KR100787256B1 - 고해상도 위치센서장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

서보기구의 정밀 포지셔닝에 사용하기 위한 고해상도 위치센서장치는 광검출기를 이용한감광장치를 통해 천이펄스를 생성하는 엔코더를 모터축에 장착하여 해상도를 증가시킨다. 엔코더 휠의 홈이 통과하여 펄스가 천이할 때마다, 천이펄스들 사이의 간격에서 측정된 클럭펄스 수를 0으로 리셋하는 리셋신호가 생성된다. 천이펄스들과 이들 펄스 사이의 시간은 모터 속도의 변화에 따라 변하지만, 시스템의 클럭펄스 속도는 일정하다. 본 발명은 엔코더 자체가 실제로 생성하는 것보다 많은 천이펄스들을 생성하여 동작하는 더 정밀한 위치센서를 제공한다. 엔코더가 주어진 해상도로 천이펄스들을 생성하면, 센서장치는 해상도가 더 높은 출력펄스들을 생성한다. 2개의 고해상도 펄스들 사이의 시간 간격은 두개의 천이펄스들 사이의 시간간격보다 짧은데, 이는 카운트속도가 더 빠르기 때문이다. 이렇게 되면, 모터위치정보의 해상도가 높아지고, 오차는 작아지면서 위치제어는 더 좋아질 수 있다.

Description

고해상도 위치센서장치 및 방법{HIGH RESOLUTION POSITION SENSOR AND METHOD}

본 발명은 모터와 위치제어시스템 및 그 장비에 관한 것으로, 구체적으로는 이동중에 위치 피드백의 정밀도를 향상시키기 위한 고해상도 위치센서장치와 그 방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따르면 전기펄스를 변위함수로 출력하는 위치센서로 여러가지가 있다. 이들의 예로는 러셀의 미국특허 3,748,486에 기재된 장치가 있고, 이 장치는 광전변환기로 가는 빛을 변조하여 가동 기계부품의 이동과 동일 위상의 전기신호를 생성하는데 이 기계부품에 장착된 회절격자를 이용한다.

브레슬로의 미국특허 3,794,899에는 서보제어세스템에 적용된 고정밀 엔코더에서 오차들을 평가하는 시스템이 기재되어 있다. 비숍 일행의 미국특허 4,023,085에는 디지탈 위치궤환신호를 제공하는 좌표변환기를 이용해 오차신호를 생성하는 숫자화된 위상루프를 갖는 수치제어시스템이 기재되어 있다.

마쓰모도의 미국특허 4,095,158에는 서보기구를 구동하기 위해 위치오차신호를 전개할 때 사용하기 위해 기준 카운터로 변환되어 버퍼 레지스터에 저장되는 위상데이터로 위치궤환신호를 생성하는데 좌표변환기를 이용하는 위치제어시스템이 기재되어 있다.

노자와 일행의 미국특허 4,503,372에는 가동요소의 모터축에 장착된 위치센서가 감지한 운동량과 명령값 사이의 차이에 해당하는 오차를 오차저장수단에서 계산하는 위치제어시스템이 기재되어 있다.

브리지 일행의 미국특허 5,254,919에는 위치제어용 엔코더 시스템이 기재되어 있는데, 이 시스템에서는 전하결합소자 센서와 같은 선형배열의 각각의 센서에 대해 광학계가 엔코더 구간들을 촬상하여 폐루프 궤환 위치제어기용 디지털 신호를 생성한다. 이 배열을 따라 비교적 미세한 피치로 센서소자들을 배치하면, 해상도는 높일 수 있지만 고정밀 위치제어시스템용으로는 아직 불충분하다.

위치와 속도 제어 가동부품들이 필요하거나 기계적 동기화가 필요한 서보기구에 적용할 경우에는, 위치궤환의 정밀도를 향상시켜 좀더 부드럽고 더 정밀한 제어를 하는 것이 바람직하다.

특히, 서보제어시스템에서는, 위치궤환 정밀도에 따라 제어성능이 좌우된다. 대개 시스템이 정지상태에 있으면, 위치센서의 정밀도내에서 서보기구들을 원하는 위치에 유지할 수 있다. 그러나, 이동중에는, 제어정밀도가 악화되고 명령위치와 실제위치 사이의 오차(추적오차)가 관찰된다. 엔코더의 정밀도 부족은 흔히 이동중의 서보시스템의 성능을 제한하는 주요인이다.

따라서, 본 발명의 주목적은 종래의 위치제어시스템의 문제점을 감안하여 많은 경우 서보기구의 정밀 포지셔닝에 사용하기 위한 고해상도 위치센서장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 시스템의 변동요소를 측정하고 이를 높은 해상도로 표시하는 출력값들을 제공하는 센서장치에 있어서:
규칙적으로 떨어진 일련의 값들에 걸쳐 측정된 변동요소가 천이할 때마다 펄스를 제공하는 수단;
제1 속도로 시스템 클럭펄스열을 생성하고 상기 제1 속도보다 작은 속도로 분주된 시스템 클럭펄스열을 생성하는 수단;
상기 천이펄스 각각의 사이사이에 발생하는 상기 분주된 시스템 클럭펄스열중 제1 펄스 수를 카운트하는 제1 수단;
상기 분주된 시스템 클럭펄스열의 상기 제1 카운트된 펄스수를 저장하는 수단;
상기 분주된 시스템 클럭펄스열중 제2 펄스 수를 카운트하고, 제2 카운트된 펄스수를 천이펄스가 발생할 때마다 리세트하는 제2 수단;
상기 분주된 시스템 클럭펄스열의 상기 제2 카운트된 펄스수의 배수를 나타내는 시프트된 저장위치에서 상기 제2 카운트된 펄스수를 레지스터에 저장하기 위한 제2 수단;
상기 시프트되어 저장된 제2 카운트 수와 상기 저장된 제1 카운트 수를 비교적 고속으로 반복적으로 비교하고, 제2 카운트 수가 제1 카운트 수를 초과할 경우 이들 사이의 편차 카운트를 생성하는 수단;
상기 시프트되어 저장된 제2 카운트 수를 레지스터내의 상기 편차 카운터로 교체할 때 고해상도 펄스를 생성하여, 천이펄스들 사이에 여러개의 고해상도 펄스들을 제공하는 수단; 및
상기 천이펄스들 사이의 간격의 고해상도 펄스의 수를 카운트하여 시스템 변동요소를 계산하는 수단;을 포함하는 센서장치가 제공된다.
바람직한 실시예에서, 센서장치는 위치센서 역할을 하고, 광검출기를 이용한감광장치를 통해 천이펄스를 생성하는 엔코더를 모터축에 장착하여 해상도를 증가시킨다. 엔코더 휠의 홈이 통과하여 펄스가 천이할 때마다, 천이펄스들 사이의 간격에서 측정된 클럭펄스 수를 0으로 리셋하는 리셋신호가 생성된다.
천이펄스들과 이들 펄스 사이의 시간은 모터 속도의 변화에 따라 변하지만, 시스템의 클럭펄스 속도는 일정하다. 본 발명은 엔코더 자체가 실제로 생성하는 것보다 많은 천이펄스들을 생성하여 동작하는 더 정밀한 위치센서를 제공한다.
따라서, 엔코더가 주어진 해상도로 천이펄스들을 생성하면, 센서장치는 해상도가 더 높은 출력펄스들을 생성한다. 예컨대, 위치센서가 축에 장착되어 해상도당 N개 펄스들을 전달하는 엔코더일 경우, 본 발명의 센서장치는 해상도당 평균 NxP개의 펄스들을 전달할 수 있다. P는 곱셈인자로서, 2의 제곱으로, P=2^r로 설정되는 것이 바람직하다.
위치센서의 모든 천이펄스에서, 최종 2개 펄스 사이의 시간을 계산하고, 이들 펄스의 대응 속도를 계산한다.
각 천이펄스 사이에서 일어나는 곱셈 결과의 펄스들을 카운트하고, 이 정보를 내부래치 레지스터에 기록되는 숫자로서 저장한다. 천이펄스들 사이에 발생하는 시스템 클럭펄스의 수는 모터의 회전속도에 따라 변한다. 모터의 속도가 느릴 수록, 다음 천이펄스 이전에 더 많은 시스템 클럭펄스들이 카운트되고, 모터가 빨리 회전할수록, 다음 천이펄스 이전에 더 적은 시스템 클럭펄스들이 카운트된다.
시스템 클럭펄스의 카운트 외에, 다른 카운터를 이용해 더 빠른 속도로 카운트하여, 하나의 시스템 클럭펄스를 "P" 클럭펄스로서 카운트한다. 이 카운터는 P, 2P, 3P 등의 형태로 카운트하고, P는 임의의 고정 속도값이다.
더 빠른 속도로 카운트하는 카운터의 총 누적량은 래치 레지스터내의 펄스 수와 반복적으로 비교되고, 이 비교를 이용해 펄스 수가 래치 레지스터에 저장된 시스템 클럭펄스의 총 수를 넘는지를 체크한다. 카운트된 펄스들의 총 누적량이 래치 레지스터에 저장된 펄스량을 넘을 경우, 카운터에 저장된 펄스량을 넘는 편차 값을 이용해 카운터내의 값을 교체한다. 이런 감산은 카운터를 리셋팅할 목적으로 실행되고, 여기서 선택된 것보다 높은 속도로 시스템 클럭펄스를 계속 카운팅한다. 래치 레지스터에 저장된 펄스 수를 넘기 때문에 이런 리셋이 카운터에서 일어날 때마다, 고해상도 펄스가 카운터의 값을 대체하여 생성된다.
2개의 고해상도 펄스들 사이의 시간 간격은 두개의 천이펄스들 사이의 시간간격보다 짧은데, 이는 카운트속도가 더 빠르기 때문이다. 이렇게 되면, 모터위치정보의 해상도가 높아지고, 오차는 작아지면서 위치제어는 더 좋아질 수 있다.
모터 회전방향이 일방향일 때 모터 위치를 측정하는데 적용되는 것과 같은 원리를 모터회전 방향이 반대일 때의 측정에도 응용할 수 있다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성되고 작동되는 고해상도 위치센서장치의 일례의 블록도;

도 2는 본 발명의 센서장치의 작동에 사용되는 엔코더와 카운팅 레지스터의 천이상태를 보여주는 타이밍도;

도 3은 도 2의 레지스터들의 동작에 따라 고해상도 펄스의 전개과정을 보여주는 타이밍도.

도 1에는 바람직한 실시예의 고해상도 위치센서장치(10)의 블록도가 도시되어 있는바, 이 장치는 본 발명의 원리에 따라 구성되고 동작한다. 이 장치(10)는 모터축(22)에 위치센서(24)를 장착한 모터(20)에 적용된다. 천이검출기(25)는 위치센서(엔코더)(24)로부터 신호를 수신하고, 엔코더 휠의 홈이 통과할 때마다 천이가 이루어짐을 검출하는 광검출기를 이용한 감광장치를 사용해 모터축(22)의 회전각을 표시하는 출력펄스를 생성한다. 천이검출기(25)의 이런 출력펄스들을 천이펄스라 한다.

장치(10)는 가변 분주회로(28)에 연결된 시스템 클럭펄스 발생기(26)와, 카운트 레지스터 세트(30,32,34)를 포함하고, 이들 레지스터는 데이터 함수들을 카운트하고 이진 형태로 저장하여 다수의 비트 메모리로서 제공한다. 이들 레지스터중 첫번째 것은 분주된 클럭카운터 레지스터(DCCR; divided clock counter register)(30)로서 가변 분주회로(28)에서 생성된 분주된 클럭펄스들을 카운트한다. 천이검출기(25)로부터의 모든 펄스는 이 레지스터를 리세트하여, 천이펄스가 일어날 때마다 카운터가 0부터 시작하여 분주된 클럭들을 카운트하도록 한다. 이 카운터에 저장된 값은 그 다음 천이펄스가 발생할 때까지 시간에 따라 규칙적으로 증가한다. 따라서, DCCR(30)은 분주된 클럭펄스로 측정된 최종 천이펄스로부터 경과된 시간을 나타내는 숫자를 포함한다.

천이검출기(25)의 모든 펄스마다, 그리고 DCCR(30)이 리셋되기 전에, DCCR(30)에 누적된 카운트의 값이 내부 래치레지스터(ILR; internal latch register)(32)에서의 래치(35)의 동작에 의해 복사되고 저장된다. 이런식으로, ILR(32)는 항상 천이검출기(25)에 의해 검출된 최종 두개 천이펄스들 사이의 시간 간격을 분할클럭펄스들로 측정된 시간간격과 함께 포함한다. 따라서, DCCR(30)이 0으로 리세트됨과 동시에, ILR(32)은 그 전 주기동안 분할클럭펄스들에 의해 도달된 카운트를 세이브한다. 다음 주기를 시작하면, ILR(32)은 각각의 천이펄스에서 전 주기의 카운트의 새로운 값으로 업데이트되고, 이 값을 저장한다.

DCCR(30)과 ILR(32) 외에, 분주된 클럭 누산레지스터(DCAR; divided clock accumulator register)(34)가 있다. 이 레지스터는 입력단에서 가변 분주회로(28)의 분주된 클럭펄스를 수신한다. 이 레지스터는 곱셈인자 P(=2^r)만큼 분주된클럭펄스 속도보다 빠른 속도로 카운트하므로, 이 레지스터에 포함된 실제 값은 분주된 클럭펄스에 P(=2^r)를 곱한 숫자이다. 그러므로, 매회의 분주된 클럭펄스마다, DCAR(34)의 카운트는 P=2^r배 증가된다. 예컨대 r=2 이면, 곱셈인자는 P=4이다. 바람직한 실시예에서, 이와같은 연산은 비트 r로 DCAR(34)에 분주된 클럭펄스를 공급하여 이루어진다.

DCCR(30), ILR(32), DCAR(34) 외에, 고해상도 위치데이터 누산기(HRPDA; high resolution position data accumulator)(37)와, 비교감산 모듈(CSM; compare and subtract module)(40)이 있다. CSM(40)은 DCAR(34)의 값과 ILR(32)의 값을 입력으로서 수신한다. 이 모듈은 비교적 빠른 속도로 반복적으로 비교하고 이들 두개의 값을 감산하는바 DCAR의 값에서 ILR의 값을 뺀다.

감산에 의해 양수 값이 생기면, 고해상도 펄스가 CSM(40)에 의해 생성되고, 그 감산결과가 이전 값을 대체하여 DCAR(34)에 기입된다. 또, HRPDA(37)이 이 카운트를 1 증가시킨다.

DCAR(34)이 ILR의 값에 도달하면 고해상도 펄스가 생성되고 DCAR(34)이 0부터 시작하는 것이 바람직하다. 그러나, 실제로, 감산 값은 다음 두가지 변수때문에 제로로 되지는 않는다:

1) 고해상도 펄스의 생성을 야기하는 양수 값의 검출은 즉각적이지 않고, CSM(40)이 감산하고 그 결과값을 되돌려 DCAR(34)에 기입할 때까지 지연이 생긴다. 이 지연은 비교와 감산을 실행할 때 CSM(40)의 물리적인 한계로 인한 것이다.

2) DCAR(34)은 지속적으로 카운트하지 않고 P 단계들에서 카운트한다. 다음 반복적 비교는 통상 오차를 나타내는 0이 아닌 양수값을 제공하는데, 이는 카운팅 P 단계 이후에 비교가 일어나 DCAR 값이 통상 ILR 값보다 크기때문이다. DCAR(34) 은 결코 카운팅을 중단하지 않으므로, 감산이 실행될 때 DCAR(34)에서의 초과값이 유지된다. 이런 초과값이 0이 아니므로, 다음 감산때까지의 시간간격이 단축된다. 이런 시간간격 단축으로 인해, 두개의 연속적인 고해상도 펄스들 사이의 평균 시간간격을 가능한한 이상적인 값에 가깝게 유지하도록 하는 오차보상이 일어난다.

매회 감산할 때마다, CSM(40)은 하나의 고해상도 펄스를 전달한다. DCAR(34)의 카운팅 속도가 DCCR(30)보다 2^r배 빠르기 때문에, 고해상도 펄스의 속도는 통상 엔코더(24)에 의한 천이펄스의 속도의 2^r배이다. 모터가 회전할 경우, 고해상도 펄스의 카운팅으로 인해 위치정보의 해상도가 높아진다.

일반적으로, 고해상도 펄스가 생길때마다, HRPDA(37)가 1씩 증가된다. 그러나, 본 발명에 따르면, HRPDA(37)에는 고해상도 펄스의 카운팅을 2^r-1 펄스로 제한하는 리미터(43)가 제공된다. 즉, HRPDA(37)가 더 증가하여 비트 r이 변화하면 고해상도 펄스의 카운팅이 중단된다. 그러나, HRPDA(37)는 다음과 같이 매회의 천이펄스를 카운트한다. 매회의 천이펄스마다, 모든 최하위비트(0부터 r-1까지)는 0으로 리세트되고, 그 카운터값은 P=2^r씩 증가된다.

엔코더(24)가 일정 속도로 모터축(22)에서 회전하면, 고해상도 펄스 속도는 천이펄스 속도의 2^r배이다. HRPDA(37)는 단순한 펄스카운터를 사용할 경우보다 해상도가 높은 값을 갖는다. 모터 속도가 가속하거나 하여 변하면, 때로는 HRPDA의 값에서 몇몇 불연속성이 보일 수 있다. 일반적으로, 이것은 가속 속도가 물리적 한계 를 초과하여 아주 높은 경우에만 일어난다.

가변 분주회로(28)는 클럭주파수를 분주하지만, 이 분주는 모터 속도에 따라 좌우되므로, 모터 속도가 느린 경우에는 천이검출기(25)가 저속 천이펄스들을 생성한다. 이 경우, 두개의 천이펄스들 사이의 시간간격이 아주 길어질 수 있고, 본 시스템의 여러 카운팅 레지스터들이 너무 많은 값을 저장해야만 할 수도 있으므로, 오버플로가 생길 수 있다. 이를 피하기 위해, 본 발명에서는, 가변 분주회로가 시스템 클럭 입력주파수를 분주하는데 이용하는 숫자를 선택하도록 동작하고, 그 숫자는 2의 제곱으로서 2^D로 표시한다.

분주선택회로(DS; divider selection)(29)는 ILR(32)의 최상위 비트들을 이용해 D 값을 선택한다. ILR(32)의 최상위 비트가 소정 값이 되면, D 값이 증가된다. D 값의 선택은 이전 천이 간격에 대한 ILR(32)의 값을 기초로 한다. 모터의 가속에는 물리적인 한계가 있으므로, 천이 간격 값에는 순간적인 변화가 있을 수 없다. 그러므로, 이전 값을 기초로한 D 값의 변화는 DCCR(30)의 오버플로를 방지한다.

D 값을 결정하여 분주된 클럭펄스 속도를 변화시키기 위해 DS(29)에 적용되는 선택규칙의 예를 들면 ILR(32)의 3개의 최상위비트로서 n, n-1, n-2를 고려한다. 각 비트는 0이나 1의 값을 가질 수 있고, 이는 비트가 ZERO 또는 SET임을 의미한다. 일반적인 경우, 세개의 비트는 모두 ZERO이고, 가변 분주회로는 클럭속도를 C/2^D로 설정하므로, D=0이면 2⁰=1이므로 클럭은 정상속도 C에서 카운트한다.

n-1 비트의 값이 1로 증가하여 SET로 되면, D가 1 증가하고 클럭속도는 C/2¹이나 C/2로 되고, 이것은 이전 속도의 절반이다. 따라서, 모터 속도의 감소에 반응해, DS(29)는 D 값을 증가시키고, 클럭속도는 카운팅을 위해 감소되는데, 그렇지 않으면 너무 많은 클럭펄스들이 생성되고 오버플로 상태가 DCCR(30)에 일어나기 때문이다. 반면에, 모터속도가 증가하면 D 값이 감소하여, 클럭속도가 증가되므로, 클럭펄스가 증가하고 정밀한 해상도가 증가한다.

도 2에는 본 발명의 센서장치의 동작에 사용되는 엔코더와 카운팅 레지스터의 천이에 관한 타이밍도가 도시되어 있다. 이 도면에서 알 수 있듯이, DCCR(30)은 각각의 엔코더 펄스천이점(실선) 사이를 카운트하고, 이 지점에서 값은 0으로 리셋된다. 리셋되기에 앞서, DCCR(30)이 도달하는 값은 ILR(32)에 유지된다(작은 수평 점).

도 3에는 도 2의 레지스터의 동작에 따른 고해상도 펄스의 전개과정을 보여주는 타이밍도가 도시되어 있다. 이 실시예에서, r=2이므로 2²=4이고, 고해상도 펄스의 속도는 천이펄스의 4배이다. DCAR(34)이 ILR 값에 도달할 때마다, 고해상도 펄스가 하나씩 발생하고 CSM(40)에서의 계산으로 DCAR(34)에서 ILR 값이 감산된다. 이 도면에서 볼 수 있듯이, DCAR(34)의 카운트 속도가 DCCR(30)의 4배이므로, 고해상도 펄스의 속도도 천이검출기 펄스속도의 4배이다. 따라서, 두개의 엔코더 천이펄스들 사이에서 고해상도 펄스의 갯수는 DCCR(30)에 의한 카운트보다 4배 크다.

HRPDA 레지스터는 부호화된 펄스와 고해상도 펄스를 별도로 카운트하는바, HRPDA 레지스터는 두개의 카운터를 나란히 배치한 것으로 이루어진다. 예컨대 r=4이고 16비트 HRPDA(37)일 경우, 천이펄스 카운터 값에 대해서는 비트가 15 내지 2이고 고해상도 펄스 카운터에 대해서는 비트가 0과 1이다. 두개의 카운터는 다음과 같은 특징을 갖는 하나의 대형 카운터에 병합된다.

1) 고해상도 카운터(비트 0, 1)은 최상위 값이 제한된다. 고해상펄스의 값이 2²-1이면, 카운터는 이 값에 머무른다. 이것이 도 3에 도시되어 있고, T4, T5 고해상도 펄스들은 카운트되지 않는다.

2) 매회의 천이펄스마다, 고해상도 펄스 카운터가 0으로 리셋된다.

고해상도 펄스의 발생속도는 최종 두개의 천이펄스들 사이의 시간간격을 기준으로 한다. 이 시간간격이 모터속도에 따라 변하므로, 고해상도 펄스의 갯수가 동적으로 조정되어 모터위치의 고해상도 예측이 가능하다.

전술한 바와 같이, DCAR(34) 값이 ILR(32) 값에 도달하면, 이상적인 시스템이라면 0으로 리셋되어 카운팅을 다시 재개한다. 바람직한 실시예에서, ILR(32)의 값은 DCAR(34)에서 감산된다. 동작속도에 제한이 있는 CSM(40)은 카운팅 값의 오차(ΔV)를 일으키는 약간의 지연(Δt) 이후 ILR에 도달하는 DCAR(34) 값을 검출한다(도 3 참조). CSM(40)에 의해 DCAR(34)에서 ILR 값이 감산되므로, 나머지 값(ΔV)은 DCAR(34)에 남게된다(도 3 참조). 이런식으로, 감산된 이후, DCAR(34) 값은 지연오차(Δt) 없이 이상적인 경우와 정확히 같은 값으로 된다.

이렇게 되면, 전술한 바와 같이, 고해상도 펄스의 타이밍 오차가 제거된다. CSM(40)은 물리적 시스템이므로, 감산계산과 레지스터-기입 데이터 동작을 하는데는 약간의 시간이 걸릴 수 있다. 그동안, 분주된 클럭펄스들이 계속 도달하고, DCAR(34)이 0으로 리셋되면, 이들 클럭펄스들이 손실되어, 다음 고해상도 펄스에 타이밍 오차가 생길 것이다. 이 경우, 고해상도 펄스들 각각과 관련된 타이밍 오차들이 누적될 것이고, HRPDA(37)가 필요한 값보다 느리게 카운트할 것이다. 이 문제를 피하기 위해, ILR(32) 값은 DCAR(34)에서 감산되고, 입력되는 분주된 클럭펄스들은 계속 카운트되어, 타이밍오차의 누적이 없도록 한다.

본 발명의 모든 방식에 의하면 실제 엔코더 자체로부터 유도되는 것보다 더 많은 펄스들이 있기때문에 더 정밀한 위치센서의 설계가 가능하다.

이상 설명한 방식의 특징은, 모터 회전이 느릴 경우, 엔코더 천이펄스들 사이에 아주 많은 수의 시스템 클럭펄스가 생성될 것이다. 이를 피하기 위해, ITL 내부래치 레지스터가 카운트되는 펄스량을 모니터한다. 갯수가 ITL에 저장될 수 있는 최대 펄스 값의 절반을 넘으면, 분주선택 명령어에 따라 가변 분주회로가 동작하여 시스템클럭 주파수를 절반으로 나누어, 더 적은 수의 시스템 클럭펄스들이 동일한 시간간격으로 동작하도록 한다.

본 발명은 엔코더가 해상도당 8000 펄스들을 생성하는 분야에 응용될 수 있다. 모터가 받는 명령어와 모터 위치 사이에는 대개 오차가 있다. 엔코더의 해상도가 높을수록 이런 오차는 줄어들지만, 이를 위해서는 본 발명의 기술에 의해 천이펄스들을 인위적으로 증배해야 한다. 이런 천이펄스의 증배는 위치 오차의 감소를 가져오므로, 궁극적으로는 본 발명의 기술에 의해 위치오차를 축소할 수 있다.

이상 특정 실시예에 대해 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명을 변경할 수 있을 것이므로, 첨부된 특허청구범위내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함되어야 할 것이다.

Claims (15)

1. 시스템의 변동요소를 측정하고 이를 표시하는 출력값들을 제공하는 센서장치에 있어서:

   규칙적으로 떨어진 일련의 값들에 걸쳐 측정된 변동요소가 천이할 때마다 천이펄스를 제공하는 수단;

   제1 속도로 시스템 클럭펄스열을 생성하고 상기 제1 속도보다 작은 속도로 분주된 시스템 클럭펄스열을 생성하는 수단;

   상기 분주된 시스템 클럭펄스열중에서 상기 천이펄스 사이에 발생하는 제1 펄스 수를 카운트하는 제1 수단;

   상기 분주된 시스템 클럭펄스열의 상기 제1 카운트된 펄스수를 저장하는 수단;

   상기 분주된 시스템 클럭펄스열중에서 천이펄스 사이의 제1 펄스를 제외한 나머지 제2 펄스 수를 카운트하고, 제2 카운트된 펄스수를 천이펄스가 발생할 때마다 리세트하는 제2 수단;

   상기 분주된 시스템 클럭펄스열의 상기 제2 카운트된 펄스수의 배수를 나타내는 시프트된 저장위치의 레지스터에 상기 제2 카운트된 펄스수를 저장하기 위한 제2 수단;

   상기 시프트되어 저장된 제2 카운트 수와 상기 저장된 제1 카운트 수를 비교하고, 제2 카운트 수가 제1 카운트 수를 초과할 경우 이들 사이의 편차 카운트를 생성하되, 제2 카운트 수가 제1 카운트 수와 같거나 작은 경우에는 편차 카운트를 생성하지 않는 수단;

   상기 시프트되어 저장된 제2 카운트 수를 레지스터내의 상기 편차 카운터로 교체할 때 펄스를 생성하여, 천이펄스들 사이에 제공하는 수단; 및

   상기 천이펄스들 사이의 펄스의 수를 카운트하여 시스템 변동요소를 계산하는 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 시스템 변동요소가 모터축의 각도위치로 표시되는 것을 특징으로 하는 센서장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 시스템 변동요소가 선형 위치센서인 것을 특징으로 하는 센서장치.
4. 제1항에 있어서, 시스템 클럭펄스들을 생성하는 상기 수단이 조정형 주파수발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 조정형 주파수발생기가 주파수 분주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 주파수 분주기의 분주비율이 상기 제1 카운트 수가 제1 임계값을 넘을 때 커지는 것을 특징으로 하는 센서장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 주파수 분주기의 분주비율이 상기 제1 카운트 수가 제2 임계값보다 작을 때 작아지는 것을 특징으로 하는 센서장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 계산수단이 두개의 병치된 카운터들을 포함하고, 제1 카운터는 펄스를 카운트하며 제2 카운터는 천이펄스들을 카운트하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1 병치 카운터는 오버플로를 방지하기 위해 최대 제한값까지 카운트업하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 제1 병치 카운터가 상기 천이펄스가 발생될 때마다 리셋되는 것을 특징으로 하는 센서장치.
11. 모터의 위치를 제어하기 위한 위치센서장치에 있어서:

    회전위치 간격에 걸쳐 모터축의 위치가 천이할 때마다 천이펄스를 제공하는 엔코더 수단;

    시스템 클럭펄스열을 제1 속도로 생성하고 제1 속도보다 낮은 속도로 분주된 시스템 클럭펄스열을 생성하는 수단;

    상기 분주된 시스템 클럭펄스열중에서 상기 천이펄스 사이에 발생하는 제1 펄스 수를 카운트하는 제1 수단;

    상기 분주된 시스템 클럭펄스열의 상기 제1 카운트된 펄스수를 저장하는 수단;

    상기 분주된 시스템 클럭펄스열중에서 천이펄스 사이의 제1 펄스를 제외한 나머지 제2 펄스 수를 카운트하고, 제2 카운트된 펄스수를 천이펄스가 발생할 때마다 리세트하는 제2 수단;

    상기 분주된 시스템 클럭펄스열의 상기 제2 카운트된 펄스수의 배수를 나타내는 시프트된 저장위치의 레지스터에 상기 제2 카운트된 펄스수를 저장하기 위한 제2 수단;

    상기 시프트되어 저장된 제2 카운트 수와 상기 저장된 제1 카운트 수를 비교하고, 제2 카운트 수가 제1 카운트 수를 초과할 경우 이들 사이의 편차 카운트를 생성하되, 제2 카운트 수가 제1 카운트 수와 같거나 작은 경우에는 편차 카운트를 생성하지 않는 수단;

    상기 시프트되어 저장된 제2 카운트 수를 레지스터내의 상기 편차 카운터로 교체할 때 펄스를 생성하여, 천이펄스들 사이에 제공하는 수단; 및

    상기 천이펄스들 사이의 펄스의 수를 카운트하여 모터축 위치를 계산하는 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치센서장치.
12. 시스템의 변동요소를 측정하고 이 변동요소를 해상도로 표시하는 출력값들을 제공하는 방법에 있어서:

    규칙적으로 떨어진 일련의 값들에 걸쳐 측정된 변동요소가 천이할 때마다 천이펄스를 제공하는 단계;

    시스템 클럭펄스 열을 생성하는 단계;

    상기 천이펄스들중 최종 두개의 천이펄스 사이에서 제1 시스템 클럭펄스 수를 카운트하는 단계;

    각각의 천이펄스에서 시작하는 제2 시스템 클럭펄스 수를 카운트하는 단계;

    상기 제1 시스템 클럭펄스 수와 제2 시스템 클럭펄스 수를 비교하고, 제2 카운트 수가 제1 카운트 수를 넘으면 펄스를 생성하되, 제2 카운트 수가 제1 카운트 수를 넘지 않으면 펄스를 생성하지 않는 단계; 및

    상기 천이펄스들 사이의 펄스의 수를 카운트하여 시스템 변동요소를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 모터축의 위치를 측정하는 방법에 있어서:

    회전위치 간격에 걸쳐 모터축 위치가 천이할 때마다 천이펄스를 제공하는 단계;

    시스템 클럭펄스 열을 생성하는 단계;

    상기 천이펄스들중 최종 두개의 천이펄스 사이에서 제1 시스템 클럭펄스 수를 카운트하는 단계;

    각각의 천이펄스에서 시작하는 제2 시스템 클럭펄스 수를 카운트하는 단계;

    상기 제1 시스템 클럭펄스 수와 제2 시스템 클럭펄스 수를 비교하고, 제2 카운트 수가 제1 카운트 수를 넘으면 펄스를 생성하되, 제2 카운트 수가 제1 카운트 수를 넘지 않으면 펄스를 생성하지 않는 단계; 및

    상기 천이펄스들 사이의 펄스의 수를 카운트하여 모터축 위치를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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