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슬라이딩 모드 관측기를 이용한 IPMSM의 센서리스 제어의 기동특성에 관한 연구
A Study on Startup-Characteristic of Sensorless Controlled IPMSM Employing Sliding Mode Observer 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.16 no.1, 2011년, pp.38 - 43  

김상훈 (부경대 메카트로닉스공학과) ,  권순재 (부경대 기계자동차공학과) ,  김만고 (부경대 제어계측공학과) ,  정영석 (부경대 기계자동차공학과)

초록
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본 논문에서는 슬라이딩 모드 관측기를 이용하여 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 센서리스 제어의 기동특성에 관한 연구를 수행하였다. 역기전력을 추정하는 센서리스 제어 방식은 초기 구동 시 회전자의 위치를 알 수가 없으므로 Open-Loop알고리즘을 이용하여 강제로 모터를 구동시킨다. 이 방법은 Open-Loop에서 Closed-Loop로 제어되는 시점에 부하의 상태에 따라 기동 특성이 변하는 문제점이 발생 할 수 있다. 본 논문에서는 부하에 따라 기동 특성에서 야기되는 문제점을 검토하고 그 해결책을 제시한다. 제시된 방법은 6극 600W급 IPMSM을 이용하여 시뮬레이션과 실험을 통해 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the improvement of start-up characteristic of sensorless controlled IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) with SMO(Sliding Mode Observer). It is difficult to utilize the rotor position information at starting point for the back EMF estimation based sensorless control...

주제어

#IPMSM   #SMO   #Sensorless control   #Start-up characteristic  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 Closed-loop 천이 전 단계에서 SMO 의 각 정보와 Open-loop 각의 차를 일정 하게 제어하여 천이 과정에서 발생 할 수 있는 과도응답을 개선하고자 한다. 제어하고자하는 위상차는 Closed-loop 제어시의 위상차에 가깝게 설정하고 PI제어기를 이용한다.
  • 본 논문에서는 슬라이딩 모드 관측기를 이용한 IPMSM의 센서리스 제어의 기동특성에 대한 연구를 수행함으로써 속도제어 응답특성을 개선하였다. Closed-loop 천이 시 부하의 크기에 따른 속도응답의 문제점을 확인하고, 넓은 부하 영역에서 양호한 천이가 이루어지도록 기존방식에 위상차를 일정하게 유지하게 하는 PI제어기를 추가 하였다.
  • 이는 기동 시 부하를 고려하지 않고 필요 이상의 큰 회전자계를 만들어주기 때문에 야기된다. 본 연구에서는 SMO를 이용한 IPMSM의 센서리스제어 시스템의 기동특성 개선을 위해 Closed-loop 천이 전 단계에서 새로운 제어기를 추가하여, 천이과정에서의 과도응답특성을 개선하는 방법을 제시한다. 향상된 기동응답은 시뮬레이션과 실험을 통해 확인한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
위치정보를 얻기 위해 산업체에서 주로 사용하는 방법은? 하지만, 이런 방법들은 계산이 어렵고 구현이 복잡하여 아직 산업체에서 널리 사용되지 못한다. 산업체에서 주로 사용하는 방법은 회전자 계를 생성하여 충분한 역기전력이 나오는 속도까지 동기가속 하는 Open-loop 제어를 거친 후, Closed-loop 으로 천이 하는 것이다. 하지만, 기동 후 SMO에서 얻은 정보로 모터를 제어하기위해 Closed- Loop 제어로 천이하는 과정에서 부하에 따라 속도제어 양상이 달라지며 속도응답이 불량해진다.
정지 상태에서 위치정보를 얻기 위한 고주파 주입법, 전압펄스를 이용한 방법을 산업체에서 아직 사용하지 못하는 이유는? 이에, 정지 상태에서 위치정보를 얻기 위한 고주파 주입법, 전압펄스를 이용한 방법이 있다[4][5][6]. 하지만, 이런 방법들은 계산이 어렵고 구현이 복잡하여 아직 산업체에서 널리 사용되지 못한다. 산업체에서 주로 사용하는 방법은 회전자 계를 생성하여 충분한 역기전력이 나오는 속도까지 동기가속 하는 Open-loop 제어를 거친 후, Closed-loop 으로 천이 하는 것이다.
역기전력을 추정하는 센서리스 제어 방식의 문제점은? 역기전력을 추정하는 센서리스 제어 방식은 초기 구동 시 회전자의 위치를 알 수가 없으므로 Open-Loop알고리즘을 이용하여 강제로 모터를 구동시킨다. 이 방법은 Open-Loop에서 Closed-Loop로 제어되는 시점에 부하의 상태에 따라 기동 특성이 변하는 문제점이 발생 할 수 있다. 본 논문에서는 부하에 따라 기동 특성에서 야기되는 문제점을 검토하고 그 해결책을 제시한다.
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참고문헌 (7)

  1. 이주, "매입자석 동기모터의 설계 및 제어", 인터비젼, pp. 1-9, 2007. 

  2. K. L. Kang, "슬라이딩 모드 관측기를 이용한 고속 영역에서의 PMSM 센서리스 제어에 관한 연구", 대한전기학회, Vol. 53B, No. 1, pp. 30-36, 2004, Jan. 

  3. 정동화, "전력전자 및 전동기 제어", 인터비젼, pp. 395-396, 2007. 

  4. 이윤규, "인덕턴스의 포화현상을 이용한 IPMSM의 회전자 초기 위치 추정", 강원대학교 전기전자공학과 석사학위 논문, 2010. 

  5. J. I. Ha, K. Ide, T. Sawa, and S. K. Sul, "Sensorless rotor position estimation of an interior permanent-magnet motor from initial states", IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 39, No. 3, pp. 761-767, 2003, May/Jun. 

    상세보기 crossref

  6. S. Nakashima, Y. Inagaki, and I. Miki, "Sensorless initial rotor position estimation of surface permanent-magnet synchronous motor", IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 36, No. 6, pp. 1598-1603, 2003, Nov/Dec. 

  7. Y. S. Jung and M. G. Kim "Sliding Mode Observer for Sensorless Control of IPMSM Drives", Journal of Power Electronics, Vol. 9, No. 1, pp. 117-123, 2009, Jan. 

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