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직류전원, 인버터부, 필터부를 포함하는 무정전 전원모듈의 이산화된 d축 및 q축 인덕터 전류(inductor current) 와 이산화된 d축 및 q축 커패시터 출력전압(capacitor output voltage) 를 이산화된 상태변수 로 정의하고, 이산화된 d축 및 q축 제어입력(control input)을 로 정의하고, 부하전류(load current) 및 플랜트 모델의 불확실성을 반영하는 외란 를 고려하여 유도된 상기 무정전 전원모듈의 이산시간 상태방정식(discretetime state equation)을 , , , 라 하고, 임의의 양의 상수(positive constant) 에 대해 주어진 출력전압 기준신호를 라 할 때,상기 인덕터 전류 , 상기 출력전압, 상기 제어입력 를 입력받아 외란추정값 를 출력하는 외란관측기(disturbance observer, DOB);상기 출력전압 기준신호 , 상기 인덕터 전류 , 상기 출력전압, 상기 외란추정값 를 입력받아 상기 제어입력 를 출력하는 모델예측제어기(model predictive controller, MPC);를 포함하고,상기 출력전압 기준신호 에 대해 제어 목표 를 달성했을 때의 정상상태(steady-state) 조건으로부터 주어지는 상태변수 , 제어입력 의 정상상태 값(steady-state value)을 각각 , 라 하고, 를 2×2 단위행렬(identity matrix)이라 하면, 인덕터 전류와 제어입력의 정상상태 값은 다음과 같이 유일하게 결정되며
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제1항에 있어서,상기 상태변수 와 사이의 추적오차를 라 하고 를 현재의 상태 와 현재의 제어입력 를 이용하여 이산시간 에서 예측된 이산시간 에서의 추적오차를 나타낸다고 하면, 미래 추적오차 방정식은 로 주어지며, 가 정상상태 의 추정값으로서 다음과 같이 정의되며,, 상기 외란관측기에서 생성된 외란추정값 를 이용한 추적오차 추정값의 방정식을 이라 할 때,상기 모델예측제어기에서 출력되는 제어입력 는 로 정의된 비용함수에 대해, 로 주어지는 제한된 최적화 문제(constrained optimization problem)의 해로 얻어지며, 여기서 는 주어진 정방행렬(square matrix) 에 대해 로 정의되고, 이고 이며, 는 정상상태 제어입력의 추정값으로서 로 정의되며,와 는 설계 파라미터(design parameter)로 이용되는 무정전 전원장치의 출력 제어장치
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제1항에 있어서,상기 무정전 전원모듈로부터 상기 인덕터 전류 를 검출하여 출력하는 전류검출부;상기 무정전 전원모듈로부터 상기 출력전압 를 검출하여 출력하는 전압검출부;상기 모델예측제어기로부터 출력된 제어입력 를 입력받아 상기 무정전 전원모듈의 상기 인버터부에 제어신호를 출력하는 공간벡터 펄스폭변조부(space vector pulse width modulation, SVPWM);를 더 포함하고,상기 관측기 이득과 상기 제어입력 는 상기 무정전 전원모듈, 상기 외란관측기 및 상기 모델예측제어기를 포함하는 폐루프 시스템(closed-loop system)의 안정도(stability)가 보장되도록 설계되는 무정전 전원장치의 출력 제어장치
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a-b-c 프레임(a-b-c frame)에서, 직류전원, 인버터부, 필터부를 포함하는 무정전 전원모듈의 동역학(dynamics)이 (E1), (E2)로 주어지고, (E1) (E2)(E1), (E2)에서, 은 상기 인버터부와 상기 필터부에 포함된 인덕터 사이의 저항값(resistance), 은 상기 필터부에 포함된 인덕터의 인덕턴스(inductance), 는 상기 필터부에 포함된 커패시터의 커패시턴스(capacitance)이고, , , , 는 각각 a-b-c 프레임(frame)에서의 3상(three-phase) 인덕터 전류(inductor current), 3상 입력전압(input voltage), 3상 커패시터 출력전압(capacitor output voltage), 3상 부하전류(load current)의 벡터로서 (E3)으로 정의되며, 상기 인버터부에 인가된 직류전압(dc voltage)을 라 하면 상기 입력전압 는 상기 인버터부의 스위치 , , 에 대하여 (E4)로 주어지며, , , , (E3), (E4)커패시터 출력전압에 대한 기준신호(reference signal)가 임의의 양의 상수(positive constant) 과 주파수 에 대하여 (E5)로 주어지며, (E5)a-b-c 프레임(frame)에서 표시된 시스템인 (E1), (E2)에 (E6)의 변수변환(variable transformation)을 적용하여, (E1), (E2)가 변환되어 d-q 프레임에서 표시된 시스템이 (E7), (E8)로 주어지며,, , , , (E6) (E7), , , , , , , (E8)(E6)에서, 는 d축 및 q축 인덕터 전류의 벡터를 의미하며, 는 d축 및 q축 커패시터 출력전압(output voltage)의 벡터, 는 d축 및 q축 부하전류의 벡터, 는 d축 및 q축 제어입력(control input) 전압의 벡터, 는 d축 및 q축 커패시터 출력전압에 대한 기준신호의 벡터를 의미하며, (E8)에서, , 는 각각 2×2 단위행렬(identity matrix), 2×2 제로행렬(zero matrix)을 의미하며,샘플링 주기(sampling period)를 라 하고, 이산화된 d축 및 q축 인덕터 전류 와 이산화된 d축 및 q축 커패시터 출력전압 를 이산화된 상태변수 로 정의하고, 이산화된 d축 및 q축 제어입력과 이산화된 d축 및 q축 부하전류를 각각 , 로 정의하여, 연속시간 상태방정식 (E7), (E8)을 이산화한 이산시간 상태방정식(discrete-time state equation)을 (E9), (E10)이라 하고, (E9), , (E10)부하전류 및 플랜트 모델의 불확실성을 반영하는 외란 를 고려한 이산시간 상태방정식을 (E11)이라 할 때, (E11)상기 인덕터 전류 , 상기 출력전압, 상기 제어입력 를 입력받아 외란추정값 를 출력하는 외란관측기(disturbance observer, DOB);상기 출력전압 기준신호 , 상기 인덕터 전류 , 상기 출력전압, 상기 외란추정값 를 입력받아 상기 제어입력 를 출력하는 모델예측제어기(model predictive controller, MPC);를 포함하고,상기 출력전압 기준신호 에 대해 제어 목표 를 달성했을 때의 정상상태 조건으로부터 주어지는 상태변수 , 제어입력 의 정상상태 값(steady-state value)을 각각 , 라 하면, 인덕터 전류와 제어입력의 정상상태 값은 (E12), (E13)로 유일하게 결정되며, (E12), (E13)상기 모델예측제어기는 를 상기 무정전 전원모듈의 상기 인버터부에 인가된 직류전압(dc voltage)이라 할 때, (E14)(E14)에서 정의된 집합에 대해 로 주어지는 제어입력 제한조건하에서, 의 추정값, 의 추정값, 상기 외란추정값 를 이용하는 비용함수(cost function)를 최적화(optimization)하는 상기 제어입력 를 계산하여 출력하며,상기 외란관측기의 관측기 이득(observer gain)은 외란의 추정오차(estimation error)가 0으로 수렴하도록 설계되며, 상기 제어입력 는 상기 상태변수 와 사이의 추적오차가 0으로 수렴하도록 설계되는 무정전 전원장치의 출력 제어장치
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제4항에 있어서,상기 외란관측기의 상태방정식이 (E15), (E16), (E17)로 주어지고, 가 의 추정값이라 하면, (E15) (E16) (E17)상기 외란관측기의 관측기 이득 는(E18)로 주어지는 리카티 방정식(Riccati equation)의 해로 얻어지는 에 대해 (E19)로 주어지며, (E18) (E19)(E18), (E19)에서, , 이고, 는 2×4 제로행렬, 는 4×4 단위행렬, 는 4×2 제로행렬이며, 는 측정 노이즈의 공분산 행렬(covariance matrix)를 나타내며, 는 가상의 부가적인 외란의 공분산 행렬을 나타내며,행렬 와 는 설계 파라미터(design parameters)로 이용되어 , 가 되도록 선택되며,상기 외란관측기의 관측기 이득 는 행렬 의 안정도를 보장하는 무정전 전원장치의 출력 제어장치
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제4항 또는 제5항에 있어서,상기 상태변수 와 사이의 추적오차를 라 하고 를 현재의 상태 와 현재의 제어입력 를 이용하여 이산시간 에서 예측된 이산시간 에서의 추적오차를 나타낸다고 하면, 미래 추적오차 방정식은 (E20)으로 주어지고, (E20)가 정상상태 의 추정값으로서 (E21), (E22)로 정의되며, (E21) (E22)상기 외란관측기에서 생성된 외란추정값 를 이용한 추적오차 추정값의 방정식을 (E23)이라 할 때, (E23)상기 모델예측제어기에서 출력되는 제어입력 는 (E24)로 정의된 비용함수에 대해, (E26)의 제한된 최적화 문제(constrained optimization problem)의 해로 얻어지며, (E24)(E24)에서 는 주어진 정방행렬(square matrix) 에 대해 로 정의되며, 는 정상상태 제어입력의 추정값으로서 (E25)로 정의되며, 이고 이며, (E25) (E26)와 는 설계 파라미터(design parameter)로 이용되는 무정전 전원장치의 출력 제어장치
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제6항에 있어서,상기 모델예측제어기에서 출력되는 제어입력 는 (E27), (E28) (E29)로 주어지며,(E28)에서 는 , 에 대해 (E30)(E31)(E30), (E31)을 만족하는 무정전 전원장치의 출력 제어장치
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제7항에 있어서,와 는 부하 변동(load variation) 및 플랜트 모델의 차이(plant-model mismatch)에 영향받는 폐루프 시스템의 안정도 확보와 성능을 조정하기 위한 튜닝 파라미터(tuning parameters)로 이용되는 무정전 전원장치의 출력 제어장치
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제4항에 있어서,상기 무정전 전원모듈로부터 상기 인덕터 전류 를 검출하여 출력하는 전류검출부;상기 무정전 전원모듈로부터 상기 출력전압 를 검출하여 출력하는 전압검출부;상기 모델예측제어기로부터 출력된 제어입력 를 입력받아 상기 무정전 전원모듈의 상기 인버터부에 제어신호를 출력하는 공간벡터 펄스폭변조부(space vector pulse width modulation, SVPWM);를 더 포함하고,상기 관측기 이득과 상기 제어입력 는 상기 무정전 전원모듈, 상기 외란관측기 및 상기 모델예측제어기를 포함하는 폐루프 시스템(closed-loop system)의 안정도(stability)가 보장되도록 설계되는 무정전 전원장치의 출력 제어장치
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직류전원, 인버터부, 필터부를 포함하는 무정전 전원모듈의 이산화된 d축 및 q축 인덕터 전류 와 이산화된 d축 및 q축 커패시터 출력전압 를 이산화된 상태변수 로 정의하고, 이산화된 d축 및 q축 제어입력을 로 정의하고, 부하전류 및 플랜트 모델 불확실성을 반영하는 외란 를 고려하여 유도된 상기 무정전 전원모듈의 이산시간 상태방정식을 , , , 라 하고, 임의의 양의 상수 에 대해 주어진 출력전압 기준신호를 라 할 때,외란관측기에서 상기 인덕터 전류 , 상기 출력전압, 상기 제어입력 를 입력받아 외란추정값 를 출력하는 단계;모델예측제어기에서 상기 출력전압 기준신호 , 상기 인덕터 전류 , 상기 출력전압, 상기 외란추정값 를 입력받아 상기 제어입력 를 출력하는 단계;를 포함하고,상기 출력전압 기준신호 에 대해 제어 목표 를 달성했을 때의 정상상태(steady-state) 조건으로부터 주어지는 상태변수 , 제어입력 의 정상상태 값을 각각 , 라 하고, 를 2×2 단위행렬(identity matrix)이라 하면, 인덕터 전류와 제어입력의 정상상태 값은 다음과 같이 유일하게 결정되며
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제10항에 있어서,상기 외란관측기의 상태방정식이 (E15), (E16), (E17)로 주어지고, 가 의 추정값이라 하면, (E15) (E16) (E17)상기 외란관측기의 관측기 이득 는(E18)로 주어지는 리카티 방정식(Riccati equation)의 해로 얻어지는 에 대해 (E19)로 주어지며, (E18) (E19)(E18), (E19)에서, , 이고, 는 2×4 제로행렬(zero matrix), 는 4×4 단위행렬, 는 4×2 제로행렬이며, 는 측정 노이즈의 공분산 행렬(covariance matrix)를 나타내며, 는 가상의 부가적인 외란의 공분산 행렬을 나타내며,행렬 와 는 설계 파라미터(design parameters)로 이용되어 , 가 되도록 선택되며,상기 외란관측기의 관측기 이득 는 행렬 의 안정도를 보장하는 무정전 전원장치의 출력 제어방법
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제10항에 있어서,상기 모델예측제어기에서 출력되는 제어입력 는 (E27), (E28) (E29)로 주어지며, (E28)에서 이고,,는,, 이며, 는 , 에 대해 (E30), (E31)을 만족하며, (E30) (E31)와 는 설계 파라미터로서, 부하 변동(load variation) 및 플랜트 모델의 차이(plant-model mismatch)에 영향받는 폐루프 시스템의 안정도 확보와 성능을 조정하기 위한 튜닝 파라미터(tuning parameters)로 이용되는 무정전 전원장치의 출력 제어방법
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제10항에 있어서,전류검출부에서 상기 무정전 전원모듈로부터 상기 인덕터 전류 를 검출하여 출력하는 단계;전압검출부에서 상기 무정전 전원모듈로부터 상기 출력전압 를 검출하여 출력하는 단계;공간벡터 펄스폭변조부에서 상기 모델예측제어기로부터 출력된 제어입력 를 입력받아 상기 무정전 전원모듈의 상기 인버터부에 제어신호를 출력하는 단계를 더 포함하고,상기 관측기 이득과 상기 제어입력 는 상기 무정전 전원모듈, 상기 외란관측기 및 상기 모델예측제어기를 포함하는 폐루프 시스템의 안정도(stability)가 보장되도록 설계되는 무정전 전원장치의 출력 제어방법
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