확장형 회전자 자속 모델 기반의 확장형 칼만 필터를 이용한 매입형 영구자석 동기전동기의 센서리스 제어

Abstract

본 논문에서는 확장형 회전자 자속 모델을 기반으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 센서리스 제어 기법을 제안한다. 일반적으로, 전동기는 벡터 제어를 위해 엔코더 및 레졸버와 같은 센서를 사용한다. 이러한 센서들을 통해 회전자의 속도 및 위치를 검출해 낸다. 하지만 센서들은 전동기의 부피 및 가격 상승의 원인이 되며, 주위 온도나 습도와 같은 환경적인 영향을 받는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 다양한 센서리스 제어 방법이 연구 되어 왔다. 본 논문에서는 다양한 노이즈 환경에 놓인 시스템의 상태 변수와 제 정수 변동에 강인한 센서리스 제어 기법을 제안한다. 특히, 확장형 회전자 자속 모델은 매입형 영구자석 동기전동기와 같이 돌극성을 띠고 있는 수학적 모델을 비 돌극성을 띤 모델로 전환함으로써 간단한 수학적 구조를 가지게 한다. 그리고 전동기 시스템의 비선형성을 극복하기 위하여 전 차원 확장형 칼만필터를 이용하였다. 정확한 회전자 위치 검출을 위해서는 전동기의 제 정수가 요구된다. 하지만, 제 정수는 부하 변동, 온도 변화, 자기 포화 등에 의해서 그 값이 변동하게 된다. 제 정수의 오차는 센서리스 제어 시스템에서 회전자 위치 추정 오차의 원인이 된다. 본 논문에서는 고성능의 센서리스 제어를 위한 제 정수 추정은 반드시 필요하므로, 간단한 제 정수 추정 기법을 제안하였다. 제안한 기법은 시뮬레이션과 실험을 통하여 위치 및 속도 추정 성능을 검증하였으며, 제 정수 추정에 대한 성능을 검증하였다.