소신호 모델을 이용한 스위치드 릴럭턴스 전동기의 제어기 안정도 해석

Abstract

본 논문은 소신호 모델을 이용한 단일 전류 센서 기반의 4/2 스위치드 릴럭턴스 전동기(Switched Reluctance Motor, SRM)의 전류 및 속도제어기의 안정도 해석 및 향상하기 위한 설계방법을 제시하였다. 일반적으로 SRM의 동특성은 회전자의 위치와 전류에 따라 쇄교자속 및 인덕턴스가 비선형적으로 변화한다. 이런 고유의 특성 때문에 정확한 모델의 해석과 제어기 설계가 어렵다. 본 논문에서는 소신호 모델 기법을 이용하여 SRM을 해석하였고, 이렇게 선형화한 SRM은 해석이 용이하며 제어기 설계에 유리하다. 선형화 된 SRM 해석을 통해 원하는 이득과 대역폭을 선정하여 제어기를 설계할 수 있는데, 소신호 모델의 동작점에 따라 달라진다. 가장 불안정한 지점을 동작점으로 선정하여 안정적인 제어기를 설계한다면, 전 범위에서 제어기의 안정도를 확보할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 조건에 따라 전류 및 속도제어기를 설계하기 위한 동작점 선정의 기준을 제안하였으며, 이 기준에 맞춰 제어기를 설계하였다. 또한, 저가형 드라이브 시스템을 구현하기 위해 구동용 컨버터에서 전류를 센싱하기 위한 전류 센서의 개수를 줄여 각 상 전류 센서가 아닌 단일 전류 센서를 이용하였다. 이를 기반으로 단일 전류 센서를 이용한 구동 및 제어를 통해 각 상 전류 센서와 성능을 비교하였다. 단일 전류 센서를 기반으로 설계한 전류 및 속도제어기를 가변속 시스템에 적용하여 시뮬레이션과 실험 결과를 통해 성능을 검증하였다.