KR20070073687A - 유도전동기 강인성 제어시스템 - Google Patents

유도전동기 강인성 제어시스템 Download PDF

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KR20070073687A
KR20070073687A KR1020070057168A KR20070057168A KR20070073687A KR 20070073687 A KR20070073687 A KR 20070073687A KR 1020070057168 A KR1020070057168 A KR 1020070057168A KR 20070057168 A KR20070057168 A KR 20070057168A KR 20070073687 A KR20070073687 A KR 20070073687A
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정동화
차영두
김상선
최정식
고재섭
이정호
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순천대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 전동기의 운전상태에 따라 강인한 속도제어가 가능한 속도제어시스템에 관한 것으로, 적응제어와 퍼지제어를 혼합 구성한 AFLC 제어기를 직접퍼지제어기와 병렬로 연결하여 속도제어기를 구성하며, 본 발명의 속도 제어시스템은 과도 특성에서 다양한 속도추정 능력, 부하 및 관성 등 파라미터 변동에 고성능 및 강인성을 나타낸다.
유도 전동기, 직접퍼지 제어기, AFLC,

Description

유도전동기 강인성 제어시스템 {Robust Control System for Induction Motor}
도 1은 종래의 유도전동기 속도 제어시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 강인성 제어시스템의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 강인성 제어시스템을 이용한 유도전동기 제어시스템의 구성도
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1: 직접퍼지 제어기(Direct Fuzzy Controller)
2: 전류 제어기(Current Controller)
3: 공간벡터 PWM 인버터(Space Vector Pulse Width Modulation Inverter, S-V PWM)
4: 유도 전동기(Induction Motor, IM)
5: 속도 측정기
6: AFLC 제어기(Adaptive Fussy Learning Controller)
7: 적분기
본 발명은 전동기의 속도 제어시스템에 관한 것으로, 전동기의 운전상태에 따라 강인한 속도제어가 가능한 강인성 제어시스템에 관한 것이다.
본 발명은 전동기의 운전상태에 따라 강인한 속도제어가 가능하도록 적응제어와 퍼지제어를 혼합 구성한 AFLC 제어기를 직접퍼지 제어기와 병렬로 연결하여 속도제어기를 구성한다. 본 발명의 강인성 제어시스템은 과도 특성에서 다양한 속도추정 능력, 부하 및 관성 등 파라미터 변동에 고성능 및 강인성을 나타낸다.
도 1은 종래의 직접퍼지 제어기(1)를 적용한 유도전동기의 속도제어시스템의 구성도이다. 전동기 속도를 사용자가 원하는 속도로 설정한 지령속도(
Figure 112007505988477-PAT00005
)와 유도전동기(4)의 실제속도(ωr)를 비교하여 직접퍼지 제어기(1), 전류 제어기(2) 및 공간벡터 PWM 인버터(3)로 유도전동기(4)를 제어한다.
여기서, 직접퍼지 제어기(1)는 다양한 부하변동과 관성변화에 대하여 강인한 응답특성을 기대하기가 어려우며 만족할만한 성능도 얻을 수 없다. 또한 직접퍼지제어기(1)는 시스템의 복잡성에 기인한 학습능력이 부족하여 양호한 성능을 발휘할 수 없다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결한 유도전동기 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 적응제어와 퍼지제어를 결합한 AFLC 제어기를 직접퍼지 제어기와 병렬로 연결하여 속도제어기를 구성한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 강인성 제어시스템의 구성도이다. 본 발명에서는 과도특성에서 다양한 속도추종 능력, 부하 및 관성 등 파라미터 변동에 강인성을 발휘하도록 AFLC 제어기(6)를 이용한다. 본 발명에서의 AFLC 제어기(6)는 최적의 제어를 위해 적응제어와 퍼지제어 기법을 상호 결합한 제어기이다.
전동기 속도를 사용자가 원하는 속도로 설정한 지령속도(
Figure 112007505988477-PAT00006
)가 AFLC 제어기(6)에 입력되고 속도오차(eωr)와 속도오차의 변화분(ceωr)을 계산하여 직접퍼지 제어기(1)에 입력한다. AFLC 제어기(6)는 직접퍼지 제어기(1)의 룰 베이스(Rule Base)를 수정하여 지령 q축전류의 변화분
Figure 112007505988477-PAT00007
출력하고 적분기(7)를 통해 지령 q축 전류
Figure 112007505988477-PAT00008
를 출력한다.
도 3은 본 발명에 따른 강인성 제어시스템을 이용한 유도전동기(4) 제어시스템의 구성도이다. 유도전동기(4)의 속도 제어에 필요한 토크성분의 지령전류(
Figure 112007505988477-PAT00009
)를 출력하는 AFLC 제어기(6), 상기 유도전동기(4)로부터 AFLC 제어기(6)에 입력되는 유도전동기의 속도(ωr)을 도출하기 위한 속도 측정기(5), 유도전동기(4)의 지령속도(
Figure 112007505988477-PAT00010
)와 실제속도(ωr)의 오차를 입력받아 지령전류(
Figure 112007505988477-PAT00011
)를 출력하는 AFLC 제어기(6), 상기 토크성분 지령전류(
Figure 112007505988477-PAT00012
)와 자속성분 지령전류(
Figure 112007505988477-PAT00013
) 및 유도전동기(4)의 동 기 회전자 자속의 위치(θe)를 입력받아 지령 상전압 지령치(
Figure 112007505988477-PAT00014
,
Figure 112007505988477-PAT00015
,
Figure 112007505988477-PAT00016
)을 출력하는 전류 제어기(2), 지령 상전압 지령치(
Figure 112007505988477-PAT00017
,
Figure 112007505988477-PAT00018
,
Figure 112007505988477-PAT00019
)을 입력받아 상기 유도전동기(4)를 구동하는 공간벡터 PWM 인버터(3)를 포함한다.
도 3에서 AFLC 제어기(6)는 지령속도(
Figure 112007505988477-PAT00020
)를 입력받아 기준모델에 의하여 기준모델 속도(ωm)를 출력하고 기준모델 속도(ωm)와 실제속도(ωr)를 비교하여 오차(em(kT))와 오차 변화분(cem(kT))을 출력하고 룰 베이스 수정자는 토크성분 지령 전류(
Figure 112007505988477-PAT00021
)를 생성하는 직접퍼지 제어기(1)의 룰 베이스를 수정한다.
룰 베이스 수정과정은 다음 수학식(1), (2), (3)에 근거하여 이루어진다. 토크 성분 지령전류(
Figure 112007505988477-PAT00022
)및 자속성분 지령전류(
Figure 112007505988477-PAT00023
)와 함께 전류 제어기(2)에 인가된다. 상기 전류 제어기(2)는 토크성분 지령전류(
Figure 112007505988477-PAT00024
)와 자속성분 지령전류(
Figure 112007505988477-PAT00025
) 및 동기 회전자 자속의 위치(θe)를 입력받아 상전압 지령치(
Figure 112007505988477-PAT00026
,
Figure 112007505988477-PAT00027
,
Figure 112007505988477-PAT00028
)를 출력한다. 출력된 상전압 지령치(
Figure 112007505988477-PAT00029
,
Figure 112007505988477-PAT00030
,
Figure 112007505988477-PAT00031
)를 공간벡터 PWM 인버터(3)에 인가하여 유도전동기(4)를 구동한다.
[수학식 1]
em(kT)=ωm(kT)-ωr(kT)
[수학식 2]
cem(kT)=em(kT)-em(kT-T)
[수학식 3]
Ci(kT)=Ci(kT-T)+p(kT)
여기서 오차 em(kT)는 각 시간순시에서 얻어지는 필요한 속도성능의 측정 정도이다. 성능이 만족할 경우인 em(kT)=0에서 학습 메카니즘은 직접퍼지 제어기(1)에서 수정할 필요가 없다. 그렇지 않으면 학습 메카니즘은 요구되는 속도성능을 얻기 위하여 직접퍼지 제어기(1)의 룰 베이스를 동조시켜 수정을 해야 한다.
퍼지 역모델은 오차 em(kT)를 사상하여 프로세서의 입력 p(kT)를 변화시키며 em(kT)이 영이 되도록 강제한다. 역모델의 입력은 식(1)과 식(2)와 같이 오차와 오차 변화분으로 정의한다. 퍼지의 수행과정은 직접퍼지 제어기(1)에서 사용한 방법과 유사하게 사용한다. 프로세서에서 변화 p(kT)는 입력오차 em(kT)에 기초하여 퍼지 역모델에 의해서 발생한다.
룰 베이스의 수정자는 p(kT)에 따라서 직접퍼지 제어기(1)의 룰 베이스를 변화시킨다. 이 변화는 직접퍼지 제어기(1)에서 출력의 멤버쉽 함수의 중앙을 수정하여 구현한다. 여기서 첨자 i는 역모델에 의해 동작하는 i번째 멤버쉽 함수를 나타낸다. 여기서 각 부분 변화는 각 시간에서 이루어진다.
이 방법에서 직접퍼지 제어기(1)는 요구되는
Figure 112007505988477-PAT00032
(kT)를 발생시키기 위하여 강제한다. 즉, 기준모델과 같이 동작시키기 위하여 전동기를 강제한다. 이와 같이, 본 발명에서 제시한 AFLC 제어기(6)는 최적의 지령전류(
Figure 112007505988477-PAT00033
)를 계산함으로 본 발명의 제어기는 시스템 적용에 강인성을 갖게 한다.
도 3에는 AFLC 제어기(6)를 적용한 유도전동기(4)의 속도 제어시스템이 도시되어 있으나, 다른 유형의 전동기에도 본 발명에 따른 강인성 제어시스템을 쉽게 적용할 수 있다.
위에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 AFLC 제어기를 이용함으로써 유도전동기의 비선형 특성에 적절하게 대응할 수 있고, 그에 따라서 파라미터 변동과 같은 시스템 변화에 강인성을 유지함으로서 산업기기의 효율을 높이고 총체적으로 에너지 절감에 기여할 수 있다.
본 발명의 강인성 제어시스템은 적응제어기법과 퍼지제어기법을 혼합하여 각 기법의 장점을 모두 가지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 강인성 제어시스템에 의하면 수렴속도를 빠르게 계산하고 최적의 지령 전류값을 구할 수 있다.

Claims (4)

  1. 유도전동기 제어시스템에 있어서, 적응제어와 퍼지제어를 혼합 구성한 AFLC 제어기를 직접퍼지 제어기와 연결하여 속도제어기를 구성하는 것을 특징으로 하는 유도전동기 강인성 제어시스템
  2. 제1항에 있어서, 상기 AFLC 제어기는 적응제어와 퍼지제어를 혼합한 형태로 기준모델과 퍼지제어를 이용하여 직접퍼지 제어기의 롤 베이스 수정자를 출력하는 것을 특징으로 하는 유도전동기 강인성 제어시스템
  3. 제1항에 있어서, 상기 직접퍼지 제어기의 롤 베이스를 다음 수학식(1), (2), (3)에 의해 수정하는 것을 특징으로 하는 유도전동기 강인성 제어시스템
    [수학식 1]
    em(kT)=ωm(kT)-ωr(kT)
    [수학식 2]
    cem(kT)=em(kT)-em(kT-T)
    [수학식3]
    Ci(kT)=Ci(kT-T)+p(kT)
  4. 유도전동기 제어시스템에 있어서, 상기 유도전동기의 지령속도(
    Figure 112007505988477-PAT00034
    )와 실제속도(ωr)의 오차를 입력받아 상기 유도전동기의 속도 제어에 필요한 토크성분의 지령전류(
    Figure 112007505988477-PAT00035
    )를 출력하는 AFLC 제어기, 상기 유도전동기로부터 상기 AFLC 제어기에 입력되는 유도전동기의 속도(ωr)를 도출하기 위한 속도 측정기, 상기 토크성분의 지령전류(
    Figure 112007505988477-PAT00036
    )와 자속성분의 지령전류(
    Figure 112007505988477-PAT00037
    ) 및 동기 회전자 자속의 위치(θe)를 받아 상전압지령치(
    Figure 112007505988477-PAT00038
    ,
    Figure 112007505988477-PAT00039
    ,
    Figure 112007505988477-PAT00040
    )를 출력하는 전류 제어기 및 상기 상전압 지령치(
    Figure 112007505988477-PAT00041
    ,
    Figure 112007505988477-PAT00042
    ,
    Figure 112007505988477-PAT00043
    )를 받아 상기 유도전동기를 구동하는 공간벡터 PWM 인버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기 강인성 제어시스템
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109327168A (zh) * 2018-10-08 2019-02-12 长安大学 一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统及方法

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