KR0148917B1 - 직류모터의 회전속도 고속보상회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직류모터(DC Motor)의 회전속도 고속보상회로에 관한 것으로, 특히 모터가 회전하는 동안에 모터속도에 관한 정보를 연속적으로 피드백시켜서, 설정한 모터속도정보와 피드백된 실제 회전하는 모터속도정보로 속도차를 구하고, 이 속도차로써 모터가 설정한 속도, 즉 정속으로 회전하도록 고속으로 보상하도록 한 것이다.

Description

직류모터의 회전속도 고속보상회로

제1도는 종래에 사용하는 직류모터 속도제어 회로도.

제2도는 본 발명에 따른 직류모터의 회전속도 보상회로도.

제3도는 본 발명에 따라 설정한 속도로 모터가 동작하는 경우에 대한 각 블록의 출력파형도.

제4도는 본 발명에 따른 속도보다 모터가 빠르게 동작하는 경우에 대한 각 블록의 출력파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 모터속도설정부 20 : V/F 변환부

30 : 제1펄스폭변환부 40 : 제2펄스폭변환부

50 : 전압분할부 60 : 기준전압설정부

70 : 감산회로부 80 : 적분회로부

본 발명은 직류모터(DC Motor)의 회전속도 고속보상회로에 관한 것으로, 특히 모터가 회전하는 동안에 모터속도에 관한 정보를 연속적으로 피드백시켜서, 설정한 모터속도정보와 피드백된 실제 회전하는 모터속도정보로 속도차를 구하고, 이 속도차로써 모터가 설정한 속도로 회전하도록 하며, 상기한 신호처리가 펄스파로서 이루어지게 함으로써 고속으로 속도차를 보상하는 직류모터의 회전속도 고속보상회로에 관한 것이다.

일반적으로, 직류모터를 제어하는 방식에는 오픈루프 제어방식과 클로즈드루프 제어방식으로 크게 나누어진다.

상기 오픈루프 제어방식은 가장 단순한 온, 오프운전을 포함하는데, 상기 온, 오프운전은 모터가 운전속도에 도달할 때까지의 상태를 기계장치의 토크가 제어하는 것이다.

또한, 상기 클로즈드루프 제어방식은 출력의 변화를 검출기를 통해서 검출하고, 이 검출된 출력신호와 입력신호를 비교하여 입출력간의 신호에 엇갈림이 있으면 편차신호로서 제어기에 입력하고 전력증폭해서 모터에 보정신호를 준다. 피드백신호는 시스템의 변동요소를 최저가 되도록 작용한다.

제1도는 종래에 사용하는 직류모터 속도제어 회로도이다.

제1도를 참조하면, 종래의 구성은 입력되는 전압과 피드백되는 전압을 가산적분하여 출력하는 가산적분기(1)와, 상기 가산적분기로부터 출력되는 전압으로 모터를 구동시키는 모터구동부(3)와, 상기 모터구동부에 의해서 구동되는 모터(5)와, 상기 모터가 구동되는 동안에 회전속도를 검출하여 출력하는 인코더(7)와, 상기 인코더로부터 출력되는 주파수를 전압으로 변환하여 상기 가산적분기(1)로 피드백하는 V/F변환부(9)로 이루어져 있다.

이와 같은 종래의 모터 회전속도 제어회로는 외부로부터 가산적분기로 입력되는 아날로그신호인 속도제어전압(v1)이 변동하는 경우에 모터의 응답속도가 떨어지고, 또한 모터에서 속도가 변동되는 경우에는 속도제어전압차가 발생되고 이에따라 모터의 응답속도가 떨어져서 부하의 영향에 고속으로 응답할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 모터가 회전하는 동안에 모터속도에 관한 정보를 연속적으로 피드백시켜서, 설정한 모터속도정보와 피드백된 실제로 회전하는 모터속도정보로 속도차를 구하고, 이 속도차로써 모터가 설정한 속도로 회전하도록 하며, 또한 펄스파로 신호처리를 수행하도록 하여 고속으로 속도차를 보상하도록 한 직류모터의 회전속도 고속보상회로를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로써, 본 발명에 의한 장치는

직류모터의 회전속도 보상회로에 있어서, 모터의 회전속도를 임의로 설정하는 모터속도설정부; 상기 모터속도설정부로부터 입력되는 전압을 주파수로 변환하는 V/F변환부; 상기 V/F변환부로부터 입력되는 펄스주파수의 폭을 RC타이밍회로로 가변하여 출력하는 제1펄스폭변환부; 피드백되는 펄스주파수의 폭을 RC타이밍회로로 가변하여 출력하는 제2펄스폭변환부; 상기 제1펄스폭변환부로부터의 출력전압과 제2펄스폭변환부로부터의 출력전압과의 합산전압을 1/2로 분압하여 출력하는 전압분할부; 기준전압을 설정하는 기준전압설정부; 상기 기준전압설정부의 설정전압을 반전단자로 입력하고, 상기 전압분할부의 분할전압을 비반전단자로 입력하여 감산하여 증폭하는 감산회로부; 상기 감산회로부의 출력전압을 적분하여 출력하는 적분회로부; 상기 적분회로부의 출력전압으로 모터를 구동시키는 모터구동부; 상기 모터구동부에 의해서 모터가 구동되는 동안에 모터의 회전속도에 해당되는 펄스주파수를 상기 제2펄스폭변환부로 출력하는 속도검출부를 구비함에 의한다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 직류모터의 회전속도 보상회로도이다.

10은 모터속도설정부이며, 이는 모터의 회전속도를 임의로 설정하도록 중간탭이 형성되어 있는 가변저항을 포함한다. 20은 V/F 변환부이며, 이는 모터속도설정부로부터 입력되는 설정전압을 펄스주파수로 변환한다.

30은 제1펄스폭변환부이며, 이는 V/F 변환부로부터 입력되는 펄스주파수의 폭은 RC타이밍회로(R31,C31)의 시정수에 의해 가변되어 출력한다. 40은 제2펄스폭변환부이며, 이는 피드백되는 펄스주파수의 폭은 RC타이밍회로(R41,C41)의 시정수에 의해 가변되어 출력된다.

50은 전압분할부이며, 이는 제1펄스폭변환부로부터의 출력전압과 제2펄스폭변환부로부터의 출력전압과의 합산전압을 1/2로 분압하여 출력한다. 상기 전압분할부(50)는 제1펄스폭변환부의 출력단자(Q)에 접속된 저항(R51)과 제2펄스폭변환부의 출력단자(Q)에 접속된 저항(R52)과의 접속점(C점)에 버퍼(B1)를 접속하여 구성한다. 상기 두 저항(R51,R52)는 동일한 값으로 설정한다.

60은 기준전압설정부이며, 이는 동일한 값을 갖는 분배 저항(R61,R62)중 저항(R62)에 전원전압(+Vcc)을 분배하여 감산회로부의 반전단자로 입력되도록 기준전압을 설정한다. 70은 감산회로부이며, 이는 기준전압설정부의 설정전압을 저항(R71)을 통해서 반전(-)단자로 입력되도록 구성하고, 이 반전단자에는 귀환루프를 저항(73)으로 형성시킨다. 상기 전압분할부의 분할전압을 저항(R72,R74)을 통해서 비반전단자(+)로 입력하여 감산하여 증폭한다. 상기 저항은 R71=R72, R73=R74=2R71로 설정한다.

80은 적분회로부이며, 이는 저항(R81)과 콘덴서(C81)로 구성하고, 상기 감산회로부의 출력전압을 적분하여 출력한다. 90은 모터구동부이며, 이는 적분회로부의 출력전압으로 모터를 구동시킨다. 110은 속도검출부이며, 이는 옵티컬인코더로 구성하고, 상기 모터구동부에 의해서 모터가 구동되는 동안에 모터의 회전속도에 해당되는 사각파 펄스신호를 상기 제2펄스폭변환부로 귀환시킨다.

이하 본 발명에 따른 작용 및 효과를 상세하게 설명한다.

제2도 및 제3도를 참조하여, 우선 본 발명에 따라 설정한 속도로 모터가 동작하는 경우에 대하여 설명하면, 모터속도설정부(10)의 중간탭을 조절하면 저항이 가변하여 설정전압을 임의로 조절할 수 있게 되어 있으며, 이를 조절하여 설정전압을 정한다. 상기 모터속도설정부(10)에서 설정된 전압을 V/F 변환부(20)에서 상기 설정된 전압을 해당되는 펄스신호로 변환한다.

상기 V/F 변환부(20)에서 출력되는 펄스신호, 제3도(a)에 도시한 펄스신호(Wref)가 제1펄스폭변환부(30)에 포함된 멀티바이브레이터(31)의 입력단자(B)로 입력되면 이 입력펄스는 상기 멀티바이브레이터(31)의 외부 RC타이밍회로(R31,C31)의 시정수에 의해서 펄스폭이 변환되어 제3도(c)에 도시한 바와 같이 출력된다.

상기에서 모터(100)가 설정한 속도로 회전하고 있는 경우이므로 모터의 속도검출부(110)에서 출력되어 귀환(Feedback)되는 펄스신호(Wfeed)는 상기 V/F변환부(20)에서 출력되는 펄스신호(Wref)와 동일하다.

상기 귀환되는 펄스신호, 제3도(b)에 도시한 펄스신호(Wfeed)가 제2펄스폭변환부(40)에 포함된 멀티바이브레이터(41)의 입력단자(B)로 입력되면, 이 입력펄스는 상기 멀티바이브레이터(41)의 외부 RC타이밍회로(R41,C41)의 시정수에 의해서 펄스폭이 변환되어 제3도(d)에 도시한 바와 같이 출력된다.

상기 제1펄스폭변환부(30)로부터 출력되는 제3도(c)의 전압(va)과 제2펄스폭변환부(40)로부터 출력되는 제3도(d)의 전압(vb)과의 합산된 전압이 저항(R51,R52)과 버퍼(B1)에 의해서 분압되어 분압전압(vc)을 출력한다. 상기 분압전압(vc)이 계산되는 식(1)은 하기와 같으며, 이는 접점(마)에서 KCL를 적용하여 얻어진다.

예를들어, va=5[V], vb=5[V]일 경우, vc=5[V]이고, va=5[V], vb=0[V]일 경우, vc=2.5[V]이며, va=0[V], vb=5[V]일 경우, vc=2.5[V]이다. 그리고, va=0[V], vb=0[V]일 경우, vc=0[V]이다. 이와 같이 계산되는 전압(vc)는 제3도(e)에 도시한 바와 같다.

한편, 기준전압설정부(60)에서는 저항(R61,R62)에 의해서 전원전압(+Vcc)의 1/2에 해당되는 전압이 설정된다. 구체적으로는 +vVcc=5[V]일때, 2.5[V]가 설정되는 것이다. 상기 감산회로부(70)에서는 상기 전압분할부(50)의 출력전압을 설정전압으로 감산하여 2배증폭하게 되는데, 이는 제3도(f)에 도시한 바와 같다.

상기 감산회로부(70)의 출력전압은 적분회로부(80) 통하여 제3도(g)와 같은 파가 출력되어 모터구동부(90)로 입력되어 모터를 구동하게 되는 것이다.

다음으로는 제2도 및 제4도를 참조하여, 본 발명에 따른 설정한 속도보다 모터가 빠르게 동작하는 경우에 대하여 설명하면, 상기 모터속도설정부(10)에서 설정된 전압을 V/F 변환부(20)에서 상기 설정된 전압에 해당되는 펄스신호로 변환되어, 제4도(a)에 도시한 펄스신호(Wref)가 제1펄스폭변환부(30)에 포함된 멀티바이브레이터(31)의 입력단자(B)로 입력되면, 이 입력펄스는 상기 멀티바이브레이터(31)에 의해서 동일주파수로 펄스폭만 변환되어 제4도(c)에 도시한 바와 같이 출력된다.

상기에서 모터(100)가 설정한 속도보다 빠르게 회전하고 있는 경우이므로 모터의 속도검출부(110)에서 출력되어 귀환(Feedback)되는 펄스신호(Wfeed)는 제4도(b)와 같이 상기 V/F 변환부(20)에서 출력되는 펄스신호(Wref)의 주파수보다 높다.

상기 귀환되는 펄스신호(Wfeed)가 제2펄스폭변환부(40)에 포함된 멀티바이브레이터(41)의 입력단자(B)로 입력되면, 이 입력펄스는 상기 멀티바이브레이터(41)에 의해서 동일주파수의 펄스폭만 변환되어 제4도(d)에 도시한 바와 같이 출력된다.

상기 제1펄스폭변환부(30)로부터 출력되는 제4도(c)의 전압(va)과 제2펄스폭변환부(40)로부터 출력되는 제4도(d)의 전압(vb)과의 합산된 전압이 저항(R51,R52)과 버퍼(B1)에 의해서 분압되어 분압전압(vc)을 출력한다.

상기 예를 든 바와 같이, va=5[V], vb=5[V]일 경우, vc=5[V]이고, va=5[V], vb=0[V]일 경우, vc=2.5[V]이며, va=0[V], vb=5[V]일 경우, vc=2.5[V]이다. 그리고, va=0[V], vb=0[V]일 경우, vc=0[V]이다. 이와 같이 계산되는 전압(vc)은 제4도(e)에 도시한 바와 같다.

한편, 기준전압설정부(60)에서는 저항(R61,R62)에 의해서 전원전압(+Vcc)의 1/2에 해당되는 전압이 설정된다. 상기 감산회로부(70)에서는 상기 전압분할부(50)의 출력전압을 설정전압으로 감산하여 2배증폭하게 되는데, 이는 제4도(f)에 도시한 바와 같다.

상기 감산회로부(70)의 출력전압은 적분회로부(80) 통하여 제3도(g)에 같이 나타나는데, 이는 설정한 속도보다 모터가 빠르게 동작하는 경우로 설정한 속도로 모터를 회전하도록 하기 위해서 모터를 설정한 속도로 감속시키기 위한 차전압이 모터구동부(90)로 입력되어 모터를 감속구동시키게 되는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은 모터가 회전하는 동안에 모터속도에 관한 정보를 연속적으로 피드백시켜서, 설정한 모터속도정보와 피드백된 실제로 회전하는 모터속도정보로 속도차를 구하고, 이 속도차로써 모터가 설정한 속도, 즉 정속으로 회전하도록 고속으로 보상할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 직류모터의 회전속도 보상회로에 있어서, 모터의 회전속도를 임의로 설정하는 모터속도설정부; 상기 모터속도설정부로부터 입력되는 전압을 주파수로 변환하는 V/F변환부; 상기 V/F변환부로부터 입력되는 펄스주파수의 폭을 RC타이밍회로로 가변하여 출력하는 제1펄스폭변환부; 피드백되는 펄스주파수의 폭을 RC타이밍회로로 가변하여 출력하는 제2펄스폭변환부; 상기 제1펄스폭변환부로부터의 출력전압과 제2펄스폭변환부로부터의 출력전압과의 합산전압을 1/2로 분압하여 출력하는 전압분할부; 기준전압을 설정하는 기준전압설정부; 상기 기준전압설정부의 설정전압을 반전단자로 입력하고, 상기 전압분할부의 분할전압을 비반전단자로 입력하여 감산하여 증폭하는 감산회로부; 상기 감산회로부의 출력전압을 적분하여 출력하는 적분회로부; 상기 적분회로부의 출력전압으로 모터를 구동시키는 모터구동부; 상기 모터구동부에 의해서 모터가 구동되는 동안에 모터의 회전속도에 해당되는 펄스주파수를 상기 제2펄스폭변환부로 출력하는 속도검출부를 구비함을 특징으로 하는 직류모터의 회전속도 고속보상회로.