일반용 마이크로콘트롤러를 이용한 PMSM 센서리스 속도 제어

Title
일반용 마이크로콘트롤러를 이용한 PMSM 센서리스 속도 제어
Authors
강봉우
Keywords
일반용마이크로콘트롤러를이용한pmsm센서리스속도제어
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
이 논문은 일반형 마이크로콘트롤러를 이용하여 위치 센서 없는 PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) 속도 제어 알고리즘을 표현한다. 제안된 센서리스 알고리즘은 전류 관측기와 순시무효전력을 이용한 속도 보상 알고리즘으로 구성되며, 고가의 DSP (Digital Signal Processor)가 아닌 일반형 마이크로콘트롤러를 사용함으로서 시스템 단가를 줄였다. 하지만 제안된 마이크로콘트롤러는 DSP에 비해 클럭 주파수가 1/5정도 낮고, 센서리스 알고리즘 같은 복잡한 수학적 모델링을 다루기 때문에 스위칭 주파수를 낮게 설정해야 했다. 낮은 스위칭 주파수는 모터에 큰 소음을 발생시키며, 고속에서 정밀한 속도 제어를 불가능하게 할 수 있기 때문에 스위칭 주파수를 증가시키는 방법이 필요되었으며, 언급되어진 문제점을 보완하고자 프로그램 최적화 방법이 적용되어졌다. 제안된 프로그램 최적화 방법은 비트연산이란 쉬프트 연산자를 사용하였고, 연산시간의 증가를 초래하는 나눗셈 연산을 대체하였다. 그 결과 센서리스 알고리즘에 프로그램 최적화를 적용했을 경우 약 2.5배의 스위칭 주파수가 증가하였고, 약계자 제어까지 적용한 경우에는 2배정도 증가하였다. 마지막으로 일반용 마이크로콘트롤러에서 제안된 알고리즘의 유용성을 실험을 통해서 확인하였다.
Description
제 1 장 서론 1 1.1 연구 배경 및 필요성. 1 1.2 연구 목적 및 내용 4 1.3 논문 구성. 6 제 2 장 영구자석 동기전동기의 수학적 모델링 7 제 3 장 순시무효전력을 이용한 센서리스 제어 알고리즘. 15 3.1 전류 관측기 구성 15 3.2 순시무효전력을 이용한 추정속도오차 보상 17 제 4 장 비트 연산을 이용한 프로그램 최적화 . 23 4.1 프로그램 최적화 목적 23 4.2 최적화 방법 및 주의사항. 23 4.2.1 자료형선언 23 4.2.2 마이크로콘트롤러에 의한 시뮬레이션 24 4.2.3 시프팅값(Shifting-Value) 설정 및 비트연산. 25 4.2.4 제법(除法)의 역산(逆算) 31 4.2.5 샘플링 주기 비교 파형. 32 제 5 장 시스템 구성. 33 5.1 전압 및 전류 검출 회로 설계 35 5.1.1 전압 검출 회로. 35 5.1.2 전류 검출 회로 36 5.2 게이트 드라이브 설계. 37 5.3 D/A 컨버터 회로 및 알고리즘 설계. 38 제 6 장 실험 결과 및 고찰. 40 제 7 장 결 론 48 참고문헌 50 그림 1. 중국 희토류 연간 수출허용 물량(만톤) 2 그림 2. 희토류 가격 동향 2 그림 3. 매입형 영구자석 동기전동기의 등가 모델 8 그림 4. 매입형 영구자석 동기전동기의 등가 회로 9 그림 5. 3상 및 d-q축 고정자-회전자 좌표계 12 그림 6. 실제 전류와 추정 전류에 대한 위치 오차 20 그림 7. 순시무효전력을 이용한 제어 블럭도 22 그림 8. 약계자 제어를 적용하지 않을 시의 샘플링 주기 32 그림 9. 약계자 제어시 샘플링 주기 32 그림 10. 전체 시스템 블럭도 33 그림 11. 전압 검출 회로 35 그림 12. 전류 검출 회로 36 그림 13. 게이트 드라이브 회로 블럭도 37 그림 14. D/A 컨버터 회로 블럭도 39 그림 15. Serial Interface Timing Diagram 39 그림 16. 무부하시 1000[rpm]에서의 추정(상) 및 실제(하) 속도 41 그림 17. 무부하시 2000[rpm]에서의 추정(상) 및 실제(하) 속도 41 그림 18. 무부하시 3000[rpm]에서의 추정(상) 및 실제(하) 속도 42 그림 19. 부하시 1000rpm 추정(상) 및 실제(하) 속도 42 그림 20. 부하시 2000rpm 추정(상) 및 실제(하) 속도 43 그림 21. 부하시 3000rpm 추정(상) 및 실제(하) 속도 43 그림 22. 무부하시 3000[rpm]에서의 속도 보상텀 44 그림 23. 무부하시 1000[rpm]에서의 전류 및 추정 속도 44 그림 24. 무부하시 2000[rpm]에서의 전류 및 추정 속도 45 그림 25. 무부하시 3000[rpm]에서의 전류 및 추정 속도 45 그림 26. 부하시 1000[rpm]에서의 전류 및 추정 속도 46 그림 27. 부하시 2000[rpm]에서의 전류 및 추정 속도 46 그림 28. 부하시 3000[rpm]에서의 전류 및 추정 속도 47 그림 29. 부하시 1000rpm에서의 상전류 및 선간 전압 47 표 1. 마이크로콘트롤러에 의한 시뮬레이션 24 표 2. 다변수 곱셈항 26 표 3. 각 변수들의 시프팅값 27 표 4. 전압방정식의 시프팅값 매칭 28 표 5. Ld의 오차값 29 표 6. Lq의 오차값 29 표 7. (Ld-Lq)의 오차값 및 최적화(SV=13) 30 표 8. 오차의 최소화1 30 표 9. 오차의 최소화2 31 표 10. 표면 부착형 영구자석 동기 전동기의 규격 34 표 11. 전압 검출 회로의 소자 사양 35 표 12. 전류 검출 회로의 소자 사양 36
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22596
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Medical School/College of Medicine (의학전문대학원/의과대학) > Medical Science (의학) > Theses(의학 석박사 학위논문)
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