KR100636156B1 - 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 제어 대상의 위치 변화 시점을 인코더 센서부를 통해 감지하고, 감지된 제어 대상의 위치 변화 시점마다 상기 제어 대상의 회전 속도를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 상응하는 회전 속도 제어 방법은 제어 대상의 회전을 감지하고 상기 감지된 제어 대상의 회전에 상응하는 전기 신호를 생성하는 단계, 상기 전기 신호로부터 상기 제어 대상의 위치 변화 시점을 감지하는 단계, 상기 감지된 위치 변화 시점과 이전 감지된 위치 변화 시점 사이의 시간 간격을 클럭 신호를 기초로 카운트하고 상기 카운트된 위치 변환 시점 사이의 시간 간격으로부터 상기 제어 대상의 실제 회전 속도를 계산하는 단계 및 상기 제어 대상의 위치 변화를 감지한 시점마다 상기 실제 회전 속도를 기초로 상기 제어 대상의 회전 속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하는 방법 및 장치{Method and apparatus for controlling the rotation velocity of controlled object}

도 1은 종래에 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 상응하는, 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.

도 3은 도 2에 도시된 인코더 센서부의 예시적인 블록도를 도시하고 있다.

도 4는 도 3의 인코더 센서부에서 출력되는 구형파 전기 신호 및 상기 제어 대상의 회전 속도를 측정하기 위해 사용되는 클럭(clock) 신호를 도시하고 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 상응하는, 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 방법의 흐름도를 도시하고 있다.

본 발명은 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 제어 대상의 위치 변화 시점을 감지하고, 감지된 제어 대상의 위치 변화 시점마다 상기 제어 대상의 회전 속도를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래에 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다. 인코더 센서부(140)는 제어 대상의 회전을 감지하고, 감지된 제어 대상의 회전에 상응하는 구형파 전기 신호를 생성한다. 여기서, 제어 대상은 DC 모터(120)가 될 수도 있고, 모터에 의해 구동되는 디바이스(미도시)가 될 수도 있다. 이하에서, 제어 대상은 DC 모터부(120)를 예로 들어 설명한다.

상기 회전 속도 계산부(150)는 클락 신호 생성부(160)를 통해 생성된 클락 신호에 기초하여 상기 구형파 전기 신호의 펄스 시간 간격을 카운팅하고, 인코더 센서부(140)의 회전 원판(미도시)에 존재하는 홈 사이의 거리 간격을 상기 카운팅된 펄스 시간 간격으로 나눔으로써 상기 DC 모터부(120)의 실제 회전 속도를 계산한다. 비교기(190)는 상기 DC 모터부(120)의 실제 회전 속도를 소정 제어 주기로 발생되는 기준 회전 속도와 비교하여, 상기 DC 모터부(120)의 실제 회전 속도와 기준 회전 속도의 차이 값을 계산한다. 제어 신호 생성부(110)는 상기 차이 값에 기초하여 상기 DC 모터부(120)의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 신호를 상기 제어 주기마다 생성한다.

종래의 회전 속도 제어 장치는 소정의 제어 주기로 상기 DC 모터부(120)의 회전 속도를 소정의 제어 주기로 제어하며, 이를 위해 상기 제어 주기마다 상기 DC 모터부(120)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다. 이를 위해, 상기 클럭 신호에 기초하여 상기 구형파 전기 신호의 펄스 시간 간격을 카운팅하고, 항상 최근에 갱신된 카운팅 값을 레지스터(미도시)에 기록하며, 상기 제어 주기마다 레지스터에 기록된 카운팅 값을 이용하여 제어 신호를 생성한다. 상기 소정의 제어 주기마다 상기 DC 모터부(120)의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 종래의 회전 속도 제어 방식은, 저속으로 회전하는 DC 모터부(120)의 속도 제어에 있어서 제어 주기 동안에 속도 편차가 크므로 기준 회전 속도를 추종하는 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어 대상의 감지된 회전 위치 변화 시점마다 제어하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 감지된 제어 대상의 회전 위치 변화 시점마다 제어하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 회전 속도 제어 방법은 제어 대상의 회전을 감지하고 상기 감지된 제어 대상의 회전에 상응하는 전기 신호를 생성하는 단계, 상기 전기 신호로부터 상기 제어 대상의 위치 변화 시점을 감지하는 단계, 상기 감지된 위치 변화 시점과 이전 감지된 위치 변화 시점 사이의 시간 간격을 클럭 신호에 기초하여 카운트하고 상기 카운트된 위치 변화 시점 사이의 시간 간격으로부터 상기 제어 대상의 실제 회전 속도를 계산하는 단계, 상기 제어 대상의 위치 변화를 감지한 시점마다 상기 제어 대상의 기준 회전 속도를 생성하는 단계 및 상기 제어 대상의 위치 변화를 감지한 시점마다, 상기 제어 대상의 기준 회전 속도와 상기 실제 회전 속도의 차에 기초로 상기 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 회전 속도 제어 장치는 상기 제어 대상의 회전을 감지하고 상기 감지된 제어 대상의 회전에 상응하는 전기 신호를 생성하는 인코더 센서부, 상기 전기 신호로부터 상기 제어 대상의 위치 변화 시점을 감지하는 위치 변화 감지부, 상기 감지된 위치 변화 시점과 이전 감지된 위치 변화 시점 사이의 시간 간격을 클럭 신호에 의해 카운트하는 클럭 카운터부, 상기 카운트된 위치 변화 시점 사이의 시간 간격에 기초하여 상기 제어 대상의 실제 회전 속도를 계산하는 회전 속도 계산부, 상기 제어 대상의 위치 변화를 감지한 시점마다, 상기 제어 대상의 기준 회전 속도를 생성하는 기준 신호 생성부 및 상기 제어 대상의 위치 변화를 감지한 시점마다, 상기 제어 대상의 기준 회전 속도와 상기 실제 회전 속도의 차에 기초하여 상기 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 소정 제어 대상의 회전 속도 제어 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 상응하는, 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다. 인코더 센서부(240)는 DC 모터부(230)의 회전을 감지하고, 상기 감지된 DC 모터부(230)의 회전에 상응하는 구형파 전기 신호를 생성한다. 도 3은 도 2에 도시된 인코더 센서부(240)의 예시적인 블록도를 도시하고 있으며, 4(a)는 도 3에 도시된 인코더 센서부(240)에서 생성 된 구형파 전기 신호의 예를 도시하고 있다.

도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 인코더 센서부(240)는 발광부(310), 회전 원판(320) 및 수광부(330)를 구비한다. 도 3을 참조하면, 회전 원판(320)은 DC 모터부(230)가 회전할 때 중심축(322)을 기준으로 시계나 반시계 방향(340)으로 회전하며 회전 원판(320)의 외측에 복수개의 홈들(324)을 마련하고 있다. 이 때, 발광부(310)는 회전 원판(320)의 홈(324)에 빛을 조사하고, 수광부(330)는 홈(324)을 통과한 빛을 수광하며 수광된 빛을 구형파 전기 신호로 변환하여 출력한다.

한편, 도 4(a)를 참고하면, 상기 인코더 센서부(240)로부터 출력된 구형파 전기 신호는 상승 에지(edge, 410a 내지 410c)와 하강 에지(420a 내지 420c)를 가진다. 상기 상승 에지(410a 내지 410c)는 회전 원판(320)의 홈(324)에 빛이 통과하는 시점에 발생된다. 한편, 상기 하강 에지(420a 내지 420c)는 상기 회전 원판(320)이 회전을 계속하여 상기 홈(324)이 끝나는 부분에서 발생된다. 상기 상승 에지(410a 내지 410c) 또는 하강 에지(420a 내지 420c)를 통해 상기 DC 모터부(230)의 회전 위치 변화 시점을 알 수 있다.

다시 도 2를 참고하면, 위치 변화 감지부(245)는 상기 인코더 센서부(240)에서 출력된 구형파 전기 신호로부터 상기 DC 모터부(230)의 회전 위치 변화 시점을 감지한다. 상기 구형파 전기 신호는 로우(low) 및 하이(high)로 표현되는 펄스 신호이며 로우로 표현되는 펄스 신호는 0의 값을 가지며, 하이로 표현되는 펄스 신호는 1의 값을 가진다. 상기 위치 변화 감지부(245)는 상기 구형파 전기 신호의 값이 0에서 1로 바뀌거나 또는 1에서 0으로 바뀌는 순간 상기 DC 모터부(230)의 회전 위치 변화를 감지하게 된다. 상기 위치 변화 감지부(245)는 상기 DC 모터부(230)의 회전 위치 변화가 감지되는 시점을 지시하는 시간 신호를 생성하여, 생성된 시간 신호를 클럭 카운터부(250), 기준 속도 생성부(210) 및 제어부(222)로 각각 제공한다.

클럭 카운터부(250)는 상기 위치 변화 감지부(245)에서 제공된 시간 신호에 기초하여 상기 DC 모터부(230)의 회전 위치 변화 감지 시점과 이전 회전 위치 변화 감지 시점 사이의 시간 간격을 클럭 신호 발생부(255)에서 발생한 클럭 신호에 기초하여 카운트한다. 예를 들어, 상기 클럭 카운터부(250)는 상기 DC 모터부(230)의 회전 위치 변화를 감지한 시점(420a)과 이전 회전 위치 변화를 감지한 시점(410a) 사이의 시간 간격을 도 4(b)에 도시되어 있는 클럭 신호를 기초로 카운트한다. 회전 속도 계산부(260)는 상기 인코더 센서부(240)의 소정 홈(324) 사이의 거리 간격을 상기 클럭 카운터부(250)에서 카운트된 위치 변화 감지 시점 사이의 시간 간격으로 나눔으로써 상기 DC 모터부(230)의 실제 회전 속도를 계산한다.

기준 속도 생성부(210)는 상기 위치 변화 감지부(245)의 시간 신호를 제공받을 때마다, 즉 상기 인코더 센서부(240)를 통해 상기 DC 모터부(230)의 회전 위치 변화를 감지한 시점마다 상기 DC 모터부(230)의 기준 회전 속도를 생성한다. 비교부(215)는 상기 회전 속도 계산부(260)에서 계산된 상기 DC 모터부(230)의 실제 속도와 기준 속도 생성부(210)에서 생성된 상기 DC 모터부(230)의 기준 속도 신호의 차이를 계산한다.

제어 신호 생성부(220)는 상기 위치 변화 감지부(245)의 시간 신호를 제공받 을 때마다, 즉 상기 인코더 센서부(240)를 통해 상기 DC 모터부(230)의 회전 위치 변화를 감지한 시점마다 상기 DC 모터부(230)의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.

상기 제어 신호 생성부(220)는 제어부(222), 펄스 폭 변조부(224) 및 구동부(226)를 구비하고 있다. 상기 제어부(222)는 상기 비교부(215)로부터 입력된 상기 DC 모터부(230)의 실제 회전 속도와 기준 회전 속도 사이의 차이 값을 이용하여 PID 제어 방식, PI 제어 방식 등의 제어 방식으로 상기 DC 모터부(230)를 제어하기 위한 제어 전압을 생성한다. 펄스 폭 변조부(224)는 제어부(222)로부터 입력된 제어 전압에 상응하여 가변시킨 듀티를 갖는 펄스 폭 변조된 신호를 생성하여 구동부(226)로 출력한다. 즉, 펄스 폭 변조부(224)는 단위 주기 내에서 제어 전압의 크기에 따라 "하이" 및 "로우" 논리 레벨들의 길이들을 달리 갖는 펄스 폭 변조된 신호를 발생한다.

이 때, 구동부(226)는 펄스 폭 변조부(224)로부터 입력한 펄스 폭 변조된 신호에 상응하여 전류 형태의 제어량을 생성하고, 생성된 제어량을 상기 DC 모터부(230)로 출력한다. 즉, 구동부(226)는 펄스 폭 변조된 전압 형태의 신호를 전류 형태의 신호로 변환하는 전압/전류 변환의 역할을 수행한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 상응하는, 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 방법의 흐름도를 도시하고 있다. DC 모터부의 회전을 인코더 센서부를 통해 감지하고, 감지된 DC 모터부 회전에 상응하는 구형파 전기 신호를 생성한다(단계 510). 상기 DC모터부의 회전 축에 상기 인코더 센서부의 회전 원판이 부착되어 있으며, 상기 DC 모터부가 회전함에 따라 상기 인코더 센서부의 회전 원판도 함께 회전한다. 상기 회전 원판에는 복수의 홈들이 있으며, 상기 회전 원판이 회전함으로써 발광부의 빛이 상기 홈을 통과하여 수광부에 도달한다. 상기 수광부는 상기 홈을 통과하여 수광부에 도달한 빛을 변환하여 구형파 전기 신호를 생성한다. 상기 구형파 전기 신호에서 상승 에지 또는 하강 에지들이 상기 DC 모터부의 회전 위치 변화 시점을 나타낸다.

상기 생성된 구형파 전기 신호에서 상기 DC 모터부의 회전 위치 변화 시점을 감지한다(단계 520). 상기 구형파 전기 신호는 로우 및 하이 값을 가지는 펄스 신호이며, 상기 구형파 전기 신호의 값이 로우에서 하이로 또는 하이에서 로우로 변할 때 상기 DC 모터부의 회전 위치 변화 시점을 감지한다. 상기 감지된 회전 위치 변화 시점과 이전 감지된 회전 위치 변화 시점 사이의 시간 간격, 즉 상기 구형파 전기 신호의 펄스와 펄스 사이의 시간 간격을 클럭 신호에 기초하여 카운트한다(단계 530). 상기 회전 원판의 홈들 사이의 소정 거리 간격을 상기 카운트된 회전 위치 변화 시점 사이의 시간 간격으로 나누어 상기 DC 모터부의 실제 회전 속도를 계산한다(단계 540).

상기 DC 모터부의 회전 위치 변화를 감지한 시점마다, 상기 DC 모터부의 기준 회전 속도를 생성한다. 한편, 상기 DC 모터부의 회전 위치 변화를 감지한 시점마다, 상기 기준 회전 속도와 상기 DC 모터부의 실제 회전 속도의 차에 기초하여 상기 DC 모터부를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다(단계 550).

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 회전 속도 제어 방법 및 장치는 회전하는 제어 대상의 회전 위치 변화 시점마다, 상기 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다. 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 소정의 제어 주기마다 제어 신호를 생성하여 제어하는 대신, 상기 제어 대상의 회전 위치 변화를 감지한 시점마다 제어 신호를 생성하고 상기 생성된 제어 신호에 의해 상기 제어 대상의 회전 속도를 제어함으로써, 광범위한 속도 영역에서 상기 제어 대상의 회전 속도를 정확하게 제어할 수 있다.

특히, 저속으로 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 상기 제어 대상의 회전 위치 변화를 감지한 시점마다 제어 신호를 생성하여 상기 제어 대상을 제어함으로써 보다 정확하게 제어 대상의 회전 속도를 제어할 수 있다.

Claims (5)

1. 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하는 방법에 있어서,

   상기 제어 대상의 회전을 감지하고 상기 감지된 제어 대상의 회전에 상응하는 전기 신호를 생성하는 단계;

   상기 전기 신호로부터 상기 제어 대상의 위치 변화 시점을 감지하는 단계;

   상기 감지된 위치 변화 시점과 이전 감지된 위치 변화 시점 사이의 시간 간격을 클럭 신호에 기초하여 카운트하고 상기 카운트된 위치 변화 시점 사이의 시간 간격으로부터 상기 제어 대상의 실제 회전 속도를 계산하는 단계;

   상기 제어 대상의 위치 변화를 감지한 시점마다 상기 제어 대상의 기준 회전 속도를 생성하는 단계; 및

   상기 제어 대상의 위치 변화를 감지한 시점마다, 상기 제어 대상의 기준 회전 속도와 상기 실제 회전 속도의 차에 기초로 상기 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 대상의 회전은 인코더 센서부에 의해 감지되며, 상기 인코더 센서부는 상기 감지된 제어 대상의 회전에 상응하는 구형파 전기 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 제어 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어 대상의 위치 변화 시점은

   상기 구형파 전기 신호의 상승 또는 하강 에지에 의해 감지되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 대상은 저속으로 회전하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 제어 방법.
5. 회전하는 제어 대상의 회전 속도를 제어하는 장치에 있어서,

   상기 제어 대상의 회전을 감지하고 상기 감지된 제어 대상의 회전에 상응하는 전기 신호를 생성하는 인코더 센서부;

   상기 전기 신호로부터 상기 제어 대상의 위치 변화 시점을 감지하는 위치 변화 감지부;

   상기 감지된 위치 변화 시점과 이전 감지된 위치 변화 시점 사이의 시간 간격을 클럭 신호에 의해 카운트하는 클럭 카운터부;

   상기 카운트된 위치 변화 시점 사이의 시간 간격에 기초하여 상기 제어 대상의 실제 회전 속도를 계산하는 회전 속도 계산부;

   상기 제어 대상의 위치 변화를 감지한 시점마다, 상기 제어 대상의 기준 회전 속도를 생성하는 기준 신호 생성부; 및

   상기 제어 대상의 위치 변화를 감지한 시점마다, 상기 제어 대상의 기준 회전 속도와 상기 실제 회전 속도의 차에 기초하여 상기 제어 대상의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 제어 장치.

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