KSLV-I의 킥모터의 추력벡터제어용 구동장치 시스템은 전기-유압식 서보 구동장치 형상으로 설계되었으며 가동노즐을 구동하는 구동장치, 유압동력을 생성하는 유압동력 생성장치, 유압동력을 구동장치에 전달해 주는 유압동력분배장치와 관성항법장치에서 입력되는 제어신호에 따라 구동장치를 제어하는 제어장치 등으로 구성되어있다. 그중에서 유압동력을 생성하는 장치는 전기모터를 이용하여 유압펌프를 구동하는 EMDP(Electric Motor Driven Pump) 방식을 채택하고 있다. 일반적으로 전기모터는 구동이 편리한 브러시 방식의 직류모터(BDC 모터)를 사용하는데 일정 고도이상에서는 사용이 용이하지 않다. 그래서 고고도에서 사용하기 위해 브러시없는 직류모터(BLDC 모터)를 이용하여 유압펌프를 구동하는 시스템을 개발하고 있다. 본 논문에서는 브러시없는 직류모터를 구동하기 위한 제어기 설계에 대하여 자세히 설명하고자 한다.
전기모터는 과학의 발달을 통한 전기제품의 다양성과 동시에 종류도 다양해졌다. 이렇듯 전기모터는 내부의 구조변경에 따라 크게 세 가지로 유도모터, 직류모터, BLDC모터로 나눠진다. 이 중 유도모터는 제작 및 사용성이 좋지만 구조가 간다하여 정밀성을 요구하는 용도에는 부적합하여 선풍기와 제분기에 쓰이고 있다. 이에 직류모터는 정밀제어가 용이하여 서보제어 등 고급응용기술에 사용되고 있으나, 직류모터의 치명적인 단점인 모터 안에 있는 브러시와 정류자의 기계적인 접촉전환을 이용하여 회전력을 유지하기 때문에, 브러시나 정류자가 쉽게 손상되는 문제가 발생하였다. 이런 문제점을 해결한 고성능 제품인 BLDC모터는 RC제품 또는 첨단 의료기기에 장착되는 모터로 고수명, 고정밀도, 저소음을 자랑하고 있으며 산업용 로봇 등에 장착되어 현재 전 세계에 수용시장이 형성되어 있다.
본 연구는 여러 종류의 직류서보코너에서 적용목적에 대해 최상의 성능을 발휘하면서 가장 높은 효율을 갖는 서보모터를 선정하기 위한 인간 전문가의 지식, 경험과 추론 능력을 갖는 전문가 시스템 개발에 관한 것이다. 제안한 프로그램은 비전문가가 적용시스템의 성능조건과 기계적 데이터만을 입력함으로서 고효율 서보모터가 선정되도록 하였다. 전문가 시스템의 추론기관과 지식베이스는 C 언어로 구현하였으며, 데이터베이스는 제조회사에서 제공한 직류서보모터의 카다로그로부터 구성하였다. 서로 다른 정격을 갖는 직류서보모터의 효율을 비교하는데 있어서는 속도-토크의 운전패턴에 따른 평균효율을 기준으로 하였다. 그리고, 서보모터 선정에 관한 수요관리의 전문가 시스템을 실제 사용되고 있는 여러 적용시스템에 대해 검증하여 신뢰성을 확인하였다.
본 논문에서는 확장 칼만 필터를 이용하여 직류 모터의 동특성을 실용적으로 모델링하는 방법을 제안한다. 먼저 시험을 통해 모터의 주파수 별 응답 특성을 추출하고 이로부터 확장 칼만 필터를 이용하여 출력 전압의 이득 감쇄와 위상 지연을 추정한다. 추정된 값을 이용하여 모터의 선형 동특성을 모델링하고, 각각의 비선형 요소를 추가시키면서 모델 출력과 실제 시험을 통해 획득한 각속도 출력의 RMSE (Root Mean Square Error)를 최소화시키는 비선형 계수 값을 산출하여 최종적인 직류 모터의 모델을 완성한다.
본 논문에서는 확장 칼만 필터를 이용하여 직류 모터의 동특성을 실용적으로 모델링하는 방법을 제안한다. 먼저 시험을 동해 모터의 주파수 별 응답 특성을 추출하고 이로부터 확장 칼만 필터를 이용하여 출력 전압의 이득 감쇄와 위상 지연을 추정한다. 추정된 값을 이용하여 모터의 선형 동특성을 모델링하고, 각각의 비선형 요소를 추가시키면서 모델 출력과 실제 시험을 통해 획득한 각속도 출력의 RMSE (Root Mean Square Error)를 최소화시키는 비선형 계수 값을 산출하여 최종적인 직류 모터의 모델을 완성한다.
본 논문에서는 확장 칼만 필터를 이용하여 직류 모터의 동특성을 실용적으로 모델링하는 방법을 제안한다. 먼저 시험을 통해 모터의 주파수 별 응답 특성을 추출하고 이로부터 확장 칼만 필터를 이용하여 출력전압의 이득 감쇄와 위상 지연을 추정한다. 추정된 값을 이용하여 모터의 선형 동특성을 모델링하고, 각각의 비선형 요소를 추가시키면서 모델 출력과 실제 시험을 통해 획득한 각속도 출력의 RMSE (Root Mean Square Error)를 최소화시키는 비선형 계수 값을 산출하여 최종적인 직류 모터의 모델을 완성한다.
본 연구에서는 설계단계에서 소형 직류 모터의 동특성을 파악할 수 있는 유한요소 해석모델을 개발하였다. 유한요소해석 결과의 검증을 위하여 충격실험을 실시하였으며 모터의 고유진동수와 모드형상을 추출하여 비교하였다. 개발된 유한요소 해석모델을 이용하여 모터의 형상변화가 동특성에 미치는 영향을 분석할 수 있었으며 이는 향후 고품위 저진동 직류모터를 개발하는 데 효과적으로 이용될 수 있다.
본 논문에서는 확장 칼만 필터를 이용하여 직류 모터의 동특성을 실용적으로 모델링하는 방법을 제안한다. 먼저 시험을 통해 모터의 주파수 별 응답 특성을 추출하고 이로부터 확장 칼만 필터를 이용하여 출력 전압의 이득 감쇄와 위상 지연을 추정한다. 추정된 값을 이용하여 모터의 선형 동특성을 모델링하고, 각각의 비선형 요소를 추가시키면서 모델 출력과 실제 시험을 통해 획득한 각속도 출력의 RMSE(Root Mean Square Error)를 최소화시키는 비선형 계수 값을 산출하여 최종적인 직류 모터의 모델을 완성한다.
전기에너지를 기계에너지로 변환하는 기존의 브러시 있는 직류모터보다 고효율, 저소음, 제어용이성, 고내구성 특징을 가지는 브러시 없는 직류(BLDC: Brushless Direct Current)모터의 응용분야의 확대로 지속적으로 성장하는 BLDC 모터시장에 대응하기 위한 에너지 절감형 BLDC 모터구동시스템 기술개발이 절실히 요구되는 실정이다. 이에 따라, 본고에서는 일반차량 및 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)/EV(Electric Vehicle) 등 그린자동차용, 에어컨, 세탁기, 냉장고 등 그린백색 가전용, 산업용 건조기, ATM, 자판기 등 그린산업 기기용 BLDC 모터에 적용할 수 있는 에너지 절감기능이 우수한 BLDC 모터, BLDC 모터구동회로, 고전압 파워소자구동회로, 고전압 파워소자로 구성된 BLDC 모터구동시스템 기술동향에 대해 논의하고자 한다.
일반적으로 PMDC모터에 사용되는 자석은 가격과 재질에 따라서 여러 가지로 분류할 수 있다. 그러나 착자방법에는 등방향과 방사형 착자로 나눌 수 있고 용도에 따라서 다극으로 착자할 수 있다. 하지만 그 기본적인 구조에는 원통형, 판형, 육면체형으로 분류할 수 있는데 구형, 반구형 또는 구형 shell에 관한한 아직까지 소개된 문헌이 빈약하다. 본 논문에서는 슬롯리스 구형직류모터에 사용될 반구형 shell형태의 영구자석의 착자기 구조와 착자방법에 대한 가능성을 찾아보고 이론적으로 증명하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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