마이크로컨트롤러를 이용한 유도전동기의 퍼지속도제어기 설계

안정훈 전남대학교 대학원 1999 국내석사

본 논문에서는 마이크로컨트롤러를 이용한 유도전동기의 퍼지속도제어기를 구현하였다. 산업현장에서 유도전동기를 동력원으로 사용하는 장치에서 유도전동기에 인가되는 부하는 여러 가지 원인에 의하여 수시로 변하게 되고, 이에 따라 유도전동기의 속도 또한 변하게 된다. 즉 과부하나 경부하, 무부하시 등 부하의 조건에 따라 유도전동기의 속도가 변하게 된다. 따라서 우수한 기기의 성능을 위해서는 부하의 변동에 무관하게 지령속도를 잘 추종할 수 있는 속도 제어기가 꼭 필요하다. 속도제어기는 강인한 제어특성을 갖는 퍼지 논리를 이용하였다. 이 퍼지속도제어기는 연속적으로 변하는 부하의 영향을 받지 않고, 유도전동기가 지령속도를 잘 추종할 수 있도록 한다. 또한 구현된 퍼지속도제어기는 기존에 사용되어 왔던 마이크로컴퓨터(PC)를 사용하지 않고, SIEMENS사의 16비트 마이크로컨트롤러인 SABC167CR-LM을 이용하였다. 제안된 속도제어기는 제어이론의 구현이 간단하고, 강인한 제어 특성을 갖는 퍼지제어를 이용하여, 연속적으로 부하와 속도지령이 변하는 유도전동기가 부하에 무관하게 지령속도를 추종할 수 있도록 한다. 또한 유도전동기를 구동하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation)파형은 최대출력전압이 높고 디지털구현이 용이한 공간 전압벡터 변조법을 이용하여 생성하였다. 제안한 제어기를 이용하여 유도전동기를 구동하고, 실제 산업현장에서의 유도전동기의 운전특성에 따라 실험한 결과, 구현한 퍼지제어기는 우수한 계단함수 및 램프함수 응답특성을 나타내었다. 또한 가변부하를 인가할 때에도 부하에 무관한 강인한 속도 지령치 추종특성을 나타내었다. 따라서 제안된 제어기는 지령속도가 연속적으로 변하고 잦은 부하변동의 특성을 가지고 있는 시스템의 유도전동기의 구동장치에 적합한 제어기라 할 수 있다. 향후 실제 산업현장의 유도전동기의 속도제어에 본 퍼지논리를 이용한 유도전동기 속도제어기를 도입할 수 있을 것으로 기대된다. A speed controller of a induction motor using Microcontroller and Fuzzy logic. Generally, fuzzy logic controller is known as a controller which can be coped with a non-linear and a complex system. A fuzzy logic is used for robust and fast speed control. Space vector modulation method is used for PWM wave generation in this proposed system. PWM wave for driving the induction motor is generated by space vector modulation method and all the control algorithms are realized digitally. The results of experiment show excellence of the proposed system and. that the proposed system is appropriate to control the speed of induction motor for industrial application.

변경이 가능한 레지스터 파일에 기반한 저전력 마이크로컨트롤러

고규영 전북대학교 일반대학원 2013 국내석사

마이크로컨트롤러는 같은 Core를 사용하는 Family 제품이라 하더라도 그 특성상 사용 목적이나 환경, 가격에 따라 성능이나 제품 사양이 크게 달라진다. 하지만 하드웨어 특성상 특정한 환경에 최적화된 제품 개발은 어렵다. 본 논문은 기존의 고정된 하드웨어를 가진 마이크로컨트롤러를 특정한 환경과 용도에 맞게 가변적으로 하드웨어를 작동시킬 수 있는 변경이 가능한 레지스터파일에 기반한 저전력 마이크로컨트롤러를 제안한다. 그래서 마이크로 컨트롤러가 특정한 환경에서 사용되어 질 때 환경에 최적화된 하드웨어를 제공하여 저전력을 달성 할 수 있도록 한다. 이를 위해 클럭게이팅과 시그널게이팅을 적용하여 전력소비를 줄이고 이에 따른 효과를 비교한다.

마이크로컨트롤러를 이용한 자동차용 고압방전등 안정기의 조광제어

이재학 中央大學校 2005 국내박사

본 논문은 마이크로컨트롤러를 이용한 자동차용 35W급 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기의 고효율 조광제어시스템을 구현하였다. 본 논문에서는 밝기, 연색성, 광효율, 수명 등에서 기존의 할로겐 램프에 비해 우수한 특성을 가지고 있지만 복잡한 과도특성을 가지고 있는 메탈헬라이드 램프를 자동차에 적용하기 위해 마이크로컨트롤러에 의한 디지털 제어방식을 전자식 안정기에 적용하여 램프 요구조건 및 주변환경에 최적으로 적용할 수 있도록 전자식 안정기를 설계하였다. 또한, 주변의 빛의 세기에 따라 램프의 양단전압을 단계별로 가변 제어하는 조광시스템을 구현하여, 운전자에게는 보다 효율적인 운전여건을 만듬과 동시에 한정된 에너지를 가진 밧데리로 운전하는 자동차에서 효율적인 전력제어를 도모하였다. 본 논문에 사용된 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기는 Flyback Type 컨버터, 풀브리지 인버터와 승압 점화장치(igniter)로 구성되 있으며, 주변의 빛의 조도에 따른 조광제어에는 CdS 센서를 이용하여, 빛의 세기에 따른 출력전압을 마이크로컨트롤러에 의해, 단계적으로 제어하도록 프로그램을 개발하였다. 또한, 방전관내의 전극수명 감소를 막고 음향공명을 피하기 위하여 절연형 Flyback 컨버터와 저주파로 구동하는 풀브리지 인버터를 이용하여 구형저주파에 정현 고주파가 첨가되도록 하였다. 메탈핼라이드 HID 램프 모델과 제안한 전자식 안정기의 안정도 해석을 수학적인 표현과 MATLAB 프로그램을 통해 행하였다. 개발된 안정기에 대한 동작특성을 시뮬레이션과 실험을 통해 확인하였다.

내장형 응용 시스템을 위한 버스 구조 설계

양동훈 연세대학교 대학원 2003 국내석사

본 논문에서는 내장형 응용 시스템을 위한 COBA(Configurable Bus Architecture) 시스템을 설계하였다. 시뮬레이션에서 사용된 32비트 마이크로컨트롤러는 연세대학교 VLSI&CAD 연구실에서 설계한 32비트 RISC 마이크로컨트롤러로 최근에 기능과 성능을 향상 시킨 것이다. 마이크로컨트롤러의 성능을 확장하기 위해서는 주변기기를 연결할 수 있는 버스 시스템이 필요하다. 따라서 본 연구는 마이크로 컨트롤러의 전체적인 시스템 효율을 향상 시키는 버스 시스템을 설계하는 것이다. 또한 응용 분야에 따라서 다양하게 configuration 될 필요가 있기 때문에 본 논문에서 설계한 버스는 재사용 가능하며, soft IP 형태로 사용자들에게 제공 될 수 있다. 설계한 버스는 MC(Main Configurable) 버스와 PC(Peripheral Configurable) 버스로 구분된다. MC 버스는 고성능의 시스템을 구성할 수 있는 속도가 빠른 버스이며, 아비터(Arbiter)가 있어서 DSP, SRAM 제어기, DMA 제어기와 같은 버스 마스터를 최대 16개까지 지원 할 수 있다. PC 버스는 고성능을 요구하지 않는 느린 시스템과 저전력 시스템을 위한 버스이며, 인터페이스를 단순화 시켜 주변기기의 개발을 쉽게 하였다. MC 버스와 PC 버스는 COBA 브리지를 두어 두 버스를 연결하게 되는데 COBA 브리지는 MC 버스의 슬레이브가 된다. 본 논문에서 제안한 COBA 시스템은 Top-Down 방식을 적용하여, Verilog HDL로 기술하고, SMART7L 마이크로컨트롤러와 연동하여 상위 수준의 검증을 수행하였다. 0.35um 표준 라이브러리를 사용하여 Synopsys를 통해 합성하였으며, 합성 결과 게이트 수는 약 4000개 정도이며, 최대 150Mhz로 동작한다. In this thesis, COBA(Configurable Bus Architecture) system is designed for embedded system. The microcontroller used for simulation is a 32bit RISC core, designed and improved by Yonsei University VLSI&CAD Laboratory. Bus system is to be interconnect microcontroller with various peripheral devices for expanding performance of microcontroller. For this reason, the aim of this research is to design a bus system, which can improve the total system efficiency of microcontroller. This bus system is a reusable and offered to user a form of soft IP(Intellectual Property). The designed bus is divided into two buses : MC(Main Configurable) bus and PC(Peripheral Configurable) bus. The MC bus is a system bus for high speed and performance systems. COBA arbiter supports up to a maximum of 16 bus masters, for example DSP, SRAM controller and DMA controller. PC bus is for slow and low power system, which does not need high performance. Because interface is simple, peripheral device development is easy. The designed PC bus can support up to a maximum of 64 bus slaves. The MC bus and PC bus are interconnected through a COBA bridge. The COBA bridge operates as MC bus slave. In this thesis, the hardware verification is achieved by COBA system connected with SMART7L microcontroller described top-down design method. It designed using HDL and synthesized with CMOS 0.35μm library. This hardware has total 4000 gates and increases bus speed up to 100Mhz.

AVR ATmega2560 마이크로컨트롤러를 이용한 지능형 차량제어에 관한 연구

박은지 신라대학교 일반대학원 2021 국내석사

현대의 산업용 제어시스템의 대부분이 PID 제어기법을 사용하고 있다. 그 이유는 안정성이 있으며 제어장치의 설계가 용이하고 이해가 쉬워 제어장치를 조작하는 방법이 간단하기 때문이다. PID 제어는 모터를 자동으로 제어하는 방식으로 제어 상수와 기준입력 사이의 오차를 근거로 해서 목표 값에 가깝게 하는 피드백 제어의 일종이다. 현재 값이 목표 값을 추적하면서 PID 제어를 통해 오차가 0인 출력 값이 나타나도록 하는 것이 이 제어시스템의 목표이다. PID 제어의 P는 비례 제어이고 I는 적분 제어, D는 미분 제어이다. 비례상수가 커질수록 상승시간이 줄어들며 이 때 목표에 도달하는 시간이 짧아진 만큼 오버슈트가 커질 수 있다. 또 서서히 안정된 상태로 목표 값에 접근하지만 아무리 시간이 지나도 완전하게 목표 값에 일치하지 않는 상태가 된다. 이런 미소한 오차를 잔류 편차라고 하는데 이 잔류편차를 없애기 위해 적분 제어를 이용한다. 비례상수와 적분상수를 동시에 사용하여 비례적분 제어를 통해 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적시켜 편차를 없애도록 한다. 이렇게 PI 제어로 실제 목표 값에 가깝게 할 수 있지만 제어 응답의 안정성을 위해 오버슈트를 최대한 줄이는 방법으로 미분 제어를 이용한다. 결국 이 논문에서는 PID 제어를 통해 SmartCAR에 장창된 DC모터가 안정적이면서 빠른 응답성을 가질 수 있도록 하는 가장 적합한 PID 제어 상수 값을 찾아내는 것을 목적으로 하고 있다. 실험 방법으로 SmartCAR에 장착되어있는 ATmega2560을 통해 모터의 회전속도를 제어할 수 있도록 코딩을 한다. 그 후 코딩된 SmartCAR의 DC모터에 내장되어 있는 엔코더의 출력신호를 받아 펄스폭이 나타나게 되고 펄스폭을 오실로스코프를 이용하여 PID 제어 그래프로 변환 시킬 수 있다. 이러한 과정을 통해서 PID 제어의 여러 상수 값을 입력하여 DC모터의 응답성을 확인할 수 있다. 실험결과 비례상수가 클수록 응답성이 빨라지는 것을 확인할 수 있었고 PI 제어를 통해서 잔류편차를 줄일 수 있지만 육안으로 그래프를 확인했을 때는 크게 영향은 없어 보인다. PD 제어에서는 미분상수가 커질수록 응답성이 불안정해지기 때문에 0.1∼0.5 사이의 값이 적당하다고 판단하였다. 이렇게 비례상수는 1.5, 적분상수는 0.1, 미분상수는 0.5 값을 입력했을 때 상승시간이 짧아지면서도 오버슈트가 안정되고 잔류편차가 최소화되어 가장 좋은 응답성 그래프가 나타나는 것을 확인할 수 있다. Most modern industrial control systems use PID control techniques. This is because it is stable, easy to design, easy to understand, and simple to operate a control. PID control is a type of feedback control that approaches the target value based on the error between the control constant and the reference input in a way that automatically controls the motor. The goal of this control system is to ensure that the current value tracks the target value and that an output value with zero error appears through PID control. P of PID control is proportional control, I is integral control and D is differential control. The larger the proportional constant, the shorter the rise time, and the shorter the time to reach the goal, the greater the overshoot can be. It also approaches the target value in a slowly stable state, but over time, it becomes completely inconsistent with the target value. These minor errors are called residual deviations and use integral control to eliminate this residual deviation. Using both proportional and integral constants, the proportional integration control accumulates minor residual deviations over time to eliminate the deviations. In this way, PI control can be close to the actual target value, but we exploit differential control as a way to reduce overshoot as much as possible for the stability of the control response. Finally, in this paper, we aim to find the most suitable PID control constant values that allow DC motors mounted on SmartCAR to have stable and fast response through PID control. As an experimental method, the ATmega2560 mounted on the SmartCAR is coded to control the rotational speed of the motor. The pulse width is then displayed by receiving an output signal from the encoder built into the DC motor of the coded SmartCAR, and the pulse width can be converted into a PID control graph using the oscilloscope. This process allows us to enter multiple constant values of PID control to verify the responsiveness of the DC motor. Experiments show that the greater the proportional constant, the faster the response, and PI control can reduce residual deviation, but it does not seem to have much effect when visually checking the graph. PD control determined that values between 0.1 and 0.5 are appropriate because the greater the differential constant, the more unstable the responsiveness becomes. As such, it can be seen that the best response graph appears when the proportional constant is 1.5, integral constant is 0.1, and differential constant is 0.5 and the overshoot is stable and residual deviation is minimized even though the rise time is shorter.

마이크로컨트롤러를 이용한 전기화재 감시장치에 관한 연구

신사현 朝鮮大學校 大學院 2002 국내박사

As the demand for electricity is increasing and industrial facilities are more complex and bigger, the losses of human life and property are on the increase. when a fire breaks out. It is are difficult to tell the cause of fire because fire spots are difficult to be preserved and fire-investigators are dependent on the statements of witnesses. It is hard to find out the leakage of electric currents in houses and factories. There fore so precaution is absolutely necessary. Many problems in using electricity should be solved, but we don't have solutions for them. The calamities caused by the use of electricity bring many losses, such as the discontinuance of factory operatings and fires caused by overheating and power failure. The data(1996~2000) surveyed by the Korean electricity corporation show that the trend of average fire accidents is on the increase. An annual average of 21.8% property damages by fires is increasing in proportion with the increase of an annual average of 9.0%. According to the statistic, fires are caused by electricity chiefly. They also show that the fires caused by electricity are increasing 12% every year. ow ever the real number of fires may be much more than these data, because we have no system to suggest the evidences for the causes of fires and we judge them just by the remaining burnt cables found on the fire scenes, the statements of witnesses, and so can, not y judging from the data standard suggested on the spot. This paper is about developing one-chip micro-controller to prevent electricity accidents in advance that happens in electrical devices, to cope with the accidents more quickly and more safely, and to improve safety in using electricity and to monitor electricity time-to-time and alarm the abnormal electric currents, such as overload currents and fires. And it is also to give record about the states of electric currents by watching power currents and to examine the cause of fire exactly because this device records of things before the, accidents. Finally, it is to develop software for electric power monitoring control device and to analyze the causes of electricity fires and to prove validity of the causes by an experiment.

마이크로컨트롤러 교육을 위한 비주얼과 텍스트 프로그래밍 언어 적용 분석

정구원 서울교육대학교 교육전문대학원 2015 국내석사

최근 소프트웨어 중심 사회의 도래로 인해 소프트웨어 교육에 대한 관심과 투자가 고조되고 있다. 소프트웨어 교육을 전면적으로 시행하기에 앞서 소프트웨어 교육 방법에 대한 다방면의 연구가 선행되어야 하는 시점인 것이다. 이에 본 연구는 초등학교 마이크로컨트롤러 프로그래밍 교육에 있어 비주얼과 텍스트 프로그래밍 언어가 학습 성취도에 미치는 영향에 대해 알아보고자 한다. 사전 연구를 통해 연구에 활용할 프로그래밍 언어를 선정하였다. 비주얼 프로그래밍 언어는 단순하면서도 기본적인 과제를 수행하는데 제약이 적은 아두블록(Ardublock)을 선정하였으며, 텍스트 프로그래밍 언어는 C언어를 기반으로 만들어진 아두이노 IDE를 선정하였다. 그리고 학습자 수준에 맞게 학습과제를 선정하고 10차시 분량의 4가지 프로젝트를 개발하였으며, 학습 성취도를 평가하기 위한 문항을 개발하였다. 서울 소재 S초등학교 6학년 학생 30명을 통제집단 15명과 실험집단 15명으로 나누어 매주 1회씩 4주에 걸쳐 교육 프로그램을 투입하였다. 실험집단과 통제집단의 학습 과제는 동일하지만, 실험집단에게는 비주얼 프로그래밍 언어를 적용하고 통제집단에게는 텍스트 프로그래밍 언어를 적용하였다. 교육 프로그램 10차시의 투입이 끝난 후 학습 성취도 평가를 실시하였다. 교육 프로그램 진행 과정에서 각 집단 별로 2명씩은 출석률이 저조하여 학습 성취도 평가의 표본에서 제외하였다. 연구 결과 비주얼 프로그래밍 언어를 투입한 실험집단의 학습 성취도 평가 점수 평균이 텍스트 프로그래밍 언어를 투입한 통제집단의 학습 성취도 평가 점수 평균보다 2.077점 높았으며, 독립표본 t검증을 실시한 결과 유의미 한 것으로 나타났다(p<0.05). 비주얼 프로그래밍 언어는 단기간에 걸쳐 초심자 혹은 초등학교 학생에게 기초적인 수준의 마이크로컨트롤러 프로그래밍을 가르치는데 있어서 텍스트 프로그래밍 언어 보다 학습 성취도 면에 있어 효과적인 것으로 볼 수 있다. Recently because of advent of the software centered society, the care about software education and investment in it is growing up. It's time to study the software education methods in many ways before beginning in earnest the software education. The purpose of this study is to research effectiveness of the visual and textual programming languages in the microcontroller programming education. I selected the programming languages through the preliminary research. I selected Ardublock as the visual programming language. Because it's not only simple but also unrestricted in carrying out the basic tasks. I selected Arduino IDE made on the C language base as the textual programming language. I selected learning tasks considering the learner's level. I developed 4 projects consuming 10 class times and problems to evaluate the academic achievement. I categorized 30 students in Seoul S elementary school into two groups; experimental group with 15 students and controlled group with 15 students. And the educational program applied to them once a week for 4 weeks. The learning tasks applied to experimental group and controlled group were same but programming languages were different; visual programming language applied to experimental group and textual programming language applied to controlled group. After the applying educational program, academic achievement evaluation was carried out. 2 students each groups were ruled out in the evaluation sample because of their poor attendance rate. The result of this study is as follow. The experimental group's academic achievement evaluation average is 2.077 points higher than the controlled group's. And its independent two samples test result is meaningful(p<0.05). Visual programming languages have an effect on academic achievement, when we teach the microcontroller programming to novice or elementary school students for short run.

마이크로컨트롤러를 이용한 스마트 자기센서 제작

이충순 韓南大學校 大學院 2004 국내석사

본 연구에서는 스마트 센서의 개념을 도입하여 스마트센서용 flux-gate 마그네토미터를 개발하였다. 원리는 일차코일에 흐르는 전류로부터 보자력(피상보자력)을 측정하는 원리를 이용하였다. 코아의 자화주파수가 20 kHz 인 마그네토미터의 아날로그 회로를 설계하였으며, 마그네토미터의 출력전압을 디지털화 및 처리를 위한 디지털 회로를 설계하였다. flux-gate 마그네토미터의 선형도를 교정하기 위하여 마그네토미터의 출력전압을 디지털화된 데이터로 마이크로컨트롤러를 이용하여 소프트웨어적으로 마그네토미터의 선형도 교정 및 LCD Display 제어, 외부 PC와 통신 할 수 있도록 하였다. 측정 범위가 ± 60,000 nT 인 마그네토미터는 선형도 교정 후 선형도가 약 30 배 정도 향상됨을 알 수 있었으며 재현성도 우수함을 확인 할 수 있었다. In this work, a flux-gate magnetometer employing smart sensor concept to improving the linearity was developed. Principle of the magnetometer was apparent coercive field strength measurement from the primary current which is changed due to the external magnetic field to be measured. Magnetizing frequency was 20 ㎑ and analog output voltage of the sensor was fed into Analog to digital converter (ADC) linearity correction from ADC data was carried out using 8 bit microcontroller, and corrected data were displayed using LCD and interfaced to PC using RS232C. The constructed flux-gate magnetometer shows linearity was improved more than 30 times in measuring range of ±60,000 nT.

마이크로컨트롤러를 이용한 단상유도전동기의 기동 성능 개선

金昌柱 조선대학교 2003 국내석사

The single phase induction motor(SPIM) with two windings, main and auxiliary, is probably the most widely used motor in the world due to their ruggedness, low maintenance and simplicity of construction. There are several ways of starting SPIM. The most popular arrangements is centrifugal switch. An auxiliary winding connected in series with a capacitor, is brought into the circuit during starting. The closing and opening time of switch to separate auxiliary winding with main circuit is dependent on the speed of motor. But it also has many shortcoming such as random switching, arcing. Those effects might cause the switch to fail to operate normally and there are many drawbacks inherent in the operation of these switch. This paper presents the new methods of starting switch by microcontroller to overcome these problems of centrifugal switch.

원칩 마이트로컨트롤러에 의한 단상유도전동기의 기동특성

최낙일 朝鮮大學校 大學院 1998 국내석사

The single phase induction motor(SP1M) with two windings, main and auxiliary, is probably the most widely used motor in the world due to their ruggedness, low maintenance and simplicity of construction. There are several ways of starting SIPIM. The most popular arrangements is centrifugal switch. An auxiliary winding connected in series with a capacitor, is brought into the circuit during starting. The closing and opening of the switch must be speed dependant The switch meets the speed requirements, but it also has many drawback: random switching, arcing, many models necessary for different speeds and shaft diameters, space required inside the motors and limited lifetime to name some of them. In this paper has presented the design and implementation of a microcontroller software-based self-starting SPIM. The control algorithm used in the experimentation employed simple control starategies which enabled a single chip programmable microcontroller to execute both the self-starting and self -detecting control or SPIM with relatively simplified hardware.