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문제 정의
- 본 논문에서는 제안한 MRL 엘리베이터에 사용되는 PMSM 속도제어 시스템을 시뮬레이션과 실험을 통하여 성능을 확인하였다.
- 본 논문은 엘리베이터를 구동하기 위한 표면부착형 영구자석형 동기전동기의 벡터제어 및 전압 분리제어 알고리즘을 사용한 속도제어 시스템을 제안하였다
- 엘리 베 이터 구동용 영구자석 형 동기 전동기 의 속도제어가 완전하게 되는 것을 확인하기 위해서 시뮬레이션을 하였다.
제안 방법
- 따라서 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 2자유도 PI/IP 제어기를 사용한다.
- 또한 전류검출과 DC링크단 전압을 검출하기 위해 ANALOG DEVICE사의 동시에 2채널을 변환할 수 있는 AD7862를 내부변수 모니터링을 위해서 AD664 D/A 컨버터를 사용하였다.
- 본 논문에서는 PI제어기의 적분기의 출력에 리미터를 두어 windup현상을 방지하였다.
- 본 논문에서는 교차각주파수 wsc=94.25[rad/sec] 로 하였으며, PI 절점 각주파수 =18.85[rad/sec] (=, 叫c/5)로 설정하였다.
- 본 논문에서는 오버슈트 없는 최적의 속도제어기를 위하여 2자유도를 갖는 PVIP 혼합제어기를 적용하고, 적분기의 windup 현상을 방지하기 위해 적분기에 리미터를 추가하였다.
- 본 논문에서는 전류제어기의 샘플링 주기가 300 [幽]이므로 교차각 주파수가 스위칭 주파수 3.33[kHz]의 1/15이 되도록 88=1396[成/湖로 설정하였고 이때 国, 『 12.0754, &= 650.536이 된다.
- 엔코더와 제어보드간의 통신 방법은 ASIC 화한 전용의 IC가 있으나 비용을 고려하여 FPGA에 클럭발생부, 데이타수신부 및 수신한 그레이 코드를 바이너리 코드로 변환해 주는 로직을 설계하였다. 노이즈에 강하고 장거리 전송할 수 있는 MAX翎 통신 IC를 사용하였다
- 엘리베이터 설치시 스위칭 소음을 조절할 수 있도록 자동으로 스위칭 주파수를 변경할 수 있는 로직을 설계하여 ALTERA사의 고집적 FPGA 인 EPF10K10TI144-3에 프로그램 하였다.
- 영구자석 형 동기전동기의 속도제어를 검증하기 위해서 시뮬레이션과 동일한 조건으로 정격의 80[%]속도와 20[%]의 부하를 인가하여 시험하였다.
- 설정하였다. 영구자석형 동기 전동기의 속도제어 성능을 검증하기 위해서 스텝 입력 응답과 램프입력 응답 특성을 확인하였다. 그림 11은 시뮬레이션 회로도를 보여준다.
- ISIM의 DU파.일을 이용하여 실험에서 사용한 프로그램과 동일한 C로 알고리즘을 구현하였다. 시뮬레이션에 사용한 영구자석형 동기전동기의 사양은 표 1과 같다.
대상 데이터
- 설계하였다. 노이즈에 강하고 장거리 전송할 수 있는 MAX翎 통신 IC를 사용하였다
- 시스템 제어보드는 부동 소수점을 처리할 수 있는 TI사의 고성능 DSP인 1W320C31-504- 채택하였다. 1W320C31-50과 엘리베이터 주보드와의 통신을우]{{= after }}여 IDT사.
-
4.2 실험결과
실험대상 영구자석형 동기전동기는 13.3[kW]로써 최대 탑승인원은 17명이고 20층 내외의 MRL엘리베이터에 사용되며, 최대 토크는 670[Nm]이고, 정격 속도는 190[rpm] 이다.
- 1W320C31-50과 엘리베이터 주보드와의 통신을우]{{= after }}여 IDT사.의 2*8[[Kbi] t] RAM(nH7132SA{{= after }}A), 외부와 직렬통신을 위한 ZILC8사의 Z85230을 사용하였다.
데이터처리
- 시뮬레이션과 실험을 통하여 본 논문에서 제안한 구동 시스템의 성능을 확인하였다.
이론/모형
- 오버슈트가 발생한다. 따라서 이를 방지하는 Anti-windup 기법을 사용하였다
- 본 논문에서는 전기각을 05도의 분해능으로 검출이 가능한 Heidcnh血n사의 ECN-1313 모델을 사용하였다.
- 본 논문에서는 정밀한 속도 및 토크제어를 위해벡터제어 알고리즘을 사용하였다. 이때 제어기의 출력은 시스템의 보호를 위해 리미터에 의해 제한된다.
- 본 논문에서는 회전자 자속의 위치를 절대 엔코더로 직접 검출하는 직접 벡터제어 알고리즘을 사용하였다. 이 시스템에서는 전류제어기에 적분기의 windup 현상을 제거하는 Anti-windup 기법을 적용하였고, 속도제어기에는 Anti-windup 기법과 오버슈트를 없앨 수 있는 IP-FI혼합 제어기를 사용하였다[4].
- 이 시스템에서는 전류제어기에 적분기의 windup 현상을 제거하는 Anti-windup 기법을 적용하였고, 속도제어기에는 Anti-windup 기법과 오버슈트를 없앨 수 있는 IP-FI혼합 제어기를 사용하였다[4].
- 이러한 현상을 방지하기 위해서 Anti-windup 기법을 사용하였다(3).
- 전류제어를 위한 전원장치로는 공간전압벡터 PWM 방식을 적용한 전류제어형 PWM 인버터를 사용하여 구현하였다.
- 제어보드의 벡터제어 알고리즘을 C언어로 구현하기 때문에 C언어 구현에 용이한 PSM.0을 이용하였다. ISIM의 DU파.
성능/효과
- 1) 벡터제어 알고리즘을 사용하여 정밀한 토크 제어와 속도제어가 가능하게 하였으며, 전류제어기에 Anti-windup 기법을 이용하여 적분기의 windup 현상으로 인한 응답의 지연과 오버슈트를 저감하였다.
- 2) 속도제어기는 2자유도를 갖는 PIZIP 혼합제어기에 Anti-windup 기법을 적용하여 과도상태와 정상 상태 동작 특성이 우수하였다.
- 3) 제안된 시스템을 13.3[翩용량의 MRL 엘리베이터 구동용 영구자석 동기전동기에 적용하고 이에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험을 수행한 결과, 속도 및 부하 부하응답에 대한 특성이 우수함을 확인하였다.
- 제어기술의 발달에 의한 제어장치의 간소화와 더불어 고가이던 영구자석의 가격하락에 따라 고출력대형 동기전동기가 가격 경쟁력을 가지게 되었다. 그리고 동기전동기의 최대 약점이던 자석위치 검출 및 신뢰성 향상 그리고 제어성능의 향상으로 미세속도 제어가 가능하게 되었다.
- 무부하실험 경우 100[rpm]에서 150[rpm]으로 속도증가 시 속도지령치를 정확하게 추종하였으며, q축 전류와 a상전류는 속도증가구간에서 약 2[A]정도로시뮬레이션과 실험결과가 일치하였다 .
- 본 논문의 연구결과는 영구자석형 동기전동기에 의한 기술확보로 주차설비, 에스컬레이터, 엘리베이터, 물류설비, 산업용 기계등에 사용하면 전력 소모의 경감효과를 얻을 수 있다
- 전달함수를 통해 부하토크 Ts에 대한 钏의 응답특성은 細와 Kis를 결정하면 고정되지만 속도지령 w* 에 대한 幻의 응답특성은 a 값을 통해 조절가능하다는 것을 알 수 있다.
후속연구
- 앞으로 부하에 대한 저속도에서의 속도 및 토크특성 향상에 대한 연구와 승차감을 좋게 하는 착상알고리즘 및 종진동 억제 알고리즘이 필요하다
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