具体实施方式

为了充分理解本发明的构成和效果，将参照附图说明本发明的优选实施例。但是，本发明不限于以下公开的实施例，而是可以以各种形式实施，并且可以进行各种变更。然而，本实施例的说明旨在提供本发明的完整公开，向本发明所属技术领域的普通技术人员充分公开发明的范围。在附图中，为了便于说明，构成要素的尺寸被放大，并且构成要素的比例可以被夸大或减少。

术语“第一”、“第二”等可以用于描述各种构成要素，但是这些构成要素不应受限于上述术语。上述术语仅可用于区分一个构成要素与另一个构成要素。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，“第一构成要素”可以被命名为“第二构成要素”，并且类似地，“第二构成要素”也可以被命名为“第一构成要素”。此外，除非上下文另有明确规定，否则单数的表述包括复数的表述。除非另有定义，否则本发明的实施例中使用的术语可以被解释为本领域技术人员所公知的含义。

以下，将参照图1和图2说明现有的电动机驱动系统，并且将参照图3至图6说明本发明一实施例的电动机驱动系统。

图1是一般的电动机速度控制系统的构成图。

为了追随电动机200的速度指令速度控制部110利用同步角及速度检测器(位置传感器)160或位置推定器测量速度ω_rm并用于控制，并且基于速度指令与测量速度之间的差异，输出同步坐标系电流指令

为了追随作为速度控制部110的输出的同步坐标系d、q轴电流指令电流控制部120测量电动机200的d、q轴电流并用于控制，并且基于电流指令与测量电流之间的差异，输出同步坐标系d、q轴电压指令

此时，电流指令可以用的向量表示，测量电流可以用的向量表示。

坐标转换部130将同步坐标系d、q轴物理量转换为abc物理量，而坐标转换部170将abc物理量转换为同步坐标系d、q轴物理量。

为了将作为坐标转换部130的输入的变更为使用如下算式。以下，

[算式1]

在上面的算式1中使用的角度θ_e是利用同步角及速度检测器160检测的电角度。

另外，为了将作为坐标转换部170的输入的i_abcs变更为使用下面的算式。其中，

[算式2]

在上面的算式2中使用的角度θ_e是利用同步角及速度检测器160检测的电角度。

PWM控制部140将abc相电压指令变更为适当的极电压(pole voltage)指令执行脉宽调制(PWM)。其中，

逆变器150将由PWM控制部140形成的极电压指令合成为极电压。极电压指令通过逆变器150合成为实际的极电压v_abcn。此时，

同步角及速度检测器160作为编码器或解析器等位置传感器/位置推定器，检测同步角和速度，由此检测速度控制部110中所使用的机械速度ω_rm和坐标转换部130、170中所使用的用于坐标转换的电角度θ_e。

图2是图1的速度控制部110的详细构成图。

电动机的速度指令与测量速度ω_rm之间的误差通过比例增益为K_p的比例控制器111和积分增益为K_i的积分控制器112、113之后的值之合114被作为扭矩指令输出，并且扭矩指令通过转换部115转换为同步坐标系d、q轴电流指令并输出。

在如上所述的速度控制部110的构成中，经过如下过程设定比例积分增益。

如果在通常的惯性系力学方程中忽略由摩擦力造成的影响，则可以表示为如下。

[算式3]

其中，T_e是施加于电动机的扭矩，J表示电动机的惯性。

比例积分速度控制器的传递函数可以表示为如下。

[算式4]

此时，K_p是比例增益，K_i是积分增益。

当假设电流控制部120的动态特性与速度控制部110相比足够快，由此使电流控制部120的增益近似为1，并且假设由逆变器150的输出电流确定的电动机200的扭矩很好地追随扭矩指令的理想的情况时，可以利用以下算式表示速度控制系统。

[算式5]

整理上面的算式5，可以利用如下传递函数表示针对速度指令的速度响应。

[算式6]

当速度控制部110的带宽为ω_sc并设计为过衰减时，通过如下算式7可以求得比例增益和积分增益。

[算式7]

K_p＝Jω_sc

如上所述，可以确认到速度控制部110的增益依赖于作为电动机驱动系统的机械常数的惯性。因此，当系统的信息不正确时，速度控制部110无法满足设计的控制带宽，从而存在速度控制的性能变差的问题。

通常，在利用逆变器驱动电动机的情况下，作为机械常数的惯性是很难获得的信息。为了得到该信息，需要如下过程：用户通过测量仪器直接测量速度和扭矩等，或者，需要额外地将用于推定惯性的过程附加于逆变器动作。但是，为了进行这种动作，电动机200需要在一定程度上稳定地运转，并且在运转初期难以进行这种动作。

另外，在没有惯性信息的情况下，速度控制部的增益需要由用户一边直接手动地通过测量仪器测量速度、扭矩等一边设定。因此，就速度控制而言，增益重要到能够左右性能，但是存在难以容易地设定的问题。

为了解决这种问题，本发明提供一种基于使用控制稳定时间(settling time)求得的惯性的增益设定，使得用户可以轻松地设定速度控制的增益，而无需额外的惯性信息。另外，提供一种基于这种增益设定来自动调节速度控制增益的方法。由此，本发明使电动机稳定地驱动。

首先，对本发明提出的设定速度控制增益的方法进行说明。

在负载的惯性恒定的假设下，扭矩可以由以下算式确定。

[算式8]

当将施加额定扭矩T_rated时达到额定速度ω_{rm_rated}的时间定义为稳定时间t_s时，系统的惯性可以由算式9确定。

[算式9]

考虑到上面的算式6的传递函数，将稳定时间t_s定义为如下。

[算式10]

在上面的算式10中，K表示速度控制部的调节增益，ω_sc表示速度控制部的带宽。根据本发明的一实施例，用户通过调节速度控制部的调节增益K，能够容易地变更速度控制部的增益。

另一方面，将算式10的稳定时间代入算式9而求出惯性则如下面的算式所示。

[算式11]

当将上面的算式11的惯性代入算式7的速度控制部的增益时，可以如下定义速度控制部的增益。

[算式12]

K_i＝0.2·K_p·ω_sc

在上面的算式12中，K_p表示比例增益，K_i表示积分增益。

通常，速度控制部的带宽是由电流控制部的带宽给定的值，并且作为速度控制部的调节增益的K的初始值可以通过考虑系统的衰减率来求得。因此，用户通过在给定的速度控制部的带宽中变更K，可以简单地构成电动机驱动系统。

图3是本发明一实施例的电动机驱动系统的构成图。

如图所示，本发明一实施例的电动机驱动系统1可以包括速度控制部11、电流控制部12、第一转换部13、PWM控制部14、逆变器15、检测部16、第二转换部17、控制部20、第一开关部30、第二开关部35、速度指令生成部40以及增益变更部50。

速度控制部11、电流控制部12、第一转换部13、PWM控制部14、逆变器15、检测部16以及第二转换部17的动作与参照图1进行的描述相同。

速度控制部11可以根据电动机2的速度指令与由检测部16检测的电动机2的实际速度ω_rm之间的差异，输出同步坐标系d、q轴电流指令

电流控制部12可以根据同步坐标系d、q轴电流指令与电动机2的同步坐标系d、q轴测量电流之间的差异，输出同步坐标系d、q轴电压指令

第一转换部13可以使用算式1，将转换为另外，第二转换部17可以使用算式2，将i_abcs转换为

PWM控制部14可以将abc相电压指令变更为适当的极电压指令并执行脉宽调制(PWM)，逆变器15可以将由PWM控制部14所形成的极电压指令合成为极电压。

检测部16可以检测电动机2的同步角和速度，并提供给速度控制部11、第一转换部13、第二转换部17以及增益变更部50。

速度指令生成部40可以生成用于调节速度控制部11的增益的速度指令。

增益变更部50可以接收由检测部16检测的速度，并且可以变更作为速度控制部10的调节增益的K。

第一开关部30和第二开关部35根据控制部20的控制标志FlagSC而导通或断开，并且在第一开关部30和第二开关部35导通的情况下，可以调节并输出速度控制部10的增益，而在第一开关部30和第二开关部35断开的情况下，可以与图1的现有的方式相同地输出速度控制部10的增益。

具体而言，在FlagSC为断开的情况下，用于电动机驱动的速度指令输入于速度控制部11，在FlagSC为导通的情况下，在速度指令生成部40生成的速度指令输入于速度控制部11。

另外，在FlagSC为断开的情况下，调节速度控制部11的增益的ΔK成为0，从而速度控制部11的增益不会变更，但是在FlagSC为导通的情况下，ΔK从增益变更部50输出，从而可以变更速度控制部11的增益。

即，在作为控制部20提供的控制信号的FlagSC为导通的情况下，在速度指令生成部40生成用于调节速度控制部11的增益的速度指令，并且该速度指令可以施加于速度控制部11。另外，可以使用从检测部16反馈的电动机2的速度(反馈速度)，求出速度控制部11的调节增益变化量ΔK，并且ΔK可以用于变更速度控制部11的增益。

图4是图3的速度指令生成部的详细构成图。

在本发明一实施例的速度指令生成部中，速度指令的振幅ω_m和正弦函数-sinω_sct可以通过乘法器41相乘并作为速度指令输出。

此时，乘以正弦函数sinω_sct的目的在于，使速度指令的大小ω_m以正弦函数振动，正弦函数的频率可以是速度控制部11的设定的控制带宽、即ω_sc。速度指令可以表示为如下算式。

[算式13]

即，速度指令可以生成为具有ω_m的振幅的正弦波的形态。

另一方面，在施加有正弦波指令的情况下，速度控制部11的速度控制带宽可以定义为反馈速度的相位延迟为π/4的频率。因此，在施加有算式13的正弦波指令的情况下，反馈速度可以定义为算式14。

[算式14]

此时，ω_fb表示反馈速度的振幅。

如算式14所示，可以使增益变更部50求出速度指令与反馈速度之间的相位差为π/4的速度控制部11的调节增益K。

图5是图3的增益变更部的第一实施例的详细构成图。

如图所示，本发明第一实施例的增益变更部50可以包括相位变更部51、第一积分部52、旋转转换部53、误差确定部54、积分增益应用部55以及第二积分部56。

相位变更部51可以接收反馈速度和设定的控制带宽，并且输出假想的d轴的第一信号和与第一信号相比具有-π/2的相位延迟并作为正交分量的假想的q轴的第二信号此时，相位变更部51可以是例如SOGI(Second Order Generalized Integrator：二阶广义积分器)。当施加正弦波时，SOGI输出具有-π/2的相位延迟并作为正交分量的信号。

相位变更部51输出的信号如以下算式所示。

[算式15]

需要说明的是，在本发明一实施例中，将相位变更部51的构成说明为了例如SOGI，但是为了获得上面算式15的输出信号，还可以使用各种电路。

如上所述，作为正弦波的交流信号的假想的d、q轴信号可以经过旋转转换而转换为直流分量。

作为正弦波的交流信号的假想的d、q轴的第一信号和第二信号可以经过旋转转换而转换为直流分量，将算式15以角度表示如下。

[算式16]

第一积分部52可以通过积分控制带宽，输出正弦波指令的旋转角。将其以算式表示如下。

[算式17]

θ_sc＝∫ω_scdt＝ω_sct

当将旋转转换定义为算式18，并且将旋转转换应用于算式16的交流信号时，可以转换为如下算式19所示的直流信号，并且与相位转换部53的输出相同。即，作为相位变更部51的输出信号的可以通过旋转转换部53转换为

[算式18]

[算式19]

参照上面的算式19，可以确认到在相位延迟为π/4的情况下，转换的直流信号具有相同的值。换言之，当作为相位转换部53的输出信号的为相同的值时，表示反馈速度与指令速度之间的相位延迟为π/4。因此，若调节速度控制部11的增益，以使具有相同的速度，则速度控制部11满足给定的速度控制带宽，由此执行自动调节。

在本发明一实施例中，可以使用积分控制来调节速度控制增益。可以将其如算式20表示。

[算式20]

此时，K_sc表示用于速度控制增益调节的积分增益。如上面的算式20所示，通过积分控制，可以生成速度控制调节增益变化量ΔK，以使具有相同的值。这可以通过误差确定部54、积分增益应用部55以及积分部56实现。

即，误差确定部54确定旋转转换部53的两个直流信号和的误差，积分增益应用部55将积分增益K_sc应用于该误差，并且第二积分部56对其进行积分，由此能够输出速度控制调节增益的变化量ΔK。

图3的速度控制部11可以再次接收如上所述生成的速度控制调节增益的变化量ΔK，并如算式21那样变更比例积分增益。

[算式21]

另一方面，在本发明一实施例中，还可以将速度控制带宽定义为在施加有正弦波指令时反馈速度的大小变为指令的的频率。因此，在施加有算式13的正弦波指令的情况下，可以将反馈速度定义为算式22。

[算式22]

ω_rm＝-ω_fbsin(ω_sct-φ_fb)

在算式22中，φ_fb表示反馈的速度的相位延迟，当作为反馈速度的大小的ω_fb在满足速度控制带宽时，变为指令的即其大小变为

当将算式22的反馈速度作为假想的d轴信号，并且将与该速度相比具有-π/2的相位延迟的正交分量作为假想的q轴信号时，还可以表示为算式23。

[算式23]

作为正弦波的交流信号的假想的d轴和q轴信号可以经过旋转转换而转换为直流分量。将算式23以角度表示如下。

[算式24]

若对上面的算式24的交流信号应用旋转转换，则如算式25所示，可以转换为直流信号。

[算式25]

根据上面的算式25，ω_fb可以如算式26那样求出。

[算式26]

即，由于在满足速度控制带宽的ΔK中，ω_fb变为因此在该条件下，可以写成算式27。

[算式27]

即，当调节速度控制部11的增益，以使和具有相同的值时，速度控制部11满足给定的速度控制带宽，由此能够执行自动调节。同样地，在本发明一实施例中，可以使用积分控制来调节速度控制增益，并且可以将其表示为算式28。

[算式28]

通过图6示出了上面的过程。图6是图3的增益变更部的第二实施例的详细构成图。

如图所示，本发明第二实施例的增益变更部50可以包括相位变更部61、第一积分部62、旋转转换部63、第一乘法器64、第二乘法器65、加法器66、误差确定部67、积分增益应用部68以及第二积分部69。

在图6的一实施例中，ω_rm是电动机的反馈速度，ω_sc是预先设定的速度控制带宽。

相位变更部61可以将电动机2的反馈速度ω_rm和速度控制带宽ω_sc作为输入，并且在施加有正弦波时可以输出具有-π/2的相位延迟的信号。即，在本发明第二实施例中，当将速度控制带宽定义为在施加有正弦波指令时反馈速度的大小变为指令的的频率的情况下，相位变更部61可以像算式24那样变更相位并输出。

旋转转换部63可以接收由第一积分部62对速度控制带宽进行积分的相位角θ_sc，并且可以通过相位角θ_sc旋转转换相位变更部61的输出。旋转转换部63的输出如算式25所示，作为相位变更部1的输出信号的可以通过旋转转换部63转换为

第一乘法器64和第二乘法器65可以分别输出和加法器66可以输出作为第一乘法器64和第二乘法器65之和的

然后，误差确定部67确定加法器66的输出与之间的误差，积分增益应用部68将积分增益K_sc应用于该误差，并且第二积分部69对其进行积分，由此能够输出作为速度控制调节增益的变化量的ΔK。

速度控制部11可以接收作为速度控制的调节增益的变化量的ΔK，并且可以如算式21那样变更比例积分增益。

以往，速度控制部的增益通过由测量仪器测量的速度和扭矩来设定，或者通过额外的惯性推定艰难地实现，但与此不同地，根据本发明一实施例，通过根据电动机的铭牌值简单地调节速度控制调节增益，能够设定速度控制增益，而不需要额外的测量或推定过程。

即，本发明通过使用利用控制稳定时间求得的增益，能够在用户初始驱动电动机时容易地设定速度控制增益。另外，本发明通过自动调节速度控制增益而不需要额外的惯性推定或测量，能够设定最佳的速度控制增益。

以上，对本发明的实施例进行了说明，但这仅是示例性的，本领域的具有普通知识的技术人员应当会理解可以通过上述实施例进行各种变形以及实施等同范围的实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围应由所附的权利要求书确定。