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센서리스 BLDC 전동기의 강인한 속도 제어
A Robust Sensorless speed control of Sensorless BLDC Motor 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.3 no.4, 2008년, pp.266 - 275  

김종선 (서호선박(주))

초록
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본 논문에서는 전동기 파라미터와 부하에 강인한 속도 특성을 위해 디지털 IP제어를 이용한 BLDC 전동기의 센서리스 속도제어 방식을 제안한다. 단자 전압을 이용한 BLDC 전동기의 센서리스 구동시 회전자 위치 추정을 위해 아날로그 필터를 사용하기 때문에 부하나 속도에 영향을 받는다. 전동기 파라미터에 둔감하고 부하의 영향에도 강건한 센서리스 속도제어를 하기 위해서는 정확한 회전자 위치 추정과 연동하는 강인한 속도 제어기가 필요하다. 본 논문에서는 디지털 IP제어를 이용하여 부하의 변동에도 강인한 정속제어와 일정 부하로 운전 중 가감속시 임의의 속도변화에 대해 BLDC 전동기의 안정된 센서리스 제어가 가능하도록 구성하였다. 이에 대한 타당성은 실험을 통하여 입증하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The sensorless speed control technique for BLDC motor using digital IP control is proposed in this paper for advanced speed characteristic which is robust to motor parameters and load variations. The sensorless drive of BLDC motor using terminal voltages is affected by load or speed because it uses ...

주제어

#BLDC Motor(Brushless DC motor)   #Sensorless Drive   #Rotor Position Estimator   #Digital IP Control  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 이러한 문제점 때문에 일반적으로 사용하는 PI제어 방식을 회전자 위치 간접 검출 방식과 연동하여 구현할 경우 전동기 속도의 응답 오버슈트나 진동에 대한 문제를 해결하기 어려워 안정성 있는 속도제어가 안되는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 브러시리스 직류 전동기의 센서리스 속도제어를 위해 디지털 IP제어기를 적용한 센서리스 속도제어방식을 제안한다. 전동기 파라미터에 영향을 받지 않고, 부하의 변동에도 강건한 센서리스 속도제어를 하기 위해서는 회전자 위치 추정과 연동하는 강인한 속도 제어기가 필요하다.
  • 강제정렬 후 가속운전시 전환 간격은 지령 속도에 반비례하도록 구성하고, PWM 시비율은 전동기 속도에 비례하여 증가하도록 하였다. 본 논문에서는 실제 전동기의 파라미터로 PWM 시비율을 계산하여 대략 전동기 속도에 비례하도록 하였다. 동기 가속후 정속 운전에 도달하였을 경우 16번의 상 일치가 되었을 경우 센서리스 전환을 하도록 하였다.
  • BLDC 전동기의 속도제어를 위하여 사용되는 위치 및 속도센서, 전류센서는 구동시스템의 가격 상승 및 열악한 환경에서 신뢰성이 저하되는 문제를 가지게 된다. 본 논문에서는 전동기 파라미터에 둔감하고, 부하 변동에 강인한 센서리스 속도제어를 위하여 디지털 IP제어기를 설계하고, 이를 이용한 센서리스 제어 방식을 제안하였다. 제안된 센서리스 속도제어 방식은 간단한 RC필터를 이용하고, 제어 알고리즘을 디지털화 함으로써 저가의 시스템으로 구현이 가능하다.
  • 감속시 임의의 속도변화에 대해 BLDC 전동기의 안정된 센서리스 제어가 가능하도록 구성하였다. 이에 대한 타당성은 실험을 통하여 입증하고자 한다.

가설 설정

  • IP제어방식은 PI제어 방식에 비해 응답속도는 떨어지나 오버슈트를 억제할 수 있고, 진동이 적어 안정된 제어 특성을 갖는다. 본 논문에서는 디지털 IP 제어를 이용하여 부하의 변동에도 강인한 정속제어와 일정부하로 운전중 가.감속시 임의의 속도변화에 대해 BLDC 전동기의 안정된 센서리스 제어가 가능하도록 구성하였다.
  • 는 각 상의 상호 인덕턴스이다. 여기서 3상 고정자 권선은 동일하다고 가정한다. 유기된 역기전력은 그림2.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
브러시리스 직류전동기의 센서리스 구동시 안정된 센서리스 제어를 위해 어떤 센서를 사용하는가? 이에 따라 근래에는 위치 센서없이 브러시리스 직류전동기를 구동하는 센서리스 드라이브의 개발이 크게 주목받고 있으며, 가변속 운전을 하는 응용 분야에 대체 적용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다[3][4]. 일반적으로 브러시리스 직류전동기의 센서리스 구동시 안정된 센서리스 제어를 위해 속도 센서나 전류 센서를 사용한다. 그러나 속도 센서를 사용할 경우 센서의 추가 설치가 필요할 뿐 아니라 열악한 환경에서 신뢰성을 감소시키고, 구동시스템의 가격을 상승시킨다.
IP제어방식은 어떤 특성을 가지고 있는가? 따라서, 아날로그 제어에 비해 가격을 낮출 수 있는 디지털 IP제어를 이용함으로써 제어오차를 보상하여 원하는 속도제어가 가능하게 구성하였다. IP제어방식은 PI제어 방식에 비해 응답속도는 떨어지나 오버슈트를 억제할 수 있고, 진동이 적어 안정된 제어 특성을 갖는다. 본 논문에서는 디지털 IP 제어를 이용하여 부하의 변동에도 강인한 정속제어와 일정부하로 운전중 가.
브러시리스 직류 전동기의 특징은 무엇인가? 브러시리스 직류 전동기(BLDC Motor)은 선형적인 토크 대 전류, 또는 속도 대 전압 특성을 지닌 전동기이다. 따라서, 가변속 운전과 제어가 용이하며 동시에 구조적으로 기계적인 정류자와 브러시가 없기 때문에 소음과 분진, 스파크 등이 없어서 사용환경에 제약이 없고, 토크 대 관성의 비가 매우 높아 소형으로 높은 출력을 낼 수 있다[1][2]. 브러시리스 직류 전동기는 상전류를 전자적으로 전환시켜야 하므로 회전자 위치 센서를 필수적으로 구비해야 한다.
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