The detent force is the most dominant, strongly position dependent and nonlinear disturbance in iron-cored permanent magnet motor systems. In this dissertation, a novel method to identify and compensate not only the detent force but also the entire external disturbances in a lumped form was proposed. First, a feed-forward based position dependent disturbance compensator was designed. And, an initial position estimator was added to create synchronization between the model and real disturbance because general linear motor systems are equipped with incremental encoder. Furthermore, an adaptive strategy was proposed using an extended Kalman filter to improve the model against the variation in the real circumstances. The effectiveness of the proposed scheme was validated by comparison with other existing researches in the overall disturbance shape and position tracking error.
Meanwhile, the optical encoder which is the most widely used position measurement sensor in motor systems, requires scale proportionally to operating distance. However, its reliability and durability against environmental disturbances are poor. As an alternative, many scaleless position estimation methods using hall effect sensors had been suggested using arctangent method with two sine and cosine signals. However, for combining more than two linear hall sensors, the sensor offset, difference in scale and unwanted phase between them and harmonics decrease the performance. To solve this problem, other studies had focused on signal conditioning method to make ideal sinusoidal signals. However, perfect compensation for those impure components are impossible and there exist certain amount of effects of them. In this dissertation, fast Fourier transform and fixed point iteration method were applied to solve those issues without any additional signal conditioning. The effectiveness of the proposed scheme was validated.
Finally, above two proposed methods, i.e., scaleless position estimator and lumped disturbance compensator for permanent magnet linear motor systems were combined and its effectiveness was also validated.
디텐트력은 철심형 리니어 모터 시스템에 있어서 가장 비중이 크고 비선형적인 특성을 가지는 외란으로, 그동안 이를 보상하기 위한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 이 논문에서는 이러한 디텐트력 뿐만 아니라 외부 외란을 일괄적으로 보상할 수 있는 모델기반의 전향제어기를 설계하였다. 또한, 장기간의 운전 및 여러 외부 요인으로 인해 실제 외란과 모델이 틀어지는 경우에도 보상 성능을 유지할 수 있도록 확장 칼만 필터를 설계하였다. 한편, 모터 시스템에서 위치 정보가 가지는 중요성은 매우 큰데, 기존에 가장 널리 활용되는 광학 엔코더의 경우, 외부 외란 및 환경에 매우 민감한 단점이 있어 리니어 홀센서를 이용한 스케일리스 위치 추정기에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 기존의 방법들은 대부분 두개의 홀센서로부터 측정되는 사인, 코사인 파형의 신호를 가지고 아크탄젠트 계산을 함으로써 위치 정보를 추출해 내는 방법을 사용하고 있으나, 홀센서에서 측정되는 시그널이 온전한 삼각함수 파형이 아님으로 인해 추가적인 신호조정작업을 요하게 된다. 하지만, 현실적으로 완전한 보정은 불가능하며, 이에 본 연구에서는 고정점 반복법을 이용한 새로운 위치 추정기를 개발하였고, 상기 일괄 외란 보상기와의 조합으로 고가의 위치 센서 없이도 우수한 성능의 모션 제어가 가능한 방법을 제안하였다.
