전동화

BLDC 모터 제어

시뮬레이션을 사용한 BLDC 모터 제어 알고리즘 개발

전자식 정류 모터 또는 '브러시리스' 모터는 기계식 정류 모터 또는 '브러시' 모터에 비해 전기 효율이 높고 토크 대 중량비가 높기 때문에 점점 인기가 높아지고 있습니다. BLDC(브러시리스 DC) 모터는 고정자 권선이 집중되어 있어 사다리꼴 역기전력을 나타내는 PMSM(영구자석 동기전동기)라고 흔히 정의됩니다. 바로 이것이 고정자 권선이 분산되어 있어 정현파 역기전력을 나타내는 PMSM 모터와는 구별되는 BLDC 모터의 특징입니다.

BLDC 모터와 PMSM 모터의 구동을 비교하는 MATLAB 애니메이션. 이 애니메이션은 Simscape Electrical 모델의 시뮬레이션 결과에 기반합니다.

BLDC 모터와 PMSM 모터의 구동을 비교하는 MATLAB 애니메이션. 이 애니메이션은 Simscape Electrical 모델의 시뮬레이션 결과에 기반합니다.

브러시리스 DC 모터는 일반적으로 사다리꼴 제어를 사용하지만, 자속기준제어도 사용됩니다. PMSM 모터는 일반적으로 자속기준제어만 사용합니다. 사다리꼴 BLDC 모터 제어는 자속기준제어보다 단순한 기법이며, 한 번에 두 위상만 여자시킵니다. 토크 제어에는 단 하나의 PID 제어기가 필요하며, 자속기준제어와는 달리 Park 및 Clarke 변환을 사용한 좌표 변환이 필요하지 않습니다.

극쌍이 각각 1개와 2개인 BLDC 모터의 구동을 비교하는 MATLAB 애니메이션. 이 애니메이션은 Simscape Electrical 모델의 시뮬레이션 결과에 기반합니다.

극쌍이 각각 1개와 2개인 BLDC 모터의 구동을 비교하는 MATLAB 애니메이션. 이 애니메이션은 Simscape Electrical 모델의 시뮬레이션 결과에 기반합니다.

사다리꼴법으로 BLDC 모터 제어기를 설계하는 모터 제어 엔지니어는 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다.

  • 내부 전류/전압 루프에 대해 PI 제어기를 사용한 제어기 아키텍처 개발
  • 선택적 외부 속도 및 위치 루프에 대한 PI 제어기 개발
  • 성능 요구사항을 충족하기 위해 모든 PI 제어기의 이득 조정
  • SVM 제어 설계
  • 결함 검출 및 보호 로직 설계
  • 다양한 동작 조건에서 제어기 성능 검증 및 확인
  • 마이크로컨트롤러에 고정소수점 또는 부동소수점으로 제어기 구현

Simulink를 사용한 BLDC 모터 제어 설계를 통해 멀티레이트 시뮬레이션으로 제어 알고리즘을 설계, 조정 및 검증하고 하드웨어 테스트 전에 모터의 전체 작동 범위에 걸쳐 오류를 검출하고 수정할 수 있습니다. Simulink로 시뮬레이션하면 프로토타입 테스트 횟수를 절감하고, 하드웨어에서 테스트하기에 비실용적인 결함 상태에 대한 제어 알고리즘의 강인성을 검증할 수 있습니다. 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다.

  • 사다리꼴 또는 임의의 역기전력을 사용한 BLDC 모터 모델링
  • 전류 제어기, 속도 제어기 및 변조기 모델링
  • 인버터의 전력전자 모델링
  • 보드 플롯 및 근궤적 등의 선형 제어 설계 기법과 자동 PID 조정과 같은 기법을 사용한 BLDC 모터 제어 시스템의 이득 조정
  • 시작, 종료 및 오류 모드 모델링과 부하경감 및 보호 로직 설계를 통한 안전한 작동 환경 확보
  • I/O 채널에 대한 신호 조절 및 처리 알고리즘 설계
  • 모터와 제어기의 폐루프 시뮬레이션을 실행하여 정상 및 비정상 동작 시나리오에서 시스템 성능 테스트
  • 신속 프로토타이핑, Hardware-in-the-Loop 테스트 및 프로덕션 구현을 위해 ANSI, ISO 또는 프로세서에 최적화된 C 코드 및 HDL 자동 생성
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대화형 방식의 예제와 튜토리얼을 통해 기본 작업부터 고급 조작까지 차근차근 학습할 수 있습니다.

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