KR102603065B1 - 차량용 모터 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 차량용 모터 제어 장치는, 모터를 구동하기 위한 전압 지령을 생성하는 전류 제어기; 상기 전압 지령에 합성되는 자극판별용 기준 신호를 생성하는 신호 생성기; 상기 전압 지령과 상기 자극판별용 기준 신호가 비교된 수정 전압 지령을 기반으로 상기 모터를 구동하는 인버터; 및 상기 인버터에서 상기 모터로 제공되는 구동 전류 중 상기 자극판별용 기준 신호에 대한 응답 성분을 도출하고, 상기 응답 성분에 따라 상기 모터의 회전자 극성을 판단하는 자극 판단부를 갖는 회전자 위치 추정기를 포함할 수 있다.

Description

차량용 모터 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING MOTOR OF VEHICLE}
본 발명은 차량용 모터 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센서리스 제어를 통해 모터를 제어하는 차량용 모터 제어 장치에 관한 것이다.
전기차량(Electric Vehicle: EV), 플러그인하이브리드 차량(Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV) 등의 친환경 차량에서 차량의 구동력을 발생시키는 주요 구성품인 모터는 인버터에 연결되어 3상 전류를 입력받아 토크를 발생시킨다. 인버터는 모터 토크를 제어하기 위해 3상 전류를 제어하는데, 일반적으로 전류 제어를 위해서 3상 전류와 모터 회전자의 위치정보를 센서를 이용해 획득하게 된다.
모터 회전자 위치센서는 모터 내부에 부착되고 외부 신호 와이어링을 통해 인버터와 연결된다. 와이어링 커넥터가 제대로 체결되지 않거나 단선 또는 단락시 회전자 위치 정보가 왜곡되어 모터 전류가 비정상적으로 제어되어 원하지 않는 구동력이 발생될 수 있다. 그렇기 때문에 일반적으로 회전자 위치 센서에 대한 고장 로직을 사용하여 고장 발생시 인버터 전류제어를 중단할 수 있지만, 주행 중에 문제가 발생할 경우 운전자의 의지대로 차량을 제어할 수 없어서 운전자의 안전이 보장되지 않는 문제점이 있었다.
즉, 종래에는 모터 회전자 위치센서의 고장이 감지될 경우 인버터가 모터 전류 제어를 중단하게 되므로 별도의 동력원이 없는 EV의 경우 동력이 차단되어 차량이 정지할 수 밖에 없었다. 이로인해, 차량이 주행 중인 상태에서 상기와 같은 문제가 발생할 경우 더 이상 운전자의 의지대로 차량을 제어할 수 없어서 운전자의 안전이 보장되지 않는 문제점이 있었다.
KR 10-2014-0120649 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 모터 회전자의 위치를 감지하는 위치센서 없이 센서리스 알고리즘을 통해 회전자의 위치를 추정하여 모터를 제어할 수 있는 차량용 모터 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 모터 제어 장치는, 모터를 구동하기 위한 전압 지령을 생성하는 전류 제어기; 상기 전압 지령에 합성되는 자극판별용 기준 신호를 생성하는 신호 생성기; 상기 전압 지령과 상기 자극판별용 기준 신호가 비교된 수정 전압 지령을 기반으로 상기 모터를 구동하는 인버터; 및 상기 인버터에서 상기 모터로 제공되는 구동 전류 중 상기 자극판별용 기준 신호에 대한 응답 성분을 도출하고, 상기 응답 성분에 따라 상기 모터의 회전자 극성을 판단하는 자극 판단부를 갖는 회전자 위치 추정기를 포함할 수 있다.
상기 전류 제어기는, 상기 모터에 인가되는 동기 좌표계 상의 d,q축의 실제전류 값 및 상기 모터를 구동하기 위한 상기 동기 좌표계 상의 d,q축의 전류지령 값을 입력받아 상기 모터를 구동하기 위한 동기 좌표계 상의 d,q축 전압 지령을 출력할 수 있다.
상기 신호 생성기는, 고주파 전압 신호를 생성하여 상기 전류 제어기로부터 출력되는 상기 동기 좌표계 상의 d,q 축 전압 지령에 인가할 수 있다.
상기 신호 생성기로부터 고주파 전압 신호를 인가받아 합성되어 수정된 상기 동기 좌표계 상의 d,q 축 전압을 정지 좌표계 상의 d,q 축 전압으로 변환하는 제1 상변환기; 상기 인버터의 출력전압을 이용하여 상기 모터의 각 상에 제공되는 구동 전류를 측정하는 전류 측정기; 및 상기 전류 측정기를 통해 측정된 상기 모터의 각 상에 제공되는 구동 전류를 상기 동기 좌표계 및 상기 정지 좌표계 상의 d,q 축 전류로 변환하는 제2 상변환기 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 회전자 위치 추정기는, 상기 제2 상변환기를 통해 변환된 동기 좌표계 상의 d축 전류의 고주파 성분을 제거하기 위한 제1 필터부; 상기 제2 상변환기를 통해 변환된 동기 좌표게 상의 q축 전류의 고주파 성분을 제거하기 위한 제2 필터부; 및 상기 제2 필터부를 통해 고주파 성분이 제거된 상기 동기 좌표계 상의 q축 전류 정보 및 자극 판단부를 통해 판단된 상기 회전자의 자극 성분 정보에 기반하여 상기 회전자의 위치를 추정하는 제1 위치 추정부를 포함할 수 있다.
상기 회전자 위치 추정기에는, 상기 회전자의 위치에 대응하는 인덕턴스 정보가 기 저장될 수 있다.
상기 회전자 위치 추정기는, 상기 자극 판단부를 통해 회전자의 극성 판단이 불가능한 경우, 상기 회전자가 사전 설정된 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 것으로 판단하며, 상기 회전자가 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 것으로 판단한 경우, 상기 신호 생성기에서 사전 설정된 만큼 변경된 자극 판별용 기준 신호가 생성되어 인가되도록 할 수 있다.
상기 자극 판단부는, 상기 회전자가 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 것으로 판단되었을 시, 상기 회전자의 위치에 대응하는 제1 인덕턴스 정보, 상기 신호 생성기로부터 변경된 자극 판별용 기준 신호를 인가받았을 시 상기 회전자가 위치할 제1 추정위치 및 제2 추정위치에 대응되는 제2 인덕턴스 정보 및 제3 인덕턴스 정보에 기반하여, 상기 제1 인덕턴스와 상기 제2 인덕턴스 간의 기울기 및 상기 제1 인덕턴스와 상기 제3 인덕턴스 간의 기울기를 도출하며, 상기 각 기울기를 비교하여 상기 회전자의 자극을 판단할 수 있다.
상기 자극 판단부는, 상기 도출된 기울기 중 큰 기울기가 도출된 회전자의 추정위치가 위치하는 자극을 상기 회전자의 자극으로 판단할 수 있다.
상기 회전자 위치 추정기는, 상기 제2 상변환기를 통해 변환된 정지 좌표계 상의 d,q 축 전류 값에 기반하여, 상기 모터의 확장유기전압 값을 도출하고, 상기 도출된 확장유기전압 값에 기반하여, 상기 회전자의 위치를 추정하는 제2 위치 추정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 위치 추정부는, EEMF(Extended Electromotive Force) 기반 알고리즘을 통해 상기 회전자의 위치를 추정할 수 있다.
상기 EEMF 기반 알고리즘을 통해 도출된 상기 회전자의 위치 정보는 상기 회전자의 자극 정보를 포함할 수 있다.
상기 제1 위치 추정부는, 상기 제2 위치 추정부를 통해 추정된 회전자의 자극정보 및 제2 필터부를 통해 고주파 성분이 제거된 상기 동기 좌표계 상의 q축 전류 정보에 기반하여 상기 회전자의 위치를 추정할 수 있다.
본 발명의 차량용 모터 제어 장치에 따르면, 모터 회전자의 위치를 감지하는 위치센서 없이 센서리스 알고리즘을 통해 도출된 회전자의 위치 정보를 기반으로 모터를 제어할 수 있다.
또한, 회전자가 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 것으로 판단될 시, 신호 생성기에서 사전 설정된 만큼 변경된 자극 판별용 기준 신호가 생성되어 인가되도록 하고, 상기 자극 판단이 불가능한 범위 내의 회전자의 위치에 대응하는 제1 인덕턴스 정보, 상기 변경된 자극 판별용 기준 신호를 인가 받았을 시 회전자가 위치할 제1 추정위치 및 제2 추정위치에 대응되는 제2 인덕턴스 정보 및 제3 인덕턴스 정보에 기반하여, 제1 인덕턴스와 제2 인덕턴스 간의 기울기 및 제1 인덕턴스와 제3 인덕턴스 간의 기울기를 도출하며, 도출된 기울기를 비교하여 회전자의 자극을 판단함으로써, 보다 넓은 범위에서 보다 정확하게 회전자의 자극을 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치에서, 위치 추정기의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치에서, 제1 필터부 및 제2 필터부의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치에서, 신호 생성기에서 자극판별용 기준 신호를 인가할 시 회전자의 자극의 방향에 따라 전류의 극성이 다르게 나타나는 것을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치에서, 신호 생성기에서 자극판별용 기준 신호를 인가할 시 전류의 극성이 양극과 음극이 동시에 나타나는 경우를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치에서, 회전자가 자극 판단이 불가능한 범위에 위치했을 시의 제1 인덕턴스 정보, 신호 생성기에서 변경된 자극 판별용 기준 신호를 인가할 시 회전자가 위치할 제1 추정위치 및 제2 추정위치에 대응되는 제2 인덕턴스 정보 및 제3 인덕턴스 정보를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치에서, 제1 인덕턴스와 제2 인덕턴스 간의 기울기 및 제1 인덕턴스와 제3 인덕턴스 간의 기울기를 비교하는 모습을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치에서, 모터의 회전자의 실제 동기 좌표축과 추정좌표 축을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량용 모터 제어 장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 위치 추정기의 세부 구성을 도시한 도면이며, 도 3은 제1 필터부 및 제2 필터부의 세부 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 신호 생성기에서 자극판별용 기준 신호를 인가할 시 회전자의 자극의 방향에 따라 전류의 극성이 다르게 나타나는 것을 도시한 도면이고, 도 5는 신호 생성기에서 자극판별용 기준 신호를 인가할 시 전류의 극성이 양극과 음극이 동시에 나타나는 경우를 도시한 도면이며, 도 6은 회전자가 자극 판단이 불가능한 범위에 위치했을 시의 제1 인덕턴스 정보, 신호 생성기에서 변경된 자극 판별용 기준 신호를 인가할 시 회전자가 위치할 제1 추정위치 및 제2 추정위치에 대응되는 제2 인덕턴스 정보 및 제3 인덕턴스 정보를 나타내는 도면이고, 도 7은 제1 인덕턴스와 제2 인덕턴스 간의 기울기 및 제1 인덕턴스와 제3 인덕턴스 간의 기울기를 비교하는 모습을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치는, 전류 제어기(100), 신호 생성기(200), 인버터(400) 및 회전자 위치 추정기(700)를 포함하여 구성될 수 있으며, 제1 상변환기(300), 전류 측정기(500), 제2 상변환기(600)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이하에서는 본 발명에 따른 차량용 모터 제어 장치의 세부 구성에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
전류 제어기(100)는 모터(M)를 구동하기 위한 전압 지령을 생성하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 전류 제어기(100)는 모터에 인가되는 동기 좌표계 상의 d,q의 실제전류 값 및 모터를 구동하기 위한 동기 좌표계 상의 d,q 축의 전류지령 값을 입력받아 해당 모터를 구동하기 위한 동기 좌표계 상의 d,q 축 전압 지령을 출력할 수 있다. 실시예에 따라, 전류 제어기(100)는 동기 좌표계 상의 d, q 축 전류를 각각 제어하기 위해 비례-적분 형태의 제어기와 전향 보상기(feed-forward)를 포함하여 구성될 수 있다. 비례-적분 형태의 제어기 및 전향 보상기는 기 공지된 기술로서 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
신호 생성기(200)는 전류 제어기(100)로부터 출력되는 전압 지령에 합성되는 자극판별용 기준 신호를 생성하는 역할을 한다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 신호 생성기(200)는 전류 제어기(100)로부터 출력되는 전압 지령에 합성시킬 자극판별용 기준 신호를 생성하여 인가할 수 있다. 여기서 신호 생성기(200)에서 생성되는 자극판별용 기준 신호는 고주파 전압 신호일 수 있다. 즉, 신호 생성기(200)는 고주파 전압 신호를 생성하여 전류 제어기(100)로부터 출력되는 동기 좌표계 상의 d,q 축 전압 지령에 인가하여 고주파 전압 신호가 동기 좌표계 상의 d,q, 축 전압 지령에 합성되도록 할 수 있다.
제1 상변환기(300)는 신호 생성기(200)로부터 고주파 전압 신호를 인가받아 합성되어 수정된 동기 좌표계 상의 d,q, 축 전압 지령을 정지 좌표계 상의 d,q 축 전압 지령으로 변환하는 역할을 한다. 동기 좌표계 상의 d,q 축 전압을 정지 좌표계 상의 d,q 축 전압으로 변환하는 것은 기 공지된 것으로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
인버터(400)는 전류 제어기(100)로부터 출력된 전압 지령에 자극판별용 기준 신호가 비교된 수정 전압 지령을 기반으로 모터를 구동시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 인버터(400)는 제1 상변환기(300)를 통해 변환된 정지 좌표계 상의 d,q 축 전압 지령을 인가받아 해당 전압 지령에 기반하여 모터의 각 상에 전압을 제공하여 해당 모터를 구동시킬 수 있다.
전류 측정기(500)는 인버터(400)에서 출력되는 전압을 이용하여 모터의 각 상에 제공되는 구동 전류를 측정하는 역할을 한다.
제2 상변환기(600)는 상기 전류 측정기(500)를 통해 측정된 모터의 각 상에 제공되는 구동 전류를 동기 좌표계 및 정지 좌표계 상의 d,q 축 전류로 변환하는 역할을 한다. 본 발명에서의 모터가 3상이라고 할 때, 모터의 3상에 제공되는 전류를 동기 좌표계 및 정지 좌표계 상의 d,q 축 전류로 변환하는 것은 기 공지된 것으로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
회전자 위치 추정기(700)는 제2 상변환기를 통해 변환된 동기 좌표계 및 정지 좌표계 상의 d,q 축 전류 값에 기반하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 보다 구체적으로 회전자 위치 추정기(700)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 필터부(710), 제2 필터부(720), 자극 판단부(730), 제1 위치 추정부(740)를 포함하여 구성될 수 있으며, 실시예에 따라 제2 위치 추정부(750)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1 필터부(710)는 제2 상변환기(600)를 통해 변환된 동기 좌표계 상의 d 축 전류의 고주파 성분을 제거하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 제1 필터부(710)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter: LPF) 및 대역 통과 필터(Band Pass Filter: BPF)를 포함하여 구성될 수 있다. 다시 말해, 제1 필터부(710)는 대역 통과 필터를 통해 제2 상변환기(600)를 통해 변환된 동기 좌표계 상의 d축 전류의 고주파 성분을 1차적으로 제거하고, 저역 통과 필터를 통해 2차적으로 동기 좌표계 상의 d축 전류의 고주파 성분을 제거할 수 있다. 이때, 대역 통과 필터와 저역 통과 필터 사이에 신호 생성기(200)로부터 인가된 고주파 전압 신호의 역수 관계의 파형을 인가하여 신호 생성기(200)로부터 인가된 고주파 성분을 제거할 수 있다. 예를 들어, 신호 생성기(200)로부터 사인파 형태의 고주파 전압 신호를 인가한 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 대역 통과 필터의 출력 신호에 사인파의 역수인 코사인파 형태의 고주파 전압 신호를 인가하여 사인파 형태의 고주파 전압 신호를 인가받아 비교된 d축 전류에서 해당 고주파 성분을 제거할 수 있다.
또한, 제2 필터부(720)는 제2 상변환기(600)를 통해 변환된 동기 좌표계 상의 q축 전류의 고주파 성분을 제거하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 제2 필터부(720)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter: LPF) 및 대역 통과 필터(Band Pass Filter: BPF)를 포함하여 구성될 수 있다. 다시 말해, 제2 필터부(720)는 대역 통과 필터를 통해 제2 상변환기(600)를 통해 변환된 동기 좌표계 상의 d축 전류의 고주파 성분을 1차적으로 제거하고, 저역 통과 필터를 통해 2차적으로 동기 좌표계 상의 d축 전류의 고주파 성분을 제거할 수 있다. 이때, 제1 필터부(710)에서 설명한 바와 같이, 대역 통과 필터와 저역 통과 필터 사이에 신호 생성기(200)로부터 인가된 고주파 전압 신호의 역수 관계의 파형을 인가하여 신호 생성기(200)로부터 인가된 고주파 성분을 제거할 수 있다.
자극 판단부(730)는 인버터(400)에서 모터로 제공되는 구동 전류 중 자극판별용 기준 신호에 대한 응답 성분을 도출하고, 응답 성분에 따라 모터의 회전자의 극성을 판단할 수 있다. 여기서, 자극 판별용 기준 신호에 대한 응답 성분은, 제1 필터부(710)를 통해 출력되는 동기 좌표계 상의 d 축 전류의 극성일 수 있으며, 자극 판단부(730)는 제1 필터부(710)를 통해 출력되는 동기 좌표계 상의 d 축 전류의 극성에 따라 모터 회전자의 자극을 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 신호 생성기에서 자극판별용 기준 신호, 즉 고주파 전압 신호를 인가할 시 회전자의 자극의 방향에 따라 출력되는 전류의 극성이 달라질 수 있다. 예를 들어, 신호 생성기(200)에서 고주파 전압 신호를 인가하고, 모터 회전자가 N극인 경우, 제1 필터부(710)를 통해 출력되는 동기 좌표계 상의 d축 전류의 극성은 음극일 수 있다. 아울러, 신호 생성기(200)에서 고주파 전압 신호를 인가하고, 모터 회전자가 S극인 경우, 제1 필터부(710)를 통해 출력되는 동기 좌표계 상의 d축 전류의 극성은 양극일 수 있다. 이처럼, 자극 판단부(730)는 제1 필터부(710)를 통해 출력되는 동기 좌표계 상의 d 축 전류의 극성에 기반하여 모터 회전자의 극성을 판단할 수 있다.
한편, 도 5는 신호 생성기에서 자극판별용 기준 신호를 인가할 시 전류의 극성이 양극과 음극이 동시에 나타나는 경우를 나타내는 도면이다. 자극 판단부(730)는 도 4에서 설명한 바와 같이, 제1 필터부(710)를 통해 출력되는 동기 좌표계 상의 d축 전류의 극성에 따라 회전자의 자극을 판단할 수 있지만, 도 5와 같이 제1 필터부(710)를 통해 출력되는 동기 좌표계 상의 d축 전류가 양극과 음극이 동시에 나타나는 경우, 동기 좌표계 상의 d축 전류의 극성만으로 회전자의 자극을 판단할 수 없다. 이하에서는, 제1 필터부(710)를 통해 출력되는 동기 좌표계 상의 d축 전류가 양극과 음극이 동시에 나타나 동기 좌표계 상의 d축 전류의 극성만으로는 회전자의 자극을 판단할 수 없는 경우, 해당 회전자의 자극 판단을 하는 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
회전자 위치 추정기(700)는 도 4를 통해 설명한 방식에 따라 자극 판단부(730)에서 회전자의 자극을 판단하는 것이 불가능한 경우, 회전자가 사전 설정된 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 회전자 위치 추정기(700)는 회전자의 위치에 대응하는 인덕턴스 정보가 기 저장되어 있을 수 있다.
한편, 회전자 위치 추정기(700)는 회전자가 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 것으로 판단한 경우, 신호 생성기(200)에서 사전 설정된 만큼 변경된 자극 판별용 기준 신호가 생성되어 인가되도록 할 수 있다.
이때, 자극 판단부(730)는 도 6에 도시된 바와 같이, 회전자가 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 것으로 판단되었을 시, 회전자의 위치에 대응하는 제1 인덕턴스 정보, 상술한 바와 같이 신호 생성기(200)로부터 사전 설정된 만큼 변경된 자극 판별용 기준 신호를 인가받았을 시 회전자가 위치할 제1 추정위치 및 제2 추정위치에 대응되는 제2 인덕턴스 정보 및 제3 인덕턴스 정보에 기반하여, 제1 인덕턴스와 제2 인덕턴스 간의 기울기 및 제1 인덕턴스와 제3 인덕턴스 간의 기울기를 도출하며, 도출된 각 기울기를 비교하여, 회전자의 자극을 판단할 수 있다. 여기서, 자극 판단부(730)는 도출된 기울기 중 큰 기울기가 도출된 회전자의 추정위치가 위치하는 자극을 회전자의 자극으로 판단할 수 있다. 여기서, 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 회전자의 위치와 제1 추정위치 및 제2 추정위치간 거리를 동일하다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 인덕턴스와 제2 인덕턴스 간의 기울기 및 제1 인덕턴스와 제3 인덕턴스 간의 기울기를 도출하여 비교하였을 시, 제1 인덕턴스와 제2 인덕턴스 간의 기울기가 더 큰 경우, 자극 판단부(730)는 더 큰 기울기가 도출된 제2 인덕턴스에 대응되는 제1 추정위치가 위치하는 N극을 회전자의 자극으로 판단할 수 있다. 만약 제1 인덕턴스와 제3 인덕턴스 간의 기울기가 더 크다면, 자극 판단부(730)는 더 큰 기울기가 도출된 제3 인덕턴스에 대응되는 제2 추정위치가 위치하는 S극을 회전자의 자극으로 판단할 수 있을 것이다.
제1 위치 추정부(740)는 제2 필터부(720)를 통해 고주파 성분이 제거된 동기 좌표계 상의 q축 전류 정보 및 자극 판단부(730)를 통해 판단된 회전자의 자극 정보에 기반하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 위치 추정부(740)는 제2 상변환기(600)를 통해 변환된 동기 좌표계 상의 q축 전류 정보에 기반하여 아래의 수학식 1을 통해 실제축과 추정축의 오차정보를 도출할 수 있다. 여기서, 도 8을 참조하면, 실제축은 d,q 축을 의미하며, 추정축은 , 축을 의미할 수 있다.
[수학식 1]
여기서, : 오차 정보, : 전압 주입용 크기 성분, : q축 임피던스, : d축 임피던스,: 회전자의 추정각과 실제각의 차이, : 회전자의 실제각, : 회전자의 추정각, : 회전자 속도를 의미한다.
아울러, 제1 위치 추정부(740)는 상술한 방식에 따라 도출된 오차 정보를 위상고정루프(phase locked loop)에 입력하여 회전자의 추정각을 도출하고, 도출된 회전자의 추정각에 기반하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다.
더 나아가, 실시예에 따라 제1 위치 추정부(740)는 자극 판별부(730) 대신 추후 설명할 제2 위치 추정부(750)를 통해 추정된 회전자의 자극정보 및 제2 필터부(730)를 통해 고주파 성분이 제거된 동기 좌표계 상의 q축 전류 정보에 기반하여 상술한 방식에 따라 회전자의 추정각을 도출하고, 도출된 회전자의 추정각에 기반하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다.
제2 위치 추정부(750)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 상변환기(600)를 통해 변환된 정지 좌표계 상의 d,q축 전류 값에 기반하여, d,q축의 확장유기전압 값( )을 도출하고, 도출된 확장유기전압 값에 기반하여, 회전자의 위치를 추정할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 제2 위치 추정부(750)는 EEMF(Extended Electromotive Force) 기반 센서리스 알고리즘을 통해 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 여기서, EEMF 기반 알고리즘을 통해 도출된 회전자의 위치정보는 회전자의 자극 정보를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 위치 추정부(750)는 EEMF 기반 센서리스 알고리즘을 통해 회전자의 추정각을 도출할 수 있다. 이때, 제2 위치 추정부(750)는 하기의 수학식 2에 기반하여 확장유기전압( )을 도출할 수 있고, 도출된 확장유기전압 값에 기반하여 하기의 수학식 2를 통해 회전자의 제1 추정각 도출할 수 있으며, 도출된 제1 추정각을 위상고정루프(phase locked loop)에 입력하여 회전자의 추정각을 도출하고, 도출된 추정각에 기반하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다.
[수학식 2]
여기서, : d축 확장유기전압, : q축 확장유기전압,: q축 인덕턴스, : d축 인덕턴스, : 회전자의 실제각, :d축 인덕턴스 미분값, :정지좌표계 상의 d축 전류, :정지좌표계 상의 q축 전류, : 역기전압, Rs: 상저항 값, Wr: 모터 속도를 의미한다.
[수학식 3]
여기서, : 제1 추정각, :d축 확장유기전압,:q축 확장유기전압을 의미한다.
100: 전류 제어기 200: 신호 생성기
300: 제1 상변환기 400: 인버터
500: 전류 측정기 600: 제2 상변환기
700: 회전자 위치 추정기 710: 제1 필터부
720: 제2 필터부 730: 자극 판단부
740: 제1 위치 추정부 750: 제2 위치 추정부
모터: M
: 동기 좌표계 상의 d,q축 전류 지령
: 동기 좌표계 상의 d,q축 실제 전류
: 동기 좌표계 상의 d,q축 전압 지령
: 신호 생성기로부터 생성된 고주파 전압 신호
: 정지 좌표계 상의 d,q축 전류 지령
: u,v 상 전류
: 동기 좌표계 상의 d,q축 전류
: 정지 좌표계 상의 d,q축 전류
: 회전자의 추정각
:회전자의 추정속도

Claims (13)

  1. 모터를 구동하기 위한 전압 지령을 생성하는 전류 제어기;
    상기 전압 지령에 합성되는 자극판별용 기준 신호를 생성하는 신호 생성기;
    상기 전압 지령과 상기 자극판별용 기준 신호가 비교된 수정 전압 지령을 기반으로 상기 모터를 구동하는 인버터; 및
    상기 인버터에서 상기 모터로 제공되는 구동 전류 중 상기 자극판별용 기준 신호에 대한 응답 성분을 도출하고, 상기 응답 성분에 따라 상기 모터의 회전자 극성을 판단하는 자극 판단부를 갖는 회전자 위치 추정기를 포함하되,
    상기 회전자 위치 추정기는,
    상기 회전자의 위치에 대응하는 인덕턴스 정보를 기 저장하고,
    상기 자극 판단부를 통해 상기 회전자의 극성 판단이 불가능한 경우, 상기 회전자가 사전 설정된 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 것으로 판단하며,
    상기 회전자가 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 것으로 판단한 경우, 상기 신호 생성기에서 사전 설정된 만큼 변경된 자극 판별용 기준 신호가 생성되어 인가되도록 하고,
    상기 자극 판단부는,
    상기 회전자가 자극 판단이 불가능한 범위 내에 위치한 것으로 판단되었을 시, 상기 회전자의 위치에 대응하는 제1 인덕턴스 정보, 상기 신호 생성기로부터 변경된 자극 판별용 기준 신호를 인가받았을 시 상기 회전자가 위치할 제1 추정위치 및 제2 추정위치에 대응되는 제2 인덕턴스 정보 및 제3 인덕턴스 정보에 기반하여, 상기 제1 인덕턴스와 상기 제2 인덕턴스 간의 기울기 및 상기 제1 인덕턴스와 상기 제3 인덕턴스 간의 기울기를 도출하며, 상기 각 기울기를 비교하여 상기 회전자의 자극을 판단하는 차량용 모터 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전류 제어기는,
    상기 모터에 인가되는 동기 좌표계 상의 d,q축의 실제전류 값 및 상기 모터를 구동하기 위한 상기 동기 좌표계 상의 d,q축의 전류지령 값을 입력받아 상기 모터를 구동하기 위한 동기 좌표계 상의 d,q축 전압 지령을 출력하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 신호 생성기는,
    고주파 전압 신호를 생성하여 상기 전류 제어기로부터 출력되는 상기 동기 좌표계 상의 d,q 축 전압 지령에 인가하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 신호 생성기로부터 고주파 전압 신호를 인가받아 합성되어 수정된 상기 동기 좌표계 상의 d,q 축 전압을 정지 좌표계 상의 d,q 축 전압으로 변환하는 제1 상변환기;
    상기 인버터의 출력전압을 이용하여 상기 모터의 각 상에 제공되는 구동 전류를 측정하는 전류 측정기; 및
    상기 전류 측정기를 통해 측정된 상기 모터의 각 상에 제공되는 구동 전류를 상기 동기 좌표계 및 상기 정지 좌표계 상의 d,q 축 전류로 변환하는 제2 상변환기 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 회전자 위치 추정기는,
    상기 제2 상변환기를 통해 변환된 동기 좌표계 상의 d축 전류의 고주파 성분을 제거하기 위한 제1 필터부;
    상기 제2 상변환기를 통해 변환된 동기 좌표게 상의 q축 전류의 고주파 성분을 제거하기 위한 제2 필터부; 및
    상기 제2 필터부를 통해 고주파 성분이 제거된 상기 동기 좌표계 상의 q축 전류 정보 및 자극 판단부를 통해 판단된 상기 회전자의 자극 성분 정보에 기반하여 상기 회전자의 위치를 추정하는 제1 위치 추정부를 포함하는 차량용 모터 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 자극 판단부는,
    상기 도출된 기울기 중 큰 기울기가 도출된 회전자의 추정위치가 위치하는 자극을 상기 회전자의 자극으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  10. 청구항 5에 있어서, 상기 회전자 위치 추정기는,
    상기 제2 상변환기를 통해 변환된 정지 좌표계 상의 d,q 축 전류 값에 기반하여, 상기 모터의 확장유기전압 값을 도출하고, 상기 도출된 확장유기전압 값에 기반하여, 상기 회전자의 위치를 추정하는 제2 위치 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 제2 위치 추정부는,
    EEMF(Extended Electromotive Force) 기반 알고리즘을 통해 상기 회전자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 EEMF 기반 알고리즘을 통해 도출된 상기 회전자의 위치 정보는 상기 회전자의 자극 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 제1 위치 추정부는,
    상기 제2 위치 추정부를 통해 추정된 회전자의 자극정보 및 제2 필터부를 통해 고주파 성분이 제거된 상기 동기 좌표계 상의 q축 전류 정보에 기반하여 상기 회전자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
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