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문제 정의
- 본 논문은 PWM 컨버터의 2병렬 운전 제어에 관한 연구로서, 출력 직류전압제어와 전류제어에 제안한 퍼지 제어기를 적용하여 과도응답 특성이 우수한 병렬 PWM 컨버터를 구현하였다.
- 본 연구에서는 병렬운전의 경우 핵심 기술인 전류분담 제어를 위한 전류제어와 직류출력 전압의 과도응답 특성을 향상시키기 위하여 퍼지 제어기를 제안하였다.
제안 방법
- 검토하기 위하여 동일한 파라미터와 실험장치를 이용하여 실험을 실시하였다.
- 아날로그 입력부에는 검출신호 선택용 MUX로서 MAX306을 사용하고 아날로그 값 계측용 A/D 변환기로서 12-비트의 해상도를 가진 MAX120 사용하였다. 그리고 에뮬레이터와 연결할 수 있도록 에뮬레이터 인터페이스와 RS-232 통신 인터페이스를 내장하여 컨버터의 상태를 확인할 수 있도록 하였다.
- 또한 각각의 퍼지 전류제어기에서 직류전압 제어기와 동일한 소속함수와 룩업 테이블을 사용하였고 입 . 출력 변수와 룩업 테이블의 크기변환 상수만 다르게 설정하였다.
- 본 연구에서 제시한 PI 및 퍼지 제어기의 제어 알고리즘 및 제어특성을 비교, 검토하기 위하여 그림 1과 같이 PWM 컨버터 2대로 병렬운전 시스템을 구성하였다. 시뮬레이션의 조건은 실제 시스템과 동일하게 하였다.
- 본 연구에서는 출력변수인 제어의 변화량에 대한 소속함수도 입력변수와 동일하게 그림 9와 같이 삼각형 형태의 소속함수를 사용하였다.
- 블록도를 보여주고 있다. 전류제어를 위한 퍼지 제어기는 그림 4에서와 같이 d-축 전류제어와 q-축 전류제어를 별도로 수행하고, 컨버터 2에 대해서도 동일하게 d-축 전류와 q-축 전류를 별도의 제어기로 제어하였다. 따라서 컨버터 2의 q-축 전류제어에 대한 퍼지제어 블록도는 그림 10과 동일하고 입력 변수 및 출력 변수와 크기변환 상수만 다르다.
- 제안된 퍼지 제어기를 적용한 시스템의 특성을 확인하고, PI 제어기에 의한 시스템과 특성을 비교. 검토하기 위하여 동일한 파라미터와 실험장치를 이용하여 실험을 실시하였다.
- 제안된 퍼지 제어기의 타당성을 입증하기 위하여 디지털 시뮬레이션과 3상 7.5[kW] PWM 컨버터 2대를 병렬 연결한 15[kW]급 PWM 컨버터를 구현하여 실험하였다. 본 논문에서 제안한 퍼지 제어기의 우수성을 입증하기 위하여 PI 제어기를 사용한 결과와 비교 .
대상 데이터
- 그림 17에서 DSP는 TMS320C31 을 사용하였으며 어드레스 디코드 및 웨이트 발생, PWM 신호발생, 시스템 보호 및 고속 AAD 변환기 제어를 위하여 EPLD를 사용하였다. 아날로그 입력부에는 검출신호 선택용 MUX로서 MAX306을 사용하고 아날로그 값 계측용 A/D 변환기로서 12-비트의 해상도를 가진 MAX120 사용하였다.
- 실험을 위하여 3상 입력, 7.5kW 용량의 PWM 컨버터 2대를 병렬로 연결하여 15kW의 컨버터를 제작하였다. 그림 18은 본 논문에서 실험에 사용한 실험 장치의 전체적인 구성도이다.
- 아날로그 입력부에는 검출신호 선택용 MUX로서 MAX306을 사용하고 아날로그 값 계측용 A/D 변환기로서 12-비트의 해상도를 가진 MAX120 사용하였다. 그리고 에뮬레이터와 연결할 수 있도록 에뮬레이터 인터페이스와 RS-232 통신 인터페이스를 내장하여 컨버터의 상태를 확인할 수 있도록 하였다.
데이터처리
- 5[kW] PWM 컨버터 2대를 병렬 연결한 15[kW]급 PWM 컨버터를 구현하여 실험하였다. 본 논문에서 제안한 퍼지 제어기의 우수성을 입증하기 위하여 PI 제어기를 사용한 결과와 비교 . 검토하였다.
- 본 연구에서 제안한 퍼지 제어기에 의한 병렬 컨버터의 실험결과와 동시에 구현한 PI 제어기에 의한 실험 결과를 비교 . 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 제안된 퍼지 제어기의 특성을 확인하기 위하여 PI 제어기와 동일한 조건으로 시뮬레이션을 수행하고 그 결과를 PI 제어기에 의한 결과와 비교 . 검토한다.
이론/모형
- 룩업 테이블 방법은 실시간으로 구현하는 방법에 비해 제어의 정밀도는 떨어지나, 제어루틴의 시간 제약 때문에 보편적으로 사용되고 있다回 본 논문에서는 입력변수에 대한 제어의 변화량 〃U를 룩업 테이블로 작성할 때 Togai사의 TILshell 프로그램을 사용하였다.
성능/효과
- (2) 직류 출력전압의 스텝 부하 응답 특성의 경우 PI제어기는 전압 딥(dip)이 약 25[V], 안정화 시간이 약 100[msec]인데 비해 퍼지 제어기는 각각 13[V], 50[msec]로 크게 향상되었다.
- (3) 전류분담 특성의 경우 정상상태에서는 동일하게 양호한 전류분담 특성을 보이고 있으나 정격의 스텝 부하 증가에 대한 과도응답 특성의 경우, PI 제어기에 의한 안정화 시간이 약 13[msec]인데 비해, 퍼지 제어기에 의한 시스템의 안정화 시간은 약 7[msec]로서 PI제어기의 경우보다 특성이 우수함을 알 수 있다.
- 전류분담 특성이 양호함을 알 수 있다. 그리고 컨버터 전류는 약 2사이클 후에 정상 상태에 도달하여, 그림 13의 PI 제어기의 경우 보다 빨리 정상 상태에도 달하므로 제안된 퍼지 제어기가 PI 제어기에 비해 우수한 특성을 보이고 있음을 알 수 있다.
- 무부하에서 순간적으로 100% 부하전류인 68[A]를 인가하였을 때에 출력전압의 딥(dip)이 약 6[V]이고 정상 상태 도달 시간은 약 20[msec]로 동일한 조건에서 그림 12의 PI 제어기에 의한 특성 보다 제안한 퍼지제어기의 응답 특성이 우수함을 알 수 있다.
- 본 논문의 결과는 대용량 UPS 정류기부의 병렬운전, 인버터의 병렬운전, 고역률 저고조파 대형정류기, 용량 증대를 위한 DC-DC 컨버터의 병렬운전 등에 적용할 수 있다.
- 있다. 스텝 부하를 인가하였을 때 전류분담 특성은 양호하고, 과도 응답 특성은 약 13[msec] 후에 전류가 정상상태에 도달하는 것을 알 수 있다.
- 특성을 보여주고 있다. 스텝부하를 인가한 순간에, 전압의 딥(dip)이 약 13V로서 PI 제어기의 경우보다 크게 개선되었으며, 정상 상태 회복시간도 25[msec]로 PI 제어기에 비해 크게 향상되었다.
- 검토하였다. 실험 결과, 스텝 부하를 인가할 때 출력 직류전압과 입력전류의 과도 응답 특성에서 제안한 퍼지제어기가 PI 제어기보다 우수한 특성을 나타내고 있음을 확인하였다.
- 위의 실험 결과에서 직류전압의 과도 응답 특성과 전류 응답 특성이 시뮬레이션 결과와 차이가 나는 것은, 시뮬레이션의 경우는 입력된 정보들이 알고리즘 및 모델링에 따라 계산에 의해 이상적으로 특성이 결정되지만, 실험 결과는 각종 전력소자의 특성, 실험 장치의 구성에 따른 라인 인덕턴스 및 부유용량 검출 신호들의 옵셋, 지연에 따라 특성이 달라지고 또한 특성을 측정할 때의 측정오차도 원인이 될 수 있다.
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