무인 항공기(UAV) 전기장 지향 제어(FOC)는 드론에 사용되는 것과 같은 복잡한 모터를 제어하는 데 특히 적합한 고급 모터 제어 방법입니다.
I. 정의 및 원리
FOC 는 벡터 제어 (VC)라고도 하며, 모터의 토크, 속도 및 위치를 정밀하게 제어하기 위해 모터의 자기장의 방향과 크기를 정밀하게 제어하는 모터 제어 방법입니다. 핵심 아이디어는 AC 모터를 DC 모터와 동일시하고, 수학적 모델을 통해 모터의 자기장 벡터를 계산한 다음, 인버터의 출력 전압을 조정하여 모터의 자기장 벡터를 주어진 자기장 벡터와 일관되게 유지하여 모터를 제어하는 것입니다.
II. 특성 및 장점
1. 효율성: FOC는 모터가 최상의 자기장 상태에서 작동하도록 하여 손실을 줄이고 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
2. 낮은 소음: FOC는 모터 토크 맥동을 줄이고 소음을 낮출 수 있습니다.
3. 빠른 동적 반응: FOC는 속도 및 토크 명령에 빠르게 반응하여 동적 반응 속도를 향상시킵니다.
4. 높은 제어 정확도: FOC는 모터의 토크, 속도 및 위치를 정밀하게 제어할 수 있습니다.
5. 광범위한 응용 분야: FOC는 신에너지 자동차, 로봇, 지능형 제조, 드론 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.
III. 전자 속도 제어(ESC)와의 차이점
ESC는 간단한 모터 제어 방법으로, 일반적으로 무브러시 DC 모터(BLDC) 및 모델 항공기 모터와 같은 간단한 모터를 제어하는 데 사용됩니다. 모터 위상 간의 전류를 조정하여 모터의 속도 및 토크와 같은 매개변수를 제어하지만 제어 정확도와 안정성이 비교적 낮습니다. 반면 FOC는 고급 모터 제어 방법으로, 일반적으로 영구 자석 동기 모터(PMSM) 및 유도 모터와 같은 복잡한 모터를 제어하는 데 사용되며 고정밀, 고효율 및 고안정성을 갖추고 있습니다.
IV. 드론에서의 응용
드론 분야에서 FOC 제어 방법을 적용하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.
1. 향상된 내구성: FOC는 모터를 더 효율적으로 구동하여 드론의 내구성을 연장할 수 있습니다.
2. 자세 조정 및 안정된 제어: FOC의 빠른 동적 반응은 드론의 자세 조정 및 안정된 제어에 유익합니다.
3. 비상 상황 대응: FOC로 조절되는 드론 모터는 ESC로 조절되는 모터보다 더 부드럽고 안정적이며, 비상 상황에 신속하게 대응할 수 있습니다.
V. 센서리스 FOC 및 센서 기반 FOC
센서리스 FOC(Sensorless Field-Oriented Control)와 센서 기반 FOC(Sensor-based Field-Oriented Control)는 두 가지 다른 모터 제어 방법입니다. 센서 기반 FOC는 자기장 센서를 사용하여 모터의 자기장의 강도와 방향을 측정하여 모터 제어를 달성하며, 더 높은 정밀도와 안정성을 제공하지만 비용이 더 많이 듭니다. 센서리스 FOC는 자기장 센서가 필요 없고, 알고리즘을 통해 모터의 작동 상태를 추론하고 추론된 결과에 따라 제어 출력을 조정하므로 비용에 민감한 애플리케이션에 적합합니다.
VI. 결론
UAV 전기장 지향 제어는 고효율, 저소음, 빠른 동적 응답 및 높은 제어 정확도를 갖춘 고급 모터 제어 방법으로 드론과 같은 복잡한 모터의 제어에 널리 사용됩니다. FOC 제어를 통해 드론은 더 긴 지구력, 더 안정적인 비행 및 더 정확한 제어를 달성하여 드론 개발에 강력한 기술 지원을 제공할 수 있습니다.
