KR20060001978A - 유도전동기 회전자의 시정수 추정을 위한 mras 퍼지제어시스템 - Google Patents

유도전동기 회전자의 시정수 추정을 위한 mras 퍼지제어시스템 Download PDF

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KR20060001978A
KR20060001978A KR1020050127504A KR20050127504A KR20060001978A KR 20060001978 A KR20060001978 A KR 20060001978A KR 1020050127504 A KR1020050127504 A KR 1020050127504A KR 20050127504 A KR20050127504 A KR 20050127504A KR 20060001978 A KR20060001978 A KR 20060001978A
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mras
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정동화
차영두
남수명
고재섭
최정식
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순천대학교 산학협력단
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    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32071—Adaptive fuzzy controller, tunes itself as function of machine parameter variation

Abstract

본 발명은 전동기의 운전 조건에 따라 MRAS 퍼지 제어기(8)를 이용하여 회전자 시정수 추정에 관한 것으로서, 본 발명의 회전자 시정수 추정을 위한 MRAS 퍼지 제어 시스템은 기준모델(9)에서 얻은 회전자 자속과 조절 모델(10)에서 얻은 추정 회전자 자속을 비교하여 얻은 오차와 오차 변화분을 이용하여 퍼지제어기(11)의 입력으로 하여 회전자 시정수를 추정하는 MRAS 퍼지 제어기(8)를 구성한다. 대표도에 나타낸 것과 같이 구성된 시스템은 다양한 속도변화와 부하토크의 변화에 시정수를 다양하게 변화시켜도 회전자의 자속 및 시정수는 실제 회전자 자속과 실제 회전자 시정수의 추정에 우수한 성능을 나타낸다.
Figure 112005515178095-PAT00001
유도 전동기, 퍼지 제어, MRAS, 회전자 시정수 추정

Description

유도전동기 회전자의 시정수 추정을 위한 MRAS 퍼지제어 시스템 {MRAS Fuzzy System for Time Constant Estimation of Induction Motor rotor}
도 1은 종래의 회전자 시정수 추정 시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 MRAS 퍼지제어기의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 회전자 시정수 경신 알고리즘의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 MRAS 퍼지제어기를 이용한 회전자 시정수 추정 시스템의 구성도
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1: 약계자 제어 2: 자속 제어기
3: 속도 제어기 4: 전류 제어기
5: 공간벡터 PWM 인버터 6: 유도 전동기
7: 관측기 8: MRAS 퍼지 제어기
9: 기준모델 10: 조절모델
11: 퍼지 제어기
본 발명은 전동기의 운전 상태에 따라 유도전동기(6)의 슬립 각속도 계산에 사용되는 시정수를 추정하는 제어시스템에 관한 것이다. MRAS 퍼지 제어기(8)는 기준모델(9)과 조절모델(10)을 이용하여 퍼지제어기(11)의 입력으로 사용하여 회전자 시정수를 추정하는 제어시스템이다. MRAS 퍼지 제어기(8)는 시스템의 시정수를 추정함으로서 다양한 속도변화와 부하토크의 변화에 시정수를 다양하게 변화시켜도 회전자의 추정 자속 및 시정수는 실제 회전자 자속과 실제 시정수의 추정에 우수한 성능을 갖는 시스템이다.
도 1은 종래의 시정수 추정 시스템의 구성도를 나타낸다. 전동기로부터 상전압(vs)과 상전류(is)를 입력받아 관측기(7)를 통하여 회전자 시정수를 추정하고, 사용자가 원하는 속도로 설정한 지령속도(ωr *)는 약계자 제어(1), 자속제어기(2), 속도제어기(3), 전류제어기(4), 공간 벡터 PWM 인버터(5)를 통해 유도전동기(6)를 제어하게 된다.
여기서, 종래의 회전자 시정수 추정 시스템은 수학적 모델링에 기초하고 계산시간이 많이 소요되는 알고리즘이기 때문에 매우 복잡하고 전동기가 과열될 경우 변화되는 시정수를 정확하게 추정할 수 없어 전동기의 속도와 토크의 응답특성이 양호하게 나타나지 않는다.
본 발명의 목적은 MRAS 퍼지 제어기(8)를 사용하여 전동기의 회전자 시정수를 추정함으로서 우수한 속도와 토크의 응답성능을 제공하는 것이다.
이러한 목적 달성을 위하여 본 발명의 회전자 시정수 추정 시스템은 정확한 회전자 시정수를 추정하기 위하여 수학식(1-5)를 퍼지제어에 사용하여 통하여 최적의 회전자 시정수를 출력하는 MRAS 퍼지 제어기(8)를 포함한다.
이하, 본 발명에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에서는 다양한 속도변화와 부하토크의 변화에 시정수를 다양하게 변화시켜도 회전자 자속 및 시정수의 정확한 추정을 위하여 MRAS 퍼지 제어기(8)를 채택한다. 본 발명에 따른 MRAS 퍼지 제어기(8)는 회전자의 자속 및 시정수를 정확한 추정을 위하여 퍼지 제어기(11)를 이용하는 회전자 시정수 추정 제어기이다.
도 2는 기준모델(9)로부터 구한 실제 회전자 자속(
Figure 112005515178095-PAT00014
r)과 조절모델(10)로부터 구한 추정회전자 자속(
Figure 112005515178095-PAT00015
r)을 비교하여 오차(e)와 오차 변화분(
Figure 112005515178095-PAT00016
)을 퍼지제어기(11)의 입력으로 사용하여 회전자 추정 시정수(
Figure 112005515178095-PAT00017
r)를 출력하여 추정 슬립 각속도(
Figure 112005515178095-PAT00018
st)를 출력하는 개략적인 블럭도이다.
상기에서 설명한 회전자 추정 슬립 각속도(
Figure 112005515178095-PAT00019
sl)는 수학식(1-5)와 표(1)에 의해 구해진다.
[수학식] 1
Figure 112005515178095-PAT00002
[수학식] 2
Figure 112005515178095-PAT00003
[수학식] 3
Figure 112005515178095-PAT00004
[수학식] 4
Figure 112005515178095-PAT00005
[수학식] 5
Figure 112005515178095-PAT00020
[표] 1
Figure 112005515178095-PAT00006
도 3은 2개의 자속 모델로부터 구해진 토크성분전류(iqs)를 식(6, 7)을 사용하여 MRAS 퍼지 제어기(8)에 입력되어 추정 회전자 시정수(
Figure 112005515178095-PAT00021
r)를 출력하는 개략적인 블럭도이다.
[수학식] 6
Figure 112005515178095-PAT00008
[수학식] 7
Figure 112005515178095-PAT00009
도 4에서는 지령속도(ω* r)로부터 지령 회전자 자속(
Figure 112005515178095-PAT00022
* r)을 구하는 약계자 제어(1), 약계자 제어(1)로부터 입력받은 지령회전자 자속(
Figure 112005515178095-PAT00023
* r)과 실제 회전자 자속(
Figure 112005515178095-PAT00024
r)의 오차를 입력받아 자속성분 지령전류(i* ds)를 출력하는 자속제어기(2), 지령속도(ω* r)와 실제속도(ωr)의 오차를 입력받아 토크성분 지령전류(i* qs)를 출력하는 속도제어기(3), 유도전동기(6)의 실제 상전압(vs)과 상전류(is)를 입력으로 받아 회전자 추정 시정수(
Figure 112005515178095-PAT00025
r)를 출력하는 MRAS 퍼지 제어기(8), 자속성분 지령전류(i* ds)와 토크성분 지령전류(i* qs) 및 동기각(
Figure 112005515178095-PAT00026
e)을 입력받아 d-q축 지령전압(v* ds, v* qs)을 출력하는 전류제어기(4), 상기 지령 전압(v* ds, v* qs)을 입력받아 유도전동기(6)를 구동하는 공간벡터 PWM 인버터(5)를 포함한다.
상기 기술한 MRAS 퍼지 제어기(8)는 유도전동기(6)의 실제 상전압(vs)과 상 전류(is)를 입력으로 받아 추정 회전자 시정수(
Figure 112005515178095-PAT00027
r)를 출력한다. 추정 회전자 시정수(
Figure 112005515178095-PAT00028
r)와 토크성분 전류(iqs) 및 d축 회전자 자속(
Figure 112005515178095-PAT00029
qs)을 이용하여 추정 슬립각속도(
Figure 112005515178095-PAT00030
sl)를 계산한다. 이를 실제 속도(ωr)와 합하여 동기 속도(ωe)를 구하고 이를 적분하여 동기각(
Figure 112005515178095-PAT00031
e)을 얻는다. 상기 동기각(
Figure 112005515178095-PAT00032
e)은 자속제어기(2)에서 얻어진 자속성분 지령전류(i* ds)와 속도제어기(3)에서 얻어진 토크성분 지령전류(i* qs)와 함께 전류제어기(4)에 입력되고 이 전류 제어기는 d-q축 지령전압(v* ds, v* qs)을 출력한다. 출력된 d-q축 지령전압(v* ds, v* qs)은 공간벡터 PWM 인버터(5)를 통하여 유도전동기(6)를 구동하게 된다.
이와 같이 본 발명에서 제시한 MRAS 퍼지 제어기(8)는 퍼지 제어기(11)를 사용하여 시정수를 추정함으로서 본 발병의 제어기는 정확한 시정수를 추정하여 시스템의 고성능 및 강인성을 갖게 한다.
도 4에서는 MRAS 퍼지 제어기(8)를 적용한 유도전동기(6)의 회전자 시정수 추정 시스템을 도시하였으며, 본 발명은 다른 유형의 전동기에 상기 발명의 회전자 시정수 추정 시스템을 쉽게 적용할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 MRAS 퍼지 제어기(8)를 사용함으로써 유도전동기(6)의 회전자 시정수를 추정하여 속도 및 부하의 다양한 변화와 같은 시스템 변화에 강인성과 고성능을 유지함으로써 산업전반에 사용되는 산업기기의 효율을 높여 총체적으로 에너지 절감에 기여할 수 있다.
본 발명의 MRAS 퍼지 제어기(8)는 퍼지제어(11)를 이용함으로써 기존의 관측기(7)를 사용한 제어시스템과 비교하여 양호한 응답특성을 나타내는 우수한 제어기라고 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 유도전동기(6)의 회전자 시정수 추정 시스템으로서, 상기 유도전동기(6)의 추정 회전자 시정수를 출력하는 MRAS 퍼지 제어기(8), 지령속도(ω* r)를 입력받아 지령 회전자 자속( r *)을 출력하는 약계자 제어(1), 지령 회전자 자속(
    Figure 112005515178095-PAT00034
    r *)과 실제 회전자 자속(
    Figure 112005515178095-PAT00035
    r)의 오차를 입력으로 받아 자속성분 지령전류(i* ds)를 출력하는 자속제어기(2), 지령속도와 (ωr *) 실제속도(ωr)의 오차를 입력으로 받아 토크성분 지령전류(i* qs)를 출력하는 속도제어기(3), 동기각(
    Figure 112005515178095-PAT00036
    e)과 자속제어기(2)에서 얻어진 자속성분 지령전류(i* ds) 및 속도제어기(3)에서 얻어진 토크성분 지령전류(i* qs)를 입력받아 d-q축 지령전압(v* ds, v* qs)을 출력하는 전류제어기(4), d-q축 지령전압(v* ds, v* qs)을 입력받아 유도전동기(6)를 구동하는 공간벡터 PWM 인버터(5)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 시스템
  2. 제 1항에 있어 MRAS 퍼지 제어기(8)는 토크성분 전류(iqs)를 이용하여 입력 오차(e)를 구하고 추정 회전자 시정수(
    Figure 112005515178095-PAT00037
    r)를 출력하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
  3. 제 2항에 있어 MRAS 퍼지 제어기(8)는 기준모델(9)에서 얻어진 실제 회전자 자속(
    Figure 112005515178095-PAT00038
    r)과 조절모델(10)에서 추정 회전자 자속(
    Figure 112005515178095-PAT00039
    r)의 오차(e) 오차변화분(
    Figure 112005515178095-PAT00040
    )을 퍼지제어기(11)의 입력으로 사용하여 추정 회전자 시정수(
    Figure 112005515178095-PAT00041
    r)를 출력하는 것을 특징으로 하는 시스템
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100737676B1 (ko) * 2006-06-13 2007-07-09 정순길 추락방지기능과 과부하방지기능이 있는 유도 전동기센서리스 벡터제어 인버터
CN103986400A (zh) * 2014-05-30 2014-08-13 清华大学 基于二维模糊控制的模型参考自适应系统参数自整定方法
CN110048653A (zh) * 2019-05-22 2019-07-23 河南科技大学 无轴承异步电机的滑模变结构mras转速辨识方法

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