KR0165436B1 - Position speed controlling method & device - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 위치.속도 제어 방법은, 사용자로부터의 목표위치값을 반영하여 피드포워드 제어를 수행함과 동시에, 목표위치값과 현재위치값의 차이를 반영하여 비례.적분.미분 제어를 수행하고, 피드포워드 제어의 출력과 비례.적분.미분 제어의 출력을 합친 값에 따라 속도 제어를 수행하는 위치.속도 제어 방법이다. 여기서, 피드포워드 제어의 출력에 대하여 소정의 저역 통과 필터링이 수행된다.In the position / speed control method according to the present invention, the feed forward control is performed by reflecting the target position value from the user, and the proportional, integral and derivative control is performed by reflecting the difference between the target position value and the current position value. The position / speed control method performs speed control based on the sum of the output of the feedforward control and the output of the proportional, integral and derivative control. Here, predetermined low pass filtering is performed on the output of the feedforward control.
Description
제1도는 통상적인 위치.속도 제어 장치를 설명하기 위한 개괄적 블럭도이다.1 is a schematic block diagram for explaining a conventional position-speed control device.
제2도는 제1도의 위치 제어기를 설명하기 위한 블럭도이다.2 is a block diagram for explaining the position controller of FIG.
제3도는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치.속도 제어 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a position-speed control method according to an embodiment of the present invention.
제4도는 제3도에 의거한 위치.속도 제어 장치를 나타낸 블럭도이다.4 is a block diagram showing a position / speed control device based on FIG.
제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치.속도 제어 장치를 나타낸 블럭도이다.5 is a block diagram showing a position-speed control apparatus according to another embodiment of the present invention.
제6도는 제1도의 위치.속도 제어 장치에 의한 가속도 출력 파형도이다.6 is an acceleration output waveform diagram of the position and speed control apparatus of FIG.
제7도는 제4도의 위치.속도 제어 장치에 의한 가속도 출력 파형도이다.7 is an acceleration output waveform diagram of the position and speed control device of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 주제어기 2 : 위치 제어기1: Main controller 2: Position controller
3 : 속도제어기 4 : 제어대상3: speed controller 4: control target
5 : 피드포워드 제어 6 : 비례.적분.미분 제어5: Feedforward Control 6: Proportional, Integral, Derivative Control
7 : 저역통과필터7: low pass filter
본 발명은, 위치.속도 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 현재 위치값 및 사용자로부터의 목표위치값에 따라 위치 제어를 수행하여 속도 명령을 발생시키고, 그 속도 명령에 따라 속도 제어를 수행하는 위치.속도 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a position and speed control method and apparatus, and more particularly, to generate a speed command by performing position control according to a current position value and a target position value from a user, and controlling the speed according to the speed command. Position to perform the speed control method.
제1도는 통상적인 위치.속도 제어 장치를 설명하기 위한 개괄적 블럭도이다. 도시된 바와 같이 통상적인 위치.속도 제어 장치는, 사용자와의 인터페이스(Interface) 기능을 수행하면서 사용자로부터의 이동 명령 시에 계산된 목표위치값을 발생시키는 주제어기(1), 상기 목표위치값 및 현재위치값에 의거하여 위치 제어를 수행하는 위치 제어기(2), 그리고 위치 제어기(2)로부터의 속도 명령에 따라 제어대상(4)을 구동시키는 속도제어기(3)를 갖추고 있다.1 is a schematic block diagram for explaining a conventional position-speed control device. As shown in the drawing, a general position control apparatus includes a main controller 1 which generates a calculated target position value upon a movement command from a user while performing an interface function with the user, the target position value and A position controller 2 which performs position control based on the current position value, and a speed controller 3 which drives the control target 4 in accordance with the speed command from the position controller 2 are provided.
제2도는 제1도의 위치 제어기를 설명하기 위한 블럭도이다. 도시된 바와 같이 통상적인 위치.속도 제어 장치의 위치 제어기(제1도의 2)는, 주제어기(제1도의 1)로부터의 목표위치값을 반영하여 피드포워드 제어(Feedforward Control, 5)를 수행함과 동시에, 상기 목표위치값과 속도제어기(제1도의 3)로부터의 현재위치값 예를 들어, 전동기 축(Shaft)의 현재위치값의 차이를 반영하여 비례.적분.미분(PID) 제어(6)를 수행한다. 피드포워드 제어(5)의 출력과 비례.적분.미분제어(6)의 출력은 서로 합쳐짐으로써 속도 명령으로 작용할 수 있다. 이 속도 명령은, 실제 디지탈값이므로 별도의 디지탈/아날로그 변환기(미도시)를 통하여 전압의 형태로서 속도제어기(제1도의 3)에 입력된다.2 is a block diagram for explaining the position controller of FIG. As shown, the position controller (2 in FIG. 1) of the conventional position and speed control device performs feedforward control (5) by reflecting the target position value from the main controller (1 in FIG. 1). At the same time, the proportional, integral and derivative control 6 reflects the difference between the target position value and the current position value from the speed controller (3 in FIG. 1), for example, the current position value of the motor shaft. Perform The output of the feedforward control 5 and the outputs of the proportional, integral and derivative control 6 can be combined to act as speed commands. Since this speed command is an actual digital value, it is input to a speed controller (3 in FIG. 1) in the form of a voltage through a separate digital / analog converter (not shown).
여기서, 피드포워드 제어(제2도의 5)에 반영되는 입력 즉, 목표위치값은 일반적으로 미분된 값이 적용된다. 이와 같이 미분된 신호는 그 자체에 제어대상(4)의 동작주파수 범위를 벗어난 고주파 성분을 내포하고 있으므로 실질적으로 노이즈의 영향을 쉽게 받게 된다. 이에 따라 피드포워드 제어(제2도의 5)의 출력에는 노이즈 및 리플 성분이 포함되어, 안정적인 제어가 어렵고 제어대상(제1도의 4)에서의 소음이 발생될 확률이 커지게 된다.Here, the input, i.e., the target position value, reflected in the feedforward control (5 of FIG. 2) is generally applied with a differential value. The differential signal as described above contains a high frequency component outside the operating frequency range of the control target 4 itself, so that the signal is substantially affected by noise. Accordingly, the output of the feedforward control (5 in FIG. 2) includes noise and ripple components, which makes it difficult to control stably and increases the probability of generating noise in the control object (4 in FIG. 1).
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 노이즈 및 리플 성분을 제거할 수 있는 위치.속도 제어 방법 및 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to provide a position and speed control method and apparatus capable of removing noise and ripple components.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위치.속도 제어 방법은, 사용자로부터의 목표위치값을 반영하여 피드포워드 제어를 수행함과 동시에, 상기 목표위치값과 현재위치값의 차이를 반영하여 비례.적분.미분 제어를 수행하고, 상기 피드포워드 제어의 출력과 상기 비례.적분.미분 제어의 출력을 합친 값에 따라 속도 제어를 수행하는 위치.속도 제어 방법이다. 여기서, 상기 피드포워드 제어의 출력에 대하여 소정의 저역 통과 필터링이 수행된다.The position and speed control method of the present invention for achieving the above object, the feed forward control by reflecting the target position value from the user, and at the same time reflects the difference between the target position value and the current position value. And a speed control according to the sum of the output of the feedforward control and the output of the proportional, integral and differential control. Here, predetermined low pass filtering is performed on the output of the feedforward control.
상기 또다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 위치.속도 제어 장치는, 사용자와의 인터페이스 기능을 수행하면서 사용자로부터의 이동 명령 시에 계산된 목표위치값을 발생시키는 주제어부; 상기 목표위치값을 반영하여 피드포워드 제어를 수행함과 동시에, 상기 목표위치값과 현재위치값의 차이를 반영하여 비례.적분.미분 제어를 수행하는 위치 제어부; 및 상기 위치 제어부로부터의 속도 명령에 따라 제어대상을 구동시키는 속도 제어부;를 갖춘 위치.속도 제어 장치이다. 여기서, 상기 위치 제어부는, 상기 피드포워드 제어의 출력단에, 소정의 저역통과필터가 포함된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a position control apparatus for controlling a position. A position control unit performing feed forward control by reflecting the target position value and performing proportional, integral and derivative control by reflecting a difference between the target position value and the current position value; And a speed control unit for driving a control object in response to the speed command from the position control unit. Here, the position control section includes a predetermined low pass filter at the output end of the feedforward control.
이에 따라, 피드포워드 제어에 따른 노이즈 및 리플 성분을 제거할 수 있다.Accordingly, noise and ripple components due to feedforward control can be removed.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
제3도는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치.속도 제어 방법을 나타낸 순서도이다. 상술하면, 먼저 소정의 알고리즘에 의거하여 목표위치값을 계산한 후, 상기 목표위치값을 반영하여 피드포워드 제어를 수행함과 동시에, 상기 목표위치값과 현재위치값의 차이를 반영하여 비례.적분.미분제어를 수행하게 한다. 여기서, 상기 피드포워드 제어의 출력에는 노이즈 및 리플 성분이 포함될 확률이 높으므로, 소정의 저역통과 필터링을 수행하게 한다. 이와 같이 고주파 성분이 필터링된 신호와 상기 비례.적분.미분제어의 출력을 합침으로써 하나의 속도 명령으로 작용할 수 있다. 상기 속도 명령은 실제 디지탈값이므로 별도의 디지탈/아날로그 변환기를 통하여 전압의 형태로서 속도 또는 전동기의 회전력을 제어할 수 있다.3 is a flowchart illustrating a position-speed control method according to an embodiment of the present invention. In detail, first, the target position value is calculated based on a predetermined algorithm, and then feed forward control is performed by reflecting the target position value, and at the same time, the difference between the target position value and the current position value is reflected. Differential control is performed. In this case, since the output of the feedforward control has a high probability of including noise and ripple components, predetermined lowpass filtering is performed. In this way, the high frequency component is combined with the output of the proportional, integral and derivative control to act as a speed command. Since the speed command is an actual digital value, it is possible to control the speed or rotational force of the motor in the form of voltage through a separate digital / analog converter.
제4도는 제3도에 의거한 위치.속도 제어 장치를 나타낸 블럭도이다. 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 위치.속도 제어 장치는, 사용자와의 인터페이스 기능을 수행하면서 사용자로부터의 이동 명령 시에 계산된 목표위치값을 발생시키는 주제어기(1); 상기 목표위치값을 반영하여 피드포워드 제어를 수행함과 동시에, 상기 목표위치값과 현재위치값의 차이 즉, 위치오차값을 반영하여 비례.적분.미분제어를 수행하는 위치 제어기(2); 및 상기 위치 제어기(2)로부터의 속도 명령에 따라 제어대상(4)을 구동시키는 속도제어기(3);를 갖추고 있으며, 상기 위치 제어기(2) 내에는 상기 피드포워드 제어의 출력단에, 소정의 저역통과필터(LPF : Low Pass Filter, 7)가 포함되어 있다.4 is a block diagram showing a position / speed control device based on FIG. As shown, the position / speed control apparatus according to the present embodiment includes a main controller 1 for generating a target position value calculated at a movement command from a user while performing an interface function with the user; A position controller (2) which performs the feed forward control by reflecting the target position value and performs proportional, integral and differential control by reflecting the difference between the target position value and the current position value, that is, the position error value; And a speed controller 3 for driving the object to be controlled 4 according to the speed command from the position controller 2, wherein the position controller 2 has a predetermined low range at an output end of the feedforward control. A pass filter (LPF: Low Pass Filter, 7) is included.
제4도의 장치의 동작 과정을 상술하면 다음과 같다. 먼저 주제어기(1)에서는 사용자로부터 입력받은 위치 데이터를 소정의 알고리듬(Algorithm)으로써 계산하여 목표위치값을 산출한다. 다음에 위치 제어기(2)에서는 상기 목표위치값을 반영하여 피드포워드 제어를 수행함과 동시에, 상기 목표위치값과 현재위치값의 차이 즉, 위치오차값을 반영하여 비례.적분.미분제어를 수행한다. 상기 현재위치값은 속도제어기(3)로부터 출력되며, 예를 들어, 제어대상(4)의 전동기 축의 위치값을 나타낸다. 상기 피드포워드 제어의 출력값은 저역통과필터(7)를 통하면서 고주파 노이즈성분이 제거된다. 다음에 고주파 노이즈 성분이 필터링된 신호와 상기 비례.적분.미분제어의 출력을 합침으로써 하나의 속도 명령으로 작용할 수 있다. 상기 속도 명령은 실제 디지탈값이므로 별도의 디지탈/아날로그 변환기(제4도에 도시되지 않음)를 통하여 전압의 형태로서 속도 또는 전동기의 회전력을 제어할 수 있다.The operation of the apparatus of FIG. 4 will now be described in detail. First, the main controller 1 calculates a target position value by calculating position data input from a user using a predetermined algorithm. Next, the position controller 2 performs feed forward control by reflecting the target position value, and performs proportional, integral, and derivative control by reflecting the difference between the target position value and the current position value, that is, the position error value. . The current position value is output from the speed controller 3 and represents, for example, the position value of the motor shaft of the control object 4. The output value of the feedforward control passes through the low pass filter 7 while the high frequency noise component is removed. A high frequency noise component can then act as a speed command by combining the filtered signal and the outputs of the proportional, integral and derivative control. Since the speed command is an actual digital value, it is possible to control the speed or rotational force of the motor in the form of voltage through a separate digital / analog converter (not shown in FIG. 4).
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다. 예를 들어, 상기 저역통과필터를 위치 제어기에 적용하지 않고 속도제어기에 적용할 수도 있다. 제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치.속도 제어 장치를 나타낸 블럭도이다. 도시된 바와 같이 속도제어기(3) 내의 피드포워드 제어 출력단에 저역통과필터(7)를 적용함으로써 고주파 노이즈성분을 제거할 수 있다.The present invention is not limited to the above embodiments, and modifications and improvements are possible at the level of those skilled in the art. For example, the low pass filter may be applied to a speed controller instead of the position controller. 5 is a block diagram showing a position-speed control apparatus according to another embodiment of the present invention. As shown in the figure, by applying the low pass filter 7 to the feedforward control output stage in the speed controller 3, the high frequency noise component can be removed.
본 발명에 따른 실시예의 효과를 확인하기 위하여, 교류전동기 및 서어보 구동 회로를 각춘 제어대상에 대하여 제4도와 같은 제어계를 설계하고, 그 효과를 실험하였다. 여기서 50 ㎐의 저역통과필터를 적용하였다. 상기 제어계의 설계 후 얻어진 전달함수(Transfer function)는 다음과 같다. 즉, H(S) = 2πf / (S + 2πf) 이다. 디지탈 시스템에 적용하기 위하여 상기 식을 빌리니어(Bilinear) 변환법으로써 Z 변환시키면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다. 즉, H(Z) = B / ( 1 - A Z-1) 이다. 여기서, B = 2πfTS, A = exp ( - 2πfTS)이고 TS는 샘플링 시간(Sampling time)을 나타낸다. 상기 Z 변환된 식에서도 리플 및 노이즈 성분이 없어진 것을 알 수 있다. 제6도는 제1도의 위치.속도 제어 장치에 의한 가속도 출력 파형도이다. 제7도는 제4도의 위치.속도 제어 장치에 의한 가속도 출력 파형도이다. 제6도 및 제7도에서 X 축은 상기 교류전동기의 가속도(S/s), Y 축은 상기 가속도에 상당한 출력전압(V)을 나타낸다. 제6도에 도시된 바와 같이 종래의 위치.속도 제어 방법 및 장치에 의하면, 상기 노이즈 및 리플 성분이 재현되고 있음을 확인할 수 있었다. 그러나, 제7도에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 상기 저역통과필터의 작용으로 인하여 상기 노이즈 및 리플 성분이 제거되는 것을 확인할 수 있었다.In order to confirm the effect of the embodiment according to the present invention, an AC motor and a servo drive circuit were designed for the spring control object, and the control system as shown in FIG. 4 was designed and the effect was tested. Here, 50 50 low pass filter was applied. The transfer function obtained after the design of the control system is as follows. That is, H (S) = 2πf / (S + 2πf). In order to apply to a digital system, Z is transformed by the bilinear transformation to obtain the following results. That is, H (Z) = B / (1-AZ -1 ). Here, B = 2πfT S , A = exp (-2πfT S ) and T S represents a sampling time. It can be seen that the ripple and noise components are eliminated even in the Z transformed equation. 6 is an acceleration output waveform diagram of the position and speed control apparatus of FIG. 7 is an acceleration output waveform diagram of the position and speed control device of FIG. In Figs. 6 and 7, the X axis represents the acceleration S / s of the AC motor and the Y axis represents the output voltage V corresponding to the acceleration. As shown in FIG. 6, according to the conventional position and speed control method and apparatus, it was confirmed that the noise and ripple components were reproduced. However, according to the present invention as shown in Figure 7, it was confirmed that the noise and ripple components are removed by the action of the low pass filter.
이상 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 위치.속도 제어 방법 및 장치에 의하면, 위치 제어기 또는 속도제어기의 피드포워드 제어 출력단에 소정의 저역통과필터가 적용됨에 따라 자생적인 노이즈 및 리플 성분이 제거되어, 안정적인 제어를 수행할 수 있을 뿐만 아니라 제어대상에서 발생되는 소음을 줄일 수 있게 된다.As described above, according to the position and speed control method and apparatus according to the present invention, as a predetermined low pass filter is applied to the feed forward control output terminal of the position controller or the speed controller, natural noise and ripple components are removed, thereby making it stable. Not only can the control be performed, but also the noise generated from the control object can be reduced.
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