KR100932184B1

KR100932184B1 - 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트

Info

Publication number: KR100932184B1
Application number: KR1020080017076A
Authority: KR
Inventors: 슬 정; 이근형; 진수춘
Original assignee: 충남대학교산학협력단; 주식회사 한백전자
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-12-17
Also published as: KR20090091875A

Abstract

본 발명은 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역진자의 각도와 카트(Cart)의 위치를 제어하여 도립역진자를 제어할 수 있도록 하며, 특히 내장된 여러 제어기 중에서 사용하고자 하는 제어기를 선택하여 그 성능 확인이 가능하고, 그 제어기의 이득값과 여러 제어인자를 변경시키면서 제어성능을 확인할 수 있도록 고안된 것으로, 개폐 및 휴대가능한 크기로 이루어지며 일측에 전원입력부와 전원개폐스위치가 구비되는 박스형의 본체(10); 입력된 전기적신호에 따라 수평이동하면서 일정길이의 역진자를 구동제어하도록 상기 본체에 설치되는 역진자구동부(40); 컴퓨터와 연결되어 컴퓨터의 제어명령에 따라 상기 역진자구동부를 전기적으로 제어하여 역진자의 자세를 제어하도록 소정의 제어기와 각종 회로소자를 갖는 제어보드가 구비되어 상기 본체에 고정 설치되는 역진자제어부(60);를 포함하여 이루어지도록 구성된다.

역진자 제어, 지능제어시스템, 학습킷트, 역진자, 카트

Description

휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트{A portable educational kit of neural network controller for intelligent control system}

본 발명은 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역진자의 각도와 카트(Cart)의 위치 제어로 도립역진자를 제어할 수 있도록 하며, 특히 컴퓨터에 탑재된 여러 제어기 중에서 사용하고자 하는 제어기를 선택하여 그 성능을 확인할 수 있도록 함은 물론 그 제어기의 이득값과 여러 제어인자를 변경시키면서 제어성능을 확인할 수 있도록 휴대용으로 고안된 역진자 제어용 학습킷트에 관한 것이다.

최근에 산업이 고도화되고 기술이 발전함에 따라 ‘지능시스템(Intelligence Control System)’에 대한 관심이 점차 확대되고 있는 추세에 있다.

로봇산업도 발전하여 메커니즘부분에서 많은 진전이 이루어지고 있으며, 상기 지능형 시스템의 의미가 더욱 중요시되고 있다.

하지만, 아직까지 로봇산업분야에 이용되는 메커니즘 기술은 기본적인 동작 에 한정되어 사용되고 있어 소비자의 다양한 요구에 부응하기에는 다소 부족한 점이 많이 있었기 때문에, 지능시스템에 대한 연구가 더욱 많이 수행되어야 하는 필요성을 가지고 있었다.

지능시스템의 대표적인 도구로는 신경회로망(neural network algorithms)과 퍼지논리(fuzzy logics)가 있다.

신경회로망은 인간의 뇌 구조를 모방했다는 점에서 학습과 적응 능력이 우수한 반면에, 퍼지논리는 인간의 표현방식을 시스템에 적용하는 것을 가능하도록 해준다.

하지만, 신경회로망의 경우에 하드웨어 구현이 복잡하고 이론적인 분석이 어렵다는 단점이 있으며, 퍼지논리의 경우에는 많은 경험을 통한 최적의 법칙을 설정해야 하는 어려운 점이 있다.

그러나, 최근에는 하드웨어 기술이 발달함에 따라 신경회로망의 하드웨어 구현이 점차 가능해지고 있는 추세에 있으며, 이러한 발달된 하드웨어를 이용한 신경회로망에 다양한 디바이스를 사용한 시스템 구축이 실현되고 있으나, 종래에 개발되었던 신경회로망 구축시스템은 그 크기가 커서 설치장소에 많은 제약을 받았을 뿐만 아니라 가격이 고가로 책정되어 쉽게 구입 및 이용하기 어려운 상황이었다.

특히, 다양한 제어기를 이용한 시스템의 사용환경 구축이 어려워 다양한 제어기에 대한 제어성능을 검증하거나 비교 평가하기 위해서는 막대한 시간과 비용이 투자되어야 하는 어려움이 있었다.

본 발명은 종래의 지능형 제어시스템 구축시 발생되었던 단점들을 보완하기 위해 개발된 것으로, 장비의 크기를 최소화하여 휴대 가능한 포터블 타입으로 개발하여 장소에 관계없이 그 사용이 가능하도록 하는 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 지능제어에 필요한 다양한 제어기를 탑재하여 각 제어기에 대한 성능평가 및 비교실험을 통해 최적의 지능제어기를 설계할 수 있는 사용자 중심의 제어기 이용환경을 구축할 수 있도록 하는 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트를 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트는 개폐 및 휴대가능한 크기로 이루어지며 일측에 전원입력부와 전원개폐스위치가 구비되는 박스형의 본체; 입력된 전기적신호에 따라 수평이동하면서 일정길이의 역진자를 구동제어하도록 상기 본체에 설치되는 역진자구동부; 컴퓨터와 연결되어 컴퓨터의 제어명령에 따라 상기 역진자구동부를 전기적으로 제어하여 역진자의 자세를 제어하도록 소정의 제어기와 각종 회로소자를 갖는 제어보드가 구비되어 상기 본체에 고정 설치되는 역진자제어부;를 포함하여 이루어진다.

특히, 상기 역진자구동부는 입력된 전기적 신호에 따라 정·역회전되도록 상기 본체에 설치되는 구동모터; 상기 구동모터의 동작에 따라 좌우 이동가능하도록 구동모터 일측으로 설치되며 연결되는 역진자의 각도를 센싱하는 엔코더가 포함된 카트; 상기 카트의 수평이동을 안내하도록 카트에 연결되고 양단부가 상기 본체에 고정설치되는 일정길이의 가이드레일; 상기 구동모터의 회전력을 상기 카트에 전달하도록 상기 구동모터의 회전축과 카트 사이에 연결 설치되는 동력전달수단; 상기 카트에 일단이 탈부착가능하도록 구성되고, 상기 일단으로부터 일정거리 이격된 타단에 중량추가 구비되며, 상기 카트에서 분리시에 본체의 내측에 내장될 수 있는 일정 크기로 구성되는 역진자;를 포함하는 구성으로 이루어진다.

또한, 상기 역진자구동부를 컴퓨터에서 입력된 처리명령이나 자체 내장된 프로그램에 따라 제어하는 역진자제어부에는 P제어기, PD제어기, PI제어기, PID제어기 중 어느 하나로 구성되는 선형제어기가 탑재되거나 또는 지능형 신경회로망 구성시스템을 탑재한 비선형제어기가 탑재되어 실험 및 학습레벨에 따라 필요한 실험을 수행할 수 있도록 구성되며, 또한 상기 선형제어기와 비선형제어기가 동시에 탑재되어 다양한 제어기의 실험 및 학습이 가능한 실험킷트를 제공하도록 구성된다.

상술한 본 발명에 따른 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트는 크기를 휴대가능하도록 구성하여 장소에 상관없이 휴대 및 설치 가능하며, 특히 학교나 연구실 등에서 다양한 제어기시스템을 개발하거나 시험하는데 이용할 수 있어 지능제어기 설계 및 그 응용에 많은 편리함을 제공한다.

특히, 본 발명에 따른 학습킷트는 이용자에 따라 선형 및 비선형제어기를 선택적으로 이용하여 실험을 할 수 있음은 물론 신규로 개발된 제어기를 간단히 실험하여 그 검증을 통해 학습효과를 더욱 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.

이하에서는 본 발명에 따른 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트의 바람직한 실시예에 대해서 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되지는 아니하며, 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

본 발명에 따른 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트는 무엇보다도 휴대가 가능한 크기와 중량으로 이루어져 그 취급이 간편하고, 어디에서나 간단하게 셋팅하여 사용이 가능하도록 함으로써 실험 및 학습에 편리하게 이용가능 하도록 하는 특징적인 구성과 구조로 이루어진다.

도 1은 본 발명에 따른 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트의 바람직한 실시예를 나타낸 사진이다. 도 2는 도 1에서 역진자구동부만을 별도로 발췌하여 분리 도시하고 있다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 역진자 제어용 학습킷트는 개폐 및 휴대가능한 크기로 이루어지는 박스형의 본체(10)와; 상기 본체(10)의 내부 일측에 고정 설치되는 역진자구동부(40)와; 상기 역진자구동부(40)의 제어와 역진자의 각도와 위치신호를 획득하는 인코더 등이 구비된 역진자제어부(60);를 포함한 구성으로 이루어져 별도의 프로그램이 내장된 컴퓨터와 연결되어 상기 역진자제어부(60)에 필요한 명령과 데이터의 전송을 통해 역진자구동부(40)를 구동할 수 있도록 구성된다.

특히, 상기 본체(10)의 외측면에는 외부로부터 전원이 입력되어 본체(10)의 내측에 구비된 구성품에 소정의 전력을 공급하도록 전원코드(20)가 연결되는 전원입력부(12)와, 상기 전원입력부(12)로 입력되는 전원을 단속하기 위해 상기 전원입력부(12) 일측에 구비되는 전원온/오프스위치(16)와, 상기 본체와 컴퓨터와 같은 외부장치를 연결하기 위한 연결단자가 각각 구성되어 있다.

또한, 상기 본체(10)의 내부 일측에 설치되는 역진자구동부(40)는 상기 역진자제어부(60)로부터 전달된 전기적 신호에 따라 정·역회전이 이루어지는 구동모터(42)와, 상기 구동모터(42)의 동작에 따라 좌우 이동가능하도록 구동모터(42)의 일측으로 설치되는 카트(Cart;44)와, 상기 카트(44)가 외주연에 결합되어 수평상태로 슬라이딩 이동가능하도록 양단부가 본체에 고정 설치되는 복수개의 가이드레일(43)과, 상기 카트(44)에 일단이 탈부착 가능하도록 구성되고 상기 일단으로부터 일정거리 이격된 타단에 중량추(47)가 구비되며 상기 카트(44)에서 분리시에 본체 의 내측에 내장될 수 있는 일정 크기로 구성되는 역진자(46)를 포함한 구성으로 이루어진다.

또한, 상기 카트(44)에 결합되는 역진자의 위치 및 각도좌표를 검출할 수 있도록 카트(44)의 일단에는 위치검출용 엔코더(45)가 결합되어 있으며, 상기 카트(44)가 수평이동 가능하도록 설치된 가이드레일(43)의 일측에는 이동되는 상기 구동모터(42)의 회전력을 카트(44)에 전달하도록 상기 구동모터(42)의 회전축과 카트 사이에 소정의 동력전달수단(49)이 설치되며, 상기 동력전달수단으로는 타이밍벨트가 적합하다.

한편, 상기 역(逆)진자구동부(40)에 소정의 전기적 신호를 보내 구동모터(42)의 회전력을 제어하거나, 또는 역진자(46)의 위치 및 각도 검출데이터를 수신하여 지능적 신경회로망의 구성이 가능하도록 구성되는 역진자제어부(60)는 각각 소정의 구동회로와 주변장치가 집적된 복수의 제어보드(Control Board)로 구성된다.

본 발명의 실시예에서는 도 3의 블럭도에서 알 수 있듯이, 상기 역진자제어부(60)의 주요구성으로 디지털신호처리장치용 제어보드(Digital Signal Processing; 이하, ‘DSP 보드’라 함)와, 상기 DSP 보드와 연동되어 데이터 처리 및 제어가 가능하도록 구성된 프로그래머블 게이트어레이 탑재보드(Field Programmable Gate Array; 이하, ‘FPGA 보드’라 약칭함)가 각각 구비된 구성으로 이루어진다.

상기 역진자제어부(60)의 주요 구성의 하나인 DSP 보드(60a)는 블록구성도에 서 알 수 있듯이, 보안 및 메모리 디코더 회로가 구현되어 있는 프로그래머블 로직칩(61a)과 연산을 위한 디지털신호처리기(62), 실험한 데이터를 저장하는 고정 기억소자(SRAM; 63a), RS-232통신을 위한 라인드라이버(Line Driver; 64a), 각 부위의 정상구동을 위해 필요한 전원을 조정 공급하는 전압조정기(Regulator: 65a)등이 기본적으로 구비된 구성으로 이루어지며, 이와 같은 기본적인 구성들 이외에도 이를 주요 구성부의 동작과 제어기의 연산에 사용되도록 전원회로와 기타 다른 주변회로가 추가로 배치된 구성으로 이루어지며, 이의 실제 조립상태가 도 4a에 도시되어 있다.

본 발명의 실시예에 적용된 상기 DSP 보드(60a)에는 텍사스 인스트루먼트(社)의 디지털신호처리(Digital Signal Processing)프로세서(형식:TMS320F2812)를 탑재하여 제작된 것으로, 상기 DSP프로세서는 최대 150Mhz의 클럭(Clock)속도를 가지고 동작하는 RISC방식의 고정소숫점 연산방식의 DSP로서, 대부분의 명령어를 1 클럭(Clock)에 수행하며 디지털신호처리에서 많이 사용하는 Sum of Product와 같은 특수한 용도의 연산에서도 매우 높은 성능을 보여주며, 또한 디지털필터링, 컨볼루션, FFT등의 신호처리분야에서도 많이 사용되고 있는 것이다.

또한, 상기 역진자제어부(60)의 또 다른 주요 구성인 FPGA 보드(60b)는 도 3의 블럭도에서 알 수 있듯이, 상기 DSP 보드(60a)와 연동하여 주소 및 데이터의 송수신으로 하드웨어 제어가 가능하도록 하는 프로그래머블 로직칩(61b)과, 2채널 12Bit 정밀도를 갖는 디지털아날로그변환기(DAC; 67), 8채널 12Bit의 정밀도를 갖 는 아날로그디지털변환기(ADC; 68), 읽기전용 저장장치(ROM; 63b)와 RS-232통신을 위한 라인드라이버(Line Driver; 64b) 및 각 부위의 구동을 위해 필요한 전원을 조정 공급하는 전압조정기(Regulator: 65b)등이 기본적으로 구비되며, 이와 같은 기본적인 구성들 이외에도 구성부의 동작을 위한 전원회로와 기타 다른 주변회로가 추가로 배치된 구성으로 이루어지며, 이의 실제 조립상태가 도 4b에 도시되어 있다.

주변회로로는 모터제어에 많이 사용되는 PWM발생기(pulse width modulation) 및 엔코더카운터(Encoder Counter), 이벤트 캡쳐(Event Capture)등의 기능을 갖춘 3개의 이벤트메니저(Event Manager)와, 다른 시스템과의 통신을 위한 SPI(Serial Peripheral Interface; 직렬주변장치 인터페이스), SCI(Serial Communications Interface; 직렬통신인터페이스), eCAN(Enhanced Controller Area Network), McBSP(Multichannel Buffered Serial Port) 등이 포함되며, 고속 ADC(Analog to Digital Converter)도 내장된다.

본 발명의 실시예에 적용된 상기 FPGA 보드(60b)는 알테라(ALTERA)社의 사이클론 FPGA를 탑재하여 제작된 것으로, 2910 Les(Logic Element)를 가지고 있으며, 58Kbit SRAM이 내장되어 있으며, 직렬구성장치(Serial Configuration Device)를 통해 간편하게 칩초기화가 가능하도록 구성된다.

한편, 이하에서는 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트의 동작내용에 대하여 도 5 내지 도 6c를 참고하면서 설명 한다.

도 5는 본 발명에 따른 역진자 제어용 학습킷트를 구성하는 전체 시스템구성블럭도로서, 역진자구동부(40)와 역진자제어부(60) 및 이들과 연계된 컴퓨터가 유기적인 결합상태를 유지하면서 역진자구동부에 설치되는 카트 및 역진자의 제어실험을 수행할 수 있도록 구성된다.

즉, 본체(10)에 설치된 상기 역진자구동부(40)가 공급된 전원과 제어명령에 따라 카트가 구동되고, 카트의 구동으로 카트에 설치된 역진자에 대한 위치 및 각도에 대한 정보를 검출한 엔코더의 상태를 역진자제어부(60)의 FPGA 보드(60b)에서 계측하게 되고, 상기 FPGA 보드(60b)에서 계측된 데이터는 이와 연결된 DSP보드(60a)로 전달하게 되고, 상기 DSP보드(60a)는 컴퓨터에 내장된 사용자인터페이스 소프트웨어를 통해 디스플레이 되거나 제어되도록 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 역진자제어부(60)의 시스템에서는 DSP보드(60a)의 내부의 모터 제어를 위한 여러 주변회로가 내장되어 있으나, 지능시스템에 특화된 제어안전시스템 등을 갖추기 위하여 지능제어시스템의 제어기 연산만을 수행하도록 구성되고, 실제 하드웨어에 대한 제어는 상기 FPGA 보드(60b)에 설계된 회로를 사용하여 제어된다.

상기 역진자구동부(40)에는 역진자(46)가 설치된 상기 카트(44)에 카트의 위치를 측정하는 1기의 엔코더와, 역진자(46)의 각도를 측정하는 1기의 엔코더가 각각 장착되어 역진자의 자세에 대한 정보를 검출하게 되며, 위상차를 가지는 엔코더의 펄스는 상기 FPGA 보드(60b)에 구현되어 있는 엔코더 카운터블럭에 입력된다(도 6a 참조).

엔코더 카운터블럭에서는 입력된 펄스가 디지털값으로 변환되어 상기 FPGA 보드(60b)에 구현되어 있는 메인컨트롤블럭으로 전송된다(도 6b).

메인컨트롤블럭에서는 내부의 어드레스와 데이터 디코더회로를 통해 제어기가 위치한 DSP보드(60a)로 현재의 카트 위치와 진자 각도의 정보가 전송된다.

상기 FPGA 보드(60b)에서 전송된 엔코더 위치 값은 DSP보드(60a)의 프로그래머블 로직칩(61a) 내에 구현되어 있는 어드레스 및 데이터 디코더블럭으로 입력되고, 디코딩 과정을 거쳐서 디지털신호처리기(62)로 전송된다.

디지털신호처리기(62)에서는 라인드라이버(64a)를 통해 전송되어 온 엔코더 위치값을 컴퓨터상에 실행되고 있는 사용자인터페이스 소프트웨어로 전송해주고, 사용자인터페이스 소프트웨어상에서 선택된 제어기를 통해 연산을 수행하게 된다.

제어기의 연산을 통해 산출된 디지털 토크 값(Digital Torque Value)은 DSP보드(60a)의 프로그래머블 로직칩(61a)을 통해 어드레스 및 데이터 디코딩을 수행하여 FPGA 보드(60b)의 메인컨트롤블럭으로 전송된다.

사용자인터페이스 소프트웨어에서는 현재 역진자제어부의 에러 값과 현재 위치모니터링 기능과, 역진자제어부에서 사용할 제어기의 선택과, 각 제어기의 이득률 설정 그리고 연진자의 목적경로 계획 및 전송기능을 수행한다.

FPGA 보드(60b)의 메인컨트롤블럭에서는 전송된 디지털토크값이 FPGA 보드(60b)내의 PWM 제너레이터블럭으로 전송되고(도 6c참조), PWM 제너레이터블럭에서는 입력받은 디지털토크값에 해당하는 PWM 펄스신호를 발생시켜 모터드라이버에 전송한다. 모터드라이버는 FPGA 보드(60b)의 소신호 레벨의 PWM신호를 받아서 모터를 구동할 수 있는 대전력 신호로 변환하여 카트를 움직이는 모터를 구동하게 된다.

한편, 이하에서는 상술한 구성과 동작으로 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트는 상기 역진자제어부(60)에 역진자구동부(40)의 제어기로 통상의 4가지 신경회로망과 PID제어기가 구비된 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.

4가지 신경회로망은 신경망 구조를 나타내는 MLP(Multi-layered Perceptron) 및 RBF(Radial Basis Function)와, 제어방법을 나타내는 FEL(Feedback Error Learning) 및 RCT(Reference Compensation Technique)의 조합으로 구성되어 도 5에 도시된 바와 같이, MLP FEL신경회로망과 MLP RCT 신경회로망, RBF FEL 신경회로망과 RBF RCT 신경회로망으로 구성되어 사용자인터페이스 소프트웨어가 구비된 컴퓨터를 통해 사용자가 실시간으로 선택하여 사용할 수 있다.

상기 RCT와 FEL제어방법은 제어기의 보상방법에 따른 분류로, RCT는 기존 제어기의 이득율을 최적화시키는 방법으로 보상이 이루어지며, FEL은 시스템의 불안정성을 보상하는 방법으로 양 방법 모두 시스템의 에러를 최소화시키기 위한 목표로 동작하게 된다.

상술한 신경회로망 구조는 통상의 지능제어시스템 분야에서 일반적으로 사용되는 제어기(제어 알고리즘) 모델로서, 본 발명에서는 이에 대한 이론적인 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 역진자 제어용 학습킷트를 이용하여 상술한 제어기중 PID제어기와 지능형 신경회로망제어기를 적용하여 역진자의 제어에 대한 실험을 수행해보았다.

첨부된 도 7은 사인파 경로를 추종하도록 PID제어기를 이용하여 수차례 실험을 수행한 후에 그중 최고의 성능을 나타내는 실험결과를 도시한 것이다.

PID제어기에서도 진자의 각도제어(그래프에서 가장 작은 진폭을 가진 파형; 붉은색 그래프)와 카트의 위치제어(그래프에서 가장 큰 진폭을 가진 파형; 검정색 그래프)가 모두 이루어지고 있음을 알 수 있다.

그래프에서 가장 작은 진폭을 가진 붉은색 파형의 그래프는 진자 각도(기준:0도)에 대한 오차를 나타낸 것이고, 가장 큰 진폭을 가진 검정색 파형의 그래프는 카트의 실제 움직임을 나타낸 것이며, 중간 크기의 작은 진폭을 가진 파란색 파형의 그래프는 카트의 오차를 나타내고 있는 것으로, 시스템의 안정성은 가지고 있으나 카트의 경우 진동이 발생함을 관측할 수 있었다.

한편, 사인파를 추종하는 실험을 역진자시스템의 제어기로 RBF-RCT 신경회로망 제어기를 사용한 결과가 도 8에 도시되어 있는데, 도 8에서 알 수 있듯이 진자의 각도오차를 나타내는 중간 크기의 붉은색 그래프가 수평선(기준각도 0도인 선)에 대해 거의 근접하여 수렴되는 상태를 확인할 수 있었으며, 카트의 위치에 대한 오차를 나타내는 가장 작은 진폭의 파형인 파란색 그래프는 거의 직선에 가까운 상태를 나타내어, 도 7의 PID제어기에 비해 우수한 성능을 가진 것임을 확인할 수 있었다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 역진자 제어용 학습킷트는 서로 다른 제어기의 성능을 육안으로 직접 확인할 수 있어 학습자 및 실험자들이 이론적인 제어기 결과를 체험, 학습할 수 있도록 하여 학습효과를 더욱 향상시킬 수 있도록 함은 물론 서로 다른 지능제어기의 설계 및 그 성능을 평가할 수 있는 환경을 제공할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트의 내부구성 사진이다.

도 2는 도 1에서 역진자 구동부의 일부 분해사시도이다.

도 3은 도 1에서 역진자 제어부의 제어시스템 구성도이다.

도 4a, 도 4b는 본 발명에 따른 역진자 제어부를 구성하는 DSP보드와 FPGA보드에 대한 조립사진이다.

도 5는 본 발명에 따른 역진자 제어용 학습킷트의 전체 제어시스템 구성도이다.

도 6a, 도 6b, 도 6c는 본 발명에 따른 역진자제어부의 FPGA보드에 구비되는엔코더 카운터블럭도, 메인콘트롤블럭도, PWM 제너레이터 블럭도이다.

도 7은 PID제어기의 성능실험결과에 대한 그래프이다.

도 8은 지능제어형 RBF-RCT제어기 실험결과에 대한 그래프이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명

10 : 본체 12 : 전원입력부

16 : 전원 온/오프스위치 20 : 전원코드

40 : 역진자구동부 42 : 구동모터

43 : 가이드레일 44 : 카트

45 : 엔코더 46 : 역진자

47 : 중량추 49 : 동력전달수단

60 : 역진자제어부

Claims

개폐 및 휴대가능한 크기로 이루어지며 일측에 전원입력부와 전원개폐스위치가 구비되는 박스형의 본체, 입력된 전기적신호에 따라 수평이동하면서 일정길이의 역진자를 구동제어하도록 상기 본체에 설치되는 역진자구동부, 및 사용자인터페이스 소프트웨어가 탑재된 컴퓨터와 연결되어 컴퓨터에서 입력된 제어명령에 따라 상기 역진자구동부를 전기적으로 제어하여 역진자의 자세를 제어하도록 소정의 제어기와 각종 회로소자를 갖는 제어보드가 구비되어 상기 본체에 고정 설치되는 역진자제어부를 포함하여 이루어지는 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트에 있어서,

상기 역진자제어부는 디지털신호처리장치용 제어보드(DSP 보드)와;

상기 DSP 보드와 연동되어 데이터 처리 및 제어가 가능하도록 구성된 프로그래머블 게이트어레이 탑재보드(FPGA 보드)를 포함하여 구성되어지되;

상기 DSP 보드는 보안 및 메모리 디코더 회로가 구현되어 있는 프로그래머블 로직칩과, 연산을 위한 디지털신호처리기와, 실험한 데이터를 저장하는 고정 기억소자와, 통신을 위한 라인드라이버와, 각 부위의 정상구동을 위해 필요한 전원을 조정 공급하는 전압조정기를 포함하여 구성되고,

상기 FPGA 보드는 상기 DSP 보드와 연동하여 주소 및 데이터의 송수신으로 하드웨어 제어가 가능하도록 하는 프로그래머블 로직칩과, 상기 DSP보드 또는 역진자구동부에서 전달된 신호를 변환, 전달하기 위한 디지털아날로그변환기(DAC) 및 아날로그디지털변환기(ADC)와, 수신된 데이터를 저장하는 저장장치(ROM)와 통신을 위한 라인드라이버 및 각 부위의 구동을 위해 필요한 전원을 조정 공급하는 전압조정기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트.
제 1 항에 있어서,

상기 역진자구동부는 입력된 전기적 신호에 따라 정·역회전되도록 상기 본체에 설치되는 구동모터;

상기 구동모터의 동작에 따라 좌우 이동가능하도록 설치되어지되 일측으로 일정길이의 역진자가 분리가능하게 결합되는 카트;

상기 카트의 이동위치와 상기 카트에 결합된 역진자의 각도를 센싱하여 상기 역진자제어부에 일정한 전기적 신호를 내보내도록 상기 카트에 결합되어 있는 엔코 더;

상기 카트가 수평이동 가능하도록 카트와 결합되고 그 양단부가 상기 본체에 고정설치되는 일정길이의 가이드레일;

상기 구동모터의 회전력을 카트에 전달하도록 상기 구동모터의 회전축과 카트 사이에 연결 설치되는 동력전달수단;

상기 카트에 일단이 탈부착가능하도록 구성되고, 상기 일단으로부터 일정거리 이격된 타단에 중량추가 구비되며, 상기 카트에서 분리시에 본체의 내측에 내장될 수 있는 일정 크기로 구성되는 역진자;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트.
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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 역진자제어부에는

P제어기, PD제어기, PI제어기, PID제어기 중 어느 하나로 구성되는 선형제어기 또는 지능형 신경회로망 구성시스템을 탑재한 비선형제어기중 어느 하나의 제어기가 탑재되고,

상기 역진자제어부와 연결된 컴퓨터에는 사용자인터페이스 소프트웨어가 설치되어 사용자가 상기 제어기를 제어할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 역진자제어부는

P제어기, PD제어기, PI제어기, PID제어기 중 어느 하나로 구성되는 선형제어기와 지능형 신경회로망 구성시스템을 탑재한 비선형제어기가 동시에 탑재되고,

상기 역진자제어부와 연결된 컴퓨터에는 사용자인터페이스 소프트웨어가 설치 사용자가 복수의 제어기중 하나를 선택 사용할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 휴대가능한 역진자 제어용 학습킷트.