KR100715279B1 - 전동기 시스템의 속도 제어기 - Google Patents

전동기 시스템의 속도 제어기 Download PDF

Info

Publication number
KR100715279B1
KR100715279B1 KR1020050083059A KR20050083059A KR100715279B1 KR 100715279 B1 KR100715279 B1 KR 100715279B1 KR 1020050083059 A KR1020050083059 A KR 1020050083059A KR 20050083059 A KR20050083059 A KR 20050083059A KR 100715279 B1 KR100715279 B1 KR 100715279B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
operator
output value
controller
value
output
Prior art date
Application number
KR1020050083059A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070028750A (ko
Inventor
최종우
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020050083059A priority Critical patent/KR100715279B1/ko
Publication of KR20070028750A publication Critical patent/KR20070028750A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100715279B1 publication Critical patent/KR100715279B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
    • H02P5/52—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another additionally providing control of relative angular displacement
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0004—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/0016—Control of angular speed of one shaft without controlling the prime mover
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
    • H02P2205/07—Speed loop, i.e. comparison of the motor speed with a speed reference

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

본 발명은 전동기 시스템의 속도 제어기에 관한 것으로, 상기 전동기 시스템의 제어기 출력이 제한된 경우, 비례제어기에서 비례적분제어기로의 전환시점에서 적분제어기가 적절한 초기값을 가지도록 함으로써, 오버슈트를 상쇄시킴과 아울러 빠른 응답 특성을 갖는 장점이 있다.
이를 위한 본 발명에 의한 전동기 시스템의 속도 제어기는, 속도지령신호(ω* m)에 의해 전동기 시스템(318)으로부터 수신된 실제 속도(ωm)를 감산하여 속도 오차(Δωm)를 산출하는 제1연산기(300)와; 상기 제1연산기로부터 상기 속도 오차(
Figure 112007000173608-pat00102
)에 대한 비례출력값(
Figure 112007000173608-pat00103
)을 생성하는 비례제어기(302)와; 상기 제1연산기로부터 속도 오차(Δωm)를 수신하여 함수 κi에 따른 연산을 이행한 값을 출력하는 제2연산기(308)와; 상기 제2연산기의 출력값과 이득제어기(314)의 출력값을 수신하여 비교기(326)의 출력신호에 따라 선택적으로 출력하는 스위칭부(310)와; 상기 스위칭부로부터 출력신호를 수신하여 함수(1/S)에 따른 적분연산을 이행한 출력값(i * 1)을 출력하는 제3연산기(312)와; 상기 비례제어기의 출력값(
Figure 112007000173608-pat00104
)과 상기 적분제어기의 제3연산기(312)의 출력값(i * 1)을 가산한 출력값(i *)을 생성하는 제4연산기(304)와; 상기 제4연산기의 출력값(i *)을 수신하여 상기 출력값(i *)이 미리 정해둔 최대값보다 크거나 최소값보다 작으면 상기 출력값(i *)을 제한하여 출력값(i * sat)으로 출력하는 제한기(306)와; 상기 제한기(306)로부터 출력값(i * sat)에 따라 전동기의 동작을 제어하는 것으로서, 상기 출력값(i * sat)을 입력토크(T c)로 변환하는 토크상수(κt)(320)와, 상기 입력토크(T c)를 수신하여 부하토크(T L)와 합하여 출력하는 제7연산부(322)와, 상기 제7연산부(322)의 출력신호를 수신하여 전동기의 동작을 제어하는 신호(ωm)를 발생하는 기계시스템(324)으로 구성된 전동기 시스템(318)과; 상기 제4연산기로 부터의 출력값(i *)과 상기 제한기(306)로 부터의 출력값(i * sat)을 수신하여 두 값이 서로 동일하면 상기 제2연산기의 출력값이 상기 제3연산기로 출력되도록 제어하는 신호를 상기 스위칭부로 출력하고, 상기 두 값이 상이하면 상기 이득제어기의 출력값이 상기 제3연산기로 출력되도록 제어하는 신호를 상기 스위칭부로 출력하는 비교기(326)와; 상기 제3연산기로부터 출력값(i * 1)을 수신하여 보정값(i * 10)으로부터 상기 출력값(i * 1)을 감산한 값을 출력하는 제6연산기(316); 및 상기 제6연산기의 출력값을 수신하여 이득(ωc)을 조정한 값을 상기 스위칭부로 출력하는 이득제어기(314);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
전동기 시스템, 속도 제어기, 비례제어, 적분제어, 적분기 와인더업, 앤티와인더업

Description

전동기 시스템의 속도 제어기{APPARATUS OF CONTROLLING VELOCITY FOR ELECTROMOTOR}
도 1 및 도 2는 종래 전동기 시스템의 속도 제어기의 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도 제어기의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300 : 제1연산기
302 : 비례제어기
304 : 제4연산기
306 : 제한기
308 : 제2연산기 (적분이득)
310 : 스위칭부
312 : 제3연산기
314 : 이득제어기
316 : 제6연산기
318 : 전동기 시스템
320 : 토크상수
322 : 제7연산부
324 : 기계시스템
326 : 비교기
328 : 제5연산기
330 : 적분제어값 보정부
본 발명은 전동기 시스템의 속도 제어기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 앤티와인드업(Anti-Windup)이 가능한 속도 제어기에 관한 것이다.
전동기 시스템은 산업의 많은 분야에서 주동력원으로 채택되고 있으며, 근래에는 생산 제품의 품질과 산업 생산성 향상을 위해 상기 전동기 시스템의 급가감속 및 정밀 속도제어 등이 요구되고 있다.
상기한 전동기 시스템의 속도제어기는 현재까지 고전적인 비례적분제어기가 많이 사용되었다.
상기 비례적분제어기는 쉬운 구현성에 비해 양호한 성능을 보이지만 적분기 포화에 의한 와인드(windup) 현상에 의해서 오버슈트가 발생하거나 응답 시간이 느린 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 앤티와인드업(Anti-Windup)에 대한 다양한 연구가 행해지고 있다.
종래 앤티와인드업 방법 중 대표적인 방법으로는 조건적분방법과 트래킹 앤 티와인드업 방법이 있다.
도 1은 종래의 조건적분방법에 따른 앤티와인드업 기법을 적용한 속도 제어기의 구성을 도시한 도면이다.
상기 속도 제어기의 제1연산기(100)는 속도 지령(
Figure 112005049967677-pat00001
)으로부터 실제 속도(
Figure 112005049967677-pat00002
)를 감산하여 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00003
)를 산출한다. 상기 산출된 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00004
)는 비례제어기(102)와 적분제어기(112)로 입력되며, 상기 비례제어기(102) 및 적분제어기(112)는 상기 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00005
)에 대한 비례출력값(
Figure 112005049967677-pat00006
)과 적분출력값(
Figure 112005049967677-pat00007
)을 생성한다.
상기 비례출력값(
Figure 112005049967677-pat00008
)과 적분출력값(
Figure 112005049967677-pat00009
)은 제2연산기(104)로 입력되며, 제2연산기(104)는 상기 비례출력값(
Figure 112005049967677-pat00010
)과 적분출력값(
Figure 112005049967677-pat00011
)을 가산하여 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00012
)으로 출력한다.
상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00013
)은 제한기(106)에 입력되며, 상기 제한기(106)는 상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00014
)이 미리 정해둔 최대값보다 크거나 최소값보다 작으면 상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00015
)을 제한하여 제한후 출력값(
Figure 112005049967677-pat00016
)로서 출력한다.
상기 제한기(106)로부터 출력되는 제한후 출력값(
Figure 112005049967677-pat00017
)은 전동기 시스템 (108)의 속도 제어신호로서 입력된다.
상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00018
)과 제한후 출력값(
Figure 112005049967677-pat00019
)은 비교기(114)에 입력되며, 비교기(114)는 상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00020
)과 제한후 출력값(
Figure 112005049967677-pat00021
)이 동일하면 스위칭부(110)를 온하고, 상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00022
)과 제한후 출력값(
Figure 112005049967677-pat00023
)이 동일하지 않으면 스위칭부(110)를 오프하는 신호를 생성한다.
상기 스위칭부(110)는 상기 비교기(114)의 출력에 따라 제1연산기(100)의 출력을 적분제어기(112)로 제공하거나 차단함으로써, 제한기(106)의 제한동작에 따라 적분제어가 이루어질 수 있게 한다.
즉, 제한기(106)에 의한 제한동작이 시작되면 (
Figure 112005049967677-pat00024
≠
Figure 112005049967677-pat00025
), 스위칭부(110)는 오프되어 적분제어기(112)로 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00026
)가 입력되지 않도록 하여 비례제어만이 이행되도록 하며, 상기 제한기(106)에 의한 제한동작이 종료되면(
Figure 112005049967677-pat00027
=
Figure 112005049967677-pat00028
), 스위칭부(110)는 온되어 적분제어기(112)로 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00029
)를 입력하여 비례적분제어가 이루어지도록 한다. 여기서, 도 1에서 G(s)는 전류제어기와 기계시스템의 전달함수를 나타낸다.
상기한 조건적분기법은 제한기(106)의 제한이 종료될 때에 적분제어기(112)가 동작하도록 구현됨에 따라, 실제 속도(
Figure 112005049967677-pat00030
)가 속도 지령(
Figure 112005049967677-pat00031
)을 완전히 추종한 순간에는 제한이 끝나는 시점부터 실제 속도(
Figure 112005049967677-pat00032
)가 추종한 시점까지의 오차가 적분된다. 이 오차에 의한 적분값이 다시 리셋(reset)되어 정상 상태 값으로 바뀌기 위해서는 반대 방향의 오차를 필요로 하며, 이 과정에서 오버슈트가 발생한다.
즉, 상기 조건적분 방법에 따른 앤티와인드업 기법을 적용한 종래의 속도 제어기는 여전히 오버슈트가 발생되는 문제가 있었다.
도 2는 트래킹 앤티와인드업 기법을 적용한 종래의 속도 제어기의 구성을 도시한 것이다.
상기 속도 제어기의 제1연산기(200)는 속도지령(
Figure 112005049967677-pat00033
)으로부터 실제 속도(
Figure 112005049967677-pat00034
)를 감산하여 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00035
)를 산출한다. 상기 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00036
)는 비례제어기(202) 및 적분제어기(212)를 거쳐 비례출력값(
Figure 112005049967677-pat00037
)과 적분출력값(
Figure 112005049967677-pat00038
)으로 변환된다. 상기 비례출력값(
Figure 112005049967677-pat00039
)과 적분출력값(
Figure 112005049967677-pat00040
)은 제2연산기(204)에 의해 가산되어 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00041
)으로서 출력된다.
상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00042
)은 제한기(206)에 입력되며, 상기 제한기(206)는 상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00043
)이 미리 정해둔 최대값보다 크거나 최소값보다 작으면 상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00044
)을 제한하여 제한후 출력값(
Figure 112005049967677-pat00045
)로서 출력한다. 상기 제한후 출력값(
Figure 112005049967677-pat00046
)은 전동기 시스템(208)으로 입력된다.
제3연산기(216)는 상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00047
)으로부터 제한후 출력값(
Figure 112005049967677-pat00048
)을 감산하고, 그 결과를 출력한다. 상기 제3연산기(216)의 출력은 상기 제한전 출력값(
Figure 112005049967677-pat00049
)과 제한후 출력값(
Figure 112005049967677-pat00050
)이 서로 다른 경우에 “0”이 아닌 값을 출력한다.
이러한 제3연산기(216)의 출력은 보정부(214)에 제공되며, 상기 보정부(214)는 상기 제3연산기(216)의 출력에 따라 상기 적분기(212)의 입력을 감소하기 위한 보정값을 제4연산기(210)에 제공한다. 상기 제4연산기(210)는 상기 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00051
)로부터 상기 보정부(214)의 보정값을 감산하여, 적분기(212)로 입력되는 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00052
)를 감소시킨다.
상기 보정부(214)는 이득(
Figure 112005049967677-pat00053
)에 따른 보정값을 출력하므로, 상기 이득(
Figure 112005049967677-pat00054
)이 크면 적분기(212)로 입력되는 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00055
)가 급격하게 감소하고, 상기 이득(
Figure 112005049967677-pat00056
)이 작으면 적분기(212)로 입력되는 속도 오차(
Figure 112005049967677-pat00057
)가 완만하게 감소한다. 이에따라 상기 보정부(214)의 이득(
Figure 112005049967677-pat00058
)을 특정 운전 영역에 적합하게 조정하면 해당 운전 영역에서는 오버슈트가 없으면서 응답특성이 빠른 좋은 특성을 가지나, 속도 지령이나 부하가 상이한 다른 운전 영역에서는 오버슈트를 보이거나 매우 느린 응답특성을 가지는 문제가 있었다. 이는 적분 출력값을 변화시키는 것은 이득(
Figure 112005049967677-pat00059
)에 의한 변화 속도와도 밀접한 관계가 있지만 운전 영역에 따른 변화 시간에도 매우 밀접한 관계를 가지고 있기 때문이다. 그러므로 트래킹 앤티와인드업 기법을 적용한 종래의 속도 제어기는 특정 운전 영역에는 오버슈트가 없으면서 응 답특성이 빠르더라도 다른 운전 영역에서는 오버슈트를 보이거나 혹은 매우 느린 응답특성을 보이는 문제가 있었다.
이에 따라 종래에는 다양한 운전 영역에서도 오버슈트를 보이지 않으면서도 응답특성이 빠른 앤티와인드업 기술의 개발이 절실하게 요망되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 전동기 시스템의 속도 제어기에서 비례제어기에서 비례적분제어기로의 전환시점에서 적분제어기가 적절한 초기값을 가지도록 함으로써, 오버슈트를 상쇄시킴과 아울러 빠른 응답특성을 가지게 하는 전동기 시스템의 속도 제어기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전동기 시스템의 속도 제어기는, 속도지령신호(ω* m)에 의해 전동기 시스템(318)으로부터 수신된 실제 속도(ωm)를 감산하여 속도 오차(Δωm)를 산출하는 제1연산기(300)와; 상기 제1연산기로부터 상기 속도 오차(
Figure 112007000173608-pat00105
)에 대한 비례출력값(
Figure 112007000173608-pat00106
)을 생성하는 비례제어기(302)와; 상기 제1연산기로부터 속도 오차(Δωm)를 수신하여 함수 κi에 따른 연산을 이행한 값을 출력하는 제2연산기(308)와; 상기 제2연산기의 출력값과 이득제어기(314)의 출력값을 수신하여 비교기(326)의 출력신호에 따라 선택적으로 출력하는 스위칭부(310)와; 상기 스위칭부로부터 출력신호를 수신하여 함수(1/S)에 따른 적분연산을 이행한 출력값(i * 1)을 출력하는 제3연산기(312)와; 상기 비례제어기의 출력값(
Figure 112007000173608-pat00107
)과 상기 적분제어기의 제3연산기(312)의 출력값(i * 1)을 가산한 출력값(i *)을 생성하는 제4연산기(304)와; 상기 제4연산기의 출력값(i *)을 수신하여 상기 출력값(i *)이 미리 정해둔 최대값보다 크거나 최소값보다 작으면 상기 출력값(i *)을 제한하여 출력값(i * sat)으로 출력하는 제한기(306)와; 상기 제한기(306)로부터 출력값(i * sat)에 따라 전동기의 동작을 제어하는 것으로서, 상기 출력값(i * sat)을 입력토크(T c)로 변환하는 토크상수(κt)(320)와, 상기 입력토크(T c)를 수신하여 부하토크(T L)와 합하여 출력하는 제7연산부(322)와, 상기 제7연산부(322)의 출력신호를 수신하여 전동기의 동작을 제어하는 신호(ωm)를 발생하는 기계시스템(324)으로 구성된 전동기 시스템(318)과; 상기 제4연산기로 부터의 출력값(i *)과 상기 제한기(306)로 부터의 출력값(i * sat)을 수신하여 두 값이 서로 동일하면 상기 제2연산기의 출력값이 상기 제3연산기로 출력되도록 제어하는 신호를 상기 스위칭부로 출력하고, 상기 두 값이 상이하면 상기 이득제어기의 출력값이 상기 제3연산기로 출력되도록 제어하는 신호를 상기 스위칭부로 출력하는 비교기(326)와; 상기 제3연산기로부터 출력값(i * 1)을 수신하여 보정값(i * 10)으로부터 상기 출력값(i * 1)을 감산한 값을 출력하는 제6연산기(316); 및 상기 제6연산기의 출력값을 수신하여 이득(ωc)을 조정한 값을 상기 스위칭부로 출력하는 이득제어기(314);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제6연산기에서 사용된 상기 보정값(i * 10)은 아래의 수학식 1 내지 수학식 8로부터 산출하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112007000173608-pat00108

여기서, 상기 i i_TL는 비례제어 모드가 시작되는 시점의 적분값이고, 상기 T L은 부하 토크이고, 상기 κt는 토크 상수이다.
[수학식 2]
Figure 112007000173608-pat00109

여기서, 상기 ωrm는 비례제어모드에서 비례적분제어 모드로 전환된 시점에서의 실제 속도(ωrm)이고, 상기 ωrmo는 상기 실제 속도(ωrm)의 초기값이고, 상기 i * i는 적분기 출력값이고, 상기 i * io는 적분기 출력값(i * i)의 초기값이고, 상기 Imax는 제한기의 출력 최대값이다.
[수학식 3]
Figure 112007000173608-pat00110

여기서, J는 전동기의 관성이고, κ p는 제어기의 비례이득이고, κ i는 제어기의 적분이득이고, κ t는 토크상수이고, 's'는 라플라스연산자이다.
[수학식 4]
Figure 112007000173608-pat00111

여기서, 상기 ω* rm는 속도지령이고, T L는 부하 토크이다.
[수학식 5]
Figure 112007000173608-pat00112

[수학식 6]
Figure 112007000173608-pat00113

[수학식 7]
Figure 112007000173608-pat00114

[수학식 8]
Figure 112007000173608-pat00115

여기서, B는 마찰계수, κp는 제어기의 비례이득, κi는 제어기의 적분, κt는 토크 상수, ω* rm는 속도지령, ω* rm_p는 스위칭부가 온(on)에서 오프(off)로 전환하는 순간의 속도지령, i i_TL는 스위칭부가 온(on)에서 오프(off)로 전환하는 순간의 적분출력값, I max는 제한기의 최대값이다.
상기 스위칭부는, 상기 제한기에 의한 제한동작이 이행되지 않을 때에는 상기 제2연산기의 출력신호를 상기 제3연산기로 출력하여 일반적인 비례적분제어기로 동작하고, 상기 제한기에 의한 제한동작이 이행될 때에는 적분제어 보정값을 상기 제3연산기로 출력하여 비례제어기로 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전동기 시스템의 속도 제어기에서 비례제어기에서 비례적분제어기로의 전환시점에서 적분제어기가 적절한 초기값을 가지도록 함으로써, 오버슈트를 상쇄시킴과 아울러 빠른 응답특성을 가지게 한다.
삭제
이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도 제어기의 구성을 도 3을 참조하여 설명한다.
상기 속도 제어기의 제1연산기(300)는 속도지령(ω* m)으로부터 실제 속도(ωm)를 감산하여 속도 오차(Δωm)를 산출한다. 상기 속도 오차(Δωm)는 비례제어기(302) 및 적분제어기의 제2연산기(308)로 제공된다.
여기서, 적분제어기는 속도오차에 κi를 곱한 후 적분(1/s)한 값을 출력하는 것이므로, 본 발명에서는 상기 적분제어기를 상기 함수 κi와 함수 1/s로 나누어 각각 제2연산기(308) 및 제3연산기(312)가 연산토록 한다.
상기 적분제어기의 제2연산기(308)는 상기 속도 오차(Δωm)를 입력받아 함수 κi에 따른 연산을 이행하고, 그 결과를 스위칭부(310)에 제공한다. 상기 스위칭부(310)는 상기 제2연산기(308)의 출력과 적분제어값 보정부(330)로부터의 적분제어 보정값을 제공받아 비교기(326)의 출력에 따라 선택적으로 출력한다. 스위칭부(310)는 제한기(306)에 의한 제한동작이 이행되지 않을 때에는 제2연산기(308)의 출력을 제3연산기(312)로 출력하고, 제한기(306)에 의한 제한동작이 이행될 때에는 적분제어 보정값을 제3연산기(312)로 출력한다. 이에따라 제한기(306)의 의한 제한동작이 이행될 때에는 일반적인 비례적분제어기로 동작되고, 제한기(306)에 의한 제한동작이 이행되지 않을 때에는 비례제어기로 동작한다.
상기한 스위칭부(310)의 출력은 상기 적분제어기의 제3연산기(312)로 입력된다. 상기 적분제어기의 제3연산기(312)는 스위칭부(310)의 출력을 입력받아 함수 1/S에 따른 연산(적분연산)을 이행하여 제4연산기(304)로 입력한다. 즉 제3연산기(312)는 제한동작이 이행되지 않을 때에는 일반적인 적분제어값을 출력하고, 제한동작이 적분제어 보정값에 의한 초기값을 출력한다.
제4연산기(304)는 비례제어기(302)의 출력값과 상기 적분제어기의 제3연산기(312)의 출력값을 가산하여 제한전 출력값(i *)을 생성하여 제한기(306)에 입력한다. 제한기(306)는 상기 제한전 출력값(i *)이 미리 정해둔 최대값보다 크거나 최소값보다 작으면 상기 제한전 출력값(i *)을 제한하여 제한후 출력값(i * sat)으로서 출력한다.
비교기(326)는 제한전 출력값(i *)과 제한후 출력값(i * sat)을 입력받아 두 값이 서로 동일하면 스위칭부(310)가 제2연산기(308)와 제3연산기(310)를 연결하게 하는 신호를 출력하고, 상기 두 값이 상이하면 스위칭부(310)가 적분제어값 보정부(330)와 제3연산기(310)를 연결하게 하는 신호를 출력한다.
상기 제한후 출력값(i * sat)은 속도 제어신호로서 전동기 시스템(318)으로 입력되며, 전동기 시스템(318)은 상기 제한후 출력값(i * sat)에 따라 전동기를 구동한 다. 상기 전동기 시스템(318)의 실제 전동기 구동상태를 센싱하여 출력되는 실제 속도(ωm)는 제1연산기(300)로 피드백된다.
상기 전동기 시스템(318)에 입력된 제한후 출력값(i * sat)은 토크상수 κt (320)을 거쳐 전동기 입력토크 T c 로 변환되고, 부하토크 T L와 함께 제7연산부(322)에 연결되어 기계시스템(324)의 입력이 된다. 기계시스템(324)에 의하여 전동기 속도가 발생하고, 이는 센싱되어 제1연산기(300)로 피드백된다.
이제 적분제어값 보정부(330)의 구성 및 동작을 상세히 설명한다. 상기 적분제어값 보정부(330)는 제5연산기(328)와 제6연산기(316)와 이득제어기(314)로 구성된다.
상기 적분제어값 보정부(330)의 제5연산기(328)는 후술될 수학식 1 내지 8에 따라 보정값(i * io)을 산출하고, 상기 산출된 보정값(i * io)을 제6연산기(316)에 제공한다. 제6연산기(316)는 상기 보정값(i * io)으로부터 제한전 출력값(i *)을 감산하고, 그 결과를 최종 적분제어 보정값으로서 이득제어부(314)를 통해 스위칭부(310)로 제공한다. 여기서, 이득제어부(314)는 상기 제6연산기(316)가 출력하는 적분제어 보정값의 변화 속도를 제어하기 위한 것으로, 상기 이득제어부(314)의 이득(ωc)을 조정하는 것을 통해 상기 적분제어 보정값의 변화 속도를 조절할 수 있다.
상기한 적분제어 보정값은 적분제어기의 출력값이 비례제어모드에서 비례적 분제어모드로 전환된후, 실제 속도가 속도지령을 추종한 순간까지의 오차를 적분한 값이 시스템이 요구하는 정상상태 값이 되도록 설정한다.
이제 수학식 1 내지 8을 참조하여, 상기 보정값(i * io)의 산출과정을 상세히 설명한다.
비례제어 모드가 시작되는 시점의 적분값을 i i_TL이고, 비례 제어모드가 시작하기 전 비례적분제어 모드에서 부하 토크(T L)가 적절히 적분제어기(308,312)에 의해 보상되었다고 가정하면 비례제어 모드의 시작시점에서의 적분값은 수학식 1에 따른다.
Figure 112005049967677-pat00060
상기 수학식 1에서 마찰에 의한 영향은 부하 토크(T L )에 포함되며, κt는 토크 상수로 전류 대 토크의 비를 나타낸다.
다시, 비례제어모드에서 비례적분제어 모드로 전환된 시점에서의 실제 속도( ωrm)의 초기값을 ωrmo 로, 적분기 출력값(i * i)의 초기값을 i * io라 표현할 때의 비례적분제어 모드로 전환될 때의 속도 초기값은 수학식 2에 따른다.
Figure 112005049967677-pat00061
여기서, 제한기(306)가 양의 방향으로 포화될 때에는 ‘+’의 부호를 취하고, 음의 방향으로 포화될 경우 ‘-’의 부호를 취한다.
좀더 설명하면, 제한기(306)의 포화방향은 제한기(306)의 출력최대값을 'max', 출력최소값을 ‘min'이라고 할 경우에, 제한된 출력값 i * sat 이 max와 같은 경우 (+) 부호를, 그리고 제한된 출력값 i * sat 이 min과 같은 경우 (-) 부호를 취한다.
이러한 상태에서 초기값을 고려하여 폐루프 전달함수를 구하면 수학식 3에 따른다.
Figure 112005049967677-pat00062
상기 수학식 3에서 J는 전동기의 관성을, κ p는 제어기의 비례이득(302)을, κ i는 제어기의 적분이득(308)을, κ t는 토크상수(320)를, 그리고 's'는 라플라스연산자를 나타낸다.
여기서, 속도 지령(ω* rm)과 부하 토크(T L)이 충분히 느리게 변화한다고 가정하면 상기 ω* rm(S)와 T L(S)는 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure 112005049967677-pat00063
상기 비례적분제어 모드에서의 적분기 초기값 i * io를 수학식 5에 따라 설정하면, 수학식 6을 유도해낼 수 있다.
Figure 112005049967677-pat00064
Figure 112005049967677-pat00065
상기 수학식 6은 비례제어 모드에서 속도지령에 대한 속도의 응답 특성을 표현하는 것으로 이득 κ를 조절하면 전달함수의 영점(Zero)를 조정하여 응답성을 바꿀 수 있다는 것을 의미한다.
여기서 적분제어기 출력의 초기값은 상기 수학식 2와 수학식 5를 이용하여 수학식 7로서 표현된다.
Figure 112005049967677-pat00066
상기한 본 발명에 따른 적분제어기 출력의 초기값은 마찰계수를 고려하지 않은 상태에서 산출된 것이나, 마찰계수를 고려하여도 본 발명의 원리를 적용할 수 있다.
여기서, 전동기 시스템(318)의 마찰계수를 고려하여 적분제어기 출력의 초기값을 설정하는 과정을 좀더 상세히 설명한다.
상기 마찰계수를 고려할 경우, 상기 적분제어기 출력의 초기값은 수학식 8로서 표현된다.
Figure 112005049967677-pat00067
여기서, B=마찰계수, κp=제어기의 비례이득(302), κi=제어기의 적분이득 (308), κt=토크상수, ω* rm=속도지령, ω* rm_p=스위칭부(310)가 온(on)에서 오프(off)로 전환하는 순간의 속도지령, i i_TL=스위칭부(310)가 온(on)에서 오프(off)로 전환하는 순간의 적분출력값, I max=제한기의 최대값을 나타낸다.
상기한 본 발명은 전동기 시스템의 속도제어기에서 비례제어기에서 비례적분제어기로의 전환시점에서 적분제어기가 적절한 초기값을 가지도록 함으로써, 오버슈트를 상쇄시킴과 아울러 빠른 응답특성을 가지게 한다.
이러한 본 발명의 효과를 마찰계수를 고려하지 않은 상태에서 적분제어기의 초기값을 설정하는 수학식 6,7에 의거 좀더 설명한다.
상기 수학식 7에서 ‘κ’ 값은 속도제어 응답특성을 결정하기 위하여 설정하는 값이다. 수학식 6은 설정된 'κ'값에 의한 속도지령 대 속도의 전달함수를 나타낸다. 이에따라 수학식 6에 근거하여 전달함수는 2개의 극점(pole)(
Figure 112005049967677-pat00068
,
Figure 112005049967677-pat00069
)과, 1개의 영점(zero)(
Figure 112005049967677-pat00070
)을 가진다.
상기 1개의 영점은 ‘κ' 값에 의하여 변화시킬 수 있으므로, 1개의 영점을 2개의 극점중 절대값으로 크기가 작은 극점(p1)과 일치되도록 'κ'값을 선정하면(
Figure 112005049967677-pat00071
), 수학식 6은 영점이 제거되고 1개의 극점으로 표현되는 다음 수학식 9가 된다.
Figure 112005049967677-pat00072
상기 수학식 9는 속도응답이 속도지령에 대하여 항상 오버슈트가 없다는 것을 의미한다. 만약 'κ'값을 위에서 정한 값보다 작게 설정하게 되면 속도응답에는 오버슈트가 발생하게 되고, 크게 설정하게 되면 속도응답은 느려지게 된다.
그리고 본 발명의 효과를 마찰계수를 고려한 상태에서 적분제어기의 초기값을 설정하는 수학식 8에 의거 좀더 설명한다.
상기 수학식 8에 따르면 상기 전달함수는 수학식 10과 같이 변경된다.
Figure 112005049967677-pat00073
마찰을 고려한 경우의 설정값 ‘κ'의 설정방법은 마찰을 고려하지 않은 경우와 비슷하며, 전달함수는 2개의 극점(pole)과 1개의 영점(zero)을 가진다.
Figure 112005049967677-pat00074
,
Figure 112005049967677-pat00075
Figure 112005049967677-pat00076
상기 1개의 영점을 2개의 극점중 절대값으로 크기가 작은 극점(p1)과 일치되도록 'κ'값을 선정하면(
Figure 112005049967677-pat00077
), 전달함수는 영점이 제거되고 1개의 극점으로 표현되는 수학식 11이 된다.
Figure 112005049967677-pat00078
상기한 수학식 11 역시 속도응답이 오버슈트가 없다는 것을 의미한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 전동기 시스템의 속도 제어기에 의하면, 비례제어기에서 비례적분제어기로의 전환시점에서 적분제어기가 적절한 초기값을 가지도록 함으로써, 오버슈트를 상쇄시킴과 아울러 빠른 응답특성을 가지게 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 전동기 시스템의 속도 제어기에 있어서,
    속도지령신호(ω* m)에 의해 전동기 시스템(318)으로부터 수신된 실제 속도(ωm)를 감산하여 속도 오차(Δωm)를 산출하는 제1연산기(300)와;
    상기 제1연산기로부터 상기 속도 오차(
    Figure 112007000173608-pat00116
    )에 대한 비례출력값(
    Figure 112007000173608-pat00117
    )을 생성하는 비례제어기(302)와;
    상기 제1연산기로부터 속도 오차(Δωm)를 수신하여 함수 κi에 따른 연산을 이행한 값을 출력하는 제2연산기(308)와;
    상기 제2연산기의 출력값과 이득제어기(314)의 출력값을 수신하여 비교기(326)의 출력신호에 따라 선택적으로 출력하는 스위칭부(310)와;
    상기 스위칭부로부터 출력신호를 수신하여 함수(1/S)에 따른 적분연산을 이행한 출력값(i * 1)을 출력하는 제3연산기(312)와;
    상기 비례제어기의 출력값(
    Figure 112007000173608-pat00118
    )과 상기 적분제어기의 제3연산기(312)의 출력값(i * 1)을 가산한 출력값(i *)을 생성하는 제4연산기(304)와;
    상기 제4연산기의 출력값(i *)을 수신하여 상기 출력값(i *)이 미리 정해둔 최대값보다 크거나 최소값보다 작으면 상기 출력값(i *)을 제한하여 출력값(i * sat)으로 출력하는 제한기(306)와;
    상기 제한기(306)로부터 출력값(i * sat)에 따라 전동기의 동작을 제어하는 것으로서, 상기 출력값(i * sat)을 입력토크(T c)로 변환하는 토크상수(κt)(320)와, 상기 입력토크(T c)를 수신하여 부하토크(T L)와 합하여 출력하는 제7연산부(322)와, 상기 제7연산부(322)의 출력신호를 수신하여 전동기의 동작을 제어하는 신호(ωm)를 발생하는 기계시스템(324)으로 구성된 전동기 시스템(318)과;
    상기 제4연산기로 부터의 출력값(i *)과 상기 제한기(306)로 부터의 출력값(i * sat)을 수신하여 두 값이 서로 동일하면 상기 제2연산기의 출력값이 상기 제3연산기로 출력되도록 제어하는 신호를 상기 스위칭부로 출력하고, 상기 두 값이 상이하면 상기 이득제어기의 출력값이 상기 제3연산기로 출력되도록 제어하는 신호를 상기 스위칭부로 출력하는 비교기(326)와;
    상기 제3연산기로부터 출력값(i * 1)을 수신하여 보정값(i * 10)으로부터 상기 출력값(i * 1)을 감산한 값을 출력하는 제6연산기(316); 및
    상기 제6연산기의 출력값을 수신하여 이득(ωc)을 조정한 값을 상기 스위칭부로 출력하는 이득제어기(314);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동기 시스템의 속도 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제6연산기에서 사용된 상기 보정값(i * 10)은 아래의 수학식 1 내지 수학식 8로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 전동기 시스템의 속도 제어기.
    [수학식 1]
    Figure 112007000173608-pat00119
    여기서, 상기 i i_TL는 비례제어 모드가 시작되는 시점의 적분값이고, 상기 T L은 부하 토크이고, 상기 κt는 토크 상수이다.
    [수학식 2]
    Figure 112007000173608-pat00120
    여기서, 상기 ωrm는 비례제어모드에서 비례적분제어 모드로 전환된 시점에서의 실제 속도(ωrm)이고, 상기 ωrmo는 상기 실제 속도(ωrm)의 초기값이고, 상기 i * i는 적분기 출력값이고, 상기 i * io는 적분기 출력값(i * i)의 초기값이고, 상기 Imax는 제한기의 출력 최대값이다.
    [수학식 3]
    Figure 112007000173608-pat00121
    여기서, J는 전동기의 관성이고, κ p는 제어기의 비례이득이고, κ i는 제어기의 적분이득이고, κ t는 토크상수이고, 's'는 라플라스연산자이다.
    [수학식 4]
    Figure 112007000173608-pat00122
    여기서, 상기 ω* rm는 속도지령이고, T L는 부하 토크이다.
    [수학식 5]
    Figure 112007000173608-pat00123
    [수학식 6]
    Figure 112007000173608-pat00124
    [수학식 7]
    Figure 112007000173608-pat00125
    [수학식 8]
    Figure 112007000173608-pat00126
    여기서, B는 마찰계수, κp는 제어기의 비례이득, κi는 제어기의 적분, κt는 토크 상수, ω* rm는 속도지령, ω* rm_p는 스위칭부가 온(on)에서 오프(off)로 전환하는 순간의 속도지령, i i_TL는 스위칭부가 온(on)에서 오프(off)로 전환하는 순간의 적분출력값, I max는 제한기의 최대값이다.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭부는:
    상기 제한기에 의한 제한동작이 이행되지 않을 때에는 상기 제2연산기의 출력신호를 상기 제3연산기로 출력하여 일반적인 비례적분제어기로 동작하고,
    상기 제한기에 의한 제한동작이 이행될 때에는 적분제어 보정값을 상기 제3연산기로 출력하여 비례제어기로 동작하는 것을 특징으로 하는 전동기 시스템의 속도 제어기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020050083059A 2005-09-07 2005-09-07 전동기 시스템의 속도 제어기 KR100715279B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050083059A KR100715279B1 (ko) 2005-09-07 2005-09-07 전동기 시스템의 속도 제어기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050083059A KR100715279B1 (ko) 2005-09-07 2005-09-07 전동기 시스템의 속도 제어기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070028750A KR20070028750A (ko) 2007-03-13
KR100715279B1 true KR100715279B1 (ko) 2007-05-07

Family

ID=38101252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050083059A KR100715279B1 (ko) 2005-09-07 2005-09-07 전동기 시스템의 속도 제어기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100715279B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101220915B1 (ko) * 2011-11-04 2013-02-14 주식회사 오토파워 활성화 함수와 토크 보상기를 이용한 속도 리플 억제 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR930011392A (ko) * 1991-11-08 1993-06-24 이헌조 직류모터 기동 제어장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR930011392A (ko) * 1991-11-08 1993-06-24 이헌조 직류모터 기동 제어장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070028750A (ko) 2007-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100442494B1 (ko) 인버터의 토오크 제어장치 및 방법
TWI417690B (zh) 控制系統
US7224141B2 (en) Position controller of motor
KR100661106B1 (ko) 모터의 제어장치
Sun et al. Adaptive conditional disturbance negation-based nonsmooth-integral control for PMSM drive system
JP4610014B2 (ja) サーボシステムの制御装置および制御方法
JP2009237916A (ja) サーボ制御装置
KR100715279B1 (ko) 전동기 시스템의 속도 제어기
JP2003209996A (ja) 同期機の制御装置
JP2000341991A (ja) 永久磁石型同期電動機の制御装置
JP2003169488A (ja) サーボモータの制御装置及び制御方法
JP4969876B2 (ja) 磁束減少の場合における電動機の制御方法とシステム
JPS63276604A (ja) プロセス制御装置
Feng et al. A new robust control to improve the dynamic performance of induction motors
JP2005011004A (ja) 電動機の位置決め制御装置
Khater et al. Analysis and design of indirect field orientation control for induction machine drive system
JPH05150802A (ja) 偏差可変及び偏差ヒステリシス形ｐｉ制御方法
JP2001204199A (ja) 永久磁石型同期電動機の制御装置
JP2010020705A (ja) 制御装置
JP2003122401A (ja) 調節器
JP3850381B2 (ja) 電流制御装置
JPH08297512A (ja) スライディングモード制御による位置決め制御方法
JP2000003204A (ja) 制御方法及び制御装置
JPH0876811A (ja) プロセス制御装置
JP2001290504A (ja) 制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130325

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140324

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160329

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee