본 논문에서는 동기 좌표계 비례 적분(PI) 전류 제어기의 이득 산정에 따른 계통 외란 발생 시 제어기의 응답 특성을 연구하였다. PI 전류 제어기의 이득 선정 시 플랜트의 시정수와 적분기 시정수를 같게 설정하는 극점-영점 상쇄 기법을 사용하여 전류 제어 특성을 결정할 수 있다. 그러나 극점-영점 상쇄 기법을 통해 이득이 선정된 전류 제어기는 계통에 외란 발생시 제어기 응답 특성이 느려진다. 적분기 시정수를 샘플링 주기를 이용하여 선정한다면 계통 외란에 강인한 특성을 갖게 된다. 제안된 방법은 각각 선정된 적분기 시정수를 가지고 외란에 대한 주파수 응답 특성과 데드 타임이 추가된 계통연계형 인버터 시뮬레이션 결과를 비교 분석하여 제안된 적분기 시정 수 선정 방법이 외란에 더 강인함을 검증하였다.
본 논문에서는 완전균형 상보형 적분기에서 그 이득과 단위이득 주파수 특성을 향상시킬 수 있는 high-swing cascode 구조를 이용한 새로운 적분기를 설계하였다. 설계된 high-swing cascode 적분기는 $0.25{\mu}m$ n-well CMOS 공정 파라미터를 이용하여 HSPICE 시뮬레이션 하였으면, 그 결과 제안된 회로는 2V 공급전압에서 전력소모는 1.04mW이고 차단주파수는 100MHz를 갖으며 이득은 51dB로서 이 적분기를 이용한 능동필터 설계시 요구조건인 40dB 이상의 이득 값을 만족한다.
본 논문에서는 저전압 동작이 가능하도록 완전차동 구조의 적분기에 전압조절을 위한 튜닝회로를 추가하여 새로운 적분기를 제안하였다. 제안된 적분기는 이득과 주파수 더 나아가 응용회로의 특성에 영향을 주는 트랜스컨덕턴스값을 증가시키기 위해 전류미러 방식을 이용하여 구성되었다. HSPICE 시뮬레이션 결과, 제안된 적분기는 기존의 완전자동 구조의 적분기에 비해 그 이득값이 두 배 이상 향상되었으며, 간단한 전압조절을 통한 이득 및 주파수 조절이 가능하였다.
높은 Q가 요구되는 고주파 신호 처리용 필터 설계에서는 흔히 SC 필터를 사용하고 있다. 처리하고자 하는 신호가 고주파수이고, 선택도 Q 값이 매우 높은 경우에는, SC 필터에 사용하는 증폭기의 성능이 빠르고, 직류 성분 이득이 커야만 한다. 이와 같은 속도와 이득이 요구됨에 따라 일반적인 범용 증폭기는 이득이 충분치 못하여 사용이 제한되고, 설사 범용 증폭기를 이용하여 필터를 구성하였다 해도 그 특성에 많은 제한을 줄 수밖에 없다. 또한 GaAS MESFET op amp의 경우, 최근의 논문에서도 60[dB] 이상의 이득이 제안된 바 없으므로, 필터 구성시 또 다른 설계 기술이 요구된다. 따라서 본 논문에서는 GaAS MESFET 능동 SC 적분기의 유한한 이득과 offset 전압을 보정한 새로운 구조의 적분기를 제안한다.
본 연구에서는 Koren과 Masory가 개발하여 적분제어기에 적용한 제어알고리즘 을, 제어기 반응속도를 향상시키기 위하여 비례적분제어기에 적용하는 방법을 제시하 고자 한다. 실험을 통하여 제어시스템을 모델링하고, 근궤적법을 이용하여 시스템을 안정하게 유지하기 위한 개회로 이득을 선정하며, 기존의 보통선반을 적응제어시스템 으로 개발하여 고정이득 비례적분제어기와 가변이득 비례적분제어기의 성능을 실험을 통하여 비교하고자 한다.
본 논문에서는 이득 및 주파수 특성이 개선된 CMOS 저전압 전류모드 적분기가 설계되었다. 설계된 전류모드 적분기는 본 논문에서 새롭게 제안한 선형 캐스코드 회로를 기본으로 구성되었다. 제안된 전류모드 적분기는 기존의 전류미러형 전류모드 적분기의 이득(43.7dB) 및 단위이득주파수(15.2MHz) 비해서 높은 전류이득(47.8dB) 및 단위 이득 주파수(27.8MHz)의 특성을 얻을 수 있었다. 제안된 전류모드 적분기의 응용회로로써 차단주파수 7.03MHz를 갖는 5차 체비세프 저역통과 필터를 설계하였다. 설계된 모든 회로들은 1.8V-$0.18{\mu}m$ CMOS 공정파라메터로써 HSPICE를 이용하여 시뮬레이션되었다.
연속시간 전류모드 기저대역 채널선택 필터 설계를 위하여 전류이득과 단위이득 주파수를 개선시킨 저전압 선형 캐스코드 전류모드 적분기를 제안하였다. 제안된 전류모드 적분기는 CMOS 상보형 회로로 구성된 완전 차동 형태의 입 출력단으로 구성하였으며, 여기에 캐스코드 트랜지스터를 추가시킴으로써 바이어스 단을 구성하여 선형영역에서 동작시켜 저전압 구조에 적합하도록 설계하였다. 이 때 바이어스 전압을 선택적으로 제어하여 주파수 대역이 가변될 수 있도록 설계하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 설계한 선형 캐스코드 전류모드 적분기가 저전압 동작, 전류 이득 및 단위이득 주파수 등 모두 만족할 만한 특성을 가지고 있음을 확인하였다.
본 논문은 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 속도 제어를 위한 비선형 백스텝핑 제어 기법을 제안한다. 비선형 백스텝핑 제어기법의 이득은 정상상태 에러를 제거하고, 좀 더 안정한 결과를 얻을 수 있도록 에러의 적분 이득을 포함하여 설계하였다. 또한, 부하 토크를 추정할 수 있도록 설계하여 부하의 변동에 대하여 빠른 적응성을 가지도록 하였다. 모의 실험을 통하여 적분 이득을 가지는 백스텝핑 제어기가 일정한 토크 운전영역에서 안정한 제어기임을 검증하고, 적분 이득이 없는 백스텝핑 제어기와 성능을 비교하였다.
본 논문에서는 능동필터 설계시 기본 블록으로 이용될 수 있으며, 저전압 고주파에서 동작 가능한 새로운 구조의 CMOS 전류모드 적분기를 제안하였다. 더불어 전압조절을 통해 그 이득과 주파수를 제어할 수 있는 트랜스컨덕턴스 제어회로를 설계하였다. 제안된 적분기는 CMOS 상보형 회로로 구성하였으며, 따라서 적분기의 단위이득주파수에 영향을 주는 적분기의 트랜스컨덕턴스를 증가 시켰다. 제안된 적분기의 단위이득 주파수는 NMOS-gm을 가지는 기존의 적분기에 비하여 두 배 가까이 증가되었다. 또한 트랜스컨덕턴스 제어회로를 이용하여 능동필터의 공정시 나타날 수 있는 오차를 줄이고, 그 용도에 따라 주파수와 이득제어를 가능하게 하였다. 이의 응용회로로서 3차 체비셰프 저역필터를 0.8㎛ CMOS 파라메터를 이용하여 설계하였으며, 이러한 결과들은 소신호 해석 및 0.8㎛ 공정 파라미터를 갖는 HSPICE 시뮬레이션을 통하여 검증되었다.
본 논문에서는 복소 벡터 동기 좌표계 비례 적분(PI) 전류 제어기의 안티 와인드업(anti-windup)이득 설정에 대해 논의한다. 복소 벡터 동기 좌표계 비례 적분 전류 제어기는 시스템 제정수 변동에 기존의 비례 적분 전류 제어기 보다 더 강인한 특성을 보인다. 복소 벡터 전류 제어기 역시 적분기를 포함하고 있으며, 엑츄에이터(actuator)의 물리적인 한계로 전압이 포화되는 경우에는 안티 와인드업이 필요하게 되고, 적절치 못한 안티 와인드업 이득 설정은 제어 시스템의 동특성을 저하시킬 수 있다. 따라서 복소 벡터 동기 좌표계 비례 적분 전류 제어기에 적합한 안티 와인드업 이득을 제안하였고, 제안된 알고리즘의 유효성은 실험을 통하여 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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