An induction machine is much more difficult control plant than a dcmotor. This is not only due to fact three ac voltages and currents of varying amplitude and frequency have to be generated, but also because there is an intricate coupling between the control inputs and inner quantities, flux and torque. In addition, the rotor currents are inaccessible in case of the squirrel-cage induction motors. This limitation can be overcome by applying a field-oriented control method. In the high performance field oriented control system, the current components controlling the rotor flux and torque are decoupled so that independent control of rotor flux and torque are possible as in a separately excited dc motor. The key requirement to this control scheme is the information on the rotor flux vector. As long as the rotor flux vector detection is concerned, the direct sensing method of the air gap vector using Hall probe is most desirable in theory. However, from the viewpoint of practical applications, this method suffers from high cost and the unreliable flux measurement. Therefore, the indirect sensing methods of the rotor flux vector have been developed. The major drawback of this method is the sensitivity of the estimation to the change of motor parameters arising from a magnetic saturation and a temperature change. Any mismatch between the real parameters and the parameters used in the field-oriented controller will result in the deterioration of performance such as steady-state error and transient oscillations of rotor flux and torque. Thus, the motor parameters, especially rotor time constant, should be identified during normal operation. Also, the current should be controlled accurately since the stator current is considered as the control input. Consequently, the indirect field oriented control requires the current control and the rotor time constant identification. In addition, it is desired to control the rotor flux level for the field weakening.
This dissertation describes a new current control scheme with the reference voltage estimation, a rotor time constant identification scheme, and a flux level control algorithm. Firstly, the performances of the conventional predictive current control scheme and the proposed current control scheme are analyzed and compared. Since the information on the EMFs is not required in the proposed current control scheme, this scheme can provide a smaller current error than the predictive current control scheme when the motor parameters are mismatched. Next, a rotor time constant identification scheme employs the principle that any changes in the rotor time constant would affect the active and reactive power supplied to the stator terminals and does not require any test signals or additional transducers. It is shown that the saturation caused by the incorrectly estimated slip frequency can be avoided, and that the obtained rotor time constant by this scheme is insensitive to the stator resistance and the total leakage inductance deviated from the correct values. Finally, a new flux level control with the identification of the magnetizing inductance is presented. It is shown that the controlled flux converges to the commanded level even if the value of the magnetizing inductance is not given.
유도전동기는 일반 직류전동기에 비하여 제어하기가 상당히 어렵다. 이것은 크기와 주파수가 변하는 3상 전압 및 전류를 발생시켜야 하는 것 뿐만아니라, 제어입력과 자속 또는 토크가 서로 결합(coupling)되어 있기 때문이다. 게다가 농형 유도전동기의 경우에는 회전자 전류를 검출 할 수가 없다. 이러한 한계성은 자속 기준제어( field oriented control )에 의해 극복될 수 있다. 좋은 성능을 갖는 자속 기준제어 시스템에서는 전류가 회전자 자속 성분과 토크 성분으로 분리되어 각각을 타여자 직류 전동기처럼 독립적으로 제어할 수 있다. 이 제어방법은 회전자 자속에 대한 정보를 필요로 한다.
회전자 자속 벡터 검출에는 이론적으로 가장 바람직한 직접 검출법이 있다. 그러나 실용적인 측면에서 보면 이 방법은 높은 비용과 자속 측정의 불안정성으로 불리하다. 그래서 간접 검출법이 개발되어 왔다. 이 방법의 단점은 자기 포화와 온도 변화에 의한 전동기 상수들의 변화에 민감하다는 것이다. 실제상수와 제어기에 입력된 상수가 틀리면 정상상태 오차와 회전자 자속과 토오크의 과도상태 진동 등의 성능 저하를 일으킨다. 따라서 정상 운전중에 전동기상수, 특히 회전자 시간 상수(rotor time constant)를 알아내야 한다. 또한 고정자 전류가 제어입력이므로 전류를 정확하게 제어할 수 있어야 한다. 결과적으로 간접자속 기준제어는 전류제어 및 회전자 시간상수를 알아내는 것이 필요하다. 게다가 계자 약화(field weakening)를 위해서 회전자 자속의 크기를 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
본 논문은 기준전압추정을 갖는 새로운 전류제어법, 회전자 시간 상수 추정법과 자속제어 알고리즘에 대하여 설명하고 있다. 먼저 기존의 예측형 전류제어법(predictive current control scheme)과 제안된 전류제어법의 성능들을 비교 분석하였다. 제안된 전류 제어법은 유기 기전력에 대한 정보가 필요없기 때문에 전동기 상수가 틀리는 경우에 예측형 전류 제어법보다 더 작은 전류 오차를 갖게 된다. 다음, 회전자 시간상수 추정 방법은, 회전자 시간 상수가 변하면 고정자에 공급되는 유효 전력과 무효전력에 영향을 미치는 원리를 이용하고 있으며, 시험용 신호(test signal)와 추가적인 검출기가 필요없다. 초기에 부정확하게 추정된 슬립 주파수로 인한 자기 포화를 피할 수 있다는 것을 보여주고 있으며 고정자 저항과 누설 인덕턴스의 오차에 상당히 둔감하다. 마지막으로 자화 인덕턴스를 알아내서 자속을 제어하는 알고리즘이 제시되었다. 자화 인덕턴스 값이 주어지지 않는 경우에도 제어된 자속이 명령치로 수렴하는 것을 보여주고 있다.
