본 논문에서는 2차측이 평판형 구조를 갖는 선형유도전동기를 대상으로 하여 유한요소법을 이용한 수치해석방법과 기자력발생의 개념적인 기본단위가 되는 하나의 전류도체를 등가표면전류밀도로 치환하여 해석하는 공간고조파해석 방법[10]과, 영구자석 계자형 선형동기전동기의 공간고조파 해석방법에 대하여 소개하겠다.
본 논문에서는 철심형 영구자석 선형동기전동기(PMLSM, Steel-Cored Permanent Magnet Linear Synchronous Motor)에서 운전 특성을 고려한 설계 특성 및 전략 등에 대한 내용을 다룬다. 특히 반송장치의 운송궤적에서 요구하는 동적특성과 전동기의 동적용량(Dynamic Capability)을 고려한 동적제약조건(Dynamic Constraints) 규정을 통하여, 짧은 변위의 급가감속 왕복운전을 위한 철심형 PMLSM의 최적설계 전략을 살펴본다. 이와 더불어 동특성이 두드러진 PMLSM의 설계특성으로 열적인 특성, 디텐트력 해석 및 저감, 그리고 자계의 포화특성에 대하여 추가 고찰한다.
본 논문에서는 영구자석 선형동기전동기의 초기 자극위치를 추정하는 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘은 전동기 파라미터를 사용하지 않고 두 제어 축에 같은 추력 지령을 인가하여 각 제어 축에 의해서 발생하는 이동거리의 최대 값을 관측하고 관측된 최대 위치 변위의 오차를 PI 제어함으로써 초기 자극 위치를 빠르고 정확하게 찾는 것이다. 제안된 알고리즘을 시뮬레이션과 실험을 통해 타당성을 검증하였다
본 논문에서는 자성재료의 비선형성을 고려한 단상 직입 영구자석형(LSPM) 동기전동기의 기동특성해석을 다룬다. 전동기의 운전상태에 따른 자성재료의 비선형특성을 고려하기 위해 정자장 유한요소법을 이용하여 d축과 q축에 대해 전류변화에 따른 인덕턴스를 추출하였다. 계산된 인덕턴스를 LSPM의 등가회로에 적용하였으며 Runge-Kutta 법을 이용하여 시간차분해석을 수행하였다. 제시된 해석방법으로 계산된 기동특성과 유한요소해석결과를 비교함으로써 비선형의 영향을 고찰 하였다.
본 연구에서는 부상에 필요한 소비전력을 최소화 할 수 있고, 부상력과 추진력을 동시에 얻을 수 있는 제어-영구자석형 선형동기전동기에 대하여 횡변위가 기기의 추진력, 부상력, 안내력에 미치는 영향을 3차원 유한요소해석을 통하여 검토하였다. 횡변위에 대한 공극자속밀도의 분포특성과 힘 특성의 변화에 대하여 검토하고 횡변위 및 공극 길이의 변화가 기기의 특성에 미치는 영향에 대하여 해석과 실험을 통하여 분석하였다. 본 연구결과 횡변위 및 공극의 변화가 제어-영구자석형 선형동기 전동기의 특성에 미치는 영향을 정량적으로 알 수 있었다.
지상1차 선형동기전동기는 속도와 위치센서가 회전축에 설 부착되어져 있는 회전형 동기전동기와 달리 가이드웨이를 따라 위치센서 관련부품이 설치되어져 있다. 차상 자기부상열차로부터 전송되는 위치신호는 지상 추진인버터의 실시간 추진제어에 필요한 정보에 미흡하다. 본 논문에서는 지상1차 선형동기전동기를 구동하는 추진인버터에 대한 위치신호 추정기에 대하여 제시하였다. 지상 추진인버터가 요구하는 수준의 높은 분해능의 위치신호를 얻기위하여 직류모터 모델의 블록선도로부터 폐루프 위치관측기를 설계하고 시뮬레이션 및 실험을 통해 가용 성능 확인하였다.
본 논문에서는 풀 브릿지 인버터의 비선형성을 고려한 단상 영구자석 동기 전동기의 오픈 루프 기동성을 개선하기 위한 구형파 전압 주입 기법을 제안한다. 일반적으로 단상 영구자석 동기 전동기는 3상 교류기와 달리 풀 브릿지 인버터를 채택하고 있으며 대칭 공극으로 자기 회로를 설계할 경우, 영토크 지점의 특정 위치에서 기동이 불가능할 수 있기에 비대칭 공극 설계가 요구된다. 이러한 단상 영구자석 동기 전동기의 구동 특성상 센서리스 운전 모드의 오픈 루프 제어시 기동 실패의 가능성이 상당히 높다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 인버터의 비선형성을 고려한 구형파 전압을 인가하여 기동 성능을 개선하는 기법을 제안하고자 한다. 제안한 알고리즘은 다수의 실험을 통해 타당성을 검증하였다.
선형 서보 응용분야에 사용되는 속도제어기를 정밀하게 조정하기 위해서는 부하를 포함한 가동부 전체의 정밀한 질량이 필요하다. 본 논문에서는 수직축 선형 영구자석 동기전동기의 가동부 질량을 추정하기 위한 방법으로 축차 최소자승 추정 알고리즘을 적용한 질량 추정방법을 제안한다. 먼저 수직축 선형 영구자석 동기 전동기의 기계적인 동적 시스템에 대한 DARMA(deterministic autoregressive moving average)모델을 유도하고, 유도된 DARMA모델에 축차 최소자승 추정 방법을 적용한 질량 추정방법을 제안하며, Matlab/Simulink를 이용한 시뮬레이션 및 실험 결과를 제시하여 제안한 방법으로 수직축 질량을 무부하 및 부하 시 모두 정밀하게 추정할 수 있음을 보였다.
본 논문은 확장형 회전자 자속 모델 기반의 칼만 필터를 이용한 매입형 영구자석 동기 전동기 센서리스 제어에 관한 연구이다. 또한 센서리스 구동의 성능을 향상시키기 위하여 간단한 제정수 추정 방법을 제안하였다. 매입형 영구자석 동기전동기 구동 시스템은 비선형성과 제정수 변동 이라는 문제점을 가지고 있다. 이러한 주요 문제점을 극복하기 위하여, 우선 칼만 필터를 이용한 확정형 회전자 자속 추정을 통해 다양한 노이즈를 포함한 비선형 시스템에서의 높은 성능적 안정성을 가질 수 있다. 제정수 추정 기법 또한 제정수의 변동을 감소시키기 위하여 제안하였다. 본 논문에서 제안한 센서리스 제어방법과 제정수 추정 방법의 타당성을 확인하기 위하여 모의실험과 실제실험 세트를 구성하여 실제값과 실험값을 비교하였다.
본 논문에서는 간단한 외란 관측 기법을 이용한 영구자 석형 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor: PMSM)의 비선형 속도 제어 기법이 제안된다. 피드백 선형화 (feedback linearization) 기법을 이용함으로써 비선형 요소가 효과적으로 제거되고 출력 오차 동특성을 선형 제어 기법에 기반 하여 설정할 수 있다. 그리고 파라미터 변동에 의한 비선형 외란을 제거하기 위해 본 논문에서는 외란 관측 기법을 이용한다. 제안한 관측기를 이용한 비선형 속도 제어 알고리즘이 파라미터 변동에 대해 강인한 제어 특성을 가짐을 시뮬레이션으로 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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