KR0163082B1 - 서보모터 동기제어시스템 및 그 방법 - Google Patents

서보모터 동기제어시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 퍼지보드를 사용하여 두 서보모터의 동기를 제어하기 위한 서보모터 동기제어시스템 및 그 동기제어방법에 관한 것으로, 동기제어대상인 제1모터 및 제2서보모터; 서보모터의 방향을 나타내는 CCW신호를 받아 서보모터의 운용방향 전환시에 필요한 제어신호를 발생하는 제어수단; 상기 제1 및 제2서보모터로부터 발생된 위치제어신호에 따라 퍼지화과정 및 비퍼지화과정을 통하여 서보모터의 펄스열 가변정도를 제어하기 위한 정보를 발생하는 퍼지수단; 및 상기 제어수단의 제어신호 및 퍼지수단의 제어정보를 이용하여 서보모터 구동신호인 CW의 펄스열을 주파수변조하고, 변조된 CW신호를 상기 제1서보모터 또는 제2서보모터로 인가하는 신호변조수단을 포함함을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 서보모터 동기제어시스템에 의하면, 퍼지보드를 사용하여 서보모터 동기제어를 수행하도록 함으로써, 대형 직교좌표형 위치결정기구의 고속/고정도 제어의 실현이 가능하다.

Description

서보모터 동기제어시스템 및 그 방법
제1도는 본 발명에 따른 서보모터 동기제어 시스템의 구성블럭도.
제2도는 펄스열 정상상태 및 펄스열 가변시의 서보모터로 인가되는 CW와 CCW의 파형을 도시한 도면.
제3도는 CPU의 인터럽트신호와 CCW신호와의 관계를 도시한 도면.
제4도는 제1도에 도시된 CPU부의 구성블록도.
제5도는 퍼지보드의 입출력 규칙이 저장된 모습을 도시한 도면.
제6도는 서보모터에서 출력되는 위치정보를 디지털화하기 위한 위치신호검출기의 회로도.
제7도는 두 서보모터간의 속도차를 검출하기 위한 서보모터의 속도비교기의 회로도.
제8도는 FM제어선택기의 회로도.
제9도는 서보모터 동기제어시스템에서 퍼지제어에 관련된 회로의 상세 구성블럭도.
제10도는 퍼지제어에 관련된 전체 회로도.
제11도는 퍼지제어기의 기본구성을 도시한 도면.
제12도는 본 발명에 적용되는 퍼지추론기관의 구조를 도시한 도면.
제13도는 제12도에 도시된 퍼지추론기관을 병렬로 연결한 병렬추론기관을 도시한 도면.
제14도는 퍼지화회로의 구성블럭도.
제15도는 비퍼지화회로의 구성블럭도.
제16도는 본 발명에 의한 두 서보모터의 동기제어방법을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명은 서보모터의 동기제어시스템에 관한 것으로, 특히 퍼지보드를 사용하여 두 서보모터의 동기를 제어하기 위한 서보모터 동기제어시스템 및 그 동기제어방법에 관한 것이다.
퍼지이론은 인간의 주관적이고 불분명하고 애매모호한 언어 의미를 수학적으로 다루어 유용한 정보를 얻을 수 있도록 한 것이다. 다시 말하면 기존의 크리스프(crisp)한 시스템에서는 처리하기 힘든 불분명한 정보, 애매모호한 지식 및 논리 등을 퍼지이론을 도입하여 인간과 비슷하게 처리할 수 있도록 한 것이다. 따라서 퍼지이론은 컴퓨터의 사고를 인간의 사고에 닮게하여 현재 우리들이 추구하는 인공지능 세계를 실현하는 하나의 방안으로 각광받고 있다. 그래서 퍼지 코어칩 개발과 같은 연구수행이 매우 필요하다.
위치결정제어계에 있어서 구동부를 단일구조로 할 경우에는 안내기구 중앙부에 위치시키는 것이 바람직하지만, 레이저절단기나 갠트리형 로봇 등과 같이 스팬(span)이 길거나 기구부 구조상 구동부를 중앙에 설치하기 어려운 경우에는 이송기구를 안내기구를 따라 배치해야 하는 데 이러한 구조는 위치결정제어계의 고속화, 고정도화에 결정적인 장애요인으로 작용하고 있다. 따라서 이러한 기구에 대해 고속, 고정도의 위치제어를 실현하려면 2개의 구동기구부를 동기제어할 수 있는 제어장치가 필수적인 요건이다.
본 발명의 목적은 퍼지이론을 응용하여 부하효과가 달라지더라도 두 서보모터의 동기를 맞출 수 있는 서보모터 동기제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 퍼지이론을 응용하여 두 서보모터의 동기를 맞출 수 있는 서보모터의 동기제어방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 서보모터 동기제어시스템은,
동기제어대상인 제1모터 및 제2서보모터; 서보모터의 방향을 나타내는 CCW신호를 받아 서보모터의 운용방향 전환시에 필요한 제어신호를 발생하는 제어수단; 상기 제1 및 제2서보모터로부터 발생된 위치제어신호에 따라 퍼지화과정 및 비퍼지화과정을 통하여 서보모터의 펄스열 가변정도를 제어하기 위한 정보를 발생하는 퍼지수단; 및 상기 제어수단의 제어신호 및 퍼지수단의 제어정보를 이용하여 서보모터 구동신호인 CW의 펄스열을 주파수변조하고, 변조된 CW신호를 상기 제1서보모터 또는 제2서보모터로 인가하는 신호변조수단을 포함함을 특징으로 한다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 서보모터 동기제어방법은,
두 서보모터에 의하여 발생되는 위치신호를 각각 검출하는 과정;
상기 검출된 위치신호에 따라 두 서보모터 간의 속도차를 검출하는 과정;
상기 검출된 위치신호 및 속도차에 관한 정보에 따라 제어대상 서보모터를 선택하는 과정; 퍼지규칙에 적용하여 현재 두 서보모터에 입력되는 구동펄스열을 주파수변조에 의하여 가변하는 과정; 및 상기 가변된 펄스열은 서보모터로 인가되어 제어된 모터속도에 의하여 동작하게 하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 자세하게 설명하고자 한다.
본 발명에 의한 퍼지코어(core)칩 개발에서 퍼지추론방법으로는 MIN-MAX법으로 크리스프(crisp)한 입력데이타를 퍼지화하고, 비퍼지화방법에서는 면적중심법(C. O. A)으로 다시 퍼지화된 데이터를 크리스프한 데이터로 만든다.
퍼지집합으로는 소속함수를 64 엘리먼트(element)로 나누고 그 하나에 해당하는 값을 4비트(16레벨)로 나타낸다. 퍼지추론을 전방향추론과 후방향추론이 있다. 전방향추론은 전단부로서 후반부를 추론하고, 후방향추론은 그 반대이다. 여기에서 제어할 대상은 미지수이지만, 제어대상은 알 수 있기 때문에 전방향추론을 사용한다.
그리고 사용된 MIN-MAX방법은 하드웨어 구현이 용이하다.
비퍼지화 방법으로 여러 가지 방법이 있는데, 대표적인 방법으로는 면적중심법(COA)과 무게중심법(COG)이 있다. 면적중심은 하드웨어 구현이 용이하고, 최종 추론퍼지집합의 면적의 절반값에 대응하는 값이 면적중심에 해당하는 값이다. 무게중심법은 최종 추론퍼지집합의 면적의 무게중심에 대응되는 값이 무게중심값이고, 나눗셈기가 꼭 필요하다.
본 발명에서는 면적중심법을 사용하여 비퍼지화한다. 그리고 비퍼지화방법은 비교기를 사용하여 나눗셈기를 대신하였기 때문에 무게중심보다 구조가 간단하고 속도도 빠르고 하드웨어 구현도 용이하다.
퍼지규칙은 자동소속함수 발생기(auto membership function generator)에 의해 생성되고 그 모양은 삼각형이다. 가로축은 64개 엘리먼트로 구성되어 있고 세로축은 4비트의 소속함수로 구성되어 있다.
퍼지규칙은 인간의 경험에 의하여 생성되어지고 퍼지시스템에서 매우 중요한 역할을 한다. 그렇기 때문에 퍼지규칙은 전문가에 의해서 생성되어야 한다. 그러므로 퍼지규칙을 자동으로 생성할 수 있으면 매우 편리하다. 인간이 방대한 정보를 다 알 수 없으므로 컴퓨터가 상황에 맞게 퍼지규칙을 생성할 수 있다면 그 시스템은 매우 편리하고 효용성이 증대된다.
본 발명에서는 퍼지규칙을 자동생성할 수 있는 자동 소속함수 발생기를 데이터베이스로 구현할 수 있다. 또한 제작된 퍼지보드를 사용하여 서보모터의 입력펄스를 제어하여 특성이 다른 두 서보모터의 위치 동기제어 콘트롤러를 설계한다.
제1도는 본 발명에 의한 서보모터 동기제어장치의 전체적인 구성블럭도를 도시한 도면이다. 본 발명에 의한 서보모터 동기제어시스템은 제어대상인 제1모터(13) 및 제2모터(14)를 제어하기 위하여 CPU부(11), FM제어기(12) 및 퍼지보드(15) 등을 포함하여 구성된다.
CPU부(11)는 서보모터의 방향을 나타내는 CCW신호를 받아 서보모터의 운용방향 전환시에 필요한 제어신호를 발생하여 전체 제어기의 초기화 및 정보 클리어(clear)를 수행한다.
제3도는 CCW의 정보를 이용한 방향전환시 CPU(80C196KC)의 인터럽트신호(INTR.)와 CCW신호와의 관계를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 CPU부(11)는 CCW신호에 의하여 서보모터의 방향이 정방향에서 역방향으로 또는 그 반대로 바뀔 때마다 인터럽트신호를 발생함을 알 수 있다.
제4도는 제1도에 도시된 CPU(11)의 구성블럭도를 도시한 도면이다. 본 실시예에서 CPU는 80C196KC를 사용하였으며, 그에 관련된 클럭발생기, 리셋발생기, 버스제어기, 어드레스디코더, ROM, RAM, PC인터페이스(PC INTF), LED, LCD, 입출력부 등은 통상의 CPU주변회로의 그것과 동일하므로, 그 자세한 설명은 생략한다.
FM제어기(12)는 CPU부(11)의 제어신호 및 퍼지보드(15)의 제어정보를 이용하여 서보모터 구동신호인 CW의 순간펄스열을 주파수변조(Frequence Modulation)를 통하여 가변한다. 그 가변된 CW신호는 제1모터(13) 및 제2모터(14)로 인가되어 그 모터속도를 제어하게 된다. 이 때 CW펄스는 단위시간당 펄스의 개수는 변화가 없으며 단지 두 서보모터에 입력되는 펄스의 주파수만 가변하게 된다.
제2도는 펄스열 정상상태 및 펄스열 가변시의 서보모터로 인가되는 CW와 CCW의 파형을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 서보모터의 속도가 느린 경우, 동일한 주기에서 같은 펄스 수를 발생하지만 주파수변조된 펄스가 발생됨을 알 수 있다.
퍼지보드(15)는 두 서보모터(13, 14)로부터 발생된 위치제어신호를 분석하여 느린 서보모터의 펄스열 가변정도를 제어하기 위한 신호를 발생하여 FM제어기(12)로 전달한다.
퍼지보드(15)는 서보모터에서 출력되는 위치정보를 디지털화하는 서보모터의 위치신호검출기능, 두 서보모터 간의 속도차를 검출하는 모터속도비교기능, 및 두 서보모터의 속도의 빠르고 느림에 따라 두 모터중에서 어느 쪽을 주파수변조할 것인가를 결정하는 FM제어선택기능을 수행한다.
제6도는 서보모터에서 출력되는 위치정보를 디지털화하기 위한 위치신호검출기의 회로도를 도시한 도면이다. 여기에서 서보모터의 출력신호 위상 A 및 위상 B를 이용하여 클럭카운터(Clock Counter)를 수행하여 비교기 및 감산기 회로의 입력데이타로 사용한다. 이때 각 클럭카운터의 래치클럭 및 카운터클리어는 CW신호의 4분주 클럭을 이용하여 수행시키고 재로딩한다.
제7도는 두 서보모터간의 속도차를 검출하기 위한 서보모터의 속도비교기의 회로도를 도시한 도면이다. 두 서보모터의 위치완료신호를 이용하여 제7도와 같이 비교기 및 감산기 회로를 이용하여 두 모터의 속도차를 구한다. 그래서 그 결과는 서보모터로 입력되는 신호를 제어하기 위하여 퍼지보드의 입력데이타로 이용되며, 이때 입력되는 데이터는 6비트의 데이터이며 그 값은 속도차의 절대치이다.
제8도는 FM제어선택기의 회로도를 도시한 도면이다. 퍼지보드에서 출력되는 제어정보를 제8도에 도시된 바와 같이 두 서보모터의 속도의 빠르고 느림에 따라 두 서보모터 중에서 어느 쪽 모터의 신호를 주파수가변하여 입력할 것인가를 결정한다.
제9도는 서보모터 동기제어시스템에서 퍼지제어에 관련된 회로의 상세 구성블럭도를 도시한 도면으로, 서보모터 구동신호인 CW신호가 입력되어 FM카운터(96)의 제어신호에 따라 CW신호를 주파수변조하여 CW1신호를 발생하고, 이를 제1모터(921)로 전송하는 제1주파수가변(FM)부(911), 서보모터 구동신호인 CW신호가 입력되어 FM카운터(96)의 제어신호에 따라 CW신호를 주파수변조하여 CW2신호를 발생하고, 이를 제2모터(922)로 전송하는 제2주파수가변(FM)부(912), 서보모터의 방향을 설정하는 CCW신호 및 제1주파수가변부(911)로부터 전송된 모터속도 제어를 위한 CW1신호에 따라 동작하는 제1모터(921), 서보모터의 방향을 설정하는 CCW신호 및 제2주파수가변부(912)로부터 전송된 모터속도 제어를 위한 CW2신호에 따라 동작하는 제2모터(922), 제1모터(921)의 동작상태에 따라 발생하는 위상 A, B, C신호를 카운트하는 제1클럭카운터(931), 제2모터(922)의 동작상태에 따라 발생하는 위상 A, B, C신호를 카운트하는 제2클럭카운터(932), 제1클럭카운터(931) 및 제2클럭카운터(932)에서 발생된 카운트값을 서로 비교하여, 그 비교결과를 선택기(97)로 출력하는 비교기(941), 제1클럭카운터(931) 및 제2클럭카운터(932)에서 발생된 카운트값의 차이값에 대한 절대값을 발생하여, 그 값을 퍼지보드(98)로 전송하는 절대값계산부(942), CCW신호를 4분주하여 그 분주신호를 제1클럭카운터(931) 및 제2클럭카운터(932)로 출력하는 1/4분주기(95), 절대값계산부(942)로부터 전송된 값에 따라 선택기(97)를 제어하기 위한 정보를 발생하는 퍼지보드(98), 비교기(941)로부터 전송된 비교결과 정보 및 퍼지보드(98)로부터 전송된 제어정보에 따라 두 서보모터(921, 922)중에서 어느 쪽 모터로 입력되는 CW신호를 주파수가변할 것인가를 결정하는 선택기(97), 그리고 선택기(97)의 제어신호에 따라 주파수변조의 정도를 카운트하여 제1 및 제2주파수변조부(911, 912)를 제어하는 FM카운터(96) 등으로 구성된다.
제10도는 퍼지제어에 관련된 회로인 위치정보검출회로, 속도차검출회로 및 FM제어선택기의 연결관계를 나타낸 전체 회로도를 도시한 도면이다.
제16도는 본 발명에 의한 두 서보모터의 동기제어방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
두 서보모터에 의하여 발생되는 위치신호를 각각 검출하고(161), 그에 따라 두 서보모터 간의 속도차를 검출한다(162). 이러한 위치신호 및 속도차에 관한 정보에 따라 제어대상 서보모터를 선택하고(163), 이를 퍼지규칙에 적용하여 현재 두 서보모터에 입력되는 펄스열을 주파수변조에 의하여 변화시킨다(164). 그 가변된 펄스열은 서보모터로 인가되어 제어된 모터속도에 의하여 동작하게 된다(165). 이러한 과정은 서보모터가 동작하는 동안 계속된다.
즉, 서보모터의 동기제어방법은 두 서보모터의 위치신호를 받아 두 서보모터 중 느린 것에 대해서 그 서보모터에 입력되는 신호 펄스열을 순간가변하는 방법으로 동기화한다.
이하에서는 본 발명에 의한 서보모터 동기시스템에 적용된 퍼지이론에 대하여 상세히 설명한다.
두 개의 서보모터시스템을 동기화함에 있어서 문제가 되는 것들은 서보모터 자체의 기계적 차이점과 모터를 구동시키는 서보팩에 있어서의 전기회로적인 차이점을 들 수 있다. 그러나 이러한 자체 시스템의 차이점보다도 문제가 되는 것은 실제 작업필드에서 작동할 때 두 모터에 걸리는 부하의 차이에 의해서 두 모터의 작업속도 및 위치가 차이난다는 점이며, 이때 양쪽 모터에 걸리는 부하 또한 사전에 전혀 예측할 수 없다는 것이다.
이러한 시스템을 수학적인 도구를 사용하여 정량적으로 설계할 경우 설계작업도 어려울 뿐만 아니라 비선형적인 요소가 많은 모터시스템의 특성을 고려할 때 정확하게 동작할지는 많은 의문의 소지가 있다.
그래서 비선형성과 시스템의 모호성을 잘 흡수할 수 있는 퍼지이론을 두 개 서보모터의 동기화시스템에 적용한다.
여기서, 퍼지제어에 관련하여 사용되는 용어에 대하여 살펴본다.
소속함수(Membership Function)란 입력값의 정도를 정의하는데 사용되는 각각 구별된 구역범위를 의미한다. 소속함수는 들어온 입력값의 의미를 알기 위하여 입력값과의 비교연산에 이용된다. 이 과정을 입력추론이라 한다. 퍼지변수(Fuzzy Variables)란 소속함수와 입력값을 사용하여 나타낸 언어적인 표현이다. 퍼지규칙(Fuzzy Rules)은 1개나 그 이상의 퍼지변수와 출력값으로 이루어진다. 일반적으로 출력값도 퍼지화되어 있어서 출력추론을 거쳐 디퍼지화해야만 제어대상의 제어값으로 출력되는 것이 표준적인 방법이다.
먼저, 퍼지추론(Fuzzy Inference)에 대하여 살펴보면, 주어진 규칙과 사실의 모임으로부터 논리적으로 타당한 새로운 사실을 얻어내는 것을 추론이라 하며, 추론의 종류에는 전향추론 및 후향추론이 있다.
전향추론 및 후향추론은 다음과 같이 표현할 수 있다.
일반적으로 전향추론은 제어에 많이 이용되고, 후향추론은 의학진단 등의 전문가 시스템에 이용된다. 특히 퍼지제어기는 시스템의 특성이 복잡하여 기존의 정량적인 방법으로는 해석할 수 없거나 얻어지는 정보가 정성적이고 부정확하고 불확실한 경우에 기존의 제어기보다 우수한 제어결과를 나타내며 퍼지제어기의 중요한 부분은 언어적형식의 제어규칙이 된다.
퍼지제어는 복수 개의 제어규칙 if-then 형식을 취하므로 병렬형 제어구조를 가지며, 비선형성이 크고 복잡한 플랜트의 제어에 효과적이다.
일반적인 제어시스템에서 제어기의 입출력은 모두 명확한 값으로 주어진다. 그러나 퍼지제어기에서는 입출력이 애매한 퍼지값으로 주어지게 되며, 제어규칙은 다음과 같이 주어진다.
IF E is PB and CE is PS, then U is PB.
여기서 PB는 Positive Big, PS는 Positive Small을 나타내는 퍼지집합이다. 퍼지제어기는 퍼지논리를 도입하여 전방향 추론을 확장시켜 추론하면, 다음과 같다.
여기서 A'는 A의 퍼지입력값이고 B'는 유추된 퍼지출력이 된다.
제11도는 퍼지제어기의 기본구성을 도시한 도면이다. 퍼지제어기는 퍼지화도입부(101), 지식베이스(102), 추론부(103), 비퍼지화부(104)로 구성된다. 퍼지화도입부(101)는 입력값의 퍼지화를 수행하며, 지식베이스(102)는 제어목적과 전문가의 제어방침을 언어적제어규칙들로 구성하고, 추론부(103)는 퍼지논리의 추론규칙을 도입하여 인간의 의사결정방식을 묘사하여 퍼지제어출력을 구해준다. 비퍼지화부(104)는 앞에서 계산된 퍼지값을 실제 제어입력에 맞게 명확한 값으로 변환한다.
그 값은 제어시스템(105)으로 인가된다.
퍼지규칙에서 조건부와 결론부의 언어적 변수는 퍼지집합에 대응되며 소속함수를 갖는 퍼지집합으로 정의된다. 대체로 퍼지변수는 다음과 같은 퍼지값들을 가지며 각각 고유한 소속함수를 갖는다.
퍼지집합은 전체 집합의 형태에 따라 연속형과 이산형의 함수를 가질 수 있으며, 연속형에는 범종형과 삼각형 퍼지변수가 이용되며, 이산형 퍼지변수로는 소속함수의 값이 이산형 수치벡터로 주어진다.
입출력변수로는 연속형과 이산형 중 어느 것을 사용해도 되지만 외란의 영향이 심한 경우에는 소속함수의 형태를 넓게 잡아 외란에 대한 감응도를 낮게 해 주어야 한다. 퍼지추론법으로는 퍼지집합의 소속함수를 단조형으로 사용하여 추론을 단순화시킨 추론 등 여러 가지가 있으나 MIN-MAX방법을 이용하는 것이 가장 많이 이용된다. n개의 퍼지제어규칙으로 구성된 제어기의 경우,
이상의 규칙을 추론하면 i번째 규칙은 다음과 같이 추론된다.
여기서, αi: i번째 제어규칙이 제어동작에 대한 기여도
Ci: 제어규칙의 결론부
Ci' : 규칙 i에서 추론된 결론
w : 제어를 나타내는 전체집합 c내의 변수
다음으로 본 발명에 적용된 퍼지추론기의 구조에 대하여 살펴본다.
퍼지로직은 0과 1사이의 실수로 표현되기 때문에 기존의 디지털컴퓨터로 구현하는 데는 상당한 시간이 소요된다. 즉 수백개의 퍼지 임플리케이션(Fuzzy Implication)들을 가지는 퍼지추론은 실시간내에 실시간모드(real time mode)로 수행하기가 쉽지 않다. 따라서 이진신호가 아닌 퍼지신호를 다루는 하드웨어 시스템을 요구하게 된다.
이처럼 퍼지추론을 할 수 있는 하드웨어 구조를 갖는 것이 퍼지컴퓨터이고 이때의 추론방법은 전향추론이나 후향추론의 근사추론이 가능해야 한다.
제12도는 본 발명에 적용되는 퍼지추론기관의 구조를 도시한 도면이다.
C-min부분(111)은 MIN연산을 하는 부분으로 입력 A'와 퍼지변수 A를 받아서 A'와 A의 교집합을 구한다. 여기서 A'와 A는 m원소 퍼지집합이다. E-max(113)은 C-min부분에서 출력된 퍼지 교집합에서 소속함수의 최대값 a를 구하여 출력하는데 이 교집합의 높이가 a로 된다.
절단(truncation)부분(115)은 출력퍼지집합 B와 앞에서 구한 교집합의 높이 a와 교집합을 구한다. 즉, 퍼지규칙에 저장된 퍼지집합 B를 높이 a로 절단하여 소속정도 a이하의 퍼지집합 B'를 출력한다.
제13도는 제12도에 도시된 퍼지추론기관을 병렬로 연결한 병렬추론기관을 도시한 도면으로, 각 퍼지추론기관의 출력이 최종적으로 MAX연산에 합성된 퍼지집합 B'를 얻는다.
퍼지제어기는 추론 결과 최종 합성된 퍼지집합 B'를 특정한 제어값으로 변환하는 비퍼지화하는 부분이 퍼지컴퓨터와 다르다. 따라서 본 발명에서는 비퍼지화하는 방법 중 추론된 최종 퍼지집합의 면적의 중심에 대응되는 값을 찾는 면적중심법을 사용한다.
다음으로 본 발명에 적용되는 퍼지보드의 제작에 대하여 설명한다.
본 발명에서 퍼지보드는 입력신호를 싱글톤형의 데이터로 인가한다. 기능면에서 싱글톤형은 퍼지형과 별반 차이가 없을 뿐만 아니라 입력추론 부분을 플립플럽과 싱글톤 발생회로만으로 설계함으로써 입력추론 부분이 매우 간단하게 된다.
퍼지제어의 퍼지추론 결과는 퍼지집합으로 출력된다. 결국 애매한 정보의 형태로 결론이 얻어진 것이다. 그러나 제어에서 퍼지집합을 플랜트의 조작량으로 출력하면 플랜트를 움직이게 할 수 없으므로 결과로서 얻어진 애매한 정보 속에서 에센스를 추출하는 즉, 애매한 퍼지정보를 수치로 변환하여 명확한 비퍼지 제어 조작량으로 변환해 주어야 하는데, 이 과정을 비퍼지화라 하며, 아래와 같이 표현된다.
Uo = defuzzifier (U)
여기서, U : 퍼지추론의 퍼지결과
Uo : 플랜트 제어입력이 되는 명확한 값
비퍼지화방법에는 무게중심법, 최대값방법 및 최대평균값방법 등이 있다.
퍼지추론을 가능케하는 하드웨어 시스템을 디지털방식으로 설계하고 퍼지추론회로 및 비퍼지화회로의 동작을 검증하기 위하여 기존의 디지털칩을 이용하여 퍼지보드를 제작하여 설계한다. 제작된 퍼지보드는 범용적으로 사용할 수 있으며 실시간으로 퍼지추론을 가능하게 한다.
퍼지보드는 MIN, MAX회로 및 비퍼지회로를 쉽게 구현할 수 있는 TTL계열의 칩, EPROM, SRAM을 사용하여 퍼지추론회로와 비퍼지화회로를 제작한다. 전체 퍼지보드의 구성은 퍼지화 및 비퍼지화 보드를 통합한 보드와 컨트롤보드로 구성된다. 그리고 각 규칙들은 시스템에 맞게 가변하기 쉽도록 EPROM에 저장한다. 퍼지화 과정은 MIN과 MAX 만으로 구성되어 있다. 그리고 두 개의 입력신호에 해당하는 각각의 최종퍼지값들을 상황에 따라 MIN, MAX연산을 바꾸어 할 수 있도록 퍼지보드 마지막 단에 절환스위치를 구비한다.
퍼지보드와 비퍼지보드의 동작을 용이하게 확인할 수 있도록 입력으로 싱글톤신호를 이용한다. 비퍼지화회로는 면적중심에 대응하는 제어값을 찾는 회로를 가산기(Accumulator)와 비교기(Comparator), 그리고 플립플럽(Flip-Flop)을 이용하여 간단히 설계한다. 퍼지값의 입력값으로는 두 모터의 펄스 개수의 차이값이 래치되어 인가되고 내부데이타 신호는 4비트 신호를 이용한다.
다음은 싱글톤 입력형 퍼지보드의 사양에 대한 것이다.
(1) 입력갯수 : 2개
(2) 입력형태 : 6비트 디지털 싱글톤 입력
(3) 소속함수 형태 : 4비트 디지털데이타
(4) 입력퍼지규칙 개수 : 5개
(5) 출력퍼지규칙 개수 : 5개
(6) 규칙 해상도 : 4비트
(7) 속도 : 255/1MHz
(8) 최종 퍼지값 : 4비트 디지털데이타
(9) 최종 비퍼지값 : 6비트 디지털데이타
(10) 규칙 형태 : 삼각형규칙
(11) 비퍼지형식 : 면적중심법
(12) 공급전원 : 5V DC
제5도는 퍼지보드의 전체 5개의 입출력 규칙이 저장된 모습을 도시한 도면이다. 퍼지규칙을 구성함에 있어서, 2개의 입력당 각각 10개씩의 입출력 퍼지규칙을 EPROM에 저장하여 이용한다. 각 규칙은 가장 널리 사용되는 삼각형 모양의 소속함수를 사용한다. 각 규칙은 4비트 데이터이며 제각기 32개의 싱글톤으로 구성된다(단, 1번, 5번 규칙은 16개의 싱글톤으로 구성됨)
제14도 및 제15도는 범용적으로 사용할 수 있는 디지털 퍼지보드의 구성블록도이다.
제14도는 퍼지화회로의 구성블럭도로서, 입력값과 조건부 규칙과의 기여도를 구하는 입력추론을 위한 D Flip-Flop(142)과 MIN회로(143), 그리고 입력추론부에서 얻은 값을 사용하여 최종퍼지추론값을 구하는 MIN, MAX단(145)으로 구성된다.
제15도는 비퍼지화회로의 구성블럭도로서, 퍼지화회로에서 얻어진 결과는 비퍼지화회로에 순차적으로 전달된다. 퍼지화회로에서 얻은 일련의 데이터를 SRAM(152)에 저장하면서 동시에 이 값들을 가산기(153)를 사용하여 전부 합산하게 된다. 모든 퍼지추론치를 SRAM(152)에 저장하고 동시에 모든 퍼지추론치의 누산이 끝나면 그 누산값을 오른쪽으로 한비트 쉬프트(155)시켜 절반값을 얻는다. 다시 SRAM(152)에 저장되어 있던 퍼지추론값들을 다시 누산하면서 전에 구했던 절반치와 비교(156)한다. 앞의 절반치와 순간 누산치가 같아지는 순간의 SRAM의 번지수가 마지막단의 D플립플럽단(157)에 래치되는데 이때의 래치값이 비퍼지화값으로 된다.
본 발명에 따른 서보모터 동기제어시스템에 의하면, 퍼지보드를 사용하여 서보모터 동기제어를 수행하도록 함으로써, 대형 직교좌표형 위치결정기구의 고속/고정도 제어의 실현이 가능하다. 또한 본 발명은 퍼지알고리즘을 이용한 서보시스템 개발이나 산업로보트 또는 FA 분야의 위치제어 SYSTEM에 응용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 동기제어대상인 제1모터 및 제2서보모터; 서보모터의 방향을 나타내는 CCW신호를 받아 서보모터의 운용방향 전환시에 필요한 제어신호를 발생하는 제어수단; 상기 제1 및 제2서보모터로부터 발생된 위치제어신호에 따라 퍼지화과정 및 비퍼지화과정을 통하여 서보모터의 펄스열 가변정도를 제어하기 위한 정보를 발생하는 퍼지수단; 및 상기 제어수단의 제어신호 및 퍼지수단의 제어정보를 이용하여 서보모터 구동신호인 CW의 펄스열을 주파수변조하고, 변조된 CW신호를 상기 제1서보모터 또는 제2서보모터로 인가하는 신호변조수단을 포함함을 특징으로 하는 서보모터 동기제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 퍼지수단은 상기 제1 및 제2서보모터에서 출력되는 위치정보를 디지털화하는 위치신호검출수단; 상기 위치정보에 따라 상기 제1 및 제2서보모터 간의 속도차를 검출하는 모터속도비교수단; 및 상기 제1 및 제2서보모터의 속도의 빠르고 느림에 따라 두 모터중에서 어느 쪽의 CW신호를 주파수변조할 것인가를 결정하는 FM제어선택수단을 포함함을 특징으로 하는 서보모터 동기제어시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호변조수단은 상기 CW펄스를 단위시간당 펄스의 개수에는 변화없이 펄스의 주파수만이 가변되도록 변조함을 특징으로 하는 서보모터 동기제어시스템.
  4. 소정의 제어신호에 따라 서보모터의 구동신호인 CW신호를 주파수변조하는 주파수가변수단; 서보모터의 방향을 설정하는 CCW신호 및 주파수가변수단으로부터 전송된 CW신호에 따라 동작하는 제1 및 제2서보모터; 상기 제1 및 제2서보모터의 동작상태에 따라 발생하는 위상신호를 카운트하는 카운터수단; 상기 제1 및 제2서보모터로부터 발생된 카운트값을 서로 비교하여, 그 비교결과를 출력하는 비교수단; 상기 카운터수단에서 발생된 카운트값의 차이값에 대한 절대값을 발생하는 계산수단; 및 상기 계산수단으로부터 전송된 값 및 비교수단으로부터 전송된 비교결과정보에 따라 상기 두 서보모터 중에서 어느 쪽 서보모터로 입력되는 CW신호를 어느 정도 주파수가변할 것인가를 결정하고, 그 결정정보를 상기 주파수가변수단으로 인가하는 제어수단을 포함함을 특징으로 하는 서보모터 동기제어시스템.
  5. 두 서보모터에 의하여 발생되는 위치신호를 각각 검출하는 과정; 상기 검출된 위치신호에 따라 두 서보모터 간의 속도차를 검출하는 과정; 상기 검출된 위치신호 및 속도차에 관한 정보에 따라 제어대상 서보모터를 선택하는 과정; 퍼지규칙에 적용하여 현재 두 서보모터에 입력되는 구동펄스열을 주파수변조에 의하여 가변하는 과정; 및 상기 가변된 펄스열은 서보모터로 인가되어 제어된 모터속도에 의하여 동작하게 하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 서보모터 동기제어방법.
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