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영구자석 동기전동기의 비선형 속도 제어기 및 퍼지토크관측기 설계에 대한 연구
A Study on the Design of a Nonlinear Speed Controller and a Fuzzy Load Torque Observer for a PM Synchronous Motor 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.15 no.4, 2010년, pp.282 - 287  

정진우 (동국대 전자전기공학부)

초록
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본 논문에서는 영구자석 동기전동기(PMSM)를 위한 비선형 속도제어기와 Takagi-Sugeno 퍼지 기법을 이용한 퍼지 부하 토크관측기를 제안한다. 또한 제안된 비선형 속도제어기와 퍼지 토크관측기가 존재하기 위한 LMI 조건을 유도하고, 제어기와 관측기의 이득 행렬을 계산하기 위한 선형 행렬 부등식(LMI) 매개변수화가 주어진다. 제안된 비선형 속도제어기와 퍼지 부하 토크관측기의 성능을 검증하기 위하여, 모터 파라미터 및 부하 토크 변동 하에서 시뮬레이션 및 실험 결과가 주어졌다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a new nonlinear speed controller with a fuzzy load torque observer based on the Takagi-Sugeno fuzzy method for a permanent magnet synchronous motor(PMSM). The LMI conditions are derived for the existence of the proposed nonlinear speed controller and fuzzy load torque observer, a...

주제어

#Fuzzy load torque observer   #Nonlinear control   #PM synchronous motor   #Speed control  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 비선형 속도제어기와 T-S 퍼지법을 이용한 퍼지 부하 토크관측기를 제안하였다. 모터 파라미터 변동 및 부하 변동 등 조건하에서 보여준 시뮬레이션 및 실험결과는 제안된 퍼지 관측기 기반의 비선형 속도제어기의 성능이 우수함을 확인하였다.
  • 본 논문에서는 영구자석형 동기전동기의 속도 제어를 위하여 비선형 속도제어기와 T-S 퍼지 모델을 이용한 비선형 부하 토크관측기를 제안한다. 제안된 비선형 속도제어기의 해가 존재하기 위한 LMI 조건을 유도하며, 이로부터 제어기 이득을 계산한다.

가설 설정

  • 식 (1)에서 보는 바와 같이 영구자석 동기전동기는 정확한 속도 제어를 위해서 속도(ω) 및 전류(ids, iqs)의 정보뿐만 아니라 부하 토크(TL)의 정보도 필요함을 알 수 있다. 본 논문에서는 비선형 속도제어기와 퍼지 부하 토크관측기를 설계하기 위하여 대부분의 논문에서 사용하고 있는 다음의 가정을 설정한다.
  • 정리 1 : 다음 LMI (7)을 만족시키는 해 (X, Yc)가 α ≧ 0에 대하여 존재한다고 가정하자.
  • 정리 2 : 다음 LMI (14)를 만족시키는 해 (Po,Yoi)가 존재한다고 가정하자.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
선형 제어방식의 한계는 무엇인가? 기존의 PID 제어와 같은 선형 제어방식은 비선형인 영구자석형 동기전동기 시스템의 제어에 만족스러운 성능을 보장할 수 없다. 그러므로 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 비선형 제어방식이 제안되었으며[1]-[3] 대부분의 엔지니어들은 비선형 속도제어기와 함께 부하 토크관측기를 사용하여 부하 토크 변동을 억제하기 위한 다양한 설계방식을 제안하였다.
대부분의 엔지니어는 어떤 비선형 제어방식을 제안하였는가? 기존의 PID 제어와 같은 선형 제어방식은 비선형인 영구자석형 동기전동기 시스템의 제어에 만족스러운 성능을 보장할 수 없다. 그러므로 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 비선형 제어방식이 제안되었으며[1]-[3] 대부분의 엔지니어들은 비선형 속도제어기와 함께 부하 토크관측기를 사용하여 부하 토크 변동을 억제하기 위한 다양한 설계방식을 제안하였다.[4]-[8] 그러나 대부분의 기존방식은 선형관측기와 선형화된 모델을 사용하였으므로, 모터 파라미터와 부하 토크 변동 시에는 동기전동기의 안정도뿐만 아니라 강인한 제어 성능을 보장할 수 없다.
기존에 엔지니어들이 제안한 비선형 제어방식의 한계점은 무엇인가? 그러므로 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 비선형 제어방식이 제안되었으며[1]-[3] 대부분의 엔지니어들은 비선형 속도제어기와 함께 부하 토크관측기를 사용하여 부하 토크 변동을 억제하기 위한 다양한 설계방식을 제안하였다.[4]-[8] 그러나 대부분의 기존방식은 선형관측기와 선형화된 모델을 사용하였으므로, 모터 파라미터와 부하 토크 변동 시에는 동기전동기의 안정도뿐만 아니라 강인한 제어 성능을 보장할 수 없다. 반면에 Takagi-Sugeno(T-S) 퍼지 모델은 기존의 제어 기법에서는 해결하기 힘든 복잡한 비선형 또는 불확실한 시스템을 성공적으로 제어할 수 있었다.
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참고문헌 (10)

  1. 백인철, 김경화, 윤명중, "영구자석 동기전동기의 강인비선형 속도제어기의 설계 및 DSP에 기반한 구현", 전력전자학회 논문지, pp. 1-12, 1999. 2. 

  2. 유재성, 황선모, 원충연, 김상훈, "퍼지제어기를 이용한 엘리베이터용 영구자석형 동기전동기 벡터제어", 전력전자학회 논문지, pp. 534-542, 2005. 12. 

  3. 백인철, "시간지연 제어를 이용한 영구자석형 동기전동기의 개선된 비선형 속도제어", 전력전자학술대회 논문집, pp. 299-304, 1998. 

  4. K. B. Lee and F. Blaabjerg, "Robust and stable disturbance observer of servo system for low-speed operation", IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 43, No. 3, pp. 627-635, 2007. 

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  5. S. H. Choi, J. S. Ko, I. D. Kim, J. S., Park, and S. C. Hong, "Precise position control using a PMSM with a disturbance observer containing a system parameter compensator", in IEE Proc. Electr. Power Appl., Vol. 152, No. 6, pp. 1573-1577, 2005. 

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  6. K. H. Kim and M. J. Youn, "A nonlinear speed control for a PM synchronous motor using a simple disturbance estimation technique", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 49, No. 3, pp. 524-535, 2002. 

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  7. Y. Zhang, C. M. Akujuobi, W. H. Ali, C. L. Tolliver, and L. S. Shieh, "Load disturbance resistance speed controller design for PMSM", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 53, No. 4, pp. 1198-1208, 2006. 

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  8. G. Zhu, L. A. Dessaint, O. Akhrif, and A. Kaddouri, "Speed tracking control of a permanent magnet synchronous motor with state and load torque observer", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 47, No. 2, pp. 345-355, 2000. 

  9. H. H. Choi, "LMI-based nonlinear fuzzy observer-controller design for uncertain MIMO nonlinear systems", IEEE Trans. Fuzzy Systems, Vol. 15, No. 5, pp. 956-971, 2007. 

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  10. S. Boyd, L. El Ghaoui, E. Feron, and V. Balakrishnan, "Linear Matrix Inequalities in System and Control Theory", SIAM, Philadelphia, PA, 1994. 

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