일반기술

적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 영구자석 동기전동기 제어장치 및 그 제어방법

본 기술은 바이너리 관측기를 이용한 영구자석 동기전동기(PMSM : Permanent Magnet Synchronous Motor)의 센서리스 제어관련 기술로서, 적응 슬라이딩 관측기와 유사한 형태를 적분 바이너리 관측기에 적용한 적응 적분 바이너리 관측기를 이용한 원통형 영구자석 동기전동기 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다. 원통형 영구자석 동기전동기는 단위 무게당 토크 비율 및 효율이 다른 전동기에 비해 높다는 장점을 가지고 있어 산업응용분야에 폭넓게 사용되고 있다. 그러나, 원통형 영구자석 동기전동기는 회전자에 부착된 영구자석으로부터 자속을 공급받기 때문에 벡터제어를 위해서는 항상 회전자의 정확한 위치 정보를 알아야 한다. 전동기 회전자의 정확한 위치정보를 얻기 위해서 레졸버나 보통 엔코더 또는 홀소자 등의 자기센서를 이용한 전자식 위치 검출기가 사용되어지고 있는데, 이러한 위치 검출기는 일반적으로 고가이고 별도의 복잡한 하드웨어가 제어기에 구성되어야 하는 단점이 있다. 또한, 진동과 습도 등의 주위 환경에 대한 영향을 많이 받는다. 따라서, 원통형 영구자석 동기전동기의 제어상 큰 문제점인 회전자의 위치를 센서를 사용하지 않고 간접적으로 얻고자 하는 센서리스 제어에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 센서리스 제어법 중 제어이론을 이용하여 전동기의 속도 및 회전자의 위치를 추정하는 관측기를 적용한 방법에 관한 연구도 많이 행해지고 있는데, 그중 하나가 슬라이딩 모드 관측기이다. 그러나, 기존의 슬라이딩 모드 관측기도 관측기의 제어 특성상 떨림현상을 가지고 있다. 슬라이딩 모드 관측기의 장점을 가지며 떨림현상을 제거할 수 있는 바이너리 이론을 이용한 것이 바이너리 관측기이며, 바이너리 관측기의 장점인 연속적인 추정이득을 얻을 수 있도록, 적응 슬라이딩 관측기와 유사한 형태를 적분 바이너리 관측기에 적용하고, 이러한 적응 적분 바이너리 관측기를 이용하여 영구자석 동기전동기를 제어한다.바이너리 관측기를 이용하여 실제 전류와 추정 전류의 오차를 적분하여 직류전동기 회전자의 속도와 위를 추정하여 영구자석 전동기를 제어한다.정상상태 뿐만 아니라 속도가 급변하는 과도상태에서도 전동기의 속도 및 위치를 안정적으로 추정하여, 부하변화에도 견실하게 동작할 수 있다. 가전기기, OA기기, 산업용 기기, 자동차 등에 응용되는 소형정밀모터의 세계 시장규모는 2002년에 약 60억대 규모에 이르며, 동기전동가는 3,200여대에 달하고 있다. 한편, 국내 수요는 40여만대 정도로 15만여대만 국내에서 생산, 공급되고 있다. 국내 소형정밀모터의 시장은 최근 정보통신, 게임기 시장의 대폭적인 확대됨에 따라 국내 시장도 더욱 성장할 것으로 전망된다.