KR20050033601A - 유도전동기의 속도제어를 위한 hbpi 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기의 운전조건에 따라 고성능의 속도제어가 가능하도록 HBPI 제어기(3)를 이용하여 속도제어를 수행하는 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 전동기 속도제어 시스템은 PI 제어기(1)와 퍼지 적응 메카니즘(2)을 혼합하여 구성한 HBPI제어기(3)를 이용하여 유도전동기(6)의 벡터제어 시스템을 구성한다. 대표도에 나타낸 것과 같이 구성된 시스템은 과도특성에서 다양한 속도추정 능력, 부하 및 관성 등 파라미터 변동에 고성능 및 강인성을 나타낸다.

Description

유도전동기의 속도제어를 위한 HBPI 제어 시스템{Hybrid PI(HBPI) Control System for Speed Control of Induction Motor}

본 발명은 전동기의 속도제어 시스템에 관한 것으로 전동기의 운전상태에 따라 HBPI 제어기(3)를 이용하여 제어 시스템에 관한 것이다. HBPI 제어기(3)는 PI 제어기(1)와 퍼지 적응 메카니즘(2)을 병렬로 연결하여 속도의 오버슈트와 정상상태의 오차를 감소시킨다. 과도특성에서 다양한 속도추정 능력, 부하 및 관성 등 파라미터 변동에 고성능 및 강인성을 갖는 시스템이다.

도 1은 종래의 PI 제어기(1)를 적용한 유도전동기(6)의 속도제어 시스템의 구성도를 나타낸다. 전동기 속도를 사용자가 원하는 속도로 설정한 지령속도()와 유도전동기(6)의 실제속도()를 비교하여 PI 제어기(1), 전류제어(4) 및 공간벡터 PWM인버터(5)로 유도전동기(6)를 제어하게 된다. 여기서, PI 제어기(1)는 유도전동기(6)의 비선형성 때문에 과도상태에서 양호한 성능을 기대하기 어렵다. 특히 PI 제어기(1)의 이득계수를 조절하여도 시스템의 성능 향상에는 한계가 있으며 외란, 속도 및 부하 등의 파라미터가 변동할 경우 고성능 및 강인성을 기대하기 어렵다.

본 발명의 목적은 HBPI 제어기(3)를 사용하여 유도전동기(6)의 고성능 속도제어 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명의 속도제어 시스템은 퍼지 적응 메카니즘(2)과 PI 제어기(1)를 병렬로 연결한 HBPI 제어기(3)를 포함한다.

이하, 본 발명에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는 과도특성에서 다양한 속도추정 능력, 부하 및 관성 등 파라미터 변동에 고성능 및 강인성을 위해 HBPI 제어기(3)을 채택한다. 본 발명에 따른 HBPI제어기(3)는 최적의 제어를 위해 PI제어기(1)와 퍼지 적응 메카니즘(2)을 상호결합한 제어이다.

도 2는 전동기 속도를 사용자가 원하는 속도로 설정한 지령속도()와 유도전동기(7)의 실제속도()를 비교하여 속도오차()와 속도오차의 변화분()을 계산하여 퍼지 적응 메카니즘(2)의 입력으로 사용하여 PI 이득값 와 을 출력하고 출력된 이득값과 속도오차()가 PI 제어기(1)에 입력되어 지령전류()를 출력하는 개략적인 블록도 이다.

도 3은 상기 기술된 본 발명의 HBPI 제어기(3)에 관련하여, 퍼지 적응 메카니즘(2)에 사용되는 보다 구체적인 구성을 하나의 실시 예로서 예시한 것이다. 도 3의 (a)는 이득 를 경신하기 위한 룰베이스, (b)는 이득를 경신하기 위한 룰베이스를 예시한다. 도 3에서 룰베이스를 표현하기 위하여 사용된 기호는 다음과 같다.

NL : Negative Large

NM : Negative Medium

NS : Negative Small

ZE : Zero

PS : Positive Small

PM : Positive Medium

PL : Positive Large

상기에서 설명한 , 의 경신은 수학식(1, 2)으로 계산된다.

[수학식] 1

[수학식] 2

여기서 , 는 PI 제어기(1)의 이득을 말하며 는 속도의 오버슈트와 정상상태의 오차를 감소시키고 는 속도의 상승시간을 개선시키고 오버슈트에 의한 속도응답은 지연시킨다.

도 4는 HBPI 제어기(3)에 의해 속도를 제어하는 블록도를 나타낸다. 상기 블록도에서 도시된 유도전동기(6)의 속도제어 시스템은 상기 유도전동기(6)로부터 HBPI 제어기(3)에 입력되는 유도전동기(6)의 속도(ω_r)를 도출하기 위한 속도측정기(7), 지령속도()와 속도()의 오차를 입력으로 받아 속도제어에 필요한 토크성분의 지령전류()를 출력하는 HBPI 제어기(3), 회전자 위치(), 토크성분의 지령전류()와 자속성분의 지령전류()를 입력받아 상전압 지령치()을 출력하는 전류제어기(4), 상기 상전압 지령치()를 받아 유도전동기(6)를 구동하는 공간벡터PWM 인버터(5)를 포함한다.

상기 기술한 HBPI 제어기(3)는 지령속도()와 유도전동기 속도()의 오차()로부터 토크성분 지령전류()를 출력한다. 토크성분 지령전류()는 자속성분 지령전류()와 함께 전류제어기(4)에 인가된다. 그러면 이 전류제어기(4)는 토크성분 지령전류()와 자속성분 지령전류() 그리고 유도전동기 회전자 위치()를 사용하여 상전압 지령치 ()를 출력한다. 출력된 상전압 지령치 ()는 공간벡터 PWM 인버터(5)로 유도전동기(6)를 구동하게 된다.

이와 같이 본 발명에서 제시한 HBPI 제어기(4)는 최적의 지령전류()를 계산하여 본 발명의 제어기는 시스템 적용에 고성능 및 강인성을 갖게 한다.

도 4에서는 HBPI 제어기(3)를 적용한 유도전동기(6)의 속도제어 시스템을 도시하였으나, 본 발명은 다른 유형의 전동기에 상기 발명의 센서리스 속도제어 시스템을 쉽게 적용할 수 있다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 HBPI 제어기(3)를 사용하여 유도전동기(6) 시스템의 비선형 특성에 적절하게 대응할 수 있고 따라서 파라미터변동과 같은 시스템 변화에 강인성과 고성능을 유치함으로서 산업전반에 사용되는 산업기기의 효율을 높여 총체적으로 에너지 절감에 기여할 수 있다.

본 발명의 HBPI 제어기(3)는 퍼지 적응 메카니즘(2)과 PI 제어기(1)를 병렬연결한 구조로써 PI 제어기(1)의 이득값(, )을 퍼지 적응 메카니즘(2)에 의해 경신하여 기존의 PI제어기(1)와 비교하여 양호한 응답특성을 나타내는 우수한 제어기라고 할 수 있다. 또한 수렴속도를 빠르게 계산하고 최적의 지령 전류값을 구할 수 있다.

도 1은 종래의 PI 제어기를 적용한 유도전동기의 벡터제어 속도제어 시스템의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 HBPI 제어기의 구성도

도 3은 본 발명에 따른 이득 경신을 위한 룰베이스

도 4는 본 발명에 따른 HBPI에 의한 유도전동기의 벡터제어 시스템 구성도

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1: PI 제어기 2: 퍼지 적응 메카니즘(Fuzzy Adaptation Mechanism)

3: HBPI(Hybrid PI) 제어기 4: 전류제어기

5: 공간벡터 PWM 인버터 6: 유도전동기

7: 속도측정기 8: 적분기

Claims (4)

1. 유도전동기(6)의 속도제어 시스템으로서, 상기 유도전동기(6)의 속도 제어에 필요한 토크성분의 지령전류()를 출력하는 HBPI 제어기(3), 상기 유도전동기(6)로부터 HBPI 제어기(3)에 입력되는 유도전동기(6)의 속도()를 도출하기 위한 속도측정기(7), 유도전동기(6)의 지령속도()와 속도()의 오차를 입력받아 지령전류()를 출력하는 HBPI 제어기(3), 상기 토크성분의 지령전류()와 자속성분의 지령전류() 및 유도전동기의 회전자 위치()를 받아 상전압 지령치()를 출력하는 전류제어기(4) 및 상기 상전압 지령치()를 받아 상기 유도전동기(6)를 구동하는 공간벡터 PWM 인버터(5)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 시스템
2. 제 1항에 있어 HBPI 제어기(4)는 PI 제어기(1)와 퍼지 적응메카니즘(2)을 병렬 연결하여 제어변수를 출력하는 것을 특징으로 하는 시스템
3. 제 2항에 있어 HBPI 제어기(4)는 PI 제어기(1)와 퍼지 적응 메카니즘(2)을 혼합한 형태로 PI제어기(1)의 이득을 적응 퍼지 메카니즘(2)에서 얻어진 출력값으로 입력 받는 것을 특징으로 하는 시스템
4. 제 3항에 있어 적응 퍼지 메카니즘(2)은 수렴속도를 개선하기 위하여 이득이 룰베이스에 의해 경신되는 것을 특징으로 하는 시스템