듀얼 인버터 기반 비대칭 6상 PMSM의 위치 센서 옵셋 오차 영향 분석 및 보상에 관한 연구 = A Study on the Impact of Position Sensor Offset Error and Compensation for an Asymmetric 6-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor with Dual Inverter

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 비대칭 6상 영구자석 동기전동기의 위치 센서 옵셋 오차가 토크 형성 및 전류 제어 성능에 미치는 영향을 분석하고, 추가적인 하드웨어 없이 알고리즘을 구현을 하여 회전자 위치 옵셋 오차를 추정 및 보상하는 기법을 제안한다.
제안한 알고리즘은 삼각파 토크 지령 하에서 회전자 위치 옵셋으로 인해 dq축 전류 루프 특히 d축 전류 제어기의 적분항에 나타나는 DC성분을 저역통과필터(LPF)를 이용하여 리플 성분을 감소시키고, 이를 적분하여 위치 옵셋 오차 성분을 분리 및 추출하여 추정한다. 추정한 위치 옵셋 오차 성분을 회전자 제어각 보정 루프에 피드백하여 위치 옵셋 오차를 보상한다.
차단 주파수는 전기각 리플을 충분히 감쇠하면서 기계적 변화는 보존하도록 선정하였다. 실험은 속도를 가감속하여 수행되었으며, 양(+)과 음(-)의 위치 옵셋 오차 모두에 대해 검증하였다. 실험 결과, 옵셋 오차가 ±5°일 때 약 87%, ±20°일 때 약 90%이상의 보상 목표 성능을 만족하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper analyzes rotor position sensor offset errors affect torque production and current control performance in an asymmetric six-phase PMSM, and proposes a without any additional hardware algorithm that estimates and compensates the offset.
The proposed method operates under a triangular torque reference when a rotor position offset exists, a DC component appears in the dq current loop particularly in the integrator of the d-axis current controller. An LPF is applied to attenuate ripple, and the filtered signal is then integrated to isolate and extract the offset component, which is used to estimate the position offset. The estimated offset is feedback to a rotor electrical angle correction loop to compensate the error.
The cutoff frequency is chosen to sufficiently attenuate electrical angle ripple while preserving mechanical variations. Experiments were conducted with speed acceleration/deceleration, and both positive and negative offsets were tested. Results show that the proposed scheme achieves about 87% compensation for ±5° offsets and ≥90% for ±20° offsets.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 = ⅳ
• 제 Ⅰ 장 서 론 = 1
• 1.1 연구 배경 = 1
• 1.2 연구 내용 = 2
• 제 Ⅱ 장 비대칭 6상 영구자석 동기전동기 및 회전자 위치 정보의 영향 = 3
• 2.1 비대칭 6상 영구자석 동기전동기 구조 = 3
• 2.2 비대칭 6상 영구자석 동기전동기의 수학적 모델링 및 회전자 위치 정보의 중요성 = 5
• 2.3 회전자 위치 센서의 오차 원인 = 11
• 제 Ⅲ 장 회전자 위치 센서의 옵셋 오차 분석 및 제안한 알고리즘 = 13
• 3.1 회전자 위치 센서의 옵셋 오차가 토크에 미치는 영향 = 13
• 3.2 dq축 전류 제어의 특성에 미치는 영향 = 15
• 3.3 PMSM 출력 토크에 따른 프로펠러 속도 및 응답 특성 = 19
• 3.4 제안한 회전자 위치 센서의 옵셋 오차 보상 알고리즘 = 23
• 제 Ⅳ 장 실험 결과 및 고찰 = 26
• 4.1 실험 장치 및 시스템의 구성 = 26
• 4.2 실험 결과 = 28
• 4.2.1 회전자 위치 옵셋 오차 인가 시 특성 분석 = 28
• 4.2.2 회전자 위치 옵셋 오차 보상 분석 = 31
• 제 Ⅴ 장 결 론 = 37
• 참고문헌 = 38
• ABSTRACT = 41