필드 지향 제어(FOC) 설명
필드 지향 제어란 무엇인가?
필드 지향 제어(Field Oriented Control, FOC), 벡터 제어라고도 불리는 것은 브러시리스 서보 드라이브의 기본 토크 제어 알고리즘입니다. FOC는 3상 모터 전류를 회전하는 기준 좌표계로 변환하며, 이 좌표계는 로터의 자기장에 맞춰져 있습니다. 이를 통해 토크를 생성하는 전류 성분과 자기장을 생성하는 전류 성분을 서로 독립적으로 제어할 수 있습니다.
왜 이것이 중요한가요?
FOC 없이 PMSM 또는 BLDC 모터를 모든 회전 속도와 부하 조건에서 효율적으로 작동시키는 것은 극히 어렵습니다. FOC는 다음을 가능하게 합니다:
- 암페어당 최대 토크 — 모터는 최소 전류로 최대 힘을 발생시켜 열 손실을 줄입니다.
- 저속에서 부드러운 작동 — 로봇공학, 협동로봇 및 정밀 위치 결정에 결정적
- 동적 토크 응답 — 급변하는 부하 조건에서 필수적
- 전체 회전수 범위에서 일정한 성능
어떻게 작동하나요?
PMSM 모터에는 사인파 전류를 전달하는 세 개의 상 권선(U, V, W)이 있습니다. 이 세 개의 시간에 따라 변하는 신호를 직접 제어하는 것은 복잡합니다. FOC는 두 가지 수학적 변환을 통해 이를 단순화합니다:
- 클라크 변환 — 삼상 전류(U, V, W)를 이축 직교 좌표계(α, β)로 변환합니다.
- 공원 변환 — 스탠드 좌표계를 로터와 함께 회전하는 기준계로 변환하고 두 개의 준직류 값을 제공합니다:
- Id (직류) — 자기장 강도를 제어합니다(정상 작동 시 0으로 유지됨)
- Iq (횡류) — 토크에 정비례함
Id와 Iq는 정지 상태에서 실질적으로 직류 값이므로, 간단한 고속 제어기로 제어할 수 있습니다. 출력 전압은 이후 역변환을 통해 다시 3상 PWM 신호로 변환됩니다.
이 접근 방식은 로터 위치에 대한 실시간 정보가 필요하므로, FOC에는 인코더 또는 센서 피드백이 필수적입니다.
SOMANET은 이를 어떻게 구현합니까?
SOMANET 서보 드라이브는 FOC를 전류 제어 아키텍처의 핵심으로 활용하며, 내부 제어 루프를 위해 모델 예측 데드비트 제어(MPD+I)를 확장 적용합니다. 토크 제어 루프는 16kHz로 작동하여 가장 까다로운 애플리케이션에도 필요한 대역폭을 보장합니다.
OBLAC Drives는 FOC 시동을 자동으로 수행합니다: 커뮤테이션 오프셋 감지, 인코더 구성 및 전류 제어기 설정은 안내형 설정 마법사에서 수행됩니다.
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