KR101033816B1 - 모터의 모션제어를 위한 비례미적분 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

모터의 모션제어를 위한 비례미적분 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

모터의 모션 제어를 위한 비례미적분(PID) 제어장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 비례미적분 제어장치는 PID 제어에 사용되는 비례 이득(Gain) 및 미분 이득을 제어 결과에 따라 변경하는 방법으로 PID 제어의 제어 대역폭을 가변함으로써, 트래킹 성능을 개선하고 레귤레이션 모드(Regulation Mode)에서의 헌팅(Hunting)을 감소한다. 여기서, 본 발명은 '실효치 기반 이득 스케줄링 알고리즘'을 적용하여, 제어결과로부터 시스템의 섭동(Perturbation)이나 교란이 잘 반영된 실효치(RMS: Root Mean Square)를 계산하고 계산된 실효치로부터 비례이득과 미분 이득을 계산한다.
모션 제어, 헌팅, PID 제어, RMS, 실효치

Description

모터의 모션제어를 위한 비례미적분 제어장치 및 그 제어방법{PID Control Device and Method for Motion Control of Motor}
본 발명은, 모터의 모션 제어를 위한 비례미적분 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제어결과에 대한 실효치를 계산하여 실효치(RMS: Root Mean Square)에 따라 비례미적분(PID) 제어를 위한 비례 이득(Gain) 및 미분 이득을 정함으로써 트래킹 성능을 개선하고 레귤레이션 모드에서의 헌팅(Hunting)을 줄이는 비례미적분(PID) 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
PID(Proportional Integral Derivative) 제어기는 가장 널리 사용되는 제어기 중에 하나로서, 제어결과인 출력값(Output)을 피드백하여 설정된 참조값(Reference value)과 비교함으로써 오차(Error)를 계산하고, 이 오차값을 이용하여 제어값을 비례미적분으로 보정한다.
PID 제어기는 고려할 정도의 감쇄없이 트래킹할 수 있는 입력 신호의 주파수 범위를 나타내는 제어 대역폭(Control-Bandwidth)을 가진다. 제어 대역폭이 넓은 PID 제어기는 뛰어난 트래킹(Tracking) 성능을 보이고 외부 잡음에 강하지만 스테이지의 헌팅이 많이 발생하는 문제가 있다. 반대로, 제어 대역폭이 좁아질수록 PID 제어기에 의한 헌팅 현상은 상대적으로 줄어들게 되나, 전기적 잡음뿐만 아니라 그 스테이지가 설치된 건물의 구조적 진동과 같은 매우 작은 잡음이 있는 경우 그 제어성능을 담보할 수 없는 단점이 있다.
PID 제어기는 다양하게 사용되고 있으며, 예컨대 수 나노미터(Nanometer) 단위의 정밀한 모션 제어가 필요한 초정밀 스테이지의 제어에도 사용된다. 예컨대, 반도체 또는 평판 디스플레이 기판 등의 제조공정에 포함된 사진공정(Photolithography Process)에서 사용되는 레티클 스테이지(Reticle Stage)가 초정밀 스테이지의 일 예로서, 그 상면에 로딩된 레티클을 하측에 위치하는 기판과 정밀하게 정렬하기 위해 수 나노미터 단위로 이동하거나 소정 각도(θ)로 회전하는 등의 정밀 모션 제어가 요구된다.
한편, 최근의 초정밀 스테이지는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)와 같은 선형 액추에이터와 공기 부양 구조를 가지는 다양한 구조가 제시되고 있다. 이러한 구조는 시스템 내의 기계적 연결을 제거하고 시스템의 동적 특성을 줄임으로써 스테이지의 기계적 안정성과 빠른 응답의 초정밀 스테이지를 실현할 수 있기 때문이다.
초정밀 스테이지의 제어는 그 구동장치, 예컨대 모터(Motor)의 정밀 제어가 기본적으로 어렵지만, 시스템 자체의 물리적 특성뿐만 아니라 각종 노이즈에 기초한 스테이지의 헌팅(Hunting) 현상을 해결하는 것이 어렵다.
초정밀 스테이지의 제어는 매우 안정적으로 이루어져 낮은 헌팅 특성(Low Hunting Characterstics)과 빠른 트래킹 성능을 가질 필요가 있으므로, 이러한 트래킹 성능과 헌팅 문제의 해결은 초정밀 스테이지의 특성 중 해결되어야 매우 중요한 과제에 해당한다.
본 발명의 목적은, 모터의 모션 제어를 위한 비례미적분 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제어결과에 대한 실효치를 계산하여 실효치(RMS: Root Mean Square)에 따라 비례미적분(PID) 제어를 위한 비례 이득 Kp 및 미분 이득 Kd을 정함으로써 트래킹 성능을 개선하고 레귤레이션 모드에서의 헌팅(Hunting)을 줄이는 비례미적분(PID) 제어장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따라 피드백되는 제어결과에 설정값 사이의 오차에 대해 비례미적분 제어를 수행하는 비례미적분(PID) 제어부를 포함하여 모터의 모션 제어를 수행하는 비례미적분 제어장치는, 상기 제어결과로부터 저주파 성분을 제거하는 고역통과필터와, 상기 고역통과필터의 출력으로부터 실효치(RMS)를 산출하는 실효치산출부와, 상기 실효치산출부에서 산출된 실효치에 따른 비례이득 Kp를 상기 PID 제어부로 출력하는 비례이득산출부와, 상기 비례이득산출부가 출력하는 비례이득 Kp에 따른 미분이득 Kd를 상기 PID 제어부로 출력하는 미분이득산출부를 포함한다. 여기서, 상기 PID 제어부는 상기 비례이득산출부의 비례이득 Kp와 상기 미분이득산출부의 미분이득 Kd를 기초로 제어 대역폭을 변경하면서 비례미적분 제어를 수행하게 된다.
실시 예에 따라, 상기 비례이득산출부가 출력하는 비례 이득 Kp는 다음의 수 학식
Figure 112009054254160-pat00001
와 같이 결정할 수 있다.
여기서, Kpm은 상기 비례이득 Kp의 최소값, Urms는 상기 실효치산출부에서 산출한 실효치, Uref는 실험적으로 계산된 Urms의 최소값, n은 감도 상수(Sensitivity Constant)이다.
다른 실시 예에 따라, 상기 미분이득산출부가 출력하는 미분이득 Kd는 다음의 수학식은,
Figure 112009054254160-pat00002
와 같이 결정할 수 있다.
여기서, Kf는 모터 상수(Force constant), M은 모터에 의해 움직이는 대상물(Moving Part)의 무게, ζ는 댐핑 계수(Damping Coefficient)이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 피드백되는 제어결과와 설정값 사이의 오차에 대해 비례미적분 제어를 수행하는 비례미적분 제어부를 포함하여, 상기 오차를 보정하는 비례미적분 제어방법을 제공한다.
제시된 본 발명의 방법은, 고역통과필터를 이용하여 상기 제어결과로부터 저주파 성분을 제거하는 단계와, 상기 고역통과필터의 출력으로부터 실효치(RMS)를 산출하는 단계와, 상기 산출된 실효치에 따른 비례이득 Kp를 산출하는 단계와, 상기 산출된 비례이득 Kp에 따른 미분이득 Kd를 산출하는 단계와, 상기 비례미적분 제어부가 상기 산출된 비례이득 Kp와 미분이득 Kd를 기초로 제어 대역폭을 변경하면서 상기 오차에 대한 비례미적분 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 비례미적분 제어장치는 PID 제어에 사용되는 비례 이득 Kp 및 미분 이득 Kd를 제어 결과에 따라 변경하는 방법을 사용함으로써, PID 제어의 제어 대역폭 가변에 의한 트래킹 성능의 개선 및 레귤레이션 모드(Regulation Mode)에서의 효과적인 헌팅(Hunting) 감소를 얻을 수 있다.
나아가, 본 발명의 방법은, 제어결과를 그대로 이용하는 것이 아니라 시스템의 섭동(Perturbation)이나 교란이 제대로 반영된 실효치(RMS: Root Mean Square)를 계산하여 이용함으로써, 트래킹 성능의 개선 및 헌팅 감소가 다른 방법에 비해 더욱 효과적이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 모터의 모션 제어를 위한 비례미적분(PID) 제어장치의 블록도이고, 도 2는 도 1의 PID 제어장치에 포함된 이득조절부의 블록도이다.
도 1의 PID 제어장치(100)는 다양한 액추에이터(Actuator)의 제어에 사용될 수 있으나, 제어대상물(Moving Part)의 위치, 토크(Torque) 및 속도 제어와 같은 모션 제어를 위한 모터(Motor) 제어에서 그 최적의 효과를 제공할 수 있다. PID 제어장치(100)는 모터(미도시)를 구동하기 위한 드라이버(Driver)(미도시)에 연결될 수 있다.
PID 제어장치(100)는 예컨대 소정의 제어값을 드라이버(미도시)에게 제공하여 드라이버(미도시)로 하여금 제어값에 따라 모터를 제어하도록 하고, 모터 또는 모터에 연결된 기기(예컨대, 스테이지)에 설치된 센서로부터 피드백되는 제어결과를 기초로 오차를 검출하여 비례미적분(PID: Proportional Integral Derivative) 제어를 수행한다. 여기에 부가하여, 본 발명의 PID 제어장치(100)는 아래에서 설명될 '실효치 기반 이득 스케줄링 알고리즘(RGS: RMS Gain Scheduling Algorithm)'을 적용하여 트래킹 성능을 개선하고 레귤레이션 모드(Regulation Mode)에서의 헌팅을 감소한다.
한편, PID 제어장치(100)의 제어는 트래킹 모드(Tracking Mode)와 레귤레이션 모드(Regulation Mode)로 구분될 수 있다. 트래킹 모드는 액추에이터 또는 액추에이터에 연결된 기기에 대한 소정 목표치의 위치, 토크 또는 속도에 도달하기 위한 제어에 해당하며, 레귤레이션 모드는 트래킹 모드에 의해 목표치에 도달한 후에 발생하는 헌팅 현상을 제어하기 위한 정밀 제어에 해당한다.
도 1을 참조하면, PID 제어장치(100)는 감쇄기(101), PID 제어부(103), 제어대상이 되는 플랜트(Plant)(105) 및 이득조절부(110)를 포함하여, 빠른 트래킹 성능과 레귤레이션 모드에서의 액추에이터의 헌팅(Hunting)을 최소화한다.
감쇄기(101)는 설정값 Xs와 플랜트(105)로부터 피드백되는 제어결과 Xm 사이의 차인 오차를 구하여 PID 제어부(103)에게 제공한다.
PID 제어부(103)는 통상의 알려진 비례미적분 제어기를 사용할 수 있으며, 감쇄기(101)로부터 오차를 입력받고, 이득조절부(110)로부터 '스케줄된 비례 이득(Proportional Gain) Kp와 미분 이득(Derivative Gain) Kd'를 제공받아, 비례미적분 제어출력을 플랜트(105)에게 제공한다.
이 경우, PID 제어부(103)는 이득조절부(110)가 제공하는 스케줄된 비례 이득 Kp와 미분 이득 Kd에 따라, 자신의 제어 대역폭(Control Bandwidth)을 변경하면서 비례미적분 제어를 수행한다. 이에 따라, PID 제어부(103)는 제어결과 Xm이 설정값 Xs을 신속하게 트래킹할 수 있도록 하면서 레귤레이션 모드에서의 액추에이터의 헌팅을 최소화한다.
이득조절부(110)는 본 발명이 새롭게 제안하는 '실효치 기반 이득 스케줄링 알고리즘(RGS)'에 따라 미리 스케줄링된 비례 이득 Kp와 미분 이득 Kd을 PID 제어부(103)에게 제공함으로써, PID 제어부(103)의 제어 대역폭이 제어결과에 따라 변경되도록 함으로써 시스템의 상태에 대응한다.
'실효치 기반 이득 스케줄링 알고리즘'은 제어결과를 그대로 이용하지 아니하고 시스템 섭동(Perturbation)이나 교란이 가장 잘 반영된 실효치(RMS: Root Mean Square)를 이용한 것으로, 플랜트(105)의 출력인 제어결과 Xm의 실효치를 검출하고 검출된 실효치에 대해 미리 스케줄링된 비례 이득 Kp와 미분 이득 Kd을 PID 제어부(103)에게 제공한다. 비례 이득 Kp와 미분 이득 Kd은 PID 제어부(103)의 제어 대역폭을 조절하는 결정적인 인자이므로, '실효치 기반 이득 스케줄링 알고리즘'은 PID 제어부(103)의 제어 대역폭을 상황에 따라 가변함으로써 빠른 트래킹 성능과 레귤레이션 모드에서의 헌팅의 최소화를 제공할 수 있다.
도 2를 참조하면, 이득조절부(110)는 고역통과필터(HPF: High Pass Filter)(201), 실효치산출부(203), 비례이득산출부(205) 및 미분이득산출부(207)를 포함한다.
고역통과필터(201)는 플랜트(105)로부터 피드백되는 제어결과 Xm으로부터 저주파 성분(또는 직류 성분)을 제거한다. 고역통과필터(201)의 출력은 레귤레이션 모드에서의 에러에 해당하며, 이득 스케줄링을 위한 기준이 된다. 고역통과필터(201)의 차단 주파수(Cutoff frequency)는 건물 등이 기본적으로 가지는 주파수(Natural Frequency)가 1 ㎐ ~ 5 ㎐인 점을 고려하여 10 ㎐로 설정되는 것이 바람직하다.
실효치산출부(203)는 고역통과필터(201)의 출력값으로부터 실효치를 산출한다. 실효치산출부(203)는 DSP(Digital Signal Processing) 칩을 통해 소프트웨어적으로 구현할 수도 있으나, 실효치의 위상 천이 등을 감소하고 빠른 응답을 얻기 위해 전용의 하드웨어 변환칩(Converter Chip)을 사용하는 것이 바람직하다.
비례이득산출부(205)는 실효치산출부(203)에서 제공되는 실효치를 이용하여 PID 제어부(103)를 위한 스케줄링된 비례이득 Kp를 검출하여, PID 제어부(103)와 미분이득산출부(207)에게 제공한다.
스케줄링된 비례이득 Kp는 다음의 수학식 1을 통해 검출될 수 있다.
Figure 112009054254160-pat00003
여기서, Kpm은 비례이득 Kp의 최소값, Urms는 실효치산출부(203)의 출력, n은 감도 상수(Sensitivity Constant) 이고, Uref는 레귤레이팅 모드에서 헌팅이 최소인 상태에서 계산된 Urms의 최소값이다. 따라서 레귤레이팅 모드에서 헌팅이 최소인 상태인 경우, Urms는 감도 상수 n에 무관하게 Uref와 같은 값을 가지고 Kp = Kpm 이 된다. 감도 상수 n은 사용자에 의해 설정될 수 있으며, n이 커질수록 제어결과는 PID 제어에 크게 반영된다.
수학식 1을 참조하면, 비례이득 Kp는 실효치에 비례하여, 실효치가 커지면 Kp도 증가하게 된다.
미분이득산출부(207)는 비례이득산출부(205)로부터 제공받은 스케줄링된 비례이득 Kp를 기초로 미분이득 Kd를 산출하여 PID 제어부(103)에게 제공한다.
미분이득산출부(207)의 미분이득 Kd의 계산은, 다음의 수학식 2와 같이 구할 수 있다.
Figure 112009054254160-pat00004
여기서, Kf는 모터 상수(Force constant), M은 모터에 의해 움직이는 대상물(Moving Part)의 무게, ζ는 댐핑 계수(Damping Coefficient)가 된다. 수학식 2를 참조하면, 미분 이득 Kd는 비례 이득 Kp에 의해 결정됨을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 비례미적분 제어방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 비례미적분 PID 제어장치(100)의 제어방법을 이득조절부(110)의 동작을 중심으로 설명한다.
고역통과필터(201)가 제어결과 Xm을 궤환받아 저주파 성분을 제거하여 실질적인 오차 성분을 추출하면(S301), 실효치산출부(203)가 고역통과필터(201)의 출력에 대한 실효치인 Urms를 계산하여 비례이득산출부(205)에게 제공한다(S303).
비례이득산출부(205)는 실효치 Urms와 수학식 1을 이용하여 PID 제어부(103)의 제어를 위한 비례이득 Kp를 계산하고(S305), 미분이득산출부(207)는 비례이득산출부(205)가 계산한 비례이득 Kp와 수학식 2를 이용하여 미분이득 Kd를 계산한다(S307).
PID 제어부(103)는 비례이득산출부(205)로부터 비례이득 Kp를 제공받고, 미분이득산출부(207)로부터 미분이득 Kd를 제공받아 비례미적분 제어를 수행한다(S309).
이하에서는, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 비례미적분 제어장치(400)의 제어 성능을 설명한다.
도 4는 본 발명의 비례미적분 제어장치의 일 예를 도시한 블록도로서, 반도 체 제조상의 노광공정에 사용되는 레티클 스테이지(Reticle Stage)의 자세 제어를 위한 선형 보이스 코일모터(LVCM: Linear Voice Coil Motor)의 제어를 위한 것이다. 피드백 경로 상에는 제어결과를 센싱하는 센스 잡음 Ns(s)가 더해지는 것으로 가정하되, 여기서는 50mV를 최대값으로 가정한다.
도 4의 제어장치(400)는 도 1의 PID 제어장치(100)와 동일하게 설명되는 제어장치로서, 도 4과 도 1에서 동일한 식별번호를 가지는 구성은 동일하게 설명된다. 다만, 플랜트(105)는 보이스 코일 모터를 모델링하여 다음의 수학식 3과 같은 전달함수를 가지는 것으로 모델링된다.
Figure 112009054254160-pat00005
여기서, 모터 상수 Kf=3.61 N/A, 무게 M=1.1kg, 댐핑 계수 ζ=1로 가정한다. 또한, 레티클 스테이지가 공기 베어링(Air Bearing)에 의해 부양되고 보이스 코일 모터에 기계적 연결 없이 직접 접촉됨에 따라 자기장의 세기 B와 스프링 상수 Ks는 무시한다.
부가적으로, 플랜트(105)에는 교란을 나타내는 Fd(s)가 가해지되, 여기서는 0.5 ㎐ 주파수의 0.1 N의 크기로 가해진다고 가정한다.
이하의 도 5 내지 도 7은 도 4의 제어장치와 종래의 PID 제어기의 제어결과를 비교하는 방법으로 본 발명의 효과를 설명한다. 여기서, 종래의 PID 제어기는 이득조절부(110)를 제외하면 도 1의 제어장치(100)와 동일한 구성을 가지고, 가장 최적의 상태에서 측정한 것으로 비례 이득 Kp=200으로 제어되어 최소 섭동(Perturbation)을 보이는 경우이다.
도 5는 도 4의 제어장치와 종래의 PID 제어기에서의 계단 응답(step response)을 도시한 그래프로서 계단함수의 입력에 따른 트래킹 성능을 보여준다. 그래프의 가로축은 시간 축이고, 세로 축은 제어대상물의 위치를 변동을 나타낸다.
도 5의 (a)는 본 발명의 이득조절부(110)를 포함하지 아니한 종래의 PID 제어장치의 경우를 도시한 것으로서, 비례 이득 Kp=200으로 제어되는 최소 섭동(Perturbation)의 경우를 도시하고 있다. 도 5의 (b)는 본 발명의 제어장치(400)의 경우를 도시한 그래프이다.
도 5의 (a)와 (b)를 비교하면, 본 발명의 제어장치(400)에서는 72 msec의 트래킹 시간이 걸리는데 반해, 종래의 PID 제어기에서는 214 msec의 트래킹 시간이 소요된다. 따라서 계단 함수의 입력에 따른 트래킹 성능에 있어서, 본 발명의 제어장치(400)가 종래의 PID 제어기에 비해 훨씬 빠름을 알 수 있다.
도 6은 동일한 교란이 작용하는 상황에서 도 4의 제어장치와 종래의 PID 제어기의 제어결과를 도시한 그래프로서 교란에 대한 시스템의 안정성을 보여준다. 가로축은 시간 축이고, 세로 축은 제어대상물의 위치 변동을 나타낸다.
도 6의 (a)는 본 발명의 이득조절부(110)를 포함하지 아니한 종래의 PID 제어장치의 경우를 도시한 것으로서 비례 이득 Kp=200으로 제어되는 최소 섭동(Perturbation)의 경우를 도시하고 있다. 도 6의 (b)는 본 발명의 제어장치(400) 의 경우를 도시한 그래프이다.
도 6의 (a)를 참조하면 교란에서의 종래의 PID 제어기에 의한 위치 변동의 실효치(RMS)는 약 14 ㎛이며, 도 6의 (b)로부터 구해지는 본 발명의 제어장치(400)에 의한 위치 변동의 실효치는 4 ㎛이다. 따라서 본 발명의 제어장치(400)가 종래의 PID 제어기보다 안정되어 있음을 알 수 있다.
도 7은 도 4의 제어장치와 종래의 PID 제어기의 레귤레이션 모드에서의 제어결과를 도시한 그래프로서 레귤레이션 모드에서의 헌팅 정도를 보여준다. 가로축은 시간 축이고, 세로 축은 제어대상물의 위치를 변동을 나타낸다.
도 7의 (a)는 본 발명의 이득조절부(110)를 포함하지 아니한 종래의 PID 제어장치의 경우를 도시한 것으로서 비례 이득 Kp=200으로 제어되는 최소 섭동(Perturbation)의 경우를 도시하고 있다. 도 7의 (b)는 본 발명의 제어장치(400)의 경우를 도시한 그래프이다.
도 7의 (a)와 (b)를 비교하면, 종래의 PID 제어기에 비해 본 발명의 제어장치(400)의 경우에 레귤레이션 모드에서의 헌팅 감소가 더욱 현저함을 알 수 있다.
결국, 도 1 내지 도 4에서 제시한 본 발명의 비례미적분 PID 제어장치(100)는 제어결과의 실효치에 따라 비례미적분 제어용 비례이득 Kp와 미분 이득 Kd를 적용함으로써, 트래킹 성능이나 레귤레이션 모드에서의 헌팅 감소에서 종래의 PID 제어기 내지 제어장치보다 뛰어남을 알 수 있다. 이러한 특성은 PID 제어부(103)의 제어 대역폭을 가변함으로써 이루어지는 것이며, 이러한 제어를 위해 제어결과를 가장 잘 반영하는 실효치를 이용함으로써 기존에 알려진 다른 제어방법보다 뛰어난 성능을 가지게 되는 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 모터의 모션 제어를 위한 비례미적분(PID) 제어장치의 블록도,
도 2는 도 1의 PID 제어장치에 포함된 이득조절부의 블록도,
도 3은 본 발명의 비례미적분 제어방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 4는 본 발명의 비례미적분 제어장치의 일 예를 도시한 블록도,
도 5는 도 4의 제어장치와 종래의 PID 제어기에서의 계단 응답(step response)을 도시한 그래프,
도 6은 동일한 교란이 작용하는 상황에서 도 4의 제어장치와 종래의 PID 제어기의 제어결과를 도시한 그래프, 그리고
도 7은 도 4의 제어장치와 종래의 PID 제어기의 레귤레이션 모드에서의 제어결과를 도시한 그래프이다.

Claims (6)

  1. 피드백되는 제어결과에 설정값 사이의 오차에 대해 비례미적분 제어를 수행하는 비례미적분(PID) 제어부를 포함하여 모터의 모션 제어를 수행하는 비례미적분 제어장치에 있어서,
    상기 제어결과로부터 저주파 성분을 제거하는 고역통과필터;
    상기 고역통과필터의 출력으로부터 실효치(RMS)를 산출하는 실효치산출부;
    상기 실효치산출부에서 산출된 실효치에 따른 비례이득 Kp를 상기 PID 제어부로 출력하는 비례이득산출부; 및
    상기 비례이득산출부가 출력하는 비례이득 Kp에 따른 미분이득 Kd를 상기 PID 제어부로 출력하는 미분이득산출부를 포함하고,
    상기 PID 제어부는 상기 비례이득산출부의 비례이득 Kp와 상기 미분이득산출부의 미분이득 Kd를 기초로 제어 대역폭을 변경하면서 비례미적분 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 비례미적분 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비례이득산출부가 출력하는 비례 이득 Kp는 다음의 수학식
    Figure 112009054254160-pat00006
    와 같고,
    여기서, Kpm은 상기 비례이득 Kp의 최소값, Urms는 상기 실효치산출부에서 산출한 실효치, Uref는 실험적으로 계산된 Urms의 최소값, n은 감도 상수(Sensitivity Constant)인 것을 특징으로 하는 비례미적분 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미분이득산출부가 출력하는 미분이득 Kd는 다음의 수학식
    Figure 112009054254160-pat00007
    와 같고,
    여기서, Kf는 모터 상수(Force constant), M은 모터에 의해 움직이는 대상물(Moving Part)의 무게, ζ는 댐핑 계수(Damping Coefficient)인 것을 특징으로 하는 비례미적분 제어장치.
  4. 피드백되는 제어결과와 설정값 사이의 오차에 대해 비례미적분 제어를 수행하는 비례미적분 제어부를 포함하여, 상기 오차를 보정하는 비례미적분 제어방법에 있어서,
    고역통과필터를 이용하여 상기 제어결과로부터 저주파 성분을 제거하는 단계;
    상기 고역통과필터의 출력으로부터 실효치(RMS)를 산출하는 단계;
    상기 산출된 실효치에 따른 비례이득 Kp를 산출하는 단계;
    상기 산출된 비례이득 Kp에 따른 미분이득 Kd를 산출하는 단계; 및
    상기 비례미적분 제어부가 상기 산출된 비례이득 Kp와 미분이득 Kd를 기초로 제어 대역폭을 변경하면서 상기 오차에 대한 비례미적분 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비례미적분 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비례이득 Kp은 다음의 수학식
    Figure 112011011023597-pat00008
    와 같고,
    여기서, Kpm은 상기 비례이득 Kp의 최소값, Urms는 상기 고역통과필터 출력의 실효치, Uref는 실험적으로 계산된 Urms의 최소값, n은 감도 상수(Sensitivity Constant)인 것을 특징으로 하는 비례미적분 제어방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 미분이득 Kd는 다음의 수학식
    Figure 112009054254160-pat00009
    와 같고,
    여기서, Kf는 모터 상수(Force constant), M은 모터에 의해 움직이는 대상물(Moving Part)의 무게, ζ는 댐핑 계수(Damping Coefficient)인 것을 특징으로 하는 비례미적분 제어방법.
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