KR101562059B1 - 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법 및 장치 - Google Patents

서보 시스템의 특성을 분석하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

서보 시스템의 특성을 분석하는 방법 및 장치가 게시되어 있다. 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법은 명령 입력부에서 명령 신호를 서보 모터 및 출력 분석부로 전송하는 단계, 명령 신호에 의해 구동된 서보 모터의 상태 정보를 출력 분석부로 전송하는 단계, 출력 분석부가 명령 신호 및 상태 정보를 기반으로 서보 시스템의 출력 분석 정보를 생성하고 출력 분석 정보를 출력 측정부로 전송하는 단계와 출력 측정부가 출력 분석 정보를 기반으로 서보 시스템의 특성을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

서보 시스템의 특성을 분석하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ANALYZING FEATURE OF SERVO SYSTEM}
본 발명은 서보 시스템에 관한 것으로써 보다 상세하게는 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
서보 시스템(servo system)은 제어 대상의 출력 신호를 목표 신호에 추종시키는 제어 시스템이다. 서보 시스템에서는 시간이 지남에 따라 출력 신호와 목표 신호 간의 차이가 충분히 작아지며 출력 신호와 목표 신호가 일치하는 상태에 도달할 수 있다. 서보 시스템의 서보(servo)는 serv(하인)이라는 뜻으로부터 시작되었고, 지령(command)에 따른 동작을 충실히 수행하는 시스템을 통칭할 수 있다. 즉, 서보 시스템은 상위로부터 지령을 받아서 동작하고, 받은 지령을 충실하게 수행하기 위한 자체적인 피드백 제어 시스템을 가질 수 있다.
서보 시스템은 동력원인 모터뿐만 아니라, 커플링, 볼나사, LM 가이드, 서포트 베어링 및 각종 센서로 구현될 수 있다. 서보 시스템의 설계시 운전 거리(stroke), 운전 속도, 운전 시간 등의 운전 조건과 부하 하중, 시스템 강성(stiffness), 가감속 특성, 위치 정밀도, 손실 동력, 마찰, 진동, 소음 및 수명 등을 고려하여야 한다.
일반적으로 서보 시스템은 서보 모터를 시스템에 의해 요구된 특정 위치로 이동시키거나, 특정한 수치(속도, 토크 등)만큼 가동시키기 위해 피드백 정보를 수신할 수 있다. 즉, 서보 시스템은 서보 모터의 회전 속도와 회전 위치를 제어하기 위해서 회전자의 회전 속도와 회전 위치에 대한 정보를 피드백 정보로써 수신할 수 있다. 서보 시스템에서 회전자의 회전 속도와 회전 위치에 대한 정보를 검출하기 위한 센서는 크게 분류하면 전자식과 광학식으로 분류될 수 있다. 전자식으로는 레졸버가 있으며, 광학식으로는 회전식의 로터리 엔코더(Rotary Encoder)를 일반적으로 사용할 수 있다.
서보 시스템은 이러한 센서에 의해 센싱된 결과를 피드백받고 모터를 시스템에 의해 요구된 특정 위치로 이동시키거나 특정한 수치(속도, 토크 등)만큼 가동시킬 수 있다.
한국공개특허 제10-2001-0081273 [명칭: 서보시스템의 관성추정방법 및 관성추정장치]
본 발명의 제1 목적은 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 서보 시스템의 특성을 분석하는 장치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법은 명령 입력부에서 명령 신호를 서보 모터 및 출력 분석부로 전송하는 단계, 상기 명령 신호에 의해 구동된 상기 서보 모터의 상태 정보를 상기 출력 분석부로 전송하는 단계, 상기 출력 분석부가 상기 명령 신호 및 상기 상태 정보를 기반으로 상기 서보 시스템의 출력 분석 정보를 생성하고 상기 출력 분석 정보를 출력 측정부로 전송하는 단계와 상기 출력 측정부가 상기 출력 분석 정보를 기반으로 상기 서보 시스템의 특성을 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 명령 입력부는 함수 발생기 및 ADC(analog digital converter)를 포함하고, 상기 명령 신호는 상기 ADC를 기반으로 상기 함수 발생기에서 발생한 아날로그 신호를 변환한 디지털 신호일 수 있다. 상기 ADC는 상기 아날로그 신호를 수신하고, 계측용 증폭기를 사용하여 상기 아날로그 신호의 노이즈를 제거하고, 2차 셀렌-키 로우 패스 필터를 사용하여 상기 노이즈가 제거된 아날로그 신호에서 기준 주파수 이상의 신호를 제거하여 상기 디지털 신호를 생성할 수 있다. 상기 2차 셀렌-키 로우 패스 필터는 동일 콤퍼넌트 수동 소자로 구현되고 상기 2차 셀렌-키 로우 패스 필터의 차단 주파수는 300Hz이고, 상기 ADC는 6개의 입력 채널을 가지고 16비트의 분해능을 가질 수 있다. 상기 명령 신호는 위치 제어 정보, 속도 제어 정보 및 전류 제어 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 상태 정보는 상기 위치 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 위치 피드백 정보, 상기 속도 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 속도 피드백 정보, 상기 전류 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 전류 피드백 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 출력 분석 정보는 상기 명령 신호에 대비한 상기 상태 정보의 오차에 대한 정보를 포함할 수 있다. 상기 출력 측정부는 DAC(digital analog converter) 및 오실로스코프를 포함하고, 상기 DAC는 상기 출력 분석 정보를 아날로그 신호로 전환하고, 상기 오실로스코프는 상기 아날로그 신호로 변환된 상기 출력 분석 정보를 수신할 수 있다.
상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 서보 시스템의 특성 분석 장치는 명령 신호를 서보 모터 및 출력 분석부로 전송하도록 구현되는 명령 입력부, 상기 명령 신호에 의해 구동되는 상기 서보 모터의 상태 정보를 센싱하여 상기 출력 분석부로 전송하는 서보 모터 센싱부, 상기 명령 신호 및 상기 상태 정보를 기반으로 상기 서보 시스템의 출력 분석 정보를 생성하고 상기 출력 분석 정보를 출력 측정부로 전송하는 출력 분석부와 상기 출력 분석 정보를 기반으로 상기 서보 시스템의 특성을 분석하는 상기 출력 측정부를 포함할 수 있다. 상기 명령 입력부는 함수 발생기 및 ADC(analog digital converter)를 포함하고, 상기 명령 신호는 상기 ADC를 기반으로 상기 함수 발생기에서 발생한 아날로그 신호를 변환한 디지털 신호일 수 있다. 상기 ADC는 상기 아날로그 신호를 수신하고, 계측용 증폭기를 사용하여 상기 아날로그 신호의 노이즈를 제거하고, 2차 셀렌-키 로우 패스 필터를 사용하여 상기 노이즈가 제거된 아날로그 신호에서 기준 주파수 이상의 신호를 제거하여 상기 디지털 신호를 생성할 수 있다. 상기 2차 셀렌-키 로우 패스 필터는 동일 콤퍼넌트 수동 소자로 구현되고 상기 2차 셀렌-키 로우 패스 필터의 차단 주파수는 300Hz이고, 상기 ADC는 6개의 입력 채널을 가지고 16비트의 분해능을 가질 수 있다. 상기 명령 신호는 위치 제어 정보, 속도 제어 정보 및 전류 제어 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 상태 정보는 상기 위치 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 위치 피드백 정보, 상기 속도 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 속도 피드백 정보, 상기 전류 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 전류 피드백 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 출력 분석 정보는 상기 명령 신호에 대비한 상기 상태 정보의 오차에 대한 정보를 포함할 수 있다. 상기 출력 측정부는 DAC(digital analog converter) 및 오실로스코프를 포함하고, 상기 DAC는 상기 출력 분석 정보를 아날로그 신호로 전환하고, 상기 오실로스코프는 상기 아날로그 신호로 변환된 상기 출력 분석 정보를 수신할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법 및 장치를 사용하는 경우, 서보 시스템 자체의 정밀 센서와 특성 분석 알고리즘을 접목하여 범용 계측기(함수 발생기(Function Generator), 오실로스코프(Oscilloscope))를 활용하여 서보 시스템의 주파수 특성 분석, 응답성, 정상 상태 오차 등을 측정하고 분석할 수 있다. 따라서, 서보 시스템의 특성을 분석을 수행함에 있어 저비용, 고효율화를 달성할 수 있다.
도 1은 서보 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 명령 입력부의 로우 패스 필터를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로우 패스 필터를 검증한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 ADC와 DSP 간의 통신 인터페이스를 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고정밀 ADC 회로를 구체적으로 나타낸 개념도이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 측정 출력부를 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고정밀 DAC 회로를 구체적으로 나타낸 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 출력 분석부를 나타낸 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
서보 시스템은 상위 계층에 의해 결정된 서보 모터의 위치, 속도, 토크 등을 정밀 제어하기 위해 구현되는 시스템이다. 서보 시스템은 전자 회로, 기계 구조, 기계적인 변위 센서, 제어 알고리즘으로 구성될 수 있다. 서보 시스템은 상위 계층으로부터 명령(또는 지령)을 수신하여 동작하고, 수신된 명령에 따라 서보 모터의 동작이 수행되는지 여부를 판단하기 위한 자체적인 피드백 제어 시스템을 가질 수 있다. 상위 계층에서 전달되는 명령은 도달하기를 원하는 서보 모터의 상태 정보를 포함할 수 있다.
프린터, DVD(digital versatile disc) 장치, 공작 기계, CCTV(closed circuit television) 카메라, 캠코더 등과 같이 명령에 따라 정확한 위치와 속도를 추종해야 하는 장치는 이러한 서보 시스템을 기반으로 제어될 수 있다.
서보 시스템에 적용되는 서보 모터는 DC(direct current) 서보 모터, AC(alternative current) 서보 모터(또는 Blushless DC 서보 모터)로 크게 분류될 수 있다. 서보 모터의 상태는 폐루프 제어를 위한 엔코더, 레졸버, 타코 제너레이터 등과 같은 피드백을 위한 장치를 기반으로 제어될 수 있다.
기존의 서보 시스템의 특성 분석을 위해 고가의 DSA(Dynamics Signal Analyzer)가 사용되었다. DSA는 서보 시스템의 주파수 특성 분석하기 위한 장비이다. 또한, 서보 모터의 위치/속도/토크를 센싱하기 위해 별도의 고가의 계측 장비를 사용해야 한다. 즉, 서보 시스템의 특성에 대한 분석을 하기 위한 장치가 서보 시스템을 구현하기 위한 비용 중 큰 부분을 차지한다.
본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법에서는 범용 계측기가 서보 시스템의 특성을 분석하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템 특성을 분석하는 방법에서는 서보 시스템 자체의 정밀 센서와 특성 분석 알고리즘을 접목하여 범용 계측기(Function Generator, Oscilloscope)가 서보 시스템의 주파수 특성 분석, 응답성, 정상 상태 오차 등을 측정하고 분석하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 서보 시스템의 특성을 분석을 수행함에 있어 저비용, 고효율화를 달성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법에 대해 구체적으로 게시한다.
도 1은 서보 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 1에서는 기존의 서보 시스템이 서보 모터의 위치, 속도, 전류 등과 같은 서보 모터의 상태를 제어하는 방법에 대해 게시한다.
도 1을 참조하면, 서보 모터에서 측정된 전류 정보는 전류 제어기(100), 서보 모터에서 측정된 속도 정보는 속도 제어기(110), 서보 모터에서 측정된 위치 정보는 위치 제어기(120)로 피드백될 수 있다.
피드백된 전류 정보(105), 피드백된 속도 정보(115), 피드백된 위치 정보(125)는 각각의 제어기(100, 110, 120)를 통해 분석될 수 있다. 서보 시스템에서 피드백된 데이터(105, 115, 125)를 분석하기 위해 다양한 장비가 사용될 수 있다. 서보 시스템은 피드백 데이터(105, 115, 125)를 측정 및 분석하기 위해서 3차원 측정 장비, 레졸바, 전자식 인코더(Electric Encoder), 오실로스코프, 디지털 멀티미터, DSA((Dynamics Signal Analyzer) 등을 사용할 수 있다.
또한, 서보 시스템은 고속의 DSP(Digital Signal Processor)를 활용하여 다양한 알고리즘을 수행할 수 있다. 또한, 서보 시스템은 정밀한 측정 및 제어를 위한 고분해능의 ADC(Analog to Digital Converter)와 DAC(Digital to Analog Converter)를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템의 분석 방법은 서보 시스템에 포함되는 고속의 DSP, ADC 및 DAC와 범용 FG, 오실로스코프를 기반으로 서보 시스템의 특성 및 성능을 효과적으로 분석할 수 있다.
구체적으로 서보 시스템의 특성을 분석하기 위해 범용 신호 발생 기기인 FG(Funtion Generator)에 의해 생성된 명령이 서보 시스템으로 입력될 수 있다. 또한, 범용 계측기인 오실로스코프가 FG에 의해 입력된 명령에 따른 결과 정보를 출력할 수 있다. 출력된 결과 정보는 서보 시스템의 특성을 분석하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 고가의 분석 장비 대신에 범용 장비(FG, 오실로스코프 등)을 사용하여 서보 시스템의 주파수 특성 분석, 응답성, 정상 상태 오차 등을 측정 및 분석함으로써 서보 시스템의 특성의 분석이 저비용, 고효율화될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템의 분석 방법에 대해 게시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 2에서는 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법에 대해 간략하게 게시한다.
도 2를 참조하면, 명령 발생기(210)는 서보 모터(240)의 상태(위치, 속도, 토크 등)을 제어하기 위한 명령 정보(또는 지령)를 발생시킬 수 있다. 명령 발생기(210)는 FG일 수 있다. 명령 발생기(210)에 의해 발생된 명령 신호(또는 명령 정보)는 본 발명의 실시예에 따른 ADC(220)로 전달될 수 있다. 명령 정보는 아날로그 신호로써 ADC(220)를 기반으로 디지털 신호로 전환될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 명령 발생기(210)와 ADC(220)를 포함하는 개념으로 명령 입력부라는 용어를 사용할 수도 있다.
명령 입력부에 의해 입력된 명령은 DSP(230) 및 증폭기(235)를 통해 서보 모터(240)로 전달될 수 있다. 서보 모터(240)의 상태는 명령에 기반하여 변경될 수 있다. 명령에 의해 변경된 서보 모터(240)의 상태는 DSP(230)로 피드백될 수 있다. 서보 모터(240)의 상태는 서보 모터(240)의 위치, 속도, 토크, 전류 등 서보 모터(240)의 다양한 현 상태 정보를 포함할 수 있다.
DSP(230)는 피드백된 서보 모터(240)의 상태 정보에 기반하여 출력 분석 정보를 결정할 수 있다. 출력 분석 정보는 피드백된 위치 정보, 속도 정보 및 전류 정보 및 입력 명령 정보를 비교 및 분석한 정보를 포함할 수 있다. DSP(230)는 출력 분석부라는 용어로 표현될 수도 있다.
DSP(230)에 의해 분석된 디지털 정보는 DAC(250)를 통해 아날로그 신호로 변경되어 오실로스코프(260)로 전달되어 서보 시스템의 특성을 분석하기 위해 사용될 수 있다. 오실로스코프(260)는 DAC(250)로부터 출력된 측정값을 입력받아 분석하는 역할을 한다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 서보 시스템의 각 구성부에 대해 구체적으로 게시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면, 서보 시스템은 명령 입력부(310), 출력 분석부(320), 측정값 출력부(330)를 포함할 수 있다.
명령 입력부(310)는 서보 시스템으로 명령을 입력하기 위해 구현될 수 있다. 명령 입력부(310)는 서보 시스템에서 FG와 ADC를 기반으로 구현될 수 있다. 구체적으로 명령 입력부(310)는 범용 계측기인 FG(Function Generator)에 의해 발생된 명령 신호를 ADC를 사용하여 디지털 신호로 전환하여 서보 시스템으로 입력할 수 있다.
명령 입력부(310)에서 서보 시스템으로 명령 신호를 입력하기 위한 동작은 구체적으로 아래와 같을 수 있다. 우선, FG를 통해 입력되는 아날로그 명령 신호의 노이즈가 계측용 증폭기(instrumentation amplifier, INA118U)(313)를 기반으로 제거될 수 있다. 계측용 증폭기의 동 신호 제거 비율(common node rejection ratio, CMRR)은 110dB이고, 증폭 게인(gain)은 1의 값을 가질 수 있다.
노이즈 제거 상태의 아날로그 신호는 LPF(low pass filter)(316)를 통과하여 일정 주파수 대역 이상의 신호를 필터링할 수 있다. 구체적으로 2차 셀렌-키 로우 패스 필터(Second Order Sallen-key Low Pass Filter)는 계측용 증폭기에 의해 노이즈를 제거한 아날로그 신호에서 기준 주파수 이상의 신호를 제거할 수 있다.
로우 패스 필터(316)를 통해 필터링된 신호는 ADC(319)로 전달되어 디지털 신호로 변환되어 출력 분석부(320)로 입력될 수 있다. 또한, 로우 패스 필터(316)를 통해 필터링된 명령 신호는 서보 모터의 구동을 제어하기 위해 전달될 수 있다.
출력 분석부(320)는 명령 입력부(310)에 의해 입력된 명령 신호 및 명령 신호에 따른 서보 모터 구동에 대한 피드백 정보를 수신하고 출력 분석 정보를 생성할 수 있다. 서보 모터에서 센싱된 위치 정보, 속도 정보 및 전류 정보 등과 같은 상태 정보는 피드백 정보로써 위치 제어기(322), 속도 제어기(324), 전류 제어기(326) 각각으로 전달될 수 있다. 출력 분석부(320)의 측정 출력 분석부(328)는 입력된 명령과 피드백된 서보 모터의 상태 정보를 기반으로 입력된 명령과 대비한 서보 모터의 상태 정보(위치 정보/속도 정보/토크 정보)를 분석할 수 있다. 출력 분석부(320)에 의해 분석된 정보를 출력 분석 정보라고 할 수 있다.
측정값 출력부(330)는 출력 분석 정보를 출력하기 위해 구현될 수 있다. 출력 분석부(320)는 출력 분석 정보를 생성할 수 있고, 출력 분석 정보는 디지털 데이터일 수 있다. 디지털 데이터인 출력 분석 정보는 DAC를 통해 아날로그 신호로 변화되고, 범용 계측기인 오실로스코프로 통해 측정될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 명령 입력부(310), 출력 분석부(320), 측정값 출력부(330)에 대해 구체적으로 게시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 명령 입력부의 로우 패스 필터를 나타낸 개념도이다.
도 4에서는 계측용 증폭기를 통과한 노이즈 제거 상태의 아날로그 신호에서 기준 주파수 이상의 신호를 제거하기 위한 로우 패스 필터에 대해 게시한다.
본 발명의 실시예에 따른 로우 패스 필터에서 각 수동 소자는 동일 콤퍼넌트(equal component)로 구현되고, 차단 주파수(cut off frequency)는 300Hz일 수 있다.
아래의 수학식은 본 발명의 실시예에 따른 로우 패스 필터의 특성을 나타내는 수식이다. 아래의 수학식에서 차단 주파수가 300Hz인 것을 확인할 수 있다.
<수학식>
Av = R2/R1 + 1 = 1
Q = 1/(3 - Av) = 0.5
Fp = 1/(2∏RC) = 468.102
Fc = Fp * Kc(0.6436) = 301.271Hz
도 4를 참조하면, 계측용 증폭기(410)를 통과한 노이즈 제거 상태의 명령 신호는 2차 셀렌-키 로우 패스 필터(420)를 통과할 수 있다. 2차 셀렌-키 로우 패스 필터(420)를 통과한 명령 신호는 ADC 입력부(430)로 입력될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로우 패스 필터를 검증한 그래프이다.
도 5에서는 본 발명의 실시예에 다른 로우 패스 필터의 검증을 위해 DSA(Dynamic Signal Analyzer)를 사용하여 아날로그 입력 대비[1V peak to peak / 10Hz~1KHz] 출력 신호를 측정하였다. 3dB의 차이가 발생하는 지점을 측정하면, 컷 오프 주파수가 283.427Hz임을 확인할 수 있다.
계측용 증폭기 및 로우 패스 필터를 통해 노이즈가 제거되고 필터링된 명령 신호(이하, 전처리 명령 신호)는 아날로그 신호일 수 있다. 전처리 명령 신호는 ADC를 사용하여 디지털 신호로 전환될 수 있다. 디지털 신호로 전환된 전처리 명령 신호는 병렬(parallel) 통신을 사용하여 출력 분석부의 역할을 수행하는 DSP로 전달될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 ADC와 DSP 간의 통신 인터페이스를 나타낸 개념도이다.
도 6을 참조하면, ADC(610)를 통해 디지털 신호로 전환된 전처리 명령 신호는 병렬 통신을 기반으로 외부 인터페이스(External Interface)를 통해 DSP(620)로 전달될 수 있다. DSP(620)는 병렬 통신을 기반으로 외부 인터페이스를 통해 전송되는 데이터를 입력받을 수 있다. 병렬 데이터의 읽기/쓰기 주기는 150nsec±25nsec일 수 있다.
ADC(610)는 6채널(613)의 ±10V 입력이 가능한 IC(integrated circuit)로 구현될 수 있다. ADC(610)는 지령 입력부(630)에 의해 입력된 아날로그 기반의 입력 명령 신호를 전달받을 수 있다. ADC(610)의 분해능은 16비트(616)이며 ADC(610)의 최대 샘플링 주파수는 250kHz일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템은 2KHz 주기의 샘플링 결과를 병렬 통신을 사용하여 DSP(620)로 전달할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고정밀 ADC 회로를 구체적으로 나타낸 개념도이다.
도 7을 참조하면, ADC 회로는 6개의 채널(710) 및 출력부(720)가 구현되어 있다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 측정 출력부를 나타낸 개념도이다.
DSP(800)를 기반으로 구현된 출력 분석부는 측정 출력 계산 결과를 산출할 수 있다. 출력 분석부에서 생성된 출력 분석 정보는 외부 인터페이스를 통하여 DAC(820)로 전달될 수 있다.
출력 분석 정보는 병렬 통신을 사용하여 DAC(820)로 전달될 수 있다. 병렬 통신은 ADC와 같은 방식으로 수행될 수 있으며 어드레스 디코더(address decoder)를 통하여 ADC, DAC에서 Data의 읽기/쓰기를 구분할 수 있다.
도 8에서는 출력 분석부를 구현하는 DSP(800)와 측정 출력부를 구현하는 DAC(820) 간 통신 인터페이스를 나타낸다.
DAC(820)는 4채널의 ±10V 차동 출력이 가능한 IC일 수 있다. 출력 결과 데이터의 동시간성을 위해 DAC(820)의 분해능은 16비트이며 최대 출력 설정 시간은 16usec일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 서보 시스템은 2KHz 주기로 출력 결과를 갱신할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 측정 출력 계산부를 통하여 전달된 출력 분석 정보는 DAC(820)로 구현된 측정 출력부를 통해 스케일이 적용된 아날로그 전압값으로 출력될 수 있다. 따라서, 오실로스코프와 같은 범용 측정 장치는 이러한 아날로그 전압값을 기반으로 서보 시스템의 특성 정보를 분석할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고정밀 DAC 회로를 구체적으로 나타낸 개념도이다.
도 9를 참조하면, DAC 회로는 DSP로부터 정보가 입력되는 부분(920)과 아날로그로 전화된 신호를 출력하는 4개의 채널(940)을 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 출력 분석부를 나타낸 개념도이다.
도 10을 참조하면, 명령 입력부(1050, 1060)에 의해 입력된 명령에 따라 서보 모터(1080)가 구동될 수 있다. 위치 제어기(1010), 속도 제어기(1020), 전류 제어기(1030)는 입력 정보를 수신하고 서보 모터(1080)의 구동을 제어할 수도 있다.
서보 모터(1080)에 구현된 센서는 서보 모터(1080)의 상태 정보(위치 정보, 속도 정보 및 전류 정보)를 센싱할 수 있다. 센싱된 결과는 출력 분석부의 위치 제어기(1010), 속도 제어기(1020), 전류 제어기(1030)로 피드백될 수 있다.
위치 제어기(1010), 속도 제어기(1020), 전류 제어기(1030)로 전송된 정보는 측정 출력 계산부(1040)로 전달될 수 있다. 측정 출력 계산부(1040)는 피드백된 위치 정보, 속도 정보 및 전류 정보 및 입력 명령 정보를 비교 및 분석할 수 있다.
즉, 측정 출력 계산부(1040)는 입력 명령을 기준으로 구동되는 서보 모터(1080)의 위치 정보, 속도 정보, 전류 정보 등을 분석하여 서보 시스템의 특정 정보를 결정할 수 있다.
이렇게 분석된 서보 시스템의 특성 정보를 기반으로 명령 입력부(1050, 1060)에서 서보 모터(1080)의 제어를 위한 입력 명령을 결정할 수 있다.
위와 같은 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법 및 장치를 사용하는 경우, 서보 시스템 자체의 정밀 센서와 특성 분석 알고리즘을 접목하여 범용 계측기(함수 발생기(Function Generator), 오실로스코프(Oscilloscope))를 활용하여 서보 시스템의 주파수 특성 분석, 응답성, 정상 상태 오차 등을 측정하고 분석할 수 있다. 따라서, 서보 시스템의 특성을 분석을 수행함에 있어 저비용, 고효율화를 달성할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 상기 개시된 실시예 들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법에 있어서,
    명령 입력부에서 명령 신호를 서보 모터 및 출력 분석부로 전송하는 단계;
    상기 명령 신호에 의해 구동되는 상기 서보 모터의 상태 정보를 상기 출력 분석부로 전송하는 단계;
    상기 출력 분석부가 상기 명령 신호 및 상기 상태 정보를 기반으로 상기 서보 시스템의 출력 분석 정보를 생성하고 상기 출력 분석 정보를 출력 측정부로 전송하는 단계; 및
    상기 출력 측정부가 상기 출력 분석 정보를 기반으로 상기 서보 시스템의 특성을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 명령 입력부는 함수 발생기 및 ADC(analog digital converter)를 포함하고,
    상기 명령 신호는 상기 ADC를 기반으로 상기 함수 발생기에서 발생한 아날로그 신호를 변환한 디지털 신호인 것을 특징으로 하며,
    상기 ADC는 상기 아날로그 신호를 수신하고, 계측용 증폭기를 사용하여 상기 아날로그 신호의 노이즈를 제거하고, 2차 셀렌-키 로우 패스 필터를 사용하여 상기 노이즈가 제거된 아날로그 신호에서 기준 주파수 이상의 신호를 제거하여 상기 디지털 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 2차 셀렌-키 로우 패스 필터는 동일 콤퍼넌트 수동 소자로 구현되고
    상기 2차 셀렌-키 로우 패스 필터의 차단 주파수는 300Hz이고,
    상기 ADC는 6개의 입력 채널을 가지고 16비트의 분해능을 가지는 것을 특징으로 하는 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 명령 신호는 위치 제어 정보, 속도 제어 정보 및 전류 제어 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 상태 정보는 상기 위치 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 위치 피드백 정보, 상기 속도 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 속도 피드백 정보, 상기 전류 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 전류 피드백 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 출력 분석 정보는 상기 명령 신호에 대비한 상기 상태 정보의 오차에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 출력 측정부는 DAC(digital analog converter) 및 오실로스코프를 포함하고,
    상기 DAC는 상기 출력 분석 정보를 아날로그 신호로 전환하고,
    상기 오실로스코프는 상기 아날로그 신호로 변환된 상기 출력 분석 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 서보 시스템의 특성을 분석하는 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 서보 시스템의 특성 분석 장치에 있어서,
    명령 신호를 서보 모터 및 출력 분석부로 전송하도록 구현되는 명령 입력부;
    상기 명령 신호에 의해 구동되는 상기 서보 모터의 상태 정보를 센싱하여 상기 출력 분석부로 전송하는 서보 모터 센싱부;
    상기 명령 신호 및 상기 상태 정보를 기반으로 상기 서보 시스템의 출력 분석 정보를 생성하고 상기 출력 분석 정보를 출력 측정부로 전송하는 출력 분석부;
    상기 출력 분석 정보를 기반으로 상기 서보 시스템의 특성을 분석하는 상기 출력 측정부를 포함하고,
    상기 명령 입력부는 함수 발생기 및 ADC(analog digital converter)를 포함하고,
    상기 명령 신호는 상기 ADC를 기반으로 상기 함수 발생기에서 발생한 아날로그 신호를 변환한 디지털 신호인 것을 특징으로 하며,
    상기 ADC는 상기 아날로그 신호를 수신하고, 계측용 증폭기를 사용하여 상기 아날로그 신호의 노이즈를 제거하고, 2차 셀렌-키 로우 패스 필터를 사용하여 상기 노이즈가 제거된 아날로그 신호에서 기준 주파수 이상의 신호를 제거하여 상기 디지털 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 서보 시스템의 특성 분석 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 2차 셀렌-키 로우 패스 필터는 동일 콤퍼넌트 수동 소자로 구현되고
    상기 2차 셀렌-키 로우 패스 필터의 차단 주파수는 300Hz이고,
    상기 ADC는 6개의 입력 채널을 가지고 16비트의 분해능을 가지는 것을 특징으로 하는 서보 시스템의 특성 분석 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 명령 신호는 위치 제어 정보, 속도 제어 정보 및 전류 제어 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 상태 정보는 상기 위치 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 위치 피드백 정보, 상기 속도 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 속도 피드백 정보, 상기 전류 제어 정보에 따른 상기 서보 모터의 전류 피드백 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 출력 분석 정보는 상기 명령 신호에 대비한 상기 상태 정보의 오차에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 시스템의 특성 분석 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 출력 측정부는 DAC(digital analog converter) 및 오실로스코프를 포함하고,
    상기 DAC는 상기 출력 분석 정보를 아날로그 신호로 전환하고,
    상기 오실로스코프는 상기 아날로그 신호로 변환된 상기 출력 분석 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 서보 시스템의 특성 분석 장치.
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