KR100427477B1 - System for controlling speed of the gantry for computerized tomography equipment - Google Patents

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KR100427477B1 KR10-2001-0080064A KR20010080064A KR100427477B1 KR 100427477 B1 KR100427477 B1 KR 100427477B1 KR 20010080064 A KR20010080064 A KR 20010080064A KR 100427477 B1 KR100427477 B1 KR 100427477B1
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Abstract

본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치는, 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 교류/직류 변환부; 변환된 직류 전류를 d,q축상의 2상 전류로 등가변환하는 3상-2상 좌표변환부; 전동기의 속도를 검출하는 속도검출부; 기준속도와 검출속도와의 편차에 대한 비례-적분 제어를 수행하는 PI제어기; 입력 파형에 대한 진폭을 제한하여 출력하는 리미터; 전동기에 입력되는 제어전류를 보상하는 제어전류 보상부; 전동기에 입력되는 전압명령을 보상하는 전압명령 보상부; d,q축상의 2상 전압을 3상 전압으로 좌표변환하는 2상-3상 좌표역변환부; 3상각 전압의 펄스 폭을 변조하여 출력하는 펄스폭변조부; 3상 전압에 대한 온/오프 제어를 수행하여 전동기의 운전을 제어하는 인버터를 구비하는 동기전동기의 속도 제어장치에 있어서, 상기 리미터와 제어전류 보상부 사이에는, 상기 3상-2상 좌표변환부에 의해 변환된 d,q축상의 2상 전류중의 어느 일측 축상의 전류와, 상기 속도검출부에 의해 검출된 전동기의 속도를 입력받아 소정의 알고리즘에 의해 편심부하에 따른 토크를 추정하여 그 토크 추정값을 출력하는 편심부하 토크 추정기가 더 마련된다.Speed control device for a gantry for a computed tomography device according to the present invention, the AC / DC conversion unit for converting an AC current into a DC current; A three-phase two-phase coordinate conversion unit for equivalently converting the converted direct current into a two-phase current on the d and q axes; A speed detector detecting a speed of the motor; A PI controller for performing proportional-integral control on the deviation between the reference speed and the detection speed; A limiter for limiting and outputting an amplitude of an input waveform; A control current compensator for compensating the control current input to the motor; A voltage command compensator for compensating a voltage command input to the motor; a two-phase-3 phase coordinate inverse transform unit which coordinate-converts the two-phase voltage on the d and q axes to a three-phase voltage; A pulse width modulator for modulating and outputting a pulse width of a three phase voltage; In the speed control apparatus of a synchronous motor having an inverter to control the operation of the motor by performing the on / off control for the three-phase voltage, the three-phase two-phase coordinate conversion unit between the limiter and the control current compensation unit The torque on the eccentric load is estimated by inputting the current on one of the two-phase currents on the d and q axes converted by the motor and the speed of the motor detected by the speed detector, and estimated by the predetermined algorithm. An eccentric load torque estimator is further provided.

Description

컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치{System for controlling speed of the gantry for computerized tomography equipment}System for controlling speed of the gantry for computerized tomography equipment}

본 발명은 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리(gantry)의 속도 제어장치에 관한 것으로서, 특히 표면부착형 영구자석 동기전동기의 속도제어에 있어서의 일반적인 벡터제어 시스템에 편심 부하 추정기를 추가하여 편심 부하의 크기와 위상에 맞추어 연동되는 보상 전류를 계산한 후, 그 보상 전류를 구동 전류 성분에 부가함으로써 정상 운전 상태에서도 잔존하는 속도 리플을 저감시킬 수 있는 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speed control device for a gantry for a computed tomography device. In particular, an eccentric load estimator is added to a general vector control system for speed control of a surface-mounted permanent magnet synchronous motor. The present invention relates to a speed control device for a gantry for a computed tomography device that calculates a compensation current interlocked with a phase and then adds the compensation current to a drive current component to reduce a speed ripple remaining even in a normal operating state.

일반적으로, 컴퓨터 단층촬영 장치에 사용되는 갠트리에는 X선 튜브와 X선 검출기, 온도조절기, 고압 발생장치, 슬립링 등이 장착되고, 이와 같은 장치들을 장착한 상태에서 갠트리는 회전 운동을 하게 된다. 이러한 갠트리에 대해 요구되는 사양은 일정한 속도로 가변속 제어가 가능하고, 단위 시간당 더욱 많은 영상 정보를 얻을 수 있도록 높은 속도 영역까지 속도 제어가 가능하며, 균일한 속도 품질을 구비해야 하는 것이다.In general, the gantry used in the computed tomography apparatus is equipped with an X-ray tube, an X-ray detector, a temperature controller, a high pressure generator, a slip ring, and the like, and the gantry rotates while the devices are mounted. The specification required for such a gantry is to be able to control the variable speed at a constant speed, to control the speed up to a high speed range to obtain more image information per unit time, and to have a uniform speed quality.

그런데, 컴퓨터 단층촬영 장치에 장착되어 있는 장치들은 서로 다른 목적을 위해 만들어진 것으로서, 그 중량도 서로 달라 원궤적을 이루는 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리 면에 편심을 가지지 않도록 그와 같은 장치들을 장착한다는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서, 무게 균형을 맞추기 위해 무게추(dummy weight)를 사용하기도 하는데, 그런 것에 의해 균형을 조정하는 것에는 한계가 있을 수밖에 없다.By the way, the devices mounted on the computed tomography apparatus are made for different purposes, and it is very important to mount such apparatuses so as not to have an eccentricity on the surface of the gantry for the computed tomography apparatus having different weights. It is difficult. Therefore, sometimes a dummy weight is used to balance the weight, and thus there is a limit to adjusting the balance.

이상과 같은 편심 부하를 갖는 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리는 운전 속도가 높아지면 속도 리플(ripple)이 크게 나타나기 때문에 고속화하는데 한계가 있다. 그리고, 제작 단계에서 수작업에 의해 편심 부하 성분을 제거하는 방식으로는 일정 수준까지는 효과가 있으나, 정상 상태에서 속도 리플을 영(zero)으로 감쇄시킬 정도로 조정하는 것은 매우 어려운 일이다.The gantry for a computed tomography apparatus having an eccentric load as described above has a limitation in speeding up because a high speed ripple appears when the driving speed increases. In addition, the method of removing the eccentric load component by hand in the manufacturing step is effective up to a certain level, but it is very difficult to adjust the speed ripple to zero in normal state.

도 1은 종래 일반적인 벡터제어기법이 적용된 동기전동기의 속도 제어장치의시스템 구성을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a system configuration of a speed control apparatus of a synchronous motor to which a conventional general vector control technique is applied.

도 1을 참조하면, 종래 일반적인 벡터제어기법이 적용된 동기전동기의 속도 제어장치는 전동기(PMSM)(100)에 인가되는 3상 교류중 임의의 2상(예컨대, u,v상)을 취하여 각 상의 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 교류/직류 변환부(101)(102)와, 교류/직류 변환부(101)(102)에 의해 변환된 직류 전류를, 카운터(130)에 의해 검출된 전동기 회전자의 위상(θ) 정보를 바탕으로 d,q축상의 2상 전류로 각각 등가변환하는 3상-2상 좌표변환부(103)와, 엔코더(120)로부터의 신호를 입력받아 전동기(99)의 속도를 검출하는 속도검출부(104)와, 기준속도()에서 속도검출부 (104)에 의해 검출된 속도()를 감산한 결과를 입력받아 비례-적분 제어를 수행하는 PI(proportional-integral)제어기(105)와, PI 제어기(105)의 출력과 상기 속도검출부(104)에 의해 검출된 속도()를 입력받아 입력 파형에 대한 진폭을 제한하여 q축 기준전류()를 출력하는 리미터(limiter)(106)와, d,q축상의 기준전류(,)와 상기 3상-2상 좌표변환부(103)에 의해 변환된 d,q축상의 2상 전류(,)를 각각 입력받아 상호 비교하여 제어전류를 보상하는 한편 d,q축상의 기준전압 (,)을 출력하는 제어전류 보상부(107)와, 제어전류 보상부(107)로부터의 기준전압(,)을 입력받아 전압 명령을 보상하여 출력하는 전압명령 보상부(108)와, 전압명령 보상부(108)로부터 입력된 d,q축상의 2상 전압명령 보상전압(,)을, 상기 카운터(130)에 의해 검출된 전동기 회전자의 위상(θ) 정보를 바탕으로 3상전압으로 좌표변환하여 3상 기준전압(,,)을 출력하는 2상-3상 좌표역변환부 (109)와, 2상-3상 좌표역변환부(109)로부터의 3상 기준전압(,,)을 입력받아 3상의 각 전압의 펄스 폭을 변조하여 출력하는 펄스폭변조부(110)와, 펄스폭 변조부(110)를 거쳐 입력되는 3상 전압에 대한 온/오프(on/off) 제어를 수행하여 전동기(100)의 운전을 제어하는 인버터(111)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, a speed control apparatus for a synchronous motor to which a conventional general vector control technique is applied takes any two phases (for example, u and v phases) among three phase alternating currents applied to the PMSM 100. The motor current detected by the counter 130 is an AC / DC converter 101 (102) for converting an AC current into a DC current, and a DC current converted by the AC / DC converter (101) (102). A three-phase two-phase coordinate conversion unit 103 for equivalently converting two-phase currents on the d and q axes based on the former phase θ information, and a signal from the encoder 120 to receive the motor 99. A speed detector 104 for detecting a speed of Speed detected by the speed detector 104 in The PI controller 105 performs a proportional-integral control based on the result of subtracting the result of the subtraction, the output of the PI controller 105 and the speed detected by the speed detector 104 ( ) And the q-axis reference current ( Limiter 106 for outputting the reference current and the reference current on the d, q axis ( , ) And the two-phase current (d, q-axis) converted by the three-phase two-phase coordinate conversion unit 103 , ) And compensating the control current by comparing each other, while the reference voltage on d, q axis ( , ) And a reference voltage from the control current compensator 107 , ) Is a voltage command compensator 108 for compensating and outputting a voltage command and a two-phase voltage command compensating voltage on the d and q axes input from the voltage command compensator 108. , ) Is converted into a three-phase voltage based on the phase (θ) information of the motor rotor detected by the counter 130 to convert the three-phase reference voltage ( , , ) And the three-phase reference voltage from the two-phase three-phase coordinate inverse transform unit 109 and the two-phase three-phase coordinate inverse transform unit 109 , , ) And a pulse width modulator 110 for modulating and outputting the pulse width of each of the three phase voltages, and on / off control of the three phase voltage input through the pulse width modulator 110. It consists of an inverter 111 to control the operation of the electric motor 100 by performing.

한편, 이상과 같은 종래 벡터제어기법이 적용된 동기전동기의 속도 제어 시스템에 의해서는, 어느 정도까지는 속도 리플을 줄일 수 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이, 갠트리의 편심부하에 의해 정상 운전상태에서도 속도 리플이 남아 있게 됨을 알 수 있다.On the other hand, by the speed control system of the synchronous motor to which the conventional vector control technique as described above, the speed ripple can be reduced to some extent, as shown in Figure 2, the speed even in the normal operation state by the eccentric load of the gantry You can see the ripple remaining.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 일반적인 벡터제어 시스템에 편심 부하 추정기를 추가하여 편심 부하의 크기와 위상에 맞추어 연동되는 보상 전류를 구동 전류 성분에 부가함으로써 속도 리플을 저감시킬 수 있는 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, and by adding an eccentric load estimator to a general vector control system, a speed ripple can be reduced by adding a compensating current interlocked with the magnitude and phase of an eccentric load to a driving current component. It is an object of the present invention to provide a speed control device of a gantry for a computed tomography device.

도 1은 종래 일반적인 벡터제어기법이 적용된 동기전동기의 속도 제어장치의 개략적인 시스템 구성도.1 is a schematic system configuration diagram of a speed control apparatus of a synchronous motor to which a conventional general vector control technique is applied.

도 2는 도 1의 속도 제어장치에 의한 제어시의 정상 운전상태에서 발생되는 속도 리플을 보여주는 도면.FIG. 2 is a view showing a speed ripple generated in a normal operating state when controlled by the speed controller of FIG. 1. FIG.

도 3은 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치의 개략적인 시스템 구성도.Figure 3 is a schematic system configuration of the speed control device of the gantry for a computed tomography device according to the present invention.

도 4는 도 3의 속도 제어장치의 편심부하 토크 추정기에서의 토크 추정 알고리즘을 보여주는 도면.4 shows a torque estimation algorithm in an eccentric load torque estimator of the speed control device of FIG.

도 5는 도 1의 속도 제어장치에 의한 제어시의 편심부하 토크 특성을 보여주는 도면.5 is a view showing eccentric load torque characteristics during control by the speed controller of FIG.

도 6은 도 1의 속도 제어장치에 의한 제어시의 편심부하에 의한 정상 상태에서의 속도 특성을 보여주는 도면.FIG. 6 is a diagram showing speed characteristics in a steady state due to an eccentric load during control by the speed controller of FIG. 1; FIG.

도 7은 도 3의 속도 제어장치에 의한 제어시의 편심부하 토크와 추정 편심부하 토크 특성을 보여주는 도면.7 shows eccentric load torque and estimated eccentric load torque characteristics during control by the speed controller of FIG.

도 8은 도 3의 속도 제어장치에 의한 제어시의 편심부하 토크와 보상전류를보여주는 도면.8 is a view showing eccentric load torque and compensation current during control by the speed controller of FIG.

도 9는 도 3의 속도 제어장치에 의한 제어시의 편심부하에 의한 정상 상태에서의 속도 특성을 보여주는 도면.9 is a diagram showing speed characteristics in a steady state due to an eccentric load during control by the speed controller of FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

101,102,301,302...교류/직류 변환기 103,303...좌표변환부101,102,301,302 ... AC / DC converter 103,303 ... Coordinate converter

104,304...속도검출부 105,305...PI제어기104,304 ... Speed detector 105,305 ... PI controller

106,306...리미터 107,309...제어전류 보상부106,306 ... Limiter 107,309 ... Control current compensation

108,310...전압명령 보상부 109,311...좌표역변환부108,310 ... Voltage command compensator 109,311 ... Coordinate inverse converter

110,312...펄스폭 변조부 111,313...인버터110,312 ... pulse width modulator 111,313 ... inverter

120,320...엔코더 130,330...카운터120,320 ... Encoder 130,330 ... Counter

307...편심부하 토크 추정기 308...토크-전류 변환기307 ... Eccentric Load Torque Estimator ... 308 Torque-to-Current Converter

100...동기전동기 300...갠트리100 ... Synchronous Motor 300 ... Gantry

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치는,In order to achieve the above object, the speed control device for a gantry for a computed tomography device according to the present invention,

컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리에 설치되어 있는 동기전동기의 속도를 제어하기 위한 장치로서, 상기 전동기에 인가되는 3상 교류중의 2상에 대한 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 교류/직류 변환부; 변환된 직류 전류를 d,q축상의 2상 전류로 등가변환하는 3상-2상 좌표변환부; 전동기의 속도를 검출하는 속도검출부; 기준속도와 검출속도와의 편차에 대한 비례-적분 제어를 수행하는 PI제어기; 입력 파형에 대한 진폭을 제한하여 출력하는 리미터; 전동기에 입력되는 제어전류를 보상하는 제어전류 보상부; 전동기에 입력되는 전압명령을 보상하는 전압명령 보상부; d,q축상의 2상 전압을 3상 전압으로 좌표변환하는 2상-3상 좌표역변환부; 3상의 각 전압의 펄스 폭을 변조하여 출력하는 펄스폭변조부; 전동기에 입력되는 3상 전압에 대한 온/오프 제어를 수행하여 전동기의 운전을 제어하는 인버터를 구비하는 동기전동기의 속도 제어장치에 있어서,An apparatus for controlling the speed of a synchronous motor provided in a gantry for a computed tomography device, comprising: an alternating current / direct current converting unit for converting an alternating current for two phases of three-phase alternating current applied to the motor into a direct current; A three-phase two-phase coordinate conversion unit for equivalently converting the converted direct current into a two-phase current on the d and q axes; A speed detector detecting a speed of the motor; A PI controller for performing proportional-integral control on the deviation between the reference speed and the detection speed; A limiter for limiting and outputting an amplitude of an input waveform; A control current compensator for compensating the control current input to the motor; A voltage command compensator for compensating a voltage command input to the motor; a two-phase-3 phase coordinate inverse transform unit which coordinate-converts the two-phase voltage on the d and q axes to a three-phase voltage; A pulse width modulator for modulating and outputting a pulse width of each voltage of three phases; In the speed control apparatus of a synchronous motor having an inverter for controlling the operation of the motor by performing on / off control for the three-phase voltage input to the motor,

상기 리미터와 제어전류 보상부 사이에는, 상기 3상-2상 좌표변환부에 의해 변환된 d,q축상의 2상 전류중의 어느 일측 축상의 전류와, 상기 속도검출부에 의해 검출된 전동기의 속도를 입력받아 알고리즘에 의해편심부하에 따른 토크를 추정하여 그 토크 추정값을 출력하는 편심부하 토크 추정기가 더 마련되어 있는 점에 그 특징이 있다.Between the limiter and the control current compensator, the current on any one of the two-phase currents on the d and q axes converted by the three-phase two-phase coordinate converter and the speed of the motor detected by the speed detector. Input algorithm And This feature is characterized in that an eccentric load torque estimator is further provided for estimating the torque according to the eccentric load and outputting the torque estimation value.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치의 시스템 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.3 is a view schematically showing a system configuration of a speed control apparatus of a gantry for a computed tomography apparatus according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치는 상기 도 1의 종래 일반적인 벡터제어기법이 적용된 동기전동기의 속도 제어장치의 시스템 구성을 기본적으로 가지면서, 거기에 특징적으로 편심부하 토크 추정기(307)를 더 구비하여 구성된다. 그리고, 바람직하게는 편심부하 토크 추정기 (307)로부터의 출력을 입력받아 전류로 변환하여 출력하는 토크-전류 변환기(308)를 더 구비한다.3, the speed control device of the gantry for a computed tomography device according to the present invention has a system configuration of the speed control device of the synchronous motor to which the conventional general vector control method of FIG. In addition, an eccentric load torque estimator 307 is further provided. Preferably, the apparatus further includes a torque-to-current converter 308 that receives the output from the eccentric load torque estimator 307 and converts it into a current.

즉, 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치는 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리(300) 내에 설치되어 있는 전동기(미도시)에 인가되는 3상 교류중 임의의 2상(예컨대, u,v상)을 취하여 각 상의 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 교류/직류 변환부(301)(302)와, 교류/직류 변환부(301)(302)에 의해 변환된 직류 전류를, 카운터(330)에 의해 검출된 전동기 회전자의 위상(θ) 정보를 바탕으로 d,q축상의 2상 전류로 각각 등가변환하는 3상-2상 좌표변환부(303)와, 엔코더(320)로부터의 신호를 입력받아 갠트리(300) 내의 전동기의 속도를 검출하는 속도검출부(304)와, 기준속도()에서 속도검출부(304)에 의해 검출된 속도()를 감산한 결과를 입력받아 비례-적분 제어를 수행하는 PI제어기(305)와, PI제어기 (305)의 출력과 상기 속도검출부(304)에 의해 검출된 속도()를 입력받아 입력 파형에 대한 진폭을 제한하여 출력하는 리미터(306)와, 상기 3상-2상 좌표변환부 (303)에 의해 변환된 d,q축상의 2상 전류중의 어느 일측 축상(예컨대, q축상)의 전류()와, 상기 속도검출부(304)에 의해 검출된 전동기의 속도()를 입력받아 소정의 알고리즘에 의해 편심부하에 따른 토크를 추정하여 그 토크 추정값()을 출력하는 편심부하 토크 추정기(307)와, 편심부하 토크 추정기(307)로부터의 토크 추정값()을 입력받아 전류로 변환하여 출력하는 토크-전류 변환기(308)와, 리미터 (306)의 출력과 토크-전류 변환기(308)의 출력의 합에 의해 얻어진 q축상의 기준전류() 및 외부의 기기로부터 입력되는 d축상의 기준전류()와 상기 3상-2상 좌표변환부(303)에 의해 변환된 d,q축상의 2상 전류(,)를 각각 입력받아 상호 비교하여 제어전류를 보상하는 한편 d,q축상의 기준전압(,)을 출력하는 제어전류 보상부(309)와, 제어전류 보상부(309)로부터의 기준전압(,)을 입력받아 전압 명령을 보상하여 출력하는 전압명령 보상부(310)와, 전압명령 보상부(310)로부터 입력된 d,q축상의 2상 전압명령 보상전압(,)을, 상기 카운터(330)에 의해 검출된 전동기 회전자의 위상(θ) 정보를 바탕으로 3상 전압으로 좌표변환하여 3상 기준전압(,,)을 출력하는 2상-3상 좌표역변환부(311)와, 2상-3상 좌표역변환부(311)로부터의 3상 기준전압 (,,)을 입력받아 3상의 각 전압의 펄스 폭을 변조하여 출력하는 펄스폭변조부(312)와, 펄스폭 변조부(312)를 거쳐 입력되는 3상 전압에 대한 온/오프(on/off) 제어를 수행하여 갠트리(300)의 운전을 제어하는 인버터(313)로 구성된다.That is, the speed control device of the gantry for computer tomography device according to the present invention is any two-phase (for example, u) of the three-phase AC applied to the electric motor (not shown) installed in the gantry 300 for the computer tomography device. AC / DC converters 301 and 302 for taking the phase V and converting the AC current into DC currents, and the DC currents converted by the AC / DC converters 301 and 302 to counter. From the encoder 320 and the three-phase two-phase coordinate conversion unit 303 for equivalently converting the two-phase currents on the d and q axes, respectively, based on the phase (θ) information of the motor rotor detected by 330. Speed detection unit 304 for receiving a signal to detect the speed of the motor in the gantry 300, and the reference speed ( Speed detected by the speed detection unit 304 in The PI controller 305 performs proportional-integral control based on the result of subtracting the result of subtraction), the output of the PI controller 305, and the speed detected by the speed detector 304. ), The limiter 306 outputs the amplitude of the input waveform by limiting the amplitude of the input waveform, and the one of the two-phase currents of the two-phase currents of the d and q axes converted by the three-phase two-phase coordinate conversion unit 303 ( For example, on the q-axis ) And the speed of the motor detected by the speed detection unit 304 ( ), The torque according to the eccentric load is estimated by a predetermined algorithm, and the torque estimation value ( Torque estimation value from the eccentric load torque estimator 307 and the eccentric load torque estimator 307 ), The reference current on the q-axis obtained by the sum of the torque-current converter 308 that receives the input and converts it into a current, and the output of the limiter 306 and the output of the torque-current converter 308 ( ) And the reference current on the d-axis input from an external device ( ) And the two-phase current (d, q-axis) converted by the three-phase two-phase coordinate conversion unit 303 ( , ) To compensate for the control current by receiving each input and compare the reference voltage on the d and q axes. , ) And a reference voltage from the control current compensator 309 , ) And a voltage command compensator 310 for compensating and outputting a voltage command, and a two-phase voltage command compensating voltage on the d and q axes input from the voltage command compensator 310. , ) Is converted into a three-phase voltage based on the phase (θ) information of the motor rotor detected by the counter 330 to convert the three-phase reference voltage ( , , 3 phase reference voltage from the 2 phase-3 phase coordinate inverse transform unit 311 and the 2 phase-3 phase coordinate inverse transform unit 311 , , ), The pulse width modulator 312 for modulating and outputting the pulse width of each of the three phase voltages, and the on / off control of the three-phase voltage input through the pulse width modulator 312 It consists of an inverter 313 to control the operation of the gantry 300 by performing.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치에 있어서, 갠트리(300) 내에 설치되어 있는 전동기(예컨대, 표면부착형 영구자석 동기전동기)에 대한 전기적인 토크와 기계적인 토크를 수식으로 나타내면 각각 다음과 같다.In the speed control apparatus of the gantry for a computed tomography device according to the present invention having the configuration as described above, the electric torque and the mechanical for the electric motor (for example, surface-mounted permanent magnet synchronous motor) installed in the gantry 300 The general torque is given by the following formula.

한편, 전류제어에 있어서의 표본화 시간이 100㎲ 정도이기 때문에 한 개의 표본화 시간 내에서의 부하토크는 일정하다고 가정할 수 있고, 상기 수학식 1 및 수학식 2를 속도에 대하여 정리하면 다음과 같은 미분방정식을 얻을 수 있다.On the other hand, since the sampling time in the current control is about 100 ms, the load torque within one sampling time can be assumed to be constant. When the equations 1 and 2 are summarized with respect to the speed, Equation can be obtained.

또한, 상기 수학식 3을 이산시간으로 표현하면 다음과 같이 표현할 수 있다.In addition, if Equation 3 is expressed in discrete time, it may be expressed as follows.

상기 수학식 4 및 수학식 5를 바탕으로 최소차원 관측기를 이용하여 부하 추정기를 구축하면 다음의 수학식 6 및 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.Based on Equations 4 and 5, if the load estimator is constructed using the minimum dimensional observer, it can be expressed as Equation 6 and Equation 7 below.

그리고, 상기 수학식 6 및 수학식 7에서의 관측기 이득(Ke)은 다음의 수식 관계에 의해서 계산할 수 있다.In addition, the equation (6) and the observer gain (K e) of the expression (7) can be calculated by the following formula relationship.

도 4는 상기 도 3의 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치의 시스템 구성에 있어서, 편심부하 토크 추정기(307)에서의 토크 추정 알고리즘을 보여주는 것으로서, 이는 상기 수학식 6 및 수학식 7의 연산 과정을 신호 입출력 형태로 도식화하여, 편심부하에 의해 발생되는 부하 토크를 추정하는 과정을 보여주고 있다.FIG. 4 shows a torque estimation algorithm in the eccentric load torque estimator 307 in the system configuration of the speed control apparatus of the gantry for a computed tomography apparatus according to the invention of FIG. Fig. 7 shows the process of estimating the load torque generated by eccentric load by plotting the calculation process in the form of signal input / output.

한편, 도 5 및 도 6은 상기 도 1의 종래 일반적인 벡터제어기법이 적용된 동기전동기의 속도 제어장치에 의한 편심부하 토크 및 속도 특성 그래프이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치에 의한 편심부하 토크, 보상전류 및 속도 특성 그래프이다.5 and 6 are graphs of eccentric load torque and speed characteristics of the synchronous motor to which the conventional general vector control method of FIG. 1 is applied, and FIGS. 7 to 9 are computerized tomography apparatuses according to the present invention. This is a graph of eccentric load torque, compensation current and speed characteristics by the speed control device of the gantry.

도 5에 도시된 바와 같은 인가된 편심부하 토크에 대해, 종래 동기전동기 속도 제어장치에 의한 제어의 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이, 정상 운전상태에서 속도 리플이 발생함을 알 수 있다.It can be seen that with respect to the applied eccentric load torque as shown in FIG. 5, in the case of control by the conventional synchronous motor speed control device, as shown in FIG. 6, a speed ripple occurs in a normal operation state.

그러나, 본 발명의 편심부하 토크 추정기가 부가된 속도 제어장치에 의한 제어의 경우에는, 도 7에 도시된 바와 같은 편심부하 토크에 대해 도 8에서와 같이 편심부하에 상응하는 전류성분을 보상하게 되며, 그에 따라 도 9에 도시된 바와 같이, 속도 리플을 거의 완전히 제거하여 DC 상태까지 얻을 수 있음을 알 수 있다.However, in the case of the control by the speed control device to which the eccentric load torque estimator of the present invention is added, the current component corresponding to the eccentric load is compensated for in the eccentric load torque as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 9, it can be seen that the speed ripple can be almost completely removed to obtain a DC state.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치는 동기전동기의 속도제어에 있어서의 일반적인 벡터제어방식에 편심 부하 추정기를 추가하여 편심 부하의 크기와 위상에 맞추어 연동되는 보상 전류를 계산한 후, 그 보상 전류를 구동 전류 성분에 부가하므로, 정상 운전 상태에서도 잔존하는 속도 리플을 거의 완전히 제거할 수 있다. 따라서, 고정밀 CT용 갠트리의 제어, 승객 변동에 대해 부드러운 승차감을 줄 수 있는 차량용 전동기의 제어, 고품질 가공을 요구하는 공작기계용 전동기의 제어 등 고정밀 속도 제어를 요구하는 모든 분야에 적용이 가능하며, 고품질의 속도 제어 효과를 얻을 수 있다.As described above, the speed control device of the gantry for the CT apparatus according to the present invention adds an eccentric load estimator to a general vector control method for speed control of a synchronous motor to compensate for interlocking with the size and phase of the eccentric load. After calculating the current, the compensation current is added to the drive current component, so that the remaining velocity ripple can be almost completely eliminated even in the normal operating state. Therefore, it is applicable to all fields requiring high precision speed control, such as control of high precision CT gantry, control of motor vehicle motor which can give a smooth ride feeling to passenger fluctuation, control of motor for machine tool which requires high quality machining, High quality speed control effect can be obtained.

Claims (2)

컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리에 설치되어 있는 동기전동기의 속도를 제어하기 위한 장치로서, 상기 전동기에 인가되는 3상 교류중의 2상에 대한 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 교류/직류 변환부; 변환된 직류 전류를 d,q축상의 2상 전류로 등가변환하는 3상-2상 좌표변환부; 전동기의 속도를 검출하는 속도검출부; 기준속도와 검출속도와의 편차에 대한 비례-적분 제어를 수행하는 PI제어기; 입력 파형에 대한 진폭을 제한하여 출력하는 리미터; 전동기에 입력되는 제어전류를 보상하는 제어전류 보상부; 전동기에 입력되는 전압명령을 보상하는 전압명령 보상부; d,q축상의 2상 전압을 3상 전압으로 좌표변환하는 2상-3상 좌표역변환부; 3상의 각 전압의 펄스 폭을 변조하여 출력하는 펄스폭변조부; 전동기에 입력되는 3상 전압에 대한 온/오프 제어를 수행하여 전동기의 운전을 제어하는 인버터를 구비하는 동기전동기의 속도 제어장치에 있어서,An apparatus for controlling the speed of a synchronous motor provided in a gantry for a computed tomography device, comprising: an alternating current / direct current converting unit for converting an alternating current for two phases of three-phase alternating current applied to the motor into a direct current; A three-phase two-phase coordinate conversion unit for equivalently converting the converted direct current into a two-phase current on the d and q axes; A speed detector detecting a speed of the motor; A PI controller for performing proportional-integral control on the deviation between the reference speed and the detection speed; A limiter for limiting and outputting an amplitude of an input waveform; A control current compensator for compensating the control current input to the motor; A voltage command compensator for compensating a voltage command input to the motor; a two-phase-3 phase coordinate inverse transform unit which coordinate-converts the two-phase voltage on the d and q axes to a three-phase voltage; A pulse width modulator for modulating and outputting a pulse width of each voltage of three phases; In the speed control apparatus of a synchronous motor having an inverter for controlling the operation of the motor by performing on / off control for the three-phase voltage input to the motor, 상기 리미터와 제어전류 보상부 사이에는, 상기 3상-2상 좌표변환부에 의해 변환된 d,q축상의 2상 전류중의 어느 일측 축상의 전류와, 상기 속도검출부에 의해 검출된 전동기의 속도를 입력받아 알고리즘Between the limiter and the control current compensator, the current on any one of the two-phase currents on the d and q axes converted by the three-phase two-phase coordinate converter and the speed of the motor detected by the speed detector. Input algorithm And 에 의해 편심부하에 따른 토크를 추정하여 그 토크 추정값을 출력하는 편심부하 토크 추정기가 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치. And an eccentric load torque estimator for estimating the torque according to the eccentric load and outputting the estimated torque value thereof. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 편심부하 토크 추정기의 후단에는 편심부하 토크 추정기로부터의 토크 추정값을 입력받아 전류로 변환하여 출력하는 토크-전류 변환기가 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영 장치용 갠트리의 속도 제어장치.The rear end of the eccentric load torque estimator further comprises a torque-to-current converter for receiving the torque estimation value from the eccentric load torque estimator to convert the current into a current, the speed control device for a computer tomography apparatus.
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