KR101343154B1 - 모터 속도 제어 장치 및 방법 - Google Patents

모터 속도 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 모터 속도 제어장치는, 모터로부터의 홀센서 신호를 검출하여 그에 상응하는 펄스 폭 변환된 신호를 출력하는 PWM 변환부; PWM 변환부에 의해 출력되는 펄스 폭 변환된 신호의 듀티값을 검출하는 듀티 검출부; 외부로부터 입력되는 PWM 듀티와 상기 듀티 검출부에 의해 검출된 듀티를 비교하여 오차를 구하는 오차 연산부; 및 오차 연산부에 의해 구해진 오차를 바탕으로 모터의 속도를 제어하는 속도 제어부를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모터의 속도 검출을 PWM(pulse width modulation) 형태로 수행하고 그로부터 듀티를 검출하여 주어진 속도 지시(명령)으로서의 듀티와 비교하여 오차를 구함으로써, 종래의 RPM 형태의 속도 검출 방식에서의 속도검출 연산에 따른 시간 지연 및 그에 따른 검출 속도에 있어서의 오차를 줄일 수 있다.

Description

모터 속도 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling speed of motor}
본 발명은 모터 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 종래의 RPM(revolution per minute) 형태의 속도 검출 방식에서의 속도검출 연산에 따른 시간 지연 및 그에 따른 검출 속도에 있어서의 오차를 줄일 수 있는 모터 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
모터 제어 회로의 다양한 구성들이 알려져 있다. 이러한 구성들 중의 하나는 H-브리지(H-bridge) 또는 풀-브리지(full bridge) 구성이다. 상기 H-브리지 또는 풀-브리지 구성에서는 4개의 트랜지스터들이 H 형태의 브리지(bridge)를 형성하도록 연결된 모터 코일과 함께 H 패턴을 형성한다. 상기 트랜지스터 스위치들은 쌍들을 이루어 제어되며, 첫 번째 스위치 쌍이 도통(conduct)되는 경우 제1 전압 신호가 상기 모터 코일에 제공되어 상기 코일에 제1 방향으로 흐르는 전류를 발생시키고, 두 번째 스위치 쌍이 도통되는 경우 제2 전압 신호가 상기 모터 코일에 제공되어 상기 코일에 반대 방향으로 흐르는 전류를 발생시킨다. 상기 트랜지스터 쌍들의 턴 온 및 턴 오프 비율에 따라 모터의 속도가 제어된다.
한편, 도 1은 종래 모터 속도 제어장치의 일 예에 대한 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 모터 속도 제어장치는 외부로부터 주어지는 PWM (pulse width modulation) 듀티(duty) 형태의 속도 지시(명령)를 실제의 속도값 (RPM 값)으로 변환하여 주는 속도 변환부(110)와, 모터(150)의 실제 속도를 검출하는 속도 검출부(120)와, 속도 검출부(120)에 의해 검출된 검출 속도와 상기 속도 변환부(110)에 의해 PWM 듀티값으로부터 변환된 속도와의 차이를 연산하는 오차 연산부(130)와, 오차 연산부(130)에 의해 구해진 속도 오차를 바탕으로 모터(150)에 새로운 속도 지시값을 인가하는 속도 제어부(140)를 포함하여 구성된다.
그런데, 이상과 같은 구성의 종래 모터 속도 제어장치에 있어서는, 속도 검출부(120)에 의해 모터(150)의 속도를 검출함에 있어서, 속도 검출을 위한 샘플을 주기적으로 획득하여 속도 검출을 위한 연산을 수행한다. 따라서 속도 검출 연산을 위한 시간 지연이 발생하고, 그 결과 검출속도 값에 오차가 발생한다.
한국 공개특허공보 공개번호 10-2010-0041794 일본 공개특허공보 특개2008-148542
본 발명은 상기와 같은 종래의 모터 속도 제어 방식에서의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 모터의 속도 검출을 PWM(pulse width modulation) 형태로 수행하고 그로부터 듀티를 검출하여 속도 지시(명령)으로서 주어진 듀티와 비교하여 오차를 구함으로써, 종래의 RPM 형태의 속도 검출 방식에서의 속도검출 연산에 따른 시간 지연 및 그에 따른 검출 속도에 있어서의 오차를 줄일 수 있는 모터 속도 제어 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 모터 속도 제어장치는,
모터로부터의 홀센서 신호를 검출하여 그에 상응하는 펄스 폭 변환된 신호를 출력하는 PWM 변환부;
상기 PWM 변환부에 의해 출력되는 펄스 폭 변환된 신호의 듀티값을 검출하는 듀티 검출부;
외부로부터 입력되는 PWM 듀티와 상기 듀티 검출부에 의해 검출된 듀티를 비교하여 오차를 구하는 오차 연산부; 및
상기 오차 연산부에 의해 구해진 오차를 바탕으로 모터의 속도를 제어하는 속도 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 PWM 변환부는 펄스 폭 변환된 하이(high) 또는 로우(low) 신호를 출력한다.
또한, 상기 PWM 변환부는 홀센서 신호의 라이징(rising) 또는 폴링 (falling) 에지(edge)를 검출한다.
또한, 상기 PWM 변환부는 상기 홀센서 신호의 라이징 또는 폴링 에지가 검출된 순간부터 미리 설정된 일정 시간 동안 하이 또는 로우 신호를 출력한다.
또한, 상기 속도 제어부는 상기 오차 연산부에 의해 구해진 오차를 바탕으로 상기 모터에 새로운 속도 지시값을 인가한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 모터 속도 제어방법은,
PWM 변환부, 듀티 검출부, 오차 연산부 및 속도 제어부를 포함하는 모터 속도 제어 장치에 의한 모터 속도 제어방법으로서,
a) 상기 PWM 변환부에 의해 제어 대상의 모터로부터의 홀센서 신호를 검출하여 그에 상응하는 펄스 폭 변환된 신호를 출력하는 단계;
b) 상기 듀티 검출부에 의해 상기 PWM 변환부에 의해 출력되는 펄스 폭 변환된 신호의 듀티값을 검출하는 단계;
c) 상기 오차 연산부에 의해, 외부로부터 입력되는 PWM 듀티와 상기 듀티 검출부에 의해 검출된 듀티를 비교하여 오차를 구하는 단계; 및
d) 상기 속도 제어부에 의해 상기 오차 연산부에 의해 구해진 오차를 바탕으로 상기 모터의 속도를 제어하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 단계 a)에서 상기 PWM 변환부에 의해 펄스 폭 변환된 하이(high) 또는 로우(low) 신호를 출력한다.
또한, 상기 단계 a)에서 상기 PWM 변환부에 의해 홀센서 신호의 라이징 (rising) 또는 폴링(falling) 에지(edge)를 검출한다.
또한, 상기 PWM 변환부에 의해 상기 홀센서 신호의 라이징 또는 폴링 에지가 검출된 순간부터 미리 설정된 일정 시간 동안 하이 또는 로우 신호를 출력한다.
또한, 상기 단계 d)에서 상기 속도 제어부에 의해 상기 오차 연산부에 의해 구해진 오차를 바탕으로 상기 모터에 새로운 속도 지시값을 인가한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모터의 속도 검출을 PWM(pulse width modulation) 형태로 수행하고 그로부터 듀티를 검출하여 주어진 속도 지시(명령)으로서의 듀티와 비교하여 오차를 구함으로써, 종래의 RPM 형태의 속도 검출 방식에서의 속도검출 연산에 따른 시간 지연 및 그에 따른 검출 속도에 있어서의 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 모터 속도 제어장치의 일 예에 대한 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 모터 속도 제어장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 모터 속도 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 모터 속도 제어장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 모터 속도 제어장치는 PWM 변환부(210), 듀티 검출부(220), 오차 연산부(230) 및 속도 제어부(240)를 포함하여 구성된다.
상기 PWM 변환부(210)는 모터(250)로부터의 홀센서 신호(또는 역기전력의 파형)를 검출하여 그에 상응하는 펄스 폭 변환된 신호를 출력한다. 여기서, 이와 같이 PWM 변환부(210)가 모터(250)로부터의 홀센서 신호를 검출하기 위해, 모터(250)에는 홀센서(미도시)가 사전에 설치된다. 그리고, 모터(250)에 이미 홀센서가 내장되어 있는 경우에는 그 홀센서로부터 출력되는 신호를 PWM 변환부(210)에 의해 수신할 수 있도록 간단히 회로를 설비하면 된다.
또한, 이상과 같은 PWM 변환부(210)는 홀센서 신호(또는 역기전력의 파형)를 검출하여 그에 상응하는 펄스 폭 변환된 신호를 출력함에 있어서, 펄스 폭 변환된 하이(high) 또는 로우(low) 신호를 출력한다.
또한, 상기 PWM 변환부(210)는 홀센서 신호의 라이징(rising) 또는 폴링 (falling) 에지(edge)를 검출한다.
또한, 상기 PWM 변환부(210)는 상기 홀센서 신호의 라이징 또는 폴링 에지가 검출된 순간부터 미리 설정된 일정 시간 동안 하이 또는 로우 신호를 출력한다.
즉, 상기 PWM 변환부(210)는 홀 센서 신호를 사용하는 경우, 홀 센서 신호의 라이징 에지(rising edge) 또는 폴링 에지(falling edge)를 검출하고, 검출된 순간부터 특정 시간 동안 하이(high) 신호를 출력하고, 로우(low) 신호를 출력한다. 그런 후, 다음 에지에서 다시 특정 시간 동안 하이(high) 신호를 출력하고, 로우 (low) 신호를 출력한다. 이와 같이 변환된 PWM 변환부(210)의 듀티(duty)값을 검출하면 속도에 대응하는 듀티(duty)값이 된다.
한편, 상기 듀티 검출부(220)는 상기 PWM 변환부(210)에 의해 출력되는 펄스 폭 변환된 신호, 즉 펄스 폭 변환된 하이(high) 또는 로우(low) 신호의 듀티값을 검출한다. 예를 들면, 펄스 폭 변환된 신호의 1주기를 50㎲라 하고, 이 중에 하이 (high) 또는 로우(low)인 시간이 25㎲라 하면, 이때의 펄스 폭 변환된 하이(high) 또는 로우(low) 신호의 듀티값은 (25㎲/50㎲)×100% = 50%가 되며, 이와 같은 방식으로 듀티 검출부(220)는 상기 PWM 변환부(210)에 의해 출력되는 펄스 폭 변환된 신호(즉, 펄스 폭 변환된 하이(high) 또는 로우(low) 신호)의 듀티값을 검출(연산)한다.
상기 오차 연산부(230)는 외부로부터 입력되는 PWM 듀티와 상기 듀티 검출부(220)에 의해 검출된 듀티를 비교하여, 그 두 듀티 간의 오차를 구한다.
그리고, 상기 속도 제어부(240)는 상기 오차 연산부(230)에 의해 구해진 오차(듀티 오차)를 바탕으로 모터(250)의 속도를 제어한다. 예를 들면, 속도 제어부(240)는 상기 오차 연산부(230)에 의해 구해진 오차(듀티 오차)를 바탕으로 상기 모터(250)에 새로운 속도 지시값을 인가한다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 모터 속도 제어장치에 의한 모터 속도 제어방법에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 모터 속도 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 모터 속도 제어방법은, 전술한 바와 같은 PWM 변환부(210), 듀티 검출부(220), 오차 연산부(230) 및 속도 제어부(240)를 포함하는 모터 속도 제어 장치에 의한 모터 속도 제어방법으로서, 먼저 상기 PWM 변환부(210)에 의해 제어 대상의 모터(250)로부터의 홀센서 신호(또는 역기전력의 파형)를 검출하여 그에 상응하는 펄스 폭 변환된 신호를 출력한다(단계 S301). 여기서, 상기 PWM 변환부(210)에 의해 펄스 폭 변환된 하이(high) 또는 로우(low) 신호를 출력한다.
또한, 상기 단계 S301에서 상기 PWM 변환부(210)에 의해 홀센서 신호의 라이징(rising) 또는 폴링(falling) 에지(edge)를 검출한다.
또한, 이때 상기 PWM 변환부(210)에 의해 상기 홀센서 신호의 라이징 또는 폴링 에지가 검출된 순간부터 미리 설정된 일정 시간 동안 하이 또는 로우 신호를 출력한다.
이상에 의해 상기 PWM 변환부(210)에 의해 펄스 폭 변환된 신호가 출력되면, 상기 듀티 검출부(220)에 의해 상기 PWM 변환부(210)에 의해 출력되는 펄스 폭 변환된 신호의 듀티값을 검출한다(단계 S302). 여기서, 듀티 값을 검출하는 것과 관련해서는 위에서 설명했으므로, 여기서는 생략하기로 한다.
듀티 검출부(220)에 의해 펄스 폭 변환된 신호의 듀티값이 검출되면, 상기 오차 연산부(230)에 의해, 외부로부터 입력되는 PWM 듀티와 상기 듀티 검출부(220)에 의해 검출된 듀티를 비교하여 그 두 듀티 간의 오차를 구한다(단계 S303).
그런 후, 상기 속도 제어부(240)에 의해 상기 오차 연산부(230)에 의해 구해진 오차(듀티 오차)를 바탕으로 상기 모터(250)의 속도를 제어한다(단계 S304). 즉, 상기 속도 제어부(240)에 의해 상기 오차 연산부(230)에 의해 구해진 오차를 바탕으로 상기 모터(250)에 새로운 속도 지시값을 인가한다. 이에 따라 모터(250)는 인가된 새로운 속도 지시값에 따라 회전 속도가 제어된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 모터 속도 제어 장치 및 방법은 모터의 속도 검출을 PWM(pulse width modulation) 형태로 수행하고 그로부터 듀티를 검출하여 주어진 속도 지시(명령)으로서의 듀티와 비교하여 오차를 구함으로써, 종래의 RPM 형태의 속도 검출 방식에서의 속도검출 연산에 따른 시간 지연 및 그에 따른 검출 속도에 있어서의 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110...속도 변환부 120...속도 검출부
130,230...오차 연산부 140,240...속도 제어부
150,250...모터 210...PWM 변환부
220...듀티 검출부

Claims (10)

  1. 모터로부터의 홀센서 신호를 검출하여 그에 상응하는 펄스 폭 변환된 신호를 출력하는 PWM 변환부;
    상기 PWM 변환부에 의해 출력되는 펄스 폭 변환된 신호의 듀티값을 검출하는 듀티 검출부;
    외부로부터 입력되는 PWM 듀티와 상기 듀티 검출부에 의해 검출된 듀티를 비교하여 오차를 구하는 오차 연산부; 및
    상기 오차 연산부에 의해 구해진 오차를 바탕으로 모터의 속도를 제어하는 속도 제어부를 포함하는 모터 속도 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 변환부는 펄스 폭 변환된 하이(high) 또는 로우(low) 신호를 출력하는 모터 속도 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 변환부는 홀센서 신호의 라이징(rising) 또는 폴링(falling) 에지 (edge)를 검출하는 모터 속도 제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 PWM 변환부는 상기 홀센서 신호의 라이징 또는 폴링 에지가 검출된 순간부터 미리 설정된 일정 시간 동안 하이 또는 로우 신호를 출력하는 모터 속도 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 속도 제어부는 상기 오차 연산부에 의해 구해진 오차를 바탕으로 상기 모터에 새로운 속도 지시값을 인가하는 모터 속도 제어장치.
  6. PWM 변환부, 듀티 검출부, 오차 연산부 및 속도 제어부를 포함하는 모터 속도 제어 장치에 의한 모터 속도 제어방법으로서,
    a) 상기 PWM 변환부에 의해 제어 대상의 모터로부터의 홀센서 신호를 검출하여 그에 상응하는 펄스 폭 변환된 신호를 출력하는 단계;
    b) 상기 듀티 검출부에 의해 상기 PWM 변환부에 의해 출력되는 펄스 폭 변환된 신호의 듀티값을 검출하는 단계;
    c) 상기 오차 연산부에 의해, 외부로부터 입력되는 PWM 듀티와 상기 듀티 검출부에 의해 검출된 듀티를 비교하여 오차를 구하는 단계; 및
    d) 상기 속도 제어부에 의해 상기 오차 연산부에 의해 구해진 오차를 바탕으로 상기 모터의 속도를 제어하는 단계를 포함하는 모터 속도 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계 a)에서 상기 PWM 변환부에 의해 펄스 폭 변환된 하이(high) 또는 로우(low) 신호를 출력하는 모터 속도 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 단계 a)에서 상기 PWM 변환부에 의해 홀센서 신호의 라이징(rising) 또는 폴링(falling) 에지(edge)를 검출하는 모터 속도 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 PWM 변환부에 의해 상기 홀센서 신호의 라이징 또는 폴링 에지가 검출된 순간부터 미리 설정된 일정 시간 동안 하이 또는 로우 신호를 출력하는 모터 속도 제어방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 단계 d)에서 상기 속도 제어부에 의해 상기 오차 연산부에 의해 구해진 오차를 바탕으로 상기 모터에 새로운 속도 지시값을 인가하는 모터 속도 제어방법.
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