DC 모터 시스템 해석 (1) State Machine 기반
류세환 | 2026년 04월 20일Ansys Twin Builder를 활용한 DC Motor 시스템 레벨 해석으로, 전기-기계 연성 모델을 기반으로 전류 제어 및 속도 응답 특성을 분석하는 것을 목표로 한다. Twin Builder는 전기, 기계, 제어를 통합한 멀티도메인 시스템 해석이 가능하며, DC 모터와 같은 Electromechanical 시스템에 적합하다.
DC Machine(DCMP), BJT(스위칭 소자), Diode, State Machine(제어 로직), 전원(Voltage Source) 등으로 해석 모델을 구성한다.
전압원은 3상으로 위상 차이가 120도씩 날 수 있도록 입력하여 준다.
DC 모터 전류 제어를 위해 히스테리시스 제어 방식을 적용하였다.
*히스테리시스 제어 = 설정된 제어 기준값에 일정폭(Hysteresis Band)을 부여하여, 제어량이 밴드 상한을 넘으면 ON, 하한을 넘으면 OFF(또는 반대) 하여 밴드 안으로 제어량을 유지하는 제어
기준 전류(iref): 20 A, 히스테리시스 밴드(delta): 2.5 A, 상한 전류(iupr): 22.5 A, 하한 전류(ilwr): 17.5 A
BJT와 DC Machine 그리고 Analysis Setup 설정은 아래와 같이 설정하였다.
해석 결과는 다음과 같이 분석할 수 있다.
1) 전류 응답 분석 (DCMP1.IA)
전류는 약 17.5A ~ 22.5A 범위 내에서 지속적으로 진동하고 이는 설정한 히스테리시스 밴드(±2.5A)를 정확히 따르는 결과이며 초기 과도 구간 이후 빠르게 정상 상태에 도달한다.
2) 속도 응답 분석 (DCMP1.N)
시간에 따라 선형적으로 증가하며 약 300ms에서 약 7000 rpm 수준까지 도달한다. 포화 없이 지속적으로 증가하는 형태를 보인다.
