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외란 관측기를 이용한 BLDCM의 위치 및 속도제어
The Position and Speed Control of the BLDC Motor Using the Disturbance Observer 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.15 no.5, 2020년, pp.899 - 906  

전용호 (중원대학교 항공정비학과)

초록
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전동기의 제어에 있어서 전동기의 수학적 모델 오차와 작용하는 외란에 대해서 강건하며 정밀한 제어의 성능을 요구한다. 강건하며 정밀한 제어를 위하여 외란 관측기를 설계하여 부하변동을 추정하고, 공칭 시스템으로 설계된 백스텝핑 제어기에 적용하였다. 설계된 시스템의 제어 성능을 확인하고자 120 [W]급의 BLDCM(Brushless Direct Current Motor)에 적용하여, 위치제어 및 속도제어의 결과 외란을 극복하고 정상상태 오차가 영으로 수렴하며, 점근적 안정한 결과를 확인할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Motor control requires robust and precise control performance even in the presence of errors in the mathematical model of the motor and disturbances acting on the motor. For robust and precise control, a disturbance observer was designed to estimate the load fluctuation and applied to a back-steppin...

주제어

#외란 관측기   #위치 제어   #속도 제어   #백스텝핑 제어   #BLDC 전동기  

표/그림 (6)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 BLDC 전동기의 강건한 위치 및 속도제어를 위하여 백스텝핑 제어기를 구성한다[4-10]. 2장에서는 위치제어를 위한 공칭 시스템은 2차이므로 외란 관측기도 2차 필터로 설계를 하고, 속도 제어를 위한 공칭 시스템은 1차로 그에 맞춰 외란 관측기를 1차 필터로 설계를 한다[1-3].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전동기를 이용하는 장점은 무엇 때문인가? 전기를 사용하여 동력을 얻는 전동기는 여러 산업분야에서 많은 사용이 되어왔으며, 현재는 전기자동차의 핵심 부품이 되고, 점차 내연기관의 동력 장치를 대체해나가고 있다. 전동기를 이용하는 장점은 전기를 에너지원으로 이용하는 장점과 조작 및 사용의 편리함이 있기 때문이다.
BLDC 전동기의 피드백 제어 시스템은 어떤 제어기들이 존재하는가? BLDC 전동기를 제어하기 위해 구성된 피드백 제어 시스템은 두 개의 상태를 제어하는 제어기가 필요하다. 전동기 회전축의 위치나 속도 상태를 제어하는 것과 고정자에 흐르는 전류를 제어함으로 출력 토크를 조절하는 제어기가 존재한다. 정밀한 제어를 위해서는 전동기의 수학적 모델이 정확한 것이 유리하지만, 실제로는 수학적 모델의 오차가 존재하고 외란이 존재함으로 이를 고려하여 제어기를 구성하는 것이 더 좋은 성능을 얻는 방법이다.
좋은 성능을 얻기 위해 제어기를 어떻게 구성해야 하는가? 전동기 회전축의 위치나 속도 상태를 제어하는 것과 고정자에 흐르는 전류를 제어함으로 출력 토크를 조절하는 제어기가 존재한다. 정밀한 제어를 위해서는 전동기의 수학적 모델이 정확한 것이 유리하지만, 실제로는 수학적 모델의 오차가 존재하고 외란이 존재함으로 이를 고려하여 제어기를 구성하는 것이 더 좋은 성능을 얻는 방법이다.
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참고문헌 (12)

  1. K. Ohnishi, "A new servo method in mechatronics," Trans. of Japanese Society of Electrical Engineers, vol. 107-D, 1987, pp. 83-86. 

  2. J. Back and H. Shim, "Adding robustness to nominal output feedback controllers for uncertain nonlinear systems: A nonlinear version of disturbance observer," Automatica, vol. 44, no. 10, 2008, pp. 2528-2537. 

    상세보기

  3. J. Back and H, Shim, "An inner-loop controller guaranteeing robust transient performance for uncertain MIMO nonlinear systems," IEEE Trans. on Automatic Control, vol. 54, no. 7, 2009, pp. 1601-1607. 

  4. 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. 

  5. 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. 

  6. Y-H. Jeon and M-H. 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. 

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

  8. 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), Hammamet, Tunisia, vol. 3, 2004, pp. 1287-1292. 

  9. S. Rebouh, A. Kaddouri, R. Abdessemed, and A. Haddoun, "Adaptive Back stepping speed Control for a Permanent Magnet Synchronous Motor," Management and Service Science (MASS) 2011 Int. Conf., Wuhan, China, 2011, pp. 1-4. 

  10. 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, Hangzhou, China, vol. 2, 2009, pp. 343-346. 

  11. S. Back, "A Study on the Design and Implementation of 2-phase BLDC Fan Motor with 1-horsepower Class for Air Conditioning," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 13, no. 4, Aug. 2018, pp. 760. 

  12. H. Kwon, "Knee Rehabilitation System through EMG Signal analysis and BLDC Motor Control," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 14, no.5, Oct. 2019, pp. 1009-1018. 

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