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외란 관측기를 이용한 BLDC 전동기의 속도제어
Speed Control of the BLDC Motor using the Disturbance Observer 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.11 no.10, 2016년, pp.955 - 962  

전용호 (중원대학교 메카트로닉스학과)

초록
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본 논문은 BLDC 전동기의 정밀한 속도제어를 위하여 외란 관측기의 설계 및 영향을 제거하는 제어기 설계방법을 제안한다. BLDC 전동기의 외부에서 회전축에 작용하는 부하의 변동과 전기적인 시스템에서 발생하는 역기전력을 외란으로 가정하고, 외란은 구간에 대한 상수로 가정하여 루엔버거 관측기를 설계한다. 시스템 상태에 대한 관측기의 오차가 0으로 수렴할 수 있도록 적절한 이득을 설정하는 방법을 보이고, 추종성능을 향상시킬 수 있는 적절한 PI제어기의 이득을 설정하기 위한 방법을 제시한다. 제안된 제어기를 120W급의 BLDC 전동기에 적용하여 속도 그리고 전류 레퍼런스를 추종하는 능력을 시뮬레이션 시험하였다. 상수부하의 변동을 외란으로 적용하였고, 그 결과 설계된 제어기의 정상상태 오차가 0.1 [%] 이내를 가짐으로 상태 추종성능에 대해 유용한 제어기임을 보일 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a design method for speed controller, current control of a Brushless Direct Current(: BLDC) motor using disturbance rejection techniques. Disturbance assumes a back electromotive force occurring in the electrical system and the variation of the load acting on the rotary sha...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 BLDC의 정밀한 제어를 위한 외란에 대해 추정하여 제거할 수 있는 제어기 설계 방법을 제안하였다. 먼저, 외란에 대한 루엔버거 관측기를 설계하였고, 관측기로부터 추정된 외란상태를 이용하여 속도 및 전류제어를 위해 각각 PI제어기를 설계하였다.
  • 본 논문은 BLDC 전동기의 정밀한 제어를 위하여 외란 제거기가 결합된 PI 제어기를 구성한다. 외란은 기계적인 부하변동과 전기적인 역기전압을 포함하여 두 가지 관측기가 결합된 루엔버거 관측기가 사용되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DC전동기가 금속형태의 접점인 브러쉬를 가지는 이유는? 회전자가 코일인 DC전동기는 전류의 극성을 일정한 방향으로 유지하기 위해 금속형태의 접점인 브러쉬를 가진다. 접점의 교번으로 인한 전기적인 스파크와 회전시 마찰로 인한 마모로 브러쉬는 영구적인 사용이 불가능하다.
전동기의 제어성능은 무엇으로 판단할 수 있는가? 현재 사용되는 BLDC 전동기의 정밀한 제어를 위한 많은 연구가 되고 있다[1-8]. 전동기의 제어성능은 기준속도에 대한 도달시간, 과도 상태에서의 최대 오버슈트, 그리고 정상상태의 오차 등으로 판단할 수 있다. 이러한 제어기의 성능에 지대한 영향을 미치는 요소 중 하나는 부하 변동으로 수학적 모델을 이용하여 적응법칙을 유도하여 제어기에 포함하는 방식의 적응 제어가 연구되었다[4-8].
전동기의 제어성능에 영향을 미치는 요소는 무엇이 있는가? 전동기의 제어성능은 기준속도에 대한 도달시간, 과도 상태에서의 최대 오버슈트, 그리고 정상상태의 오차 등으로 판단할 수 있다. 이러한 제어기의 성능에 지대한 영향을 미치는 요소 중 하나는 부하 변동으로 수학적 모델을 이용하여 적응법칙을 유도하여 제어기에 포함하는 방식의 적응 제어가 연구되었다[4-8]. 하지만 정밀한 제어를 하기 위해서는 부하에 대한 추정 모델과 시스템의 수학적 모델이 정밀하게 구성되어야 하는데, 이는 수학적인 복잡함이 증가되어 안정된 제어기를 구성하는데 어려움이 가중된다.
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참고문헌 (9)

  1. 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. 

  2. 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. 

  3. S. Kwak, H. Kim, and J. 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, 2014, pp. 83-90. 

  4. Y. Jeon and M. Cho, "A Speed Control of BLDC Motor using Adaptive Back stepping Technique," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 8, 2014, pp. 899-905. 

  5. 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. 

  6. L. Dongliang and Z. Lixin, "Application of back stepping control in PMSM servo system," Electronic Measurement & Instruments 2009, ICEMI '09. 9th Int. Conf. on, vol. 3, Beijing, China, Aug. 2009, pp. 638-641. 

  7. 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, Hammamet, Tunisia, Dec. 2004, pp. 1287-1292. 

  8. 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. 

  9. G. Herbst, "A Simulative Study on Active Disturbance Rejection Control (ADRC) as a Control Tool for Practitioners," Electronics, vol. 2, 2013, pp. 246-279. 

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