KR101813253B1 - 작동 동안 지속적으로 요구되는, 비동기기의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압의 시뮬레이션 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 모델, 특히 기기 모델을 이용하여, 작동 동안 지속적으로 요구되는, 비동기기(14)의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압(U_s,st,φ#)을 시뮬레이션하기 위한 방법에 관한 것이며, 비동기기(14)는 회전식 인코더 없이 자속 기준으로, 그리고 등급별 전압으로 작동된다. 본 발명에 따른 방법은, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압(U_s,φ)을 제공하는 단계와, 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 제공하는 단계와, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압(U_s,φ) 및 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 기반으로, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(U_s,st,φ#)을 시뮬레이션하는 단계를 포함한다. 그 결과, 본원의 방법은 특히 간단하게 수행될 수 있으면서 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(U_s,st,φ#)의 정확한 시뮬레이션 및 그 모델링을 가능하게 할 수 있다.

Description

작동 동안 지속적으로 요구되는, 비동기기의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압의 시뮬레이션{Simulation of a field-oriented stator voltage of a stator of an asynchronous machine steadily required during operation}

본 발명은 비동기기를 회전식 인코더 없이 자속 기준으로 제어하기 위한 방법 및 장치 또는 장치들에 관한 것이다.

실제로, 비동기기가 자속 기준으로 작동하는 제어 시스템 또는 가이드 시스템에 의해 제어되거나, 또는 안내될 수 있는 점은 공지되어 있다. 제어 시스템은, 통상적으로 비동기기의 스테이터의 스테이터 전류, 그 스테이터의 스테이터 전압뿐만 아니라, 비동기기의 로터의 로터 위치 및/또는 로터 회전속도의 검출을 기반으로 작동한다.

또한, 회전식 인코더를 이용하지 않는 비동기기의 제어가, 회전식 인코더 없는 자속 기준 제어 시스템으로서 로터 위치 또는 로터 회전속도의 직접적인 검출 없이 작동할 수 있는 상기 제어 시스템에 의해 수행될 수 있는 점도 공지되어 있다. 비동기기를 회전식 인코더 없이 안내하는 점에 의해서는 예컨대 고가의 회전식 인코더의 제공을 배제할 수 있으며, 그럼으로써 비동기기는 저렴하면서도 콤팩트하게 제조될 수 있다.

DE 196 46 457 A1 및 DE 42 09 305 C2에는 비동기기를 회전식 인코더 없이 자속 기준으로 제어하는 방법이 기재하고 있다.

DE 42 09 305 A1에는, 전기적으로 안정된 상태(electrically steady state)에서 요구되는, 비동기기의 스테이터 전압의 동적 고품질 검출을 이용하여 비동기기를 자속 기준으로 제어하는 방법 및 장치가 기재되어 있다.

DE 195 31 771 A1에는 인코더가 없으면서 자속 기준으로 작동되는 3상 기기(three-phase machine)의 회전속도를 결정하는 방법 및 장치를 기재되어 있다.

DE 102 19 826 A1에는 영구자석 여자식 동기기(permanent-magnet-exited synchronous machine)를 자속 기준으로 제어하는 방법 및 장치가 기재되어 있다.

본 발명에 의하면, 모델, 특히 기기 모델을 이용하여, 작동 동안 지속적으로 요구되는, 비동기기의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하는 방법이 제공되며, 비동기기는 회전식 인코더 없이 자속 기준으로, 그리고 등급별 전압으로 작동되고, 상기 방법은, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 제공하는 단계와, 검출되는 자속 기준 스테이터 전류를 제공하는 단계와, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압 및 검출되는 자속 기준 스테이터 전류를 기반으로, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법에 의하면, 비동기기의 작동 동안 지속적으로 요구되는, 비동기기의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압은, 비동기기를 전기적 측면으로 설명하는 기기 모델의 이용으로 시뮬레이션되거나 모델링될 수 있다. 이 경우, 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 스테이터 전압은, 순간적으로 존재하면서 스테이터 내에서 흐르는 스테이터 전류의 공간 벡터의 유지를 위해 필요할 수 있는, 스테이터로 공급될 스테이터 전압의 공간 벡터에 상응할 수 있다. 수행할 시뮬레이션을 위해, 실제로 존재하는 자속 기준 스테이터 전압 및 자속 기준 스테이터 전류의 값들이 이용될 수 있으며, 이 값들은 예컨대 본원의 방법을 위한 입력 값들로서 제공될 수도 있고, 본 발명에 따른 방법의 최초의 방법 단계에서 적합한 센서에 의해 검출되거나 측정될 수도 있다.

그 결과, 본원의 방법은 특히 간단하게 수행될 수 있으면서 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압의 정확한 시뮬레이션 또는 모델링을 가능하게 할 수 있다.

특히, 작동 동안 지속적으로 요구되는, 검출되어 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압은, 비동기기의 로터의 회전속도 및/또는 그 토크의 회전식 인코더 없는 자속 기준 제어의 효율성 및 그 정밀도를 개선하도록, 비동기기의 자속 기준 스테이터 전류의 제어에서 설정 스테이터 전류에 대한 교란 변수 피드포워드(disturbance variable feedforward)를 위해서나, 또는 그 기준 변수 발생기용으로 이용될 수 있다.

또한, 본원의 방법은, 스테이터의 스테이터 인덕턴스를 나타낼 수 있는 정규화 상수로, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 시간에 걸쳐 적분하는 단계와, 자속 기준 차동 전류를 생성하기 위해, 적분되는 자속 기준 스테이터 전압으로부터 검출되는 자속 기준 스테이터 전류를 감산하는 단계도 포함할 수 있으며, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하는 단계는 자속 기준 차동 전류를 기반으로 실행될 수 있다. 이런 조치는 검출되는 자속 기준 스테이터 전압 및 검출되는 자속 기준 스테이터 전류의 적합한 조합을 가능하게 한다.

또한, 본원의 방법은, 설정 가능한 증폭 매개변수로 자속 기준 차동 전류를 증폭하는 단계와, 자속 기준 차동 전압을 생성하기 위해, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 적분하기 전에 검출되는 자속 기준 스테이터 전압으로부터 증폭되는 자속 기준 차동 전류를 감산하는 단계도 포함할 수 있으며, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 적분하는 단계는 자속 기준 차동 전압을 적분하는 단계를 포함할 수 있다. 그 결과, 시뮬레이션에서, 최초의 변수들에 대해, 검출되어 처리되는 자속 기준 스테이터 전압 및 검출되는 자속 기준 스테이터 전류의 피드백이 수행될 수 있으며, 그럼으로써 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압의 시뮬레이션 동안 이용되는 저역 통과 전달 함수는 자속 기준 좌표에서 비동기기의 기초가 되는 등가 회로도를 고려할 수 있게 된다.

또한, 본원의 방법은, 설정 가능한 추가 정규화 상수로, 자속 기준 차동 전류를 시간에 걸쳐 적분하는 단계와, 자속 기준 차동 전압 또는 전술한 자속 기준 차동 전압을 생성하기 위해, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 적분하기 전에 검출되는 자속 기준 스테이터 전압으로부터 적분되는 자속 기준 차동 전류를 감산하는 단계도 포함할 수 있으며, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 적분하는 단계는 자속 기준 차동 전압을 적분하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 조치는, 마찬가지로 최초에 제공되는 변수들로, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압의 시뮬레이션 동안 처리되는 변수들의 피드백을 실행할 수 있으면서 자속 기준 좌표계에서 비동기기의 상응하는 등가 회로도를 고려할 수 있다.

작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압이 시뮬레이션될 수 있는 시간 척도(time scale)는, 스테이터의 자속 기준 스테이터 전류가, 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압의 이용 하에서 제어될 수 있는 시간 척도보다 짧게 선택될 수 있다. 그 결과, 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 스테이터 전압과, 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압이 신속하게 변동될 때 실제로 존재하고 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압의 균등성은 동적으로 매우 정확한 정밀도로 달성될 수 있다. 특히 시간 척도들의 적합한 선택은 설정 가능한 정규화 상수 및 설정 가능한 증폭 매개변수를 설정하는 것에 의해 수행될 수 있다.

특히 예컨대 스테이터 전압, 스테이터 전류 및 지속적으로 요구되는 스테이터 전압처럼 본원에서 언급되는 변수들은, 스테이터 기준 좌표계(stator-oriented coordinate system), 자속 기준 좌표계(field-oriented coordinate system) 및/또는 시뮬레이션되는 자속 기준 좌표계에서의 공간 벡터들을 나타낼 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 방법은, 상기 변수들의 값들의 이용 하에서 실행될 수 있고, 그리고/또는 다수의 상응하는 값이 평가될 수 있는 상기 변수들의 시간에 따른 특성곡선을 고려할 수 있다.

또한, 본 발명은, 모델, 특히 기기 모델을 이용하여, 작동 동안 지속적으로 요구되는, 비동기기의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하기 위한 시뮬레이션 장치에도 관한 것이며, 비동기기는 회전식 인코더 없이 자속 기준으로, 그리고 등급별 전압으로 작동될 수 있고, 상기 시뮬레이션 장치는 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 제공하기 위한 유닛과, 검출되는 자속 기준 스테이터 전류를 제공하기 위한 유닛과, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압 및 검출되는 자속 기준 스테이터 전류를 기반으로, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하기 위한 시뮬레이션 유닛을 포함한다. 시뮬레이션 장치는 앞서 기재한 방법을 실행하도록 구성될 수 있고 상응하는 유닛들을 포함할 수 있다. 각각의 변수를 제공하기 위한 유닛은, 특히 각각의 변수를 검출하기 위한 센서로서, 또는 각각의 변수를 수신하기 위한 인터페이스로서 형성될 수 있다. 시뮬레이션 유닛은 처리 유닛, 특히 프로세서 부분일 수 있고, 그리고/또는 적분, 증폭, 가산 및/또는 감산 유닛들 또는 그 부재들에 의해 실현될 수 있다.

또한, 본 발명은, 앞서 기재한 시뮬레이션 장치를 포함하여 등급별 전압으로 작동될 수 있는 비동기기의 로터의 회전속도 및/또는 그 토크를 회전식 인코더 없이 자속 기준으로 제어하는 제어 시스템에도 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 비동기기와, 이 비동기기로 등급별 전압을 출력하도록 구성되는 전압원과, 앞서 기재한 제어 시스템을 포함하는 어셈블리, 특히 구동장치에도 관한 것이다. 전압원은 특히 비동기기로 공급될 수 있는 출력 전압을 단계별로, 또는 등급별로 설정하도록 구성될 수 있고, 그리고/또는 배터리 직접 구동용 인버터로서 형성될 수 있다.

또한, 방법들 중 하나, 장치들 중 하나, 제어 시스템들 중 하나, 어셈블리들 중 하나, 또는 이용에 관련하여 기술되는 실시 예들은 각각 또 다른 대상들에도 적용된다.

이하에서는 본 발명이 첨부도면들을 참조하여 바람직한 실시 예들에 따라 예시로서 설명된다.

도 1은 단계별로 설정 가능하고, 그리고/또는 등급별로 조정되는 전압에 의해 작동될 수 있는 비동기기와, 비동기기의 회전속도를 회전식 인코더 없이 자속 기준으로 제어하기 위한 제어 시스템을 포함하는 어셈블리를 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 한 실시 예에 따라 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하기 위한 제1 시뮬레이션 장치를 포함하는 제1 실시 예에 따른 도 1의 제어 시스템을 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 자속 기준 좌표계에서 도 1의 비동기기의 등가 회로도이다.
도 4는 자속 기준 스테이터 전류를 제어하기 위한 도 2에 도시된 스테이터 전류 제어 장치, 도 2에 도시된 시뮬레이션 장치의 시뮬레이션 유닛, 및 자속 기준 스테이터 전류를 제어하기 위한 도 2에 도시된 스테이터 전류 제어 부재를 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 제2 실시 예에 따른 도 1의 제어 시스템을 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 한 실시 예에 따라 도 1의 비동기기의 스테이터 내에서 유도되는 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하기 위한 도 5에 도시된 제1 시뮬레이션 장치를 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 도 5의 스테이터 전류 제어 부재를 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 제3 실시 예에 따른 도 1의 제어 시스템을 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 스테이터 기준 좌표계, 자속 기준 좌표계 및 시뮬레이션되는 자속 기준 좌표계에서 도 1의 비동기기의 스테이터 내에서 유도되는 스테이터 전압의 공간 벡터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 시뮬레이션된 필드 각도와 한 필드 각도 사이의 각도 차이를 결정하기 위한 도 8에 도시된 유닛을 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 11은 필드 각도를 시뮬레이션하기 위한 도 8에 도시된 시뮬레이션 유닛, 및 도 9에 도시된 회전속도 제어 부재의 한 절개 부분을 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 12는 제4 실시 예에 따른 도 1의 제어 시스템을 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 13은 제5 실시 예에 따른 도 1의 제어 시스템을 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 14는 도 13의 제어 시스템의 자속 기준 자화 전류 제어 부재를 블록 회로도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 15는 제6 실시 예에 따른 도 1의 제어 시스템을 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 16은 도 15의 스테이터 전류 제어 부재를 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 17은 도 15의 제어 시스템의 스테이터 전류 제어 부재를 추가의 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 18은 도 15의 제어 시스템의 스테이터 전류 제어 부재 및 스테이터 전류 제어 장치를 블록도로 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 어셈블리(10)는 배터리 직접 구동용 인버터로서 형성된 전압원(12)을 포함하며, 이 전압원에 의해 농형 로터(cage rotor)로서 형성된 비동기기(14)가 작동될 수 있다. 어셈블리(10)의 제어 시스템(16)은 비동기기(14)의 로터의 회전속도 및/또는 그 토크를 회전식 인코더 없이 자속 기준으로 제어하기 위해 이용된다. 어셈블리(10)는 예컨대 풍력발전설비에서와 같은 고정식, 및/또는 정적 설비들에서, 또는 차량에서, 예컨대 하이브리드 또는 전기 자동차에서 이용될 수 있는 전기 구동장치 부분이다. 어셈블리(10)는 트랜잭션 구동장치(transaction drive) 부분일 수도 있다.

전압원(12)은 3개의 전압 분기(17a, 17b, 17c)를 구비하여 형성되며, 단계별로 비율 조정될 수 있고, 설정될 수 있고, 그리고/또는 등급별로 조정되는 상기 전압 분기들의 출력 전압들은 각각의 양극 단자(U, V, W)를 통해 비동기기(14)로 공급될 수 있다. 각각의 전압 분기(17a, 17b, 17c)는 커플링 장치들을 포함한 복수의 배터리 모듈을 구비하며, 이들 배터리 모듈은 명확성을 위해 전압 분기(17c)에서만 도면 부호들 18a 또는 18b로 표시되어 있다. 전압 분기들(17a, 17b, 17c)의 선택적인 분리 장치들(20a) 및 선택적인 충전 및 분리 장치들(20b)은 전압 분기들(17a, 17b, 17c)의 배터리 모듈(18a 또는 18b)과 각각 연결된다. 배터리 직접 구동용 인버터(12)의 음극 단자들은 성형점(star point)으로 연결되지만, 그러나 상호 간에 전기적으로 분리될 수도 있다. 비록 전압원(12)이 재충전 가능하게 형성되어 축전지 또는 축전지 시스템을 나타내기는 하지만, 전압원(12)은 통상적인 언어 사용에 상응하게 배터리로서, 또는 배터리 시스템으로서 지칭된다.

이하에서는 제어 시스템(16)이 제1 실시 예에 따라 더 구체적으로 기재되고 도면 부호 1016으로 표시된다.

도 2에 도시된 제어 시스템(1016)은, 필드 각도(φ)의 이용 하에서, 상호 간에 직교하는 좌표 축들(1,2,3)에 의해 정의되는 스테이터 기준 좌표계와, 상호 간에 직교하는 좌표 축들(d, q)에 의해 정의되는 자속 기준 좌표계 사이에서 벡터 변수의 값들을 변환하기 위한 제1 및 제2 파크 변환 유닛(park transformation unit)(1022, 1024)을 포함한다. 또한, 제어 시스템(1016)은, 기기 모델을 이용하여 로터의 로터 자속(Ψ_r)에 근거하여 비동기기(14)의 스테이터 내에서 유도되는 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})을 시뮬레이션하기 위한, 그리고 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#)을 시뮬레이션하기 위한 제1 시뮬레이션 장치(1026)도 포함한다. 제어 시스템(1016)의 제2 시뮬레이션 장치(1028)는 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 로터의 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,#})를 시뮬레이션하도록 구성되고, 제어 시스템(1016)의 제3 시뮬레이션 장치(1030)는 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n#)를 시뮬레이션하도록 구성된다. 제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(1026, 1028, 1030)는 상호 간에 직교하는 좌표 축들(d#, q#)에 의해 정의되는 시뮬레이션되거나 모델링된 좌표계에서 작동한다.

또한, 제어 시스템(1016)은, 비동기기(14)의 로터의 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위해 회전속도 제어 장치(1032) 내에 구현되어 자속 기준으로 작용하는 자화 전류 제어를 이용하여 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n)를 제어하기 위한 자속 기준으로 작동하는 회전속도 제어 장치(1032)와, 비동기기(14)의 스테이터의 스테이터 내에서 흐르는 스테이터 전류(i_s,φ)를 제어하기 위한 자속 기준으로 작동하는 스테이터 전류 제어 장치(1034)를 포함한다. 제어 시스템(1016)의 작동 부재(36)를 통해, 배터리 직접 구동형 인버터(12)로부터 출력될 수 있는 등급별 출력 전압이 제어될 수 있으며, 이 출력 전압은 비동기기(14)의 기기 단자들로 공급될 수 있다. 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 제어하기 위해 이용되는 제어 시스템(1016)의 스테이터 전류 제어 부재(1038), 및 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n)와 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위해 이용되는 제어 시스템(1016)의 회전속도 제어 부재(1040)는, 이 제어 부재들(1038, 1040)의 각각의 입력 변수들 및 그 출력 변수들 사이의 상응하는 연결관계들을 이용하여 비동기기(14)를 모델링한다. 비동기기(14)의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)을 검출하기 위한 제1 센서(1042) 및 스테이터의 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 검출하기 위한 제2 센서(1044)는 제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(1026, 1028, 1030)와 각각 연결된다. 또한, 스테이터 전류 제어 장치(1034)는 제1 센서(1042) 및 제2 센서(1044)와도 연결될 수 있다.

비록 센서들(1042, 1044)이 회로 기술 측면에서 도시되어 있기는 하지만, 예컨대 센서들(1042, 1044)이 자속 기준 변수들을 검출하도록 구성되어 있기는 하지만, 자명한 사실로서 제1 및 제2 센서(1042, 1044)는 스테이터 기준 좌표계에서의 각각의 변수의 공간 벡터들을 검출하며, 이 공간 벡터들은 변환 유닛(1022)에 의해 자속 기준 좌표계 내의 상응하는 변수들의 공간 벡터들로 변환된다.

제1 시뮬레이션 장치(1026)는 제1 센서(1042)에 의해 검출되는 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ})을 수신하기 위한 제1 인터페이스 유닛(1046)과, 제2 센서(1044)에 의해 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ})를 수신하기 위한 제2 인터페이스 유닛(1048)을 포함한다. 제1 및 제2 인터페이스 유닛(1046, 1048)과 연결되어 있는 제1 시뮬레이션 장치(1026)의 시뮬레이션 유닛(1050)은 작동 동안 지속적으로 요구되는 스테이터 전압(u_s,st,φ#)을 시뮬레이션하도록 구성된다. 시뮬레이션 유닛(1050)에 의해 생성되고 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#)은 제1 시뮬레이션 장치(1026)의 제3 인터페이스 유닛(1052)에 의해 스테이터 전류 제어 장치(1034)로 출력된다.

제1 시뮬레이션 장치(1026)의 유닛들(1046~1052) 중 하나 이상의 유닛, 및/또는 제1 시뮬레이션 장치(1026), 제2 시뮬레이션 장치(1028) 및 제3 시뮬레이션 장치(1030) 중 하나 이상의 장치는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 실현된다. 또한, 유닛들(1046~1052) 및 장치들(1026, 1028, 1030)로 구성되는 그룹에서 선택되는 2개 이상의 부재는 일체형으로, 또는 공통 코드로서 실현될 수 있다.

완벽함을 위해, 주지할 사항은, 도 2에서는 Ω에 의해 자속 기준 좌표계에서 로터의 기계적 각 주파수가 표시되고 n_*에 의해서는 회전속도 제어 장치(1032)에 대한 제어 회전속도가 표시된다는 점이다. 또한, 도 2 내지 도 4에서 벡터 변수들은 화살표에 의해 식별 표시되어 있으며, 그에 반해 상기 변수들은 명세서 내에서는 화살표 없이 식별 표시되어 있다.

비동기기(14)의 도 3에 도시된 등가 회로도는, 도면 부호 L_σ를 갖는 스테이터의 스테이터 또는 누설 인덕턴스(1056)와 도면 부호 R_s를 갖는 스테이터의 스테이터 저항(1058)과 유닛(1060)을 구비한 스테이터 분기(1054)를 포함한다. 스테이터 분기(1054)는 로터 분기(1062)와 연결되며, 이 로터 분기는 도면 부호 L_r를 갖는 로터의 로터 인덕턴스(1064)와 도면 부호 R_r를 갖는 로터의 로터 저항(1066)과 제1 유닛(1068)과 제2 유닛(1070)을 포함한다. 변수 ω_s는 자속 기준 좌표계가 스테이터 기준 좌표계에 상대적으로 회전하는 자속 기준 스테이터 각 주파수를 표시한다. 변수 z_p는 비동기기(14)의 로터의 극 쌍 개수를 표시한다. 유닛들(1060, 1068, 1070)은 전압원들을 나타낼 수 있다.

도 4에는, 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ}) 및 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ})의 종방향 성분들(i_sd 또는 u_sd)에 대한 스테이터 전류 제어 장치(1034)의 신호 처리가 도시되어 있으며, 이 신호 처리는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ) 및 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)의 횡방향 성분들(i_sq 또는 u_sq)에 대한 경우와 유사한 방식으로 실행된다.

스테이터 전류 제어 장치(1034)는 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)을 조합 부재(1074)(combination member)로 공급하는 피드백 경로(1072)를 포함한다. 스테이터 전류 제어 장치(1034)의 바이패스 적분기(1076)는 감산 부재(1078)와 정규화 상수(T_{By ,is})를 이용하는 적분 부재(1080)를 포함한다. 감산 부재(1078)에 의해, 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)은 자속 기준 설정 스테이터 전류(i_s,*φ)의 종방향 성분(i_sd,*)으로부터 감산된다. 감산 부재(1078)의 출력 신호는 적분 부재(1080)에 의해 적분되어 조합 부재(1074)로 공급된다. 피드백 경로(1072)는 증폭 부재(1082)를 추가로 구비하며, 이 증폭 부재는 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)을 거리 계수(K_{1 ,is})(distance factor)와 곱한다. 증폭 부재(1082)의 생성된 출력 신호는 조합 부재(1074)로 공급된다. 조합 부재(1074)는 자속 기준 설정 스테이터 전류(i_s,*φ)의 종방향 성분(i_sd,*)과 적분 부재(1080)의 출력 신호를 가산하며, 그리고 이 가산된 값으로부터 제1 증폭 부재(1082)에서 출력되는 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)을 감산한다. 조합 부재(1074)의 출력 신호는 제2 증폭 부재(1084)로 공급되고, 이 제2 증폭 부재는 거리 매개변수(K_is)를 조합 부재(1074)의 출력 신호와 곱한다. 증폭 부재(1084)의 출력 신호는 스테이터 인덕턴스(L_σ)에서 강하되는 자속 기준 설정 스테이터 전압(U_s,δ*)의 종방향 성분(u_{sd ,δ*})에 상응하며, 그리고 가산 부재(1086)로 공급되며, 이 가산 부재는, 스테이터 전류 제어 부재(1038)에서 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ)으로 검출되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)의 종방향 성분(u_sd)의 교란 변수 피드포워드를 보상하기 위해, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_{s,st,φ #})의 종방향 성분(u_{sd ,st,#})을 기준 변수로서, 또는 교란 변수 피드포워드로서 제2 증폭 부재(1084)의 출력 신호에 가산한다. 가산 부재(1086)의 출력 신호는 스테이터 전류 제어 장치(1034)로부터 출력되는 자속 기준 설정 스테이터 전압(u_s,*φ)의 종방향 성분(u_{sd ,*})에 상응한다.

도 4에서 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ) 및 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(u_sd 또는 i_sd)에 대해 도시된 스테이터 전류 제어 부재(1038)는 감산 부재(1088)에 의해 형성되며, 이 감산 부재는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)의 종방향 성분(u_sd)으로부터 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ)의 종방향 성분(u_{sd ,st})을 감산한다. 감산 부재(1088)의 출력 신호는 적분 부재(1090)에 의해 적분되며, 이 적분 부재의 정규화 상수는 스테이터의 누설 인덕턴스(1064 또는 L_σ)를 나타내며 T_{L σ} = L_σ * i_B / u_B에 의해 정의되는 시간 상수(T_{L σ})이다. 이 경우, i_B 및 u_B는 제어 시스템(1016)의 전류 및 전압에 대한 정규화를 지칭한다. 적분 부재(1090)의 출력 신호는 제어되는 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ})의 종방향 성분(i_sd)에 상응하며, 이 종방향 성분은 스테이터 전류 제어 장치(1034)로 공급된다. 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ) 및 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 횡방향 성분(u_sq 또는 i_sq)에 대한 스테이터 전류 제어 부재(1038)의 작동 원리는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ) 및 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(u_sd 또는 i_sd)에 대해 도시된 스테이터 전류 제어 부재(1038)의 작동 원리와 유사한 방식으로 수행된다.

도 4에 마찬가지로 도시된 시뮬레이션 유닛(1050)은 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ}) 및 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ})에 대한 관측기(observer)를 나타내며, 이하의 저역 통과 전달 함수를 이용하여, 작동 동안 지속적으로 요구되는 스테이터 전압(u_{s , st ,φ#})의 공간 벡터를 모델링한다.

이 경우, 시간 상수에 대해 T_{b ,is} = G_{b ,is} * T_{lb ,is}가 적용되고, 매개변수에 대해서는 q_2b,is = T_{L σ} / ((G_{b , is})² * T_{lb , is})가 적용된다. 도 3의 고려하에서, 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압은 이하의 수학식에 의해 계산된다.

이 경우, 유도되는 자속 기준 스테이터 전압은

에 의해 결정된다. 매개변수

는 스테이터 인덕턴스(1056 또는 L_σ)를 나타내거나, 또는 이 스테이터 인덕턴스에 따라 결정되는 비동기기(14)의 거리 매개변수를 표시하며, 그리고 매개변수

는 스테이터 저항(1058 또는 R_s)을 나타내거나, 또는 이 스테이터 저항에 따라 결정되는 비동기기(14)의 거리 매개변수를 표시한 것이다. 변수

는 로터 인덕턴스(1064 또는 L_r)를 나타내는 시간 상수를 표시하며, 변수

는 로터 인덕턴스(1064 또는 L_r)를 나타내는 거리 매개변수를 표시한 것이다. 이 경우, i_B, u_B 및 T_B는 제어 시스템(1016)의 전류, 전압 및 시간 상수에 대한 기준 변수들 또는 정규화 변수들을 표시하고, R(Π/2)는 값(Π/2)의 회전 행렬을 표시한 것이다.

앞서 기재한 연결관계들을 이용하여, 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_{s , st ,φ})의 종방향 성분(u_{sd , st ,#})의 모델링을 위해, 시뮬레이션 유닛(1050)은 제1 감산 부재(1092)와, 제2 감산 부재(1094)와, 증폭 부재(1096)와, 제1 및 제2 적분 부재(1098, 10100)를 포함한다. 센서(1042)에 의해 검출되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)의 종방향 성분(u_sd)은 제1 감산 부재(1092)로 공급된다. 자속 기준 차동 전압의 종방향 성분을 나타내는 감산 부재(1092)의 출력 신호는 정규화 상수(T_{L σ})의 이용 하에서 제1 적분 부재(1098)에 의해 시간에 걸쳐 적분된다. 제1 적분 부재(1098)의 출력 신호는 제2 감산 부재(1094)로 공급되며, 이 감산 부재는 제1 적분 부재(1098)의 출력 신호로부터 센서(1044)에 의해 검출되는 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)을 감산하여 자속 기준 차동 전류의 종방향 성분을 생성한다. 제2 감산 부재(1094)의 출력 신호는 증폭 부재(1096)로 공급되며, 이 증폭 부재는 감산 부재(1094)의 출력 신호를 증폭 계수(G_{b ,is})로 곱한다. 증폭 부재(1096)의 생성되는 출력 신호는 제1 감산 부재(1092)로 공급된다. 또한, 제2 감산 부재(1094)의 출력 신호는 제2 적분 부재(10100)로 공급되고, 이 제2 적분 부재는 정규화 상수(T_{lb , is})의 이용 하에서 공급되는 신호를 시간에 걸쳐 적분하여, 출력 신호로서, 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 스테이터 전압(u_s,st,φ#)의 종방향 성분(u_{sd , st ,#})을 생성한다. 제2 적분 부재(10100)의 출력 신호는 마찬가지로 제1 감산 부재(1092)로 공급된다. 제1 감산 부재(1092)는, 검출되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)의 종방향 성분(u_sd)으로부터, 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#)의 종방향 성분(u_{sd ,st,#}) 및 증폭되는 자속 기준 차동 전류의 종방향 성분을 감산하여, 자신의 출력 신호로서, 자속 기준 차동 전압의 종방향 성분을 출력하며, 이 종방향 성분은 제1 적분 부재(1098)로 공급된다. 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ) 및 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 횡방향 성분(u_sq 또는 i_sq)에 대한 시뮬레이션 유닛(1050)의 작동 원리는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ) 및 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(u_sd 또는 i_sd)에 대해 도시된 시뮬레이션 유닛(1050)의 작동 원리와 유사한 방식으로 수행된다.

비동기기(14)의 정상 상태에서, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#)의 시뮬레이션은 정확하다. 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ)의 변동에 바로 후속하는 시뮬레이션 장치(1026)의 과도 거동(transient behavior)은 저역 통과 전달 함수의 두 특성 매개변수(T_{b ,is} 및 q_{2b ,is})를 통해 식별 표시된다. 이런 특성 매개변수들은 관측기의 두 설정 매개변수(G_{b ,is} 및 T_{lb , is})의 선택을 통해 적어도 이론적인 관점에서 임의로 확정될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 비동기기(14)는, 시뮬레이션 장치(1026)의 시간 척도가 스테이터 전류 제어 장치(1034)의 기준 전달 함수의 시간 척도보다 훨씬 더 짧음으로써, 지속적으로 요구되는 실제 스테이터 전압(u_s,st,φ)의 공간 벡터와 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 스테이터 전압(u_s,st,φ#)의 공간 벡터의 균등성이 동적으로도 매우 우수한 정밀도로 달성되는 방식으로 작동된다. 이 경우, 시뮬레이션 장치(1026)의 시간 척도는 시간 상수(T_{b ,is})를 통해, 다시 말하면 G_{b ,is} 및 T_{lb ,is}를 통해 확정된다.

이하에서 제어 시스템(16)은 제2 실시 예에 따라 더 구체적으로 기재되며 도면 부호 2016으로 표시된다.

도 5에 도시된 제어 시스템(2016)은, 필드 각도(φ)의 이용 하에서 좌표 축들(1,2,3)을 갖는 스테이터 기준 좌표계와 좌표 축들(d, q)을 갖는 자속 기준 좌표계 사이에서 벡터 변수들의 값들을 변환하기 위한 제1 및 제2 파크 변환 유닛(2022, 2024)과, 기기 모델을 이용하여 로터의 로터 자속(Ψ_r)에 근거하여 비동기기(14)의 스테이터 내에서 유도되는 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})을 시뮬레이션하기 위한, 그리고 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_{s , st ,φ#})을 시뮬레이션하기 위한 제1 시뮬레이션 장치(2026)와, 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 로터의 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,#})를 시뮬레이션하기 위한 제2 시뮬레이션 장치(2028)와, 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n_#)를 시뮬레이션하기 위한 제3 시뮬레이션 장치(2030)와, 비동기기(14)의 로터의 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위한 자화 전류 제어를 이용하여 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n)를 제어하기 위한 회전속도 제어 장치(2032)와, 비동기기(14)의 스테이터의 스테이터 전류(i_{s ,φ})를 제어하기 위한 스테이터 전류 제어 장치(2034)를 포함한다. 제어 시스템(2016)의 작동 부재(2036)를 통해, 배터리 직접 구동용 인버터(12)로부터 출력될 수 있는 등급별 출력 전압은 제어될 수 있고, 이 출력 전압은 비동기기(14)의 기기 단자들로 공급될 수 있다. 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 제어하기 위해 이용되는 제어 시스템(2016)의 스테이터 전류 제어 부재(2038), 및 비동기기(14)의 로터의 회전 속도(n)와 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위해 이용되는 제어 시스템(2016)의 회전속도 제어 부재(2040)는 이 제어 부재들(2038, 2040)의 각각의 입력 변수들과 그 출력 변수들 사이의 상응하는 연결관계들을 이용하여 비동기기(14)를 모델링한다. 비동기기(14)의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)을 검출하기 위한 제1 센서(2041), 및 스테이터의 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 검출하기 위한 제2 센서(2042)는 제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(2026, 2028, 2030)와 각각 연결된다. 또한, 스테이터 전류 제어 장치(2034)는 제1 센서(2041) 및 제2 센서(2042)와도 연결될 수 있다.

비록 센서들(2041, 2042)이 회로 기술 측면에서 도시되어 있기는 하지만, 예컨대 센서들이 자속 기준 변수들을 검출하도록 구성되어 있기는 하지만, 자명한 사실로서, 센서들은 스테이터 기준 좌표계에서의 값들을 검출하며, 이 값들은 자속 기준 좌표계, 또는 시뮬레이션된 자속 기준 좌표계에서의 상응하는 변수들로 변환된다.

별 모양 "*"으로 식별 표시되는 변수는 도 5에서 제어할 변수의 설정 값을 표시하고, Ω는 스테이터 기준 좌표계에서 로터의 회전 주파수를 표현하며, n*은 회전속도 제어 장치(2032)에 대한 제어 회전속도를 표시한 것이다. 또한, 도 5 내지 도 7에서 벡터 변수들은 화살표에 의해 식별 표시되어 있으며, 그에 반해 상기 변수들은 명세서 내에서는 화살표 없이 식별 표시되어 있다.

제1 시뮬레이션 장치(2026)의 제1 인터페이스 유닛(2043)은 제1 센서(2041)에 의해 측정되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)을 수신하도록 구성되고, 제1 시뮬레이션 장치(2026)의 제2 인터페이스 유닛(2044)은 제2 센서(2042)에 의해 측정되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 수신하도록 구성된다. 제1 및 제2 인터페이스 유닛(2043, 2044)은, 자속 기준 스테이터 전압(u_s,_φ) 및 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ})를 기반으로 비동기기(14)의 작동 동안 지속적으로 요구되는 스테이터 전압(u_s,st,φ#)을 시뮬레이션하도록 구성되는 제1 시뮬레이션 장치(2026)의 제1 시뮬레이션 유닛(2045), 및 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ#), 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ#), 및 작동 동안 지속적으로 요구되는 스테이터 전류(u_s,st,φ#)를 기반으로, 로터의 로터 자속(Ψ_r)에 근거하여 스테이터의 스테이터 권선들 내에서 유도되는 스테이터 전압(u_ind,φ#)을 시뮬레이션하도록 구성되는 시뮬레이션 장치(2026)의 제2 시뮬레이션 유닛(2046)과 각각 연결된다. 이를 위해, 제1 시뮬레이션 유닛(2045)은 제2 시뮬레이션 유닛(2046)과 연결되며, 그리고 스테이터 전류 제어기(2034)로 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#)을 출력하도록 구성되는 시뮬레이션 장치(2026)의 제3 인터페이스 유닛(2047)과도 추가로 연결된다. 제2 시뮬레이션 유닛(2046)은, 제2 시뮬레이션 장치(2028)로 시뮬레이션된 유도 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})을 출력하도록 구성되는 시뮬레이션 장치(2026)의 제4 인터페이스 유닛(2048)과 연결된다.

유닛들(2043~2048), 제1 시뮬레이션 장치(2026), 제2 시뮬레이션 장치(2028) 및 제3 시뮬레이션 장치(2030) 중에서 하나 이상의 유닛 또는 장치는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 실현된다. 또한, 유닛들(2043~2048) 및 장치들(2026, 2028, 2030)로 구성되는 그룹에서 선택되는 2개 이상의 부재는 일체형으로, 또는 공통 코드로서 실현될 수 있다.

제1 시뮬레이션 장치(2026)의 도 6에 도시된 블록도에서는, 제1 시뮬레이션 장치(2026)의 제1 및 제2 시뮬레이션 유닛(2045, 2046)의 작동 원리가 통합되어 있다. 제1 시뮬레이션 장치(2026)의 제1 및 제2 변환 유닛(2066, 2068)은, 스테이터 기준 좌표계와 축들(d#, q#)을 갖는 시뮬레이션된 자속 기준 좌표계 사이에서 측정되는 시뮬레이션된 필드 각도(φ)를 고려하면서, 센서(2041)에 의해 검출되는 스테이터 전압(u_s,1,2,3) 또는 센서(2042)에 의해 검출되는 스테이터 전류(i_s,1,2,3)를 시뮬레이션된 상응하는 자속 기준 변수들(u_s,φ#, i_s,φ#)로 변환하도록 구성된다.

제1 시뮬레이션 장치(2026)의 제1 신호 처리 섹션(2070)은, 교란 변수 관측기로서 형성되며, 그리고 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ#) 및 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ#)을 기반으로 비동기기(14)의 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#)을 생성하도록 구성된다. 이를 위해, 제1 신호 처리 섹션(2070)은 제1 감산 부재(2072)와, 적분 부재(2074)와, 제2 감산 부재(2076)와, 증폭 부재(2078)와, 제2 적분 부재(2080)를 포함한다. 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ#)은 감산 부재(2072) 및 적분 상수(T_{L σ})를 갖는 적분 부재(2074)에 의해 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전류(i_s,b,φ#)로 변환되며, 이 스테이터 전류로부터는 제2 감산 부재(2076)에 의해 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ#)가 감산된다. 감산 부재(2076)의 출력 신호는 증폭 부재(2078)로 공급되고, 이 증폭 부재는 증폭 계수(G_{b ,is})를 제2 감산 부재(2076)의 출력 신호에 곱하고 그에 상응하게 곱해진 신호를 감산 부재(2072)로 출력한다. 제2 감산 부재(2076)의 출력 신호는 마찬가지로 제2 적분 부재(2080)로 공급되는데, 이 제2 적분 부재는 적분 상수(T_{lb , is})를 통해 식별 표시되며, 그리고 자신의 출력 신호는 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_{s , st ,φ#})이다. 이러한 스테이터 전압(u_{s , st ,φ#})은 제1 감산 부재(2072)로 공급된다. 제1 감산 부재(2072)는, 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ#})으로부터, 생성되는 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#) 및 증폭 부재(2078)에 의해 출력되는 신호를 감산한다. 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#)은 마찬가지로 제3 감산 부재(2082)로 공급되며, 이 제3 감산 부재는 마지막으로 언급한 변수로부터 제1 시뮬레이션 장치(2026)의 제2 신호 처리 섹션(2084)의 출력 신호를 감산한다.

제2 신호 처리 섹션(2084)은 제2 증폭 부재(2086)를 포함하며, 이 제2 증폭 부재는 스테이터 저항(R_s)을 나타내는 증폭 부재(2086)의 거리 매개변수(K_Rs)와 변환 유닛(2068)으로부터 출력되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ#})를 곱한다.

제3 감산 부재(2082)의 출력 신호로부터는, 제4 감산 부재(2090)에 의해 제1 시뮬레이션 장치(2026)의 제3 신호 처리 섹션(2088)의 출력 신호가 감산된다. 제3 신호 처리 섹션(2088)은 곱셈 부재(2092)를 포함하며, 이 곱셈 부재는 제2 변환 유닛(2068)으로부터 출력되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ#})를 시뮬레이션된 스테이터 각 주파수(ω_s)와 곱한다. 회전 부재(2094)는 값(Π/2)에서 회전 행렬 R(Π/2)를 이용하여 곱셈 부재(2092)의 출력 신호의 회전을 생성하여, 상응하는 출력 신호를 제3 증폭 부재(2096)로 출력한다. 제3 증폭 부재(2096)는 스테이터 인덕턴스(L_σ)를 나타내는 거리 매개변수(K_{L σ})와 회전 부재(2094)의 출력 신호를 곱한다. 제3 증폭 부재(2096)의 출력 신호는 제4 감산 부재(2090)로 공급되며, 이 제4 감산 부재는 제3 감산 부재(2082)의 출력 신호로부터 제3 증폭 부재(2096)의 출력 신호를 감산하여 유도 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})을 생성한다.

도 7에 도시된 스테이터 전류 제어 부재(2038)는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)과 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ}) 사이의 제어 기술적 연결관계를 설명하고 있다. 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ})의 종방향 성분(u_sd)은 제1 감산 부재(2098a)에 의해 작동 동안 지속적으로 요구되는 스테이터 전압(u_{s , st ,φ})의 종방향 성분(u_{sd , st})의 형태로 교란을 공급받는다. 제1 감산 부재(2098a)의 출력 신호(u_{sd ,δ})는 제1 적분 부재(20100a)에 의해 적분되며, 이 제1 적분 부재는 적분 상수(T_{L σ})를 보유하면서 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)을 출력한다. 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)은 제1 증폭 부재(20102a)로 공급되며, 이 제1 증폭 부재는 스테이터 저항(R_s)을 나타내는 거리 매개변수(K_Rs)를 공급되는 신호와 곱한다. 제1 증폭 부재(20102a)의 출력 신호는 가산 부재(20104a)로 공급되며, 이 가산 부재의 출력 신호는 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ)의 종방향 성분(u_{sd ,st})이 된다. 또한, 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)은 제2 감산 부재(20106)로 공급되며, 이 제2 감산 부재는 자속 기준 스테이터 전압(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)으로부터 자화 전류(i_mg)를 감산한다. 이 경우, 자화 전류(i_mg)는, 적분 상수(T_r)로 제2 감산 부재(20106)의 출력 신호를 적분하는 제2 적분 부재(20108)에 의해 생성된다. 제2 감산 부재(20106)의 출력 신호는 제2 증폭 부재(20110a)로도 공급되고, 이 제2 증폭 부재는 로터 저항(R_r)을 나타내는 거리 매개변수(K_Rr)를 입력 신호와 곱하여 출력 신호로서 유도 자속 기준 전압(u_{ind ,φ})의 종방향 성분(u_indd)을 출력하며, 이 종방향 성분은 가산 부재(20104a)로 공급된다. 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ})의 횡방향 성분(u_sq)의 처리는, 앞서 기재한, 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ})의 종방향 성분(u_sd)의 신호 처리와 동일한 방식으로 수행된다. 그러나 이 경우 제2 감산 부재(20106)에 의해 수행되는 감산 및 제2 적분 부재(20108)에 의해 수행되는 적분은 실행되지 않으며, 그리고 대응하는 컴포넌트들(20106, 20108)도 제공되지 않는다.

자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)과 그 횡방향 성분(i_sq) 사이의 비선형 결합(nonlinear coupling)은 제어 가능한 제3 증폭 부재(20112a)에 의해 생성되며, 이 제3 증폭 부재는 스테이터 각 주파수(ω_s)와 거리 매개변수(K_{L σ})의 곱을 나타내는 거리 매개변수(-ω_sK_{L σ})와 입력 신호인 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 횡방향 성분(i_sq)을 곱하며, 그리고 자신의 출력 신호는 가산 부재(20104a)로 공급된다. 이 경우, 거리 매개변수(K_{L σ})는 스테이터 인덕턴스(L_σ)에 할당된다. 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)은 마찬가지로 제어 가능한 제3 증폭 부재(20112b)로 공급되며, 이 제3 증폭 부재는 증폭 부재(20112a)의 거리 매개변수의 부호를 바꾼 거리 매개변수(ω_sK_{L σ})와 입력 신호를 곱한다. 제3 증폭 부재(20112b)의 거리 매개변수는 스테이터 각 주파수(ω_s)와 거리 매개변수(K_{L σ})의 곱을 나타낸다. 제3 증폭 부재(20112b)의 출력 신호는 제1 감산 부재(20104b)로 공급된다.

시뮬레이션 장치(2026)의 기초가 되는 본원의 방법은, 이하의 수학식의 이용 하에서, 자속 기준 스테이터 전압의 시뮬레이션에 비해 특히 견고한데,

그 이유는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 시간 도함수의 이용이 배제되기 때문이다.

이하에서는 제어 시스템(16)이 제3 실시 예에 따라 더 구체적으로 기술되며 도면 부호 3016으로 표시된다.

도 8에 도시된 제어 시스템(3016)은, 필드 각도(φ)의 이용 하에서, 상호 간에 직교하는 좌표 축들(1,2,3)을 갖는 스테이터 기준 좌표계와 상호 간에 직교하는 좌표 축들(d, q)을 갖는 자속 기준 좌표계 사이에서 변수의 3차원 값들을 변환하기 위한 제1 및 제2 파크 변환 유닛(3022, 3024)을 포함한다. 또한, 제어 시스템(3016)은, 기기 모델을 이용하여 로터의 로터 자속(Ψ_r)에 근거하여 비동기기(14)의 스테이터 내에서 유도되는 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})을 시뮬레이션하기 위한, 그리고 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 정상 작동(stationary operation), 또는 그 전기 정상 상태에서 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#)을 시뮬레이션하기 위한 제1 시뮬레이션 장치(3026)와, 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 로터의 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,#})를 시뮬레이션하기 위한 제2 시뮬레이션 장치(3028)와, 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n#)를 시뮬레이션하기 위한 제3 시뮬레이션 장치(3030)를 포함한다. 제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(3026, 3028, 3030)는 상호 간에 직교하는 좌표 축들(d#, q#)에 의해 정의되는 시뮬레이션되거나 모델링된 좌표계에서 작동한다.

추가로, 제어 시스템(3016)은, 비동기기(14)의 로터의 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위해 회전속도 제어 장치(3032) 내에 구현되어 자속 기준으로 작용하는 자화 전류 제어를 이용하여 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n)를 제어하기 위한 자속 기준으로 작동하는 회전속도 제어 장치(3032)와, 비동기기(14)의 스테이터의 스테이터 내에서 흐르는 스테이터 전류(i_s,φ)를 제어하기 위한 자속 기준으로 작동하는 스테이터 전류 제어 장치(3034)를 포함한다. 제어 시스템(3016)의 작동 부재(3036)를 통해, 배터리 직접 구동용 인버터(12)로부터 출력될 수 있는 등급별 출력 전압이 제어될 수 있으며, 이 출력 전압은 비동기기(14)의 기기 단자들로 공급될 수 있다. 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 제어하기 위해 이용되는 제어 시스템(3016)의 스테이터 전류 제어 부재(3038), 및 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n)와 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위해 이용되는 제어 시스템(3016)의 회전속도 제어 부재(3040)는 이 제어 부재들(3038, 3040)의 각각의 입력 변수들 및 그 출력 변수들 사이의 상응하는 연결관계들을 이용하여 비동기기(14)를 모델링한다. 비동기기(14)의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)을 검출하기 위한 제1 센서(3042) 및 스테이터의 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 검출하기 위한 제2 센서(3044)는 제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(3026, 3028, 3030)와 각각 연결된다. 또한, 스테이터 전류 제어 장치(3034)는 제1 센서(3042) 및 제2 센서(3044)와도 연결될 수 있다. 비록 센서들(3042, 3044)이 회로 기술 측면에서 도시되어 있기는 하지만, 예컨대 센서들(3042, 3044)이 자속 기준 변수들을 검출하도록 구성되어 있기는 하지만, 자명한 사실로서, 센서들은 스테이터 기준 좌표계에서의 값들을 검출하며, 이 값들은 변환 유닛(3022)에 의해 자속 기준 좌표계 내의 상응하는 변수들로 변환된다.

제3 시뮬레이션 장치(3030)는, 시뮬레이션된 유도 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})을 수신하기 위한 제1 인터페이스(3046)와, 기기 모델을 이용하여 시뮬레이션될 필드 각도(φ#)와 필드 각도(φ) 사이의 각도 차이(Δφ)를 결정하기 위한 유닛(3048)과, 기기 모델을 이용하여 결정된 각도 차이(Δφ)를 기반으로 필드 각도(φ#)를 시뮬레이션하기 위한 시뮬레이션 유닛(3050)과, 시뮬레이션된 필드 각도(φ#)를 출력하기 위한 인터페이스(3052)를 포함한다.

제3 시뮬레이션 장치(3030)의 유닛들(3046~3052) 중 하나 이상의 유닛, 및/또는 제1 시뮬레이션 장치(3026), 제2 시뮬레이션 장치(3028) 및 제3 시뮬레이션 장치(3030) 중 하나 이상의 장치는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 실현된다. 또한, 유닛들(3046~3052) 및 장치들(3026, 3028, 3030)로 구성되는 그룹에서 선택되는 2개 이상의 부재는 일체형으로, 또는 공통 코드로서 실현될 수 있다.

완벽함을 위해, 주지할 사항은, 도 8에서는 Ω에 의해 자속 기준 좌표계에서 로터의 기계적 각 주파수가 표시되고 n_*에 의해서는 회전속도 제어 장치(1032)에 대한 제어 회전속도가 표시된다는 점이다. 또한, 도 8 내지 도 11에서 벡터 변수들은 화살표에 의해 식별 표시되어 있으며, 그에 반해 상기 변수들은 명세서 내에서는 화살표 없이 식별 표시되어 있다.

도 8의 고려 하에서는, 제3 시뮬레이션 장치(30)가

의 연결관계를 이용한다. 이 경우,

및

의 연결관계들이 적용되며, i_B, u_B 및 T_B는 제어 시스템(3016)의 전류, 전압 및 시간 상수에 대한 기준 변수들 또는 정규화 변수들이고, R(Π/2)는 값(Π/2)에 대한 회전 행렬을 표시하며, (a, b)^t는 전치 벡터(transposed vector)를 표시한다. 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ})의 종방향 성분(u_indd) 및 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ})의 횡방향 성분(u_indq)에 대해서는 그에 상응하게

인 조건에서,

및

이 적용된다. 앞서 언급한 수학식들에서는, 각각의 매개변수들 또는 변수들의 적합하게 (차원-) 정규화된 매개변수 값들이 이용될 수 있다. 그 대안으로, 정규화 변수들 또는 그 차원이 적합하게 선택될 수 있다.

농형 로터 비동기기(12)의 경우 로터 저항(R_r)과 그에 따른 거리 매개변수(K_Rr)는 작은 값들을 가지기 때문에, 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ})의 종방향 성분(u_indd)은, 자화 전류(i_{mg ,φ})에 대해 제어 시스템(3016)에서 보상 과정 동안, 다시 말하면 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)이 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,φ})와 같지 않을 때(i_s,φ ≠ i_{mg ,φ}), 0으로의 매우 적합한 근사로 상정될 수 있다(u_indd = 0). 그에 따라, 유도 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ})의 공간 벡터는, 도 9에 도시되고 제1 축(a) 및 제2 축(b)에 의해 정의되며 이하에서는 도면 부호 3072로 표시된 스테이터 기준 좌표계에 비해, 종축(d) 및 횡축(q)에 의해 정의되는 자속 기준 좌표계(3074)에서 실질적으로 횡축(q)의 방향으로 횡방향 성분(u_indq)만을 갖는다(u_{ind ,φ} = (0, u_indq)^t). 시뮬레이션 종축(d#) 및 시뮬레이션 횡축(q#)에 의해 정의되어 시뮬레이션되거나 모델링된 자속 기준 좌표계(3076)에서 유도 전압의 공간 벡터에 대해서는

이 적용된다. 그에 따라, 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압의 종방향 성분(u_{indd ,#})에 대해

이 적용되고, 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압의 횡방향 성분(u_{indq ,#})에 대해서는

가 적용된다. 그러므로

가 적용되며, 그리고 각도 차이(Δφ)의 작은 절대값들에 대한 근사로서

가 적용된다.

그에 따라, 시뮬레이션된 유도 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})의 절대값은 유도 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ})의 절대값에 상응하며, 다시 말하면,

이 적용된다. 유도되는 전압(u_{ind ,φ})은 실질적으로 횡방향 성분(u_indq)만을 가지기 때문에, 적합한 근사로, 유도 자속 기준 스테이터 전압의 절대값에 대해

가 적용된다. 시뮬레이션되는 자속 기준 자화 전류는

로 제공된다.

스테이터 각 주파수(ω_s)의 모델링을 위해 고품질의 신호가 존재하고 모델링은 특히 정확하다는 상정 하에서는, 시뮬레이션 유닛(5048)이,

의 이용 하에서 시뮬레이션되는 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,#})를 계산할 수 있다.

제3 시뮬레이션 유닛(5050)은,

에 대한 매우 적합한 근사로, 시뮬레이션되는 로터 자속 쇄교(Ψ_r,#)(rotor flux linkage)를 계산한다.

도 10에 구체적으로 도시된 유닛(3048)은 좌표 분할 부재(3078)를 포함하며, 이 좌표 분할 부재는 시뮬레이션된 유도 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})의 종방향 성분(u_{indd ,#}) 및 시뮬레이션된 유도 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})의 횡방향 성분(u_{indq ,#})을 출력한다. 증폭 부재(3080)는 시뮬레이션된 유도 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})의 공급되는 종방향 성분(u_{indd ,#})을 계수 -1과 곱하고, 시뮬레이션된 유도 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})의 음의 종방향 성분(-u_{indd ,#})을 출력한다. 증폭 부재(3080)의 출력 신호, 및 좌표 분할 부재(3078)로부터 출력되는 시뮬레이션된 유도 스테이터 전압(u_ind,φ#)의 횡방향 성분(u_{indq ,#})은 나눗셈 부재(3082)(division member)로 공급되며, 이 나눗셈 부재는

로 두 입력 신호 사이의 비율을 계산한다. 나눗셈 부재(3082)의 출력 신호는, 각도 차이(Δφ)가 작은 절대값을 갖는다는 상정 하에서,

가 적용되기 때문에, 시뮬레이션된 필드 각도(φ#)와 필드 각도(φ) 사이의 각도 차이(Δφ = φ# - φ)에 상응한다.

도 11에 구체적으로 도시된 시뮬레이션 유닛(3050)은 유닛(3048)에 의해 결정된 각도 차이(Δφ)를 수신하여, 이 각도 차이를, PI 제어기(3086) 및 제1 가산 부재(3088)에 의해 형성되는 제어 유닛(3084)으로 공급한다. PI 제어기(3086)는, 증폭 계수(K_{PI ,φ})와 각도 차이(Δφ)를 곱하는 증폭 부재(3090)와, 적분 상수(T_{PI ,φ})의 이용 하에서 각도 차이(Δφ)를 시간에 걸쳐 적분하는 제1 적분 부재(3092)와, 증폭 부재(3090) 및 적분 부재(3092)의 출력 신호들을 가산하는 제2 가산 부재(3094)를 포함한다. 제2 가산 부재(3094)의 출력 신호는 시뮬레이션된 전기 로터 각 주파수(Ω_r,#)이면서 제1 가산 부재(3088)로 공급되고, 이 제1 가산 부재는 공급되는 출력 신호 및 시뮬레이션된 슬립 각 주파수(ω_r,#)를 가산하여 시뮬레이션된 스테이터 각 주파수(ω_s,#)를 출력한다. 시뮬레이션된 슬립 각 주파수(ω_r,#)는 로터 자속(Ψ_r,#)과 스테이터 자속(Ψ_s,#) 사이의 슬립에 할당된다. 디지털 적분기로서 형성되어 제어기(3084)의 하류에 연결되는 유닛(3096)은 제2 적분 부재(3098)를 포함하며, 이 제2 적분 부재는, 연결관계

dt에 따라, 적분 상수(T_B)의 이용 하에서, 시뮬레이션된 스테이터 각 주파수(ω_s,#)를 시간에 걸쳐 적분한다. 제2 적분 부재(3098)의 출력 신호는 시뮬레이션된 필드 각도(φ#)에 상응한다.

도 11에 마찬가지로 도시된 필드 각도 제어 부재(30100)는 도 8의 회전속도 제어 섹션(3040)의 한 섹션을 형성한다. 필드 각도 제어 부재(30100)의 미분 부재(30102)는 로터가 스테이터 기준 좌표계에 상대적으로 나타내는 각도(α)를 수신하고 이 각도(α)를 미분하여, 로터의 기계적 로터 각 속도 또는 로터 각 주파수(Ω)를 증폭 부재(30104)로 출력한다. 이 경우, T_B는 미분 부재(30102)에 할당될 수 있는 적분 상수에 상응할 수 있다. 미분 부재(30102)에 대한 대안으로, 각 가속도가 적분 상수(T_B)를 이용하는 적분 부재에 의해 시간에 걸쳐 적분될 수 있고 로터 각 주파수(Ω)를 출력할 수 있다. 증폭 부재(30104)는 로터의 극 쌍 개수에 상응하는 증폭 계수(z_p)로 공급되는 로터 각 주파수(Ω)를 증폭하여, 로터의 전기 로터 각 속도 또는 로터 각 주파수(Ω)를 출력한다. 출력되는 전기 로터 각 주파수(Ω_r)는 가산 부재(30106)에 의해 스테이터 필드에 상대적인 로터 필드의 슬립에 할당되는 슬립 각 주파수(ω_r)로 가산되어, 그 결과로서 스테이터 각 주파수(ω_s)를 출력한다. 출력되는 스테이터 각 주파수(ω_s)는 적분 부재(30108)로 공급되며, 이 적분 부재는 적분 상수(T_B)의 이용 하에서 수신되는 스테이터 각 주파수(ω_s)를 시간에 걸쳐 적분하여 필드 각도(φ)를 출력한다.

시뮬레이션 유닛(3050)의 감산 부재(30110)는 제어 유닛(3084) 및 유닛(3096)에 의해 시뮬레이션된 필드 각도(φ#)와 필드 각도 제어 부재(30100)로부터 출력되는 필드 각도(φ) 사이의 차이를 계산하여 각도 차이(Δφ)를 출력하며, 이 각도 차이는 제어 유닛(3084)으로 공급된다. 감산 부재(30110)는, 선택적인 부품을 나타내면서, 비동기기(14)의 필드 각도(φ#)의 시뮬레이션은, 도 11에 파선에 의해 예시되어 있으면서 시뮬레이션된 필드 각도(φ#)가 실제 필드 각도(φ)를 시뮬레이션할 수 있게 하는 제어 회로로서 해석될 수 있다는 사실을 명시한 것이다. 이러한 제어 회로의 경우, 감산 부재(30110)로부터 출력되는 각도 차이(Δφ)는 유닛(3048)으로부터 출력되는 각도 차이(Δφ)를 대체한다.

필드 각도(φ#)의 시뮬레이션 또는 모델링을 위해, 시뮬레이션된 로터 각 주파수(ω_r#)가 0이거나, 또는 제1 가산 부재(3088)에 의한 가산이 수행되지 않을 때 이하의 수학식으로 전달 함수가 제공된다.

이 경우,

및

의 연결관계들이 적용된다. 상기 전달 함수의 경우, 자속 기준 좌표계(3074)와, 각각의 변수들의 시뮬레이션 동안 제1 시뮬레이션 장치(3026), 제2 시뮬레이션 장치(3028) 및 제3 시뮬레이션 장치(3030)의 계산의 기초가 되는 시뮬레이션된 자속 기준 좌표계(3076) 사이의 각도 차이(Δφ), 다시 말하면 편각(squint angle)은 슬립 각 주파수(ω_r)가 신속하게 변동될 때 일시적으로 정상 상태(stationary state)를 설정할 때까지 상대적으로 큰 편차를 나타낼 수도 있다. 이런 편차를 방지하기 위해, PI 제어기(3086)의 출력 신호에는 사전 제어를 위한 유사한 방식으로 시뮬레이션된 슬립 각 주파수(ω_r,#)가 피드포워드 된다. 그 결과, 스테이터 각 주파수(ω_s,#) 및 필드 각도(φ#)의 동적 고품질 시뮬레이션이 실행된다.

이하에서는 제어 시스템(16)이 제4 실시 예에 따라서 더 구체적으로 기재되며 도면 부호 4016으로 표시된다.

도 12에 도시된 제어 시스템(4016)은, 필드 각도(φ)의 이용 하에서, 상호 간에 직교하는 좌표 축들(1,2,3)에 의해 정의되는 스테이터 기준 좌표계와 상호 간에 직교하는 좌표 축들(d, q)에 의해 정의되는 자속 기준 좌표계 사이에서 변수 또는 매개변수의 3차원 값들을 변환하기 위한 제1 및 제2 파크 변환 유닛(4022, 4024)을 포함한다.

또한, 제어 시스템(4016)은, 기기 모델을 이용하여 로터의 로터 자속(Ψ_r)에 근거하여 비동기기(14)의 스테이터 내에서 유도되는 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})을 시뮬레이션하기 위한, 그리고 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#)을 시뮬레이션하기 위한 제1 시뮬레이션 장치(4026)를 포함한다. 제어 시스템(4016)의 제2 시뮬레이션 장치(4028)는 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 로터의 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,#})를 시뮬레이션하며, 그리고 기기 모델을 이용하여 자속 기준 로터 자속 쇄교(Ψ_r,#)를 시뮬레이션하도록 구성된다. 단순화를 위해, 로터 자속 및 로터 자속 쇄교는 공통 그리스 문자(Ψ_r)에 의해 표시된다. 제3 시뮬레이션 장치(4030)는 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n#)를 시뮬레이션하고, 기기 모델을 이용하여 슬립 각 주파수(ω_r,#)를 시뮬레이션하며, 그리고 기기 모델을 이용하여 필드 각도(φ#)를 시뮬레이션하도록 구성된다. 제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(4026, 4028, 4030)는 상호 간에 직교하는 좌표 축들(d#, q#) 및 필드 각도(φ#)를 이용하여 정의되는 시뮬레이션되거나 모델링된 좌표계에서 작동한다.

또한, 제어 시스템(4016)은, 비동기기(14)의 로터의 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위해 회전속도 제어 장치(3032) 내에 구현되어 자속 기준으로 작용하는 자화 전류 제어를 이용하여 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n)를 제어하기 위한 자속 기준으로 작동하는 회전속도 제어 장치(4032)와, 비동기기(14)의 스테이터의 스테이터 내에서 흐르는 스테이터 전류(i_s,φ)를 제어하기 위한 자속 기준으로 작동하는 스테이터 전류 제어 장치(4034)를 포함한다. 제어 시스템(4016)의 작동 부재(4036)를 통해, 전압원(12)으로부터 출력될 수 있고 단계별로 설정될 수 있는 출력 전압이 제어될 수 있으며, 이 출력 전압은 비동기기(14)의 기기 단자들로 공급될 수 있다. 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 제어하기 위해 이용되는 제어 시스템(4016)의 스테이터 전류 제어 부재(4038), 및 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n)와 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위해 이용되는 제어 시스템(3016)의 회전속도 제어 부재(4040)는 이 제어 부재들(4038, 4040)의 각각의 입력 변수들(u_s,φ 또는 i_s,φ) 및 그 출력 변수들(i_s,φ 또는 Ω, n, φ) 사이의 상응하는 연결관계들을 이용하여 비동기기(14)를 모델링한다. 이 경우, Ω는 자속 기준 좌표계에서 로터의 기계적 각 주파수를 표시한 것이다.

비동기기(14)의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)을 검출하기 위한 제1 센서(4042), 및 스테이터의 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 검출하기 위한 제2 센서(4044)는 제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(4026, 4028, 4030)와 각각 연결된다. 또한, 스테이터 전류 제어 장치(4034)는 제1 센서(4042) 및 제2 센서(4044)와도 연결될 수 있다. 제3 센서(4045)는 비동기기(14)의 스테이터의 스테이터 온도를 검출하도록 구성되어 제3 시뮬레이션 장치(4030)와 연결된다.

비록 센서들(4042, 4044)이 회로 기술 측면에서 도시되어 있기는 하지만, 예컨대 센서들(4042, 4044)이 자속 기준 변수들을 검출하도록 구성되어 있기는 하지만, 자명한 사실로서 센서들은 스테이터 기준 좌표계에서의 값들을 검출하며, 이 값들은 변환 유닛(4022)에 의해 자속 기준 좌표계 내의 상응하는 변수들로 변환된다.

제3 시뮬레이션 장치(4030)는 제2 센서(4044)에 의해 검출되는 자속 기준 스테이터 전류를 수신하기 위한 제1 인터페이스 유닛(4046)과, 제2 시뮬레이션 장치(4028)에 의해 생성되어 시뮬레이션된 자속 기준 로터 자속 쇄교(Ψ_r,#)를 수신하기 위한 제2 인터페이스 유닛(4048)을 포함한다. 제3 시뮬레이션 장치(4030)의 제3 인터페이스 유닛(4049)은 제3 센서(4045)로부터 공급되는 스테이터 온도를 수신하도록 구성된다. 제3 시뮬레이션 장치(4030)의 시뮬레이션 유닛(4050)은, 기기 모델을 이용하여 제1 인터페이스 유닛(4046)으로부터 공급되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ), 제2 인터페이스 유닛(4048)으로부터 공급되는 시뮬레이션된 자속 기준 로터 자속 쇄교(Ψ_r,#), 및 제3 인터페이스 유닛(4049)으로부터 공급되는 스테이터 온도를 기반으로, 자속 기준 슬립 각 주파수(ω_r,#)를 시뮬레이션하도록 구성된다. 시뮬레이션 유닛(4050)의 출력 값은 시뮬레이션된 슬립 각 주파수(ω_r,#)에 상응하고 제4 인터페이스 유닛(4052)에 의해 출력될 수 있다.

제3 시뮬레이션 장치(4030)의 유닛들(4046~4052) 중 하나 이상의 유닛, 및/또는 제1 시뮬레이션 장치(4026), 제2 시뮬레이션 장치(4028) 및 제3 시뮬레이션 장치(4030) 중 하나 이상의 장치는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 실현된다. 또한, 유닛들(4046~4052) 및 장치들(4026, 4028, 4030)로 구성되는 그룹에서 선택되는 2개 이상의 부재는 일체형으로, 또는 공통 코드로서 실현될 수 있다.

완벽함을 위해, 주지할 사항은, 도 12에서는 n_*에 의해 회전속도 제어 장치(4032)에 대한 제어 회전속도가 표시된다는 점이다. 별 모양으로 식별 표시되어 있는 도 12의 변수들은 제어 시스템(4016)에서의 설정 변수들을 표시하는 것이다. 또한, 도 3 및 도 12에서 벡터 변수들은 화살표에 의해 식별 표시되어 있으며, 그에 반해 상기 변수들은 명세서 내에서는 화살표 없이 식별 표시되어 있다.

도 1을 참조할 때, 그 대안 또는 추가로, 어셈블리(10)는 다음과 같이 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 어셈블리(10)는, 농형 로터로서 형성된 비동기기(14)와, 비동기기(14)를 회전식 인코더 없이 자속 기준으로 제어하기 위한 제어 시스템(16)과, 3개의 전압 분기(17a, 17b, 17c)를 구비하여 등급별 3상 전압을 출력하는 배터리 직접 구동용 인버터로서 형성되는 전압원(12)을 포함한다. 어셈블리(10)는 예컨대 풍력발전설비에서와 같은 정적 설비들에서, 또는 차량에서, 예컨대 하이브리드 또는 전기 자동차에서 이용될 수 있는 전기 구동장치 부분이다. 어셈블리(10)는 트랜잭션 구동장치 부분일 수도 있다.

3개의 전압 분기(17a, 17b, 17c)를 구비하여 형성된 전압원(12)은, 비동기기(14)의 각각의 양극 단자(U, V, W)를 통해 등급별 출력 전압을 공급하도록 구성된다. 각각의 전압 분기(17a, 17b, 17c)는 커플링 장치들을 포함한 복수의 배터리 모듈을 구비하고 있으며, 이들 배터리 모듈은 명확성을 위해 전압 분기(17c) 내에만 도면 부호 18a 또는 18b로 표시되어 있다. 전압 분기들(17a, 17b, 17c)의 선택적인 분리 장치들(20a) 및 선택적인 충전 및 분리 장치들(20b)은 전압 분기들(17a, 17b, 17c)의 배터리 모듈(18a 또는 18b)과 각각 연결된다. 배터리 직접 구동용 인버터(12)의 음극 단자들은 성형점으로 연결되지만, 그러나 상호 간에 전기적으로 분리될 수도 있다. 비록 전압원(12)이 충전 가능하게 형성되어 축전지 또는 축전지 시스템을 나타내기는 하지만, 전압원(12)은 통상적인 언어 사용에 상응하게 배터리로서, 또는 배터리 시스템으로서 지칭된다.

이하에서는 마지막으로 기재하는 제어 시스템(16)이 도 13의 제5 실시 예에 따라 더 구체적으로 기재되고 도면 부호 5016으로 표시된다. 이러한 제어 시스템(5016)의 실시 예는 초기에 도 1과 관련하여 기재한 어셈블리(10) 내에서 제어 시스템(1016, 2016, 3016, 4016 또는 6016) 대신 이용될 수 있다. 제어 시스템들(1016, 2016, 3016, 4016 또는 6016)은 바로 위에 기재한 어셈블리(10)에서도 이용될 수 있다.

제어 시스템(5016)은, 스테이터 기준 좌표계와 자속 기준 좌표계 사이에서 벡터 변수들의 값들을 변환하기 위한 제1 및 제2 파크 변환 유닛(5022, 5024)과, 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ) 및 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 각각 검출하기 위한 제1 및 제2 센서(5026, 5028)와, 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 제어하기 위한 스테이터 전류 제어 부재(5030)와, 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n) 및 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위한 회전속도 제어 부재(5032)와, 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n) 및 자화 전류(i_mg)를 자속 기준으로 제어하기 위한 회전속도 제어기 또는 제어 장치(5034)와, 스테이터 전류(i_s,φ)를 자속 기준으로 제어하기 위한 스테이터 전류 제어기 또는 제어 장치(5036)를 포함한다. 스테이터 전류 제어 장치(5036)는 제1 센서(5026) 및 제2 센서(5028)와 연결될 수 있다. 스테이터 전류 제어 부재(5030) 및 회전속도 제어 부재(5032)는 이 제어 부재들(5030, 5032)의 각각의 입력 변수들과 그 출력 변수들 사이의 상응하는 연결관계들을 이용하여 비동기기(14)를 모델링한다. 특히 회전속도 제어 부재(5032)는, 이하에서 도 14와 관련하여 구체적으로 기재되는 것처럼, 회전속도(n) 및 필드 각도(φ)를 출력할 수 있다. 비록 센서들(5026, 5028)이 회로 기술 측면에서 도시되어 있기는 하지만, 예컨대 센서들이 자속 기준 변수들을 검출하도록 구성되어 있기는 하지만, 자명한 사실로서, 센서들은 스테이터 기준 좌표계에서의 값들을 검출하며, 이 값들은 자속 기준 좌표계, 또는 시뮬레이션된 자속 기준 좌표계 내의 상응하는 변수들로 변환된다.

제어 시스템(5016)의 제1 시뮬레이션 장치(5038)는, 비동기기(14)를 모델링하는 기기 모델의 이용 하에서, 제1 센서(5026)에 의해 측정되어 그에 상응하게 변환된 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ}) 및 제2 센서(5028)에 의해 측정되어 그에 상응하게 변환된 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 기반으로, 비동기기(14)의 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#) 및 스테이터 내에서 유도되는 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})을 시뮬레이션하도록 구성된다. 제어 시스템(5016)의 제2 시뮬레이션 장치(5040)는, 기기 모델을 이용하여 스테이터 각 주파수(ω_s,#), 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,φ#}) 및 자속 기준 로터 자속 쇄교(Ψ_r,φ#)를 시뮬레이션하도록 구성된다. 제어 시스템(5016)의 제3 시뮬레이션 장치(5042)는, 기기 모델의 이용 하에서, 제1 센서(5026)에 의해 측정되어 변환된 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ}) 및 제2 센서(5028)에 의해 측정되어 변환된 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ})를 기반으로, 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n_#)를 시뮬레이션하도록 구성된다. 제어 시스템(5016)의 작동 부재(5043)를 통해, 배터리 직접 구동용 인버터(12)로부터 출력될 수 있는 등급별 출력 전압이 제어될 수 있으며, 이 출력 전압은 비동기기(14)의 기기 단자들로 공급될 수 있다.

제2 시뮬레이션 장치(5040)는, 제1 센서(5026)에 의해 측정되어 변환된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ), 제2 센서(5028)에 의해 측정되어 변환된 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ), 및 제1 시뮬레이션 장치(5038)에 의해 시뮬레이션된 유도 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})을 수신하기 위한 제1 인터페이스 유닛(5044)을 포함한다. 제2 시뮬레이션 장치(5040)의 제1 시뮬레이션 유닛(5046)은 제1 인터페이스 유닛(5044)과 통신가능하게 연결되어, 시뮬레이션된 유도 자속 기준 스테이터 전압(u_ind,φ#)을 기반으로 스테이터 각 주파수(ω_s,#)를 시뮬레이션하도록 구성된다. 제2 시뮬레이션 장치(5040)의 제2 시뮬레이션 유닛(5048)은 제1 인터페이스 유닛(5044)과 통신가능하게 연결되어, 시뮬레이션된 유도 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ#}) 및 시뮬레이션된 스테이터 각 주파수(ω_s,#)를 기반으로, 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,φ#})를 시뮬레이션하도록 구성된다. 제2 시뮬레이션 장치(5040)의 제3 시뮬레이션 유닛(5050)은 제2 시뮬레이션 유닛(5048)과 통신가능하게 연결되어, 시뮬레이션된 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,φ#})를 기반으로, 자속 기준 로터 자속 쇄교(Ψ_r,φ#)를 시뮬레이션하도록 구성된다. 제2 시뮬레이션 장치(5040)의 제2 인터페이스 유닛(5052)은 제2 시뮬레이션 유닛(5048)에 의해 시뮬레이션된 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,φ#})를 회전속도 제어기(5034)로 출력하도록 구성된다. 제2 시뮬레이션 장치(5040)의 제3 인터페이스 유닛(5054)은 제3 시뮬레이션 유닛(5050)에 의해 시뮬레이션된 자속 기준 로터 자속 쇄교(Ψ_r,φ#)를 출력하도록 구성된다.

회전속도 제어기(5034)는 시뮬레이션된 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,φ#}), 제3 시뮬레이션 장치(5042)로부터 출력되는 시뮬레이션된 회전속도(n_#), 및 회전속도 제어값(n_*)을 수신하기 위한 제1 인터페이스 유닛(5056)을 포함하고, 시뮬레이션된 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,φ#})를 기반으로 로터의 자화 전류(i_{mg ,φ})를 자속 기준으로 제어하기 위해 회전속도 제어기(5034) 내에 수용된 자화 전류 제어기(5058)와 통신가능하게 연결된다. 자화 전류 제어기 또는 제어 유닛(5058)은, 횡방향 성분(i_sq)과 함께 설정 스테이터 전류(i_{s ,*φ})로서 회전속도 제어기(5034)의 제2 인터페이스 유닛(5060)을 경유하여 스테이터 전류 제어기(5036)로 공급될 수 있는 자속 기준 설정 스테이터 전류(i_s,*φ)의 종방향 성분(i_sd)을 스테이터 전류 제어기(5036)로 출력하도록 구성된다. 그 결과, 비동기기(14)의 자속 기준 로터 자속(Ψ_r,φ) 및 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,φ})를 위한 제어 회로가 제공된다. 스테이터 전류 제어기(5036)로부터 출력되는 설정 스테이터 전압(u_s,*φ)은 설정 스테이터 전압(u_s,*1,2,3)으로서 비동기기(14)를 위한 제어 시스템(14)의 작동 부재(5043)로 공급될 수 있다.

제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(5038, 5040, 5042) 중 하나 이상의 장치는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 실현된다. 제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(5038, 5040, 5042) 중 2개 이상의 장치는 일체형으로, 또는 공통 코드로서 실현될 수 있다.

여기서 주지할 사항은, 도 13 및 도 14에서 벡터 변수들은 화살표에 의해 식별 표시되어 있으며, 그에 반해 상기 변수들이 명세서 내에서는 화살표 없이 식별 표시되어 있다는 점이다.

도 14에 도시된 회전속도 제어 부재(5032)는, 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ})의 공간 벡터의 종방향 성분(i_sd)을 위해, 종방향 성분(i_sd)으로부터 자화 전류(i_mg)를 감산하는 감산 부재(5090)와, 로터 시간 상수(T_r)를 통해 생성되는 지연 시간 상수를 이용하면서 자화 전류(i_mg)를 출력하는 1차 적분 부재(5092)를 포함한다. 자화 전류(i_mg)는 나눗셈 부재(5093)로 공급되며, 이 나눗셈 부재는, 스테이터 전류(i_s,φ)의 두 성분(i_sd, i_sq)의 비선형 결합으로서, 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 공간 벡터의 횡방향 성분(i_sq)과 자화 전류(i_mg) 사이의 몫을 생성한다. 나눗셈 부재(5093)의 출력 값은 증폭 부재(5094)로 공급되며, 이 증폭 부재는 비례 계수(1/K_Tr)를 출력 신호에 곱하고 출력 값으로서 슬립 각 주파수(ω_r)를 출력한다. 가산 부재(5096)는 슬립 각 주파수(ω_r)를 회전속도(n)에 가산하여 스테이터 각 주파수(ω_s)를 출력하며, 이 스테이터 각 주파수는 적분 부재(5098)에 의해 기준 시간 상수(T_B)로 적분되며, 그럼으로써 필드 각도(φ)가 생성된다. 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 공간 벡터의 횡방향 성분(i_sq)은 나눗셈 부재(5093) 외에도 곱셈 부재(50100)로 공급되며, 이 곱셈 부재는 스테이터 전류(i_s,φ)의 두 성분(i_sd, i_sq)의 비선형 결합으로서 적분 부재(5092)로부터 출력되는 자화 전류(i_mg)를 횡방향 성분(i_sq)과 곱한다. 곱셈 부재(50100)의 출력 값은 증폭 부재(50102)로 공급되고, 이 증폭 부재는 비례 계수(K_mi)를 출력 신호에 곱하여 토크(m_i)를 감산 부재(50104)로 출력하며, 이 감산 부재는 토크(m_i)로부터 토크 또는 저항 토크(m_w)를 감산한다. 감산 부재(50104)의 출력 값은 비동기기(14)의 관성 모멘트를 나타내는 시간 상수(T_j)를 갖는 적분 부재(50106)로 공급되며, 이 적분 부재의 출력 신호는 스테이터 기준 좌표계(3082)에서의 로터의 회전 주파수(Ω)이다. 회전 주파수(Ω)는 증폭 부재(50108)로 공급되고, 이 증폭 부재는 회전 주파수(Ω)에 비례 상수(Z_p), 즉 비동기기(14)의 극 쌍 개수를 곱하여 회전속도(n)를 출력하며, 이 회전속도는 스테이터 전류(i_s,φ)의 두 성분(i_sd, i_sq) 사이의 비선형 결합으로서 가산 부재(5096)로 공급된다.

제2 시뮬레이션 유닛(5048) 및 제3 시뮬레이션 유닛(5050)은, 비동기기(14)의 작동 동안 온도에 따르면서 변동하는 자기 포화(magnetic saturation)에 근거하여 변동될 수 있는 로터 시간 상수(T_r)와 무관하게 작동한다. 그러므로 자화 전류 제어기(5058)의 보상 과정 동안, 자화 전류(i_{mg ,#})의 시뮬레이션된 값과 자화 전류(i_mg)의 실제 값 사이의 편차가 발생할 수 있는 점은 방지될 수 있다. 그에 따라, 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,φ#}) 및 로터 자속 쇄교(Ψ_r,#)의 시뮬레이션은 특히 정확해진다.

이하에서는 제어 시스템(16)이 제6 실시 예에 따라 더 구체적으로 기재되고 도면 부호 6016으로 표시된다.

도 15에 도시된 제어 시스템(6016)은, 필드 각도(φ)의 이용 하에서, 상호 간에 직교하는 좌표 축들(1,2,3)을 갖는 스테이터 기준 좌표계와 상호 간에 직교하는 좌표 축들(d, q)을 갖는 자속 기준 좌표계 사이에서 벡터 변수들의 값들을 변환하기 위한 제1 및 제2 파크 변환 유닛(6022, 6024)을 포함한다. 또한, 제어 시스템(6016)은, 기기 모델을 이용하여 로터의 로터 자속(Ψ_r)에 근거하여 비동기기(14)의 스테이터 내에서 유도되는 자속 기준 스테이터 전압(u_{ind ,φ#})을 시뮬레이션하기 위한, 그리고 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ#)을 시뮬레이션하기 위한 제1 시뮬레이션 장치(6026)와, 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 로터의 자속 기준 자화 전류(i_{mg ,#})를 시뮬레이션하기 위한 제2 시뮬레이션 장치(6028)와, 기기 모델을 이용하여 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n_#)를 시뮬레이션하기 위한 제3 시뮬레이션 장치(6030)를 포함한다. 제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(6026, 6028, 6030)는, 상호 간에 직교하는 좌표 축들(d#, q#)에 의해 정의되고 자속 기준 좌표계에 상대적으로 필드 각도(Δφ)만큼 회전되는 시뮬레이션되거나 모델링되는 좌표계에서 작동한다.

추가로, 제어 시스템(6016)은, 비동기기(14)의 로터의 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위해 회전속도 제어 장치(6032) 내에 구현되는 자화 전류 제어를 이용하여 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n)를 제어하기 위한 회전속도 제어 장치(6032)와, 비동기기(14)의 스테이터의 스테이터 내에서 흐르는 스테이터 전류(i_s,φ)를 제어하기 위한 스테이터 전류 제어 장치(6034)를 포함한다. 제어 시스템(6016)의 작동 부재(6036)를 통해, 배터리 직접 구동용 인버터(12)로부터 출력될 수 있는 등급별 출력 전압이 제어될 수 있으며, 이 출력 전압은 비동기기(14)의 기기 단자들로 공급될 수 있다. 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 제어하기 위해 이용되는 제어 시스템(6016)의 스테이터 전류 제어 부재(6038), 및 비동기기(14)의 로터의 회전속도(n)와 자화 전류(i_mg)를 제어하기 위해 이용되는 제어 시스템(6016)의 회전속도 제어 부재(6040)는 이 제어 부재들(6038, 6040)의 각각의 입력 변수들 및 그 출력 변수들 사이의 상응하는 연결관계들을 이용하여 비동기기(14)를 모델링한다. 비동기기(14)의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ})을 검출하기 위한 제1 센서(6042), 및 스테이터의 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 검출하기 위한 제2 센서(6044)는 제1, 제2 및 제3 시뮬레이션 장치(6026, 6028, 6030) 및 스테이터 전류 제어 장치(6034)와 각각 연결된다. 스테이터 전류 제어 장치(6034)는 제1 센서(6042) 및 제2 센서(6044)와 연결될 수 있다.

비록 센서들(6042, 6044)이 회로 기술 측면에서 도시되어 있기는 하지만, 예컨대 센서들(6042, 6044)이 자속 기준 변수들을 검출하도록 구성되어 있기는 하지만, 자명한 사실로서, 센서들은 스테이터 기준 좌표계에서의 값들을 검출하며, 이 값들은 변환 유닛(6022)에 의해 자속 기준 좌표계 내의 상응하는 변수들로 변환된다.

스테이터 전류 제어 장치(6034)는, 회전속도 제어 장치(6032)로부터 자속 기준 설정 스테이터 전류(i_s,*φ)를 수신하기 위한 제1 인터페이스 유닛(6046)과, 제2 센서(6044)로부터 측정되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 수신하기 위한 제2 인터페이스 유닛(6048)과, 제1 시뮬레이션 유닛(6026)으로부터 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압(u_{s , st ,φ#})을 수신하기 위한 제3 인터페이스 유닛(6050)과, 기기 모델을 이용하여 자속 기준 설정 스테이터 전압(u_{s ,*φ})을 생성하기 위한 생성 유닛(6052)과, 파크 변환 유닛(6024)으로 생성되는 자속 기준 설정 스테이터 전압(u_s,*φ)을 출력하기 위한 제4 인터페이스 유닛(6054)을 포함한다.

스테이터 전류 제어 장치(6034)의 하나 이상의 유닛(6046~6054)은 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 실현될 수 있다. 또한, 스테이터 전류 제어 장치(6034)의 2개 이상의 유닛(6046~6054)은 일체형으로, 또는 공통 코드로서 실현될 수 있다.

완벽함을 위해, 주지할 사항은, 도 15에서 Ω에 의해 스테이터 기준 좌표계에서 로터의 회전 주파수가 표시되고 n_*에 의해서는 회전속도 제어 장치(6032)에 대한 제어 회전속도가 표시된다는 점이다. 또한, 도 15 내지 도 18에서 벡터 변수들은 화살표에 의해 식별 표시되어 있으며, 그에 반해 상기 변수들은 명세서 내에서는 화살표 없이 식별 표시되어 있다.

도 16에 도시된 스테이터 전류 제어 부재(6038)는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)과 자속 기준 스테이터 전류(i_{s ,φ}) 사이의 제어 기술적 연결관계를 설명하고 있다. 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ})의 종방향 성분(u_sd)은 제1 감산 부재(6056a)에 의해 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_{s , st ,φ})의 종방향 성분(u_{sd ,st})의 형태로 교란을 공급받는다. 제1 감산 부재(6056a)의 출력 신호(u_{sd ,δ})는 제1 적분 부재(6058a)에 의해 적분되며, 이 제1 적분 부재는 적분 상수(T_{L σ})를 가지면서 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)을 출력한다. 이 경우, 적분 상수(T_{L σ})는 스테이터 인덕턴스에 할당된다. 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)은 제1 증폭 부재(6060a)로 공급되며, 이 제1 증폭 부재는 스테이터 저항(R_s)을 나타내는 거리 매개변수(K_Rs)를 공급되는 신호와 곱한다. 제1 증폭 부재(6060a)의 출력 신호는 가산 부재(6062a)로 공급되며, 이 가산 부재의 출력 신호는 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ)의 종방향 성분(u_{sd ,st})이 된다. 또한, 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)은 제2 감산 부재(6064)로 공급되며, 이 제2 감산 부재는 자속 기준 스테이터 전압(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)으로부터 자화 전류(i_mg)를 감산한다. 이 경우, 자화 전류(i_mg)는, 적분 상수(T_r)로 제2 감산 부재(6064)의 출력 신호를 적분하는 제2 적분 부재(6066)에 의해 생성된다. 제2 감산 부재(6064)의 출력 신호는 제2 증폭 부재(6068a)로도 공급되고, 이 제2 증폭 부재는 로터 저항(R_r)을 나타내는 거리 매개변수(K_Rr)를 자신의 입력 신호와 곱하여 출력 신호로서 유도 자속 기준 전압(u_{ind ,φ})의 종방향 성분(u_indd)을 출력하며, 이 종방향 성분은 가산 부재(6062a)로 공급된다. 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ})의 횡방향 성분(u_sq)의 처리는, 앞서 기재한, 자속 기준 스테이터 전압(u_{s ,φ})의 종방향 성분(u_sd)의 신호 처리와 동일한 방식으로 수행된다. 그러나 이 경우 제2 감산 부재(6064)에 의해 수행되는 감산 및 제2 적분 부재(6066)에 의해 수행되는 적분은 실행되지 않으며, 그리고 대응하는 컴포넌트들(6064, 6066)도 할당된 신호 처리 섹션에 제공되지 않는다.

자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)과 그 횡방향 성분(i_sq) 사이의 비선형 결합은 제어 가능한 제3 증폭 부재(6070a)에 의해 생성되며, 이 제3 증폭 부재는 스테이터 각 주파수(ω_s)와 거리 매개변수(K_{L σ})의 곱을 나타내는 거리 매개변수(-ω_sK_{L σ})와 입력 신호인 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 횡방향 성분(i_sq)을 곱하며, 그리고 자신의 출력 신호는 가산 부재(6062a)로 공급된다. 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)은 마찬가지로 제어 가능한 제3 증폭 부재(6070b)로 공급되며, 이 제3 증폭 부재는 증폭 부재(6070a)의 거리 매개변수의 부호를 바꾼 거리 매개변수(ω_sK_{L σ})와 입력 신호를 곱한다. 제3 증폭 부재(6070b)의 거리 매개변수는 스테이터 각 주파수(ω_s)와 거리 매개변수(K_{L σ})의 곱을 나타낸다. 제3 증폭 부재(6070b)의 출력 신호는 가산 부재(6062b)로 공급된다.

도 16에 도시된 스테이터 전류 제어 부재(6038)는 도 17에서와 같이 간소화되어 도시되어 있으며, 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)의 종방향 및 그 횡방향 성분에 대해 감산 부재(6056a 또는 6056b) 및 적분 부재(6058a, 6058b)를 각각 포함할 수 있다.

도 18에는, 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ) 및 자속 기준 스테이터 전압(u_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)에 대한 스테이터 전류 제어 장치(6034)의 신호 처리가 도시되어 있으며, 이 신호 처리는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 횡방향 성분(i_sq)에 대한 경우와 동일하게 형성된다. 스테이터 전류 제어 장치(6034)는 조합 부재(6074)로 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)을 공급하는 피드백 경로(6072)를 포함한다. 스테이터 전류 제어 장치(6034)의 바이패스 적분기(6076)는 감산 부재(6078)와 적분 상수(T_{By ,is})를 갖는 적분 부재(6080)를 포함한다. 감산 부재(6078)에 의해, 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)은 자속 기준 설정 스테이터 전류(i_s,*φ)의 종방향 성분(i_sd,*)으로부터 감산된다. 감산 부재(6078)의 출력 신호는 적분 부재(6080)에 의해 적분되어 조합 부재(6074)로 공급된다. 피드백 경로(6072)는 증폭 부재(6082)를 추가로 구비하며, 이 증폭 부재는 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분(i_sd)을 거리 계수(K_{1 ,is})로 곱한다. 증폭 부재(6082)의 생성된 출력 신호는 조합 부재(6074)로 공급된다. 조합 부재(6074)는 자속 기준 설정 스테이터 전류(i_s,*φ)의 종방향 성분(i_sd,*)과 적분 부재(6076)의 출력 신호를 가산하고, 이 가산한 값으로부터, 검출된 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)의 종방향 성분이면서 제1 증폭 부재(6082)로부터 출력되는 증폭된 상기 종방향 성분(i_sd)을 감산한다. 조합 부재(6074)의 출력 신호는 제2 증폭 부재(6084)로 공급되고, 이 제2 증폭 부재는 조합 부재(6074)의 출력 신호와 거리 매개변수(K_is)를 곱한다. 증폭 부재(6084)의 출력 신호는 스테이터 인덕턴스(L_s)에서 강하되는 자속 기준 설정 스테이터 전압(u_s,δ*)의 종방향 성분(u_{sd ,δ*})에 상응하며, 그리고 가산 부재(6086)로 공급되고, 이 가산 부재는, 스테이터 전류 제어 부재(6038)에 대한 교란 변수 피드포워드로서, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압(u_s,st,φ*)의 종방향 성분을 제2 증폭 부재(6084)의 출력 신호에 가산한다. 가산 부재(6086)의 출력 신호는 도 15의 제4 인터페이스 유닛(6054)에 의해 출력되는 자속 기준 설정 스테이터 전압(u_s,*φ)의 종방향 성분(u_{sd ,*})에 상응한다.

도 18과 일치하는 방식으로,

의 기준 전달 함수가 제공된다.

설정 가능한 매개변수(K_{1 ,is})는, 기준 전달 함수의 1의 순서수(ordinal number)를 보장하기 위해,

로 선택된다. 이 경우, 설정 가능한 매개변수(K_is = T_{L σ} / T_is)는 제어 시스템(6016)의 시간 척도(T_is)로부터 생성된다. 그에 따라, 바이패스 적분기(6076)의 시간 상수(T_{By ,is})의 확정 후에, 스테이터 전류 제어 장치(6034)의 설정 매개변수가 결정될 수 있다.

제어 시스템(1016, 2016, 3016, 4016, 5016, 6016)의 제1 내지 제6 실시 예 중에서 어느 한 실시 예의 특징들은 제어 시스템(1016, 2016, 3016, 4016, 5016, 6016)의 또 다른 실시 예의 특징들과 각각 조합될 수 있다. 예컨대 스테이터 전류 제어 부재(1038, 3038, 4038, 5030)는 스테이터 전류 제어 부재(2038 또는 6038)와 같이 형성될 수 있다.

자명한 사실로서, 비동기기(14)를 모델링하는 스테이터 전류 제어 부재(1038, 2038, 3038, 4038, 5030, 6038) 및 회전속도 제어 부재(1040, 2020, 3040, 4040, 5032, 6040)는 제어 시스템(1016, 2016, 3016, 4016, 5016, 6016)의 부분으로서, 또는 제어 시스템(1016, 2016, 3016, 4016, 5016, 6016)으로부터 분리되어, 다시 말하면 제어 시스템(1016, 2016, 3016, 4016, 5016, 6016)의 부분이 아닌 것으로서 고려될 수 있다. 또한, 이와 관련하여, 주지할 사항은, 회전속도 제어 부재(1040, 2040, 3040, 4040, 5032, 6040)로부터 출력되는 변수들(n 및 φ)은 물리적 변수들을 나타낼 수 있고, 그에 반해 상응하는 시뮬레이션 장치(1030, 2030, 3030, 4030, 5042, 6030)에 의해 생성되는, 시뮬레이션되거나 모델링되는 상응하는 변수들(n# 및 φ#)은 계산되는 변수들로서 간주될 수 있다는 점이다. 도 3에 도시된 등가 회로도는 제어 시스템(6016)의 제6 실시 예에 대한 기초로서 이용될 수 있고, 그리고/또는 스테이터 전류 제어 부재(1038, 2038, 3038, 4038, 5030, 6038) 및 회전속도 제어 부재(1040, 2040, 3040, 4040, 5032, 6040)를 이용하여 비동기기(14)를 나타내기 위한 기초로서 간주될 수 있다.

Claims (9)

1. 기기 모델을 이용하여, 작동 동안 지속적으로 요구되는, 비동기기(14)의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하기 위한 방법에 있어서, 상기 비동기기(14)는 회전식 인코더의 제공 없이, 자속 기준 방식으로, 그리고 등급별로 설정된 전압으로 작동되며, 상기 방법은
   - 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 제공하는 단계와,
   - 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 제공하는 단계와,
   - 제1 시뮬레이션 장치(1026)에서 상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전압 및 상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 기반으로, 작동 동안 지속적으로 요구되는 상기 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하는 단계를 포함하고,
   상기 제1 시뮬레이션 장치(1026)에서, 작동 동안 지속적으로 요구되는 상기 자속 기준 스테이터 전압이 시뮬레이션되는 기간(duration of time)은, 스테이터의 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)가, 작동 동안 지속적으로 요구되는 시뮬레이션된 자속 기준 스테이터 전압의 이용 하에서 제어되는 기간보다 더 짧은, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압의 시뮬레이션 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 방법은
   - 스테이터의 스테이터 인덕턴스(L_σ)를 나타내는 정규화 상수(T_Lσ)로 상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 시간에 걸쳐 적분하는 단계와,
   - 자속 기준 차동 전류를 생성하기 위해, 적분되는 자속 기준 스테이터 전압으로부터 상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 감산하는 단계를 추가로 포함하며,
   작동 동안 지속적으로 요구되는 상기 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하는 단계는 상기 자속 기준 차동 전류를 기반으로 실행되는, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압의 시뮬레이션 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 방법은
   - 설정 가능한 증폭 매개변수(G_b,is)로 상기 자속 기준 차동 전류를 증폭하는 단계와,
   - 자속 기준 차동 전압을 생성하기 위해, 상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 적분하기 전에, 상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전압으로부터 상기 증폭되는 자속 기준 차동 전류를 감산하는 단계를 추가로 포함하며,
   상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 적분하는 단계는 상기 자속 기준 차동 전압을 적분하는 단계를 포함하는, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압의 시뮬레이션 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 방법은
   - 설정 가능한 추가 정규화 상수(T_lb,is)로 상기 자속 기준 차동 전류를 시간에 걸쳐 적분하는 단계와,
   - 자속 기준 차동 전압을 생성하기 위해, 상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 적분하기 전에, 상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전압으로부터 상기 적분되는 자속 기준 차동 전류를 감산하는 단계를 추가로 포함하며,
   상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 적분하는 단계는 상기 자속 기준 차동 전압을 적분하는 단계를 포함하는, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압의 시뮬레이션 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 기간들은 상기 설정 가능한 정규화 상수들 및 상기 설정 가능한 증폭 매개변수를 설정하는 것에 의해 결정되는, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압의 시뮬레이션 방법.
6. 기기 모델을 이용하여, 작동 동안 지속적으로 요구되는, 비동기기(14)의 스테이터의 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하기 위한 시뮬레이션 장치(1026)에 있어서, 상기 비동기기(14)는 회전식 인코더의 제공 없이, 자속 기준 방식으로, 그리고 등급별로 설정된 전압으로 작동될 수 있으며, 상기 시뮬레이션 장치는,
   - 검출되는 자속 기준 스테이터 전압을 제공하기 위한 유닛(1046)과,
   - 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 제공하기 위한 유닛(1048)과,
   - 상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전압 및 상기 검출되는 자속 기준 스테이터 전류(i_s,φ)를 기반으로, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하기 위한 시뮬레이션 유닛(1050)을 포함하고,
   상기 시뮬레이션 장치(1026)는 제1항에 따른 방법을 실시하기 위하여 제공되는, 작동 동안 지속적으로 요구되는 자속 기준 스테이터 전압을 시뮬레이션하는 시뮬레이션 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 시뮬레이션 유닛(1050)은,
   프로세서 부분인 것;과
   적분 부재, 증폭 부재 및 감산 부재로 구현 가능한 것;
   중의 하나임을 특징으로 하는, 시뮬레이션 장치.
8. 등급별 전압으로 작동 가능한 비동기기의 로터의 회전속도 및/또는 토크를 회전식 인코더 없이 자속 기준으로 제어하기 위한 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 따른 시뮬레이션 장치를 포함하는, 제어 시스템.
9. 비동기기; 상기 비동기기에 등급별 전압을 출력하도록 구성된 전압 공급원; 및 제8항에 따른 제어 시스템;을 포함하는, 구동장치.

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