영구자석 동기모터의 고속 운용을 위한 외란 관측 기반 전류 제어 및 피드백 전류 지령 생성법

Abstract

본 논문은 영구자석 동기모터의 고속 운용을 위한 전류제어와 피드백 전류지령 생성에 관한 연구이다. 전 류제어 에서는 모터의 회전 속도가 올라감에 따라, 각축 전류 모델상 비선형 및 상호 간섭 성분과 역기전력 성분의 영향은 증가하고 이는 전류 지령 추종 성능을 저해한다. 전류제어 성능저하를 막기위해 본 논문에서는 외란 관측기와 비례-적분 전류 제어기를 적용하여 비선형성분을 포함한 외란요소를 제거한다. 기존 외란 관측기와 같이 시스템 반전 모델을 사용하고 주파수 영역에서 설계하는 외란 관측기 대신, 시간 영역에서 외란 관측기를 설계한다. 제안한 외란 관측기는 새로운 상태변수와 동적특성을 설계하여 외란 오차 동역학에서 시스템 상태변수와의 독립성과 오차 수렴성을 보장한다. 또한, 고속영역에서 최대 토크 구동을 위해 피드백 기반의 약자속 제어 전략들이 있지만, 최대 전류 영역에서의 명확한 전류 지령 생성에 대해 해결법을 제시하지 않는다. 따라서, 최대 전류 영역에서 최대 토크 제어를 하기 위해, 이 영역에서는 전압, 전류 제한을 고려해 전류 지령을 생성했다. 본 논문에서는 제안한 외란 관측기와 전류 지령 생성을 통해 고속영역에서의 전류제어 성능과 적절한 전류지령 생성을 도모했고, 구현 가능성과 성능검증은 이론적인 분석 기반의 매트랩 시뮬레이션과 비선형 시뮬링크 시뮬레이션, 그리고 500W급 표면형 영구자석 동기모터를 활용한 실험으로 검증한다.