영구자석 선형 전동기인 VCM(Voice coil motor)은 직접 구동 방식의 액츄에이터로 기어나 변속장치가 필요 없어 높은 정밀도 를 가지고 구조적인 특성상 기계적 마찰이 적어 소음이 발생하지 않는 장점을 가지고 있다. 아울러 회전운동을 직선 운동으로 변환하기 위한 별도의 장치가 필요하지 않고, 구동부가 가벼워 응답속도가 빠른 특징이 있다. 본 연구에서는 이러한 VCM을 다양한 산업 분야에 적용하기 위한 기초연구로 VCM의 속도제어를 위해 PSO(Pariticle swarm optimization) 기법을 적용하여 제어기의 유용성 평가를 위한 수 치 시뮬레이션을 수행하였다. 제어계는 전류와 속도 제어를 위한 이중 루프로 구성하였고, 각각의 제어 루프에는 PI 제어기를 적용하여 속도 목표치에 추종하는 출력값을 얻기 위한 제어기를 설계하였다. 제어기 파라미터 추정에는 PSO기법을 적용하였고, 제어기의 유용성 을 검증하기 위해 주파수 영역에서의 모델매칭기법을 적용한 제어 기법과의 제어 결과를 비교하였다. 두 가지 제어 기법은 MATLAB을 이용하여 수치 시뮬레이션을 수행했고, 제어 결과는 IAEU(Integral of absolute error units) 평가 지수를 이용하여 비교하였다. 수치 시뮬레 이션 결과 제안한 제어 기법의 유용성을 확인할 수 있었다.

The voice coil motor (VCM)—a type of permanent magnet linear motor—is a direct-drive actuator that does not require gears or transmission mechanisms, thus providing high positioning precision. Owing to its structural characteristics, the VCM exhibits low mechanical friction and generates minimal noise during operation. In addition, no auxiliary mechanism is required to convert rotational motion into linear motion, and its lightweight moving parts enable fast dynamic responses. This study provides a fundamental investigation aimed at applying VCMs to various industrial fields by developing a velocity control strategy for a VCM. The strategy is evaluated through numerical simulations using a particle swarm optimization (PSO) algorithm. The control system is composed of a dual-loop structure consisting of inner current and outer velocity control loops. Proportional-integral controllers are applied to both control loops to achieve accurate tracking of the velocity reference. The PSO algorithm is employed to estimate the optimal controller parameters. To verify the effectiveness of the proposed control method, its performance is compared with that of a conventional control scheme based on a frequency-domain model-matching approach. Numerical simulations are conducted using MATLAB, and the control performance is quantitatively evaluated via the integral of absolute error unit index. The simulation results confirm the effectiveness of the proposed PSO-based control strategy for VCM velocity control.

요 약
Abstract
1. 서 론
2. VCM의 구조 및 모델링
    2.1 VCM의 구조
    2.2 VCM의 모델링
3. VCM의 속도 제어기 설계
    3.1 주파수 영역의 제어기 설계
    3.2 PSO를 이용한 제어기 설계
4. VCM의 속도제어 시뮬레이션
    4.1 주파수 영역의 제어기 시뮬레이션 결과
    4.2 PSO를 이용한 제어기 시뮬레이션 결과
5. 결 론
Acknowledgment
References

• 김진만(국립목포해양대학교 선박수리지원센터 책임연구원) | Jin-Man Kim (Head Principal Rearcher/PhD, Ship Repair Support Center, Mokpo National Maritime University, Mokpo 58628, Korea)
• 김헌희(국립목포해양대학교 기관시스템공학부 교수) | Heon-Hui Kim (Professor, Division of Marine Engineering, Mokpo National Maritime University, Mokpo 58628, Korea)
• 남택근(국립목포해양대학교 기관시스템공학부 교수) | Taek-Kun Nam (Professor, Division of Marine Engineering, Mokpo National Maritime University, Mokpo 58628, Korea) Corresponding author