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유효 자속 모델 이용한 IPMSM 센서리스 제어 기법과 이득 행렬 선정에 대한 연구
이준용(JunYong Lee),송희수(HeeSue Song),한준서(JunSeo Han),이근호(GeunHo Lee) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
최근 모빌리티 전장화가 가속되고 전기차에 대한 수요가 증가하며 산업계에서는 가격경쟁력을 갖추기 위해 인버터 소형화와 센서리스에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 그 중 본 논문은 유효 자속 모델(Active-Flux Model)을 이용하여 IPMSM 센서리스 제어 기법을 제안한다. 유효 자속 모델을 이용하여 돌극성을 가지고 있는 IPMSM을 비돌극성 SPMSM으로 변환하여 상태변수를 추정한다. 유효 자속 모델의 개념은 IPMSM의 토크 발생 식으로부터 도출된 가상의 자속으로 설명된다. IPMSM에서 실제 토크에 기여하는 자속벡터를 d축에 정렬된 값으로 삽입하면, 이 가상의 자속이 마치 하나의 마그네틱 토크처럼 생각되어 비돌극기 모델 SPMSM로 모델링 된다. 유효 자속 모델이 적용된 전동기는 수식을 간단하게 표현할 수 있어 직접 토크 제어 (Direct Torque and Flux Control)에서 주로 채택되는 모델이다. 또한, 시스템이 대각행렬(diagonal matrix)로 표현되는 특징을 가지고 있어 센서리스 제어에서도 효과적으로 사용할 수 있다. 본 논문에서는 좌표변환에 필요한 전기각을 추정하기 위해 루엔버거 관측기를 사용한다. 회전자 위치를 추정하기 위해 전동기 시스템을 정지 좌표계에서 해석하며, 상태 공간 방정식 모델을 설계한다. 또한, 루엔버거 관측기의 이득행렬을 설계하는 방법인 복소 평면상 극점을 배치하는 방법과 대역폭 감쇠비를 입력하는 두 가지 방법을 비교하고 실제 운전에 적합한 이득행렬 설계 방법을 제안한다.