KR0122356B1 - 서보모터의 위치 제어회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 위치 제어회로에 관한 것으로, 특히 린니어스케일장치(Linear Scale Unit)와 부가적인 신호처리회로를 이용함으로써, 모터가 구동된 위치에 관한 정보를 피드백시켜서 이 정보와 사전에 설정한 모터가 구동할 위치에 관한 정보를 비교판단하여 구동위치를 정밀하게 보정하도록 한 서보모터의 위치 제어회로에 관한 것이다.

Description

서보모터의 위치 제어회로

제1도는 종래 서보모터의 위치 제어회로도.

제2도는 본 발명에 따른 서보모터의 위치 제어회로도.

제3도는 본 발명에 따른 플로우챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 메인 중앙처리장치, 11 : 서브 중앙처리장치,

12 : 메모리부, 13 : 입/출력장치,

14 : 펄스발생부, 15 : 펄스폭변환부,

16 : 펄스제어부, 17 : 모터구동부,

18 : 모터, 19 : 엔코더,

20 : 린니어스케일장치, 21 : A/D변환부,

22 : 펄스카운터부.

본 발명은 서보모터의 위치 제어회로에 관한 것으로, 특히 린니어스케일장치(Linear Scale Unit)와 부가적인 신호처리회로를 이용함으로써, 모터가 구동된 위치에 관한 정보를 피드백시켜서 이 정보와 사전에 설정한 모터가 구동할 위치에 관한 정보를 비교판단하여 구동위치를 정밀하게 보정하도록 한 서보모터의 위치 제어회로에 관한 것이다.

일반적으로, 서보모터를 제어하는 방식에는 개방루프(Open Loop)제어방식과 폐루프(Closed Loop) 제어방식으로 크게 나누어진다.

상기 개방루프 제어방식은 가장 단순한 온/오프운전을 포함하는데, 상기 개방운전은 모터가 운전위치에 도달할 때까지의 상태를 기계장치의 토크가 제어하는 것이다. 또한, 상기 폐루프 제어방식은 출력의 변화를 검출기를 통해서 검출하고, 이 검출된 출력신호와 입력신호를 비교하여 입출력간의 신호에 엇갈림이 있으면 편차신호로서 제어기에 입력하고 전력 증폭해서 모터에 보정신호를 준다 피드백신호는 시스템의 변동요소를 최저가 되도록 작용한다.

제1도는 종래 서보모터의 위치 제어회로도이다.

제1도에 있어서, 종래의 기술은 반페루프제어방식을 사용하고 있는데, 이는 제어부(1)가 이동거리만큼의 펄스 수를 계산하여 모터구동부(3)로 펄스를 출력시키면, 이에 따라 모터구동부(3)는 서보모터(5)를 구동시키고, 상기 모터으로 인하여 상기 모터가 구동되는 동안에 위치를 검출하여 출력하도록 된 엔코더(6)의 출력을 모터구동부(3)로 피드백시켜 위치제어를 행한다.

예를 들면, 제어부(1)가 100개의 펄스를 모터구동부(3)로 출력하면 이에 따라 상기 모터구동부(3)는 서보모터(5)를 상기 100펄스에 해당되는 거리만큼 구동시키고, 이 후 엔코더(6)로 부터 출력되는 펄스 수를 모터구동부로 피드백시켜서 상기 피드백된 펄스 수와 설정한 펄스 수를 비교하여 같으면 모터구동을 중지시킨다.

이와 같은 종래의 기술은 반폐루프 제어방식으로, 서보 모터 및 구동부의 구성특성상 수펄스의 오차를 항상 가자고 있으므로, 서보모터를 구동시키려면 구동위치와 오차를 동시에 설정해야 하는데, 예를 들어 모터구동모드 선택시 구동펄스를 100개의 펄스로, 또한 오차를 2펄스로 위치제어를 행하게 세팅해 놓았을 경우를 가정해 보면. 상기 제어부(1)가 100펄스를 모터구동부에게 출력하면 모터구동부는 모터를 97펄스에서 103펄스로 제어하게 되는데. 이 때 1펄스당 이동거리가 0.1mm라면 3mm의 위치오차를 항상 가자고 있게되는 문제점이 있었다.

한편, 상기 오차펄스는 변경가능하게 되어 있는데 이 오차펄스의 수를 내리면 모터위치를 정확하게 못잡아 진동하게 되고, 반면에 오차의 펄스 수를 내리면 위치제어오차가 증가함으로써, 모터의 정확한 위치제어가 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 린니어스케일장치(Linear Scale Unit)와 부가적인 신호처리회로를 이용함으로써, 모터가 구동된 위치에 관한 정보를 피드백시켜서 이 정보와 사전에 설정한 모터가 구동할 위치에 관한 정보를 비교판단하여 사전에 설정한 구동위치로 정밀하게 보정하도록 한 서보모터의 위치 제어회로를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써의 본 발명은 조작자에 의한 입력에 기초하여 이동거리와 구동속도에 대한 지령을 내리는 메인중앙처리장치; 상기 메인중앙처리장치의 지령에 따라 메모리부에 기록된 프로그램에 의해 모터구동을 위한 상승, 등속, 하강구간을 계산하여 구동펄스수를 기록함과 동시에 출력하고, 상기 기록된 구동펄스수와 펄스카운터로 부터 피드백되어 입력되는 펄스수를 상호비교판단하여 상기 피드백된 정보가 기록된 정보보다 큰 경우에는 입/출력장치로 역방향으로 1펄스만큼 이동을 제어하는 신호를 출력하며, 반면에 상기 피드백된 정보가 기록된 정보보다 작은 경우에는 입/출력장치로 정방향으로 1펄스만큼 이동을 제어하는 신호를 출력하는 서브 중앙처리장치; 상기 서브 중앙처리장치의 동작상에 필요한 프로그램과 그에 따른 변수와 상수 및 데이타가 기록되는 메모리부; 상기 서브 중앙처리장치로 부터 출력되는 신호를 펄스제어부로 전송하는 입/출력장치; 상기 서브 중앙처리장치의 제어에 의해 클럭펄스를 발생시키는 펄스발생부; 상기 펄스발생부로 부터 출력되는 펄스의 폭을 변환하는 펄스폭 변환부. 상기 펄스폭 변환부로 부터 펄스를 입력받아 상기 입/출력장치로 부터 출력되는 신호에 따라 출력되는 펄스의 수를 제어하는 펄스제어부; 상기 펄스제어부로 부터의 펄스 수로 모터를 구동시키는 모터구동부, 상기 모터구동부에 의해 구동되는 모터; 상기 모터가 구동되는 동안에 이동되는 피구동체에 인덱스 스케일을 부착하고, 상기 지지대에 고정스케일을 고정하여 상기 피구동체의 이동에 따른 신호를 출력하도록 한 린니어스케일장치; 상기 린니어스케일장치로 부터의 아날로그신호를 디지탈신호로 변환하는 A/D변환부; 상기 A/D변환부로 출력되는 신호를 카운팅하여 상기 서브 중앙처리장치로 출력하는 펄스카운터부를 구비함을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 서보모터의 위치 제어회로도이다.

제2도에 있어서, 10은 메인 중앙처리장치이며, 이는 조작자에 의한 입력에 기초하여 이동거리와 구동속도에 대한 지령루프 서브 중앙처리장치로 지령하는 장치이다. 11은 서브 중앙처리장치이며, 이는 메인 중앙처리장치(10)의 지령에 따라 펄스발생을 명령함과 동시에 메모리부에 기록된 프로그램에 의해 모터구동에 대한 상승, 등속, 하강구간을 계산하여 구동펄스 수를 메모리부에 기록함과 동시에 입/출력장치로 출력하고, 상기 기록된 구동펄스 수와 펄스카운터로 부터 피드백왼 펄스 수를 비교판단하여 피구동체가 정확한 설정위치로 이동되지 않은 경우에 역방향 또는 정방향구동을 위한 신호를 출력하는 중앙처리장치이다.

12는 메모리부이며. 이는 서브 중앙처리장치의 동작상에 필요한 프로그램이 기록된 롬과, 상기 프로그램이 수행되는 동안에 그에 따른 변수와 상수 및 데이타를 임시적으로 기록할 램을 포함하는 기역장치이다. 13은 입/출력장치이며, 이는 서브 중앙처리장치(11)로 부터 출력되는 정보신호(이 신호는 정방향 또는 역방향으로의 모터구동을 위한 제어신호이다)를 출력하는 장치이다. 14는 펄스발생부이며, 이는 서브 중앙처리장치(11)의 제어에 의해 클럭펄스를 발생시키는 펄스발생부이다. 15는 펄스폭변환부이며, 이는 펄스발생부(14)로부터 출력되는 펄스의 폭을 변환하는 펄스폭 변환부이다.

16은 펄스제어부이며, 이는 펄스폭변환부(15)로 부터 출력되는 펄스를 상기 입/출력장치(13)로 부터 출력되는 신호에 따라 펄스출력의 갯수를 제어하는 펄스제어부이다. 17은 모터구동부이며. 이는 펄스제어부(16)로 부터의 펄스에 기초하여 모터를 구동시키는 모터구동부이다. 18은 서보모터이며, 이는 모터구동부(17)에 의해서 구동되는 모터이다. 19는 엔코더이며, 이는 서보모터(18)가 구동되는 동안에 구동되는 위치를 검출하여 모터구동부(17)로 피드백시키는 엔코더이다.

20은 린니어스케일장치이며, 이는 서보모터(18)가 구동되는 동안에 이동되는 피구동체에 인텍스스케일을 부착하고, 지지대에 메인스케일을 고정하여 상기 피구동체의 이동에 따른 이동거리에 해당하는 신호를 출력하는 장치이다. 상기 린니어스케일장치의 메인스케일에는 투명한 막대에 검은 눈금을 새긴 자가 내장되어있으며, 상기 인텍스스케일에는 발광부와 수광부로 이루어져 있어서, 상기 인텍스스케일이 이동하면 상기 인텍스의 발광부와 수광부 사이에 메인스케일의 자에 형성된 검은 눈금에 의해서 전기적으로 통전과 비통전이 교체하면서 신호가 출력되는 장치이다.

21는 A/D변환부이며, 이는 린니어스케일장치(20)로 부터 아날로그신호를 디지탈신호로 변환하는 변환부이다. 22는 펄스카운터이며, 이는 A/D변환부(21)로 출력되는 신호를 카운팅하여 상기 서브 중앙처리장치(11)로 출력하는 카운터부이다.

이하 본 발명에 따른 작용 및 효과를 제2,3도를 참조하여 상세하게 설명한다.

제2도에 있어서, 조작자가 메인 중앙처리장치(10)로 모터구동에 데한 데이타를 입력하면, 상기 메인 중앙처리장치(10)는 서브 중앙처리장치(11)로 상기 입력원 정보와 함께 제어권을 넘긴다. 상기 서브 중앙처리장치(11)는 펄스발생부(14)로 펄스발생을 지령한다. 상기 펄스발생부(14)는 예를 들어 타이머를 이용한 비안정멀티 바이브레이터로 클럭펄스를 발생시겨서 펄스폭변환부(15)로 출력하고, 이 펄스폭 변환부(15)에서는 타이밍회로의 시정 수에 의해서 펄스폭을 변환하여 펄스제어부(16)로 출력한다.

이 때 서브 중앙처리장치(11)은 메모리부(12)의 롬에 기록된 프로그램에 따라서, 제3도에 도시된 31단계와 같이, 모터의 이동거리와 구동속도를 계산하여 램에 저장함과 동시에 입/출력장치(13)을 통해서 펄스제어부(16)로 계산된 모터이동거리와 구동방향에 해당하는 정보를 출력한다. 상기 펄스제어부(16)는 상기 서브 중앙처리장치(11)로 부터의 정보에 따라 상기 펄스폭변환부(15)로 부터 입력된 펄스 수의 출력과 구동방향을 제어하여 모터구동부(17)로 펄스를 출력한다. 상기 모터구동부(17)는 제3도에 도시된 32단계와 같이 상기 펄스제어부(16)로 부터의 입력된 펄스 수와 구동방향을 기초하여 서보모터(18)를 구동시키게 된다.

상기 서보모터(18)가 구동됨에 따라 상기 서보모터와 연동하는 볼스크류(Ball Screw)의 회전으로 구동대상인 피구동체가 이동하게 되고, 이 때 상기 피구동체에 부착된 인텍스스케일과 지지대에 고정된 메인스케일을 포함하는 린니어스케일장치(20)에서 피구동체의 이동거리에 해당되는 신호를 출력한다.

상기 린니어스케일장치(20)로 부터 출력되는 신호를 디지탈로 변환했을 경우에 생성되는 1펄스에 해당하는 거리와 상기 펄스폭변환부(15)에서 출력되는 1펄스에 의해서 모터가 구동되어 피구동체가 이동하는 거리는 바람직하게는 동일하도록 구성한다.

상기 린니어스케일장치(20)로 부터 출력되는 신호는 A/D변환부(21)에서 디지탈신호로 변환되어 펄스카운터부(22)로 입력되고, 이 펄스카운터부(22)에서는 상기 A/D변환부(21)로 부터 입력되는 펄스의 수를 카운팅하여 서브 중앙처리장치(11)로 출력한다.

상기 서브 중앙처리장치(11)는 제3도에 도시된 33단계와 같이 램에 저장되어 있는 이동거리에 해당하는 펄스 수와 펄스카운터부(22)를 통해서 피드백된 이동정보에 해당되는 펄스수를 상호비교판단하여 피드백된 이동정보에 해당하는 펄스 수가 저장된 이동정보에 해당되는 펄스 수 보다 큰 경우에는 제3도에 도시된 34단계와 35단계와 같이 입/출력장치(13)를 통해 펄스제어부(16)로 모터가 역방향으로 1펄스만큼 이동시키도록 모터구동부(17)로 역방향 1펄스에 해당되는 제어신호를 출력하고, 반면에 제3도에 도시된 36단계와 같이 피드백된 이동정보가 저장된 이동정보 보다 작은 경우에는 입/출력장치(13)를 통해 펄스제어부(16)로 모터가 정방향으로 1펄스 만큼 이동시키도록 모터구동부(17)로 정방향 1펄스에 해당되는 제어신호를 출력한다. 상기한 과정이 반복적으로 수행되어 램에 저장되어 있는 이동거리에 해당하는 펄스 수와 펄스카운터부(22)를 통해서 피드백된 이동정보에 해당되는 펄스 수를 상호 비교판단하여 같을 경우에는 제3도에 도시된 37단계와 같이 서보모터(18)를 정지시킨다

상기 모터위치제어가 1펄스에 해당되는 거리만큼의 위치보정이 정방향과 역방향의 적절한 구동에 의해서 가능하게 되는 것이며, 상기 정방향과 역방향구동방법에 대해서는 주지사실이므로 생략하며, 상기 1펄스에 해당하는 거리를 정밀도를 고려하여 펄스폭변환부의 시정수와 린니어스케일의 메인스케일에 포함된 자의 눈금을 설정하기에 따라서 위치제어의 정확도를 조절할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 완전한 폐루프의 제어방식으로 구성하여 정밀제어를 달성하는 것으로, 종래의 반폐루프 제어방식은 약 0.01mm∼0.05mm 정도로 위치제어가 가능한 반면에 린니어스케일장치를 이용한 본 발명에 따르면, 대략 0.001mm 정도까지 위치제어가 가능하게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 린니어스케일장치(Linear Scale Unit)와 부가적인 신호처리회로를 이용함으로써, 모터가 구동된 위치에 관한 정보를 피드백시켜서 이 정보와 사전에 설정한 모터가 구동할 위치에 관한 정보를 비교판단하여 구동위치를 정밀하게 보정할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 조작자에 의한 입력에 기초하여 이동거리와 구동속도에 대한 지령을 내리는 메인 중앙처리장치(10); 상기 메인 중앙처리장치(10)의 지령에 따라 메모리부에 기록된 프로그램에 의해 모터구동을 위한 상승, 등속, 하강구간을 계산하여 구동펄스 수를 기록함과 동시에 출력하고, 상기 기록된 구동펄스 수와 펄스카운터로 부터 피드백되어 입력되는 펄스 수를 상호비교판단하여 상기 피드백된 정보가 기록된 정보보다 큰 경우에는 입/출력장치(13)로 역방향으로 1펄스만큼이동을 제어하는 신호를 출력하며, 반면에 상기 피드백된 정보가 기록된 정보보다 작은 경우에는 입/출력장치(13)로 정방향으로 1펄스만큼 이동을 제어하는 신호를 출력하는 서브 중앙처리장치(11); 상기 서브 중앙처리장치(11)의 동작상에 필요한 프로그램과 그에 따른 변수와 상수 및 데이타가 기록된 메모리부(12); 상기 서브 중앙처리장치(11)로 부터 출력되는 신호를 펄스제어부(16)로 전송하는 입/출력장치(13); 상기 서브 중앙처리장치(11)의 제어에 의해 클럭펄스를 발생시키는 펄스발생부(14); 상기 펄스발생부(14)로 부터 출력되는 펄스의 폭을 변환하는 펄스폭 변환부(15); 상기 펄스폭변환부(15)로 부터 펄스를 입력받아 상기 입/출력장치(13)로 부터 출력되는 신호에 따라 출력되는 펄스의 수를 제어하는 펄스제어부(16); 상기 펄스제어부(16)로 부터의 펄스 수로 모터를 구동시키는 모터구동부(17); 상기 모터구동부(17)에 의해서 구동되는 모터(18); 상기 모터(18)가 구동되는 동안에 이동되는 피구동체에 인덱스스케일을 부착하고, 상기 지자대에 고정스케일을 고정하여 상기 피구동체의 이동에 따른 신호를 출력하도록 한 린니어스케일장치(20); 상기 린니어스케일장치(20)로 부터의 아날로그신호를 디지달신호로 변환하는 A/D변환부(21); 상기 A/D변환부(21)로 출력되는 신호를 카운팅하여 상기 서브 중앙처리장치(11)로 출력하는 펄스카운터부(22)를 구비함을 특징으로 하는 서보모터의 위치 제어회로.