KR101224817B1 - 함포 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은, 디지털 제어를 적용한 제어 시스템의 개발로 함포의 응답특성을 향상시키고 구동 정확도를 증대시키며, 회로 구현시 개인에 따른 차이를 방지하며, 다른 부수적인 부품을 추가로 필요로 하지 않는, 함포 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서,
포탑의 위치를 감지하기 위한 싱크로와, 포탑의 모터 속도를 감지하기 위한 타코메터와, 포탑의 모터전류를 감지하기 위한 전류센서와, 상기한 타코메터에 연결되어 있는 제1 A/D 변환기와, 사격통제장치에 연결되어 있는 제2 A/D 변환기와, 상기한 제1 A/D 변환기와 제2 A/D 변환기로부터 입력되는 신호를 이용하여 위치제어를 수행하여 속도명령을 발생시키는 위치제어부와, 상기한 타코메터와 전류센서와 위치제어부로부터 입력되는 신호를 이용하여 속도제어와 전류제어를 수행하는 서보제어부와, 상기한 서보제어부로부터 입력되는 신호를 모터의 구동 전류로 변환하는 증폭기 모듈과, 상기한 증폭기 모듈에 연결되어 있는 인덕터를 포함하여 이루어진다.

Description

함포 제어 시스템 및 그 방법{Control system for naval gun and method thereof}

이 발명은 함포 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 디지털 제어를 적용한 제어 시스템의 개발로 함포의 응답특성을 향상시키고 구동 정확도를 증대시키며, 회로 구현시 개인에 따른 차이를 방지하며, 다른 부수적인 부품을 추가로 필요로 하지 않는, 함포 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

함포는 군함에 장비된 대포이다. 14세기 고려 해군이 함대에 포신을 가진 화포를 장비하여 왜선 500척을 격파한 것이 최초이다. 초기에는 대인살상용으로 장비되었으나 1571년 레판토 해전에서 에스파냐, 베네치아, 로마교황의 동맹군 함대가 오스만 투르크 제국 함대와 전투에서 대함 전투용으로 중포를 장비하여 사용한것이 군함간 전투의 시초이다.

19세기 경까지 함포는 갑판에 고정되어 선회할 수 없는 선장식 강선포였고, 포탄도 단순한 철환이었으나, 19세기 중반에 후장식 함포, 무연화약, 작열탄 등이 개발되었으며. 이 기술이 모여 19세기말에 속사포가 만들어졌다. 청일전쟁 당시 일본이 속사포를 청국 함대에 최초로 사용하여 대승을 거두게 되었다.

제2차 세계 대전까지 함포는 군함의 주무기였으며 주포의 구경과 관통력, 사거리 등의 함포의 성능이 함선의 장갑과 함께 전투의 승패를 결정하는 중요한 무기였다. 함포의 구경은 전함의 경우 16인치, 18인치 등 대구경이 사용되었고, 순양함은 그보다 작았으며, 구축함은 5인치 이하의 함포가 많이 사용되었다.

현대에 와서 레이더와 미사일의 발달로 함포의 중요성이 줄어들어, 현재는 연안 경비, 자위 무기, 육상 지원, 대공 무기용으로 사용되는 중구경 이하의 작은 함포들이 사용된다. 대개 76mm ~ 152mm 급이 사용되고 있다. 아울러 전자 기술의 발달로 함포 제어 시스템으로 자동화되어 정밀도, 발사속도, 사거리가 대폭 증가하였다.

도 1은 종래의 함포 제어 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 함포 제어 시스템의 구성은, 포탑(11)의 위치를 감지하기 위한 싱크로(12)와, 외부전원에 연결되어 있는 변압기(13)와, 상기한 싱크로(12)와 변압기(13)에 연결되어 있는 증폭 및 신호발생기(14)와, 변압기(13)와 증폭 및 신호발생기(14)에 연결되어 있는 정류기(15)와, 정류기(15)에 연결되어 있는 인덕터(16)를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한 종래의 함포 제어 시스템의 작용은 다음과 같다.

외부에서 전원이 공급되면 제어콘솔 내부의 변압기(13)를 통해 모터 제어에 필요한 전원으로 변환한다.

증폭 및 신호발생기(14)에서 생성된 위치명령 신호는 싱크로(12)를 통한 기계적 궤환신호의 실제 포탑(11)의 각도와 비교된다.

이와 같이 비교된 신호는 측정장치에 의한 위치명령과 에러신호의 차이를 비교하며, 발생된 오차신호는 전원공급과 조종장치를 통해 정류기(15)의 SCR에 보내진다. 이 오차신호에 의해 발생된 전원은 인덕터(16)를 거쳐서 포탑(11)의 구동장치인 모터에 공급된다.

이와 같은 함포 제어 시스템에 의해 구동되는 함포는 대함 및 대공의 작전능력을 기본으로 한다. 특히 대공작전에 있어서의 비행포적에 대한 추적 및 사격은 정밀성과 정확도를 요구한다.

그러나 상기한 종래의 함포 제어 시스템은 아날로그 제어로 이루어지기 때문에 아날로그 제어에서 발생되는 현상인, 회로 구현방법이나 사용 소자들의 성질상 외부에서 잡음 전압이 혼입됨으로써 정밀성과 정확도가 저하되는 문제점이 있다.

또한, 상기한 종래의 함포 제어 시스템은 연속적으로 변화하는 값에 대한 조정이 회로변경이나 소자 교체 등의 기술적 접근이 어려운 작업으로 이루어지기 때문에 회로 구현시 개인에 따른 차이가 발생하는 문제점이 있다.

그리고, 상기한 종래의 함포 제어 시스템은 아날로그 제어의 특성상 SCR을 사용하여 모터를 제어하기 때문에 매우 큰 리플전압과 발열이 발생하게 되어 다른 부수적인 부품이 추가로 장착되어야 하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 디지털 제어를 적용한 제어 시스템의 개발로 함포의 응답특성을 향상시키고 구동 정확도를 증대시키며, 회로 구현시 개인에 따른 차이를 방지하며, 다른 부수적인 부품을 추가로 필요로 하지 않는, 함포 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 포탑의 위치를 감지하기 위한 싱크로와, 포탑의 모터 속도를 감지하기 위한 타코메터와, 포탑의 모터전류를 감지하기 위한 전류센서와, 상기한 타코메터에 연결되어 있는 제1 A/D 변환기와, 사격통제장치에 연결되어 있는 제2 A/D 변환기와, 상기한 제1 A/D 변환기와 제2 A/D 변환기로부터 입력되는 신호를 이용하여 위치제어를 수행하여 속도명령을 발생시키는 위치제어부와, 상기한 타코메터와 전류센서와 위치제어부로부터 입력되는 신호를 이용하여 속도제어와 전류제어를 수행하는 서보제어부와, 상기한 서보제어부로부터 입력되는 신호를 모터의 구동 전류로 변환하는 증폭기 모듈과, 상기한 증폭기 모듈에 연결되어 있는 인덕터를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 방법의 구성은, 사격통제장치(Fire Control System)에 의해 발생된 위치명령을 주기적으로 입력 받아 위치제어를 수행하여, 운용자가 원하는 위치로 함포를 이동시키기 위한 속도명령(Speed-Profile)을 생성하는 위치제어 단계와, 상기한 속도명령과 모터에 장착된 타코메터에 의해 획득된 함포의 실제 구동속도를 이용하여 속도오차를 계산하고, 계산된 속도오차는 비례-증폭(Proportional-gain)하여 속도제어출력으로 제공하는 속도제어 단계와, 전류명령과 전류센서에 의해 획득된 모터의 실제전류를 이용하여 전류오차를 계산하고, 이와 같이 계산된 전류오차를 비례-증폭(Proportional-gain)하여 전류제어출력으로 제공하는 전류제어 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 방법의 구성은, 상기한 전류 제어출력은 모터 구동명령으로서 증폭기 모듈에 의해 모터의 공급전류로 환산하는 PWM 발생 단계를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 방법의 구성은, 상기한 위치제어 단계는, 프로그램이 시작되면, 변수 및 함수의 초기화를 수행하는 단계와, 초기화가 완료되면 메인 함수를 수행하면서 외부 신호를 읽어 들이기 위하여 A/D 변환기로부터 A/D 변환신호를 읽어들이는 단계와, A/D 변환을 위해 시간지연을 갖는 단계와, D/A 컨버터를 이용하여 아날로그 DC 전압으로 변환하여 속도명령을 출력하는 단계와, 상기한 속도명령을 포탑의 모터의 현재 속도를 나타내는 타코메터의 출력 값과 합산하여, 속도 오차로 변환하여 사용하는 단계와, 한 번의 샘플링 시간에 두 번 값을 읽어 들여 평균을 취하여 사용하기 위하여, 첫번째 모터에 공급된 최초 전류 값을 획득하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 방법의 구성은, 상기한 속도제어 단계는, 두 번째 전류 값을 얻기 위한 A/D 변환을 시작하는 단계와, 선두 루프에서 획득한 속도오차 값을 속도 제어연산에 적합하도록 복원한 후, 이 값에 속도 비례이득을 곱하여 속도제어출력을 계산하여 생성하는 단계와, 상기한 속도제어출력은 모터에 대한 전류 명령으로서 이 값은 모터의 사양을 고려한 제한치를 적용하는 단계와, 속도제어출력의 절대치가 기준전류보다 작은지를 판단하여, 속도제어출력의 절대치가 기준전류보다 작지 않은 경우에는 상기한 전류명령을 최대 한계치로 조정하는 단계와, 속도제어출력의 절대치가 기준전류보다 작은 경우에는 속도제어출력으로 전류제어를 하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 방법의 구성은, 상기한 속도제어출력의 값을 모터의 사양을 고려한 제한치를 적용하는 단계는, 속도제어출력이 0보다 큰지를 판단하여, 속도제어출력이 0보다 크지 않은 경우에는, 속도제어출력이 - 기준값보다 작은지를 판단하는 단계와, 속도제어출력이 -기준값보다 작은 경우에는 속도제어출력을 -기준값으로 유지하는 단계와, 속도제어출력이 0보다 큰 경우에는, 속도제어출력이 기준값보다 큰지를 판단하여 속도제어출력이 기준값보다 큰 경우에는 속도제어출력을 기준값으로 유지하는 단계와, 속도제어출력이 기준값보다 크지 않거나, 속도제어출력이 - 기준값보다 작지 않은 경우에는 속도제어출력을 최근값으로 유지하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 방법의 구성은, 상기한 전류제어 단계는, 이전 샘플링 시간에서 계산된 PWM의 비율을 FND(Flexible Numeric Display)를 이용하여 전시하고 지연시간을 갖는 단계와, 두 번째 모터에 공급된 전류량을 획득하고, 이전 과정에 획득한 값과 평균을 취하는 단계와, 전류 명령과 함포에 탑재된 모터로 공급된 평균 전류 값으로 전류 오차를 계산하고, 전류 비례이득을 곱하여 최종 제어 출력을 산출하는 단계와, 최종 제어 출력 값을 -1 ~ +1 값으로 제한하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 방법의 구성은, 상기한 최종 제어 출력 값을 -1 ~ +1 값으로 제한하는 단계는, 최종제어출력이 0보다 큰지를 판단하여, 최종제어출력이 0보다 크지 않은 경우에는, 최종제어출력이 -1 보다 작은지를 판단하는 단계와, 최종제어출력이 -1보다 작은 경우에는 최종제어출력을 -1로 유지하는 단계와, 최종제어출력이 0보다 큰 경우에는, 최종제어출력이 1보다 큰지를 판단하는 단계와, 최종제어출력이 기준값보다 큰 경우에는 최종제어출력을 1로 유지하는 단계와, 최종제어출력이 1보다 크지 않거나, 최종제어출력이 -1보다 작지 않은 경우에는 최종제어출력을 최근값으로 유지하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 방법의 구성은, 상기한 PWM 발생단계는, 전류제어루틴에서 생성된 최종 제어출력 값을 미리 정해진 형식으로 변환하여, PWM 발생기로 전송하는 단계와, 현재의 샘플링 시간에서 최종 제어 출력에 부호변화가 발생하였다고 판단되면, 현재의 샘플링 시간을 포함한 2주기 동안 0값을 PWM발생기로 전송하는 단계와, 현재의 샘플링 시간에서의 구동 데이터를 저장하는 단계와, 다음 주기의 수행 시간을 감시하기 위해 A/D변환변수(Timer0) 초기화를 실행하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명은, 디지털 제어를 적용한 제어 시스템의 개발로 함포의 응답특성을 향상시키고 구동 정확도를 증대시키며, 회로 구현시 개인에 따른 차이를 방지하며, 다른 부수적인 부품을 추가로 필요로 하지 않는, 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 함포 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 방법의 메인루틴의 동작 순서도이다.
도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 방법의 속도제어루틴의 동작 순서도이다.
도 5는 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 방법의 전류제어루틴의 동작 순서도이다.
도 6은 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 방법의 PWM 발생루틴의 동작 순서도이다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 시스템의 구성도이다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 시스템의 구성은, 포탑(21)의 위치를 감지하기 위한 싱크로(22)와, 포탑(21)의 모터 속도를 감지하기 위한 타코메터(23)와, 포탑(21)의 모터전류를 감지하기 위한 전류센서(24)와, 상기한 타코메터(23)에 연결되어 있는 제1 A/D 변환기(25)와, 사격통제장치(26)에 연결되어 있는 제2 A/D 변환기(27)와, 상기한 제1 A/D 변환기(25)와 제2 A/D 변환기(27)에 연결되어 있는 위치제어부(28)와, 상기한 타코메터(23)와 전류센서(24)와 위치제어부(28)에 연결되어 있는 서보제어부(29)와, 상기한 서보제어부(29)에 연결되어 있는 증폭기 모듈(30)과, 상기한 증폭기 모듈(30)에 연결되어 있는 인덕터(31)를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 시스템 및 그 방법의 작용은 다음과 같다.

함포를 디지털 제어하기 위한 포제어장치(Gun Control Console)에는 사용자가 입력한 위치명령을 추종하기 위한 위치추종제어장치(Position-Tracking-Controller)를 내장하고 있다. 상기한 위치추종제어장치는 3가지 단계의 제어절차를 갖는데, 위치제어 단계, 속도제어 단계, 전류제어 단계가 그것이다. 이 발명의 실시예에서는 함포체계의 대형성과 복잡성을 고려하여 위에서 언급된 3가지 단계의 제어절차를 위치제어부(Position Control Board)(28)와 서보제어부(Servo Control Board)(29)가 하드웨어적으로 분담하고 있다.

첫째로 위치제어부(28)는, 위치추종제어장치의 첫번째 제어절차인 위치제어를 담당하고 있다. 상기한 위치제어부(28)는 사격통제장치(Fire Control System)(26)에 의해 발생된 위치명령을 주기적으로 입력 받아 위치제어를 수행하여, 운용자가 원하는 위치로 함포를 이동시키기 위한 속도명령(Speed-Profile)을 생성한다. 위치제어부(28)에서 생성된 속도명령 역시 주기적으로 다음 제어절차로 전송된다. 위치제어부(28)의 샘플링 시간은 3[ms]이다.

둘째로 서보제어부(29)는, 위치추종제어장치의 두 번째 제어절차인 속도제어단계와 세번째 제어절차인 전류제어 단계를 담당하고 있다. 즉, 상기한 서보제어부(29)는 위치제어부(28)로부터 전송되는 속도 명령을 입력받아 속도제어와 전류제어를 수행한다. 서보제어부(29)의 제어출력은 4채널의 PWM(Pulse-Width-Modulation) 출력으로서 이는 제어출력 값에 해당하는 IGBT 구동 스위칭 신호를 발생시킨다. 서보제어부(29)에서 생성하는 제어 출력은 주기적이며, 서보제어부(30)의 샘플링 시간은 100[us]이다. 서보제어부(29)의 상기한 IGBT 구동 스위칭 신호는 증폭기 모듈(30)의 구동을 위한 것인데, 증폭기 모듈(30)은 IGBT 구동 스위칭 신호를 통해 서보제어부(29)의 제어출력을 모터의 구동 전류로 변환하여, 인덕터(31)에 공급함으로써 모터에 공급하는 역할을 한다.

상기한 위치제어부(28)의 동작에 관하여 좀더 구체적으로 설명한다.

도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 방법의 메인루틴의 동작 순서도이다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 방법의 메인루틴은, 프로그램이 시작되면(S10), 위치 제어부(28)는 변수 및 함수의 초기화를 수행한다(S11, S12). 변수의 초기화에서는 대부분이 0로 초기화되지만, 타이머 설정 변수, 각 제어루프의 비례이득 변수의 경우는 특정 값을 가진다. 함수 초기화에서는 A/D변환변수(TIMER0) 사용을 위한 초기화 함수와 특정 상태를 전시하기 위한 숫자 표시기 초기화 함수가 실행된다.

초기화가 완료되면 위치 제어부(28)는 메인 함수를 수행하기 시작한다(S13).

다음에 외부 신호를 읽어 들이기 위하여 제1 A/D 변환기(25)와 제2 A/D 변환기(27)로부터 A/D 변환신호를 읽어들인다(S14).

이어서, A/D 변환을 위해 8[us]에 이를 때까지 시간지연을 갖는다(S15). 이는 제1 및 제2 A/D 변환기(25, 27)의 하드웨어적인 특성상 8[㎲]의 변환 시간이 소요됨을 고려한 것이다.

위치제어부(28)는 제어연산의 결과로 속도명령을 출력한다. 이때 위치제어부(28)에서는 D/A 컨버터를 이용하여 아날로그 DC 전압으로 변환하여 속도명령을 출력한다. 이 아날로그 속도명령은 서보제어부(29)에서 포탑(21)의 모터의 현재 속도를 나타내는 타코메터(23)의 출력 값과 OP-AMP로 구성된 회로에 의해 합산되며, 서보제어부(29)의 내부 프로그램에 의해 속도 오차로 변환되어 사용된다. 전류는 빠른 주파수 특성을 갖는다. 따라서 궤환된 값의 신뢰도를 높이기 위해 한 번의 샘플링 시간에 두 번 값을 읽어 들여 평균을 취하여 사용하는데, 첫번째 모터에 공급된 최초 전류 값을 획득한다(S16).

상기한 서보제어부(29)의 동작에 관하여 좀더 구체적으로 설명하면, 상기한 서보제어부(29)의 소프트웨어는 속도제어루틴, 전류제어루틴, PWM 발생 루틴 등으로 구성되며, 초기화를 제외한 나머지 부분은 무한 반복 루프로 이루어져 있다. 상기한 속도제어루틴은 서보제어부(29)의 속도제어를 수행하며, 상기한 전류제어루틴은 서보제어부(29)의 전류제어를 수행하고, 상기한 PWM 발생 루틴은 PWM 발생기 구동을 위한 제어출력의 PWM 데이터 변환을 포함한다.

상기한 속도제어루틴에서는 위치제어부(28)에서 제공되는 속도명령과 모터에 장착된 타코메터(23)에 의해 획득된 함포의 실제 구동속도를 이용하여 속도오차를 계산한다. 이와 같이 계산된 속도오차는 서보제어기(291)의 속도제어기에 의해 비례-증폭(Proportional-gain)되어 속도제어출력으로 나타난다. 속도제어루틴의 결과인 속도제어출력은 전류명령으로서, 전류제어루틴으로 넘겨진다.

상기한 전류제어루틴은 속도제어루틴에서 계산된 전류명령을 추종하도록 프로그래밍되어 있다. 전류명령과 전류센서(24)에 의해 획득된 모터의 실제전류를 이용하여 전류오차를 계산한다. 이와 같이 계산된 전류오차는 서보제어기(291)의 전류제어기에 의해 비례-증폭(Proportional-gain)되어 전류제어출력으로 나타난다. 전류제어루틴의 결과인 전류제어출력은 모터 구동명령이다. 모터 구동명령은 증폭기 모듈(30)에 의해 모터의 공급전류로 환산된다. 하지만 모터구동명령은 단순히 단일 계산결과로써 증폭기 모듈(30)을 구동하기 위해서는 4채널의 PWM출력으로 변환되어야만 한다. 이를 위해 서보제어부(29)는 4채널의 스위칭 신호 생성기능을 위한 PWM 발생기(292)를 갖는다. PWM 발생기(292)는 서보제어기(291)로부터 사전에 결정된 데이터 형태의 모터구동명령을 입력 받아 4채널의 PWM 스위칭 신호로 변환하는 역할을 수행한다.

도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 방법의 속도제어루틴의 동작 순서도이다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 속도제어루틴이 시작되면(S17), 두 번째 전류 값을 얻기 위한 A/D 변환이 시작된다(S18). 다음으로 선두 루프에서 획득한 속도오차 값을 속도 제어연산에 적합하도록 복원한 후(S19), 이 값에 속도 비례이득을 곱하여 속도제어출력을 계산하여 생성한다(S20).

상기한 속도제어출력은 모터에 대한 전류 명령으로서 이 값은 모터의 사양을 고려한 제한치가 적용된다(S21~S31). 즉, 속도제어출력이 0보다 큰지를 판단하여(S21), 속도제어출력이 0보다 크지 않은 경우에는, 속도제어출력이 - 기준값보다 작은지를 판단하고(S22), 속도제어출력이 -기준값보다 작은 경우에는 속도제어출력을 -기준값으로 유지한다(S24). 속도제어출력이 0보다 큰 경우에는, 속도제어출력이 기준값보다 큰지를 판단하고(S25), 속도제어출력이 기준값보다 큰 경우에는 속도제어출력을 기준값으로 유지한다(S26). 속도제어출력이 기준값보다 크지 않거나, 속도제어출력이 - 기준값보다 작지 않은 경우에는 속도제어출력을 최근값으로 유지한다(S23).

다음에, 속도제어출력의 절대치가 기준전류보다 작은지를 판단하여(S28), 속도제어출력의 절대치가 기준전류보다 작지 않은 경우에는 전류명령을 최대 한계치로 조정하고(S29), 속도제어출력의 절대치가 기준전류보다 작은 경우에는 속도제어출력으로 전류제어를 한다(S30).

이와 같이 결정된 전류명령은 스케줄링에 의해 재조정되어 전류제어루틴으로 값을 넘긴다(S31).

전류제어루틴에서는 최종 제어출력을 발생시킨다.

도 5는 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 방법의 전류제어루틴의 동작 순서도이다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 전류제어류틴이 시작되면(S31), 이전 샘플링 시간에서 계산된 PWM의 비율을 FND(Flexible Numeric Display)를 이용하여 전시한다(S32). 그리고 16[us]에 이를 때까지 지연시간을 갖는다(S33).

다음에, 두 번째 모터에 공급된 전류량을 획득하고, 이전 과정에 획득한 값과 평균을 취한다(S34). 또한 전류 명령과 함포에 탑재된 모터로 공급된 평균 전류 값으로 전류 오차를 계산하고(S36), 전류 비례이득을 곱하여 최종 제어 출력을 산출한다(S37, S38).

이어서, 최종 제어 출력 값을 -1 ~ +1 값으로 제한한다(S39~S46). 즉, 최종제어출력이 0보다 큰지를 판단하여(S39), 최종제어출력이 0보다 크지 않은 경우에는, 최종제어출력이 -1 보다 작은지를 판단하고(S40), 최종제어출력이 -1보다 작은 경우에는 최종제어출력을 -1로 유지한다(S42). 최종제어출력이 0보다 큰 경우에는, 최종제어출력이 1보다 큰지를 판단하고(S43), 최종제어출력이 기준값보다 큰 경우에는 최종제어출력을 1로 유지한다(S44). 최종제어출력이 1보다 크지 않거나, 최종제어출력이 -1보다 작지 않은 경우에는 최종제어출력을 최근값으로 유지한다(S41). 이는 PWM 발생기 출력의 듀티비(0%~100%)에 정합시키기 위함이다.

최종 제어 출력 값은 PWM 발생 루틴으로 제공된다(S46).

도 6은 이 발명의 일실시예에 따른 함포 제어 방법의 PWM 발생루틴의 동작 순서도이다.

도 6에 도시되어 있는 바와 같이, PWM 발생 루틴이 시작되면(S46), 전류제어루틴에서 생성된 최종 제어출력 값을 미리 정해진 형식으로 변환하여(S47~S52), PWM 발생기(292)로 전송한다(S53). 만약, 현재의 샘플링 시간에서 최종 제어 출력에 부호변화가 발생하였다고 판단되면(S48, S49), 현재의 샘플링 시간을 포함한 2주기 동안 0값을 PWM발생기(292)로 전송한다(S50). 이는 급격한 전류 변화로 인하여 시스템에 손상이 발생하는 것을 미연에 방지하기 위함이다.

그리고 현재의 샘플링 시간에서의 구동 데이터를 저장한다(S54).

마지막으로 다음 주기의 수행 시간을 감시하기 위해 A/D변환변수(Timer0) 초기화를 실행하고(S55, S56), 메인 루틴으로 이동한다(S57).

전술한 바와 같이, 함정에 탑재될 함포는 고도의 정밀성과 정확도를 요구한다. 이러한 요구사항을 만족시키기 위해서 기존에는 아날로그 제어에 사용되는 저항, 트랜지스터 등 하드웨어 소자를 교체하거나 구현된 회로를 변경하여 함포의 응답특성이나 정확도를 경험적으로 만족시켰으나, 디지털 제어를 적용한 제어 시스템은 단순한 소프트웨어 수정을 통하여 함포의 응답특성의 향상과 구동 정확도를 만족시킬 수 있다.

21 : 포탑 22 : 싱크로
23 : 타코메타 24 : 전류센서
25 : 제1 A/D 변환기 26 : 사격통제장치
27 : 제2 A/D 변환기 28 : 위치 제어부
29 : 서보 제어부 30 : 증폭기 모듈
31 : 인덕터

Claims (9)

1. 포탑의 위치를 감지하기 위한 싱크로와,
   포탑의 모터 속도를 감지하기 위한 타코메터와, 포탑의 모터전류를 감지하기 위한 전류센서와,
   상기한 타코메터에 연결되어 있는 제1 A/D 변환기와,
   사격통제장치에 연결되어 있는 제2 A/D 변환기와,
   상기한 제1 A/D 변환기와 제2 A/D 변환기로부터 입력되는 신호를 이용하여 위치제어를 수행하여 속도명령을 발생시키는 위치제어부와,
   상기한 타코메터와 전류센서와 위치제어부로부터 입력되는 신호를 이용하여 속도제어와 전류제어를 수행하는 서보제어부와,
   상기한 서보제어부로부터 입력되는 신호를 모터의 구동 전류로 변환하는 증폭기 모듈과,
   상기한 증폭기 모듈에 연결되어 있는 인덕터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 함포 제어 시스템.
2. 사격통제장치(Fire Control System)에 의해 발생된 위치명령을 주기적으로 입력 받아 위치제어를 수행하여, 운용자가 원하는 위치로 함포를 이동시키기 위한 속도명령(Speed-Profile)을 생성하는 위치제어 단계와,
   상기한 속도명령과 모터에 장착된 타코메터에 의해 획득된 함포의 실제 구동속도를 이용하여 속도오차를 계산하고, 계산된 속도오차는 비례-증폭(Proportional-gain)하여 속도제어출력으로 제공하는 속도제어 단계와,
   전류명령과 전류센서에 의해 획득된 모터의 실제전류를 이용하여 전류오차를 계산하고, 이와 같이 계산된 전류오차를 비례-증폭(Proportional-gain)하여 전류제어출력으로 제공하는 전류제어 단계를 포함하여 이루어지며,
   상기한 위치제어 단계는,
   프로그램이 시작되면, 변수 및 함수의 초기화를 수행하는 단계와,
   초기화가 완료되면 메인 함수를 수행하면서 외부 신호를 읽어 들이기 위하여 A/D 변환기로부터 A/D 변환신호를 읽어들이는 단계와,
   A/D 변환을 위해 시간지연을 갖는 단계와,
   D/A 컨버터를 이용하여 아날로그 DC 전압으로 변환하여 속도명령을 출력하는 단계와,
   상기한 속도명령을 포탑의 모터의 현재 속도를 나타내는 타코메터의 출력 값과 합산하여, 속도 오차로 변환하여 사용하는 단계와,
   한 번의 샘플링 시간에 두 번 값을 읽어 들여 평균을 취하여 사용하기 위하여, 첫번째 모터에 공급된 최초 전류 값을 획득하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 함포 제어 방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기한 전류 제어출력은 모터 구동명령으로서 증폭기 모듈에 의해 모터의 공급전류로 환산하는 PWM 발생 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 함포 제어 방법.
4. 삭제
5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
   상기한 속도제어 단계는,
   두 번째 전류 값을 얻기 위한 A/D 변환을 시작하는 단계와,
   선두 루프에서 획득한 속도오차 값을 속도 제어연산에 적합하도록 복원한 후, 이 값에 속도 비례이득을 곱하여 속도제어출력을 계산하여 생성하는 단계와,
   상기한 속도제어출력은 모터에 대한 전류 명령으로서 이 값은 모터의 사양을 고려한 제한치를 적용하는 단계와,
   속도제어출력의 절대치가 기준전류보다 작은지를 판단하여, 속도제어출력의 절대치가 기준전류보다 작지 않은 경우에는 전류명령을 최대 한계치로 조정하는 단계와,
   속도제어출력의 절대치가 기준전류보다 작은 경우에는 속도제어출력으로 전류제어를 하는 단계를 포함하여 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 함포 제어 방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기한 속도제어출력의 값을 모터의 사양을 고려한 제한치를 적용하는 단계는,
   속도제어출력이 0보다 큰지를 판단하여, 속도제어출력이 0보다 크지 않은 경우에는, 속도제어출력이 - 기준값보다 작은지를 판단하는 단계와,
   속도제어출력이 -기준값보다 작은 경우에는 속도제어출력을 -기준값으로 유지하는 단계와,
   속도제어출력이 0보다 큰 경우에는, 속도제어출력이 기준값보다 큰지를 판단하여 속도제어출력이 기준값보다 큰 경우에는 속도제어출력을 기준값으로 유지하는 단계와,
   속도제어출력이 기준값보다 크지 않거나, 속도제어출력이 - 기준값보다 작지 않은 경우에는 속도제어출력을 최근값으로 유지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 함포 제어 방법.
7. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
   상기한 전류제어 단계는,
   이전 샘플링 시간에서 계산된 PWM의 비율을 FND(Flexible Numeric Display)를 이용하여 전시하고 지연시간을 갖는 단계와,
   두 번째 모터에 공급된 전류량을 획득하고, 이전 과정에 획득한 값과 평균을 취하는 단계와,
   전류 명령과 함포에 탑재된 모터로 공급된 평균 전류 값으로 전류 오차를 계산하고, 전류 비례이득을 곱하여 최종 제어 출력을 산출하는 단계와,
   최종 제어 출력 값을 -1 ~ +1 값으로 제한하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 함포 제어 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기한 최종 제어 출력 값을 -1 ~ +1 값으로 제한하는 단계는,
   최종제어출력이 0보다 큰지를 판단하여, 최종제어출력이 0보다 크지 않은 경우에는, 최종제어출력이 -1 보다 작은지를 판단하는 단계와,
   최종제어출력이 -1보다 작은 경우에는 최종제어출력을 -1로 유지하는 단계와,
   최종제어출력이 0보다 큰 경우에는, 최종제어출력이 1보다 큰지를 판단하는 단계와,
   최종제어출력이 기준값보다 큰 경우에는 최종제어출력을 1로 유지하는 단계와,
   최종제어출력이 1보다 크지 않거나, 최종제어출력이 -1보다 작지 않은 경우에는 최종제어출력을 최근값으로 유지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 함포 제어 방법.
9. 제 3항에 있어서,
   상기한 PWM 발생단계는,
   전류제어루틴에서 생성된 최종 제어출력 값을 미리 정해진 형식으로 변환하여, PWM 발생기로 전송하는 단계와,
   현재의 샘플링 시간에서 최종 제어 출력에 부호변화가 발생하였다고 판단되면, 현재의 샘플링 시간을 포함한 2주기 동안 0값을 PWM발생기로 전송하는 단계와,
   현재의 샘플링 시간에서의 구동 데이터를 저장하는 단계와,
   다음 주기의 수행 시간을 감시하기 위해 A/D변환변수(Timer0) 초기화를 실행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 함포 제어 방법.

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