영구자석 동기전동기를 활용한 엘리베이터 도어 시스템의 속도패턴 설계와 초기각 및 관성추정

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 영구자석 동기전동기를 활용한 엘리베이터 도어 시스템을 구동함에 있어서 크게 세 가지 문제점에 대하여 해결 알고리즘의 제안 및 시뮬레이션과 실험으로서 검증한다.
첫 번째로 엘리베이터 도어는 아파트, 사무실 또는 병원 등의 설치환경에 따라 도어의 폭 및 사용자가 원하는 구동 시간에 따라서 속도 패턴이 다르게 나타나게 된다. 이에 따라서 설치자는 속도의 패턴 및 제어 파라미터를 수정 또는 튜닝(Tuning)해야 하는 문제점이 생기며 이는 곧 불필요한 시간 및 비용이 발생할 수 있다[1], [2].
따라서 본 논문에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도어의 폭 및 구동시간이 변하더라도 수정 및 튜닝(Tuning)작업을 최소화 할 수 있도록 속도패턴을 설계하는 알고리즘에 대해서 제안하고 실험으로서 검증한다.
두 번째로 영구자석 동기전동기의 위치 및 속도제어를 위한 회전자 위치검출로서 일반적으로 엔코더가 많이 쓰인다. 양산 공정초기 엔코더의 부착에 따라서 회전자의 위치가 실제 회전자의 위치와 다르게 계측될 수 있다. 이렇게 다르게 계측된 엔코더 신호는 모터를 구동함에 있어서 효율 및 구동특성이 나빠질 수 있으므로 정확한 회전자의 위치를 찾기 위하여 6-step 정렬운전을 이용하여 회전자를 정렬시켜 계측된 엔코더 신호를 가지고 회전자의 초기 절대위치를 검출하기 위한 알고리즘을 제안하고 실험으로서 검증한다.
세 번째로 엘리베이터 도어의 폭에 따라서 도어의 무게 및 관성이 달라지는 문제점이 있다. 일반적으로 모터의 속도를 제어함에 있어서 비교적 설계가 쉽고 특성이 좋은 PI제어기가 많이 사용되는데 PI이득은 관성의 정보가 요구된다[3]. 위처럼 도어의 폭에 따라 관성이 달라지는 경우 변화된 관성을 알지 못한다면 속도응답은 오버슈트 및 진동하는 문제점이 생기므로 MRAS(Model Reference Adaptive System) 관측기를 이용하여 변화된 관성을 추정하여 추정된 관성으로 속도제어기의 제어이득을 선정할 경우의 속도 응답특성을 시뮬레이션 및 실험으로 비교 검증한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 엘리베이터 도어 시스템 3
• 2.1 엘리베이터 도어의 구조 3
• 2.2 속도 패턴의 설계 4
• 2.2.1 열림(Open) 패턴과 닫힘(Close) 패턴 4
• 2.2.2 재열림(Reopen) 패턴 8
• Ⅲ. 영구자석 전동기의 초기각 추정 11
• 3.1 초기각 추정의 필요성 11
• 3.2 초기각 추정 방법 16
• Ⅳ. MRAS를 활용한 관성 추정 21
• 4.1 관성 추정의 필요성 21
• 4.2 MRAS 관측 모델링 23
• 4.3 모의 해석 26
• Ⅴ. 실험 결과 31
• 5.1 실험 장비 31
• 5.2 구동 시퀀스 32
• 5.3 영구자석 동기전동기의 초기각 추정 33
• 5.4 엘리베이터 도어의 동작 35
• 5.4.1 열림(Open) 패턴과 닫힘(Close) 패턴 35
• 5.4.2 재열림(Reopen) 패턴 38
• 5.5 MRAS를 활용한 관성 추정 40
• Ⅵ. 결 론 45
• 참고문헌 46
• Abstract 48