KR100618555B1

KR100618555B1 - 모터속도 검출장치

Info

Publication number: KR100618555B1
Application number: KR1019990032459A
Authority: KR
Inventors: 유상엽
Original assignee: 오티스엘리베이터 유한회사
Priority date: 1999-08-07
Filing date: 1999-08-07
Publication date: 2006-08-31
Also published as: KR20010017110A

Abstract

본 발명은 모터속도 검출장치에 관한 것으로, 종래에는 회전량 카운터의 카운트동작 지연으로 인해 불안정한 카운트값이 출력되어 잘못된 속도정보가 속도제어부에 입력됨에 따라 속도제어부의 안정성이 저하되고, 심한 경우에 비정상적인 동작이 유발되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 엔코더로부터 입력되는 신호(A,B)를 필터링하는 필터부와; 상기 필터부의 출력신호를 안정적인 데이터로 디지털 필터링하는 디지털 필터부와; 상기 디지털 필터부의 출력신호를 입력받아 모터의 회전방향 지령 및 모터의 회전량 카운터 기능 동작에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호 발생부와; 상기 제어신호 발생부의 제어신호에 따라 현재 속도제어부로 출력되는 값을 궤환받아 각각 증가,감소시켜 새로운 값을 출력하고 있는 제1,제2카운터부의 출력을 선택하여 속도제어부로 출력하는 다중선택부로 구성되는 모터속도 검출장치를 제공함으로써, 고속의 씨피유를 사용하는 시스템의 성능을 유지하면서 저속의 주변소자를 이용하여 신뢰성 있는 모터의 회전속도를 검출할 수 있게 되므로, 시스템 성능향상 및 비용절감에 기여할 수 있는 효과가 있다.

Description

모터속도 검출장치{APPARATUS FOR DETECTING VELOCITY OF MOTOR}

도1은 종래의 모터속도 검출장치를 블록화한 예시도.

도2는 도1에 있어서, 회전량 카운터의 일예를 보인 예시도.

도3은 도1에 있어서, 각 블럭의 입출력 파형도.

도4는 본 발명의 일 실시예를 블록화한 예시도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

1:필터부 2:디지털 필터부

3:제어신호 발생부 11,12:카운터부

13:다중선택부

본 발명은 모터속도 검출장치에 관한 것으로, 특히 고속의 씨피유를 사용하는 시스템의 성능을 유지하면서 저속의 주변소자를 이용하여 신뢰성 있는 모터의 회전속도를 검출하기에 적당하도록 한 모터속도 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 모터의 속도를 제어하기 위해서는 모터속도에 관한 정보가 필요하며, 이와같은 모터의 속도를 검출하는 센서로서는 엔코더가 주로 사용된다.

상기 엔코더는 크게 절대치 엔코더와 증분형 엔코더로 구분되는데, 절대치 엔코더는 시리얼 통신 형태로 데이터를 전송받게 되므로, 시리얼 통신회로를 통과한 데이터는 내부적으로 정량적인 값이 되지만, 증분형 엔코더는 회전시에 A,B,C,U,V,W의 형태로 모터의 회전정보 및 위치정보를 제어기에 보내게 되므로, 각 신호를 다시 정량적인 데이터로 변환해 주는 과정이 요구된다.

일반적인 증분형 엔코더의 경우에 입력되는 신호중에 증분 데이터로 사용되는 A,B 신호는 90°의 위상차를 갖게 되며, 응용주문형 집적회로(ASIC)나 범용 피엘디(programmable logic device : PLD)등을 통해 하드웨어 상의 전용 수신부를 통과한 A,B 신호의 상승에지(rising edge)와 하강에지(falling edge)를 카운터하여 모터의 위치와 속도등에 관한 정보를 갖게 된다.

즉, 단순하게 말해서 일정한 주기에 상기의 카운트값이 크면 모터의 회전속도가 빠른 것이고, 카운트값이 작으면 모터의 회전속도가 느린 것으로, 서보 드라 이버가 이와같은 방식으로 모터의 회전속도를 검출한다.

물론, 모터가 너무 느리게 회전하고, 상대적으로 시스템이 빠르게 동작하여 몇 주기에 일정한 카운트 값을 가질 수 있지만, 이는 내부적으로 제어기에서 고려되어야 할 사항이며, 속도 검출장치는 실제 엔코더 정보를 정확하게 제어기에 전달하기만 하면 족하다.

상기한 바와같은 속도검출은 일정한 주기 동안의 엔코더 증분과 검출시간을 이용한 M/T 방법이 가장 신뢰할 만한 정보이나, 모터의 회전속도에 따라 속도관측기를 사용하는 방법도 사용되고 있다.

한편, 모터의 정확한 제어를 위해서는 회전상태를 궤환시키는 엔코더 정보의 신뢰성이 보장되어야 하며, 이러한 신뢰성은 전적으로 엔코더 정보를 정량적인 형태로 변환해주는 하드웨어의 신뢰성과 밀접한 관련이 있다.

최근들어 고속처리능력을 가진 씨피유(CPU)의 등장으로 인해 속도제어 주기가 짧아지는 추세에 있으며, 이는 동일한 시스템속도에서 동작해야 하는 속도 검출장치의 설계에도 영향을 미치게 된다.

종래의 모터속도 검출장치를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래의 모터속도 검출장치를 블록화한 예시도로서, 이에 도시한 바와같이 엔코더(미도시)로부터 입력되는 신호(A,B)의 노이즈성분을 필터링을 통해 제거하는 필터부(1)와; 상기 필터부(1)의 출력신호(Ahf,Bhf)를 안정적인 데이터로 디지털 필터링하는 디지털 필터부(2)와; 상기 디지털 필터부(2)의 출력신호(Asf,Bsf)를 입력받아 모터의 회전방향 지령 및 모터의 회전량 카운터 기능 동작에 대한 제 어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)를 생성하는 제어신호 발생부(3)와; 상기 제어신호 발생부(3)의 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)에 따른 카운팅 동작에 의해 증분데이터를 데이터버스(DATA-BUS)를 통해 속도제어부로 출력하는 회전량 카운터(4)로 구성되며, 도면상의 미설명부호 'CLK'는 시스템 클럭신호로 각 부의 동작을 동기시킨다.

한편, 도2는 상기 회전량 카운터(4)의 일예로 16비트 카운터회로를 개략적으로 도시한 것으로, 이에 도시한 바와같이 각 비트에 따른 플립플롭(F/F-1∼F/F16)이 직렬로 접속되어 상기 제어신호 발생부(3)의 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN) 및 시스템 클럭(CLK)이 각기 입력된다.

이하, 상기한 바와같은 종래 모터속도 검출장치의 동작을 도3의 입출력 파형도를 참조하여 설명한다. 이때, 도3은 엔코더로부터 출력되는 신호(A)의 상승점이 발생하고, 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)는 UP/DOWN = 0, COUNTER-EN = 1 의 상태로 가정하였다.

먼저, 필터부(1)는 모터와 서보 드라이브가 일정한 거리를 두고 운전됨에 따라 엔코더로부터 입력되는 라인 드라이브 형태의 신호(A,B)로부터 노이즈성분을 제거하여 출력신호(Ahf,Bhf)를 생성한다.

그리고, 디지털 필터부(2)는 상기 필터부(1)의 출력신호(Ahf,Bhf)가 시스템 클럭(CLK)의 하강점(가)으로부터 일정한 주기(도면상의 가,나,다 : 3주기) 동안 동일하게 입력되면, 시스템 클럭(CLK)의 상승점(라)에서 출력신호(Asf,Bsf)를 출력한다. 이때, 필터부(1)의 출력신호(Ahf,Bhf)가 일정한 주기 동안 동일하게 입력되지 않으면, 디지털 필터부(2)의 출력신호(Asf,Bsf)는 이전 값을 유지한다.

따라서, 상기 필터부(1)를 통과한 신호(Ahf,Bhf)는 디지털 필터부(2)를 통과하면서 안정적인 입력이라고 판단되는 상태(Asf,Bsf)로 내부회로에 인가된다.

그리고, 제어신호 발생부(3)는 상기 디지털 필터부(2)의 출력신호(Asf,Bsf)를 이용하여 비동기의 단순조합형 로직(simple combinational logic)을 통해 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)를 생성한다. 이때, 단순조합형 로직은 시스템 클럭(CLK)과 관계없이 동작하므로, 시스템 클럭(CLK)의 상승점(라)에서 디지털 필터부(2)의 출력신호(Asf,Bsf)가 인가되면 정해진 로직에 의해 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)를 바로 생성한다.

그리고, 회전량 카운터(4)는 시스템 클럭(CLK)의 하강점(마)에서 상기 디지털 필터부(2)로부터 생성된 제어신호(UP/DOWN,CONUTER-EN)를 입력받아 카운터값을 증가시키거나 감소시킨다. 이때, 시스템 클럭(CLK)의 하강점(마)에서 상기 디지털 필터부(2)로부터 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)가 입력되므로, 동일한 시점에서 속도제어부가 회전량 카운터(4)의 카운트값을 읽어간다면, 회전량 카운터(4)의 동작이 시작되는 상황에서 카운트값을 읽어갈 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 시스템 클럭(CLK)의 상승점(바)에서 제어신호(COUNTER-EN)가 '1'로 유지될 때, 속도제어부가 회전량 카운터(4)의 카운트값을 읽어갈 수 있도록 하여 속도제어부가 시스템 클럭(CLK)의 상승점(바)에서 연산이 종료된 회전량 카운터(4)의 실제 카운터값을 데이터버스(DATA-BUS)를 통해 입력받고, 회전량 카운터(4)는 새로운 입력이 없으면 동일한 출력을 유지한다.

상기한 바와같은 동작은 엔코더로부터 출력되는 신호(A,B)의 상승점 및 하강 점이 발생하면 항상 진행되며, 속도 제어기는 생성된 카운터값을 정해진 시간간격으로 입력받게 되므로, 모터의 동작상태를 궤환받을 수 있게 된다.

한편, 상기한 바와같은 각 부는 기본적으로 시스템 클럭(CLK)의 상승 또는 하강점에 동기되어 동작하도록 설계된다. 이와같이 동기식 로직을 통해 시스템을 구성하면, 각 신호들의 타이밍관계 및 setup & holdup 시간여유 등을 계산할 때 유리하며, 특히 하드웨어 로직에서 형성된 정보가 시스템의 데이터 버스와 연관된 경우에는 매우 중요하다.

그러나, 상기한 바와같은 종래의 모터속도 검출장치는 상기 시스템 클럭의 하강점(마)에서 제어신호가 인가되면, 시스템 클럭의 반주기 내(상승점-바)에 회전량 카운터가 정확한 출력을 내보내야 하나 도2의 16비트 카운터회로에서 알 수 있는 바와같이 하나의 입력값에 의해 하위비트에서 상위비트까지 비트값이 바뀔경우에는 처리시간이 길어지게 된다.

즉, 현재값이 32767(=0X7FFF)이고, 다음값이 32768(=0X8000)이 되는 경우를 예로 들면, 회전량 카운터의 내부에서는 1비트에서부터 15비트까지 15개의 플립플롭을 통과한 다음에야 카운트값이 출력되므로, 회전량 카운터의 카운트동작이 지연되고, 이러한 상황에서 시스템 클럭의 상승점(바)이 되면 불안정한 카운트값이 출력되어 잘못된 속도정보가 속도제어부에 입력됨에 따라 속도제어부의 안정성이 저하되고, 심한 경우에 비정상적인 동작이 유발되는 문제점이 있었다.

이때, 고속처리가 가능한 응용주문형 직접회로나 고속의 피엘디(PLD)를 사용 하거나 또는 시스템의 성능을 전체적으로 떨어뜨려 시스템속도를 늦추면 문제는 해결되지만, 시스템의 성능을 유지하면서 저가로 구현하기 위해서는 상기의 문제점을 피할 수 없다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 고속의 씨피유를 사용하는 시스템의 성능을 유지하면서 저속의 주변소자를 이용하여 신뢰성 있는 모터의 회전속도를 검출할 수 있는 모터속도 검출장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 모터속도 검출장치는 엔코더로부터 입력되는 신호(A,B)를 필터링하는 필터부와; 상기 필터부의 출력신호를 안정적인 데이터로 디지털 필터링하는 디지털 필터부와; 상기 디지털 필터부의 출력신호를 입력받아 모터의 회전방향 지령 및 모터의 회전량 카운터 기능 동작에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호 발생부와; 상기 제어신호 발생부의 제어신호에 따라 현재 속도제어부로 출력되는 값을 궤환받아 각각 증가,감소시켜 새로운 값을 출력하고 있는 제1,제2카운터부의 출력을 선택하여 속도제어부로 출력하는 다중선택부를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와같은 본 발명에 의한 모터속도 검출장치를 첨부한 도면을 일 실시예로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도4는 본 발명의 일 실시예를 블록화한 예시도로서, 이에 도시한 바와같이 엔코더(미도시)로부터 입력되는 신호(A,B)의 노이즈성분을 필터링을 통해 제거하는 필터부(1)와; 상기 필터부(1)의 출력신호(Ahf,Bhf)를 안정적인 데이터로 디지털 필터링하는 디지털 필터부(2)와; 상기 디지털 필터부(2)의 출력신호(Asf,Bsf)를 입력받아 모터의 회전방향 지령 및 모터의 회전량 카운터 기능 동작에 대한 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)를 생성하는 제어신호 발생부(3)와; 상기 제어신호 발생부(3)의 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)에 따라 데이터버스(DATA-BUS)를 통해 현재 속도제어부로 출력되는 값을 궤환받아 각각 증가,감소시켜 새로운 값을 출력하고 있는 카운터부(11,12)의 출력신호를 선택하여 데이터버스(DATA-BUS)를 통해 속도제어부로 출력하는 다중선택부(13)로 구성되며, 도면상의 미설명부호 'CLK'는 시스템 클럭신호이다.

이하, 상기한 바와같은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터속도 검출장치의 동작을 상세히 설명한다.

여기서, 필터부(1), 디지털 필터부(2) 및 제어신호 발생부(3)는 종래와 동일하게 동작하므로, 상세한 설명을 생략하고자 한다.

먼저, 제어신호 발생부(3)에서 출력되는 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)는 종래 도3의 파형도에 도시한 바와같이 시스템 클럭(CLK)의 하강점(마)에서 출력된다. 이때, 상기 카운터부(11,12)는 동일 비트, 다시 말해 동일 카운트속도를 가진 업,다운 카운터로 구성되며, 시스템 클럭(CLK)과 관계없이 데이터버스(DATA-BUS)를 통해 속도제어부에 입력되는 값을 궤환받아 증가 또는 감소 카운트한 새로운 값을 출력하고 있다.

그리고, 다중선택부(13)는 상기 시스템 클럭(CLK)의 하강점(마)에서 입력되는 제어신호 발생부(3)의 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)에 따라 카운터부(11,12)의 출력을 선택하여 시스템 클럭(CLK)의 상승점(바)에서 데이터버스(DATA-BUS)를 통해 속도제어부에 출력하며, 이 출력값은 다시 카운터부(11,12)에 궤환되어 시스템 클럭(CLK)과 관계없이 증가,감소된 새로운 값이 카운터부(11,12)로부터 출력된다.

따라서, 입력신호(A,B)의 상승,하강점이 발생하기 전에 카운터부(11,12)를 통해 미리 카운트값을 만들어 둔 상태에서, 입력신호(A,B)의 상승,하강점에 따라 제어신호 발생부(3)로부터 인가되는 제어신호(UP/DOWN,COUNTER-EN)를 통해 다중선택부(13)가 카운터부(11,12)의 출력을 선택하여 속도제어부에 출력하므로, 카운트값의 최종출력은 다중선택부(13)의 선택시간만이 소요된다.

상기의 본 발명에서는 카운터부(11,12)의 동작시간이 시스템 클럭(CLK)에는 무관하지만 입력신호(A,B)의 상승,하강점 발생간격에 중요한 영향을 받는다. 즉, 입력신호(A,B)의 상승,하강점 발생간격이 카운터부(11,12)의 동작시간에 비해 길다면 속도검출장치의 출력값은 안정적인 상태를 유지할 수 있게 된다.

일반적인 시스템에서 모터의 회전이 매우 빠르다고 하더라도 입력신호(A,B)의 상승,하강점 발생간격은 시스템 클럭(CLK)에 비해 매우 긴 간격이므로, 본 발명을 적용하면 속도검출장치의 안정적인 출력값을 구현할 수 있게 된다.

상술한 바와같이 본 발명에 의한 모터속도 검출장치는 모터의 회전속도 검출에 다중선택부의 선택시간만이 소요되도록 함에 따라 종래 회전량 카운터의 동작지연에 따른 속도정보의 신뢰성 저하 및 시스템의 오동작을 방지함으로써, 고속의 씨피유를 사용하는 시스템의 성능을 유지하면서 저속의 주변소자를 이용하여 신뢰성 있는 모터의 회전속도를 검출할 수 있게 되므로, 시스템 성능향상 및 비용절감에 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims

엔코더로부터 입력되는 신호(A,B)를 필터링하는 필터부와; 상기 필터부의 출력신호를 안정적인 데이터로 디지털 필터링하는 디지털 필터부와; 상기 디지털 필터부의 출력신호를 입력받아 모터의 회전방향 지령 및 모터의 회전량 카운터 기능 동작에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호 발생부와; 상기 제어신호 발생부의 제어신호에 따라 현재 속도제어부로 출력되는 값을 궤환받아 각각 증가,감소시켜 새로운 값을 출력하고 있는 제1,제2카운터부의 출력을 선택하여 속도제어부로 출력하는 다중선택부를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모터속도 검출장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1,제2카운터부는 동일 비트의 업,다운 카운터로 구성되는 것을 특징으로 하는 모터속도 검출장치.