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적응형 노치 필터에 의한 PMSM을 이용한 선형 피드 시스템의 진동 억제
A Vibration Rejection of Linear Feeder System with PMSM using Adaptive Notch Filter 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.11 no.3, 2006년, pp.274 - 283  

이동희 (경성대 전기전자메카트로닉스공학부)

초록
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Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM)는 볼스크류, 기어 및 타이밍 벨트를 이용하여 NC, 가공기, 로봇 및 공장 자동화를 포함하여 산업 시스템 전반에 널리 사용되고 있다. 이러한 PMSM과 부하의 결합으로 구성된 시스템은 동력의 전달에 있어서, 고유의 공진 주파수를 가지며 공진 주파수 대역에서의 기계계의 응답 특성은 매우 불안정하고, 기계 시스템의 손상을 일으키게 된다. 본 논문에서는 PMSM을 이용한 직선 운동 시스템에서 기계적인 결합에 의한 기구부의 진동을 억제하기 위하여 진동 주파수를 자동으로 검출하여, 진동의 원인이 되는 토크 지령 신호를 억제하는 적응형 노치 필터를 포함하는 속도 제어 시스템을 제안한다. 하지만, 기계적인 진동 주파수와 주파수의 대역은 전동기에 결합된 결합 기구 및 부하에 따라서 변동하는 특성을 가지고 기계적인 진동의 크기도 진동원이 되는 신호에 따라 변동하므로, 이를 적응형 노치 필터부에서 이를 진단하여 진동 주파수를 자동으로 억제함으로써 안정적인 운전이 가능하도록 설계된다. 본 논문에서 제안된 기계적인 진동을 억제하기 위한 적응형 노치 필터의 성능은 시뮬레이션 및 실험을 통하여 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM) drive systems with ball-screw, gear and timing-belt are widely used in industrial applications such as NC machine, machine tools, robots and factory automation. These systems have torsional vibration in torque transmission from servo motor to mechanical l...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 PMSM을 적용한 직선 운동 시스템에서 기계적인 결합에 의한 기구부의 진동을 억제하기 위하여 진동 주파수를 자동으로 검출하여, 진동의 원인이 되는 토크 출력을 억제하는 적응형 노치 필터를 가지는 속도 제어 시스템을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 적응형 노치 필터는 PMSM과 부하 기구 부의 결합에 의해 발생하는 기계적인 진동을 억제하기 위하여, 기계적인 진동의 원인이 되는 주파수 대역의 신호를 전동기에 인가되지 않도록 차단하는 방식이다.
  • 본 논문에서는 PMSM을 적용한 직선 운동 시스템에서 기계적인 결합에 의한 기구부의 진동을 억제하기위한 적응형 노치 필터를 가지는 속도 제어기를 설계하였다. 본 논문에서 제안하는 적응형 노치 필터는 PMSM과 선형 피드 기구부의 결합에 의해 발생하는 기계적인 진동을 억제하기 위하여, 속도 오차의 데이터로부터 진동이 발생하는 주파수와 주파수 대역을 자동으로 검출하고, 이에 따라 직렬로 연결된 다중 디지털 노치 필터에서 진동 대역의 토크 지령을 차단하는 방식이다.
  • 본 논문에서는 전동기와 기계부의 결합 및 전압, 전류 신호의 검출과 시스템 노이즈에 의해 발생하는 공진 주파수 영역에서의 전동기 진동을 억제하기 위하여, 진동 주파수 대역의 제어신호를 효과적으로 제거하기 위한 적응형 노치필터를 적용하였다. 그림 4는 일반적인 2관성 모델에 대한 속도 제어 블록과 본 논문에서 제안하는 적응형 노치 필터를 적용한 직선 구동 장치의 속도 제어 시스템을 나타내고 있다.
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참고문헌 (9)

  1. 이동희, 최철, 김철우,'이중 속도 제어구조에 의한 서보 제어기의 비선형 마찰토크 보상', 전력전자학회 논문지, Vol. 9, No. 6, pp. 612-619, 2004 

  2. 박태식, 유지윤, '이관성계 전동기 구동시스템의 축진동 억제를 위한 강인한 속도제어기법', 전력전자학회 논문지, Vol. 8, No. 1, pp. 80-88, 2003 

  3. Boulter, B. T., 'The Effect of Speed Loop Bandwidths and Line-speed on System Natural Frequencies in Multi-span Strip Processing Systems', IEEE IAS Conference Proceedings, New Orleans, LA, Oct., pp. 2157-2164, 1997 

  4. Bently, J.M., 'Electro-mechanical Drive Train Design and Application, Part I.', TAPPI 1999 Paper Machine Drives Short Course, Atlanta, GA, May, Tab5, 1999 

  5. Hori, Y., Swanda, H., Chun, Y, 'Slow Resonance Ratio Control for Vibration Supression and Disturbance Rejection in Torsional System', IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 46, No. 1, pp. 162-168, Feb., 1999 

  6. Umeno T and Hiro Y, 'Robust Speed Control of DC Servomotors Using Modern Two Degrees-of-Freedom Controller Design', IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 38. pp. 363-368, 1991 

  7. Ohmae, T., Matsuda, T. Kanno, M., Saito, K. Sukegawa, T., 'A Microprecessor-Based Motor Speed Regulator Using Fast-response State Observer for Reduction of Torsional Vibration', IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 23, No. 5, pp. 863-871, Sep./Oct., 1987 

  8. Wilson, C.S., 'Using Notch Filters in Motion Control-part 1', Motion Control, pp. 48-51, Jul/Aug, 1992 

  9. Wilson, C.S., 'Using Notch Filters in Motion Control-part 2', Motion Control, pp. 19-22, Sep., 1992 

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