[산업공학] 벡터제어기술

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목차

1. 서론

2. 유도전동기 벡터제어
2-1. 2상 좌표계에서의 전압방정식 및 토크식
2-2. 회전자 자속벡터제어
2-3. 고정자 자속벡터제어

3. 고정자 자속 계산 방식의 개발
3-1. 하드웨어 저역필터 (Hardware low pass filter)
3-2. 프로그램어블 저역필터 (Programmable low pass filter)
3-3. 순수적분기 (Pure integrator)
3-4. 고역필터 (High Pass Filter)
3-5. 프로그램어블 저역필터의 시정수 및 보상계수 계산
3-6. 동기각속도에 대한 차단주파수와 보상계수의 변화
3-7. 고정자 자속 벡터제어 유도전동기 구동시스템
3-8. 공간 벡터 PWM 제어기 (Space vector PWM controller)

4. 시스템 하드웨어
4-1. 유도전동기 및 PWM 인버터 전력회로
4-2. 전류입력
4-3. DSP 보드와 EPLD 인터페이스 회로

5. 시스템 소프트웨어
5-1. 시스템의 벡터제어 프로그램
5-2. 고정자 자속계산 프로그램
5-3. 상위 컴퓨터 프로그램

6. 실험 결과

7. 결론

참고문헌

본문내용

1. 서론
컨테이너 크레인 및 로봇 구동장치, CNC 주축 구동용 등 빠른 토크 및 속도제어가 필요한 분야에서는 속도 및 토크의 과도응답 특성이 우수한 벡터제어 유도전동기를 사용하여 왔으며, 벡터제어 방식은 온도에 대한 회전자 저항의 변화에 상당한 영향을 받지만, 이 회전자 저항의 측정 및 온도에 따라 변화되는 저항값의 보상 등이 상당히 힘들다는 문제점이 있다. 이에 반하여 고정자 자속 벡터제어는 전동기 상수 중 고정자 저항의 변화에 영향이 있지만, 회전자 저항보다 쉽게 측정 및 보상할 수 있다. 또한 엔코더 등 속도 측정장치가 필요없는 센서리스(Sensorless)제어가 가능하다는 장점 때문에 최근에 많이 주목받기 시작하였다.[1]
고정자 자속 벡터제어에서 아래의 식에 따라 고정자 전압과 전류값으로 고정자 자속을 계산한다.
(1-1)
위의 식에서 고정자 자속을 측정하는 가장 일반적인 방법으로 순수 적분기(pure integrator)를 사용하는 것이다. 그러나 순수 적분기를 사용할 경우 고정자 전압과 전류에 포함된 직류오차 값이 계속 축적되는 문제점이 있다. 그리고 특히 저속 운전 시에는 이 오차에 의한 영향이 커진다.
이 문제를 해결하기 위해 저역필터를 순수 적분기(pure integrator) 대신에 많이 사용하고 있다.[2],[3],[4] 필터를 사용하는 방법은 고속 운전영역에서는 자속을 정확히 계산할 수 있지만, 저속운전시에는 필터에 의해 생기는 위상지연이나 이득의 감소로 인하여 자속계산에 많은 오차가 발생한다.
저속운전시의 문제를 해결하기 위한 방법으로 고속영역에서의 고정자 자속식을 사용하고 저속운전 영역에서는 회전자 자속식을 사용하는 방식이 발표되었다.[5] 그러나 회전자 저항의 값이 달라지는 문제점이 있고, 속도센서가 필요로 하게 된다.

본 논문에서는 고정자 자속 계산 시 적분기의 문제점을 해결하기 위하여 다음의 알고리즘을 제시하였다.

참고 자료

[1] Xingyi Xu, Rik De Doncker, and D.W.Novonty, " A Stator Flux Oriented Induction Machine Drive ", in Conf. Rec of PESC, pp.870-876, 1988.
[2] C. Schauder, " Adaptive Speed Identification for Vector Control of Induction Motor with Shaft Encoder ", IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 28. No. 5, pp.1054-1061, 1992.
[3] T.Ohtani, N. Takada and K. Tanaka, " Vector Control of Induction Motor without Shaft Encoder ", IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 28. No. 1, pp.157-164, 1992.
[4] T. Tajima and Y. Hori, " Speed Sensorless Field-Orientation Control of the Induction Machine ", IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 29. No. 1, pp.175-180, 1993.