고속 선형모터 시스템의 힘리플 보상을 위한 제어 알고리즘의 개발에 관한 연구

Abstract

정밀 위치 제어 시스템으로서, 산업에서 많이 이용되는 선형 모터는 기존의 회전 모터보다 높은 정밀도와 분해능을 갖는다. 이는 회전 모터와 달리 왕복 운동을 직선 운동으로 변환하는 메커니즘 없기 때문에 회전 모터에서 제기 되었던 백래쉬가 없기 때문에 정밀한 구동이 가능하다. 하지만 회전 모터와 같이 힘리플이 존재한다. 힘리플은 코일을 감은 코어와 자석 사이에 작용하는 인력, 모터의 이동부와 고정부 사이의 전기장과 자기장의 왜곡이 모터의 움직임을 방해하는 외란으로 작용하는 것을 말한다. 본 논문에서는 선형 모터에 존재하는 힘리플을 보상하기 위한 제어기를 설계하였다. 힘리플은 입력 전류에 비례하는 성분과 입력 전류에 대해 고정적인 성분으로 나눌 수 있는데, 입력 전류에 대해서 변하는 정류 리플과, 입력 전류가 변하여도 값이 일정한 코깅 리플 성분이 있다. 본 논문에서는 힘리플을 전류에 따라 변하는가에 따라 전류 비례 힘리플, 전류에 고정적인 힘리플(current independent force ripple) 성분으로 나눠서 앞먹임 제어기와, 적응 제어기를 이용하여 각각 보상하였다. 이때 전류에 대해 고정적인 힘리플인 코깅 리플의 경우 앞먹임 제어기를 통해서 보상 하였고, 입력 전류의 값에 대해서 변하는 정류 리플은 RLSE 적응 제어기를 이용하여 보상하여 주었다. 이와 같이 설계한 제어기를 matlab의 simulink를 이용한 모의 실험과, 선형 모터를 이용한 실험을 통해 성능을 검증 하였다. 이때 제어 알고리즘으로 앞먹임 제어기와 RLSE(Recursive Least Square Estimation) 적응제어를 이용하여 힘리플을 보상하였다. 그리고 이를 모의 실험과 실시간 실험을 통해 힘리플의 저감을 검증하였다.