Plc 엘리베이터 교육 요약

DSP& 기반 ： IPM 의 엘리베이터는 변속 속도 조절 모터 최적화 제어 요약: 분석을 통해 철손실을 고려할 때 엘리베이터용 비동기 모터가 동기 회전 좌표계 아래의 수학 모델을 기반으로 다양한 작동 조건에서 모터 손실과 회전자 자기속 관계를 연구하여 벡터 제어 변속 속도 비동기 모터의 최적화 제어를 실현합니다. 모터의 속도 조절 성능을 더욱 향상시키기 위해 모터 벡터 제어의 기본 원리에 따라 디지털 신호 프로세서와 지능형 전력 모듈을 사용하여 벡터 제어 하드웨어 구현을 제공하고 시스템의 소프트웨어 구현 방법을 설명합니다. 실험에 따르면 엘리베이터는 비동기 모터 벡터로 변속 속도 조절 시스템을 부드럽게 작동시켜 정적, 동적 특성이 뛰어나 엘리베이터용 모터로 끄는 전기 전동 시스템에 광범위하게 적용될 수 있는 것으로 나타났다.

키워드: 엘리베이터 용 유도 모터; 벡터 컨트롤 철 손실; 최적화 제어

optimal control of VVVF speed regulation motor for elevator

based on DSP & IPM

소개 도시 건설업이 발전하면서 고층 건물 엘리베이터의 모터 속도 조절 시스템에 대한 요구가 높아지고 있다. 디지털 분석 방법 및 도구의 제한으로 인해 엘리베이터 용 유도 전동기의 동적 수학 모델 및 시뮬레이션 모델을 설정할 때 일반적으로 철 손실을 무시합니다. 엘리베이터용 비동기 모터 모터의 철분 손상은 실제로 존재하며, 이로 인해 출력 토크가 왜곡되어 제어 정밀도에 영향을 줄 수 있습니다 [1]. 동시에 벡터 제어의 실현은 좌표 변환, 전류 및 회전 속도 감지, 자체인 추정, PWM 신호 생성 및 오류 보호와 같은 다양한 기능을 실시간으로 완료해야 하므로 제어 알고리즘에는 많은 실시간 계산이 포함됩니다. 과거에는 이 고성능 AC 엘리베이터용 비동기 모터 제어 시스템의 구현 구조가 상당히 복잡했습니다 [2]. 최근 몇 년 동안 마이크로전자와 컴퓨터 기술의 진보, 특히 컴퓨팅 기능이 강한 DSP (디지털 신호 프로세서) 와 지능형 전력 모듈 (1PM) 의 출현으로 구조가 단순한 벡터 시스템을 설계할 수 있게 되었습니다. 이 문서에서는 벡터 제어 시스템의 하드웨어 구성 및 최적화 알고리즘에 대한 소프트웨어 설계 방법에 대해 자세히 설명합니다. 실험 결과, 이 벡터 제어 시스템의 실현은 우수한 동적, 정적 속도 조절 성능을 갖추고 있으며, 현재 실시간이 비교적 강하고 성능이 우수한 속도 조절 시스템으로, 변속속도 조절 엘리베이터는 에너지 절약, 속도 향상, 평층 정확성, 편안함 등의 장점을 갖추고 있어 동력 보장을 제공한다.

1 제어 원리

1.1 철손실을 고려할 때 엘리베이터용 비동기 모터가 동기 회전 좌표계 dq 축의 수학적 모델 AC 모터 이론에 따르면 엘리베이터용 비동기 모터는 좌표 변환을 통해 동시 회전 좌표계 dq 축 아래의 2 상 모터 모델로 동등할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 dq 축 모터 모델에 비해 고정자에 두 개의 철손실 등가 권선을 추가하여 그림 1 과 같이 얻을 수 있습니다. 그림 1 철 손실을 고려할 때 동기 회전 좌표계에서 비동기 모터는 dq 축 등가 회로 에서 dq 축의 회전 속도를 고정자의 동기화 각속도 1 과 같게 하고, 회전자의 각속도는 R, DQ 축은 회전자에 상대적인 각속도는 S = 1-R, 즉 회전차이다. 위에서 설명한 등가 회로에서 유도 모터는 2 상 동기 회전 좌표계에서 파생된 수학적 모델입니다. 식 (A) ~ (E) 은 철 손실을 고려할 때 임의 동기 회전 좌표계에서 비동기 모터의 동적 수학 모델을 구성합니다.

1.2 자체인 최적화 모듈 모터의 총 손실이 입력 전력과 출력 전력의 차이와 같기 때문에 위에서 알 수 있듯이 모터 매개변수가 변하지 않는다고 가정할 수 있습니다. 특정 회전자 각도 주파수와 특정 부하 토크 Te 조건에서 비동기 모터의 제어 손실은 회전자 자체인의 크기와 관련이 있습니다. 기계 손실과 표류 손실을 무시하고, 비동기 모터는 출력 전력이 일정한 경우 비동기 모터가 가장 적게 손실되면 효율이 가장 높다 [4]. 손실의 볼록 함수, 따라서 상식 유도를 으로 하면 가장 작은 손실을 얻을 수 있는 최적의 자속을 얻을 수 있습니다. 여기서

2 는 DSP& 를 기반으로 합니다 IPM 의 시스템 하드웨어 설계 엘리베이터용 비동기 모터 벡터 제어 시스템 하드웨어 구조 그림 2. 전체 시스템은 지능형 전력 모듈 PS21867 을 핵심으로 하는 주 회로 전력 변환 모듈의 세 가지 주요 모듈로 구성됩니다. DSP 를 주요 구성 요소로 하는 컴퓨팅 제어 모듈 증분 광전 인코더, 홀 센서 등으로 구성된 신호 감지 모듈입니다. 그림 2 엘리베이터용 비동기 모터 벡터 제어 시스템 하드웨어 구조 다이어그램

2.1 전원 변환 모듈 시스템 주 회로는 AC-직선-AC 전압 소스 가변 주파수 가변 회로를 사용합니다. 옵션 인버터 전원 장치는 미쓰비시의 소형 듀얼 인라인 패키지 형식의 IPM(PS21867) 입니다. 이 새로운 DIP-IPM 은 최신 5 세대 IGBT 기술을 활용하여 정적 및 동적 성능을 이전보다 크게 향상시켰습니다. 또한 최첨단 서브 마이크론 전원 칩 설계 기술과 최적화된 모듈 설계 기술 및 패키징 프로세스를 채택함으로써 제어 MCU 터미널에 직접 연결하고 단일 전원 부트 스트랩 전원을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 입력 논리를 저평에서 고평으로 효과적으로 전환할 수 있습니다. 이로 인해 인터페이스 회로 설계가 크게 단순화되어 역변화 시스템의 가격 대비 성능이 향상되었습니다.

2.2 연산 제어 장치 제어 시스템은 디지털 신호 프로세서 TMS32F247A 에 의해 엘리베이터용 비동기 모터를 제어합니다. TMS32F24 은 모터 제어용으로 설계된 차세대 마이크로컨트롤러로 고성능 C2xLP 코어, 최대 4MIPS 의 연산 능력, 향상된 하버드 구조, 4 단계 파이프라인 작동을 제공합니다. 슬라이스 내의 통합 이벤트 관리자에는 각각 프로그래밍 가능한 데드 존 (Dead Zone) 의 PWM 출력을 지원하는 별도의 비교 레지스터가 있는 3 개의 독립적인 양방향 타이머가 포함되어 있습니다. 4 개의 캡처 포트 중 2 개는 광전 인코더의 직교 인코딩 펄스에 직접 연결할 수 있습니다. 2 개의 독립 1 비트 16 웨이 A/ D 변환기는 동시에 두 개의 아날로그 입력 변환을 동시에 수행할 수 있습니다. 칩 내의 통합 직렬 통신 인터페이스 (SCI) 및 직렬 주변 장치 인터페이스 (SPI) 는 상위 컴퓨터, 주변 장치 및 멀티프로세서와의 통신에 사용할 수 있습니다. TMS32F24 의 이러한 뛰어난 기능은 고성능 모터 제어를 위한 이상적인 솔루션을 제공합니다 [2].

2.3 신호 감지 모듈 제어되는 모터는 별 연결 방식을 사용하므로 2 상 전류만 테스트하면 됩니다 () [2]. 변환 속도와 정확도를 고려하여 시스템은 홀 센서를 사용하여 모터의 고정자 전류 ia 와 IB 를 측정하고, ia 와 IB 를 전압 신호로 변환한 다음, 평평한 오프셋 회로로 보내며, 양극성의 전류 신호를 -3.3V 단극성으로 TMS32LF247A 로 전송하는 A/D 변환 포트 ADCIN2, ADCIN3 으로 변환하여 샘플링합니다. 검출 회로는 2 단 연산 증폭기 LM358 을 사용합니다. 속도 샘플링 시스템에서는 정밀도가 124p/r 인 증분 야드를 사용하여 회전자 위치를 감지하고, 광전 인코더에서 출력되는 2 방향 직교 펄스 신호는 차동 증폭을 통해 DSP 의 QEP1,QEP2 에 직접 연결됩니다.

3 시스템의 소프트웨어 구현 시스템의 주 회로는 지능형 전력 모듈을 채택한 후 간단해 보이며 모든 제어 알고리즘은 TMS32LF247A DSP 에서 실시간으로 수행할 수 있습니다. 이 시스템 LF247A DSP 제어 부분의 소프트웨어는 DSP 통합 개발 환경 CCS 에서 어셈블리 언어로 작성되었으며, 전체 소프트웨어에는 초기화 프로그램 및 언더플로우 인터럽트 서비스 하위 프로그램 섹션이 포함됩니다. 소프트웨어 구조는 그림 5, 6 에 나와 있습니다. 여기서 초기화 프로그램은 DSP 하드웨어 및 소프트웨어 변수의 초기화와 중단을 가능하게 하는 기능을 완료합니다. 인터럽트 서비스 프로그램은 전류 및 회전 속도 감지 신호 처리, 회전 속도 및 자기 체인 조정, 자기 체인 추정, 좌표 변환, PWM 신호 생성 등의 여러 기능 모듈로 구성됩니다. 각 기능 모듈은 일정한 순서 관계에 따라 고정 기간 동안 실행되며 T1CNT 의 언더플로우 인터럽트로 프로그램 실행을 시작합니다. 그림 3 초기화 프로그램 흐름도 그림 4 언더플로우 인터럽트 서비스 하위 절차 흐름도

3.1 PI 조정기 설계

PI 조정은 모터 제어 시스템에서 가장 일반적으로 사용되는 컨트롤러입니다. 조절기의 목적은 출력과 입력의 편차를 제거하는 것입니다. 그 숫자는 이산화된 후 알고리즘입니다. 식의 KP 는 비례 게인, KI 는 적분 게인, T 는 샘플링 시간입니다. 그 원리는 그림 5 에 나와 있다. 그림 5 통합 포화 PI 조절기

3.2 최적화 컨트롤러 설계 최적화 컨트롤러의 출력은 나누기, 개측 등의 연산으로 프로그램 효율성을 높이기 위해 C 와 어셈블리 혼합 프로그래밍을 채택하고 나누기 및 개측 하위 프로그램은 어셈블리 언어로 작성되었습니다. 먼저 에서 최적의 자기속을 얻은 다음 안정된 상태에 따라 최적의 자기전류를 얻는다.

3.3 회 전자 자속 위치 계산 벡터 제어 시스템의 제어 성능은 자기장 방향의 정확도에 크게 좌우됩니다. 시스템은 회전자 자체인 좌표계 아래의 전류 속도 모델을 사용하여 회전자 자체인 위치 각도를 추정하여 올바른 자기장 방향을 달성합니다. 자기체인 관찰 모형 방정식은 식에서 회전자 시간 상수, Fs 는 회전자 자체인 각도 주파수와 정격 각도 주파수 비율, N 은 전기 정격 각도 주파수, N 은 회전자 실제 회전 속도와 정격 회전 속도의 비율입니다.

3.4 SVPWM 모듈

TMS32LF247A 의 각 이벤트 관리자에는 프로그래밍 가능한 데드 존 (Dead-zone) 이 있는 6 번 PWM 파형을 출력하는 3 개의 전체 비교 장치 출력이 있습니다. 고정자상 전압 벡터의 구성요소와 해당 섹터 수가 알려진 경우 전압 공간 벡터 SVPWM 기술을 통해 PWM 제어 신호를 생성하여 인버터를 제어할 수 있습니다.

4 실험 결과 및 분석 이 실험 원형은 2.2KW 의 벡터 제어 가변 주파수 구동 엘리베이터용 비동기 모터 속도 조절 시스템으로 효율성 최적화 제어 전략을 사용하여 정상 상태 작동 실험 연구를 수행했습니다. 이 실험에서 모터는 무부하 작동으로 초기 회전 속도는 16 r/min 으로 설정되고 안정적인 작동 후 1.4s 는 14 r/min 으로 설정됩니다. 그림 6 과 그림 7 은 각각 출력 라인 전류와 출력 라인 전압의 실험 파형입니다. 그림 6 출력선 전류 그림 7 출력선 전압 그림 6 과 그림 7 실험 결과에서 볼 수 있듯이 출력 전류는 양호한 사인파, 출력 전압은 펄스 폭 변조된 사인파, 기저파는 절대 주성분을 차지하며 고조파 성분이 적다. 이 글에서 제시한 제어 방법의 유효성과 실현 가능성을 증명했다.

5 결론 철 손실을 고려할 때 비동기 모터 수학 모델 및 자속 최적화 알고리즘을 분석하여 DSP 와 IPM 을 핵심으로 하는 벡터 제어 변속 속도 조절 시스템을 통해 실제 벡터 제어 구현 시 연산량이 너무 많아 발생하는 실시간 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 제어 시스템의 하드웨어 구조는 간단하고 안정적이며, 동적 응답이 빠르고, 제어 정확도가 높다는 장점이 있으며, 엘리베이터 모터를 구동장치로 하는 전기 전동에 광범위하게 적용할 수 있는 이상적인 벡터 제어 구현 시나리오입니다. 높은 정밀도의 속도 제어 성능을 얻을 수 있습니다. 엘리베이터 에너지 절약, 속도 향상, 평층 정확성, 편안함 등을 위한 동력 보장을 제공합니다.

참고 문헌

[1]Kouki Matsuse, Taniguchi S, Yo shizumi t.a speed-sensor less vector control of induction motor operating at high efficiency taking core loss into account.ieee trol 21 37 (2): 548-557.

[2] 왕효명, 왕령. 모터의 DSP 제어 [M]. 베이징: 베이징항공우주대학 출판사, 24.

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