PMSM을 이용한 모터설계

목차

Inverter circuit

Inverter(인버터)

Total circuit

본문내용

변환하는 gain값이 필요가 없다. 우리가 사용하는 motor의 model은 2 ploe이므로 gain값을 2로 주었다. 옆의 설정하면의 아래에서 두 번째 칸을 보면 2 pole을 확인할 수 있을 것이다.
그리고 다음으로 PID제어기를 이용해 비례제어(P: proportional control)를 사용하여 속도의 overshoot를 조절하고, 목표속도까지 올라가는 시간을 조절한다. 그리고 적분제어(I : integral control)를 통하여 비례제어의 단점인 정상상태(목표속도)에 근접치까지 올라가고 완전한 정상상태(목표속도)에는 도달하지 못하는 상태로 있는 문제를 해결하기 위한 적분제어를 사용한다. 적분제어는 목표속도와 현재 속도사이의 적분을 통하여 조금씩 목표속도로 도달을 가능하게 만든다. 그러나 적분제어시 반응속도가 느려지는 단점이있다. 그리고 마지막으로 미분제어(D: differential control )가 있는데 이것은 안정성과 응답속도를 빠르게하는 목적으로 쓰인다. 우리조는 비례제어, 미분제어 두 개의 제어기를 이용하여 overshoot와 목표속도 도달을 시간을 control하였다.
PID제어기를 통과한 다음으로 inverse dq0 transform 회로를 지나게되는데, 여기서 dq0 transform이란 3상회로를 간단하게 수학적으로 분석하여 변환하는 회로이다. 즉, 3개의 sine wave(AC)를 두 개의 DC값으로 변환하는 것이다. 다음장의 첫 번째 식은 dq0변환식이고 두 번째 식은 inverse dq0 변환식과 변환의 대략적인 그림이다.
우리는 inverse dq0를 통하여 motor speed인 wm와 reference전류와 wn의 차이값의 PID제어를 통하여 나온값을 삼상전류 ia, ib, ic로 변환한다. 변환한 삼상 전류와 PMSM motor에서 출력되는 전류를 inverter를 이용하여 오차를 계산하여 motor를 구동하게 된다.
다음은 결과의 scope파형으로 출력이 1초동안 무부하 상태(무부하는 PMSM motor에 입력값중 Tm을 0으로 설정하면 무부하이다)에서 나오는 wm의 scope파형이다. 두 번째 scope파형에서 0.5초 내에 목표속도를 도달하는 목표에 맞게 0.4초에서 0.5초 사이에서 157[rad/sec]의 값에 근접하는 것을 확인할 수 있다. 그리고 다음 페이지의 scope파형을 보면 목표로 잡은 over shoot 5%인 이내에 있어 목표를 만족하는 것을 알 수 있다.
< 무부하시 overshoot > < 부하 입력시 wm >
그리고 무부하의 overshoot확대 scope파형 옆의 파형은 부하 입력 시 motor의 speed변화 파형으로 부하 입력시 motor의 wm 변화를 확인할 수 있다. 즉, 처음에는 부하 때문에 0[rad/sec]보다 아래에서 점점 목표 속도인 157[rad/sec]를 향해서 맞춰가는 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여 부하가 있어도 목표속도까지 도달하는 것을 확인할 수 있다.
그리고 마지막으로 이 motor는 제어방식으로 벡터제어를 사용하였다. 벡터제어란 PMSM motor를 정교하게 제어하는 방식가운데 한가지로, 자속, 전류, 전압의 벡터를 제어하는 것으로, 벡터를 자기장 발생 부분과 토크 발생 부분으로 분해하여 모터컨트롤러가 DC motor와 같게 되어서 motor의 제어가 간단해진다. 이 방식으로 모터의 제어를 하려면 고정자 전류의 자기장 발생 부분과 토크 발생 부분을 분리해야 한다. 그렇게 하려면 모터의 자기장과 연결된 회전 좌표계를 구해야 하는데, 이를 위해 dq0 변환이 필요한 것이다. 그리고 이 방식으로 PMSM motor를 제어하면 BLDC라고 부르게 된다.

키워드

PMSM,   모터설계,   MATLAB,   simulink,   전자기기,   PID제어,   시뮬레이션