Speed Control for Electric Motorcycle Using Fuzzy Controller

전체 글

(1)Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, Vol. 22, No. 3, June 2012, pp. 361-366 http://dx.doi.org/10.5391/JKIIS.2012.22.3.361. 퍼지 제어기를 이용한 전기 이륜차의 속도 제어 Speed Control for Electric Motorcycle Using Fuzzy Controller 반동훈*․박종오**․임영도**† Dong-Hoon Ban, Jong-Oh Park and Young-Do Lim† *. **. S&TMotiv 기술연구소 동아대학교 전자공학과 요. 약. 본 논문은 퍼지 제어기를 이용하여 전기 이륜차의 속도를 제어한다. 전기 이륜차는 스로틀에 대하여 빠른 응답성과, 정속 주행 시 안정성이 요구 된다. 그러나 현재 양산중인 전기 이륜차는 1.5KW(50cc)급으로 탑승자 및 수화물 중량, 도로 상태 (비포장 길, 아스팔트 길) 및 바람의 저항 등 부하 변동에 따라 속도 변화가 매우 크므로 정속 주행이 어려우며, 오르막길 과 내리막길의 경사도에 따라 급격한 속도 변화가 발생된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 속도의 오차와 오차의 변화 량을 퍼지 제어기의 입력 값으로 사용하고, 모터의 Q축 제어 량을 퍼지 제어기의 출력 값으로 설정 하여 퍼지 제어기를 구성하였다. 모터의 D축 제어 량은 Q축 제어 량에 비례적으로 설정하여 매입형 영구 자석 동기 전동기(Interior Permanent Magnet synchronous Motor, IPMSM)를 장착한 전기 이륜차를 구동하였다. 본 논문에 적용된 제어 대상은 1.5KW급 전기 이륜차로서 모터의 속도 제어를 위하여 제안된 알고리즘을 이용한 퍼지 제어기를 사용 하였으며, 매입형 영구 자석 동기 전동기의 토크 제어를 위하여 D, Q축 전류 제어기를 사용 하였다. 제안된 알고리즘을 이용한 퍼지 제어기는 설정된 속도 를 잘 추종하였다. 키워드 : 퍼지제어기, IPMSM. DQ축제어기. 벡터제어, 전기이륜차. Abstract This paper presents speed control of an electric motorcycle using a fuzzy controller. The electric motorcycle required to meet not only fast throttle response but also stability, when it is on a cruise. However, a 1.5KW (50cc) electric motorcycles selling in the current market are difficult to cruise under the following conditions which are occupant's weight, load weight, wind resistance and road conditions (dirt roads, asphalt road). Because of these reasons, the rapid speed changing occurs in uphill and downhill road. To solve these problems, The input value for Improved fuzzy controller use the speed error and error variance. The output value for improved fuzzy controller uses Q-axis of the motor controlled variable. The D-axis of the motor output for improved fuzzy control uses D-axis controlled variable in proportional to Q-axis controlled variable. Improved fuzzy controller drives the electric motorcycle equipped with IPMSM. The control subject used in this paper is a 1.5KW electric motorcycle equipped with improved fuzzy controller that was used to control the motor speed. To control IPMSM Type of motor torque, D, Q-axis current controller was used. The Fuzzy controller using the proposed algorithm is demonstrated by experimental hardware simulator. Key Words : Fuzzy control, IPMSM, DQ Axis controller, Vector control, Electric Motorcycle.. 1. 서. 론. 본 논문은 퍼지 제어기를 이용하여 전기 이륜차의 속도를 제어한다. 전기 이륜차는 전기적 에너지원인 배 터리와 동력발생장치인 전기모터를 이용한다. 내연기관 의 문제점인 매연이 없으며, 소음은 휘발유 엔진 이륜. 접수일자: 2012년 2월 28일 심사(수정)일자: 2012년 6월 5일 게재확정일자 : 2012년 6월 11일 †교신 저자 이 논문은 동아대학교 학술연구비 지원에 의하여 연구되었음.. 차에 비해 거의 없다. 주행 중 정차를 해도 엔진이 계 속 가동되는 휘발유 이륜차와 달리 전기 이륜차는 운행 중에만 에너지를 방출한다. 또한 모터의 구조가 단순하 여 고장이 적으므로 유지 관리 비용이 획기적으로 절감 된다. 그러나 충전을 자주 해야 하며, 짧은 주행 거리 때문에 현재 까지 제한적인 용도로만 사용되고 있다. 이륜차는 스로틀에 대하여 빠른 응답성과, 정속 주행 이 요구 된다. 그러나 현재 대량 생산되고 있는 전기 이륜차는 1.5KW(50cc)급으로, 탑승자 및 수화물의 무 게, 도로 상태(비포장, 아스팔트), 바람의 저항, 그리고 경사면 주행 등에 따라 차량의 급격한 속도 변동이 발 생되어 위험을 초래하게 된다. 따라서 이러한 부하변동 과 경사면 주행 시에도 안정된 정속주행을 유지하는 것 이 요구되고 있다.. 361.

(2)

(3) .

(4)

(5) ! "

(6) # $% &' $ () * + , -. /0 1 2 3

(7) 4 5678 9: ; <7* =:<7* >0 <7* ?@& <7 A B C DE4 FG5 ;"9 HI-J* KL MN O* (P 6; Q@RS TU V E W X Y@Z 6[\ 8 ] ^_` KabU c S

(8) d$ 6[G 56 $e1 fDg4 hL i- $G ()j ^k` l md hL1 $ n _ opqr @G s

(9) #S :; $ 5 i- $G tL juO* vwb x"Ry G @ Gz{|}~ ~|~|} |~} || }* { $ 5 * @ $G tL j. PITSQC{ p}|~(. i- $G () 5 w§¨ [6 l md78 w¨ S :; , Á :; ,S µE 4 a juO* §¨

(10) #S @S µE 4 a j z_ . . . zk z i- $G ° k8 kÂw¨ _Â§¨ i- $GS ; .

(11). . . . . . opqbC*r@QW@QTS ustv [ZTSQ. _ @G S vwb x"Ry G @ Gz{ " L :; $) ; S :; $8 _

(12) #S @ $ G P :; $G 5P tL ^ `. wxopqbC*r@QW@QK[Z TSQzyZ. _ ¡¢£ ¤ ¥ ¦~~¤ |}¢¢~ ¥ { S :;$

(13) # @$G7 N U1 " §¨ ©ª* ; n* E n« A S x x ¬ [1 B tLS ; e¬ :; $ 56 $GS 4 0 a ®;* S x4 ¯ Z x \ ]u : ; $8 ! $GS 4

(14) °u ±* ; , ² ³ r´ :; µ9 M N / ^` ±

(15) # $GS 4 % °u ±* ¶ ·P ¸¹U Q@RS I" U4 J \ ]uO* ,º»¼ ½¾ 3D8 ¿ n MN / B À n« :; $G9 () ¬ -J*

(16) \ ]u* ® ; eh³ c³ $G9 HI ^_` . wxPITSQzyZ. k Ã¢£ ¤ ¥ ¥ÄÄ |}¢¢~ h[(. i- $G7 w§¨ 8 h³ °u ¿1 h³ ° i- u S ¬O* Å: ÆÇ @G " ¿È :;Á @ :;S 9 0 9 8 * %0 9 8 Á 0 É Å8 * %0 ÉÅ8 V µ ]4 A o9- Æ ,S µE 0 9 8 * %0 9 8 Á 0 ÉÅ8 * %0 ÉÅ8 V ,S µE ]8 7 Ê o!S i- u Æ "Ã "~}Ë~ Ã Ã }Ë~ Ã " "~}Ë~ ¢¢ }Ë~ ¢¢ #Ì #~ l md7 tL1 w¨ V §¨ Å: ,S Å: !S u ,S µE h4 Í $e TU Æ% uO* ,S Å: &!S u i- )Î E 9 K U n '- () ! ,µES Å: !S u : ½¾ $e TU Æ%uO* &!S u U !a '-() Ï®7 l md78 @d9S Ð4 ©*u Ê i- 4 a+ j ,Á ,µES Å: 8 ÂoÑp,7 oÑp, Â_ Ñ 7 -_ Ñu .µ / S Å: 8 @ 0r ¬8 @ Â_Ñ 7 .

(17) PITSQR;UVWQ;XYK[ZTS.

(18) . 2 o jkd ef 0g n 2

(19) l r j\ d ef 0g hi 2

(20) s 3Z[2 ^ \] _ à =M \] 2 2d ef 0gN @i 2

(21) l j \3 tud ef 0g hi 2

(22) ;XY[Z2PITS v #$UUS $v 'v (# ('(&S&v "R. !" #$%&'!(% (# . . . . T T w w w. . . . T w w G G. w w G xw xT. . G G xw xw xT. . xw xw xT xT xT. n. !" #$%&'!(% (# . & !" #$%&'!(% (# wxp}|~(Kh[( )!* !" #$%&'!(% (# !%"$'($'"$' PITS +,-. +, / 012. 34 56 .7 ,8 +, / 9

(23) : 6 ; +, <=. >? 7 @? A,B : +, C / - DE)FGD H. . ,IJ K? A, L IJ H MN OC P.

(24). E) Q ! %R S ! T FG U ! Q !

(25) S !

(26) |"C $ U !

(27) |"C $

(28)

(29)

(30) 7- %/ |". &? 3 "DPI |": C +,- - ;N rIJ V';B : 1N }# P3 i ( # i (#/ rIJ Y N 2 0HIJ }#3 ) *A, LN dI3 L 5 a *AN

(31) X7 : +. E) Q ! %R S ! T FG U ! 7- Q S UN ,I VW3X T N ,I J Y3 . 3Z[ \] ^ +, / O - .7 @? 3Z[2 ^ \] _ à bc =M \] 2 2d ef 0g hi jk

(32) l \ ]2 jkd ef 0g @i jk

(33) m 3Z[2 ^ \] _ n bc =M \] 2 hi 2d ef 0g hi jk

(34) \] 2 o 2d ef 0g n jk

(35) \ ]2 jkd ef 0g 30 Y X : 3Z[2 ^ \] p \]2 2d ef 0 g @i jk

(36) l \]2 jkd ef 0 g @i 2

(37) 3Z[2 ^ \] _ n =M \] 2 2d ef 0gN 30 Y q \].

(38). C !.2 LX yz{ 2 L p |" }# ~ P/ "

(39) W L. . . . . . . . . . $ 2. $ +, . C Y. . C. N 0- 3Z[. \]+,- ]3 , -. /0 -. 37 . 0 \] ¡ ef +, : =¢ lX 3£ 3 7 1 ¤ ¥ = -. +, ¦ § `H ¨ K ©ª «- 0«- -«d 0- 3Z[ K« ¬ W L s. .

(40)

(41) . wxWQ;XYTSzyZ.

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47) !" #$% & ' ( )* +* ,- . /% 0 ,- ( 12 34" /% 12 5 3678 , #9:; &' . /<= >? &'@ AB &'; C:@ D C:; EFG" HIJ5 K$ <L( ; MI" +* EN5 K$ < O8. PHQ R3 ST 4 ,4; 34" /% )* ,-U 12 AV W" #$<= +*X !% YQZ [ W" K$ <O8 \% L &' % ,- " ]< /<= )* ,-; ^W" %<O 8. ,- U &' ; MI W_ `B 7 ,- W; C:. HI a PHQ R3ST 4 ,4. 34 b N cU ,-. %8 ,- . /<= )* +*X ; 0

(48) . K$ <O8 ,-; VN 0VNU 12; AV W_ d" e 3<O8. 12 U 12 34" /<= )( +* ,-. f,

(49) V g; ,-5 E <L( #. g $ ,J5 E <O8 # ," h2 ij k6 ] l m" #$% : Ln oH ]" #$ <= g; ij QJ5 E <O8 pq. Dr sU , #9:; Kt#8. ; &'[ !"# . lJ5 D #< XyU ^ z{ . N| <}( &' #g XyU L &'. < /% S& . N| %8. Dr PHQ R3ST 4 ,4; &'X ~ R" 3% #8 R3 ST 4 ,4 Xy VS S& R3STJ52 k X . b N 8 ~y )*; LBS ,-. ^ ]J5 y R3ST; VS S&]_ ^ ]J5 S&" k8 D ; S& { !( &' #gJ5 . b N c8. wx eee K@b. w 0 jj Dr 12; &'X ^% )* ,-. "# #8 &' #<XyU ^ z{ k" /<= )* ,-. oH<}( &' #gXyU L &' . /<= )* ,-. &'X !<= %8. wx[ZGW. ) m

(50) x v mw \% 12; L &' #gXyU ,- 1. # /<= )* ,-. %<O8 R3ST; VS S&" $ /ey )* ,-U g ; ] J5 . %8

(51) U , #9:X K$7 PH Q R3ST 4 ,40 jj; 12 %#8. opqbC*r@QW@Q1ee3 wx"WQ;XY/. s uv w

(52) x

(53)

(54)

(55)

(56) PHQ R3ST 4 ,4 34 12 AVg . . u w

(57)

(58) 0 jj .

(59) PITSQR;UVWQ;XYK[ZTS. . . . . ~ {H )A R h i=J UV d = =Y1p @ {H !}~< {HCp iPK K R ]( CIJ =Y1R o^PK ](? (@ -0ZL ) $ !"u Jt # C IPhc !}~ {H ) !""p | CIJ X$ =Y1A ^_R 9^PK ](? (@ -0 ZL ) !"p t#9c !}~ {H ) !""_ | CIJ L [CaZ_ ] (6 ^_R q rsC9 wx< G wJ.

(60)

(61) . j. 456 47 89:;< =>? +@ 47$A B < C$ DE F< GH CIJ =#K K LA MNO< =$ DE PK +@ < QNC9 =R S 2< =>CT 47R GH CIJ UV W X$ =Y1Z [CR 4\? -0ZL ]( ^_K à CI< bc ](^_d ef ^_dA gQR h i=jc W UV Z k? lm nB< h i=J o^ZLp ]( 6 ^_R q rsCIPhc 9^ZLp (/)*= Jt uCI @vc (--0!1u 79 wx< 8 G wJ wx#L[Z. y 3 I ¡[Zj. 2 3 3 . . wx.L[Z. y L[Zj. 2 3 . . !"#$% & !" '( )*% & !" +,"%

(62) & -.)*% & (/)*% & (--0!1%

(63) & (- -0 '( )*% &.

(64) .

(65)

(66).

(67)

(68)

(69)

(70) . .

(71) . . .

(72)

(73) . .

(74) . .

(75)

(76) . . UV d z p 4 _K {H ) X$ =Y1A a| nB< h iPKc UV A W @ {H ) p !}~ {H )=J ? p @ {H )A R h i=j p !}. !"#$% & !" '( )*% & !" +,"%

(77) & -.)*% & (/)*% & (--0!1%

(78) & (--0 !1 '( )*% &.

(79) .

(80) .

(81). . . .

(82)

(83).

(84). . . .

(85)

(86). "`£¤¢ ¡[Zj. 2 3 . .

(87) . !"". . !""#$% &. '( )*% & !"" +,"%

(88) & (/)*% & C)*% & (--0!1%

(89) & (- -0 '( )*% &.

(90) . . . . . .

(91). . . . . . . . . ".

(92)

(93) . "n.

(94) !" #$ % &' ( ) * + ,- . /0 123 4 56 ( 7 8 -9 (: ; <= 1234 >6? @< A"B+ !" #$ C - ! 1D E) FG HIJK "B+ L) MG HI NH ( 17D HI + OP QER S TU" #V WX YZ / [* O \ * ]^ _ ) à" Db cd [

(95) Q 17 e f * + Egh i* =6 j 1234 56 ( D . =6

(96) ck ¥s=¦. lmn opqrsppq tuq pvqwux yz{ |vqr}szq yz{ tps~xpq uqr qwzzqs rp zws{ p }vq pp }~}wx{ }zqr v~ prz qwx quwzpqu }~{p}zv{ pq uqx qwxzrxqw }~}wx{ p p mm ln -< !h CR '' , a m mm m ln g] . * ^ CRh '' ^ m bRa l n !'" #> $= %& ' (B. * m ¡¢|¢ ^ mL* m )L m ln o* j * ]^ +,N-T m m ln , .C /@0 * 1£Bd ]^ [¤ " ¥* *& j 2 (W¦ a p p m m ln '3 4:5 ^ ¡¢6 * C Rh '' §&L L 7T a m m. . :*h§. \@]1¨©3. 8 9 %¨L 4©ª4T« 8: 9 '¬L R4© 7T©m8: 9 |;¢pwzª5« ) Q g. <® ¯ ¥=>° 9 ? ]^ ^ ¡spqx 9 mm u± 9 m ²{uz 9 s³uq@}qw{pwzp{ _a`1 ª«&3. m8 9 '¬L R4©ª4T« 8 9 '¬L R4©ª47T« 8: 9 '¬L R4© = ¥=>° 9 [RA j ' ? j Y R, ¡spqx 9 m u± 9 mm ²{uz 9 ´pu @uvu cbZ1¬ 3. m8 9 '¬L R4©ª47T« m8: 9 '¬L R4© =. ¥=>° 9 2 (W¦ bR 5B DC ¡spqx 9 m u± 9 mm ²{uz 9 ~z{@uvu .

(97)