유도형 탄약의 4축 조종날개 제어용 Sensorless BLDC 전동기 구동시스템 개발 및 HILS에 의한 검증 :A Verification of a Sensorless BLDC Motor Drive System to Control 4-axis Fins for a Guided Artillery Munition by HILS

이태형

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이태형 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 김상훈

발행연도: 2015

저작권: 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

2015

유도형 탄약의 4축 조종날개 제어용 Sensorless BLDC 전동기 구동시스템 개발 및 HILS에 의한 검증

이태형 , 김상훈 , 조창연 외 2명 전력전자학회논문지 2015.12 학술저널

유도형 탄약의 4축 조종 날개 제어를 위한 Sensorless BLDC 전동기 구동시스템의 HILS를 통한 검증

이태형 , 김상훈 전력전자학회 학술대회 논문집 2015.07 학술대회자료

유도형 탄약의 4축 조종날개 제어용 Sensorless BLDC 전동기 구동시스템 개발 및 HILS에 의한 검증

이태형 전기전자공학과 2015.01 학위논문

2014

유도형 탄약의 조종날개 제어용 Sensorless BLDC 전동기 구동시스템 개발

이태형 , 김상훈 , 조창연 외 2명 전력전자학회논문지 2014.08 학술저널

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본 논문에서는 유도형 탄약의 4축 조종 날개의 위치 제어를 위한 BLDC 전동기 구동시스템을 개발하였다. 유도형 탄약은 비행 시 높은 압력과 중력가속도가 발생하는데 이에 높은 신뢰성과 내구성을 확보하기 위해 회전자 위치 검출 센서를 사용하지 않는 Sensorless 구동 기법을 적용하였다. 유도형 탄약 조종날개 구동시스템의 소형화 및 경량화에 중점을 두어 하드웨어 및 알고리즘 구현이 간단한 역기전력 정보에 의한 Sensorless 제어 기법을 사용하였다.
유도형 탄약이 비행 시 발생하는 공력 부하에 의해 구동시스템은 PWM 듀티비가 1에 가까운 운전을 하므로 Sensorless 제어 기법 적용 시 안정적인 상전환 시점 확보를 위해 PWM ON 구간에서 역기전력을 검출하도록 하는 방법을 제안하였다. Sensorless 제어를 적용하는 경우 기동과 저속 시 전동기가 충분한 출력 토크를 발생하지 않으면 공력에 의해 동기 이탈이 발생하므로, 기존에 사용되는 6-step 운전 방식대신 12-step 구동 방식을 제안하여 기동과 저속 운전 시 출력 토크 능력을 향상시켰다.
개발된 구동시스템은 실제 구동 날개에 대한 실험실에서의 실험을 통해 그 성능을 확인하였다. 실제 유도형 탄약의 비행 환경에서의 제어 성능 검증은 비용과 환경에 의해 매우 제한적이므로, 다양한 비행 환경 시뮬레이션으로 조종 날개 구동시스템의 제어 성능 검증이 가능하도록 HILS를 구축하여 개발된 구동시스템의 유효성을 검증하였다.

In this paper, a BLDC(Brushless DC) motor control system for 4-axis driving fins to control the flight attitude of the guided artillery munition is developed. When a guided artillery munition make a flight, this system is influenced by high atmospheric pressure and strongly acceleration of gravity. So, to ensure reliability and durability, this system adopts a sensorless control scheme without any position sensor such as a Hall sensor fragile at high altitudes. This system demands miniaturization and weght lightening. For this reason, The system has simple sensorless control technique. The sensorless control of the BLDC motor is achieved by using commutation signals obtained from the measured pole voltages.
The guided artillery munition is influenced by aero dynamic torque during flight. So, to control sensorless BLDC motor, this system detects back-EMF zero crossing point at PWM ON time. And, BLDC motor may fail to synchronous accelerate at starting process, because of strong aero dynamic torque. To solve this problem and improve output torque, 12-step BLDC driving 12-step scheme. 12-step excitation 2-step excitation scheme can produce more torque than a typical 6-step scheme for the start-up and synchronous operation in the sensorless BLDCM drive.
The position control of the fin is also performed by using of the estimated speed from the commutation signals. The experimental results on the actual fin drive system demonstrated that the developed sensorless control algorithm can give an excellent position control performance.
It has many restrictive problems to verify the real guided artillery munition. For example, it is test costs and environment. In order to improve system’s reliability, number of tests to be carried out in a variety of environments. This study constructs HILS to verify 4-axis driving fins control system and verifies position control system hardware by HILS operation.

#유도형 활공 탄약 #Sensorless BLDC 전동기 #Sensorless 제어 #HILS #위치 제어시스템

1. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구의 목적 3
1.3 논문의 구성 4
2. 유도형 탄약 5
2.1 유도형 탄약의 구조 5
2.2 유도형 탄약의 운용 6
3. 조종날개 구동을 위한 Sensorless BLDC 전동기 제어 8
3.1 Sensorless BLDC 전동기 구동 8
3.1.1 BLDC 전동기의 구조 및 구동 원리 8
3.1.2 Sensorless BLDC 전동기의 구동시스템 10
3.1.3 Sensorless BLDC 전동기의 구동 원리 12
3.2 조종 날개 위치 제어를 위한 Sensorless 구동 과정 20
3.3 출력 토크 향상을 위한 12-step BLDC 전동기 운전 23
3.3.1 12-step BLDC 전동기 구동 원리 23
3.3.2 12-step 구동 시 출력 토크 28
4. 구동 시스템에 대한 실험 결과 31
4.1 실험 시스템 구성 31
4.2 실험 결과 33
5. HILS를 통한 조종 날개 구동시스템의 검증 41
5.1 HILS의 구성 및 운용 41
5.2 HILS를 통한 검증 결과 44
6. 결론 47

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