KR20120055870A - Field-Weakening Control Method and Apparatus for Controlling Torque of 3-Phase Motor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A weak field control method and apparatus are provided to steadily control torque of a motor by differing the generation speed of a d-shaft reference signal and a q-shaft reference signal. CONSTITUTION: A current detection unit(102) senses a current flowing in a three-phase motor(160). A phase detection unit(190) senses the phase of the three-phase motor. A transform unit(110) changes the size of a three-phase current inputted into the three-phase motor and changes the three-phase current into a d-shaft current component and a q-shaft current component. A speed calculation unit(180) receives a phase angle(θr) of the three-phase motor and calculates the speed of the three-phase motor. A reference current generating unit(120) generates receives the speed of the three-phase motor and generates a d-shaft reference signal and a q-shaft reference signal.

Description

3상모터의 토크를 제어하기 위한 약계자 제어 방법 및 장치{Field-Weakening Control Method and Apparatus for Controlling Torque of 3-Phase Motor}Field-weakening Control Method and Apparatus for Controlling Torque of 3-Phase Motor}

본 발명의 실시예는 3상모터의 토크를 제어하기 위한 약계자 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는 하이브리드 차량의 구동모터에 대한 d-q 전류제어시 d축 레퍼런스 신호 및 q축 레퍼런스 신호를 발생하되 d축 레퍼런스 신호와 q축 레퍼런스 신호의 발생속도를 각각 다르도록 발생시킴으로써 안정적으로 모터에 대한 토크제어를 하고자 하는 3상모터의 토크를 제어하기 위한 약계자 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.Embodiment of the present invention relates to a field weakening control method and apparatus for controlling the torque of a three-phase motor. More specifically, the d-axis reference signal and the q-axis reference signal are generated when the dq current control of the driving motor of the hybrid vehicle is generated, but the d-axis reference signal and the q-axis reference signal are generated differently so as to stably control the motor. A field weakening control method and apparatus for controlling torque of a three-phase motor to be torque controlled.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the embodiments of the present invention and do not constitute a prior art.

하이브리드 자동차용 견인모터의 토크 제어는 엔진이 최고 효율을 갖는 출력 상태를 유지할 수 없는 경우에 부족한 동력을 모터가 보조하여 고효율 운전이 가능하게 하는 역할을 한다. 견인모터에 대한 적절한 토크 제어는 일반 자동차에 비하여 높은 연비와 고효율 및 고출력을 가능하게 하지만 견인모터에 대한 토크제어가 적절치 못할 경우엔 견인모터가 엔진의 부하로 작용하게 되어 견인모터가 없는 일반 자동차보다 오히려 효율이 떨어질 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 자동차에서 견인모터에 의한 토크를 필요로 하지 않는 고속주행 영역에서는 견인모터가 엔진에 동력을 전달하지 않도록 제어하는 영토크 제어가 중요하다. 하이브리드 자동차에서 영토크 제어는, 견인모터의 정격속도 이하의 영역인 경우에 해당하는 정토크 영역에서는 영전류 지령을 통해 쉽게 실현 가능하다. 하지만, 하이브리드 자동차가 엔진에 의해 고속주행을 함으로써 엔진이 고속으로 회전하고, 엔진과 함께 회전하도록 장착된 견인모터도 같이 고속으로 회전하게 된다. 이때, 회전속도가 견인모터의 정격속도 이상의 고속회전을 하는 정출력 영역에서는 견인모터에 대한 적절한 제어가 수행되지 못할 경우 엔진에 의해 회전하는 견인모터에서 과도한 역기전력이 발생하면서 엔진의 회전에 반대되는 역방향 토크를 발생함으로써 견인모터가 엔진에 부하로 작용하여 하이브리드 자동차의 주행효율이 떨어지게 되는 문제가 있다.Torque control of the traction motor for a hybrid vehicle serves to enable high efficiency operation by assisting the motor with insufficient power when the engine cannot maintain the output state having the highest efficiency. Appropriate torque control for traction motors enables higher fuel economy, higher efficiency and higher output than ordinary cars. However, when torque control for traction motors is not adequate, traction motors act as an engine load, and thus, compared to ordinary cars without traction motors. Rather, efficiency may be reduced. For example, in a high speed driving region in which a torque by a traction motor is not required in a hybrid vehicle, the zero torque control that controls the traction motor not to transmit power to the engine is important. In the hybrid vehicle, the zero torque control can be easily realized through the zero current command in the constant torque range corresponding to the area below the rated speed of the traction motor. However, when the hybrid vehicle is driven at high speed by the engine, the engine rotates at high speed, and the traction motor mounted to rotate with the engine also rotates at high speed. At this time, in the constant power area where the rotation speed is higher than the rated speed of the traction motor, if the proper control of the traction motor is not performed, excessive reverse EMF is generated in the traction motor rotated by the engine and the reverse direction of the rotation of the engine is caused. By generating torque, the traction motor acts as a load on the engine, thereby reducing the running efficiency of the hybrid vehicle.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 하이브리드 차량의 구동모터에 대한 d-q 전류제어시 d축 레퍼런스 신호 및 q축 레퍼런스 신호를 발생하되 d축 레퍼런스 신호와 q축 레퍼런스 신호의 발생속도를 각각 다르도록 발생시킴으로써 안정적으로 모터에 대한 토크제어를 하고자 하는 것이 목적이다. In order to solve this problem, an embodiment of the present invention generates a d-axis reference signal and a q-axis reference signal during dq current control of a driving motor of a hybrid vehicle, but generates the d-axis reference signal and the q-axis reference signal. The purpose is to stably control the torque of the motor by generating them differently.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 3상모터의 토크를 제어하기 위한 약계자 제어장치에 있어서, 상기 3상모터에 입력되는 3상 전류의 크기를 d-q 변환하여 d축 전류성분 및 q축 전류성분으로 변환하는 d-q좌표변환부; 토크 요청량 및 상기 3상모터의 속도를 수신하여 상기 토크 요청량 및 상기 속도에 따른 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 발생하되, 상기 토크 요청량 및 상기 속도에 따른 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호가 목표 크기에 도달하는 속도가 각각 서로 다르도록 발생시키는 레퍼런스전류 발생부; 상기 d축 전류성분 및 상기 q축 전류성분이 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호를 추종하도록 d축 제어신호 및 q축 제어신호를 발생하는 전류제어부; 상기 d축 제어신호 및 상기 q축 제어신호를 3상 제어신호로 변환하는 역변환부; 및 상기 3상 제어신호의 제어에 의해 3상 전류를 발생하는 구동전류발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어장치를 제공한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention, in the field weakening controller for controlling the torque of the three-phase motor, the d-axis current by converting the magnitude of the three-phase current input to the three-phase motor A dq coordinate conversion unit converting the component and the q-axis current component; Receives the torque request amount and the speed of the three-phase motor to generate a d-axis reference current signal and a q-axis reference current signal according to the torque request amount and the speed, wherein the d-axis reference according to the torque request amount and the speed A reference current generator for generating a current signal and a speed at which the q-axis reference current signal reaches a target magnitude are different from each other; A current controller for generating a d-axis control signal and a q-axis control signal such that the d-axis current component and the q-axis current component follow the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal; An inverse conversion unit converting the d-axis control signal and the q-axis control signal into a three-phase control signal; And a driving current generator for generating a three-phase current by the control of the three-phase control signal.

상기 레퍼런스전류 발생부는, 상기 토크 요청량 및 상기 속도에 대한 상기 d축 레퍼런스전류 신호의 크기 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호의 크기를 설정한 전류맵을 참조하여 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호를 발생할 수 있다.The reference current generating unit may refer to the d-axis reference current signal and the q-axis with reference to a current map that sets the magnitude of the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal with respect to the torque request amount and the speed. A reference current signal can be generated.

상기 레퍼런스전류 발생부는, 상기 q축 레퍼런스전류의 크기가 상기 q축 전류성분의 크기보다 큰 경우에, 상기 d축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도는 상기 q축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도보다 빠르도록 발생할 수 있다.When the magnitude of the q-axis reference current is greater than the magnitude of the q-axis current component, the reference current generator may reach a target size of the q-axis reference current signal. It can happen faster than it reaches.

상기 레퍼런스전류 발생부는, 상기 q축 레퍼런스전류의 크기가 상기 q축 전류성분의 크기보다 큰 경우에, 상기 d축 레퍼런스전류 신호는 스텝지령으로 발생하고, 상기 q축 레퍼런스전류 신호는 램프지령으로 발생할 수 있다.When the magnitude of the q-axis reference current is larger than that of the q-axis current component, the reference current generator generates the d-axis reference current signal as a step command, and the q-axis reference current signal is generated as a ramp command. Can be.

상기 레퍼런스전류 발생부는, 상기 q축 레퍼런스전류의 크기가 상기 q축 전류성분의 크기보다 작은 경우에, 상기 q축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도는 상기 d축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도보다 빠르도록 발생할 수 있다.When the magnitude of the q-axis reference current is smaller than the magnitude of the q-axis current component, the reference current generator may reach a target size of the d-axis reference current signal. It can happen faster than it reaches.

상기 레퍼런스전류 발생부는, 상기 q축 레퍼런스전류의 크기가 상기 q축 전류성분의 크기보다 작은 경우에, 상기 q축 레퍼런스전류 신호는 스텝지령으로 발생하고, 상기 d축 레퍼런스전류 신호는 램프지령으로 발생할 수 있다.When the magnitude of the q-axis reference current is smaller than that of the q-axis current component, the reference current generator generates the q-axis reference current signal as a step command, and the d-axis reference current signal is generated as a ramp command. Can be.

상기 토크 요청량 또는 상기 속도가 상기 전류맵 상에 리스트에 없는 경우에는 보간법을 사용하여 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호를 발생할 수 있다.When the torque request amount or the speed is not on the list on the current map, the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal may be generated using interpolation.

상기 3상모터에서 발생하는 역기전력의 크기는, 상기 3상모터의 최대 유기전압의 크기 이하로 제한될 수 있다.The magnitude of the counter electromotive force generated in the three-phase motor may be limited to less than or equal to the maximum induced voltage of the three-phase motor.

상기 3상모터는 IPMSM일 수 있다.The three-phase motor may be IPMSM.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예는, 3상모터의 토크를 제어하기 위한 약계자 제어방법에 있어서, 상기 3상모터에 입력되는 3상 전류의 크기를 d-q 변환하여 d축 전류성분 및 q축 전류성분으로 변환하는 d-q좌표변환단계; 토크 요청량 및 상기 3상모터의 속도를 수신하여 상기 토크 요청량 및 상기 속도에 따른 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 발생하되, 상기 토크 요청량 및 상기 속도에 따른 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호가 목표 크기에 도달하는 속도가 각각 서로 다르도록 발생시키는 레퍼런스전류 발생단계; 상기 d축 전류성분 및 상기 q축 전류성분이 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호를 추종하도록 d축 제어신호 및 q축 제어신호를 발생하는 전류제어단계; 상기 d축 제어신호 및 상기 q축 제어신호를 3상 제어신호로 변환하는 역변환단계; 및 상기 3상 제어신호의 제어에 의해 3상 전류를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어방법을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention in order to achieve the above object, in the field weakening control method for controlling the torque of the three-phase motor, dq by converting the magnitude of the three-phase current input to the three-phase motor d A dq coordinate conversion step of converting the axial current component and the q-axis current component; Receives the torque request amount and the speed of the three-phase motor to generate a d-axis reference current signal and a q-axis reference current signal according to the torque request amount and the speed, wherein the d-axis reference according to the torque request amount and the speed A reference current generation step of generating a current signal and a speed at which the q-axis reference current signal reaches a target magnitude are different from each other; A current control step of generating a d-axis control signal and a q-axis control signal such that the d-axis current component and the q-axis current component follow the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal; An inverse conversion step of converting the d-axis control signal and the q-axis control signal into a three-phase control signal; And generating a three-phase current by controlling the three-phase control signal.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 하이브리드 차량의 구동모터에 대한 하이브리드 차량의 구동모터에 대한 d-q 전류제어시 d축 레퍼런스 신호 및 q축 레퍼런스 신호를 발생하되 d축 레퍼런스 신호와 q축 레퍼런스 신호의 발생속도를 각각 다르도록 발생시킴으로써 안정적으로 모터에 대한 토크제어를 하는 효과가 있다. As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, the d-axis reference signal and the q-axis reference signal are generated during dq current control of the hybrid motor driving motor with respect to the driving motor of the hybrid vehicle. By generating different generation speeds of the axis reference signals, there is an effect of stably controlling the torque of the motor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약계자 제어장치를 간략히 나타낸 도면이다.
도 2는 전류평면에서의 전류와 전압제한을 도시한 도면이다.
도 3은 3상모터(160)의 회전속도에 따른 역기전력의 크기의 변화(VoA), 구동전류발생부가 낼 수 있는 최대 출력 전압(VoB)을 도시한 도면이다.
도 4는 약계자 제어 시 q축 전류(iq)의 변화에 따른 전압제한선의 변화를 예시한 도면이다.
도 5는 q축 전류의 증감에 따른 d축 레퍼런스전류 지령 및 q축 레퍼런스전류 지령과 토크의 증감을 예시한 도면이다.
도 6은 3상모터의 속도와 토크 요청량에 대한 d축 레퍼런스 신호의 크기 및 q축 레퍼런스 신호의 크기를 설정한 전류맵을 예시한 도면이다.
도 7은 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 스텝지령을 발생한 경우와 본 발명에서 제안한 방법으로 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호의 지령을 발생한 경우의 결과를 비교한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 약계자 제어방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a view showing a weak field control device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating current and voltage limits in a current plane.
3 is a view illustrating a maximum output voltage (V oB) that can change in size (oA V), the drive current is generated in the counter electromotive force of the addition according to the rotational speed of the three-phase motor (160).
4 is a diagram illustrating a change in the voltage limit line according to the change in the q-axis current (i q ) during the field weakening control.
5 is a diagram illustrating a d-axis reference current command and a q-axis reference current command and torque increase and decrease according to the increase and decrease of the q-axis current.
6 is a diagram illustrating a current map in which the magnitude of the d-axis reference signal and the magnitude of the q-axis reference signal are set for the speed and torque request amount of the three-phase motor.
FIG. 7 is a diagram comparing the results obtained when the step command is generated for the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal and when the commands for the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal are generated by the method proposed by the present invention. .
8 is a flowchart illustrating a method of controlling a field weakening according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the component of this invention, terms, such as 1st, 2nd, A, B, (a), (b), can be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected to or connected to that other component, but there may be another configuration between each component. It is to be understood that the elements may be "connected", "coupled" or "connected".

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약계자 제어장치(100)를 간략히 예시한 도면이다.1 is a view briefly illustrating the field weakening control device 100 according to an embodiment of the present invention.

3상모터(160)의 회전시 발생하는 유도기전력은 로터의 회전을 방해하는 방향으로 생기며, 이를 역기전력이라 한다. 이러한 역기전력은 로터 회전의 시간변화량에 비례하기 때문에 모터가 저속으로 회전하는 경우에는 그 발생량이 적어서 모터제어에 큰 영향을 미치지 않지만, 모터가 고속으로 회전하는 경우에는 발생하는 역기전력도 모터의 속도에 비례하여 커진다. 이렇게 크게 발생한 역기전력은 입력전압/전류로부터 원하는 모터 출력 속도 또는 출력을 얻을 수 없게 되며, 따라서 원하는 모터의 출력을 얻기 위해서는 입력 전압/전류를 변화시켜야 한다, 이때, 역기전력과 발생시키게 되는 자속과 반대되는 방향으로 역자속이 발생하도록 전류/전압을 인가하며, 이를 약계자 제어라 한다.Induction electromotive force generated during the rotation of the three-phase motor 160 is generated in a direction that hinders the rotation of the rotor, which is called a counter electromotive force. Since the counter electromotive force is proportional to the time variation of the rotor rotation, the amount of occurrence of the counter electromotive force is small when the motor rotates at a low speed, and thus does not significantly affect the motor control. However, the counter electromotive force generated when the motor rotates at a high speed is also proportional to the speed of the motor. It grows bigger. This large generated back EMF cannot obtain the desired motor output speed or output from the input voltage / current. Therefore, the input voltage / current must be changed to obtain the desired motor output, which is opposite to the back EMF and the generated magnetic flux. Current / voltage is applied to generate reverse magnetic flux in the direction, which is called field weakening control.

도 1에 예시하듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 약계자 제어장치(100)는 전류감지부(102), d-q변환부(110), 레퍼런스전류 발생부(120), 전류제어부(130), 역변환부(140), 구동전류발생부(150), 속도계산부(180) 및 위상감지부(190)를 포함하여 구성할 수 있다.As illustrated in FIG. 1, the field weakening controller 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a current detector 102, a dq converter 110, a reference current generator 120, and a current controller 130. The reverse converter 140, the driving current generator 150, the speed calculator 180, and the phase detector 190 may be configured.

전류감지부(102)는 3상모터(160)에 흐르는 전류를 감지한다.The current detector 102 detects a current flowing in the three-phase motor 160.

위상감지부(190)는 3상모터(160)의 위상을 감지한다.The phase detector 190 detects the phase of the three-phase motor 160.

d-q변환부(110)는 3상모터(160)에 입력되는 3상 전류의 크기를 d-q 변환하여 d축 전류성분 및 q축 전류성분으로 변환한다. d-q변환부(110)는 3상모터(160)에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부(102)로부터 3상의 전류의 크기(ia, ib, ic) 및 3상모터(160)의 위상을 감지하는 위상감지부(190)으로부터 위상각(θr)을 수신하여 d축 전류성분 및 q축 전류성분으로 변환한다.The dq converting unit 110 converts the magnitude of the three-phase current input to the three-phase motor 160 into dq and converts it into a d-axis current component and a q-axis current component. The dq converting unit 110 is a magnitude (i a , i b , i c ) of the three-phase current from the current sensing unit 102 for sensing the current flowing in the three-phase motor 160 and the phase of the three-phase motor 160. Receives the phase angle θ r from the phase detection unit 190 for detecting the conversion to the d-axis current component and q-axis current component.

속도계산부(180)는 3상모터(160)의 위상각(θr)을 수신하여 3상모터(160)의 속도를 계산한다.The speed calculator 180 calculates the speed of the three-phase motor 160 by receiving the phase angle θ r of the three-phase motor 160.

레퍼런스전류 발생부(120)는 하이브리드 차량에 대한 토크 요청량 및 속도계산부(180)가 3상모터(160)의 위상각(θr)을 수신하여 계산한 3상모터(160)의 속도를 수신하여 d축 레퍼런스 신호 및 q축 레퍼런스 신호를 발생하되, d축 레퍼런스 신호와 q축 레퍼런스 신호의 목표 크기에 도달하는 속도가 각각 다르도록 발생시킨다.The reference current generator 120 receives the speed of the three-phase motor 160 calculated by the torque request amount for the hybrid vehicle and the speed calculator 180 receiving the phase angle θ r of the three-phase motor 160. Thus, the d-axis reference signal and the q-axis reference signal are generated, but the speeds of reaching the target magnitudes of the d-axis reference signal and the q-axis reference signal are different.

하이브리드 자동차에 견인모터로 장착된 3상모터(160)는 엔진과 함께 회전하도록 장착되며, 하이브리드 자동차가 고속주행을 하는 경우에 3상모터(160)가 정격속도 이상의 고속회전을 하는 정출력 영역에서는 3상모터(160)에서 과도한 역기전력이 발생하여 엔진에 역방향 토크를 발생할 수 있으므로 레퍼런스전류 발생부(120)는 엔진에 역방향 토크가 발생하지 않도록 제어하기 위한 레퍼런스 전류를 발생시킨다. 레퍼런스전류 발생부(120)는 역기전력과 발생시키게 되는 자속과 반대되는 방향으로 3상모터(160)에 역자속이 발생하도록 레퍼런스 전류를 인가함으로써 약계자 제어를 수행할 수 있다.The three-phase motor 160 mounted as a traction motor in the hybrid vehicle is mounted to rotate together with the engine. Since excessive counter electromotive force may be generated in the three-phase motor 160 to generate reverse torque in the engine, the reference current generator 120 generates a reference current for controlling the reverse torque in the engine. The reference current generator 120 may perform weak field control by applying a reference current to generate the reverse magnetic flux to the three-phase motor 160 in a direction opposite to the counter electromotive force and the generated magnetic flux.

전류제어부(130)는 d-q변환부(110)로부터 수신한 d축 전류성분 및 q축 전류성분이 레퍼런스전류 발생부(120)로부터 수신한 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 추종하도록 d축 제어신호 및 q축 제어신호를 발생한다.The current controller 130 controls the d-axis current component and the q-axis current component received from the dq converter 110 to follow the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal received from the reference current generator 120. Generates an axis control signal and a q axis control signal.

역변환부(140)는 전류제어부(130)로부터 수신한 d축 제어신호 및 q축 제어신호를 3상 제어신호로 변환한다.The inverse converter 140 converts the d-axis control signal and the q-axis control signal received from the current controller 130 into a three-phase control signal.

구동전류발생부(150)는 역변환부(140)로부터 3상 제어신호(3상 PWM 게이트신호)를 수신하여 PWM제어를 통하여 스위칭을 제어하여 3상 전류를 발생하여 3상모터(160)를 구동한다.The driving current generator 150 receives the three-phase control signal (three-phase PWM gate signal) from the inverse converter 140 and controls the switching through PWM control to generate three-phase current to drive the three-phase motor 160. do.

3상모터(160)로부터 발생하는 출력전류의 크기는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The magnitude of the output current generated from the three-phase motor 160 may be represented by Equation 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

(단, id: d축 전류, iq: q축 전류, Iam: 구동전류발생부 최대출력전류)(However, i d : d-axis current, i q : q-axis current, I am : maximum output current of the drive current generator)

수학식 1에서 3상모터(160)의 출력전류는 구동전류발생부 최대출력전류(Iam)에 의해 제한될 수 있다.In Equation 1, the output current of the three-phase motor 160 may be limited by the driving current generator maximum output current I am .

3상모터(160)로부터 발생하는 역기전력의 크기는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.The magnitude of the counter electromotive force generated from the three-phase motor 160 may be represented by Equation 2.

Figure pat00002
Figure pat00002

(단, ω: 회전속도, ψo: 3상모터(160)의 전체 쇄교자속, ψa: 3상모터(160) 내의 자석에 의한 자속, Ld: d축 인덕턴스, Lq: q축 인덕턴스, id: d축 전류, iq: q축 전류, Vom: 3상모터의 최대 유기가능 전압)(Ω: rotational speed, ψ o : total linkage flux of the three-phase motor 160, ψ a : magnetic flux by the magnet in the three-phase motor 160, L d : d-axis inductance, L q : q-axis Inductance, i d : d-axis current, i q : q-axis current, V om : maximum induced voltage of three-phase motor)

수학식 2에서 3상모터(160)에 의해 발생하는 역기전력의 크기는 3상모터의 최대 유기전압(Vom)의 크기 이하로 제한되도록 제어된다. 여기서, 3상모터의 최대 유기전압(Vom)의 크기는 (구동전류발생부 최대출력전압 - 3상모터의 전압강하)의 값이 될 수 있다.In Equation 2, the magnitude of the counter electromotive force generated by the three-phase motor 160 is controlled to be limited to less than or equal to the maximum induced voltage V om of the three-phase motor. Here, the magnitude of the maximum induced voltage (V om ) of the three-phase motor may be a value of (maximum output voltage of the driving current generating unit-the voltage drop of the three-phase motor).

수학식 1과 수학식 2로 표현되는 허용가능한 최대전류와 구동전류발생부(150)에서 주어지는 최대 고정자 제한 전압은 dq평면 상에서 도 2와 같이 표현할 수 있다.The maximum allowable maximum current and the maximum stator limit voltage given by the driving current generator 150 represented by Equations 1 and 2 may be expressed as shown in FIG. 2 on the dq plane.

도 2에 도시한 바와 같이 전류평면에서 전류제한선은 원으로 나타나고, 전압제한선은 타원으로 나타난다.As shown in FIG. 2, the current limit line is represented by a circle in the current plane, and the voltage limit line is represented by an ellipse.

도 2에서 idA, idB 및 idC는 약계자 제어를 위한 d축 전류(id)의 크기의 예를 나타낸 것이고, d축 전류(id)의 크기는 전압제한원 내부에 이르도록 제어되어야 하며, 그 크기가 지나치게 커지면 약계자 제어에 의한 전력소모가 커지므로 적절한 크기로 제어되어야 한다.In FIG. 2, i dA , i dB and i dC show examples of the magnitude of the d-axis current i d for controlling the field weakening, and the magnitude of the d-axis current i d is controlled to reach inside the voltage limiting circle. If the size is too large, the power consumption by the field weakening increases, so it must be controlled to an appropriate size.

도 3은 3상모터(160)의 회전속도에 따른 역기전력의 크기의 변화(VoA), 구동전류발생부가 낼 수 있는 최대 출력 전압(VoB)을 도시한 도면이다.3 is a view illustrating a maximum output voltage (V oB) that can change in size (oA V), the drive current is generated in the counter electromotive force of the addition according to the rotational speed of the three-phase motor (160).

만약 모터(160)가 일정 토크 영역을 넘어선 일정 출력 영역으로 회전하고 있다면, 구동전류발생부(150)의 공급전압보다 역기전력의 전압이 커질 수 있으므로 역기전력에 의한 전류는 구동전류발생부 쪽으로 회생된다. 따라서, 이러한 회생 전류를 막기 위한 방법으로 약계자 제어가 사용되며, 역기전력을 줄일 수 있는 방법으로 계자 자속을 줄이는 방향으로 자계를 만들어 주는 방법을 사용한다. 따라서 d축 전류를 음의 방향으로 인가하였을 때 계자 자속을 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 그렇기 때문에 일정 출력 영역에서는 속도에 따라 d축 전류를 흘려주고 있어야 하는데, 만일, 모터(160)가 고속 회전 중(일정 출력 영역)이라면 d축 전류가 양의 방향으로 줄어들었다면 그 만큼의 역기전력이 커지는 효과가 나타난다.If the motor 160 is rotating to a certain output region beyond the predetermined torque region, the voltage of the counter electromotive force may be greater than the supply voltage of the driving current generator 150, so that the current by the counter electromotive force is regenerated toward the driving current generator. Therefore, field weakening control is used as a method for preventing such regenerative current, and a method of making a magnetic field in a direction of reducing field magnetic flux is used to reduce counter electromotive force. Therefore, when the d-axis current is applied in the negative direction, an effect of reducing the magnetic field flux can be obtained. Therefore, the d-axis current should flow in the constant output area according to the speed. If the motor 160 is rotating at high speed (constant output area), if the d-axis current decreases in the positive direction, the counter electromotive force increases. Effect.

3상모터(160)가 정격속도 이상으로 회전하는 경우에 발생하는 역기전력(Vo)의 크기를 감소시키기 위해서, 수학식 2를 참조하면 d축 전류(id)는 (-)의 크기로 증가시킨다. 만일 d축 전류(id)의 크기가 idA만큼의 크기라면 전류평면 상에서의 해당 위치는 전압제한선 밖의 점이 된다. 이 경우는 도 3에 나타낸 VoA와 같이 정격속도 이상에서 역기전력이 증가하는 특성을 나타낼 수 있다.In order to reduce the magnitude of the counter electromotive force (V o ) generated when the three-phase motor 160 rotates above the rated speed, referring to Equation 2, the d-axis current (i d ) increases to the size of (-). Let's do it. If the magnitude of d-axis current i d is as large as i dA, the corresponding position on the current plane is a point outside the voltage limit. In this case it can be characterized by the back electromotive force increases in the rated speed V oA as shown in Fig.

만일, 만일 d축 전류(id)의 크기가 idB만큼의 크기라면 전류평면 상에서의 해당 위치는 전압제한선 상의 점이 되므로, 역기전력의 크기가 3상모터의 최대 유기전압(Vom)의 크기로 발생하는 경우가 된다. 이는 도 3에 나타낸 VoB와 같이 정격속도 이상에서 역기전력의 크기가 최대 유기전압(Vom)을 갖는 특성을 나타낸다.If the magnitude of the d-axis current (i d ) is equal to i dB, the corresponding position on the current plane becomes a point on the voltage limit line, so the magnitude of the counter electromotive force is equal to the maximum induced voltage (V om ) of the three-phase motor. It happens. This shows the characteristic that the magnitude of the counter electromotive force has the maximum induced voltage (V om ) above the rated speed as shown in V oB shown in FIG. 3.

만일, 만일 d축 전류(id)의 크기가 idC만큼의 크기를 갖는다면 전류평면 상에서의 해당 위치는 전압제한선 내부의 점이 되므로, 역기전력의 크기가 3상모터의 최대 유기전압(Vom)의 크기 이하로 발생하는 경우가 된다. 이는 도 3에 나타낸 VoC와 같이 정격속도 이상에서 역기전력의 크기가 최대 유기전압(Vom) 이하로 감소하는 특성을 나타낸다.If the magnitude of the d-axis current i d is as large as i dC, the corresponding position on the current plane becomes the point inside the voltage limit line, so the magnitude of the counter electromotive force is the maximum induced voltage (V om ) of the three-phase motor. It may occur below the size of. This indicates the property that the magnitude of the counter electromotive force at the rated speed reduced below the maximum induced voltage (V om), such as V oC shown in Fig.

한편, 3상모터(160)에 의해 발생되는 토크(T)는 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.Meanwhile, the torque T generated by the three-phase motor 160 may be expressed as in Equation 3.

Figure pat00003
Figure pat00003

(단, Pn은 모터의 극수, ψa는 3상모터(160)의 쇄교자속, Ld: d축 인덕턴스, Lq: q축 인덕턴스, id: d축 전류, iq: q축 전류)(Where P n is the number of poles of the motor, ψ a is the linkage flux of the three-phase motor 160, L d : d-axis inductance, L q : q-axis inductance, i d : d-axis current, i q : q-axis electric current)

수학식 3에서 3상모터(160)의 토크(T)는 q축 전류(iq)의 크기에 비례함을 알 수 있으며, 수학식 2에서 q축 전류(iq)는 역기전력의 크기에 비례하므로 토크(T)는 역기전력의 크기에 비례함을 알 수 있다. 따라서, 역기전력의 크기 및 3상모터에서 발생하는 토크(T)의 크기를 제어하기 위해서는 q축 전류(iq)의 크기를 제어하여야 한다.It can be seen that the torque T of the three-phase motor 160 in Equation 3 is proportional to the magnitude of the q-axis current i q . In Equation 2, the q-axis current i q is proportional to the magnitude of the counter electromotive force. Therefore, it can be seen that the torque T is proportional to the magnitude of the counter electromotive force. Therefore, in order to control the magnitude of the counter electromotive force and the torque T generated in the three-phase motor, the magnitude of the q-axis current i q must be controlled.

도 2에서와 같이 d축 전류(id)가 idA만큼 흐르게 되면 도 3에서의 역기전력은 VoA와 같이 증가하게 되어 큰 회생전류가 흐를 수 있다. 따라서 레퍼런스전류 발생부(120)는 정출력 영역에서 d축 전류와 q축 전류를 제어하여 역기전력을 감소시킴과 동시에 토크를 제어함에 있어서 발생되는 각 축(d축, q축)의 레퍼런스 전류 지령 속도를 다르게 하여 안정적인 토크제어가 가능하도록 할 수 있다.As shown in FIG. 2, when the d-axis current i d flows by i dA , the counter electromotive force in FIG. 3 increases as V oA , so that a large regenerative current may flow. Therefore, the reference current generator 120 controls the d-axis current and the q-axis current in the constant output area to reduce the counter electromotive force and at the same time, the reference current command speed of each axis (d-axis, q-axis) generated in controlling the torque. Differently, it is possible to enable stable torque control.

도 4는 약계자 제어 시 q축 전류(iq)의 변화에 따른 전압제한선의 변화를 예시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a change in the voltage limit line according to the change in the q-axis current (i q ) during the field weakening control.

q축 전류(iq)가 증가하면 토크 및 역기전력의 크기가 증가한다. 이와 같이 역기전력의 크기가 증가하는 것은 모터(160)가 고속으로 회전하기 때문이다. 이렇게 모터(160)가 고속으로 회전하고 있을 때(일정 출력 영역)에 이미 모터(160)의 역기전력 전압은 구동전류발생부(150)의 출력 전압보다 높을 수 있다. 이 상태에서 약계자제어를 통하여 전동기에 토크를 가하려고 q축 전류를 더 인가하게 되면 q축 전류의 크기에 대한 역기전력 성분이 커지게 된다. 따라서 d축 전류도 함께 음의 방향으로 값을 키워야 한다. 따라서 전압제한원은 속도에 대하여 줄어들고 q축 전류의 증가분에 대하여도 줄어들게 되어(q축을 증가시킨다는 것은 현재 전동기 회전 속도를 높인다는 뜻과 같다.) d축과 q축을 동시에 크기를 늘려주면 불안정한 제어가 될 수도 있기 때문에 d축 전류를 먼저 증가시켜 주어 계자 자속을 감소시킨 후에 q축 전류를 증가시켜 제어한다.As the q-axis current i q increases, the magnitude of the torque and back EMF increases. The increase in the counter electromotive force is because the motor 160 rotates at a high speed. When the motor 160 is rotating at a high speed (constant output region), the counter electromotive force voltage of the motor 160 may be higher than the output voltage of the driving current generator 150. In this state, if the q-axis current is further applied to apply torque to the motor through field weakening control, the counter electromotive force component for the magnitude of the q-axis current increases. Therefore, the d-axis current must also be increased in the negative direction. Therefore, the voltage limiter decreases with speed and decreases with increase of q-axis current (increasing q-axis is equivalent to increasing the current motor rotation speed). Since the d-axis current is increased first, the magnetic flux is reduced, and then the q-axis current is increased to control.

따라서, 도 4의 A에서 q축 전류의 크기가 iq1에서 iq2로 증가하는 경우에, d축 전류(id)를 약 id2만큼 더 흘려주어야 한다. 하지만 d축 레퍼런스 전류의 지령속도가 q축 레퍼런스 전류의 지령속도보다 느리게 되면 그림 3에서와 같이 동작점이 전압제한선 밖에 위치하도록 d축 전류가 idA만큼 흐르는 상태가 되어 모터에서 큰 회생전류가 발생할 수 있다.Therefore, when the magnitude of the q-axis current increases from i q1 to i q2 in FIG. 4A, the d-axis current i d must be further flowed by about i d2 . However, if the command speed of the d-axis reference current is slower than the command speed of the q-axis reference current, as shown in Fig. 3, the d-axis current flows as much as i dA so that the operating point is located outside the voltage limit. have.

따라서, 레퍼런스전류 발생부(120)는 각 축의 레퍼런스전류 지령속도에 차이를 두어 큰 회생전류가 발생하지 않도록 각 축의 레퍼런스 전류를 발생시킨다. 만일, 도 4의 (A)와 같이 q축 전류를 증가시키고자 하는 경우에는 d축 레퍼런스 전류의 지령이 발생된 후에 q축 레퍼런스 전류지령을 발생시킨다. 즉, q축 레퍼런스전류의 크기가 q축 전류성분의 크기보다 큰 경우에, d축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도가 q축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도보다 빠르도록 발생할 수 있다. 구체적으로는 설명하면, q축 전류를 증가시키고자 하는 경우에 d축 레퍼런스 전류의 지령은 스텝(Step) 지령으로 발생시키고, q축 레퍼런스 전류의 지령은 램프(Ramp) 지령으로 발생시킬 수 있다. 여기서 램프 지령이란 토크 요청량 및 3상모터의 속도에 따라 설정될 수 있는 q축 레퍼런스전류 또는 d축 레퍼런스전류의 크기의 변화가 일정한 기울기를 갖는 것을 의미한다.Therefore, the reference current generator 120 generates the reference current of each axis so that a large regenerative current does not occur by varying the reference current command speed of each axis. If the q-axis current is to be increased as shown in Fig. 4A, the q-axis reference current command is generated after the command of the d-axis reference current is generated. That is, when the magnitude of the q-axis reference current is larger than that of the q-axis current component, it may occur so that the speed of reaching the target size of the d-axis reference current signal is faster than the speed of reaching the target size of the q-axis reference current signal. have. Specifically, in the case where the q-axis current is to be increased, the command of the d-axis reference current can be generated by the step command, and the command of the q-axis reference current can be generated by the ramp command. Here, the ramp command means that a change in the magnitude of the q-axis reference current or the d-axis reference current that can be set according to the torque request amount and the speed of the three-phase motor has a constant slope.

반대로, 만일, 도 4의 (B)와 같이 q축 전류를 감소시키고자 하는 경우에는 q축 레퍼런스전류의 지령이 발생된 후에 d축 레퍼런스전류 지령을 발생시킨다. 즉, q축 레퍼런스전류의 크기가 q축 전류성분의 크기보다 작은 경우에, q축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도가 d축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도보다 빠르도록 발생할 수 있다. 예를 들어, q축 전류를 감소시키고자 하는 경우에 q축 레퍼런스 전류의 지령은 스텝 지령으로 발생시키고, d축 레퍼런스 전류의 지령은 램프 지령으로 발생시킴으로써 큰 회생전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 여기서 d축 레퍼런스 전류에 대하여 램프 지령이 발생함으로 인해 토크 요청량에 따른 목표 크기에 도달하기까지 d축 레퍼런스 전류의 크기의 변화가 일정한 기울기를 갖는다.On the contrary, if the q-axis current is to be reduced as shown in FIG. 4B, the d-axis reference current command is generated after the command of the q-axis reference current is generated. That is, when the magnitude of the q-axis reference current is smaller than that of the q-axis current component, it may occur so that the speed of reaching the target size of the q-axis reference current signal is faster than the speed of reaching the target size of the d-axis reference current signal. have. For example, when the q-axis current is to be reduced, the command of the q-axis reference current is generated by the step command, and the command of the d-axis reference current is generated by the ramp command, thereby preventing the large regenerative current from occurring. . Here, since the ramp command is generated for the d-axis reference current, the change in the magnitude of the d-axis reference current has a constant slope until the target magnitude is reached according to the torque request amount.

전류제어부(130)는 d-q변환부(110)로부터 수신한 d축 전류성분 및 q축 전류성분이 레퍼런스전류 발생부(120)로부터 수신한 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 추종하도록 d축 제어신호 및 q축 제어신호를 발생하며, 전류제어부(130)가 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 추종하도록 d축 제어신호 및 q축 제어신호를 발생하는 방법으로는 PI 제어 등 다양한 방법을 사용할 수 있다.The current controller 130 controls the d-axis current component and the q-axis current component received from the dq converter 110 to follow the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal received from the reference current generator 120. An axis control signal and a q-axis control signal are generated, and the d-axis control signal and the q-axis control signal are generated so that the current controller 130 follows the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal. Various methods can be used.

역변환부(140)는 전류제어부(130)로부터 수신한 d축 제어신호 및 q축 제어신호를 3상 제어신호로 변환하고, 구동전류발생부(150)는 역변환부(140)로부터 3상 PWM 게이트신호를 받아 스위칭하여 3상모터(160)에 3상전류를 인가한다.The inverse converter 140 converts the d-axis control signal and the q-axis control signal received from the current controller 130 into a three-phase control signal, and the driving current generator 150 converts the three-phase PWM gate from the inverse converter 140. It receives a signal and switches to apply a three-phase current to the three-phase motor 160.

도 5에 도시한 바와 같이, q축 전류의 증감에 따른 d축 레퍼런스전류 지령 및 q축 레퍼런스전류 지령 방법이 달라질 수 있으며, q축 전류의 증감에 따라 모터에 의해 발생되는 토크의 증감이 발생한다.As shown in FIG. 5, the d-axis reference current command and the q-axis reference current command method may vary according to the increase or decrease of the q-axis current, and the increase or decrease of the torque generated by the motor occurs according to the increase or decrease of the q-axis current. .

도 6은 3상모터(160)의 속도와 토크 요청량에 대한 d축 레퍼런스 신호의 크기 및 q축 레퍼런스 신호의 크기를 설정한 전류맵을 예시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a current map in which the magnitude of the d-axis reference signal and the magnitude of the q-axis reference signal are set for the speed and torque request amount of the three-phase motor 160.

레퍼런스전류 발생부(120)는 감지된 3상모터(160)의 속도와 토크 요청량에 대한 d축 레퍼런스 신호의 크기(즉, 목표 크기) 및 q축 레퍼런스 신호의 크기(즉, 목표 크기)를 설정한 전류맵을 참조하여 d축 레퍼런스 신호 및 q축 레퍼런스 신호를 발생한다. 만일 수신한 속도의 값이 ω1, ω2 와 같은 전류맵 상의 리스트에 존재하지 않는 값인 경우와, 토크 요청량이 T1, T2, T3와 같은 전류맵 상의 리스트에 존재하지 않는 값인 경우에는 보간법을 사용하여 d축 레퍼런스 신호 및 q축 레퍼런스 신호를 발생할 수 있다. 예를 들어, 전류맵상에서, 속도가 ω1일 때 토크 요청량이 T1(예컨대 2)인 경우 (id, iq) 레퍼런스 값이 각각 (3, 4)이고, 속도가 ω1일 때 토크 요청량이 T2(예컨대 3)인 경우 (id, iq) 레퍼런스 값이 각각 (5, 6)이라면, 속도가 ω1일 때 입력된 토크 요청량이 2.5(즉, T1과 T2의 중간값)라면 (id, iq) 레퍼런스 값 (3, 4)와 (5,6)을 보간하여 (id, iq) 레퍼런스 값으로 ((3+5)/2, (4+6)/2), 즉 (4,5)를 출력할 수 있다.The reference current generator 120 may determine the magnitude of the d-axis reference signal (ie, target size) and the magnitude of the q-axis reference signal (ie, target size) of the detected speed and torque of the three-phase motor 160. The d-axis reference signal and the q-axis reference signal are generated with reference to the set current map. If the value of the received speed is a value that does not exist in the list on the current map such as ω 1 , ω 2, and the torque request amount does not exist in the list on the current map such as T 1 , T 2 , T 3 Interpolation can be used to generate the d-axis reference signal and the q-axis reference signal. For example, on the current map, when the torque request amount is T 1 (e.g. 2) when the speed is ω 1 , the (id, iq) reference values are (3, 4), respectively, and the torque request amount when the speed is ω 1 For T 2 (e.g. 3), if the (id, iq) reference values are (5, 6), respectively, if the torque request amount entered at speed ω 1 is 2.5 (i.e., the intermediate value between T 1 and T 2 ) ( id, iq) Interpolates the reference values (3, 4) and (5,6) to ((3,5) / 2, (4 + 6) / 2), i.e. (4, 5) can be output.

도 7은 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 스텝지령을 발생한 경우와 본 발명에서 제안한 방법으로 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호의 지령을 발생한 경우의 결과를 비교한 도면이다.FIG. 7 is a diagram comparing the results obtained when the step command is generated for the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal and when the commands for the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal are generated by the method proposed by the present invention. .

도 7의 (A)에서와 같이 d축 레퍼런스전류(id *) 신호 및 q축 레퍼런스전류(iq *) 신호를 스텝지령을 발생한 경우(점선으로 된 사각형 부분) 모터에 발생하는 3상전압의 크기는 불안정하게 크기가 변하는 등 제어가 제대로 이루어지지 않은 모습을 보이고, 도 7의 (B)에서처럼 q축 레퍼런스전류(iq *) 신호를 스텝지령을 발생하고 d축 레퍼런스전류(id *) 신호를 램프지령을 발생한 경우 모터에 발생하는 3상전압의 크기는 안정적으로 그 크기가 변하는 모습을 보임을 알 수 있다.As shown in FIG. 7A, a three-phase voltage generated in a motor when a step command is generated for the d-axis reference current (i d * ) signal and the q-axis reference current (i q * ) signal is generated (dotted square portion). The size of is unstable and the control is not properly performed. As shown in (B) of FIG. 7, a step command is generated for the q-axis reference current (i q * ) signal and the d-axis reference current (i d * is generated. ) It can be seen that the magnitude of the three-phase voltage generated in the motor stably changes when the lamp command is issued.

한편, 여기서 3상모터(160)는 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) 또는 SMPM(Surface-Mounted ermanent Magnet) 모터일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.Meanwhile, the three-phase motor 160 may be an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) or a surface-mounted ermanent magnet (SMPM) motor, but the present invention is not limited thereto.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 약계자 제어방법을 나타낸 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of controlling a field weakening according to an embodiment of the present invention.

도 8에 예시하듯이, 3상모터의 토크를 제어하기 위한 약계자 제어방법은, 3상모터(160)에 입력되는 3상 전류의 크기를 d-q 변환하여 d축 전류성분 및 q축 전류성분으로 변환하는 d-q좌표변환단계(S810), 토크 요청량 및 3상모터(160)의 속도를 수신하여 토크 요청량 및 3상모터(160)의 속도에 따른 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 발생하되, 토크 요청량 및 3상모터(160)의 속도에 따른 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호가 제어목표 크기에 도달하는 속도가 각각 서로 다르도록 발생시키는 레퍼런스전류 발생단계(S820), d축 전류성분 및 q축 전류성분이 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 추종하도록 d축 제어신호 및 q축 제어신호를 발생하는 전류제어단계(S830), d축 제어신호 및 q축 제어신호를 3상 제어신호로 변환하는 역변환단계(S840) 및 3상 제어신호의 제어에 의해 3상 전류를 발생하는 단계(S850)를 포함한다.As illustrated in FIG. 8, in the field weakening control method for controlling torque of a three-phase motor, dq-converting the magnitude of the three-phase current input to the three-phase motor 160 to a d-axis current component and a q-axis current component. The dq coordinate conversion step (S810) to convert, receives the torque request amount and the speed of the three-phase motor 160, the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal according to the torque request amount and the speed of the three-phase motor 160 Generating a reference current generating step so that the speed at which the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal reach the control target magnitude is different from each other according to the torque request amount and the speed of the three-phase motor 160 (S820). ), a current control step (S830) of generating a d-axis control signal and a q-axis control signal such that the d-axis current component and the q-axis current component follow the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal, the d-axis control signal and Convert q-axis control signal to 3-phase control signal Under the control of the inverse transform step (S840) and the three-phase control signal and a step (S850) for generating a three-phase current.

여기서, d-q좌표변환단계(S810)는 d-q변환부(110)의 동작에, 레퍼런스전류 발생단계(S820)는 레퍼런스전류 발생부(120)의 동작에, 전류제어단계(S830)는 전류제어부(130)의 동작에, 역변환단계(S840)는 역변환부(140)의 동작에, 3상 전류를 발생하는 단계(S850)는 구동전류발생부(150)의 동작에 각각 대응되므로 상세한 설명은 생략한다.Here, the dq coordinate conversion step (S810) is performed by the operation of the dq converter 110, the reference current generation step (S820) is operated by the reference current generator 120, and the current control step (S830) is the current controller 130. ), The inverse conversion step (S840) corresponds to the operation of the inverse conversion unit 140, and the step (S850) of generating a three-phase current corresponds to the operation of the driving current generation unit 150, and thus, detailed description thereof will be omitted.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.In the above description, all elements constituting the embodiments of the present invention are described as being combined or operating in combination, but the present invention is not necessarily limited to the embodiments. In other words, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively operated in combination with one or more.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is also to be understood that the terms such as " comprises, "" comprising," or "having ", as used herein, mean that a component can be implanted unless specifically stated to the contrary. But should be construed as including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Terms commonly used, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted to coincide with the contextual meaning of the related art, and shall not be construed in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 하이브리드 차량의 구동모터에 대한 d-q 전류제어시 d축 레퍼런스 신호 및 q축 레퍼런스 신호를 발생하되 d축 레퍼런스 신호와 q축 레퍼런스 신호의 발생속도를 각각 다르도록 발생시킴으로써 안정적으로 모터에 대한 토크제어를 하도록 하는 효과를 발생하는 유용한 발명이다.As described above, the present invention generates a d-axis reference signal and a q-axis reference signal during dq current control of a drive motor of a hybrid vehicle, but generates stable values by generating different d-axis reference signals and q-axis reference signals. This is a useful invention that generates the effect of the torque control for the motor.

Claims (17)

3상모터의 토크를 제어하기 위한 약계자 제어장치에 있어서,
상기 3상모터에 입력되는 3상 전류의 크기를 d-q 변환하여 d축 전류성분 및 q축 전류성분으로 변환하는 d-q좌표변환부;
토크 요청량 및 상기 3상모터의 속도를 수신하여 상기 토크 요청량 및 상기 속도에 따른 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 발생하되, 상기 토크 요청량 및 상기 속도에 따른 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호가 목표 크기에 도달하는 속도가 각각 서로 다르도록 발생시키는 레퍼런스전류 발생부;
상기 d축 전류성분 및 상기 q축 전류성분이 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호를 추종하도록 d축 제어신호 및 q축 제어신호를 발생하는 전류제어부;
상기 d축 제어신호 및 상기 q축 제어신호를 3상 제어신호로 변환하는 역변환부; 및
상기 3상 제어신호의 제어에 의해 3상 전류를 발생하는 구동전류발생부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어장치.In the field weakening controller for controlling the torque of a three-phase motor,
A dq coordinate conversion unit for converting the magnitude of the three-phase current input to the three-phase motor into dq and converting it into a d-axis current component and a q-axis current component;
Receives the torque request amount and the speed of the three-phase motor to generate a d-axis reference current signal and a q-axis reference current signal according to the torque request amount and the speed, wherein the d-axis reference according to the torque request amount and the speed A reference current generator for generating a current signal and a speed at which the q-axis reference current signal reaches a target magnitude are different from each other;
A current controller for generating a d-axis control signal and a q-axis control signal such that the d-axis current component and the q-axis current component follow the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal;
An inverse conversion unit converting the d-axis control signal and the q-axis control signal into a three-phase control signal; And
Drive current generation unit for generating a three-phase current by the control of the three-phase control signal
Weak field controller, characterized in that it comprises a. 제1항에 있어서,
상기 레퍼런스전류 발생부는,
상기 토크 요청량 및 상기 속도에 대한 상기 d축 레퍼런스전류 신호의 크기 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호의 크기를 설정한 전류맵을 참조하여 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어장치.The method of claim 1,
The reference current generator,
The d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal are generated by referring to a current map that sets the magnitude of the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal with respect to the torque request amount and the speed. Weak field controller, characterized in that. 제2항에 있어서, 상기 레퍼런스전류 발생부는,
상기 q축 레퍼런스전류의 크기가 상기 q축 전류성분의 크기보다 큰 경우에,
상기 d축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도는 상기 q축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도보다 빠르도록 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어장치.The method of claim 2, wherein the reference current generating unit,
When the magnitude of the q-axis reference current is larger than that of the q-axis current component,
And the speed of reaching the target size of the d-axis reference current signal is faster than the speed of reaching the target size of the q-axis reference current signal. 제3항에 있어서, 상기 레퍼런스전류 발생부는,
상기 d축 레퍼런스전류 신호는 스텝지령으로 발생하고,
상기 q축 레퍼런스전류 신호는 램프지령으로 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어장치.The method of claim 3, wherein the reference current generating unit,
The d-axis reference current signal is generated by a step command,
And the q-axis reference current signal is generated by a ramp command. 제2항에 있어서, 상기 레퍼런스전류 발생부는,
상기 q축 레퍼런스전류의 크기가 상기 q축 전류성분의 크기보다 작은 경우에,
상기 q축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도는 상기 d축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도보다 빠르도록 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어장치.The method of claim 2, wherein the reference current generating unit,
When the magnitude of the q-axis reference current is smaller than that of the q-axis current component,
And the speed of reaching the target size of the q-axis reference current signal is faster than the speed of reaching the target size of the d-axis reference current signal. 제5항에 있어서, 상기 레퍼런스전류 발생부는,
상기 q축 레퍼런스전류 신호는 스텝지령으로 발생하고,
상기 d축 레퍼런스전류 신호는 램프지령으로 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어장치.The method of claim 5, wherein the reference current generating unit,
The q-axis reference current signal is generated by a step command,
And the d-axis reference current signal is generated by a ramp command. 제2항에 있어서,
상기 토크 요청량 또는 상기 속도가 상기 전류맵 상에 리스트에 없는 경우에는 보간법을 사용하여 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어장치.The method of claim 2,
And the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal are generated using an interpolation method when the torque request amount or the speed is not on the list on the current map. 제1항에 있어서,
상기 3상모터에서 발생하는 역기전력의 크기는,
상기 3상모터의 최대 유기전압의 크기 이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 약계자 제어장치.The method of claim 1,
The magnitude of the counter electromotive force generated in the three-phase motor,
Weak field control device characterized in that limited to less than the magnitude of the maximum induced voltage of the three-phase motor. 제1항에 있어서,
상기 3상모터는 IPMSM인 것을 특징으로 하는 약계자 제어장치.The method of claim 1,
The three-phase motor is weak field control device, characterized in that the IPMSM. 3상모터의 토크를 제어하기 위한 약계자 제어방법에 있어서,
상기 3상모터에 입력되는 3상 전류의 크기를 d-q 변환하여 d축 전류성분 및 q축 전류성분으로 변환하는 d-q좌표변환단계;
토크 요청량 및 상기 3상모터의 속도를 수신하여 상기 토크 요청량 및 상기 속도에 따른 d축 레퍼런스전류 신호 및 q축 레퍼런스전류 신호를 발생하되, 상기 토크 요청량 및 상기 속도에 따른 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호가 목표 크기에 도달하는 속도가 각각 서로 다르도록 발생시키는 레퍼런스전류 발생단계;
상기 d축 전류성분 및 상기 q축 전류성분이 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호를 추종하도록 d축 제어신호 및 q축 제어신호를 발생하는 전류제어단계;
상기 d축 제어신호 및 상기 q축 제어신호를 3상 제어신호로 변환하는 역변환단계; 및
상기 3상 제어신호의 제어에 의해 3상 전류를 발생하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어방법.In the field weakening control method for controlling the torque of a three-phase motor,
A dq coordinate conversion step of converting the magnitude of the three-phase current input to the three-phase motor into a d-axis current component and a q-axis current component;
Receives the torque request amount and the speed of the three-phase motor to generate a d-axis reference current signal and a q-axis reference current signal according to the torque request amount and the speed, wherein the d-axis reference according to the torque request amount and the speed A reference current generation step of generating a current signal and a speed at which the q-axis reference current signal reaches a target magnitude are different from each other;
A current control step of generating a d-axis control signal and a q-axis control signal such that the d-axis current component and the q-axis current component follow the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal;
An inverse conversion step of converting the d-axis control signal and the q-axis control signal into a three-phase control signal; And
Generating a three-phase current by controlling the three-phase control signal
Weak field control method comprising a. 제10항에 있어서,
상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호는,
상기 토크 요청량 및 상기 속도에 대한 상기 d축 레퍼런스전류 신호의 크기 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호의 크기를 설정한 전류맵을 참조하여 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어방법.The method of claim 10,
The d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal,
And the magnitude map of the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal with respect to the torque request amount and the speed. 제11항에 있어서,
상기 q축 레퍼런스전류의 크기가 상기 q축 전류성분의 크기보다 큰 경우에,
상기 d축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도는 상기 q축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도보다 빠르도록 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어방법.The method of claim 11,
When the magnitude of the q-axis reference current is larger than that of the q-axis current component,
And the speed of reaching the target size of the d-axis reference current signal is faster than the speed of reaching the target size of the q-axis reference current signal. 제12항에 있어서,
상기 d축 레퍼런스전류 신호는 스텝지령으로 발생하고,
상기 q축 레퍼런스전류 신호는 램프지령으로 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어방법.The method of claim 12,
The d-axis reference current signal is generated by a step command,
And the q-axis reference current signal is generated by a ramp command. 제11항에 있어서,
상기 q축 레퍼런스전류의 크기가 상기 q축 전류성분의 크기보다 작은 경우에,
상기 q축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도는 상기 d축 레퍼런스전류 신호의 목표크기에 도달하는 속도보다 빠르도록 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어방법.The method of claim 11,
When the magnitude of the q-axis reference current is smaller than that of the q-axis current component,
And the speed of reaching the target size of the q-axis reference current signal is faster than the speed of reaching the target size of the d-axis reference current signal. 제14항에 있어서,
상기 q축 레퍼런스전류 신호는 스텝지령으로 발생하고,
상기 d축 레퍼런스전류 신호는 램프지령으로 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어방법.The method of claim 14,
The q-axis reference current signal is generated by a step command,
And the d-axis reference current signal is generated by a ramp command. 제11항에 있어서,
상기 토크 요청량 또는 상기 속도가 상기 전류맵 상에 리스트에 없는 경우에는 보간법을 사용하여 상기 d축 레퍼런스전류 신호 및 상기 q축 레퍼런스전류 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 약계자 제어방법.The method of claim 11,
And the d-axis reference current signal and the q-axis reference current signal are generated by using interpolation when the torque request amount or the speed is not on the list on the current map. 제10항에 있어서,
상기 3상모터에서 발생하는 역기전력의 크기는,
상기 3상모터의 최대 유기전압의 크기 이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 약계자 제어방법.The method of claim 10,
The magnitude of the counter electromotive force generated in the three-phase motor,
Weak field control method characterized in that limited to less than the maximum induced voltage of the three-phase motor.
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