[논문]다중 AFLC를 이용한 IPMSM 드라이브의 효율 최적화 제어

최정식; 고재섭; 정동화

doi:10.5370/kieep.2010.59.3.279

다중 AFLC를 이용한 IPMSM 드라이브의 효율 최적화 제어
Efficiency Optimization Control of IPMSM Drive using Multi AFLC 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.59 no.3, 2010년, pp.279 - 287

최정식 (순천대학교 전기공학과) , 고재섭 (순천대학교 전기공학과) , 정동화 (순천대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM) adjustable speed drives offer significant advantages over induction motor drives in a wide variety of industrial applications such as high power density, high efficiency, improved dynamic performance and reliability. This paper proposes efficiency optimization control of IPMSM drive using adaptive fuzzy learning controller(AFLC). In order to optimize the efficiency the loss minimization algorithm is developed based on motor model and operating condition. The d-axis armature current is utilized to minimize the losses of the IPMSM in a closed loop vector control environment. The design of the current based on adaptive fuzzy control using model reference and the estimation of the speed based on neural network using ANN controller. The controllable electrical loss which consists of the copper loss and the iron loss can be minimized by the optimal control of the armature current. The minimization of loss is possible to realize efficiency optimization control for the proposed IPMSM. The optimal current can be decided according to the operating speed and the load conditions. This paper considers the design and implementation of novel technique of high performance speed control for IPMSM using AFLC. Also, this paper proposes speed control of IPMSM using AFLC1, current control of AFLC2 and AFLC3, and estimation of speed using ANN controller. The proposed control algorithm is applied to IPMSM drive system controlled AFLC, the operating characteristics controlled by efficiency optimization control are examined in detail.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 AFLC(Adaptive Fuzzy Learning Controller)에 의한 IPMSM 드라이브의 효율 최적화 제어를 제시한다. IPMSM의 철손과 동손을 모델링하고 이 손실을 최소화하는 동작점에서 효율을 최대화할 수 있는 방법을 제시한다.
본 논문에서는 다중 AFLC 제어기를 이용하여 IPMSM드라이브의 효율 최적화 제어를 제시하였다. 제어가 가능한 전기적인 손실은 철손과 동손이며 이 손실은 전기자전류의 최적화 제어에 의해 최소화하였다.
그리고 AFLC2와 AFLC3는 전류를 제어하고 ANN은 속도를 추정한다. 본 논문의 효용성을 입증하기 위하여 종래의 방식과 비교하고 결과를 제시한다.

제안 방법

제시한 AFLC 제어기는 종래의 PI 및 FNN 제어기 보다 성능이 우수한 결과를 얻었으며 속도, 부하토크 변화 및 파라미터 변화에 대해 고성능 및 강인성 제어를 확인할 수 있었다. ANN을 이용하여 지령속도의 변화에 추정속도는 실제 속도에 양호하게 추정하였다. 속도 및 토크 등 다양한 파라미터의 변도에도 AFLC 제어기의 성능이 우수한 결과로 나타났다.
본 논문에서는 AFLC(Adaptive Fuzzy Learning Controller)에 의한 IPMSM 드라이브의 효율 최적화 제어를 제시한다. IPMSM의 철손과 동손을 모델링하고 이 손실을 최소화하는 동작점에서 효율을 최대화할 수 있는 방법을 제시한다. AFLC1 제어기는 IPMSM의 속도를 제어하고 출력성분인 지령토크를 이용하여 효율 최적화 제어를 수행한다.
지령 d와 q축 전류의 2차 손실함수를 세우고 손실을 최소화하는 지령 d축 전류를 해석적으로 구했다.[7]-[8] 온라인 손실 최소화 알고리즘을 제시하고 효율 향상을 위하여 실험적으로 구현하였다.[9] IPMSM 드라이브에서 이러한 손실을 최소화하기 위한 연구가 다양하게 이루어졌다.
바로 평가되는 설정 룰에서 후반부의 변화는 시스템의 상승시간, 오버슈트, 정상상태 및 과도상태의 오차 등에 영향을 준다. 따라서 FLC(Fuzzy Logic Controller)에 학습 메카니즘을 적용하여 룰 베이스의 규칙을 수정한다. 학습 메카니즘은 퍼지 역모델 및 지식베이스 수정자를 포함한다.
철손저항에 흐르는 전류로 인해 정회전, 회생 및 제동으로 운전할 경우 토크특성은 다르게 나타난다. 따라서 철손에 의한 토크의 비선형을 보상해야 하며 본 연구에서는 철손저항을 고려한다.
손실 최소화는 효율 최대화를 이룩할 수 있었으며 효율 최적화 제어를 적용하여 양호한 응답특성을 얻을 수 있었다. 또한, AFLC를 이용하여 IPMSM의 고성능 속도 및 전류를 제어하였으며 ANN을 이용하여 속도를 추정하였다.
계자 포화와 계자 간 간섭이 최적화 문제를 더욱 복잡하게 한다. 지령 d와 q축 전류의 2차 손실함수를 세우고 손실을 최소화하는 지령 d축 전류를 해석적으로 구했다.[7]-[8] 온라인 손실 최소화 알고리즘을 제시하고 효율 향상을 위하여 실험적으로 구현하였다.

대상 데이터

기계손은 회전자 속도에 의존하고 제어할 수 없다. 제어 가능한 손실은 동손과 철손이다. 잘 알려진 최적제어 기법은 최대 토크를 찾기 위하여 전류각을 변수로서 이용하는 MTPA(Maximum Torque per Ampere)이다.

성능/효과

i_d = 0(i_d0) 제어에서 전기자전류의 d축 성분인 i_d 는 영으로 유지되고 있다. 그러나 본 연구에서 제시한 효율 최적화 제어 (i_dopt) 의 i_d 는 적절하게 제어되고 있으며 속도의 증가에 따라 음의 방향으로 증가한다.
본 논문에서는 제시한 다중 AFLC을 이용한 IPMSM 드라이브의 효율 최적화 제어를 이룩할 수 있었으며 속도 및 전류 제어 및 속도 추정에도 만족할 만한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 본 논문에서 제시한 제어 기법의 타당성을 입증할 수 있었다.
그림 16(d)의 속도 오차에서 나타난 것과 같이 관성이 변화할 경우에도 제시한 AFLC 제어기의 속도오차가 종래의 제어기에 비해 매우 작게 나타남을 알 수 있다. 따라서 제시한 AFLC 제어기는 속도 및 부하변화와 전동기의 파라미터(전기자 저항 및 관성)의 변화에도 강인성 제어를 실현함을 알 수 있다.
그림 13은 그림 12와 같은 조건에서 과도상태와 부하토크 인가 부분을 명확하게 나타내기 위해 확대한 것이다. 본 논문에서 제시한 AFLC 제어기는 지령속도의 변화 및 부하토크 변화에 대해 종래의 FLC 제어기 및 PI 제어기에 비해 오버슈트가 작고 빠르게 안정화 되는 것을 알 수 있다.
본 논문에서는 제시한 다중 AFLC을 이용한 IPMSM 드라이브의 효율 최적화 제어를 이룩할 수 있었으며 속도 및 전류 제어 및 속도 추정에도 만족할 만한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 본 논문에서 제시한 제어 기법의 타당성을 입증할 수 있었다.
이 손실은 리럭턴스 토크와 약계자 영향으로 제시한 i_dopt 제어에서는 감소한다. 본 연구에서 제시한 효율 최적화 제어에 의한 중부하에서 매우 향상되고 있으며 5-10[%] 정도로 증가한다.
ANN을 이용하여 지령속도의 변화에 추정속도는 실제 속도에 양호하게 추정하였다. 속도 및 토크 등 다양한 파라미터의 변도에도 AFLC 제어기의 성능이 우수한 결과로 나타났다.
제어가 가능한 전기적인 손실은 철손과 동손이며 이 손실은 전기자전류의 최적화 제어에 의해 최소화하였다. 손실 최소화는 효율 최대화를 이룩할 수 있었으며 효율 최적화 제어를 적용하여 양호한 응답특성을 얻을 수 있었다. 또한, AFLC를 이용하여 IPMSM의 고성능 속도 및 전류를 제어하였으며 ANN을 이용하여 속도를 추정하였다.
그림 14는 4상한 운전에 대한 응답특성을 비교하여 나타낸 것으로 그림 14(a)는 PI 제어기, (b)는 FLC 제어기 (c)는 제시한 AFLC 제어기 및 (d)는 각 제어기의 속도 오차를 나타낸다. 제시한 AFLC 제어기는 4상한 운전에서도 오차가 종래의 제어기에 비해 적게 나타나 양호한 응답을 나타내고 있다.
제시한 AFLC 제어기는 종래의 PI 및 FNN 제어기 보다 성능이 우수한 결과를 얻었으며 속도, 부하토크 변화 및 파라미터 변화에 대해 고성능 및 강인성 제어를 확인할 수 있었다. ANN을 이용하여 지령속도의 변화에 추정속도는 실제 속도에 양호하게 추정하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ASD의 장점은 무엇인가?	의 ASD(Adjustable Speed Drive)는 대 전력밀도, 고 효율, 개선된 과도성능 및 신뢰성이 유도전동기 드라이브보다 우 수한 장점 때문에 다양한 산업분야에 광범위하게 적용되고
	전동기 손실은 어떻게 구성되는가?	전동기 손실은 기계손, 동손, 철손 및 표류손으로 구성되어
	동손과 철손을 제어할 수 있는 최적기법은 무엇인가?	최대 토크를 찾기 위하여 전류각을 변수로서 이용하는 MTPA(Maximum Torque per Ampere)이다.[6] 전류조건에서

참고문헌 (18)

M. Lei, M. Sanada, S. Morimoto and Y. Takeda, "Advantages of IPMSM with adjustable PM armature flux linkage in efficiency improvement and operating range extension," Proceedings of the PCC Osaka 2002, vol. 1, pp. 136-141, 2002.
B. Stumberger, G. Stumberger, M. Hadziselimovic, T. Marcic, P. Virtic, M. Trlep and V. Gorican, "Design and finite-element analysis of interior permanent magnet synchronous motor with flux barriers," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 44, no. 11, pp. 4389-4392, 2008.

상세보기
Q. Liu, M. A. Jabbar and A. M. Khambadkone, "Design optimization of interior permanent magnet synchronous motors for wide- speed operation," IEEE International Conference on Power Electronics and Drive Systems, vol. 2, pp. 475-478, 2001.
L. Xu, L. Ye, L. Zhen and A. El-Antably, "A new design concept of permanent magnet for flux weakening operation," IEEE Trans. IA, vol. 31, pp. 373-378, 1995.
G. R. Slemon, "On the design of high performance surface-mounted PM motors," IEEE Trans. IA, vol. 30, pp. 134-140, 1994.
S. Morimoto, Y. Tong, Y. Takeda and T. Hirasa, "Loss minimization control of permanent magnet synchronous motor drives," IEEE Trans. on IA, vol. 41, no. 5, pp. 511-517, 1994.

상세보기
C. Mademlis, J. Xypteras and N. Margaris, "Loss minimization in surface permanent magnet synchronous motor drives," IEEE Trans. on IE, vol. 47, no. 1, pp. 115-122, 2000.？？？？
C. Mademlis and N. Margaris, "Loss minimization in vector-controlled interior permanent magnet synchronous motor drives," IEEE Trans. on IE, vol. 49, no. 6, pp. 1344-1347, 2002.
C. Cavallaro, A. O. D. Tommaso, R. Miceli, A. Raciti, G. R. Galluzzo and M. Trapanese, "Efficiency enhancement of permanent-magnet synchronous motor drives by online loss minimization approaches," IEEE Trans. on IE, vol. 52, no. 4, pp. 1153-1160, 2005.
C. Cavallaro, A. O. D. Tommaso, R. Miceli, A. Raciti, G. R. Galluzzo and M. Trapanese, "Analysis a DSP implementation and experimental validation of a loss minimization algorithm applied to permanent magnet synchronous motor drives," IECON '03. The 29th Annual Conference of the IEEE, vol. 1, pp. 312-317, 2003.
Sergaki, S. Eleftheria, Georgilakis, S. Pavlos, Kladas, G. Antonios, Stavrakakis and S. George, "Fuzzy logic based online electromagnetic loss minimization of permanent magnet synchronous motor drives," 18th International Conference on ICEM 2008, pp. 1-7, 2008.
Y. Nakamura, T. Kudo, F. Ishibashi and S. Hibino, "High-efficiency drive due to power factor control of a permanent magnet synchronous motor," IEEE Trans., PE, vol. 10, pp. 247-253, 1995.
R. S. Colby and D. W. Novotny, "Efficiency-optimizing permanent-magnet synchronous motor drive," IEEE Trans., IA, vol. 24, pp. 462-469, 1988.
J. S. Ko, J. S. Choi, K. T. Park, B. S. Park and D. H. Chung, "Development of HBPI Controller for High Performance Control of IPMSM Drive", pp. 368-372, ICPE'07, 2007.
J. S. Choi, J. S. Ko, J. H. Lee and D. H. Chung, "Speed control of IPMSM drive using neural network PI controller," CEE'06, pp. 102, 2006.
J. S. Choi, J. S. Ko, J. H. Lee and D. H. Chung, "Maximum torque control of IPMSM drive with ALC-FNN controller," ICEE'06, pp. 101, 2006.
J. S. Ko, J. S. Choi, J. H. Lee and D. H. Chung, "Maximum torque control of IPMSM drive with hybrid artificial intelligent controller," Proceeding of ICMATE'06, Session B1, pp. 177-182, 2006.
H. G. Lee, S. M. Nam, J. S. Ko, J. S. Choi, J. C. Lee and D. H. Chung, "The speed control and estimation of IPMSM using adaptive FNN and ANN," ICCAS 2005, p. 134, 2005.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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