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영구자석 동기전동기의 향상된 센서리스 제어 알고리즘 연구

A Study on Improved Sensorless Control Algorithm for PMSM

초록/요약

본 논문은 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어를 위해 회전자 위치를 추정하는 개선된 제어방법을 제안한다. 그 첫번째로, 매입형 영구자석 동기전동기의 EEMF(Extended Electromotive Force)를 이용하여 센서리스 제어를 하는 개선된 방법을 제안한다. EEMF는 회전자 위치에 대한 정보를 포함하며, EEMF에 기반한 PLL(Phase Locked Loop)제어기를 이용하면 계산시간을 줄이면서도 회전자 위치를 추정할 수 있다. 한편, 매입형 영구자석 동기전동기의 제어시 초기의 전류제어에서 속도제어로 절환할 때 속도제어기가 처음 사용되기 때문에 발생되는 회전자 속도의 오버슈트를 저감하기 위해 속도제어기에 필요한 전류 성분을 전향보상 하는 방법이 함께 설명된다. 두번째로 표면부착영 영구자석 동기전동기의 회전자 위치각의 오차를 최소화하여 저속영역에서 향상된 추정성능을 가지는 전차원 자속 관측기 알고리즘을 제안한다. 기존의 전차원 자속 관측기는 관측기의 이득항의 분모에 포함된 각속도 성분으로 인해 저속영역에서 추정성능이 저하되는 경향을 보인다. 제안하는 전차원 자속 관측기는 이득항의 분모의 각속도 성분을 상수화하며, 저속영역에서 전동기 시스템이 가장 안정적인 최적의 상수값을 이용함으로써 기존의 전차원 자속 관측기의 단점을 보완한다. 세번째로 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자 위치각의 오차를 최소화하여고속영역에서 향상된 추정성능을 가지는 전차원 자속 관측기 알고리즘을 제안한다. 기존의 전차원 자속 관측기의 이득항에 포함된 모든 각속도 성분을 상수화 하고 저속영역에서 고속영역까지 속도를 변화시켜가면서 최적의 오차를 가지는 상수값을 선택하였다. 본 논문에서 제안하는 향상된 센서리스 제어방법에 대한 성능은 시뮬레이션 및 실험 결과를 통해 그 우수성과 타당성을 검증한다.

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목차

1. 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 4
2. 매입형 영구자석 동기전동기의 EEMF를 이용한 개선된 센서리스 알고리즘 6
2.1 영구자석 동기전동기의 모델링 7
2.1.1 매입형 영구자석 동기 전동기의 모델링 7
2.1.2 표면부착형 영구자석 동기 전동기의 모델링 14
2.2 기존의 EEMF를 이용한 센서리스 알고리즘 17
2.3 EEMF를 이용한 개선된 센서리스 알고리즘 21
2.3.1 PLL을 기반한 회전자의 우치 추정 21
2.3.2 PI제어기를 통한 회전자 위치 추정 23
2.3.3 IPMSM의 센서리스 구동시 개선된 절환 기법 25
3. 전차원 자속관측기를 이용한 저속영역에서의 동기전동기의 센서리스 제어 28
3.1 저속영역에서 향상된 저차원 자속 관측기의 알고리즘 28
3.1.1 전차원 자속 관측기 29
3.1.2 기존의 천차원 자속 관측기이득 31
3.1.3 제안하는 전차원 자속관측기의 이득 32
3.1.4 제안하는 전차원 자속관측기의 안정성 33
4. 전차원 자속관측기를 이용한 고속영역에서의 동기전동기의 센서리스 제어 39
4.1 고속영역에서 향상된 전차원 자속 관측기의 알고리즘 39
4.2 제안하는 전차원 자속 관측기 이득 선정 40
4.3 고속 운전을 위한 약자속 제어 47
5. 시뮬레이션 50
5.1 PLL을 기반한 회전자의 위치 추정 50
5.2 IPMSM의 센서리스 구동시 개선된 절환 기법 55
5.3 전차원 자속 관측기를 이용한 고속 영역에서의 동기전동기의 센서리스 제어 58
6. 실험 65
6.1 PL을 기반한 회전자의 위 치 추정 65
6.2 IPMSM의 센서리스 구동시 개선된 절환 기법 72
6.3 전차원 자속 관측기를 이용한 저속영역에서의 동기전동기의 센서리스 제어 실험 78
6.4 전차원 자속 관측기를 이용한 고속영역에서의 동기전동기의 센서리스 제어 실험 87
7. 결론 및 요약 93
8. 참고문헌 95

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