초록 ▼

유도전동기의 고성능 제어를 위해서는 벡터제어가 필수적이며, 또한 벡터제어는 정밀한 전류제어를 필요로 한다. 산업현장에서 일반적으로 사용되는 PI제어기는 과도상태시 인버터의 포화에 기인하여 windup 현상을 갖게 되는데, 제시한anti-windup 기법을 응용하면 오버슈트가 없는 빠른 전류응답을 얻을 수 있다. 즉, 과도상태시 전류제어기의 출력이 너무 커서 인버터 출력이 포화될 때, 제어기 출력과 인버터 출력의 차를 적분기 입력에 궤환함으로써 적분기의 windup을 방지할 수 있다. 이 기법은 속도PI제어기에도

유도전동기의 고성능 제어를 위해서는 벡터제어가 필수적이며, 또한 벡터제어는 정밀한 전류제어를 필요로 한다. 산업현장에서 일반적으로 사용되는 PI제어기는 과도상태시 인버터의 포화에 기인하여 windup 현상을 갖게 되는데, 제시한anti-windup 기법을 응용하면 오버슈트가 없는 빠른 전류응답을 얻을 수 있다. 즉, 과도상태시 전류제어기의 출력이 너무 커서 인버터 출력이 포화될 때, 제어기 출력과 인버터 출력의 차를 적분기 입력에 궤환함으로써 적분기의 windup을 방지할 수 있다. 이 기법은 속도PI제어기에도 그대로 적용될 수 있다.인버터를 공간벡터 PWM 기법으로 제어할 때, 출력전압을 육각형 전압벡터도에 내접하는 원으로 제한하지 않고 육각형 전체 영역을 이용하면 인버터 이용율이 0.906에서 0.955로약 5% 증가되므로 과도상태시 전류응답의 rising time이 단축된다. 위의 두 경우의 risingtime을 비교하면 1.6ms에서 0.9ms로 빨라졌으며, anti-windup이 없는 경우와 비교하면anti-windup이 있는 경우에서는 오버슈트가 제거되었다. 또한, anti-windup기법을 전동기의 속도제어에 적용하면 속도응답을 개선할 수 있다. 기준속도의 스텝변동시, 동일한rising time의 조건에서 anti-windup이 없는 경우는 26%의 오버슈트가 발생하나anti-windup을 적용한 경우는 오버슈트가 전혀 발생하지 않았다. 오버슈트가 없도록 제어기이득을 낮게 설정한 anti-windup이 없는 경우와 비교하면 rising time이 270ms에서 120ms로 두 배 이상 빨라졌다. 또한, 부하의 스텝인가에 대해서도 anti-windup 제어에 위해 오버슈트가 없는 결과를 얻었다.제시한 알고리즘은 ACSL을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 그 타당성이 충분히 검증되었으며, DSP TMS320C31 보드에 의해 제어되는 10Hp 유도전동기 구동시스템으로부터얻은 실험결과를 통해 그 실용 가능성도 입증하였다. 이 anti-windup 기법은 간단한 소프트웨어의 변형에 의해 적분기를 가지는 모든 디지털 제어기에 손쉽게 응용할 수 있을 뿐만아니라 OP amp를 이용한 아날로그적 실현도 가능하다. 따라서 기존의 전동기 및 전력전자 제어 시스템에 제시한 anti-windup 기법을 응용함으로써 보다 우수한 제어특성을 얻을수 있음을 확신한다.

Abstract ▼

For a high performance control of induction motor drives, avector control is usually needed, which requires a precise current control.While the conventional PI controllers suffer a windup of integrators due to invertersaturation, the PI controller which is equipped with anti-windup techni

For a high performance control of induction motor drives, avector control is usually needed, which requires a precise current control.While the conventional PI controllers suffer a windup of integrators due to invertersaturation, the PI controller which is equipped with anti-windup techniques gives notonly fast rising time but also no overshoot in transients. When the inverter output issaturated in transients, the feedback of the difference between the controller output andthe inverter output to the integrator input can prevent the integral controller from beingsaturated. This anti-windup technique is also applicable to the PI controller of themotor speed.The rising time in current transient response can be reduced since the inverteroutput voltage is increased by about 5% if the full hexagon area instead of a circleinscribed to the hexagon in the voltage vector diagram of the space vector PWM isadopted as limit of the inverter output voltage. In two cases mentioned above, therising time for PI controller with the hexagon limit is faster than that for the circlelimit, as from 1.6msec to 0.9msec. With the anti-windup technique in both cases, theovershoot in response is removed, which is significant in case of not applyinganti-windup. Also, the anti-windup technique can improve the speed response if appliedto the speed PI controller.For the step change of the speed reference, the transient response gives both noovershoot and fast rising time. For impact loading, no overshoot results fromanti-windup technique with the same gains of the controller kept.The validity of the proposed algorithm is sufficiently verified by simulation resultsand its practicability is confirmed by experiment results for 10Hp induction motor drivesystems controlled by DSP TMS3220C31 board. The anti-windup technique can beapplied to all controllers involving integrators. The anti-windup technique can beapplied to analog PI controller as well as digital PI controller. In conclusion, the controlperformance of the motor and power electronic systems can be much improved by thesimple anti-windup technique of PI regulator.

목차 Contents

• 1. 서론...7
• 1.1 연구배경...7
• 1.2 연구의 목적...8
• 1.3 연구범위...8
• 2. 연구의 이론 및 방법...8
• 2.1 적분기의 windup과 anti-windup...8
• 2.2 공간벡터 PWM 인버터...10
• 2.3 유도전동기 구동시스템...12
• 2.4 PI 속도제어기 설계...16
• 3. 결과...18
• 3.1 시뮬레이션...18
• 3.2 실험결과...23
• 4. 고찰...33
• 5. 결론...33
• 6. 인용문헌...33
• 부록(제어프로그램 리스트)...35