초록

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산업분야의 통신시스템에는 주로 RS232C 통신, RS485 통신, CAN 통신 등이 주로 사용되었다면 근래에는 고속통신이 가능하며 공장 자동화(CIM)나 시스템 통합에 편리한 이더넷통신이 사용되고 있는 추세이다. 즉, 기존의 PC와 프로세서간의 통신의 방식에서 랜 선을 이용하여 원거리에서 프로세서의 제어와 모니터가 가능하도록 구현되는 실정이다. 이더넷을 통해 연결된 시스템은 $10Mbps{\sim}100Mbps$의 빠른 속도로 모니터링과 제어가 가능하여 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 승압형 컨버터를 구현하기 위하여 마이크로프로세서는 컨버터의 입력전압과 출력전압이 필요하며 이를 마이크로프로세서 내부에 있는 12비트A/D변환기로 구현하였다. 전압 제어를 위해서 본 논문에서는 25us 마다 PWM의 ON/OFF 폭을 미리 예측한 후 타이머를 이용하여 A/D 변환을 하도록 하였다. 원 칩 마이크로프로세서인 DSP(TMS320F2812)의 PWM 기능을 이용하여 승압형 컨버터에서 출력되는 전압을 계측하여 PID 제어이론을 바탕으로 전압을 제어하였다.

산업분야의 통신시스템에는 주로 RS232C 통신, RS485 통신, CAN 통신 등이 주로 사용되었다면 근래에는 고속통신이 가능하며 공장 자동화(CIM)나 시스템 통합에 편리한 이더넷통신이 사용되고 있는 추세이다. 즉, 기존의 PC와 프로세서간의 통신의 방식에서 랜 선을 이용하여 원거리에서 프로세서의 제어와 모니터가 가능하도록 구현되는 실정이다. 이더넷을 통해 연결된 시스템은 $10Mbps{\sim}100Mbps$의 빠른 속도로 모니터링과 제어가 가능하여 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 승압형 컨버터를 구현하기 위하여 마이크로프로세서는 컨버터의 입력전압과 출력전압이 필요하며 이를 마이크로프로세서 내부에 있는 12비트A/D변환기로 구현하였다. 전압 제어를 위해서 본 논문에서는 25us 마다 PWM의 ON/OFF 폭을 미리 예측한 후 타이머를 이용하여 A/D 변환을 하도록 하였다. 원 칩 마이크로프로세서인 DSP(TMS320F2812)의 PWM 기능을 이용하여 승압형 컨버터에서 출력되는 전압을 계측하여 PID 제어이론을 바탕으로 전압을 제어하였다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법

문제 정의

• 본 논문에서는 이더넷 통신에 의한 부스트 컨버터의 원격제어 및 모니터링 시스템을 구현하였다. 이를 위해 DSP(TMS320F2812)를 사용하여전압, 전류 제어기는 비례적분(PI) 제어기로 설계하였다.

제안 방법

• 본 논문에서는 이렇게 하여 구성된 제어기를 승압형 컨버터의 원격제어에 적용하였으며, 과도 상태에서의 출력 특성, 정상 상태에서의 출력 특성, 부하전류에 따른 출력전압의 변화 등을 관찰하였다. PC 상에서 출력전압의 상태, PWM의 Duty, 기준 값과의 오차 그리고 PI 제어기의 내부 파라미터 등을 모니터링 하였으며, PC상에서 기준 값을 변경하면서 출력 전압의 값을 관찰하여 원격제어가 잘 이루어지는지를 확인하였다.
• 본 논문에서는 승압형 컨버터로써 Boost 컨버터를 사용하였으며 25~50[V]의 입력전압으로 40[V]~80[V]의 출력전압을 이더넷을 이용한 원격으로 제어하고 이때 스위칭 주파수 40KHz의 사양으로 선정하였다. PWM의 제어는 12 비트의 AD 컨버터를 이용하여 출력전압을 샘플링하였으며, 이렇게 하여 얻어진 출력 전압을 PWM 제어에 이용하였다. 퍼지나 신경망, 유전자(Genetic) 알고리즘과 같은 많은 현대 제어이론이 제안되고 있음에도 불구하고 산업현장에서 가장 많이 사용되고 있는 것은 고전적인 비례적분(PI) 제어기나 비례적분미분(PID) 제어기다.
• Vin, Iin, Vo의 값을 구하기 위해 각각의 A/D 연산 결과 값에 이득값 Kv, Ki, Ko를 곱하여 디지털 제어기를 구현하였다. 컨버터의 안정성을 고려하여 Vin과 Vo의 경우 각각 80V와 120V에서 과 전압 보호를하였고 Iin의 경우 8A이상 흐를 경우 과전류 보호를 하였다.
• 대표적인 하드웨어 스택으로는 Wiznet에서나온 W3150+ 칩을 사용하였다. W3150+에서는 ARP, ICMP 등과 같은프로토콜은 하드웨어적으로 구성하여 간단히 'ping'을 이용하여 하드웨어를 시험할 수 있고 본 논문에서 사용한 프로토콜은 TCP/IP 프로토콜을 이용하여 부스트 컨버터의 내부 파라미터나 PID 제어기의 각종 파라미터를 모니터링하고 아울러 컨버터의 원하는 출력전압을 원격에서 제어할 수 있는 시스템을 구성하고자 한다.
• 본 논문에서는 승압형 컨버터로써 Boost 컨버터를 사용하였으며 25~50[V]의 입력전압으로 40[V]~80[V]의 출력전압을 이더넷을 이용한 원격으로 제어하고 이때 스위칭 주파수 40KHz의 사양으로 선정하였다. PWM의 제어는 12 비트의 AD 컨버터를 이용하여 출력전압을 샘플링하였으며, 이렇게 하여 얻어진 출력 전압을 PWM 제어에 이용하였다.
• 이러한 제어기들은 그 구조가 간단하고 구현하기 쉬우며, 또한 빠른 응답 특성을 가지기 때문에 여러 분야에서 아직까지 제어기로서 사용되고 있다. 본 논문에서는 이렇게 하여 구성된 제어기를 승압형 컨버터의 원격제어에 적용하였으며, 과도 상태에서의 출력 특성, 정상 상태에서의 출력 특성, 부하전류에 따른 출력전압의 변화 등을 관찰하였다. PC 상에서 출력전압의 상태, PWM의 Duty, 기준 값과의 오차 그리고 PI 제어기의 내부 파라미터 등을 모니터링 하였으며, PC상에서 기준 값을 변경하면서 출력 전압의 값을 관찰하여 원격제어가 잘 이루어지는지를 확인하였다.
• 이더넷을 구현하기 위해서는 마이크로프로세서를 이용하여 ARP, ICMP, UDP, IP, TCP 등과 같은 프로토콜을 소프트웨어적으로 구현해야하는 어려움이있다. 본 논문에서는 이와 같은 프로토콜을 하드웨어 적으로 구현된 하드웨어 스택을 사용하였다. 대표적인 하드웨어 스택으로는 Wiznet에서나온 W3150+ 칩을 사용하였다.
• 이를 위해 DSP(TMS320F2812)를 사용하여전압, 전류 제어기는 비례적분(PI) 제어기로 설계하였다. 승압형 컨버터를 구현하기 위해서는 입력전압과 인덕터 전류 및 출력전압에 대한 정보가 필요하며, A/D 변환기를 사용하여 각각의 정보를 수집하여 최종적인 연산결과를 PWM으로 출력하여 원하는 출력전압을 얻게 되었다. 이더넷 통신은 기존의 직렬 통신에 비해 복잡하지만 구현이 되면 어느 곳에서나 제어가 가능하다는 장점이 있다.
• 비 정상동작 되었을 때 PWM을 차단함으로써 컨버터의 오동작을 방지하였다. 승압형 컨버터의 출력전압을 일정하게 동작하는 제어기로 기준전압 (Vref)과 실제 출력값(Vo)을 입력받아 전압오차 Verr가 적어지도록 비례(P), 적분(I), 제어기를 구성하였다.
• 시스템을 구현하였다. 이를 위해 DSP(TMS320F2812)를 사용하여전압, 전류 제어기는 비례적분(PI) 제어기로 설계하였다. 승압형 컨버터를 구현하기 위해서는 입력전압과 인덕터 전류 및 출력전압에 대한 정보가 필요하며, A/D 변환기를 사용하여 각각의 정보를 수집하여 최종적인 연산결과를 PWM으로 출력하여 원하는 출력전압을 얻게 되었다.

대상 데이터

• 이더넷을 구현하기 위하여 Wiznet에서 나온 W3150A+칩을 사용하였다. 이 칩의 특징으로는 이더넷에 필요한 기능이 내장되어 있기 때문에 해당 레지스터를 설정하여 주면 어렵지 않게 이더넷 통신을 구현할 수 있다.

이론/모형

• 사용하였다. 전압 PI 제어기의 포화 동작을 방지하기 위해 Anti-windup을 사용하였다.

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이 논문을 인용한 문헌

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