본 논문에서는 저분해능 위치센서를 갖는 표면부착형 영구자석 동기전동기의 새로운 전류센서 없는 단위 전류당 최대 토크 제어를 제안한다. 영구자석 동기전동기의 수학적 모델로부터 d축 전류를 추정하고, 추정된 d축 전류가 영(零)이 되도록 d축과 q축 전압지령 사이의 위상 각을 제어하여 단위 전류 당 최대 토크 제어를 구현한다. 제안된 방식은 동적 응답 특성이 느린 저가 응용 분야에 적합하다.
MDPS (motor driven power steering) systems have been widely used in vehicles due to their improved fuel efficiency and steering performance when compared to conventional hydraulic steering. However, the reduction of torque ripples and material cost are important issues. A low resolution position sensor for MDPS is one of the candidates for reducing the material costs. However, it may increases the torque ripple due to the current harmonics caused by low resolution encoder signals. In this paper, the torque ripple caused by the quantized rotor position of the low resolution encoder is analyzed. To reduce the torque ripples caused by the quantization of the encoder signals, the rotor position and the speed are estimated by measuring the frequency of the encoder signals. In addition, the compensating q-axis current is added to the current command so that the 6th order torque harmonic is attenuated. The reduction of torque ripples by applying the estimated rotor position and the compensated q-axis current is verified through experimental results.
This paper supposes the vector control algorithm to estimate the rotor position of permanent magnet synchronous traction motor using the hall-effect sensor. The hall-effect provides 60 electrical degrees resolution in rotor position sensing and it is very low resolution. The algorithm makes resolution high as optical encoders or electromagnetic resolver. If necessary, the reference rotor position angle is controlled by adjusting the variable. When a rotor position sensor such as either a optical encoder or a electromagnetic resolver is misalignment, it is useful to align with those. The method on adjusting the reference rotor position angle can compensate for misalignment error degrees by 60 electrical degrees.
The PMSM position sensor using two rectangular hall sensors can restrictively acquire the 90[$^{\circ}$] position information of rotor according to electrical angle. Thus, the control method using this position sensor cannot react properly to a rapid load torque change. On the other hand, even though a sensorless method has the advantage of acquiring instantaneous rotor position information, the accuracy of position sensor can be determined by the gain value of estimator. This paper suggests a robust speed control method on torque fluctuation condition, which combines low cost two rectangular hall sensors and sensorless control method.
This paper presents a wide-range speed control scheme of brushless DC (BLDC) motors based on a hall sensor with separated low- and normal-speed controllers. However, the use of the hall sensor signal is insufficient to detect motor speed in the low-speed region because of low sensor resolution and time delay. In the proposed method, a micro-stepping current control method according to the torque angle variation is presented. In this mode, the motor current frequency and rotating angle are determined by the reference speed without the actual speed fed by the hall sensor. The detected torque angle is used to adjust the current value in a limited band to control the current value in accordance with the load. The torque angle is detected exactly at the changing point of the hall sensor signal. The rotor can follow the rotating flux with the variable torque angle. In a normal speed range, the conventional vector control scheme is used to control the motor current with a PI speed controller using the hall sensor. The torque characteristics are analyzed on the basis of the back EMF and current shape. To adopt the vector control scheme, the continuous rotor position is estimated by the measured speed and hall sensor position. At the mode changing point between low and normal speed range, the proper initial current command and reference rotor position are calculated. The calculated current command can reduce the torque ripple during transient mode. The proposed method is simple but effective in extending the speed control range of a conventional BLDC motor with hall sensor without the need for a high-resolution encoder. The effectiveness of the proposed method is verified by various experiments on a practical BLDC motor.
Micro force measurement is required more frequently for a precision manufacturing and investment in fields of precision industries such as semiconductor, chemistry and biology, and so forth. Null balance method has been introduced as an alternative of a loadcell. Loadcells have advantages in aspects of low cost and easy manufacturing, but have also the limitation in resolution and sensitivity to environment variations. In this paper, null balance method is explained and the dominant parameters related to system performances are mentioned. Null position sensor, electromagnetic system and controller are investigated. Also, the characteristic experiment is carried out in order to estimate the resolution and the measurement range. In order to overcome the limitation by the drift of position sensor and the performance of controller, double electromagnetic force compensation method is proposed and experimented. After controlling and filtering, the resolution under $\pm$ 1mg and measurement range over 300g could be obtained.
Journal of information and communication convergence engineering
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제7권3호
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pp.281-285
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2009
Mobile robot has various sensors for describing the external world. The ultrasonic sensor widely applied to the most mobile robot to detect the obstacle and environment owing to low cost, its easy to use. However, ultrasonic sensor has major problems: the uncertainty information of sensor, false readings caused by specular reflection, multi path effect, low angular resolution and sensitivity to changes in temperature and humidity. This paper describes a sensor system for map building of mobile robot. It was made of low cost PSD (Position Sensitive Detector) sensor array and high speed RISC MPU. PSD sensor is cost effective and light weighting but its output signal has many noises. We propose heuristic S/W filter to effectively remove these noises. The developed map building sensor system was equipped on a mobile robot and was compared with ultrasonic sensor through field test.
This study presents an overhang-type rail traction system using dual brushless AC (BLAC) motors with hall sensors. For an accurate position and moving length control of the designed rail traction system, instantaneous position controller using speed reference model and modified disturbance observer for BLAC motor with hall sensor are proposed. The presented speed reference model is designed to satisfy the required performance of 200 mm/s with proper acceleration and deceleration slopes to reduce mechanical vibration. Through the instantaneous speed reference model, instantaneous position and speed errors can be compensated together. Furthermore, the modified disturbance observer for BLAC motors with low-resolution hall sensors can improve the torque and speed control performance. The proposed disturbance observer is based on an actual motor speed. However, the feedback speed information of the hall sensor is not enough for use in the low-speed region. The practical adopted disturbance observer uses an activation speed band to the actual torque controller of the designed rail traction system. The proposed position control scheme is verified by the MATLAB-Simulink model and a practical manufactured traction system. In the computer simulation and experiments, the proposed position control scheme shows advanced control performance.
Application of vector control scheme for consumer products is enlarging to improve control performance. For the field-oriented control, accurate position detection is essential and generally requires expensive sensors. On the other hand, cost-reduction is important in home appliances, so that binary-type Hall-effect sensors are commonly used rather than using an expensive sensor such as an encoder. The control performance is directly influenced by the accuracy of the position information, and there exist non-uniformities related to Hall sensors in electrical and mechanical aspects, which result in distorted position information. Therefore, to get high-precision position information from low-resolution Hall sensors, this paper proposes a new position estimator consisting of a Kalman filter and feedforward compensation scheme, which generates a linearly changing position signal. The efficacy of the proposed scheme is verified by simulation and experimental results carried out with a 48-pole permanent magnet motor.
BLDC motors have the strong point of allowing high-efficiency operation, yet with the weak point of requiring position information for operation. Moreover, there have recently been frequent cases where the product differentiation of even a cheap BLDC motor demanded a high level of control performance similar to that of a controller using a high-precision position sensor. This paper proposes low cost position sensor that enables the acquisition of rotor position information based on index and incremental PWM, using a single position sensor instead of an expensive incremental encoder or a cheap 3 phase hall sensor. The characteristic of the proposed encoder is that index information at every $60^{\circ}$ of electrical angle is inscribed on the encoder disk, as well as a multiple number of values representing information about PWM, which is obtained by modulating information about the electrical angle of the rotor that has the resolution of $60^{\circ}$. Such a method has the characteristic of enabling the acquisition of high-precision position information based on the information about a multiple number of PWM waveforms and counter values that have all been inscribed on the encoder disk for each $60^{\circ}$ range. The feasibility of the proposed new encoder was verified by fabricating a prototype encoder generating 240 pulses, followed by confirming its performance using Micom's capture and software counter functions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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