일반기술

2관성 공진계를 갖는 유도전동기의 속도제어기

산업용 전동기 구동 시스템에서 전동기와 부하가 강성이 작은 축으로 연결되는 경우 전동기의 관성과 부하의 관성에 의해 축에 비틀림진동이 발생한다. 본 연구는 이와 같은 2관성 공진계에 대한 진동억제제어를 다루었다. 본 연구에서는 자속관측기에 의해 유도전동기의 2차 자속을 추정하고 속도센서에 의해 전동기의 속도를 검출하여 파라미터 변동에 강인한 자계 오리엔테이션 제어계를 구성한다. 유도전동기의 자계 오리엔테이션 제어계로부터의 토오크성분 전류와 전동기의 속도를 이용하여 축비틀림토오크와 부하속도를 추정하는 상태관측기와 부하외란토오크를 추정하는 외란관측기의 설계하였다. 상태관측기의 출력을 이용한 상태피드백제어기와 외란관측기를 이용한 제어기를 설계하였고, 각 제어기의 특성을 검토하였다. 또한 외란관측기를 이용하여 추정한 부하외란토오크를 피드백 보상하는 공진비 제어기의 특성을 검토하였다. 그리고 H∞제어이론에 기초한 속도제어기의 비틀림진동억제와 외란저감을 살펴보았다. 그러나 이러한 설계방법들은 목표치에 대한 빠른 추종특성과 외란과 진동의 억제에서 서로 상충관계가 있기 때문에 문제가 된다. 본 연구실에서는 목표치에 대한 빠른 추종특성과 내부 안정성을 동시에 만족하는 유도전동기를 위한 새로운 속도 제어기들을 제안하였다. 제안된 제어기는 2자유도 속도제어기와 선형행렬부등식에 의한 H∞ 속도제어기이다. 제안된 2자유도 제어기는 목표치 추종특성과 내부 안정성을 동시에 만족하였다. 제안된 2자유도 제어기에서 피드포워드제어기는 축비틀림진동을 발생하지 않는 1관성계를 사용하여 목표치응답특성을 개선하도록 설계하였고, 피드백제어기는 상태관측기를 이용하여 외란과 진동을 억제하도록 설계하였다. 또한 Lyapunov방정식과 Riccati방정식을 대체할 수 있는 새로운 제어설계수단인 선형행렬부등식에 의한 제안된 H∞ 속도제어기도 가중함수를 조정하는 것에 의하여 추종성과 외란억제를 만족하였다. 기존의 제어방법과 제안된 제어방법을 시뮬레이션을 통하여 비교하였다. 제안하는 2자유도 속도제어기와 선형행렬부등식에 의한 H∞ 속도제어기를 기존의 상태피드백제어와 실험을 통하여 비교하였고, 제안하는 제어기의 유용성을 실험결과를 통하여 확인하였다