KR100300130B1 - deadtime compensator and method thereof for motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 소정 알고리즘에 의해 전류명령을 발생시키는 전류명령발생부, 상기 전류명령에 기초하여 전압지령을 발생시키는 전류제어부를 포함하는 모터구동제어장치의 데드타임 보상 제어방법에 있어서, 상기 전류명령(i*)을 변화시키면서 이에 대한 상기 전압지령(V')을 실측하는 단계; 상기 측정된 전압지령값(V')으로부터 상기 모터의 고정자 저항값(R)을 추정하는 단계; 상기 추정된 고정자 저항값(R)에 기초하여 데드타임을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 스위칭소자의 비선형성에 의한 영향을 정확하게 보상할수 있으므로, 모터의 보다 정밀한 저속제어가 가능하다.The present invention provides a dead time compensation control method for a motor drive control apparatus including a current command generation section for generating a current command by a predetermined algorithm and a current control section for generating a voltage command based on the current command. measuring the voltage command (V ') with changing (i *); Estimating the stator resistance value (R) of the motor from the measured voltage command value (V '); Compensating the dead time based on the estimated stator resistance value (R). Thereby, since the influence by the nonlinearity of a switching element can be compensated correctly, more precise low speed control of a motor is possible.
Description
본 발명은, 모터를 구동하기 위한 서보 드라이버나 인버터 등에 사용되는 스위칭소자의 데드타임(Dead Time)보상방법 및 데드타임보상기에 관한 것으로, 특히 소정 알고리즘에 의해 전류명령을 발생시키는 전류명령발생부, 상기 전류명령에 기초하여 전압지령을 발생시키는 전류제어부를 포함하는 모터구동제어장치의 데드타임 보상기 및 데드타임보상 제어방법에 관한 것이다The present invention relates to a dead time compensation method and a dead time compensator for a switching element used in a servo driver or an inverter for driving a motor, and more particularly, a current command generation unit for generating a current command by a predetermined algorithm; A dead time compensator and a dead time compensation control method of a motor drive control apparatus including a current control unit for generating a voltage command based on the current command.
일반적으로, 모터를 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터는 정격을 초과한 전류가 흐르게 되면 소자가 파괴된다. 그런데, 한 쌍의 스위칭 트랜지스터가 동시에 '온'되는 구간이 발생하면, 두 소자의 전류통로로 매우 큰 전류가 흐르게 되므로, 이를 막기 위해 한 쌍의 스위칭 트랜지스터를 모두 '오프'시키는 데드타임을 인가시킨다. 데드타임 중에는 통상 모터로부터 역기전력에 의해 다이오드로 전류가 흐르게 된다.In general, switching transistors for driving a motor destroy the device when a current exceeding the rated current flows. However, if a section in which a pair of switching transistors are 'on' at the same time, a very large current flows through the current paths of the two devices, so that a dead time of 'off' all of the pair of switching transistors is applied to prevent this. . During the dead time, current flows from the motor to the diode by the counter electromotive force.
도 1은 종래의 데드타임 보상기를 구비한 모터구동회로도이다.1 is a motor driving circuit diagram having a conventional dead time compensator.
도시된 바와 같이, 종래 모터구동회로는, 모터(3)와, 교류전원을 직류전원으로 정류하는 컨버터부(1)와, 컨버터(1)로부터 직류전압을 제공받아 소정 신호로 변환하여 모터에 인가하는 인버터부(2)와, 모터(3)에 인가되는 전류를 감지하는 전류센서부(5)와, 데드타임보상기(6a)를 구비하고 전류센서부(5)로부터 감지된 전류값을 제공받아 전압명령을 생성하는 제어부(6), 및 제어부(6)의 전압명령에 기초하여 펄스폭변조를 실행하고, 인버터부(2)로의 제어신호를 인가하는 펄스폭변조부(5)를포함한다.As shown in the drawing, the conventional motor driving circuit receives the DC voltage from the motor 3, the converter unit 1 for rectifying the AC power source to the DC power source, and converts the signal into a predetermined signal and applies the motor to the motor. The inverter unit 2, the current sensor unit 5 for sensing the current applied to the motor 3, and the dead time compensator 6a is provided and receives the sensed current value from the current sensor unit 5 A control section 6 for generating a voltage command, and a pulse width modulation section 5 for performing pulse width modulation on the basis of the voltage command of the control section 6 and applying a control signal to the inverter section 2 are included.
상기와 같은 구성에 의해, 컨버터부(1)는 삼상교류전원을 6개의 정류다이오드(D1)를 통해 정류하고, 정류다이오드(D1)와 병렬연결된 평활콘덴서(C1)를 통해 평활한다.By the configuration as described above, the converter section (1) is a three-phase AC power source and the rectifier via six rectifier diode (D 1), it is smooth through the rectifier diode (D 1) and connected in parallel smoothing capacitor (C 1).
전류센서부(5)는 모터(3)에 인가된 전류를 감지하고, 감지된 전류값을 제어부(6)로 제공한다. 제공받은 전류값에 기호하여 제어부는 삼상전압명령신호(V*)를 발생시킨다. 펄스폭변조부(17)는 전압명령신호(V*)에 기초하여 펄스폭변조를 실행하고, 제어신호를 생성하여 인버터부(2)의 스위칭소자(T1,T2)의 각 게이트로 인가한다.The current sensor unit 5 detects the current applied to the motor 3 and provides the detected current value to the controller 6. The control unit generates a three-phase voltage command signal V * based on the provided current value. The pulse width modulator 17 performs pulse width modulation on the basis of the voltage command signal V *, generates a control signal, and applies it to each gate of the switching elements T 1 and T 2 of the inverter unit 2. do.
인버터부(2)는 스위칭소자(T1,T2)의 각 게이트로 인가받은 직류전압을 펄스폭변조부(5)로부터 제공된 제어신호에 따라 스위칭하여 모터(3)에 인가한다.The inverter unit 2 switches the DC voltages applied to the gates of the switching elements T 1 and T 2 according to the control signal provided from the pulse width modulator 5 and applies them to the motor 3.
한편, 스위칭소자(T1,T2)에는 모터(3)로부터의 역기전력에 의한 손상을 방지하기 위한 다이오드(D1,D2)가 각각 병렬연결되어 있다.On the other hand, diodes D 1 and D 2 for preventing damage due to counter electromotive force from motor 3 are connected to switching elements T 1 and T 2 in parallel.
도 2는 전류방향에 따른 스위칭소자(T1,T2)의 동작 및 전류의 흐름을 나타낸 개략도이다.2 is a schematic diagram showing the operation and current flow of the switching elements T 1 and T 2 in the current direction.
먼저, 전류가 인버터부(2)에서 모터(3)로 흐를 때의 부호를 양으로, 모터(3)에서 인버터부(2)로 흐를 때를 음으로 정한다.First, the sign when the current flows from the inverter section 2 to the motor 3 is positive, and the sign when the current flows from the motor 3 to the inverter section 2 is negative.
데드타임 중에는 한 쌍의 스위칭소자(T1,T2)가 동시에 '오프'되더라도 다이오드(D1,D2)를 통해 전류가 흐르게 된다. 도시된 바와 같이, 전류의 부호가 양수인 경우, T2가 '온'된 경우와 같이 전류가 흐르고, 전류의 부호가 음수인 경우에는 T1이 '온'된 경우와 같이 전류가 흐르게 된다.During the dead time, current flows through the diodes D 1 and D 2 even if the pair of switching elements T 1 and T 2 are simultaneously 'off'. As shown, if the sign of the current is positive, current flows as if T 2 is 'on', and if the sign of current is negative, current flows as if T 1 is 'on'.
따라서, 전류센서부(5)가 모터(3)에 인가된 전류를 감지하면, 제어부(6)는 감지된 전류값의 극성을 판단하고, 감지된 전류값이 양인 경우, 데드타임보상기(6a)를 통해 소정의 양의 전압보상값을 전압명령에 더해주며, 감지된 전류값이 음인 경우, 소정의 음의 전압보상값을 전압명령에 더해줌으로써 마치 데드타임이 없는 것과 같은 효과를 얻을 수 있었다.Therefore, when the current sensor unit 5 senses the current applied to the motor 3, the control unit 6 determines the polarity of the sensed current value, and, if the detected current value is positive, the dead time compensator 6a. By adding a predetermined positive voltage compensation value to the voltage command, and when the detected current value is negative, by adding a predetermined negative voltage compensation value to the voltage command, the effect as if there is no dead time can be obtained.
그러나, 이와 같은 종래 데드타임 보상기 및 데드타임보상방법에 따르면, 전류의 크기가 작은 경우, 특히 전류가 영점을 통과하여 부호가 바뀌게 되는 영역에서 문제가 발생한다. 즉, 스위칭 소자의 비선형성으로 인한 오차의 포션이 커지게 되어 전압명령과 실제 인가전압과의 차이가 커지게 되고, 이로 인해 전류파형의 왜곡이 증가하여 모터의 발열과 소음이 증가하는 문제점이 있었다.However, according to the conventional dead time compensator and the dead time compensating method, a problem occurs when the magnitude of the current is small, especially in a region where the current changes through the zero point. That is, the potion of the error due to the nonlinearity of the switching element becomes large, and the difference between the voltage command and the actual applied voltage becomes large. As a result, the distortion of the current waveform increases, resulting in an increase in heat generation and noise of the motor. .
따라서, 본 발명의 목적은 스위칭소자에 의한 전압강하 등 스위칭소자의 특성을 충분히 반영하여 데드타임을 보상할 수 있는 데드타임보상기 및 그 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a dead time compensator and a method capable of compensating for dead time by sufficiently reflecting characteristics of a switching device such as a voltage drop caused by the switching device.
도 1은 종래의 데드타임 보상기를 구비한 모터구동회로도,1 is a motor drive circuit diagram having a conventional dead time compensator;
도 2는 전류방향에 따른 스위칭소자(T1,T2)의 동작 및 전류의 흐름을 나타낸 개략도,2 is a schematic diagram showing the operation and current flow of the switching elements (T 1 , T 2 ) according to the current direction,
도 3은 본 발명에 따른 데드타임보상기를 구비한 모터구동장치의 회로도,3 is a circuit diagram of a motor drive device having a dead time compensator according to the present invention;
도 4는 도 3의 부분상세도,4 is a partial detail view of FIG.
도 5는 본 발명에 따른 데드타임보상용 변수추정기의 블록도,5 is a block diagram of a dead time compensation variable estimator according to the present invention;
도 6은 데드타임보상용 변수추정 플로우챠트,6 is a dead time compensation variable estimation flowchart;
도 7은 전류명령(i*)과 측정된 전압지령(V')과의 관계를 도시한 그래프,7 is a graph showing the relationship between the current command i * and the measured voltage command V ';
도 8은 전압보상분(ΔV)과 전류명령(i*)과의 관계를 도시한 그래프이다.Fig. 8 is a graph showing the relationship between the voltage compensation amount ΔV and the current command i *.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
3 : 모터 5 : 전류센서부3: motor 5: current sensor
7 : 펄스폭변조부 50 : 고정자저항추정부7: pulse width modulator 50: stator resistance estimation
51 : 전압보상분추정부 53 : 전압지령측정부51: voltage compensation estimation unit 53: voltage command measurement unit
61 : 전류명령발생부 62 : 전류제어부61: current command generator 62: current controller
상기 목적은, 본 발명에 따라, 소정 알고리즘에 의해 전류명령을 발생시키는전류명령발생부, 상기 전류명령에 기초하여 전압지령을 발생시키는 전류제어부를 포함하는 모터구동제어장치의 데드타임 보상 제어방법에 있어서, 상기 전류명령(i*)을 변화시키면서 이에 대한 상기 전압지령(V')을 실측하는 단계; 상기 측정된 전압지령값(V')으로부터 상기 모터의 고정자 저항값(R)을 추정하는 단계; 상기 추정된 고정자 저항값(R)에 기초하여 데드타임을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데드타임 보상 제어방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is to provide a dead time compensation control method for a motor drive control apparatus including a current command generation section for generating a current command by a predetermined algorithm and a current control section for generating a voltage command based on the current command. The method may include: measuring the voltage command V ′ while changing the current command i *; Estimating the stator resistance value (R) of the motor from the measured voltage command value (V '); Compensating the dead time based on the estimated stator resistance value (R) is achieved by a dead time compensation control method.
여기서, 상기 고정자 저항값(R)의 추정단계는, 상기 전류명령(i*)에 대한 전압지령(V')의 변화율을 고정자 저항값(R)으로 추정하며, 상기 데드타임을 보상하는 단계는, 다음의 수학식에 따라, 상기 추정된 고정자 저항값(R)과 상기 전류명령(i*)을 곱하고, 이 값을 상기 실측된 전압명령(V')으로부터 감하여 상기 전류명령(i*)에 대한 전압보상분(ΔV)을 구하는 단계; 상기 구해진 전압보상분(ΔV)을 저장하는 단계; 상기 전압지령(V')으로부터 대응 전압보상분(ΔV)을 감하여 전압명령(V*)을 발생시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다;The estimating of the stator resistance value R may include estimating a change rate of the voltage command V ′ with respect to the current command i * as a stator resistance value R and compensating for the dead time. According to the following equation, the estimated stator resistance value (R) is multiplied by the current command (i *), and this value is subtracted from the measured voltage command (V ') to the current command (i *). Obtaining a voltage compensation value (ΔV) for the signal; Storing the obtained voltage compensation component (ΔV); Preferably subtracting the corresponding voltage compensation amount [Delta] V from the voltage command V 'to generate a voltage command V *;
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면 상기 목적은, 모터의 데드타임보상용 변수추정기에 있어서, 상기 모터에 다양한 크기의 전류명령(i*)을 인가해주는 전류명령인가부; 상기 전류명령(i*)에 기초하여 전압지령(V')을 발생시키는 전류제어부; 상기 전압명령(V')을 측정하는 전압명령측정부; 상기 측정된 전압명령(V')에 기초하여 상기 모터의 고정자 저항(R)을 추정하는 고정자저항추정부; 상기 추정된 고정자 저항(R)에 기초하여 데드타임을 보상하기 위한 전압보상분(ΔV)을 추정하는 전압보상분추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 데드타임보상용 변수추정기에 의해서도 달성된다.On the other hand, according to another field of the present invention, the purpose of the variable time compensation variable estimator of the motor, the current command applying unit for applying a current command (i *) of various magnitudes to the motor; A current controller which generates a voltage command V 'based on the current command i *; A voltage command measuring unit measuring the voltage command V '; A stator resistance estimator for estimating the stator resistance (R) of the motor based on the measured voltage command (V '); And a voltage compensation estimator for estimating a voltage compensation amount [Delta] V for compensating dead time based on the estimated stator resistance R. FIG.
여기서, 상기 고정자 저항추정부는 상기 전류명령(i*)에 대한 상기 전압명령(V')의 변화율을 상기 고정자저항(R)으로 추정하는 것이 바람직하며, 상기 전압보상분추정부는, 다음의 수학식에 따라, 상기 추정된 고정자 저항값(R)과 상기 전류명령(i*)을 곱하고, 이 값을 상기 실측된 전압명령(V')으로부터 감하여 상기 전류명령(i*)에 대한 전압보상분(ΔV)을 구하는 것이 바람직하다;Here, the stator resistance estimator estimates the rate of change of the voltage command V ′ with respect to the current command i * as the stator resistance R. The voltage compensation estimating unit is represented by the following equation. And multiply the estimated stator resistance value R by the current command i *, and subtract this value from the measured voltage command V 'to compensate for the voltage compensation for the current command i *. It is preferable to obtain ΔV);
[수학식 1][Equation 1]
ΔV 〓 V' ― R×i*ΔV 〓 V '-R × i *
그리고, 상기 전압명령측정부는 이동평균필터를 포함하는 것이 바람직하다.The voltage command measuring unit preferably includes a moving average filter.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 데드타임보상기를 구비한 모터구동장치의 회로도이고, 도 4는 도 3의 상세부분도이다.3 is a circuit diagram of a motor driving apparatus including a dead time compensator according to the present invention, and FIG. 4 is a detailed partial view of FIG.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 데드타임보상기를 구비한 모터구동장치는, 종래 모터구동장치와 동일한 구성을 가지므로, 동일한 참조번호를 부여하고, 중복된 설명은 생략한다.As shown in FIG. 3, since the motor driving apparatus having the dead time compensator according to the present invention has the same configuration as the conventional motor driving apparatus, the same reference numerals are given, and duplicate descriptions are omitted.
다만, 제어부(60)는, 전류센서부(5)로부터 감지된 모터(3)에의 인가전류값에 기초하여 펄스폭변조부(7)로 전압명령(V*)을 발생시킨다. 보다 상세하게는, 소정의 알고리즘에 의해 전류명령을 발생시키는 전류명령발생부(61), 전류센서부(5)로부터 감지된 전류값을 전류명령발생부(61)로부터의 전류명령값으로부터 감산하는 제1감산기(64), 제1감산기(64)로부터 입력값에 기초하여 전압지령(V')을 발생시키는 전류제어부(62), 전압오차(ΔV)를 추정하기 위한 데드타임보상기(63), 전압지령(V')으로부터 전압오차(ΔV)를 감산하여 전압명령(V*)을 발생시키는 제2감산기(66)를 구비한다.However, the controller 60 generates a voltage command V * to the pulse width modulator 7 based on the value of the applied current to the motor 3 sensed by the current sensor unit 5. More specifically, the current value detected by the current command generator 61 and the current sensor unit 5 for generating a current command by a predetermined algorithm is subtracted from the current command value from the current command generator 61. A current controller 62 for generating a voltage command V 'based on an input value from the first subtractor 64, the first subtractor 64, a dead time compensator 63 for estimating a voltage error ΔV, And a second subtractor 66 for generating the voltage command V * by subtracting the voltage error ΔV from the voltage command V '.
도 5는 본 발명에 따른 데드타임보상기(63)의 구현을 위해 필요한 값을 얻기 위한 데드타임보상용 변수추정기의 블록도이고, 도 6은 데드타임보상용 변수추정 플로우챠트이다.5 is a block diagram of a dead time compensation variable estimator for obtaining a value necessary for implementing the dead time compensator 63 according to the present invention, and FIG. 6 is a flowchart of a dead time compensation variable estimation.
데드타임보상용 변수추정기는, 모터(3)에 인가되는 전류를 감지하는 전류센서부(5), 모터(3)에 다양한 크기의 전류명령(i*)을 인가해주는 전류명령발생부(61), 전류명령발생부(61)로부터의 전류명령(i*)에 기초하여 전압지령(V')을 발생시키는 전류제어부(62), 전류제어부(62)로부터의 전압지령(V')을 측정하는 전압지령측정부(53), 측정된 전압지령(V')에 기초하여 모터(3)의 고정자 저항(R)을 추정하는 고정자저항추정부(50), 추정된 고정자 저항(R)에 기초하여 데드타임을 보상하기 위한 전압보상분(ΔV)을 추정하는 전압보상분추정부(51)를 포함한다.The dead time compensation variable estimator includes a current sensor unit 5 for detecting a current applied to the motor 3 and a current command generator 61 for applying a current command i * of various magnitudes to the motor 3. To measure the voltage command V 'from the current control unit 62 and the current control unit 62 for generating the voltage command V' based on the current command i * from the current command generator 61; Based on the stator resistance estimation unit 50 and the estimated stator resistance R that estimate the stator resistance R of the motor 3 based on the voltage command measurement unit 53 and the measured voltage command V '. And a voltage compensation estimator 51 for estimating the voltage compensation ΔV for compensating for dead time.
여기서, 전류명령발생부(61), 전류제어부(62), 및 전류센서부(5)는 도 4의 모터구동제어장치에 포함된 것과 동일하다.Here, the current command generation unit 61, the current control unit 62, and the current sensor unit 5 are the same as those included in the motor drive control apparatus of FIG.
상기와 같은 구성에 따라, 전류명령발생부(61)는 전류명령(i*)을 모터정격의 +30%에서부터 -30%까지 여러단계로 변화시켜 발생한다(601). 한편, 전류센서부(5)는 모터(3)로부터 감지된 전류값(i)을 감산기(55)로 출력하고, 감산기(55)는 전류명령(i*)으로부터 전류값(i)을 감산하여 결과를 전류제어부(62)로 출력한다(602). 전류제어부(62)는 입력된 값(i*－i)에 기초하여 전압지령(V')을 출력하며, 전압지령측정부(53)는 전류제어부(62)로부터의 전압지령(V')을 측정하여(603), 소정 메모리에 저장한다. 이 때, 전압지령측정부(53)는 전압지령을 측정할 때 포함될 수 있는 노이즈의 영향을 줄이기 위해 이동평균필터(moving average filter)를 사용하여 평균치를 측정한다. 그리고, 전류명령의 절대값이 소정값(본 실시예에서는 1A) 이하인 부분은 측정단계의 수를 더욱 늘려 측정한다. 왜냐하면 전류의 절대값이 작기 때문에 상대적으로 스위칭소자의 비선형성 등에 의한 오차의 비율이 커질 수 있기 때문이다. 다만, 모터의 특성 및 구동장치의 특성에 따라 특정 기준치는 달라질 수 있다.According to the configuration as described above, the current command generation unit 61 is generated by changing the current command (i *) in several steps from + 30% to -30% of the motor rating (601). Meanwhile, the current sensor unit 5 outputs the current value i sensed from the motor 3 to the subtractor 55, and the subtractor 55 subtracts the current value i from the current command i *. The result is output to the current controller 62 (602). The current controller 62 outputs the voltage command V 'based on the input value i * -i, and the voltage command measurement unit 53 outputs the voltage command V' from the current controller 62. It is measured (603) and stored in a predetermined memory. At this time, the voltage command measuring unit 53 measures an average value using a moving average filter to reduce the influence of noise that may be included when measuring the voltage command. And the part whose absolute value of a current command is below a predetermined value (1A in this embodiment) is measured by further increasing the number of measurement steps. Because the absolute value of the current is small, the ratio of the error due to the nonlinearity of the switching element can be relatively large. However, the specific reference value may vary depending on the characteristics of the motor and the characteristics of the driving device.
도 7은, 전류명령(i*)과 측정된 전압지령(V')과의 관계를 도시한 그래프이다.Fig. 7 is a graph showing the relationship between the current command i * and the measured voltage command V '.
그래프에 의하면, 전류명령(i*)의 절대값이 1A보다 큰 경우에는 전류명령과 전압지령과의 관계가 선형성을 나타내나, 1A보다 작은 구간에서는 급격한 기울기의 변화를 나타냄을 알 수 있다. 이는 앞서 설명한 바 대로, 전류명령의 절대값이 작은 경우에는 스위칭소자의 비선형성에 의한 영향이 크게 반영됨을 보여주고 있다.According to the graph, it can be seen that when the absolute value of the current command i * is larger than 1A, the relationship between the current command and the voltage command shows linearity, but in the section smaller than 1A, there is a sudden change in the slope. As described above, when the absolute value of the current command is small, the influence of the nonlinearity of the switching element is largely reflected.
한편, 전류명령(i*)의 절대값이 1A이상인 구간에서의 기울기는, 오옴의 법칙에 따라, 모터(30)의 고정자(도시않음) 저항값을 의미한다. 따라서, 고정자저항추정부(50)는 전압지령측정부(53)에서 측정된 전압지령(V')과, 전류명령발생부(61)로부터 전류명령(i*)을 입력받아, 이에 기초하여, 전류 측정오차의 포션이 반영될 수 있는 최소자승법 등을 사용하여 모터(30)의 고정자 저항값(R)을 추정한다(604).On the other hand, the slope in the section where the absolute value of the current command i * is 1A or more means a stator (not shown) resistance value of the motor 30 in accordance with Ohm's law. Accordingly, the stator resistance estimator 50 receives the voltage command V ′ measured by the voltage command measuring unit 53 and the current command i * from the current command generating unit 61, and based on this, The stator resistance value R of the motor 30 is estimated using the least-square method that may reflect the potion of the current measurement error (604).
그리고, 전압보상분추정부(51)는, 다음의 수학식과 같이, 추정된 고정자 저항값(R)과 전류명령(i*)을 곱하고, 이 값을 실측된 전압명령(V')으로부터 감하면, 전압보상분, 즉 스위칭소자의 비선형성으로 인해 모터(3)에 인가된 전압(ΔV)을 구할 수 있다(605).The voltage compensation estimating unit 51 multiplies the estimated stator resistance value R by the current command i * and subtracts this value from the measured voltage command V 'as in the following equation. The voltage compensation, that is, the voltage ΔV applied to the motor 3 due to the nonlinearity of the switching element, may be obtained (605).
[수학식 1][Equation 1]
ΔV 〓 V' ― R×i*ΔV 〓 V '-R × i *
도 8은 구해진 전압보상분(ΔV)과 전류명령(i*)과의 관계를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the relationship between the obtained voltage compensation amount ΔV and the current command i *.
도시된 바와 같이, 전압보상분(ΔV)은 전류명령(i*)의 절대값이 1A이하인 구간에서 크게 변화하며, 이는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 구간에서 스위칭소자의 비선형성에 따른 영향이 커짐을 확인시켜준다.As shown, the voltage compensation difference ΔV varies greatly in a section in which the absolute value of the current command i * is less than or equal to 1 A, which, as described above, confirms that the influence of the nonlinearity of the switching device increases in the section. Let it be.
본 발명에 따른 데드타임보상기(63)는, 상술한 바와 같이 데드타임보상용 변수추정기에 의해 추정된 도 8의 전압보상분(ΔV)데이터가 저장된 메모리(63a)를 구비하고, 전류제어부(62)로부터 발생된 전압지령(V')에 기초하여 해당 전압보상분(ΔV)을 제2감산기(66)로 제공하도록 구현한다.The dead time compensator 63 according to the present invention includes a memory 63a in which the voltage compensation data ΔV of FIG. 8 estimated by the dead time compensation variable estimator is stored as described above, and the current controller 62 Based on the voltage command (V ') generated from the) to provide the voltage compensation (ΔV) to the second subtractor (66).
이에 따라, 전류명령발생부(61)가 소정의 알고리즘에 의해 전류명령(i*)을 발생시키면, 제1감산기(64)는 전류센서부(5)에 의해 감지된 모터(3)에의 인가전류감지값(i)을 감산하여 전류제어부(62)로 제공한다. 전류제어부(62)는 제공된 전류값(i*-i)에 기초하여 전압지령(V')을 발생시킨다.Accordingly, when the current command generation unit 61 generates the current command i * by a predetermined algorithm, the first subtractor 64 applies the current applied to the motor 3 sensed by the current sensor unit 5. The detected value i is subtracted and provided to the current controller 62. The current controller 62 generates the voltage command V 'based on the provided current value i * -i.
한편, 데드타임보상기(63)는 전류명령발생부(61)로부터의 전류명령(i*)값을 인가받아 메모리(63a)에 저장된 대응 전압보상분(ΔV)을 제2감산기(66)로 출력한다. 이에, 제2감산기(66)는 전류제어부(62)로부터 제공된 전압지령(V')으로부터 전압보상분(ΔV)을 감산하여 펄스폭변조부(7)로의 스위칭 소자의 비선형성 등의 영향이 제거된 값인 전압명령(V*)을 출력하게 된다. 따라서, 펄스폭변조부(7)에 의해 변조되어 스위칭소자(T1,T2)의 게이트 인가되는 제어신호는 이미 스위칭소자(T1,T2)의 비선형성이 제거된 값이므로, 실제 모터에 인가되는 전압과 전압명령(V*)과의 편차는 미미해진다.On the other hand, the dead time compensator 63 receives the current command i * value from the current command generator 61 and outputs the corresponding voltage compensation component ΔV stored in the memory 63a to the second subtractor 66. do. Accordingly, the second subtractor 66 subtracts the voltage compensation amount ΔV from the voltage command V 'provided from the current control unit 62 to eliminate the influence of the nonlinearity of the switching element to the pulse width modulator 7. It outputs the voltage command (V *) which is the set value. Accordingly, it is modulated by the pulse width modulator 7, the switching element because it is a control signal gate is on (T 1, T 2) has already removed the non-linearity of switching elements (T 1, T 2) values, the actual motor The deviation between the voltage applied to and the voltage command V * becomes insignificant.
이에 따라, 전류명령(i*)의 절대값이 1A이하인 구간에서도 스위칭소자의 비선형성에 의한 영향을 정확하게 보상할수 있으므로, 모터의 보다 정밀한 저속제어가 가능하다. 다시 말해, 모터에 인가하고자 하는 전압명령(V*)을 정확히 인가할 수 있고, 이에 의해 모터에 인가되는 전류를 정밀하게 제어할 수 있어 모터의 소음 및 발열을 현저히 감소시킬 수 있다.Accordingly, even in a section where the absolute value of the current command i * is 1 A or less, the influence due to the nonlinearity of the switching element can be accurately compensated, so that more precise low speed control of the motor is possible. In other words, the voltage command V * to be applied to the motor can be precisely applied, whereby the current applied to the motor can be precisely controlled, thereby significantly reducing noise and heat generation of the motor.
한편, 상술한 데드타임보상기 구현을 위해 데드타임보상용 변수추정기의 고정자 저항추정방법은 모터를 고성능으로 제어하기 위한 각종 알고리즘에 독립적으로 사용될 수 있고, 이에 따라 구동시스템의 성능향상을 가져올 수 있다.Meanwhile, the stator resistance estimation method of the dead time compensation variable estimator may be used independently of various algorithms for controlling the motor with high performance in order to implement the dead time compensation described above, thereby improving performance of the driving system.
왜냐하면, 스위칭소자의 비선형성으로 인해, 실제 모터의 고정자저항값보다 인버터나 서보드라이버 측에서 바라보는 모터의 고정자저항값이 더 크다. 그러나,상기와 같은 고정자저항추정방식에 따르면, 스위칭소자의 비선형성이 제거된, 실제 모터의 고정자저항값을 파악할 수 있게 되기 때문이다.Because of the nonlinearity of the switching element, the stator resistance of the motor viewed from the inverter or servo driver side is larger than the stator resistance of the actual motor. However, according to the stator resistance estimation method as described above, it is possible to determine the stator resistance value of the actual motor from which the nonlinearity of the switching element is removed.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 구현된 데드타임보상기(63) 및 이에 의한 데드타임보상방법에 따르면 스위칭소자의 비선형성에 의한 영향을 정확하게 보상할수 있으므로, 모터의 보다 정밀한 저속제어가 가능하다. 다시 말해, 모터에 인가하고자 하는 전압명령을 정확히 인가할 수 있고, 이에 의해 모터에 인가되는 전류를 정밀하게 제어할 수 있어 모터의 소음 및 발열을 현저히 감소시킬 수 있다.As described above, according to the dead time compensator 63 and the dead time compensating method implemented according to the present invention, the influence of the nonlinearity of the switching element can be accurately compensated, and thus, more precise low speed control of the motor is possible. In other words, the voltage command to be applied to the motor can be precisely applied, whereby the current applied to the motor can be precisely controlled, thereby significantly reducing the noise and heat generation of the motor.
한편, 데드타임보상기 구현과정에서 설명한 모터의 고정자 저항추정방법은 모터를 고성능으로 제어하기 위한 각종 알고리즘에 독립적으로 사용될 수 있고, 이에 따라 구동시스템의 성능향상을 가져올 수 있다.On the other hand, the stator resistance estimation method of the motor described in the implementation process of the dead time compensation can be used independently of various algorithms for controlling the motor with high performance, thereby bringing up the performance of the driving system.
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