KR20140096357A - 파워 트레인의 제어 방법 및 상응하는 제어 시스템 - Google Patents

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KR20140096357A KR1020147015803A KR20147015803A KR20140096357A KR 20140096357 A KR20140096357 A KR 20140096357A KR 1020147015803 A KR1020147015803 A KR 1020147015803A KR 20147015803 A KR20147015803 A KR 20147015803A KR 20140096357 A KR20140096357 A KR 20140096357A
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Abstract

본 발명은 회전자 및 고정자가 제공된 전기 모터를 포함하는 자동차의 파워 트레인의 제어 방법에 관한 것으로, 회전자 및 고정자의 전류들
Figure pct00220
의 레귤레이션으로서, 전기 모터 제어 신호들
Figure pct00221
을 사용하여 그들이 레퍼런스 전류 값들
Figure pct00222
에 상응하도록 하는 레귤레이션을 포함한다. 조절될 전류들
Figure pct00223
및 제어 신호들
Figure pct00224
은 복수의 축들(d, q, f)을 포함하는 회전 레퍼런스 프레임으로 표현되고, 제어 신호들
Figure pct00225
은 복수의 축들의 축들 각각을 따른 레귤레이션의 동적 디커플링을 허용하는 변수의 변화를 포함하는 변환으로부터 비롯된다.
복수의 축들의 축들(d, q, f) 각각에 대해, 전술한 레귤레이션은, 축의 조절될 전류의 값
Figure pct00226
의 그것의 레퍼런스 값
Figure pct00227
에 대한 함수(2, 3)로서의 2개의 다른 선형 연산자들(OP1d, OP2d, OP1q, OP2q, OP1f, OP2f)의, 축의 조절될 전류
Figure pct00228
에 관한 적용(4, 5)을 포함하고, 2개의 선형 연산자들(OP1d, OP2d, OP1q, OP2q, OP1f, OP2f)의 적용의 결과는 이 축의 제어 신호
Figure pct00229
와 실질적으로 동일하게 되어야 한다.

Description

파워 트레인의 제어 방법 및 상응하는 제어 시스템{Method for controlling a power train and corresponding control system}
본 발명의 기술 분야는 전기 모터들의 제어에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 권선형 동기 타입(wound rotor synchronous type)의 전기 모터들의 제어에 관한 것이다.
권선형 동기 타입 전기 모터는 고정자로 불리우는 고정 부분과 회전자로 불리우는 회전 부분을 포함한다. 상기 고정자는 교류 전류를 공급받고 120 °만큼의 차이가 있는 3개의 코일들을 포함한다. 상기 회전자는 직류 전류를 공급받는 하나의 코일을 포함한다. 상기 고정자의 위상 전류들은, 상기 회전자 및 상기 고정자의 저항들 및 인덕턴스들에 종속할 뿐만 아니라, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 상호 인덕턴스에도 종속한다.
그러한 시스템의 제어는 일반적으로 비례 적분(PI, Proportional Integral) 타입의 콜렉터들(correctors)을 사용한다. 이 타입의 콜렉터의 사용 예가 문헌 EP1 341 293에서 제공된다.
이러한 것, 즉 이 타입의 콜렉터는 고속 시스템을 구현하는 경우에 현저한 불안정성의 문제를 나타낼 수 있다. 불안정성 문제들을 방지하기 위하여, 선행기술에 따르면, 이러한 콜렉터들의 파라미터들을 안정성 여분들이 확보되는 방식으로 계산하는 것이 알려져 있다. 더욱 강건한 시스템을 얻기 위해, 이러한 안정성 여분들을 증가시키고 그에 따라 콜렉터들의 성능을 감소시키는 것이 알려져 있다.
또한, 선행 기술에서, 비례 적분 콜렉터 외의 콜렉터들을 사용하는 것도 알려졌다. 비례 적분 콜렉터를 사용하지 않는 콜렉터의 예는 문헌 US5,015,937에 설명되어 있으며, 상기 문헌은 데이터 테이블들을 갖는 권선형 동기 장치의 개-루프 제어를 설명한다. 비례 적분 콜렉터를 사용하지 않는 콜렉터의 다른 예는 문헌 EP0 702 451에 설명되어 있으며, 상기 문헌은 모터의 부하 변동들(load variations)에 응답한 영구 자석 동기 장치의 속도 제어를 설명한다.
이러한 것, 즉 이러한 시스템들은 모터의 속도가 변화하며 간섭으로서 고려될 수 있는 자동차 영역에 적합하지는 않다.
본 발명의 일 목적은 콜렉터의 성능을 감소시키지 않으면서도 권선형 동기 타입의 전기 모터의 레귤레이션 안정성을 개선하는 것이다.
다른 목적은 속도 변동들을 견디고 그들의 요구되는 값들에서 전류들을 유지하는 레귤레이션이며, 이는 심지어 다양한 속도에서 장치에 의해 공급되는 토크를 제어하는 것을 가능케 한다.
따라서 비례 적분 컨트롤러를 사용하지 않는 파워 트레인의 제어 방법 및 제어기가 제공된다.
따라서, 본 발명은 회전자 및 고정자가 제공된 전기 모터를 포함하고 자동차에 갖추어진 파워 트레인의 제어 방법과 관련되며, 상기 회전자 내 및 상기 고정자 내 전류들의 레귤레이션을 포함하고, 그에 따라 그들은 전기 모터의 제어 신호들을 사용하여 요구되는 전류 값들에 도달하며, 상기 조절될 전류들 및 상기 제어 신호들은 복수의 축들을 포함하는 회전 레퍼런스 프레임(rotating reference frame)으로 표현되는데, 상기 제어 신호들은, 상기 복수의 축들의 축들 각각을 따른 레귤레이션의 동적 디커플링을 허용하는 변수의 변화를 포함하는 변환(transformation)로부터 비롯된다.
일반적인 특징에 따르면, 레귤레이션은, 상기 복수의 축들 중 축들 각각에 대한, 2개의 다른 선형 연산자들의 조절될 축의 전류로의 적용을 포함하며, 상기 적용은 조절될 축의 전류의 값의 그것의 요구값에 대한 함수로서의 적용이고, 상기 2개의 선형 연산자들의 적용의 결과는 그 축의 제어 신호와 실질적으로 동일하여야 한다.
따라서 모든 경우들에서, 전류의 도함수가 요구값에 대한 옳은 부호를 갖는 것이 보증된다. 전류들은 항상 그들의 요구값들이 얻어지도록 접근한다.
일 특징에 따르면, 각각의 축들에 대해, 2개의 선형 연산자들은 추가 변수의 추가를 포함하며, 상기 추가 변수는 상기 2개의 연산자들의 함수로서 상이하고, 더 높은 추가 변수는, 진행중인 상기 축의 전류가 그것의 요구값보다 낮은 경우 적용된 상기 선형 연산자에 의해 사용되며, 더 낮은 추가 변수는, 진행중인 상기 축의 전류가 그것의 요구값보다 높은 경우 적용된 상기 선형 연산자에 의해 사용된다.
따라서 상기 레귤레이션은 복잡한 연산자를 필요로 하지 않는다; 2개의 연산자들 사이의 차분은 일반적으로 상기 추가 변수에 기인할 뿐이다.
다른 특징에 따르면, 각각의 축들에 대해, 2개의 선형 연산자들은 진행중인 상기 축의 전류의 레귤레이션에 대한 식에 상응하고, 더 높은 추가 변수 및 더 낮은 추가 변수는 각각 상기 레귤레이션 식의 요소의 최대값 및 최소값에 상응하며, 이는 상기 요소의 파라미터들의 특정 범위의 변동에 대한 것이고, 상기 레귤레이션 식의 상기 요소는 진행중인 축의 전류와 그것의 요구값 사이의 차분에 더해진다.
상기 레귤레이션은 그것이 항상 최악의 경우들을 고려하기 때문에 더 빠르다. 더 이상 평균 파라미터들을 추산할 필요가 없고 다만 후자(latter)에 대한 한계들만을 설정하기만 하면 되어, 훨씬 더 단순하다. 나아가, 파라미터들의 확산들(spreads)을 고려하지 않는 종래의 레귤레이터들보다 더욱 높은 안정성이 확보된다. 따라서, 장치의 실제 파라미터들이 선택된 범위 내에 있는 경우 효율적인 제어를 보증하는 것이 가능하다.
다른 추가 특징에 따르면, 각각의 축들에 대하여, 2개의 선형 연산자들은, 진행중인 축을 따른 전기 모터의 인턱턴스의 값, 진행중인 축에 종속하는 상수(constant), 및 진행중인 축을 따른 조절될 전류와 그것의 요구값 사이의 차분 간의 곱셈(multiplication)을 포함한다.
상기 연산자들은, Park 레퍼런스 프레임 내 전기 모터의 연산자를 설명하는 레귤레이션 식으로부터 직접 도출된다.
일 구현에 따르면, 상기 레귤레이션은, 각각의 축들에 대하여, 그 축을 따른 조절될 전류가 그것의 요구값에 충분히 근접한 경우, 진행중인 상기 축을 따른 조절될 전류와 그것의 요구값 사이의 차분에 종속한 추가 변수의 추가를 포함하는, 제3 선형 연산자의 적용을 포함한다.
따라서, 전류들이 그들의 요구값들에 충분히 근접한 경우 제어의 원활화가 수행되어, 계속해서 사용된 2개의 연산자들에 기인한 진동들이 제거된다.
일 특징에 따르면, 상기 제3 선형 연산자의 추가 변수는, 더 높은 추가 변수 및 더 낮은 추가 변수 사이의 보간을, 주어진 보간 윈도우에 대하여, 수행함으로써 결정된다.
따라서, 상기 제3 연산자의 추가 변수는 제1에서 제3 연산자로의 변화 동안 또는 제2에서 제3 연산자로의 변화 동안 연속적으로 변동한다.
또한, 본 발명은 회전자 및 고정자가 제공된 전기 모터를 포함하고 자동차에 갖추어진 파워 트레인의 제어 시스템과도 관련되며, 상기 회전자 내 및 상기 고정자 내 전류들의 레귤레이션 수단을 포함하고, 그에 따라 그들은 전기 모터의 제어 신호들을 사용하여 요구되는 전류 값들에 도달하며, 상기 조절될 전류들 및 상기 제어 신호들은 복수의 축들을 포함하는 회전 레퍼런스 프레임(rotating reference frame)으로 표현되는데, 상기 제어 신호들은, 상기 복수의 축들의 축들 각각을 따른 레귤레이션의 동적 디커플링을 허용하는 변수의 변화를 포함하는 변환(transformation)로부터 비롯된다.
일반적인 특징에 따르면, 상기 레귤레이션 수단은, 상기 복수의 축들의 축들 각각에 대한, 그 축의 조절된 전류로의 제1 선형 연산자의 적용 수단, 그 축의 조절될 전류로의 제2 선형 연산자의 적용 수단, 그 축의 조절될 전류의 값의 그것의 요구값에 대한 비교 수단, 및 그 축의 조절될 전류의 값의 그것의 요구값에 대한 함수로서 제1 연산자의 적용 수단 또는 제2 선형 연산자의 적용 수단의 활성화를 하는 운영 수단을 포함하고, 상기 2개의 선형 연산자들의 적용의 결과는 그 축의 제어 신호와 실질적으로 동일하여야 한다.
일 특징에 따르면, 축들 각각에 대하여, 상기 2개의 선형 연산자들은 추가 변수의 추가를 포함하며, 상기 추가 변수는 상기 2개의 연산자들의 함수로서 상이하고, 더 높은 추가 변수는, 진행중인 상기 축의 전류가 그것의 요구값보다 낮은 경우 적용된 상기 선형 연산자에 의해 사용되며, 더 낮은 추가 변수는, 진행중인 상기 축의 전류가 그것의 요구값보다 높은 경우 적용된 상기 선형 연산자에 의해 사용된다.
다른 특징에 따르면, 각각의 축들에 대해, 상기 2개의 선형 연산자들은 진행중인 상기 축의 전류의 레귤레이션에 대한 식에 상응하고, 더 높은 추가 변수 및 더 낮은 추가 변수는 각각 상기 레귤레이션 식의 요소의 최대값 및 최소값에 상응하며, 이는 상기 요소의 파라미터들의 특정 범위의 변동에 대한 것이고, 상기 레귤레이션 식의 상기 요소는 진행중인 축의 전류와 그것의 요구값 사이의 차분에 더해진다.
다른 추가 특징에 따르면, 각각의 축들에 대하여, 2개의 선형 연산자들은, 진행중인 축을 따른 전기 모터의 인턱턴스의 값, 진행중인 축에 종속하는 상수(constant), 및 진행중인 축을 따른 조절될 전류와 그것의 요구값 사이의 차분 간의 곱셈(multiplication)을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 축들 각각에 대하여, 상기 레귤레이션 수단은, 그 축을 따른 전류로의 추가 변수의 추가를 포함하는 제3 선형 연산자를 적용할 수 있는, 제3 선형 연산자의 적용 수단을 포함하고, 상기 추가 변수는 그 축을 따른 전류와 그것의 요구값 사이의 차분에 종속하며, 상기 운영 수단은, 그 축을 따른 조절될 전류가 그것의 요구값에 충분히 근접한 경우, 상기 제3 선형 연산자의 적용 수단을 활성화하도록 구성된다.
일 특징에 따르면, 상기 제3 선형 연산자의 추가 변수는, 더 높은 추가 변수와 더 낮은 추가 변수 사이의 보간을, 주어진 보간 윈도우에 대하여, 수행함으로써 결정된다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 전류의 도함수가 요구값에 대한 옳은 부로를 갖는 것이 보증될 수 있다. 따라서 전류들이 항상 그들의 요구값들이 얻어지도록 접근할 수 있어, 효율적인 제어가 수행될 수 있다.
나아가 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 장치의 실제 파라미터들이 선택된 범위 내에 있음을 전제로 요구값들의 방향으로 전류들을 항상 변화시킬 수 있다. 따라서 파라미터들의 확산들을 고려하지 않는 종래의 레귤레이터들보다 더욱 큰 안정성을 제공하며, 복잡한 연산자를 사용하지 않고서도 레귤레이션을 수행할 수 있다.
또한 상기 레귤레이션은 최악의 경우들을 고려하기 때문에 더 빠르다. 더 이상 평균 파라미터들을 추산할 필요가 없고 최악의 경우들에 대한 한계만을 성정하기만 하면 되므로, 훨씬 더 단순하다.
다른 목적들, 특징들, 및 이점들이 첨부된 도면들을 참조하고 이하의 설명들을 읽음으로써 명백해질 것이지만, 이들은 비-제한적인 예들임을 전제로 한 것이다.
도 1은 전기 파워 트레인의 제어 방법을 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타난 방법의 결과를 나타낸다.
도 3은 연산자의 실시예를 나타낸다.
도 4는 다른 전기 파워 트레인의 제어 방법을 나타낸다.
도 5는 도 4에 나타난 제어 방법의 결과를 나타낸다.
도 6은 도 4에 나타난 방법을 사용한 제어 시스템을 나타낸다.
고정자 및 회전자를 포함하는 동기 모터를 포함하고 차량에 갖추어진 파워 트레인의 레귤레이션을 제공하기 위하여, Park 레퍼런스 프레임(Park reference frame)이 사용되며, 이는 동기 모터의 경우에서 예를 들어 회전자와 연결된 회전 레퍼런스 프레임 내 전기 값들을 표현하는 것을 가능케 한다. 이 레퍼런스 프레임은 3개의 축들: d, q, 및 f을 포함한다. 축들 d 및 q는 고정자와 연관되고, 축 f는 회전자와 연관된다.
전기 모터의 제어 신호들
Figure pct00001
,
Figure pct00002
,
Figure pct00003
및 적용되는 전류의 요구 값들
Figure pct00004
은 제어 신호의 그리고 각각 축들 d, q, f를 따른 전류의 요소들에 상응한다.
Park 레퍼런스 프레임에서, 동기 모터를 포함하는 파워 트레인은 다음 식들에 의해 통제된다.
[수학식 1]
Figure pct00005

여기서,
Ld 는 축 d 상의 전기자 인덕턴스(armature inductance)와 동등하다.
Lq 는 축 q 상의 전기자 인덕턴스와 동등하다.
Lf 는 회전자의 인덕턴스이다.
Rs 는 고정자 권선부들(stator windings)의 저항과 동등하다.
Rf 는 회전자의 저항이다.
Mf 는 고정자 및 회전자 사이의 상호 인덕턴스이다.
Id 는 축 d 상의 전류이다.
Iq 는 축 q 상의 전류이다.
If 는 축 f 상의 전류이다.
ωr 는 장치의 전기장의 회전 속도이다(동기 장치이므로, 회전자의 회전 속도에 장치의 극들(poles)의 쌍들의 개수를 곱한 것과 같다)(rad/s의 단위).
Figure pct00006
는 축 d를 따른 전기 모터의 제어 신호이다.
Figure pct00007
는 축 q를 따른 전기 모터의 제어 신호이다.
Figure pct00008
는 축 f를 따른 전기 모터의 제어 신호이다.
α는 상수이며, 바랍직하게는 α = 3/2 이다.
이 타입의 시스템의 제어에 의해 나타난 주요 문제점들은 축들 d 와 f 사이의 동적 커플링(dynamic coupling)에 의한 것이다.
축들 d 와 f 사이의 동적 커플링을 방지하기 위해, 변수들의 변화가 제공된다.
(
Figure pct00009
,
Figure pct00010
,
Figure pct00011
) = S(
Figure pct00012
,
Figure pct00013
.
Figure pct00014
), 다음의 식을 사용한다:
[수학식 2]
Figure pct00015
따라서, 제어될 시스템은 다음의 레귤레이션 식에 의해 표현된다.
[수학식 3]
Figure pct00016

여기서,
Figure pct00017
는 축 d 상의 독립 고정자 전압(decoupled stator voltage)이다.
Figure pct00018
는 축 q 상의 고정자 전압이다.
Figure pct00019
는 회전자의 독립 전압(decoupled voltage)이다.
그리고 바람직하게는 α = 3/2 이다.
따라서, 이 레귤레이션 식에 따르면, 축 d를 따른 전압(
Figure pct00020
)으로, 축 d를 따른 전류(Id)의 도함수 요소(derivative component)를 독자적으로(uniquely) 제어하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 축 q를 따른 전압(
Figure pct00021
) 및 축 f를 따른 회전자의 전압(
Figure pct00022
)은, 각각 축 q를 따른 전류(Iq) 및 축 f를 따른 전류(If)에만 의한 전류의 도함수들에 종속한다. 따라서 이 레귤레이션 식을 사용하는 레귤레이터 내에서 축들 d, q, f 사이의 동적 커플링들이 제거된다.
알 수 있는 바와 같이, 축 q 상의 변수의 변화가 없어 동적 커플링이 나타나지 않는다. 상기 동적 커플링은 축들 d와 f 사이에 있고, 따라서 이들 두 축들 상의 새로운 독립 제어들이다.
이하의 것들이 새로운 공간(space)에서 검토될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pct00023
, 여기서
Figure pct00024
상기 텀들
Figure pct00025
는 인덕턴스들, 저항들, 및 상호 인덕턴스와 같은 파라미터들에 종속한다. 각각의 축에 대해 그리고 각각의 파라미터에 대해 가능한 변동의 범위가 정의된다.
- 축 d:
Figure pct00026
,
Figure pct00027
그리고
Figure pct00028
.
- 축 q:
Figure pct00029
,
Figure pct00030
,
Figure pct00031
그리고
Figure pct00032
.
- 축 f:
Figure pct00033
,
Figure pct00034
,
Figure pct00035
,
Figure pct00036
,
Figure pct00037
그리고
Figure pct00038
.
이러한 범위들로, 축 d에 대해, 주어진 3개의 값 에
Figure pct00039
대해 텀
Figure pct00040
가 가질 수 있는 최소값 및 최대값에 상응하는 요소들
Figure pct00041
및
Figure pct00042
를 계산하는 것이 가능하고, 마찬가지로, 축 q에 대해, 주어진 3개의 값 에
Figure pct00043
대해 텀
Figure pct00044
가 가질 수 있는 최소값 및 최대값에 상응하는 요소들
Figure pct00045
및
Figure pct00046
를 계산하는 것이 가능하며, 마지막으로, 축 f에 대해, 주어진 3개의 값 에
Figure pct00047
대해 텀
Figure pct00048
가 가질 수 있는 최소값 및 최대값에 상응하는 요소들
Figure pct00049
및
Figure pct00050
를 계산하는 것이 가능하다.
만일 상기 파라미터들이 실제로 소정 범위들 내에 있다면, 이 경우 이하의 것들이 참이어야만 한다.
- 축 d 상에서 :
Figure pct00051
- 축 f 상에서 :
Figure pct00052
- 축 q 상에서 :
Figure pct00053
따라서 제어의 원리는 이하의 식들에 기초한다:
[수학식 5]
만일
Figure pct00054
이면,
Figure pct00055

여기서
Figure pct00056
,
Figure pct00057
및
Figure pct00058
는 각각의 축들 상의 전류의 요구값들이다.
따라서, 모든 경우들에서, 전류의 도함수는 요구값에 대한 옳은 부호(correct sign)를 갖는다. 예를 들어, 축 d 상에서,
Figure pct00059
(Id ≥
Figure pct00060
)인 경우, 수학식 4 및 5에 따라:
Figure pct00061
이다.
따라서, 항상 그들의 요구값들로 접근하는 전류들이 얻어진다.
축들 중 하나에 대해 전술한 식들을 사용한 레귤레이션 방법의 예가 도 1에 나타난다.
이 제어 방법은,
Figure pct00062
,
Figure pct00063
또는
Figure pct00064
와 같은 축들 중 하나의 제어 신호들로부터, 상응하는 축들의 조절(regulated)되어야 할 전류들(
Figure pct00065
,
Figure pct00066
또는
Figure pct00067
)을 제어하는 것을 가능케 하고, 그에 따라 휠(wheel)에서의 토크 요건들에 상응하는 전류의 요구값들(
Figure pct00068
,
Figure pct00069
또는
Figure pct00070
)이 충족된다. 상기 방법의 이하의 설명은 축 q에 관한 것이다; 이 것들, 즉 축 d 또는 f에 관한 방법은 동일하다.
상기 방법은 다음을 포함한다.
- 전류의 요구값들, 즉 축 q 상의 고정자 전류의 요구값인 요구값
Figure pct00071
의 획득에 관한 제1 단계(1);
- 축 q를 따른 전류
Figure pct00072
가 측정되는 동안의 제 2단계(2);
- 축 q를 따라 측정된 전류
Figure pct00073
가 그것의 요구값
Figure pct00074
과 비교되는 동안의 제3 단계(3).
만일 측정된 전류가 그것의 요구값
Figure pct00075
보다 높으면, 이 경우 단계(4)가 개시되며, 반면에, 만일 측정된 전류가 그것의 요구값
Figure pct00076
보다 낮으면, 이 경우 단계(5)가 개시된다.
단계(4)는 축 q를 따른 전류에 대한 선형 연산자(OP1q)의 적용에 대응되며, 아래의 식을 따른다:
Figure pct00077
Figure pct00078
,
마찬가지로, 단계(5)는 축 q를 따른 전류에 대한 선형 연산자(OP2q)의 적용에 대응되며, 아래의 식을 따른다:
Figure pct00079
,
Figure pct00080
수학식 5에 따르면, 상기 연산자들(OP1q 및 OP2q)의 적용의 결과는
Figure pct00081
과 같아야만 한다; 따라서, 단계(4) 또는 단계(5)로,
Figure pct00082
를 변화시킴으로써 전류
Figure pct00083
를 제어하는 것이 가능하다. 다시 말해,
Figure pct00084
는 상기 연산자들(OP1q 및 OP2q)의 결과를 제어함으로써 간접적으로 제어된다.
단계(4) 또는 단계(5)를 수행한 이후, 상기 방법은 단계(2)로 복귀한다.
도 2는 도 1에 나타난 것과 같은 방법에 따른 전류의 제어 결과를 나타낸다. 도 2는 2개의 축들을 포함하는 레퍼런스 프레임을 포함한다: 시간을 나타내는 수평축 및 크기로 표현된 전류를 나타내는 수직축. 이 레퍼런스 프레임에서, 요구값
Figure pct00085
를 나타내는 제1 직각 커브가 있고, 전류
Figure pct00086
를 나타내며 진동하는 제2 커브가 있다. 전류
Figure pct00087
는 요구값
Figure pct00088
에 근접할 것이지만 그러는 동안 반면에 상기 요구값 주변에서 많은 진동들이 발생함을 알 수 있다.
사실, 이 레귤레이터의 문제는 특정 주파수로 동작하지만 이 주파수가 높더라도 연속적인 방식으로 계산되고 적용되는 제어를 허용하지는 않는다는 것이다. 따라서, 전류는 결국 요구값 주변에서 진동할 것이다; 상기 제어는 연산자(OP1q 또는 OP2q)의 적용의 함수로서 매번 오르내림(jump)할 것이다.
상기 진동들을 제거하기 위하여, 도 1에 나타난 방법의 개선안에 따르면, 전류들이 그들의 요구값들에 충분히 근접하게 될 경우 2개의 값들(
Figure pct00089
및
Figure pct00090
) 사이의 선형 보간을 수행함으로써, 제어의 원활화(smoothing)가 수행된다.
개선된 레귤레이션 방법의 예가 도 3에 나타난다. 상기 방법에 관한 이하의 설명은 축 q에 관한 것이다; 이러한 것들, 즉 축 d 또는 축 f에 관한 방법은 유사하다.
도 1에 나타난 방법의 그것들과 동일한 단계들(1, 2, 3, 4, 5)에 추가로, 도 3에 나타난 방법은 다음을 포함한다:
- 축 q를 따른 전류
Figure pct00091
를 그것의 요구값
Figure pct00092
과 비교하는 단계(21). 이 단계 동안
Figure pct00093
인지 여부가 테스트되고, 여기서
Figure pct00094
는 보간 (구체적으로 후술할) 보간 윈도우의 값이다. 따라서 전류
Figure pct00095
가 그것의 요구값
Figure pct00096
에 충분히 근접하였는지가 테스트된다; 그리고
- 전류
Figure pct00097
가 그것의 요구값
Figure pct00098
에 충분히 근접한 경우, 연산자(OP3q)가 적용되는 동안의 단계(6), 상기 연산자(OP3q)는 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
- 반대로, 전류
Figure pct00099
가 그것의 요구값
Figure pct00100
에 충분히 근접하지 않으면, 이 경우 상기 방법은 단계들(3, 4, 5)로 진행한다.
연산자(OP3q)의 적용의 결과는, 수학식 5에 따라,
Figure pct00101
과 동일하여야만 한다. 따라서, 도 3의 단계(6)으로 그리고 단계들(4, 5)과 동일한 방식으로,
Figure pct00102
를 변화시킴으로써 전류
Figure pct00103
를 제어하는 것이 가능하다.
도 4는 축들 각각에 대한 값들 (d, q, f)을 취하는 x를 갖는 연산자(OP3x)의 실시예를 나타내며, 다음을 포함한다:
- 조절(regulated)될 전류
Figure pct00104
로부터 요구값 전류
Figure pct00105
를 감산하는 감산기;
- 상기 감산의 결과에
Figure pct00106
를 곱하는 모듈
Figure pct00107
(
Figure pct00108
는 축 x를 따른 인덕턴스의 최소값이고, x는 d, q, 또는 f 값을 취함); 그리고
- 보간 모듈, 상기 보간 모듈 내에서 추가 변수
Figure pct00109
가 결정됨.
이 추가 변수는 특히 조절될 전류
Figure pct00110
와 그것의 요구값
Figure pct00111
사이의 차분(difference)에 종속한다. 그것은 주어진 보간 윈도우
Figure pct00112
에 대한
Figure pct00113
와
Figure pct00114
사이의 보간 결과이다. 다시 말해, 조절될 전류
Figure pct00115
와 그것의 요구값
Figure pct00116
사이의 차분의 절대값이
Figure pct00117
보다 낮으면, 이 경우 추가 변수
Figure pct00118
의 값은, 상기 차분에, 종좌표 값들(ordinate values)
Figure pct00119
및
Figure pct00120
의 2개의 직선들을 연결하는 직선의 기울기를 곱함으로써 결정된다. 이러한 2개의 직선들은, 조절될 전류
Figure pct00121
와 그것의 요구값
Figure pct00122
사이의 차분의 절대값이
Figure pct00123
보다 높은 경우의 연산자들(OP1x and OP2x)의 추가 변수들(종좌표 값
Figure pct00124
의 OP2x 및 종좌표 값
Figure pct00125
의 OP1x)을 나타낸다. 따라서, OP3x의 추가 변수의 값이 얻어지고 이는 연산자(OP1x)로부터 연산자(OP3x)로의 변화 동안 또는 연산자(OP2x)로부터 연산자(OP3x)로의 변화 동안 연속적으로 변화한다.
따라서, 3개의 축들 d, q, f 각각에 대하여, 적용된 연산자는:
Figure pct00126
이고, x는 d, q, f 값들을 취한다.
따라서, 각각의 축에 대해 2개의 파라미터들이 결정되어야 한다: 비례 요소
Figure pct00127
및 선형 보간의 크기
Figure pct00128
. 또한, 제어 동작을 보증하기 위해 파라미터들의 변동 범위를 추산하는 것도 필요하다.
따라서, 파라미터 내 오류의 경우에 발산하는 단점을 가질 수 있는 적분 텀(integral term)을 사용하지 않고, 정확한 변동을 보증하는 제어가 가능하다.
도 5는 도 3에 설명된 바와 같은 방법에 따른 전류의 제어 결과를 나타낸다. 도 5에서의 레퍼런스 프레임은, 도 2의 그것과 동일하며, 요구값
Figure pct00129
을 나타내는 제1 직각 커브와 전류
Figure pct00130
를 나타내는 제2 라운드된 커브를 포함한다. 도 2에 나타난 요구값 주변의 진동 없이 전류
Figure pct00131
가 요구값
Figure pct00132
에 근접할 것임을 알 수 있다.
도 6은 도 3에 나타난 방법을 구현하는 것을 가능케 하는 제어 시스템(SYS)을 나타낸다. 상기 시스템(SYS)은 회전자 내 그리고 고정자 내 전류들(
Figure pct00133
)의 레귤레이션(MR) 수단을 포함한다.
상기 레귤레이션 수단(MR)은, 축 d에 대하여, 다음을 포함한다:
- 3개의 다른 선형 연산자들을 축 d의 조절될 전류(
Figure pct00134
)로 적용하는 적용 수단(M_OP1d, M_OP2d, M_OP3d)
- 전류의 값
Figure pct00135
을 그것의 요구값
Figure pct00136
과 비교하는 비교 수단(MCd)
- 전류의 값(
Figure pct00137
)의 그것의 요구값(
Figure pct00138
)에 대한 함수로서 상기 수단들(M_OP1d 및 M_OP2d)을 활성화하도록 구성된 운영 수단(MGd).
또한, 상기 운영 수단(MGd)은, 조절될 전류
Figure pct00139
가 그것의 요구값
Figure pct00140
에 충분히 근접하면, 적용 수단(M_OP3d)을 활성화하도록 구성된다.
마찬가지로, 상기 레귤레이션 수단(MR)은,축 q에 대해 그리고 축 f에 대해, 다음을 포함한다:
- 3개의 다른 선형 연산자들을, 한편으로는 축 q의 그리고 다른 한편으로는 축 f의 조절될 전류로 적용하는 적용 수단(M_OP1q, M_OP2q, M_OP3q 및 M_OP1f, M_OP2f, M_OP3)
- 전류의 값
Figure pct00141
을 그것의 요구값
Figure pct00142
과 비교하는 비교 수단(MCq) 및 전류의 값
Figure pct00143
을 그것의 요구값
Figure pct00144
과 비교하는 비교 수단(MCf)
- 전류의 값(
Figure pct00145
)의 그것의 요구값(
Figure pct00146
)에 대한 함수로서 상기 수단들(M_OP1q 및 M_OP2q)을 활성화하도록 구성된 운영 수단(MGq) 및 전류의 값(
Figure pct00147
)의 그것의 요구값(
Figure pct00148
)에 대한 함수로서 상기 수단들(M_OP1f 및 M_OP2f)을 활성화하도록 구성된 운영 수단(MGf). 또한, 상기 운영 수단(MGq)은, 조절될 전류
Figure pct00149
가 그것의 요구값
Figure pct00150
에 충분히 근접하면, 적용 수단(M_OP3q)을 활성화하도록 구성되고 상기 운영 수단(MGf)도 또한, 조절될 전류
Figure pct00151
가 그것의 요구값
Figure pct00152
에 충분히 근접하면, 적용 수단(M_OP3f)을 활성화하도록 구성된다.
이 레귤레이션 전략은 장치의 실제 파라미터들이 선택된 범위 내에 있음을 전제로 요구값들의 방향으로 전류들을 항상 변화시킨다는 장점을 갖는다. 따라서 파라미터들의 확산들(spreads)을 고려하지 않는 종래의 레귤레이터들보다 더욱 큰 안정성이 제공된다.
나아가, 상기 레귤레이션은 최악의 경우들을 고려하기 때문에 더 빠르다. 더 이상 평균 파라미터들을 추산할 필요가 없고 다만 후자에 대한 한계들만을 설정하기만 하면 되어, 훨씬 더 단순하다.

Claims (12)

  1. 자동차에 갖추어지고 회전자 및 고정자가 제공된 전기 모터를 포함하는 파워 트레인의 제어 방법으로서,
    상기 회전자 내 그리고 상기 고정자 내 전류들
    Figure pct00153
    의 레귤레이션으로서, 상기 전기 모터의 제어 신호들
    Figure pct00154
    을 사용하여 그들이 요구되는 전류 값들에 도달하도록 하고, 상기 조절될 전류들
    Figure pct00155
    및 상기 제어 신호들
    Figure pct00156
    은 복수의 축들(d, q, f)을 포함하는 회전 레퍼런스 프레임(rotating reference frame)으로 표현되고, 상기 제어 신호들
    Figure pct00157
    은 상기 복수의 축들의 축들 각각을 따른 레귤레이션의 동적 디커플링(dynamic decoupling)을 허용하는 변수의 변화를 포함하는 변환(transformation)으로부터 비롯되는, 레귤레이션을 포함하고,
    상기 레귤레이션은, 상기 복수의 축들(d, q, f)의 축들 각각에 대해, 상기 축의 조절될 전류의 값
    Figure pct00158
    의 그것의 요구값
    Figure pct00159
    에 대한 함수(2, 3)로서의 2개의 다른 선형 연산자들(OP1d, OP2d, OP1q, OP2q, OP1f, OP2f)의, 상기 축의 조절될 전류
    Figure pct00160
    로의 적용(4, 5)을 포함하고,
    상기 2개의 선형 연산자들(OP1d, OP2d, OP1q, OP2q, OP1f, OP2f)의 상기 적용의 결과는 상기 축의 상기 제어 신호
    Figure pct00161
    와 실질적으로 동일하게 되어야 하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 축들 각각에 대하여, 상기 2개의 선형 연산자들은 추가 변수(
    Figure pct00162
    ,
    Figure pct00163
    )의 추가를 포함하고,
    상기 추가 변수는 상기 2개의 선형 연산자들(OP1d, OP2d, OP1q, OP2q, OP1f, OP2f)의 함수로서 상이하고,
    더 높은 추가 변수(
    Figure pct00164
    )는 진행중인 축의 전류
    Figure pct00165
    가 그것의 요구값
    Figure pct00166
    보다 낮은 경우 적용된 상기 선형 연산자에 의해 사용되고,
    더 낮은 추가 변수(
    Figure pct00167
    )는 진행중인 축의 전류
    Figure pct00168
    가 그것의 요구값
    Figure pct00169
    보다 높은 경우 적용된 상기 선형 연산자에 의해 사용되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 축들(d, g, f) 각각에 대해, 상기 2개의 연산자들(OP1d, OP2d, OP1q, OP2q, OP1f, OP2f)은 진행중인 상기 축의 상기 전류의 상기 레귤레이션에 대한 식(equation)과 상응하고,
    상기 더 높은 추가 변수 및 상기 더 낮은 추가 변수(
    Figure pct00170
    ,
    Figure pct00171
    )는 각각, 상기 레귤레이션 식의 요소의 최대값 및 최소값에 상응하며, 상기 요소의 파라미터들의 특정 범위의 변동에 대한 상기 레귤레이션 식의 상기 요소의 상기 최대값 및 최소값에 상응하고,
    상기 레귤레이션 식의 상기 요소는 진행중인 축의 전류
    Figure pct00172
    와 그것의 요구값
    Figure pct00173
    사이의 차분(difference)에 더해지는, 방법.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 축들 각각에 대하여, 상기 2개의 선형 연산자들(OP1d, OP2d, OP1q, OP2q, OP1f, OP2f)은, 진행중인 축을 따른 상기 전기 모터의 인덕턴스의 값(Ld,Lq,Lf), 진행중인 축에 종속하는 상수(
    Figure pct00174
    ), 및 진행중인 축을 따른 조절될 전류
    Figure pct00175
    와 그것의 요구값
    Figure pct00176
    사이의 차분 간의 곱(multiplication)을 포함하는, 방법.
  5. 청구항 2 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레귤레이션은, 상기 축들 각각에 대해, 상기 축을 따른 조절될 전류가 그것의 요구값에 충분히 근접하는 경우(21), 진행중인 축을 따른 조절될 전류
    Figure pct00177
    와 그것의 요구값
    Figure pct00178
    사이의 차분에 종속하는 추가 변수(
    Figure pct00179
    )의 추가를 포함하는 제3 선형 연산자(OP3d, OP3q, OP3f)의 적용(6)을 포함하는, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 선형 연산자(OP3d, OP3q, OP3f)의 상기 추가 변수는, 주어진 보간 윈도우(
    Figure pct00180
    )에 대해, 상기 더 높은 추가 변수(
    Figure pct00181
    )와 상기 더 낮은 추가 변수(
    Figure pct00182
    ) 사이의 보간을 수행함으로써 결정되는, 방법.
  7. 자동차에 갖추어지고 회전자 및 고정자가 제공된 전기 모터를 포함하는 파워 트레인의 제어 시스템으로서,
    상기 회전자의 그리고 상기 고정자의 전류들
    Figure pct00183
    의 레귤레이션 수단으로서, 상기 전기 모터의 제어 신호들
    Figure pct00184
    을 사용하여 그들이 요구되는 전류 값들에 도달하도록 하고, 상기 조절될 전류들
    Figure pct00185
    및 상기 제어 신호들
    Figure pct00186
    은 복수의 축들(d, q, f)을 포함하는 회전 레퍼런스 프레임(rotating reference frame)으로 표현되고, 상기 제어 신호들
    Figure pct00187
    은 상기 복수의 축들의 축들 각각을 따른 레귤레이션의 동적 디커플링(dynamic decoupling)을 허용하는 변수의 변화를 포함하는 변환(transformation)으로부터 비롯되는, 레귤레이션 수단을 포함하고,
    상기 레귤레이션 수단(MR)은, 상기 복수의 축들(d, q, f)의 축들 각각에 대하여, 상기 축의 조절될 전류
    Figure pct00188
    로의 제1 선형 연산자의 적용 수단(M_OP1d, M_OP1q, M_OP1f), 상기 축의 조절될 전류
    Figure pct00189
    로의 제2 선형 연산자의 적용 수단(M_OP2d, M_OP2q, M_OP2f), 그것의 요구값
    Figure pct00190
    에 대한 상기 축의 조절될 전류의 값
    Figure pct00191
    의 비교 수단(MCd, MCq, MCf), 및 상기 축의 조절될 전류의 값
    Figure pct00192
    의 그것의 요구값
    Figure pct00193
    에 대한 함수로서의 상기 제1 선형 연산자의 적용 수단(M_OP1d, M_OP1q, M_OP1f) 및 상기 제2 선형 연산자의 적용 수단(M_OP2d, M_OP2q, M_OP2f)을 활성화하는 운영 수단(MGd, MGq, MGf)을 포함하고,
    상기 2개의 선형 연산자들(OP1d, OP2d, OP1q, OP2q, OP1f, OP2f)의 상기 적용의 결과는 상기 축의 상기 제어 신호
    Figure pct00194
    와 실질적으로 동일하게 되어야 하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 축들 각각에 대하여, 상기 2개의 선형 연산자들은 추가 변수(
    Figure pct00195
    ,
    Figure pct00196
    )의 추가를 포함하고,
    상기 추가 변수는 상기 2개의 선형 연산자들(OP1d, OP2d, OP1q, OP2q, OP1f, OP2f)의 함수로서 상이하고,
    더 높은 추가 변수(
    Figure pct00197
    )는 진행중인 축의 전류
    Figure pct00198
    가 그것의 요구값
    Figure pct00199
    보다 낮은 경우 적용된 상기 선형 연산자에 의해 사용되고,
    더 낮은 추가 변수(
    Figure pct00200
    )는 진행중인 축의 전류
    Figure pct00201
    가 그것의 요구값
    Figure pct00202
    보다 높은 경우 적용된 상기 선형 연산자에 의해 사용되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 축들 각각에 대해, 상기 2개의 연산자들(OP1d, OP2d, OP1q, OP2q, OP1f, OP2f)은 진행중인 상기 축의 상기 전류의 상기 레귤레이션에 대한 식(equation)과 상응하고,
    상기 더 높은 추가 변수 및 상기 더 낮은 추가 변수(
    Figure pct00203
    ,
    Figure pct00204
    )는 각각, 상기 레귤레이션 식의 요소의 최대값 및 최소값에 상응하며, 상기 요소의 파라미터들의 특정 범위의 변동에 대한 상기 레귤레이션 식의 상기 요소의 상기 최대값 및 최소값에 상응하고,
    상기 레귤레이션 식의 상기 요소는 진행중인 축의 전류
    Figure pct00205
    와 그것의 요구값
    Figure pct00206
    사이의 차분(difference)에 더해지는, 시스템.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 축들 각각에 대하여, 상기 2개의 선형 연산자들은, 진행중인 축을 따른 상기 전기 모터의 인덕턴스의 값(Ld,Lq,Lf), 진행중인 축에 종속하는 상수(
    Figure pct00207
    ), 및 진행중인 축을 따른 조절될 전류
    Figure pct00208
    와 그것의 요구값
    Figure pct00209
    사이의 차분 간의 곱(multiplication)을 포함하는, 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 축들 각각에 대하여, 상기 레귤레이션 수단은 제3 연산자의 적용 수단(M_OP3d, M_OP3q, M_OP3f)을 포함하고,
    상기 제3 연산자의 적용 수단은, 추가 변수(
    Figure pct00210
    )의 상기 축을 따른 상기 전류
    Figure pct00211
    로의 추가를 포함하는 제3 선형 연산자(OP3d, OP3q, OP3f)를 적용할 수 있으며,
    상기 추가 변수는 상기 축을 따른 상기 전류
    Figure pct00212
    와 그것의 요구값
    Figure pct00213
    사이의 차분에 종속하며,
    상기 운영 수단(MGd, MGq, MGf)은, 상기 축을 따른 조절될 전류
    Figure pct00214
    가 그것의 요구값
    Figure pct00215
    에 충분히 근접하는 경우, 상기 제3 연산자의 적용 수단(M_OP3d, M_OP3q, M_OP3f)을 활성화하도록 구성되는, 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 선형 연산자의 상기 추가 변수(
    Figure pct00216
    )는, 주어진 보간 윈도우(
    Figure pct00217
    )에 대해, 상기 더 높은 추가 변수(
    Figure pct00218
    )와 상기 더 낮은 추가 변수(
    Figure pct00219
    ) 사이의 보간을 수행함으로써 결정되는, 시스템.
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