KR100384174B1

KR100384174B1 - 고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 영전압 검출기 오차보정방법

Info

Publication number: KR100384174B1
Application number: KR10-2000-0087003A
Authority: KR
Inventors: 김종대
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2000-12-30
Publication date: 2003-05-16
Also published as: KR20020058871A

Abstract

본 발명의 고분해능 인코더 신호 처리 시스템에서 영전압 검출기의 오차 보정으로 보다 정밀한 모터 제어 변수를 추출하도록 한 것으로,영전압 검출기의 에러 보정시 참조하기 위한 보정 테이블을 작성하고, 인코더의 에러수가 해당 수치를 넘으면 에러 발생을 경보하기 위한 판단 기준으로 임계 에러수를 세팅하는 단계와; 제로 크로싱으로 검출되는 인코더 신호를 시스템 클럭에 동기시켜 샘플/홀드하고, A/D 변환기의 신호 변환시점과 디지털 위치 정보를 검출하는 시점을 동기화시키는 단계와; A/D 변환기는 설정된 속도 제어주기마다 인코더의 2개 채널 입력신호(Sin, Cos 신호)를 플렉스의 동기화부에서 디지털 펄스 카운터값의 래치 시기와 동기화된 시기에 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 B코드중 SIGN_A와 SIGN_B 코드를 만들고 플랙스로부터 A_HOLD, B_HOLD 코드를 읽어 B코드를 만드는 단계와; 상기 읽어 들인 B코드값을 상기 작성된 보정 테이블에 대입하여 상기 보정 테이블의 보정 및 오류 항목에 따라 보정 또는 오류 판정을 수행하는 단계를 포함하여 추가적인 하드웨어의 부가 없이도 영전압 검출기의 오차 보정을 통한 속도 및 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 영전압 검출기 오차 보정방법 {METHOD FOR CORRECTING ERROR OF ZERO VOLTAGE DETECTOR FOR A HIGH RESOLUTION ENCODER PROCESSING SYSTEM}

본 발명은 고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 영전압 검출기 오차 보정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아날로그 신호(Sin/Cos) 출력형 모터 인코더 신호 처리장치에서 영전압 검출기의 오차를 보정하여 모터 속도 및 위치 검출의 정밀도를 개선하고, 이를 통해 모터의 정밀 제어가 수행되도록 하는 고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 영전압 검출기 오차 보정방법에 관한 것이다.

일반적으로 영전압 검출기는 비교기 IC(comparator IC)로 구현된다.

이러한 영전압 검출기를 이용하여 모터의 구동에 따라 인코더로부터 입력되는 sin/cos의 아날로그 신호의 제로 크로싱(Zero Crossing)을 검출하게 되면 신호에 포함된 미소 노이즈에 의해 영 전압 부근에서 채터링(chattering)(도3 참조)이 발생하게 된다.따라서, 영전압 검출기는 입력되는 sin/cos 아날로그 신호의 제로 크로싱을 검출함에 있어 영전압 부근에서 노이즈의 영향을 줄일 수 있도록 히스테리시스 밴드를 갖는 회로로 설계된다.그러나 이렇게 설계된 영전압 검출기는 노이즈에 의한 채터링 현상은 줄일 수 있지만, 모터의 위치 및 속도를 센싱하는 샘플링 시점이 영 전압 부근에서 이루어질 경우 히스테리시스 밴드에 의해 위치 및 속도 검출에 오차가 발생된다.따라서, 히스테리시스 밴드를 갖는 영전압 검출기의 오차 보정을 통해 정확한 위치 및 속도 검출을 수행하기 위한 기술적 수단이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 인코더로부터 궤환되는 sin/cos 아날로그 신호의 제로 크로싱을 검출함에 있어 정확한 오차의 보상을 제공하여 모터의 구동에 대한 정확한 위치 및 속도의 검출로 모터 제어에 정밀성을 제공하도록 한 것이다.

도 1은 아날로그 출력형 인코더를 적용한 모터 제어 시스템의 고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 블록도.

도 2는 도1에서 플렉스의 상세 블록도.

도 3은 아날로그 출력형 인코더를 적용한 모터 제어 시스템에서 영전압 검출기 오류 보상을 설명하는 그래프 상태도.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 영전압 검출기 오차 보정방법의 순서도.

11A, 11B : 인코더 신호 수신부 12A, 12B : 영전압 검출부

13 : A/D 변환기 14 : 플렉스

15 : 버퍼 16 : DSP

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인코더 신호 처리장치에 있어서, 영전압 검출기의 에러 보정시 참조하기 위한 보정 테이블을 작성하고, 인코더의 에러수가 해당 수치를 넘으면 에러 발생을 경보하기 위한 판단 기준으로 임계 에러수를 세팅하는 단계와; 제로 크로싱으로 검출되는 인코더 신호를 시스템 클럭에 동기시켜 샘플/홀드하고, A/D 변환기의 신호 변환시점과 디지털 위치 정보를 검출하는 시점을 동기화시키는 단계와; A/D 변환기는 설정된 속도 제어주기마다 인코더의 2개 채널 입력신호(Sin, Cos 신호)를 플렉스의 동기화부에서 디지털 펄스 카운터값의 래치 시기와 동기화된 시기에 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 B코드중 SIGN_A와 SIGN_B 코드를 만들고 플랙스로부터 A_HOLD, B_HOLD 코드를 읽어 B코드를 만드는 단계와; 상기 읽어 들인 B코드값을 상기 작성된 보정 테이블에 대입하여 상기 보정 테이블의 보정 및 오류 항목에 따라 보정 또는 오류 판정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 아날로그 출력형 인코더를 적용한 모터 제어 시스템의 고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 블록도이고, 도 2는 도 1에서 플렉스의 상세 블록도이며, 도 3은 아날로그 출력형 인코더를 적용한 모터 제어 시스템에서 영전압 검출기 오류 보상을 설명하는 그래프 상태도. 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 영전압 검출기 오차 보정방법의 순서도이다.

도 1 및 도 2에 따르면, 고 분해능 인코더 신호 처리를 위해서는 모터 인코더에서 출력되는 모터의 속도 및 위치에 대한 A상(A+,A-)과 B상(B+,B-) 및 R상(R+,R-)의 sin/cos 아날로그 신호를 수신하는 제1,제2인코더 신호 수신부(11A,11B)와, 상기 제1,제2 인코더 신호 수신부(11A,11B)에서 검출되어 출력되는 sin/cos 아날로그 신호의 제로 크로싱을 검출하는 제1,제2영 전압 검출부(12A,12B)와, 상기 제1인코더 신호 수신부(11A)에서 검출되는 A상(A+,A-) 및 B상(B+,B-)의 sin/cos 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(13)와,상기 제1,제2 영전압 검출부(12A,12B)에서 검출되는 각 상의 제로 크로싱값을 저장 및 처리하는 플렉스(16)와, 상기 A/D 변환부(13)에서 출력되는 신호와 플렉스(14)에서 출력되는 신호를 일시 저장하여 신호의 흐름을 완충하는 버퍼(15) 및 상기 버퍼(15)에서 출력되는 신호의 분석을 통해 모터의 속도 및 위치를 분석하여 정밀 제어를 위한 제어값을 출력하는 DSP(16)로 구성된다.상기에서 제1,제2 인코더 신호 수신부(11A,11B)는 모터 인코더가 모터 구동에 따라 검출되는 위치 및 속도 정보를 sin/cos 아날로그 출력하는 과정에서 검출 정보가 노이즈에 위해 훼손되는 것을 방지하기 위하여 일정한 DC전압에 실어 전송하고 있으므로, 상기 모터 인코더에서 수신되는 신호를 도시되지 않은 내부의 차동 증폭기를 이용하여 DC성분을 제거하고, 저역 필터링을 통해 각 상(A,B,C)에 대한 순수한 sin/cos 아날로그 신호만을 추출한다.A/D변환기(14)는 제1인코더 신호 수신부(11A)에서 차동 증폭 및 필터링을 통해 추출된 A상 및 B상에 대한 순수한 sin/cos 아날로그 신호값을 샘플/홀드하여 디지털 신호로 변환시켜 출력한다.상기의 도 1에서 A/D변환기(13)에 입력되는 ADC_ENCA,ADC_ENCB 신호의 의미는 A/D변환기(13)로 입력되는 검출된 엔코더 A상 및 B상의 신호라는 의미이며, 제1제2 영전압 검출부(12A,12B)에서 플렉스(14)에 입력되는 ADIG_SENC, BDIG_SENC,RDIG_SENC는 A상과 B상 및 C상의 제로 크로싱값을 의미한다.상기에서 플렉스(14)는 'ALTRA' 사와 'LATTICE'에서 제공하는 프로그램 어블 디바이스(Programmable Logic Device)로 산업용 모터 컨롤러와 통신 시스템에서 범용적으로 사용되는 RAM 구조의 소자로, 처리 속도가 빠르고 저장 용량이 커서 많은 로직을 다운로드하여 적용하는 경우에 사용되는 것으로, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 제1영전압 검출부(12A)에서 인가되는 비동기된 제로 크로싱 값(ADIG_SENC,BDIG_SENC)을 DSP(16)의 마스터 클럭(CLK)에 동기시켜 출력하고, DSP로부터 인가되는 위치 정보 샘플링을 위한 네가티브 인에이블 신호(CONVST#)에 따라 한 제어주기 동안 변화된 위치 정보를 홀드한 신호(A_HOLD,B_HOLD)를 출력하는 동기화(14A)와, 상기 마스터 클럭에 동기되어 인가되는 신호(A_DIG,B_DIG)의 상승과 하강 에지 검출하여 기존의 하이 혹은 로우 신호의 폭을 갖는 4개의 펄스 신호(ENC_4fold)를 생성하여 출력함과 동시에 모터의 정회전 혹은 역회전에 대한 정보(U/-D)를 추출하여 출력하는 4-체배기(14B)와, 상기 4체배기(14B)에서 인가되는 4개의 펄스 신호(ENC_4fold)와 모터 회전 방향 정보(U/-D)를 카운터 래치(CNT_LATCH)에 따라 현재의 값을 홀딩시켜 모터의 위치 정보 판독하는 디지털 위치 검출기(14C) 및 검출된 위치 정보를 일시 저장하는 버퍼(14D)를 포함하여 이루어진다.상기에서 동기화(14A)에서 출력되는 A_HOLD,B_HOLD 신호는 DSP로부터 인가되는 위치 정보 샘플링을 위한 네가티브 인에이블 신호(CONVST#)에 따라 한 제어주기 동안 변화된 위치 정보를 홀드한 신호로, DSP에서의 위치 판독시 판독되도록 한다.본 실시예는 인코더로부터 검출되는 모터의 B(SIGN_A, SIGN_B, A_HOLD, B_HOLD)상을 검출하고 16개의 상태에 따른 보정 상수(correction)를 구하여 실제 위치값에 더하고 보정된 최종 위치값을 구하게 된다.

본 알고리즘에 대하여 도 3의 A구간을 이용해 설명하면 다음과 같다.

이상적인 인코더와 이상적인 영전압 검출부(12A, 12B)를 적용하여 검출되는 sin/cos 아날로그 신호를 제로 크로싱하게 되면 B 코드는 B(0, 0, 1, 1)이 되나, 실제 구현된 영전압 검출부(12A, 12B)의 제로 크로싱에 의해 검출되는 신호가 ①번 에지에서 하강한 경우, B 코드는 B(0, 0, 0, 1)가 된다.

이에 따른 분석을 수행하게 되면, 상기 각 B 코드인 B(0, 0, 0, 1)와 B(0, 0, 1, 1)를 비교해 보면 코드 중 A_HOLD에 의한 값이 1에서 0으로 변해 있음을 알 수 있다. 이는 COS(=A) 신호가 영전압 부근에서 히스테리시스 밴드에 의해 오차가 발생되고 있음을 알 수 있다.

실제 구현된 디지털 위치 검출부(14C)는 상승, 하강 에지에서 위치 카운터 값이 갱신되도록 설계되어 있으므로 이상적으로 동작하는 신호는 아직 하이(1)를 유지하고 있으나, 실제 구현된 회로는 로우(0)로 변환되어 위치 검출기의 위치 카운터 값을 +1 증가시킨다.

그러므로, A구간에서 검출된 위치 정보는 영전압 검출기 오차에 의해 추가된 +1값을 빼주어야만 한다.상기와 같은 결과에 따라 표 1과 같이 보정 테이블을 작성한다(ST21).

SIGN_A	SIGN_B	A_HOLD	B_HOLD	CODE	CORRECTION	ERROR	비고
0	0	0	0	0	0	O	오류
0	0	0	1	1	-1
0	0	1	0	2	+1
0	0	1	1	3	0		정상
0	1	0	0	4	+1
0	1	0	1	5		O	오류
0	1	1	0	6	0		정상
0	1	1	1	7	-1
1	0	0	0	8	-1
1	0	0	1	9	0		정상
1	0	1	0	A		O	오류
1	0	1	1	B	+1
1	1	0	0	C	0		정상
1	1	0	1	D	+
1	1	1	0	E	-1
1	1	1	0	F		O	오류

상기 표 1은 영 전압 부근에서 발생되는 영전압 검출기에 의한 오차를 보정하기 위한 보정 상수와 B 코드를 나타내고 있다.

이에 따라 A구간에서 검출된 위치 정보는 영전압 검출기 오차에 의해 추가된 +1값을 빼주는 것은, 표 4에서 CODE '1'의 보정값 '-1'과 같은 보정이 이루어지는 것에 해당한다.

상기 표 1의 보정 테이블이 작성되면 인코더 임계 에러수(LIM_ENC_ERROR)를 세팅한다(ST22).이때 임계 인코더 에러수는 인코더의 에러가 이 수치를 넘으면 에러 발생을 경보하기 위한 판단 기준이 된다.

인코더 에러는 표 1의 비고란에 '오류'로 표시된 CODE가 검출될 때마다 +1씩 증가하게 된다.

이어서 DSP는 A/D 변환기(13)를 이용해 인코더의 입력신호를 샘플/홀드하고 B 코드 중 SIGN_A와 SIGN_B 코드를 만든다(ST23).그리고 플렉스의 동기화부(14A)로부터 발생되는 제로 크로싱 신호(A_DIG,B_DIG) 래치를 이용하여 홀드시킨 신호(A_HOLD, B_HOLD)로부터 B코드의 홀드 신호(A_HOLD와 B_HOLD)를 만든다(ST24).B 코드의 생성이 완료됐는지를 판단하여 B코드의 생성이 왼료되었으면, B 코드를 해석하여 B 코드가 (1, 7, 8, E)인 경우에는 포지티브 엔코더 신호(POS_ENC)를 1만큼 감산한다(ST26).

상기 B 코드가 (2, 4, B, D)인 경우에는 포지티브 엔코더 신호(POS_ENC)를 1만큼 누증시킨다(ST27).

상기 B 코드가 (0, 5, A, F)인 경우에는 포지티브 엔코더 신호(POS_ENC)를 그대로 유지시킨다(ST28).

이처럼 에러가 발생되지 않은 경우에는 단계 ST23으로 복귀한다.한편, 인코더 에러(ENC_ERR)가 발생되어 상기 B 코드가 (3, 6, 9, C)인 경우에는 발생된 인코더 에러(ENC_ERR)를 1만큼 누증시킨다(ST25, ST29).

이어서 인코더 에러(ENC_ERR)가 세팅된 인코더 임계 에러수(LIM_ENC_ERROR) 보다 큰지 여부를 판단한다(ST30).

단계 ST30에서 해당 판단 조건이 성립되지 않는 경우에는 단계 ST23으로 복귀한다.

이와는 달리 단계 ST30에서 해당 판단 조건이 성립하는 경우에는 인코더의 에러를 통지하는 알람신호를 출력한다(ST31).

본 발명의 고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 영전압 검출기 오차 보정방법에 따르면, 영전압 검출기의 오차 보정을 통한 속도 및 위치 정밀도의 향상이 이루어지는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 소프트웨어적으로 구현하여 별도의 하드웨어적인 추가비용 없이도 인코더의 체결 유무 및 인코더 노화 여부를 검출할 수 있게 되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims

인코더 신호 처리장치에 있어서,

영전압 검출기의 에러 보정시 참조하기 위한 보정 테이블을 작성하고, 인코더의 에러수가 해당 수치를 넘으면 에러 발생을 경보하기 위한 판단 기준으로 임계 에러수를 세팅하는 단계와;

제로 크로싱으로 검출되는 인코더 신호를 시스템 클럭에 동기시켜 샘플/홀드하고, A/D 변환기의 신호 변환시점과 디지털 위치 정보를 검출하는 시점을 동기화시키는 단계와;

A/D 변환기는 설정된 속도 제어주기마다 인코더의 2개 채널 입력신호(Sin, Cos 신호)를 플렉스의 동기화부에서 디지털 펄스 카운터값의 래치 시기와 동기화된 시기에 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 B코드중 SIGN_A와 SIGN_B 코드를 만들고 플랙스로부터 A_HOLD, B_HOLD 코드를 읽어 B코드를 만드는 단계와;

상기 읽어 들인 B코드값을 상기 작성된 보정 테이블에 대입하여 상기 보정 테이블의 보정 및 오류 항목에 따라 보정 또는 오류 판정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 영전압 검출기 오차 보정방법.
제 1항에 있어서,

상기 B 코드는, Cos(Sin)파가 (+)값과 (-)값간을 전이함에 따라 로우 수준과 하이 수준을 가변되는 소프트웨어 플래그인 SIGN_A 및 SIGN_B와,

상기 샘플링 시점에서 플렉스의 동기화부 출력인 A_DIG와 B_DIG상태를 유지하기 위한 플래그인 A_HOLD 및 B_HOLD 신호를 포함하여 이루어지는 것을 고분해능 인코더 신호 처리 시스템의 영전압 검출기 오차 보정방법.