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KR20240114943A - Mehod and apparatus for estimating temperature of moter coil based on digital twin - Google Patents

Mehod and apparatus for estimating temperature of moter coil based on digital twin Download PDF

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KR20240114943A
KR20240114943A KR1020230007258A KR20230007258A KR20240114943A KR 20240114943 A KR20240114943 A KR 20240114943A KR 1020230007258 A KR1020230007258 A KR 1020230007258A KR 20230007258 A KR20230007258 A KR 20230007258A KR 20240114943 A KR20240114943 A KR 20240114943A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
model
temperature
motor coil
heat transfer
digital twin
Prior art date
Application number
KR1020230007258A
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Korean (ko)
Inventor
김진균
안창욱
이지원
Original Assignee
경희대학교 산학협력단
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Filing date
Publication date
Application filed by 경희대학교 산학협력단 filed Critical 경희대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 따른 모터 코일 온도 추정 방법은 온도 데이터가 입력되면, 온도 데이터에 근거하여 간접 열원을 예측하기 위한 열 전달 모델을 구축하는 단계, 온도 데이터에 근거하여 간접 열원을 예측하기 위한 유동 모델을 구축하는 단계, 열 전달 모델과 유동 모델의 결과값을 커플링하여 디지털 트윈 모델을 구축하는 단계 및, 디지털 트윈 모델을 이용하여 모터 코일의 온도를 추정하는 단계를 포함한다. 이에 의하면, 피드스루를 설치하지 않고 밀폐된 내부공간에서 작동하는 모터 코일의 온도를 추정할 수 있다. 이와 더불어, 실험시 검증 비용의 절감 효과를 기대할 수 있다.The motor coil temperature estimation method according to the present invention includes the steps of constructing a heat transfer model to predict indirect heat sources based on temperature data when temperature data is input, and constructing a flow model to predict indirect heat sources based on temperature data. It includes steps of building a digital twin model by coupling the results of the heat transfer model and the flow model, and estimating the temperature of the motor coil using the digital twin model. According to this, it is possible to estimate the temperature of a motor coil operating in a sealed internal space without installing a feedthrough. In addition, a reduction in verification costs during experiments can be expected.

Description

디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 방법 및 장치{MEHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING TEMPERATURE OF MOTER COIL BASED ON DIGITAL TWIN}Digital twin-based motor coil temperature estimation method and device {MEHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING TEMPERATURE OF MOTER COIL BASED ON DIGITAL TWIN}

본 발명은 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 모터 외부를 측정한 온도 데이터만으로 모터 코일의 온도를 추정할 수 있는 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a digital twin-based motor coil temperature estimation method and device. In particular, a digital twin-based motor coil temperature estimation method and device that can estimate the temperature of the motor coil only with temperature data measured outside the motor. will be.

모터는 모터 코일에 전류가 흘러 구동 토크를 발생시키지만, 모터 코일에 대전류를 계속 흘렸을 경우, 모터 코일이 발열하여 모터 코일의 파손이나 모터 마그넷의 감자(減磁) 등의 장해가 생기는 일이 있을 수 있다. 이에, 모터 코일의 온도를 측정하고, 모터 코일에 흘리는 전류를 제한하는 등의 보호가 필요하다. A motor generates driving torque by flowing current through the motor coil, but if a large current continues to flow through the motor coil, the motor coil may generate heat and cause problems such as damage to the motor coil or demagnetization of the motor magnet. there is. Accordingly, protection such as measuring the temperature of the motor coil and limiting the current flowing through the motor coil is necessary.

그러나, 모터 코일에 온도 센서를 직접 설치하는 것은 물리적으로 곤란하다. 특히, 단품이 아닌 시스템 단위의 모듈 내부 모터 코일의 온도를 직접 계측하는 것은 어렵다. 더욱이, 모터의 하우징에 센서가 삽입될 수 있는 피드스루를 만드는 것은 추가 가공비용이 발생하며 실제 시스템과 괴리가 생기게 된다.However, it is physically difficult to install a temperature sensor directly on the motor coil. In particular, it is difficult to directly measure the temperature of the motor coil inside the module on a system-by-system basis rather than a single product. Moreover, creating a feedthrough through which a sensor can be inserted into the motor housing incurs additional processing costs and creates a discrepancy from the actual system.

이를 극복하고자 모터 코일에 온도 센서를 직접 부착하지 않고 모터 코일의 온도를 측정하기 위한 디지털 트윈(Digital twin) 기술들이 개발되고 있는 추세이다.To overcome this, digital twin technologies are being developed to measure the temperature of the motor coil without attaching a temperature sensor directly to the motor coil.

디지털 트윈은 물리 현상을 현실에 가깝게 반영하는 FMU(Functional Mock-up Unit)을 구축하는 것에서 시작하며, FMU는 크게 직접 접근법(Direct problem)과 역 접근법(Inverse problem)으로 개발되고 있다. Digital twins begin with building a Functional Mock-up Unit (FMU) that closely reflects physical phenomena in reality, and FMUs are largely developed using direct problems and inverse problems.

기존의 디지털 트윈 기술들은 주로 직접 접근법에 기반한 기술들이 많으며, 역 접근법에 의해 모터 코일의 온도를 추정하는 기술을 찾아보기 어려운 실정이다.Existing digital twin technologies are mainly based on the direct approach, and it is difficult to find technology that estimates the temperature of the motor coil using the inverse approach.

현재, 직접 접근법에 의한 모터 코일 온도 추정 방법은 전기 데이터를 수집하여 모터의 전력손실을 계산하고, 이를 열원으로 입력하고 온도가 출력되는 FMU가 구성된다. 이때, 모터의 전력손실(Power loss)은 크게 동손(copper losses), 철손(core losses), 기계손(Mechanical losses)으로 나뉠 수 있는데, 철손과 기계손을 계측하기 위한 데이터들은 수집되기 어렵다. 따라서 동손만 고려하는 경우가 많으며, 이로 인해 추정 오차가 크게 발생할 수 있다.Currently, the motor coil temperature estimation method using the direct approach collects electrical data, calculates the power loss of the motor, inputs this as a heat source, and configures an FMU that outputs the temperature. At this time, the power loss of the motor can be largely divided into copper losses, core losses, and mechanical losses, but it is difficult to collect data to measure iron losses and mechanical losses. Therefore, only copper losses are often considered, which can lead to large estimation errors.

또한, 동손은 3I^2R로 계산될 수 있는데, 온도가 증가함에 따라 저항(R)이 증가하므로 비선형 모델임에도 불구하고 비선형성을 선형화해서 고려하는 경우가 많고 이로 인해 오차가 발생하는 문제점이 있었다.In addition, copper loss can be calculated as 3I^2R, and since resistance (R) increases as temperature increases, even though it is a nonlinear model, nonlinearity is often considered linearized, which causes errors.

대한민국 등록특허 제10-0797336호Republic of Korea Patent No. 10-0797336

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 모터 외부를 측정한 온도 데이터만으로 모터 코일의 온도를 추정할 수 있는 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.The present invention is intended to solve the above problems and provides a digital twin-based motor coil temperature estimation method and device that can estimate the temperature of the motor coil only with temperature data measured outside the motor.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 코일 온도 추정 방법은 온도 데이터가 입력되면, 상기 온도 데이터에 근거하여 간접 열원을 예측하기 위한 열 전달 모델을 구축하는 단계; 상기 온도 데이터에 근거하여 간접 열원을 예측하기 위한 유동 모델을 구축하는 단계; 상기 열 전달 모델과 상기 유동 모델의 결과값을 커플링하여 디지털 트윈 모델을 구축하는 단계; 및, 상기 디지털 트윈 모델을 이용하여 모터 코일의 온도를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a motor coil temperature estimation method according to an embodiment of the present invention includes the steps of: when temperature data is input, constructing a heat transfer model for predicting an indirect heat source based on the temperature data; Building a flow model to predict an indirect heat source based on the temperature data; Constructing a digital twin model by coupling the results of the heat transfer model and the flow model; And, estimating the temperature of the motor coil using the digital twin model.

또한, 상기 열 전달 모델을 구축하는 단계는, 열 전달 수치모델을 구축하는 단계; 상기 온도 데이터의 노이즈를 조절하는 안정기 파라미터를 설정하는 단계; 민감도 계수 행렬을 생성하는 단계; 및, 상기 열 전달 수치모델, 상기 안정기 파라미터 및 상기 민감도 계수 행렬에 기초하여 구축된 열 전달 모델을 이용하여 상기 간접 열원을 예측하는 단계;를 포함할 수 있다.Additionally, the step of constructing the heat transfer model includes constructing a heat transfer numerical model; Setting a stabilizer parameter to control noise of the temperature data; generating a sensitivity coefficient matrix; And, it may include predicting the indirect heat source using a heat transfer model built based on the heat transfer numerical model, the ballast parameter, and the sensitivity coefficient matrix.

또한, 상기 유동 모델을 구축하는 단계는, 비선형 시스템 식별(Nonlinear system identification), 희소 식별(Sparse identification of nonlinear dynamics, SINDy), 역학모드 분해(Dynamic mode decomposition with Koopman operator) 및 최소 제곱법(Normal equation solution of least-squares problem) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 간접 열원을 예측할 수 있다.In addition, the step of building the flow model includes nonlinear system identification, sparse identification of nonlinear dynamics (SINDy), dynamic mode decomposition with Koopman operator, and least squares method (Normal equation). The indirect heat source can be predicted using any one of the following methods: solution of least-squares problem.

또한, 상기 디지털 트윈 모델을 구축하는 단계는 명시적 커플링 방법(explicit coupling method), 암시적 커플링 방법(Implicit coupling method), 표면 대 표면 인터페이스 커플링 방법(Surface-2-Surface interface coupling), 볼륨 대 볼륨 커플링 방법(Volume-2-Volume coupling) 및 포인트 대 포인트 커플링 방법(Point-2-Point coupling) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 온도를 추정할 수 있다. In addition, the step of building the digital twin model includes an explicit coupling method, an implicit coupling method, a surface-2-Surface interface coupling method, The temperature can be estimated using either the Volume-2-Volume coupling method or the Point-2-Point coupling method.

더욱 바람직하게, 상기 디지털 트윈 모델을 구축하는 단계는, 지그재그형 알고리즘(Staggered algolithm)을 이용하여 온도를 추정할 수 있다.More preferably, in the step of building the digital twin model, the temperature can be estimated using a staggered algorithm.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 코일 온도 추정 장치는 온도 데이터가 입력되면, 열 전달 모델을 구축하고, 상기 열 전달 모델을 이용하여 상기 온도 데이터에 근거한 간접 열원을 예측하는 열 연산부; 유동 모델을 구축하고, 상기 유동 모델을 이용하여 상기 온도 데이터에 근거한 간접 열원을 예측하는 유동 연산부; 및, 상기 열 전달 모델과 상기 유동 모델의 결과값을 커플링하여 디지털 트윈 모델을 구축하고, 상기 디지털 트윈 모델을 이용하여 모터 코일의 온도를 추정하는 열-유동 연산부;를 포함할 수 있다.Meanwhile, a motor coil temperature estimation device according to an embodiment of the present invention includes a heat calculation unit that, when temperature data is input, builds a heat transfer model and uses the heat transfer model to predict an indirect heat source based on the temperature data; a flow calculation unit that builds a flow model and predicts an indirect heat source based on the temperature data using the flow model; And, it may include a heat-flow calculation unit that couples the results of the heat transfer model and the flow model to build a digital twin model, and estimates the temperature of the motor coil using the digital twin model.

또한, 상기 열 연산부는, 열 전달 수치모델을 구축하는 수치모델 구축부; 상기 온도 데이터의 노이즈를 조절하는 안정기 파라미터를 설정하는 파라미터 설정부; 민감도 계수 행렬을 생성하는 행렬 생성부; 및, 상기 열 전달 수치모델, 상기 안정기 파라미터 및 상기 민감도 계수 행렬에 기초하여 구축된 상기 열 전달 모델을 이용하여 상기 간접 열원을 예측하는 예측부;를 포함할 수 있다.In addition, the thermal calculation unit includes a numerical model construction unit for constructing a heat transfer numerical model; a parameter setting unit that sets stabilizer parameters for controlling noise of the temperature data; a matrix generator that generates a sensitivity coefficient matrix; And, it may include a prediction unit that predicts the indirect heat source using the heat transfer model built based on the heat transfer numerical model, the ballast parameter, and the sensitivity coefficient matrix.

또한, 상기 유동 연산부는, 비선형 시스템 식별(Nonlinear system identification), 희소 식별(Sparse identification of nonlinear dynamics, SINDy), 역학모드 분해(Dynamic mode decomposition with Koopman operator) 및 최소 제곱법(Normal equation solution of least-squares problem) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 간접 열원을 예측할 수 있다. In addition, the flow calculation unit includes nonlinear system identification, sparse identification of nonlinear dynamics (SINDy), dynamic mode decomposition with Koopman operator, and normal equation solution of least- The indirect heat source can be predicted using any one of the squares problem.

또한, 상기 열-유동 연산부는, 명시적 커플링 방법(explicit coupling method), 암시적 커플링 방법(Implicit coupling method), 표면 대 표면 인터페이스 커플링 방법(Surface-2-Surface interface coupling), 볼륨 대 볼륨 커플링 방법(Volume-2-Volume coupling) 및 포인트 대 포인트 커플링 방법(Point-2-Point coupling) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 온도를 추정할 수 있다.In addition, the heat-flow calculation unit includes an explicit coupling method, an implicit coupling method, a surface-2-Surface interface coupling method, and a volume-to-surface interface coupling method. The temperature can be estimated using either the Volume-2-Volume coupling method or the Point-2-Point coupling method.

더욱 바람직하게, 상기 열-유동 연산부는, 지그재그형 알고리즘(Staggered algolithm)을 이용하여 온도를 추정할 수 있다.More preferably, the heat-flow calculator can estimate the temperature using a staggered algorithm.

상기와 같은 본 발명에 따른 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 방법 및 장치는 피드스루를 설치하지 않고 밀폐된 내부공간에서 작동하는 모터 코일의 온도를 추정할 수 있다.The digital twin-based motor coil temperature estimation method and device according to the present invention as described above can estimate the temperature of a motor coil operating in a closed internal space without installing a feedthrough.

이와 더불어, 실험시 검증 비용의 절감 효과를 기대할 수 있다.In addition, a reduction in verification costs during experiments can be expected.

나아가, 원자로 및 전기차와 같이 온도 센서를 모터 코일 내부로 직접 삽입하기 힘든 구조에서도 모터 코일의 온도를 모니터링하고 이상 감지하는 시스템에 활용될 수 있다.Furthermore, it can be used in systems that monitor the temperature of the motor coil and detect abnormalities even in structures where it is difficult to insert a temperature sensor directly into the motor coil, such as nuclear reactors and electric vehicles.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 장치를 간략하게 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a schematic diagram briefly showing a digital twin-based motor coil temperature estimation device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a digital twin-based motor coil temperature estimation device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flowchart illustrating a digital twin-based motor coil temperature estimation method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining a coupling method according to an embodiment of the present invention.

이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings to clarify the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known functions or components may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Components having substantially the same functional configuration among the drawings are given the same reference numbers and symbols as much as possible, even if they are shown in different drawings. For convenience of explanation, if necessary, the device and method should be described together.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 장치를 간략하게 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram briefly showing a digital twin-based motor coil temperature estimation device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 모터 코일 온도 추정 장치(100)는 모터(10)의 외부에 부착된 센서(20)에 의해 측정된 온도 데이터가 입력되면, 디지털 트윈 기반으로 모터 코일의 온도를 추정할 수 있다. Referring to FIG. 1, when temperature data measured by the sensor 20 attached to the outside of the motor 10 is input, the motor coil temperature estimation device 100 can estimate the temperature of the motor coil based on the digital twin. there is.

일 실시예에서, 모터 코일 온도 추정 장치(100)는 역 접근법에 의해 온도 데이터의 열원을 간접 예측하고, 예측한 열원으로 모터 코일의 온도를 추정할 수 있다. 이를 위해, 모터 코일 온도 추정 장치(100)는 열 전도 모델과 유동 모델을 구축한 후, 열 전도 모델과 유동 모델의 결과값을 커플링하여 디지털 트윈 모델을 구축하고, 디지털 트윈 모델을 이용하여 모터 코일의 온도를 추정할 수 있다.In one embodiment, the motor coil temperature estimation device 100 may indirectly predict a heat source of temperature data using an inverse approach and estimate the temperature of the motor coil using the predicted heat source. To this end, the motor coil temperature estimation device 100 builds a heat conduction model and a flow model, couples the results of the heat conduction model and the flow model to build a digital twin model, and uses the digital twin model to determine the motor The temperature of the coil can be estimated.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a digital twin-based motor coil temperature estimation device according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 모터 코일 온도 추정 장치(100)는 열 연산부(110), 유동 연산부(120) 및 열-유동 연산부(130)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2 , the motor coil temperature estimation device 100 may include a thermal calculation unit 110, a flow calculation unit 120, and a heat-flow calculation unit 130.

열 연산부(110)는 모터의 열적 거동을 표현할 선형 열 전달 모델을 구축할 수 있다.The thermal calculation unit 110 may construct a linear heat transfer model that represents the thermal behavior of the motor.

열 연산부(110)는 온도 데이터가 입력되면, 열 전달 모델을 구축하고, 열 전달 모델을 이용하여 온도 데이터에 근거한 간접 열원을 예측할 수 있다. When temperature data is input, the thermal calculation unit 110 can build a heat transfer model and predict an indirect heat source based on the temperature data using the heat transfer model.

열 연산부(110)는 간접 열원과 전체 온도를 아래의 (수식1)에 의하여 산출할 수 있다.The thermal calculation unit 110 can calculate the indirect heat source and total temperature using Equation 1 below.

(수식1)(Formula 1)

, ,

, ,

, ,

여기서, 는 과거 시점 시간, 은 현재 시점 시간, 는 측정 시간 간격, 은 예측된 열원 벡터, 은 측정 온도 벡터, 은 예측된 전체 온도 벡터(온도센서 구비 지점 외의 온도 포함)를 의미한다. 또한, 로 일정하게 가열했을 때 온도센서 구비 지점의 가상 온도 벡터이며, 온도센서가 1개인 경우에는 상수가 된다. 그리고, 은 센서 위치의 민감도 계수 행렬이며 아래의 (수식2)로 정의된다.here, is a time in the past, is the current time, is the measurement time interval, is the predicted heat source vector, is the measured temperature vector, means the predicted total temperature vector (including temperatures other than those equipped with temperature sensors). also, silver cast It is a virtual temperature vector at the point equipped with a temperature sensor when heated uniformly, and becomes a constant when there is only one temperature sensor. and, is the sensitivity coefficient matrix of the sensor location and is defined as (Equation 2) below.

(수식2)(Formula 2)

여기서, N은 각각 사용된 센서의 개수에 대응되고, M은 공간적으로 분해된 열원의 개수에 대응된다. 도 같은 방식으로 정의되며, 열의 개수는 M으로 동일하지만, 행의 개수는 후술할 수치모델의 전체 자유도와 같다. 예를 들어, 수치모델 구축단계에서 구축된 모터의 수치모델의 자유도가 100이라면, 는 100×100행렬이 된다.Here, N corresponds to the number of sensors used, and M corresponds to the number of spatially resolved heat sources. is defined in the same way, the number of columns is the same as M, but the number of rows is equal to the total degrees of freedom of the numerical model, which will be described later. For example, if the degree of freedom of the numerical model of the motor built in the numerical model construction stage is 100, becomes a 100×100 matrix.

실시예에서, 열 연산부(110)는 수치모델 구축부, 파라미터 설정부, 행렬 생성부 및 예측부를 포함할 수 있다. In an embodiment, the thermal calculation unit 110 may include a numerical model building unit, a parameter setting unit, a matrix generating unit, and a prediction unit.

수치모델 구축부는 열 전달 수치모델을 구축할 수 있다. 즉, 수치모델 구축부는 열 전달 수치모델의 구축에 유한요소법(Finite Element Method), 유한차분법(Finite Difference Method), 경계요소법(Boundary Element Method) 등의 다양한 기술이 사용될 수 있다.The numerical model construction unit can build a heat transfer numerical model. In other words, the numerical model construction unit can use various technologies such as the finite element method, finite difference method, and boundary element method to build the heat transfer numerical model.

수치해석 기법은 어떤 현상을 지배하는 법칙과 조건을 수학적으로 모델링하고, 근사해(approximate solution)를 구하기 위해 답을 보간함수(interpolation function)의 조합으로 표현한 뒤 각 기저함수의 크기를 계산한다. 이때, 기본적으로 수학적인 표현을 기저함수(basis function)의 계수를 계산하기 위한 행렬 방정식으로 전환하게 되며, 기저함수의 정의 방식에 따라 수치해석 기법의 종류가 결정된다. Numerical analysis techniques mathematically model the laws and conditions that govern a phenomenon, express the answer as a combination of interpolation functions to obtain an approximate solution, and then calculate the size of each basis function. At this time, the mathematical expression is basically converted into a matrix equation for calculating the coefficients of the basis function, and the type of numerical analysis technique is determined depending on the definition method of the basis function.

예를 들어, 유한요소법은 기저함수의 체계적 정의를 위하여, 대상이 되는 물체, 즉, 모터의 공간상의 영역을 유한 요소(finite element)라 불리는 소영역으로 나누어 수치해석을 수행한다.For example, the finite element method performs numerical analysis by dividing the spatial region of the target object, that is, the motor, into small regions called finite elements in order to systematically define the basis function.

유한차분법은 미분방정식을 자연현상의 대상이 되는 기하학적 영역 내에서 수치적분(numerical integration)을 취해 행렬방정식을 유도하는데, 기하학적 영역 내에 생성된 유한개의 점들을 격자(grid)라 부르고 격자의 조밀도에 따라 근사해의 정확도가 향상된다. The finite difference method derives matrix equations by numerical integration of differential equations within a geometric domain that is the subject of natural phenomena. A finite number of points created within the geometric domain are called a grid and the density of the grid is Accordingly, the accuracy of the approximate solution improves.

경계요소법은 미분방정식 형태의 수학적 표현식과 그린함수(green function)라 불리는 핵함수(kernel function)의 곱을 대상물체의 전체 영역에 걸쳐 적분을 취한다. 이후, 그린의 정리(green theorem)에 따라 영역 전체에 대한 적분을 물체의 경계에 따른 경계적분(boundary integral) 형식으로 변환하고, 경계 조건(boundary condition)을 적용하는 방식으로 수치해석을 수행한다.The boundary element method integrates the product of a mathematical expression in the form of a differential equation and a kernel function called the green function over the entire area of the object. Afterwards, numerical analysis is performed by converting the integral over the entire region into a boundary integral format according to the boundary of the object according to Green's theorem and applying boundary conditions.

파라미터 설정부는 온도 데이터의 노이즈를 조절하는 안정기 파라미터를 설정할 수 있다. 안정기 파라미터는 시스템에 사용되는 온도센서(20)의 노이즈에 대한 안정성(stability)을 보장하기 위해 필요하다. 즉, 안정기 파라미터인 값은 센서의 개수, 위치, 열확산도(thermal diffusivity), 성능에 의해서 결정되는 값인데, 패널티를 주어 측정 오차로 인한 (수식1)의 불안정성을 억제하는 역할을 하기 때문에, 적절한 값을 입력하는 것이 중요하다.The parameter setting unit can set stabilizer parameters that control noise in temperature data. The stabilizer parameter is necessary to ensure stability against noise of the temperature sensor 20 used in the system. That is, the stabilizer parameter is The value is determined by the number, location, thermal diffusivity, and performance of the sensors. Since it plays a role in suppressing the instability of (Equation 1) due to measurement error by giving a penalty, it is important to enter an appropriate value. It is important.

행렬 생성부는 민감도 계수 행렬을 생성할 수 있다. The matrix generator may generate a sensitivity coefficient matrix.

행렬 생성부는 모터의 간접 열원을 예측한다. 즉, 행렬 생성부는 (수식2)의 을 입력받아 민감도 계수 행렬을 생성할 수 있다. 여기서, 는 간접 열원을 계산하기 위해 사용되며, 계산된 열원과 로 전체 온도를 예측한다. The matrix generator predicts the indirect heat source of the motor. In other words, the matrix generator of (Equation 2) class You can generate a sensitivity coefficient matrix by receiving input. here, is used to calculate the indirect heat source, and the calculated heat source and Predict the overall temperature with

예측된 전체 온도가 유일하게 존재하기 위해서는 의 열과 행의 수가 같거나, 열보다 행의 수가 많아야 하는데, 이는 열원의 수보다 센서의 수가 많아야 함을 의미한다. 일반적으로는 센서의 수보다 공간적으로 분해된 열원의 수가 더 많기 때문에 위의 조건을 보장할 수 있는 방법이 필요하며, 그렇지 못한 경우 수학적으로 ill-posed problem이 되어 유일하지 않은 여러 개의 해가 존재하는 결과를 야기한다In order for the predicted overall temperature to be unique, The number of columns and rows must be the same or there must be more rows than columns, which means that the number of sensors must be greater than the number of heat sources. In general, since the number of spatially resolved heat sources is greater than the number of sensors, a method that can guarantee the above conditions is necessary. Otherwise, it becomes a mathematically ill-posed problem and has multiple non-unique solutions. cause consequences

예측부는 열 전달 수치모델, 안정기 파라미터 및 민감도 계수 행렬에 기초하여 구축된 열 전달 모델을 이용하여 간접 열원을 예측할 수 있다. The prediction unit can predict indirect heat sources using a heat transfer model built based on a heat transfer numerical model, ballast parameters, and sensitivity coefficient matrix.

실시예에서, 예측부는 소정의 온도 데이터가 입력되면, 수치모델, 안정기 파라미터 및 민감도 계수 행렬에 기초하여 모터 코일의 온도를 추정할 수 있다. In an embodiment, when predetermined temperature data is input, the prediction unit may estimate the temperature of the motor coil based on a numerical model, a ballast parameter, and a sensitivity coefficient matrix.

유동 연산부(120)는 온도 데이터가 입력되면, 유동 모델을 구축하고, 유동 모델을 이용하여 온도 데이터에 근거한 간접 열원을 예측할 수 있다. 이때, 등가 열원(Equivalent heat source)이 추정될 수 있다.When temperature data is input, the flow calculation unit 120 can build a flow model and predict an indirect heat source based on the temperature data using the flow model. At this time, the equivalent heat source can be estimated.

유동 연산부(120)는 유동을 표현할 비선형 유동 모델을 구축할 수 있다. 즉, 유동 연산부(120)는 3D 유동을 해석하여 데이터를 추출하고 데이터 기반으로 유동 모델을 구축할 수 있다.The flow calculation unit 120 can build a nonlinear flow model to represent flow. That is, the flow calculation unit 120 can analyze the 3D flow, extract data, and build a flow model based on the data.

유동 연산부(120)는 비선형 시스템 식별(Nonlinear system identification), 비선형 역학의 희소 식별(Sparse identification of nonlinear dynamics, SINDy), 동적 모드 분해(Dynamic mode decomposition with Koopman operator) 및 최소제곱법의 정규 방정식(Normal equation solution of least-squares problem) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 간접 열원을 예측하고 온도를 추정할 수 있다. The flow calculation unit 120 performs nonlinear system identification, sparse identification of nonlinear dynamics (SINDy), dynamic mode decomposition with Koopman operator, and normal equations of the least squares method. You can predict the indirect heat source and estimate the temperature using any one of the equation solution of least-squares problem.

모델 프리 방법은 일 예로, 표 1과 같이 나타낼 수 있다.As an example, the model-free method can be represented as shown in Table 1.

접근방법(approach)approach 아키텍쳐architecture 비고note 시스템 식별(System identification)
구조 식별(Structural identification(M,D,K))
System identification
Structural identification (M,D,K)
: state
: output
: input
: state
:output
:input
비선형 역학 시스템의 지배 방정식 발견(Discovering governing equations of nonlinear dynamical systems)Discovering governing equations of nonlinear dynamical systems 간접적으로 입력 측정(Indirectly measuring the inputs)Indirectly measuring the inputs

열-유동 연산부(130)는 열 전달 모델과 유동 모델의 결과값을 커플링하여 디지털 트윈 모델을 구축하고, 디지털 트윈 모델을 이용하여 모터 코일의 온도를 추정할 수 있다. 즉, 열-유동 연산부(130)는 비선형 열전달 모델을 선형 열전도 모델과 비선형 유동 모델로 분리하고, 분리된 방법(partitioned method)로 커플링 시키는 디지털 트윈 모델을 구축하는 것으로, 유동과 구조의 상호작용(fluid-structure interaction)에 대하여 각각 모델링하고, 그 결과값을 커플링하여 보완된 결과값을 산출할 수 있다.The heat-flow calculation unit 130 can build a digital twin model by coupling the results of the heat transfer model and the flow model, and estimate the temperature of the motor coil using the digital twin model. That is, the heat-flow calculation unit 130 separates the non-linear heat transfer model into a linear heat conduction model and a non-linear flow model and builds a digital twin model that couples them using a partitioned method, so that the interaction between flow and structure (fluid-structure interaction) can be modeled separately, and the results can be coupled to calculate supplemented results.

이를 위해, 열-유동 연산부(130)는 명시적 커플링 방법(explicit coupling method), 암시적 커플링 방법(Implicit coupling method), 표면 대 표면 인터페이스 커플링 방법(Surface-2-Surface interface coupling), 볼륨 대 볼륨 커플링 방법(Volume-2-Volume coupling) 및 포인트 대 포인트 커플링 방법(Point-2-Point coupling) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 온도를 추정할 수 있다.For this purpose, the heat-flow calculation unit 130 uses an explicit coupling method, an implicit coupling method, a surface-2-Surface interface coupling method, The temperature can be estimated using either the Volume-2-Volume coupling method or the Point-2-Point coupling method.

더욱 바람직하게, 열-유동 연산부(130)는 지그재그형 알고리즘(Staggered algorithm)을 이용하여 온도를 추정할 수 있다.More preferably, the heat-flow calculation unit 130 can estimate the temperature using a staggered algorithm.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a flowchart for explaining a digital twin-based motor coil temperature estimation method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram for explaining a coupling method according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하여, 모터 코일 온도 추정 장치(100)의 모터 코일 온도 추정 방법을 설명한다. With reference to FIGS. 2 and 3 , a method for estimating the motor coil temperature of the motor coil temperature estimating device 100 will be described.

온도 센서(20)에 의해 측정된 모터(10)의 외부 온도 데이터가 입력되면, 열 연산부(110)과 유동 연산부(120)에서 열 전달 모델 및 유동 모델을 구축한다(S110, S115).When the external temperature data of the motor 10 measured by the temperature sensor 20 is input, the heat calculation unit 110 and the flow calculation unit 120 build a heat transfer model and a flow model (S110, S115).

열 전달 모델 구축 단계(S110)는 열 연산부(110)를 통해 열 전달 모델을 구축하여 간접 열원을 예측한다. 구체적으로, 열 전달 모델 구축 단계(S110)는 수치모델 구축단계, 안정기 파라미터 설정 단계, 열원 예측을 위한 민감도 계수 행렬(Sensitivity coefficient matrix) 생성단계, 및 온도 데이터 입력에 의한 전체 온도 예측단계를 수행한다.In the heat transfer model building step (S110), an indirect heat source is predicted by building a heat transfer model through the heat calculation unit 110. Specifically, the heat transfer model building step (S110) performs a numerical model building step, a stabilizer parameter setting step, a sensitivity coefficient matrix generation step for heat source prediction, and an overall temperature prediction step by inputting temperature data. .

실시예에서, 수치모델 구축 단계는 수치모델 구축부를 통해 유한요소법(Finite Element Method)를 사용하여 모터의 구동 현상을 지배하는 법칙과 조건을 수학적으로 모델링한다. 이때, 근사해(approximate solution)를 구하기 위해 답을 보간함수(interpolation function)의 조합으로 표현한 뒤 각 기저함수의 크기를 계산할 수 있다. 또한, 기본적으로 수학적인 표현을 기저함수(basis function)의 계수를 계산하기 위한 행렬 방정식으로 전환하게 되며, 기저함수의 체계적 정의를 위하여, 모터의 공간상의 영역을 유한 요소(finite element)라 불리는 소영역으로 나누어 수치해석을 수행한다.In an embodiment, the numerical model building step mathematically models the laws and conditions governing the driving phenomenon of the motor using the finite element method through the numerical model building unit. At this time, to obtain an approximate solution, the answer can be expressed as a combination of interpolation functions and then the size of each basis function can be calculated. In addition, the mathematical expression is basically converted into a matrix equation for calculating the coefficients of the basis function, and for systematic definition of the basis function, the spatial region of the motor is divided into small elements called finite elements. Numerical analysis is performed by dividing into areas.

안정기 파라미터 설정 단계는 온도 데이터의 노이즈를 조절하는 안정기 파라미터를 설정한다. 상술한 (수식1)에서 는 안정기의 성능을 결정하는 변수이다.The stabilizer parameter setting step sets the stabilizer parameters that control noise in temperature data. In the above-mentioned (Equation 1) is a variable that determines the performance of the stabilizer.

값을 설정하는 방법은, ① 모터의 구동 시간에 따른 온도정보를 수집하는 단계, ② 수집한 온도를 후처리로 필터링(filtering)하여 노이즈가 제거된 필터링 데이터로 변환하는 단계, ③ 값을 변화시키면서 필터링 데이터와 최소제곱오차(Least Square Error)가 최소가 되는 값을 결정하는 단계로 이루어진다. The method of setting the value is ① collecting temperature information according to the driving time of the motor, ② filtering the collected temperature through post-processing and converting it into filtered data with noise removed, ③ This consists of the step of determining the value that minimizes the filtering data and least square error while changing the value.

값은 온도 센서의 성능에 의하여 결정되므로 일정 주기의 온도 데이터(정보)를 수집하고, 노이즈의 증가량을 관측한다. 이때, 노이즈의 증가량은 교차검증(Generalized Cross Validation) 등의 기법을 활용하여 관측될 수 있고, 노이즈의 증가량에 따라 상술한 방법으로 값의 교정을 수행할 수 있다. Since the value is determined by the performance of the temperature sensor, temperature data (information) is collected at a certain period and the increase in noise is observed. At this time, the increase in noise can be observed using techniques such as generalized cross validation, and depending on the increase in noise, the amount of noise can be observed using the method described above. Calibration of values can be performed.

안정기의 자동 교정 방법은 ① 최초 테스트 구동시의 온도 데이터에 기초하여 최초 안정기 파라미터를 설정하는 단계, ② 열처리가 수행되는 동안 메모리에 저장된 온도 데이터에 기초하여 소정 주기로 안정기 파라미터의 교정값을 연산하는 단계, ③ 교정값을 안정기 파라미터로 설정하는 단계로 이루어질 수 있다.The automatic calibration method of the ballast is ① setting the initial ballast parameters based on the temperature data at the time of the initial test drive, ② calculating the correction values of the ballast parameters at a predetermined period based on the temperature data stored in the memory while heat treatment is performed. , ③ It can be done by setting the correction value as a stabilizer parameter.

민감도 계수 행렬 생성 단계는 행렬 생성부를 통해 모터가 받은 간접 열원을 예측한다. The sensitivity coefficient matrix generation step predicts the indirect heat source received by the motor through the matrix generator.

온도 데이터 입력에 의한 전체 온도 예측단계는 예측부를 통해 열 전달 수치모델, 안정기 파라미터 및 민감도 계수 행렬에 기초하여 구축된 열 전달 모델을 이용하여 간접 열원을 예측할 수 있다. 즉, 소정의 온도 데이터가 입력되면, 구축된 열 전달 모델을 이용하여 모터 코일의 온도를 추정할 수 있다. In the overall temperature prediction step by inputting temperature data, indirect heat sources can be predicted using a heat transfer model built based on a heat transfer numerical model, stabilizer parameters, and sensitivity coefficient matrix through the prediction unit. That is, when predetermined temperature data is input, the temperature of the motor coil can be estimated using the constructed heat transfer model.

한편, 유동 모델 구축 단계(S115)는 유동 연산부(120)를 통해 유동 모델을 구축하여 간접 열원을 예측한다. 이때, 유동을 표현할 비선형 유동 모델을 구축한다. 즉, 3D 유동을 해석하여 데이터를 추출하고 데이터 기반으로 유동 모델을 구축할 수 있다.Meanwhile, in the flow model building step (S115), the flow model is built through the flow calculation unit 120 to predict the indirect heat source. At this time, a nonlinear flow model to express the flow is constructed. In other words, you can analyze 3D flow, extract data, and build a flow model based on the data.

실시예에서, 유동 연산부(120)는 모델 프리(free) 방법을 이용함으로써, DNN과 같은 인공지능망을 사용하지 않고 데이터 기반 모델링(Data-driven modeling)과 같은 그레이 박스(Gray box)를 적용하여 모델링할 수 있다. 이때, 등가 열원(Equivalent heat source)이 예측될 수 있다.In an embodiment, the fluid calculation unit 120 uses a model-free method to model by applying a gray box such as data-driven modeling without using an artificial intelligence network such as DNN. can do. At this time, the equivalent heat source can be predicted.

이후, 열-유동 모델을 커플링하는 단계(S130)는 열-유동 연산부(130)를 통해 열 전달 모델과 유동 모델의 결과값을 커플링하여 디지털 트윈 모델을 구축한다. 즉, 열-유동 연산부(130)를 통해 비선형 열전달 모델을 선형 열전도 모델과 비선형 유동 모델로 분리하고, 분리된 방법(partitioned method)으로 커플링 시키는 디지털 트윈 모델을 구축하는 것으로, 유동과 구조의 상호작용(fluid-structure interaction)에 대하여 각각 모델링하고, 그 결과값을 커플링하여 보완된 결과값을 산출할 수 있다.Thereafter, in the step of coupling the heat-flow model (S130), a digital twin model is built by coupling the results of the heat transfer model and the flow model through the heat-flow calculation unit 130. In other words, the non-linear heat transfer model is separated into a linear heat conduction model and a non-linear flow model through the heat-flow calculation unit 130, and a digital twin model is constructed by coupling them using a partitioned method, so that the interaction between flow and structure is established. By modeling each action (fluid-structure interaction) and coupling the results, a supplemented result can be calculated.

도 4를 참조하여, 커플링하는 방법에 대하여 설명한다. Referring to FIG. 4, a method of coupling will be described.

실시예에서는, 유동(Fluid, X program)과 구조(Structure, Y program)의 상호작용(fluid-structure interaction)에 대하여 각각 모델링하고 지그재그형 알고리즘(Staggered algorithm)을 이용하여 커플링한다. 여기서, 지그재그형 알고리즘은 예측-보정 알고리즘(prediction-correction algorithm)이라고도 할 수 있다.In the embodiment, the fluid-structure interaction of fluid (Fluid, X program) and structure (Structure, Y program) is modeled and coupled using a staggered algorithm. Here, the zigzag algorithm may also be referred to as a prediction-correction algorithm.

시간 tn 시점에서 Y program을 계산한 가 예측값(predictor)으로 계산이 되고, X program에서 예측값과 함께 x(n+1)을 계산한 뒤, 다시 y(n+1)을 계산해서 보정(correction)해 준다. 본 발명은 순차적으로 시간방향으로 풀어나가기 때문에 명시적 커플링 방법(explicit coupling method)이라고도 할 수 있다.Y program calculated at time t n is calculated as a predictor, and in the X program, x (n+1) is calculated with the predicted value, and then y (n+1) is calculated again for correction. Since the present invention is solved sequentially in the time direction, it can also be called an explicit coupling method.

한편 암시적 커플링 방법(Implicit coupling method)에는 모놀리식 알로리즘(monolithic algorithm)이 있고, 이 방법은 특정 시점에서 반복 계산 과정을 통해 수렴을 시킨 뒤, 다음 시점으로 넘어간다. 그러나, 모놀리식 알고리즘은 계산 비용이 매우 크고 비효율적이다. 이에, 지그재그형 알고리즘을 이용하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the implicit coupling method has a monolithic algorithm, and this method converges through an iterative calculation process at a specific point in time and then moves on to the next point in time. However, monolithic algorithms have very high computational costs and are inefficient. Therefore, it is desirable to use a zigzag algorithm.

MpCCI 또는 preCICE 등의 프로그램이 지그재그형 알고리즘 또는 모놀리식 알고리즘의 인터페이스를 제공한다.Programs such as MpCCI or preCICE provide interfaces for zigzag or monolithic algorithms.

그리고, 소정의 온도 데이터가 입력되면, 역 접근법 기반의 디지털 트윈 모델을 이용하여 모터 코일의 온도를 추정한다(S140). Then, when predetermined temperature data is input, the temperature of the motor coil is estimated using an inverse approach-based digital twin model (S140).

한편, 열-유동 연산부(130)는 명시적 커플링 방법(explicit coupling method), 암시적 커플링 방법(Implicit coupling method), 표면 대 표면 인터페이스 커플링 방법(Surface-2-Surface interface coupling), 볼륨 대 볼륨 커플링 방법(Volume-2-Volume coupling) 및 포인트 대 포인트 커플링 방법(Point-2-Point coupling) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 온도를 추정할 수 있다.Meanwhile, the heat-flow calculation unit 130 uses an explicit coupling method, an implicit coupling method, a surface-2-Surface interface coupling method, and a volumetric coupling method. The temperature can be estimated using either the Volume-2-Volume coupling method or the Point-2-Point coupling method.

본 발명에 따른 모터 코일 온도 추정 방법 및 장치에 의하면, 디지털 트윈 기술을 활용하여 점 측정된 온도 데이터를 가공하여 온도 추정이 가능해지므로, 모터 내부에 온도 센서를 삽입하지 않아 계측 비용 절감 효과를 기대할 수 있다. According to the motor coil temperature estimation method and device according to the present invention, temperature estimation is possible by processing point measured temperature data using digital twin technology, so measurement cost savings can be expected by not inserting a temperature sensor inside the motor. there is.

한편, 본 발명에 따른 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 방법은 컴퓨터 시스템 상에서 구현될 수 있고, 하나 이상의 컴퓨터로 구성된 시스템은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합을 작동 중 시스템이 작업들을 수행하도록 하는 시스템에 설치함으로써 위에서 설명한 방법의 각 단계를 수행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 데이터 처리 장치에 의해 실행될 때 장치로 하여금 동작들을 수행하게 하는 명령어들을 포함함으로써 특정 동작들 또는 작업들을 수행하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the digital twin-based motor coil temperature estimation method according to the present invention can be implemented on a computer system, and a system composed of one or more computers uses software, firmware, hardware, or a combination thereof to enable the system to perform tasks while operating. By installing it on your system, it can be configured to perform each step of the method described above. One or more computer programs may be configured to perform specific operations or tasks by including instructions that, when executed by a data processing device, cause the device to perform the operations.

한편, 상술한 디지털 트윈 기반의 모터 코일 온도 추정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Meanwhile, the above-described digital twin-based motor coil temperature estimation method can be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. A computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and constructed for the present invention or may be known and usable by those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.So far, the present invention has been examined in detail, focusing on the preferred embodiments shown in the drawings. These embodiments are not intended to limit the invention but are merely illustrative and should be considered from an illustrative rather than a limiting perspective. The true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims rather than the foregoing description. Although specific terms are used in this specification, they are used only for the purpose of explaining the concept of the present invention and are not used to limit the meaning or scope of the present invention described in the claims. Each step of the present invention does not necessarily have to be performed in the order described, but may be performed in parallel, selectively, or individually. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible without departing from the essential technical spirit of the present invention as claimed in the patent claims. Equivalents should be understood to include not only currently known equivalents but also equivalents developed in the future, that is, all components invented to perform the same function regardless of structure.

100: 모터 코일 온도 추정 장치
110: 열 연산부
120: 유동 연산부
130: 열-유동 연산부
100: Motor coil temperature estimation device
110: thermal calculation unit
120: Flow calculation unit
130: Heat-fluid calculation unit

Claims (10)

온도 데이터가 입력되면, 상기 온도 데이터에 근거하여 간접 열원을 예측하기 위한 열 전달 모델을 구축하는 단계;
상기 온도 데이터에 근거하여 간접 열원을 예측하기 위한 유동 모델을 구축하는 단계;
상기 열 전달 모델과 상기 유동 모델의 결과값을 커플링하여 디지털 트윈 모델을 구축하는 단계; 및,
상기 디지털 트윈 모델을 이용하여 모터 코일의 온도를 추정하는 단계;를 포함하는 모터 코일 온도 추정 방법.
When temperature data is input, constructing a heat transfer model to predict an indirect heat source based on the temperature data;
Building a flow model to predict an indirect heat source based on the temperature data;
Constructing a digital twin model by coupling the results of the heat transfer model and the flow model; and,
A motor coil temperature estimation method comprising: estimating the temperature of the motor coil using the digital twin model.
제1항에 있어서,
상기 열 전달 모델을 구축하는 단계는,
열 전달 수치모델을 구축하는 단계;
상기 온도 데이터의 노이즈를 조절하는 안정기 파라미터를 설정하는 단계;
민감도 계수 행렬을 생성하는 단계; 및,
상기 열 전달 수치모델, 상기 안정기 파라미터 및 상기 민감도 계수 행렬에 기초하여 구축된 열 전달 모델을 이용하여 상기 간접 열원을 예측하는 단계;를 포함하는, 모터 코일 온도 추정 방법.
According to paragraph 1,
The step of building the heat transfer model is,
Building a heat transfer numerical model;
Setting a stabilizer parameter to control noise in the temperature data;
generating a sensitivity coefficient matrix; and,
Predicting the indirect heat source using a heat transfer model built based on the heat transfer numerical model, the ballast parameter, and the sensitivity coefficient matrix. A motor coil temperature estimation method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 유동 모델을 구축하는 단계는,
비선형 시스템 식별(Nonlinear system identification), 희소 식별(Sparse identification of nonlinear dynamics, SINDy), 역학모드 분해(Dynamic mode decomposition with Koopman operator) 및 최소 제곱법(Normal equation solution of least-squares problem) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 간접 열원을 예측하는, 모터 코일 온도 추정 방법.
According to paragraph 1,
The step of building the flow model is,
Nonlinear system identification, sparse identification of nonlinear dynamics (SINDy), dynamic mode decomposition with Koopman operator, and normal equation solution of least-squares problem. A motor coil temperature estimation method for predicting the indirect heat source using a method.
제1항에 있어서,
상기 디지털 트윈 모델을 구축하는 단계는,
명시적 커플링 방법(explicit coupling method), 암시적 커플링 방법(Implicit coupling method), 표면 대 표면 인터페이스 커플링 방법(Surface-2-Surface interface coupling), 볼륨 대 볼륨 커플링 방법(Volume-2-Volume coupling) 및 포인트 대 포인트 커플링 방법(Point-2-Point coupling) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 온도를 추정하는, 모터 코일 온도 추정 방법.
According to paragraph 1,
The step of building the digital twin model is,
Explicit coupling method, Implicit coupling method, Surface-2-Surface interface coupling, Volume-2- A motor coil temperature estimation method that estimates the temperature using either volume coupling or point-2-point coupling.
제4항에 있어서,
상기 디지털 트윈 모델을 구축하는 단계는,
지그재그형 알고리즘(Staggered algorithm)을 이용하여 온도를 추정하는, 모터 코일 온도 추정 방법.
According to clause 4,
The step of building the digital twin model is,
A motor coil temperature estimation method that estimates temperature using a staggered algorithm.
온도 데이터가 입력되면, 열 전달 모델을 구축하고, 상기 열 전달 모델을 이용하여 상기 온도 데이터에 근거한 간접 열원을 예측하는 열 연산부;
유동 모델을 구축하고, 상기 유동 모델을 이용하여 상기 온도 데이터에 근거한 간접 열원을 예측하는 유동 연산부; 및,
상기 열 전달 모델과 상기 유동 모델의 결과값을 커플링하여 디지털 트윈 모델을 구축하고, 상기 디지털 트윈 모델을 이용하여 모터 코일의 온도를 추정하는 열-유동 연산부;를 포함하는 모터 코일 온도 추정 장치.
When temperature data is input, a heat calculation unit that builds a heat transfer model and predicts an indirect heat source based on the temperature data using the heat transfer model;
a flow calculation unit that builds a flow model and predicts an indirect heat source based on the temperature data using the flow model; and,
A motor coil temperature estimation device comprising a heat-flow calculation unit that couples the results of the heat transfer model and the flow model to build a digital twin model, and estimates the temperature of the motor coil using the digital twin model.
제6항에 있어서,
상기 열 연산부는,
열 전달 수치모델을 구축하는 수치모델 구축부;
상기 온도 데이터의 노이즈를 조절하는 안정기 파라미터를 설정하는 파라미터 설정부;
민감도 계수 행렬을 생성하는 행렬 생성부; 및,
상기 열 전달 수치모델, 상기 안정기 파라미터 및 상기 민감도 계수 행렬에 기초하여 구축된 상기 열 전달 모델을 이용하여 상기 간접 열원을 예측하는 예측부;를 포함하는, 모터 코일 온도 추정 장치.
According to clause 6,
The thermal calculation unit,
A numerical model construction unit that builds a heat transfer numerical model;
a parameter setting unit that sets stabilizer parameters for controlling noise of the temperature data;
a matrix generator that generates a sensitivity coefficient matrix; and,
A prediction unit that predicts the indirect heat source using the heat transfer model built based on the heat transfer numerical model, the ballast parameter, and the sensitivity coefficient matrix. A motor coil temperature estimation device comprising a.
제6항에 있어서,
상기 유동 연산부는,
비선형 시스템 식별(Nonlinear system identification), 희소 식별(Sparse identification of nonlinear dynamics, SINDy), 역학모드 분해(Dynamic mode decomposition with Koopman operator) 및 최소 제곱법(Normal equation solution of least-squares problem) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 간접 열원을 예측하는, 모터 코일 온도 추정 장치.
According to clause 6,
The flow calculation unit,
Nonlinear system identification, sparse identification of nonlinear dynamics (SINDy), dynamic mode decomposition with Koopman operator, and normal equation solution of least-squares problem. A motor coil temperature estimation device for predicting the indirect heat source using a method.
제6항에 있어서,
상기 열-유동 연산부는,
명시적 커플링 방법(explicit coupling method), 암시적 커플링 방법(Implicit coupling method), 표면 대 표면 인터페이스 커플링 방법(Surface-2-Surface interface coupling), 볼륨 대 볼륨 커플링 방법(Volume-2-Volume coupling) 및 포인트 대 포인트 커플링 방법(Point-2-Point coupling) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 온도를 추정하는, 모터 코일 온도 추정 장치.
According to clause 6,
The heat-fluid calculation unit,
Explicit coupling method, Implicit coupling method, Surface-2-Surface interface coupling, Volume-2- A motor coil temperature estimation device that estimates temperature using either volume coupling or point-2-point coupling.
제9항에 있어서,
상기 열-유동 연산부는,
지그재그형 알고리즘(Staggered algorithm)을 이용하여 온도를 추정하는, 모터 코일 온도 추정 장치.
According to clause 9,
The heat-fluid calculation unit,
A motor coil temperature estimation device that estimates temperature using a staggered algorithm.
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