KR0185951B1 - 회전모터의 속도제어방법 및 그 장치 - Google Patents

회전모터의 속도제어방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 간단한 계산과정을 통해 각속도와 각위치의 함수형태로 나타나는 외란을 추정 및 보상하여 속도제어특성을 향상시킬 수 있는 외란이 있는 회전모터의 속도제어방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명은 속도 제어기와, 전류제어기, 모터, 속도측정수단으로 구성된 일반적인 회전모터의 속도제어루프에 속도명령과 각위치정보 그리고 속도제어기의 출력 또는 속도오차를 입력으로 받아서 각속도와 각위치의 함수인 외란의 영향을 보정하는 보정값을 만드는 학습보상기를 포함하여 구성된다. 본 발명의 학습보상기는 속도제어루프가 안정된 상태에서 속도제어기의 출력 또는 속도오차를 한주기 저장하고, 그 값과 그전의 출력값에서부터 보정값을 구한다. 따라서, 본 발명은 학습보상기에서 구한 보정값을 사전에 저장하고, 후에 이를 이용하여 속도제어하므로써 간단하면서도 효율적으로 속도제어를 행할 수 있다. 아울러, 학습횟수가 증가함에 따라 발생하는 고주파노이즈를 로우패스필터를 사용하여 제거하므로써 보다 안정된 시스템을 구현할 수 있다.

Description

회전모터의 속도제어방법 및 그 장치
제1도는 종래의 외란이 있는 회전모터의 속도제어장치를 나타낸 구성도.
제2도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 외란이 있는 회전모터의 속도제어장치를 나타내는 구성도.
제3도는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 외란이 있는 회전모터의 속도제어장치를 나타내는 구성도.
제4도는 학습보상기를 나타내는 상세도.
제5도는 제2도 내지 제3도의 장치를 채용한 시스템.
제6도는 제2도 장치의 학습보상기에 대한 동작을 설명하기 위한 흐름도.
제7a-b도는 제6도의 상세 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 속도제어기 23 : 전류제어기
25 : 모터 27, 37 : 학습보상기
41, 53 : 로우패스필터(LPF) 43 : 이득기(KL)
45 : 가산기 47 : 지연기(D-2π)
51 : 마이콤 55 : 학습값저장부(EEPROM)
본 발명은 VCR등에 들어 있는 회전모터(rotary motor)의 속도제어에 관한 것으로서, 특히 회전모터에 가해지는 외란(disturbance)을 추정 및 보상하여 속도제어특성을 향상시키도록 한 회전모터의 속도제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 모터의 제어에 있어 외란이 존재하기 때문에 모터의 정확한 제어가 않되고 제어오차가 생기게 된다. 이런 경우 모터에 의해 동작하는 VCR등은 정상적인 동작을 하지 못한다. 그래서, 통상적으로 관측기(observer)를 사용하여 모터의 외란 토오크(torque)를 추정함으로써 이러한 외란을 제거하는 방법이 사용되어 왔다. 이러한 부하 외란을 억압하는 제어 이론을 현대 제어 이론에서 연구되어 왔다. 그 일예를 제1도에 도시하였다.
제1도는 종래의 외란이 있는 회전모터의 속도제어장치를 나타낸 구성도이다.
제1도는 토오크 업저버에 의한 직접구동모터의 토오크리플 자동보상(Nobuyuki Matsui, Tatsuo Makino, Hirokazu Satoh, Autocompensation of Torque Ripple of Direct Drive Motor by Torque Observer, IEEE Trans. on Industry Applications, Vol.29, No.1, January/February 1993, pp187-194)이라는 문서에서 언급된 기술이다.
제1도에서, 제1가산기(A1)는 속도명령을 기준입력으로 하여 모터(15)의 출력응답중 하나인 각속도()와 비교하여 편차를 구한다. 그 편차는 속도제어기(11)로 입력된다. 속도제어기(11)는 입력된 편차에 따라 모터(15)의 회전속도를 제어하기 위하여 전류명령을 출력한다. 이 전류명령은 제2가산기(A2)로 입력된다. 제2가산기(A2)는 속도제어기(11)로부터 인가된 전류명령을 외란제거명령과 합하여 수정된 전류명령을 구한다. 여기서, 외란제거명령은 모터(15)의 출력응답인 각속도(ωm)와 실제전류(i)를 입력으로 하는 토오크 업저버(17)에서 추정한 추정 부하 외란 토오크에 전달 함수를 곱하여 구한다. 이때, *첨자가 없는 값들은 실제 갖는 값들이며, *첨자가 있는 값들은 명령값들이다. 한편, 수정된 전류명령(i*)은 전류제어기(13)로 입력된다. KT의 전달함수로 표시되는 전류제어기(13)는 이 수정된 전류명령(i*)에 응답하여 모터(15)의 회전 속도를 제어하는 토오크명령(τ*)에 모터(15)에 가한다. 모터(15)는 전류제어기(13)의 토오크명령(I*)에 해당하는 속도로 회전을 한다. 그러나, 모터의 속도제어에 있어서 규칙적이든 불규칙적이든 어떠한 상태로 제어량을 변동시키는 요인이 주위 조건에 따라 수시로 발생한다. 이를 외란(TL)이라 하며 속도제어가 잘 않되는 주요원인이 된다. 그래서, 외란의 효과만 없앨수 있으면 좋은 속도특성을 얻을 수 있다. 모터(15)에 가해지는 외란(TL)을 추정하는 토오크 업저버(17)에서는 외란이 충분히 느리게 변한다는 가정하에 하기 식(1)에 따라 추정 부하 외란 토오크를 구한다.
여기서, Jn, Dn, KTn은 관성모먼트(J), 댐핑계수(D), 토오크상수(KT)에 대한 지정값(Nominal Values)이며, L(0)은 업저버 이득(Observer Gain), ε은 임의의 변수,은 업저버 출력, Ts는 샘플링주기이다.
위의 식(1)은 다음의 식(2)로 다시 정의될 수 있다.
여기에서 τL은 실제의 부하 외란 토오크이며,은 추정 부하 외란 토오크이고, S는 라플라스 연산자이다. 이때, T=-TS/1n(1+LTS/Jn)이며,는 로우패스필터의 역할을 수행한다. 여기서, n이 않붙은 값들은 실제값들이며, n이 붙은 값들은 실제값과 비슷한 값으로 설계자가 가정한 값들이다.
따라서, 실제 부하 외란 토오크인 τL이 느리게 변하면 추정 부하 외란 토오크의 근사값이 되어서 부하 외란(TL)을 완전히 제거할 수 있다.
하지만, 위에서 언급된 바와 같이 종래 모터의 부하 외란 토오크를 추정하여 이 부하 외란을 제거하기 위해서는 복잡한 식으로 인하여 계산시간이 많이 소요되며, 하드웨어로 구현하기에는 실질적인 문제점이 있었다. 또한, 요즘 대두되는 D-VCR기술에서는 소형모터로 정밀도가 높은 정속제어를 요구하는 데, 이 소형모터는 코깅토오크(cogging torque)와 베어링의 마찰 등에 의한 자체적인 외란요인이 크며, 이 자체적인 외란은 주파수가 높기 때문에 외란을 추종하려면 로우패스필터의 밴드폭이 커져야 하므로 결과적으로 업저버 이득(L)이 커져야 한다. 하지만 실제 구현에 있어 그 이득을 무한대로 크게 할 수 없으며, 시간에 대해 외란을 추정하므로 회전모터의 속도제어에 대한 폐회로루프가 동작하는 동안 계속하여 추정이 수행되어야 하므로 그 계산량이 많아진다. 그래서, 위와 같은 외란 추정 보상으로는 주파수가 높은 모터의 자체적인 외란을 제거할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 해결하기 위하여 학습(learning)을 통해 각속도와 각위치의 함수로 나타나는 외란의 영향을 보상하는 값을 저장하고 그 값을 이용하여 외란을 보상해주는 회전모터의 속도 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 반복학습제어방식을 통해 외란을 추정 및 보상하여 회전모터의 속도를 제어하는 방법을 구현하기 위한 회전모터의 속도제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 반복학습제어방식을 통해 외란을 추정 및 보상하여 회전모터의 속도를 제어하는 데 있어 학습회수가 커짐에 따라 누적되는 고주파 노이즈를 제거하여 보다 성능이 뛰어난 속도제어가 이루어질 수 있도록 한 회전모터의 속도제어장치를 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 의한 회전모터의 속도제어방법은, 입력되는 기준속도와 모터로부터 검출된 현 속도를 비교하여 속도오차를 구하는 단계와, 상기 구한 속도오차를 입력받아 모터의 회전속도를 제어하기 위한 전류명령을 출력하는 속도제어단계와, 입력되는 기준속도와 상기 전류명령 및 모터로부터 검출된 각위치를 입력받아 반복학습을 통해 모터에 가해지는 각위치와 각속도의 함수형태로 나타내어 지는 외란의 영향을 보정하는 외란 보정값을 출력하는 학습보상단계와, 상기 전류명령과 상기 외란 보정값을 가산하여 수정된 전류명령을 구하는 단계와, 상기 수정된 전류명령을 입력받아 토오크명령을 모터로 출력하는 전류제어단계, 및 상기 토오크명령에 따라 회전하는 모터의 현속도를 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 회전모터의 속도제어장치는, 입력되는 기준속도와 모터로부터 검출된 현 속도를 비교하여 속도에러를 구하는 제 1속도측정부와, 상기 구한 속도에러를 입력받아 모터의 회전속도를 제어하기 위한 전류명령을 출력하는 속도제어기와, 입력되는 기준속도와 상기 속도제어기에서 출력한 전류명령과 각위치를 입력받아 반복학습을 통해 모터에 가해지는 각위치와 각속도의 함수형태로 나타내어 지는 외란의 영향을 보정하는 학습보상기와, 상기 속도제어기에서 출력한 전류명령과 상기 학습보상기에서 구한 외란보정값을 가산하여 수정된 전류명령을 구하는 제2속도측정부와, 상기 구한 전류명령을 입력받아 토오크명령을 모터로 출력하는 전류제어기, 및 상기 전류제어기에서 출력한 토오크명령에 따라 회전속도가 제어되는 모터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 회전모터의 속도제어장치는, 상기 속도제어기에서 출력한 전류명령 혹은 상기 제1속도 측정부에서 구한 속도오차를 로우패스필터링하여 고주파 노이즈를 제거하는 로우패스필터(Low Pass Filter; LPF)를 상기 학습보상기내에 추가로 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 외란이 있는 회전모터의 속도제어장치를 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 장치는 제1도에 도시된 종래기술과 그 구성 및 동작면에서 동일하고, 단지 토오크 업저버 대신에 입력쪽과 속도제어기(21) 사이에 학습보상기(27)만이 그 연결구성 및 동작에 있어서 다르다. 이 학습보상기(27)는 기준입력인 속도명령(ω*)과 속도제어기(21)의 출력및 각위치(θ)를 입력받아 외란의 영향을 보정하는 출력을 인가하도록 구성된다.
제3도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 외란이 있는 회전모터의 속도 제어장치를 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 장치는 제2도의 구성과 거의 동일하며, 단지 학습보상기(37)가 속도제어기(21)에서 출력한 전류명령대신에 속도오차(ωe)를 입력받아 외란의 영향을 보정하는 출력을 인가하도록 구성된다. 여기서, 동일구성에 대해서는 동일부호를 사용한다.
제4도는 학습보상기(27,37)를 나타내는 상세도이다. 도시된 바와 같이, 학습보상기(27,37)는 입력되는 전류명령혹은 속도오차(ωe)의 고주파 노이즈를 제거하기 위한 로우패스필터(LPF)(41)와, 로우패스필터링된 전류명령 혹은 속도오차에 학습보상이득(KL)을 곱하는 이득기(43)를 구비하고 있다. 이득기(43)에는 한 주기전의 학습값과 현재 입력값을 가산하여 새로운 학습값을 구하는 가산기(45)가 연결되며, 가산기(45)에는 구한 학습값을 모터 1회전만큼의 시간동안 지연하여 출력하는 지연기(47)가 연결되도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 외란이 있는 회전모터의 속도제어장치에 대한 동작을 제5도 내지 제7도를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.
제5도는 본 발명에 따른 외란이 있는 회전모터의 속도제어장치를 채용한 시스템이다. 도시된 바와 같이, 본 시스템에서는 모터(25)가 회전함에 따라 발생되는 펄스신호(PG)와 주파수신호(FG)를 입력받고, 외부로부터 모드명령을 입력받아 반복학습을 통한 외란 추정 및 보상을 수행하는 마이콤(51)을 구비하고 있다. 마이콤(51)에는 반복학습을 통해 구한 외란 보정값을 저장하는 학습값저장부(55)가 연결된다. 학습값저장부(55)는 EEPROM, PROM, 플래쉬메모리(flash memory) 등의 저장매체를 사용하며, 여기서는 EEPROM을 사용한다. 마이콤(51)에는 또한 외란 보정값에 대응하는 전류명령(i*)을 입력받아 모터(25)의 회전 속도를 제어하는 전류제어기(23)와의 사이에 전류명령이 펄스폭변조(PWM)된 신호인 경우 평활용 로우패스필터(53)가 연결되도록 구성된다. 여기서, 마이콤(51)은 제1 및 제2가산기(A3,A4), 속도제어기(21), 학습보상기(27,37)의 기능을 프로그램으로 대체하여 수행한다.
제6도는 제2도의 학습보상기(27)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이고, 제7a-b도는 제6도의 상세 흐름도이다.
먼저, 제5도에서 마이콤(51)은 모터(25)가 회전함에 따라 발생되는 펄스신호(PG)와 주파수신호(FG)를 입력받아 모터(25)의 현 속도(ω)와 각위치(θ)를 산출한다.
제2도 내지 제3도에서, 산출된 모터(25)의 현 속도(ω)는 제1가산기(A3)로 입력되고, 각위치(θ)는 학습보상기(27,37)로 입력된다. 제1가산기(A3)는 산출된 모터(25)의 현 속도(ω)와 입력되는 기준속도(ω*)를 비교하여 속도오차(ωe)를 출력한다. 제1가산기(A3)로부터 출력되는 속도오차(ωe)를 입력받는 속도제어기(21)는 모터(25)에 대해서 토오크와 속도 사이에 다음과 같은 관계식을 갖는다.
여기서, J는 관성모먼트, ω는 회전수, TL은 부하 토오크, T는 입력 토오크, KT는 토오크 상수, i는 권선전류이다.
만약, 부하 토오크 TL이 0이면 모터에 부하 외란이 없는 경우로 일반적인 속도제어기로도 좋은 속도제어특성을 얻을 수 있다. 하지만, 부하 토오크 TL이 존재하는 경우에는 속도제어특성이 떨어진다. 여기서는 각위치(θ)와 각속도(θ)의 함수형태로 나타낸어 지는 부하 외란 토오크 TL(H())에 대해 외란 H의 영향을 제거하기 위해 반복학습을 통한 학습보상기(27,37)를 제안하였다. 제2도의 경우, 학습보상기(27)는 속도제어기(21)의 출력()과 속도명령(ω*) 및 각위치(θ)를 입력받아 외란 H의 영향을 제거시키는 출력을 만든다. 제3도의 경우, 학습보상기(37)는 속도오차(ωe)와 속도명령(ω*) 및 각위치(θ)를 입력받아 외란 H의 영향을 제거시키는 출력을 만든다. 여기서, 학습보상기(27,37)의 출력은 속도명령(ω*)과 시간함수로의 주기(T)를 갖는 주기함수로서 다음과 같이 정의되어 진다(정속제어이므로 θ=ω*t의 관계가 있음).
여기서, m은 반복학습이득(단, 0m,1), Z(K-1)은 정상상태에서의 PID 속도제어기 출력을 한회전 동안 샘플링한 것이다.
위에서 정의된 주기함수식에 나타낸 바와 같이 외란 H를 제거하는 값으로 수렴함을 보일 수 있다. 시뮬레이션 결과 몇번의 반복으로 학습보상기(27)의 출력은 외란 H를 제거한다.
제4도를 통하여 학습보상기(27,37)에 대해 좀더 구체적으로 설명하면, 학습보상기(27,37)에서 로우패스필터(LPF)(41)는 속도오차 (ωe) 또는 전류명령을 입력받아 로우패스필터링하여 고주파 노이즈를 제거한다. 그래서, 시스템을 안정시키고, 학습회수의 증가에 따라 학습보상기(27,37)의 출력이 각속도와 각위치의 함수인 외란성분으로 수렴하도록 한다. 여기서, 로우패스필터(41)는 IIR필터를 사용한다. 만약, 로우패스필터(41)를 가산기(45)와 지연기(47) 사이에 위치시키면 이때는 FIR필터를 사용한다. 로우패스필터(41)의 차단(cut off)주파수는 모터(25)의 코깅토오크에 의한 외란을 억제할 수 있는 정도로 한다. 로우패스필터링된 학습보상기(27,37)의 입력치는 이득기(43)의 이득값(KL)에 따라 이득조절된다. 여기서, 이득값(KL)은 입력치에 따라 바뀐다. 즉, 이득기(43)는 속도오차(ωe)를 입력으로 받는 경우 속도제어기(21)의 비례이득값(proportional gain; KP)보다 이득값(KL)이 작아야 하며(0KLKP), 전류명령을 입력으로 받는 경우 1보다 작아야 한다(0KL1). 이득기(43)를 통하여 이득이 조절된 속도오차(ωe) 또는 전류명령은 가산기(45)로 입력된다. 가산기(45)는 외부로부터 입력되는 학습플래그(L_on)가 인에이블(enable)인 동안에 한 주기전의 학습값에 현재의 입력값에 일정 이득(KL)을 곱한 값을 더하여 새로운 학습값 즉, 외란 보정값으로 출력한다. 지연기(47)는 클럭으로 입력받는 모터(25)의 각위치(θ)를 가산기(45)로부터 인가되는 외란 보정값에 대한 어드레스포인터(n)로 사용하여 외란 보정값을 저장하고, 이를 모터(25)가 1회전하는 만큼의 시간(D-2π)동안 지연하여 출력한다. 여기서, 학습보상기(27,37)는 입력이 속도오차(ωe)이든 전류명령이든 다음의 식(3) 및 식(4)에 근거한 외란 보정값을 산출하게 된다.
제6도 및 제7a-b도를 통해 전류명령을 입력으로 하는 학습보상기(27)에 대한 동작을 좀더 구체적으로 설명한다. 여기서, 제7a도는 규정된 횟수동안 반복학습동작을 수행하기 위한 메인루틴(main routine)이고, 제7b도는 반복학습을 수행하기 위한 인터럽트루틴(interrupt routine)이다.
먼저, 제6도에서, 초기 기동시 학습보상기(27)는 학습플래그(learning flag)(L_on)와 반복학습횟수(K), 현재의 각위치(θ)에 해당하는 외란 보정값의 어드레스포인터(n) 및 외란 보정값인 출력()을 0으로 초기화한다(L_on=0, K=0, n=0,=0)(단계 610). 그런 다음, 기존의 속도제어루프에만 의거한 모터의 속도제어가 이루어질 수 있도록 한다(단계 620). 속도제어단계(단계 620)는 제7a도의 단계 621로부터 단계 624의 과정을 수행하므로써 이루어진다. 즉, 외부로부터 모터회전명령이 입력될 때까지(단계 621), 인터럽트수행을 금지하고 모터(25)를 정지시키며(단계 622), 단계 610부터 단계를 반복수행한다. 외부로부터 모터회전명령이 입력되면(단계 621), 인터럽트수행을 허용하여 제7b도의 인터럽트루틴을 수행하고 모터(25)를 입력되는 속도명령에 따라 회전시킨다(단계 623). 그리고, 학습플래그(L_on)가 0인지를 체크한다(단계 624).
제7b도의 인터럽트루틴에서, 모터(25)의 1회전 이전에 학습하여 지연기(47)에 저장한 외란 보정값에 대한 어드레스포인터(n=θ, 0≤θ≤2π)를 모터(25)가 회전함에 따라 발생되는 주파수신호(FG)가 입력될 때마다 1씩 증가시킨다(n=n+1)(단계 701). 그런 다음, 모터(25)가 1회전했는 지를 체크하여(단계 702), 1회전 했으면 즉, 어드레스포인터(n)가 360이면(n=360°), 어드레스포인터(n)를 다시 0으로 초기화하고(단계 703), 속도오차(ωe)를 구한다(단계 704). 만약, 모터가 아직 1회전하지 못했으면 단계 704를 그대로 수행한다. 단계 704에서, 제1가산기(A3)는 주파수신호(FG)에 응답하여 속도오차를 구하고, 속도오차에 의거하여 속도제어기(21)에서는 그 순간의 전류명령를 구한다(단계 705). 제2가산기(A4)는 학습보상기(27)의 지연기(47)로부터 모터(25)의 1회전 이전에 학습한 n번째 각위치에 해당하는 외란 보정값[ ]을 읽어내어(단계 706), 속도제어기(21)에서 구한 전류명령과 더하여서 수정된 전류명령을 구한다 [i*=+ ] (단계 707). 이 수정된 전류명령을 통하여 모터(25)의 속도를 제어한다. 그런다음, 학습보상기(27)는 학습플래그(L_on)가 1인지를 체크하여(단계 708), 1이 아니면 인터럽트루틴을 종료하고, 메인루틴으로 복귀한다.
다시, 제7a도에서 학습보상기(27)는 제7b도의 인터럽트루틴을 수행하는 동안 학습플래그(L_on)가 0인지를 체크한다(단계 624). 즉, 학습 플래그(L_on)가 0이면 모터(25) 한주기 회전에 해당하는 학습이 이루어진것이다. 그래서, 학습보상기(27)는 학습플래그(L_on)가 0이 아니면 단계 623으로 돌아가 반복학습을 수행한다. 학습플래그(L_on)가 0이면 속도제어대상인 모터(25)의 속도가 정상상태인지를 체크한다(단계 630). 정상상태이면, 학습보상기(27)는 학습횟수(K)가 원하는 반복횟수에 도달했는 지를 체크한다(단계 651). 학습보상기(27)는 학습횟수(K)가 원하는 반복횟수에 도달할 때까지 반복학습횟수(K)를 1 증가시키고(K=K+1)(단계 652), 학습플래그(L_on)를 1로 설정한 후(단계 653), 단계 621로 돌아가 단계를 반복수행한다.
다시, 제7b도의 단계 708에서 학습플래그(L_on)가 1이면 학습허가상태로 인식하여 학습보상기(27)는 학습모드로 전환되고, 하기 식(5)로 외란의 영향을 보정하는 출력을 만든다(단계 709). 여기서, 식(5)는 제6도의 단계 640를 통하여 저장한 주기적인 전류명령의 한주기값(Z(K-1))에 반복학습이득(m)이 곱해진 값이 이전 반복학습에서 구한 외란 보정값과 합해져서 현 반복학습에 의한 외란 보정값을 구한다(단계 650). 이는 하기 식(6)으로 다시 정의될 수 있다.
상기 식(6)에서, 학습보상기(27)는 입력되는 전류명령을 로우패스필터링한 후, 이득(KL)을 곱하여 기존의 학습된 외란 보정값에 더하여 새로운 학습값을 구한다.(단계 709). 이렇게 구한 새로운 학습값은 학습보상기(27)내 지연기(47)의 n번째 위치에 저장된 외란 보정값을 갱신한다. 이와 같은 학습동작은 한 번 시작되면 모터(25)의 한주기 회전에 해당하는 구간동안 계속 수행되므로, 한주기 학습이 종료되었는지를 체크한다(단계 710). 한주기의 학습이 아직 끝나지 않았으면 인터럽트루틴을 종료하고 메인루틴으로 복귀한다. 한 주기의 학습이 끝났으면 학습플래그(L_on)를 0으로 초기화한 후(단계 711), 인터럽트루틴을 종료하고 메인루틴으로 복귀한다. 여기서, 학습보상기(27)는 입력치에 대해 로우패스필터링하는 과정을 제7a도의 단계 630과 단계 651사이에서 한 주기의 학습된 외란 보정값을 로우패스필터링하는 과정으로 대체할 수 있다.
다시, 제2도에서 학습보상기(27)에서 구해진 외란보상명령은 제2가산기(A4)로 입력되고, 제2가산기(A4)는 속도제어기(21)로부터 인가되는 전류명령과 학습보상기(27)로부터 인가되는 외란보상명령을 가산하여 수정된 전류명령(i*)을 출력한다. 이 전류명령(i*)은 전류제어기(23)로 입력된다.
다시, 제5도에서, 마이콤(51)이 전류명령(i*)을 D/A변환하여 출력하는 경우 바로 전류제어기(23)로 입력되지만, PWM형태로 출력하면 로우패스필터(53)를 통하여 평활시킨 후 전류제어기(23)로 입력된다.
제2도 내지 제3도에서, 전류제어기(23)는 입력된 전류명령(i*)에 응답하여 토오크명령을 모터(25)로 출력한다. 모터(25)의 제3가산기(A5)는 전류제어기(23)로부터 인가된 토오크명령에서 가해진 외란을 감산하여 수정된 토오크명령(τ*)을 출력한다.의 전달함수로 표시되는 모터(25')의 속도는 이 토오크명령(τ*)에 따라 제어된다. 속도제어결과 모터(25)에서 출력되는 각속도(ω)는 다시 제1가산기(A1)로 피드백 입력되어, 입력되는 속도명령(ω*)과의 속도오차(ωe)를 구한다. 이 속도오차(ωe)는 속도제어기(21)로 입력된다. 제3도의 경우, 속도오차는 학습보상기(37)로도 입력된다. 속도제어기(21)는 입력된 속도오차(ωe)에 따라 모터(25)의 회전속도를 제어하기 위한 전류명령을 출력한다. 이 전류명령은 다시 학습보상기(27)로 입력된다. 각속도(ω) 또한 ,의 전달함수로 표시되는 모터(25)를 통해 각위치(θ)로 출력되어 학습보상기(27)로 피드백 입력된다.
다시, 제6도에서 K번째 학습을 통해 구한 외란보상값을 저장하고 있는 학습보상기(27)는 속도제어기(21)로부터 입력된 전류명령을 기설정한 임계치(B)와 비교하여 모터(25)에 가해진 외란이 충분히 보상되었는지를 판단한다(단계 670). 외란보상판단단계(단계 670)에서 학습보상기(27)는 속도제어기(21)로부터 입력된 전류명령이 기설정한 임계치(B)보다 작은 동안은 단계 620으로 돌아가 다시 속도 제어를 하여 정상상태가 되면 속도제어기(21)의 출력에 대한 한주기의 값을 다시 저장하고 보상하는 과정을 반복수행한다. 학습보상기(27)는 단계 670에서 속도제어기(21)의 출력이 임계치(B)보다 크면 충분한 보상이 이루어진 경우로 판단하고, 그 시간에 대한 주기함수를 외란에 대한 보정값으로 최종 고정시켜 EEPROM으로 된 학습값저장부(55)에 저장한다(단계 680). 그런 다음, 학습보상기(27)는 입력되는 기준속도(ω*)와 속도제어기(21)에서 출력된 전류명령또는 제1가산기(A3)에서 출력된 속도오차(ωe)을 어드레스로 입력받아 그 어드레스가 지시하는 위치에 저장하고 있는 외란 보정 값을 출력한다. 그래서, 이후에 속도제어는 속도제어기(21)의 출력에 학습보상기(27)에 미리 결정된 보정값을 더하기만 하면 되므로 효율적인 속도제어를 행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 외란이 있는 회전모터의 속도제어방법 및 그 장치에 관한 것으로 사전에 외란의 영향을 보정하는 보정값을 결정하여 저장하고, 이 저장된 보정값을 이용하여 속도제어를 하므로써 간단하면서도 효율적으로 속도제어를 행할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (23)

  1. 회전모터의 속도제어장치에 있어서, 입력되는 기준속도와 모터로부터 검출된 현 속도를 비교하여 속도에러를 구하는 제1속도측정부; 상기 구한 속도에러를 입력받아 모터의 회전속도를 제어하기 위한 전류명령을 출력하는 속도제어기; 입력되는 기준속도와 상기 속도제어기에서 출력한 전류명령과 각위치를 입력받아 반복학습을 통해 모터에 가해지는 각위치와 각속도의 함수형태로 나타내어 지는 외란의 영향을 보정하는 학습보상기; 상기 속도제어기에서 출력한 전류명령과 상기 학습보상기에서 구한 외란보정값을 가산하여 수정된 전류명령을 구하는 제2속도측정부; 상기 구한 전류명령을 입력받아 토오크명령을 모터로 출력하는 전류제어기; 및 상기 전류제어기에서 출력한 토오크명령에 따라 회전속도가 제어되는 모터를 포함하는 회전모터의 속도제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 학습보상기는 상기 속도제어기의 전류명령 대신에 상기 제1속도측정부에서 구한 속도오차를 입력으로 하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 학습보상기는 학습횟수가 증가함에 따라 발생하는 고주파노이즈를 제거하기 위하여 로우패스필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 로우패스필터의 차단(cut off)주파수는 모터의 코깅토오크(cogging torque)에 의한 외란을 억제할 수 있는 정도인 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 로우패스필터는 상기 전류명령 또는 상기 속도오차를 로우패스필터링하는 IIR필터인 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 로우패스필터는 상기 반복학습에 의해 구한 외란 보정값을 로우패스필터링하는 FIR필터인 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 학습보상기는 속도제어가 정상 상태인 경우 상기 속도제어기에서 출력한 전류명령을 주기적인 외란에 대해 주기적인 전류명령으로 만들고, 그 주기적인 전류명령의 한주기값과 이전 학습에서 구한 외란보정값으로부터 현 외란 보정값을 구하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 학습보상기는 속도제어가 정상 상태인 경우 상기 제1속도측정부에서 구한 속도오차를 주기적인 외란에 대해 주기적인 속도오차로 만들고, 그 주기적인 속도오차의 한주기값과 이전 학습에서 구한 외란보정값으로부터 현 외란 보정값을 구하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 학습보상기는 입력대상에 따라 이득(KL)값이 달라지고, 상기 전류명령 또는 상기 속도오차를 입력받아 이득조절하여 출력하는 이득기; 상기 이득조절된 입력을 상기 모터의 1회전 이전에 반복학습을 통하여 구한 외란 보정값과 더하여 새로운 외란 보정값을 구하는 가산기; 및 상기 모터의 각위치에 따라 상기 구한 새로운 외란 보정값을 상기 모터의 1회전만큼의 시간동안 지연하여 출력하는 지연기를 구비함을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 이득기의 이득(KL)은 다음의 조건을 만족하는 값인 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
    상기 속도오차가 입력되는 경우, 0KLKP, 상기 전류명령이 입력되는 경우, 0KL1, 여기에서, KP는 상기 속도제어기의 비례이득값이다.
  11. 제5항 또는 제10항에 있어서, 상기 학습보상기는 다음의 식에 근거한 외란 보정값을 출력하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
    여기에서 LPF()는 iV를 로우패스필터링했음을 나타내고,는 K번째 반복학습에 의해 구한 외란 보정값으로 학습보상기의 출력이 되며, KL은 반복학습이득이고,은 K+1번째 반복학습에 의해 새롭게 구한 외란 보정값이다.
  12. 제6항 또는 제10항에 있어서, 상기 학습보상기는 다음의 식에 근거한 외란 보정값을 출력하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
    여기에서는 K번째 학습반복에 의해 구한 외란 보정값으로 학습 보상기의 출력이 되며, KL은 반복학습이득이고, LPF()로 전체를 로우패스필터링했음을 나타내며,은 K+1번째 반복학습에 의해 새롭게 구한 외란보정값이다.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 학습보상기는 상기 속도제어기에서 출력된 전류명령 또는 상기 제1속도측정부에서 구한 속도오차를 기 설정한 임계치와 비교하여 상기 모터에 가해진 외란에 대해 충분한 보상이 이루어졌는 지를 판단하고, 충분한 보상이 이루어진 경우로 판단되면 그때의 외란 보정값을 이후 속도제어에서 외란 보정에 이용하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 학습보상기는 상기 모터에 가해진 외란에 대해 충분한 보상이 이루어지지 않은 경우로 판단되면 반복학습을 통해 새로운 외란 보정값을 구하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 학습보상기에는 상기 판단이 상기 모터에 가해진 외란에 대해 충분한 보상이 이루어진 경우에 그 외란 보정값을 저장하고, 입력되는 기준속도와 상기 속도제어기에서 출력된 전류명령 또는 상기 제1속도측정부에서 구한 속도오차를 어드레스로 입력받아 그 어드레스가 지시하는 위치에 저장하고 있는 외란 보정값을 출력하는 저장부가 연결됨을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 저장부는 EEPROM인 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어장치.
  17. 회전모터의 속도제어방법에 있어서, 입력되는 기준속도와 모터로부터 검출된 현 속도를 비교하여 속도오차를 구하는 단계; 상기 구한 속도오차를 입력받아 모터의 회전속도를 제어하기 위한 전류명령을 출력하는 속도제어단계; 입력되는 기준속도와 상기 전류명령 및 모터로부터 검출된 각위치를 입력받아 반복학습을 통해 모터에 가해지는 각위치와 각속도의 함수형태로 나타내어 지는 외란의 영향을 보정하는 외란 보정값을 출력하는 학습보상단계; 상기 전류명령과 상기 외란 보정값을 가산하여 수정된 전류명령을 구하는 단계; 상기 수정된 전류명령을 입력받아 토오크명령을 모터로 출력하는 전류 제어단계; 및 상기 토오크명령에 따라 회전하는 모터의 현속도를 검출하는 단계를 포함하는 회전모터의 속도제어방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 학습보상단계는 상기 전류명령 대신에 상기 속도오차를 입력받는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 학습보상단계는 초기기동시 학습플래그(L_on)와, 모터의 현재 각위치에 해당하는 어드레스포인터(n), 및 학습횟수(K)를 0으로 초기화하고, 외란 보정값을 0으로 초기화하는 제1단계; 학습플래그(L_on)가 0이고, 상기 속도제어단계를 통해 속도제어가 정상상태가 되면, 학습횟수가 사전 지정한 학습횟수에 도달했는 지를 체크하는 제2단계; 상기 제2단계에서 학습횟수가 지정한 횟수에 도달하기 전까지 반복학습횟수를 1 증가시키고, 학습플래그(L_on)를 1로 설정하는 제3단계; 상기 학습플래그(L_on)가 1이면, 각속도는 상수이고 각위치만으로 나타내어 지는 주기함수인 외란에 대해 주기적인 상기 전류명령 또는 속도오차의 한주기동안 이전 반복학습에서 구한 외란 보정값에 상기 주기적인 전류명령 또는 속도오차의 한주기값과 가산하여 현 반복학습에 의한 외란 보정값을 구하는 제4단계; 상기 제4단계에서 외란 보정값을 구한 후 학습플래그(L_on)를 0으로 설정하는 제5단계; 상기 구한 외란 보정값에 의해 모터에 가해진 외란 보정시 상기 속도 제어단계의 전류명령과 기설정한 임계치를 비교하여 외란이 충분히 보상되었는 지를 판단하는 제6단계; 상기 판단결과 외란이 충분히 보상되었으면 그때의 외란 보정값을 저장하는 제7단계; 및 상기 판단결과 외란이 충분히 보상되지 않았으면 외란이 충분히 보상될때 까지 상기 2단계부터 단계를 반복수행하여 반복학습을 통해 외란 보정값을 구하는 제8단계를 구비함을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제4단계는 상기 모터의 각위치에 해당하는 어드레스포인터(n)에 대응하는 상기 이전 반복학습에서 구한 외란 보정값에 상기 전류명령 또는 속도오차에 일정 이득(KL)을 곱한 값을 더하여 현반복학습에 의한 외란 보정값을 구하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제4단계는 상기 전류명령 또는 속도오차를 로우패스필터링하여 고주파 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 회전 모터의 속도제어방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 제4단계는 현 반복학습에 의해 구한 외란 보정값을 로우패스필터링하여 고주파노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 학습보상단계는 저장한 외란 보정값을 이용하여 외란 보정하는 것을 특징으로 하는 회전모터의 속도제어방법.
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