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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 李東明, 梁玄錫
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2013
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본 논문은 고출력 및 고효율의 특성을 지니는 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 효율적인 속도제어를 위한 실시간 파라미터 추정알고리즘 및 추정 파라미터를 적용한 속도제어기법을 제안한다.
매입형 영구자석 동기전동기의 지령속도에 따른 최적의 d, q축 지령전류(, )를 발생하기 위해서는 고정자 저항()과 d, q축 인덕턴스(, ) 등 전동기 파라미터의 정확한 값을 아는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 본 논문에서는 고정자 저항과 인덕턴스를 독립적으로 추정하여 실시간 속도제어 시스템에 적용한다.
인덕턴스 추정 알고리즘은 저속 영역인 정 토오크 영역(constant torque region)과 고속 영역인 정 출력 영역(constant power region)으로 나누어 각각 서로 다른 알고리즘을 적용하여 인덕턴스 값을 추정한다.
정 토오크 영역의 경우 과도응답(transient response)구간의 특성을 이용하여 인덕턴스 값을 간단히 추정할 수 있다. 빠른 정상상태 응답(steady-state response)을 위해 d, q축 전류는 최대 토오크를 발생하는 단위전류 당 최대 토오크(MTPA : Maximum Torque Per Ampere) 전류궤적으로 고정되어있는 반면, 전동기 속도가 빨라짐에 따라 역기전력(back EMF)의 크기가 커져 전압의 크기가 상승하는 특성을 이용하여 수식적으로 d, q축 인덕턴스를 추정해 낼 수 있다.
정 출력 영역의 경우 전압변동 옵저버(voltage distortion observer)를 이용하여 인덕턴스 값을 추정해낼 수 있다. 이는 전동기가 고속으로 운전할수록 인덕턴스에 비해 고정자 저항이 전압변동에 미치는 영향이 미비한 특성을 이용하여 인덕턴스 추정기를 설계할 수 있다.
고정자 저항의 추정은 MRAS(Model Reference Adaptive System)기법을 적용한 알고리즘을 이용하여 추정할 수 있다. 인덕턴스 추정기에서 추정한 인덕턴스 값을 기준으로 전 구간에서 고정자 저항 값을 추정해낼 수 있다. 단, MRAS 기본 모델 식은 정확한 인덕턴스의 값을 기준으로 하기 때문에 인덕턴스 추정기의 정확도가 고정자 저항의 추정 값에 영향을 미칠 수 있다.
추정한 전동기 파라미터는 전류 알고리즘 제어기(current algorithm controller)에 실시간으로 적용되어, 속도제어기의 출력인 고정자 전류 지령치()의 크기와 전동기 속도의 범위에 따라 최적의 지령전류를 발생하도록 한다. 제안한 알고리즘은 시뮬레이션 및 실험을 통해 그 타당성을 검증한다.
매입형 영구자석 동기전동기의 지령속도에 따른 최적의 d, q축 지령전류(, )를 발생하기 위해서는 고정자 저항()과 d, q축 인덕턴스(, ) 등 전동기 파라미터의 정확한 값을 아는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 본 논문에서는 고정자 저항과 인덕턴스를 독립적으로 추정하여 실시간 속도제어 시스템에 적용한다.
인덕턴스 추정 알고리즘은 저속 영역인 정 토오크 영역(constant torque region)과 고속 영역인 정 출력 영역(constant power region)으로 나누어 각각 서로 다른 알고리즘을 적용하여 인덕턴스 값을 추정한다.
정 토오크 영역의 경우 과도응답(transient response)구간의 특성을 이용하여 인덕턴스 값을 간단히 추정할 수 있다. 빠른 정상상태 응답(steady-state response)을 위해 d, q축 전류는 최대 토오크를 발생하는 단위전류 당 최대 토오크(MTPA : Maximum Torque Per Ampere) 전류궤적으로 고정되어있는 반면, 전동기 속도가 빨라짐에 따라 역기전력(back EMF)의 크기가 커져 전압의 크기가 상승하는 특성을 이용하여 수식적으로 d, q축 인덕턴스를 추정해 낼 수 있다.
정 출력 영역의 경우 전압변동 옵저버(voltage distortion observer)를 이용하여 인덕턴스 값을 추정해낼 수 있다. 이는 전동기가 고속으로 운전할수록 인덕턴스에 비해 고정자 저항이 전압변동에 미치는 영향이 미비한 특성을 이용하여 인덕턴스 추정기를 설계할 수 있다.
고정자 저항의 추정은 MRAS(Model Reference Adaptive System)기법을 적용한 알고리즘을 이용하여 추정할 수 있다. 인덕턴스 추정기에서 추정한 인덕턴스 값을 기준으로 전 구간에서 고정자 저항 값을 추정해낼 수 있다. 단, MRAS 기본 모델 식은 정확한 인덕턴스의 값을 기준으로 하기 때문에 인덕턴스 추정기의 정확도가 고정자 저항의 추정 값에 영향을 미칠 수 있다.
추정한 전동기 파라미터는 전류 알고리즘 제어기(current algorithm controller)에 실시간으로 적용되어, 속도제어기의 출력인 고정자 전류 지령치()의 크기와 전동기 속도의 범위에 따라 최적의 지령전류를 발생하도록 한다. 제안한 알고리즘은 시뮬레이션 및 실험을 통해 그 타당성을 검증한다.
목차
제 1 장 서론 11.1 연구배경 및 목적 11.2 논문 구성 3제 2 장 매입형 영구자석 동기전동기 42.1 매입형 영구자석 동기전동기의 수학적 모델링 52.2 전동기 구동 제한 조건 82.3 매입형 영구자석 동기전동기의 최대전력 제어기법 112.3.1 제어모드 1 122.3.2 제어모드 2 132.3.3 제어모드 3 13제 3 장 제안하는 전동기 파라미터 추정기법 163.1 인덕턴스 추정기법 203.1.1 역기전력을 이용한 인덕턴스 추정기법 213.1.2 전압변동 옵저버를 이용한 인덕턴스 추정기법 263.2 MRAS 기법을 이용한 고정자 저항 추정기법 31제 4 장 시뮬레이션 및 실험 354.1 시뮬레이션 354.1.1 파라미터 미 변동 시 시뮬레이션 354.1.2 파라미터 변동 시 시뮬레이션 394.2 실험 41제 5장 결론 및 향후 연구과제 46참 고 문 헌 47영문요약 50
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