KR100323247B1 - 모터의 회전속도 제어장치 - Google Patents

모터의 회전속도 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 모터의 회전속도 제어장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 마이크로 프로세서에 의한 모터의 회전속도 제어방식을 탈피하여 모터의 회전속도를 가속 및 감속하기 위한 연산구조를 디지털 논리연산기 구조로 구현함으로써, 초고속의 회전속도를 갖는 모터를 일정한 가속도 및 감속도로 유지시키며, 초당 5백만개 이상 고속의 출력을 얻을 수 있도록 한 모터의 회전속도 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 특징은, 모터의 회전속도를 제어하는 장치에 있어서: 사용자에 의해 모터의 구동 및 정지상태에 관련된 정보가 입력되면, 모터의 최종 목표속도값과 기 설정된 각 단계별 의사목표속도값을 검출하는 마이크로 프로세서와; 마이크로 프로세서로부터 출력된 최종 목표속도값과 각 단계별 의사목표속도값을 이용하여 모터의 출발속도값과 현재속도값 및 각 단계별 의사목표속도값과 최종 목표속도값에 대한 각각의 비교결과를 출력하는 속도 비교부와; 모터의 현재속도값으로부터 모터의 회전속도를 가속하기 위한 가속신호와, 모터의 회전속도를 감속하기 위한 감속신호 및 상기모터의 회전속도를 유지시키기 위한 등속신호를 출력함과 동시에 모터의 구동개시를 나타내는 구동개시신호와 모터의 구동종료를 나타내는 구동종료신호를 각각 출력하는 가/감속 제어부와; 속도 비교부의 비교결과에 따라 모터의 가속 및 감속비율을 결정하고, 결정된 가속 및 감속비율값을 출력하는 비율 선택부와; 비율 선택부에서 결정된 가속 및 감속비율에 대응하여 모터를 가속 및 감속시키기 위한 펄스신호를 발생하는 펄스 발생부와; 펄스 발생부에서 출력된 펄스신호에 대응하여 각 단계별 의사 목표속도 및 최종 목표속도로 모터가 회전하도록 모터에 펄스신호를 출력함과 동시에 모터의 회전방향을 제어하는 회전방향신호를 발생하는 목표속도 제어부를 포함하는 점에 있다.
본 발명은 마이크로 프로세서는 모터의 최종 목표속도값과 기 설정된 각 단계별 의사목표속도값만을 연산 및 검출하고 모터의 가속 및 감속에 관련된 제어동작은 하드웨어에 의해 처리하도록 함으로써, 마이크로 프로세서의 부담이 해소되어 초고속용 모터에서의 회전속도 제어가 가능해지는 이점이 있다.

Description

모터의 회전속도 제어장치{APPARATUS FOR CONTROL ROTATE SPEED OF MOTOR}
본 발명은 모터의 회전속도 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테핑모터, DC모터 및 AC모터 등 각종 모터의 회전속도를 제어하는데 필요한 구동펄스를 프로그램된 속도로 출력하고, 센서 등과 같은 각종 입력수단으로부터 입력된 각종 입력신호에 대응하여 구동펄스의 출력상태를 제어하며, 모터에 무리한 토크나 충격이 가해지지 않도록 일정한 가속 및 감속 패턴을 유지하면서 고속으로 회전하는 모터의 속도를 제어하도록 한 모터의 회전속도 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 잘 알려진 바와 같이, 전기 모터는 플레밍의 왼손 법칙에 입각하여 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치로, 오늘날, 전세계적으로 하루에 대략 500만개 이상이 생산될 정도로 광범위한 적용 분야를 확보하고 있는 에너지 변환 수단이다. 모터의 회전력은 기어나 풀리 등과 같은 각종 기계적인 장치와 기계적으로 결합하여 사용할 경우에는 고유 능력인 회전력 이외에 상하, 전후, 좌우 왕복운동과 와선 운동을 포함하는 대부분의 3차원 운동이 가능할 뿐만 아니라 다수의 링크를 갖는 정밀한 메카니즘을 구성하여 회전방향과 회전량 및 회전속도를 세밀하게 제어할 경우에는 인간의 움직임과 같은 자유로운 운동성을 제공할 수도 있다.
이에 따라, 모터를 포함하는 기타 회전체의 운동을 정밀하게 제어하기 위해서는 회전체로부터 회전방향과 회전량, 회전속도, 회전토크 등과 같은 회전정보를 정확하게 추출해 낼 필요성이 있다.
최근에 개발되고 있는 모터는 극저속용에서부터 초고속용에 이르기까지 광범위한 응용폭을 점유하고 있지만, 최근의 기술적인 요구 추세는 점차 초고속화와 초정밀제어를 지향하고 있음에 따라 회전정보에 대한 신뢰성 및 정밀도는 모터의 성능을 결정하는 핵심요소가 되고 있다.
모터의 회전속도를 제어하는 종래의 방식은 마이크로 프로세서가 일정한 주파수를 갖는 펄스를 발생시키는 방식이 주로 사용되어 왔다. 즉, 종래의 모터는 마이크로 프로세서에서 기 설정된 소정 주파수의 펄스신호를 출력하여 모터를 회전시키고, 센서 등으로부터 입력된 모터의 회전속도데이터를 검출하여 목표속도와의차를 연산하여 그 차에 따라 펄스신호를 가변함으로써, 모터의 회전속도를 가속 및 감속시켜 일정한 회전속도를 유지하도록 하였다.
그런데, 이와 같은 종래의 모터 회전속도 제어장치에 의하면 다음과 같은 문제점들이 발생한다.
첫째, 마이크로 프로세서를 통하여 모터의 회전속도를 제어하는 방식은 마이크로 프로세서를 통한 연산작업이 요구됨에 따라, 마이크로 프로세서의 부담이 가중된다. 이는 마이크로 프로세서를 통한 처리속도의 한계에 의해 마이크로 프로세서는 최고의 처리속도보다 낮은 처리속도로 모터를 제어하여야 하는 것을 의미하며, 이러한 이유로 해서 초당 5백만개의 펄스에 의해 회전되는 초고속용 모터의 회전속도를 제어하는 것이 매우 난해하다.
둘째, 마이크로 프로세서를 통한 모터의 회전속도 제어방식은 가속 및 감속과정에 의한 전기적 및 기구적 외란(노이즈)에 의해 펄스의 흔들림이 발생하여 모터의 회전속도 제어가 난해하다. 특히, 마이크로 프로세서에서 발생되는 초당 5백만개의 펄스에 의해 회전되는 초고속용 모터의 경우, 고속 및 정밀한 제어가 요구됨에도 불구하고 일정한 가속 및 감속패턴을 유지하지 못하면, 모터에 무리한 충격이 가해져 고장이 발생하거나 파괴되는 현상이 발생하기도 하며, 적절한 속도유지가 이루어지지 않기 때문에 모터에는 소음이 발생한다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 마이크로 프로세서에 의한 모터의 회전속도 제어방식을 탈피하여 모터의 회전속도를 가속 및 감속하기 위한 연산구조를 디지털 논리연산기 구조로 구현함으로써, 초고속의 회전속도를 갖는 모터를 일정한 가속도 및 감속도로 유지시키며, 초당 5백만개 이상 고속의 출력을 얻을 수 있도록 한 모터의 회전속도 제어장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 의한 모터의 회전속도 제어장치의 전체블럭도이고,
도 2는 도 1에 도시된 가/감속 제어부의 상세블럭도이며,
도 3은 도 1에 도시된 속도 비교부의 상세블럭도이고,
도 4는 도 1에 도시된 비율 선택부의 상세블럭도이며,
도 5는 도 1에 도시된 펄스 발생부의 상세블럭도이고,
도 6은 도 1에 도시된 목표속도 제어부의 상세블럭도이며,
도 7은 모터의 회전속도를 나타내는 속도그래프이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
101: 가/감속 제어부 102: 속도 비교부
103: 비율 선택부 104: 펄스 발생부
105: 목표속도 제어부 106: 구동 설정기
107: 동기 제어기 108: 업/다운 제어기
109: 구동 제어기 110∼115: 비교기
116∼118: 비율 선택기 119: 적분기
120: 발진기 121: 카운터
122∼125: 속도 제어기 drv_start: 구동개시신호
sstp, estp: 정지신호 inc: 가속신호
dec: 감속신호 driving: 구동신호
drv_end: 구동종료신호 std: 출발속도값
nobj: 목표속도값 rate12, rate23: 의사목표속도값
cur_speed: 현재속도값 comp_result: 비교결과신호
rate0, rate1, rate2: 가속 및 감속비율
sel_raten: 비율선택신호 preset_drv: 구동제어신호
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 모터의 회전속도를 제어하는 장치에 있어서: 사용자에 의해 모터의 구동 및 정지상태에 관련된 정보가 입력되면, 모터의 최종 목표속도값과 기 설정된 각 단계별 의사목표속도값을 검출하는 마이크로 프로세서와; 마이크로 프로세서로부터 출력된 최종 목표속도값과 각 단계별 의사목표속도값을 이용하여 모터의 출발속도값과 현재속도값 및 각 단계별 의사목표속도값과 최종 목표속도값에 대한 각각의 비교결과를 출력하는 속도 비교부와; 모터의 현재속도값으로부터 모터의 회전속도를 가속하기 위한 가속신호와, 모터의 회전속도를 감속하기 위한 감속신호 및 상기모터의 회전속도를 유지시키기 위한 등속신호를 출력함과 동시에 모터의 구동개시를 나타내는 구동개시신호와 모터의 구동종료를 나타내는 구동종료신호를 각각 출력하는 가/감속 제어부와; 속도 비교부의 비교결과에 따라 모터의 가속 및 감속비율을 결정하고, 결정된 가속 및 감속비율값을 출력하는 비율 선택부와; 비율 선택부에서 결정된 가속 및 감속비율에 대응하여 모터를 가속 및 감속시키기 위한 펄스신호를 발생하는 펄스 발생부와; 펄스 발생부에서 출력된 펄스신호에 대응하여 각 단계별 의사 목표속도 및 최종 목표속도로 모터가 회전하도록 모터에 펄스신호를 출력함과 동시에 모터의 회전방향을 제어하는 회전방향신호를 발생하는 목표속도 제어부를 포함하는 점에 있다.
여기서, 속도 비교부는 출발속도값과 현재속도값을 비교하고, 최종 목표속도값과 각 단계별 의사목표속도를 각각 비교하며, 현재속도값과 각 단계별 의사목표속도를 각각 비교하고, 현재속도값과 목표속도값을 비교하도록 각각의 비교대상에 일대일 대응하도록 구성된 다수개의 비교기를 포함한다.
또한, 가/감속 제어부는 모터의 구동개시신호와 구동종료신호에 대응하여 모터의 회전상태를 제어하는 구동제어신호를 출력하는 구동 설정기와; 모터의 회전속도를 제어하기 위한 각종 제어신호를 시스템 클럭에 동기시키는 동기 제어기와; 동기 제어기에 의해 동기되어 모터의 회전속도를 가속, 등속, 감속시키기 위한 판정신호를 출력하는 구동 제어기와; 모터가 구동되는 상태에서 목표속도 제어부로부터 모터에 출력되는 펄스의 개수를 카운팅하는 업/다운 제어기를 포함한다.
그리고, 비율 선택부는 속도 비교부의 비교결과에 대응하여 모터의 회전속도가 각 단계별 의사목표속도 및 최종 목표속도에 도달하도록 각 단계별 의사목표속도와 최종 목표속도에 일대일 대응하는 가속 및 감속비율을 선택하는 다수개의 비율 선택기를 포함한다.
또한, 펄스 발생부는 가/감속 제어부에서 출력된 가속신호와 등속신호 및 감속신호와, 비율 선택부에서 선택된 가속 및 감속신호에 대응하는 비율을 통하여 모터를 회전시키기 위한 구동펄스를 발생하는 적분기와; 출발속도값을 검출하여 소정의 시간주기마다 발생되는 다음 속도신호를 사용하여 모터의 회전속도를 가속 및 감속하기 위한 신호를 출력하고, 현재속도값을 출력하는 발진기와; 비율 선택부에서 선택된 비율을 사용하여 소정의 시간주기마다 가속 및 감속제어펄스를 발생시켜 모터의 가속 및 감속시점을 결정하는 카운터를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 회로의 구성소자 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1에는 본 발명에 의한 모터의 회전속도 제어장치의 전체블럭도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 가/감속 제어부의 상세블럭도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1에 도시된 속도 비교부의 상세블럭도가 도시되어 있고, 도 4에는비율 선택부의 상세블럭도가 도시되어 있으며, 도 5에는 목표속도 제어부의 상세블럭도가 도시되어 있다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 전체적인 구성을 살펴보면, 가/감속 제어부(101)는 마이크로 프로세서(도시되지 않았음)로부터 제공되는 모터의 구동개시신호(drv_start) 및 정지신호(sstp, estp)를 공급받아 모터의 회전속도를 가속 및 감속하기 위한 가속신호(inc)와 감속신호(dec) 및 구동신호(driving) 및 구동종료신호(drv_end)를 출력한다.
속도 비교부(102)는 모터가 최초 회전되는 시점의 출발속도값(std)과 목표속도값(nobj) 및 구간별 의사목표속도값(rate12, rate23)을 각각 입력받아 모터의 현재 회전속도(cur_speed)와 각각의 비교대상을 비교한 비교결과신호(comp_result)를 출력한다.
비율 선택부(103)는 속도 비교부(102)에서 비교된 결과에 따라 해당하는 가속 및 감속비율(rate0, rate1, rate2)을 선택하고, 선택된 가속 및 감속비율(rate0, rate1, rate2)에 대응하는 비율선택신호(sel_raten)를 출력한다.
펄스 발생부(104)는 가/감속 제어부(101)에서 출력된 구동신호(driving)에 의해 모터를 회전시키고, 가속 및 감속신호(inc, dec)에 대응하여 모터의 회전속도에 대한 가속 및 감속작업을 수행함과 동시에 비율 선택부(103)에서 출력된 비율선택신호(sel_raten)에 따라 해당하는 가속 및 감속비율(rate0, rate1, rate2)로 모터의 구동펄스를 출력한다.
목표속도 제어부(105)는 모터의 회전속도를 단계별로 조정한다. 즉, 모터의 회전속도가 최종 목표속도(nobj)에 도달하기까지를 몇 개의 단계로 구분하고, 각 단계에 대한 각각의 의사목표속도(rate12, rate13)를 설정하여 설정된 의사목표속도(rate12, rate13)에 대응하여 서로 상이한 가속 및 감속비율(rate0, rate1, rate2)로 모터의 회전상태를 제어한다. 이러한 방식은 모터가 최종 목표속도(nobj)에 도달하기 위하여 구동개시시점으로부터 무리한 가속도로 회전함에 따라 모터에 가해지는 충격을 감소시키기 위하여 각 단계별로 분할된 가속비율로 모터를 회전시키도록 한 것이다. 또한, 이러한 방식은 모터의 회전속도가 최종 목표속도(nobj)로부터 정지할 때까지의 과정에서도 동일하게 적용된다.
한편, 도 2 내지 도 6을 참조하여 도 1에 도시된 각 구성부를 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하여 가/감속 제어부(101)를 설명하면, 구동 설정기(106)는 구동개시신호(drv_start)와 구동종료신호(drv_end)에 따라 모터의 구동상태를 제어하는 구동제어신호(preset_drv)를 출력한다.
동기 제어기(107)는 시스템에서 제공되는 시스템클럭과 구동 설정기(106)에서 출력된 구동제어신호(preset_drv)를 동기시키는 역할을 담당한다.
업/다운 제어기(108)는 출발속도(std)와 목표속도(nobj)에 대한 정보를 통하여 가속시에 출력된 펄스의 개수와 등속시에 출력된 펄스의 개수 및 감속시에 출력된 펄스의 개수를 카운팅한다.
구동 제어기(109)는 입력된 구동개시신호(drv_start)와 출발속도값(std) 및 목표속도값(nobj) 등의 정보를 제공받아 모터를 구동하기 위한 가속신호(inc)와 감속신호(dec) 및 등속신호(cons)와 구동종료신호(drv_end)를 출력한다.
또한, 도 3을 참조하여 속도 비교부(102)의 구성을 설명하면, 출발속도값(std)과 최종 목표속도값(nobj)을 각각 입력받고, 기 설정된 단계별 의사목표속도값(rate12, rate13)을 입력받아 출발속도값(std)과 모터의 현재속도값(cur_speed) 및 최종 목표속도값(nobj)과 각 단계별 의사목표속도값(rate12, rate13)의 대소관계를 비교하여 그 결과를 출력한다. 즉, 속도 비교부(102)에는 출발속도값(std)과 현재속도값(cur_speed)의 대소관계를 비교하여 비교결과를 출력하는 제1 비교기(110)와, 최종 목표속도값(nobj)과 제1 의사목표속도값(rate12)의 대소관계를 비교하여 비교결과를 출력하는 제2 비교기(111)와, 최종 목표속도값(nobj)과 제2 의사목표속도값(rate13)의 대소관계를 비교하여 비교결과를 출력하는 제3 비교기(112)와, 현재속도값(cur_speed)과 제1 의사목표속도값(rate12)의 대소관계를 비교하여 비교결과를 출력하는 제4 비교기(113)와, 현재속도값(cur_speed)과 제2 의사목표속도값(rate23)의 대소관계를 비교하여 비교결과를 출력하는 제5 비교기(114)와, 현재속도값(cur_speed)과 최종 목표속도값(nobj)의 대소관계를 비교하여 비교결과를 출력하는 제6 비교기(115)로 구성된다.
한편, 도 4를 참조하여 비율 선택부(103)를 상세히 설명하면, 제1 비율 선택기(116)는 속도 비교부(102)에서 비교된 결과 중 현재속도값(cur_speed)과 제1 및 제2 의사목표속도값(rate12, rate23)의 비교결과에 대응하여 동작하며, 현재속도값(cur_speed)이 제1 및 제2 의사목표속도값(rate12, rate23)보다 작은 값일 때 제1 비율(rate0)로 모터의 회전속도를 가속 및 감속한다.
제2 비율 선택기(117)는 속도 비교부(102)에서 비교된 결과 중 현재속도값(cur_speed)과 제1 및 제2 의사목표속도값(rate12, rate23)의 비교결과에 대응하여 동작하며, 현재속도값(cur_speed)이 제1 의사목표속도값(rate12)보다 큰 값이고, 현재속도값이 제2 의사목표속도값(rate23)보다 작은 값일 때 제2 비율(rate1)로 모터의 회전속도를 가속 및 감속한다.
제3 비율 선택기(118)는 속도 비교부(102)에서 비교된 결과 중 현재속도값(cur_speed)과 제1 및 제2 의사목표속도값(rate12, rate23)의 비교결과에 대응하여 동작하며, 현재속도값(cur_speed)이 제1 및 제2 의사목표속도값(rate12, rate23)보다 큰 값일 때 제3 비율(rate2)로 모터의 회전속도를 가속 및 감속한다.
또한, 도 5를 참조하여 펄스 발생부(104)를 설명하면, 적분기(119)는 현재속도값(cur_speed)과 비율 선택부(103)로부터 출력된 해당 가속 및 감속비율정보(rate0, rate1, rate2)에 대응하여 50％의 듀티비를 갖는 펄스를 발생한다.
발진기(120)는 출발속도값(std)을 검출하여 소정의 시간주기마다 발생되는 다음 속도신호를 사용하여 모터의 회전속도를 가속 및 감속하고, 현재속도값(cur_speed)을 출력한다.
카운터(121)는 제1 내지 제3 비율(rate0∼rate2) 중 선택된 값을 사용하여 소정의 시간주기마다 가속 및 감속제어펄스를 발생시켜 모터의 가속 및 감속시점을 결정한다.
마지막으로, 도 6을 참조하여 목표속도 제어부(105)를 설명하면, 목표속도 제어부(105)에는 n개의 속도 제어기(122∼125)로 구성되며, 각각의 속도 제어기(122∼125)는 분할된 몇 개의 단계에 대응하여 각각의 단계별 의사목표속도(rate12, rate23)만큼 모터의 회전속도를 순차적으로 제어한다. 즉, 목표속도 제어부(105)는 가속, 등속, 감속신호(inc, cons, dec)와 속도 비교부(102)에서 출력되는 비교결과를 입력받아 목표속도(nobj)로 가속할 때 출발속도(std)→제1 의사목표속도(rate12)→제2 의사목표속도(rate23)→최종 목표속도(nobj)의 순서로 모터의 회전속도를 가속시키고, 감속할 때에는 최종 목표속도(nobj)→제2 의사목표속도(rate23)→제1 의사목표속도(rate12)→출발속도(std)의 순서로 모터의 회전속도를 감속시킨다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작에 대하여 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
사용자가 모터를 회전시키기 위하여 회전 구동신호 혹은 정지신호를 입력하면, 마이크로 프로세서(도시되지 않았음)는 기 저장된 각종 프로그램의 순서에 따라 모터의 최종 목표속도(nobj)를 연산 및 검출한다. 그리고, 마이크로 프로세서는 모터가 최종 목표속도(nobj)에 도달하기까지의 각 단계별 의사목표속도(rate12, rate23)를 연산하고, 연산된 최종 목표속도(nobj)와 각 단계별 의사목표속도(rate12, rate23)를 속도 비교부(102)에 제공한다.
속도 비교부(102)는 모터의 출발속도값(std)과 최종 목표속도값(nobj) 및 각 단계별 의사목표속도값(rate12, rate23)을 비교하여 그 결과를 가/감속 제어부(101)와 비율 선택부(103)로 각각 출력한다.
가/감속 제어부(101)는 마이크로 프로세서로부터 출력된 구동개시신호(drv_start)에 대응하여 펄스 발생부(104)에 구동신호(driving)와 가속신호(inc)를 출력하고, 비율 선택부(103)는 속도 비교부(102)에서 비교된 결과에 따라 해당하는 가속 및 감속비율값(rate0, rate1, rate2)을 펄스 발생부(104)에 출력한다.
즉, 가/감속 제어부(101)내의 구동 설정기(106)는 마이크로 프로세서로부터 출력된 구동개시신호(drv_start)에 대응하여 구동제어신호(preset_drv)를 활성화시키고(preset_drv=1), 정지상태일 때 구동종료신호(drv_end)가 입력되면 구동제어신호(preset_drv)를 비활성화시킨다(preset_drv=0). 또한, 동기 제어기(107)는 구동 제어기(109)가 시스템 클럭에 동기되어 동작하도록 제어하고, 구동 제어기(109)는 동기 제어기(107)에 의해 동기된 상태로 모터의 회전속도를 가/감속시킨다. 이때,출발상태에서는 구동 제어기(109)가 가속신호(inc)를 출력하여 모터의 회전속도를 도 7에 도시된 'S'자 형태로 가속시킨다. 그리고, 업/다운 제어기(108)는 모터의 회전상태가 가속 혹은 감속상태이면 펄스 발생부(104)에서 출력되는 현재속도값(cur_speed)을 공급받아 최종 목표속도값(nobj) 및 각 단계별 의사목표속도값(rate12, rate23)에 대응하는 가속펄스 및 감속펄스를 카운팅한다.
비율 선택부(103)는 현재속도값(cur_speed)과 제1 및 제2 의사목표속도값(rate12, rate23)을 비교하여 비교 결과에 따라 기 설정된 가속 및 감속 비율(rate0, rate1, rate2)을 결정하는데, 모터의 현재속도(cur_speed)가 제1 및 제2 의사목표속도값(rate12, rate23)보다 작은 값이면 제1 비율(rate0)로 모터의 회전속도를 가속 및 감속시키고(cur_speed＜rate12, rate23)(도 7의 'A' 영역), 모터의 현재속도(cur_speed)가 제1 의사목표속도값(rate12)과 제2 의사목표속도값(rate23) 사이에 존재하면 제2 비율(rate1)로 모터의 회전속도를 가속 및 감속시키며(rate12＜cur_speed＜rate23)(도 7의 'B' 영역), 모터의 현재속도(cur_speed)가 제1 및 제2 의사목표속도값(rate12, rate23)보다 큰 값이면 제3 비율(rate2)로 모터의 회전속도를 가속 및 감속시킨다(cur_speed＞rate12, rate23)(도 7의 'C' 영역).
펄스 발생부(104)는 비율 선택부(103)에서 선택된 가속 및 감속비율(rate0, rate1, rate2)에 대응하는 모터의 회전속도를 연산하고, 연산된 회전속도를 펄스값으로 환산하여 출력한다. 즉, 속도 설정데이터들과 가속, 등속, 감속신호(inc, cons, dec) 등을 참조하여 출력펄스와 현재속도값(cur_speed)을 출력한다.
이와 같이 발생된 구동펄스는 목표속도 제어부(105)에 제공되며, 목표속도 제어부(105)는 모터의 회전방향에 대응하는 신호(dir)와 구동펄스(outpulse)를 모터로 출력함으로써, 모터의 회전상태를 최종적으로 제어한다. 이때, 목표속도 제어부(105)는 가속할 때에 출발속도(std)→제1 의사목표속도(rate12)→제2 의사목표속도(rate23)→최종 목표속도(nobj)의 순서로 모터의 회전속도를 가속시키고, 감속할 때에는 최종 목표속도(nobj)→제2 의사목표속도(rate23)→제1 의사목표속도(rate12)→출발속도(std)의 순서로 모터의 회전속도를 감속시킨다.
따라서, 마이크로 프로세서는 모터의 최종 목표속도값(nobj)과 기 설정된 각 단계별 의사목표속도값(rate12, rate23)만을 연산 및 검출하고 모터의 가속 및 감속에 관련된 제어동작은 하드웨어에 의해 처리하도록 함으로써, 마이크로 프로세서의 부담이 해소되어 초고속용 모터에서의 회전속도 제어가 가능해진다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
결국, 본 발명에 의한 모터의 회전속도 제어장치에 따르면 다음과 같은 이점이 발생한다.
즉, 마이크로 프로세서는 모터의 최종 목표속도값과 기 설정된 각 단계별 의사목표속도값만을 연산 및 검출하고 모터의 가속 및 감속에 관련된 제어동작은 하드웨어에 의해 처리하도록 함으로써, 마이크로 프로세서의 부담이 해소되어 초고속용 모터에서의 회전속도 제어가 가능해진다.
다시 말해서, 본 발명에 따라 제작된 모터의 회전속도 제어장치는 산업용 로봇, CNC 선반, 반도체 장비 등 고속 정밀 메카트로닉스 장비에 내장된 모터를 제어하는 데 매우 효과적이며, 정밀한 모터의 가속 및 감속시와 초고속용 모터의 회전속도를 실시간으로 제어할 수 있다.

Claims (5)

  1. 모터의 회전속도를 제어하는 장치에 있어서:
    사용자에 의해 상기 모터의 구동 및 정지상태에 관련된 정보가 입력되면, 상기 모터의 최종 목표속도값과 기 설정된 각 단계별 의사목표속도값을 검출하는 마이크로 프로세서;
    상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 상기 최종 목표속도값과 상기 각 단계별 의사목표속도값을 이용하여 상기 모터의 출발속도값과 현재속도값 및 상기 각 단계별 의사목표속도값과 상기 최종 목표속도값에 대한 각각의 비교결과를 출력하는 속도 비교부;
    상기 모터의 현재속도값으로부터 상기 모터의 회전속도를 가속하기 위한 가속신호와, 상기 모터의 회전속도를 감속하기 위한 감속신호 및 상기모터의 회전속도를 유지시키기 위한 등속신호를 출력함과 동시에 상기 모터의 구동개시를 나타내는 구동개시신호와 상기 모터의 구동종료를 나타내는 구동종료신호를 각각 출력하는 가/감속 제어부;
    상기 속도 비교부의 비교결과에 따라 상기 모터의 가속 및 감속비율을 결정하고, 결정된 상기 가속 및 감속비율값을 출력하는 비율 선택부;
    상기 비율 선택부에서 결정된 상기 가속 및 감속비율에 대응하여 상기 모터를 가속 및 감속시키기 위한 펄스신호를 발생하는 펄스 발생부; 및
    상기 펄스 발생부에서 출력된 상기 펄스신호에 대응하여 상기 각 단계별 의사 목표속도 및 상기 최종 목표속도로 상기 모터가 회전하도록 상기 모터에 상기 펄스신호를 출력함과 동시에 상기 모터의 회전방향을 제어하는 회전방향신호를 발생하는 목표속도 제어부를 포함하는 모터의 회전속도 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 속도 비교부는,
    상기 출발속도값과 상기 현재속도값을 비교하고, 상기 최종 목표속도값과 상기 각 단계별 의사목표속도를 각각 비교하며, 상기 현재속도값과 상기 각 단계별 의사목표속도를 각각 비교하고, 상기 현재속도값과 상기 목표속도값을 비교하도록 상기 각각의 비교대상에 일대일 대응하도록 구성된 다수개의 비교기를 포함하는 모터의 회전속도 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가/감속 제어부는,
    상기 모터의 구동개시신호와 구동종료신호에 대응하여 상기 모터의 회전상태를 제어하는 구동제어신호를 출력하는 구동 설정기;
    상기 모터의 회전속도를 제어하기 위한 각종 제어신호를 시스템 클럭에 동기시키는 동기 제어기;
    상기 동기 제어기에 의해 동기되어 상기 모터의 회전속도를 가속, 등속, 감속시키기 위한 판정신호를 출력하는 구동 제어기; 및
    상기 모터가 구동되는 상태에서 상기 목표속도 제어부로부터 상기 모터에 출력되는 펄스의 개수를 카운팅하는 업/다운 제어기를 포함하는 모터의 회전속도 제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 비율 선택부는,
    상기 속도 비교부의 비교결과에 대응하여 상기 모터의 회전속도가 상기 각 단계별 의사목표속도 및 상기 최종 목표속도에 도달하도록 상기 각 단계별 의사목표속도와 상기 최종 목표속도에 일대일 대응하는 가속 및 감속비율을 선택하는 다수개의 비율 선택기를 포함하는 모터의 회전속도 제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 발생부는,
    상기 가/감속 제어부에서 출력된 상기 가속신호와 등속신호 및 감속신호와, 상기 비율 선택부에서 선택된 가속 및 감속신호에 대응하는 비율을 통하여 상기 모터를 회전시키기 위한 구동펄스를 발생하는 적분기;
    상기 출발속도값을 검출하여 소정의 시간주기마다 발생되는 다음 속도신호를 사용하여 상기 모터의 회전속도를 가속 및 감속하기 위한 신호를 출력하고, 상기 현재속도값을 출력하는 발진기; 및
    상기 비율 선택부에서 선택된 비율을 사용하여 소정의 시간주기마다 가속 및감속제어펄스를 발생시켜 모터의 가속 및 감속시점을 결정하는 카운터를 포함하는 모터의 회전속도 제어장치.
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