KR100767405B1 - 전동기 시스템 제어성 평가 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기가 부착되어 있는 시스템의 제어 여유도를 측정하기 위해 명령치로 준 값들과 전동기와 같이 부착되어 있는 위치감지용 엔코더나 레졸버의 신호를 동시에 분석함으로써 크기 및 위상정보를 통해 시스템의 제어 여유도를 판정하는 기술로 시스템의 전달함수를 수학적으로 근사화시킴으로서 발생되는 제어의 불완전성을 근본적으로 방지할 수 있으므로 정밀제어가 필요한 추적시스템, 위치제어 시스템 등에 사용되어 질 수 있도록 한 전동기 시스템의 제어성 평가 장치에 관한 것이다.

특히, 평가대상인 전동기 및 그 축에 물린 기계구조물과의 전동기를 동작시키기 위한 전동기 드라이브의 전동기축 위치를 감지할 수 있도록 하는 위치감지용 엔코더 또는 레졸버와; 상기 전동기 드라이브에 전원을 공급할 수 있도록 하는 전원부와; 상기 전동기 드라이브에 명령을 전달하고 위치감지용 엔코더 또는 레졸버로부터 신호를 받아 평가대상 전동기 시스템의 제어 여유도를 평가하는 임베디드 컨트롤러를 일체로 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

전동기 및 그 축에 물린 기계구조, 전동기 드라이브, 위치감지용 엔코더 또는 레졸버

Description

전동기 시스템 제어성 평가 장치 {The evaluation apparatus of control margin for motor system}

도 1은 본 발명의 전동기 시스템 제어성 평가를 위한 구성도,

도 2는 본 발명의 임베디드 컨트롤러의 회로 구성도,

도 3은 본 발명의 제어 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 :전동기 및 그 축에 물린 기계구조물 12 :전동기 드라이브

14 :위치감지용 엔코더 또는 레졸버 16 :전원부

18 :임베디드 컨트롤러 20 :메인 스위치

22 :키패드 24 :프로그램 시작 스위치

26 :마이크로 프로세서 28 :D/A

30 :프로그램 메모리 32 :카운터 또는 A/D

34 :데이터 메모리 36 :디스플레이

본 발명은 전동기 시스템의 제어성 평가 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 는, 전동기가 부착되어 있는 시스템의 제어 여유도를 측정하기 위해 명령치로 준 값들과 전동기와 같이 부착되어 있는 위치감지용 엔코더나 레졸버의 신호를 동시에 분석함으로써 크기 및 위상정보를 통해 시스템의 제어 여유도를 판정하는 기술이다. 시스템의 전달함수를 수학적으로 근사화시킴으로서 발생되는 제어의 불완전성을 근본적으로 방지할 수 있으므로 정밀제어가 필요한 추적시스템, 위치제어 시스템 등에 사용되어 질 수 있도록 한 전동기 시스템의 제어성 평가 장치에 관한 것이다.

일반적으로 종래에는 간접적인 방법으로 회전질량이나 마찰력 계수 등을 계산하고 이를 바탕으로 전동기 시스템을 모델링하여 근사화시키거나 다이나믹 분석기(Dynamic Analyzer) 등의 장치를 써서 대상이 되는 전동기 시스템의 제어도를 평가하는 방법을 써왔다.

그러나, 회전질량이나 마찰력 계수 등을 이용하는 방법의 경우 시스템 자체의 형태에 따라 계산량이 많아지고 정확한 값을 얻기가 힘들다는 문제점이 있었다.

또한, 다이나믹 분석기를 이용하는 방법의 경우 시스템의 제어 여유도를 구하는 정확도가 떨어지고, 대형 시스템에는 적용할 수 없는 사용상의 제약이 따르는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 안출한 것으로, 그 목적은 전동기가 부착되어 있는 시스템의 제어 여유도를 측정하기 위해 명령치로 준 값들과 전동기와 같이 부착되어 있는 위치감지용 엔코더나 레 졸버의 신호를 동시에 분석함으로써 크기 및 위상정보를 통해 시스템의 제어 여유도를 판정하는 기술이다. 시스템의 전달함수를 수학적으로 근사화시킴으로서 발생되는 제어의 불완전성을 근본적으로 방지할 수 있으므로 정밀제어가 필요한 추적시스템, 위치제어 시스템 등에 사용되어 질 수 있도록 한 전동기 시스템의 제어성 평가 장치를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성시키기 위한 기술적 사상으로는,

평가대상인 전동기 및 그 축에 물린 기계구조물과의 전동기를 동작시키기 위한 전동기 드라이브의 전동기축 위치를 감지할 수 있도록 하는 위치감지용 엔코더 또는 레졸버와; 상기 전동기 드라이브에 전원을 공급할 수 있도록 하는 전원부와; 상기 전동기 드라이브에 명령을 전달하고 위치감지용 엔코더 또는 레졸버로부터 신호를 받아 평가대상 전동기 시스템의 제어 여유도를 평가하는 임베디드 컨트롤러를 일체로 포함하여 구성된 것이 제시된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명인 전동기 시스템의 제어성 평가 장치를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 전동기 시스템 제어성 평가를 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 임베디드 컨트롤러의 회로 구성도이다.

참고로 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우에는 그 상세한 설명을 생략하였다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운영자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명은 크게 평가대상인 전동기 및 그 축에 물린 기계구조물(10)과의 전동기(10)를 동작시키기 위한 전동기 드라이브(12)의 전동기축 위치를 감지할 수 있도록 하는 위치감지용 엔코더 또는 레졸버(14)와; 상기 전동기 드라이브(12)에 전원을 공급할 수 있도록 하는 전원부(16)와; 상기 전동기 드라이브(12)에 명령을 전달하고 위치감지용 엔코더 또는 레졸버(14)로부터 신호를 받아 평가대상 전동기 시스템의 제어 여유도를 평가하는 임베디드 컨트롤러(18)를 일체로 포함하여 구성되어 있다.

한편, 상기 전동기 드라이브(12)는 전동기(11)의 사양이 결정되면 이에 맞는 정격전압 및 정격전류가 결정되므로 이에 맞추어 전동기 드라이브(12)가 설계될 수 있으나 대형 시스템의 평가를 위해 전원용량이 허락하는 한 대용량으로 제작 되어 있다.

또한, 전원부(16)는 평가대상이 되는 전동기 시스템을 구동하는 전동기 드라이브(12)의 최대정격 사양을 충분히 만족시킬 수 있도록 제작되어 있다.

그리고, 상기 임베디드 컨트롤러(18)는 이 임베디드 컨트롤러(18)의 전원공급 및 차단 역할을 하는 메인 스위치(Main S/W:(20))와, 사인파 최대전압, 시작/끝 주파수, 주파수 간격 및 반복 측정 횟수를 입력하는 데 사용되는 키패드(22)와, 전 동기 시스템 제어성 평가를 위한 프로그램의 시작을 조절하는 프로그램(Program) 시작 스위치(24)와, 전체 프로그램을 제어할 수 있도록 하는 마이크로프로세서(Microprocessor:(26))와, 기준 사인파 함수를 저장하며 프로그램 시작시 마이크로 프로세서(Microprocessor:(26)의 제어에 의해 D/A(28)를 거쳐 기준사인파를 전동기 드라이브(12)에 출력할 수 있도록 하는 프로그램 메모리(32)와, 전동기축에 물려있는 위치감지용 엔코더 또는 레졸버(14)로부터 전동기의 위치변위에 대한 신호를 변환하게 되는 카운터 또는 A/D(32)와, 각 주파수별 크기/위상차 정보 저장하는 역할을 하는 데이터 메모리(34)와, 최종 전동기시스템의 제어 여유도를 표시하는 디스플레이(36)를 일체로 포함하여 구성되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 본 고안의 작용을 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 제어 흐름도이다.

이는, 먼저 임베디드 컨트롤러(18)의 메인 스위치(20)를 ON 한후 키패드(22) 등의 입력장치를 통해 대상 시스템에 인가할 사인파의 최대전압, 시작/최종 주파수, 주파수의 변화간격 및 반복 측정 횟수를 입력한다.

그리고, 모든 초기 조건의 입력이 끝난 후 시작 스위치(20)를 ON 하면 미리 프로그램 메모리(30)에 저장되어 있던 사인파가 D/A(28)를 통해 전동기 드라이브(12)로 입력된다.

그러면, 전동기 드라이브(12)에서는 입력된 명령치에 따라 사인파의 전압을 발생시키고 전동기(10)가 회전하게 된다.

이때, 전동기(10)의 회전변위에 따라 축에 부착되어 있는 위치감지용 엔코더 또는 레졸버(14) 등에서 신호가 발생하게 되고, 이 신호는 카운터 또는 A/D(32)를 통해 임베디드 컨트롤러(18)로 귀환되게 된다.

여기서, 한 주기가 끝났는가를 판정하는 알고리즘을 거친 후 한 주기가 끝나지 않았으면 계속 반복하여 D/A(28)를 포함한 이후의 작업을 반복하게 되며, 한 주기가 끝났을 경우에는 한 주기의 사인파를 복원하여 명령치로 주어진 원래의 사인파와 비교하여 해당 주파수에서의 크기 및 위상차를 계산하여 저장한다.

한편, 해당 주파수에서의 반복 측정 횟수에 미달되면 다시 D/A(28) 작업부터 수행하여 처음에 정해진 반복 횟수를 채우게 되며, 이때 한 주기마다 앞에 설명한 방식대로 크기 및 위상차 정보를 계산하여 저장하게 된다.

또한, 해당 주파수에서의 반복 측정횟수가 되면 해당 주파수에서의 크기 및 위상차의 평균을 계산하게 되며, 이는 여러 번 측정함으로써 에러를 줄이기 위한 목적이다.

그리고, 마지막 평균 계산후 전동기(10)가 정지되는 것을 확인하여 다음 측정할 주파수로 변경하게 되며 마찬가지로 앞에 설명한 차례를 반복하게 된다.

여기서, 전동기(10)가 정지되는 것을 확인한 후 다음 주파수로 넘어가는 이유는 전동기 시스템의 관성으로 인해 전동기가 완전히 정지하지 않았을 경우에는 정확한 결과를 얻을 수 없기 때문이고, 초기에 설정한 주파수대의 측정을 모두 마친 후 최종적으로 각 주파수별 크기/위상차를 바탕으로 전동기 시스템의 크기 및 위상 여유도를 계산하여 이를 출력한 후 제어의 흐름이 끝나게 된다.

그러므로, 상술한 방법들을 통해 시스템의 전달함수를 수학적으로 근사화시킴으로서 발생되는 제어의 불완전성을 근본적으로 방지할 수 있으므로 정밀제어가 필요한 추적시스템과 위치제어 시스템 등에 활용할 수 있도록 하는 작용을 이룰 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 전동기가 부착되어 있는 시스템의 제어 여유도를 측정하기 위해 명령치로 준 값들과 전동기와 같이 부착되어 있는 위치감지용 엔코더나 레졸버의 신호를 동시에 분석함으로써 크기 및 위상정보를 통해 시스템의 제어 여유도를 판정하는 기술로 시스템의 전달함수를 수학적으로 근사화시킴으로서 발생되는 제어의 불완전성을 근본적으로 방지할 수 있으므로 정밀제어가 필요한 추적시스템 및 위치제어 시스템 등에 이용할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 평가대상인 전동기 및 그 축에 물린 기계구조물(10)과의 전동기를 동작시키기 위한 전동기 드라이브(12)의 전동기축 위치를 감지할 수 있도록 하는 위치감지용 엔코더 또는 레졸버(14)와;

   상기, 전동기 드라이브(12)에 전원을 공급할 수 있도록 하는 전원부(16)와;

   상기, 전동기 드라이브(12)에 명령을 전달하고 위치감지용 엔코더 또는 레졸버(16)로부터 신호를 받아 평가대상 전동기 시스템의 제어 여유도를 평가하는 임베디드 컨트롤러(18)를 일체로 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전동기 시스템의 제어성 평가 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 임베디드 컨트롤러(18)는 이 임베디드 컨트롤러(18)의 전원공급 및 차단 역할을 하는 메인 스위치(Main S/W:(20))와;

   사인파 최대전압, 시작/끝 주파수, 주파수 간격 및 반복 측정 횟수를 입력하는 데 사용되는 키패드(22)와;

   전동기 시스템 제어성 평가를 위한 프로그램의 시작을 조절하는 프로그램(Program)시작 스위치(24)와;

   전체 프로그램을 제어할 수 있도록 하는 마이크로프로세서(Microprocessor:(26))와;

   기준 사인파 함수를 저장하며 프로그램 시작시 마이크로 프로세서(Microprocessor:(26)의 제어에 의해 D/A(28)를 거쳐 기준사인파를 전동기 드라이브(12)에 출력할 수 있도록 하는 프로그램 메모리(32)와;

   전동기축에 물려있는 위치감지용 엔코더 또는 레졸버(14)로부터 전동기의 위치변위에 대한 신호를 변환하게 되는 카운터 또는 A/D(32)와;

   각 주파수별 크기/위상차 정보 저장하는 역할을 하는 데이터 메모리(34)와;

   최종 전동기시스템의 제어 여유도를 표시하는 디스플레이(36)를 일체로 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전동기 시스템의 제어성 평가 장치.

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