[논문]백스텝핑을 기반으로 하는 BLDC 전동기의 위치 및 속도제어(이득 설정)

이승; 전용호; 조황

doi:10.13067/jkiecs.2015.10.3.403

[국내논문] 백스텝핑을 기반으로 하는 BLDC 전동기의 위치 및 속도제어(이득 설정)
Position and Speed Control of the BLDC Motor based on the Back-stepping(Gain design) 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.10 no.3, 2015년, pp.403 - 411

이승 (광운대학교 로봇학부) , 전용호 (중원대학교 메카트로닉스학과) , 조황 (광운대학교 로봇학부)

초록
AI-Helper

본 논문은 백스텝핑 설계기법을 이용하여 BLDC 전동기의 위치 및 속도, 전류제어를 위한 제어기 설계방법을 제안한다. 또한, 전체 시스템을 안정화하며 추종성능을 향상시킬 수 있는 적절한 제어이득을 설정하기 위한 방법을 제시한다. 제안된 제어기를 120W급의 BLDC 전동기에 적용하여 위치, 속도 및 전류 레퍼런스를 추종하는 능력을 시뮬레이션 시험하였다. 설계된 제어기가 정상상태의 오차가 1% 이내를 가짐으로 상태 추종 성능에 대해 유용한 제어기임을 보일 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a design method for the position and speed controller, current control of a Brushless Direct Current(BLDC) motor using back-stepping design techniques. Further, to stabilize the whole system, and proposes a method for setting the appropriate gain control to improve the tracking performance. By applying the proposed controller to 120W BLDC motors were tested for the ability to follow the position, velocity and current reference. Since the simulation results of the steady state error is within 1%, we were able to show the usefulness of the tracking performance of the proposed controller.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 BLDC의 정밀한 제어를 위한 백스텝핑 제어기 설계를 방법을 제안하였다. 먼저, 각도 및 각속도의 추종 및 전류 제어를 백스텝핑 기법을 이용하여 설계하였고, 설계된 제어기의 제어 이득을 시스템이 점근적인 안정을 할 수 있는 영역에서 향상된 추정성능을 달성할 수 있도록 근의 궤적을 이용하는 방법을 제시하였다.

가설 설정

BLDC 전동기는 고정자 코일이 삼상 Y결선된 구조이며, 영구자석의 회전으로 발생하는 역기전압의 파형이 이상적인 사다리꼴 모양으로 가정한다. 전동기의 전기적인 등가 회로는 다음 식 (22)와 같다.

제안 방법

제안된 제어기의 성능은 위치 및 속도의 추종 능력을 설정된 이득으로 BLDC 전동기에 시뮬레이션 하였다. 사용된 전동기의 사양은 다음 표 1과 같다.
본 논문에서는 BLDC의 정밀한 제어를 위한 백스텝핑 제어기 설계를 방법을 제안하였다. 먼저, 각도 및 각속도의 추종 및 전류 제어를 백스텝핑 기법을 이용하여 설계하였고, 설계된 제어기의 제어 이득을 시스템이 점근적인 안정을 할 수 있는 영역에서 향상된 추정성능을 달성할 수 있도록 근의 궤적을 이용하는 방법을 제시하였다. 그 결과 위치 및 속도, 전류에 대해 시스템이 전체 운전 영역에서 점근적인 안정을 하며 고른 추종성능을 보일 수 있었다.

성능/효과

정상 상태에 도달하는데 전체적으로 빠른 모습을 보이지만, 작은 오버슈트를 갖는 이득 k_i가 상대적으로 많이 걸리는 모습을 보인다. 정상상태오차에 대해서는 전체적으로 0.05 [%] 이하의 매우 정밀한 추종이 이루어지는 결과를 볼 수 있다.
먼저, 각도 및 각속도의 추종 및 전류 제어를 백스텝핑 기법을 이용하여 설계하였고, 설계된 제어기의 제어 이득을 시스템이 점근적인 안정을 할 수 있는 영역에서 향상된 추정성능을 달성할 수 있도록 근의 궤적을 이용하는 방법을 제시하였다. 그 결과 위치 및 속도, 전류에 대해 시스템이 전체 운전 영역에서 점근적인 안정을 하며 고른 추종성능을 보일 수 있었다. 또한 적절한 제어이득의 선정이 시스템의 추정성능을 개선할 수 있음을 보일 수 있었다.
그 결과 위치 및 속도, 전류에 대해 시스템이 전체 운전 영역에서 점근적인 안정을 하며 고른 추종성능을 보일 수 있었다. 또한 적절한 제어이득의 선정이 시스템의 추정성능을 개선할 수 있음을 보일 수 있었다.

후속연구

추후 실험을 통하여 제어기가 안정하게 위치 및 속도를 추종하는 것과 토크상수 및 역기전압의 적응 법칙을 유도하여 강건성을 증대함을 보이고자한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일반적인 DC 전동기의 구조는?	일반적인 DC 전동기는 내부 코일에 부착된 회전자와 고정된 브러쉬의 기계적인 접촉을 통해 전류를 공급하는 구조이다. 이는 전원 노이즈 발생의 원인이 되고 소음과 접점의 교체 등의 단점이 존재한다.
	BLDC 전동기의 특징은 무엇인가?	이는 전원 노이즈 발생의 원인이 되고 소음과 접점의 교체 등의 단점이 존재한다. 이에 반하여 BLDC 전동기는 회전자가 영구자석인 구조로 회전자의 위치에 따른 고정자 코일에 전류를 공급해 주어 회전력을 얻는 구조로 DC 전동기의 단점을 개선한 것이다[1-4].
	일반적인 DC 전동기 구조의 단점은 무엇인가?	일반적인 DC 전동기는 내부 코일에 부착된 회전자와 고정된 브러쉬의 기계적인 접촉을 통해 전류를 공급하는 구조이다. 이는 전원 노이즈 발생의 원인이 되고 소음과 접점의 교체 등의 단점이 존재한다. 이에 반하여 BLDC 전동기는 회전자가 영구자석인 구조로 회전자의 위치에 따른 고정자 코일에 전류를 공급해 주어 회전력을 얻는 구조로 DC 전동기의 단점을 개선한 것이다[1-4].

참고문헌 (9)

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원문보기 상세보기
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상세보기
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S. Rebouh, A. Kaddouri, R. Abdessemed, and A. Haddoun, "Adaptive Back stepping speed Control for a Permanent Magnet Synchronous Motor," Management and Service Science 2011 Int. Conf., Wuhan, China, Aug., 2011.
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