KR100280752B1 - Magnetic Bearing Controller for Linear Motion Tables - Google Patents
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Abstract
개시된 초정밀 장비는 직선 운동 테이블용 자기 베어링 제어기에 관한 것이다. 본 발명은 자기 베어링으로 지지되는 직선운동 테이블에 있어서, 상기 자기 베어링의 센서로부터 유입된 변위 신호의 노이즈를 제거하는 입력신호 보정부와, 상기 입력신호 보정부로부터 출력되는 신호를 각각의 연산기를 통하여 합산함으로써 시스템에 대한 귀환제어를 실행하는 PID 연산부와, 상기 PID 연산부로부터 출력된 신호를 증폭/합산하여 테이블의 지지 안정성을 확보하고, 그 위상 지연을 감소시키는 합산 및 위상 보상부와, 상기 합산 및 위상 보상부로부터 출력된 신호를 통하여 제어기의 연산과정에서 발생하는 노이즈 및 전류의 진동 현상을 막아주는 저역 통과 필터 및 오프셋 조절부 및 상기 저역 통과 필터 및 오프셋 조절부의 전압신호를 전류신호로 변환하여 상기 자기 베어링의 제어전류를 출력하는 전류 증폭부로 구성된다. 따라서, 자기 베어링 전용의 제어기를 통하여 컴퓨터에 과부하가 걸리는 것을 방지하고, 정확한 테이블의 변위를 측정함으로써 외부 하중이나 외란 등에 대해 테이블이 능동적으로 작용하도록 한다.The disclosed high precision equipment relates to a magnetic bearing controller for a linear motion table. The present invention is a linear motion table supported by a magnetic bearing, the input signal correction unit for removing the noise of the displacement signal introduced from the sensor of the magnetic bearing, and the signal output from the input signal correction unit through the respective calculator A PID operation unit which executes feedback control to the system by summing, a summation and phase compensation unit which amplifies / adds the signal output from the PID operation unit to secure the support stability of the table, and reduces the phase delay; The low-pass filter and offset adjuster and the low-pass filter and offset adjuster, which prevents the vibration of noise and current generated during the operation of the controller through the signal output from the phase compensator, converts the voltage signal of the low-pass filter and the offset adjuster into a current signal. It is composed of a current amplifier for outputting the control current of the magnetic bearing. Therefore, the computer is prevented from being overloaded by the controller dedicated to the magnetic bearing, and the table is actively acted on external load or disturbance by measuring the exact displacement of the table.
Description
본 발명은 초정밀 장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직선 운동 테이블용 자기 베어링 제어기에 관한 것이다.The present invention relates to ultra-precision equipment, and more particularly to a magnetic bearing controller for a linear motion table.
최근 들어 반도체 산업, 광학 산업 등의 급속한 발전으로 인한 각종 초정밀 기계의 수요가 늘어나고 있다. 특히 반도체 장비, 초정밀 가공기기 및 측정장비 등의 정밀도를 좌우하는 요소인 직선 운동 유닛의 개발이 시급하여 이에 대한 연구개발 및 기초 기술 확보가 중요한 시점에 이르게 되었다.Recently, the demand for various ultra-precision machines is increasing due to the rapid development of the semiconductor industry and the optical industry. In particular, the development of linear motion units, which determine the precision of semiconductor equipment, ultra-precision processing equipment, and measuring equipment, is urgently needed, leading to an important time for research and development and securing of basic technology.
현재 사용 중인 센서소자 검사 장비의 경우 수동 방식으로서 소자를 검사하기 위해 이송 테이블 및 현미경 등을 일일이 수작업에 의해 조정하여야 한다. 이는 작업능률의 저하뿐 아니라 검사의 정확도를 저하시키는 결과를 초래한다.In the case of the sensor device inspection equipment currently in use, the transfer table and the microscope must be manually adjusted to inspect the device by the manual method. This results in a decrease in the work efficiency as well as in the accuracy of the inspection.
또한, 반도체 장비 및 광학 측정 장비 등의 초정밀 장비에는 그 핵심적인 요소로서 직선 운동 테이블이 있으며 이는 전체 시스템의 정밀도를 좌우하게 된다. 최근 초정밀 기술의 눈부신 발전으로 인해 높은 정밀도를 내는 직선 운동 장치의 연구가 많이 진행되고 있으며 그 수요 또한 많아지고 있는 추세이다.In addition, the high precision equipment such as semiconductor equipment and optical measuring equipment has a linear motion table as a key element, which determines the accuracy of the entire system. Recently, due to the remarkable development of ultra-precision technology, many researches on linear motion devices with high precision have been conducted, and the demand is also increasing.
종래의 일반적인 직선 운동 시스템의 지지 베어링으로는 볼이나 롤러 베어링이 많이 사용되고 있으나 상기한 볼과 롤러의 탄성 변형과 불균일 등에 기인한 상하방향의 흔들림과 마찰력에 의하여 위치 정밀도를 초정밀급으로 하는 데에는 한계가 있다. 따라서, 좌우상하운동이 1㎛ 이하의 높은 정밀도를 나타내기 위해서는 테이블과 안내면이 비접촉 되도록 오일이나 공기 등의 윤활 유체를 사용하여 테이블을 지지하는 유체 베어링이 많이 적용되고 있다. 특히 공기 베어링으로 지지되는 테이블의 경우 강성은 다소 작으나 공기 자체의 낮은 점성으로 인해 매우 작은 마찰손실 특성을 보이며 다른 방법에 비해 높은 정밀도를 얻는데 많이 적용되고 있다.Ball bearings and roller bearings are commonly used as support bearings of conventional linear motion systems. However, there are limitations in making the position accuracy extremely accurate due to the up and down swing and frictional forces caused by the elastic deformation and non-uniformity of the ball and roller. have. Therefore, in order to exhibit a high precision of 1 m or less, the fluid bearing that supports the table using lubricating fluid such as oil or air is applied so that the table and the guide surface are in contact with each other. In particular, in the case of tables supported by air bearings, the rigidity is somewhat small, but due to the low viscosity of the air itself, it shows very small frictional loss characteristics and is widely used to obtain higher precision than other methods.
그러나, 종래와 같이 공기나 오일을 베어링의 윤활 유체로 사용하기 위해서는 유체를 일정한 압력으로 높이기 위한 압축기와 유체의 불순물을 제거하기 위한 필터가 필수적이며 이는 고가일 뿐만 아니라 이송 시스템의 구성이 전반적으로 커지게 되어 유지 및 관리가 힘들며 압축기의 회전에 의한 노이즈가 시스템에 영향을 미치게 되어 이송 정밀도를 높이기 위한 각별한 노력이 요구되며, 유체 베어링은 그의 특성을 결정하는 공급 압력, 오리피스의 직경, 윤활 틈새 등이 한번 결정되면 작동시 그 특성을 바꾸기 힘든, 이른바 수동 방식의 시스템으로서 사용자의 의도대로 능동적으로 제어하기 곤란하였다.However, in order to use air or oil as a lubricating fluid of a bearing as in the related art, a compressor for raising the fluid to a constant pressure and a filter for removing impurities from the fluid are essential, which is expensive and the configuration of the conveying system is large. It is difficult to maintain and manage, and the noise caused by the rotation of the compressor affects the system, which requires special efforts to improve the feeding accuracy. Once determined, it is a so-called manual system that is difficult to change its characteristics during operation.
또한, 일부 반도체 제조 장비나 이온 빔 가공과 같은 특수 가공 장비 등에서는 진공의 환경이 필요하며 직선 운동 시스템의 안내면 윤활제로 유체가 사용될 경우 이와 같은 특수 환경에서는 시스템의 적용이 곤란한 문제점들이 있었다.In addition, some semiconductor manufacturing equipment or special processing equipment such as ion beam processing requires a vacuum environment, and when a fluid is used as the guide surface lubricant of the linear motion system, there are problems in that the application of the system is difficult in such a special environment.
따라서, 최근에는 상기와 같은 제반 결점을 해결하기 위하여 전자석 및 센서가 내장된 자기 베어링을 장착한 직선운동 테이블이 널리 사용되고 있는 실정이다. 이러한 자기 베어링이 장착된 테이블은 자기력에 의하여 부상된 상태에서 가이드 면을 따라 이송됨으로써 완전한 무마찰로 인해 적은 구동력으로도 정밀한 직선 운동을 얻을 수 있는 한편, 이와 같은 자기 베어링은 테이블과 가이드 사이의 변위를 정확히 측정하여 그 간격을 정밀 제어하는 것이 매우 중요한 요인으로 작용한다.Therefore, in recent years, in order to solve the above-mentioned shortcomings, a linear motion table equipped with a magnetic bearing incorporating an electromagnet and a sensor is widely used. The table equipped with the magnetic bearing is moved along the guide surface in the state of being injured by the magnetic force, so that it is possible to obtain a precise linear motion with little driving force due to the complete frictionlessness, while such a magnetic bearing has a displacement between the table and the guide. It is very important to accurately measure and precisely control the spacing.
따라서, 통상의 상기 자기 베어링은 컴퓨터에 의하여 그 전자석의 자기력의 크기가 제어되는데, 즉 견인식 자기 베어링의 경우 테이블이 베어링의 중심에 위치한 경우 일정량의 견인력을 가하고 있다가 테이블 사방의 복수개의 전자석 중 어느 하나의 전자석에 근접하면 그 자극은 견인력을 감소시키며 반대쪽에 위치한 전자석은 견인력을 증가시켜 테이블의 변위를 제어하게 됨으로써, 상기 컴퓨터에 과부하가 걸리게 되고, 아울러 정확한 테이블의 변위를 측정하지 못하는 문제점이 있었다.Therefore, the magnetic force of the conventional magnetic bearing is controlled by the computer, the magnitude of the magnetic force of the electromagnet, that is, in the case of the traction-type magnetic bearing is applied a certain amount of traction force when the table is located in the center of the bearing, any of the plurality of electromagnet When the magnetic pole is close to one electromagnet, the magnetic pole reduces the traction and the opposite electromagnet increases the traction to control the displacement of the table, thereby overloading the computer and failing to accurately measure the displacement of the table. .
따라서, 상술한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 자기 베어링 전용의 제어기를 통하여 컴퓨터에 과부하가 걸리는 것을 방지하고, 정확한 테이블의 변위를 측정함으로써 외부 하중이나 외란 등에 대해 테이블이 능동적으로 작용하도록 하는 직선 운동 테이블용 자기 베어링 제어기를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention devised to solve the conventional problems as described above is to prevent the computer from being overloaded through a controller dedicated to magnetic bearings, and to measure the displacement of the correct table to determine the table against external load or disturbance. It is to provide a magnetic bearing controller for a linear motion table to make this active.
도 1은 본 발명에 따른 직선 운동 테이블용 자기 베어링 제어기의 바람직한 실시예를 나타낸 제어 블록도,1 is a control block diagram showing a preferred embodiment of a magnetic bearing controller for a linear motion table according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 직선 운동 테이블용 자기 베어링 제어기의 상세 회로도,2 is a detailed circuit diagram of a magnetic bearing controller for a linear motion table according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 직선 운동 테이블의 사용 상태를 나타낸 전체 사시도,3 is an overall perspective view showing a state of use of the linear motion table according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 직선 운동 테이블의 요부 절결 사시도이다.4 is a perspective view of main parts of the linear motion table according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
40 : 자기 베어링 42 : 센서40: magnetic bearing 42: sensor
100 : 입력신호 보정부 110 : PID 연산부100: input signal correction unit 110: PID operation unit
111 : 비례 연산기 112 : 미분 연산기111: proportional calculator 112: derivative operator
113 : 적분 연산기 120 : 합산 및 위상 보상부113: integral calculator 120: sum and phase compensation unit
121 : 합산 회로 122 : 위상 보상 회로121: summation circuit 122: phase compensation circuit
130 : 저역 통과 필터 및 오프셋 조절부 140 : 전류 증폭부130: low pass filter and offset control unit 140: current amplifier
150 : 센서 증폭부 Q1∼Q11 : 연산 증폭기150: sensor amplifier Q1 to Q11: operational amplifier
R1∼R32 : 저항 C1∼C5 : 콘덴서R1 to R32: resistors C1 to C5: capacitors
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직선 운동 테이블용 자기 베어링 제어기의 특징은, 자기 베어링으로 지지되는 직선운동 테이블에 있어서, 상기 자기 베어링의 센서로부터 유입된 변위 신호의 노이즈를 제거하는 입력신호 보정부와, 상기 입력신호 보정부로부터 출력되는 신호를 각각의 연산기를 통하여 합산함으로써 시스템에 대한 귀환제어를 실행하는 PID 연산부와, 상기 PID 연산부로부터 출력된 신호를 증폭/합산하여 테이블의 지지 안정성을 확보하고, 그 위상 지연을 감소시키는 합산 및 위상 보상부와, 상기 합산 및 위상 보상부로부터 출력된 신호를 통하여 제어기의 연산과정에서 발생하는 노이즈 및 전류의 진동 현상을 막아주는 저역 통과 필터 및 오프셋 조절부 및 상기 저역 통과 필터 및 오프셋 조절부의 전압신호를 전류신호로 변환하여 상기 자기 베어링의 제어전류를 출력하는 전류 증폭부로 구성된다.A magnetic bearing controller for a linear motion table according to the present invention for achieving the above object is, in the linear motion table supported by the magnetic bearing, the input signal for removing the noise of the displacement signal introduced from the sensor of the magnetic bearing Compensation unit, PID operation unit for performing feedback control to the system by summing the signals output from the input signal correction unit, and the output signal from the PID operation unit amplification / summation to improve the stability of the table Low pass filter and offset control to prevent noise and current oscillation occurring in the operation of the controller through the summation and phase compensation unit to secure and reduce the phase delay, and the signal output from the summation and phase compensation unit. Current and voltage signals of the low pass filter and the offset control unit. Converted into is composed of a current amplifier for outputting a control current of the magnetic bearing.
또한, 상기 자기 베어링의 센서로부터 유입된 변위 신호의 민감도와 오프셋을 조절하여 상기 입력신호 보정부로 출력시키는 센서 증폭부가 더 구비된다.In addition, the sensor amplification unit for adjusting the sensitivity and the offset of the displacement signal introduced from the sensor of the magnetic bearing to output to the input signal correction unit is further provided.
상기 합산 및 위상 보상부는 상기 PID 연산부로부터 출력된 신호를 증폭/합산하는 합산회로 및 그 위상 지연을 감소시키는 위상 보상 회로로 구성된다.The summation and phase compensator comprises a summation circuit for amplifying / summing the signal output from the PID calculator and a phase compensator for reducing the phase delay thereof.
따라서, 자기 베어링 전용의 제어기를 통하여 컴퓨터에 과부하가 걸리는 것을 방지하고, 정확한 테이블의 변위를 측정함으로써 외부 하중이나 외란 등에 대해 테이블이 능동적으로 작용하도록 한다.Therefore, the computer is prevented from being overloaded by the controller dedicated to the magnetic bearing, and the table is actively acted on external load or disturbance by measuring the exact displacement of the table.
이하, 본 발명에 따른 자기 베어링으로 지지되는 직선 운동 테이블의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a linear motion table supported by a magnetic bearing according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 직선 운동 테이블용 자기 베어링 제어기의 바람직한 실시예를 나타낸 제어 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 직선 운동 테이블용 자기 베어링 제어기의 상세 회로도이다.1 is a control block diagram showing a preferred embodiment of a magnetic bearing controller for a linear motion table according to the present invention, Figure 2 is a detailed circuit diagram of a magnetic bearing controller for a linear motion table according to the present invention.
도 1 및 도 2에 의하면, 직선 운동 테이블용 자기 베어링 제어기는 다수개의 연산 증폭기(OP-Amp), 콘덴서(C), 저항(R) 등을 이용한 입력신호 보정부(100), PID 연산부(110), 합산 및 위상 보상부(120), 저역 통과 필터 및 오프셋 조절부(130), 전류 증폭부(140), 그리고 센서 증폭부(150)로 구성된다. 상기 센서 증폭부(150)는 테이블(30)에 내장된 센서(42)들로부터 감지되는 센서 신호를 원하는 민감도와 오프셋을 갖도록 조절하며, 여기서 센서(42)의 변위 신호는 모든 센서(42)에 대하여 동일한 감도를 갖도록 조절된다.1 and 2, the magnetic bearing controller for the linear motion table includes an
상기 입력신호 보정부(100)는 상기 센서 증폭부(150)로부터 입력되는 변위 신호의 노이즈 성분을 감쇄시키고, 상기 PID 연산부(110)는 비례, 미분, 적분 연산기(111)(112)(113)를 통하여 동일한 압력 신호에 대해 각각의 연산을 수행한 후 주어진 각 연산기의 이득 수준에 따라 이들을 합산함으로써 각 연산기가 갖는 고유한 귀환 제어 특성들을 혼합하여 시스템에 대한 귀환 제어를 실행한다.The
상기 합산 및 위상 보상부(120)는 상기 PID 연산부(110)를 거친 신호를 입력하고 합산회로(121)를 이용하여 합산함으로써 저주파에서의 테이블의 지지 안정성을 확보한다. 이 합산회로(121)를 통과한 신호는 위상지연을 갖게되고, 따라서 보상회로(122)를 이용하여 위상 지연된 신호를 보상한다.The summation and
상기 저역 통과 필터 및 오프셋 조절부(130)는 고주파 노이즈의 제거를 수행하며, 이 과정에서 신호 전압은 액추에이터의 작동영역에 맞도록 오프셋이 조정되고 각각 하나의 제어축에 대해 서로 마주보는 코일의 전류 증폭부(140)로 보내진다. 상기 전류 증폭부(140)는 각각의 제 1전류 증폭부(141) 및 제 2전류 증폭부(142)를 통하여 전압 신호를 전류 신호로 변환시킴으로써 자기 베어링(40)을 제어하는 제어 전류로 사용한다.The low pass filter and the
도 3은 본 발명에 따른 직선 운동 테이블의 사용 상태를 나타낸 전체 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 직선 운동 테이블의 요부 절결 사시도이다.3 is an overall perspective view showing a state of use of the linear motion table according to the present invention, Figure 4 is a perspective view of the main portion of the linear motion table according to the present invention.
도 3에 의하면, 베드(10)는 그 상단의 양측으로 리니어 가이드(11)가 형성된다. Y축 테이블(20)은 상기 베드(10) 상단에 안착되어서 상기 리니어 가이드(11)로 지지되고 그 하측에 마련된 리니어 모터(12)와 리니어 스케일(13)로 구동되어서 Y축 방향으로 이송된다. X축 테이블(30)은 상기 Y축 테이블(20)을 베드로 사용하고 복수개의 자기 베어링(40)으로 지지되며 리니어 모터(21)와 리니어 스케일(22)로 구동되어 X축 방향으로 이송된다. 상기 리니어 모터(12)(21)는 BLDC(brushless DC)모터를 적용함이 바람직하다.According to FIG. 3, the
또한, 상기 리니어 모터(12)(21)의 구동을 제어하는 리니어 모터 구동용 서보 앰프(51) 및 상기 자기 베어링(40)의 구동을 제어하는 본 발명에 따른 자기 베어링 제어기(50)와 시스템의 전반적인 제어를 수행하는 컴퓨터(미도시)가 마련된다. 상기 리니어 모터(12)(21)를 구동하기 위한 서보 앰프(51)는 BLDC 서보 앰프와 서보 앰프의 전원장치로 구성된다. 이 서보 앰프(51)는 리니어 모터(12)(21)의 홀 센서에서 나오는 신호를 받아 영구자석의 위치를 알아내어 리니어 모터(12)(21)의 헤드에 삼상의 전류를 흘려주는 역할을 한다.In addition, the linear motor
도 4에 의하면, 상기 Y축 테이블(20)은 그 양측의 상부와 측면에 가이드 플레이트(23)를 볼트(24)로 고정한다. 상기 가이드 플레이트(23) 내측의 상하 및 측벽에는 각각 라미네이티드 가이드(25)가 마련된다. 또한, 사각형 형태의 X축 테이블(30)의 아래에는 도시되지 않은 리니어 스케일 헤드와 리니어 모터 헤드가 마련된다. 상기 X축 테이블(30)은 그 4방 모서리에 각각의 자기 베어링(40)이 고정된다. 상기 복수개의 자기 베어링(40)은 상기 Y축 테이블(20)의 라미네이티드 가이드(25)에 대향하여 자기력을 발생하는 전자석(41) 및 그 변위를 측정하는 변위 센서(42)로 구성한다. 따라서, 상기 X축 테이블(30)은 상기 Y축 테이블(20) 위의 수직 및 수평 방향 가이드 플레이트(23) 내측의 라미네이티드 가이드(25)를 안내면으로 하여 이송되고, 그 구동은 중앙에 위치하는 리니어 모터(21)에 의해 이루어지며 이송 위치는 리니어 스케일(22)에 의해 측정된다.According to FIG. 4, the Y-axis table 20 fixes the
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured in this way in more detail as follows.
본 발명에 따른 직선 운동 테이블은 리니어 가이드(11)로 지지되는 Y축과 자기 베어링(40)으로 지지되는 X축으로 구성되며, 2축 모두 리니어 모터(12)(21)로 구동된다. 상기 리니어 모터(12)(21)는 리니어 스케일(13)(22)에 의해서 위치신호를 궤환받고 이를 컴퓨터(미도시)의 DSP보드를 이용하여 제어하게 된다. 도 3에 의하면, Y축 테이블(20)은 베드(10) 상단 양측의 리니어 가이드(11)로 지지된 상태에서 그 하측에 마련된 리니어 모터(12)와 리니어 스케일(13)로 구동되어 Y축 방향으로 이송된다. 여기서, BLDC 서보 앰프(51)는 상기 리니어 모터(12)를 구동하기 위하여 컴퓨터(미도시)의 제어에 따라 상기 리니어 모터(12)를 제어하되, 상기 리니어 모터(12)의 홀 센서에서 나오는 신호를 받아 영구자석의 위치를 알아내고 리니어 모터 헤드(미도시)에 삼상의 전류를 흘려줌으로써 상기 Y축 테이블(20)을 이송시킨다.The linear motion table according to the present invention is composed of a Y axis supported by the
또한 도 4에 의하면, 상기 X축 테이블(30)은 그 4방 모서리에 고정된 각각의 자기 베어링(40)에 의하여 상기 Y축 테이블(20) 위의 수직 및 수평 방향의 가이드 플레이트(23) 내측의 라미네이티드 가이드(25) 사이에 일정한 거리로 자기 부상한 상태에서 이를 안내면으로 하여 이송되는데, 그 구동은 중앙에 위치하는 리니어 모터(21)에 의해 이루어지며 이송 위치는 리니어 스케일(22)에 의해 측정된다.4, the X-axis table 30 is inside the
상기 자기 베어링(40)은 자기 베어링 제어기(50)에 의하여 그 구동이 제어되는데, 자체에 내장된 전자석(41)의 코일에 흐르는 전류에 의하여 발생하는 자기력을 이용하여 물리적인 접촉 없이 X축 테이블(30)을 지지하게 되고, 상기 전자석(41)과 함께 내장된 변위 센서(42)의 출력 신호를 통하여 그 변위를 측정하여 상기 전자석(41)의 코일에 흐르는 전류량을 제어함으로써 항상 일정한 거리를 유지하도록 하는 것이다.The
이와 같이 구동되는 직선운동 테이블에 있어서, 상기 자기 베어링(40)을 제어하는 본 발명의 자기 베어링 제어기(50)를 도 2를 참조하여 설명하면, 먼저 상기 테이블(30)의 자기 베어링(40)에 내장된 센서(42)들로부터 감지되는 센서 신호는 센서 증폭기(150)를 거쳐 원하는 민감도와 오프셋을 갖도록 조절된다. 여기서 변위신호는 모든 센서(42)에 대하여 동일한 감도를 갖도록 조절된 후 입력신호 보정부(100)를 거쳐 PID 연산부(110)를 통과한다.In the linear motion table driven as described above, the
상기 입력신호 보정부(100)에 있어서, 테이블(30)의 변위를 감지하는 변위 센서(42)의 변위 신호는 1/11의 비율을 갖도록 복수개의 저항(R1)(R2)으로 된 전압 분할기와 반전 증폭기(Q1)를 통과하게 된다. 상기 변위 센서(42)로부터 유입된 변위 신호에는 전원 노이즈 및 접지 노이즈 등과 같이 테이블(30)의 변위와 무관한 노이즈가 포함되어 있다. 이러한 노이즈는 종종 변위 신호와 동일한 수준일 경우도 있다. 따라서 이들의 영향을 최소화하기 위해 저항(R1)(R2)을 이용하여 변위신호를 1/11의 비율로 축소하여 제어 기준으로 삼는다.In the
변위 센서(42)는 테이블(30) 사이에 기준 간극이 있으며, 이에 따라 기준 위치에서의 센서(42)의 출력 전압이 존재하게 되므로 이 초기 오프셋 전압을 0 V로 조절하기 위해 입력 신호 보정부(100)에는 오프셋 조절 장치가 부착되어야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이 우선 입력신호인 전압 V1은 저항(R1)(R2)으로 된 전압 분할기를 통과하게 된다. 여기서 상기 입력 전압은 아래 식으로 정의된다.The
또한, 오프셋 조절용 가변저항(R3)을 이용하여 V1을 테이블(30)이 기준 위치에 있을 때 0 V가 되도록 맞춘다. 변위 센서(42)의 민감도는 각 센서마다 서로 차이가 있으며 이를 동일하게 맞추기 위하여 신호의 보정은 센서 증폭부(150)에서 증폭비 조절이 가능하도록 설계하였다.In addition, by using the variable resistor R3 for offset adjustment, V1 is adjusted to be 0V when the table 30 is at the reference position. The sensitivity of the
상기 PID 연산부(110)는 비례 및 미분, 적분 연산기(111)(112)(113)가 병렬로 연결되어 각각의 이득이 합산되는 3-모드 병렬식 아날로그 PID 연산기를 사용한다. 각 연산기는 동일한 압력 신호에 대해 각각의 연산을 수행한 후 주어진 각 연산기의 이득 수준에 따라 이들을 합산함으로써 각 연산기가 갖는 고유한 귀환 제어 특성들을 혼합하여 시스템에 대한 귀환 제어를 실행한다. 동양 역학적인 제어 시스템은 비례, 미분 연산 중 어느 한 이득이 변화에 대해서도 응답 특성이 변화하며 이들의 변화에 따른 시스템 응답 특성의 변화로부터 계를 가장 잘 안정적으로 유지할 수 있는 각 이득의 최적값이 존재하게 된다. 그러므로 상기 PID 연산부(110)는 각각의 이득을 변화시킬 수 있도록 설계하여야만 한다. 이때 이득값은 10turn 가변저항기를 사용하여 조정한다.The
상기 비례 연산기(111)는 10배의 이득을 갖는 반전 증폭기로 도 2에 도시된 바와 같이 R9의 가변 저항에 의해 비례 이득이 결정된다.The
상기 적분 연산기(112)의 적분 증폭기(Q3)의 작동 영역은 이득 한계 주파수
여기서 테이블(30)의 안정성 향상을 위하여 적분 연산기(112)의 출력 이득을 0으로 한다.In this case, the output gain of the
또한, 미분 연산기(113)의 미분 증폭기(Q4)의 작동영역은 0dB의 이득 주파수
여기서,
상기 PID 연산부(110)를 통과한 신호는 합산 및 위상 보상부(120)로 입력되고, 이 합산 및 위상 보상부(120)에서 합산회로(121)를 거쳐 위상지연을 갖게되며 이를 위한 보상회로(122)를 이용하여 보상한다.The signal passing through the
즉, 상기 PID 연산부(110)의 미분 연산기(112)는 입력 신호의 주파수 특성에 따라 출력 이득이 변화한다. 미분 연산은 입력 신호의 주파수 증가에 따라 출력이득이 증가하는 특성을 갖는다. 상기 미분 연산기(112)는 고주파로 됨에 따라 그 역할이 점차로 증가하는 특성을 갖는 반면 저주파에서는 미분 이득이 너무 작기 때문에 테이블이 안정적인 지지가 어렵다. 그러므로, 상기 합산 및 위상 보상부(120)는 미분 연산기(112)의 결과를 비례 증폭의 연산 결과보다 10배 증폭된 상태에서 합산 연산을 수행하여 저주파에서의 테이블(30)의 지지 안정성을 확보한다. 도 2에는 PID 연산 결과를 서로 다른 비율로 합산하는 합산 회로(121)를 도시하였다.That is, the
상기 PID 연산부(110)에서 나오는 각각의 출력값
상기 합산 회로(121)를 통하여 합산된 출력은 도 2에 도시된 위상 보상 회로(122)로 입력되어 시스템의 위상 지연을 감소시키게 된다. 여기서 위상 보상각은 앞의 합산 회로(121)에서의 위상 지연각을 고려하여 선정하여야 하며 시스템의 안정성을 높여주는 역할을 한다.The output summed up through the summing
상기 합산 및 위상 보상부(120)를 거친 신호는 이후 고주파 노이즈의 제거를 위해 저역 통과 필터 및 오프셋 조절부(130)로 보내진다. 이 과정에서 신호 전압은 액추에이터의 작동영역에 맞도록 오프셋이 조정된다.The signal passing through the summation and
상기 저역 통과 필터는 센서와 제어기의 연산 과정에서 발생하는 바람직하지 못한 노이즈 및 전류와 전자석 코일 사이의 전류의 진동 현상을 막아 준다. 도 2에 의하여 임피던스를 각각
따라서, 상기 수학식 7을
여기서, 오프셋 전압은 가변저항(R27)을 통하여 테이블(30)이 자극에 닿았을 때의 출력 전류를 0이 되도록 설정하여 직선 운동 테이블의 작동시 갑작스러운 진동 등에 의하여 테이블(30)이 가이드(25)에 붙어 버리는 현상을 방지하도록 한다.Here, the offset voltage is set so that the output current when the table 30 touches the magnetic pole through the variable resistor (R27) to be zero, so that the table 30 is guided by a sudden vibration or the like during the operation of the linear motion table. ) To prevent it from sticking.
상기 저역 통과 필터 및 오프셋 조절부(130)에서 오프셋이 조정된 신호 전압은 각각 하나의 제어축에 대해 서로 마주보는 코일의 전류 증폭부(140)로 보내진다.The signal voltage whose offset is adjusted by the low pass filter and the offset
이 전류 증폭부(140)는 도시된 바와 같이 반전부를 이루는 제 1증폭부(141), 추종부를 이루는 제 2증폭부(142)로 구성되며, 이의 전압 대비 전류 증폭비는 1 A/V로 설계하였다. 따라서, 상기 전류 증폭부(140)에 의하여 전압신호는 전류신호로 변환됨으로써 자기 베어링(40)의 제어전류로 사용된다.The
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 직선 운동 테이블용 자기 베어링 제어기에 의하면, 자기 베어링 전용의 제어기를 통하여 컴퓨터에 과부하가 걸리는 것을 방지하고, 정확한 테이블의 변위를 측정함으로써 외부 하중이나 외란 등에 대해 테이블이 능동적으로 작용하도록 하는 효과가 있다.As described above, according to the magnetic bearing controller for the linear motion table according to the present invention, the table is active against external loads or disturbances by preventing the computer from being overloaded and measuring the exact displacement of the table through the controller dedicated to the magnetic bearing. It is effective to act as.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1019970070093A KR100280752B1 (en) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | Magnetic Bearing Controller for Linear Motion Tables |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970070093A KR100280752B1 (en) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | Magnetic Bearing Controller for Linear Motion Tables |
Publications (2)
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KR19990050901A KR19990050901A (en) | 1999-07-05 |
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Family
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
KR1019970070093A KR100280752B1 (en) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | Magnetic Bearing Controller for Linear Motion Tables |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1997
- 1997-12-17 KR KR1019970070093A patent/KR100280752B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Publication date |
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