[논문]가중적분을 이용한 IPMSM의 T-S 퍼지 제어

황태환; 김태규; 박승규; 안호균; 윤태성; 곽군평

doi:10.7736/kspe.2014.31.2.105

가중적분을 이용한 IPMSM의 T-S 퍼지 제어
T-S Fuzzy Control of IPMSM using Weighted Integral Action 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.31 no.2, 2014년, pp.105 - 112

황태환 (창원대학교 전기공학과) , 김태규 (창원대학교 전기공학과) , 박승규 (창원대학교 전기공학과) , 안호균 (창원대학교 전기공학과) , 윤태성 (창원대학교 전기공학과) , 곽군평 (창원대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a novel $H{\infty}$ T-S Fuzzy controller with a weighted integral action for Interior Permanent Magnet Synchronous Motor(IPMSM) which have nonlinear dynamics. The $H{\infty}$ T-S Fuzzy controller is used for the robustness of nonlinear systems and the weighted integral action is used for the tracking problem and the improvement of control performance. A T-S Fuzzy controller is designed by combining the local controllers with the overall stability, and LMI(Linear Matrix Inequality)is used to determine the gains of linear controllers. The tracking problem of IPMSM is changed into regulator problem by introducing the integral action and the weighting factor gives flexibility to a $H{\infty}$ fuzzy controller.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

가중치가 시스템에 미치는 영향을 알아보기 위해 가중치에 따른 출력 각속도의 변화를 알아보고자 한다. 가중치 g =1이면 가중치가 부여되지 않은 H∞ T-S 퍼지 제어기를 사용하게 되는 것이며, 가중치가 1 이외의 다른 숫자인 경우에는 가중치가 포함된 H∞ T-S 퍼지 제어기가 된다.
본 논문에서는 IPMSM의 비선형성을 고려하기 위해 T-S 퍼지제어기를 이용해 비선형 시스템을 선형화시켜 제어할 수 있는 방법과 별도의 오차모델을 필요로 하지 않는 적분 제어기를 도입함으로써 우수한 제어성능을 가지고 비선형 시스템을 제어하는 방법을 제안한다. 또한 시스템의 외란에 대한 영향을 최소화시키기 위해 강인제어기법 중 하나인 H∞ 제어(H Infinity Control)를 사용하였다.
본 논문에서는 비선형 요소를 갖는 IPMSM 시스템을 제어하기 위해 적분 H∞ T-S 퍼지 제어기를 제안하였다. 제안된 제어기는 가중치의 선택에 따라 비선형계통의 H∞ 제어기의 이득이 선택되고 이에 따라 IPMSM의 제어성능을 향상시킬 수 있었다.

제안 방법

16-21 본 연구에서는 유도전동기의 비선형형성을 고려하고 강인제어성능을 위해서 H∞ T-S 퍼지 제어기를 사용하였으며 기준 모델이나 오차 모델을 사용하지 않음과 동시에 제어 성능의 향상을 위하여 가중치가 포함된 적분 제어기를 제안하여 함께 사용하였다.
이제 출력 각속도를 이용하여 제안된 제어기의 성능을 살펴보기로 한다. 가중치가 시스템에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 가중치가 1일 때와 5, 그리고 10일 때의 출력 각속도를 비교한다. Fig.
가중치 g =1이면 가중치가 부여되지 않은 H∞ T-S 퍼지 제어기를 사용하게 되는 것이며, 가중치가 1 이외의 다른 숫자인 경우에는 가중치가 포함된 H∞ T-S 퍼지 제어기가 된다. 따라서 가중치가 1,5 그리고 10일 때를 비교하여 이를 검증한다.
그러나 비선형모델의 경우 오차 모델을 구하기가 매우 어렵고 번거롭기 때문에 오차 모델을 구하지 않고 제어할 수 있는 방법이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 적분제어기를 제안하여 오차 모델을 구하지 않고 비선형 모델을 제어할 수 있게 한다. 적분 제어기를 사용하면 오차 모델을 구할 필요가 없으며 가중치를 도입할 수 있는 가능성을 열어준다.
외란에 대한 강인성을 갖는 H∞ 제어기의 성능을 확인하기 위해 시뮬레이션 시간 2초에 단위 계단 입력을 이용하여 외란을 인가하였다. 또한 PDC 제어기와의 비교를 통해 제안된 제어기의 강인성을 확인하였다.
본 절에서는 본 논문에서 제안한 제어기를 IPMSM에 적용시켜 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션에 사용된 전동기의 파라미터는 Table 1과 같다.
외란에 대한 강인성을 갖는 H∞ 제어기의 성능을 확인하기 위해 시뮬레이션 시간 2초에 단위 계단 입력을 이용하여 외란을 인가하였다.
4. 가중 적분 T-S 퍼지 H∞ 제어

제안되는 가중적분 제어기는 원래의 상태방정식에 출력과 기준입력간의 오차에 적분항을 추가한 새로운 상태방정식의 정의한 후 그에 대한 제어기를 설계함으로써 추적 문제를 조정기 문제로 다룰 수 있도록 한다.
제안된 제어기는 국부 선형모델 식(16)의 파라미터를 이용하여 H∞ T-S 퍼지 제어기를 설계하여 시스템을 구동하게 되며 가중치 g의 값에 따른 제어 성능의 향상이 가능하다.
제안된 제어기는 외란에 대한 강인성을 갖기 위해 H∞ 제어기를 갖는다.

이론/모형

따라서 본 논문에서는 외란에 대한 영향을 최소화하여 제어시스템의 강인성을 보장받기 위한 H∞ 강인제어이론을 적용하기로 한다.
또한 시스템의 외란에 대한 영향을 최소화시키기 위해 강인제어기법 중 하나인 H∞ 제어(H Infinity Control)를 사용하였다.
본 논문에 사용된 퍼지 규칙은 출력되는 출력 각속도를 기준으로 계산된다. 출력 각속도가 7보다 큰 경우에 1번 규칙은 1을 2번 규칙은 0을 각각 1,2번 시스템에 부여한다.
이러한 비선형 시스템의 제어에는 여러가지 방법이 있지만 본 논문에서는 T-S 퍼지 제어기를 사용하기로 한다. T-S 퍼지 제어기는 비선형 시스템을 여러 동작점에서의 선형 모델로 나타냄으로써 선형제어기를 설계하여 퍼지결합으로 제어기를 구성함으로써 선형제어이론을 비선형계통의 제어에 도입할 수 있는 장점을 가지고 있다.

성능/효과

6, 7에서는 q축 입력 전압을 나타내었다. 가중치를 증가시킬수록 성능이 향상됨과 동시에 입력의 크기가 증가함을 볼 수 있었다. 가중치의 크기는 입력의 크기가 허용하는 내에서 가장 큰 값으로 설정할 수 있음을 알 수 있다.
제안된 제어기는 가중치의 선택에 따라 비선형계통의 H∞ 제어기의 이득이 선택되고 이에 따라 IPMSM의 제어성능을 향상시킬 수 있었다. 그리고 제안된 적분 제어기법을 사용함으로써 별도의 오차 모델을 구성하지 않고 IPMSM의 속도추종이 가능해졌으며 시스템에 알맞은 적분 가중치 및 H∞ 놈을 변화시켜 시스템에 적용할 수 있으므로 제어기 구성의 다양성 또한 확보할 수 있다.
기존의 적분 제어기를 사용하는 경우 T-S 퍼지 제어기는 LMI에 의해 결정되는 한 가지의 이득만을 사용할 수 있었으나 가중치를 도입한 적분 제어기의 경우 제어이득의 다양성을 제공함으로써 제어성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 비선형 요소를 갖는 IPMSM 시스템을 제어하기 위해 적분 H∞ T-S 퍼지 제어기를 제안하였다. 제안된 제어기는 가중치의 선택에 따라 비선형계통의 H∞ 제어기의 이득이 선택되고 이에 따라 IPMSM의 제어성능을 향상시킬 수 있었다. 그리고 제안된 적분 제어기법을 사용함으로써 별도의 오차 모델을 구성하지 않고 IPMSM의 속도추종이 가능해졌으며 시스템에 알맞은 적분 가중치 및 H∞ 놈을 변화시켜 시스템에 적용할 수 있으므로 제어기 구성의 다양성 또한 확보할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PMSM의 두 종류는 무엇인가?	영구자석 동기전동기(Permanent Magnet Synch-ronous Motor, PMSM)는 벡터제어 기법 하에서 서보모터로 여러 가지 제어기법들이 적용되어 사용되고 있다.1-5 PMSM에는 S(Surface Mounted) PMSM과 I(Interior)PMSM두 종류가 있으며 SPMSM은 d축 전류를 영으로 제어함으로써 직류모터와 같이 제어되어 사용되고 있다.6-8 반면에 IPMSM은 최대토크 특성을 얻기 위해서 d축 전류도 같이 제어되어야만 한다.
	SPMSM은 어떻게 수행되는가?	영구자석 동기전동기(Permanent Magnet Synch-ronous Motor, PMSM)는 벡터제어 기법 하에서 서보모터로 여러 가지 제어기법들이 적용되어 사용되고 있다.1-5 PMSM에는 S(Surface Mounted) PMSM과 I(Interior)PMSM두 종류가 있으며 SPMSM은 d축 전류를 영으로 제어함으로써 직류모터와 같이 제어되어 사용되고 있다.6-8 반면에 IPMSM은 최대토크 특성을 얻기 위해서 d축 전류도 같이 제어되어야만 한다.
	IPMSM의 최대토크 특성을 얻기 위해서 D축 전류도 제어되어야 하는 것은 무엇을 의미하는가?	6-8 반면에 IPMSM은 최대토크 특성을 얻기 위해서 d축 전류도 같이 제어되어야만 한다. d축 전류가 영이 아닌 경우에는 PMSM의 비선형성이 그대로 유지되며 비선형 제어기가 설계되어야 함을 의미한다.

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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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