KR20140057809A

KR20140057809A - 모터의 위치센서 보상 제어방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20140057809A
Application number: KR1020120124022A
Authority: KR
Inventors: 임태완
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2014-05-14

Abstract

본 발명은 모터 위치센서 보상 제어방법에 관한 것으로서, 모터 위치센서 보상제어기(30)의 오차값(Vo)을 영(zero)으로 설정하는 영(zero) 전류 제어와 전류 제어기(50)의 출력값(Vd_ref)을 피드백을 실행하고, 상기 오차값(Vo)과 비교하여 산출된 에러값(Ve)에 대한 비례·적분제어를 실행하여 산출된 보상지령값(Vr)을 실측정값(Vs)에 보상하여 오차가 보상된 위치센서보상값(Vsr)을 산출함으로써, 오차 보상값 출력을 가변 제어하여 보상 응답시간을 거의 동일하게 할 수 있고, 모터 세트간 동일한 토크 출력을 안정적으로 유지할 수 있으며, 토크 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있는 모터 위치센서 보상 제어방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

모터의 위치센서 보상 제어방법 및 시스템{Position error calculating method in motor and system for that same}

본 발명은 모터 회전자의 위치센서 측정값을 보상하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 회전자의 위치센서 측정값의 오차를 보상하여 인버터의 모터 제어에 필요한 출력 전압을 정확하게 인가할 수 있도록 하는 위치센서 측정값의 오차 보상 방법 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 모터 구동을 위한 인버터의 제어는 모터로 출력되는 전류 제어를 통해 지령 토크를 추종하는 제어를 행하게 된다.

이를 위해 모터로 출력되는 전류 정보 및 모터 회전자의 위치 정보는 모터로 출력되는 전류제어에 필수적인 요소이다.

그러나, 모터의 동작은 감겨져 있는 권선 수나 권선의 굵기 등으로 인한 제품의 오랜 사용으로 모터의 동작상태가 가변 되어 원하는 상태로 모터의 동작을 제어할 수 없게 되는 문제점이 있다.

또한, 모터에 회전자 위치센서를 사용하는 경우, 모터에 장착되어 있는 위치센서는 오랜 사용으로 정확한 위치에 장착되지 않고 가변되므로, 이러한 기구적인 장착 오차 및 센서 자체의 편차 때문에 모터의 전류제어 수행시 토크 오차가 발생하거나, 전류제어 자체가 불능이 되는 등 제어의 성능을 떨어뜨리는 원인이 된다.

따라서, 인버터의 동작 실행 전에 모터에 장착된 위치센서에 의한 측정값을 소프트웨어를 통해 보상하는 알고리즘이 필수적으로 요구된다.

도 1은 종래의 인버터 출력 전류 보상 시스템에서 위치센서 보상 동작의 제어 흐름을 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 상위 제어기가 위치센서 보상 모드라고 판단하여 제어가 시작되면, 위치센서의 튜닝을 완료하고(S11), 현재의 센서로부터 받은 실측정값에 보상값을 가산하는 단계(12)와, 모터의 상 전류를 축변환하고(S13), 위치센서 보상제어기의 오차지령을 영(zero) 으로 설정하는 영(zero)전류 제어단계(S14)와, 전류 제어기의 출력값을(Vd_ref) 출력하는 단계(S15)와, 상기 출력값을 축변환시켜(S16) 인버터로 출력하는 단계(S17)와, 상기 출력값(Vd_ref)과 기준값을 비교하여 일정값을 감소시키거나 증가시켜 위치센서 보상값을 산출하는 단계(S18)와, 상기 출력값(Vd_ref)과 위치센서 보상값을 축변환과 영(zero)전류 제어를 반복하여 피드백하는 단계(S13 ~ S14) 및 상기 위치센서 보상값이 일정시간 설정범위 내에 있는 경우 현재의 위치센서 보상값 확정 후 위치센서 보상 모드를 종료하도록 제어된다.

이러한 종래의 기술은 위치센서 오차 보상 시, 보상 모드로 진입해서 OA전류 지령으로 제어를 수행하고, 전류 제어기의 출력값(Vd_ref)이 기준값 범위를 벗어나는 경우 미리 정해진 일정한 조정값을 단순 가감하도록 구성된다.

하지만, 출력 전압이 기준값 범위를 벗어남에 따라, 단순히 조정값을 가감하는 것 만으로는, 센서 장착 편차가 큰 경우 보상모드 완료까지 수행시간이 길어지거나, 보상 자체가 되지 않는 경우가 발생하는 문제점이 있다.

또한, 출력 전압이 기준값 범위에 수렴된 경우에도 항상 편차를 가지게 되어, 전류 제어 수행 시 토크 오차가 발생되고 이로 인해 제어 성능이 저하되는 문제점이 있다.

JP2002-200800

이에, 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 위치센서 장착 편차가 큰 경우에 위치센서 보상 완료까지 수행시간이 길어지거나, 보상 자체가 되지 않는 경우를 방지하도록 하고, 전류 제어기의 출력 전압을 미리 정해진 기준치가 아닌 신규의 알고리즘을 적용하여, 오차 보상의 정밀성을 높일 수 있는 모터의 위치센서 보상 제어방법 및 시스템을 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모터 위치센서 보상 제어방법에 따르면, 모터 위치센서를 이용하여 모터의 위상을 측정하여 실측정값을 검출하는 단계와, 상기 위치센서로부터 측정된 실측정값의 오차값을 특정값으로 설정하는 영(zero) 전류 제어단계와, 상기 위치센서로부터 측정된 실측정값에 임의로 정한 보상값을 더하여 산출된 출력값을 상기 오차값과 비교하여 에러값을 계산하는 에러값 산출단계와, 상기 에러값에 대한 비례·적분제어를 실행하여 보상지령값을 산출하는 비례·적분 제어단계와, 상기 보상지령값을 상기 실측정값에 보상하여 위치센서보상값을 산출하는 위치센서보상값 출력단계를 포함한다.

상기 비례·적분제어단계에서는 적분값 과다 누적에 의한 응답 지연 방지를 위한 적분 제한을 행하는 적분제한단계를 포함한다.

상기 비례·적분제어단계에서는 비례·적분제어기의 보상지령값을 제한하는 출력제한단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 모터 위치 센서 보상 제어 시스템에 따르면, 모터와, 상기 모터의 위상을 측정하여 실측정값을 검출하는 위치센서와, 상기 위치센서로부터 측정된 실측정값의 오차값을 특정값으로 설정하고, 상기 전류 제어기로부터 출력값을 전송받아 상기 오차값과 비교하여 에러값을 계산하고, 상기 에러값에 대한 비례·적분제어를 실행하여 보상지령값을 산출하며, 상기 보상지령값을 상기 실측정값에 보상하여 위치센서보상값을 산출하는 위치센서 보상 제어기를 포함한다.

상기 위치센서 보상 제어기는 모터 위치센서의 실측정값에 임의의 보상값을 합하여 산출된 보조출력값을 축변환하여 출력하는 전류 제어기와, 상기 위치센서의 오차값을 영(zero)으로 설정하고, 상기 전류 제어기로부터 출력된 보조출력값을 상기 위치센서의 오차값에 비교하여 그 편차를 에러값으로 출력하는 에러값 산출부와, 상기 에러값 산출부로부터 출력된 에러값에 대해 비례·적분 제어를 실행하여 위치센서의 보상지령값을 산출하는 비례·적분기와, 상기 비례·적분기를 통해 출력된 보상지령값을 위치센서로 측정된 실측정값에 보상하여 위치센서보상값을 산출하는 위치센서보상값산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전류 제어기는 상기 비례·적분기에 의해 산출된 보상지령값을 축변환과, 영(zero)전류 제어를 반복하여 피드백시키는 것을 특징으로 한다.

상기 비례·적분기는 적분값 과다 누적에 의한 응답 지연 방지를 위해 적분을 제한하고, 상기 보상지령값의 출력을 제한하는 제한기를 더 포함한다.

이러한 본 발명의 모터 위치센서 보상 제어방법 및 위치센서 보상 시스템에 따르면, 위치센서 오차 자체를 영(zero)으로 추종하는 위치센서 오차 보상을 실행함으로써, 초기 센서 오차값이 큰 경우에도 오차 보상값 출력을 가변 제어하여 보상 응답시간을 거의 동일하게 할 수 있으며, 위치 센서 보상 오차를 적분 제어함에 따라 위치센서의 정상 상태 편차를 영(zero)으로 조절이 가능하다.

또한, 모터 세트마다 다른 위치 센서 편차를 정확하게 보상하여 모터 세트간 동일한 토크 출력을 안정적으로 유지할 수 있으며, 이를 통해 모터 토크 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래의 모터 위치센서 보상 동작의 흐름을 나타낸 순서도
도2는 본 발명의 위치센서 보상 시스템이 포함된 전체 모터 제어 시스템을 나타낸 구성도.
도3은 본 발명의 위치센서 보상 제어를 위한 알고리즘을 나타낸 블록도.
도4는 본 발명의 위치센서 보상 제어를 단계별로 나타낸 순서도.
도5는 본 발명의 위치센서 보상 제어 동작의 순서를 나타낸 순서도.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도2는 본 발명의 위치센서 보상 시스템이 포함된 전체 모터 제어 시스템의 구성을 나타낸 것으로, 이하의 도면에서 나타낸 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

도시된 바와 같이, 모터 제어 시스템에서는 전원 공급에 의해 동작되는 모터(2)와, 상기 모터(2)에 동작 전원을 인가하는 인버터(1)와, 상기 모터(2)의 회전자 위상을 검출하는 위치센서(12)와, 상기 모터(2)의 전류를 측정하는 전류센서(22)와, 상기 위치센서(12)의 측정값을 보상하는 위치센서보상제어기(30)와, 상기 위치센서보상제어기(30)의 출력값과 상기 전류센서(22)의 측정값을 처리하는 축변환기(40) 및 전류제어기(50)와, 전체 시스템을 제어하는 상위 제어기(60)가 포함된다.

본 발명에 따른 모터 위치센서 보상 시스템은 상기 모터(2)에 설치된 위치센서(12)로부터 전송된 실측정값(Vs)을 전송 받아서 분석 처리하여 위치센서보상값(Vsr)을 산출하고, 이를 모터(2)의 출력을 제어하는데 사용되도록 출력하는 상기 위치센서 보상 제어기(30)와 관련된다.

도3은 본 발명의 위치센서 보상 제어를 위한 알고리즘을 나타낸 것으로서, 본 발명에 따른 모터 위치센서 보상 시스템을 구체적으로 설명하면,

도시된 바와 같이, 상기 위치센서 보상 제어기(30)는 전류 제어기(31)와, 에러값 산출부(33)와, 비례·적분기(35)와, 위치센서보상값산출부(37)로 구성될 수 있다.

상기 전류 제어기(31)는 모터 위치센서로부터 실측정값(Vs)을 전송 받고, 상기 실측정값(Vs)에 임의의 보상값(Va)을 합하여 출력값으로 산출하며, 상기 출력값에 축변환 전류지령을 영(zero)으로 설정하는 제어를 실행하여 변환된 보조출력값(Vd_ref)을 출력한다.

상기 에러값 산출부(33)는 상기 위치센서의 실측정값(Vs)의 오차값을 영(zero)으로 설정하고, 상기 전류 제어기(31)로부터 출력된 보조출력값(Vd_ref)을 상기 오차값(Vo)에 비교하여 얻어진 편차를 에러값(Ve)으로 출력한다.

상기 비례·적분기(35)는 상기 에러값 산출부(33)로부터 출력된 에러값(Ve)에 대해 비례·적분 제어를 실행하여 위치센서의 보상지령값(Vr)을 산출한다.

상기 비례·적분기(35)는 적분값의 과다 누적에 의한 응답 지연을 방지하기 위해 적분을 제한하고, 보상지령값(Vr)의 과다출력을 제한하는 제한기(35)가 더 포함된다.

상기 전류 제어기(31)에서는 비례·적분기(35)에 의해 산출된 보상지령값(Vr)을 반복해서 축변환과 영(zero)전류 제어를 반복하여, 측정값을 피드백한다.

상기 위치센서보상값산출부(37)는 상기 위치센서에서 측정된 실측정값(Vs)을 전송 받아, 상기 실측정값(Vs)에 상기 비례·적분기(35)를 통해 출력된 보상지령값(Vr)을 보상하여 위치센서보상값(Vsr)을 산출하여 출력한다.

도 4는 본 발명의 위치센서 보상 제어를 단계별로 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 모터 위치센서 보상제어기(30)의 오차값(Vo)을 영(zero) 으로 설정하는 영(zero)전류 제어단계(S31)와, 전류 제어기(50)의 출력값(Vd_ref)을 피드백 하여, 상기 오차값(Vo)과 비교하여 에러값(Ve)을 계산하는 에러값산출단계(S32)와, 상기 에러값(Ve)에 대한 비례·적분제어를 실행하여 위치센서 보상제어기(30)의 보상지령값(Vr)을 산출하는 비례·적분제어단계(S33)와, 상기 위치센서 보상제어기(30)의 보상지령값(Vr)을 모터(2) 위치센서(12)를 통해 측정된 실측정값(Vs)에 보상하여, 위치센서보상값(Vsr)을 산출하는 위치센서보상값출력단계(S34)를 포함한다.

상기 비례·적분제어단계(S33)에서는 적분값 과다 누적에 의한 응답 지연 방지를 위한 적분을 제한하는 적분제한단계(S35)와, 비례·적분 제어기(35; 도면 5를 참조)의 출력값을 제한하는 출력 제한단계(S36)를 포함한다.

도 5는 본 발명의 위치센서 보상 제어 동작의 순서를 나타낸 것으로, 이를 통해 구체적으로 설명하면,

도시된 바와 같이, 위치 센서 보상 모드가 시작되어, 위치센서(12)의 튜닝이 완료(S41)되면, 모터(2)에 설치된 위치센서(12)에 의한 실측정값(Vs)을 읽어 들이고, 상기 실측정값(Vs)에 임의로 정해진 보상값(Va)을 더하여 위치센서값(Vsa)을 산출한다(S42).

그리고, 상기 위치센서값(Vsa)에 축변환 제어(S43)와, 영(zero)전류 제어(S44)를 실행하여 오차가 보상되지 않은 상태인 보조출력값(Vd_ref)을 산출한다(S45).

상기 보조출력값(Vd_ref)은 위치센서 보상제어기(30)를 통해 오차가 보상된 보상지령값(Vr)으로 출력되며(S46), 상기 보상지령값(Vr)을 다시 좌표 변환을 실행(S47)하여 인버터(1)로 전송한다(S48).

이때, 상기 보상지령값(Vr)은 축변환과, 영(zero)전류 제어의 피드백을 반복 실행함으로써, 완전한 오차의 보상이 이루어지며, 시간 카운터에 의해 일정 시간이 지나면 오차의 보상을 확정하고 제어를 종료한다(S49).

따라서, 본 발명에 따른 모터 위치 센서 보상 제어방법에 따르면, 위치센서(12)의 오차 자체를 영(zero)으로 추종하는 오차 보상을 실행함으로써, 초기 센서 오차값이 큰 경우에도 오차 보상값 출력을 가변 제어하여 보상 응답시간을 거의 동일하게 할 수 있으며, 위치 센서 보상 오차를 적분 제어함에 따라 위치센서(12)의 정상 상태 편차를 영(zero)으로 조절이 가능하다.

한편, 도 2를 참조하여 본 발명에 의해 보상된 위치센서값을 이용한 모터 제어를 살펴보면,

도시된 바와 같이, 인버터에 의한 모터 제어는 모터(2)에 설치된 전류센서(22)와, 위치센서(12)에 의해 검출된 신호를 처리하여 모터(2)에 인가되는 전류를 산출한다.

상기 전류센서(22)에 의해 측정된 전류값(Vi)은 축변환기(40, 40')에 의해 축변환이 이루어진다. 이때, 앞서 설명한 위치센서 보상제어기(30)에 의해 보상이 이루어진 위치센서보상값(Vsr)을 상기 전류센서(22)의 측정 전류값(Vi)과 함께 축변환을 행하고, 상기 축변환된 신호를 전류 제어기(50)에서 상위 제어기(60)로부터 출력된 전류 지령값을 함께 처리하여 출력된 전압 지령값(Vdq_ref)을 피드백하는 전류제어단계(S21)와, 상기 전류제어단계에 의해 출력되는 모터지령값(Vb)을 인버터(1)로 전송하여 모터(2)에 인가된다.

상기 전류제어단계(S22)에서는 축변환된 전류센서(22)의 측정 전류값(Vi)을 상기 상위 제어부(60)로부터 출력된 전류 지령에 감산을 행하는 것이 포함된다.

따라서, 본 발명에 따른 모터 위치센서 보상 제어방법에 의할 경우, 모터(2) 세트마다 다른 위치센서 편차를 정확하게 보상하여 모터 세트간 동일한 토크 출력을 안정적으로 유지할 수 있으며, 모터 토크 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

1: 인버터
2: 모터
12: 위치센서
30: 위치센서 보상제어기
31: 전류 제어기
33: 에러값 산출부
35: 비례·적분기
37: 위치센서보상값산출부
40: 축변환기
60: 상위 제어기

Claims

모터 위치센서를 이용하여 모터의 위상을 측정하여 실측정값을 검출하는 단계;
상기 위치센서로부터 측정된 실측정값의 오차값을 특정값으로 설정하는 영(zero) 전류 제어단계;
상기 위치센서로부터 측정된 실측정값에 임의로 정한 보상값을 더하여 산출된 출력값을 상기 오차값과 비교하여 에러값을 계산하는 에러값 산출단계;
상기 에러값에 대한 비례·적분제어를 실행하여 보상지령값을 산출하는 비례·적분 제어단계; 및
상기 보상지령값을 상기 실측정값에 보상하여 위치센서보상값을 산출하는 위치센서보상값 출력단계;
를 포함하는 모터 위치 센서 보상 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 비례·적분제어단계에서는 적분값 과다 누적에 의한 응답 지연 방지를 위한 적분 제한을 행하는 적분제한단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 위치 센서 보상 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 비례·적분제어단계에서는 비례·적분제어기의 보상지령값을 제한하는 출력제한단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 위치 센서 보상 제어방법.
모터;
상기 모터의 위상을 측정하여 실측정값을 검출하는 위치센서; 및
상기 위치센서로부터 측정된 실측정값의 오차값을 특정값으로 설정하고, 상기 전류 제어기로부터 출력값을 전송받아 상기 오차값과 비교하여 에러값을 계산하고, 상기 에러값에 대한 비례·적분제어를 실행하여 보상지령값을 산출하며, 상기 보상지령값을 상기 실측정값에 보상하여 위치센서보상값을 산출하는 위치센서 보상 제어기;
를 포함하는 것을 특징으로하는 모터 위치 센서 보상 시스템.
제4항에 있어서,
상기 위치센서 보상 제어기는 모터 위치센서의 실측정값에 임의의 보상값을 합하여 산출된 보조출력값을 축변환하여 출력하는 전류 제어기;
상기 위치센서의 오차값을 영(zero)으로 설정하고, 상기 전류 제어기로부터 출력된 보조출력값을 상기 위치센서의 오차값에 비교하여 그 편차를 에러값으로 출력하는 에러값 산출부;
상기 에러값 산출부로부터 출력된 에러값에 대해 비례·적분 제어를 실행하여 위치센서의 보상지령값을 산출하는 비례·적분기; 및
상기 비례·적분기를 통해 출력된 보상지령값을 위치센서로 측정된 실측정값에 보상하여 위치센서보상값을 산출하는 위치센서보상값산출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 위치센서 오차 보상 시스템.
제5항에 있어서,
상기 전류 제어기는 상기 비례·적분기에 의해 산출된 보상지령값을 축변환과, 영(zero) 전류 제어를 반복하여 피드백시키는 것을 특징으로 포함하는 모터 위치센서 오차 보상 시스템.
제6항에 있어서,
상기 비례·적분기는 적분값 과다 누적에 의한 응답 지연 방지를 위해 적분을 제한하고, 상기 보상지령값의 출력을 제한하는 제한기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 위치센서 오차 보상 시스템.