WO2016017880A1

WO2016017880A1 - 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법

Info

Publication number: WO2016017880A1
Application number: PCT/KR2015/000369
Authority: WO
Inventors: 김장목; 김동윤; 강정구
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-02-04
Also published as: KR101622970B1; KR20160015675A

Abstract

본 발명은 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법에 관한 것으로서, 위치센서 없는 브러시리스 직류모터 구동시 발생하는 맥동을 최소화하여 안정적이고 신뢰성 있게 동작할 수 있도록 하는 회전자 위치 오차 보상 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적 달성을 위한 본 발명은, 위치센서 없는 브러시리스 직류모터에서 추정 회전자의 속도와 실제 회전자의 속도에 따른 전류 오차 성분을 측정하는 단계와; 상기 전류 오차 성분에 부호를 부여한 후 적분하는 단계와; 상기 적분된 값으로 역기전력 오차 성분을 구한 후 회전자의 속도 오차 성분을 구하는 단계; 및 상기 속도 오차 성분을 상기 추정 회전자 속도에 보상하는 단계;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 따른 본 발명은 추정 회전자 속도에 속도 오차 성분을 보상하여 회전자의 위치 오차를 보상해주기 때문에 속도 맥동을 최소화하여 안정적이고 신뢰성 있게 동작을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법

본 발명은 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법에 관한 것이다.

3상 브러시리스 직류모터(BLDC)는 이상적으로 각 상의 역기전력의 형태가 도1에 도시된 바와 같이 사다리꼴 모양이 120°위상차를 가지고 분포한다.

따라서 세 개의 상과 역기전력의 모양을 조합하면 전기각 한 바퀴당 6개의 구간으로 나눌 수 있다. 브러시리스 직류모터를 제어하기 위해서는 이러한 6개의 구간에 따라 3상 인버터의 스위치 절환 형태를 바꾸어 제어하게 된다. 즉, 도1의 구간1에서는 a상은 비도통이며 c상의 상위 스위치와 b상의 하위 스위치가 도통되는 V_cb로 제어되고, 구간2에서는 c상이 비도통이며 a상의 상위 스위치와 b상의 하위 스위치가 도통되는 V_ab로 제어된다. 이러한 조합으로 6구간으로 나뉘며 한 상이 비도통되고 두 상이 도통되어 제어되는 방식을 120°도통방식이라고 한다.

120°도통 방식으로 브러시리스 직류모터를 구동하기 위해서는 6구간을 구분하기 위한 위치센서(홀센서)가 사용된다. 그러나 홀센서의 장착은 모터 시스템의 제조비용 상승과 함께 부피의 증가, 신뢰성의 저하, 사용 환경의 제약, 전자파 장애 등의 많은 문제를 유발한다.

이에 따라 최근에는 위치센서 없이 브러시리스 직류모터를 구동하는 센서리스 드라이브의 개발이 크게 주목받고 있으며, 기존의 유도기나 직류기를 사용하여 가변속 운전을 하는 응용분야에 대체 적용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이에 대한 종래기술로 비도통상의 단자전압을 이용한 ZCP(Zero Crossing Point) 검출, 비도통 상의 환류 전류 검출, 역기전력 상수를 이용한 전환 시점 판별, 그리고 실제 전류와 지령 전류의 차를 이용한 회전자 위치 보상방법이 있다.

도2는 도1에서 a상의 역기전력, 상전류 및 단자전압 파형을 나타내는 타이밍도이다.

비도통 상의 단자전압을 이용한 ZCP 검출 방법은 도2와 같이 브러시리스 직류모터를 120°도통 각으로 제어할 경우 두 상이 도통되고 나머지 한 상은 비도통 되는 특성을 이용한다. 비도통 구간에서는 역기전력의 극성이 바뀌므로 그 시점에서 단자전압을 측정하면 Vdc/2가 된다. 따라서 비도통상의 단자전압이 Vdc/2가 되는 지점을 센싱하여 ZCP 검출이 가능하며 ZCP는 전환시점과 30°위상차가 난다. 그러나 단자전압을 이용하여 ZCP를 검출하는 방식은 비교기가 필요하며 따라서 새로운 전원과 하드웨어를 구성해야 한다. 또한 역기전력의 크기는 속도에 비례하기 때문에 역기전력이 충분히 나타나지 않는 저속에서는 사용이 불가능하고, 상전압의 ZCP와 전환시점의 30°위상차를 보상하기 위해 위상지연필터를 사용하기 때문에 고속에서의 위치 분해능이 저하되는 문제점이 있다.

도3은 비도통 상의 환류 전류 검출 방법을 설명하기 위한 역기전력 검출 회로도이다.

비도통 상의 환류 전류 검출 방법은 비도통 상에서 환류되는 전류를 검출하면 브러시리스 직류모터의 전환 시점을 파악할 수 있다. 브러시리스 직류모터의 구동시 전기각은 60°간격으로 두 상이 도통되고 한 상은 개방된다. 이때 비도통 상에서는 고정자 권선의 역기전력에 의해 전류가 흐르게 된다. 즉, 역기전력의 극이 바뀌는 시점에서 환류 다이오드를 통해 비도통 상에 전류가 흐르게 되는데 전환 시점과 30°의 위상차로 ZCP를 통과한다. 따라서 비도통 상에서 환류되는 전류를 검출하면 브러시리스 직류모터의 전환 시점을 파악할 수 있다. 이 방법은 도3에 도시된 바와 같은 환류 다이오드를 통해 흐르는 전류로 전환 시점을 판별하기 때문에 Chopping mode로 동작할 수 있는 인버터와 환류 다이오드에 흐르는 전류를 비교하기 위한 추가회로가 필요하고 추가회로에 두 개의 양극성 전원이 추가로 필요하다. 또한 저속영역에서는 제어특성이 비교적 우수하지만 고속운전시 위치 분해능이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

도4는 역기전력 상수를 이용한 전환시점 검출 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

역기전력 상수를 이용한 전환시점 판별 방법은 제어기 내에 브러시리스 직류모터를 모델링하여 속도를 계산하고 전압방정식을 이용하여 역기전력을 추정한 후 역기전력 상수를 계산하여 전환시점을 판별하는 방식이다. 도통 구간의 상 역기전력은 편평하기 때문에 역기전력-회전자 속도의 비는 항상 일정한 값을 가진다. 도3과 같이 전환시점에서 역기전력의 크기가 바뀌므로 역기전력-회전자 속도의 비는 감소하게 되는데 이 시점을 검출하여 회전자 위치를 검출한다. 추가적인 하드웨어를 구성하지 않고 측정 파라미터의 오차에 강인한 센서리스 제어가 가능하지만, 수식이 복잡하고 역기전력 상수의 영향을 많이 받기 때문에 전환 시점 값을 잘못 설정하면 왜곡된 전류 파형이 발생하는 문제점이 있다.

도5는 역기전력과 각 오차에 의한 전류 왜곡을 나타내는 그래프이다.

실제 전류와 지령 전류의 차를 이용한 회전자 위치 보상 방법은 제어기 내에서 브러시리스 직류모터를 모델링하여 실제 전류와 모델링된 추정 전류의 차를 이용하여 역기전력을 추정한다. 추정한 역기전력은 역기전력 상수를 이용하여 회전자 속도를 알아낼 수 있고, 회전자 속도를 적분하면 회전자 위치를 알 수 있다. 하지만 정확한 회전자 위치에 대한 정보가 없기 때문에 회전자 위치에 따라 실제 전류의 모양이 변형된다. 추정 회전자 위치보다 실제 회전자 위치가 앞서면 60°도통 구간 중 0°~ 30°부분의 전류가 상승하고, 실제 회전자 위치가 추정 회전자 위치보다 앞서면 30°~ 60°부분의 전류가 상승하게 된다. 도5를 참조하면 추정 회전자 위치가 실제 회전자 위치보다 앞서거나 뒤처질 경우 전류는 양의 값으로 상승하는 것을 알 수 있다.

도6은 종래기술에 따른 위치센서 없는 브러시리스 직류모터 운전장치를 도시하는 블록도이다.

도6에 따른 종래기술은, 브러시리스 직류모터를 구동하기 위한 전류지령치 및 전압지령치를 출력하는 구동제어부와, 상기 브러시리스 직류모터를 구동하는 각 상의 전류 중 가장 큰 전류 값을 검출하여 실제전류로 출력하는 전류검출기와, 상기 전압지령치와 상기 실제전류를 이용하여 역기전력을 산출하는 역기전력 추정부와, 상기 역기전력을 이용하여 전기각과 전기각속도를 산출하는 전기각 추정부와, 상기 전류지령치와 상기 실제전류를 이용하여 각오차를 저감하기 위한 각오차 성분을 출력하는 각오차 보정부와, 상기 전기각과 상기 각오차 성분에 따라 상기 브러시리스 직류모터를 구동시키는 모터구동부를 포함한다.

상기와 같은 종래기술은 추가적인 하드웨어가 필요 없고 수식이 간단하다는 장점이 있다.

그러나, 회전자 위치를 직접 보상해야 하기 때문에 모터 속도에 맥동이 발생하고 지속적인 정상 상태 오차가 발생한다. 또한 회전자 위치 오차를 전류지령 값과 실제전류의 차를 이용하여 검출하기 때문에 속도 오차에서 발생한 정상상태의 오차를 수렴할 수 없는 문제점이 있다.

앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 위치센서 없는 브러시리스 직류모터 구동시 발생하는 맥동을 최소화하여 안정적이고 신뢰성 있게 동작할 수 있도록 하는 회전자 위치 오차 보상 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 위치센서 없는 브러시리스 직류모터에서 추정 회전자의 속도와 실제 회전자의 속도에 따른 전류 오차 성분을 측정하는 단계와; 상기 전류 오차 성분에 부호를 부여한 후 적분하는 단계와; 상기 적분된 값으로 역기전력 오차 성분을 구한 후 회전자의 속도 오차 성분을 구하는 단계; 및 상기 속도 오차 성분을 상기 추정 회전자 속도에 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 전류 오차 성분은 상기 추정 회전자 속도와 상기 실제 회전자 속도의 오차에 따른 회전자의 위치 오차에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전류 오차 성분에 부호를 부여하기 이전에, 상기 추정 회전자 위치를 이용하여 60°구간마다 상전환된 6고조파를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전류 오차 성분에 부호를 부여하는 단계에서는, 상기 6고조파의 상 위치에 따라 상기 전류 오차 성분에 +1 또는 -1의 부호를 부여하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전류 오차 성분은 상기 추정 회전자의 위치와 상기 실제 회전자의 위치 오차에 의해 결정되며, 상기 전류 오차 성분이 발생한 위치를 통해 상기 추정 회전자의 속도가 상기 실제 회전자의 속도보다 빠른지 또는 느린지를 판단하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 추정 회전자 속도가 상기 실제 회전자 속도보다 빠르면, 상전환 후 30°구간에서 양의 값을 갖는 전류 오차 성분에 음의 부호를 부여하여 적분한 후 상기 추정 회전자의 속도를 보상하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 추정 회전자 속도가 상기 실제 회전자 속도보다 느리면, 상전환 전,후 30°구간에서 양의 값과 음의 값을 갖는 전류 오차 성분에 상전환 전에는 양의 부호를 부여하고 상전환 후에는 음의 부호를 부여하여 적분한 후 상기 추정 회전자의 속도를 보상하는 것을 특징으로 한다.

상기한 실시예에 따른 본 발명은, 추정 회전자 속도에 속도 오차 성분을 보상하여 회전자의 위치 오차를 보상해주기 때문에 속도 맥동을 최소화하여 안정적이고 신뢰성 있게 동작을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 추정 회전자의 속도와 실제 회전자의 속도에 따라 변화하는 현재 전류(

)와 이전 전류(

)의 차를 통해 전류 오차 성분(

)을 구하고 상기 전류 오차 성분이 발생하는 위치를 통해 추정 회전자의 위치가 실제 회전자의 위치보다 앞섰는지 뒤졌는지 알 수 있기 때문에 속도 오차에서 발생한 정상상태의 오차를 수렴할 수 있는 효과가 있다.

도1은 일반적인 3상 브러시리스 직류모터의 역기전력 모양과 역기전력의 모양에 따른 6구간의 제어 전압을 나타내는 타이밍도이고,

도2는 도1에서 a상의 역기전력, 상전류 및 단자전압 파형을 나타내는 타이밍도이고,

도3은 비도통 상의 환류 전류 검출 방법을 설명하기 위한 역기전력 검출 회로도이고,

도4는 역기전력 상수를 이용한 전환시점 검출 방법을 설명하기 위한 그래프이고,

도5는 역기전력과 각 오차에 의한 전류 왜곡을 나타내는 그래프이고,

도6은 종래기술에 따른 위치센서 없는 브러시리스 직류모터 운전장치를 도시하는 블록도이고,

도7은 실제 회전자의 속도가 추정 회전자의 속도보다 느릴 때의 전류 변화량을 분석하기 위한 그래프 및 순서도이고,

도8은 실제 회전자의 속도가 추정 회전자의 속도보다 빠를 때의 전류 변화량을 분석하기 위한 그래프 및 순서도이고,

도9는 실제 회전자의 속도와 추정 회전자의 속도가 동일할 때의 전류 변화량을 분석하기 위한 그래프 및 순서도이고,

도10은 추정 회전자 위치를 이용하여 60°구간마다 상전환된 6고조파 3가지 경우를 도시하는 그래프이고,

도11은 본 발명의 실시예에 따른 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 추정 회전자의 속도에 따른 전류 오차 성분에 대해 설명하기로 한다.

일반적인 직류모터 구성시 인덕턴스 항이 빠지므로 전류 지연은 없고, 일정한 전류를 획득할 수 있다. 따라서 전류변화량은 0이다.

하지만 브러시리스 직류모터는 항상 상 전환이 발생하고, 인덕턴스와 속도의 영향으로 전류 지연이 발생하므로 전류변화량(전류 오차 성분)이 변하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 회전자 위치별 전류변화량을 관찰하여 전류변화량을 0으로 제어되도록 하여 회전자 위치를 추정한다. 추정 역기전력과 역기전력 상수의 비로 회전자 속도를 구하게 되고, 회전자 속도를 적분하여 회전자 위치를 구하게 된다. 전류 오차 성분이 포함된 추정 회전자 위치로 인하여 전류 모양이 변하게 되는데 다음과 같이 3가지 경우를 가정하여 전류 변화를 분석한다.

추정 회전자의 위치는 실제 회전자 위치와 비교하여 실제 회전자의 속도가 추정 회전자 속도보다 느릴 때, 실제 회전자의 속도가 추정 회전자의 속도보다 빠를 때, 실제 회전자 속도와 추정 회전자 속도가 같을 때의 3가지 경우를 가진다.

먼저, 실제 회전자의 속도가 추정 회전자의 속도보다 느린 경우는 도7-(A)와 같다. 이때 직류모터의 전압 인가는 추정한 회전자의 위치에 맞추어 PWM을 인가하게 되는데, 실제 회전자의 위치와 비교하여 추정 회전자의 위치가 앞서므로 PWM은 은 실제 역기전력이 상승하는 부분에서 인가하게 된다. 이로 인해 도7-(B)에 도시된 바와 같이 직류모터에 흐르는 전류가 급상승하게 되고 전류제어기 동작에 의해 실제 인가 전압은 다시 떨어지게 된다. 그 결과 도-(C)와 같은 순서도의 모델링(

)에 의한 추정 역기전력은 감소하게 되고 따라서 추정 회전자 속도 (

)또한 감소한다. 이후 실제 역기전력이 평평한 구간에 이르면 직류모터에 흐르는 전류는 다시 작아지고 인가전압 또한 상승하여 추정 역기전력은 상승한다. 이때 추정 회전자 속도도 상승한다. 이 구간에서 전류 오차 성분(Δi_err)을 살펴보면 약간 상승하는 것을 알 수 있다.

다음으로, 실제 회전자의 속도가 추정 회전자의 속도보다 빠른 경우는 도8-(A)와 같다. 여기서 직류모터의 전압 인가는 추정한 회전자 위치에 맞추어 PWM을 인가하게 되는데 실제 회전자 위치와 비교하여 추정 회전자 위치가 뒤처지므로 PWM은 실제 역기전력이 하강하는 부분에서도 인가하게 된다. 이때 도8-(B)에 도시된 바와 같이 급격하게 전류가 상승하게 되고 전류제어기 동작에 의해 인가 전압이 작아진다. 따라서 추정 회전자의 속도는 더욱 느려져 회전자 위치를 잃어버리고 모터는 정지한다. 이때의 전류 오차 성분(Δi_err)을 살펴보면 상전환이 발생하기 전에는 전류 오차 성분(Δi_err)이 상승하다가 상전환 후에는 감소하는 것을 알 수 있다.

다음으로, 실제 회전자 속도와 추정 회전자 속도가 같은 경우는 도9-(A)와 같다. 이때 추정 역기전력은 실제 역기전력과 동일하므로 PWM은 실제 역기전력이 평평한 구간에서만 발생한다. 전류 지연에 의해 전류 오차 성분(Δi_err)은 약간 변하지만 0의 근사값을 가진다. 전류와 전압의 변화가 적어 일정한 추정 회전자 속도를 얻을 수 있다.

앞서 설명한 전류 오차 성분을 바탕으로 한 본 발명의 실시예에 따른 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 위치 오차 보상 방법은, 위치센서 없는 브러시리스 직류모터에서 추정 회전자의 속도와 실제 회전자의 속도에 따른 전류 오차 성분을 측정하는 단계와, 상기 전류 오차 성분에 부호를 부여한 후 적분하는 단계와, 상기 적분된 값으로 역기전력 오차 성분을 구한 후 회전자의 속도 오차 성분을 구하는 단계와, 상기 속도 오차 성분을 상기 추정 회전자 속도에 보상하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 전류 오차 성분은 추정 회전자의 속도와 실제 회전자의 속도에 따라 변화하는 현재 전류(i_n+1)와 이전 전류(i_n)의 차이다. 즉, 상기 전류 오차 성분은 상기 추정 회전자 속도와 상기 실제 회전자 속도의 오차에 따른 회전자의 위치 오차에 의해 결정된다.

상기와 같은 전류 오차 성분은 상기 추정 회전자의 위치와 상기 실제 회전자의 위치 오차에 의해 결정되며, 상기 전류 오차 성분이 발생한 위치를 통해 상기 추정 회전자의 속도가 상기 실제 회전자의 속도보다 빠른지 또는 느린지를 판단할 수 있다.

이에, 상기 추정 회전자 속도가 상기 실제 회전자 속도보다 빠르면, 상전환 후 30°구간에서 양의 값을 갖는 전류 오차 성분에 음의 부호를 부여하여 적분한 후 상기 추정 회전자의 속도를 보상한다. 그리고, 상기 추정 회전자 속도가 상기 실제 회전자 속도보다 느리면, 상전환 전,후 30°구간에서 양의 값과 음의 값을 갖는 전류 오차 성분에 상전환 전에는 양의 부호를 부여하고 상전환 후에는 음의 부호를 부여하여 적분한 후 상기 추정 회전자의 속도를 보상한다. 따라서, 정확한 회전자 위치를 추정할 수 있다.

한편, 상기 전류 오차 성분에 부호를 부여하기 이전에, 상기 추정 회전자 위치를 이용하여 60°구간마다 상전환된 6고조파를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 6고조파(6harmonics)는 도10과 같은 그래프로 나타낼 수 있다.

그리고, 상기 전류 오차 성분에 부호를 부여하는 단계에서는, 상기 6고조파의 상 위치에 따라 상기 전류 오차 성분에 +1 또는 -1의 부호를 부여한다.

상기한 6고조파는 다음의 수학식1에 의해 생성될 수 있으며, 도10에서와 같이 6고조파의 빨간색(양의 구간)에 해당하는 부분은 +1의 부호를 부여하고, 파란색(음의 구간)에 해당하는 부분은 -1을 부여하여 전류 오차 성분을 적분한다.

수학식 1

여기서, θ _m은 추정 회전자의 위치이다.

도10에서 Case1은 실제 회전자 위치보다 추정 회전자 위치가 앞설 때이며, 전류 오차 성분(Δi_err)의 적분 값인 Δi_int값은 -1의 부호를 부여하여 적분하므로 음의 값을 가진다. Case2는 실제 회전자 위치보다 추정 회전자 위치가 뒤처질 때이며, 전류 오차 성분(Δi_err)의 적분 값인 Δi_int값은 상전환 전에는 +1의 부호를, 상전환 후에는 -1의 부호를 부여하여 적분하므로 양의 값을 가진다. 적분한 값인 Δi_int값을 회전자 속도 값으로 환산하여 추정 회전자 속도에 더하여 정확한 추정 회전자의 속도와 위치를 추정할 수 있다. 추정 회전자 속도를 보상하게 되면 Case3과 같이 실제 회전자 위치와 추정 회전자 위치가 같으며 Δi_int값은 0의 근사값을 가진다.

직류 전류모델 기반의 역기전력 추정 방법에서 회전자 속도 수식은 전류추정 모델링의 오차 및 실제 스위치 도통 저감의 영향에 의해 실제 속도보다 작게 추정됨을 반영하여 다음의 수학식2와 같이 추정 회전자 속도를 포함한다.

수학식 2

여기서,

은 추정한 각속도이고, n은 기설정된 제어연산 주기이고, e_m은 추전한 역기전력이고, Δe_err는 역기전력 오차 성분이고, K_E는 역기전력 상수이고,

은 전류 추정 모델링의 오차, 스위치 도통 저감의 영향 성분, 즉 모델링이 완벽하면 이 성분은 0이어야 하나 실제 구현시 여러 오차 성분에 의해 발생한 각속도의 오차이다.

오차 성분이 포함된 추정 회전자 위치는 다음의 수학식3으로 나타낸다.

수학식 3

여기서, T는 전류 샘플링 주기이다.

앞서 설명하였듯이 전류 오차 성분에 수학식4와 같이 +1 또는 -1의 부호를 부여하여 적분하면 역기전력 오차 성분을 수학식5와 같이 얻을 수 있다.

수학식 4

여기서, Δi_p는 6고조파의 양의 구간에서의 전류오차성분이고, Δi_n은 6고조파의 음의 구간에서의 전류오차성분이고, T는 제어 주기 상수이다.

수학식 5

여기서 K는 적분 게인이다.

회전자 속도 오차는 다음의 수학식6으로 구할 수 있다.

수학식 6

여기서, Δω_err는 각속도 오차 보상 성분이다.

추정 회전자 속도 보상은 수학식2에 수학식6을 대입하면 다음의 수학식7과 같다.

수학식 7

여기서,

는 수학식2의 각속도 오차 성분이고,

는 본 발명의 실시예에 따라 보상하는 각속도 오차 성분이다.

수학식7을 이용하여 추정 회전자 위치는 다음의 수학식8과 같이 구할 수 있다.

수학식 8

지금까지 설명한 내용을 도11과 같이 플로우챠트로 나타낼 수 있다.

도11을 본 발명의 실시에에 따라 간략히 설명하면, 추정 회전자 속도와 실제 회전자 속도의 오차가 발생하면 추정 회전자 위치와 실제 회전자 위치의 오차가 발생한다. 이로 인해 전류 오차가 발생하게 되고, 전류 오차 성분에 +1 또는 -1부호를 부여하여 전류 오차 성분을 적분한다. 전류 오차 성분을 적분한 값으로 역기전력 오차 성분을 계산하고, 속도 오차 성분을 계산한다. 계산된 속도 오차 성분을 보상해줌으로써 추정 회전자 속도와 실제 회전자 속도의 오차를 줄일 수 있다.

지금까지 설명한 본 발명에 따르면, 추정 회전자 속도에 속도 오차 성분을 보상하여 회전자의 위치 오차를 보상해주기 때문에 속도 맥동을 최소화하여 안정적이고 신뢰성 있게 동작을 구현할 수 있는 효과가 있다.

)와 이전 전류(

)의 차를 통해 전류 오차 성분(

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.

본 발명은 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법 분야에 이용가능하다.

Claims

위치센서 없는 브러시리스 직류모터에서 추정 회전자의 속도와 실제 회전자의 속도에 따른 전류 오차 성분을 측정하는 단계;

상기 전류 오차 성분에 부호를 부여한 후 적분하는 단계;

상기 적분된 값으로 역기전력 오차 성분을 구한 후 회전자의 속도 오차 성분을 구하는 단계; 및

상기 속도 오차 성분을 상기 추정 회전자 속도에 보상하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법.
제1항에 있어서,

상기 전류 오차 성분은 상기 추정 회전자 속도와 상기 실제 회전자 속도의 오차에 따른 회전자의 위치 오차에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법.
제1항에 있어서,

상기 전류 오차 성분에 부호를 부여하기 이전에,

상기 추정 회전자 위치를 이용하여 60°구간마다 상전환된 6고조파를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법.
제3항에 있어서,

상기 전류 오차 성분에 부호를 부여하는 단계에서는,

상기 6고조파의 상 위치에 따라 상기 전류 오차 성분에 +1 또는 -1의 부호를 부여하는 것을 특징으로 하는 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법.
제4항에 있어서,

상기 전류 오차 성분은 상기 추정 회전자의 위치와 상기 실제 회전자의 위치 오차에 의해 결정되며,

상기 전류 오차 성분이 발생한 위치를 통해 상기 추정 회전자의 속도가 상기 실제 회전자의 속도보다 빠른지 또는 느린지를 판단하는 것을 특징으로 하는 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법.
제5항에 있어서,

상기 추정 회전자 속도가 상기 실제 회전자 속도보다 빠르면, 상전환 후 30°구간에서 양의 값을 갖는 전류 오차 성분에 음의 부호를 부여하여 적분한 후 상기 추정 회전자의 속도를 보상하는 것을 특징으로 하는 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법.
제5항에 있어서,

상기 추정 회전자 속도가 상기 실제 회전자 속도보다 느리면, 상전환 전,후 30°구간에서 양의 값과 음의 값을 갖는 전류 오차 성분에 상전환 전에는 양의 부호를 부여하고 상전환 후에는 음의 부호를 부여하여 적분한 후 상기 추정 회전자의 속도를 보상하는 것을 특징으로 하는 위치센서 없는 브러시리스 직류모터의 모델링 전류를 이용한 회전자 위치 오차 보상 방법.