본 눈문에서는 효율이 높고 관성이 적으며 출력대 중량비가 큰 특징을 가지는 영구자석 표면부착형 동기전동기에 대하여 백터제어 알고리즘 및 공간전압벡터 PWM 기법을 이용한 새로운 서보운전용 ...
본 눈문에서는 효율이 높고 관성이 적으며 출력대 중량비가 큰 특징을 가지는 영구자석 표면부착형 동기전동기에 대하여 백터제어 알고리즘 및 공간전압벡터 PWM 기법을 이용한 새로운 서보운전용 속도제어 시스템을 제안하였다. 이를 위하여 먼저 공간벡터 표현법을 사용하여 영구자석형 동기전동기의 고정좌표계에서의 전압방정식을 유도하고, 이를 dq 동기 회전 좌표계로 변환한 후에 이로 부터 토크식을 유도하여 전동기를 수학적으로 모델링하였으며, 이를 바탕으로 하여 속도제어를 위한 서보용 벡터제어 알고리즘을 제시하였다. 속도제어기에는 과도응답 특성이 우수한 PI 제어기를 사용하였고, d축 및 q축의 전류제어기에도 역시 PI 제어기를 사용하였으며, 실제로 시스템의 전류제어부를 구현하는데는 공간전압벡터 PWM 기법을 이용한 전류제어형 PWM 인버터를 사용하였다. 또한 d축 및 q축의 전류제어기로 부터 공간전압벡터 PWM 기법을 적요하기까지의 알고리즘에는 전압분리제어 방식을 사용하여 전압방정식에서 d축 및 q축의 교차성분을 보상함으로써 각각을 독립적으로 처리할 수 있게 하였다. 제어시스템 설계에서는 벡터제어 알고리즘에서의 고속 연산처리를 위하여 TMS320C31 DSP를 CPU로 사용하였고, 인버터의 고속 스위칭 및 소형화를 위하여 IGBT 모듈인 IPM을 사용하였으며, 공간전압벡터 PWM 관련 회로나 인터페이스 회로 등 대부분의 제어로직을 EPLD로 처리하고 각종 보호기능을 내장하여 컴팩트하고 신뢰성이 높은 시스템을 구현함으로써 제안된 시스템이 실험실 수준에 그치지 않고 곧바로 상품화될 수 있도록 하였다. 또한 출력전류는 홀 전류센서 및 고속 A/D 컨버터를 사용하여 100[μs]의 주기로 측정하였고, 전동기 회전속도는 내장된 로터리 엔코더로부터의 출력신호에 M/T method를 적용하여 2[ms]의 주기 측정함으로써 높은 제어 정밀도를 갖는 시스템을 구현하였다. 제안된 시스템을 2.2[kW] 용량의 영구자석 표면부착형 3상 동기전도기에 적용하고 이에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험을 수행한 결과, 이 시스템이 응답속도가 빠르고 기준속도나 부하토크의 변화에 대한 과도응답 특성이 우수하며, 종래의 히스테리시스 전류제어 방식이나 델타 전류제어 방식 등에 비하여 출력전류의 고조파 함유율이 현저히 감소되는 것을 확인하였다. 따라서 제안된 시스템은 수치공작기계, 산업용 로보트, 항공우주산업 등과 같이 빠른 응답특성과 높은 정밀도를 요구하는 분야에 서보제어용으로서 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 눈문에서는 효율이 높고 관성이 적으며 출력대 중량비가 큰 특징을 가지는 영구자석 표면부착형 동기전동기에 대하여 백터제어 알고리즘 및 공간전압벡터 PWM 기법을 이용한 새로운 서보운전용 속도제어 시스템을 제안하였다. 이를 위하여 먼저 공간벡터 표현법을 사용하여 영구자석형 동기전동기의 고정좌표계에서의 전압방정식을 유도하고, 이를 dq 동기 회전 좌표계로 변환한 후에 이로 부터 토크식을 유도하여 전동기를 수학적으로 모델링하였으며, 이를 바탕으로 하여 속도제어를 위한 서보용 벡터제어 알고리즘을 제시하였다. 속도제어기에는 과도응답 특성이 우수한 PI 제어기를 사용하였고, d축 및 q축의 전류제어기에도 역시 PI 제어기를 사용하였으며, 실제로 시스템의 전류제어부를 구현하는데는 공간전압벡터 PWM 기법을 이용한 전류제어형 PWM 인버터를 사용하였다. 또한 d축 및 q축의 전류제어기로 부터 공간전압벡터 PWM 기법을 적요하기까지의 알고리즘에는 전압분리제어 방식을 사용하여 전압방정식에서 d축 및 q축의 교차성분을 보상함으로써 각각을 독립적으로 처리할 수 있게 하였다. 제어시스템 설계에서는 벡터제어 알고리즘에서의 고속 연산처리를 위하여 TMS320C31 DSP를 CPU로 사용하였고, 인버터의 고속 스위칭 및 소형화를 위하여 IGBT 모듈인 IPM을 사용하였으며, 공간전압벡터 PWM 관련 회로나 인터페이스 회로 등 대부분의 제어로직을 EPLD로 처리하고 각종 보호기능을 내장하여 컴팩트하고 신뢰성이 높은 시스템을 구현함으로써 제안된 시스템이 실험실 수준에 그치지 않고 곧바로 상품화될 수 있도록 하였다. 또한 출력전류는 홀 전류센서 및 고속 A/D 컨버터를 사용하여 100[μs]의 주기로 측정하였고, 전동기 회전속도는 내장된 로터리 엔코더로부터의 출력신호에 M/T method를 적용하여 2[ms]의 주기 측정함으로써 높은 제어 정밀도를 갖는 시스템을 구현하였다. 제안된 시스템을 2.2[kW] 용량의 영구자석 표면부착형 3상 동기전도기에 적용하고 이에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험을 수행한 결과, 이 시스템이 응답속도가 빠르고 기준속도나 부하토크의 변화에 대한 과도응답 특성이 우수하며, 종래의 히스테리시스 전류제어 방식이나 델타 전류제어 방식 등에 비하여 출력전류의 고조파 함유율이 현저히 감소되는 것을 확인하였다. 따라서 제안된 시스템은 수치공작기계, 산업용 로보트, 항공우주산업 등과 같이 빠른 응답특성과 높은 정밀도를 요구하는 분야에 서보제어용으로서 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
This dissertation proposes a new speed control system for the surface-mounted permanent-magnet synchronous motors(SPMSM) which have the inherent characterisitics such as higher efficiency, highter power factor, and higher torque-to-inertia ratio or power density than those of the induction motors. T...
This dissertation proposes a new speed control system for the surface-mounted permanent-magnet synchronous motors(SPMSM) which have the inherent characterisitics such as higher efficiency, highter power factor, and higher torque-to-inertia ratio or power density than those of the induction motors. The proposed scheme essentially uses a vector control algorithm for speed control and a Currecnt-Regulated Pulse Width Modulation(CRPWM) inverter for current control. Hysteresis controllers, delta controllers, or ramp comparison controllers have been traditionally used in the CRPWM inverters. However, this new control system uses the space voltage vector PWM method, which inhernetly has low current ripple and specified switching frequency. For the vector control, both voltage equations and torque equation of a three-phase SPMSM are derived in synchronously rotating reference frame. The use of vector control allows the SPMSM to be controlled in the same manner as a separately excited DC motor which has highly desirable control characteristics. The control algorithm is composed of three PI controllers for speed control and current control, which are carried out by the high-speed digital signal processor(DSP), and the PWM inverter is controlled by space voltage vector PWM method. Therefore, this new control strategy requires more comples circuitry and higher cost comparing to conventional techniques. But, with advances in the area if microprocessor and power electronics, these drawbacks will fast become trivial. This system is implimented using a high-speed 32-bit DSP(TMS320C31), a high-intergrated logic device(EPM5130), and a IGBT inverter module(PM75RHA060) to design compact and inexpensively. The proposed scheme is verified through digital simulations and experiments for a three-phase 2.2 kW SPMSM as a sample motor. The test results show better dynamic performances and lower harmonics than those of the conventional system using the hysteresis current control method. These results make the proposed control system preferable for high-performance servo drive applications requiring fast response and high accuracy such as NC machines, robotics, aerospace actuators, and etc...
This dissertation proposes a new speed control system for the surface-mounted permanent-magnet synchronous motors(SPMSM) which have the inherent characterisitics such as higher efficiency, highter power factor, and higher torque-to-inertia ratio or power density than those of the induction motors. The proposed scheme essentially uses a vector control algorithm for speed control and a Currecnt-Regulated Pulse Width Modulation(CRPWM) inverter for current control. Hysteresis controllers, delta controllers, or ramp comparison controllers have been traditionally used in the CRPWM inverters. However, this new control system uses the space voltage vector PWM method, which inhernetly has low current ripple and specified switching frequency. For the vector control, both voltage equations and torque equation of a three-phase SPMSM are derived in synchronously rotating reference frame. The use of vector control allows the SPMSM to be controlled in the same manner as a separately excited DC motor which has highly desirable control characteristics. The control algorithm is composed of three PI controllers for speed control and current control, which are carried out by the high-speed digital signal processor(DSP), and the PWM inverter is controlled by space voltage vector PWM method. Therefore, this new control strategy requires more comples circuitry and higher cost comparing to conventional techniques. But, with advances in the area if microprocessor and power electronics, these drawbacks will fast become trivial. This system is implimented using a high-speed 32-bit DSP(TMS320C31), a high-intergrated logic device(EPM5130), and a IGBT inverter module(PM75RHA060) to design compact and inexpensively. The proposed scheme is verified through digital simulations and experiments for a three-phase 2.2 kW SPMSM as a sample motor. The test results show better dynamic performances and lower harmonics than those of the conventional system using the hysteresis current control method. These results make the proposed control system preferable for high-performance servo drive applications requiring fast response and high accuracy such as NC machines, robotics, aerospace actuators, and etc...
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