[편집자주]모터제어 기술은 △스마트팩토리 △전기차 △드론 △로보틱스 등 산업 전반에 걸쳐 쓰이는 필수 기술 가운데 하나이다. 이처럼 산업현장과 제품 개발 다방면에서 사용되고 있지만 이미 개발된 자료와 내용을 답습해 개발하고 있어 문제 발생 시 해결에 많은 시간이 소요되는 실정이다. e4ds에서 주최하는 산업용 모터제어 기술 컨퍼런스는 모터 제어를 위한 핵심 이론과 매틀랩, 시뮬링크 등 현장에 적용된 기술 및 데모를 진행함으로써 개발자들의 이해와 기술을 증진할 수 있는 자리를 마련했다. 이에 연사로 초청된 임종수 수진 대표이사를 만나 이야기를 나눠봤다.
 
■수진에 대한 소개를 부탁드린다

수진은 다양한 모터 제어뿐만 아니라 전기 화학을 이용해 가스 검출기를 비롯한 노로 바이러스,코로나 바이러스와 같은 바이러스 진단기도 개발하고 있다. 또한, 초저전력·초소형에 오동작 없이 연기를 검출하는 연기 감지기와 한전의 구매 규격을 기준으로 단상/3상 적산 전력계를 개발해왔다. 이들을 지원하는 다양한 전문 소프트웨어 서적과 해당 교육용 보드도 개발해 판매하고 있다.

■산업용 모터 제어와 관련된 매틀랩(MATLAB), 시뮬링크(Simulink)를 이용해 시뮬레이션 모델 개발에 많은 경험이 있다고 들었다. 산업용 모터 제어에서 시뮬레이션 모델이 갖는 의미는 무엇인가

사실상 지금까지 대부분의 교류 전동기 관련 제어는 기본적인 모터 제어 이론을 학습한 후 바로 선배들이 개발한 MCU 기반의 C코드(code)를 실행해 보면서 모터 제어를 관찰하며 학습해 나갔다.

그러나 현재, 전기 자동차를 포함한 많은 차량이 모터를 적용하면서 이제는 직접 개발자가 작성한 코드보다는 시뮬링크 기반의 모터 제어 모델을 구성한다. 시뮬레이션을 수행해 원하는 결과가 나오면, 바로 원하는 MCU 기반의 검증된 C코드를 생성해 구동하는 방식을 선호한다. 왜냐하면, 시뮬링크 기반으로 생성된 C코드는 이미 해당 분야에서 검증뿐 아니라 인증도 받았기 때문에 신뢰성이 높다.

■시뮬링크란 무엇이며, 종류 및 제품들에 대한 간단한 소개를 부탁드린다

매틀랩은 이미 획득한 데이터를 기반으로 연산을 수행하는 것이며, 시뮬링크는 정의한 샘플링(Sampling) 시간마다 생성된 데이터를 기반으로 연산을 수행한다. 특히 시뮬링크는 하나의 샘플링 시간에 모든 모델에 대한 연산 처리를 완료하는 조합 회로인 반면, 스테이트플로(Stateflow)는 지정한 이벤트에 따라서 그 상태를 바꾸는 순차회로이다. 그러므로 모터 제어에 대한 C코드를 생성하기 위해서는 매틀랩, 시뮬링크 및 스테이트플로에 대한 학습이 필요하다.

■모터는 기계적 움직임을 제어하지만 모터를 구동하기 위해서는 전자제어가 우선이다. 모터 구동을 위한 구성과 필요한 소자들은 어떤 것들이 있는지 설명 부탁드린다

기본적으로 사용할 MCU는 전동기가 제공하는 피드백 정보를 수집할 ADC를 가지고 있어야 하며, 이어서 모터의 전원을 제어할 PWM 6개 채널들을 제공해야 한다. 또한 MCU가 제공하는 PWM 신호를 IGBT 또는 IPM 소자의 제어 신호로 사용할 수 있도록 게이트 드라이버(Gate Driver) 소자들이 필요하다. 또한, 모터의 부하 전류를 측정할 션트(shunt) 저항과 로터의 위치를 확인하기 위한 리졸버(Resolver) 또는 엔코더(Encoder)가 필요하다. 

■모터를 이용한 기계의 움직임을 파악하기 위해 시뮬레이션을 사용해 모터 구동에 대한 정보를 얻을 수 있다는데 모터 구동에 사용되는 시뮬레이션 소프트웨어로는 무엇이 있는가

가장 보편적이며 일반적인 모터뿐만 아니라 전력 전자 시뮬레이션 소프트웨어로는 ‘PSIM’이 있습니다. 이 소프트웨어는 MCU에 들어갈 C코드를 모텔의 블록(Block)으로 정의할 수 있으며, 사용자 친화적인 심볼과 모델 구성 방식으로 인해서 많이 사용되고 있다. 또한, 앞서 언급한 시뮬링크와 함께 연동해 사용할 수도 있다.

■7월22일 진행할 ‘2022 e4ds 산업용 모터제어 기술 컨퍼런스’에서 다룰 내용은 무엇인가

매틀랩, 시뮬링크, 스테이트플로와 그 밖의 툴들에 대해서 간단히 소개하고, DC모터 등가회로에 수식을 시뮬링크로 모델링하는 방법을 학습한다. 이어서 교류 전동기 전체 구조를 확인하고, PWM 생성과 관련된 시뮬링크 모델을 만들어 본 후 STM32F MCU를 이용해 PWM을 생성하는 방법을 학습한다. 

우선, 3가지 종류의 타이머(Timer)들에 대해서 학습하고, 이어서, IGBT 구동에 필요한 데드타임(Deadtime) 설정과 120도 동기화를 어떻게 구현하는지 확인한다.

■e4ds news 독자들에게 마지막으로 한 말씀 부탁드린다

아무쪼록 이번 강의가 여러분들에게 전동기에 대한 이론과 실무에 대한 좀 더 많은 정보를 얻는 유익한 시간이 되시기 바란다.

감사합니다.

모터 제어 개발자를 위한 구조적 개발 모델링 및 최신 기술 동향 세미나를 발표하는 2022 e4ds 산업용 모터 제어 기술 컨퍼런스가 7월 22일 한국컨퍼런스센터(강남역) 대강당에서 진행된다.