KR0162035B1 - 첨두 소요 전력 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서보시스템에서 부하의 가속, 감속시에 소요되는 첨두 전력 용량을 별도의 에너지 공급장치없이 서보시스템 구동전원으로 보상할 수 있도록 한 첨두 소요 전력 제어장치에 관한 것으로, 속도센서를 통한 감지신호 전압(Vf)을 분할용 전압분배회로(10)와, 전압분배회로(10)를 통한 분배전압이 반전단자(-)에 입력되도록 한 역전슈미트 트리거(20)와, 상기 속도 센서를 통한 저항(R3)의 양단전압과, 상기 역전슈미트 트리거를 통한 저항(R5)의 양단전압 그리고 출력단자(Vo) 및 전원전압(+15V_{D C})에 연결된 저항(R4)의 양단전압이 반전단자(-)에 인가되도록 연결된 역전오피앰프(30)와, 이 역전오피앰프의 출력이 입력양단(X,Y)에 입력되도록 한 제1멀티플라이어(40)와, 제1멀티플라이어(40)의 출력단(Z)을 통한 전압이 입력일단(Y)에 입력되고, 명령기를 통한 전류명령(IC)이 입력타단(X)에 입력되도록 하여 출력단(Z)을 통해 보상된 전류명령(ICC)이 출력되도록 한 제2멀티플라이어(50)로 구성된다. 이와 같이 구성되어 서보시스템의 전원공급장치에 별도의 에너지 저장장치를 설치할 필요없고 전력소스에도 최소 소요전력만을 공급가능하게 하여 비용 및 공간을 간소화시킬 수 있도록 하는데 그 특징이있다.

Description

첨두 소요 전력 제어장치

제1도는 일반적인 서보 제어시스템의 블록다이어그램.

제2도는 일반적인 서보 제어시스템에 의한 위치제어 곡선을 보인 위치-시간과의 관계도.

제3도는 일반적인 서보 제어시스템에 의한 속도-시간 및 전류-시간과의 관계도.

제4도는 제3도에 따른 소요전력-시간과의 관계도.

제5도는 본 발명의 첨두전력 제어장치의 회로구성도.

제6도는 본 발명의 첨두전력 제어장치에 의한 속도-시간 및 전류-시간과의 관계도.

제7도는 제6도에 따른 소요전력-시간과의 관계도.

제8도는 본 발명에 따른 속도센서출력전압(Vf)과 역전오피앰프의 출력전압(Vo)과의 관계도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전원소스 2 : 전원공급장치

3 : 전력증폭기 4 : 서보모터

5 : 기어박스 6 : 부하

7 : 서보제어기 8 : 명령기

10 : 전압분배회로 20 : 역전 슈미트트리거

30 : 역전 오피앰프 40,50 : 멀티플라이어

R1∼R7 : 저항

본 발명은 전기모터를 이용한 서보제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서보시스템에서 부하의 가속, 감속시에 소요되는 첨두 전력 용량을 별도의 첨두 에너지 공급장치없이 서보시스템 구동전원으로 보상할 수 있도록 한 첨두 소요 전력 제어장치에 관한 것이다.

제1도는 일반적인 서보 제어시스템의 블록다이어그램으로서, 전원소스(1)를 통한 전원이 전원공급장치(2)를 거쳐 소정전압으로 변환되고 전력증폭기(3)에서 증폭되어 서보모터(4)에 인가되면, 이 서보모터(4)는 작동하기 시작하고, 이 서보모터(4)와 연결된 기어박스(5) 및 부하(6)에 동력이 전달된다.

이때 상기 전력증폭기(3)에는 전류의 공급상태를 감지하기 위한 전류센서가 설치되고, 서보모터(4)에는 모터의 속도를 감지하기 위한 속도 센서가 설치되며, 부하(6)에는 부하의 위치를 감지할 수 있는 위치 센서가 있어, 각 센서들을 통한 감지 신호가 서보제어기(7)로 출력되면, 서보제어기(7)에서는 상기 감지 신호들과 명령기(8)를 통한 명령신호를 계산하여 부하가 정확한 위치까지 자동적으로 제어되도록 한다.

제2도는 일반적인 서보 제어시스템에 의한 위치제어 곡선을 보인 위치-시간과의 관계도로서, 부하(6)를 소정위치까지 움직이기 위해서는 완만한 커브곡선을 그리며 이동하게 된다.

이와 같이 부하(6)를 소정위치까지 움직이기 위해서는 제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이 부하(6)의 초기단계 구동위치와 최종단계의 구동위치 즉, 가속 및 감속시에 소요전력은 정상상태의 수배에 달하게 된다.

이로 인해 제1도에 도시된 전원소스(1)의 전원은 부하(6)의 가속, 감속시의 서보시스템에서 요구하는 최대전력을 기준으로 공급해야만 한다. 이와 같이 최대전력을 보상하기 위해서는 제4도에 도시한 첨두 소요전력을 별도로 공급토록하여 전원소스(1)를 통한 전원의 무리한 용량 공급을 보상하도록 하는 방법을 적용하고 있다.

이와같이 첨두 소요 전력을 별도로 공급하는 방법으로, 종래에는 커패시터 뱅크(CAPACITOR BANK)를 이용한 방법과, 회전변환기(ROTARY CONVERTER)를 이용하는 방법을 사용하고 있다.

상기 커패시터 뱅크를 이용하는 방법은 커패시터 뱅크에 전압차이에 의한 전기적인 에너지를 저장하는 방법이며, 회전변환기는 기계적인 회전운동에너지를 회전변환기에 저장하는 방법이다.

이러한 상기 방법들을 이용하므로서 전원소스(1)에서는 일정한 최소전력만을 공급하게 하는 것이 가능하나, 서보시스템에 적합하도록 커패시터 뱅크나 회전변환기를 설계 및 제작하는 것은 상당한 시간과 비용이 소비될 뿐만 아니라 서보시스템의 설치공간이 커지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 서보시스템에서 소요되는 전력을 서보제어기에서 제어할 수 있는 첨두 전력 제어회로를 통해 제어되도록 하므로서, 전원공급장치에 별도의 에너지 저장장치(예를들어 커패시터 뱅크 또는 회전변환기 등)를 설치할 필요없고 전력소스에도 최소소요전력만을 공급가능하게 하여 비용 및 공간을 최소화시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로, 서보모터 소정위치에 설치된 속도센서를 통한 감지신호 전압(Vf)을 분할하기 위한 전압분배회로와 ;

상기 전압분배회로를 통한 분배전압이 반전단자(-)에 입력되도록한 역전 슈미트트리거와 ;

상기 속도 센서를 통한 저항(R3)의 양단전압과, 상기 역전 슈미트트리거를 통한 저항(R5)의 양단전압 그리고 출력단자(Vo) 및 전원전압(+15V_{D C})에 연결된 저항(R4)의 양단전압이 반전단자(-)에 인가되도록 연결된 역전 오피앰프

상기 역전오피앰프의 출력이 입력양단(X,Y)에 입력되도록 한 제1멀티플라이어

상기 제1멀티플라이어의 출력단(Z)을 통한 전압이 입력일단(Y)에 입력되고, 명령기를 통한 전류명령(IC)이 입력타단(X)에 입력되도록 하여 출력단(Z)을 통해 보상된 전류명령(ICC)이 출력되도록 한 제2멀티플라이어를 구성하므로서 달성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서 종래의 기술과 동일한 부분은 같은 부호를 명기하여 표시하였다.

제5도는 본 발명의 첨두전력 제어장치의 회로구성도로서, 서보모터(4) 소정위치에 설치된 속도센서(도시생략)를 통한 감지신호 전압(Vf)이 전압분배회로(10)의 분배저항(R1,R2)으로 인가되도록 연결하고, 상기 전압(Vf)은 저항(R3)을 통해 비반전단자(+)가 접지된 역전 오피앰프(30)의 반전단자(-)에 인가되도록 연결하며, 상기 전압분배회로(10)의 분배전압이 비반전단자(+)가 접지된 역전 슈미트트리거(20)의 반전단자(-)에 인가되도록 연결하고, 상기 역전 슈미트트리거(20)의 출력측을 저항(R5)을 통해 전원전압(+15V_{D C})과 연결된 상기 역전 오피앰프(30)의 반전단자(-)에 연결하며, 이 오피앰프(30)의 출력단자(Vo)를 저항(R4)을 통해 전원전압(+15V_{D C})에 연결 및 제1멀티플라이어(40)의 입력양단(X,Y)에 연결하고, 상기 제1멀티플라이어(40)의 출력단(Z)을 제2멀티플라이어(50)의 입력일단(Y)에 연결하며, 명령기(8)를 통한 전류명령(IC)이 제2멀티플라이어(50)의 입력타단(X)에 인가되도록 하여 제2멀티플라이어(50)의 출력단(Z)을 통해 보상된 전류명령(ICC)가 출력되도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 첨두전력 제어장치(100)를 서보제어기(7)내에 내장시키므로서 종래의 제4도에 의한 소요전력 곡선을 본 발명의 제7도에 의한 소요전력 곡선으로 제어하게 된다.

전압분배회로(10)는 역전 슈미트 트리거(20)의 공급전원과 레벨을 맞추기 위한 속도센서출력 분할회로이고, 역전 슈미트트리거(20)는 속도센서의 출력전압(Vf)을 발전시키기 위한 회로이다.

역전오피앰프(30)는 속도센서 출력전압(Vf)의 값에 따라 출력전압(Vo)의 값이 비례적으로 변화되도록 하기 위한 회로이고, 각 멀티플라이어(40,50)는 내부게인이 0.1인 곱셈기이다. 즉 각 멀티플라이어(40,50)의 출력단(Z)의 출력값은 Z=0.1*X*Y이다.

상기 속도센서 출력전압(Vf)의 방향에 따라 역전슈미트 트리거(20)의 출력값의 방향은 반전되는 바, 본 발명에서는 상기 출력전압(Vf)이 양(+)인 경우를 기준으로 하기에 설명하기로 한다.

키르히 호프(KIRCHHOFF)의 전류법칙에 의해 지점(A)에서, Vf/R3 + (-14V)/R5 = (-Vo)/R4 가 된다.

여기서 -14V는 역전 슈미트트리거의 출력전압으로 내부저항에 의해 원래의 15V보다 작게 출력된다.

따라서, Vo = R4 (14V/R5 - Vf/R3) 로 되어

Vo = K - Vf/R3 (K ; 상수) 가 된다.

상기 식에서 알 수 있는 바와 같이 속도센서 출력전압(Vf) 즉, 서보시스템의 속도가 제로(0)일 때 역전오피앰프(30)의 출력전압(Vo)의 값은 최대가 되고, 속도센서 출력전압(Vf) 즉, 서보시스템의 속도가 증가함에 따라 역전오피앰프(30)의 출력전압(Vo)의 값은 비례적으로 감소하게 된다. 이에 대한 관계도를 제8도에 도시하였다.

역전오피앰프(30)의 출력전압(Vo)은 제1멀티플라이어(40)의 입력양단(X,Y)으로 입력되고, 여기서 입력값의 제곱근에 0.1을 곱한 값으로 계산되어 역전오피앰프(30)의 출력단(Z)으로 출력된다.

이 출력된 값은 제2멀티플라이어(50)의 입력일단(Y)에 입력되고, 명령기(8)를 통한 전류명령(IC)이 제2멀티플라이어(50)의 입력타단(X)에 입력되어, 각 입력값이 0.1과 함께 곱해져 제2머티플라이어(50)의 출력단(Z)을 통해 보상된 전류명령(ICC)값으로 출력된다.

이 보상된 전류명령(ICC)값은 전력증폭기(3)에 입력되어 제6도에 도시된 바와 같은 전류형태로 나타나게된다. 결과적으로 소요전력은 제7도에 도시된 바와 같이 부하(6)의 초기단계 구동위치와 최종단계의 구동위치 즉, 가속 및 감속시에 침투소요 전력을 적절하게 보상할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 서보시스템에서 소요되는 전력을 서보제어기에서 제어할 수 있는 첨두전력 제어회로를 통해 제어되도록 하므로서, 전원공급장치에 별도의 에너지 저장장치(예를들어 커패시터뱅크 또는 회전변환기 등)를 설치할 필요없고 전력소스에도 최소소요 전력만을 공급가능하게 하여 비용 및 공간을 간소화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 서보모터 소정위치에 설치된 속도센서를 통한 감지신호 전압(Vf)을 분할 하기위한 전압분배회로와 : 상기 전압분배회로를 통한 분배전압이 반전단자(-)에 입력되도록한 역전슈미트 트리거와 ; 상기 속도 센서를 통한 저항(R3)의 양단전압과, 상기 역전슈미트트리거를 통한 저항(R5)의 양단전압 그리고 출력단자(Vo) 및 전원전압(+15V_{D C})에 연결된 저항(R4)의 양단전압이 반전단자(-)에 인가되도록 연결된 역전오피앰프와 : 상기 역전오피앰프의 출력이 입력양단(X,Y)에 입력되도록 한 제1멀티플라이어 및 ; 상기 제1멀티플라이어의 출력단(Z)을 통한 전압이 입력일단(Y)에 입력되고, 명령기를 통한 전류명령(IC)이 입력타단(X)에 입력되도록 하여 출력단(Z)을 통해 보상된 전류명령(ICC)이 출력되도록 한 제2멀티플라이어로 구성됨을 특징으로 하는 첨두 소요 전력 제어장치.