부산대학교 도서관

본 논문은 고출력 및 고효율의 특성을 지니는 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 효율적인 속도제어를 위한 실시간 파라미터 추정알고리즘 및 추정 파라미터를 적용한 속도제어기법을 제안한다. 매입형 영구자석 동기전동기의 지령속도에 따른 최적의 d, q축 지령전류(, )를 발생하기 위해서는 고정자 저항()과 d, q축 인덕턴스(, ) 등 전동기 파라미터의 정확한 값을 아는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 본 논문에서는 고정자 저항과 인덕턴스를 독립적으로 추정하여 실시간 속도제어 시스템에 적용한다. 인덕턴스 추정 알고리즘은 저속 영역인 정 토오크 영역(constant torque region)과 고속 영역인 정 출력 영역(constant power region)으로 나누어 각각 서로 다른 알고리즘을 적용하여 인덕턴스 값을 추정한다. 정 토오크 영역의 경우 과도응답(transient response)구간의 특성을 이용하여 인덕턴스 값을 간단히 추정할 수 있다. 빠른 정상상태 응답(steady-state response)을 위해 d, q축 전류는 최대 토오크를 발생하는 단위전류 당 최대 토오크(MTPA : Maximum Torque Per Ampere) 전류궤적으로 고정되어있는 반면, 전동기 속도가 빨라짐에 따라 역기전력(back EMF)의 크기가 커져 전압의 크기가 상승하는 특성을 이용하여 수식적으로 d, q축 인덕턴스를 추정해 낼 수 있다. 정 출력 영역의 경우 전압변동 옵저버(voltage distortion observer)를 이용하여 인덕턴스 값을 추정해낼 수 있다. 이는 전동기가 고속으로 운전할수록 인덕턴스에 비해 고정자 저항이 전압변동에 미치는 영향이 미비한 특성을 이용하여 인덕턴스 추정기를 설계할 수 있다. 고정자 저항의 추정은 MRAS(Model Reference Adaptive System)기법을 적용한 알고리즘을 이용하여 추정할 수 있다. 인덕턴스 추정기에서 추정한 인덕턴스 값을 기준으로 전 구간에서 고정자 저항 값을 추정해낼 수 있다. 단, MRAS 기본 모델 식은 정확한 인덕턴스의 값을 기준으로 하기 때문에 인덕턴스 추정기의 정확도가 고정자 저항의 추정 값에 영향을 미칠 수 있다. 추정한 전동기 파라미터는 전류 알고리즘 제어기(current algorithm controller)에 실시간으로 적용되어, 속도제어기의 출력인 고정자 전류 지령치()의 크기와 전동기 속도의 범위에 따라 최적의 지령전류를 발생하도록 한다. 제안한 알고리즘은 시뮬레이션 및 실험을 통해 그 타당성을 검증한다.
It is very important to know the exact value of the motor parameters such as stator resistance and inductance, in order to generate optimal reference current. But due to rotor magnetic saturation, armature reaction effect and temperature variations those parameter values vary non-linearly, which makes the estimation difficult. In this paper presents an on-line parameter estimation algorithms and a speed control algorithm using estimated parameter for IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)’s efficient speed control.Different inductance estimation methods are proposed depending on whether the system is operating in the low-speed(constant torque region) or in the high speed(constant power region) region.While in the constant torque region, the inductance is estimated simply by the characteristic of the motor speed transient response.For the fast steady-state response, the d, q axis current are fixed on the maximum torque per ampere(MTPA) current trajectory. However, because of the increasing motor speed, back-EMF and stator voltage are increased. Using this characteristics, the inductance can be estimated simply. When the system is operation in the constant power region, the inductance is estimated using a voltage distortion observer. In this region, the effect of stator resistance on the distortion voltage is smaller than that of the d, q axis inductance.The stator resistance is estimated using an MRAS algorithm with estimated inductance. The estimation of stator resistance depends on the accuracy of the inductance estimation.The validity of the proposed algorithm is verified through simulation and experimental results.