단일 인버터 기반 병렬 영구자석 동기전동기 구동 시스템의 안정성 향상을 위한 제어기 설계
Controller Design for Enhanced Stability in Single Inverter Based Parallel Permanent Magnet Synchronous Motor Drive Systems
- 주제(키워드) 병렬 동기전동기 구동 시스템 , 영구자석 동기전동기
- 주제(DDC) 621.381
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이교범
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035011
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문은 단일 인버터를 통해 두 개의 영구자석 동기전동기(Permanent magnet synchronous motor, PMSM)를 병렬로 구동하는 단일 인버터 기반 이중 전 동기(Single inverter dual motor, SIDM) 구동 시스템에서 발생하는 고유의 제어 불안정성을 해소하기 위한 제어 기법을 제안한다. PMSM 기반 SIDM 구동 시스템은 하드웨어 구성의 간소화, 비용 절감, 시스템 소형화 등의 장점을 제공한다. 그러나 단일 인버터 구조의 제어 자유도 한계와 PMSM의 특성으로 인해 전동기의 출력 토크에 진동이 발생하며, 이는 전동기의 속도 진동, 공진, 탈조 등의 문제로 이어져 시스템의 안정성을 저해한다. 본 논문에서는 능동 댐핑 제어기의 비례 이득을 운전 조건에 따라 최적화하는 이득 설계 기법을 제안한다. 본 연구에서는 기계적 안정도 해석과 최소자승법을 기반으로 속도 및 부하 토크 차이를 변수로 하는 이득 모델을 수식화함으로써 기존 기법에서 이득 설계를 위해 사용되는 반복 실험 없이도 신뢰성 있는 이득 설계가 가능하도록 한다. 추가적으로, 시스템에 발생하는 출력 토크의 진동을 억제하기 위한 속도 동기화 제어기를 제안한다. 제안하는 기법은 시스템의 안정화를 위해 사용되는 토크/전류 간 변환함수에 최대/최소 제한과 변화율 제한기를 사용하며, 시스템 안정화를 위한 제어기 구조를 적용한다. 이를 통해 시스템의 전체 운전 조건에서 안정성을 향상시킬 수 있으며, 기존 기법으로는 충분한 안정성 확보가 어려운 불안정성이 높은 조건에서도 탈조를 방지할 수 있다. 제안하는 두 제어 기법은 기계 모델 기반의 극점 분석, 상태방정식을 통한 근궤적 해석, 공진 주파수 기반의 모델링을 통해 이론적인 타당성을 검증한다. 또한, 시뮬레이션 및 실험을 통해 실제 운전 환경에서의 제어 성능과 안정성을 입증한다. 이를 통해 PMSM 기반 SIDM 시스템의 속도 동기화 및 안정성 향상에 기여할 수 있는 실용적인 제어 방안을 제시한다.
more목차
제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 5
1.3 논문의 구성 7
제 2 장 SIDM 구동 시스템의 개요 8
2.1 단일 인버터 기반 다중 전동기 구동 시스템의 특성 8
2.2 단일 인버터 기반 다중 전동기 구동 시스템의 형태 12
2.2.1 3상 인버터 기반의 다중 전동기 구동 시스템 12
2.2.2 4상 인버터 기반의 다중 전동기 구동 시스템 15
2.2.3 5상 인버터 기반의 다중 전동기 구동 시스템 18
2.3 유도전동기 기반 SIDM 구동 시스템 20
2.3.1 유도전동기 기반 SIDM 구동 시스템의 특성 20
2.3.2 유도전동기 기반 SIDM 구동 시스템의 제어 기법 22
2.4 PMSM 기반 SIDM 구동 시스템 24
2.4.1 PMSM 기반 SIDM 구동 시스템의 특성 24
2.4.2 PMSM 기반 SIDM 구동 시스템의 제어 기법 27
제 3 장 PMSM 기반 SIDM 구동 시스템의 특성 분석 30
3.1 PMSM 기반 SIDM 구동 시스템의 모델링 31
3.2 PMSM 기반 SIDM 구동 시스템의 안정도 분석 36
3.2.1 기계적 모델의 극점 기반 안정도 분석 36
3.2.2 상태방정식을 통한 근궤적 기반 안정도 분석 40
3.2.3 시스템의 공진 영역 분석 44
제 4 장 능동 댐핑 제어기의 이득 설계 기법 50
4.1 능동 댐핑 제어의 적용 원리 50
4.2 기존 기법의 제한사항 56
4.3 최소자승법 기반 이득 설계 기법 59
4.4 시뮬레이션 결과 64
4.5 실험 결과 67
제 5 장 PMSM 기반 SIDM 구동 시스템의 속도 동기화 제어 기법 78
5.1 기존 기법의 제한사항 79
5.2 속도 동기화 제어 기법 83
5.2.1 속도 동기화 제어기의 구조 83
5.2.2 변환함수의 설계 85
5.2.3 안정도 분석 88
5.3 실험 결과 94
제 6 장 결론 및 요약 102
제 7 장 참고문헌 104
Abstract 112
