초록

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본 논문에서는 Motorola사의 MPC555마이크로프로세서를 탑재하여 개발한 제어보드가 소개된다. 이 보드를 사용하여 하이브리드 전기자동차의 발전기를 제어하는 실험을 수행하였다. MFC555는 전력시스템 제어에 필요한 다양한 입출력 장치를 내장하고 있어서 통합제어를 위한 one-chip solution을 가능하게 해 준다. MPC555는 내부 플래시 메모리가 비교적 대용량(448kbytes)이고 부동 소수점 연산이 가능하다. 또한 A/D 채널이 32개이고 SPI(Serial Peripheral Interface) 모듈 1개, SCI(Serial Communication Interface) 모듈 2개, CAN(Contol Area Network) 모듈 2개 등의 다양한 통신채널을 내장하고 있다. MPC555는 TPU(Time Processing Unit) 채널 32개로 다양한 timing function을 구현할 수 있게 해 준다. 개발된 제어 보드를 이용하여 하이브리드 전기자동차의 유도발전기 시스템에 대한 축소 시뮬레이션을 수행하였다.

본 논문에서는 Motorola사의 MPC555마이크로프로세서를 탑재하여 개발한 제어보드가 소개된다. 이 보드를 사용하여 하이브리드 전기자동차의 발전기를 제어하는 실험을 수행하였다. MFC555는 전력시스템 제어에 필요한 다양한 입출력 장치를 내장하고 있어서 통합제어를 위한 one-chip solution을 가능하게 해 준다. MPC555는 내부 플래시 메모리가 비교적 대용량(448kbytes)이고 부동 소수점 연산이 가능하다. 또한 A/D 채널이 32개이고 SPI(Serial Peripheral Interface) 모듈 1개, SCI(Serial Communication Interface) 모듈 2개, CAN(Contol Area Network) 모듈 2개 등의 다양한 통신채널을 내장하고 있다. MPC555는 TPU(Time Processing Unit) 채널 32개로 다양한 timing function을 구현할 수 있게 해 준다. 개발된 제어 보드를 이용하여 하이브리드 전기자동차의 유도발전기 시스템에 대한 축소 시뮬레이션을 수행하였다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 또한 개발 과정에서의 디버깅 목적으로 D/A 변환도 가능해야 한다. 본 연구에서는 개발된 제어시스템의 구성 및 사양과 활용에 대해 소개한다. 개발된 제어 보드는 기본적으로 전동기 2대를 동시 구동할 수 있도록 설계되었다.
• 필요하다. 본 연구에서는 엔진을 토크제어하고 발전기에 해당하는 유도 전동기를 속도제어함으로서 발전제어를 수행했다. 발전 제어 알고리즘의 기본 개념도를 그림 3에 나타냈다.
• 본 연구에서는 하이브리드 전기자동차의 발전기 제어용 MPC₅₅5 보드의 개발 및 성능 검증이 수행되었다. 자동차용 제어기의 특성상 one-chip solution을 찾아야 한다는 점에서 MPC₅₅5가 지니는 장점 및 선정 근거가 논의되었다.

제안 방법

• 인버터 한 대를 구동하기 위해 6개의 외부 게이트가 필요하다. 개발된 보드에서는 EPLD를 사용하여 외부 게이트를 대체했다. 또한 제어 주기를 스위칭 주기보다 더 빠르게 할 수는 없다는 단점도 있다.
• 본 연구에서는 개발된 제어시스템의 구성 및 사양과 활용에 대해 소개한다. 개발된 제어 보드는 기본적으로 전동기 2대를 동시 구동할 수 있도록 설계되었다. A/D 입력 8채널, 게이팅신호 발생부 2 세트, 엔코터 신호 입력부 2세트가 설계되어 있다.
• 현재 MPC555 코어의 동작 주파수는 40MHz이나 향후 90MHz의 새 버전 출시가 예상되고 있어 이 문제는 상당부문 해결될 것으로 보인다. 개발된 제어보드로 하이브리드 전기자동차의 발전기 제어를 수행하여 보드의 성능을 실험으로 검증하였다. 엔진의 효율을 높이기 위해 엔진은 특정 속도-토크 패턴을 따라 운전해야 하는데 본 실험에서는 DC전동기를 엔진용으로 모의하여 토크제어를 하고 유도전동기를 발전기용으로 하여 속도제어를 하는 실험을 수행하였다.
• 적용했다. 그리고 MPC₅₅5의 게이팅 발생 특성상 2 샘플 지연이 있으므로 전류 prediction을 하여 게이팅시간을 계산했다. 정격 속도 이상에서는 약계자 제어를 수행하여 제안된 전압으로 필요한 속도를 얻을 수 있게 했다.
• 연구에서는 발전기 구동용 엔진을 DC 전동기로 대체하여 실험하였다. 두 대의 전동기를 구동할 수 있도록 설계된 MPC₅₅5보드로 유도발전기와 엔진용 DC 전동기를 동시에 제어함으로서 개발된 보드의 성능을 검증한다.
• 엔진의 효율을 높이기 위해 엔진은 특정 속도-토크 패턴을 따라 운전해야 하는데 본 실험에서는 DC전동기를 엔진용으로 모의하여 토크제어를 하고 유도전동기를 발전기용으로 하여 속도제어를 하는 실험을 수행하였다. 발전기 제어 알고리즘을 개발된 보드를 이용하여 실험함으로써 개발한 보드의 성능을 입증하였다.
• 마지막으로 개발 단계의 디버깅 목적으로 D/A 출력이 필요하다. 별도의 serial D/A 컨버터 보드에 인터페이스 해서 출력을 볼 수 있게 하기 위해 MPC₅₅5의 SPI 모듈을 이용하여 데이터를 전송할 수 있게 했다.
• 개발된 제어보드로 하이브리드 전기자동차의 발전기 제어를 수행하여 보드의 성능을 실험으로 검증하였다. 엔진의 효율을 높이기 위해 엔진은 특정 속도-토크 패턴을 따라 운전해야 하는데 본 실험에서는 DC전동기를 엔진용으로 모의하여 토크제어를 하고 유도전동기를 발전기용으로 하여 속도제어를 하는 실험을 수행하였다. 발전기 제어 알고리즘을 개발된 보드를 이용하여 실험함으로써 개발한 보드의 성능을 입증하였다.
• 본. 연구에서는 발전기 구동용 엔진을 DC 전동기로 대체하여 실험하였다. 두 대의 전동기를 구동할 수 있도록 설계된 MPC₅₅5보드로 유도발전기와 엔진용 DC 전동기를 동시에 제어함으로서 개발된 보드의 성능을 검증한다.
• 그러기 위해서는 다양한 입출력 장치를 내장한 마이크로 프로세서를 신중히 선정하지 않으면 안 된다. 이러한 요구에 따라 본 연구에서는 여러 종류의 마이크로 프로세서를 비교, 분석한 결과 Motorola사의 MPC555가최적이라 판단하고 선정된 CPU로 제어보드를 개발했다. MPC₅₅5의 TPU3 모듈은 코어와는 별도의 마이크로 엔진으로서 다양한 timing function을 만들 수 있어서 전동기를 구동하는데 있어 필수인 PWM 게이팅신호 발생을 수월하게 할 수 있게 해 준다.
• 그 밖에 전기자동차 제어의 시스템 특성상 필요로 하는 다수의 디지털 입출력 핀을 확보할 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점을 바탕으로 선정된 MPC₅₅5 마이크로 프로세서로 제어 보드를 제작하여 실제로 발전기 제어에 적용해 봄으로써 개발된 제어보드의 성능을 실험으로 입증하였다.

대상 데이터

• 미리 정의된 기능 중 FQD(Fast Quadrature Decode)를 이용하여 엔코 더 신호를 입력 받는다. TPU3 채널 2개를 이용하여 4채배된 엔코더 신호를 입력받아 edge의 카운트 개수와 발생 시간 시점 정보를 받을 수 있다. 이 정보를 이용하여 M/T 방식의 속도 측정이 가능하다.

성능/효과

• MPC₅₅5는 전동기 제어에 필요한 여러 외부장치들이 내장되어 있고 다수의 디지털 입출력 핀을 제공할 수 있다는 점에서 전기자동차 및 일반 전력 시스템 제어기의 마이크로프로세서로서 적합하다. 보드를 개발하여 테스트를 해 본 결과 MPC₅₅5의 가장 큰 단점으로서는 수행속도를 꼽을 수 있다. 현재 MPC555 코어의 동작 주파수는 40MHz이나 향후 90MHz의 새 버전 출시가 예상되고 있어 이 문제는 상당부문 해결될 것으로 보인다.

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