본 논문은 가격이 저렴하고 친환경적이면서도 고성능, 고내구성, 구조적 단순함의 장점을 갖고 있어 최근에 폭넓은 관심을 받고 있는 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM: Switched Reluctance Motor)의 보다 정확하고 안정적인 전류제어 방법에 대해 설명한다. 대부분의 전동기의 전류제어 방법에는 알고리즘과 제어 이득의 선정이 다른 제어기에 비해 상대적으로 간편한 PI 제어기를 이용한 방법이 주로 사용되어 왔다. 그러나 일반적인 PI 제어기는 SRM과 같이 고정자권선의 전류 및 회전자의 위치마다 비선형적으로 파라미터가 급변하는 시스템의 경우 변하는 동작 지점마다 제어 이득을 조정해 주어야 하는 어려움이 발생한다. 본 논문에서는 비선형적으로 특성이 변하는 SRM 드라이브 시스템에 제어 성능이 우수한 자기동조 퍼지 제어기를 이용한 제어기법을 적용하여 비선형적인 파라미터의 변화에도 보다 안정적인 전류제어가 가능한 것을 보였다. 또한 Matlab/Simulink시뮬레이션을 이용하여, SRM 드라이브의 전류제어에 PI 전류 제어기(PICC: PI Current Controller)와 자기동조 퍼지 전류 제어기(STFCC: Self-tuning Fuzzy Current Controller)를 각각 적용한 후 그 결과를 비교하였으며 제안한 자기동조 퍼지 제어기의 제어성능이 우수함을 확인하였다.
본 논문은 가격이 저렴하고 친환경적이면서도 고성능, 고내구성, 구조적 단순함의 장점을 갖고 있어 최근에 폭넓은 관심을 받고 있는 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM: Switched Reluctance Motor)의 보다 정확하고 안정적인 전류제어 방법에 대해 설명한다. 대부분의 전동기의 전류제어 방법에는 알고리즘과 제어 이득의 선정이 다른 제어기에 비해 상대적으로 간편한 PI 제어기를 이용한 방법이 주로 사용되어 왔다. 그러나 일반적인 PI 제어기는 SRM과 같이 고정자 권선의 전류 및 회전자의 위치마다 비선형적으로 파라미터가 급변하는 시스템의 경우 변하는 동작 지점마다 제어 이득을 조정해 주어야 하는 어려움이 발생한다. 본 논문에서는 비선형적으로 특성이 변하는 SRM 드라이브 시스템에 제어 성능이 우수한 자기동조 퍼지 제어기를 이용한 제어기법을 적용하여 비선형적인 파라미터의 변화에도 보다 안정적인 전류제어가 가능한 것을 보였다. 또한 Matlab/Simulink 시뮬레이션을 이용하여, SRM 드라이브의 전류제어에 PI 전류 제어기(PICC: PI Current Controller)와 자기동조 퍼지 전류 제어기(STFCC: Self-tuning Fuzzy Current Controller)를 각각 적용한 후 그 결과를 비교하였으며 제안한 자기동조 퍼지 제어기의 제어성능이 우수함을 확인하였다.
This paper describes an accurate and stable current control method of switched reluctance motors(SRMs), which have recently attracted considerable wide attention owing to their favorable features, such as high performance, high durability, structural simplicity, low cost, etc. In most cases, the PI ...
This paper describes an accurate and stable current control method of switched reluctance motors(SRMs), which have recently attracted considerable wide attention owing to their favorable features, such as high performance, high durability, structural simplicity, low cost, etc. In most cases, the PI controllers(PICC) have been used mostly for the current control of electric motors because their algorithm and selection of controller gain are relatively simpler compared to other controllers. On the other hand, the PI controller requires an adjustment of the controller gains for each operating point when nonlinear system parameters change rapidly. This paper presents a stable current control method of an SRM using self-tuning fuzzy current controller(STFCC) under nonlinear parameter variation. The performance of the considered method is validated via a dynamic simulation of the current controlled SRM drive using Matlab/Simulink program.
This paper describes an accurate and stable current control method of switched reluctance motors(SRMs), which have recently attracted considerable wide attention owing to their favorable features, such as high performance, high durability, structural simplicity, low cost, etc. In most cases, the PI controllers(PICC) have been used mostly for the current control of electric motors because their algorithm and selection of controller gain are relatively simpler compared to other controllers. On the other hand, the PI controller requires an adjustment of the controller gains for each operating point when nonlinear system parameters change rapidly. This paper presents a stable current control method of an SRM using self-tuning fuzzy current controller(STFCC) under nonlinear parameter variation. The performance of the considered method is validated via a dynamic simulation of the current controlled SRM drive using Matlab/Simulink program.
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제안 방법
본 논문에서는 비선형적으로 특성이 변하는 시스템의 경우 제어 성능이 우수한 자기동조 퍼지 전류 제어기(STFCC : Self-tuning Fuzzy Current Controller)[2]를 이용한 전류제어 결과와 기존의 PI 전류 제어기(PICC : PI Current Controller)를 이용한 전류제어 결과를 Matlab/Simulink 시뮬레이션을 통하여 비교분석하였다.
본 논문에서 소개된 PICC와 STFCC의 비교분석을 위해 Matlab/Simulink를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션에 사용된 460W 3상 6/4 SRM의 정격사양은 Table 3과 같으며 전류제어 시뮬레이션 모델의 턴-온 선행각, 턴-오프 선행각은 각각 5°, 4°으로 설정하였고 정격속도 1150rpm, 정격전류 65A를 기준으로 하여 내림차순으로 65A, 50A, 35A에서의 전류파형을 정확한 비교를 위하여 정상상태 도달 후 각각 비교하였다. PICC의 경우 유한요소해석을 통해 얻은 인덕턴스 룩-업테이블의 정렬(aligned) 구간과 비정렬(unaligned) 구간 사이의 중간 인덕턴스 값을 이용하여 제어기의 이득을 선정하였고 STFCC의 경우 각각의 Scale Factor들을 이용하여 입력과 출력의 범위인 [-1, 1]로 정규화하였다.
시뮬레이션에 사용된 460W 3상 6/4 SRM의 정격사양은 Table 3과 같으며 전류제어 시뮬레이션 모델의 턴-온 선행각, 턴-오프 선행각은 각각 5°, 4°으로 설정하였고 정격속도 1150rpm, 정격전류 65A를 기준으로 하여 내림차순으로 65A, 50A, 35A에서의 전류파형을 정확한 비교를 위하여 정상상태 도달 후 각각 비교하였다. PICC의 경우 유한요소해석을 통해 얻은 인덕턴스 룩-업테이블의 정렬(aligned) 구간과 비정렬(unaligned) 구간 사이의 중간 인덕턴스 값을 이용하여 제어기의 이득을 선정하였고 STFCC의 경우 각각의 Scale Factor들을 이용하여 입력과 출력의 범위인 [-1, 1]로 정규화하였다.
본 논문에서는 SRM의 최적 전류제어를 위하여 위에서 제시한 두 가지 방법을 사용하였다. 두 가지 방법을 비교한 결과 전류 지령 값이 정격 전류에서 멀어질수록 제어 이득이 최적화 되지 않아 오버슈트가 커지는 PICC와는 달리 STFCC는 어느 전류 지령 값에서나 자동으로 제어 이득이 설정되어 최적의 전류제어가 되는 결과를 확인하였다.
대상 데이터
본 논문에서 사용된 460W 6/4 SRM의 형상은 Fig. 2와 같다. 고정자 및 회전자의 이중 돌극 구조와 여자방식에 따른 상간의 상호 인덕턴스를 무시하면, 각 상의 전압방정식은 상저항의 전압강하와 쇄교자속의 변화율의 합으로 나타내며 다음 식(1)과 같다.
이론/모형
퍼지 제어기는 오차와 오차의 변화량에 대해 퍼지 제어 법칙을 사용하며 앞의 수식(4)의 양변을 미분하고 디지털 제어로 표현하면 다음과 같다[3].
위의 자기동조 퍼지 제어기를 이용한 방법으로 Matlab/Simulink를 통하여 모델링한 전류 제어기는 Fig. 10과 같다.
본 논문에서 소개된 PICC와 STFCC의 비교분석을 위해 Matlab/Simulink를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션에 사용된 460W 3상 6/4 SRM의 정격사양은 Table 3과 같으며 전류제어 시뮬레이션 모델의 턴-온 선행각, 턴-오프 선행각은 각각 5°, 4°으로 설정하였고 정격속도 1150rpm, 정격전류 65A를 기준으로 하여 내림차순으로 65A, 50A, 35A에서의 전류파형을 정확한 비교를 위하여 정상상태 도달 후 각각 비교하였다.
성능/효과
본 논문에서는 SRM의 최적 전류제어를 위하여 위에서 제시한 두 가지 방법을 사용하였다. 두 가지 방법을 비교한 결과 전류 지령 값이 정격 전류에서 멀어질수록 제어 이득이 최적화 되지 않아 오버슈트가 커지는 PICC와는 달리 STFCC는 어느 전류 지령 값에서나 자동으로 제어 이득이 설정되어 최적의 전류제어가 되는 결과를 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
일반적인 PI 제어기의 단점은 무엇인가?
대부분의 전동기의 전류제어 방법에는 알고리즘과 제어 이득의 선정이 다른 제어기에 비해 상대적으로 간편한 PI 제어기를 이용한 방법이 주로 사용되어 왔다. 그러나 일반적인 PI 제어기는 SRM과 같이 고정자 권선의 전류 및 회전자의 위치마다 비선형적으로 파라미터가 급변하는 시스템의 경우 변하는 동작 지점마다 제어 이득을 조정해 주어야 하는 어려움이 발생한다. 본 논문에서는 비선형적으로 특성이 변하는 SRM 드라이브 시스템에 제어 성능이 우수한 자기동조 퍼지 제어기를 이용한 제어기법을 적용하여 비선형적인 파라미터의 변화에도 보다 안정적인 전류제어가 가능한 것을 보였다.
전동기의 전류제어 방법에는 어떤 방법이 주로 사용되어 왔는가?
본 논문은 가격이 저렴하고 친환경적이면서도 고성능, 고내구성, 구조적 단순함의 장점을 갖고 있어 최근에 폭넓은 관심을 받고 있는 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM: Switched Reluctance Motor)의 보다 정확하고 안정적인 전류제어 방법에 대해 설명한다. 대부분의 전동기의 전류제어 방법에는 알고리즘과 제어 이득의 선정이 다른 제어기에 비해 상대적으로 간편한 PI 제어기를 이용한 방법이 주로 사용되어 왔다. 그러나 일반적인 PI 제어기는 SRM과 같이 고정자 권선의 전류 및 회전자의 위치마다 비선형적으로 파라미터가 급변하는 시스템의 경우 변하는 동작 지점마다 제어 이득을 조정해 주어야 하는 어려움이 발생한다.
SRM은 어디에 적용되고 있는가?
SRM은 가격이 저렴하고 친환경적이면서도 고성능, 고내구성, 구조적 단순함으로 인해 최근에 폭넓은 관심을 받고 있고 직류직권전동기와 유사한 속도-토크 특성을 가지고 있어 다양한 분야에 적용되고 있다. 단점인 토크 리플과 소음문제는 지속적인 연구개발을 통하여 개선되고 있으며, 가전기기, 산업기기, 항공기, 선박뿐만 아니라 HEV(Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle)와 같은 전기자동차 등에 적용이 확대되고 있다[1][7].
참고문헌 (7)
Bimal K. Bose, “Power Electronics and Motor Drives Recent Progress and Perspective,” IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 56, No. 2, pp. 581-588, Feb 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TIE.2008.2002726
R. K. Mudi and N. R. Pal, "A Robust Self-Tuning Scheme for PI and PD Type Fuzzy Controllers," IEEE Trans. on Fuzzy Systems, vol.7, no.1, pp. 2-16, 1999. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/91.746295
Young-Real Kim, "A Study on the Gain Tuning of Fuzzy Logic Controller Superior to PI Controller in DC Motor Speed Control," Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, vol.28, no.6, pp30-39, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.5207/JIEIE.2014.28.6.030
R. Krishnan, "Switched Reluctance Motor Drives," CRC, 2001. DOI: http://dx.doi.org/10.1201/9781420041644
Gene Franklin, J.D. Powell, and Abbas Emami-Naeini, "Feedback Control of Dynamic Systems, 4th Edition, Prentice Hall, 2003.
I.K. Park, W.B. Lee, “Development of Current Control System Appropriate to a Big-Capacity LED Lamp using Microprocessor,” The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication (IIBC), Vol. 15, No. 4, pp. 191-198, Aug. 31, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.7236/JIIBC.2015.15.4.191
J.-M. Kwon, K.-J. Lee, H.-S. Ahn, “Controller Scheduling and Performance Analysisfor Multi-Motor Control,” The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication (IIBC), Vol. 15, No. 6, pp. 71-77, Dec. 31, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.7236/JIIBC.2015.15.6.71
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