KR20150078460A

KR20150078460A - Voltage sensor default detecting method

Info

Publication number: KR20150078460A
Application number: KR1020130167832A
Authority: KR
Inventors: 이동훈; 류창석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-07-08
Also published as: CN104753422B; KR101916046B1; CN104753422A

Abstract

A method for detecting a voltage sensor fault according to an embodiment of the present invention includes: a step of determining whether or not a three-phase output normally gets out of an inverter; a step of checking an output value of a phase voltage when the three-phase output normally gets out of the inverter; a step of calculating a calculated value of the phase voltage through a motor voltage equation based on a motor design parameter, a three-phase current, and the number of rotation of a motor; and a step of comparing an error between the output value of the phase voltage and the calculated value of the phase voltage with a certain permissible error reference value.

Description

전압 센서 고장 감지 방법{VOLTAGE SENSOR DEFAULT DETECTING METHOD}[0001] VOLTAGE SENSOR DEFAULT DETECTING METHOD [0002]

실시 예는 전압 센서 고장 감지 방법에 관한 것이다.An embodiment relates to a voltage sensor failure detection method.

모터 구동용 인버터에는 일반적으로 구동 전원으로 DC 전압이 공급되며 이 전압값 측정을 위해 전압 센서를 장착하거나 기판에 센싱 회로를 구성한다. 구동중 DC 전압 센서가 고장나는 경우 전압 측정 불가로 인해 인버터의 모터 제어 성능이 감소하여 모터 출력 및 동특성이 나빠지고 심한 경우에는 구동을 정지시켜야 하는 문제까지 발생한다A DC voltage is supplied to the motor drive inverter as a driving power supply. A voltage sensor is mounted for measuring the voltage value or a sensing circuit is formed on the substrate. If the DC voltage sensor fails during operation, the motor control performance of the inverter is reduced due to the voltage measurement failure, which causes deterioration of motor output and dynamic characteristics.

전압 센서의 고장을 감지할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.And to provide a method for detecting the failure of the voltage sensor.

실시 예에 따른 전압 센서 고장 감지 방법은, 인버터로부터 3상 출력이 정상적으로 나가고 있는지 판단하는 단계 상기 인버터로부터 3상 출력이 정상적으로 나가고 있을 때, 상전압 출력값을 확인하는 단계 모터 설계 파라미터, 3상 전류, 및 모터 회전수를 기초로 모터 전압 방정식을 통해 상전압 계산값을 산출하는 단계 및 상기 상전압 출력값과 상기 상전압 계산값 간의 오차와 소정의 오차 허용 기준값을 비교하는 단계를 포함한다.A method of detecting a voltage sensor failure according to an embodiment includes determining whether a three-phase output is normally output from an inverter, determining a phase voltage output value when the three-phase output is normally output from the inverter, Calculating a phase voltage calculation value through a motor voltage equation based on the motor revolution number and comparing an error between the phase voltage output value and the phase voltage calculation value with a predetermined error tolerance reference value.

그러면, 모터와 인버터 사이의 DC단 전압 센서의 고장 유무를 효과적으로 판정하여 잘못된 센서값을 이용한 제어로 인해 발생하는 위험성을 제거할 수 있다.Then, it is possible to effectively determine the failure of the DC voltage sensor between the motor and the inverter, thereby eliminating the danger caused by the control using the wrong sensor value.

또한, 전압 센서의 단선 또는 단락 고장 감지뿐만 아니라 합리적 오류(Rationality fault)도 감지될 수 있다. 합리적 오류란 센서가 정상적인 범위의 센서값을 내고는 있지만 센서 고장으로 인해 실제로는 잘못된 측정값을 알려주는 오류를 의미한다.Ranging faults can also be detected, as well as detecting disconnection or short-circuit failure of the voltage sensor. Rational error means that the sensor is producing a sensor value within the normal range, but it is actually an error reporting a wrong measurement due to a sensor failure.

그리고, DC단 전압 센서 고장이 실시 예를 통해 명확히 판정되어 정상적으로 DC 전압이 공급된 상태에서는 고장 안전(fail-safe) 운전 전략을 통해 모터의 구동이 가능하다. 아울러, 전압 센서 고장 판정을 통해 부품 교환 필요성을 운전자에게 알려줄 수 있어, 위험성이 경감된다. In addition, when the malfunction of the DC voltage sensor is clearly determined by the embodiment, and the DC voltage is normally supplied, the motor can be driven through a fail-safe operation strategy. In addition, the necessity of parts replacement can be informed to the driver through the determination of the voltage sensor failure, thereby reducing the risk.

도 1은 모터 구동 DC 전원, 인버터, 및 모터 사이의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 센선 전압 출력과 DC 전압 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시 예에 따른 제어부가 토크 제어를 하는 모터 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 제어부가 속도 제어를 하는 모터 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 실시 예에 따른 인버터를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 인버터 DC단 전압 센서의 고장을 판단하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 실시 예에 따른 전류 제어기를 나타낸 도면이다.
도 8은 3상 좌표계와 D,Q축 고정좌표계간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 9는 D,Q축 고정좌표계와 d,q축 회전 좌표계간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 DC단 전압 센서의 고장 감지 이후의 비상 운전 전략(fail-safe)을 나타낸 순서도이다. 1 is a diagram showing a connection structure between a motor-driven DC power source, an inverter, and a motor.
2 is a graph showing a relationship between a general line voltage output and a DC voltage.
3 is a view showing a motor control method in which the control unit according to the embodiment performs torque control.
4 is a view showing a motor control method in which the control unit according to the embodiment performs speed control.
5 shows an inverter according to an embodiment.
6 is a flowchart illustrating a method of determining a failure of the inverter DC voltage sensor according to the embodiment.
7 is a diagram showing a current controller according to an embodiment.
8 is a diagram showing the relationship between the three-phase coordinate system and the D and Q-axis fixed coordinate system.
9 is a diagram showing the relationship between the D, Q axis fixed coordinate system and the d, q axis rotating coordinate system.
FIG. 10 is a flowchart showing an emergency-operation strategy after failure detection of the DC voltage sensor according to the embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

실시 예는 모터의 토크 및 속도를 제어하기 위해 인버터로부터 모터로 공급되는 3상 출력 전압, 모터 회전 속도, 3상 전류, 모터 설계 파라미터등을 바탕으로 전압 방정식을 이용한다. 실시 예는 이렇게 계산한 입력 전압 값의 오차에 기초하여 전압 센서의 고장 유무를 판정한다. The embodiment uses a voltage equation based on three-phase output voltage, motor rotational speed, three-phase current, motor design parameters, etc., supplied from the inverter to the motor to control the torque and speed of the motor. The embodiment determines whether or not the voltage sensor is faulty based on the error of the input voltage value thus calculated.

도 1은 모터 구동 DC 전원, 인버터, 및 모터 사이의 연결 구조를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a connection structure between a motor-driven DC power source, an inverter, and a motor.

도 2는 일반적인 센선 전압 출력과 DC 전압 간의 관계를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing a relationship between a general line voltage output and a DC voltage.

도 1에 도시된 바와 같이, 모터 구동 DC 전원(1)으로부터 인버터(2)로 DC 전압이 공급되고, 인버터(2)로부터 3상 전압 U(a), V(b), 및 W(c)가 모터(3)로 공급된다.(A), V (b), and W (c) are supplied from the inverter 2 to the inverter 2 from the motor-driven DC power supply 1 as shown in Fig. Is supplied to the motor (3).

도 1에서 모터 구동 DC 전원(1)으로부터 인버터로의 전원 공급이 정상적인지 판단하고, 3상 전류 제어에 활용하기 위해 전압 센서(4)를 구비하고, 제어 보드에는 전압 센싱 회로(도시하지 않음)를 구성한다. 1, a voltage sensor 4 is provided to judge whether the power supply from the motor-driven DC power supply 1 to the inverter is normal and to utilize the voltage to the three-phase current control. A voltage sensing circuit (not shown) .

전압 센싱 회로의 경우, 일반적으로 도 2와 같이 0V~5V까지 센서 출력 전체 범위 모두를 전압 센싱용으로 사용하기 때문에 센서단에 단선 또는 단락과 같은 고장이 발생하여도 감지가 불가능하다. In the case of the voltage sensing circuit, as shown in FIG. 2, since the entire range of the sensor output is used for voltage sensing from 0 V to 5 V, it is impossible to detect even if a failure such as disconnection or short-circuit occurs at the sensor end.

인버터(2)의 DC단(DC 전원에 연결되어 있는 단)에 구동 가능 전압이 정상적으로 공급되었음에도 전압 센서(4)의 단선 또는 단락으로 인해 전압 값이 잘못 감지되어 구동 전압이 공급되지 않았거나(0V) 공급전압이 구동 가능 전압 범위를 초과(5V)한 것으로 제어 보드에서 판단될 수 있다. 즉, 정상적인 DC 전원 공급 조건에서 모터가 구동되지 않는 문제가 발생할 수 있다. The drive voltage is normally supplied to the DC stage (the end connected to the DC power supply) of the inverter 2, but the voltage value is erroneously detected due to disconnection or short circuit of the voltage sensor 4, ) It can be judged by the control board that the supply voltage exceeds the drivable voltage range (5 V). That is, the motor may not be driven under normal DC power supply conditions.

센서 감시부(5)는 전압 센서(4)의 고장 여부를 판단한다.The sensor monitoring unit 5 determines whether or not the voltage sensor 4 has failed.

제어부(6)는 전류 지령을 수신하고, 인버터(2) 및 모터(3) 제어에 필요한 정보를 센싱하여 제어 출력을 생성한다. 제어 출력은 인버터(2) 및 모터(3)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(6)는 DC단 전압을 전압 센서(4)로부터 수신하고, 3상 전류를 감지하며, 모터의 회전자 위치를 감지할 수 있다. The control unit 6 receives the current command and senses information necessary for controlling the inverter 2 and the motor 3 to generate a control output. The control output controls the operation of the inverter (2) and the motor (3). For example, the control unit 6 can receive the DC step voltage from the voltage sensor 4, sense the three-phase current, and sense the rotor position of the motor.

도 1에서는 센서 감시부와 제어부를 별도의 구성으로 도시하였으나, 센서 감시부가 제어부에 일 구성일 수 있다.In FIG. 1, the sensor monitoring unit and the control unit are shown as separate components, but the sensor monitoring unit may be a single component in the control unit.

이하, 모터 제어 방법을 설명한다.The motor control method will be described below.

도 3은 실시 예에 따른 제어부가 토크 제어를 하는 모터 제어 방법을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a motor control method in which the control unit according to the embodiment performs torque control.

도 4는 실시 예에 따른 제어부가 속도 제어를 하는 모터 제어 방법을 나타낸 도면이다.4 is a view showing a motor control method in which the control unit according to the embodiment performs speed control.

도 3에 도시된 바와 같이, 전동차의 구동 모터에서는 일반적으로 토크 제어 구조를 사용한다. As shown in Fig. 3, a torque control structure is generally used in a drive motor of a train.

토크 제어기(10)는 요구되는 토크 지령을 받고, 속도 및 토크에 따른 전류맵에서 전류 지령값을 추출한다. 토크 제어기(10)는 전류 제어기(11)로 추출된 전류 지령을 전달한다. 전류 제어기(11)는 전달 받은 전류 지령을 제어하기 위해 모터(3)의 3상 전류값을 네거티브 피드백(negative feedback) 받아서 3상 전압 출력값을 결정한다. 이 때, 모터(3)의 3상 전류를 측정하기 위해 전류 센서(도시하지 않음)가 이용될 수 있다. 실시 예에 따른 전류 센서는 3상 전류 중 적어도 2상 전류를 측정할 수 있다.The torque controller 10 receives the required torque command and extracts the current command value from the current map according to the speed and torque. The torque controller 10 delivers the current command extracted by the current controller 11. [ The current controller 11 receives negative feedback of the three-phase current value of the motor 3 to control the received current command to determine the three-phase voltage output value. At this time, a current sensor (not shown) may be used to measure the three-phase current of the motor 3. The current sensor according to the embodiment can measure at least two phase currents among three-phase currents.

속도 제어기(12)는 요구되는 속도 지령과 속도 및 위치의 센싱값을 feedback 받아 모터 토크를 발생시키기 위한 전류 지령을 결정하고, 이를 전류 제어기(13)에 전달한다. 전류 제어기(13)는 전달 받은 전류 지령을 제어하기 위해 전류 센서로부터 전류값을 네거티브 피드백(negativefeedback) 받아서 3상 전압 출력값을 결정한다. The speed controller 12 determines the current command for generating the motor torque by receiving the required speed command and the sensed value of the speed and position, and transmits the determined current command to the current controller 13. The current controller 13 receives negative feedback from the current sensor to control the received current command to determine a three-phase voltage output value.

3상 전압 출력값은 각 상의 펄스폭 듀티로서, 인버터로 공급된다. 인버터는 펄스폭 듀티에 따라 스위칭 동작을 제어하여 모터에 전류를 공급한다.The three-phase voltage output value is supplied to the inverter as a pulse width duty of each phase. The inverter controls the switching operation according to the pulse width duty to supply current to the motor.

도 5는 실시 예에 따른 인버터를 나타낸 도면이다.5 shows an inverter according to an embodiment.

도 6은 실시 예에 따른 인버터 DC단 전압 센서의 고장을 판단하는 방법을 나타낸 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of determining a failure of the inverter DC voltage sensor according to the embodiment.

도 5에 도시된 바와 같이, DC단 전압(VDC)이 인버터(2)의 양단에 공급된다. 인버터(2)는 6개의 스위치(S1-S6)를 포함하고, 스위치(S1-S6)의 스위칭 동작을 통해 3상 부하(Z1-Z3)에 전력을 공급한다.As shown in Fig. 5, the DC step voltage VDC is supplied to both ends of the inverter 2. [ The inverter 2 includes six switches S1 to S6 and supplies power to the three-phase loads Z1 to Z3 through the switching operation of the switches S1 to S6.

스위치(S1) 및 스위치(S4)는 DC단 전압(VDC)에 병렬 연결되어 있고, 스위치(S1)과 스위치(S4)가 서로 연결되는 노드(N1)은 부하(Z1)에 연결되어 있다. 스위치(S1)와 스위치(S4) 각각의 스위칭 동작은 서로 상보적으로, 스위치(S1)가 온 상태일 때, 스위치(S4)는 오프 상태이다. 스위치(S1)가 턴 온 되면, DC단 전압(VDC)의 그라운드를 기준으로 전압(VDC/2)이 부하(Z1)에 공급된다. 스위치(S4)가 턴 온 되면, DC단 전압(VDC)의 그라운드를 기준으로 전압(-VDC/2)이 부하(Z1)에 공급된다. 이와 같이, S1 및 S4의 스위칭 동작에 따라 노드(N1)의 전압 va은 교류 전압으로 부하(Z1)에 공급되고, 부하(Z1)에 흐르는 전류(ia)가 발생한다. The switch S1 and the switch S4 are connected in parallel to the DC terminal voltage VDC and the node N1 at which the switch S1 and the switch S4 are connected to each other is connected to the load Z1. The switching operations of the switches S1 and S4 are complementary to each other, and when the switch S1 is on, the switch S4 is off. When the switch S1 is turned on, the voltage VDC / 2 is supplied to the load Z1 based on the ground of the DC short voltage VDC. When the switch S4 is turned on, the voltage (-VDC / 2) is supplied to the load Z1 based on the ground of the DC short voltage VDC. In this manner, the voltage va of the node N1 is supplied to the load Z1 by the alternating voltage in accordance with the switching operation of S1 and S4, and the current ia flowing in the load Z1 is generated.

스위치(S3) 및 스위치(S6)는 DC단 전압(VDC)에 병렬 연결되어 있고, 스위치(S3)과 스위치(S6)가 서로 연결되는 노드(N2)는 부하(Z2)에 연결되어 있다. 스위치(S3)와 스위치(S6) 각각의 스위칭 동작은 서로 상보적으로, 스위치(S3)가 온 상태일 때, 스위치(S6)는 오프 상태이다. 스위치(S3)가 턴 온 되면, DC단 전압(VDC)의 그라운드를 기준으로 전압(VDC/2)이 부하(Z2)에 공급된다. 스위치(S6)가 턴 온 되면, DC단 전압(VDC)의 그라운드를 기준으로 전압(-VDC/2)이 부하(Z2)에 공급된다. 이와 같이, S3 및 S6의 스위칭 동작에 따라 노드(N2)의 전압 vb은 교류 전압으로 부하(Z2)에 공급되고, 부하(Z2)에 흐르는 전류(ib)가 발생한다. The switch S3 and the switch S6 are connected in parallel to the DC terminal voltage VDC and the node N2 to which the switch S3 and the switch S6 are connected to each other is connected to the load Z2. The switching operations of the switches S3 and S6 are complementary to each other, and when the switch S3 is on, the switch S6 is off. When the switch S3 is turned on, the voltage VDC / 2 is supplied to the load Z2 with respect to the ground of the DC short voltage VDC. When the switch S6 is turned on, the voltage -VDC / 2 is supplied to the load Z2 based on the ground of the DC short voltage VDC. Thus, the voltage vb of the node N2 is supplied to the load Z2 by the alternating voltage in accordance with the switching operation of S3 and S6, and the current ib flowing in the load Z2 is generated.

스위치(S5) 및 스위치(S2)는 DC단 전압(VDC)에 병렬 연결되어 있고, 스위치(S5)와 스위치(S2)가 서로 연결되는 노드(N3)는 부하(Z3)에 연결되어 있다. 스위치(S5)와 스위치(S2) 각각의 스위칭 동작은 서로 상보적으로, 스위치(S5)가 온 상태일 때, 스위치(S2)는 오프 상태이다. 스위치(S5)가 턴 온 되면, DC단 전압(VDC)의 그라운드를 기준으로 전압(VDC/2)이 부하(Z3)에 공급된다. 스위치(S2)가 턴 온 되면, DC단 전압(VDC)의 그라운드를 기준으로 전압(-VDC/2)이 부하(Z3)에 공급된다. 이와 같이, S5 및 S2의 스위칭 동작에 따라 노드(N3)의 전압 vc은 교류 전압으로 부하(Z3)에 공급되고, 부하(Z3)에 흐르는 전류(ic)가 발생한다.The switch S5 and the switch S2 are connected in parallel to the DC terminal voltage VDC and the node N3 to which the switch S5 and the switch S2 are connected to each other is connected to the load Z3. The switching operations of the switches S5 and S2 are complementary to each other, and when the switch S5 is on, the switch S2 is off. When the switch S5 is turned on, the voltage VDC / 2 is supplied to the load Z3 with respect to the ground of the DC short voltage VDC. When the switch S2 is turned on, the voltage -VDC / 2 is supplied to the load Z3 based on the ground of the DC short voltage VDC. In this manner, the voltage vc of the node N3 is supplied to the load Z3 by the AC voltage in accordance with the switching operation of S5 and S2, and the current ic flowing in the load Z3 is generated.

부하(Z1)의 라인과 부하(Z2)의 라인 사이의 선간 전압 Vab, 부하(Z2)의 라인과 부하(Z3)의 라인 사이의 선간 전압 Vbc, 및 부하(Z3)의 라인과 부하(Z1)의 라인 사이의 선간 전압 Vca이 발생하고, 세 부하는 중립 노드에 연결되어 있다. 중립 노드의 전압은 vn이다.The line voltage Vbb between the line of the load Z1 and the line of the load Z2, the line voltage Vbc of the line of the load Z2 and the line of the load Z3, The line voltage Vca between the lines of the three load lines is connected to the neutral node. The voltage at the neutral node is vn.

스위치(S1, S3, S5) 간의 스위칭 동작은 120도의 위상 차가 있다. 예를 들어, 스위치(S1)의 스위칭 동작과 스위치(S3)의 스위칭 동작 간의 위상차가 120도이고, 스위치(S3)의 스위칭 동작과 스위치(S5)의 스위칭 동작 간의 위상차가 120도이며, 스위치(S5)의 스위칭 동작과 스위치(S1)의 스위칭 동작 간의 위상차가 120도이다. 그러면, 스위치(S4)의 스위칭 동작과 스위치(S6)의 스위칭 동작 간의 위상차가 120도이고, 스위치(S6)의 스위칭 동작과 스위치(S2)의 스위칭 동작 간의 위상차가 120도이며, 스위치(S2)의 스위칭 동작과 스위치(S4)의 스위칭 동작 간의 위상차가 120도이다.The switching operation between the switches S1, S3, and S5 has a phase difference of 120 degrees. For example, the phase difference between the switching operation of the switch S1 and the switching operation of the switch S3 is 120 degrees, the phase difference between the switching operation of the switch S3 and the switching operation of the switch S5 is 120 degrees, The phase difference between the switching operation of the switch S1 and the switching operation of the switch S1 is 120 degrees. The phase difference between the switching operation of the switch S4 and the switching operation of the switch S6 is 120 degrees and the phase difference between the switching operation of the switch S6 and the switching operation of the switch S2 is 120 degrees, The switching operation of the switch S4 and the switching operation of the switch S4 is 120 degrees.

센서 감시부(5)는 도 6에 도시된 방법에 따라 전압 센서(4)의 고장 여부를 판단한다. 이하 각 단계는 센서 감시부(5)에 의해 수행된다.The sensor monitoring unit 5 determines whether the voltage sensor 4 is malfunctioning according to the method shown in Fig. The following steps are performed by the sensor monitoring unit 5.

도 6에 도시된 바와 같이, 인버터가 스위치(S1~S6)를 스위칭 동작시켜 3상 부하 Z1-Z3로 출력을 인가하고 있는지를 판단한다(STEP 10). 3상 부하가 모터의 a, b, c 3상인 경우, 부하 Z1-Z3 각각은 모터의 a상, b상, 및 c상이다.As shown in Fig. 6, it is determined whether the inverter switches the switches S1 to S6 to apply the output to the three-phase loads Z1 to Z3 (STEP 10). When the three-phase load is a, b, and c phases of the motor, each of the loads Z1 to Z3 is a phase, b phase, and c phase of the motor.

만약, 인버터에서 모터 3상 a-c로 출력을 인가하지 않으면 모터 제어를 실행하지 않는 것이기 때문에 전류 제어기(11)에서 결정된 전압 제어 출력 지령과 전압 방정식을 통해 산출한 상전압 간의 비교가 필요 없다. If the inverter does not apply the output to the motor 3 phases a-c, the motor control is not executed. Therefore, the comparison between the voltage control output command determined by the current controller 11 and the phase voltage calculated through the voltage equation is not required.

STEP 10의 판단 결과, 인버터(2)에서 3상 출력이 정상적으로 나가고 있다면 전류 제어기(11)에서 결정한 상전압 출력값(V_CC,out)을 확인한다(STEP20). As a result of the determination in STEP 10, if the three-phase output is normally output from the inverter 2, the phase voltage output value V _{CC, out} determined by the current controller 11 is checked (STEP 20).

그리고, 모터 설계 파라미터(인덕턴스, 권선 저항, 쇄교자속의 세기 등), 3상 전류, 및 모터 회전수 등을 기초로 모터 전압 방정식을 통해 상전압 계산값(V_Est)을 산출한다(STEP30). Then, the phase voltage calculation value V _Est is calculated based on the motor voltage equation based on the motor design parameters (inductance, winding resistance, intensity of the flux), three-phase current, and motor revolution speed (STEP 30).

인버터에서는 STEP20에서 산출된 상전압 출력값(V_CC,out)을 모터에 인가하기 때문에 정상적인 상태에서는 V_CC,out 와 V_Est두값이 일치해야 한다. 제어 오차, 센서값 계측 오차, 설계상의 오차로 인해 V_CC,out 와 V_Est사이에는 일정 수준의 오차 발생이 가능하기 때문에 α라는 오차 허용 기준값이 적용될 수 있다. α는 실험을 통해 통계적으로 산출 가능하다. Since the inverter applies the phase voltage output value (V _{CC, out} ) calculated in STEP 20 to the motor, V _{CC, out} and V _Est must match in the normal state. The error tolerance reference value α can be applied because a certain level of error can occur between V _{CC, out} and V _Est due to control error, sensor value measurement error, and design error. α can be calculated statistically through experiments.

V_CC,out 와 V_Est간의 절대값 차가 오차 허용 기준값 α보다 큰지 판단한다(STEP40).It is determined whether the absolute value difference between V _{CC, out} and V _Est is larger than the error tolerance reference value alpha (STEP 40).

단계 STEP40의 판단 결과, V_CC,out 와 V_Est간의 절대값 차가 오차 허용 기준값 α보다 클 때, 그 기간을 카운트한다(STEP50). △T는 제어 기능 수행 시간 주기이다.As a result of the determination in step STEP40, when the absolute value difference between V _{CC, out} and V _Est is larger than the error tolerance reference value?, The period is counted (STEP 50). ΔT is the control function execution time period.

카운트 기간(T)이 소정의 임계 기간 T1을 초과하는지 판단한다(STEP60). 단계 STEP 60의 판단 결과, 카운트 기간(T)가 임계 기간 T1을 초과할 때, 전압 센서를 고장으로 판단한다.It is determined whether the count period T exceeds a predetermined threshold period T1 (STEP 60). As a result of the determination in step 60, when the count period T exceeds the threshold period T1, the voltage sensor is judged as a failure.

단계 STEP 60의 판단 결과, 카운트 기간(T)가 임계 기간 T1 보다 작을 때, 단계 STEP 10부터 시작한다. 다시 시작한 후, 단계 STEP40의 판단 결과, V_CC,out 와 V_Est간의 절대값 차가 오차 허용 기준값 α보다 작을 때, 카운트 기간(T)을 영으로 리셋하고(STEP70), 단계 STEP 10 부터 시작한다. As a result of the determination in step STEP 60, when the counting period T is smaller than the threshold period T1, the process starts from step STEP 10. When the absolute value difference between V _{CC, out} and V _Est is smaller than the error tolerance reference value? As a result of the judgment in step STEP 40, the counting period T is reset to zero (STEP 70) and the process starts from step STEP 10.

실시 예는 V_CC,out 와 V_Est간의 절대값과 오차 허용 기준을 비교하는 방식을 차용하고 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다. V_CC,out 와 V_Est간의 오차를 판정하기 위해 다양한 분석 기법(예를 들어, 표준편차)이 이용될 수 있다.The embodiment uses a method of comparing the absolute value between V _{CC, out} and V _Est with the error tolerance standard, but the embodiment is not limited thereto. Various analytical techniques (e.g., standard deviation) may be used to determine the error between V _{CC, out} and V _Est .

도 7은 실시 예에 따른 전류 제어기를 나타낸 도면이다.7 is a diagram showing a current controller according to an embodiment.

도 8은 3상 좌표계와 D,Q축 고정좌표계간의 관계를 나타낸 도면이다.8 is a diagram showing the relationship between the three-phase coordinate system and the D and Q-axis fixed coordinate system.

3상 좌표계(a상, b상, c상)와 D,Q 고정좌표계(D축, Q축)간에는 도 8에 도시된 관계가 있다. 구체적으로, a상, b상, 및 c상 각각은 120도 간격으로 틀어져 있고, 고정좌표계는 모터의 고정자에 감긴 3상 권선을 기준으로한 좌표계이다. D축은 고정자 a상의 권선 방향이고, Q축은 고정자 a상의 권선에 전기각으로 수직인 방향이다.There is a relation shown in Fig. 8 between the three-phase coordinate system (a phase, b phase, c phase) and the D and Q fixed coordinate system (D axis, Q axis). Specifically, the phases a, b, and c are each shifted by 120 degrees, and the fixed coordinate system is a coordinate system based on a three-phase winding wound around a stator of the motor. The D axis is the winding direction of the stator a, and the Q axis is the direction perpendicular to the electrical angle of the winding on the stator a.

도 9는 D,Q축 고정좌표계와 d,q축 회전 좌표계간의 관계를 나타낸 도면이다.9 is a diagram showing the relationship between the D, Q axis fixed coordinate system and the d, q axis rotating coordinate system.

회전(동기)좌표계는 모터의 회전자 영구자석과 동기화되어 회전하는 좌표계이다. d축은 회전자 영구자석의 N극 방향이고, q축은 회전자 영구자석의 N극 방향에 전기각으로 수직인 방향이다. The rotation (synchronous) coordinate system is a coordinate system that rotates synchronously with the rotor permanent magnet of the motor. The d-axis is the N-pole direction of the rotor permanent magnet, and the q-axis is the direction perpendicular to the N-pole direction of the rotor permanent magnet.

도 7에서 도시된 바와 같이, 전류 제어기(11)와 인버터 사이에 PWM 출력 모듈(14)이 위치하고, 모터(3)에는 위치 센서(15)가 연결되어 있다. As shown in FIG. 7, a PWM output module 14 is located between the current controller 11 and the inverter, and a position sensor 15 is connected to the motor 3.

PWM 출력 모듈(14)는 전류 제어기(11)으로부터 입력되는 상전압 출력(PWM duty)을 입력 받고, 인버터의 스위칭 동작을 제어하기 위한 게이트 전압들을 생성한다. 위치 센서(15)는 회전자의 위치를 감지한다.The PWM output module 14 receives the PWM duty input from the current controller 11 and generates gate voltages for controlling the switching operation of the inverter. The position sensor 15 senses the position of the rotor.

전류 제어기(11)는 전압 지령 생성기(111) 및 좌표 변환기(112)를 포함한다.The current controller 11 includes a voltage command generator 111 and a coordinate converter 112.

전압 지령 생성기(111)는 d,q축 전류 지령(Iqr, Idr) 및 피드백 되는 d,q축 전류(Iqrf, Idrf)를 받아, 피드백 제어를 수행하여 d,q축 전압 지령(Vdr, Vqr)을 출력한다.The voltage command generator 111 receives the d, q-axis current commands Iqr and Idr and the feedback d and q axis currents Iqrf and Idrf to perform feedback control to generate d and q axis voltage commands Vdr and Vqr, .

전압 지령 생성기(111)는 두 개의 PI 제어기(121,122)를 포함하고, PI 제어기(121)은 q축 전류 지령(Iqr) 및 피드백 되는 q축 전류 지령(Iqrf)을 받아, 피드백 제어를 수행하여 q축 전압 지령(Vqr)을 출력하고, PI 제어기(122)는 d축 전류 지령(Idr) 및 피드백 되는 d축 전류 지령(Idrf)을 받아, 피드백 제어를 수행하여 d축 전압 지령(Vdr)을 출력한다.The voltage command generator 111 includes two PI controllers 121 and 122. The PI controller 121 receives the q-axis current command Iqr and the q-axis current command Iqrf fed back and performs feedback control to generate q Axis voltage command Vqr and the PI controller 122 receives the d-axis current command Idr and the feedback d-axis current command Idrf to perform feedback control to output the d-axis voltage command Vdr do.

좌표 변환기(112)는 d,q축 전압 지령(Vdr, Vqr)을 2번의 좌표 변환(회전좌표계 [d,q] -> 고정좌표계[D,Q] -> 3상 좌표계[a,b,c])하여, 각 a,b,c 3상에 인가하는 전압을 결정하고, 각상의 전압 출력을 인가하기 위해 필요한 PWM duty값을 DC단 전압 센싱값을 근거로 결정한다.The coordinate converter 112 converts the d and q-axis voltage commands Vdr and Vqr into two coordinate transformations (rotation coordinate system [d, q] → fixed coordinate system [D, Q] → three-phase coordinate system [a, b, c ]) To determine the voltage to be applied to each of a, b, c 3, and determines the PWM duty value necessary for applying the voltage output of each phase on the basis of the DC voltage sensing value.

좌표 변환기(112)는 회전-고정 좌표 변환기(131), 고정-3상 좌표 변환기(132), 3상-고정 좌표 변환기(133), 및 고정-회전 좌표 변환기(134)를 포함한다.The coordinate converter 112 includes a rotation-fixed coordinate converter 131, a fixed-three-phase coordinate converter 132, a three-phase fixed coordinate converter 133, and a fixed-rotation coordinate converter 134.

위치 센서(15)는 모터의 회전자 위치를 감지하고, 감지 결과를 회전-고정 좌표 변환기(131) 및 고정-회전 좌표 변환기(134)에 전달한다.The position sensor 15 detects the rotor position of the motor and transmits the detection result to the rotation-fixed coordinate converter 131 and the fixed-rotation coordinate converter 134.

회전-고정 좌표 변환기(131)는 회전자 위치를 고려하여 d,q축 전압 지령(Vdr, Vqr)을 고정좌표계인D,Q축 전압 지령(VDs, VQs)으로 변환한다. The rotation-fixed coordinate converter 131 converts the d and q-axis voltage commands Vdr and Vqr into D and Q-axis voltage commands VDs and VQs, which are fixed coordinate systems, in consideration of the rotor position.

고정-3상 좌표 변환기(132)는 고정좌표계인 D,Q축 전압 지령(VDs, VQs)을 3상 좌표계인 3상 전압 출력(Da, Db, Dc)으로 변환한다.The fixed-to-three-phase coordinate transformer 132 converts the fixed coordinate system D, Q-axis voltage commands VDs and VQs into a three-phase coordinate system of three-phase voltage outputs Da, Db and Dc.

3상-고정 좌표 변환기(133)는 실측된 3상 전류(ia, ib, ic)를 입력 받고, 고정좌표계인 D,Q축 전류 지령(iQs, iDs)으로 변환한다.The three-phase-to-fixed coordinate converter 133 receives the measured three-phase currents ia, ib, ic and converts the three-phase currents ia, ib and ic into D and Q axis current commands iQs and iDs.

고정-회전 좌표 변환기(134)는 회전자 위치를 고려하여 D,Q축 전류 지령(iDs, iQs)을 d,q축 전류 지령(Idrf, Iqrf)을 고정좌표계인 D,Q축 전압 지령(VDs, VQs)로 변환한다. The fixed-rotation coordinate converter 134 converts the D and Q-axis current commands iDs and iQs into d and q-axis current commands Idrf and Iqrf in consideration of the rotor position with the D and Q-axis voltage commands VDs , VQs).

센서 감시부(5)는 단계 STEP30에서 [수학식1] 및 [수학식 2]를 이용하여 상전압을 산출한다. 수학식 1은 d,q 좌표계 기준 모터 전압 방정식이고, 수학식 2는 3상 좌표계 기준 모터 전압 방정식이다.The sensor monitoring unit 5 calculates the phase voltage using Equations (1) and (2) in step STEP30. Equation (1) is the d and q coordinate system reference motor voltage equation, and (2) is the three-phase coordinate system reference motor voltage equation.

[수학식 1] [Equation 1]

[수학식 2]&Quot; (2) "

는 각 축의 인덕턴스이고,

는 전기자 권선 저항이며,

는 영구자석에 의한 전기자 쇄교자속이고,

는 각 상의 자기 인덕턴스이며,

는 상간의 상호 인덕턴스이고,

는 전기각속도이고,

는 회전자계 d축과 a상과의 사이각이며,

는 시간에 대한 미분 연산자(d/dt)인이다.

Is the inductance of each axis,

Is an armature winding resistance,

Is an armature linkage by a permanent magnet,

Is the magnetic inductance of each phase,

Is the mutual inductance between phases,

Is an electric angular velocity,

Is the angle between the d-axis of the rotating system and the a-phase,

Is the differential operator (d / dt) for time.

수학식 1 및 2에 사용되는 인덕턴스, 영구자석에 의한 쇄교자속, 권선 저항 등은 설계 파라미터로 실험을 통해 확인이 가능한 값이다. 3상 전류는 전류 센서를 이용하여 측정 가능하다.

및

는 위치센서(15)를 통해 측정된다.The inductance used in equations (1) and (2), the flux linkage by the permanent magnet, and the winding resistance are values that can be confirmed through experimentation with design parameters. The three-phase current can be measured using a current sensor.

And

Is measured through the position sensor 15.

수학식 1에서 사용되는 회전좌표계 d,q축 전류값은 전류센서를 3상중 적어도2상의 전류값들이 측정되고, 도 7을 참조로 한 앞서 설명에 따라, 2번의 좌표 변환(3상 좌표계 [a,b,c] -> 고정좌표계[D,Q] -> 회전좌표계 [d,q])을 통해 3상 전류값의 산출이 가능하다.The current values of the rotational coordinate system d and the q-axis current used in Equation 1 are obtained by measuring the current values of at least two of the three phases of the current sensor, and performing two coordinate transformations (three-phase coordinate system [a phase current value can be calculated through the [b, c] -> fixed coordinate system [D, Q] -> rotation coordinate system [d, q]

수학식 1에서

및

은 회전자 영구자석에서 발생한 자속이 모터가 회전할때 고정자 권선을 통과하면서 발생하는 역기전력 성분이다. 모터에서 권선 저항과 인덕턴스 성분이 작고 3상에 흐르는 전류와 전기적 각속도가 작은 경우에 역기전력 성분만이 지배적인 값으로 나타나기 때문에 역기전력 성분을 제외한 나머지 값들을 무시하고 역기전력 성분만을 계산하여 3상 전압을 계산하는 것도 가능하다. 이와 같이, 단계 STEP 30에서 산출하는 상전압은 위의 수학식 1 및 2를 통해 계산하는 것도 가능하다. In Equation (1)

And

Is a counter electromotive force component generated when the magnetic flux generated in the rotor permanent magnet passes through the stator winding when the motor rotates. When the winding resistance and the inductance are small in the motor and the current flowing in the three phases and the electric angular velocity are small, only the back electromotive force component appears as a dominant value. Therefore, only the back electromotive force component is ignored except for the back electromotive force component, It is also possible to do. In this manner, the phase voltage calculated in step STEP 30 can be calculated through the above-described equations (1) and (2).

또는, 모터의 설계적인 문제나 설계 파라미터값들의 비선형성 등의 문제로 인해 실험적으로 각 운전 영역에서의 상전압값을 확인한 결과가 수학식 1 및 2의 결과와 오차가 발생할 경우, 상전압 값을 전기 각속도와 d,q축 전류에 대한 맵으로 처리하는 방법도 사용 가능하다.Or, if the result of checking the phase voltage value in each operation region experimentally due to the problem of the design of the motor or the nonlinearity of the design parameter values causes the error of the result of Equations 1 and 2, A method of processing the electric angular velocity and the map of the d and q axis currents is also available.

도 6을 참조로 설명한 DC단 전압 센서의 고장 판정 방법은 STEP 20 및 30 단계를 통해 3상(a,b,c) 각각의 전압을 산출하여 비교하는 것에 한정되지 않는다. 고정좌표계 D,Q축의 전압을 산출할 수도 있으며, 편의를 위해 회전좌표계의 d,q축 전압을 산출하여 사용하는 것도 가능하다. The method for determining the failure of the DC voltage sensor described with reference to Fig. 6 is not limited to calculating and comparing the voltages of the three phases (a, b, and c) through steps 20 and 30. It is also possible to calculate the voltages of the fixed coordinate system D and the Q axis, or to calculate the d and q axis voltages of the rotating coordinate system for convenience.

인버터(2)에서 모터(3) 제어를 위해 벡터 제어 방식을 사용하는 경우 수학식1 및 2에서도 알 수 있듯이 계산의 편의를 위해서 회전좌표계의 d,q축 전압을 비교하는 것이 가장 효율적이다. 앞서 설명한 3상(a,b,c) 각각의 전압을 산출하여 비교 하거나, 고정좌표계 D,Q축의 전압을 산출하여 비교하는 방식 모두 사용 가능하다.In the case of using the vector control method for controlling the motor 3 in the inverter 2, it is most efficient to compare the d and q axis voltages of the rotational coordinate system for the convenience of calculation, as can be seen from equations (1) and (2). It is possible to calculate and compare the voltages of the three phases (a, b, and c) described above, or to calculate and compare the voltages of the fixed coordinate system D and Q axis.

전압을 비교하는 경우에, 3상(a,b,c) 및 고정좌표계(D,Q)는 각상 및 축의 전압 값이 시간에 따라 sin파 형태로 나타나기 때문에 DC단 전압 센서에 문제가 발생하여도 STEP 20 및 30 에서 계산한 전압값의 오차가 지속적으로 α이상을 유지할 수 없다. In the case of comparing the voltages, the voltage values of the three phases (a, b, c) and the fixed coordinate system (D, Q) appear as sinusoidal waveforms with time, The error of the voltage value calculated in STEP 20 and 30 can not be maintained more than α continuously.

그렇기 때문에 이 경우에는 상전압 출력값의 벡터합과 산출된 전압에 따른 상전압 계산값의 벡터합을 비교하거나 상전압 출력값과 산출된 전압에 따른 상전압 계산값의 sin파 전압값이 0을 통과하는 주변 구간을 제외한 나머지 구간에서 STEP 20 및 30 전압간 오차를 비교해야 올바른 판단이 가능하다. Therefore, in this case, the vector sum of the phase voltage output value and the phase voltage calculation value according to the calculated voltage are compared, or the phase voltage output value and the sine wave voltage value of the phase voltage calculation value according to the calculated voltage pass through 0 It is necessary to compare the errors between STEP 20 and 30 in the remaining sections except the peripheral section to make a correct judgment.

회전좌표계 d,q에서는 좌표축이 회전자와 동기화되어 회전하기 때문에 d,q축 전압이 sin파 형태로 나타나지 않기 때문에 각각의 전압을 직접 비교하는 것이 가능하다. Since the coordinate axes rotate in synchronism with the rotor in the rotating coordinate system d and q, the d and q axis voltages do not appear as sinusoidal voltages, so it is possible to directly compare the respective voltages.

DC단 전압 센서 고장시 STEP 20 및 30 에서 산출한 상전압 간의 오차가 발생하는 이유는 다음과 같을 수 있다. 전류제어기에서 결정된 상전압 출력은 좌표변환 과정을 통해 a,b,c 3상에 인가해야 하는 전압값으로 계산된다. 이때 전류 제어기에서는 DC단 전압 입력값을 바탕으로 요구되는 3상 전압을 인가하는데 필요한 각상의 PWM duty값을 결정한다. 만약 전압 센서의 고장으로 인해 전압 센서값이 실제값 보다 낮게 전압을 측정하는 경우 STEP 20에서의 전압 출력 또한 작아지고 반대의 경우에는 커지게 된다. 이 경우 STEP 30에서 이론적으로 산출한 상전압값과 STEP 20의 상전압간의 오차가 커지게 된다. 그러면, 도 6에 도시된 바와 같이 DC 전압 센서의 이상 유무 확인이 가능하다. The reason why the error between the phase voltages calculated in STEP 20 and 30 when the DC voltage sensor fails is as follows. The phase voltage output determined by the current controller is calculated as a voltage value to be applied on a, b, c 3 through the coordinate conversion process. In this case, the current controller determines the PWM duty value of each phase required to apply the required three-phase voltage based on the DC step voltage input value. If the voltage sensor value is lower than the actual value due to the failure of the voltage sensor, the voltage output at STEP 20 becomes smaller, and in the opposite case, it becomes larger. In this case, the error between the phase voltage value theoretically calculated in STEP 30 and the phase voltage of STEP 20 becomes large. Then, as shown in FIG. 6, it is possible to check whether there is an abnormality in the DC voltage sensor.

도 10은 실시 예에 따른 DC단 전압 센서의 고장 감지 이후의 비상 운전 전략(fail-safe)을 나타낸 순서도이다. FIG. 10 is a flowchart showing an emergency-operation strategy after failure detection of the DC voltage sensor according to the embodiment.

도 6과 중복되는 STEP10-STEP70 단계는 설명되었으므로, 그 설명을 생략한다.Since steps STEP10-STEP70 overlapping with FIG. 6 have been described, the description thereof will be omitted.

단계 STEP 60통해, DC단 전압 센서 고장이 감지된 경우, DC단 전압 센싱값(VDCS)과 전압센서(4)로 감지 가능한 최소 전압 기준값(Vlow)을 비교한다(STEP80).If a DC short voltage sensor failure is detected in step 60, the DC short voltage sensing value VDCS is compared with the minimum voltage reference value Vlow detectable by the voltage sensor 4 (STEP 80).

단계 STEP 80에서, 전압 센싱값(VDCS)이 최소 전압 기준값(Vlow) 보다 작은 경우, DC단 센서 와이어가 단선되었거나 GND와 단락된 것으로 판단한다(STEP100). 최소 전압 기준값(Vlow)은 실험적으로 DC단 전압 센서 와이어가 단선 또는 GND 단락 상태에서 나타나는 전압 센서(4)의 출력 값을 기준으로 고장 판정이 가능한 값으로 선정한다. If it is determined in step 80 that the voltage sensing value VDCS is smaller than the minimum voltage reference value Vlow, it is determined that the DC stage sensor wire is disconnected or shorted to GND (STEP100). The minimum voltage reference value (Vlow) is experimentally determined to be a value capable of determining a failure based on the output value of the voltage sensor (4) in which the DC voltage sensor wire appears in the disconnection or GND short circuit state.

단계 STEP 80에서 전압 센싱값(VDCS)이 최소 전압 기준값(Vlow) 보다 큰 경우, 전압 센싱값(VDCS)을 전압 센서가 읽을 수 있는 최대 전압 기준치(Vhigh)와 비교한다(STEP90).If the voltage sensing value VDCS is greater than the minimum voltage reference value Vlow in step 80, the voltage sensing value VDCS is compared with the maximum voltage reference value Vhigh that the voltage sensor can read (STEP 90).

단계 STEP 90에서, 전압 센싱값(VDCS)이 최대 전압 기준치(Vhigh)을 초과하는 경우에는 전압센서 와이어가 전원선과 단락된 것으로 판단한다(STEP110). 최대 전압 기준치(Vhigh)도 최소 전압 기준값(Vlow)와 마찬가지로 실험을 통해 센서 와이어가 전원선과 단락이 발생할 때의 전압을 기준으로 하여 선정한다. In step 90, if the voltage sensing value VDCS exceeds the maximum voltage reference value Vhigh, it is determined that the voltage sensor wire is short-circuited to the power line (STEP 110). The maximum voltage reference value (Vhigh) is selected based on the voltage when the sensor wire shorts to the power line through the experiment as in the case of the minimum voltage reference value (Vlow).

단계 STEP 90에서, 전압 센싱값(VDCS)이 최대 전압 기준치(Vhigh)을 초과하지 않는 경우 즉, 전압 센싱값(VDCS)이 최대 전압 기준치(Vhigh)와 최소 전압 기준값(Vlow) 사이의 정상값인 경우에는 Rationality fault 상태로 판단한다(STEP 120). Rationality fault 상태는 센서가 정상적인 범위의 값을 나타내고는 있지만 정합성에 문제가 있다는 의미이다. 즉, 실제값과 센서값 사이에 오차가 존재하는 고장을 의미한다. 이렇게 판단된 고장은 A/S 편의성을 위해 사용자에게 알려줄 수 있는 수단(각종 통신 수단 또는 표시 수단 등)을 통해 관련 정보를 전달한다. If the voltage sensing value VDCS does not exceed the maximum voltage reference value Vhigh in step 90, that is, if the voltage sensing value VDCS is a normal value between the maximum voltage reference value Vhigh and the minimum voltage reference value Vlow , It is determined that the Rationality fault state is present (STEP 120). Rationality fault status means that the sensor has a normal range of values, but there is a problem with consistency. That is, a fault exists between the actual value and the sensor value. The fault thus determined transmits related information through means (various communication means or display means, etc.) that can inform the user for A / S convenience.

종래 DC단 전압센서 고장 감지 기능이 없는 경우, 센서 단선 또는 단락 고장 발생시 DC단에 전원이 공급되지 않았거나, 지나치게 높은 전압이 인가된 것으로 판단하여 모터 구동을 정지하였다. 또한, 센서 Rationality fault가 발생한 경우에도 진단이 불가하여 잘못된 DC단 전압 정보를 통해 제어가 이루어지면서 제어 불안정성이 발생하는 문제가 있었다. 그러나 실시 예를 통해 DC단 전압 센서의 고장 발생 및 고장 발생 원인 진단이 가능하다. In the conventional DC voltage sensor failure detection function, when the sensor is disconnected or short-circuited, it is judged that power is not supplied to the DC terminal or an excessively high voltage is applied and the motor is stopped. In addition, even if a sensor rationality fault occurs, diagnosis is impossible, and there is a problem that control instability occurs due to control through incorrect DC voltage information. However, it is possible to diagnose the cause of the failure of the DC voltage sensor and the cause of the failure through the embodiment.

고장이 발생한 경우(STEP 100, 110, 120) 모터 비상 운전을 위해, 전압 센싱값(VDCS)을 구동 가능한 전압 범위내의 특정값 (VNOR)으로 고정하고 비상 운전을 실시한다(STEP130). 이 경우 속도 제어 성능이나 토크 발생에 있어 센서가 정상적일 때에 비해 성능이 떨어질 수는 있으나 모터 구동은 가능하다. 이때 안전을 위해 최대 운전 가능 속도 및 토크를 제한하여 운전하는 전략도 사용 가능하다.When a failure occurs (STEPs 100, 110, and 120), the voltage sensing value VDCS is fixed to a specific value VNOR within a drivable voltage range for emergency operation of the motor (STEP130). In this case, the performance of the speed control performance or the torque generation may be deteriorated compared to when the sensor is normal, but the motor can be driven. At this time, it is possible to use a strategy of driving by limiting the maximum allowable speed and torque for safety.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

1: 모터 구동 DC 전원
2: 인버터
3: 모터
4: 전압 센서
5: 센서 감시부
6: 제어부1: Motor-driven DC power source
2: Inverter
3: Motor
4: Voltage sensor
5: Sensor monitoring section
6:

Claims

인버터로부터 3상 출력이 정상적으로 나가고 있을 때, 상전압 출력값을 확인하는 단계
모터 설계 파라미터, 3상 전류, 및 모터 회전수를 기초로 모터 전압 방정식을 통해 상전압 계산값을 산출하는 단계 및
상기 상전압 출력값과 상기 상전압 계산값 간의 오차와 소정의 오차 허용 기준값을 비교하는 단계를 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.Checking the phase voltage output value when the 3-phase output is normally output from the inverter
Calculating a phase voltage calculation value through a motor voltage equation based on a motor design parameter, a three-phase current, and a motor revolution number; and
And comparing the error between the phase voltage output value and the phase voltage calculation value with a predetermined error tolerance reference value.

제1항에 있어서,
상기 비교 결과 상기 상기 상전압 출력값과 상기 상전압 계산값 간의 오차가 상기 오차 허용 기준값을 초과하는 기간을 카운트 하는 단계를 더 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.The method according to claim 1,
And counting a period in which an error between the phase voltage output value and the phase voltage calculation value exceeds the error tolerance reference value as a result of the comparison.

제2항에 있어서,
상기 카운트된 기간이 소정의 임계 기간을 초과할 때, 상기 전압 센서를 고장으로 판단하는 전압 센서 고장 감지 방법.3. The method of claim 2,
And when the counted period exceeds a predetermined threshold period, the voltage sensor is judged as a failure.

제3항에 있어서,
상기 카운트된 기간이 소정의 임계 기간보다 작을 때, 상기 선행 단계를 다시 시작하는 전압 센서 고장 감지 방법.The method of claim 3,
And resumes the preceding step when the counted period is less than a predetermined threshold period.

제4항에 있어서,
상기 상전압 출력값과 상기 상전압 계산값 간의 오차와 상기 오차 허용 기준값을 비교한 결과 상기 상전압 출력값과 상기 상전압 계산값 간의 오차가 상기 오차 허용 기준값 이하인 경우 상기 카운트된 기간을 영으로 리셋하는 단계를 더 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.5. The method of claim 4,
Resetting the counted period to zero when an error between the phase voltage output value and the phase voltage calculation value is compared with the error tolerance reference value and the error between the phase voltage output value and the phase voltage calculation value is equal to or less than the error tolerance reference value Further comprising a voltage sensor.

제1항에 있어서,
상기 모터 전압 방정식은 d,q 좌표계 기준 모터 전압 방정식과 3상 좌표계 기준 모터 전압 방정식을 포함하고,
상기 d,q 좌표계 기준 모터 전압 방정식은,

이고,
상기 3상 좌표계 기준 모터 전압 방정식은,

이며,

는 각 축의 인덕턴스이고,

는 전기자 권선 저항이며,

는 영구자석에 의한 전기자 쇄교자속이고,

는 각 상의 자기 인덕턴스이며,

는 상간의 상호 인덕턴스이고,

는 전기각속도이고,

는 회전자계 d축과 a상과의 사이각이며,

는 시간에 대한 미분 연산자(d/dt)인 전압 센서 고장 감지 방법.The method according to claim 1,
The motor voltage equation includes a d, q coordinate system reference motor voltage equation and a three-phase coordinate system reference motor voltage equation,
The d and q coordinate system reference motor voltage equations are expressed as follows:

ego,
The three-phase coordinate system reference motor voltage equation is:

Lt;

Is the inductance of each axis,

Is an armature winding resistance,

Is an armature linkage by a permanent magnet,

Is the magnetic inductance of each phase,

Is the mutual inductance between phases,

Is an electric angular velocity,

Is the angle between the d-axis of the rotating system and the a-phase,

Is a differential operator (d / dt) with respect to time.

제6항에 있어서,
상기 상전압 계산값을 산출하는 단계는,
전류 센서를 통해 3상 좌표계[a, b, c] 전류값이 측정되는 단계
상기 측정된 전류값을 고정좌표계[D,Q]로 변환하는 단계 및
상기 고정좌표계의 전류값을 회전좌표계 d,q축 으로 변환하는 단계를 더 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.The method according to claim 6,
The step of calculating the phase voltage calculation value includes:
The step of measuring the current value of the three-phase coordinate system [a, b, c] through the current sensor
Converting the measured current value into a fixed coordinate system [D, Q], and
And converting the current value of the fixed coordinate system into a rotational coordinate system d, q axis.

제6항에 있어서,

및

은 회전자 영구자석에서 발생한 자속이 모터가 회전할때 고정자 권선을 통과하면서 발생하는 역기전력 성분인 전압 센서 고장 감지 방법.The method according to claim 6,

And

Is a counter electromotive force component generated when a magnetic flux generated in a rotor permanent magnet passes through a stator winding when the motor rotates.

제8항에 있어서,
상기 모터에서 권선 저항과 인덕턴스 성분이 작고, 3상에 흐르는 전류와 전기적 각속도가 작은 경우, 상기 역기전력 성분만을 계산하여 상기 3상 전압 Va, Vb, Vc를 계산하는 단계를 더 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.9. The method of claim 8,
And calculating the three-phase voltages Va, Vb and Vc by calculating only the counter electromotive force component when the winding resistance and the inductance component of the motor are small and the current flowing in the three phases and the electric angular velocity are small, Way.

제1항에 있어서,
상기 상전압 계산값을 산출하는 단계는,
3 상(a,b,c) 각각의 전압을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 상전압 출력값과 상기 상전압 계산값 간의 오차와 상기 오차 허용 기준값을 비교하는 단계는,
상기 상전압 출력값의 벡터합과 상기 산출된 전압에 따른 상전압 계산값의 벡터합을 비교하는 단계를 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.The method according to claim 1,
The step of calculating the phase voltage calculation value includes:
Calculating a voltage of each of the three phases (a, b, c)
Comparing the error between the phase voltage output value and the phase voltage calculation value and the error tolerance reference value,
And comparing the vector sum of the phase voltage output value with the vector sum of the phase voltage calculated value according to the calculated voltage.

제1항에 있어서,
상기 상전압 계산값을 산출하는 단계는,
3 상(a,b,c) 각각의 전압을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 상전압 출력값과 상기 상전압 계산값 간의 오차와 상기 오차 허용 기준값을 비교하는 단계는,
상기 상전압 출력값과 상기 산출된 전압에 따른 상전압 계산값의 sin파 전압값이 0을 통과하는 주변 구간을 제외한 나머지 구간에서 비교하는 단계를 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.The method according to claim 1,
The step of calculating the phase voltage calculation value includes:
Calculating a voltage of each of the three phases (a, b, c)
Comparing the error between the phase voltage output value and the phase voltage calculation value and the error tolerance reference value,
And comparing the phase voltage output value and a sine wave voltage value of a phase voltage calculation value according to the calculated voltage in a remaining interval excluding a peripheral interval through which 0 is passed.

제1항에 있어서,
상기 상전압 계산값을 산출하는 단계는,
고정좌표계 D,Q축의 전압을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 상전압 출력값과 상기 상전압 계산값 간의 오차와 상기 오차 허용 기준값을 비교하는 단계는,
상기 상전압 출력값의 벡터합과 상기 산출된 전압에 따른 상전압 계산값의 벡터합을 비교하는 단계를 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.The method according to claim 1,
The step of calculating the phase voltage calculation value includes:
Calculating a voltage of the fixed coordinate system D, Q axis,
Comparing the error between the phase voltage output value and the phase voltage calculation value and the error tolerance reference value,
And comparing the vector sum of the phase voltage output value with the vector sum of the phase voltage calculated value according to the calculated voltage.

제1항에 있어서,
상기 상전압 계산값을 산출하는 단계는,
고정좌표계 D,Q축의 전압을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 상전압 출력값과 상기 상전압 계산값 간의 오차와 상기 오차 허용 기준값을 비교하는 단계는,
상기 상전압 출력값과 상기 산출된 전압에 따른 상전압 계산값의 sin파 전압값이 0을 통과하는 주변 구간을 제외한 나머지 구간에서 비교하는 단계를 더 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.The method according to claim 1,
The step of calculating the phase voltage calculation value includes:
Calculating a voltage of the fixed coordinate system D, Q axis,
Comparing the error between the phase voltage output value and the phase voltage calculation value and the error tolerance reference value,
And comparing the phase voltage output value and a sine wave voltage value of a phase voltage calculation value according to the calculated voltage in a remaining interval excluding a peripheral interval through which zero is passed.

제1항에 있어서,
상기 상전압 계산값을 산출하는 단계는,
회전좌표계의 d,q축 전압을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 상전압 출력값과 상기 상전압 계산값 간의 오차와 상기 오차 허용 기준값을 비교하는 단계는,
상기 상전압 출력값과 상기 산출된 전압에 따른 상전압 계산값을 비교하는 단계인 전압 센서 고장 감지 방법.The method according to claim 1,
The step of calculating the phase voltage calculation value includes:
Calculating a d-axis voltage and a q-axis voltage of the rotating coordinate system,
Comparing the error between the phase voltage output value and the phase voltage calculation value and the error tolerance reference value,
And comparing the phase voltage output value with a phase voltage calculation value according to the calculated voltage.

제3항에 있어서,
상기 전압 센서 고장이 감지된 경우, 전압 센싱값과 상기 전압센서로 감지 가능한 최소 전압 기준값을 비교하는 단계 및
상기 전압 센싱값이 상기 최소 전압 기준값 보다 작은 경우, DC단 센서 와이어가 단선되었거나 GND와 단락된 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.The method of claim 3,
Comparing the voltage sensing value with a minimum voltage reference value detectable by the voltage sensor when the voltage sensor failure is detected, and
And determining that the DC stage sensor wire is disconnected or shorted to GND when the voltage sensing value is less than the minimum voltage reference value.

제15항에 있어서,
상기 최소 전압 기준값은 실험적으로 상기 DC단 전압 센서 와이어가 단선 또는 상기 GND 단락 상태에서 나타나는 상기 전압 센서의 출력 값을 기준으로 설정되는 전압 센서 고장 감지 방법.16. The method of claim 15,
Wherein the minimum voltage reference value is experimentally set based on an output value of the voltage sensor in which the DC step voltage sensor wire appears in a disconnection state or in the GND short circuit state.

제15항에 있어서,
상기 전압 센싱값이 상기 최소 전압 기준값 보다 큰 경우, 상기 전압 센싱값을 상기 전압 센서가 읽을 수 있는 최대 전압 기준치와 비교하는 단계
상기 전압 센싱값이 상기 최대 전압 기준치를 초과하는 경우에는 상기 전압센서 와이어가 전원선과 단락된 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.16. The method of claim 15,
Comparing the voltage sensing value with a maximum voltage reference value that the voltage sensor can read if the voltage sensing value is greater than the minimum voltage reference value,
And determining that the voltage sensor wire is short-circuited to the power line when the voltage sensing value exceeds the maximum voltage reference value.

제17항에 있어서,
상기 최대 전압 기준치는 실험을 통해 상기 센서 와이어가 상기 전원선과 단락이 발생할 때의 전압을 기준으로 설정하는 전압 센서 고장 감지 방법.18. The method of claim 17,
Wherein the maximum voltage reference value is set based on a voltage when the sensor wire is short-circuited with the power line through an experiment.

제17항에 있어서,
상기 전압 센싱값이 상기 최대 전압 기준치 이하인 경우 Rationality fault 상태로 판단하는 전압 센서 고장 감지 방법.18. The method of claim 17,
And when the voltage sensing value is equal to or less than the maximum voltage reference value, it is determined as a rationality fault state.

제19항에 있어서,
상기 전압 센싱값이 상기 최저 전압 기준값과 상기 최대 전압 기준치 사이일때, 상기 전압 센싱값을 구동 가능한 전압 범위내의 특정값으로 고정하고 비상 운전을 실시하는 전압 센서 고장 감지 방법.20. The method of claim 19,
And when the voltage sensing value is between the minimum voltage reference value and the maximum voltage reference value, the voltage sensing value is fixed to a specific value within a drivable voltage range and an emergency operation is performed.

제1항에 있어서,
상기 인버터로부터 3상 출력이 정상적으로 나가고 있는지 판단하는 단계를 더 포함하는 전압 센서 고장 감지 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of determining whether the three-phase output is normally output from the inverter.