from the 1990s.

전기 자동차용 전기 모터로는 직류 모터, 교류 모터를 모두 사용할 수 있으나, 최근에는 브러쉬리스 직류 모터(Blush-Less DC Motor)나 유도 모터(Induction Motor)를 사용하거나, 이들을 변형하여 주로 사용한다.As an electric motor for an electric vehicle, both a DC motor and an AC motor may be used, but recently, a brushless DC motor or an induction motor is used, or a modified one thereof is mainly used.

전기 자동차는 기존의 엔진을 이용한 자동차와 달리 모터와 인버터를 이용하여 구동된다. 전기 자동차의 발전에 있어서, 배터리, 모터의 개발과 아울러 모터를 제어하는 방법이나 장치에 대한 기술 개발이 필요한데, 전기 자동차의 모터를 제어하는 방법이나 장치에 있어서는 가속 시 가속 특성, 소음, 전류 제어 등을 고려해야 한다.Electric cars are driven using motors and inverters, unlike cars using conventional engines. In the development of electric vehicles, it is necessary to develop a battery and a motor, as well as to develop a method for controlling a motor and a technology for a device.In a method and a device for controlling a motor of an electric vehicle, acceleration characteristics during acceleration, noise, current control, etc. Should be taken into account.

한편, 인버터로 모터를 토크 제어할 때, d축 전류와 q축 전류를 제어하기 위하여 일반적으로 비례-적분 제어(Proportional-Integral Control; PI 제어)를 수행한다. 종래의 최적 제어는 전류 대비 피드백 전류가 얼마나 빠른 속도로 응답을 하느냐, 즉 얼마나 잘 추종하느냐가 관건이며, 최적의 PI 게인, 즉 비례 이득(Kp)와 적분 이득(Ki)을 선정하는 것이 중요하다.On the other hand, when torque-controlling a motor with an inverter, a proportional-integral control (PI control) is generally performed to control the d-axis current and the q-axis current. Conventional optimal control is a matter of how fast the feedback current responds to current, that is, how well it follows, and it is important to select the optimal PI gain, that is, the proportional gain (Kp) and the integral gain (Ki). .

전기 자동차용 모터를 제어함에 있어서, 토크 지령에 대해 빠른 응답성을 요구하는 종래의 최적 제어를 그대로 수행하는 경우 차량에 흔들림 현상(Jerk)이 심각하게 발생하는 문제점이 있다.In controlling an electric motor for a motor vehicle, there is a problem in that a jerk occurs seriously in a vehicle when conventional optimal control that requires quick response to a torque command is performed as it is.

본 발명은 전기 자동차 내에 구비된 모터의 회전자 속도를 검출하거나 연산하고, 이에 따라 비례 이득과 적분 이득을 변경하는 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법을 제공함에 일 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a motor control apparatus for detecting or calculating a rotor speed of a motor provided in an electric vehicle, and changing the proportional gain and the integral gain, an electric vehicle including the same, and a motor control method thereof. There is this.

본 발명은 모터의 회전자 속도를 검출하거나 연산하고, 이에 따라 비례-적분기의 이득을 변경하고, 여자 전류를 조절함으로써 안정적으로 모터를 구동하는 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.The present invention provides a motor control apparatus for stably driving a motor by detecting or calculating a rotor speed of a motor, changing a gain of a proportional-integrator, and adjusting an excitation current, an electric vehicle comprising the same, and a motor thereof. It is another object to provide a control method.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 배터리로부터 공급된 직류 전압을 승압하거나 강압하는 컨버터와, 상기 컨버터의 출력 전압을 평활화하고, 저장하는 직류 링크 커패시터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터와, 상기 모터의 회전자 속도를 근거로 결정된 비례 이득과 적분 이득을 이용하여 토크 지령과 자속 지령에 따른 전류 지령을 전압 지령으로 변환하고, 변환된 전압 지령을 근거로 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.The motor control apparatus according to the present invention for achieving the above objects is a converter for boosting or stepping down the DC voltage supplied from the battery, a DC link capacitor for smoothing and storing the output voltage of the converter, and a plurality of switching elements And an inverter for converting a DC voltage output from the DC link capacitor into a motor driving voltage according to a control signal and outputting the motor to a motor, and using a proportional gain and an integral gain determined based on the rotor speed of the motor. And a control unit converting the current command according to the over- flux command into a voltage command and generating the control signal based on the converted voltage command and outputting the control signal to the inverter.

본 발명에 따른 모터 제어 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 전류 지령을 입력받아 이를 비례-적분하는 비례-적분기와, 상기 비례-적분된 전류 지령을 필터링하는 리미터를 포함하여, 상기 전류 지령을 상기 전압 지령으로 변환하여 출력하는 전류 제어부와, 상기 전압 지령에 따라 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 펄스 폭 변조 제어부를 포함하여 구성된다.In the motor control apparatus according to the present invention, the control unit includes a proportional-integrator that receives the current command and proportionally-integrates it, and a limiter that filters the proportionally-integrated current command, and receives the current command. And a current controller for converting and outputting the voltage command, and a pulse width modulation controller for generating and outputting the control signal to the inverter according to the voltage command.

또한, 상기 제어 유닛은, 상기 회전자 속도에 따라 상기 비례-적분기에 대한 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 이득 결정부를 더 포함한다. 상기 이득 결정부는, 상기 회전자 속도에 따른 비례 이득 및 적분 이득을 미리 저장하고, 상기 회전자 속도의 변동에 따라 상기 비례 이득 및 적분 이득을 추출하여 출력한다. 또한, 상기 이득 결정부는, 상기 회전자 속도가 미리 설정된 제1 속도 이하이면, 미리 설정된 제1 비례 이득과 제1 적분 이득을 출력하고, 상기 회전자 속도가 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도 이상이면, 상기 제1 비례 이득보다 작은 제2 비례 이득과 상기 제1 적분 이득보다 큰 제2 적분 이득을 출력할 수 있다.The control unit further includes a gain determiner that determines the proportional gain and the integral gain for the proportional integrator in accordance with the rotor speed. The gain determining unit stores in advance the proportional gain and the integral gain according to the rotor speed, and extracts and outputs the proportional gain and the integral gain according to the change of the rotor speed. The gain determining unit may output a first preset proportional gain and a first integrated gain when the rotor speed is equal to or less than a first predetermined speed, and the rotor speed is greater than or equal to the first speed. In this case, a second proportional gain smaller than the first proportional gain and a second integral gain greater than the first integral gain may be output.

본 발명에 따른 모터 제어 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 회전자 속도에 따라 상기 자속 지령을 변경할 수 있다.In the motor control apparatus according to the present invention, the control unit can change the magnetic flux command in accordance with the rotor speed.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차는, 직류 전원을 공급하는 배터리와, 상기 배터리로부터 직류 전원을 공급받는 모터 제어 장치와, 상기 모터 제어 장치에 의해 구동되어 회전력을 발생하는 모터로 구성된 동력 모듈과, 상기 동력 모듈에 의해 회전되는 복수의 바퀴들과, 노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전후륜 현가장치를 포함하고, 상기 모터 제어 장치는, 상기 회전자 속도에 따른 비례 이득 및 적분 이득을 미리 저장하고, 상기 회전자 속도의 변동에 따라 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 이득 결정부를 포함하고, 상기 비례 이득 및 적분 이득을 이용하여 전류 지령을 전압 지령으로 변환하고, 변환된 전압 지령을 근거로 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.An electric vehicle according to the present invention for achieving the above object is composed of a battery for supplying DC power, a motor control device supplied with DC power from the battery, and a motor driven by the motor control device to generate a rotational force A power module, a plurality of wheels rotated by the power module, and a front and rear wheel suspension device for preventing vibration of the road surface from being transmitted to the vehicle body, wherein the motor control device has a proportional gain according to the rotor speed. And a gain determining unit which stores an integral gain in advance and determines the proportional gain and the integral gain according to the change of the rotor speed, converts the current command into a voltage command using the proportional gain and integrated gain, and converts the current command into a voltage command. And a control unit generating the control signal based on the received voltage command and outputting the control signal to the inverter. .

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 다른 전기 자동차의 모터 제어 방법은, 비례 이득 및 적분 이득을 이용하여 토크 지령과 자속 지령에 따른 전류 지령을 전압 지령으로 변환하는 단계와, 상기 변환된 전압 지령에 따라 생성된 제어신호를 근거로 모터를 구동하는 단계와, 상기 모터의 회전자 속도에 따라 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 단계를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 전류 지령을 상기 전압 지령으로 변환하는 단계는, 상기 결정된 상기 비례 이득 및 적분 이득을 이용하여 변환하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a motor control method for an electric vehicle, the method including converting a current command according to a torque command and a magnetic flux command into a voltage command using a proportional gain and an integral gain, and converting the current command into a voltage command. And driving the motor based on the generated control signal, and determining the proportional gain and the integral gain according to the rotor speed of the motor. The converting of the current command into the voltage command may be performed using the determined proportional gain and the integrated gain.

본 발명에 다른 전기 자동차의 모터 제어 방법에 있어서, 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 단계는, 상기 회전자 속도가 미리 설정된 제1 속도 이하이면, 미리 설정된 제1 비례 이득과 제1 적분 이득을 출력하는 과정과, 상기 회전자 속도가 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도 이상이면, 상기 제1 비례 이득보다 작은 제2 비례 이득과 상기 제1 적분 이득보다 큰 제2 적분 이득을 출력하는 과정을 포함한다.In the method for controlling a motor of an electric vehicle according to the present invention, the determining of the proportional gain and the integral gain comprises: setting the first proportional gain and the first integral gain if the rotor speed is equal to or less than a first predetermined speed. And outputting a second proportional gain smaller than the first proportional gain and a second integral gain greater than the first integral gain if the rotor speed is greater than or equal to a second speed faster than the first speed. Include.

또, 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 단계는, 상기 회전자 속도가 상기 제1 속도 내지 상기 제2 속도이면, 상기 제1 비례 이득에서 상기 제2 비례 이득으로 상기 비례 이득을 감소하고, 상기 제1 적분 이득에서 상기 제2 적분 이득으로 상기 적분 이득을 증가하는 과정을 더 포함하여 구성된다.The determining of the proportional gain and the integral gain may include: decreasing the proportional gain from the first proportional gain to the second proportional gain if the rotor speed is from the first speed to the second speed, And increasing the integral gain from a first integral gain to the second integral gain.

본 발명은 전기 자동차 내에 구비된 모터의 회전자 속도를 검출하거나 연산하고, 이에 따라 비례 이득과 적분 이득을 변경함으로써 제어 성능을 유지함과 아울러, 토크 지령에 대해 빠른 응답성을 요구하는 종래의 최적 제어를 그대로 수행하는 경우에 발생하는 심각한 흔들림을 감쇄하고, 시스템의 안정성을 제고한다.The present invention detects or calculates the rotor speed of a motor provided in an electric vehicle, and accordingly changes the proportional gain and the integral gain, thereby maintaining the control performance, and the conventional optimum control requiring fast response to the torque command. It reduces attenuation that occurs when it is carried out as it is, and improves the stability of the system.

본 발명은 모터의 회전자 속도를 검출하거나 연산하고, 이에 따라 비례-적분기의 이득을 변경하고, 여자 전류를 조절함으로써 안정적으로 모터를 구동할 수 있고, 차량의 안정성을 제고한다.The present invention can stably drive the motor by detecting or calculating the rotor speed of the motor, changing the gain of the proportional-integrator, and adjusting the excitation current, thereby improving the stability of the vehicle.

도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차를 개략적으로 보인 도;
도 2는 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 3은 도 2에서 회전자의 속도를 검출하는 수단을 구비한 모터 제어 장치를 개략적으로 보인 도;
도 4는 도 2에서 회전자의 위치를 검출하는 수단을 구비한 모터 제어 장치를 개략적으로 보인 도;
도 5는 도 2에서 센서리스 모터 제어 장치를 개략적으로 보인 도;
도 6은 본 발명에 있어서, 회전자 속도에 따라 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 동작을 설명하기 위한 참조 테이블;
도 7은 본 발명에 있어서, 회전자 속도에 따라 비례 이득 및 적분 이득을 변경하는 동작을 설명하기 위한 그래프
도 8은 본 발명에 있어서, 회전자 속도에 따라 여자 전류를 변경하는 동작을 설명하기 위한 그래프;
도 9는 본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도;
도 10 및 도 11은 본 발명을 적용하기 전과 적용한 후의 성능을 비교하기 위한 그래프들이다.1 shows schematically an electric vehicle according to the invention;
2 is a block diagram schematically showing the configuration of a motor control apparatus according to the present invention;
FIG. 3 schematically shows a motor control device with means for detecting the speed of the rotor in FIG. 2; FIG.
4 schematically shows a motor control device with means for detecting the position of the rotor in FIG. 2;
FIG. 5 is a schematic view of a sensorless motor control device in FIG. 2; FIG.
6 is a reference table for explaining the operation of determining the proportional gain and the integral gain according to the rotor speed in the present invention;
7 is a graph for explaining an operation of changing the proportional gain and the integral gain according to the rotor speed in the present invention.
8 is a graph for explaining an operation of changing the excitation current according to the rotor speed in the present invention;
9 is a flow chart schematically showing a motor control method of an electric vehicle according to the present invention;
10 and 11 are graphs for comparing the performance before and after applying the present invention.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 모터 제어 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a motor control apparatus, an electric vehicle including the same, and a motor control method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 직류전원을 공급하는 배터리(100), 배터리(100)가 공급하는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 회전력을 발생하는 동력 모듈(150), 동력 모듈(150)에 의해 회전되는 앞바퀴(510) 및 뒷바퀴(520), 노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)를 포함한다. 또한, 상기 전기 자동차는, 모터(300)의 회전속도를 기어비에 따라 변환하는 구동기어(미도시)가 추가적으로 구비할 수 있다.Referring to FIG. 1, the electric vehicle according to the present invention includes a battery 100 that supplies DC power, a power module 150 that converts DC power supplied by the battery 100 into AC power, and generates rotational power, and power. The front wheel 510 and the rear wheel 520 rotated by the module 150, the front wheel suspension 610 and rear wheel suspension 620 to block the vibration of the road surface to be transmitted to the vehicle body. In addition, the electric vehicle may further include a drive gear (not shown) for converting the rotational speed of the motor 300 according to the gear ratio.

동력 모듈(150)은, 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는 모터 제어 장치(200), 모터 제어 장치(200)에 의해 구동되어 회전력을 발생하는 모터(300)를 포함한다.The power module 150 includes a motor control device 200 that receives a DC power from the battery 100, and a motor 300 that is driven by the motor control device 200 to generate rotational force.

배터리(100)는 동력 모듈(150)에 직류 전원을 공급한다. 배터리(100)는 일반적으로 복수 개의 단위 셀(cell)이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 집합을 형성한다. 복수 개의 단위 셀은 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 의해 일정한 전압을 유지하도록 관리된다. 즉, 배터리 관리 시스템은 상기 배터리(100)가 일정한 전압을 방출하도록 한다. 배터리(100)는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배터리(100)로는 일반적으로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지 등이 사용된다.The battery 100 supplies DC power to the power module 150. The battery 100 generally forms a set in which a plurality of unit cells are connected in series and / or in parallel. The plurality of unit cells are managed to maintain a constant voltage by a battery management system (BMS). That is, the battery management system causes the battery 100 to emit a constant voltage. The battery 100 is preferably configured as a secondary battery capable of charging and discharging, but is not limited thereto. As the battery 100, a nickel metal hydride (Ni-MH) battery or a lithium ion (Li-ion) battery is generally used.

모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는다. 모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 받는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(300)에 공급한다. 일반적으로 모터 제어 장치(200)는 모터에 삼상 교류 전원을 공급한다.The motor control apparatus 200 receives DC power from the battery 100. The motor control apparatus 200 converts the DC power received from the battery 100 into AC power and supplies the same to the motor 300. In general, the motor control device 200 supplies a three-phase AC power to the motor.

모터(300)는 회전하지 않고 고정되는 고정자(미도시)와, 회전하는 회전자(미도시)로 구성되며, 모터 제어 장치(200)에서 공급되는 교류 전원을 공급받아 회전력을 발생한다. 교류 전원이 모터(300)에 인가되면, 모터(300)의 고정자가 교류 전원을 받아 자기장을 발생한다. 영구자석을 구비한 모터의 경우에는, 고정자에서 발생한 자기장과 회전자에 구비된 영구자석의 자기장이 반발하여 회전자가 회전한다. 회전자의 회전으로 회전력을 발생한다.The motor 300 is composed of a stator (not shown) that is fixed without rotation, and a rotating rotor (not shown), and generates a rotational force by receiving AC power supplied from the motor control apparatus 200. When AC power is applied to the motor 300, the stator of the motor 300 receives AC power to generate a magnetic field. In the case of a motor having a permanent magnet, the rotor rotates due to the repulsion of the magnetic field generated by the stator and the magnetic field of the permanent magnet provided in the rotor. The rotational force is generated by the rotation of the rotor.

모터(300)의 일측에는 구동기어(미도시)가 구비될 수 있다. 구동기어는 모터(300)의 회전력을 기어비에 따라 변환시킨다. 구동기어에서 출력되는 회전력은 앞바퀴(510) 및/또는 뒷바퀴(520)에 전달되어 자동차가 움직이도록 한다.One side of the motor 300 may be provided with a drive gear (not shown). The drive gear converts the rotational force of the motor 300 according to the gear ratio. The rotational force output from the drive gear is transmitted to the front wheel 510 and / or the rear wheel 520 to allow the vehicle to move.

전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)는 차체에 대하여 각각 앞바퀴(510) 및 뒷바퀴(520)를 지지한다. 전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)는 스프링 또는 감쇠기구에 의해 노면의 진동이 차체에 닿지 않도록 한다.The front wheel suspension 610 and the rear wheel suspension 620 support the front wheel 510 and the rear wheel 520 with respect to the vehicle body, respectively. The front wheel suspension 610 and the rear wheel suspension 620 prevent the vibration of the road surface from touching the vehicle body by a spring or a damping mechanism.

앞바퀴(510)에는 조향장치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 조향장치는 자동차를 운전자가 의도하는 방향으로 주행시키기 위하여 앞바퀴(510)의 방향을 조절하는 장치이다.The front wheel 510 may be further provided with a steering device (not shown). The steering device is a device for adjusting the direction of the front wheel 510 to drive the vehicle in the direction intended by the driver.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 배터리(100)로부터 공급된 직류 전압을 승압하거나 강압하는 컨버터(110)와, 상기 컨버터의 출력 전압을 평활화하고, 저장하는 직류 링크 커패시터(210)와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터(230)와, 상기 모터의 회전자 속도를 근거로 결정된 비례 이득과 적분 이득을 이용하여 토크 지령과 자속 지령에 따른 전류 지령을 전압 지령으로 변환하고, 변환된 전압 지령을 근거로 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛(250)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2, the motor control apparatus according to the present invention includes a converter 110 for boosting or stepping down a DC voltage supplied from a battery 100, and a DC link capacitor for smoothing and storing an output voltage of the converter ( An inverter 230 having a plurality of switching elements and converting a DC voltage output from the DC link capacitor into a motor driving voltage according to a control signal to a motor driving voltage, and based on the rotor speed of the motor; The control unit 250 converts the current command according to the torque command and the magnetic flux command into a voltage command by using the proportional gain and the integral gain determined as, and generates and outputs the control signal to the inverter based on the converted voltage command. It is configured to include.

상기 컨버터(110)는 스위칭 소자, 예를 들어 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT')를 구비하고, 필요에 따라 리액터를 더 구비한다. 상기 컨버터(110)는 상기 배터리(100)와 연결되고, 접지 선과 전원 선 사이의 전압, 즉 상기 배터리(100)가 발생하는 직류 전압을 승압하는 승압 컨버터이나, 필요에 따라 강압할 수 있도록 구성된다.The converter 110 includes a switching element, for example an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), and further includes a reactor as necessary. The converter 110 is connected to the battery 100 and is a boost converter for boosting a voltage between a ground line and a power line, that is, a DC voltage generated by the battery 100, or configured to be stepped down as necessary. .

상기 직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor, 210)는, 상기 컨버터(110)와 상기 인버터(230)의 사이에 연결되어 상기 컨버터(110)의 출력 전압을 평활화하고, 저장한다. 상기 직류 링크 커패시터(210)는 상기 컨버터(110)를 통해 승압된 직류 전압을 평활화한다.The DC link capacitor 210 is connected between the converter 110 and the inverter 230 to smooth and store the output voltage of the converter 110. The DC link capacitor 210 smoothes the DC voltage boosted through the converter 110.

상기 인버터(230)는 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 제어 유닛(250)으로부터 발생된 제어 신호, 예를 들어 PWM 구동 신호를 이용하여 모터에 전압 지령에 따른 모터 구동 전류를 인가한다.The inverter 230 includes a plurality of switching elements, and applies a motor driving current according to a voltage command to the motor using a control signal generated from the control unit 250, for example, a PWM driving signal.

도 2를 참조하면, 상기 제어 유닛(250)은, 상기 회전자 속도에 따라 상기 비례-적분기에 대한 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 이득 결정부(260)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the control unit 250 includes a gain determiner 260 that determines the proportional gain and the integral gain for the proportional-integrator according to the rotor speed.

상기 이득 결정부(260)는, 상기 회전자 속도에 따른 비례 이득 및 적분 이득을 미리 저장하고, 상기 회전자 속도의 변동에 따라 상기 비례 이득 및 적분 이득을 추출하여 출력한다.The gain determiner 260 stores in advance the proportional gain and the integral gain according to the rotor speed, and extracts and outputs the proportional gain and the integral gain in accordance with the change of the rotor speed.

도 7을 참조하면, 상기 이득 결정부(260)는, 상기 회전자 속도가 미리 설정된 제1 속도(ω1) 이하이면, 미리 설정된 제1 비례 이득(a)과 제1 적분 이득(c)을 출력하고, 상기 회전자 속도가 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도(ω2) 이상이면, 상기 제1 비례 이득보다 작은 제2 비례 이득(b)과 상기 제1 적분 이득보다 큰 제2 적분 이득(d)을 출력할 수 있다. 여기서, 상기 비례 이득 및 적분 이득은, 예를 들어 a=2200, b=1200, c=9, d=120과 같이 설정될 수 있고, 제1 속도(ω1), 제2 속도(ω2) 및 제3 속도(ω3)는 각각 200, 330, 12000 rpm으로 설정될 수 있다. 이러한 값들은 차량의 종류, 상태, 외부 환경에 따라 달라진다.Referring to FIG. 7, if the rotor speed is less than or equal to a preset first speed ω1, the gain determiner 260 outputs a preset first proportional gain a and a first integrated gain c. And, if the rotor speed is greater than or equal to the second speed ω2 that is faster than the first speed, a second proportional gain b smaller than the first proportional gain and a second integral gain d greater than the first integral gain d. ) Can be printed. Here, the proportional gain and the integral gain may be set as, for example, a = 2200, b = 1200, c = 9, d = 120, and the first speed ω1, the second speed ω2, and The three speeds ω3 can be set at 200, 330 and 12000 rpm, respectively. These values vary depending on the type, condition and external environment of the vehicle.

또한, 상기 이득 결정부(260)는 상기 제1 속도(ω1)와 상기 제2 속도(ω2)의 사이에서는 상기 비례 이득을 제1 비례 이득(a)으로부터 제2 비례 이득(b)으로 감소시키고, 상기 적분 이득을 제1 적분 이득(c)으로부터 제2 적분 이득(d)으로 증가시킨다.In addition, the gain determiner 260 reduces the proportional gain from the first proportional gain a to the second proportional gain b between the first speed ω1 and the second speed ω2. The integral gain is increased from the first integrated gain c to the second integrated gain d.

도 6을 참조하면, 상기 이득 결정부(260)는 상기 비례 이득과 상기 적분 이득을 미리 테이블화하여 저장할 수 있다. 도 6을 참조하면, 상기 이득 결정부(260)는, 4 * 4 행렬로 테이블을 형성하고, 모터의 속도에 따라 상기 테이블에 포함된 비례 이득과 적분 이득 중 하나를 결정한다. 예를 들어, 일반적인 모터 제어 장치의 경우에 (2,3)과 같이 출력 그래프가 형성되도록 하는 비례 이득과 적분 이득을 사용하는 반면, 본 발명과 같이 전기 자동차용 모터 제어 장치의 경우에는 (3,1)과 같이 출력 그래프가 형성되도록 하는 비례 이득과 적분 이득을 사용할 수 있다. 이렇게 함으로써 모터를 제어함에 있어서 피드백 전류의 응답성을 유지함과 더불어 차량의 심한 흔들림 현상을 감쇄한다.Referring to FIG. 6, the gain determiner 260 may table and store the proportional gain and the integrated gain in advance. Referring to FIG. 6, the gain determiner 260 forms a table in a 4 * 4 matrix, and determines one of the proportional gain and the integral gain included in the table according to the speed of the motor. For example, in the case of a general motor control device, a proportional gain and an integral gain such that an output graph is formed as shown in (2,3) are used, whereas in the case of an electric vehicle motor control device (3, As shown in 1), the proportional gain and the integral gain for forming the output graph can be used. This maintains the responsiveness of the feedback current in controlling the motor and attenuates severe shaking of the vehicle.

일반적인 모터 제어 장치는 이를 수학적으로 모델링하여 모터를 제어하는데, (d, q) 좌표계를 사용하고, d축을 자속축으로 하여 제어한다. 이때, 상기 모터 제어 장치는 자속각(θe)로 d-q축을 회전하면서 모터를 제어하게 되는데, 상기 자속각(θe)은 동기 각속도(ω*e)를 적분한 값이고, 상기 동기 각속도(ω*e)는 슬립 각속도(ω*sl)와 회전자 속도(ωr)의 합이다.A general motor control apparatus controls the motor by modeling it mathematically, using a (d, q) coordinate system and controlling the d-axis as a magnetic flux axis. At this time, the motor control device is to control the motor while rotating the dq axis at the magnetic flux angle (θe), the magnetic flux angle (θe) is a value obtained by integrating the synchronous angular velocity (ω * e), the synchronous angular velocity (ω * e ) Is the sum of slip angular velocity (ω * sl) and rotor speed (ωr).

일반적으로 회전자 권선에 유기된 기전력으로 인해 회전자 도체에 전류가 흐르고, 회전자 전류와 고정자 회전자계와의 상호 작용으로 토크가 발생하여 회전자는 회전하기 시작한다. 상기 제어 유닛(250)은 회전자 시정수를 근거로 슬립 각속도를 연산하는 슬립 각속도 연산부(251)를 더 포함할 수 있다. 상기 슬립 각속도는 동기 좌표계에서 d축 전류(ie *ds)와 q축 전류(ie *qs)의 비로 나타낼 수 있다. 상기 시정수(Tr)는 회전자 자기 인덕턴스와 회전자 저항의 비이다. 상기 슬립 각속도는 고정자 전류를 d축 전류(자속 성분 전류) ie *ds와 q축 전류(토크 성분 전류) ie *qs를 분배하는 기준이 된다.In general, due to the electromotive force induced in the rotor windings, current flows in the rotor conductor, and torque is generated by the interaction between the rotor current and the stator rotor field and the rotor starts to rotate. The control unit 250 may further include a slip angular velocity calculator 251 for calculating a slip angular velocity based on the rotor time constant. The slip angular velocity may be represented by the ratio of the d-axis current i e * ds and the q-axis current i e * qs in the synchronous coordinate system. The time constant Tr is a ratio of the rotor magnetic inductance and the rotor resistance. The slip angular velocity serves as a reference for distributing the stator current to the d-axis current (magnetic flux component current) i e * ds and the q-axis current (torque component current) i e * qs.

도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 상기 제어 유닛(250)은 모터 구동 전류를 동기 좌표계로 변환하는 좌표 변환부(253)를 포함하여 구성된다. 또, 상기 제어 유닛(250)은, 상기 전류 지령을 입력받아 이를 비례-적분하는 비례-적분기(미도시)와, 상기 비례-적분된 전류 지령을 필터링하는 리미터(미도시)를 포함하여, 상기 전류 지령을 상기 전압 지령으로 변환하여 출력하는 전류 제어부(255)와, 상기 전압 지령에 따라 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 펄스 폭 변조 제어부(도 5의 257)를 포함하여 구성된다.3 to 5 together, the control unit 250 is configured to include a coordinate conversion unit 253 for converting the motor drive current to the synchronous coordinate system. In addition, the control unit 250 includes a proportional-integrator (not shown) that receives the current command and proportionally-integrates it, and a limiter (not shown) that filters the proportionally-integrated current command. And a current control unit 255 for converting the current command into the voltage command and outputting the same, and a pulse width modulation control unit 257 of FIG.

여기서, 상기 전류 제어부(255)는 하기 수학식을 이용하여 전류 지령을 전압 지령으로 변환한다.Here, the current control unit 255 converts the current command into a voltage command using the following equation.

Figure 112011000540667-pat00001
Figure 112011000540667-pat00001

여기서, Kp는 비례 이득, Ki는 적분 이득이고, Kd는 미분 이득이다. 이때, Kd항은 생략될 수 있다.Here, Kp is proportional gain, Ki is integral gain, and Kd is differential gain. In this case, the Kd term may be omitted.

전류 제어부(255)는 전류 지령과 모터 구동 전류를 입력받고, 전압 지령을 출력한다. 상기 전류 제어부(255)는 d축 전류 지령 (ie *ds)과 q축 전류 지령 (ie *qs)를 입력받는다. 상기 전류 제어부(255)는, 상기 q축 전류 지령(ie *qs)을 비례 적분하고, 필터링하여 q축 동기좌표계 전압 지령(Ve *q)을 출력한다. 즉, 상기 전류 제어부(255)는 상기 q축 전류 지령(ie *qs)과 모터 구동 전류를 좌표 변환부(253)가 좌표 변환한 상기 q축 출력 전류(ieq)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 비례 적분하고 필터링하여 q축 전압 지령(Ve *q)을 출력한다. 한편, 상기 전류 제어부(255)는 상기 d축 전류지령(ie *ds)을 역시 비례 적분하고 필터링하여 d축 동기좌표계 전압 지령(Ve *d)을 출력한다. 즉, 상기 전류 제어부(255)는 상기 d축 전류지령(ie *ds)과 상기 전류 검출 유닛(270)을 통해 검출된 모터 구동 전류를 좌표 변환한 상기 d축 출력 전류(ied)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 비례 적분하고 필터링하여 d축 전압 지령(Ve *d)을 PWM 제어부(257)에 출력한다. 여기서, e는 동기좌표계를 나타낸다.The current controller 255 receives a current command and a motor driving current, and outputs a voltage command. The current controller 255 receives a d-axis current command (i e * ds) and a q-axis current command (i e * qs). The current control unit 255 proportionally integrates the q-axis current command (i e * qs), filters, and outputs the q-axis synchronous coordinate system voltage command (V e * q). That is, the current controller 255 compares the q-axis current command i e * qs and the q-axis output current i e q coordinate coordinated by the coordinate converter 253 to the motor drive current, The q-axis voltage command (V e * q) is output by proportionally integrating and filtering the difference, that is, the current error. The current controller 255 also proportionally integrates and filters the d-axis current command i e * ds and outputs a d-axis synchronous coordinate system voltage command V e * d. That is, the current control unit 255 is configured to convert the d-axis current command (i e * ds) and the d-axis output current (i e d) by coordinate conversion of the motor driving current detected through the current detection unit 270. Compare and proportionately integrate and filter the difference, that is, the current error, and output the d-axis voltage command (V e * d) to the PWM controller 257. Here, e represents a synchronous coordinate system.

PWM 제어부(257)는 제어주기(Ts) 동안 상기 인버터(230)에서 출력 가능한 유효 전압 벡터들을 합성하여 상기 전압지령을 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(230)로 출력한다. 상기 인버터가 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT'라 함)와 같은 스위칭 소자로 되어 있는 경우에, 상기 제어 신호는 게이트 입력 신호(Gating signal)가 된다.The PWM controller 257 generates and outputs the control signal to the inverter 230 so as to follow the voltage command by synthesizing the valid voltage vectors output from the inverter 230 during the control period Ts. When the inverter is a switching element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT), the control signal becomes a gate input signal.

상기 제어 유닛(250)은 동기좌표계 전압 지령을 정지좌표계 전압 지령으로 변환하는 동기좌표 역변환부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 동기좌표 역변환부는 전류 제어부(255)와 PWM 제어부의 사이에 배치되고, 동기좌표계 전압 지령(Ve *d, Ve*q)을 정지좌표계 전압 지령(Vs *)인 (Vs *d, Vs *q)으로 변환한다. 여기서, e는 동기좌표계를, s는 정지좌표계를 나타낸다. PWM 제어부는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. 예를 들어 3상 모터의 경우에, 상기 PWM 제어부는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 3상의 전압 지령(Va*, Vb*, Vc*)으로 변환하여 출력한다. 상기 동기좌표 역변환부는 상기 PWM 제어부(257)에 포함될 수 있다. 상기 PWM 제어부(257)는 각 상에 대한 전압 지령을 근거로 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 인버터에 출력하여 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 개폐한다.The control unit 250 may further include a synchronous coordinate inverse transform unit (not shown) for converting the synchronous coordinate system voltage command into the stationary coordinate system voltage command. The synchronous coordinate inverse transform unit is disposed between the current control unit 255 and the PWM control unit, and the synchronous coordinate system voltage command (V e * d, V e * q) is a (V s * d) which is a static coordinate system voltage command (V s * ). , V s * q). Here, e represents a synchronous coordinate system and s represents a static coordinate system. The PWM controller converts and outputs the voltage command of the stationary coordinate system according to the type of motor to be driven. For example, in the case of a three-phase motor, the PWM controller converts the voltage command of the stationary coordinate system into a three-phase voltage command Va * , Vb * , Vc * and outputs it. The synchronous coordinate inverse transform unit may be included in the PWM controller 257. The PWM control unit 257 generates a control signal based on the voltage command for each phase, and outputs the control signal to the inverter to open and close the switching element in the inverter.

도 3을 참조하면, 상기 모터 제어 장치는, 상기 모터에 구비되거나 연결되어, 상기 회전자 속도를 검출하는 속도 검출 유닛(710)을 더 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the motor control apparatus further includes a speed detecting unit 710 provided or connected to the motor to detect the rotor speed.

도 4를 참조하면, 상기 모터 제어 장치는, 상기 모터에 구비되거나 연결되어, 상기 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출 유닛(720)을 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제어 유닛(250)은, 상기 검출된 회전자의 위치로부터 상기 회전자 속도를 연산하는 속도 연산부(280)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the motor control apparatus further includes a position detecting unit 720 provided or connected to the motor to detect a position of the rotor. In this case, the control unit 250 may further include a speed calculator 280 that calculates the rotor speed from the detected position of the rotor.

상기 모터 제어 장치는 상기 모터(300)를 제어하기 위하여 상기 속도 검출 유닛(710)이나 상기 위치 검출 유닛(720)을 이용하여 상기 모터(300)의 위치 및 속도를 검출하여 이를 피드백한다. 상기 모터(300)의 위치와 속도를 측정하는 방식으로는 아날로그(Analog) 센서를 사용하는 방식과 디지털(Digital) 센서를 사용하는 방식이 있다. 상기 아날로그 방식의 측정 장치는 싱크로(Synchro), 레졸버(Resolver), 또는 타코 제네레이터(Taco-generator) 등이고, 아날로그 양으로 변환된 회전자의 변위량으로부터 위치 및 속도를 측정한다. 상기 디지털 방식의 측정 장치는 회전식 엔코더(Rotary Encoder) 등이고, 디지털 형태로 변환된 변위량으로부터 위치 및 속도를 측정한다. 예를 들어, 유도 모터에서는 디지털 방식의 엔코더(encoder)를 이용하여 상기 회전자의 위치를 검출한다. 이 경우에, 상기 모터 제어 장치는 초기 위치를 알아내는 알고리즘을 더 구비하여야 한다. 상기 엔코더는 상기 회전자의 회전 각 변동을 펄스 열(Pulse Train)로 출력하는 장치이다. 상기 펄스 열은 상기 회전자의 회전 속도에 비례하여 변동되는 주파수를 갖는다. 상기 엔코더의 종류로는 절대형 엔코더와 증분형 엔코더가 있으며, 상기 절대형 엔코더는 상기 회전자의 절대 위치 정보를 검출할 수 있으나, 증분형 엔코더는 상기 회전자의 변동분만을 검출할 수 있다. 반면, BLDC(Blush-Less DC) 모터에서는, 정류자와 브러쉬의 기능을 전력용 반도체 스위치로 구현하기 위하여 회전자의 위치를 알아야 한다. 상기 회전자는 영구자석으로 되어 있으므로, 홀 소자(Hall Element)와 같은 자속 검출 센서를 이용하여 상기 회전자의 위치를 알아낸다.The motor control apparatus detects and feeds back the position and speed of the motor 300 using the speed detecting unit 710 or the position detecting unit 720 to control the motor 300. As a method of measuring the position and speed of the motor 300, there are a method using an analog sensor and a method using a digital sensor. The analog measuring apparatus is a synchro, a resolver, a taco-generator, or the like, and measures a position and a speed from a displacement amount of the rotor converted into an analog amount. The digital measuring device is a rotary encoder or the like, and measures the position and velocity from the displacement amount converted into a digital form. In an induction motor, for example, the position of the rotor is detected using a digital encoder. In this case, the motor control apparatus should further include an algorithm for determining an initial position. The encoder is a device for outputting a change in the rotation angle of the rotor in a pulse train (Pulse Train). The pulse train has a frequency that varies in proportion to the rotational speed of the rotor. Types of the encoder include an absolute encoder and an incremental encoder, the absolute encoder can detect the absolute position information of the rotor, the incremental encoder can detect only the change of the rotor. On the other hand, in a BLDC (Blush-Less DC) motor, the position of the rotor must be known in order to implement the functions of the commutator and the brush as a power semiconductor switch. Since the rotor is a permanent magnet, the rotor is located using a magnetic flux detection sensor such as a Hall element.

도 5를 참조하면, 상기 모터 제어 장치는, 상기 모터에 인가되는 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛(270)을 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제어 유닛(250)은, 상기 모터 구동 전류를 근거로 상기 회전자의 위치를 추정하고, 상기 추정된 회전자의 위치로부터 상기 회전자 속도를 연산한다. 상기 전류 검출 유닛(270)은 상기 인버터(230)와 상기 모터(300)의 사이에 연결되어 각 상의 모터 구동 전류를 검출한다. 상기 전류 검출 유닛(270)으로는 일반적으로 연속적으로 상기 모터 구동 전류를 검출하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)를 사용한다. 상기 전류 트랜스듀서는 상기 모터 구동 전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 상기 제어 유닛(250)에 출력한다. 또한, 상기 전류 트랜스듀서는 펄스 폭 변조의 전 구간에서 상기 모터 구동 전류를 검출한다. 예를 들어, 3상 모터의 경우에 상기 전류 검출 유닛(270)은 3상으로 인가되는 전류(ia, ib, ic) 전부를 검출하거나, 그 중 2상(ia, ib)만을 검출하여 ic를 연산한 다음, 이를 상기 제어 유닛(250)에 출력한다. 상기 제어 유닛(250)은 인터럽트 신호를 발생하여 상기 검출된 모터 구동 전류에 따른 전압 신호를 샘플링한다. 이때, 상기 모터 제어 장치는 센서리스 알고리즘을 구비하는데, 상기 제어 유닛(250)은 상기 회전자 위치와 회전자 속도를 추정하는 위치/속도 추정부(290)를 더 포함하여 추정한 회전자의 위치나 속도를 이용하여 상기 모터를 구동한다. 이는 취부상의 어려움으로 인해 위치 검출 유닛이나 속도 검출 유닛을 포함하지 아니하는 경우에 유용하다.Referring to FIG. 5, the motor control apparatus further includes a current detection unit 270 that detects a motor driving current applied to the motor. At this time, the control unit 250 estimates the position of the rotor based on the motor drive current, and calculates the rotor speed from the estimated position of the rotor. The current detection unit 270 is connected between the inverter 230 and the motor 300 to detect the motor driving current of each phase. The current detection unit 270 generally uses a current transducer that continuously detects the motor driving current. The current transducer detects the motor driving current, converts it into a voltage signal, and outputs the converted voltage signal to the control unit 250. In addition, the current transducer detects the motor driving current in the entire section of the pulse width modulation. For example, in the case of a three-phase motor, the current detection unit 270 detects all of the currents (ia, ib, ic) applied to the three phases, or detects only two phases (ia, ib) of the ic. After calculation, it is output to the control unit 250. The control unit 250 generates an interrupt signal to sample a voltage signal according to the detected motor driving current. In this case, the motor control apparatus includes a sensorless algorithm, and the control unit 250 further includes a position / speed estimator 290 estimating the rotor position and the rotor speed. I drive the motor using speed. This is useful in the case of not including the position detecting unit or the speed detecting unit due to the difficulty in mounting.

도 8에 도시한 바와 같이, 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해결하기 위해 모터의 회전자 속도에 따라 여자 전류를 변경할 수 있다. 물론 비례 이득, 적분 이득을 변경하는 것에 더하여 상기 여자 전류를 함께 변경할 수도 있다. 여기서, 여자 전류는 d축 전류 지령으로서, 자속 성분 전류이다.As shown in FIG. 8, the excitation current may be changed according to the rotor speed of the motor in order to solve the problems occurring in the prior art. Of course, in addition to changing the proportional gain and the integral gain, the excitation current may be changed together. Here, the excitation current is a d-axis current command, which is a magnetic flux component current.

도 10은 종래 기술에 따라 모터를 제어한 후 측정한 출력 값들을 도시한 그래프이고, 도 11은 본 발명에 따라 모터를 제어한 후 측정한 출력 값들을 도시한 그래프이다. 도 10 및 도 11에서, motor current는 모터 인가 전류, rotor angle은 회전자의 회전각(자속각), slip angle은 슬립각이다. 도 10을 참조하면, 예를 들어 경사길에 차량이 정지하였다가 출발하였을 경우에, 빠른 응답성을 가지고, 토크 지령을 추종함에 따라 상 전류가 흔들리면서, 회전각이 심하게 흔들린다. 이에 따라 차량에 심한 져크 현상이 발생하게 된다. 반면, 도 11을 참조하면, 모터의 회전자 속도에 따라 본 발명에 따른 비례 이득 및 적분 이득이 적용되어 예를 들어 경사길에서 다시 출발하는 등 초기 가속의 경우에 전류에 흔들림이 없고, 회전각도 흔들리지 않는 것을 볼 수 있다.FIG. 10 is a graph illustrating output values measured after controlling a motor according to the related art, and FIG. 11 is a graph illustrating output values measured after controlling a motor according to the present invention. 10 and 11, the motor current is the motor applied current, the rotor angle is the rotation angle (magnetic flux angle) of the rotor, the slip angle is the slip angle. Referring to FIG. 10, for example, when the vehicle is stopped and started on an inclined road, the vehicle has a quick response, and the rotation angle is severely shaken while the phase current is shaken by following the torque command. As a result, a severe jerk phenomenon occurs in the vehicle. On the other hand, referring to Figure 11, according to the rotor speed of the motor, the proportional gain and the integral gain according to the present invention is applied, for example, starting from the slope again, such as in the case of initial acceleration, there is no shaking in the current, the rotation angle is also shaken You can see that it doesn't.

도 9를 참조하면, 본 발명에 다른 전기 자동차의 모터 제어 방법은, 비례 이득 및 적분 이득을 이용하여 토크 지령과 자속 지령에 따른 전류 지령을 전압 지령으로 변환하는 단계(S100)와, 상기 변환된 전압 지령에 따라 생성된 제어신호를 근거로 모터를 구동하는 단계(S200)와, 상기 모터의 회전자 속도에 따라 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 단계(S300)를 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 5를 참조한다.Referring to FIG. 9, the method for controlling a motor of an electric vehicle according to the present invention may include converting a current command according to a torque command and a magnetic flux command into a voltage command using a proportional gain and an integral gain (S100), and converting the current command into a voltage command. And driving the motor based on the control signal generated according to the voltage command (S200), and determining the proportional gain and the integral gain according to the rotor speed of the motor (S300). Hereinafter, the configuration of the apparatus will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 단계는, 상기 회전자 속도가 미리 설정된 제1 속도 이하이면(S410), 미리 설정된 제1 비례 이득과 제1 적분 이득을 출력하는 과정(S420)과, 상기 회전자 속도가 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도 이상이면(S430), 상기 제1 비례 이득보다 작은 제2 비례 이득과 상기 제1 적분 이득보다 큰 제2 적분 이득을 출력하는 과정(S440)을 포함한다.The determining of the proportional gain and the integral gain may include outputting a preset first proportional gain and a first integrated gain when the rotor speed is equal to or less than a first predetermined speed (S410), and the rotation Outputting a second proportional gain smaller than the first proportional gain and a second integral gain greater than the first integral gain if the electron speed is greater than or equal to a second speed faster than the first speed (S430) (S440). do.

또, 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 단계는, 상기 회전자 속도가 상기 제1 속도 내지 상기 제2 속도이면, 상기 제1 비례 이득에서 상기 제2 비례 이득으로 상기 비례 이득을 감소하고, 상기 제1 적분 이득에서 상기 제2 적분 이득으로 상기 적분 이득을 증가하는 과정(S450)을 더 포함하여 구성된다.The determining of the proportional gain and the integral gain may include: decreasing the proportional gain from the first proportional gain to the second proportional gain if the rotor speed is from the first speed to the second speed, And increasing the integral gain from the first integrated gain to the second integrated gain (S450).

상기 전류 지령을 상기 전압 지령으로 변환하는 단계(S100)는, 상기 결정된 상기 비례 이득 및 적분 이득을 이용하여 변환한다. 상기 전기 자동차의 모터 제어 장치는 상기 비례 이득 및 적분 이득을 이용하여 변환된 전압 지령으로부터 제어 신호를 생성하고(S500), 상기 제어 신호를 이용하여 인버터를 구동하여 모터를 제어한다(S600).In the step S100 of converting the current command to the voltage command, the current command is converted using the determined proportional gain and integrated gain. The motor control apparatus of the electric vehicle generates a control signal from the voltage command converted using the proportional gain and the integral gain (S500), and drives the inverter by using the control signal to control the motor (S600).

도 7을 참조하면, 상기 전기 자동차의 모터 제어 장치는, 상기 회전자 속도가 미리 설정된 제1 속도(ω1) 이하이면(S410), 미리 설정된 제1 비례 이득(a)과 제1 적분 이득(c)으로 비례 이득과 적분 이득을 각각 결정하고(S420), 상기 회전자 속도가 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도(ω2) 이상이면(S430), 상기 제1 비례 이득보다 작은 제2 비례 이득(b)과 상기 제1 적분 이득보다 큰 제2 적분 이득(d)을 비례 이득과 적분 이득으로 각각 결정한다(S440). 여기서, 상기 비례 이득 및 적분 이득은, 예를 들어 a=2200, b=1200, c=9, d=120과 같이 설정될 수 있고, 제1 속도(ω1), 제2 속도(ω2) 및 제3 속도(ω3)는 각각 200, 330, 12000 rpm으로 설정될 수 있다. 이러한 값들은 차량의 종류, 상태, 외부 환경에 따라 달라진다.Referring to FIG. 7, if the rotor speed is less than or equal to a preset first speed ω1 (S410), the preset first proportional gain a and the first integrated gain c may be performed. Determine the proportional gain and the integral gain (S420), and if the rotor speed is greater than or equal to the second speed ω2 faster than the first speed (S430), the second proportional gain smaller than the first proportional gain (S420). b) and a second integral gain d greater than the first integral gain are determined as proportional gains and integral gains, respectively (S440). Here, the proportional gain and the integral gain may be set as, for example, a = 2200, b = 1200, c = 9, d = 120, and the first speed ω1, the second speed ω2, and The three speeds ω3 can be set at 200, 330 and 12000 rpm, respectively. These values vary depending on the type, condition and external environment of the vehicle.

또한, 상기 전기 자동차의 모터 제어 장치는, 상기 제1 속도(ω1)와 상기 제2 속도(ω2)의 사이에서는 상기 비례 이득을 제1 비례 이득(a)으로부터 제2 비례 이득(b)으로 감소시키고, 상기 적분 이득을 제1 적분 이득(c)으로부터 제2 적분 이득(d)으로 증가시킨다(S450).The motor control apparatus of the electric vehicle reduces the proportional gain from the first proportional gain a to the second proportional gain b between the first speed ω 1 and the second speed ω 2. The integrated gain is increased from the first integrated gain c to the second integrated gain d (S450).

도 6을 참조하면, 상기 모터 제어 장치는, 상기 비례 이득과 상기 적분 이득을 미리 테이블화하여 저장할 수 있다. 도 6을 참조하면, 상기 모터 제어 장치는, 4 * 4 행렬로 테이블을 형성하고, 모터의 속도에 따라 상기 테이블에 포함된 비례 이득과 적분 이득 중 하나를 결정한다. 예를 들어, 일반적인 모터 제어 장치의 경우에 (2,3)과 같이 출력 그래프가 형성되도록 하는 비례 이득과 적분 이득을 사용하는 반면, 본 발명과 같이 전기 자동차용 모터 제어 장치의 경우에는 (3,1)과 같이 출력 그래프가 형성되도록 하는 비례 이득과 적분 이득을 사용할 수 있다. 이렇게 함으로써 모터를 제어함에 있어서 피드백 전류의 응답성을 유지함과 더불어 차량의 심한 흔들림 현상을 감쇄한다.Referring to FIG. 6, the motor control apparatus may store the proportional gain and the integral gain in a table. Referring to FIG. 6, the motor control apparatus forms a table in a 4 * 4 matrix, and determines one of the proportional gain and the integral gain included in the table according to the speed of the motor. For example, in the case of a general motor control device, a proportional gain and an integral gain such that an output graph is formed as shown in (2,3) are used, whereas in the case of an electric vehicle motor control device (3, As shown in 1), the proportional gain and the integral gain for forming the output graph can be used. This maintains the responsiveness of the feedback current in controlling the motor and attenuates severe shaking of the vehicle.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법은 전기 자동차 내에 구비된 모터의 회전자 속도를 검출하거나 연산하고, 이에 따라 비례 이득과 적분 이득을 변경함으로써 제어 성능을 유지함과 아울러, 토크 지령에 대해 빠른 응답성을 요구하는 종래의 최적 제어를 그대로 수행하는 경우에 발생하는 심각한 흔들림을 감쇄하고, 시스템의 안정성을 제고한다. 또한, 본 발명은 모터의 회전자 속도를 검출하거나 연산하고, 이에 따라 비례-적분기의 이득을 변경하고, 여자 전류를 조절함으로써 안정적으로 모터를 구동한다.As described above, the motor control apparatus according to the present invention, an electric vehicle comprising the same, and a method for controlling the motor thereof detect or calculate a rotor speed of a motor provided in the electric vehicle, thereby calculating a proportional gain and an integral gain. By changing, the control performance is maintained, and the serious shaking occurring when the conventional optimum control which requires quick response to the torque command is performed as it is is reduced, and the stability of the system is improved. In addition, the present invention stably drives the motor by detecting or calculating the rotor speed of the motor, thereby changing the gain of the proportional-integrator and adjusting the excitation current.

100: 배터리 110: 컨버터
200: 모터 제어 장치 210: 직류 링크 커패시터
230: 인버터 250: 제어 유닛
260: 이득 결정부 270: 전류 검출 유닛
300: 모터 710: 속도 검출 유닛
720: 위치 검출 유닛100: battery 110: converter
200: motor control device 210: DC link capacitor
230: inverter 250: control unit
260: gain determiner 270: current detection unit
300: motor 710: speed detection unit
720: position detection unit

Claims (14)

배터리로부터 공급된 직류 전압을 승압하거나 강압하는 컨버터;
상기 컨버터의 출력 전압을 평활화하고, 저장하는 직류 링크 커패시터;
복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터; 및
상기 모터의 회전자 속도를 근거로 결정된 비례 이득과 적분 이득을 이용하여 토크 지령과 자속 지령에 따른 전류 지령을 전압 지령으로 변환하고, 변환된 전압 지령을 근거로 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛;을 포함하고,
상기 제어 유닛은,
상기 전류 지령을 입력받아 이를 비례-적분하는 비례-적분기와, 상기 비례-적분된 전류 지령을 필터링하는 리미터를 포함하고, 상기 전류 지령을 상기 전압 지령으로 변환하여 출력하는 전류 제어부; 및
상기 회전자 속도에 따라 상기 비례-적분기에 대한 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 이득 결정부;를 포함하며,
상기 이득 결정부는,
상기 회전자 속도가 미리 설정된 제1 속도 이하이면, 미리 설정된 제1 비례 이득과 제1 적분 이득을 출력하고, 상기 회전자 속도가 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도 이상이면, 상기 제1 비례 이득보다 작은 제2 비례 이득과 상기 제1 적분 이득보다 큰 제2 적분 이득을 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.A converter for boosting or stepping down a DC voltage supplied from a battery;
A DC link capacitor that smoothes and stores the output voltage of the converter;
An inverter having a plurality of switching elements and converting a DC voltage output from the DC link capacitor into a motor driving voltage according to a control signal and outputting the same to a motor driving voltage; And
Using the proportional gain and the integral gain determined based on the rotor speed of the motor, the current command according to the torque command and the magnetic flux command is converted into a voltage command, and the control signal is generated based on the converted voltage command to the inverter. A control unit for outputting;
Wherein the control unit comprises:
A current controller configured to receive the current command and proportionally-integrate the integrated current command and a limiter for filtering the proportionally-integrated current command, and convert the current command into the voltage command to output the current command; And
And a gain determiner configured to determine the proportional gain and the integral gain for the proportional-integrator according to the rotor speed.
The gain determination unit,
If the rotor speed is equal to or less than the first preset speed, the preset first proportional gain and the first integral gain are output; and if the rotor speed is greater than or equal to the second speed faster than the first speed, the first proportional gain And output a smaller second proportional gain and a second integrated gain greater than the first integrated gain. 제1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 전압 지령에 따라 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 펄스 폭 변조 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.The method of claim 1, wherein the control unit,
And a pulse width modulation control unit generating the control signal according to the voltage command and outputting the control signal to the inverter. 삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 이득 결정부는,
상기 회전자 속도에 따른 비례 이득 및 적분 이득을 미리 저장하고, 상기 회전자 속도의 변동에 따라 상기 비례 이득 및 적분 이득을 추출하여 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.The method of claim 1, wherein the gain determination unit,
And storing the proportional gain and the integral gain according to the rotor speed in advance, and extracting and outputting the proportional gain and the integral gain in accordance with the change of the rotor speed. 삭제delete 제1 항, 제2 항, 및 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터에 구비되어, 상기 회전자 속도를 검출하는 속도 검출 유닛;을 더 포함하는 모터 제어 장치.The method according to any one of claims 1, 2, and 4,
And a speed detecting unit provided in the motor to detect the rotor speed. 제1 항, 제2 항, 및 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터에 구비되어, 상기 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출 유닛;을 더 포함하고,
상기 제어 유닛은, 상기 검출된 회전자의 위치로부터 상기 회전자 속도를 연산하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.The method according to any one of claims 1, 2, and 4,
And a position detecting unit provided in the motor and detecting a position of the rotor.
And the control unit calculates the rotor speed from the detected position of the rotor. 제1 항, 제2 항, 및 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터에 인가되는 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛;을 더 포함하는 모터 제어 장치.The method according to any one of claims 1, 2, and 4,
And a current detection unit for detecting a motor driving current applied to the motor. 제8 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 모터 구동 전류를 근거로 상기 회전자의 위치를 추정하고, 상기 추정된 회전자의 위치로부터 상기 회전자 속도를 연산하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.The method of claim 8, wherein the control unit,
And estimate the position of the rotor based on the motor drive current, and calculate the rotor speed from the estimated position of the rotor. 제1 항, 제2 항, 및 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 회전자 속도에 따라 상기 자속 지령을 변경하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.The method according to any one of claims 1, 2, and 4, wherein the control unit,
And the magnetic flux command is changed in accordance with the rotor speed. 직류 전원을 공급하는 배터리;
상기 배터리로부터 직류 전원을 공급받는 모터 제어 장치와, 상기 모터 제어 장치에 의해 구동되어 회전력을 발생하는 모터로 구성된 동력 모듈;
상기 동력 모듈에 의해 회전되는 복수의 바퀴들; 및
노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전후륜 현가장치;를 포함하는 전기 자동차에 있어서,
상기 모터 제어 장치는,
상기 모터의 회전자 속도에 따른 비례 이득 및 적분 이득을 미리 저장하고, 상기 회전자 속도의 변동에 따라 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 이득 결정부를 포함하고,
상기 비례 이득 및 적분 이득을 이용하여 전류 지령을 전압 지령으로 변환하고, 변환된 전압 지령을 근거로 제어신호를 생성하여 인버터에 출력하는 제어 유닛;을 포함하고,
상기 이득 결정부는,
상기 회전자 속도가 미리 설정된 제1 속도 이하이면, 미리 설정된 제1 비례 이득과 제1 적분 이득을 출력하고, 상기 회전자 속도가 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도 이상이면, 상기 제1 비례 이득보다 작은 제2 비례 이득과 상기 제1 적분 이득보다 큰 제2 적분 이득을 출력하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.A battery for supplying DC power;
A power module comprising a motor control device supplied with DC power from the battery, and a motor driven by the motor control device to generate rotational force;
A plurality of wheels rotated by the power module; And
An electric vehicle comprising: a front and rear wheel suspension device for preventing vibration of a road surface from being transmitted to a vehicle body.
The motor control device includes:
A gain determining unit which stores in advance the proportional gain and the integral gain according to the rotor speed of the motor, and determines the proportional gain and the integral gain according to the change of the rotor speed,
And a control unit converting the current command into a voltage command using the proportional gain and the integrated gain, and generating and outputting a control signal to the inverter based on the converted voltage command.
The gain determination unit,
If the rotor speed is equal to or less than the first preset speed, the preset first proportional gain and the first integral gain are output; and if the rotor speed is greater than or equal to the second speed faster than the first speed, the first proportional gain And output a smaller second proportional gain and a second integrated gain greater than the first integrated gain. 비례 이득 및 적분 이득을 이용하여 토크 지령과 자속 지령에 따른 전류 지령을 전압 지령으로 변환하는 단계;
상기 변환된 전압 지령에 따라 생성된 제어신호를 근거로 모터를 구동하는 단계; 및
상기 모터의 회전자 속도에 따라 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 단계;를 포함하고,
상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 단계는,
상기 회전자 속도가 미리 설정된 제1 속도 이하이면, 미리 설정된 제1 비례 이득과 제1 적분 이득을 출력하는 과정;
상기 회전자 속도가 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도 이상이면, 상기 제1 비례 이득보다 작은 제2 비례 이득과 상기 제1 적분 이득보다 큰 제2 적분 이득을 출력하는 과정;을 포함하고,
상기 전류 지령을 상기 전압 지령으로 변환하는 단계는,
상기 결정된 상기 비례 이득 및 적분 이득을 이용하여 변환하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 모터 제어 방법.Converting a current command according to the torque command and the magnetic flux command into a voltage command using the proportional gain and the integral gain;
Driving a motor based on a control signal generated according to the converted voltage command; And
Determining the proportional gain and the integral gain according to the rotor speed of the motor;
Determining the proportional gain and the integral gain,
Outputting a preset first proportional gain and a first integrated gain if the rotor speed is less than or equal to a preset first speed;
And outputting a second proportional gain smaller than the first proportional gain and a second integral gain greater than the first integral gain if the rotor speed is greater than or equal to a second speed faster than the first speed.
The step of converting the current command to the voltage command,
And converting using the determined proportional and integral gains. 삭제delete 제12 항에 있어서, 상기 비례 이득 및 적분 이득을 결정하는 단계는,
상기 회전자 속도가 상기 제1 속도 내지 상기 제2 속도이면,
상기 제1 비례 이득에서 상기 제2 비례 이득으로 상기 비례 이득을 감소하고,
상기 제1 적분 이득에서 상기 제2 적분 이득으로 상기 적분 이득을 증가하는 과정;을 더 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 방법.The method of claim 12, wherein determining the proportional gain and the integral gain,
If the rotor speed is the first to the second speed,
Reduce the proportional gain from the first proportional gain to the second proportional gain,
Increasing the integral gain from the first integral gain to the second integral gain.
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