KR100460592B1

KR100460592B1 - 모터 속도 제어장치

Info

Publication number: KR100460592B1
Application number: KR10-2002-0049902A
Authority: KR
Inventors: 유호선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-12-09
Also published as: US6819074B2; KR20040017954A; JP3676350B2; JP2004088987A; US20040036432A1

Abstract

본 발명은 인코더로부터 출력되는 펄스들을 입력받아 모터 속도를 검출하는 모터 컨트롤러를 구비한다. 이 모터 컨트롤러는 모터 속도에 따라 인코더 펄스에 대한 검출 시간을 조절하여 모터 속도를 측정하는데, 4 체배되는 펄스의 개수가 4의 배수가 되도록 검출 시간을 설정한다. 따라서 본 발명은 인코더에서 출력하는 펄스들의 위상차가 일정하지 않더라도 그에 따른 악영향을 배제시킴으로써 양호한 모터 응답 특성을 얻을 수 있다.

Description

모터 속도 제어장치{MOTOR SPEED CONTROL APPARATUS}

본 발명은 인코더에서 출력하는 펄스를 이용하여 모터의 속도를 검출하는 모터 속도 제어장치에 관한 것이다.

모터의 구동 속도를 검출하기 위하여 인코더(encoder)가 모터에 설치된다. 인코더는 모터 축과 함께 회전하는 원판에 형성된 다수의 슬롯(slot)을 통과하는 빛에 감응(感應)하여 펄스를 출력하도록 되어 있다. 모터 컨트롤러는 인코더의 출력 펄스를 카운트하여 모터 속도를 검출할 수 있다.

인코더 펄스로부터 속도를 측정하는 방법은 일정한 샘플링 시간 동안 입력된 펄스의 개수를 세는 M 방식, 입력되는 펄스들 간의 시간 간격을 고주파 클럭으로 카운트하는 T 방식, 및 일정한 샘플링 시간 이후부터 첫번 째 펄스가 입력되기까지의 시간 동안 입력된 펄스의 총 개수로부터 속도를 측정하는 M/T 방식 등 세 가지 방식이 있다. M 방식과 T 방식은 각각 저속 영역과 고속 영역에서 속도 검출의 정밀도가 현저히 떨어지는 단점이 있다.

이하에서는 M/T 방식에 대하여 설명한다.

도 1을 참고하여, 인코더는 위상차를 갖는 2개의 펄스 열을 출력한다. 제1펄스 열(P1)은 제2펄스 열(P2) 보다 90도 위상이 앞서고, 제1펄스 열(P1)과 제2펄스 열(P2)이 번갈아 출력된다. 모터 컨트롤러는 인코더로부터 출력되는 2개의 펄스를 입력받아 4 체배한 제3펄스 열(P3)을 만든다.

도 2를 참고하여, 모터 컨트롤러는 다음의 계산식을 이용하여 모터의 속도를 측정한다.

모터 속도(Nf) = (60*fc*m1)/(Pn*m2)

Pn은 1회전당 인코더에서 출력하는 펄스 개수를 말한다. 모터 속도는 일정한 샘플링 시간(Tc)이 경과된 후 첫 번째의 4 체배된 펄스가 들어오는 때 즉, 총 검출시간(Td=Tc+△T) 동안 4 체배된 인코더 펄스의 개수(m1)와 소정 주파수(fc)의 펄스 개수(m2)를 주어진 식에 대입하여 측정할 수 있다.

그러나, 인코더 제작 공정 상의 오차로 인하여 두 펄스 열의 위상차가 정확히 90도가 되지 않거나, 펄스의 두티 사이클(duty cycle)이 정확히 50%가 되지 않으면 모터 속도를 부정확하게 검출할 수 밖에 없다. 이를 구체적으로 셜멍한다.

도 3과 같이, 제1펄스 열(P1a)과 제2펄스 열(P2a)의 위상차가 90도를 벗어나는 경우 그로부터 얻어진 4 체배된 펄스 열(P3a)은 일정한 간격으로 발생하지 않게 된다. 따라서 일정한 샘플링 시간(Tc)을 적용하면 그 샘플링 시간의 시점에 따라 오차가 발생하게 된다. 즉, A상의 펄스부터 샘플링 시간(Tc)을 시작하는 경우에서의 잔여 시간(△T1)과 A'상의 펄스로부터 샘플링 시간(Tc)를 시작하는 경우에서의 잔여 시간(△T2)이 다르다. 이와 같이 종래기술에서는 모터가 동일 속도로 구동하는 경우라도 그 모터 속도를 측정하기 위한 샘플링 시간을 시작하는 시점에 따라 속도 오차가 발생하게 되는 단점이 있다.

또한, 모터 속도는 주어진 작업 공정을 수행하면서 일반적으로 변화한다. 도 4와 같이 동작 조건에 따라 모터 속도가 R1→R2→R3(R3〈R1〈R2)로 변화하는 경우, 모터 속도의 크기에 따라 속도 오차의 크기 역시 변화되는 등 모터 속도를 정밀하고 안정적으로 제어하기 어려운 문제점이 있다.

이와 같이 종래기술에 의하면 인코더의 결함으로 2개 펄스의 위상차가 정확하게 맞지 않으면 동일 속도에서 샘플링 시점에 따라 속도 오차가 발생되고, 모터 속도를 변화시키는 과정에서 모터 속도에 따라 속도 오차가 달라진다. 따라서 잘못된 모터 정보에 기초하여 모터 구동을 제어하면 모터 속도의 측정 오차가 발생함에 따라 모터의 제어 성능이 떨어지고 모터의 응답 특성이 악화되는 요인이 되었다.

본 발명의 목적은 인코더 펄스의 검출 주기를 조절함으로써 모터의 속도를 정밀하게 제어할 수 있도록 한 모터 속도 제어장치를 제공함에 있다.

도 1은 인코더에서 출력하는 펄스들과 4 체배한 펄스를 나타내는 도면이다.

도 2는 M/T 방식에 따라 모터 속도를 검출하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 종래 기술에 따라 일정한 샘플링 주기를 적용하여 모터 속도를 검출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 동작조건에 따른 모터 속도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 모터 속도 제어장치의 구성도이다.

도 6은 본 발명에 따라 모터를 저속 구동시 발생되는 펄스 열에 대하여 샘플링 시간을 설정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명에 따라 모터를 고속 구동시 발생되는 펄스 열에 대하여 샘플링 시간을 설정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

1 : 모터 2 : 인코더

3 : 모터컨트롤러 4 : 모터구동부

상기와 같은 본 발명의 목적은 모터; 상기 모터를 소정 속도로 구동시키기 위한 모터 구동부; 상기 모터 구동에 연동하여 펄스들을 출력하는 인코더; 및 상기 모터의 속도를 측정하기 위해 상기 인코더로부터 입력받는 펄스에 대한 검출 시간을 조절하는 모터 컨트롤러에 의하여 달성된다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 모터 속도 제어장치의 구성도이다.

본 발명은 모터(1)에 설치된 인코더(2)와, 인코더(2)의 출력 펄스를 입력받아 모터 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 모터컨트롤러(3), 상기 모터 컨트롤러(3)의 제어신호에 따라 모터(1)를 구동시키기 위한 모터구동부(4)를 구비한다.

상기 모터 컨트롤러(3)는 인코더(2)에서 출력되는 2개의 펄스들을 입력받아 모터 속도를 측정하고, 측정된 모터 속도가 희망하는 모터 속도에 도달하도록 하는 모터 제어신호를 모터 구동부(4)로 출력한다.

상기 인코더(2)에서 출력하는 펄스들은 제작 상의 오차로 인하여 정확하게 90도의 위상차를 갖지 않을 수 있기 때문에, 이에 의한 악영향을 배제하기 위하여 상기 모터 컨트롤러(3)는 인코더 펄스의 4의 배수로 샘플링 시간을 설정한다.

저장부(5)는 모터 속도별로 인코더 펄스의 4의 배수에 해당하는 샘플링 시간에 대한 데이터를 저장하고, 상기 모터 컨트롤러(3)에서 모터 속도에 대한 샘플링 시간을 요구하면 해당 모터 속도에 대응하는 샘플링 시간을 제공한다.

모터 구동 시 인코더에서 출력되는 펄스들의 위상차가 정확하게 90도가 되지 않으면 4 체배된 펄스 열의 간격(A → B → A' → B' → A)이 일정하지 않게 된다. 그런데, 동일 계열의 펄스들의 간격(A→A, B→B, C→C, D→D)은 일정하다. 이 점에 주목하여, 샘플링 시간이 4 체배된 펄스의 4의 배수가 되도록 하면 즉, 동일 계열의 펄스 간격으로 샘플링 시간을 설정하게 되면 모터 속도를 정확하게 검출할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따라 모터를 저속 또는 고속 구동시 4 체배된 펄스 열에 대하여 샘플링 시간을 각각 설정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6에서, 4 체배한 펄스 열(P5a)은 저속 모드에서 인코더의 출력 펄스로부터 만들어진다. 제1그룹(G1)은 샘플링의 시점 및 종점이 모두 A펄스이고 그 샘플링 시간(Tc11) 동안 4 체배된 펄스의 개수는 8이다. 또 제2그룹(G2)은 샘플링의 시점및 종점이 B펄스이고 그 샘플링 시간(Tc12) 동안 4 체배된 펄스의 개수는 8이다.

따라서 제1그룹(G1)을 적용하는 모터 속도를 측정하는 경우 A펄스 계열에 대한 샘플링 시간(Tc11) 및 잔여 시간(△T11)은 항상 동일하게 된다. 이와 마찬가지로 제2그룹(G2)을 적용하여 모터 속도를 측정하는 경우 B펄스 계열에 대한 샘플링 시간(Tc12) 및 잔여 시간(△T12)은 항상 동일하게 된다.

또, 모터컨트롤러(3)는 동작 조건에 따라 모터 속도가 변화하더라도 그 샘플링 시간은 4체배된 펄스의 개수가 4의 배수가 되도록 설정한다. 즉, 도 7에서 4 체배한 펄스 열(P6a)은 고속 모드에서 인코더의 출력 펄스로부터 만들어지고, 제3그룹(G3)은 샘플링의 시점 및 종점이 모두 A펄스이고 제4그룹(G4)은 샘플링의 시점 및 종점이 B펄스이다. 제3그룹(G3)의 샘플링 시간(Tc21) 및 제4그룹(G4)의 샘플링 시간(Tc22) 동안 4 체배된 펄스의 개수는 8이다. 따라서 제3그룹(G3)을 적용하여 모터 속도를 측정하는 경우 A펄스 계열에 대한 샘플링 시간(Tc21) 및 잔여 시간(△T21)은 항상 동일하게 된다. 마찬가지로 제4그룹(G4)을 적용하여 모터 속도를 측정하는 경우 B펄스 계열에 대한 샘플링 시간(Tc22) 및 잔여 시간(△T22)은 항상 동일하게 된다.

상기 모터 컨트롤러(3)는 동작 조건에 따라 모터 속도가 변화되면 변화된 모터 속도에 대응하는 샘플링 시간을 저장부(5)에 요구하여 제공받고, 해당 샘플링 시간에 따라 모터 속도를 측정하게 된다.

한편 상기 모터 컨트롤러(3)는 임의 설정된 샘플링 시간을 증감시키면서 현재 구동 중인 모터 속도에 대응하는 샘플링 시간으로 설정하는 방식을 채택할 수있다. 즉, 상기 모터 컨트롤러(3)는 저장부(5)로부터 샘플링 시간에 대한 정보를 제공받지 않고, 자체적으로 샘플링 시간을 변화시키면서 그 샘플링 시간이 4 체배된 펄스의 4의 배수가 되도록 할 수 있다.

즉, 총 검출시간(Td=Tc+△T) 동안 m1(4 체배된 인코더 펄스의 개수)의 값이 4k-1(k는 정수) 일 때는 샘플링 시간(Tc)을 α 만큼 증가하고, m1의 값이 4k+1(k는 정수) 일 때는 Tc의 값을 α 만큼 감소하고, m1의 값이 4k-2(k는 정수) 일 때는 샘플링 시간(Tc)의 값을 2 α 만큼 증가하는 방법을 이용하여 샘플링 시간(Tc)을 4의 배수로 맞추는 것으로, 모터가 동일 속도로 구동하는 경우 동일한 속도 값을 검출할 수 있다.

전술한 바와 같이, 저장부(5)를 구비하는 방식은 모터 속도의 변화 시 즉각 적용할 수 있어서 신속하게 대처할 수 있으며, 후자와 같이 샘플링 시간을 자체적으로 설정하는 방식은 다양한 모터 속도의 변화에 대해서 샘플링 시간을 정확하게 설정할 수 있는 이점이 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 인코더의 제조 공정 상의 오차로 인하여 인코더에서 출력하는 펄스들의 위상차가 일정하지 않더라도 모터 속도를 정확하게 검출함으로써 모터 구동을 정밀 제어할 수 있고 이로써 양호한 모터 응답 특성을 얻을 수 있다.

Claims

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모터와, 상기 모터를 구동하기 위한 모터 구동부와, 상기 모터 구동에 연동하여 펄스를 출력하는 인코더; 상기 인코더에서 출력하는 펄스를 이용하여 상기 모터의 속도를 검출하기 위한 검출 시간을 설정하는 모터 컨트롤러를 구비한 모터 속도 제어장치에 있어서,

상기 모터 컨트롤러는 동작 조건에 따라 모터 속도가 변화하는 경우 그 변화되는 모터 속도에 따라 상기 검출 시간을 조절하되, 임의의 검출 시간을 증감시키면서 해당 모터 속도에 대응하는 검출 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 속도 제어장치.
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