[논문]교류 전동기의 PI 전류제어를 위한 시스템 파라미터 계측법

최중경

doi:10.17661/jkiiect.2023.16.5.223

교류 전동기의 PI 전류제어를 위한 시스템 파라미터 계측법
Measurement strategy of a system parameters for the PI current control of the A.C. motor 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.16 no.5, 2023년, pp.223 - 229

최중경 (Department of Electronics Engineering, Changwon National University)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 벡터제어 기법을 적용하는 교류 전동기 PI(비례-적분) 전류제어를 위한 주요 시스템 파라미터를 측정하는 방법을 제시한다. 전류제어를 위해서 PI 제어입력은 여러 선택적 방법에 의해 튜닝될 수 있다. 그 여러 방법들 중에서 주요 계통 파라미터인 권선 저항과 인덕턴스를 이용하는 방법이 빈번히 사용된다. 본 연구에서는 단순 궤환 제어의 결과들을 통해서 이 두 파라미터를 분석, 계측하는 기법을 제시한다. 이 분석적 측정 방법은 단위 계단 또는 다중 계단 기준 명령에 대해 단순 비례 궤환 이득을 이용하는 P 제어의 출력들을 분석하여 단계적으로 파라미터들을 계측해 내는 방법이다. 이 기법은 실시간적인 해석적 계측 방법으로 추가 계측 회로들 및 복잡한 계측 알고리즘들을 사용하지 않고 교류전동기의 벡터제어를 위한 토크성분과 자속성분 전류 제어이득을 같이 연산할 수 있는 방법이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This Paper propose the method that measure main system parameters for PI(proportional-integral) current control of a.c. motor adopting the vector control technique. For current control, the PI control input is could be tuning by several selective methods. Among the several methods, the method that using the main system parameters, wire resistance and inductance, are frequently used. In this study, the technique to dissect and measure these two system parameters through the results of simple feedback control. This analytic measurement method is measuring parameters step by step dissecting the results of P control using simple proportional feedback gain about the unit step or multiple step reference command. This strategy is an real time analytic measurement method that calculate current control gains of torque component and flux component both for vector control of A.C. motor without introducing the further measurement circuits and complex measuring algorithms.

주제어

표/그림 (10)

그림 그림 1. 교류 전동기 PI 전류제어 블럭도 Fig. 1. A.C. motor PI current control block diagram
그림 그림 2. 교류 전동기 전류제어 파라미터 분석을 위한 비례 궤환 테스트 입력 인가 Fig. 2. Proportional feedback test input for analyzing A.C. servo motor current control parameters
그림 그림 3. 일차 지연 시스템에 대한 스텝 입력- 출력 응답의 분석 Fig. 3. The analysis of output response to step input about the first order delay system
그림 그림 4. 일차지연 시스템에 대한 스텝전압 입력시스템과 스텝 전류지령-비례궤환 제어시스템의 출력 비교 분석 Fig. 4. Output analysis of the step voltage input syst em and step current command-proportional feedback control system about first order delay system
그림 그림 5 비례 궤환제어를 적용하는 3상 여자 스텝 전류제 어시스템의 시뮬레이션 회로 Fig. 5. The simulation circuit of three phase excitatio n step current control system adopting proportional f eedback control
그림 그림 6. 비례 궤환제어를 적용하는 3상 여자 스텝 전류제 어시스템의 시뮬레이션 결과(K_p-test =0.1, i_c-ref =10A) Fig. 6. The simulation results of three phase excitati on step current control system adopting proportional feedback control (K_p-test =0.1, i_c-ref =10A)
그림 그림 7. 전류제어 이득 오토튜닝을 위한 교류 서보전동기 6 스텝구동 제어 및 계측 판넬 Fig. 7. AC servo motor 6 step driving control and me asurement panel for auto tuning of current control gain
그림 그림 8. 비례 테스트 이득 입력에 의한 U상 전류제어 실 험 결과(U 상 전류 정상상태 평균치 계측) Fig. 8. The experimental results of U phase current control by the proportional test gain input(measureme nt of the average steady state U phase current)
그림 그림 9. 비례 테스트 이득 입력에 의한 U상 전류제어 실 험 결과(시상수 T 의 계측) Fig. 9. The experimental results of U phase current control by the proportional test gain input(measureme nt of the time constant T)
표 표 1. 동일한 전동기에 대한 다양한 조건에서의 비례 제어 실험 결과 및 파라미터 계산치들 Table 1. The results of Proportional control and calculations of parameters on various driving conditions about the same motor

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 교류전동기의 PI 전류제어를 위한 주 시스템 파라미터인 결선된 전동기의 전체 저항과 인덕턴스를 소프트웨어적으로 구현되는 실험적인 구동을 통해 자동 측정하는 방법을 제안한다.
그런 이유로 현장에서는 여러 이득 선택법을 혼합한 경험적인 이득 선택법을 사용하게 되었고, 이를 위해 결국 경험이 많은 제어 엔지니어의 도움이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 제어 전문가가 아니더라도 컴퓨터만 다룰 줄 안다면 간단한 운영에 의해 PC 상에서 제공된 메뉴에 따라 시스템 파라미터를 계측하고 이득을 설정하는 과정이 자동으로 수행될 수 있는 방법을 제안한다. 특히 제안하는 방법의 효과는 전동기 계통의 전류제어를 위한 파라미터를 계통이 응용 시스템에 장착된 상태에서 현장의 상황이 그대로 반영되는 상황에서 실시간으로 계측한다는 것이다.

제안 방법

이번 절에서는 실제 교류 서보전동기에 적절한 테스트 비례이득을 갖는 비례 제어 입력을 인가해 얻은 실험적 결과들을 분석하여 직접 전동기 전류제어 파라미터들을 측정한다. 아래 그림7은 이러한 파라미터 측정을 위해 제작된 PC 프로그램 판넬을 보여준다.

성능/효과

시뮬레이션 결과를 보면 정상상태 출력의 계측과 과도응답의 계측이 정확히 이루어질수록 시스템 파라미터의 연산 결과가 실제 값과 거의 같게 나타남을 알 수 있다. 그리고 계측이 제어를 통해 이루어지므로 전동기 권선에 부담을 줄 일이 없다.
본 논문에서는 제어 전문가가 아니더라도 컴퓨터만 다룰 줄 안다면 간단한 운영에 의해 PC 상에서 제공된 메뉴에 따라 시스템 파라미터를 계측하고 이득을 설정하는 과정이 자동으로 수행될 수 있는 방법을 제안한다. 특히 제안하는 방법의 효과는 전동기 계통의 전류제어를 위한 파라미터를 계통이 응용 시스템에 장착된 상태에서 현장의 상황이 그대로 반영되는 상황에서 실시간으로 계측한다는 것이다. 이를 통하여 현장의 다양한 변화성에 적응하면서 안정하게 전류 이득을 튜닝하기 위한 계통정보 측정의 기본 과정을 제시한다.

후속연구

본 논문에서는 전류 출력 값에 평균치 필터를 사용하는 개선된 방법을 제안하였지만 지연이 거의 없으면서 필터링 효과가 좋은 필터의 적용 문제는 조금 더 연구가 필요한 분야라 생각되고, 본 연구의 추후 과제라 할 것이다. 그리고 비례테스트 이득을 선정하는 기준과 이득의 변화에 따른 계측 결과의 비교 분석 역시 추후 연구가 필요하다. 지금까지는 이득을 계측된 저항 값과 유사한 값으로 설정하고 지령 전류치를 변화시키면서 계측하는 방법이 조금 더 안정된 테스트 방법이라 생각된다.
이 시간 측정은 과도 과정 중에 전류 상승에 약간의 왜곡(전류제어 입력의 급격한 변화)이 발생해도 측정값에 변화가 심하게 발생한다. 본 논문에서는 전류 출력 값에 평균치 필터를 사용하는 개선된 방법을 제안하였지만 지연이 거의 없으면서 필터링 효과가 좋은 필터의 적용 문제는 조금 더 연구가 필요한 분야라 생각되고, 본 연구의 추후 과제라 할 것이다. 그리고 비례테스트 이득을 선정하는 기준과 이득의 변화에 따른 계측 결과의 비교 분석 역시 추후 연구가 필요하다.

참고문헌 (8)

Sang-Hoon Kim, DC, AC, BLDC Motors, 3rd？ed, Bogdoo, 2018.？
Astrom, K. J. and T. Hagglund(1983).？"Automatic Tuning of PID Controllers,"？Instrument Society of America, 1988.
B. C. Kuo, Automatic Control Systems, 10th？ed, New Jersey, NJ: McGraw-Hill, 2017.
Seung-Rohk Oh. "PID Autotuning Algorithm？ Based on Saturation Function Feedback," Journal of IEEE Koreal, 2(2);98-104, 1998
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상세보기
Y. I. Son, J. K. Jung, and S. Y. Jang, "Comparative analysis on transfer functions of a？ PI controller and PI observer-based controllers," INFORMATION AND CONTROL SYMPOSIUM , 2017, pp. 326-327.
H. W. Park, H. J. Kim, K. M. Kim, M. S. Choi, and T. W. Kim, "Study on PI and I-P controller Design of AC Servo SPMSM," Power Electronics Conference , 2018, pp. 406-407.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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