I/f 제어에서 각도를 고정한 상태로 전류를 인가했을 때, 한 번에 전류를 강하게 주면 안되나요?

Question

안녕하세요. 강사님. 강의 잘 보고 있습니다. 현재 BLDC 모터의 전류 제어기 성능 및 튜닝 검증을 위해 회전 각도를 0으로 고정한 후 d축 및 q축 전류 스텝 응답을 테스트하고 있습니다. 모터의 정격 전류 0.54A입니다. 진행한 테스트 절차 및 현상 d축 전류 인가: 회전 각도 0도 상태에서 d축 전류를 0.27A 인가했습니다. 전류 응답 확인 결과 오버슈트 없이 약 2~3mA 이내 목표값에 수렴하는 것을 확인했습니다. 그 후 목표 값을 0A로 내렸다가 1.2A로 올려봤습니다. 동일한 파형으로 안정적으로 수렴하는 것을 확인했습니다. 이 상태에서 q축 전류를 0.2A 인가했습니다. 제 생각에는 로터가 90도 위치로 이동한 뒤 정지할 것으로 예상했으나, 실제로는 모터가 멈추지 않고 계속 회전하면서 전류 제어가 정상적으로 수행되지 않는 현상이 발생했습니다. Q1. 원래 I/f 제어에서 각도를 고정한 상태로 전류를 인가했을 때, 한 번에 전류를 강하게 주면 로터가 회전하면서 dq축 교차 간섭이 발생해 제어가 불가능 해지는게 당연한 현상인가요? Q2. 만약 그렇다고하면 지금 저 그래프로 봤을 때 전류제어기에 문제는 없어보이나요? 강의와 동일하게 wcc는 2500으로 사용했습니다. 전 글에도 전류제어기에 대한 질문을 남겼는데 해결이 안되어서 하드웨어 설정부터 다시 시작하고 있습니다. 답변 부탁드립니다. 감사합니다.

제어쟁이 · Answer

안녕하세요. 제어쟁이입니다. 현재 그래프를 보면 MATLAB/Simulink에서 시뮬레이션을 진행하고 계신 것으로 보이는데, 우선 실제 모터 실습인지 시뮬레이션인지 확인이 필요할 것 같습니다. Q1. I/F 제어가 정상적으로 구성되어 있고, Park/Inverse Park 변환에 사용하는 전기각을 0도로 완전히 고정한 상태라면 q축 전류를 인가했다고 해서 계속 회전하면서 전류제어가 무너지는 것이 정상적인 현상은 아닙니다. 고정된 전기각에서 q축 전류를 Step으로 인가하면 순간적으로 토크가 발생해서 로터가 움직이고, 관성 때문에 약간의 진동이나 오버슈트가 발생할 수는 있습니다. 하지만 고정된 전류 벡터가 만들어내는 자속 방향으로 로터가 이동한 뒤 최종적으로는 특정 위치에 수렴하는 형태가 일반적입니다. 시뮬레이션에서 마찰계수나 댐핑을 거의 0으로 두었다면 진동이 상당히 오래 지속될 수도 있습니다. 다만 여기서 한 가지 확인하셔야 할 부분이 있습니다. 1.2A의 d축 전류를 그대로 인가한 상태에서 q축 전류 0.2A를 추가하신 것이라면, 로터가 단순히 90도로 이동한다고 보기는 어렵습니다. d축과 q축 전류가 동시에 존재하기 때문에 최종 전류 벡터의 방향이 두 전류의 합으로 결정됩니다. 또한 90도라고 하더라도 기계각이 아니라 전기각 기준이며, 실제 기계각 이동량은 극쌍수에 따라 달라집니다. Q2. 올려주신 그래프만 보면 0.27A와 1.2A에서 d축 전류제어 자체는 상당히 잘 되고 있는 것으로 보입니다. 오히려 q축 전류를 인가한 이후 로터가 계속 회전한다면, 전류제어기보다는 각도 부분을 먼저 확인해보는 것이 좋을 것 같습니다. Park Transform, Inverse Park Transform 등에 들어가는 각도가 정말 0도로 고정되어 있는지, 또는 모터의 실제 Rotor Angle이나 Speed를 이용해서 어느 부분에서 각도가 갱신되고 있지는 않은지 확인해보세요. 그리고 현재 d축 1.2A를 인가한 상태에서 q축 0.2A를 추가하신 것인지, q축 시험 시에는 d축 지령을 0A로 내리고 q축만 0.2A 인가하신 것인지도 궁금합니다. 가능하시다면 아래 파형을 같이 확인해보시면 원인을 찾기가 훨씬 쉬울 것 같습니다. Id / Iq Reference와 Feedback d축 전류를 인가한 상태에서 I/F 주파수(각속도)를 천천히 증가시켰을 때의 파형

인프런 AI 인턴 · Answer

안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. Noob님. I/F 제어에서 전기각을 고정한 상태로 d축 전류를 인가하면 로터를 특정 방향으로 정렬할 수 있지만, 이후 q축 전류를 인가하면 토크가 발생하여 로터가 회전하려는 것이 정상입니다. 로터가 움직이면 실제 로터 전기각과 제어기에 입력한 고정 각도의 오차가 발생하고, 그 결과 d/q축 전류 간 교차 결합 및 전류 제어 오차가 커질 수 있습니다. 따라서 현재 현상만으로 전류제어기 자체에 문제가 있다고 단정하기는 어렵습니다. 특히 정격 0.54A인 모터에 1.2A d축 전류를 인가한 뒤 q축 전류를 추가하면 정격을 크게 초과하므로, 전류 제한과 전압 포화, 모터의 회전 여부를 함께 확인해야 합니다. 전류제어기 튜닝 검증은 우선 작은 전류 지령으로 수행하고, 로터 위치를 실제 전기각으로 피드백하는 폐루프 FOC 조건에서 진행하는 것이 안전합니다. 관련하여 I/F 제어에서 각도와 d축 정렬을 다룬 기존 답변을 참고해 주세요. I/F제어 모터자속과 D축 정렬에서 질문있습니다. 해당 답변에서도 I/F 제어 시 IF_Theta 를 사용해야 하며, 로터가 초기 위치에서 정렬된 상태에서 d축 전류를 인가하면 회전하지 않고 정렬될 수 있다고 설명하고 있습니다. 반대로 q축 전류를 인가하면 토크가 발생하므로, 각도를 고정한 상태에서는 로터가 회전하지 않도록 할 수 없습니다. BLDC 모델에 PMSM 벡터제어를 적용할 때의 전류제어 및 d축 전류 문제는 아래 게시글도 함께 참고하시면 좋습니다. BLDC 이 게시글에서는 BLDC 모델에 PMSM 기반 제어를 적용할 경우, 백 EMF 파형과 모터 파라미터 차이로 인해 강의와 동일한 전류 응답이 나오지 않을 수 있으며, 전압 제한·전류 센싱·모터 파라미터·dq 변환 각도를 함께 점검해야 한다고 안내하고 있습니다. 현재 그래프처럼 d축 전류가 목표값에 안정적으로 수렴하는 것은 해당 조건에서의 전류제어 응답이 양호하다는 의미로 볼 수 있습니다. 다만 q축 전류 인가 후 로터가 회전하는 조건에서는 고정각 I/F 테스트만으로 전체 전류제어기의 성능을 판단하기 어렵습니다. 먼저 정격 이하의 d/q축 전류로 테스트하고, 실제 로터 전기각을 사용한 상태에서 전류 응답과 전압 포화 여부를 확인해 보시기 바랍니다. 저는 질문자님의 이해를 돕고자 지식공유자님의 기존 답변을 참고하여 유사한 답변 링크를 추천해드리고 있습니다. 현재 베타 기능으로 답변이 만족스럽지 않을 수 있는 점 양해 부탁드립니다. 🙏 추가적으로 궁금한 점이 있으시면, 이어서 질문해 주세요. 곧 지식공유자께서 답변해 주실 것입니다.