Coefficient Diagram Method를 적용한 브러쉬없는 선형 직류 전동기의 PI 전류 제어기의 게인 결정에 관한 연구
A Design of PI Current Controller Gain Decision for Brushless Linear DC Motor Using Coefficient Diagram Method
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초록
현대에 이르러 많은 제어 이론들이 개발되어 왔음에도 불구하고 산업의 현장에서는 여전히 고전적인 제어 방법인 PID나 앞/뒤짐 보상기 제어 방법들이 주로 적용되고 있다. 고전적인 제어 방법들은 간단한 구조를 가지고 있고, 용이한 구현이 가능하면서도 목표치 추종에 우수한 성능을 보이지만, 제어기 게인이 현장의 전문가에 의해 경험적으로 조절되고 있기 때문에 많은 시간과 노력이 소비되는 단점도 있다. 따라서, 이러한 배경으로 볼 때 그 어느 플랜트에 대해서도 간단하면서도 안정성과 시간응답 및 강인성을 가지는 제어기를 설계하기 위해 계수적인 공간에서의 제어기 설계 기법으로 체계화된 CDM(Coefficient Diagram Method : 계수도법)이 발표 되었다. CDM 기법은 대수척도(Logarithm Scale)로서 다항식의 계수를 종축으로 나타내고, 다항식 차수를 내림차순으로 표시한 계수도(Coefficient Diagram)를 횡축으로 설계한 후 이로부터 플랜트의 특성이 고려된 임의의 차수 제어기를 설계하는 방법이라 할 수 있다. 이러한 CDM은 시스템의 안정도, 정착시간, 응답속도 및 강인성 등 여러 가지를 동시에 고려한다는 장점이 있다. 본 논문에서는 새로운 대수적 제어기 설계 기법인 CDM을 이용하여 브러쉬없는 선형직류전동기의 PI 전류 제어기의 게인을 조절하는 방법을 제안했다. 적용 플랜트인 브러쉬없는 선형직류전동기에 대한 수학적 모델링을 수행하고, CDM을 이용하여 브러쉬없는 선형직류전동기의 PI 전류 제어기 게인을 조절한 후 이를 계단 응답 특성 조건과 무부하 및 부하 조건에서 시뮬레이션 함으로써 전동기의 d-축, q-축 전류 및 속도 응답특성이 종래의 일반적으로 많이 쓰이는 조절 방법인 교차각주파수 조절방법 보다 더 우수한 시스템 응답 특성을 보이는 것을 증명한다.
Abstract
In modern times, although many control theories have been developed, the classical control methods such as PID or Lead/Lag compensator control methods are still mainly applied in industrial. Classical control methods have a simple structure, are easy to implement, and show excellent performance in tracking target values, but there are also disadvantages that a lot of time and effort are consumed because the controller gain is empirically adjusted by a field expert. Therefore, in view of this background, CDM (Coefficient Diagram Method) systemized as a controller design technique in a coefficient space was announced to design a controller with simple, stability, time response, and robustness for any plant. The CDM technique is a method of designing an arbitrary order controller considering the characteristics of the plant from the logarithm scale after designing a coefficient diagram in which the coefficients of the polynomial are expressed on the vertical axis and the coefficient diagram in descending order of the polynomial order is designed on the horizontal axis. This CDM has the advantage of simultaneously considering several things such as system stability, settling time, response speed, and robustness. This paper proposes a method gain tuning of PI current controller for the BLLDCM(Brushless Linear DC motor) using a new algebraic control scheme, CDM. Based on the modeled BLLDCM, the simulation are performed under step-response and load condition using CDM comparing with the conventional gain tuning method(Cross-over angular frequency) of current PI controller for BLLDCM, the proposed CDM method shows improved characteristics for system response via some simulation results.
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