KR0176475B1 - Vr형 모터의 토크제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명인 VR 형 모터의 토크제어방법은 토크명령과 회전자의 위치정보로부터 토크리플을 최소화하기 위한 토크테이블 및 이에 따른 전류테이블을 만들어 저장할 수 있도록 함으로써 토크리플을 최소화할 수 있는 토크에 해당하는 전류를 제공할 수 있다.
Description
제1a도는 일반적인 1상여자방식인 경우에 토크에서 생기는 토크리플을 도시한 그래프이다.
제1b도는 일반적인 1-2상여자방식인 경우에 토크에서 생기는 토크리플을 도시한 그래프이다.
제2도는 본 발명에 따른 토크제어 시스템도이다.
제3도는 누설플럭스와 전류와의 관계테이블을 구하는 흐름도이다.
제4도는 토크테이블을 구하는 흐름도이다.
제5도는 토크테이블에 대응하는 전류테이블을 구하는 흐름도이다.
제6도는 이상적인 토크파형함수를 도시한 그래프이다.
본 발명은 VR형 모터의 토크제어방법에 관한 것으로, 특히 감속기 없이 직접 로봇을 구동하는 VR 모터의 토크리플을 최소화하는 토크제어기에 관한 것이다.
VR형 모터를 직접구동모터(Direct Drive Motor; 이하 DD 모터라고 함)로 사용하려면 감속기를 사용하지 않고 모터와 기계부하를 직결하는 것이다. 감속기가 없으면 피할 수 없는 기어의 백러시를 완전히 없앨 수 있다.
그런데, 감속기를 없애려면 저속으로 높은 토크를 가진 모터라야 하고, 위치 검출용의 분해능을 높이며, 저속에서도 회전 변동이 작아야 하는 등의 기술적긴 어려운 문제점이 있다.
VR 모터는 제조면에서나 제어회로의 구성면에서 간단하며 저가로 제작이 가능하다는 장점이 있는 반면, VR 모터를 감속기 없이 직접 위치제어에 사용할 경우 VR 모터의 비선형성으로 인하여 고정밀제어가 곤란하게 된다. 즉, 저속 제어시 큰 토크리플이 발생하므로 감속기 없이 로봇을 정밀제어하기 위해서는 이 토크리플을 최소화하는 토크제어기를 사용할 필요가 있다.
모터의 제조방법 중에서 여자 방법에는 1상여자방식, 2상여자방식, 및 1-2상여자방식이 있는데, 1상여자방식은 가장 단순하지만 부하가 큰 경우에는 불안정하게 된다. 또 1-2상여자방식은 스텝각을 절반으로 할 수 있어 작은 각도의 유연한 회전이 얻어지지만, 시퀀스가 2배로 되기 때문에 소프트웨어 설계상 바람직하지 못하다.
여기서, 일반적인 1상여자방식 및 1-2여자방식인 경우에 토크에서 생기는 토크리플을 도시한 그래프인 제1a,b도에서 알 수 있듯이 토크제어에 있어서, 토크리플을 줄이게 되면 출력토크는 거의 선형에 가까워지게 되고, 이에 따라 고정밀제어가 가능하게 되는 것이다.
따라서 , 본 발명의 목적은 VR 모터의 저속제어시 발생하는 토크리플을 최소화함으로써 정밀제어를 가능하게 하는 토크제어방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 VR 형 모터의 토크제어방법은 모터에 인가되는 1상(j=1)의 임의의 θ에 대하여 포화전류제어기로 궤환되어 들어오는 전류(i1)로부터 수학식 1에 따라서,
누설플럭스(λj)를 구하는 누설플럭스 연산과정;
상기 누설플럭스 연산과정에서 연산된 누설플럭스를 이용하여 균일한 간격으로 수학식 2에 따라서,
상호에너지함수(ω)를 구하는 상호에너지 연산과정;
상기 상호에너지 연산과정에서 구한 상호에너지함수 데이타를 위치정보인 θ에 대하여 편미분하여 토크(τ) 테이블을 구하는 토크테이블 구성과정; 및
상기 토크 테이블을 이용하여 토크리플없이 토크명령을 추종할 수 있고, 전류 제한하에서 최대평활토크가 발생할 수 있으며, 각 권선저항의 소모전력을 최소할 수 있는 토크파형함수를 설정하여 상기 토크 데이타에 대응하는 전류 테이블을 구하는 전류 테이블 구성과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명에 따른 토크제어 시스템도로서, 본 발명에 따른 토크제어기(204)가 토크명령와 회전자의 위치정보인 θ입력으로 하여 토크리플을 최소로 할 수 있는 전류명령 u1 *, u2 *, u3 *을 출력하고 있음을 보여준다.
여기서, 토크에 따른 전류데이타를 얻기 위하여 사용되는 수식은 다음과 같다.
여기서, T : 토크
D2: 두번째 변수에 대한 편미분 연산자
ωj: j 번째 상의 상호에너지함수
λj: j 번째의 상의 누설플럭스(Flux Leakage)이다.
그러므로, 토크를 구하기 위해서는 먼저 누설플럭스를 구해야하는데, 제3도는 누설플럭스를 구하여 전류와의 관계를 구하는 방법을 도시한 흐름도인데, 이에 대하여 설명하기로 한다.
제3도의 흐름도에 따르면, 1상(j=1)에 대해서 임의의 θ에 대한 전류(i1)와 누설플럭스(λ1)와의 관계를 구하게 되는데, 다음과 같은 식에 의해서 구해진다.
여기서, R은 권선저항이다. 제3도에서 구하고자 하는 누설플럭스는 θq의 간격이 일정하지 않아 위치데이타와 전류데이타의 간격이 균일한 토크테이블을 구하는 과정을 보이고 있는 것이 제4도의 흐름도이다.
제3도에서 구한 누설플럭스를 큐빅스플라인 보간법(Cubic Spline Interpolation)을 이용하여 균일한 간격의 u1 *에 대하여 구한다. (제400단계)
제400단계에서 구한 누설플럭스를 이용하여 다음과 같은 식에 의해서 상호에너지함수를 구한다.(제402단계)
제402단계에서 구해지는 상호에너지함수의 데이타를 큐빅스플라인 보간법을 이용하여 θ에 대해서 보간한다. (제404단계).
제404단계로부터 얻어지는 상호에너지함수의 데이타를 θ에 대해서 편미분하여 테이블을 구성함으로써 토크를 얻을 수 있다. (제406단계)
본 발명에 따른 토크제어방법은 제4도에서 구한 1상에 대한 토크테이블 τ1= T1(u1 *,θ)로부터 양자화한 토크인 τ1k와 양자화한 θq(여기서, 0≤q≤2π)에 대한 전류테이블인 u1kq *= g1(uk *,θq)를 구하는 과정이 제5도에 도시되어 있다.
이상의 과정에서 구해진 전류명령이 다음 제어성능을 만족하도록 선정하여 룩업테이블을 구성할 수 있는데, 성능조건은 다음과 같다 .
(조건1) 토크리플없이 토크명령을 추종할 수 있도록 한다.
(조건2) 전류 제한하에서 최대평활토크가 발생할 수 있도록 한다.
(조건3) 각 권선저항의 소모전력을 최소화할 수 있도록 한다.
상기 조건들을 만족할 수 있는 토크파형함수를 다음식과 정의하여 토크테이블을 구성할 수 있는데, 이상적인 토크파형함수의 그래프를 제6도에 도시하고 있다.
여기에서 제안된 h1, h2는 다음의 최적화 문제로 해결된다.
위식의 해는 수치해석적 과정으로 간단히 구해진다.
본 발명에 따른 토크제어방법을 간단히 설명하자면, θ=θq 로 두고 전류테이블 uj *=uj(τ, θ)로부터 전류명령 ujkq *가 결정되는 것으로가 얻어진다.
이것은 제2도에 도시되어 있는 토크제어기(204)에서 수행되며 메모리에 저장된 전류데이타를 받아 포화전류제어기(206)로 전류명령치를 보내면 포화전류제어기(206)는 모터(208)의 구동전원을 공급하게 된다. 이때 제어대상인 모터(208)는 토크리플이 없는 토크제어가 가능하게 된다.
따라서, 본 발명은 토크명령과 회전자의 위치정보로부터 토크리플을 최소화하기 위한 토크테이블 및 이에 따른 전류테이블을 만들어 저장할 수 있도록 함으로써 토크리플을 최소화할 수 있는 토크에 해당하는 전류를 제공할 수 있다.
Claims (1)
- 모터에 인가되는 1상(j=1)의 임의의 θ에 대하여 포화전류제어기로 궤환되어 들어오는 전류(i1)로부터 [수학식 1]에 따라서,누석플럭스(λj)를 구하는 누설플럭스 연산과정; 상기 누설플럭스 연산과정에 연산된 누설플럭스를 이용하여 균일한 간격으로 [수학식 2]에 따라서,상호에너지함수(ω)를 구하는 상호에너지 연산과정; 상기 상호에너지 연산과정에서 구한 상호에너지함수 데이타를 위치정보인 θ에 대하여 편미분하여 토크(τ)테이블을 구하는 토크 테이블 구성과정; 및 상기 토크 테이블을 이용하여 토크리플없이 토크명령을 추종할 수 있고, 전류 제한하에서 최대평활토크가 발생할 수 있으며, 각 권선저항의 소모전력을 최소할 수 있는 토크파형함수를 설정하여 상기 토크 데이타에 대응하는 전류 테이블을 구하는 전류 테이블 구성과정을 포함함을 특징으로 하는 VR형 모터의 토크제어방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019930025938A KR0176475B1 (ko) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | Vr형 모터의 토크제어방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019930025938A KR0176475B1 (ko) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | Vr형 모터의 토크제어방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR950015964A KR950015964A (ko) | 1995-06-17 |
| KR0176475B1 true KR0176475B1 (ko) | 1999-05-15 |
Family
ID=19369462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1019930025938A KR0176475B1 (ko) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | Vr형 모터의 토크제어방법 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR0176475B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR100680778B1 (ko) * | 2004-11-09 | 2007-02-08 | 현대자동차주식회사 | 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법 |
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1993
- 1993-11-30 KR KR1019930025938A patent/KR0176475B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|
| KR950015964A (ko) | 1995-06-17 |
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