KR100367486B1 - 서보 모터의 홈 위치 제어 방법 - Google Patents

Abstract

부하량이 변화되더라도 일정한 홈 위치를 유지하여 구동될 수 있도록 속도 제어와 위치 제어를 병행하여 홈 위치를 인식하는 서보 모터의 홈 위치 제어 방법이 개시된다. 서보 모터의 홈 위치 제어 방법은, 홈센서가 설치된 특정 방향에 대한 제 1 속도 프로파일을 생성하는 제 1 프로파일 생성 단계, 제 1 속도 프로파일에 의하여 모터를 구동하고 홈 센서가 인식되면 모터의 구동을 중지시키는 제 1 차 속도 제어 단계, 제 1 차 속도 제어 단계에 의하여 정지된 위치로부터 특정 방향의 반대 방향에 대한 제 2 속도 프로파일을 생성하는 제 2 프로파일 생성 단계, 제 2 속도 프로파일에 의하여 모터를 구동하고 홈 센서의 인식 범위를 벗어나면 모터의 구동을 중지시키는 제 2 차 속도 제어 단계, 제 2 차 속도 제어 단계에 의하여 정지된 위치 값을 리졸버로 읽어서 위치 프로파일을 생성하는 제 3 프로파일 생성 단계, 위치 프로파일에 의하여 모터를 특정 방향의 반대 방향으로 위치 제어하는 위치 제어 단계 및 위치 제어 단계에 의하여 모터가 정지된 위치값을 상기 리졸버로 읽어서 홈 위치로 메모리에 저장시키는 홈 위치 설정 단계로 이루어진다. 따라서, 서보 모터의 홈 위치가 일정하게 설정될 수 있어서, 서보 모터의 위치가 고정밀도를 갖도록 제어될 수 있고, 부하량 변동에도 큰 편차없이 항상 일정한 홈 위치를 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

서보 모터의 홈 위치 제어 방법{Method for controlling home position of servo-moter}

본 발명은 서보 모터의 홈 위치 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부하량이 변화되더라도 일정한 홈 위치를 유지하여 구동될 수 있도록 속도 제어와 위치 제어를 병행하여 홈 위치를 인식하는 서보 모터의 홈 위치 제어 방법에 관한 것이다.

서보 모터는 위치나 속도 변화에 대응될 수 있도록 설계된 것으로서, 특히, 브러쉬레스 서보 모터는 특수 차량, 로봇, 제조 설비 등 다양한 분야에 부품으로이용된다.

이와 같이 다양한 분야에 이용되는 서보 모터는 대한민국 공개특허 제 95-15930호에 기재된 바와 같은 "리졸버의 위치보정방법 및 장치" 등과 같이 다양한 기능이 특성에 따라서 구현되고 있다.

특히, 특수 차량과 같은 분야에 이용되는 브러쉬레스 서보 모터는 위치 제어에 대한 고정밀도가 요구된다. 따라서 서보 모터는 고정밀도로 위치가 제어될 수 있도록 제어시 최초에 초기 위치 확인을 위한 홈 인식 동작을 수행한다.

이러한 홈 인식 동작을 통하여 구동을 위한 초기 홈 위치가 설정되며, 이를 기반으로 서보 모터는 이동해야할 목표 위치로 정확히 구동된다.

일반적인 서보 모터의 홈 위치 인식 동작은 홈센서의 인식과 속도 제어를 활용한 방법으로 이루어진다.

일예를 들면, 먼저, 서보 모터의 회전자는 홈센서를 기준으로 일방향(시계방향 : 이하 'CW 방향'이라 함)으로 일정한 속도 프로파일을 갖도록 정속으로 구동된다. 회전자가 회전됨에 따라서 홈센서가 인식되어 홈센서 턴온 신호가 발생되면, 서보 모터의 회전자는 정지된다.

그 후 서보 모터의 회전자는 반대 방향(반시계방향 : 이하 'CCW 방향'이라 함)으로 일정 시간동안 일정한 속도 프로파일을 갖도록 정속으로 구동된다. 이때 서버 모터의 회전자는 홈센서로 인식될 수 있는 범위를 벗어난다. 즉, 홈센서에서 턴오프 신호가 발생되는 구간에 서버 모터의 회전자가 위치된다.

그 후 다시 반대 방향(CW 방향)으로 저속으로 속도 프로파일을 갖도록 회전자가 동작되며, 홈센서가 인식되어 홈센서에서 턴온 신호가 발생되면, 서보 모터는 구동을 중지하고, 정지된 위치가 리졸버에 의하여 인식된다. 이 위치가 홈 위치로 인식되어서 모터 동작시 기준위치로 사용된다.

그러나, 상술한 종래의 홈 위치 인식 방법은 속도 제어에만 의존하여 서보 모터가 동작되므로, 부하량의 변화에 따른 정밀 제어가 힘들다.

즉, 서보 모터에 인가되는 부하량에 따라서 회전자의 가속도와 정지 위치의 변동이 발생되며, 결국 홈 위치가 변화된다.

이러한 현상은 정밀한 제어가 요구되는 서보 모터에서 홈 위치의 변위량만큼 구동시 위치 제어에 대한 오차(error)를 유발시킨다.

따라서, 상술한 종래의 홈 위치 인식 동작이 적용되는 서보 모터는 정밀한 제어가 요구되는 특수 차량 등에서 요구되는 고정밀도를 충족시키기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 서보 모터가 초기 구동시 속도 제어와 위치 제어를 병행하여 홈 위치를 인식함으로써 일정한 홈 위치를 갖도록 홈 인식 동작이 이루어지며, 그에 따라서 서보 모터의 위치 제어가 고정밀도를 갖도록 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 서보 모터가 초기 구동시 홈 위치를 인식함에 있어서 위치 제어를 적용시킴으로써 부하량이 변동되어도 일정한 홈 위치를 유지할 수 있도록 함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 서버 모터의 홈 위치 제어 방법의 바람직한 실시예가 적용되는 서보 모터의 블록도

도 2는 본 발명에 따른 서보 모터의 홈 위치 제어 방법의 바람직한 실시예를 나타내는 흐름도

도 3은 실시예에 따른 홈 센서의 온/오프 위치와 그에 따른 모터의 구동 제어 상관 관계를 설명하는 동작 설명도

본 발명에 따른 서보 모터의 홈 위치 제어 방법은, 홈센서가 설치된 특정 방향에 대한 제 1 속도 프로파일을 생성하는 제 1 프로파일 생성 단계, 제 1 속도 프로파일에 의하여 모터를 구동하고 홈 센서가 인식되면 모터의 구동을 중지시키는 제 1 차 속도 제어 단계, 제 1 차 속도 제어 단계에 의하여 정지된 위치로부터 특정 방향의 반대 방향에 대한 제 2 속도 프로파일을 생성하는 제 2 프로파일 생성 단계, 제 2 속도 프로파일에 의하여 모터를 구동하고 홈 센서의 인식 범위를 벗어나면 모터의 구동을 중지시키는 제 2 차 속도 제어 단계, 제 2 차 속도 제어 단계에 의하여 정지된 위치 값을 리졸버로 읽어서 위치 프로파일을 생성하는 제 3 프로파일 생성 단계, 위치 프로파일에 의하여 모터를 특정 방향의 반대 방향으로 위치 제어하는 위치 제어 단계 및 위치 제어 단계에 의하여 모터가 정지된 위치값을 상기 리졸버로 읽어서 홈 위치로 메모리에 저장시키는 홈 위치 설정 단계로 이루어진다.

여기에서, 제 1 차 속도 제어 단계는, 모터가 특정 방향으로 회전을 시작하여 홈센서가 위치한 곳에 도달할 때까지 정속으로 구동하는 단계와, 홈센서가 위치한 곳까지 도달하였는지 홈센서의 턴온 신호로써 판단하는 단계 및 홈센서의 턴온 신호가 출력되는 홈센서 위치까지 모터의 회전자가 도달되었으면 모터를 감속시켜서 정지시키는 단계로 이루어질 수 있다.

또한, 제 2 차 속도 제어 단계는, 모터의 회전자가 제 1 차 속도 제어에서 회전자가 정지된 제 1 위치에서 특정 방향의 반대로 회전을 시작하여 홈센서가 위치한 곳을 벗어날 때까지 정속으로 구동하는 단계와, 홈센서를 벗어난 상태인지 판단하는 단계 및 홈센서를 벗어난 상태이면 모터를 감속시켜서 정지시키는 단계로 이루어질 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 서버 모토의 홈 위치 제어 방법은 속도 제어와 위치 제어를 병행하여 홈 위치를 설정하는 것이며, 이는 도 1과 같은 구성을 갖는 서보 모터 특히 브러쉬레스 서보 모터에 적용된다.

도 1을 참조하면, 모터(10)에 홈센서(12)와 리졸버(14)가 설치된다.

홈센서(12)는 모터(10)의 회전자(도시되지 않음)가 홈위치를 정하기 위한 기준 위치에 대한 정보를 제공하기 위한 것으로서, 홈센서(12)는 모터(10)의 회전자가 해당 센싱 범위에 위치되면 턴온 신호를 출력하고, 해당 센싱 범위를 벗어나면 턴오프 신호를 출력한다. 그리고, 리졸버(14)는 회전자가 정지한 위치에 대한 정보를 아날로그 방식으로 출력한다. 그 외 모터(10)에는 리미트 스위치(도시되지 않음) 등이 필요에 따라서 부가적으로 장착될 수 있다.

도 1에서 홈센서(12)는 턴온 또는 턴오프 신호 즉 센싱 신호를 인터페이스부(16)로 출력하도록 구성되고, 리졸버(14)는 아날로그 위치 신호를 리졸버 신호 변환부(18)로 출력하도록 구성된다.

인터페이스부(16)는 홈센서(12)에서 입력된 턴온 또는 턴오프 신호를 홈 위치 제어부(20)에서 인식할 수 있는 신호 형태로 변환시키는 역할을 수행하며, 리졸버 신호 변환부(18)는 아날로그 위치 신호를 디지털 위치 정보로 변환시켜서 홈 위치 제어부(20)로 제공하는 역할을 수행한다.

메모리(22)를 구비한 홈 위치 제어부(20)는 인터페이스부(16)와 리졸버 신호 변환부(18)로부터 홈센서(12)의 온/오프 상태에 대한 정보와 리졸버(14)에 의하여 인식된 위치 정보를 입력받으며, 구동부(24)로 제어신호를 출력하도록 구성된다.

홈 위치 제어부(20)는 모터(10) 구동을 위한 제어신호를 구동부(24)로 출력하며, 특히 본 발명에 따른 실시예를 구현하기 위하여 초기 구동시 홈 위치 제어를 위한 속도 제어와 위치 제어를 위한 제어신호를 구동부(24)로 출력한다. 그리고, 속도 제어와 위치 제어를 위한 제어신호를 출력하기 위하여 홈 위치 제어부(20)는 인터페이스부(16)와 리졸버 신호 변환부(18)로부터 입력되는 홈센서(12) 턴온/턴오프 상태와 모터(10)의 회전자 위치 정보를 연산하여 속도 프로파일을 생성하고, 속도 프로파일에 대한 제어신호를 출력하며, 리졸버(14)에서 최종 인식되는 홈 위치 정보를 메모리(22)에 저장시킨다.

그리고, 구동부(24)는 홈 위치 제어부(20)로부터 제공되는 제어신호에 의하여 모터(10)를 CW 방향 또는 CCW 방향으로 구동시킨다.

상술한 구성에 의한 본 발명에 따른 서보 모터의 홈 위치 제어 방법의 바람직한 실시예는 도 2 및 도 3과 같이 개시된다.

본 발명에 따른 실시예는 CW 방향에 대한 제 1 차 속도 제어를 수행하고, 그 후 CCW 방향에 대한 제 2 차 속도 제어를 수행한 후, CCW 방향에 대한 위치 제어를 수행하여 홈 위치를 제어한다.

구체적으로, 홈 위치 제어부(20)는 모터(10)를 구동시키기 위하여 초기화 동작을 수행한다(S2).

초기화 동작(S2)에 따라서, 홈 위치 제어부(20)는 홈 위치 제어를 위한 속도 프로파일을 생성한다(S4). 단계 S4에서 제 1 차 속도 제어를 위한 속도 프로파일은 홈 센서가 있는 특정 방향으로 모터(10)를 구동하도록 생성되며, 이때 일예로써 단계 S4에서 생성되는 속도 프로파일은 CW 방향으로 구동되도록 설정된다.

이와 같이 단계 S4에서 속도 프로파일이 생성되면, 홈 위치 제어부(20)는 제 1 차 속도 제어를 수행한다. 즉, 구동부(24)로 제어신호를 출력하여 CW 방향으로 모터(10)를 구동시킨다(S6). 이때 속도 제어는 정속으로 이루어진다.

제 1 차 속도 제어는 모터(10)의 회전자가 A위치에서 CW 방향으로 회전을 시작하여 홈센서(12)가 위치한 곳에 도달할 때까지 정속으로 구동하는 단계(S6)와 홈센서(12)가 위치한 곳까지 도달하였는지 홈센서(10)의 턴온 신호로써 판단하는 단계(S8) 및 홈센서(10)의 턴온 신호가 출력되는 홈센서(12) 위치까지 모터(10)의 회전자가 도달되었으면 모터를 감속시켜서 정지시키는 단계(S10)의 순으로 진행된다.

즉, 모터(10)는 A 위치에서부터 CW 방향으로 정속으로 동작되며 홈센서(10)에 접촉하여 턴온되면 그 후 감속을 수행하여 B 위치에서 회전자의 동작을 중지시킨다. 이때 감속비는 모터(10)의 특성을 감안하여 제작자의 의도에 따라서 임의로 설정될 수 있다.

상술한 제 1 차 속도 제어가 완료되면, 홈 위치 제어부(20)는 제 2 차 속도 제어를 위한 속도 프로파일을 생성하며, 이때 속도 프로파일은 모터(10)의 회전자가 CCW 방향으로 구동되도록 설정된다(S12). 즉, 제 1 차 속도 제어와 반대 방향으로 제 2 차 속도 제어가 이루어질 수 있도록 속도 프로파일이 생성된다.

상술한 단계 S12에서 속도 프로파일이 생성되면, 홈 위치 제어부(20)는 제 2 차 속도 제어를 수행한다. 즉, 구동부(24)로 제어신호를 출력하여 CCW 방향으로 모터(10)를 구동시킨다(S14). 이때도 속도 제어는 정속으로 이루어진다.

제 2 차 속도 제어는 모터(10)의 회전자가 제 1 차 속도 제어에서 회전자가 정지된 B 위치에서 CCW 방향으로 회전을 시작하여 홈센서(12)가 턴오프 될 때까지 정속으로 구동하는 단계(S14)와 홈센서(12)가 턴오프 신호를 출력하는 상태인지 판단하는 단계(S16) 및 홈센서(10)가 턴오프 신호를 출력하는 위치까지 도달되었으면 모터를 감속시켜서 정지시키는 단계(S18)의 순으로 진행된다.

즉, 모터(10)는 B 위치에서부터 CCW 방향으로 정속으로 동작되며 홈센서(10)에 이탈되어 턴오프되면 그 후 감속을 수행하여 C 위치에서 회전자의 동작을 중지시킨다. 이때도 감속비는 모터(10)의 특성을 감안하여 제작자의 의도에 따라서 임의로 설정될 수 있다.

상술한 제 2 위치 제어 후 홈 위치 제어부(20)는 리졸버(14)로부터 회전자의 위치값을 읽는다(S20). 이때 리졸버(14)는 위치값을 아날로그 신호로써 출력하며, 아날로그 신호는 리졸버 신호 변환부(18)에서 디지털 정보로 변환된 후 홈 위치 제어부(20)로 입력된다.

홈 위치 제어부(20)는 리졸버(14)의 위치값으로써 위치 프로파일을 생성한다(S22). 위치 프로파일은 위치 제어를 위한 것으로써 미소구간(예를 들면 모터 1/4 내지 1 회전의 범위 이내)에 대한 위치 제어가 이루어질 수 있도록 생성된다.

상술한 위치 프로파일에 의하여 위치 제어가 이루어지며, 구체적으로 홈 위치 제어부(20)는 구동부(24)로 제어신호를 출력하여 CCW 방향으로 위치 제어를 수행하며, 그에 따라서 모터(10)는 CCW 방향으로 미소 구간 구동된다(S24).

위치 제어에 의하여 모터(10)는 C 위치에서부터 CCW 방향으로 D 위치로 구동된다.

이러한 위치 제어가 이루어진 후 홈 위치 제어부(20)는 최종 D 위치에 대한 위치값을 리졸버(14)를 통하여 읽는다(S26). 그리고, 홈 위치 제어부(20)는 최종 D 위치값을 홈 위치로서 메모리(22)에 저장시킨다(S28).

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 제 1 차 속도 제어, 제 2 차 속도 제어 및 위치 제어가 순차적으로 이루어지며, 최종적으로는 위치 제어에 따른 홈 위치를 설정하여 항상 일정한 홈 위치가 초기 구동시 설정될 수 있다.

상술한 실시예를 종래와 비교하여 적용하여 시험한 결과는 하기 <표 1>과 같다.

[표 1]

구분	종래기술	실시예
	부하(50㎏)	무부하	구동시간	부하(50㎏)	무부하	구동시간
홈 →홈	109	867	8 sec	8	0/4094	3 sec
	109	879		6	0/4091
330㎜→홈	149	886	15 sec	35	1/1	7 sec
	216	874		34	1/2
-100㎜→홈	169	894	11 sec	24	4090	6 sec
	221	866		42	1/0
오차량(시험결과)	최대 : 221최소 : 109변위 : 112	최대 : 894최소 : 866변위 : 28		최대 : 42최소 : 6변위 : 36	최대 : 4096최소 : 4090변위 : 6

상기 <표 1>에서 적용된 수치는 리졸버에서 출력되는 위치 신호값을 적용한 것으로서, 모터 1회전에 대응하여 0 ∼ 4095까지 값이 변하는 것을 실시예로 적용한 것이다.

따라서, 상술한 종래 기술과 실시예의 오차량을 CGI 단위계로 변환 적용하면, 부하가 있을 경우,

종래 기술 변위량 '112'는 약 0.2126㎜로 환산되며, 실시예의 변위량 '36'은 0.0683㎜로 환산된다.

그리고, 무부하의 경우,

종래 기술 변위량 '28'은 약 0.0531㎜로 환산되며, 실시예의 변위량 '6'은 0.0113㎜로 환산된다.

이와 같이 홈 위치의 설정이 실시예에 의하여 고정밀도를 유지하며 설정될 수 있고, 홈 위치 설정 제어에 소요되는 시간도 실시예는 종래기술과 대비하여 약 50 퍼센트 이상의 단축 효과가 발생된다.

그리고, 제 1 차 속도 제어와 제 2 차 속도 제어 및 위치 제어에 적용되는 모터 구동 방향은 CW, CCW, CCW로 적용되었으나, 이에 국한되지 않고, 제작자의 의도에 따라서, CCW, CW, CW로 변형 적용될 수 있음은 자명하다.

따라서, 본 발명에 의하면 서보 모터의 홈 위치가 일정하게 설정될 수 있어서, 서보 모터의 위치가 고정밀도를 갖도록 제어될 수 있는 효과가 있다.

또한, 부하량 변동에도 큰 편차없이 항상 일정한 홈 위치를 유지할 수 있는효과가 있다.

게다가, 홈 위치를 설정하는데 소요되는 시간이 단축되어 보다 효과적으로 서보 모터의 구동이 이루어지는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 홈센서가 설치된 특정 방향에 대한 제 1 속도 프로파일을 생성하는 제 1 프로파일 생성 단계;

   상기 제 1 속도 프로파일에 의하여 모터를 구동하고, 상기 홈 센서가 인식되면 상기 모터의 구동을 중지시키는 제 1 차 속도 제어 단계;

   상기 제 1 차 속도 제어 단계에 의하여 정지된 위치로부터 상기 특정 방향의 반대 방향에 대한 제 2 속도 프로파일을 생성하는 제 2 프로파일 생성 단계;

   상기 제 2 속도 프로파일에 의하여 상기 모터를 구동하고, 상기 홈 센서의 인식 범위를 벗어나면 상기 모터의 구동을 중지시키는 제 2 차 속도 제어 단계;

   상기 제 2 차 속도 제어 단계에 의하여 정지된 위치 값을 리졸버로 읽어서 위치 프로파일을 생성하는 제 3 프로파일 생성 단계;

   상기 위치 프로파일에 의하여 상기 모터를 상기 특정 방향의 반대 방향으로 위치 제어하는 위치 제어 단계; 및

   상기 위치 제어 단계에 의하여 상기 모터가 정지된 위치값을 상기 리졸버로 읽어서 홈 위치로 메모리에 저장시키는 홈 위치 설정 단계를 구비함을 특징으로 하는 서보 모터의 홈 위치 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 차 속도 제어 단계는,

   상기 모터가 상기 특정 방향으로 회전을 시작하여 상기 홈센서가 위치한 곳에 도달할 때까지 정속으로 구동하는 단계;

   상기 홈센서가 위치한 곳까지 도달하였는지 상기 홈센서의 턴온 신호로써 판단하는 단계; 및

   상기 홈센서의 턴온 신호가 출력되는 상기 홈센서 위치까지 상기 모터의 회전자가 도달되었으면 상기 모터를 감속시켜서 정지시키는 단계를 구비함을 특징으로 하는 서버 모터의 홈 위치 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 차 속도 제어 단계는,

   상기 모터의 회전자가 상기 제 1 차 속도 제어에서 회전자가 정지된 제 1 위치에서 상기 특정 방향의 반대로 회전을 시작하여 상기 홈센서가 위치한 곳을 벗어날 때까지 정속으로 구동하는 단계;

   상기 홈센서를 벗어난 상태인지 판단하는 단계; 및

   상기 홈센서를 벗어난 상태이면 상기 모터를 감속시켜서 정지시키는 단계;를 구비함을 특징으로 하는 서버 모터의 홈 위치 제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 위치 제어 단계는 상기 모터가 1/4 내지 1 회전의 미소 구간만큼 특정 방향의 반대 방향으로 회전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서버 모터의 홈 위치 제어 방법.