KR100212211B1 - 순시위치 검출법을 이용한 모터 위치 및 속도 검출회로 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모터의 위치 및 속도 검출장치 및 검출방법을 공개한다. 그 회로는 중앙처리 장치 클럭신호에 응답하여 엔코더 펄스를 입력하여 회전방향 신호 및 4체배된 신호를 발생하기 위한 동기수단, 샘플링 신호에 응답하여 리세트되고 상기 회전 방향신호에 응답하여 업 또는 다운 계수를 결정하고 상기 4체배된 신호에 응답하여 계수하는 업/다운 계수수단, 상기 중앙처리 장치 클럭신호에 응답하여 상기 4체배된 신호를 래치하여 출력하기 위한 플립플롭, 상기 플립플롭의 출력신호에 응답하여 리세트되고 상기 중앙처리 장치 클럭신호에 응답하여 계수하기 위한 계수수단, 상기 샘플링 신호에 응답하여 상기 업/다운 계수수단의 출력신호를 래치하기 위한 제1래치, 상기 샘플링 신호에 응담하여 상기 계수수단의 출력신호를 래치하기 위한 제2래치, 및 상기 4체배된 신호에 응답하여 상기 계수수단의 출력신호를 래치하기 위한 제3래치로 구성되어 있다. 따라서, 순시위치를 중앙처리 장치의 클럭에 동기시켜 검출함으로써 저속영역에서의 속도맥동을 줄이고, 시스템 구성시 저급엔코더를 사용할 경우에 발생하는 실제값과의 차이를 줄여줄 수 있다.
Description
제1도는 종래의 M/T법을 이용한 모터의 위치 및 속도 검출회로의 블럭도.
제2도는 제1도에 나타낸 블럭도의 각 부 출력 타이밍도.
제3도는 종래의 M/T법을 이용한 모터의 위치 및 속도 검출회로의 동작 흐름도.
제4도는 본 발명에 따른 모터의 위치 및 속도 검출장치의 블럭도.
제5(a)도, 제5(b)도는 제4도에 나타낸 블럭도의 각 부 출력 타이밍도.
제6(a)도, 제6(b)도는 본 발명의 모터의 위치 및 속도 검출장치의 동작 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 타이머 12 : T카운터
14 : M카운터 16, 18 : 플립플롭
60 : 동기회로 62 : 업/다운 카운터
64 : 플립플롭 66 : 카운터
68, 70, 72 : 래치
본 발명은 모터의 위치 및 속도 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 DC모터, 영구자석형 동기 모터, 유도형 모터 등에 부착된 위치 및 속도 정보용 엔코더의 순시 위치 검출을 이용한 모터의 위치와 속도를 검출하는 회로 및 검출방법에관한 것이다.
종래의 속도 검출방법인 M/T방법에서는 검출시간(Td), 샘플링 시간(Ts), 엔코더 펄스의 시작점이 동기되어 있다. 이때, 검출시간동안 발생한 엔코더의 펄스수를 가지고 있는 M카운터와 검출시간동안 발생한 중앙처리장치 (CPU)의 클럭 주파수를 가지고 있는 T카운터의 값, 중앙처리장치의 클럭 주파수,및 엔코더 1회전당 발생하는 펄스수를 이용하여 아래의 식으로 속도를 검출하였다.
여기에서, Nr은 분당 회전속도를 나타내고, P는 엔코더 1회전당 발생하는 엔코더 펄스수를 T는 T카운터의 계수 값(중앙처리장치의 클럭신호를 계수한 값)을, M은 M카운터의 계수 값(엔코더 펄스를 계수한 값)을, fc는 중앙처리장치의 클럭 주파수를 각각 나타낸다.
상기 식(1)을 이용한 M/T법을 이용한 위치 및 속도 검출방법은 순시위치를 검출하는 방법이 아니고 평균속도를 검출하는 방법이다.
제1도는 종래의 M/T법을 이용한 모터의 위치 및 속도 검출장치의 블럭도로서, 타이머(10), T카운터(12), M카운터(14), 및 플립플롭들(16, 18)로 구성되어 있다.
플립플롭(16)은 엔코더 펄스신호에 응답하여 시작신호를 발생한다. 타이머(10)는 플립플롭(16)으로 부터의 시작신호에 응답하여 계수를 시작하여 검출주기를 계수하는데, 플립플롭(18)은 타이머(10)로부터 출력되는 종료신호를 중앙처리장치(CPU)로 보낸다. T카운터(12)는 검출시간동안 발생한 중앙처리장치의 클럭수를 계수한다. M카운터(14)는 검출시간동안 발생한 엔코더 펄스수를 계수한다.
제2도는 제1도에 나타낸 블럭도의 각부 출력 타이밍도로서, 엔코더 펄스가 발생할 때마다 M카운터(14)는 계수를 하는데 검출주기(Td)가 종료할 때까지 계수한다. 또한, T카운터(12)는 중앙처리장치의 클럭 펄스를 계수하는데, 검출주기(Td)가 종료할 때까지 계수한다. 이 때, 검출주기(Td)는 타이머(10)에 의하여 만들어지게 된다.
제3도는 제1도에 나타낸 블럭도의 동작 흐름도로서, M카운터(14)로 부터 검출시간동안 계수된 M값을 읽고(제20단계), T카운터(12)로 부터 검출시간동안 계수된 T값을 읽은 후 (제30단계), 상기 식(1)에 따라 속도를 계산한다.(제40단계).
이와같은 종래의 방법에서 산출한 속도는 평균값이기 때문에 실제값과 차이를 보이며, 저속영역의 경우는 샘플링 시간이 변하여 중앙처리장치의 클럭과 동기시키기 어려울뿐만 아니라 시간 지연으로 인하여 속도의 맥동이 발생하기도 한다. 그리고, 엔코더의 1회전당 펄스수(resolution)가 낮아질수록 저속영역에서는 실제값과는 큰 차이를 보이게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 시간지연으로 인한 속도의 맥동을 방지할 수 있는 모터의 위치 및 속도 검출장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 1회전당 엔코더의 펄스수가 낮은 저가형 엔코더를 사용할 경우에 발생하는 실제값과의 차이를 줄어줄 수 있는 모터의위치 및 속도 검출방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 모터의 위치 및 속도 검출장치는 중앙처리 장치 클럭신호에 응답하여 소정 엔코더 펄스를 입력하여 회전방향 신호 및 4체배된 신호를 발생하는 동기수단(60) 소정 샘플링 신호에 응답하여 리세트되고 상기 회전 방향신호에 응답하여 업 또는 다운 계수를 결정하고 상기 4체배된 신호에 응답하여 계수하는 업/다운 계수수단(62) 상기 중앙처리 장치 클럭 신호에 응답하여 상기 4체배된 신호를 래치하여 출력하기 위한 플립플롭(64) 상기 플립플롭(64)의 출력신호에 응답하여 리세트되고 상기 중앙처리 장치 클럭신호에 응답하여 계수하기 위한 계수수단(64) 상기 샘플링 신호에 응담하여 상기 업/다운 계수수단의 출력신호를 래치하기 위한 제1래치(68) 상기 샘플링 신호에 응답하여 상기 계수수단의 출력신호를 래치하기 위한 제2래치(70) 상기 4체배된 신호에 응답하여 상기 계수수단의 출력신호를 래치하기 위한 제3래치(72) 및 상기 제1래치(68), 제2래치(70), 및 제3래치(72)의 출력신호를 이용하여 모터의 위치 및 속도를 계산하는 위치 및 속도 계산수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 모터의 위치 및 속도 검출방법은 제1항의 모터의 위치 및 속도 검출장치를 이용하여 모터의 순시속도를 구하는 방법에 있어서, 상기 제1래치의 출력신호가 0인 경우, 상기 샘플링 펄스와 이전의 엔코더 펄스의 차이값인 상기 제2래치의 출력신호(Tk)와 엔코더 단위 펄스 당 변위( 0)를 곱한 값을 엔코더 펄스의 주기(엔코더 단위 펄스 당 발생하는 클럭펄스)인 상기 제3래치의 출력값(Tj)으로 나누어 제1값( k)을 구하는 단계 이전의 순시위치값(Qk-1)에 상기 제1값( k)에서 상기 샘플링 펄스의 이전 샘플링 펄스가 발생했을 때 이전의 엔코더 펄스와의 변위값(Qk-1)을 뺀 값을 더하여 순시위치(Qk)를 구하는 단계 및 상기 순시위치값(Qk)으로부터 상기 이전의 순시위치값(Qk-1)를 뺀값을 샘플링 펄스의 주기(Tk)로 나누어 순시속도(ωk)를 구하는 단계를 통하여 순시속도를 구하며 상기 제1래치의 출력신호가 0이 아닌 경우에는 상기 샘플링 펄스와 이전의 엔코더 펄스의 차이값인 상기 제2래치의 출력신호(Tk)와 엔코더 단위 펄스 당 변위( 0)를 곱한 값을 엔코더 펄스의 주기(엔코더 단위 펄스 당 발생하는 클럭펄스)인 상기 제3래치의 출력값(Tj)으로 나누어 제1값( k k-1 k 0 k 0 j k
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 순시위치 검출법을 이용한 위치 및 속도 검출장치 및 방법을 설명하면 다음과 같다.
제4도는 본 발명의 모터의 위치 및 속도 검출장치의 블럭도로서, 동기회로(60), 업/다운 카운터(62), D플립플롭(64), 카운터(66), 및 래치들(68, 70, 72)로 구성되어 있다.
동기회로(60)는 중앙 처리장치 클럭신호에 응답하여 엔코더 펄스 신호를 입력하여 회전 방향신호 및 4체배된 신호를 발생한다. 업/다운 카운터(62)는 샘플링 신호에 응답하여 리세트되고 회전방향신호에 응답하여 업 또는 다운 게수를 결정하고, 4체배신호에 응답하여 계수한다. D플립플롭(64)은 중앙 처리장치 클럭신호에 응답하여 4체베 신호를 래치하고 출력한다. 카운터(66)는 D플립플롭(64)의 출력신호에 응답하여 리세트되고 중앙 처리장치 클럭신호에 응답하여 계수한다. 제1래치(68)는 샘플링 신호에 응답하여 업/다운 카운터(62)의 출력신호를 래치하여 M 신호를 출력한다. 제2래치(70)는 샘플링 신호에 응답하여 카운터(66)의 출력신호를 래치하여T 신호를 출력한다. 제3래치(72)는 4체배신호에 응답하여 카운터(66)의 출력신호를 래치하여 T신호를 출력한다.
제5(a)도, 제5(b)도는 제4도에 나타낸 블럭도의 각 부 출력 타이밍돌르 나타내는 것으로, 제5(a)도는 저속영역(M이 0인 경우)에서의 타이밍도를 나타내는 것이고, 제5(b)도는 고속영역(M이 0이 아닌 경우)에서의 타이밍도를 나타내는 것이다. 제5(a)도, 제5(b)도에서, Tj는 엔코더 단위펄스당 발생하는 클럭펄스를, k는 순시위치를, ωk는 순시속도를, Tk는 샘플링 시간동안 발생하는 엔코더 펄스를, 0는 1펄스당 각도를,Tk는 샘플링 펄스가 발생했을 때 이전에 발새안 엔코더 펄스와의 차를, k는 샘플링 펄스가 발생했을 때 이전에 발생한 엔코더 펄스와의 변위차를, 각각 나타내고, 0는 엔코더 단위 펄스당 변위를 나타내는 것으로,이다.
제6(a)도, 제6(b)도는 본 발명의 순시위치 검출법을 이용한 모터의 위치 및 속도 검출장치의 동작 흐름도로서, 제6(a)도는 저속영역에서의 위치 및 속도검출을 설명하기 위한 것이고, 제6(b)도는 고속영역에서의 위치 및 속도검출을 설명하기 위한 것이다.
제6(a)도를 이용하여 저속영역에서의 동작을 설명하면 다음과 같다. 제2래치(70)로부터 출력되는Tk신호와 제3래치(70)로부터 출력되는 Tj신호를 읽는다(제100단계). 변위차( k 에 따라 계산한다(제110단계). 변위차( k k k-1 k k-1 k 에 따라 계산한다(제130단계).
제6(b)도를 이용하여 고속영역에서의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제2래치(70)로부터 출력되는Tk신호와 제3래치(72)로부터 출력되는 Tj신호를 읽는다(제200단계). 그리고, 제1래치(68)로 부터 출력되는 신호(M)를 읽는다(제210단계). 다음으로, 변위차( k)를 식에 따라 계산한다(제220단계). k를 이용하여 순시위치( k)를 식( k-1+M 0+( k- k-1)에 따라 계산한다(제230단계).
그리고, 순시속도(ωk)를 식에 따라 계산한다(240단계)
그래서, 순시위치( k)는 샘플링시간동안 엔코더의 펄스가 전혀 발생하지 않아도 현재의 순시위치를 상기 식을 이용하여 정확하게 구할 수 있고, 순시속도 또한 구할 수 있다. 이것은 종래의 방법에서 발생했던 문제점인 중앙처리 장치 클럭과의 동기문제를 해결하며 순시값이기 때문에 실제값과의 차이를 줄여주므로 순간적인 속도의 변동으로 발생하는 속도의 맥동을 줄여줄 수 있다.
따라서, 본 발명의 모터의 위치 및 속도를 검출하는 방법 및 회로는 순시위치를 중앙처리 장치의 클럭에 동기시켜 검출함으로써 저속영역에서의 속도맥동을 줄이고, 시스템 구성시 저급 엔코더를 사용할 경우에 발생하는 실제값과의 차이를 줄여줄 수 있다.
Claims (2)
- 중앙처리 장치 클럭신호에 응답하여 소정 엔코더 펄스를 입력하여 회전방향 신호 및 4체배된 신호를 발생하는 동기수단(60) 소정 샘플링 신호에 응답하여 리세트되고 상기 회전 방향신호에 응답하여 업 또는 다운 계수를 결정하고 상기 4체배된 신호에 응답하여 계수하는 업/다운 계수수단(62) 상기 중앙처리 장치 클럭신호에 응답하여 상기 4체배된 신호를 래치하여 출력하기 위한 플립플롭(64) 상기 플립플롭(64)의 출력신호에 응답하여 리세트되고 상기 중앙처리 장치 클럭신호에 응답하여 계수하기 위한 게수수단(66) 상기 샘플링 신호에 응답하여 상기 업/다운 계수수단의 출력신호를 래치하기 위한 제1래치(68) 상기 샘플링 신호에 응답하여 상기 계수수단(66)의 출력신호를 래치하기 위한 제2래치(70) 상기 4체배된 신호에 응답하여 상기 계수수단(66)의 출력신호를 래치하기 위한 제3래치(72)및 상기 제1래치(68), 제2래치(70), 및 제3래치(72)의 출력신호를 이용하여 모터의 위치 및 속도를 계산하는 위치 및 속도 계산수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모터의 위치 및 속도 검출장치.
- 제1항의 모터의 위치 및 속도 검출장치를 이용하여 모터의 순시속도를 구하는 방법에 있어서, 상기 제1래치(68)의 출력신호가 0인 경우, 상기 샘플링 펄스와 이전의 엔코더 펄스의 차이값인 상기 제2래치(70)의 출력신호(Tk)와 엔코더 단위 펄스 당 변위( 0 j k k-1 k k-1 k k k-1 k k Tk)와 엔코더 단위 펄스 당 변위( 0 j k k-1 k 0 k 0값(Tj)으로 나누어 순시속도(ωk)를 구하는 단계를 통하여 순시속도를 구하도록 하는 것을 특징으로 하는 모터의 위치 및 속도 검출방법.
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