3상 인버터의 출력 성능개선을 위한 모델 기반의 예측제어
Model-Based Predictive Control for Improving Output Performance of Three-Phase Inverters
초록/요약
본 논문은 모델 기반의 예측 제어 알고리즘을 이용하여 3상 인버터의 과도구간에서의 응답 특성과 정상상태 성능을 개선하기 위한 제어 방법을 제안한다. 예측제어는 비선형적 특성으로 인해 기존의 선형제어기에 비해 제어의 직관성과 빠른 응답성을 가질 수 있다. 제안하는 예측 제어 알고리즘은 수학 방정식에 근거하여 제어 대상의 오차를 최소로 하는 인버터의 지령 전압을 계산하여 인가하는 제어 방법으로, 과도구간에서는 빠르고 정확하게 제어할 수 있고 정상상태 영역에서는 정확한 제어 성능을 보장한다. 또한, 좌표변환과 같은 복잡한 연산과정이 없어 제어구조가 단순하여 제어 연산시간이 감소하는 장점이있다. 본 논문에서는 3가지 응용 분야의 예측 제어 알고리즘에 대해 제안한다. 각분야는 영구자석 동기 전동기의 토크 예측 제어, 유도 전동기의 토크 예측 제어, 3상 AC/DC 컨버터의 전력 예측 제어이다. 각 분야별 모델링을 이용하여 인버터의 전압과 전동기의 토크 또는 전력 사이의 관계를 분석하고, 최소 리플과 정확한 제어 성능을 갖는 지령 전압 벡터를 결정하는 수식을 유도한다. 제안한 모델 기반의 예측 제어 기법은 3가지 응용분야에서 시뮬레이션과 실험을 통하여 성능을 확인하고 알고리즘의 우수성과 타당성을 검증한다.
more목차
제 1 장 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 3
1.3 논문의 구성 4
제 2 장 제어 시스템의 구성 5
2.1 3상 2레벨 인버터 5
2.1.1 전압형 인버터의 동작 원리 6
2.1.2 공간 벡터 전압 변조 방식 8
2.2 좌표 변환 14
2.3 영구자석 동기 전동기의 모델 16
2.3.1 영구자석 동기 전동기의 종류와 구조적 특징 16
2.3.2 영구자석 동기 전동기의 d-q축 모델과 등가회로 18
2.4 유도 전동기의 모델 27
2.4.1 유도 전동기의 구조적 특징 27
2.4.2 유도 전동기의 d-q축 모델과 등가회로 29
2.5 3상 AC/DC 컨버터 모델 38
2.5.1 3상 AC/DC 컨버터의 구조와 등가회로 38
2.5.2 3상 AC/DC 컨버터의 d-q축 모델 39
제 3 장 영구자석 동기 전동기의 토크 제어 41
3.1 영구자석 동기 전동기 방정식 41
3.2 영구자석 동기 전동기의 직접 토크 제어 42
3.2.1 영구자석 동기 전동기의 DTC 기법 42
3.2.2 영구자석 동기 전동기의 DTC-SVM 기법 46
3.3 영구자석 동기 전동기의 토크 예측 제어 48
3.3.1 영구자석 동기 전동기의 토크와 전압 벡터의 관계 48
3.3.2 영구자석 동기 전동기의 토크 리플 저감 기법 49
3.3.3 MTPA 원리를 이용한 토크 예측 제어방법 53
3.3.4 시뮬레이션 56
3.3.5 실험 결과 60
제 4 장 유도 전동기의 토크 제어 66
4.1 유도 전동기 방정식 66
4.2 유도 전동기의 직접 토크 제어 67
4.2.1 유도 전동기의 DTC기법 67
4.2.2 유도 전동기의 DTC-SVM 기법 69
4.3 유도 전동기의 토크 예측 제어 71
4.3.1 유도 전동기의 토크와 전압 벡터의 관계 71
4.3.2 유도 전동기의 토크 리플 저감 기법 73
4.3.3 고정자 자속 추정 및 토크 예측 제어방법 74
4.3.4 시뮬레이션 78
4.3.5 실험 결과 82
제 5 장 계통 연계시 AC/DC 컨버터의 전력 제어 86
5.1 3상 AC/DC 컨버터 방정식 87
5.2 가상 자속 기반의 직접 전력 제어 89
5.2.1 가상 자속 기반의 DPC 기법 89
5.2.2 가상 자속 기반의 DPC-SVM 기법 91
5.3 가상 자속 기반의 전력 예측 제어 93
5.3.1 유효 전력과 전압 벡터의 관계 94
5.3.2 전력 리플 저감기법 96
5.3.3 가상 자속 추정 및 전력 예측 제어방법 97
5.3.4 시뮬레이션 102
5.3.5 실험 결과 109
제 6 장 결론 및 요약 118
제 7 장 참고문헌 121
