BLDC 모터 제어

시뮬레이션을 통한 BLDC 모터 제어 알고리즘 개발

전자 정류 모터 또는 '브러시리스' 모터는 기계 정류 혹은 '브러시' 모터에 비해 전기적 효율이 높고 토크 대 중량비가 높기 때문에 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 브러시리스 DC(BLDC) 모터는 고정자 권선의 집중 때문에 제형파(Trapezoidal) 역기전력을 나타내는 영구자석 동기 머신(PMSM)이라고 흔히 정의합니다. BLDC 모터의 이러한 성격이 고정자 권선이 분산되어 있어 사인파 형상의 역기전력을 나타내는 PMSM 모터와 차이나는 점입니다.

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

브러시리스 DC 모터는 일반적으로 사다리꼴 제어를 사용하고, 자속기준제어도 사용되지만, PMSM 모터는 일반적으로 자속기준제어만 사용합니다. 사다리꼴 BLDC 모터 제어는 한 번에 두 위상을 여자시키는 자속기준제어보다 간단한 기법입니다. 토크 제어에는 PID 컨트롤러가 오직 1개만 필요하며, 자속기준제어와는 달리, Park 및 Clarke 변환을 이용한 축변환을 고려할 필요가 없습니다.

자극 쌍(Pole pair)이 각각 1개와 2개인 BLDC 모드의 동작을 비교한 MATLAB 애니메이션. 이 애니메이션은 Simscape Electrical 모델의 시뮬레이션 결과에 기반합니다.

사다리꼴 방법으로 BLDC 모터 컨트롤러를 설계하는 모터 제어 엔지니어는 다음과 같은 과제를 수행합니다.

  • 내부 전류/전압 루프 PI 제어기를 적용한 제어기 아키텍처 개발
  • 외곽 속도 및 위치 루프 PI  제어기 개발
  • 성능 요구사항 충족을 위한 PI  제어기게인 튜닝
  • PWM 제어 설계
  • 고장 감지 및 보호 로직 설계
  • 다양한 작동 조건에서제어기 성능 확인 및 검증
  • 마이크로컨트롤러에 고정소수점 또는 부동소수점으로 제어기 구현

BLDC 모터제어 설계 시, Simulink®를 이용적용하면, 다중속도 (multi-rate) 시뮬레이션을 통해 제어 알고리즘을 설계, 튜닝, 검증하고, 하드웨어 테스팅 전에 모터의 전체 작동 범위에 걸쳐 오류를 검출하고 수정할 수 있습니다. Simulink를 통한 시뮬레이션을 이용하면 프로토타입 테스팅 횟수를 줄이고, 하드웨어 테스트에서는 어려운, 고장 조건에 대한 제어 알고리즘의 강건성을 검증할 수 있습니다. 자세한 내용은 다음과 같습니다.

  • 사다리꼴 또는 임의적인 역기전력을 가진 BLDC 모터 모델링
  • 전류 제어기, 속도 제어기, 변조기 (Modulator) 모델링
  • 인버터 전력 전자기기 모델링
  • 보드 플롯, 근궤적 (Root locus)과 같은 선형 제어 설계 기법 혹은 자동 PID 튜닝과 같은 기법 이용한 BLDC 모터 제어 시스템 게인 튜닝
  • 안전한 작동을 위한 스타트업, 셧다운, 오류 모드 모델링 및 디레이팅, 보호 로직 설계를 통한  
  • I/O 채널에 대한 신호 컨디셔닝 및 프로세싱 알고리즘 설계
  • 모터와 컨트롤러의 폐루프 시뮬레이션을 통한정상 및 비정상 작동 시나리오에서의 시스템 성능 테스트
  • 신속한 프로토타이핑, HIL 테스팅, 양산 구현을 위한 ANSI, ISO 또는 프로세서 최적화 C 코드와 HDL 자동 생성

시뮬레이션 모델을 이용한 모터 제어 개발 시간 단축

대화형 예제와 튜토리얼을 검토하여 기본 작업부터 고급 작동까지 차근차근 진행하십시오.

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