PMSM의 확장역기전력기반 센서리스 제어와 자속기반 센서리스 제어의 비교분석 = Comparative Analysis of Extended-EMF Based Sensorless Control and Flux Based Sensorless Control of PMSM

국문 초록 (Abstract)

최근 영구자석 동기전동기는 벡터제어를 통해 우수한 효율로 세탁기, 냉장고 및 에어컨 등 가전제품 분야와 전기자동차의 견인용 모터(Traction Motor) 및 모터구동 조향장치(MDPS, Motor driven power steering) 등 다양한 산업에 적용되고 있다. 영구자석 동기전동기의 벡터제어를 위한 회전자 위치정보는 회전자 위치센서 또는 회전자 위치 추정기를 이용하여 검출한다. 회전자 위치 추정기를 사용하는 센서리스 제어는 주로 영구자석 동기전동기의 모델기반 센서리스 제어방식이 주로 사용된다. 모델기반 센서리스 제어에는 확장 역기전력기반의 센서리스 제어와 자속기반 센서리스 제어가 있다. 역기전력 기반의 센서리스 제어는 역기전력이 속도에 비례하므로 저속에서 추정성능이 떨어지는 단점이 있고, 자속기반 센서리스는 고정자 자속은 일정하기 때문에 모든 구간에서 추정성능이 우수하다. 하지만 모델기반 센서리스 제어는 전동기 모델을 이용하기 때문에 파라미터 변화에 의해 추정 성능의 영향을 받을 수 있다.
본 논문에서는 두 가지 모델기반 센서리스 제어 방법에 대해 고정자 저항 및 인덕턴스의 파라미터 오차가 발생했을 때 회전자 위치추정 성능을 비교 하였다. 해석결과에 따르면 역기전력 추정기의 고정자 저항 R 오차에 대한 영향은 저속에서 크게 나타나는 것을 알 수 있고, 고정자 인덕턴스 L 오차에 대한 영향은 고속에서 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한 시뮬레이션과 실험을 통하여 해석결과와 일치하는 결과를 얻을 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 영구자석 동기전동기의 수학적 모델 3
• 2.1 영구자석 동기전동기의 abc축 모델 3
• 2.2 d-q축 좌표변환 7
• 2.3 영구자석 동기전동기의 dq축 모델 9
• Ⅲ. 모델기반 센서리스 제어 12
• 3.1 확장 역기전력 기반 센서리스 제어 알고리즘 12
• 3.2 자속 기반 센서리스 제어 알고리즘 18
• Ⅳ. 파라미터 오차에 의한 영향 22
• 4.1 확장 역기전력기반 센서리스 제어의 영향 22
• 4.2 자속기반 센서리스 제어의 영향 26
• Ⅴ. 시뮬레이션 및 실험 28
• 5.1 시뮬레이션 모델 28
• 5.2 시뮬레이션 결과 31
• 5.2.1 전류 및 속도 제어기 제어성능 31
• 5.2.2 확장 역기전력기반 추정기 추정성능 32
• 5.2.3 자속기반 추정기 추정성능 39
• 5.2.4 파라미터 오차에 따른 추정성능 44
• 5.3 실험 구성 50
• 5.4 실험 결과 50
• 5.4.1 전류 및 속도 제어기 제어성능 50
• 5.4.2 확장 역기전력기반 추정기 추정성능 54
• 5.4.3 파라미터 오차에 따른 추정성능 56
• Ⅵ. 결 론 63