DSP TMS320F2812를 이용한 BLDC 전동기의 속도제어 = (A) Study on the speed control of BLDC motor using DSP TMS320F2812

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 회전자에 4극의 영구자석을 가지며 3상의 고정자 권선 구조로 되어 있는 Blushless DC 전동기(BLDC 전동기)의 Digital PI 속도제어 및 전류제어기를 구현 하는데 목적이 있다.
본 논문에서 BLDC 전동기 제어시스템을 구현하기 위하여 전동기제어에 가장 적합한 구조로 되어있는 Texas Instrument 사의 TMS320F2812를 사용하였다.
TMS320F2812 Controller는 명령처리속도가 150MIPS이고, 고속 입출력 I/O Port장치, 빠른 Sampling 및 많은 엔코더 펄스 수를 셀 수 있는 32bit Timer/Counter장치, 주변장치 요청에 대한 고속의 인터럽트 장치 등의 빠른 응답특성을 갖는 제어시스템에 적합한 Controller 이다.
본 논문에서는 제어시스템으로 속도 및 전류제어를 위하여 선형 제어계에 응답특성이 우수한 PI 제어 알고리즘을 사용하였다.
속도 PI 제어기는 저속 및 고속에서 빠른 시간 내에 지령한 정상속도에 오차를 줄이면서 도달 할 수 있도록 제어대상의 속도검출 피드백 엔코더를 3600〔ppr〕 펄스 엔코더를 사용하였다.
TMS320F2812에는 구형파 형태의 엔코더 펄스 파형을 측정할 수 있는 모듈 QEP(Quadrature Encoder Pulse)가 있다. QEP에는 매우 짧은 시간(1ms)에 많은 펄스를 셀 수 있도록 펄스 수를 증가 시키는 체배기가 있다.
본 논문에서는 2체배를 사용하여 7200[ppr]로 회전속도를 Sampling 하므로 짧은 시간동안 속도 피드백이 가능하므로 정상상태까지 빠른 응답을 갖는 제어 시스템을 구현하였다.
전류 PI 제어기는 제어대상의 전류 피드백 전압을 유기하기 위하여 3상인버터 회로의 IGBT(전력용스위치) Source 단자와 접지사이에 전류센서로 Shunt 저항을 사용하였다.
전류센서(Shunt)에서 유기되는 전압은 TMS320F2812의 AD변환기에 입력으로 사용하였다. AD변환기에 입력된 피드백 전류신호는 전류명령 값과 비교 값으로 사용하였다. 비교기 출력은 전류 PI 제어기 입력 값으로 사용하여 BLD C전동기의 부하 변동에 대한 전류제어 PWM의 Duty 비에 적용하였다.
그러므로 본 논문에서 고속 응답특성을 갖는 TMS320F2812 제어기 및 디지털 속도 및 전류 PI 제어기를 이용하여 넓은 속도 범위에 대하여 정속도제어가 되도록 구성하였다.
실험 결과 넓은 회전속도 구간에서 정속도 제어가 빠른 응답특성을 보이면서 잘 추종하는 것을 증명하였다.
따라서 본 연구에서 제안한 DSP TMS320F2812를 이용한 BLDC 전동기의 속도제어 시스템은 정속도 제어가 필요한 OA기기, 재봉틀 및 직물류 공작기계 등과 같은 응용분야에 적합하리라 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

It is well known that BLDC motor has not a brushes and mechanical commutations compare with DC motor. But BLDC Moter driving system uses hall sensors for encoders as the mechanical positions. It is necessary to achieve the informations of rotor position for driving trapezoidal type BLDC motor without any position sensor. But the life cyles of BLDC motor has been stronger than the DC motor because of using Hall-ICs instead of brushes.
In this paper, the PI speed control system of 3-phase BLDC motor has been designed by using DSP TMS320F2812.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. BLDC 전동기의 원리 = 3
• 2.1 BLDC 전동기의 구조 및 원리 = 3
• 2.2 BLDC 전동기의 수학적 모델링 = 6
• Ⅲ. 디지털 제어 시스템 = 11
• 3.1 디지털 Pl 속도 제어기 = 12
• 3.2 DSP TMS320F2812 내부 구조 및 기능 = 17
• 3.3 전 시스템 구성 = 19
• Ⅳ. 실험 및 고찰 = 24
• 4.1 시뮬레이션 = 26
• 4.2 실험 결과 및 검토 = 28
• Ⅴ. 결론 = 34
• 참고문헌 = 35
• Abstract = 37