KR100715848B1 - Ｄｃ 모터의 저속 구동 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

DC 모터의 저속 구동 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 DC 모터의 저속 구동 제어 장치는 소정의 제어 주기에 따라 DC 모터의 현재 속도를 피드백 받아 DC 모터의 속도를 제어하는 제1 속도제어부, 소정의 전압테이블에 따라 DC 모터의 속도를 제어하는 제2 속도제어부, 및 DC 모터에 연결된 엔코더(encoder)의 위치 변화에 따라 제1 및 제2 속도제어부를 스위칭하는 스위칭 제어부를 포함한다. 이에 의해, 저해상도의 엔코더를 사용하여 낮은 가격으로 높은 구동 품질을 얻을 수 있다.
DC 모터, 속도, 엔코더, 저해상도, 고해상도, 스위칭

Description

ＤＣ 모터의 저속 구동 제어 장치 및 방법 {Low speed driving control device of DC motor and control method thereof}
도 1은 종래의 DC 모터 구동장치의 블럭도,
도 2a 및 도 2b는 종래의 DC 모터 구동장치의 구조를 나타낸 도면,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 블럭도,
도 5는 본 발명의 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 성능을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 7은 본 발명에 따른 DC 모터 저속 구동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : DC 모터 200 : 제1 속도제어부
300 : 제2 속도제어부 400 : 스위칭 제어부
본 발명은 DC 모터의 저속 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저해상도 엔코더를 사용하여 우수한 DC 모터의 속도 리플 성능을 제공할 수 있는 DC 모터의 저속 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 DC 모터 구동장치의 블럭도이며, 도 2a 및 도 2b는 종래의 DC 모터 구동장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하여, DC 모터(20)를 제어하는 방법으로 가장 일반적인 것은 PID(Proportional-plus-Integrate-plus-Derivative) 제어기(10)를 사용하는 방법이다. PID 제어기(10)는 DC 모터(20)의 현재 속도를 피드백 받아, 현재 속도와 기준 속도의 오차를 기준으로 DC 모터(20)의 속도를 제어한다.
도 2a를 참조하여 종래의 DC 모터 구동장치의 구조를 살펴보면, DC 모터(20)의 회전축(22)에 엔코더(Encoder)(30)가 연결된다. DC 모터(20)의 회전축(22)에 연결된 엔코더(30)에 의해서 DC 모터(20)의 속도 및 위치 정보를 획득할 수 있으며, 획득된 속도 및 위치 정보를 피드백하는 폐루프의 제어 형태를 구성함으로써, DC 모터(20)의 속도 제어가 가능하다.
PID 제어기(10)에 의해 제어되는 DC 모터(20)는 2ms 이하의 시간 간격으로 제어하는 것이 일반적이다. 여기서, 2ms의 제어 주기 동안 엔코더(30)에 의한 속도 및 위치 정보가 1회 이상 변화가 있어야만 속도의 제어가 가능하다.
이러한 이유로, DC 모터(20)를 저속으로 구동시키기 위해서는 2ms 제어 주기 내에 엔코더(30)의 정보가 변경될 수 있도록 고해상도의 엔코더(30)를 적용하여야 한다. 여기서, 고해상도는 2ms의 제어 주기 동안 엔코더(30)에 의한 속도 및 위치정보의 변화가 1회 이상인 경우를 말한다.
도 2b에 고해상도의 엔코더(30)를 예시하였다. 도시한 바와 같이, 엔코더(30)의 휠(wheel)(32)을 따라 복수 개의 슬롯(slot)(34)이 형성되며, 이 슬롯(34)의 개수가 많을수록 PID 제어기(10)에서 DC 모터(20)를 제어하는 정밀도는 증가한다. 그러나, DC 모터(30) 제어의 정밀도를 향상하기 위해 고해상도의 엔코더(30)를 사용하는 것은 가격 상승의 주요 원인이 된다.
전술한 바와 같이, 고해상도 엔코더(30)의 경우 DC 모터(20)에 대한 속도 제어의 정밀도를 향상할 수는 있으나, 비용이 증가하는 문제점이 발생한다. 반면, 저해상도 엔코더를 도 1에 도시한 종래의 DC 모터 구동장치에 적용하는 경우에는 속도 리플(ripple)이 매우 심하게 나타나는 문제점이 발생한다.
또한, DC 모터(20)의 회전축(22)에 300 CPR(Count Per Resolution)의 휠(32)을 갖는 2 채널의 엔코더(30)가 연결되어 있다고 한다면,
Figure 112006022161406-pat00001
까지 제어가 가능하다. 반면, 30 CPR의 휠(32)을 갖는 2 채널의 엔코더(30)가 연결되어 있다고 한다면,
Figure 112006022161406-pat00002
까지 제어가 가능하다. 그러므로, 30 CPR의 휠(32)을 갖는 엔코더(30)를 사용하여 200rpm보다 작은 속도로 DC 모터(20)를 제어할 수 있는 기술을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 제어 주기 동안 엔코더 위치정보 카운트가 증가하지 않는 정도 이하의 저속으로 구동하는 DC 모터에서 엔코더의 해상도를 높이지 않더라도 속도 리플을 줄여 구동할 수 있는 제어기를 제공하고자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 DC 모터의 저속 구동 제어 장치는 소정의 제어 주기에 따라 DC 모터의 현재 속도를 피드백 받아 DC 모터의 속도를 제어하는 제1 속도제어부, 소정의 전압테이블에 따라 DC 모터의 속도를 제어하는 제2 속도제어부, 및 DC 모터에 연결된 엔코더(encoder)의 위치 변화에 따라 제1 및 제2 속도제어부를 스위칭하는 스위칭 제어부를 포함한다.
바람직하게, 제1 속도제어부는 PID(Proportional-plus-Integrate-plus-Derivative) 제어기일 수 있다.
또한 바람직하게, 스위칭 제어부는 제어 주기 마다 엔코더의 위치 변화를 확인하여, 엔코더의 위치에 변화가 있을 경우 제1 속도제어부를 DC 모터와 연결하고, 엔코더의 위치에 변화가 없을 경우 제2 속도제어부를 DC 모터와 연결할 수 있다.
또한 바람직하게, 전압테이블은 목표 속도별 위치고정 카운트에 따른 DC 모터의 속도를 갖을 수 있다.
또한 바람직하게, 스위칭 제어부는 제어 주기 마다 엔코더의 위치 변화에 따라 카운트되는 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 없을 경우 초기값이 "0"인 위치고정 카운트를 증가시키고, 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 있을 경우 위치고정 카운트를 초기화할 수 있다.
또한 바람직하게, 제2 속도제어부는 스위칭 제어부에 의해 DC 모터와 연결되면, 전압테이블로부터 위치고정 카운트에 해당하는 전압을 추출하여 DC 모터의 속도를 제어할 수 있다.
또한 바람직하게, 제2 속도제어부는 하기 수학식에 의해 DC 모터를 제어할 전압(
Figure 112006022161406-pat00003
)을 결정할 수 있다:
Figure 112006022161406-pat00004
여기서,
Figure 112006022161406-pat00005
는 DC 모터의 이전 전압을 말하고,
Figure 112006022161406-pat00006
는 전압테이블로부터 추출한 전압을 말한다.
한편, 본 발명에 따른 DC 모터의 저속 구동 제어 방법은 제어 주기 마다 DC 모터에 연결된 엔코더의 위치 변화를 확인하는 단계, 및 엔코더의 위치 변화가 없을 경우에는 현재 속도를 피드백 받아 DC 모터의 속도를 제어하도록 하고, 엔코더의 위치 변화가 있을 경우에는 소정의 전압테이블에 따라 DC 모터의 속도를 제어하 도록 스위칭하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 전압테이블은, 목표 속도별 위치고정 카운트에 따른 DC 모터의 속도를 갖을 수 있다.
또한 바람직하게, 스위칭하는 단계에서, 제어 주기 마다 엔코더의 위치 변화에 따라 카운트되는 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 없을 경우 초기값이 "0"인 위치고정 카운트를 증가시키고, 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 있을 경우 위치고정 카운트를 초기화할 수 있다.
또한 바람직하게, 스위칭하는 단계에서, 엔코더의 위치 변화가 있을 경우에는 전압테이블로부터 위치고정 카운트에 해당하는 전압을 추출하여 DC 모터의 속도를 제어할 수 있다.
또한 바람직하게, 스위칭하는 단계에서, 하기 수학식에 의해 DC 모터를 제어할 전압(
Figure 112006022161406-pat00007
)을 결정할 수 있다:
Figure 112006022161406-pat00008
여기서,
Figure 112006022161406-pat00009
는 DC 모터의 이전 전압을 말하고,
Figure 112006022161406-pat00010
는 전압테이블로부터 추출한 전압을 말한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3a를 참조하여, 본 발명의 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 구조를 살펴본다. 도시한 바와 같이, 고정부(300)에 DC 모터(100) 및 엔코더(200)가 고정 설치된다. 이때, 엔코더(200)의 일단은 고정부(300)에 연결되고, 중앙부위에서 DC 모터(100)의 회전축(110)의 일단과도 연결되도록 설치된다.
도 3b에는 엔코더(200)의 단면도를 예시하였다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 적용되는 엔코더(200)는 저해상도의 엔코더이다. 엔코더(200)의 휠(210)을 따라 형성되는 복수 개의 슬롯(220)이 도 2b에 예시한 고해상도 엔코더(30)와 비교해 볼 때, 그 수가 현저히 적은 것을 알 수 있다.
본 발명에 적용되는 저해상도를 갖는 엔코더(200)는 고해상도 엔코더(30)에 비하여 저가이기 때문에, 본 발명의 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 원가를 절감하는 효과를 기대할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DC 모터의 저속 구동 제어 장치는 제1 속도제어부(500), 제2 속도제어부(600), 스위칭 제어부(400), 및 DC 모터(100)를 포함한다.
제1 속도제어부(500)는 속도 명령이 입력되면, 소정의 제어 주기에 따라 DC 모터(100)의 현재 속도를 피드백(feedback) 받아 DC 모터(100)의 속도를 제어한다. 이때, 소정의 제어 주기는 2ms인 것이 바람직하다.
바람직하게, 제1 속도제어부(500)는 일반적인 형태의 DC 모터 구동 장치에서 주로 사용되는 PID(Proportional-plus-Integrate-plus-Derivative) 제어기이다.
제1 속도제어부(500)는 제어 주기 마다 DC 모터(100)의 현재 속도를 피드백 받아, 기준 속도와 현재 속도 사이의 오차 신호에 적당한 비례상수(KP) 이득을 곱해서 제어신호를 생성하고, 오차 신호를 적분하여 적당한 비례상수(KI) 이득을 곱해서 제어신호를 생성하며, 오차 신호를 미분하여 적당한 비례상수(KD) 이득을 곱해서 제어신호를 생성한다.
이후, 제1 속도제어부(500)는 각각의 제어신호를 병렬로 연결함으로써, DC 모터(100)에 인가할 전압(
Figure 112006058257142-pat00011
)를 결정한다. 이를 수식으로 나타내면 수학식 1과 같다.
Figure 112006022161406-pat00012
제1 속도제어부(500)는 수학식 1에 의해 결정된 전압(
Figure 112006058257142-pat00013
)에 의해 DC 모터(100)의 속도를 제어하고, DC 모터(100)의 이전 전압(
Figure 112006058257142-pat00014
)을 현재 결정된 전압(
Figure 112006058257142-pat00015
)으로 변경한다. 이를 수식으로 나타내면 수학식 2와 같다.
Figure 112006022161406-pat00016
전술한 바와 같은 PID 제어기를 사용한 DC 모터(100)의 속도 제어 방법은 일 반적으로 가장 널리 사용되고 있는 방법이나, DC 모터(100)의 저속 구동시에는 원하는 속도 리플 성능을 구현할 수 없다.
예를 들어, DC 모터(100)의 회전축(110)에 32 cpr의 휠(210)을 갖는 엔코더(200)가 연결되어 있고, 2 채널 엔코더(200)를 사용하는 경우, DC 모터(100)가 1 회전 할 때 128개의 엔코더 위치정보 카운트가 증가하게 된다. 여기서, 엔코더 위치정보 카운트는 엔코더(200)의 위치 변화에 따라 자동으로 증가되는 값으로, 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
또한, DC 모터(100)에 대한 제어 주기는 2ms이므로, 2ms 동안에 적어도 엔코더 위치정보 카운트가 1은 증가하여야 속도 정보를 피드백할 수 있다. 따라서, 2ms 동안에 1/128 회전을 해야 하기 때문에, 이를 환산하면 (1/128회전)/2ms=3.9rpm=234rpm의 속도까지 제어할 수 있다.
이때, 234rpm보다 느린 속도로 DC 모터(100)를 구동하고자 하는 경우, 일반적인 PID 제어기만을 사용하면 속도 리플이 매우 심하게 발생하므로, 본 발명에서는 원하는 속도 리플 성능을 구현하기 위하여, 제1 속도제어부(500)가 DC 모터(100)를 정상적으로 제어하지 못하는 경우에 제2 속도제어부(600)에 의해 DC 모터(100)를 제어하도록 한다.
제2 속도제어부(600)는 소정의 전압테이블에 따라 DC 모터(100)의 속도를 제어한다. 소정의 전압테이블은 목표 속도별로 위치고정 카운트에 따른 가산 혹은 감산할 전압이 실험 데이터를 기반으로 구성된 것으로, DC 모터(100)가 정방향으로 회전할 경우에는 가산하는 상수값이고, DC 모터(100)가 역방향으로 회전할 경우에는 감산하는 상수값을 갖는다. 또한, 전압테이블은 룩업테이블 형태로 메모리(미도시)에 기저장되어 있는 형태일 수 있다.
여기서, 위치고정 카운트는 초기값이 "0"인 카운트로, 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 없을 경우에는 증가하고, 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 있을 경우에는 초기화된다.
본 발명의 제2 속도제어부(600)에서 DC 모터(100) 제어에 사용하는 전압테이블의 일부를 표 1에 예시하였다.
단위 : mV
위치고정 카운트 57 rpm 104 rpm
1 +1400 +2300
2 +150 +250
3 +200 +300
4 +200 +300
... ... ...
제2 속도제어부(600)는 후술하는 스위칭 제어부(400)에 의해 DC 모터(100)와 연결되면, 전압테이블로부터 현재의 위치고정 카운트에 해당하는 전압을 추출하여 DC 모터(100)의 속도를 제어한다.
제2 속도제어부(600)에서 DC 모터(100)의 속도를 제어하기 위하여, DC 모터(100)에 인가할 전압(
Figure 112006058257142-pat00017
)을 결정하는 방법을 수식으로 나타내면 수학식 3과 같다.
Figure 112006022161406-pat00018
여기서,
Figure 112006058257142-pat00019
는 DC 모터(100)의 이전 전압을 말하고,
Figure 112006058257142-pat00020
는 제2 속도제어부(600)에서 전압테이블로부터 추출한 전압을 말한다.
이후, 제2 속도제어부(600)는 수학식 3에 의해 결정된 전압(
Figure 112006058257142-pat00021
)에 의해 DC 모터(100)의 속도를 제어하고, DC 모터(100)의 이전 전압(
Figure 112006058257142-pat00022
)을 현재 결정된 전압(
Figure 112006058257142-pat00023
)로 변경한다. 이를 수식으로 나타내면 수학식 4와 같다.
Figure 112006022161406-pat00024
스위칭 제어부(400)는 DC 모터(100)에 연결되어 있는 엔코더(200)의 위치 변화에 따라, 제1 속도제어부(500) 및 제2 속도제어부(600) 중 어느 하나에 의해 DC 모터(100)가 제어될 수 있도록 스위칭한다.
스위칭 제어부(400)는 제어 주기 마다 엔코더(200)의 위치 변화를 확인한다. 이때, 스위칭 제어부(400)는 엔코더(200)의 위치에 변화가 있을 경우 제1 속도제어부(500)를 DC 모터(100)에 연결하고, 엔코더(200)의 위치에 변화가 없을 경우 제2 속도제어부(600)를 DC 모터(100)에 연결한다.
즉, 스위칭 제어부(400)에 의해 DC 모터(100)가 제1 속도제어부(500)와 연결되면, DC 모터(100)는 제1 속도제어부(500)에 의해 결정된 전압(
Figure 112006058257142-pat00025
)에 의해 구동되고, DC 모터(100)가 제2 속도제어부(600)와 연결되면, DC 모터(100)는 제2 속도제어부(600)에 의해 결정된 전압(
Figure 112006058257142-pat00026
)에 의해 구동된다.
스위칭 제어부(400)는 제어 주기 마다 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 없을 경우에는 초기값이 "0"인 위치고정 카운트를 "1"씩 증가시키고, 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 있을 경우에는 현재의 위치고정 카운트를 "0"으로 초기화한다.
스위칭 제어부(400)에 의해 제어 주기 마다 변경되는 위치고정 카운트에 의해, 제2 속도제어부(600)에서 DC 모터(100)를 제어할 전압을 결정할 수 있다.
DC 모터(100)는 스위칭 제어부(400)에 의해 연결된 제1 속도제어부(500) 및 제2 속도제어부(600) 중 어느 하나에 의해 결정된 전압(V)에 의해 구동한다. DC 모터(100)는 제어 주기 마다 현재의 속도를 피드백한다.
도 5는 본 발명의 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 사용 예를 설명한다. DC 모터(100)가 정방향으로 57rpm으로 구동하고 있다고 가정하면, 2 채널 엔코더(200)에 의해 도 5에 도시한 바와 같은 엔코더 펄스가 나타난다.
스위칭 제어부(400)는 제어 주기 즉, 2ms, 4ms, 6ms, 8ms, 10ms… 마다 엔코더(200)의 위치 변화를 엔코더 위치정보 카운트에 의해 확인할 수 있다. 도시한 바와 같이, 엔코더 위치정보 카운트는 초기값인 "1"부터 시작되며, 엔코더 펄스가 "LOW"에서 "HIGH"로 변하는 것이 인식되는 지점인 4ms에서 카운트가 증가하여 "2"가 되고, 다시 엔코더 펄스가 "LOW"에서 "HIGH"로 변하는 것이 인식되는 지점인 14ms에서 카운트가 증가하여 "3"이 된다.
또한, 스위칭 제어부(400)는 엔코더 위치정보 카운트에 의해 위치고정 카운트를 카운트한다. 도시한 바와 같이, 엔코더 위치정보 카운트가 "1"에서 "2"로 증가하는 지점인 4ms에서 초기값 "0"인 위치고정 카운트가 시작되고, 다음 제어 주기 즉, 6ms, 8ms, 10ms, 12ms까지 위치고정 카운트는 1씩 증가하며, 이후 엔코더 위치정보 카운트가 "2"에서 "3"으로 증가하는 지점인 14ms에서 초기화되어 다시 "0"으로 된다. 또한, 위치고정 카운트는 16ms 이후부터 엔코더 위치정보 카운트가 변경되기 이전까지는 다시 1씩 증가한다.
4ms 지점에서는 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 있었으므로, 스위칭 제어부(400)는 DC 모터(100)가 제1 속도제어부(500)에 의해 제어되도록 스위칭한다. 여기서, DC 모터(100)에 인가되는 최종 전압(V)은 제1 속도제어부(500)에서 수학식 1에 의해 산출된다. 이때, DC 모터(100)의 이전 전압(
Figure 112006058257142-pat00027
)에는 제1 속도제어부(500)에서 산출된 전압(
Figure 112006058257142-pat00028
)가 저장된다.
6ms 지점에서는 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 없으므로, 스위칭 제어부(400)는 DC 모터(100)가 제2 속도제어부(600)에 의해 제어되도록 스위칭한다. 여기서, DC 모터(100)에 인가되는 최종 전압(V)은 제2 속도제어부(600)에서 수학식 3에 의해 산출된다.
즉, 6ms 지점의 위치고정 카운트가 "1"이므로, 표 1의 전압테이블로부터
Figure 112006058257142-pat00029
=+1400mV가 추출된다. 그러므로, 6ms 지점에서 DC 모터(100)에 인가되는 전압은
Figure 112006058257142-pat00030
이다. 또한, DC 모터(100)의 이전 전압(
Figure 112006058257142-pat00031
)에는 제2 속도제어부(600)에서 산출된 전압(
Figure 112006058257142-pat00032
)가 저장된다.
또한, 8ms 지점에서도 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 없으므로, 스위칭 제어부(400)는 DC 모터(100)가 계속 제2 속도제어부(600)에 의해 제어되도록 한다. 이때, 위치고정 카운트가 "2"이므로, 표 1의 전압테이블로부터
Figure 112006058257142-pat00033
=+150mV가 추출되며, DC 모터(100)에 인가되는 최종 전압(V)는
Figure 112006058257142-pat00034
+150mV가 된다.
10ms, 및 12ms 지점에서도 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 없으므로, 스위칭 제어부(400)는 DC 모터(100)가 계속 제2 속도제어부(600)에 의해 제어되도록 하며, 제2 속도제어부(600)는 상기와 동일한 방법으로 DC 모터(100)에 인가되는 최종 전압(V)을 결정한다.
14ms 지점에서는 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 있으므로, 스위칭 제어부(400)는 DC 모터(100)가 다시 제1 속도제어부(500)에 의해 제어되도록 스위칭한다. 이와 같이, 각 제어 주기마다 스위칭 제어부(400)의 동작에 의해 제1 속도제어부(500) 및 제2 속도제어부(600) 중 어느 하나에 의해 DC 모터(100)에 인가될 전압이 결정된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 DC 모터의 저속 구동 제어 장치의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에서 설명한 바와 같이, 2ms의 각 제어 주기 마다 스위칭 제어부(400)에서 엔코더(200)의 위치 변화에 따라 DC 모터(100)의 속도 제어가 다르게 되도록 스위칭함으로써, 도 6a와 같은 속도 리플 성능을 보인다.
도 1에 도시한 종래의 DC 모터 구동장치에 저해상도의 엔코더(200)를 그대로 적용하였을 경우에는 속도 리플 성능이 도 6b와 같이 나타나는데, 매우 심한 속도 리플이 나타나는 것을 알 수 있다.
결과적으로, 본 발명에서는 엔코더(200)의 위치 변화에 따라 제1 속도제어부(500) 및 제2 속도제어부(600)를 선택적으로 스위칭하여 DC 모터(100)의 구동을 제어함으로써, 일반적인 PID 제어 방식에 비하여 우수한 속도 리플 성능을 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 DC 모터 저속 구동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
여기에서는, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 DC 모터 저속 구동 제어 방법을 설명한다.
DC 모터(100)는 초기 설정된 전압에 의해 구동되고(S500), 스위칭 제어부(400)는 DC 모터(100)에 연결된 엔코더(200)의 위치 변화를 2ms의 제어 주기 마다 확인하여 엔코더(200)의 위치 변화에 따라 카운트되는 엔코더 위치정보 카운트에 의해 위치고정 카운트를 카운트함으로써, 엔코더(200)의 위치 변화를 확인한 다(S510).
스위칭 제어부(400)는 엔코더(200)의 위치 변화 확인 결과, 엔코더(200)의 위치에 변화가 있는 것으로 판단되면, DC 모터(100)를 제1 속도제어부(500)와 연결한다. 이에 의해, DC 모터(100)는 현재 속도를 피드백하고(S530), 제1 속도제어부(500)는 DC 모터(100)의 현재 속도에 의해 DC 모터(100)에 인가할 최종 전압을 결정한다(S540).
만약, 스위칭 제어부(400)에서 엔코더(200)의 위치 변화 확인 결과, 엔코더(200)의 위치에 변화가 없는 것으로 판단되면, DC 모터(100)를 제2 속도제어부(600)와 연결한다. 제2 속도제어부(600)는 DC 모터(100)의 이전 전압과 현재의 위치고정 카운트에 의해 전압테이블로부터 추출한 전압에 의해 DC 모터(100)에 인가할 최종 전압을 결정한다(S550).
DC 모터(100)는 제1 속도제어부(500) 및 제2 속도제어부(600) 중 어느 하나에 의해 결정된 전압에 의해 구동되며(S560), 이와 같은 동작은 2ms의 제어 주기 마다 반복된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 DC 모터의 저속 구동 제어 장치 및 방법은 스위칭 제어부에서 엔코더의 위치 변화에 따라 DC 모터의 제어를 선택적으로 스위칭함으로써, 제어 주기 동안 엔코더 위치정보 카운트가 증가하지 않는 정도 이하의 저속으로 구동하는 DC 모터에서 엔코더의 해상도를 높이지 않더라도 속도 리플을 줄여 구동할 수 있다. 이에 의해, 저해상도의 엔코더를 사용할 수 있으므 로, 낮은 가격으로 높은 구동 품질을 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 소정의 제어 주기에 따라 DC 모터의 현재 속도를 피드백 받아 상기 DC 모터의 속도를 제어하는 제1 속도제어부;
    소정의 전압테이블에 따라 상기 DC 모터의 속도를 제어하는 제2 속도제어부; 및
    상기 DC 모터에 연결된 엔코더(encoder)의 위치 변화에 따라, 상기 제1 및 제2 속도제어부를 스위칭하는 스위칭 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 속도제어부는 PID(Proportional-plus-Integrate-plus-Derivative) 제어기인 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는, 상기 제어 주기 마다 상기 엔코더의 위치 변화를 확인하여, 상기 엔코더의 위치에 변화가 있을 경우 상기 제1 속도제어부를 상기 DC 모터와 연결하고, 상기 엔코더의 위치에 변화가 없을 경우 상기 제2 속도제어부를 상기 DC 모터와 연결하는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압테이블은, 목표 속도별 위치고정 카운트에 따른 상기 DC 모터의 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는, 상기 제어 주기 마다 상기 엔코더의 위치 변화에 따라 카운트되는 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 없을 경우 초기값이 "0"인 상기 위치고정 카운트를 증가시키고, 상기 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 있을 경우 상기 위치고정 카운트를 초기화하는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 속도제어부는, 상기 스위칭 제어부에 의해 상기 DC 모터와 연결되면, 상기 전압테이블로부터 상기 위치고정 카운트에 해당하는 전압을 추출하여 상기 DC 모터의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 속도제어부는, 하기 수학식에 의해 상기 DC 모터를 제어할 전 압(
    Figure 112006022161406-pat00035
    )을 결정하는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 장치:
    Figure 112006022161406-pat00036
    여기서,
    Figure 112006022161406-pat00037
    는 상기 DC 모터의 이전 전압을 말하고,
    Figure 112006022161406-pat00038
    는 상기 전압테이블로부터 추출한 전압을 말한다.
  8. 소정의 제어 주기에 따라 DC 모터의 현재 속도를 피드백 받아 상기 DC 모터의 속도를 제어하는 DC 모터의 저속 구동 제어 방법에 있어서,
    상기 제어 주기 마다 상기 DC 모터에 연결된 엔코더의 위치 변화를 확인하는 단계; 및
    상기 엔코더의 위치 변화가 없을 경우에는 상기 현재 속도를 피드백 받아 상기 DC 모터의 속도를 제어하도록 하고, 상기 엔코더의 위치 변화가 있을 경우에는 소정의 전압테이블에 따라 상기 DC 모터의 속도를 제어하도록 스위칭하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압테이블은, 목표 속도별 위치고정 카운트에 따른 상기 DC 모터의 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스위칭하는 단계에서, 상기 제어 주기 마다 상기 엔코더의 위치 변화에 따라 카운트되는 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 없을 경우 초기값이 "0"인 상기 위치고정 카운트를 증가시키고, 상기 엔코더 위치정보 카운트에 변화가 있을 경우 상기 위치고정 카운트를 초기화하는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위칭하는 단계에서, 상기 엔코더의 위치 변화가 있을 경우에는 상기 전압테이블로부터 상기 위치고정 카운트에 해당하는 전압을 추출하여 상기 DC 모터의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 스위칭하는 단계에서, 하기 수학식에 의해 상기 DC 모터를 제어할 전압(
    Figure 112006022161406-pat00039
    )을 결정하는 것을 특징으로 하는 DC 모터의 저속 구동 제어 방법:
    Figure 112006022161406-pat00040
    여기서,
    Figure 112006022161406-pat00041
    는 상기 DC 모터의 이전 전압을 말하고,
    Figure 112006022161406-pat00042
    는 상기 전압테이블로부터 추출한 전압을 말한다.
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