KR100255724B1 - 시스템 안정화 방법 및 안정화 회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모터와 같은 불감영역을 갖는 장치를 사용하는 시스템의 안정화 방법 및 이를 구현하기 위한 안정화 회로에 관한 것으로, 그 안정화방법은 대상물을 제어하기 위한 제어부를 구비하며 출력부의 출력신호를 입력부로 음궤환시켜 시스템 에러를 감소시키기 위한 시스템 안정화 회로의 제어방법에 있어서, 상기 출력신호와 입력신호의 위상을 감지하여 위상차가 위상차 허용 한계치 이하이면 출력신호를 그대로 입력부로 음궤환시키고 상기 위상차가 위상여유 이상이면 출력신호의 위상을 반전시켜 입력부로 음궤환시키는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명의 안정화 회로는 시스템의 양궤환을 방지함으로써 항상 음궤환을 유지하여 시스템을 안정하게 하여 신뢰성을 높일 수 있다.
Description
제1도는 종래 시스템의 전달특성을 나타내는 블럭도.
제2도는 본 발명에 따른 시스템의 전달특성을 나타내는 블럭도.
제3도는 제2도의 위상반전수단의 회로도로서 위상반전 스위칭 수단을 제어하기 위한 스위칭 제어수단의 회로도.
제4도는 제2도의 위상반전수단의 상세한 회로도로서 위상 반전 스위칭 수단의 회로도.
제5도는 위상오차 출력에 따른 위상반전 스위칭 수단과 이를 제어하기 위한 스위칭 제어수단의 출력도.
본 발명은 시스템의 안정화를 위한 안정화 방법 및 이를 구현하기 위한 안정화 회로에 관한 것으로, 특히 모터와 같은 불감영역을 가지는 장치를 사용하는 시스템의 안정화 방법 및 안정화 회로에 관한 것이다.
일반적으로 대부분의 시스템들은 시스템의 에러율을 줄이기 위한 안정화 회로를 필요로 한다.
제1도는 종래의 시스템에서 가장 많이 사용되는 안정화 회로의 블럭도로서, 이득에 대한 감소를 줄이고 비선형 왜곡이나 잡음 등을 감소시키기 위해 사용되는 음궤환회로의 블럭도이다.
제1도를 참조하면, 예를들어 모터를 이용하는 시스템의 경우 일단 제어를 위한 입력신호(r)가 인가되면 제어부(1)에서 피제어부(2)인 모터 및 상기 모터에 의해 구동되는 피구동체를 제어하고 그 결과로서 출력신호(y)를 출력하게 되는데, 제1도와 같은 음궤환 회로는 정상적인 동작의 경우 상기 출력 y는 입력r과 180°정도의 위상차이를 가지며 전체의 루프(loop) 전달함수(transfer function)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
T(s) : 루프 전달함수
Go(s) : 제어부의 전달함수
G(s) : 피제어부의 전달함수
만일 전달함수 T(s)가 원하는 주파수 대역 내에서 위상여유(phase margin)를 일정각도 이상 확보하지 못하면 시스템의 이득이 점점 커지게 되는데, 특히 위상차가 0°인 경우에는 음궤환이 양궤환으로 바뀌게 되어 입력에 출력의 궤환량이 가산됨으로써 더욱 큰 출력을 초래하여 결과적으로 시스템의 제어 능력을 상실하게 된다.
이러한 현상을 방지하기 위해 일반적으로 전달함수의 위상여유를 충분히 확보할 수 있도록 시스템을 설계하지만, 입력의 변화에 관계없이 일정한 출력(OV)을 나타내는 불감영역(dead band)을 가지는 모터 등을 이용하는 시스템에서는 이를 구현하기 어렵다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 궤환되는 출력신호의 위상을 조절하여 양궤환을 방지함으로써 시스템을 안정화 시킬수 있는 시스템 안정화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 시스템 안정화 방법을 효과적으로 구현할 수 있는 시스템 안정화 회로를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템 안정화 방법은 대상물을 제어하기 위한 제어부를 구비하여 출력부의 출력신호를 입력부로 음궤환시켜 시스템 에러를 감소시키기 위한 시스템 안정화 방법에 있어서, 상기 출력신호와 입력신호의 위상을 감지하여 위상오차가 위상차 허용 한계값 이하이면 출력신호를 그대로 입력부로 음궤환시키고 상기 위상오차가 위상차 허용 한계값 이상이면 출력신호의 위상을 반전시켜 입력부로 음궤환시키는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템 안정화 회로는 대상물을 제어하기 위한 제어부를 구비하며 출력신호를 입력부로 음궤환시켜 시스템 에러를 감소시키기 위한 시스템 안정화 회로에 있어서, 상기 시스템 안정화 회로는 입력부 및 출력부와 연결되어 입력신호 및 출력신호의 위상오차를 감지하기 위한 위상감지수단, 및 상기 입력신호와 출력신호간의 위상오차가 위상차 허용 한계값 이상이면 출력신호의 위상을 반전시켜 입력부로 음궤환시키는 위상반전수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.
제2도는 본 발명에 따른 시스템의 전달특성을 나타내는 블럭도이다.
제2도를 참조하면, 제어부(1)와 피제어부(2), 출력신호와 입력신호의 위상을 감지하는 위상감지수단(6) 및 궤환되는 출력신호의 위상반전수단(3)으로 구성된다.
상기 위상반전수단(3)은 위상반전 수위칭수단(4)과 상기 위상반전 스위칭 수단(4)를 제어하기 위한 스위칭 제어수단(5)으로 구성된다.
상기 위상감지수단(6)은 상기 입력신호(r)와 출력신호(y)의 위상을 감지하여 두 신호의 위상차가 위상차 한계 허용값을 넘어서 제어범위를 벗어나는 경우 상기 위상제어수단(3)에서 시스템을 전환시켜 음궤환이 되도록 해주며, 정상적인 경우에는 원래의 회로를 유지하도록 한다. 이때 상기 위상감지수단(6)은 -180°~ +180°범위의 위상을 감지하고 상기 위상값에 대응되는 전압을 발생시킨다.
제3도는 제2도의 위상반전수단의 상세한 회로도로서 위상반전 스위칭 수단을 제어하기 위한 스위칭 제어수단의 회로도이다.
제3도를 참조하면, 상기 스위칭 제어수단은 반전단자와 비반전단자를 구비하는 제1연산증폭기(13)와 상기 제1연산증폭기(13)의 비반전단자와 접지전압사이에 연결된 제1저항(11)과 상기 제1연산증폭기(13)의 비반전단자와 바이어스 전압사이에 연결된 제2저항(12)과 상기 위상감지수단과 연결되어 입력신호를 인가받는 비반전단자와 반전단자를 구비하며 상기 비반전단자는 상기 제1연산증폭기(13)의 반전단자와 연결되고 출력단자는 상기 제1연산증폭기(13)의 출력단자와 연결된 제2연산증폭기(14)와 상기 제2연산증폭기(14)의 반전단자와 바이어스전압 사이에 연결된 제3저항(15)과 상기 제2연산증폭기(14)이 반전단자와 접지전압 사이에 연결된 제4저항(16) 및 상기 상호 접속된 제1 및 제2연산증폭기(13,14)의 출력단자와 연결된 낸드게이트(NAND gate)(17)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 회로는 상기 위상감지수단에서 -180°~ +180°범위의 값을 감지하여 -90°~ +90°의 범위내에서 -15V ~ +15V가 되도록 조절하여 입력단(d)로 인가하고 입력된 신호는 제1단의 비교기를 거쳐 논리회로인 낸드게이트(17)로 전달되는데, 이때 상기 제1 및 제4저항(11,16)값을 30㏀, 제2 및 제3저항(12,15)값을 100㏀이라하면, 상기 비교기의 기준전압은 아래와 같이 산출된다.
동작을 살펴보면, 입력전압이 상기 기준전압인 ±3.46V 이내의 범위에 있는 경우에는 상기 제1 및 제2연산증폭기(13,14)의 출력단이 공통접속되어 와이어드 앤드(wired AND)로 동작하여 상기 제1연산증폭기(13)와 제2연산증폭기(14)의 출력이 모두 +가 되어 상기 낸드게이트(17)에 “하이”신호가 인가됨으로써 출력은 “로우”가 되고, 입력전압이 ±3.46V 범위를 벗어나면 상기 제1연산증폭기(13)와 제2연산증폭기(14)의 출력 중 어느 하나가 “로우”가 되거나 또는 모두 “로우”가 되어 상기 낸드게이트(17)에 “로우”신호가 인가됨으로써 출력은 “하이”가 된다. 이때 상기 입력전압 +3.46V는 입력위상 41.25°(180°/15V x 3.46V)에 해당되며 -3.46V는 입력위상 -41.25°에 해당된다.
제4도는 제2도의 위상반전수단의 상세한 회로도로서 위상반전 스의칭 수단의 회로도이다.
제4도를 참조하면, 상기 위상반전 스위칭 수단은 반전단자와 비반전단자를 구비하여 상기 비반전단자는 시스템의 입력부(a)와 연결된 출력단자와 접속하여 인가되는 신호의 위상을 반전시키는 제3연산증폭기(19)와, 상기 제3연산증폭기(19)의 반전단자와 연결되며 스위칭 제어수단으로부터 제어신호를 입력받아 온되면 시스템의 출력부(b)와 입력부(a) 사이에 있는 상기 제3연산증폭기(19)의 반전단자와 상기 시스템의 출력부(b)를 접속시키며, 오프되면 상기 시스템의 출력부(b)와 입력부(a)를 접속시키는 스위치(18)로 구성된다.
그 동작을 살펴보면, 상기 스위칭 제어수단으로부터 상기 스위치(18)로 “로우” 신호가 인가되면 스위치는 오프되어 상기 시스템의 출력부(b)와 입력부(a)를 접속시켜 출력신호를 그대로 입력부(a)로 음궤환시키고, “하이” 신호가 인가되면 온되어 시스템의 출력부(b)와 입력부(a) 사이에 있는 상기 제3연산증폭기(19)에서 출력신호의 위상을 반전시켜 상기 시스템의 입력부(a)로 음궤환시킨다.
제5도는 위상오차 출력에 따른 위상반전 스위칭 수단과 이를 제어하기 위한 제어수단의 신호 출력도이다.
제5도를 참조하면, 상기 위상감지수단에서 감지된 위상오차(21)가 +41.25°이상이거나 -41.25°이하이면, 상기 스위칭 제어수단의 낸드게이트의 출력(22)은 “하이”가 되고, 상기 위상반전 스위칭수단의 스위치(23)는 온 되어 시스템의 출력신호가 상기 위상반전버퍼를 통과하여 위상을 반전시킴으로써 양궤환이 일어나는 것을 방지한다.
따라서 본 발명의 안정화 회로는 모터와 같은 불감영역이 있는 수단을 사용하는 시스템의 양궤환을 방지함으로써 항상 음궤환을 유지하여 시스템을 안정하게 할 수 있다.
Claims (5)
- 대상물을 제어하기 위한 제어부를 구비하며 출력부의 출력신호를 입력부로 음궤환시켜 시스템 에러를 감소시키기 위한 시스템 안정화 방법에 있어서, 상기 출력신호와 입력신호의 위상을 감지하여 위상오차가 위상차 허용 한계값 이하이면 출력신호를 그대로 입력부로 음궤환시키고 상기 위상오차가 위상차 허용 한계값 이상이면 출력신호의 위상을 반전시켜 입력부로 음궤환시키는 것을 특징으로하는 시스템 안정화 방법.
- 대상물을 제어하기 위한 제어부를 구비하며 출력신호를 입력부로 음궤환시켜 시스템 에러를 감소시키기 위한 시스템 안정화 회로에 있어서, 상기 시스템 안정화 회로는 입력부 및 출력부와 연결되어 입력신호 및 출력신호의 위상오차를 감지하기 위한 위상감지수단; 및 상기 입력신호와 출력신호간의 위상오차가 위상차 허용 한계값 이상이면 출력신호의 위상을 반전시켜 입력부로 음궤환시키는 위상반전수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템 안정화 회로.
- 제2항에 있어서, 상기 위상반전수단은 상기 위상감지수단에서 감지된 위상오차가 위상차 허용 한계값 이하이면 시스템의 입력부와 출력부를 직접 접속시키고, 역으로 위상오차가 위상차 허용 한계값 이상이면 상기 시스템의 입력부와 출력부 사이에 위상반전용장치를 접속시켜 출력신호의 위상을 반전시키는 위상반전 스위칭 수단; 및 상기 위상반전 스위칭 수단의 온, 오프를 제어하는 스위칭 제어수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템 안정화 회로.
- 제3항에 있어서, 상기 스위칭 제어 수단은 반전단자와 비반전단자를 구비하는 제1연산증폭기; 상기 제1연산증폭기의 비반전단자와 접지전압사이에 연결된 제1저항; 상기 제1연산증폭기의 비반전단자와 바이어스 전압사이에 연결된 제2저항; 상기 위상감지수단과 연결되어 입력신호를 인가받는 비반전단자와 반전단자를 구비하여 상기 비반전단자는 상기 제1연산증폭기의 반전단자와 연결되고 출력단자는 상기 제1연산증폭기의 출력단자와 연결된 제2연산증폭기; 상기 제2연산증폭기의 반전단자와 바이어스전압 사이에 연결된 제3저항; 상기 제2연산증폭기의 반전단자와 접지전압 사이에 연결된 제4저항; 및 상기 상호 접속된 제1 및 제2 연산증폭기의 출력단자와 연결되어 상기 출력단자로부터의 출력을 반전시키는 낸드게이트를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템 안정화 회로.
- 제3항에 있어서, 상기 위상반전 스위칭 수단은 반전단자와 비반전단자를 구비하며 상기 비반전단자는 상기 시스템의 입력부와 연결된 그 자신의 출력단자와 접속하여 인가되는 신호의 위상을 반전시키는 제3연산증폭기; 및 상기 제3연산증폭기의 반전단자와 연결되며 스위칭 제어수단으로부터 제어신호를 입력받아 온되면 시스템의 출력부와 입력부 사이에 있는 상기 제3연산증폭기의 반전단자와 상기 시스템의 출력부를 접속시키며, 오프되면 상기 시스템을 출력부와 입력부를 접속시키는 스위치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로하는 시스템 안정화 회로.
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Family Applications (1)
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| KR940008269A (ko) | 1994-04-29 |
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