9. FOC 시뮬레이션 – 수학으로 확인하는 정밀 제어의 힘

직접 돌리기 전에, 가상으로 돌려보자!

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🧠 왜 시뮬레이션이 중요한가요?

FOC(Field-Oriented Control)는 수식과 벡터 기반 제어이기 때문에,
수치 해석 기반 시뮬레이션을 먼저 해보는 것이 실제 구현보다 훨씬 안전하고 효율적입니다.

이점설명

💥 하드웨어 리스크 ↓	과전류·불안정한 회전 없이 사전 확인 가능
🧪 파라미터 튜닝	PID, MTPA, 속도 응답성 확인
🔍 내부 전류·자속 분석	실시간 전류 벡터, 토크, 회전속도 가시화
🧭 센서리스 실험도 가능	추정된 위치 vs 실제 위치 비교 검증

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📁 시뮬레이션 구성 요소 (기본 블록)

블록기능

Motor Model (PMSM/IPMSM)	모터의 전기적, 기계적 특성 모델링
Clarke / Park Transform	전류 변환
PI Controller (i<sub>d</sub>, i<sub>q</sub>)	전류 오차 보정
SVPWM Generator	인버터 전압 생성
Inverter (3상 Full Bridge)	실제 PWM을 모터 모델에 적용
Speed Controller (외부 루프)	목표 속도 설정 시 추가 구성 가능

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⚡ 시뮬레이션 흐름 다이어그램

 

 

📌 시뮬레이션에서는 theta를 센서 값처럼 직접 넣거나,
**센서리스 추정 알고리즘(예: BEMF Observer)**도 연결해 볼 수 있음

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📐 주요 수식 복습 (시뮬레이션 구현 기반)

1. 전류 변환

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📊 관찰해야 할 신호

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💻 예제: MATLAB/Simulink PMSM FOC 모델

MATLAB에서는 기본적으로 아래와 같은 툴셋을 제공합니다:

• motor_control/Field-Oriented Control of PMSM
• Simscape Electrical → Inverter + PMSM + Control

예제 경로:
>> power_PMSMdrive 또는 >> mcb_pmsm_foc_sensorless

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🧠 실전 팁

항목팁

모델 정합	실제 모터 파라미터(Ld, Lq, Rs, J 등) 정확히 입력
시간 단위	Solver를 Fixed-step 10µs 정도로 설정
시각화	Scope, XY Plot으로 전류 벡터 추적
고속 시나리오	Field Weakening 포함 모델 사용 시 고속 회전도 확인 가능

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✅ 마무리 요약

항목요약

🎯 목적	실제 구동 전에 FOC 성능, 안정성 검증
🔧 구성	변환 블록 + 제어기 + 인버터 + 모터 모델
📈 출력	전류, 토크, 속도, 위치 등 실시간 파형 확인
🧩 확장	센서리스, MTPA, FW(자속 약화)까지 확장 가능

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다음 챕터에서는 센서리스 추정 알고리즘을 시뮬레이션에 포함하는 방법을 진행할게요