KR100195078B1 - Speed control method and apparatus of a vr motor - Google Patents

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KR100195078B1 KR1019930024619A KR930024619A KR100195078B1 KR 100195078 B1 KR100195078 B1 KR 100195078B1 KR 1019930024619 A KR1019930024619 A KR 1019930024619A KR 930024619 A KR930024619 A KR 930024619A KR 100195078 B1 KR100195078 B1 KR 100195078B1
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문용기
김동일
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윤종용
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    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors

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Abstract

본 발명인 VR모터의 속도제어방법 및 장치는 지령속도의 변화량 및 외란의 변화량을 토크명령에 각각 가산을 해줌으로써 VR 모터의 속도제어에서 속응성을 향상시켜주고, 외란에 대해 강인성을 나타낼 수 있다.The speed control method and apparatus of the VR motor of the present invention adds the change amount of the command speed and the change amount of the disturbance to the torque command, respectively, to improve the speed response in the speed control of the VR motor and exhibit robustness against disturbance.

Description

브이알(VR) 모터의 속도제어방법 및 장치Speed control method and apparatus of VR motor

제1a도는 종래 기술의 개략적인 구성 블록도이다.1A is a schematic structural block diagram of the prior art.

제2B도는 종래 기술의 시스템도이다.2B is a system diagram of the prior art.

제2도는 본 발명인 속도제어장치의 개략적인 구성 블록도이다.2 is a schematic block diagram of the speed control device according to the present invention.

제3도는 본 발명인 속도제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart for explaining a speed control method according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

202 : 순궤환제어기 204 : 속도검출부202: circuit feedback controller 204: speed detection unit

206 : 외란검출부206: disturbance detection unit

본 발명은 모터의 속도제어방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 VR(Variable Reluctance)형 DD(Direct Drive) 모터의 속도제어방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a speed control method and apparatus of a motor, and more particularly, to a speed control method and apparatus of a VR (Direct Drive) type DD (Direct Drive) motor.

일반적으로 스테핑 모터는 입력 펄스 신호에 의하여 회전을 제어하는 전동기의 일종으로써 회전각도는 입력 펄스의 수에 비례하고, 회전속도는 입력 펄스의 주파수에 비례한다. 그 때문에 모터의 위치나 회전속도를 다른 검출기에 의하여 검출하여 제어를 할 필요가 없고, 입력펄스를 제어함으로써 오픈 루우프로 고정밀도의 위치제어나 속도제어를 할 수 있기 때문에 디지털 제어기술이 진전됨과 동시에 스테핑 모터는 여러 가지 분야에서 널리 사용되고 있다.In general, a stepping motor is a kind of electric motor that controls rotation by an input pulse signal. The rotation angle is proportional to the number of input pulses, and the rotation speed is proportional to the frequency of the input pulse. Therefore, it is not necessary to detect and control the motor position or rotational speed by another detector, and to control the input pulse, high-precision position control and speed control can be performed with open loops. Stepping motors are widely used in many fields.

스테핑 모터 중에서 VR형(Variable Reluctance type) 스테핑모터(이하 그냥 모터라고 한다)는 토크 발생의 원리상으로 보면 가장 기본적인 모터이다. 그러나, vr형 모터는 인덕턴스의 비선형성으로 인한 문제점을 가지고 있다.Among the stepping motors, the VR type (Variable Reluctance type) stepping motor (hereinafter referred to simply as motor) is the most basic motor in view of the principle of torque generation. However, the vr-type motor has a problem due to nonlinearity of inductance.

더구나, vr형 모터를 기어없이 구동되는 로봇의 서보모터로 사용할때(즉, dd모터로 사용할 때), 기본적으로 속도제어가 되어야 함으로 속도제어를 위한 제어방법 및 장치가 필요하다.In addition, when the vr-type motor is used as a servo motor of a robot driven without a gear (that is, when it is used as a dd motor), a control method and a device for speed control are necessary because the speed should be basically controlled.

또한, 종래의 비례적분(proportional integral; 이하 pl 이라고 함)제어에서 발생하는 시스템의 응답특성 문제 및 외란에 대한 강인성 문제를 해결하기 위한 제어방법 및 장치가 필요하다.In addition, there is a need for a control method and apparatus for solving the problem of response characteristics and robustness against disturbance in a system occurring in conventional proportional integral (hereinafter, referred to as pl) control.

종래 기술의 개략적인 구성 블록도를 더시한 제1a도 및 그 시스템도를 도시한 제1b도를 참조로 하여 종래 기술의 문제점을 간단히 설명하면 다음과 같다.The problems of the prior art will be briefly described with reference to FIG. 1a plus a schematic block diagram of the prior art and FIG. 1b showing a system diagram thereof.

지령속도인 W의 변화에 대해서 토크발생부(108)에서는 비례적분기(108)를 통하여 변화된 지령속도에 맞추어 토크명령을 지시할 수 있을 때까지는 VR 모터(106)는 과도상태에 있게 된다.The VR motor 106 is in a transient state until the torque generating unit 108 can instruct the torque command according to the changed command speed through the proportional integrator 108 with respect to the change of the command speed W.

그리고, 토크발생부(108)에서 발생하는 토크 Te 이외에도 외부로부터의 외란 TL의 영향을 받아서 VR 모터(106)의 정확한 속도제어가 불가능하게 되고, 이에 따른 실제속도 Wr이 궤환되어 지령속도와의 차이를 만들어 비례적분기(110)에 입력되기 때문에 오차가 점점 더 커지게 된다.In addition to the torque Te generated by the torque generating unit 108, the external motor is not affected by the disturbance TL from the outside, so that accurate speed control of the VR motor 106 is impossible. Accordingly, the actual speed Wr is fed back so as to be different from the command speed. Since the error is gradually increased because it is input to the proportional integrator 110.

따라서, 본 발명의 목적은 응답성이 좋고 외란에 강인한 VR형 모터의 속도제어방법 및 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a speed control method and apparatus for a VR motor that is responsive and robust to disturbances.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 VR형 모터의 속도제어방법은 속도 제어부의 지령속도에 따른 토크명령을 입력으로 하여 토크신호를 발생하여 VR모터를 구동시키는 VR모터 제어 시스템에 있어서, 상기 지령 속도의 변화에 대하여 신속히 대응할 수 있도록 상기 지령 속도의 변화량을 상기 토크명령에 가산하는 과정;In order to achieve the above object, the speed control method of the VR motor of the present invention is a VR motor control system for driving a VR motor by generating a torque signal by inputting a torque command according to a command speed of a speed controller, wherein Adding a change amount of the command speed to the torque command so as to respond quickly to the change;

외부에서 가해지는 외란에 의한 영향을 줄이기 위하여 외란의 변화량만큼을 토크명령에서 감산하는 과정;Subtracting the amount of change in the disturbance from the torque command to reduce the influence of the disturbance applied from the outside;

상기 모터의 실제속도를 검출한 후 검출된 실제속도와 상기 지령속도와의 차이를 발생하는 과정; 및Generating a difference between the detected actual speed and the command speed after detecting the actual speed of the motor; And

상기 차이를 입력으로 하여 비례적분함으로써 토크명령을 발생하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.And generating a torque command by proportionally integrating the difference as an input.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 VR 모터의 속도제어장치는 지령속도에 따른 토크명령을 입력으로 하여 토크신호를 발생하여 VR모터를 구동시키는 VR 모터 제어시스템에 있어서,In order to achieve the above another object, the speed control device of the VR motor of the present invention is a VR motor control system for driving a VR motor by generating a torque signal by inputting a torque command according to the command speed,

상기 지령속도와 상기 모터의 실제속도와의 차이를 입력으로 하여 입력신호의 비례적분을 이용함으로써 상기 토크명령을 발생하는 비례적분기;A proportional integrator generating the torque command by using a proportional integral of an input signal by inputting a difference between the command speed and the actual speed of the motor;

상기 지령속도의 변화에 대해 상기 모터가 신속히 반응할 수 있도록 하기 위해서 상기 지령속도의 상기 지령속도를 미분하여 상기 토크명령에 가산할 수 있도록 하는 순궤환제어수단;Forward feedback control means for differentiating said command speed of said command speed and adding it to said torque command so that said motor can react quickly to said change of command speed;

상기 모터의 실제속도를 미분함으로써 외부로부터의 외란을 검출해내기 위한 외란검출수단; 및Disturbance detection means for detecting disturbance from the outside by differentiating the actual speed of the motor; And

상기 모터의 실제속도가 저속인 경우에도 정확한 속도검출을 위하여 속도 레벨을 정하여 각 구간마다 가중치를 달리 적용하여 속도를 검출함으로써 정확한 속도검출을 제공하는 속도검출수단을 구비한 것을 특징으로한다.Even if the actual speed of the motor is a low speed, the speed detection means for providing accurate speed detection by detecting the speed by setting the speed level and applying a weight to each section for accurate speed detection.

이하 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 본 발명인 VR모터의 속도제어장치의 개략적인 구성 블럭도이다. 본 발명에 따른 속도제어장치는 종래의 속도제어부(100)에 포함되어 있던 비례적분기(110) 외에 순궤환제어기(202), 외란검출부(206), 및 속도검출부(204)를 더 구비하여 구성되어있다,2 is a schematic block diagram of the speed control apparatus of the VR motor of the present invention. The speed control apparatus according to the present invention further includes a forward feedback controller 202, a disturbance detection unit 206, and a speed detection unit 204 in addition to the proportional integrator 110 included in the conventional speed control unit 100. have,

제2도의 구성에 따른 동작의 설명은 다음과 같다.The operation according to the configuration of FIG. 2 is as follows.

순궤환제어기(202)는 지령속도인 WR를 입력으로 하여 그 지령속도의 변화량을 혼합기(208)로 제공하기 위하여 특성함수가 KfS로 표시되는 미분량을 출력한다,(여기서, Kf는 순궤환상수)Net feedback controller 202 outputs the non-amount characteristic function represented by K fS to provide an amount of change in the command speed to the command speed of W R as an input to the mixer 208, (where, K f is Net feedback constant)

혼합기(208)에서는 비례적분기(110)으로부터 출력신호에 순궤환 제어기 (202)의 출력신호를 합산하여 토크발생부(108)로 제공함으로써 지령속도의 순간적인 변화에 대하여 신속하게 대응하지 못하는 비례적분기(110)의 출력신호로 인한 과도현상을 방지할 수 있게 된다.In the mixer 208, the proportional integrator cannot quickly respond to the instantaneous change in the command speed by adding the output signal of the feedback feedback controller 202 to the torque generating unit 108 by adding the output signal from the proportional integrator 110. It is possible to prevent the transient phenomenon due to the output signal of (110).

외란검출부(206)는 토크발생부(108)로부터 출력되는 토크신호인 Te 외에 혼합기(114)를 통하여 외부로부터 입력되는 외란 Tl로 인하여 모터의 정확한 속도제어가 불가능하게 되는 것을 방지하기 위하여 특성함수가 Ka s 인 미분량을 혼합기(208)로 출력함으로써 외란에 해당되는 양만큼을 감산할 수 있도록 한다.( 여기서, Ka 는 가속도 상수)Disturbance detection unit 206, a characteristic so as to prevent the torque generating unit 108 in addition to Te of the torque signal outputted from due to the disturbance T l which is input from the outside through a mixer 114, which disables the precise speed control of the motor functions By outputting the differential amount of Ka s to the mixer 208, it is possible to subtract by the amount corresponding to the disturbance (where Ka is the acceleration constant).

속도 검출부(204)는 VR모터(106)로부터의 모터의 실제속도의 속도증분에 따라 샘플링 주기를 변화시키는 방법을 사용하여 저속영역해서 정확한 속도를 검출하여 그 검출속도를 혼합기(112)로 제공한다.제3도는 본 발명인 속도 제어방법의 흐름도로서, 제2도와 결부시켜서 설명하면 다음과 같다.The speed detector 204 detects the correct speed in the low speed region by using a method of changing the sampling period according to the speed increment of the actual speed of the motor from the VR motor 106, and provides the detection speed to the mixer 112. 3 is a flowchart of the speed control method of the present invention, which will be described below in conjunction with FIG.

지령속도인 Wr 의 변화가 있으면(제300단계), 순궤환제어기(202)를 통하여 지령속도의 변화량을 토크명령에 가산함으로써 속응성을 향상시켜준다.(제302 단계)If there is a change in the command speed Wr (step 300), the speed feedback is improved by adding the change amount of the command speed to the torque command through the forward feedback controller 202. (step 302).

VR 모터(106) 로부터의 실제속도로부터 외란이 있으면 (제304단계), 외란검출부(206)을 통하여 외란의 변화량만큼을 토크명령에서 감산하여 줌으로써 외란에 대한 강인성을 지니게 한다.(제306단계)If there is disturbance from the actual speed from the VR motor 106 (step 304), the disturbance detection unit 206 subtracts the change amount of the disturbance by the torque command to have the robustness against the disturbance (step 306).

속도검출부(204)는 실제속도를 검출하여 지령속도와의 차이를 비례적분기(110)로 입력시켜 토크명령을 출력할 수 있도록 한다.(제308단계)The speed detector 204 detects the actual speed and inputs a difference from the command speed to the proportional integrator 110 so as to output a torque command.

따라서, 본 발명은 지령속도의 변화량 및 외란의 변화량을 토크명령에 각각 가산 및 감산을 해줌으로써 VR 모터의 속도제어에서 속응성을 향상시켜주고, 외란에 대해 강인성을 나타낼 수 있다.Therefore, the present invention adds and subtracts the change amount of the command speed and the change amount of the disturbance to the torque command, respectively, to improve the quick response in the speed control of the VR motor, and exhibit robustness against the disturbance.

Claims (2)

속도제어부의 지령속도에 따른 토크명령을 입력으로 하여 토크신호를 발생하여 VR 모터 제어시스템에 있어서, 상기 지령속도의 변화에 대하여 신속히 대응할 수 있도록 상기 지령속도의 변화량을 상기 토크명령에 가산하는 과정; 외부에서 가해지는 외란에 의한 영향을 줄이기 위하여 외란을 검출하고 그 변화량만큼을 상기 토크명령에서 감산하는 과정; 상기 모니터의 실제속도를 검출한 후 검출된 실제속도와 상기 지령속도와의 차이를 발생하는 과정; 및 상기차이를 입력으로 하여 비례적분함으로써 토크명령을 발생하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 VR 모터의 속도제어방법.Generating a torque signal by inputting a torque command according to the command speed of the speed control unit, the VR motor control system comprising: adding a change amount of the command speed to the torque command so as to quickly respond to the change in the command speed; Detecting a disturbance and subtracting the change amount by the torque command to reduce the influence of the disturbance applied from the outside; Detecting the actual speed of the monitor and generating a difference between the detected actual speed and the command speed; And generating a torque command by proportionally integrating the difference as an input. 지령 속도에 따른 토크명령을 입력으로 하여 토크신호를 발생하여 VR 모터를 구동시키는 VR 모터 제어시스템에 있어서, 상기 지령속도와 상기 모터의 실제속도와의 차이를 입력으로 하여 입력신호의 비례적분을 이용함으로써 상기 토크명령을 발생하는 비례적분기; 미분기로 구성되어 상기 지령속도의 변화에 대해 상기 모터가 신속히 반응할 수 있도록 하기 위해서 상기 지령속도를 미분하여 상기 토크명령에 가산할 수 있도록 하는 순궤환제어수단; 미분기로 구성되어 상기 모터의 실제속도를 미분함으로써 외부로부터의 외란을 검출해내기 위한 외란검출수단; 및 상기 모터의 실제속도가 저속인 경우에도 정확한 속도검출을 위하여 속도레벨을 정하여 각 구간마다 가중치를 달리 적용하여 속도를 검출함으로써 정확한 속도검출을 제공하는 속도검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 VR 모터의 속도제어장치.In a VR motor control system that generates a torque signal by driving a torque signal according to a command speed to drive a VR motor, a proportional integral of the input signal is used by inputting a difference between the command speed and the actual speed of the motor. Thereby generating a torque command; A circular feedback control means configured to differentiate the command speed and add it to the torque command so that the motor can react quickly to the change of the command speed; Disturbance detection means for detecting the disturbance from the outside by differentiating the actual speed of the motor; And a speed detecting means for providing accurate speed detection by detecting a speed by applying a weight to each section by setting a speed level for accurate speed detection even when the actual speed of the motor is low speed. Speed control device.
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