유도 전동기의 직접 토크 제어 시스템에서 기존의 비례적 적분(PI) 제어기 대신 슬라이딩 모드 제어기를 적용하여 회전 속도 추적 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 본 연구에서는 지수 접근률을 기반으로 설계된 모델을 사용하며, 시그니처 함수의 불연속성 문제를 해결하기 위해 사인 함수 대신 사토 함수와 탄젠트 하이퍼볼릭 함수를 비교 분석했습니다. 또한 시간에 따라 변화하는 지수 접근률을 도입하여 슬라이딩 표면에 도달하는 속도를 개선했습니다. 제작한 설명 문서는 모델과 일대일로 대응되어 있어 학습에 유리합니다. 기본 제공되는 23b 버전 모델 파일은 다른 버전의 slx 파일로 교체 가능합니다.

유도 전동기 제어 분야에서 전통적인 직접 토크 제어 시스템은 PI 제어기를 사용하는 경우가 많습니다. 그러나 복잡한 작동 조건에서 외부 간섭에 대한 견고성과 속도 추적 성능이 부족한 경우가 많습니다. 슬라이딩 모드 제어기를 적용하면 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.

슬라이딩 모드 제어의 전동기 적용

슬라이딩 모드 제어는 시스템 상태 공간에 슬라이딩 표면을 설계하여 유도 전동기의 정밀 속도 제어를 가능하게 합니다. 이 방식은 유한 시간 내 시스템 상태를 슬라이딩 표면에 고정시켜 제어 성능을 향상시킵니다.

모델 구조 및 접근률 설계

본 연구에서 사용된 지수 접근률 수식은 다음과 같습니다:

s_dot = -k*sign(s) - ε*s; % s는 슬라이딩 표면 함수, k와 ε은 양수

시그니처 함수는 불연속적인 출력을 발생시켜 진동을 유발할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 사토 함수와 탄젠트 하이퍼볼릭 함수를 비교했습니다.

사토 함수는 입력 값이 특정 범위 내에 있을 때 선형 출력을 제공하고, 범위를 벗어나면 고정된 값을 반환합니다. 구현 예시는 다음과 같습니다:

function y = sat(s, phi)
    if abs(s) <= phi
        y = s/phi;
    else
        y = sign(s);
    end
end

탄젠트 하이퍼볼릭 함수는 매끄러운 비선형 특성을 가지며 MATLAB에서 직접 사용 가능합니다:

y = tanh(s);

동적 지수 접근률의 장점

슬라이딩 표면에 빠르게 도달하기 위해 시간에 따라 변화하는 지수 접근률을 도입했습니다. 예를 들어, 접근률 계수를 시간에 따라 조절하는 방식입니다:

k = k0 + k1*exp(-alpha*t); % k0, k1, alpha는 상수, t는 시간

초기에는 큰 k 값으로 시스템을 빠르게 유도하고, 시간이 지남에 따라 k 값을 줄여 진동을 감소시킵니다.

모델 문서 및 구성 설명

모든 모듈의 기능, 파라미터 설정, 상호 연결성을 상세히 설명한 문서를 함께 제공합니다. 이는 시스템 구조를 이해하는 데 도움을 줍니다.

모델 파일 접근 방법

기본적으로 23b 버전의 모델 파일을 제공합니다. 다른 버전의 slx 파일이 필요한 경우 교체 가능합니다. 본 연구가 유도 전동기 슬라이딩 모드 제어 기술 발전에 기여하길 바랍니다.