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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 조영훈
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수54
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본 논문은 엔진 진동 제어를 수행하는 마일드 하이브리드 차량이 낮은 직류단 커패시턴스로도 안정적으로 모터 구동을 수행할 수 있도록 모듈레이티드 모델 예측 제어 기반 능동 전력 디커플링 기법을 제안한다.
엔진과 모터 두가지 동력원으로부터 구동력을 얻는 하이브리드 차량은 엔진의 연소 행정 과정에서 발생한 맥동 토크로 인해 구동계에 진동을 수반하게 된다. 하이브리드 차량은 통합형 시동발전기를 통해 엔진과 역위상을 가지는 맥동 토크를 제어함으로써 크랭크축에 인가되는 진동을 개선할 수 있다. 하지만 맥동 토크 제어는 인버터의 입력단에 맥동 에너지가 발생시키며, 직류단 커패시터는 이를 흡수하는 과정에서 큰 맥동 전압을 초래한다. 직류단 맥동 전압은 소용량의 배터리가 장착된 마일드 하이브리드 차량의 구동 시스템에 동작 제약을 주며, 배터리의 급속 충방전을 유발하여 안정성을 저해하고 수명을 단축시킬 수 있다.
본 논문에서는 마일드 하이브리드 차량의 진동 제어 시 발생하는 맥동 에너지를 디커플링하기 위하여 부스트 타입 APD 회로의 적용을 제안하였다. 진동 제어 시 직류단 커패시터가 흡수하는 맥동 에너지를 저감하기 위해 인버터 및 배터리 측에 흐르는 맥동 전류를 APD 회로를 통해 우회하도록 제어 알고리즘을 구현하였으며 맥동 에너지에 대한 분석을 바탕으로 APD 회로 제정수 최적화 방안을 제시하였다. 또한 엔진의 속도에 따라 제어 주파수 대역이 변동하는 다차 고조파의 전류를 제어하기 위하여 부스트 APD 회로용 가상 공간 벡터 모델 예측 전류 제어기와 모듈레이티드 모델 예측 전류 제어기 설계 기법을 제안하였다.
제안하는 알고리즘은 모의실험 및 실험 결과를 통해 수동 전력 디커플링방식 대비 직류단 커패시턴스 저감 외에도 직류단 전압, 배터리 맥동 전류 저감에도 효과가 있음을 확인하였다. 또한 전류 제어기 비교를 통해 모듈레이티드 모델 예측 전류 제어기가 선형 PI 제어기와 비교 시 우수한 추종 성능을 가지며, 가상 공간 벡터 모델 예측 전류 제어기 대비 낮은 연산량을 요구하며 보다 정밀한 제어가 가능함을 확인하였다.
엔진과 모터 두가지 동력원으로부터 구동력을 얻는 하이브리드 차량은 엔진의 연소 행정 과정에서 발생한 맥동 토크로 인해 구동계에 진동을 수반하게 된다. 하이브리드 차량은 통합형 시동발전기를 통해 엔진과 역위상을 가지는 맥동 토크를 제어함으로써 크랭크축에 인가되는 진동을 개선할 수 있다. 하지만 맥동 토크 제어는 인버터의 입력단에 맥동 에너지가 발생시키며, 직류단 커패시터는 이를 흡수하는 과정에서 큰 맥동 전압을 초래한다. 직류단 맥동 전압은 소용량의 배터리가 장착된 마일드 하이브리드 차량의 구동 시스템에 동작 제약을 주며, 배터리의 급속 충방전을 유발하여 안정성을 저해하고 수명을 단축시킬 수 있다.
본 논문에서는 마일드 하이브리드 차량의 진동 제어 시 발생하는 맥동 에너지를 디커플링하기 위하여 부스트 타입 APD 회로의 적용을 제안하였다. 진동 제어 시 직류단 커패시터가 흡수하는 맥동 에너지를 저감하기 위해 인버터 및 배터리 측에 흐르는 맥동 전류를 APD 회로를 통해 우회하도록 제어 알고리즘을 구현하였으며 맥동 에너지에 대한 분석을 바탕으로 APD 회로 제정수 최적화 방안을 제시하였다. 또한 엔진의 속도에 따라 제어 주파수 대역이 변동하는 다차 고조파의 전류를 제어하기 위하여 부스트 APD 회로용 가상 공간 벡터 모델 예측 전류 제어기와 모듈레이티드 모델 예측 전류 제어기 설계 기법을 제안하였다.
제안하는 알고리즘은 모의실험 및 실험 결과를 통해 수동 전력 디커플링방식 대비 직류단 커패시턴스 저감 외에도 직류단 전압, 배터리 맥동 전류 저감에도 효과가 있음을 확인하였다. 또한 전류 제어기 비교를 통해 모듈레이티드 모델 예측 전류 제어기가 선형 PI 제어기와 비교 시 우수한 추종 성능을 가지며, 가상 공간 벡터 모델 예측 전류 제어기 대비 낮은 연산량을 요구하며 보다 정밀한 제어가 가능함을 확인하였다.
목차
제1장 서론 1제1절 연구의 배경 및 필요성 1제2절 논문의 구성 7제2장 마일드 하이브리드 차량의 엔진 진동 제어 8제1절 엔진의 맥동 토크 8제2절 엔진 진동 제어 91. 엔진 진동 제어의 원리 92. 엔진 진동 제어로 인한 문제점 103. 진동 제어 보상을 위한 수동 전력 디커플링 방안 13제3장 엔진 진동 제어 보상을 위한 능동 전력 디커플링 방법 14제1절 부스트 APD 회로 141. 부스트 APD 회로의 소신호 모델링 152. 부스트 APD 회로의 맥동 에너지 분석 173. 시스템 파라미터 설계 19제2절 맥동 전압 보상을 위한 제어 알고리즘 211. ISG 시스템의 엔진 진동 제어 212. 부스트 APD 회로의 전력 디커플링 제어 22제4장 능동 전력 디커플링용 모델 예측 제어기 설계 25제1절 모델 예측 제어 25제2절 능동 전력 디커플링용 전류 제어기 설계 261. 부스트 APD 회로의 예측 알고리즘 262. 가상 공간 벡터 모델 예측 제어 (VSV-MPC) 293. 모듈레이티드 모델 예측 제어 (MMPC) 31제5장 모의실험 33제1절 모의실험 구성 33제2절 모의실험 결과 35제6장 실험 41제1절 실험 구성 41제2절 실험 결과 431. PPD 방식 적용 결과 432. VSV-MPC 기반 APD 방식 적용 결과 463. MMPC 기반 APD 방식 적용 결과 504. PPD 방식 대비 APD 방식의 맥동 저감율 비교 54제7장 결론 57참고문헌 58국문초록 65
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