슬라이딩 모드 관측기를 이용한 매입자석 동기 전동기 센서리스 제어에 관한 연구

Abstract

본 연구는 매입자석 동기전동기의 센서리스 제어를 위한 슬라이딩 모드 관측기에 대한 연구를 수행하였다. 전동기의 위치 정보를 엔코더나 레졸버와 같은 센서를 사용하지 않고 슬라이딩 모드 관측기를 사용하여 매 제어 주기 마다 회전자의 위치정보를 추정하였다. MATLAB/Simulink를 이용하여 매입자석 동기전동기의 속도 제어 블록을 설계하고 속도제어 블록 안에 슬라이딩 모드 관측기를 설계하여 시뮬레이션을 하였다. 또한 실험을 통하여 모터의 3000rpm 구동과 제어조건을 만족하였다. 시뮬레이션과 실험에 적용된 매입자석 동기전동기는 600W 급이다. 속도 지령과 부하토크를 바꾸었을 때, 위치와 속도 추정 오차가 발생한다. 그러나, 그 오차들은 작아서 모터를 구동하는데 거의 영향을 받지 않는다. 만족할만한 구동 특성은 슬라이딩 모드 관측기의 각항들인 q축의 인턱턴스와 전기자 저항 값을 실제 구동 모터에 존재하는 값과 일치 시키면 된다. 그러나, 운전특성의 불안전을 야기 시킬 수 있으므로 관측기의 각 항들을 신중하게 선택하여야 한다. 특히 인턱턴스 값을 신중히 선택하여야 될 것이다. 향후 과제로는 현재 실험의 조건은 초기 기동시 회전자를 특정 위치에 고정 시켜놓고 기동을 하는 방법을 제안하고 있지만 초기 기동시에 회전자를 특정 위치에 고정 시키지 않고 회전 자계를 이용하여 어느 위치에서든지 초기 기동을 할 수 있는 알고리즘 개발이 필요하다.

Recently brushless type permanent magnet synchronous motor is replacing the most common brush type motor in the automotive industry. Brush type DC motors have brush friction loss and noise, and the brush has limits of durability. Compared to DC brush motor, brushless permanent magnet synchronous motor has high efficiency and less noisy performance. To apply field oriented control of a brushless permanent magnet synchronous motors, it is required to know rotor position information. Commonly encoders or resolvers are used to know the position. These sensors has disadvantages of spacing and high cost problems. This paper presents the sliding mode observer for sensorless control of the interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drives. The sliding mode observer has been presented as a robust estimation method. Most of previous these works, however, were not for interior PMSM (IPMSM), but for non-salient pole PMSM and its observer design is conducted in the stationary reference frame. Thus, in this paper, we investigate the design of the sliding mode observer and its driving characteristics for the IPMSM. The proposed sliding mode observer is designed in the rotating reference frame, and good drive performance is achieved even the observer parameters are mismatched with those of actual motor. The proposed method is applied to a 600W IPMSM, and then the simulation and experiment results are presented.