지글러-니콜스 계단 응답 기법을 이용한 BLDC 모터 PID 속도 제어

Abstract

재 BLDC 모터는 모터의 크기에 비하여 고효율, 고토크 특성을 갖고 범용성이 넓어 많은 산업에서 사용되고 있다. BLDC 모터는 부하의 변동이나 속도 변동 시 오버슈트가 크고 wind-up 현상이 발생하며 Settling time이 길어지는 단점이 있다. BLDC 모터의 속도 응답 특성을 개선시키고 높은 안정성을 달성하기 위하여 다양한 PID 튜닝 기법이 개발되고 있다. 본 논문에서는 직접 지글러-니콜스 계단 응답 기법 설계하고 이를 이용한 BLDC 모터의 PID 속도제어기를 제안한다. 제안한 PID 속도 제어기의 효율성과 유용성은 Matlab 2020a와 Simulink를 통하여 자동 튜닝 PID 제어기와 비교하였으며, 모의 실험결과, 부하의 변동과 속도 변동에 대하여 오버슈트가 (2.53%) 감소하였고, 응답시간이 (27.74%) 줄어들었음을 알 수 있었다. 또한, 정상상태 속도 응답에서 적분기에 의해 발생하는 wind-up 현상이 (2%) 감소한 것으로 보아 안정적인 속도 응답 특성을 갖고있음을 확인하였다.