KR100725537B1 - 적응 퍼지 신경회로망 제어기를 이용한 효율 최적화제어시스템 - Google Patents

적응 퍼지 신경회로망 제어기를 이용한 효율 최적화제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효율 최적화 제어시스템으로서, 적응 퍼지 제어기(AFC)와 퍼지 신경회로망(FNN) 제어기가 병렬로 연결되어 이루어지고 사용자가 원하는 속도로 설정한 지령속도(
Figure 112005044021246-pat00001
)와 상기 전동기의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00002
)의 오차를 입력으로 받아 상기 전동기의 속도제어에 필요한 지령토크(
Figure 112005044021246-pat00003
)를 출력하는 적응 퍼지 신경회로망(A-FNN) 제어기, 상기 A-FNN 제어기에 입력되는 상기 전동기의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00004
)를 측정하는 속도측정기, 상기 A-FNN 제어기로부터의 상기 지령토크(
Figure 112005044021246-pat00005
)를 입력받고 상기 속도측정기로부터의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00006
)를 입력받아 상기 제어시스템의 전체 손실을 최소로 하는 기준전류를 계산하여 최적의 자속성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00007
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00008
)를 출력하는 효율최적화 제어기, 상기 효율최적화 제어기로부터 상기 자속성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00009
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00010
)를 입력받아 철손이 보상된 자속성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00011
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00012
)를 출력하는 철손보상기를 포함한다. 따라서 최적 효율로 전동기를 제어하고, 동시에 전동기의 속도 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
적응 퍼지, 신경회로망, 효율, 기준전류

Description

적응 퍼지 신경회로망 제어기를 이용한 효율 최적화 제어시스템{Efficiency Optimization Control System with Adaptive Fuzzy Neural Network Controller}
도 1은 종래의 동기형 릴럭턴스 전동기(SynRM)의 벡터 제어시스템에 대한 구성도이다.
도 2는 SynRM에서 철손을 고려한 d축 및 q축의 등가 회로이다.
도 3은 SynRM의 전류 성분의 관계를 나타내는 전류 벡터도이다.
도 4는 본 발명에 따른 적응 퍼지 제어기의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 적응 FNN 제어기의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 적응 FNN 제어기와 효율최적화 제어기를 결합한 제어 시스템의 구성도이다.
도 7은
Figure 112005044021246-pat00013
에 대한
Figure 112005044021246-pat00014
,
Figure 112005044021246-pat00015
및
Figure 112005044021246-pat00016
변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 속도와 부하토크 변동에 의한 응답특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 일정
Figure 112005044021246-pat00017
에 대한 응답특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 효율 최적화 제어에 대한 응답특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 종래의 일정 제어에서 손실 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 효율 최적화 제어에서 손실 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 일정
Figure 112005044021246-pat00019
제어와 효율 최적화 제어에서 전체 손실을 비교한 그래프이다.
도 14는 부하토크에 대한 효율의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 전동기의 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 전동기의 운전 상태에 따라 전동기의 속도를 제어하고, 효율을 최적화하여 손실을 최소화하는 효율 최적화 제어 시스템에 관한 것이다.
전력 사용이 증가되고, 소비 전력의 상당 부분이 전동기에서 소비되고 있으므로, 전동기 성능 및 효율을 향상시키기 위한 많은 연구 개발이 진행되고 있다.
도 1에 종래의 동기형 릴럭턴스 전동기(SynRM: Synchronous Reluctance Motor)의 벡터 제어시스템에 대한 구성도를 나타내었다. 도 1에서 종래의 SynRM 제어 시스템은 속도제어기(12), 전류제어기(13), 공간벡터 PWM 인버터(Surface Vector PWM Inverter)(14), 속도 측정기(15)로 구성되어, SynRM(11)의 구동을 제어 한다.
도 1에서와 같이, 사용자가 원하는 SynRM(11)의 속도인 지령속도(
Figure 112005044021246-pat00020
)와, 속도측정기(15)로부터 측정된 SynRM(11)의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00021
)와의 차이가 비교되어 속도제어기(12)에 입력된다. 속도제어기(12)는 이러한 차이에 대응하는 토크전류 지령치(
Figure 112005044021246-pat00022
)를 생성한다. 전류제어기(13)는 자속전류 지령치(
Figure 112005044021246-pat00023
)와 상기 토크전류 지령치(
Figure 112005044021246-pat00024
)를 입력받아서, 토크전압 지령치와 자속전압 지령치를 생성하고 이를 좌표변환하여 3상 전압(
Figure 112005044021246-pat00025
)으로 공간벡터 PWM 인버터(14)로 출력하고, 공간벡터 PWM 인버터(14)는 상기 3상 전압에 의해 직류전원을 교류전원으로 변환시켜 SynRM(11)에 공급한다.
종래부터 상기 속도제어기(12)로서 비례 적분(PI: Proportional Integral) 제어기가 많이 사용되고 있다. 그러나 PI 제어기는 SynRM(11)의 비선형성 때문에 과도 상태에서 양호한 성능을 기대하기 어렵다. 특히, PI 제어기의 이득 계수를 조절하여도 제어 시스템의 성능 향상에는 한계가 있으며, 외란, 속도 및 부하 등의 파라미터가 변동할 경우 고성능 및 강인성을 기대하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 최적 효율로 전동기를 제어하고, 동시에 전동기의 속도 제어 성능을 향상시킬 수 있는 제어시스템을 제공 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 최적 효율 제어를 실행하는 효율최적화 제어기를 포함하고, 퍼지 신경회로망(FNN) 제어기와 적응 퍼지 제어기(AFC: Adaptive Fuzzy Controller)를 병렬로 연결한 적응 퍼지 신경회로망(A-FNN: Adative Fuzzy Neural Network) 제어기를 포함한다.
본 발명에 따른 효율 최적화 제어시스템은, 적응 퍼지 제어기(AFC)와 퍼지 신경회로망(FNN) 제어기가 병렬로 연결되어 이루어지고 사용자가 원하는 속도로 설정한 지령속도(
Figure 112005044021246-pat00026
)와 상기 전동기의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00027
)의 오차를 입력으로 받아 상기 전동기의 속도제어에 필요한 지령토크(
Figure 112005044021246-pat00028
)를 출력하는 적응 퍼지 신경회로망(A-FNN) 제어기, 상기 A-FNN 제어기에 입력되는 상기 전동기의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00029
)를 측정하는 속도측정기, 상기 A-FNN 제어기로부터의 상기 지령토크(
Figure 112005044021246-pat00030
)를 입력받고 상기 속도측정기로부터의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00031
)를 입력받아 상기 제어시스템의 전체 손실을 최소로 하는 기준전류를 계산하여 최적의 자속성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00032
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00033
)를 출력하는 효율최적화 제어기, 상기 효율최적화 제어기로부터 상기 자속성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00034
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00035
)를 입력받아 철손이 보상된 자속성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00036
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00037
)를 출력하는 철손보상기, 상기 철손이 보상된 자속성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00038
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00039
)를 입력받아 상전압 지령치(
Figure 112005044021246-pat00040
)를 출력하는 전류제어기, 상기 상전압 지령치(
Figure 112005044021246-pat00041
)를 받아 상기 전동기를 구동하는 공간벡터 PWM 인버터를 포함한다.
상기 A-FNN 제어기는 상기 AFC에서 기준모델의 출력(
Figure 112007015616527-pat00216
)과 상기 전동기의 실제속도(
Figure 112007015616527-pat00217
)를 비교하여 구한 기준모델의 속도오차(
Figure 112007015616527-pat00218
) 및 오차변화분(
Figure 112007015616527-pat00219
)을 입력으로 받아, 지령전류 변화분(
Figure 112007015616527-pat00220
)을 출력하고, 상기 FNN 제어기에서 상기 지령속도(
Figure 112007015616527-pat00221
)와 상기 실제속도(
Figure 112007015616527-pat00222
)간의 오차인 지령 속도오차(
Figure 112007015616527-pat00223
)를 입력받아 지령전류 변화분(
Figure 112007015616527-pat00224
)을 출력하고, 상기 지령전류 변화분(
Figure 112007015616527-pat00225
,
Figure 112007015616527-pat00226
)을 가산하고 적분하여 지령전류(
Figure 112007015616527-pat00227
)를 출력한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 제어시스템에서는, 최적 제어를 위하여 손실을 최소로 하는 기준 전류를 이용하는 효율최적화 제어기와, 최적의 제어를 위해 퍼지 제어, 신경회로망, 적응제어 기법을 결합한 적응 FNN 제어기를 이용한다.
먼저, 효율 최적화 제어기에 대해 설명한다. 본 실시예에서는 동기 릴럭턴스 전동기(SynRM)를 일례로서 설명한다.
도 2에 SynRM에서 철손(iron loss)을 고려한 d축 및 q축의 등가 회로를 나타내었다. 여기서, d축은 인턱턴스가 최대가 되는 위치이고, q축은 전기각 90°에 위치하고 인덕턴스가 최소인 위치이다. 또한,
Figure 112005044021246-pat00054
는 고정자 저항,
Figure 112005044021246-pat00055
는 철손을 고려한 저항,
Figure 112005044021246-pat00056
및
Figure 112005044021246-pat00057
는 각각 d축 및 q축 인덕턴스,
Figure 112005044021246-pat00058
및
Figure 112005044021246-pat00059
는 철손을 고려한 d축 전류 및 q축 전류를 나타낸다.
철손을 고려한 경우의 SynRM의 전류 성분의 관계는 도 3에 나타낸 전류 벡터도와 같다.
도 2에서, 철손을 고려한 저항(
Figure 112005044021246-pat00060
)은 속도 전압(
Figure 112005044021246-pat00061
)과 병렬로 연결되어 있다. 토크를 발생하는 전류는
Figure 112005044021246-pat00062
와
Figure 112005044021246-pat00063
이며, 이는 철손을 발생시키기 때문에 단자전류
Figure 112005044021246-pat00064
와
Figure 112005044021246-pat00065
와는 다르다.
도 2의 등가회로로부터 전압방정식을 구하면 다음과 같다.
Figure 112005044021246-pat00066
(1)
Figure 112005044021246-pat00067
(2)
Figure 112005044021246-pat00068
(3)
Figure 112005044021246-pat00069
(4)
식(1)~(4)를 상태 미분방정식 형태로 표시하면 다음과 같다.
Figure 112005044021246-pat00070
(5)
발생 토크는 전류의 성분
Figure 112005044021246-pat00071
와
Figure 112005044021246-pat00072
에 비례한다. 여기서 P는 자극수이다.
Figure 112005044021246-pat00073
(6)
상기 식 (1)~(4)를 이용하여 철손과 동손(copper loss)을 구할 수 있다.
동손(
Figure 112005044021246-pat00074
)과 철손(
Figure 112005044021246-pat00075
)은 다음과 같다.
Figure 112005044021246-pat00076
(7)
Figure 112005044021246-pat00077
(8)
상기 식 (7) 및 (8)로부터 철손과 동손의 합인 전체 손실(
Figure 112005044021246-pat00078
)은 다음과 같다.
Figure 112005044021246-pat00079
(9)
전동기의 최적 효율은 전체 손실을 최소화하여 구할 수 있다. 즉, 다음과 같이,
Figure 112005044021246-pat00080
을
Figure 112005044021246-pat00081
로 미분한 값을 0으로 하여 구한다.
Figure 112005044021246-pat00082
(10)
Figure 112005044021246-pat00083
(11)
상기 식 (11)로부터 전체 손실이 최소가 되는
Figure 112005044021246-pat00084
을 구하면, 다음과 같이 전체 손실을 최소로 하는 조건을 구할 수 있다.
Figure 112005044021246-pat00085
(12)
상기한 식 (1)~(12)를 통하여 손실이 최소로 되는
Figure 112005044021246-pat00086
를 구할 수 있다. 손실이 최소가 되면 효율은 최대가 되므로, 최소값
Figure 112005044021246-pat00087
를 구하여 자속성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00088
)로 출력한다. 또한, 식 (6)으로부터
Figure 112005044021246-pat00089
를 다음과 같이 유도하여, 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00090
)로 출력한다.
Figure 112005044021246-pat00091
(13)
상기한 바와 같이, 지령토크(
Figure 112005044021246-pat00092
)와 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00093
)로부터 SynRM을 효율을 최적을 할 수 있는 자속성분의 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00094
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00095
)구할 수 있다.
한편, 상기 식 (3) 및 (4)로부터 회전자로 흐르는 전류
Figure 112005044021246-pat00096
와
Figure 112005044021246-pat00097
에 철손 전 류분
Figure 112005044021246-pat00098
와
Figure 112005044021246-pat00099
를 보상하여, 고정자 전류
Figure 112005044021246-pat00100
와
Figure 112005044021246-pat00101
를 구할 수 있다. 이는 후술하는 철손 보상기로 구현된다.
다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하여, 적응 퍼지 제어기에 대해 설명한다.
FNN 제어기는 전동기의 속도, 토크 및 관성 등의 파라미터가 변동할 경우에 양호한 성능을 발휘할 수 없다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 기준모델(Reference Model)을 사용한 적응 퍼지 제어기(AFC)를 병렬로 연결하여 FNN 제어기의 문제점을 보상하고 있다.
먼저, 도 4는 기준모델(17)의 출력(
Figure 112005044021246-pat00102
)과 SynRM(11)의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00103
)를 비교하여 속도오차(
Figure 112005044021246-pat00104
)와 오차변화분(
Figure 112005044021246-pat00105
)을 입력으로 받아 적응 퍼지 제어기(16)를 통해 지령전류 변화분(
Figure 112005044021246-pat00106
)을 출력하는 개략적인 블록도이다.
상기에서 설명한 속도오차(
Figure 112005044021246-pat00107
)와 오차변화분(
Figure 112005044021246-pat00108
)은 다음 식과 같이 나타낸다.
Figure 112005044021246-pat00109
(14)
Figure 112005044021246-pat00110
(15)
도 5는 지령속도(
Figure 112005044021246-pat00111
)와 SynRM(11)의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00112
)의 속도오차(
Figure 112005044021246-pat00113
)를 FNN 제어기(18)의 입력으로 사용하여 지령전류 변화분(
Figure 112005044021246-pat00114
)을 출력하고, 도 4에서 나타낸 출력값(
Figure 112005044021246-pat00115
)을 가산하여 적분기(19)를 통해 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00116
)를 출력하 는 개략적인 블록도를 나타낸다.
상기에서 설명한 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00117
)는 다음 식으로 나타낸다.
Figure 112005044021246-pat00118
(16)
상기한 바와 같이, FNN 제어기의 출력
Figure 112005044021246-pat00119
과 AFC의 출력
Figure 112005044021246-pat00120
를 구하고, 이를 적분기를 이용하여
Figure 112005044021246-pat00121
를 구할 수 있다.
상기에서 설명한 효율최적화 제어기와 적응 FNN 제어기를 결합하여 본 발명에 따른 제어 시스템의 구성할 수 있다. 이를 도 6에 블록도로 나타내었다.
도 6에서와 같이, 본 발명에 따른 SynRM의 효율최적화 제어시스템은, 도 5에서 설명한 A-FNN(20), 상기 식 (1)~(13)에서 설명한 효율 최적화 제어기(21), 상기 식 (3) 및 (4)로 구현되는 철손보상기(22)를 포함하여 구성된다.
상기 A-FNN 제어기(20)는 AFC와 FNN를 병렬로 연결한 것으로서, 지령속도(
Figure 112005044021246-pat00122
)와 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00123
)의 오차를 입력으로 받아 속도제어에 필요한 지령토크(
Figure 112005044021246-pat00124
)를 출력한다.
상기 효율 최적화 제어기(21)는 시스템의 전체 손실을 최소화 하는 최적의 기준 전류값을 계산하는 것으로서, 지령토크(
Figure 112005044021246-pat00125
)와 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00126
)를 입력받아 자속성분의 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00127
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00128
)를 출력한다.
상기 철손보상기(22)는 회전자로 흐르는 전류에 철손전류를 보상하여 고정자 전류를 구하는 것으로서, 효율 최적화 제어기(21)의 출력을 입력으로 받아 철손을 고려한 자속성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00129
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00130
)를 출력한다.
상기 본 발명에 따른 효율최적화 제어시스템은 상기 SynRM(11)으로부터 A-FNN 제어기(20)에 입력되는 SynRM(11)의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00131
)를 도출하기 위한 속도측정기(15)와, 상기 철손보상기(22)의 출력을 받아 상전압 지령치(
Figure 112005044021246-pat00132
)을 출력하는 전류제어기(13)와, 상기 상전압 지령치(
Figure 112005044021246-pat00133
)를 받아 SynRM(11)을 구동하는 공간벡터 PWM 인버터(14)를 포함하고 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 효율최적화 제어시스템은 다음과 같이 동작한다.
먼저, A-FNN 제어기(20)는 지령속도(
Figure 112005044021246-pat00134
)와 SynRM(11)의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00135
)의 오차를 입력으로 받아 속도제어에 필요한 지령토크(
Figure 112005044021246-pat00136
)를 출력하고 지령토크(
Figure 112005044021246-pat00137
)와 SynRM(11)의 실제속도(
Figure 112005044021246-pat00138
)가 효율최적화 제어기(21)에 입력되어 자속성분의 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00139
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00140
)를 출력한다. 상기 출력값은 철손보상기(22)를 통해 자속성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00141
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00142
)를 발생시켜 전류제어기(13)에 인가된다. 상기 전류제어기(13)는 자속성분의 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00143
)와 토크성분 지령전류(
Figure 112005044021246-pat00144
)을 사용하여 상전압 지령치(
Figure 112005044021246-pat00145
)를 출력한다. 출력된 상전압 지 령치 (
Figure 112005044021246-pat00146
)는 공간벡터 PWM 인버터(10)로 SynRM(11)을 구동하게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 A-FNN 제어기(20)를 통해 속도를 제어하고, 효율 최적화 제어기(21)를 통해 손실을 최소화하는 최적의 기준전류(
Figure 112005044021246-pat00147
)를 계산함으로써, 고효율, 고성능 및 강인성을 갖게 된다.
도 7~도 14에서 종래의 제어시스템과 본 발명에 따른 효율 최적화 제어시스템의 성능을 비교하였다. 여기서는 3.75kW SynRM을 일례로 하여 데이터를 비교하였으며, 상기 SynRM 파라미터는 다음 표와 같다.
Figure 112005044021246-pat00148
먼저, 도 7은
Figure 112005044021246-pat00149
의 변화에 대하여
Figure 112005044021246-pat00150
,
Figure 112005044021246-pat00151
및
Figure 112005044021246-pat00152
의 변화를 나타낸다. 도 7(a)에서는
Figure 112005044021246-pat00153
의 변화에 따라서
Figure 112005044021246-pat00154
의 최소점이 나타나며 최소 전류조건으로 주어지는 동작점이 존재한다. 도 7(b)에서는
Figure 112005044021246-pat00155
의 변화에 따라 전체 손실이 최소인 점이 나타나고 있다. 따라서 전체 손실이 최소가 되는 점을 찾아 운전을 하면 효율은 최 대가 된다. 효율 최적화 제어는 손실이 최소가 나타나는 점을 최적제어로 추적하여 그 동작점에서 운전을 시킨다.
도 8은 0.2초에서 지령속도를 1800rpm으로 상승시키고 0.5~0.7초까지 부하토크를 2[N·m]로 인가할 경우에 나타나는 응답특성이다. 도 8(a)는 지령속도와 실제속도를 나타내며 더욱 명확하게 비교하기 위하여 도 8(b)와 8(c)는 확대한 도면이다.
도 8(b)는 초기상태이며 A-FNN 제어기가 FNN 제어기보다 오버슈트가 작고 상승시간이 빠르며, 빠르게 안정화되고 있다. 도 8(c)는 부하토크를 인가할 경우의 응답특성이며, 이 경우에도 A-FNN 제어기는 FNN 제어기보다 고속 성능을 보이고 있다.
도 9는 A-FNN 제어기로 속도를 제어하고 4상한 운전을 했을 경우에 나타나는 응답특성이다. 도 9(a)는 지령속도와 실제속도, 도 9(b)는 q축 고정자 전류, 9(c)는 d축 고정자 전류, 9(d)는 발생토크, 9(e)는 a상 전류를 나타낸다.
Figure 112005044021246-pat00156
가 일정하게 제어되고 있으며 발생토크는
Figure 112005044021246-pat00157
에 의해 제어되고 있음을 알 수 있다.
도 10에서는
Figure 112005044021246-pat00158
가 효율 최적화 제어를 만족하는 조건으로 제어된다. 일정
Figure 112005044021246-pat00159
제어에서는 고정자 지령전류
Figure 112005044021246-pat00160
,
Figure 112005044021246-pat00161
는 토크 발생전류
Figure 112005044021246-pat00162
,
Figure 112005044021246-pat00163
를 같게 하여 철손을 보상하지만, 정·역회전 구간에서 약간의 토크의 비선형성이 나타난다. 그러나 효율 최적화 제어에서는 효율이 최적화가 되는 전류
Figure 112005044021246-pat00164
,
Figure 112005044021246-pat00165
를 계산하고 철손 보상에 의해
Figure 112005044021246-pat00166
,
Figure 112005044021246-pat00167
를 구하기 때문에 과도 토크 동작에서 비선형성은 나타나지 않는다.
도 11은 종래의 일정
Figure 112005044021246-pat00168
제어에서 손실 결과이며 도 12은 본 발명의 효율 최적화 제어에서 손실 결과이다. 도 11과 12에서 (a)는 동손, (b)는 철손 및 (c)는 전체 손실을 나타낸다.
도 13은 일정
Figure 112005044021246-pat00169
제어와 효율 최적화 제어에서 전체 손실을 비교하였다. 도면에서 A는 일정
Figure 112005044021246-pat00170
제어이며 B는 효율 최적화 제어에서 전체 손실을 나타낸다. 두 경우의 손실을 비교하면, 속도가 변동하는 구간에서는 속도제어를 위하여 거의 같은 손실이 발생하지만, 정상상태에서는 효율 최적화 제어는 일정
Figure 112005044021246-pat00171
제어보다 손실이 매우 감소된다. 손실의 최소화는 효율의 최대화를 달성할 수 있다.
도 14에 정상 상태에서 일정
Figure 112005044021246-pat00172
제어와 효율 최적화 제어의 경우에서, 부하토크에 대한 효율의 변화를 나타내었다. 도 14(a)는 일정
Figure 112005044021246-pat00173
제어의 효율을 나타내고 14(b)는 효율 최적화 제어의 효율을 나타낸다.
도 14로부터, 효율 최적화 제어에서는 효율이 향상되며, 특히 경부하에서 효율이 대폭적으로 증가함을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 효율 최적화 제어에 의해 정상상태의 손실은 매우 감소시키고 효율은 대폭적으로 증가시킬 수 있다.
상기 설명한 실시예에서는 SynRM를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 효율최적화 제어시스템은 다른 유형의 전동기에도 쉽게 적용할 수 있다.
본 발명은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 A-FNN 제어기와 효율최적화 제어기를 사용함으로써 SynRM와 같은 비선형 특성에 적절하게 대응할 수 있다. 또한, 파라미터 변동과 같은 시스템 변화에 강인성과 고성능을 유지함으로써 전동기의 효율을 높여 에너지를 절감할 수 있다.

Claims (3)

  1. 전동기의 효율 최적화 제어시스템에 있어서,
    적응 퍼지 제어기(AFC)와 퍼지 신경회로망(FNN) 제어기가 병렬로 연결되어 이루어지고, 사용자가 원하는 속도로 설정한 지령속도(
    Figure 112005044021246-pat00174
    )와 상기 전동기의 실제속도(
    Figure 112005044021246-pat00175
    )의 오차를 입력으로 받아, 상기 전동기의 속도제어에 필요한 지령토크(
    Figure 112005044021246-pat00176
    )를 출력하는 적응 퍼지 신경회로망(A-FNN) 제어기,
    상기 A-FNN 제어기에 입력되는 상기 전동기의 실제속도(
    Figure 112005044021246-pat00177
    )를 측정하는 속도측정기,
    상기 A-FNN 제어기로부터의 상기 지령토크(
    Figure 112005044021246-pat00178
    )를 입력받고, 상기 속도측정기로부터의 실제속도(
    Figure 112005044021246-pat00179
    )를 입력받아, 상기 제어시스템의 전체 손실을 최소로 하는 기준전류를 계산하여 최적의 자속성분 지령전류(
    Figure 112005044021246-pat00180
    )와 토크성분 지령전류(
    Figure 112005044021246-pat00181
    )를 출력하는 효율최적화 제어기,
    상기 효율최적화 제어기로부터 상기 자속성분 지령전류(
    Figure 112005044021246-pat00182
    )와 토크성분 지령전류(
    Figure 112005044021246-pat00183
    )를 입력받아, 철손이 보상된 자속성분 지령전류(
    Figure 112005044021246-pat00184
    )와 토크성분 지령전류(
    Figure 112005044021246-pat00185
    )를 출력하는 철손보상기,
    상기 철손이 보상된 자속성분 지령전류(
    Figure 112005044021246-pat00186
    )와 토크성분 지령전류(
    Figure 112005044021246-pat00187
    )를 입 력받아 상전압 지령치(
    Figure 112005044021246-pat00188
    )를 출력하는 전류제어기, 및
    상기 상전압 지령치(
    Figure 112005044021246-pat00189
    )를 받아 상기 전동기를 구동하는 공간벡터 PWM 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 효율 최적화 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전동기는 동기 릴럭턴스 전동기인 것을 특징으로 하는 효율 최적화 제어시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 A-FNN 제어기는
    상기 AFC에서 기준모델의 출력속도(
    Figure 112007015616527-pat00228
    )와 상기 전동기의 실제속도(
    Figure 112007015616527-pat00229
    )를 비교하여 구한 기준모델의 속도오차(
    Figure 112007015616527-pat00230
    ) 및 오차변화분(
    Figure 112007015616527-pat00231
    )을 입력으로 받아, 지령전류 변화분(
    Figure 112007015616527-pat00232
    )을 출력하고, 상기 FNN 제어기에서 상기 지령속도(
    Figure 112007015616527-pat00233
    )와 상기 실제속도(
    Figure 112007015616527-pat00234
    )간의 오차로서 지령 속도 오차(
    Figure 112007015616527-pat00235
    )를 입력받아 지령전류 변화분(
    Figure 112007015616527-pat00236
    )을 출력하고, 상기 지령전류 변화분(
    Figure 112007015616527-pat00237
    ,
    Figure 112007015616527-pat00238
    )을 가산하고 적분하여 지령전류(
    Figure 112007015616527-pat00239
    )를 출력하는 것을 특징으로 하는 효율 최적화 제어 시스템.
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