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BLDC motor의 적응백스텝핑 속도제어
A Speed Control of BLDC Motor using Adaptive Back stepping Technique 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.9 no.8, 2014년, pp.899 - 905  

전용호 (중원대학교 메카트로닉스학과) ,  조민호 (중원대학교 컴퓨터시스템공학과)

초록
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본 논문은 BLDC 전동기속도제어를 위해 백스텝핑 설계기법을 이용한 제어기 설계방법을 제안한다. 먼저 백스텝핑 설계기법으로 제어기를 기반으로 부하토크의 추정기를 설계한다. 부하토크의 추정기는 부하토크 변동에 대해 실시간 추정할 수 있도록 구성되어졌다. 제안된 제어기를 120W급의 BLDC 전동기에 적용하여 부하토크를 실시간 적응하면서 속도 레퍼런스를 추종하는 능력을 시험하였다. 그 결과 설계된 제어기와 추정기의 성능이 유용함을 보일 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a method that can be used to back-stepping controller design for speed control of Brushless Direct Current (BLDC) motor. First, back-stepping controller is designed with load torque estimator. The estimator is included to adapt to the variation of load torque in real time. ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 BLDC의 정밀한 속도제어를 위한 적응 백스텝핑 제어기 설계를 방법을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 강건하면서 BLDC 전동기의 저속에서 고속영역까지 고른 가변속 제어성능을 유지할 수 있는 백스텝핑 제어기의 설계 방법을 제안한다. 그리고, 파라메타 변동 및 부하 변동의 실시간 적응 법칙을 유도하여 제어기의 강건함과 제어성능을 120W급 BLDC전동기의 시뮬레이션을 통해 입증해 보였다.

가설 설정

  • 전동기의 제어기의 설계를 위해 기계적인 파라메타와 전기적인 파라메타를 알고 있는 것으로 가정한다. 속도제어기 설계를 위해서 추종할 기준 각속도를 ωref라 할 때 각속도 오차는 다음 식 (4)와 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
BLDC 전동기란 무엇인가? BLDC 전동기는 삼상 고정자에 흘리는 전류로 발생된 회전자계와 회전자 자성체의 관계로 회전력을 얻는 구조의 장치이다. 따라서, 회전자 자성체의 위치는 홀센서나 회전자에 정렬된 엔코더를 이용하여 센싱을 하고, 계측된 신호에 따라 삼상 인버터를 전자적으로 조작하여 회전자계를 발생시킨다.
PID제어는 어떤 단점을 갖는가? 전동기 제어에 있어서 일반적인 PID제어는 간편하게 제어기를 구성할 수 있고, 레퍼런스에 대한 좋은 응답성의 장점을 가지고 있다. 하지만 부하토크의 변동이나 파라메타의 변동에 대해 응답성능이 저하되는 단점과 제어하고자 하는 상태에 대해 세 가지 이득을 결정해야하는 복잡함이 존재한다.
3상 2여자 방식이란 무엇인가? 회전하는 자성체로 인해 고정자 권선에 발생하는 역기전압은 사다리꼴 모양이나 정현적인 모양을 갖는 것으로 나눌 수 있다. 전동기의 토크는 각상에서 공급 되는 전류와 발생하는 역기전력의 곱으로 표현되며, 삼상 중 항상 두상의 전류가 흐르도록 하는 것을 3상 2여자 방식이라 하며 이때 직류전동기와 비슷한 동작 특성을 가진다.
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참고문헌 (8)

  1. J. Zhou and Y. Wang, "Adaptive backstepping speed controller design for a permanent magnet synchronous motor," Electric Power Applications IEE Proceedings, vol. 149, no. 2, 2002, pp 165-172. 

  2. L. Dongliang and Z. Lixin, "Application of back-stepping control in PMSM servo system," Electronic Measurement & Instruments 2009, vol. 3, 2009, pp. 638-641. 

  3. M. Ouassaid, M. Cherkaoui, and Y. Zidani, "A Nonlinear Speed Control for a PM Synchronous Motor Using an Adaptive Back -stepping Control Approach," IEEE Int. Conf. on Industrial Technology (ICIT), vol. 3, 2004, pp. 1287-1292. 

  4. S. Rebouh, A. Kaddouri, R. Abdessemed, and A. Haddoun, "Adaptive Backstepping speed Control for a Permanent Magnet Synchronous Motor," Management and Service Science (MASS) 2011 Int. Conf., 2011. 

  5. L. Yuan, H. Feng-you, and W. Feng "Nominal Model-Based Control for Permanent Magnet Synchronous Motor," 2009 Int. Conf. on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics, vol. 2, 2009, pp. 343-346. 

  6. J. Kim, "A robust sensorless speed control of sensorless BLDC motor," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 3, no. 4, 2008, pp. 266-275. 

  7. H. Lee, W. Cho, and K. Lee, "Improved switching method for sensorless BLDC motor drive," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 5, no. 2, 2010, pp. 164-170. 

  8. S.-W. Kwak, H.-S, Kim, and J-M. Yang, "Design and Implementation of Oil Pump Control System Driven by a Brushless DC Electric Motor," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 1, 2013, pp. 83-90. 

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