홀 센서 기반의 BLDC 구동 시스템에 대한 외란 관측기를 이용한 속도 맥동 저감 기법 연구

Abstract

현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine, ATM)는 지폐를 빠르게 분리 및 수납하는 장치이다. 여기서, 사용자가 지폐를 입금을 할 경우에는 현금 자동 입출금기는 지폐를 수납하는 동작을 하게 된다. 또한, 지폐를 출금을 할 경우, 현금 자동 입출금기는 지폐를 분리하는 동작을 하게 된다. 이때, ATM의 액추에이터(Actuator)는 BLDC 전동기이고, 위치 센서로는 홀 센서를 사용한다. 홀 센서는 가격이 저렴하여 널리 사용되지만, 해상도가 낮기 때문에 추정 속도에 맥동이 나타날 수 있다. 지폐 분리 과정에서 지폐의 손상을 막기 위해 지폐 간 간격을 일정하게 유지할 필요가 있다. 전동기 운전 속도를 일정하게 유지하면 지폐 간 간격 유지가 가능하다. 지폐 분리 시 전동기에 10 Hz 정도의 구형파 외란이 인가되며, 속도를 일정하게 유지하기 위해 높은 속도 제어 대역폭이 필요하다. 그러나, 속도 제어 대역폭이 높아지면 제어기 이득이 증가하므로 속도 제어 안정성이 저하될 수 있다. 본 논문에서는 홀 센서를 사용하는 속도 제어 시스템에서 외란 관측기를 사용한 속도 맥동 저감 기법을 제안한다. 제안한 외란 관측기는 홀 센서의 낮은 해상도로 인한 단점을 저감하기 위해, 홀 센서 해상도 증가 기법을 활용하였다. 외란 관측기는 속도와 외란 추정의 간섭을 제거하여 외란 추정 성능을 향상시켰다. 일정한 주파수를 갖는 변동 부하를 관측기가 추정하여 보상하면, 외란에 대한 영향을 저감시킬 수 있으므로 속도 제어 대역폭을 낮출 수 있다. 결과적으로 낮은 속도 제어 대역폭을 사용하기 때문에 속도 제어 안정성을 향상시킬 수 있다. 추정 속도 맥동으로 인한 속도 맥동 저감이 가능하다. 제안하는 방법은 BLDC 전동기 구동 시스템에서 검증되었다.