KR101563270B1 - 제어 장치 및 제어 장치의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제어 장치 및 제어 장치의 구동 방법을 개시한다. 상기 제어 장치는, 목표 위치 값을 추종하도록 모터의 구동 신호를 출력하는 위치 제어 모듈과, 목표 속도 값을 추종하도록 모터의 구동 신호를 출력하는 속도 제어 모듈과, 목표 가속도 값을 추종하도록 모터의 구동 신호를 출력하는 가속도 제어 모듈과, 위치 제어 모듈과 속도 제어 모듈과 가속도 제어 모듈 중에서 어느 한 제어 모듈을 택일적으로 모터와 연결하기 위한 제1 스위치와, 제1 스위치와 연결된 제어 모듈은 모터의 동작 상태에 관한 측정치를 피드백 신호로 입력받고, 상기 제1 스위치와 연결되지 않은 제어 모듈은 모터의 구동 신호를 피드백 신호로 입력받도록, 제1, 제2 피드백 단자 사이에서 절환되는 제2 스위치를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태는, 위치 제어 모드, 속도 제어 모드 및 가속도 제어 모드를 지원하며, 모드 전환 시점에서 구동 신호의 불연속적인 변화를 방지할 수 있는 제어 장치 및 제어 장치의 구동 방법을 제공한다.

Description

제어 장치 및 제어 장치의 구동 방법{Control device and control method for the same}

본 발명은 제어 장치 및 제어 장치의 구동 방법에 관한 것이다.

로봇 및 산업 자동화에 사용되는 회전기기들을 구동하기 위해서는 모터 제어 모듈을 필요로 한다. 모터 제어 모듈은 모터 제어에 있어서, 위치 제어 모드, 속도 제어 모드, 토크 제어 모드(또는 가속도 제어 모드)의 제어방법을 선택할 수 있도록 제공한다.

종래에는 기술적 한계로 빠른 속도의 동작을 요구하지 않았으나, 근래 반도체 생산설비 등은 시간당 5만 개 이상의 처리 능력 보유를 요구하고 있다. 또한, 대상을 처리하는 과정에서 동작 구간별로 위치 제어 모드, 속도 제어 모드, 가속도 제어 모드 간의 전환 과정을 요구한다.

제어 모드 전환시 서로 다른 제어 알고리즘이 적용되는데, 전환되는 순간 모터 입력에 대하여 짧은 시간이지만 충격이 발생할 수 있다. 종래에는 이러한 충격을 감쇄시키기 위해, 저역 필터를 사용하거나 스위칭된 제어기가 안정화될 때까지 시간 지연을 두는 등의 방법을 사용하였다. 그러나, 산업용 고속 자동화 설비 등은 한 사이클의 작업을 80msec 이내에 처리해야 하고, 그 안에서 제어 모드를 바꿔가며 동작시켜야 하는데, 짧은 구간은 15msec 이내에 처리를 마쳐야 하는 등 종래의 기술로는 이를 만족시킬 수가 없다.

이러한 문제를 무리하게 해결하려고 하는 경우 모터의 제어 입력에 갑작스런 변화가 충격처럼 가해져서 모터와 제어기 회로소자의 수명이 짧아지거나 의도하지 않은 알람이 발생하는 등을 영향을 받을 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 위치 제어 모드, 속도 제어 모드 및 가속도 제어 모드를 지원하며, 모드 전환 시점에서 구동 신호의 불연속적인 변화를 방지할 수 있는 제어 장치 및 제어 장치의 구동 방법을 제공한다.

상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제어 장치는,

목표 위치 값을 추종하도록 모터의 구동 신호를 출력하는 위치 제어 모듈;

목표 속도 값을 추종하도록 모터의 구동 신호를 출력하는 속도 제어 모듈;

목표 가속도 값을 추종하도록 모터의 구동 신호를 출력하는 가속도 제어 모듈;

상기 위치 제어 모듈과, 속도 제어 모듈과 가속도 제어 모듈 중에서 어느 한 제어 모듈을 택일적으로 모터와 연결하기 위한 제1 스위치; 및

상기 제1 스위치와 연결된 제어 모듈은 모터의 동작 상태에 관한 측정치를 피드백 신호로 입력받고, 상기 제1 스위치와 연결되지 않은 제어 모듈은 모터의 구동 신호를 피드백 신호로 입력받도록, 제1, 제2 피드백 단자 사이에서 절환되는 제2 스위치를 포함한다.

예를 들어, 상기 각 제어 모듈은 모터의 구동 신호를 피드백 받기 위한 피드백 루프를 포함한다.

예를 들어, 상기 피드백 루프는 모터의 구동 신호를 각 제어 모듈의 목표 값인 위치, 속도, 가속도 중의 어느 하나의 차원으로 변환하기 위한 목표 값 보정 회로를 포함한다.

예를 들어, 상기 목표 값 보정 회로의 출력 신호는, 감산기 또는 가산기를 통하여 각 제어 모듈의 목표 값에 부가된다.

예를 들어, 상기 위치 제어 모드 하에서,

상기 위치 제어 모듈은 상기 제1 스위치를 통하여 상기 모터에 대해 제1 구동 신호를 출력하고,

상기 제1 구동 신호는 상기 속도 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈로 피드백되어 각각 제1 구동 신호를 추종하는 제2, 제3 구동 신호를 출력한다.

예를 들어, 상기 속도 제어 모드 하에서,

상기 속도 제어 모듈은 상기 제1 스위치를 통하여 상기 모터에 대해 제2 구동 신호를 출력하고,

상기 제2 구동 신호는 상기 위치 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈로 피드백되어 각각 제2 구동 신호를 추종하는 제1, 제3 구동 신호를 출력한다.

예를 들어, 상기 가속도 제어 모드 하에서,

상기 가속도 제어 모듈은 상기 제1 스위치를 통하여 상기 모터에 대해 제3 구동 신호를 출력하고,

상기 제3 구동 신호는 상기 위치 제어 모듈 및 속도 제어 모듈로 피드백되어 각각 제3 구동 신호를 추종하는 제1, 제2 구동 신호를 출력한다.

한편, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 제어 장치의 구동 방법은,

목표 위치 값을 추종하도록 모터의 제1 구동 신호를 출력하는 위치 제어 모듈과,

목표 속도 값을 추종하도록 모터의 제2 구동 신호를 출력하는 속도 제어 모듈과,

목표 가속도 값을 추종하도록 모터의 제3 구동 신호를 출력하는 가속도 제어 모듈을 포함하는 제어 장치의 구동 방법으로서,

위치 제어 모드 하에서는 상기 제1 구동 신호를 속도 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈로 각각 피드백하여, 상기 제1 구동 신호를 추종하는 제2, 제3 구동 신호를 출력하고,

속도 제어 모드 하에서는 상기 제2 구동 신호를 위치 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈로 각각 피드백하여, 상기 제2 구동 신호를 추종하는 제1, 제3 구동 신호를 출력하고,

가속도 제어 모드 하에서는 상기 제3 구동 신호를 위치 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈로 각각 피드백하여, 상기 제3 구동 신호를 추종하는 제1, 제2 구동 신호를 출력한다.

예를 들어, 상기 제1 구동 신호는 속도 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈의 목표 값 보정 회로를 통하여 속도 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈의 목표 값과 같은 차원으로 변환된 후에 피드백되고,

상기 제2 구동 신호는 위치 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈의 목표 값 보정 회로를 통하여 위치 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈의 목표 값과 같은 차원으로 변환된 후에 피드백되며,

상기 제3 구동 신호는 위치 제어 모듈 및 속도 제어 모듈의 목표 값 보정 회로를 통하여 위치 제어 모듈 및 속도 제어 모듈의 목표 값과 같은 차원으로 변환된 후에 피드백된다.

예를 들어, 상기 목표 값 보정 회로의 출력 신호는, 감산기 또는 가산기를 통하여 각 제어 모듈의 목표 값에 부가된다.

예를 들어, 상기 위치 제어 모드, 속도 제어 모드 및 가속도 제어 모드는 순환적으로 수행되어 1 사이클이 완성된다.

예를 들어, 위치 제어 모드 하에서 상기 위치 제어 모듈은 컨트롤러로부터 수신된 목표 값을 추종하도록 상기 제1 구동 신호를 출력하고,

속도 제어 모드 하에서 상기 속도 제어 모듈은 컨트롤러로부터 수신된 목표 값을 추종하도록 상기 제2 구동 신호를 출력하고,

가속도 제어 모드 하에서 상기 가속도 제어 모듈은 컨트롤러로부터 수신된 목표 값을 추종하도록 상기 제3 구동 신호를 출력한다.

본 발명에 의하면, 위치 제어 모듈, 속도 제어 모듈, 가속도 제어 모듈을 갖추고, 각 제어 모드에 따라 선택된 일 제어 모듈에 의해 모터의 구동 신호를 인가하되, 선택되지 않은 다른 제어 모듈들도 함께 가동하며 특히 선택된 제어 모듈의 구동 신호를 피드백하여 이를 추종하도록 하는 제어 알고리즘을 가동함으로써 제어 모드의 전환 시점에서 구동 신호의 불연속적인 변화를 방지할 수 있고, 이에 따라, 모터 및 모터와 동력 연결된 부하기계에 대한 전기적 기계적인 충격을 막을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 제어 장치의 일부를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 위치 제어 모듈의 일부 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 속도 제어 모듈의 일부 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 가속도 제어 모듈의 일부 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는, 각 제어 모드에서 제1, 제2 스위치의 연결 상태를 보여주는 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는, 모드 전환 시점에서 모터의 회전 검출기로부터 출력되는 위치출력의 변화 양상을 도시한 도면들이다.
도 7a 및 도 7b는, 모드 전환 시점에서 모터의 회전 검출기로부터 출력되는 속도출력의 변화 양상을 도시한 도면들이다.
도 8a 및 도 8b는, 모드 전환 시점에서 모터의 회전 검출기로부터 출력되는 가속도출력의 변화 양상을 도시한 도면들이다.
도 9a 및 도 9b는, 모드 전환 시점에서 모터에 입력되는 구동 신호의 변화 양상을 도시한 도면들이다.
도 10a 내지 도 12는, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 목표 값 보정 회로의 설계를 예시적으로 설명하기 위한 도면들이다.

이하, 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 제어 장치 및 제어 장치의 구동 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 제어 장치의 일부를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도면을 참조하면, 상기 제어 장치는 위치 제어 모듈(10)과, 속도 제어 모듈(20)과 가속도 제어 모듈(30)을 포함한다.

상기 위치 제어 모듈(10)은 로봇 등을 제어하기 위한 CNC(Computerized Numerical Control device, 컨트롤러, 미도시)로부터 전달되는 목표 위치 값(r1)을 추종하도록 모터(50)의 회전을 제어한다. 예를 들어, 상기 위치 제어 모듈(10)은 모터의 위치출력(y1)이 목표 위치 값(r1)을 추종하도록 모터(50)의 회전을 제어할 수 있다. 상기 위치 제어 모듈(10)은 위치 제어 모드 하에서 모터(50)의 회전을 제어할 수 있다.

상기 속도 제어 모듈(20)은 CNC(Computerized Numerical Control device, 컨트롤러, 미도시)로부터 전달되는 목표 속도 값(r2)을 추종하도록 모터(50)의 회전을 제어한다. 예를 들어, 상기 속도 제어 모듈(20)은 모터(50)의 속도출력(y2)이 목표 속도 값(r2)을 추종하도록 모터의 회전을 제어할 수 있다. 상기 속도 제어 모듈(20)은 속도 제어 모드 하에서 모터(50)의 회전을 제어할 수 있다.

상기 가속도 제어 모듈(30)은 CNC(Computerized Numerical Control device, 컨트롤러, 미도시)로부터 전달되는 목표 가속도 값(r3)을 추종하도록 모터(50)의 회전을 제어한다. 예를 들어, 상기 가속도 제어 모듈(30)은 모터(50)의 가속도출력(y3)이 목표 가속도 값(r3)을 추종하도록 모터(50)의 회전을 제어할 수 있다. 상기 가속도 제어 모듈(30)은 가속도 제어 모드 하에서 모터(50)의 회전을 제어할 수 있다.

예를 들어, 상기 제어 장치는, 위치 제어 모드와, 속도 제어 모드와, 가속도 제어 모드를 지원할 수 있고, 각각 정해진 구동 시간 동안에 위치 제어 모드, 속도 제어 모드, 그리고 가속도 제어 모드의 동작을 순환하는 하나의 사이클을 반복적으로 수행할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 위치 제어 모듈(10)의 일부 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다. 참고적으로, 도 2는 도 1에 도시된 위치 제어 모듈(10) 중 구동 제어 회로(14)의 구성을 보여준다.

상기 위치 제어 모듈(10)은 위치 제어 회로(11)와, 속도 제어 회로(12)와, 가속도 제어 회로(13)를 포함할 수 있다. 상기 위치 제어 회로(11)는, CNC(컨트롤러)로부터 출력된 목표 위치 신호(r1)와 회전 측정기(미도시)로부터 검출된 측정 위치 신호(r1`, 도 1의 위치출력 y1)와의 편차에 근거하여 목표 속도 신호(w1)를 출력할 수 있다. 상기 속도 제어 회로(12)는 위치 제어 회로(11)로부터 출력된 목표 속도 신호(w1)와 회전 측정기(미도시)로부터 검출된 측정 속도 신호(w1`, 도 1의 속도출력 y2)와의 편차에 근거하여 목표 가속도 신호(T1)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 이렇게 출력된 목표 가속도 신호(T1)와 회전 측정기(미도시)로부터 검출된 측정 가속도 신호(T1`, 도 1의 가속도출력 y3)와의 편차에 근거하여 구동 신호(u1)를 출력할 수 있다. 이때, 상기 구동 신호(u1)는 모터(50)에 입력되는 전류 값으로 변환되어 모터(50)로 입력될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 위치 제어 회로(11)는 CNC(컨트롤러, 미도시)로부터 출력된 목표 위치 신호(r1)와 회전 측정기(미도시)로부터 검출된 실제 위치 신호(r1`)로부터 목표 위치와 실제 위치 간의 편차에 해당되는 위치 편차 신호를 출력하는 감산기를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 위치 제어 회로(11)는 감산기로부터 출력된 위치 편차 신호를 비례 게인(K1p)에 따라 증폭하는 증폭기를 포함할 수 있다. 상기 비례 증폭기는 위치 편차 신호를 비례 증폭하여 목표 속도 신호(w1)를 출력할 수 있다.

상기 속도 제어 회로(12)는 위치 제어 회로(11)로부터 출력된 목표 속도 신호(w1)와 회전 측정기(미도시)로부터 검출된 실제 속도 신호(w1`)로부터 목표 속도(w1)와 실제 속도(w1`) 간의 편차에 해당되는 속도 편차 신호를 출력하는 감산기를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 속도 제어 회로(12)는 감산기로부터 출력된 속도 편차 신호를 비례 게인(K1v)에 따라 증폭하는 증폭기와, 속도 편차 신호를 비례 증폭(K1i)한 다음에 적분하는 적분기를 포함할 수 있다. 상기 속도 제어 회로(21)는 증폭기로부터의 출력 신호와 적분기로부터의 출력 신호를 가산하여 목표 가속도 신호(T1)를 출력하는 가산기를 포함할 수 있다.

상기 가속도 제어 회로(13)는 목표 가속도 신호(T1)와 회전 측정기(미도시)로부터 검출된 실제 가속도 신호(T1`)와의 편차에 해당되는 가속도 편차 신호를 비례 게인(K1a)에 따라 증폭하는 증폭기를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성은 일 실시형태를 예시적으로 도시한 것으로, 본 발명의 기술적 범위는 도시된 구성에 의해 한정되지 않는다.

도 3은 도 1에 도시된 속도 제어 모듈(20)의 일부 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다. 참고적으로, 도 3은 도 1에 도시된 속도 제어 모듈(20) 중 구동 제어 회로(24)의 구성을 보여준다.

상기 속도 제어 모듈(20)은 속도 제어 회로(21)와 가속도 제어 회로(22)를 포함할 수 있다. 상기 속도 제어 회로(20)는 CNC(컨트롤러, 미도시)로부터 출력된 목표 속도 신호(r2)와 회전 측정기(미도시)로부터 검출된 측정 속도 신호(r2`, 도 1의 속도출력 y2)와의 편차에 근거하여 목표 가속도 신호(T2)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 이렇게 출력된 목표 가속도 신호(T2)와 회전 측정기(미도시)로부터 검출된 측정 가속도 신호(T2`, 도 1의 가속도출력 y3)와의 편차에 근거하여 구동 신호(u2)를 출력할 수 있다. 이때, 상기 구동 신호(u2)는 모터(50)에 입력되는 전류 값으로 변환되어 모터(50)로 입력될 수 있다.

한편, 상기 속도 제어 회로(21) 및 가속도 제어 회로(22)는 도 2에 도시된 속도 제어 회로(12) 및 가속도 제어 회로(13)와 유사하게 구현될 수 있다. 도 3에서 K2v는 비례 게인을 갖는 증폭기를 나타내며, K2i는 비례 적분기의 게인을 나타낸다. 그리고, K2a는 비례 게인을 갖는 증폭기를 나타낸다. 도 3에 도시된 구성은 일 실시형태를 예시적으로 도시한 것으로, 본 발명의 기술적 범위는 도시된 구성에 의해 한정되지 않는다.

도 4는 도 1에 도시된 가속도 제어 모듈(30)의 일부 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다. 참고적으로, 도 4는 도 1에 도시된 가속도 제어 모듈(30) 중 구동 제어 회로(34)의 구성을 보여준다.

상기 가속도 제어 모듈(30)은 가속도 제어 회로(31)를 포함할 수 있다. 상기 가속도 제어 회로(31)는 CNC(컨트롤러, 미도시)로부터 출력된 목표 가속도 신호(r3)와, 회전 측정기(미도시)로부터 검출된 측정 가속도 신호(r3`, 도 1의 가속도출력 y3)와의 편차에 근거하여 구동 신호(u3)를 출력할 수 있다. 이때, 상기 구동 신호(u3)는 모터(50)에 입력되는 전류 값으로 변환되어 모터(50)로 입력될 수 있다. 예를 들어, 목표 가속도 신호(r3)와 측정 가속도 신호(r3`) 간의 편차 신호는 모터에 고유한 가속도 상수의 역수를 승산하는 방식으로 모터(50)에 입력되는 목표 전류 신호로 변환될 수 있다.

한편, 가속도 제어 회로(31)는 도 2에 도시된 가속도 제어 회로(13)와 유사하게 구현될 수 있다. 도 4에서 K3a는 비례 게인을 갖는 증폭기를 나타낸다. 도 4에 도시된 구성은 일 실시형태를 예시적으로 도시한 것으로, 본 발명의 기술적 범위는 도시된 구성에 의해 한정되지 않는다.

한편, 도 1에 도시된 위치 제어 모듈(10), 속도 제어 모듈(20) 및 가속도 제어 모듈(30)은 전체 제어 장치의 기능적인 구성을 보여주는 것이므로, 예를 들어, 위치 제어 모듈(10) 및 속도 제어 모듈(20)에 구성된 속도 제어 회로(12,21)는 물리적으로 같은 단일 회로 구성에 의해 구현될 수 있다. 마찬가지로, 위치 제어 모듈(10), 속도 제어 모듈(20) 및 가속도 제어 모듈(30)에 구성된 가속도 제어 회로(13,22,31)는 물리적으로 같은 단일 회로 구성에 의해 구현될 수도 있다.

도 1을 참조하면, 상기 모터(50)로 입력되는 구동 신호(u)는 제어 모드에 따라 위치 제어 모듈(10), 속도 제어 모듈(20) 및 가속도 제어 모듈(30) 중에서 어느 하나의 출력 신호(u1,u2,u3)가 택일적으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 위치 제어 모드 하에서는 위치 제어 모듈(10)의 출력 신호(u1)를 선택하여 모터(50)의 회전을 제어할 수 있고, 속도 제어 모드 하에서는 속도 제어 모듈(20)의 출력 신호(u2)를 선택하여 모터(50)의 회전을 제어할 수 있다. 그리고, 가속도 제어 모드 하에서는 가속도 제어 모듈(30)의 출력 신호(u3)를 선택하여 모터(50)의 회전을 제어할 수 있다.

이러한 위치 제어 모드, 속도 제어 모드 및 가속도 제어 모드 간의 모드 전환 동작은, 제1 스위치(SW1)의 절환 동작에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 스위치(SW1)는, 위치 제어 모듈(10)과, 속도 제어 모듈(20)과, 가속도 제어 모듈(30)의 출력 단자와 모터(50)의 입력 단자 간을 택일적으로 연결해주는 기능을 구현할 수 있다.

예를 들어, 위치 제어 모드로부터 속도 제어 모드로 전환될 때, 모터(50)의 구동 신호(u)는 CNC(컨트롤러, 미도시)로부터 출력된 목표 위치 값(r1)을 추종하도록 주어지는 제1 구동 신호(u1, 제1 전류 신호)로부터, CNC로부터 출력된 목표 속도 값(r2)을 추종하도록 주어지는 제2 구동 신호(u2, 제2 전류 신호)로 전환될 수 있고, 이러한 과도기 시점에서 모터(50)의 구동 신호(u)는 불연속적인 값으로 나타나게 되며, 불연속적인 구동 신호(u)는 모터(50) 및 모터(50)와 연결된 부하 기계(미도시)에 대해 전기적 및 기계적 쇼크를 발생시킬 개연성이 크다.

본 발명에서는 제어 모드의 전환시점에서 연속적인 구동 신호(u)를 생성하기 위한 모드 전환 동작을 구현한다. 이하에서는 연속적인 구동 신호를 생성하기 위한 모드 전환 동작에 대해 설명하기로 한다.

도 5a 내지 도 5c는, 제1 스위치(SW1)의 연결 상태에 따른 각 제어 모드를 보여주는 도면들이다. 먼저, 도 5a를 참조하면, 제1 스위치(SW1)를 통하여 모터(50)와 위치 제어 모듈(10)이 선택적으로 연결된 위치 제어 모드를 보여준다. 이때, 모터(50)와 연결되어 있지 않은 나머지 제어 모듈, 즉, 속도 제어 모듈(20)과 가속도 제어 모듈(30)도 각각의 제어 알고리즘을 수행하게 된다.

보다 구체적으로, 위치 제어 모듈(10)의 제어 알고리즘의 수행 결과로 출력되는 구동 신호, 예를 들어, 제1 구동 신호(u1)는 각각의 속도 제어 모듈(20)과 가속도 제어 모듈(30)로 피드백되며, 제2 스위치(SW22,SW32)를 통하여 각각의 목표 값(r2,r3)에 부가된다. 이때, 상기 제1 구동 신호(u1)는 속도 제어 모듈(20) 및 가속도 제어 모듈(30)의 목표 값 보정 회로(25,35)를 통하여 각각의 목표 값(r2,r3)에 부가될 수 있다.

예를 들어, 속도 제어 모듈(20)의 목표 값 보정 회로(25)는, 위치 제어 모듈(10)로부터 출력되는 제1 구동 신호(u1)와 자신의 제어 알고리즘의 결과로 출력되는 제2 구동 신호(u2) 간의 편차 신호(감산기의 출력 신호 e2)를 입력으로 하여 목표 값 보정 신호를 산출한다. 그리고, 이렇게 산출된 목표 값 보정 신호는 CNC(컨트롤러, 미도시)로부터 출력되는 목표 값(r2,r3)에 부가되어 구동 제어 회로(24,34)로 입력될 수 있다.

예를 들어, 상기 목표 값 보정 회로(25,35)는 구동 전류(구동 신호, u1)의 차원을 각각의 목표 속도 값(r2)과 목표 가속도 값(r3)에 해당되는 차원으로 변환해주기 위한 적분기(미도시)와 비례 게인을 갖는 증폭기(미도시) 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 제1 구동 신호(u1)는 속도 제어 모듈(20)로 피드백되고, 제2 스위치(SW22)를 통하여 목표 속도 값(r2)이 인가되는 감산기(또는 가산기)에 제공될 수 있다. 유사하게, 제1 구동 신호(u1)는 가속도 제어 모듈(30)로 피드백되고, 제2 스위치(SW32)를 통하여 목표 가속도 값(r3)이 인가되는 감산기(또는 가산기)에 제공될 수 있다.

이렇게 각각의 속도 제어 모듈(20) 및 가속도 제어 모듈(30)로 피드백된 제1 구동 신호(u1)를 입력으로 하여, 각각의 속도 제어 모듈(20) 및 가속도 제어 모듈(30)은 제2 구동 신호(u2) 및 제3 구동 신호(u3)를 출력하게 된다. 이때, 위치 제어 모듈(10)의 제1 구동 신호(u1)를 피드백하여 속도 제어 모듈(20) 및 가속도 제어 모듈(30)의 목표 값(r2,r3)에 부가함으로써, 각각의 속도 제어 모듈(20) 및 가속도 제어 모듈(30)은, 제1 구동 신호(u1)를 추종하는 제2 구동 신호(u2) 및 제3 구동 신호(u3)를 출력할 수 있다. 다만, 현재의 위치 제어 모드 하에서는 제1 스위치(SW1)의 연결 상태에 따라 제1 구동 신호(u1)만이 선택적으로 모터(50)로 입력된다.

예를 들어, 상기 속도 제어 모듈(20) 및 가속도 제어 모듈(30)은 CNC(컨트롤러)로부터 목표 값(r2,r3)을 수신할 수 있으며, 감산기를 통하여 부가되는 목표 값 보정 신호에 의해 보정될 수 있다. 예를 들어, 위치 제어 모드 하에서, 상기 속도 제어 모듈(20) 및 가속도 제어 모듈(30)로 입력되는 목표 값(r2,r3)은, 각 제어 모드, 그러니까 속도 제어 모드 및 가속도 제어 모드의 초기치가 입력될 수 있다. 모드 전환시 구동 신호(u)의 불연속성을 제거하기 위하여, 각각의 속도 목표 값(r2) 및 가속도 목표 값(r3)의 초기치가 해당 모드로의 전환시점 이전부터 지속적으로 인가됨으로써, 모드 전환 시점에서 급격한 목표 값(r2,r3)의 변화에 따른 구동 신호의 변화를 방지할 수 있다.

도 5b를 참조하면 제1 스위치(SW1)를 통하여 모터(50)와 속도 제어 모듈(20)이 선택적으로 연결된 속도 제어 모드를 보여준다. 이때, 모터(50)와 연결되어 있지 않은 나머지 제어 모듈, 즉 위치 제어 모듈(10)과 가속도 제어 모듈(30)도 각각의 제어 알고리즘을 수행하게 된다.

보다 구체적으로, 속도 제어 모듈(20)의 제어 알고리즘의 수행 결과로 출력되는 구동 신호, 예를 들어, 제2 구동 신호(u2)는 각각의 위치 제어 모듈(10)과 가속도 제어 모듈(30)로 피드백되며, 제2 스위치(SW12,SW32)를 통하여 각각의 목표 값(r1,r3)에 부가된다. 이때, 상기 제2 구동 신호(u2)는 위치 제어 모듈(10) 및 가속도 제어 모듈(30)의 목표 값 보정 회로(15,35)를 통하여 각각의 목표 값(r1,r3)에 부가될 수 있다. 예를 들어, 위치 제어 모듈(10)의 목표 값 보정 회로(15)는, 속도 제어 모듈(20)로부터 출력되는 제2 구동 신호(u2)와 자신의 제어 알고리즘의 결과로 출력되는 제1 구동 신호(u1) 간의 편차 신호(감산기의 출력 신호 e1)를 입력으로 하여, 목표 값 보정 신호를 출력한다. 그리고, 이렇게 출력된 목표 값 보정 신호는 CNC(컨트롤러, 미도시)로부터 출력되는 목표 값(r1,r3)에 부가되어 구동 제어 회로(14,34)로 입력될 수 있다.

예를 들어, 상기 목표 값 보정 회로(15,35)는 구동 전류(구동 신호)의 차원을 각각의 목표 위치 값(r1)과 목표 가속도 값(r3)에 해당되는 차원으로 변환해주기 위한 적분기(미도시)와 비례 게인을 갖는 증폭기(미도시) 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 제2 구동 신호(u2)는 위치 제어 모듈(10)로 피드백되고, 제2 스위치(SW12)를 통하여 목표 위치 값(r1)이 인가되는 감산기(또는 가산기)에 제공될 수 있다. 유사하게, 제2 구동 신호(u2)는 가속도 제어 모듈(30)로 피드백되고, 제2 스위치(SW32)를 통하여 목표 가속도 값(r3)이 인가되는 감산기(또는 가산기)에 제공될 수 있다.

이렇게 각각의 위치 제어 모듈(10) 및 가속도 제어 모듈(30)로 피드백된 제2 구동 신호(u2)를 입력으로 하여, 각각의 속도 제어 모듈(10) 및 가속도 제어 모듈(30)은 제1 구동 신호(u1) 및 제3 구동 신호(u3)를 출력하게 된다. 이때, 속도 제어 모듈(20)의 제2 구동 신호(u2)를 피드백하여 위치 제어 모듈(10) 및 가속도 제어 모듈(30)의 목표 값(r1,r3)에 부가함으로써, 각각의 위치 제어 모듈(10) 및 가속도 제어 모듈(30)은, 제2 구동 신호(u2)를 추종하는 제1 구동 신호(u1) 및 제3 구동 신호(u3)를 출력할 수 있다. 다만, 현재의 위치 제어 모드 하에서는 제1 스위치(SW1)의 연결 상태에 따라 제2 구동 신호(u1)만이 선택적으로 모터(50)로 입력된다.

예를 들어, 상기 위치 제어 모듈(10) 및 가속도 제어 모듈(30)은 CNC(컨트롤러, 미도시)로부터 목표 값(r1,r3)을 수신할 수 있으며, 감산기를 통하여 부가되는 목표 값 보정 신호에 의해 보정될 수 있다. 예를 들어, 속도 제어 모드 하에서, 상기 위치 제어 모듈(10) 및 가속도 제어 모듈(30)로 입력되는 목표 값(r1,r3)은, 각 제어 모드, 그러니까 위치 제어 모드 및 가속도 제어 모드의 초기치가 입력될 수 있다. 모드 전환시 구동 신호(u)의 불연속성을 제거하기 위하여, 각각의 위치 목표 값(r1) 및 가속도 목표 값(r3)의 초기치가 해당 모드로의 전환시점 이전부터 지속적으로 인가됨으로써, 모드 전환 시점에서 급격한 목표 값(r1,r3)의 변화에 따른 구동 신호의 변화를 방지할 수 있다.

도 5c를 참조하면, 제1 스위치(SW1)를 통하여 모터(50)와 가속도 제어 모듈(30)이 선택적으로 연결된 가속도 제어 모드를 보여준다. 이때, 모터(50)와 연결되어 있지 않은 나머지 제어 모듈, 즉 위치 제어 모듈(10)과 속도 제어 모듈(20)도 각각의 제어 알고리즘을 수행하게 된다. 보다 구체적으로, 가속도 제어 모듈(30)의 제어 알고리즘의 수행 결과로 출력되는 구동 신호, 예를 들어, 제3 구동 신호(u3)는 각각의 위치 제어 모듈(10)과 속도 제어 모듈(20)로 피드백되어 목표 값(r1,r2)에 부가되며, 보다 구체적으로 목표 값 보정 회로(25,35)를 통하여 목표 값(r1,r2)에 부가된다. 그리고, 각각의 위치 제어 모듈(10) 및 속도 제어 모듈(20)은 제3 구동 신호(u3)를 추종하도록 제어되는 제1 구동 신호(u1) 및 제2 구동 신호(u2)를 출력하게 된다. 다만, 현재의 가속도 제어 모드 하에서는 제1 스위치(SW1)의 연결 상태에 따라 제3 구동 신호(u3)만이 선택적으로 모터로 입력된다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 상기 제1 스위치(SW1)는 CNC(컨트롤러, 미도시) 등의 제어 하에서 모드 전환 동작을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 스위치(SW1)는 모드 전환 신호에 따라, 위치 제어 모듈(10)과의 연결을 차단하고, 속도 제어 모듈(20)과 새롭게 연결될 수 있다. 이때, 상기 속도 제어 모듈(20)은 제1 스위치(SW1)의 연결시점으로부터 비로서 제어 알고리즘을 수행하는 것이 아니라, 제1 스위치(SW1)의 연결과 무관하게, 그러니까, 모드 전환 이전의 위치 제어 모드 하에서도 제어 알고리즘을 지속적으로 수행하고 있었으며, 특히 위치 제어 모드의 제1 구동 신호(u1)를 피드백하여 제1 구동 신호(u1)를 추종하는 제2 구동 신호(u2)를 출력하고 있었다. 이 때문에, 모드 변환을 전후로 하여, 제1 구동 신호(u1)와 제2 구동 신호(u2)의 불연속성이 제거되며, 제1, 제2 구동 신호(u1,u2)는 상호 간의 연속성을 갖게 된다.

마찬가지로, 예를 들어, 상기 제1 스위치(SW1)는 CNC(컨트롤러, 미도시) 등으로부터의 모드 전환 신호에 따라, 속도 제어 모듈(20)과의 연결을 차단하고, 가속도 제어 모듈(30)과 새롭게 연결될 수 있다. 이때, 상기 가속도 제어 모듈(30)은 제1 스위치(SW1)의 연결시점으로부터 비로서 제어 알고리즘을 수행하는 것이 아니라, 제1 스위치(SW1)의 연결과 무관하게, 그러니까, 모드 전환 이전의 속도 제어 모드 하에서도 제어 알고리즘을 지속적으로 수행하고 있었으며, 특히 속도 제어 모드의 제2 구동 신호(u2)를 피드백하여 제2 구동 신호(u2)를 추종하는 제3 구동 신호(u3)를 출력하고 있었다. 이 때문에, 모드 변환을 전후로 하여, 제2 구동 신호(u2)와 제3 구동 신호(u3) 간의 불연속성이 제거되며, 제2, 제3 구동 신호(u2,u3)는 상호 간의 연속성을 갖게 된다.

상기 제어 장치는, 모터(50)와 연결된 어느 한 제어 모듈(10,20,30)로부터의 출력 값(모터로의 구동 신호 u, 전류 신호)을 다른 제어 모듈(10,20,30)로 피드백하기 위한 피드백 루프를 포함한다. 그리고, 상기 피드백 루프는 구동 신호(u)를 목표 값(위치 신호 r1, 속도 신호r2, 가속도 신호r3)과 같은 차원으로 변환하고, 각각의 목표 값(r1,r2,r3)을 보정하기 위한 목표 값 보정 회로(15,25,35)를 포함한다. 예를 들어, 도 5a를 참조하면, 위치 제어 모드 하에서 위치 제어 모듈(10)로부터 출력되는 제1 구동 신호(u1)는 목표 값 보정 회로(25)를 거쳐서 속도 제어 모듈(20)의 목표 값(r2)에 부가될 수 있고, 또한, 목표 값 보정 회로(35)를 거쳐서 가속도 제어 모듈(30)의 목표 값(r3)에 부가될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 속도 제어 모드 하에서 속도 제어 모듈(20)로부터 출력되는 제2 구동 신호(u2)는 목표 값 보정 회로(15)를 거쳐서 위치 제어 모듈(10)의 목표 값(r1)에 부가될 수 있고, 또한, 목표 값 보정 회로(35)를 거쳐서 가속도 제어 모듈(30)의 목표 값(r3)에 부가될 수 있다.

도 5c를 참조하면, 가속도 제어 모드 하에서 가속도 제어 모듈(30)로부터 출력되는 제3 구동 신호(u3)는 목표 값 보정 회로(15)를 거쳐서 위치 제어 모듈(10)의 목표 값(r1)에 부가될 수 있고, 또한, 목표 값 보정 회로(25)를 거쳐서 속도 제어 모듈(20)의 목표 값(r2)에 부가될 수 있다.

상기 목표 값 보정 회로(15,25,35)는, 모터(50)로 입력되는 구동 신호(u)와 각 제어 모듈(10,20,30)의 목표 값(위치 r1, 속도 r2, 가속도 r3) 간의 서로 다른 차원을 맞춰주기 위한 것이며, CNC(컨트롤러, 미도시)로부터 출력되는 각 제어 모듈(10,20,30)의 목표 값(r1,r2,r3)을 보정하기 위한 것이다.

한편, 도 5a 내지 도 5c에서 볼 수 있듯이, 상기 제어 장치는 각각의 제어 모듈(10,20,30)에서 피드백 신호의 선택을 위한 제2 스위치(SW12,SW22,SW32)를 포함한다. 예를 들어, 상기 제2 스위치(SW12,SW22,SW32)는 회전 검출기(미도시)로부터 출력되는 검출 신호(y1,y2,y3) 또는 모터(50)로 입력되는 구동 신호(u) 중에서 어느 하나를 피드백 신호로서 택일적으로 선택한다. 예를 들어, 상기 제2 스위치(SW12,SW22,SW32)는 목표 신호(r1,r2,r3)가 인가되는 감산기(또는 가산기)와, 각각의 피드백 신호가 출력되는 제1, 제2 피드백 단자(a,b) 간을 선택적으로 연결할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 피드백 단자(a)는 회전 검출기(미도시)로부터 출력되는 회전 상태에 관한 검출 신호(y1,y2,y3)를 출력할 수 있다. 각각의 제어 모듈(10,20,30)은 상기 회전 검출기로부터 출력되는 위치출력(y1), 속도출력(y2), 가속도출력(y3)의 측정치를 피드백으로 수신하여 목표 값(r1,r2,r3)과의 편차를 없애도록 일련의 제어 알고리즘을 수행할 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 피드백 단자(b)는 모터의 연결되지 않은 제어 모듈(10,20,30)에 대해 현재 모터(50)로 입력되는 구동 신호(u)를 피드백함으로써, 모터(50)와 연결된 다른 제어 모듈(10,20,30)에 의해 출력되는 구동 신호(u)를 추종하는 구동 신호(u)를 출력하도록 한다.

상기 제2 스위치(SW12,SW22,SW32)의 절환 동작은 CNC(컨트롤러, 미도시)로부터의 제어 신호에 따라 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 스위치(SW12,SW22,SW32)는 현재 모터(50)와 연결되어 구동 신호(u)를 출력하는 제어 모듈(10,20,30)에서는 제1 피드백 단자(a)와 연결되어 CNC(컨트롤러, 미도시)로부터 출력되는 목표 값(r1,r2,r3)을 추종하도록 모터(50)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제2 스위치(SW2)는, 현재 모터(50)와 연결되지 않은 제어 모듈(10,20,30)에서는 제2 피드백 단자(b)와 연결되어 현재 모터(50)로 입력되는 구동 신호(u)를 추종하는 구동 신호(u)가 출력되도록 할 수 있다. 이에 따라, 모터(50)와 연결되어 있지 않은 제어 모듈(10,20,30)에서는 현재의 구동 신호(u)를 추종하는 구동 신호(u)를 출력하고, 이에 따라, 모드 전환 시점에서 구동 신호(u)의 불연속성을 제거할 수 있다.

도 5a 내지 도 5c에서 볼 수 있듯이, 상기 위치 제어 모듈(10)은 제2 스위치(SW12)의 연결 상태에 따라 회전 검출기로부터 회전 위치에 관한 위치출력(y1)을 피드백 받거나 또는 모터의 구동 신호(u)를 피드백 받을 수 있다. 유사하게, 상기 속도 제어 모듈(20)은 제2 스위치(SW22)의 연결 상태에 따라 회전 검출기로부터 회전 속도에 관한 속도출력(y2)을 피드백 받거나 또는 모터(50)의 구동 신호(u)를 피드백 받을 수 있다. 그리고, 상기 가속도 제어 모듈(30)은 제2 스위치(SW32)의 연결 상태에 따라 회전 검출기로부터 회전 가속도에 관한 가속도출력(y3)을 피드백 받거나 또는 모터(50)의 구동 신호(u)를 피드백 받을 수 있다.

상기 제2 스위치(SW2)의 절환 동작은 제1 스위치(SW1)의 절환 동작과 연동될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SW1)를 통하여 모터(50)와 연결된 제어 모듈(10,20,30)에 대해, 제2 스위치(SW12,SW22,SW32)는 제1 피드백 단자(a)와 연결되도록 구동될 수 있다. 그리고, 제1 스위치(SW1)를 통하여 모터(50)와 연결되지 않은 제어 모듈(10,20,30)에 대해, 제2 스위치(SW12,SW22,SW32)는 제2 피드백 단자(b)와 연결되도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 위치 제어 모드로부터 속도 제어 모드로 전환되는 제어 모드의 전환 시점이나, 속도 제어 모드에서 가속도 제어 모드로 전환되는 제어 모드의 전환 시점에서, 제1, 제2 스위치(SW1,SW12,SW22,SW32)의 절환 동작이 수반될 수 있다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW12,SW22,SW32) 간의 연동에 대해 설명하면 이하와 같다. 상기 제1 스위치(SW1)는 각 제어 모듈(10,20,30)과 모터(50) 간의 연결을 선택적으로 전환하기 위한 것으로, 제1 스위치(SW1)의 연결 상태에 따라 위치 제어 모드, 속도 제어 모드, 및 가속도 제어 모드가 결정된다.

상기 제2 스위치(SW12,SW22,SW32)는 각각의 제어 모듈(10,20,30)에 구성되어, 각 제어 모듈(10,20,30)의 피드백을 택일적으로 선택하기 위한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 제2 스위치(SW12,SW22,SW32)는 모터(50)와 연결된 제어 모듈(10,20,30)에 대해서는 회전 검출기와 연결된 제1 피드백 단자(a)에 연결되어 회전 상태의 측정치(y1,y2,y3)를 입력받되, 모터(50)와 연결되지 않은 제어 모듈(10,20,30)에 대해서는 제2 피드백 단자(b)에 연결되어 모터(50)의 구동 신호(u)를 입력받을 수 있다.

즉, 상기 제2 스위치(SW12,SW22,SW32)의 동작은 제1 스위치(SW1)의 동작에 연동되며, 제1 스위치(SW1)와 연결된 제어 모듈(10,20,30)은 회전 검출기(미도시) 측에 연결된다. 반면에, 제1 스위치(SW1)와 연결되지 않은 제어 모듈(10,20,30)은 모터(50)의 구동 신호를 수신하도록 피드백 루프와 연결될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는, 모드 전환 시점에서 모터의 회전 검출기로부터 출력되는 위치출력(yθ)의 변화 양상을 도시한 도면이다. 보다 구체적으로, 위치 제어 모드로부터 가속도 제어 모드로의 모드 전환 시점에서 위치출력의 변화 양상을 도시한 것이다.

도 6a에서 볼 수 있듯이, 가속도 제어 모드로의 전환 시점 이후에 비로서 가속도 제어 모듈을 가동하는 방식(이하, 종래의 방식)에서는, 모드 전환 시점(t=5)에서 급격한 위치출력(yθ)의 변화가 관찰된다. 이러한 위치출력(yθ)의 급격한 변화는 모터 및 모터와 연결된 부하기계의 구동에 충격을 주게 된다.

도 6b에서 볼 수 있듯이, 가속도 제어 모드로의 전환 시점 이전, 그러니까 위치 제어 모드 하에서도 가속도 제어 모듈을 지속적으로 가동하고, 위치 제어 모듈의 구동 신호를 피드백함으로써 가속도 제어 모듈이 피드백된 구동 신호를 추종하는 구동 신호를 출력하도록 하는 방식(이하, 본 발명의 방식)에서는, 모드 전환 시점(t=5)에서도 위치출력(yθ)의 급격한 변화는 감지되지 않는다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 종래의 방식에서는 모드 전환 시점(t=5)에서 속도출력(yω)의 급격한 변화가 감지되지만, 본 발명의 방식에서는 모드 전환 시점(t=5)을 전후로 속도출력이 연속적으로 변화하며 급격한 변화는 감지되지 않는다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 종래의 방식에서는 모드 전환 시점(t=5)에서 가속도출력(yα)의 급격한 변화가 감지되지만, 본 발명의 방식에서는 모드 전환 시점(t=5)을 전후로 가속도출력(yα)이 연속적으로 변화하며 급격한 변화는 감지되지 않는다.

도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 종래의 방식에서는 모드 전환 시점(t=5)에서 모터로 입력되는 구동 신호(u, 전압 검출치)의 급격한 변화가 감지되지만, 본 발명의 방식에서는 모드 전환 시점(t=5)을 전후로 구동 신호(u)가 연속적으로 변화하며 급격한 변화는 감지되지 않는다.

이하에서는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 목표 값 보정 회로(15,25,35)의 설계에 대해 예시적으로 설명하기로 한다. 예를 들어, 구동 제어 회로(14,24,34)와 모터(50)가 구성하는 제어 루프의 응답시간이 10초라면, 구동 제어 회로(14,24,34)와 목표 값 보정 회로(15,25,35)가 구성하는 제어 루프의 응답시간은, 상기 10초의 1/5 이내인 2초 이내로 설정되는 것이 바람직하다. 이를 위해 이하와 같은 설계들을 고려할 수 있다.

예를 들어, 위치 제어 모드 하에서, 모터(50)에 대해 구동 신호(u1)를 인가하는 위치 제어 모듈(10)의 제어 루프(구동 제어 회로 14와 모터 15)의 주 극점보다, 다른 제어 모듈의 제어 루프(속도 제어 모듈 20 및 가속도 제어 모듈 30의 구동 제어 회로 24,34와 목표 값 보정 회로 25,35가 구성하는 제어 루프)의 주 극점이 원점으로부터 5배 멀리 배치되도록 목표 값 보정 회로(25,35)가 구성될 수 있다.

도 10a 및 도 10b에는 위치 제어 모드 하에서 각각 위치 제어 모듈(10)과 다른 제어 모듈(20,30)이 수행하는 제어 루프(전달 함수)의 주 극점이 각각 도시되어 있다. 위치 제어 모드 하에서 다른 제어 모듈(20,30)이 수행하는 제어 루프의 주 극점(도 10b, P2)은, 위치 제어 모듈(10)이 수행하는 제어 루프의 주 극점(도 10a, P1)보다 원점으로부터 5배 멀리 떨어지도록 배치될 수 있다. 여기서, 주 극점이란 영점과 상쇄되는 극점을 제외하고 원점에서 가장 가까운 극점을 의미한다. 즉 이하의 관계가 성립되도록 목표 값 보정 회로가 설계될 수 있다.

여기서,

,

는 각각 원점으로부터 극점 P2까지의 거리와, 극점 P1까지의 거리를 의미한다.

한편, 구동 제어 회로(14,24,34)와 목표 값 보정 회로(15,25,35)로 구성되는 제어 루프에 의해 제어 루프의 출력이 현재 모터(50)에 인가되는 구동 신호(u)를 신속하게 추종하도록 하기 위해, 상기 구동 제어 회로(14,24,34, 전달 함수)는 우반면(RHP)에 영점(Z)을 갖지 않는 것이 바람직하다. 다만, 도 11에 도시된 바와 같이, 구동 제어 회로(14,24,34)가 우반면(RHP)에 영점(Z)을 갖는다면, 구동 제어 회로(14,24,34)와 목표 값 보정 회로(15,25,35)로 구성되는 제어 루프(전달 함수)의 극점(P)은, 허수축(jw)에 대해 해당 영점(Z)과 대칭인 좌반면(LHP)에 배치되도록 설계되는 것이 바람직하다.

도 12에 도시된 바와 같이, 구동 제어 회로(14,24,34, 전달 함수)가 좌반면(LHP)에 영점(Z)을 갖는다면, 구동 제어 회로(14,24,34)와 목표 값 보정 회로(15,25,35)로 구성되는 제어 루프(전달 함수)의 극점(P)은 해당 영점(Z)보다는 우측이되 해당 영점(Z)에 최대한 가깝게 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 극점(P)과 영점(Z)의 상쇄 효과에 의해, 구동 제어 회로(14,24,34)와 목표 값 보정 회로(15,25,35)로 구성되는 제어 루프의 출력은 현재 모터(50)에 인가되는 구동 신호(u)를 신속하게 추종할 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 범위는 고정자와 회전자를 갖고 회전 구동을 구현하는 모터만을 제어 대상으로 하는 것이 아니고, 고정자와 이동자를 갖고 직선적인 구동을 구현하는 리니어 모터(linear motor)를 제어 대상으로 할 수 있다. 이 경우, 회전 위치와 회전 속도 및 회전 가속도는 각각 직선적인 위치, 속도 및 가속도로 이해될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : 위치 제어 모듈 14,24,34 : 구동 제어 회로
15,25,35 : 목표 값 보정 회로 20 : 속도 제어 모듈
30 : 가속도 제어 모듈 SW1: 제1 스위치
SW12,SW22,SW32 ; 제2 스위치

Claims (12)

1. 모터의 구동 신호를 출력하는 복수의 제어 모듈;
   상기 복수의 제어 모듈 중에서 어느 한 제어 모듈을 택일적으로 상기 모터와 연결하기 위한 제1 스위치;
   상기 제1 스위치에 의해 특정 제어 모듈이 상기 모터에 연결되면, 상기 모터의 동작 상태에 관한 측정치가 출력되는 제1 피드백 단자에 상기 특정 제어 모듈의 입력단을 연결하고, 목표 값 보정 신호가 출력되는 제2 피드백 단자에 다른 제어 모듈의 입력단을 연결하는 제2 스위치; 및
   상기 목표 값 보정 신호를 생성하는 목표 값 보정 회로;를 포함하고,
   상기 목표 값 보정 회로는 상기 특정 제어 모듈로부터 출력되는 구동 신호와 상기 다른 제어 모듈로부터 출력되는 구동 신호의 편차 신호를 입력받고, 상기 편차 신호를 이용해 상기 다른 제어 모듈로부터 출력되는 구동 신호가 상기 특정 제어 모듈로부터 출력되는 구동 신호를 추종하도록 상기 목표 값 보정 신호를 산출하며,
   상기 복수의 제어 모듈은 목표 위치 값을 추종하도록 상기 모터의 구동 신호를 출력하는 위치 제어 모듈, 목표 속도 값을 추종하도록 상기 모터의 구동 신호를 출력하는 속도 제어 모듈, 목표 가속도 값을 추종하도록 상기 모터의 구동 신호를 출력하는 가속도 제어 모듈 중 적어도 2개를 포함하는 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 각 제어 모듈은 상기 특정 제어 모듈로부터 출력되는 상기 모터의 구동 신호를 피드백 받기 위한 피드백 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 목표 값 보정 회로는 상기 특정 제어 모듈로부터 출력되는 상기 모터의 구동 신호를 각 제어 모듈의 목표 값인 위치, 속도, 가속도 중 어느 하나의 차원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 목표 값 보정 회로의 출력 신호는, 감산기 또는 가산기를 통하여 각 제어 모듈의 목표 값에 부가되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
5. 제1항에 있어서,
   위치 제어 모드 하에서,
   상기 위치 제어 모듈은 상기 제1 스위치를 통하여 상기 모터에 대해 제1 구동 신호를 출력하고,
   상기 제1 구동 신호는 상기 속도 제어 모듈 또는 상기 가속도 제어 모듈로 피드백되어 각각 제1 구동 신호를 추종하는 제2 구동 신호 또는 제3 구동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
6. 제1항에 있어서,
   속도 제어 모드 하에서,
   상기 속도 제어 모듈은 상기 제1 스위치를 통하여 상기 모터에 대해 제2 구동 신호를 출력하고,
   상기 제2 구동 신호는 상기 위치 제어 모듈 또는 상기 가속도 제어 모듈로 피드백되어 각각 제2 구동 신호를 추종하는 제1 구동 신호 또는 제3 구동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
7. 제1항에 있어서,
   가속도 제어 모드 하에서,
   상기 가속도 제어 모듈은 상기 제1 스위치를 통하여 상기 모터에 대해 제3 구동 신호를 출력하고,
   상기 제3 구동 신호는 상기 위치 제어 모듈 또는 상기 속도 제어 모듈로 피드백되어 각각 제3 구동 신호를 추종하는 제1 구동 신호 또는 제2 구동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
8. 목표 위치 값을 추종하도록 모터의 제1 구동 신호를 출력하는 위치 제어 모듈과,
   목표 속도 값을 추종하도록 모터의 제2 구동 신호를 출력하는 속도 제어 모듈과,
   목표 가속도 값을 추종하도록 모터의 제3 구동 신호를 출력하는 가속도 제어 모듈을 포함하는 제어 장치의 구동 방법으로서,
   위치 제어 모드 하에서는 상기 제1 구동 신호를 상기 모터로 제공하며, 상기 제1 구동 신호를 속도 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈로 각각 피드백하여, 상기 제1 구동 신호를 추종하는 제2, 제3 구동 신호를 출력하고,
   속도 제어 모드 하에서는 상기 제2 구동 신호를 상기 모터로 제공하며, 상기 제2 구동 신호를 위치 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈로 각각 피드백하여, 상기 제2 구동 신호를 추종하는 제1, 제3 구동 신호를 출력하고,
   가속도 제어 모드 하에서는 상기 제3 구동 신호를 상기 모터로 제공하며, 상기 제3 구동 신호를 위치 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈로 각각 피드백하여, 상기 제3 구동 신호를 추종하는 제1, 제2 구동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 제어 장치의 구동 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 구동 신호는 속도 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈의 목표 값 보정 회로를 통하여 속도 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈의 목표 값과 같은 차원으로 변환된 후에 피드백되고,
   상기 제2 구동 신호는 위치 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈의 목표 값 보정 회로를 통하여 위치 제어 모듈 및 가속도 제어 모듈의 목표 값과 같은 차원으로 변환된 후에 피드백되며,
   상기 제3 구동 신호는 위치 제어 모듈 및 속도 제어 모듈의 목표 값 보정 회로를 통하여 위치 제어 모듈 및 속도 제어 모듈의 목표 값과 같은 차원으로 변환된 후에 피드백되는 것을 특징으로 하는 제어 장치의 구동 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 목표 값 보정 회로의 출력 신호는, 감산기 또는 가산기를 통하여 각 제어 모듈의 목표 값에 부가되는 것을 특징으로 하는 제어 장치의 구동 방법.
11. 제8항에 있어서,
    상기 위치 제어 모드, 속도 제어 모드 및 가속도 제어 모드는 순환적으로 수행되어 1 사이클이 완성되는 것을 특징으로 하는 제어 장치의 구동 방법.
12. 제8항에 있어서,
    위치 제어 모드 하에서 상기 위치 제어 모듈은 컨트롤러로부터 수신된 목표 값을 추종하도록 상기 제1 구동 신호를 출력하고,
    속도 제어 모드 하에서 상기 속도 제어 모듈은 컨트롤러로부터 수신된 목표 값을 추종하도록 상기 제2 구동 신호를 출력하고,
    가속도 제어 모드 하에서 상기 가속도 제어 모듈은 컨트롤러로부터 수신된 목표 값을 추종하도록 상기 제3 구동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 제어 장치의 구동 방법.

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