KR20090105065A - 저속 영역에서의 전동기 속도 제어 시스템 및 속도 제어방법 - Google Patents

저속 영역에서의 전동기 속도 제어 시스템 및 속도 제어방법 Download PDF

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KR20090105065A
KR20090105065A KR1020080030313A KR20080030313A KR20090105065A KR 20090105065 A KR20090105065 A KR 20090105065A KR 1020080030313 A KR1020080030313 A KR 1020080030313A KR 20080030313 A KR20080030313 A KR 20080030313A KR 20090105065 A KR20090105065 A KR 20090105065A
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Abstract

저속 영역에서의 전동기 속도 제어 시스템 및 속도 제어 방법을 제공한다. 전동기 속도 제어 시스템은 전동기의 저속 영역에서의 속도 제어 루프 내의 시간 지연 및 속도 제어기의 대역폭을 측정하는 측정부와, 전동기의 속도에 따른 폐루프 극점을 설정하고, 폐루프 극점에서의 위상을 선정하는 위상 선정부 및 폐루프 극점의 위치 변화 및 위상 조건을 고려한 폐루프 극점의 보상을 위한 속도 제어기의 PID 이득이 선정되었는지 여부를 판단하고, 속도 제어기의 PID 이득이 선정되어 있을 경우, 속도 제어기의 PID 이득을 통해 전동기의 속도 변동에 따라 속도 제어기의 이득 조정을 수행하는 제어부를 포함한다.
속도 제어기, PID 이득, 전동기

Description

저속 영역에서의 전동기 속도 제어 시스템 및 속도 제어 방법{System and method for motor speed control in the low speed region}
본 발명은 저속 영역에서의 전동기 속도 제어 시스템 및 속도 제어 방법에 관한 것으로, 저속 영역 운전에 따른 측정 시간 지연을 고려하여 선정한 PID 이득을 통해, 저속 영역 운전에서의 속도 제어 성능을 향상시키는 저속 영역에서의 전동기 속도 제어 시스템 및 속도 제어 방법에 관한 것이다.
산업용 전동기 구동 응용 분야에서는 전 운전영역에서 위치 추종에 대한 높은 정밀도와 빠른 응답 특성이 절대적으로 요구된다. 이와 같은 위치 추종에 대한 속응성과 정밀도의 문제는 속도 제어기의 특성과 연관지어 고려해야만 한다. 대부분의 산업용 전동기 구동 시스템은 PI(Proportional and Integral) 형태의 전류 혹은 토크 제어기를 최하위에 배치시키고, 다음에 P(Proportional) 혹은 PI 형태의 속도 제어기, 최상위 제어기로 P 형태의 위치 제어기가 사용되는 직렬 제어 구조이다. 즉, 이러한 구조에서 위치 제어의 특성은 속도 제어기의 속응성과 정밀도에 의존하는데, 결국 위치 제어의 응답성은 속도 제어 루프의 최대 주파수 대역 선정에 의해서 결정된다. 이러한 속도 제어기의 최대 주파수 대역은 가변 샘플링 방식에 의한 속도 검출 시간 및 내부 전류 제어 루프와의 간섭(interaction)에 의해서 제한되나, 일반적으로 이를 고려한 정확한 선정 방법은 알려져 있지 않다. 따라서 산업현장에서 전동기 구동 장치의 초기 설치 시에는 기계마다 실험에 의한 시행착오적인 방법으로 속도 제어기의 최대 주파수 대역을 설정하기 위해 많은 시간을 낭비하게 된다.
도 1은 종래 가변 샘플링 방식을 이용한 전동기 구동 시스템을 도시한다.
속도 검출을 위한 가변 샘플링 방식(M/T 방식)으로 구성된 도 1의 블록도에 있어서, 전동기 구동 시스템(10)은 속도 제어기(12), 전류 제어기(14), (SVPWM) 인버터(16), 전동기 축에 설치된 엔코더(20), 및 가변 샘플링 방식으로 속도를 계산하는 M/T 계산기(22)로 구성될 수 있다.
속도 제어기(12)는 폐루프 제어기를 이용하여 전동기(18)의 지령 속도에 대한 실제 속도를 검출하여 최종적으로 전동기(18)의 속도 제어를 수행한다. 그리고, 전류 제어기(14)는 속도 제어기(12)의 출력인 전류 지령에 따라 전동기(18)의 출력 전류를 피드백 받아 전류 제어를 수행한다. 또한, 인버터(16)(예를 들어, PWM 인버터)는 직류 전압원의 입력 전원으로부터 출력 전압의 크기 및 주파수를 동시에 제어하여 복소수 공간에서 공간 벡터로 표현된 3상 지령 전압을 변조한다. 또한, 전동기(18)는 제어 대상에 해당되며, 엔코더(20)는 전동기(18) 속도 측정을 위한 장치로 회전각의 증가분을 측정하며, 일반적으로 증분형 엔코더(Incremental Encoder)가 사용된다. 측정 시간(Ts)은 주어진 샘플링 시간(Tc) 이후에 처음으로 발생되는 엔코더 펄스에 동기(Synchronize)되고, M/T 계산기(22)는 이를 통해 속도 계산을 수행한다.
도 2는 전동기의 운전 속도 영역에 따른 가변 샘플링 방식의 출력 특성을 나타내는 개념도이다. 도 3은 전동기의 저속 영역 운전에 따른 가변 샘플링 방식의 출력 특성을 나타내는 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가변 샘플링 방식은 일반적인 속도 영역에서 좋은 특성을 갖지만, 주어진 샘플링 시간(Tc) 동안에 하나의 엔코더 펄스도 들어오지 않는 영역에서는 다음 엔코더 펄스가 들어올 때까지 속도 계산을 하지 않고 대기하게 된다. 따라서, 속도 제어 루프 내에 Ts - Tc 만큼의 지연 시간(Td)이 발생하게 되고, 그 값은 속도에 반비례한다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 저속 영역 운전시 지연 시간(Td)이 증가하는 것을 알 수 있다. 속도 제어 루프 내에서 지연 시간은 속도에 반비례하며, 이로 인해 속도 제어기의 주파수 대역폭을 제한하게 된다.
상기된 바와 같이, 가변 샘플링 방식에 의한 문제점으로 인해 저속 영역 운전시　속도 제어기의 주파수 대역폭이 변동하게 되고, 이를 속도 제어기 설계에 반영하지 못할 경우 전동기의 저속 영역 운전 성능에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 전동기의 저속 영역 운전시 수반되는 속도 측정 시간 지연 및 주파수 대역폭의 변화를 반영하여, 기존의 전동기 구동 시스템의 성능을 향상시킬 필요성이 제기된다.
본 발명은 전동기 속도 제어 시스템 및 속도 제어 방법을 제공하여, 저속 영역 운전에 따른 측정 시간 지연을 고려하여 선정한 PID 이득을 통해, 저속 영역 운전에서의 속도 제어 성능을 향상 시키는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전동기 속도 제어 시스템은 전동기의 저속 영역에서의 속도 제어 루프 내의 시간 지연 및 속도 제어기의 대역폭을 측정하는 측정부와, 전동기의 속도에 따른 폐루프 극점을 설정하고, 폐루프 극점에서의 위상을 선정하는 위상 선정부 및 폐루프 극점의 위치 변화 및 위상 조건을 고려한 폐루프 극점의 보상을 위한 속도 제어기의 PID 이득이 선정되었는지 여부를 판단하고, 속도 제어기의 PID 이득이 선정되어 있을 경우, 속도 제어기의 PID 이득을 통해 전동기의 속도 변동에 따라 속도 제어기의 이득 조정을 수행하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기 속도 제어 방법은 전동기의 저속 영역에서의 속도 제어 루프 내의 시간 지연 및 속도 제어기의 대역폭을 측정하는 (a) 단계와, 전동기의 속도에 따른 폐루프 극점을 설정하고, 폐루프 극점에서의 위상을 선정하는 (b) 단계와, 폐루프 극점의 위치 변화 및 위상 조건을 고려한 폐루프 극점의 보상을 위한 속도 제어기의 PID 이득이 선정되었는지 여부를 판단하는 (c) 단계 및 속도 제어기의 PID 이득이 선정되어 있을 경우, 속도 제어기의 PID 이득을 통해 전동기의 속도 변동에 따라 속도 제어기의 이득 조정을 수행하는 (d) 단계를 포함한다.
본 발명의 전동기 속도 제어 시스템 및 속도 제어 방법에 따르면 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 전동기의 저속 영역 운전시 수반되는 속도 측정 시간 지연 및 주파수 대역폭의 변화를 반영하여, 기존의 전동기 구동 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 저속 영역 운전시 속도에 따른 속도 제어기의 PID 이득을 적용하여 속도 지령의 변동에 따른 빠른 동특성(선정 최대 주파수 대역)을 얻을 수 있는 장점도 있다.
셋째, 속도 제어기의 대역폭을 고려한 PID 이득을 적용하여 외란 토크에 대하여 강인성을 유지함으로써 기존의 전동기 구동 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
전류 제어기와 전동기가 결합된 시스템의 전달 함수를 통해 해당 전달 함수의 극점과 영점을 얻을 수 있다. 여기서, 극점과 영점은 전달 함수의 분모가 0(zero)가 되는 근을 말하며 영점은 분자가 0이 되는 근을 의미한다. 이런 시스템을 속도 제어기를 통해 제어하게 될 경우, 속도 제어기의 이득에 의해 시스템이 영향을 받게 된다. 이를 위해 속도 제어기 이득을 선정하기 위한 방법으로 각 전달 함수의 극점과 영점을 계산한 후, 각 점에 해당하는 위상을 계산하여 계산된 위상이 안정된 조건을 만족하도록 보상할 각도를 속도 제어기 이득에서 맞추어 주게 된다. 이를 위해 위상 조건이 필요하고, 계산된 위상 조건을 통해 얻은 값으로 방정식을 도출하고 이로부터 각각의 속도 제어기 이득을 얻을 수 있는 다항식을 얻어 해당 미지수인 이득을 결정하게 된다. 이하, 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 산업 표준형 속도 제어 구조의 블록도를 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 속도 제어기 C(S)(12)는 토크분 전류 지령 i * q (s)을 생성한다. 그리고, 대역폭 ω c 에 해당하는 전류 제어기(14) PI 이득 K p 와 K i 에 의해 전동기 토크분 전류 i q (s)가 제어된다. 도 4에 있어서,
Figure 112008023691744-PAT00001
,
Figure 112008023691744-PAT00002
및
Figure 112008023691744-PAT00003
은 각각 전동기 속도 지령, 실제 속도, 토크 상수, 관성 및 마찰 계수를 나타낸다. 또한,
Figure 112008023691744-PAT00004
및
Figure 112008023691744-PAT00005
는 전동기 고정자 저항과 인덕턴스 및 전류제어 루프의 지연 시간이다.
Figure 112008023691744-PAT00006
는 평균 속도 검출에 의한 속도 검출 지 연과 속도 제어 루프 계산에 의한 지연 시간을 의미한다.
도 4의 전류 제어기(14) 내의 전류 제어 루프의 지연 시간(τ c )을 무시하고, 전류 제어기(14)의 이득을
Figure 112008023691744-PAT00007
로 설정하면 전류 제어기(14)의 개루프 전달함수(
Figure 112008023691744-PAT00008
)는 수식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112008023691744-PAT00009
[수식 1]
수식 1에 있어서,
Figure 112008023691744-PAT00010
는 전류 제어기(14)의 대역폭을 나타내며, 앞서 기술된 수식 1의 개루프 전달함수를 전류 지령과 실제 전류 사이의 폐루프 전달 함수(
Figure 112008023691744-PAT00011
)로 나타내면 수식 2와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112008023691744-PAT00012
[수식 2]
수식 1과 수식 2를 통해, 전동기의 고정자 저항(
Figure 112008023691744-PAT00013
)와 인덕턴스(
Figure 112008023691744-PAT00014
) 및 대역폭(
Figure 112008023691744-PAT00015
)에 의해 전류 제어기(14)의 비례 이득과 적분 이득을 결정하면, 오버슈 트(Overshoot) 없는 전류 제어기(14)를 설계할 수 있다.
이하, 수식 3은 평균 속도 검출에 의한 속도 검출 지연과 속도 제어 루프 계산에 의한 지연(τ s )을 무시한 상태에서, 도 4에 도시된 속도 제어기(12)의 개루프 전달 함수(
Figure 112008023691744-PAT00016
)를 정의한 것이다.
Figure 112008023691744-PAT00017
[수식 3]
수식 3에 있어서,
Figure 112008023691744-PAT00018
는 전류 제어기(14)의 대역폭,
Figure 112008023691744-PAT00019
,
Figure 112008023691744-PAT00020
및
Figure 112008023691744-PAT00021
은 토크 상수, 관성 및 마찰 계수를 나타내며, 속도 제어 구조는 수식 3과 같이 간략한 전달함수로 정의할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Z-영역으로 변환한 후의 속도 제어 구조의 블록도로, 속도 제어기(12)의 샘플링 주기에 따라 속도의 검출과 속도 제어기(12)의 출력인 전류 지령(i * q (s))이 발생함을 알 수 있다.
이어서 설명하면, Z-영역에서의 전류 제어기(14)와 전동기의 개루프 전달함수는 바람직하게는 이하 수식 4와 같이 정의될 수 있다. 참고로, Z-변환은 선형 이산 시스템의 해석에 쓰이는 수학적인 도구이다.
Figure 112008023691744-PAT00022
[수식 4]
상기 수식 4에 있어서, 변수
Figure 112008023691744-PAT00023
,
Figure 112008023691744-PAT00024
는
Figure 112008023691744-PAT00025
,
Figure 112008023691744-PAT00026
로 전류 제어기(14)의 대역폭(
Figure 112008023691744-PAT00027
)과 전동기의 토크 상수(
Figure 112008023691744-PAT00028
) 및 관성(
Figure 112008023691744-PAT00029
)으로 정의될 수 있으며,
Figure 112008023691744-PAT00030
는 속도 제어기(12)의 샘플링 주기로 정의될 수 있다. 수식 4에 나타난 바와 같이, 저속 영역에서 가변 샘플링 방식을 사용할 경우, 속도에 따라 속도 제어기(14)의 샘플링 주기(T)가 변한다는 것을 알 수 있다.
도 5에 도시된 속도 제어기(12)의 전달 함수(
Figure 112008023691744-PAT00031
)는 수식 5와 같으며, 수식 5를 Z-영역으로 변환한 속도 제어기(12)의 이득은 수식 6과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112008023691744-PAT00032
[수식 5]
Figure 112008023691744-PAT00033
[수식 6]
상기 수식 6에 있어서,
Figure 112008023691744-PAT00034
,
Figure 112008023691744-PAT00035
및
Figure 112008023691744-PAT00036
는 각각 속도 제어기(12)의 비례 이득, 적분 이득 및 미분 이득을 나타낸다.
수식 6의 속도 제어기(12)의 비례 이득, 적분 이득 및 미분 이득을 통해 Z-변환에서의 안정도(Stability)를 만족하는 이득을 설계할 수 있다.
상기 수식 5에 기술된 바와 같이, 속도 제어기(12)는 PID로 구성된 속도 제어기(12)의 전달 함수로 상기
Figure 112008023691744-PAT00037
,
Figure 112008023691744-PAT00038
,
Figure 112008023691744-PAT00039
를 통해 전동기의 속도 제어를 수행하며 전류 지령을 출력한다.
그리고, Z.O.H(Zero Order Hold; 제로-오더홀딩장치)의 전달함수(52)는 디지털 시스템에서 연속적으로 변하는 신호를 샘플된 이산 신호로 샘플링 주기 동안 유지한다.
또한, 전류 제어기/전동기의 개루프 전달함수(54)는 전류 제어기(14)의 내부 시간 지연을 무시하고, 속도 제어기(12)의 내부 시간 지연은 샘플링 주기에 반영한다. 여기서, 마찰 계수는 매우 작다고 가정한다.
한편, Z-영역에서의 폐루프 극점의 위치를 계산하면, 바람직하게는 수식 7과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112008023691744-PAT00040
[수식 7]
상기 수식 7에 있어서,
Figure 112008023691744-PAT00041
과
Figure 112008023691744-PAT00042
는 (
Figure 112008023691744-PAT00043
), (
Figure 112008023691744-PAT00044
)로 표현할 수 있으며, 여기서
Figure 112008023691744-PAT00045
은 고유 진동수,
Figure 112008023691744-PAT00046
은 감쇠비를 의미하며, 매우 작은 감쇠의 경우 시스템 응답은 요동하고, 대단히 큰 감쇠의 경우 응답은 요동이 없다. 또한
Figure 112008023691744-PAT00047
,
Figure 112008023691744-PAT00048
는 각각 속도 제어기의 샘플링 주기 및 주파수 대역폭을 나타낸다.
그리고, 상기 수식 7을 통해 주파수 대역폭과 감쇠비와의 관계는 바람직하게는 수식 8과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112008023691744-PAT00049
[수식 8]
상기 수식 8에 있어서, ω BW , T는 각각 속도 제어기(12)의 대역폭, 속도 제어기의 샘플링 주기를 의미한다.
수식 8을 통해 속도 제어기(12)의 대역폭(ω BW )과 연관된 속도 제어 구조의 감쇠비를 결정할 수 있으며, 운전 속도에 따른 속도 제어기의 대역폭과 감쇠비 및 계산된 폐루프 극점은 도 6과 같이 나타낼 수 있다.
한편, 상기 수식 7에서 계산된 폐루프 극점(closed-loop pole)을 통해 위상 조건을 고려한 폐루프 극점에서의 각 극점과 영점의 위상을 측정하여 안정도 조건을 만족하기 위한 속도 제어기(12)의 PID 이득이 선정되었는지를 판단하고, 속도 제어기(12)의 이득 선정을 통해 이를 보상해야 한다. 이로 인해 상기 수식 4의 극점 및 영점의 위상과 상기 수식 6의 극점과 영점의 위상을 계산하여 최종적인 속도 제어기(12)의 PID 이득을 통해 보상되어야할 위상을 고려한 다항식은 수식 9와 수식 10으로 정의될 수 있다.
Figure 112008023691744-PAT00050
[수식 9]
Figure 112008023691744-PAT00051
[수식 10]
여기서, 수식 6의 속도 제어기(12)의 이득을 선정하기 위해서는 안정도 경계 조건인 Z-영역에서의 단위원
Figure 112008023691744-PAT00052
인 관계를 만족하는 이득을 선정하여야 안정된 제어기를 설계할 수 있기 때문에 위의 조건을 적용하여 안정된 제어기 이득 선정을 위한 실시예는 수식 11과 같이 정의 될 수 있다.
Figure 112008023691744-PAT00053
[수식 11]
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도에 따른 폐루프 극점 및 속도 제어기 대역폭을 나타낸다.
예를 들어, 전동기의 기계각 1회전당 3600 펄스를 기준으로 하였을 경우, 소정 전동기 속도(61)에서 측정된 시간 지연에 따른 속도 제어기의 대역폭 (62)과 감쇠비(63),
Figure 112008023691744-PAT00054
와
Figure 112008023691744-PAT00055
의 비(64) 및 Z-변환하였을 때의 폐루프 극점(65)을 나타낸다. 여기서, 수식 7과 수식 8이 사용될 수 있으며, 수식 7을 통해 폐루프 극점(65)을 구할 수 있고, 수식 8을 통해 속도 제어기의 대역폭(62)과 감쇠비(63)가 산출될 수 있다. 그리고, 속도가 낮아질수록 속도 측정 지연 시간 증가에 의해 속도 제어기의 샘플링 주기(T)가 변화하며 이로 인해 속도 제어기(12)의 주파수 대역폭이 감소하고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저속 영역에서의 속도에 따라 수식 9 내지 수식 11을 적용하여 계산된 최종적인 속도 제어기의 PID 이득을 나타낸다.
보다 구체적으로 상술하면, 도 7은 상기 도 6에서 정리된 Z-변환된 폐루프 극점을 속도 제어기(12)의 PID 제어기를 이용하여 보상할 경우, 각 폐루프 극점을 보상하기 위해 계산된 속도 제어기의 PID 이득(72)을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 M/T 속도 측정 시간 지연을 고려한 속도 제어 방법의 순서도이다. 또한, 도 9는 도 8의 각 단계들을 수행하기 위한 전동기 속도 제어 시스템(100)이다.
측정부(110)는 전동기의 저속 영역에서의 속도 제어 루프 내의 시간 지연 및 속도 제어기(12)의 대역폭을 측정한다(S61). 이때, 측정부(110)는 일정 주파수 성 분을 포함한 속도 지령을 인가한 후 출력된 실제 속도의 위상 지연(phase delay)를 측정하여 위상 지연이 -45도 일때의 주파수를 측정할 수 있다.
다음으로, 위상 선정부(120)는 전동기의 속도에 따른 Z-영역에서의 폐루프 극점을 설정한다(S62). 여기서, 상기 수식 7과 수식 8이 이용될 수 있으며, 위상 선정부(120)는 폐루프 극점에서의 위상을 계산하고, 속도 제어기(12)의 PID 제어기(미도시)에서 보상해야 할 위상을 선정하게 된다.
다음으로, 제어부(130)는 Z-영역에서의 폐루프 극점의 위치 변화 및 위상 조건(phase condition)을 고려하여 시스템이 Z-영역에서 안정하기 위한 조건을 만족하기 위해 속도 제어기(12)의 PID 이득을 선정함으로써 안정 조건에 해당하는 위상을 보상하기 위한 속도 제어기(12)의 PID 이득이 선정되었는지 여부를 판단한다(S63). 여기서, 상기 수식 9 내지 수식 11이 적용될 수 있으며, 제어부(130)는 위상 조건과 폐루프 극점일때의 크기가 1이 되어야할 안정도 조건을 만족하는 최종적인 이득을 선정하게 된다.
여기서, 제어부(130)는 속도 제어기의 PID 이득이 선정되어 있을 경우, 도 7의 시간 지연과 속도에 따른 PID 이득 관계를 통해 속도 변동에 따라 자동적으로 속도 제어기(12)의 이득 조정을 수행한다(S64). 보다 구체적으로, 제어부(130)는 시간 지연에 따른 속도 제어기의 이득(PID)이 변하는 것을 함수화 하여, 속도 변동에 따른 속도 제어기(12)의 이득 변경이 자동으로 변경되도록 한다. 이후, 속도 제어기는 상기 속도 제어기의 전달함수로 비례 이득, 적분 이득 및 미분 이득을 통해 상기 전동기의 속도 제어를 수행하고, 전류 지령을 출력하게 된다.
따라서, 전동기 구동 시스템을 나타내는 도 10에 있어서, 도 9의 과정을 통해 시간 지연에 따른 속도 제어기의 이득(PID) 변경이 함수화되어, 속도 변동에 따른 속도 제어기의 이득 변경이 자동으로 변경되므로, 저속 영역 운전에서의 속도 제어 성능이 향상되게 된다.
상기 도 9에서 도시된 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 종래 가변 샘플링 방식을 이용한 전동기 구동 시스템을 도시한다.
도 2는 전동기의 운전 속도 영역에 따른 가변 샘플링 방식의 출력 특성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 전동기의 저속 영역 운전에 따른 가변 샘플링 방식의 출력 특성을 나타내는 개념도이다.
도 4는 산업 표준형 속도 제어 구조의 블록도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Z-영역으로 변환한 후의 속도 제어 구조의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도에 따른 폐루프 극점 및 속도 제어기 대역폭을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제어기 PID 이득을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 M/T 속도 측정 시간 지연을 고려한 속도 제어 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제어 시스템의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 구동 시스템을 도시한다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
12: 속도 제어기 14: 전류 제어기
16: 인버터 18: 전동기
20: 인코더 22: M/T 계산기
110: 측정부 120: 위상 선정부
130: 제어부

Claims (7)

  1. 전동기의 저속 영역에서의 속도 제어 루프 내의 시간 지연 및 속도 제어기의 대역폭을 측정하는 (a) 단계;
    상기 전동기의 속도에 따른 폐루프 극점을 설정하고, 상기 폐루프 극점에서의 위상을 선정하는 (b) 단계;
    상기 폐루프 극점의 위치 변화 및 위상 조건을 고려한 상기 폐루프 극점의 보상을 위한 상기 속도 제어기의 PID 이득이 선정되었는지 여부를 판단하는 (c) 단계; 및
    상기 속도 제어기의 PID 이득이 선정되어 있을 경우, 상기 속도 제어기의 PID 이득을 통해 상기 전동기의 속도 변동에 따라 상기 속도 제어기의 이득 조정을 수행하는 (d) 단계를 포함하는, 전동기 속도 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    상기 시간 지연에 따른 상기 속도 제어기의 PID 이득이 변하는 것을 함수화하여, 상기 전동기의 속도 변동에 따른 상기 속도 제어기의 이득 변경이 자동으로 변경되도록 하는 단계를 포함하는, 전동기 속도 제어 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    상기 속도 제어기의 전달함수로 비례 이득, 적분 이득 및 미분 이득을 통해 상기 전동기의 속도 제어를 수행하고 전류 지령을 출력하는 단계를 더 포함하는, 전동기 속도 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 폐루프 극점일 때의 Z-영역에서의 단위원 크기가 1이 되는 상기 속도 제어기의 PID 이득을 선정하는, 전동기 속도 제어 방법.
  5. 전동기의 저속 영역에서의 속도 제어 루프 내의 시간 지연 및 속도 제어기의 대역폭을 측정하는 측정부;
    상기 전동기의 속도에 따른 폐루프 극점을 설정하고, 상기 폐루프 극점에서의 위상을 선정하는 위상 선정부; 및
    상기 폐루프 극점의 위치 변화 및 위상 조건을 고려한 상기 폐루프 극점의 보상을 위한 속도 제어기의 PID 이득이 선정되었는지 여부를 판단하고, 상기 속도 제어기의 PID 이득이 선정되어 있을 경우, 상기 속도 제어기의 PID 이득을 통해 상기 전동기의 속도 변동에 따라 상기 속도 제어기의 이득 조정을 수행하는 제어부를 포함하는, 전동기 속도 제어 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 시간 지연에 따른 상기 속도 제어기의 PID 이득이 변하는 것을 함수화하여, 상기 전동기의 속도 변동에 따른 상기 속도 제어기의 이득 변경이 자동으로 변경되도록 하는, 전동기 속도 제어 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 폐루프 극점일 때의 Z-영역에서의 단위원 크기가 1이 되는 상기 속도 제어기의 PID 이득을 선정하는, 전동기 속도 제어 시스템.
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