KR101834526B1 - 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치 - Google Patents

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전재욱
쑤언 하 응웬
문준영
박재완
녹 콩 투옹 트란
반 한 냔 트란
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 저역통과 필터에 전달하고, 저역통과 필터에서 출력되는 사인파와 코사인파 각각에 대한 진폭의 최대값과 진폭의 최소값을 결정하여 진폭 차이 및 오프셋을 연산하고, 상기 진폭 차이 및 상기 오프셋을 기준으로 상기 출력 신호를 보상하는 신호 보상기, 상기 신호 보상기의 출력 신호를 저역통과 필터에 전달하고, 상기 신호 보상기의 출력 신호와 위상 추적기의 출력 신호의 위상 오차를 연산하여 루프 필터 및 전압 제어 발진기에 전달하여 상기 위상 추적기의 출력 신호를 생성하는 위상 추적기 및 상기 신호 보상기의 추력 신호를 고정된 차단 주파수를 갖는 저역 필터에 전달하여 사인파와 코사인파에 대한 위상 지연을 연산하고, 상기 위상 지연을 기준으로 상기 신호 보상기의 저역통과필터에 사용될 차단 주파수 및 상기 위상 추적기의 저역통과 필터에 사용될 차단 주파수 중 적어도 하나를 결정하는 주파수 추적기를 포함하되, 상기 신호 보상기는 상기 위상 추적기의 출력 신호에 따라 상기 진폭의 최대값을 결정하는 구간과 상기 진폭의 최소값을 결정하는 구간을 한정한다.

Description

마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치{APPARATUS FOR COMPENSATING OUTPUT SIGNAL OF MAGNETIC ENCODER}
이하 설명하는 기술은 마그네틱 엔코더에서 출력 신호를 보상하는 기법에 관한 것이다.
다양한 산업 분야에서 회전하는 물체의 회전 각속도와 위치를 검출하기 위한 장치가 사용된다. 일반적으로 광학 엔코더나 마그네틱 엔코더(magnetic encoder)가 사용된다. 광학 엔코더는 적외선과 같은 광원을 발생시키는 발광 소자와 광원을 검출하면 출력이 변하는 수광 소자가 마주보게 설치되어 있고 그 사이를 검출 축과 동기되어 회전하는 슬릿 디스크를 이용한다. 광학 엔코더는 수광 소자에 슬릿에 따라 광이 검출될 때마다 펄스를 출력하여 물체의 회전 각속도와 회전 위치를 검출한다. 마그네틱 엔코더는 검출 축과 동기되어 회전하는 자성체의 자기장에 의해 유기되는 전압을 이용하여 물체의 회전 각속도와 회전 위치를 검출한다.
미국등록특허 US 7,250,881
마그네틱 엔코더는 광학 엔코더에 비하여 상대적으로 구성이 단순하고, 먼지 및 오일 유입 등의 사용 환경에 덜 민감하며 소형화가 가능하다. 그러나, 마그네틱 엔코더는 출력 신호가 노이즈(noise), 위상 흔들림, DC 오프셋, 진폭 변동, 파형 왜곡 등에 취약하다.
이하 설명하는 기술은 마그네틱 엔코더에서 출력 신호를 보상하는 방법 내지 장치를 제공하고자 한다.
마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 저역통과 필터에 전달하고, 저역통과 필터에서 출력되는 사인파와 코사인파 각각에 대한 진폭의 최대값과 진폭의 최소값을 결정하여 진폭 차이 및 오프셋을 연산하고, 상기 진폭 차이 및 상기 오프셋을 기준으로 상기 출력 신호를 보상하는 신호 보상기, 상기 신호 보상기의 출력 신호를 저역통과 필터에 전달하고, 상기 신호 보상기의 출력 신호와 위상 추적기의 출력 신호의 위상 오차를 연산하여 루프 필터 및 전압 제어 발진기에 전달하여 상기 위상 추적기의 출력 신호를 생성하는 위상 추적기를 포함한다. 상기 신호 보상기는 상기 위상 추적기의 출력 신호에 따라 상기 진폭의 최대값을 결정하는 구간과 상기 진폭의 최소값을 결정하는 구간을 한정한다.
이하 설명하는 기술은 마그네틱 엔코더에서 출력되는 신호의 오프셋 오류 진폭 오류 및 위상 오류를 보상할 뿐만 아니라 임의 잡음까지 제거한다. 이하 설명하는 기술은 정현파 내 임의 잡음까지 보상하므로 종래 기술보다 정확한 결과 값을 도출할 수 있다.
도 1은 마그네틱 엔코더에서 출력되는 신호에 대한 예이다.
도 2는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치에 대한 블록도의 예이다.
도 3은 신호 보상 회로에 대한 블록도의 예이다.
도 4는 마그네틱 엔코더의 출력 신호에서 위상 오차를 찾아내기 위해서 리사쥬 파형을 이용한 예이다.
도 5는 신호 보상 회로에서 피드백되는 신호를 이용하여 신호를 보상하는 신호 보상부의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
도 6은 위상 오차를 측정하는 PTO의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
도 7은 차단 주파수를 측정하는 FTO의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 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.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
도 1은 마그네틱 엔코더에서 출력되는 신호에 대한 예이다. 도 1(a)는 마그네틱 엔코더(50)를 도시한다. 마그네틱 엔코더(50)는 자성체의 자기장이 센서에 홀효과 및 자기저항효과를 발생 시키는데, 이때 검출 축이 회전하여 사인파(Usin) 및 코사인파(Ucos)를 출력한다. 마그네틱 엔코더(50)는 두 파형의 위상으로부터 회전 위치와 회전 속도를 검출할 수 있다. 회전 위치 및 회전 속도 검출하는 과정에 대해서는 설명을 생략한다.
도 1(b)는 마그네틱 엔코더(50)의 출력 신호에 대한 예이다. 도 1(b)는 마그네틱 엔코더의 출력 신호로서 노이즈를 포함한 사인파(Usin)와 코사인파(Ucos)를 예시한 파형도이다. 이상적인 경우 사인파(Usin)가 최대 값인 때에 코사인파(Ucos)가 제로크로싱(zero-crossing)하여 위상 편이(Phase Shift)가 없어야 하지만, 도 1(b)에서 코사인파(Ucos)가 제로크로싱한 시점부터 사인파가 최대 값에 이르는 시점까지 시간 차가 있으며 그러한 시간 차이에 해당하는 위상만큼 위상 오차(δ)가 존재한다. 또한 도 1(b)과 같이 마그네틱 엔코더(50)의 출력 신호는 사인파(Usin)의 최대값과 코사인파(Ucos)의 최대값에 진폭의 차이(Different Magnitudes)가 있으며, 파형의 중간 값인 DC 레벨이 서로 다른 오프셋(DC offset)이 있다.
마그네틱 엔코더(50)가 출력하는 정현파는 위상 오차 등을 포함할 수 있다. 아래의 수학식 1은 위상 오차를 포함하는 정현파를 나타낸다.
Figure 112016093562354-pat00001
수학식 1에서 As는 사인파(Usin)의 진폭, Ac는 코사인파(Ucos)의 진폭이고, δ은 위상 오차 값이고, Bs는 사인파(Usin)의 오프셋이고, Bc는 코사인파(Ucos)의 오프셋이며, η1 및 η2는 랜덤 노이즈이다.
도 2는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치(100)에 대한 블록도의 예이다. 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치(100)는 도 1(b)에서 설명한 마그네틱 엔코더(50)의 출력 신호(Usin 및 Ucos)의 위상 오차 등을 보상하는 장치이다. 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치(100)는 A/D 컨버터(아날로그 디지털 변환기,110), 신호 보상기(120), PTO(130) 및 FTO(140)를 포함한다.
A/D 컨버터(110)는 마그네틱 엔코더(50)의 출력 신호(Usin 및 Ucos)를 디지털 신호로 변환하는 장치이다. 한편 도 2에 도시하지 않았지만 마그네틱 엔코더(50)의 출력신호를 사전에 전처리하는 장치가 있을 수 있다. 예컨대, 소정의 이득을 가지는 아날로그 차동 증폭기가 입력되는 차동 신호 쌍의 공통 노이즈를 억제하고 차동 신호 쌍의 진폭을 후단의 A/D 컨버터(110)의 최대 입력 범위에 맞게 증폭시킬 수 있다.
신호 보상기(120)는 마그네틱 엔코더(50)의 출력 신호의 위상 오차 등을 보상하는 구성에 해당한다. 신호 보상기(120)는 크게 마그네틱 엔코더(50)의 출력 신호의 오차를 결정하는 오차 연산부(125) 및 연산된 오차를 기준으로 마그네틱 엔코더(50)의 출력 신호를 보상하는 신호 보상부(121)를 포함한다. 오차 연산부(125)는 As(사인파의 진폭), Bs(사인파의 오프셋), Ac(코사인파의 진폭), Bc(코사인파의 오프셋) 및 위상 오차(δ)를 결정한다. 신호 보상부(121)는 오차 연산부(125)가 전달하는 As, Bs, Ac, Bc 및 δ를 기준으로 마그네틱 엔코더(50)의 출력 신호를 보상한다.
PTO(130)는 위상 추적기(Phase Tracking Observer)에 해당한다. PTO(130)는 마그네틱 엔코더(50)의 출력 신호에 대한 정확한 위상 값(
Figure 112016093562354-pat00002
)을 측정한다.
FTO(140)는 주파수 추적기(Frequency Tracking Observer)에 해당한다. FTO(140)는 출력 신호 파형의 주파수를 측정하고, 신호 보상기(120) 및 PTO(130)에 입력으로 사용되는 차단 주파수(cutoff frequency, ω)를 연산한다.
이하 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치(100)에 대한 구성을 자세하게 설명하고, 각 구성의 동작을 설명한다.
도 3은 신호 보상기(120)에 대한 블록도의 예이다. 신호 보상기(120)는 신호 보상부(121), 2차 저역통과 필터(2nd Low-Pass Filter, 123) 및 오차 연산부(125)를 포함한다. 2차 저역통과 필터(123)는 노이즈를 제거하는 필터이다. 2차 저역통과 필터(123)의 차단 주파수(ωcutoff_1)는 FTO(140)에 의해 결정된 값을 피드백받아 사용한다.
오차 연산부(125)는 먼저 입력 신호 Usin 및 Ucos에 대한 최소값과 최대값을 결정한다. 입력된 신호에 대한 최소값과 최대값을 구하는 방법은 다양할 수 있다. 가장 간단한 방법은 각 주기 안에서 첫 번째 값을 획득한 후에 해당 값을 해당 주기 안의 값들과 비교하여 더 큰값을 최대값(Max)로 교체하고, 더 작은값을 최소값(Min)으로 교체하는 것이다. 복수의 주기에서 얻은 최대값(Max)과 최소값(Min)을 비교하여 최종적인 최대값과 최소값을 결정할 수 있다. 도 3에서 오차 연산부(125)에 최대값을 검출하는 블록, 최소값을 검출하는 블록, 같은 값을 검출하는 블록을 도시하였다. 최대값 및 최소값을 구하는 알고리즘에 따라 오차 연산부(125)의 구성이 상이할 수 있다.
한편 오차 연산부(125)는 정현파의 한 주기에서 최대값이 있는 구간과 최소값이 있는 구간을 미리 알고 있다. 따라서 PTO(130)의 출력 위상
Figure 112016093562354-pat00003
을 사용하여 비교의 단계 수를 감소시키는 것이 가능하다. 도 3에서 최대값을 구하는 블록과 최소값을 구하는 블록에 PTO(130)의 출력 위상
Figure 112016093562354-pat00004
이 입력되는 예를 도시하였다.
사인파 신호의 최대값이 위치하는 위상은
Figure 112016093562354-pat00005
이므로
Figure 112016093562354-pat00006
의 구간에서만 비교할 수 있다. 사인파 신호의 최소값이 위치하는 위상은
Figure 112016093562354-pat00007
이므로
Figure 112016093562354-pat00008
의 구간에서만 비교할 수 있다. 또한 코사인파 신호의 최대값이 위치하는 위상은 π이므로
Figure 112016093562354-pat00009
의 구간에서만 비교할 수 있다. 코사인파 신호의 최소값이 위치하는 위상은 2π이므로
Figure 112016093562354-pat00010
의 구간에서만 비교할 수 있다.
오차 연산부(125)는 정현파 신호들의 진폭과 오프셋을 아래의 수학식을 통해 연산할 수 있다. 수학식 2는 진폭의 차이에 대한 오류 파라미터에 해당한다. 수학식 2에서 Asmax는 사인파 진폭의 최대값이고 Asmin은 사인파 진폭의 최소값이다. 수학식 2에서 Acmax는 코사인파 진폭의 최대값이고 Acmin은 코사인파 진폭의 최소값이다.
Figure 112016093562354-pat00011
오차 연산부(125)는 정확한 오류 파라미터를 결정하기 위해서는 초기에 여러 번의 피드백 프로세싱을 할 수 있다. 피드백 프로세싱은 도 3에서 오차 연산부(125)가 연산한 값을 신호 보상부(121)에 전달하고, 보상된 신호에 대해 다시 위상 오차 등을 연산하는 과정을 의미한다.
오차 연산부(125)는 아래의 수학식 3을 이용하여 As(사인파의 진폭), Bs(사인파의 오프셋), Ac(코사인파의 진폭), Bc(코사인파의 오프셋)를 연산할 수 있다. 도 3에서 사용되는 오류 파라미터는 전술한 바와 같이 반복적인 피드백 프로세싱을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112016093562354-pat00012
이제 오차 연산부(125)가 위상 오차 δ를 결정하는 과정을 설명한다. 도 4는 마그네틱 엔코더의 출력 신호에서 위상 오차를 찾아내기 위해서 리사쥬 파형(Lissajous waveform)을 이용한 예이다. 도 4는 위상차를 리사쥬 파형으로 표현하고 직각 위상에 점 4개를 획득한 예이다. 리사쥬 파형이란 같은 주기의 사인파형과 코사인파형을 원으로 표현하는 것이다. 오차 연산부(125)는 마그네틱 엔코더의 위상차를 계산하기 위하여 상기 방법을 활용하여 아래의 수학식 4와과 같이 0, 90, 180 그리고 270도의 위상마다 A, B, C 및 D점을 획득 할 수 있다. 상기 점 4개에서 모두 같은 위상차를 획득 할 수 있다. 도 4에서 점선 원은 선형적인 삼각법에 따른 원을 나타내고, 실선 타원은 실제 입력된 신호에 대한 리사쥬 파형을 나타낸다.
Figure 112016093562354-pat00013
오차 연산부(125)가 위상 오차 δ도 정확한 측정을 위하여 피드백 프로세싱에 따라 매 사이클마다 반복하여 결정할 수 있다. 오차 연산부(125)는 아래의 수학식 5를 이용하여 사인파형의 위상차 sin(δ) 및 코사인파형의 위상차 cos(δ)를 연산할 수 있다. 수학식 5에서 식의 우측에 있는 sin(δ)는 이전 단계에서 연산된 사인파형의 위상차를 의미한다.
Figure 112016093562354-pat00014
이제 신호 보상기(120)의 신호 보상부(121)가 오차 연산부(125)가 전달하는 정보를 이용하여 신호를 보상하는 과정을 설명한다. 도 5는 신호 보상기에서 피드백되는 신호를 이용하여 신호를 보상하는 신호 보상부(121)의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
신호 보상부(121)는 아래의 수학식 6을 이용하여 입력 신호를 보상할 수 있다. 도 5는 수학식 6에 따른 연산 과정에 해당한다.
Figure 112016093562354-pat00015
신호 보상부(121)에서 출력되는 신호 Us 및 Uc는 아래의 수학식 7로 표현된다. 보상된 사인파 신호 Us 및 보상된 코사인파 신호 Uc를 기준으로 마그네틱 엔코더의 회전 속도 및 회전 위치를 연산하게 된다. 또한 보상된 사인파 신호 Us 및 보상된 코사인파 신호 Uc는 PTO(130) 및 FTO(140)의 입력 신호로 사용된다.
Figure 112016093562354-pat00016
도 6은 위상 오차를 측정하는 PTO(130)의 구성을 도시한 블록도의 예이다. PTO(130)는 1차 저역통과 필터(1st LPF)와, 위상 검출기(Phase Detector), 루프 필터(Loop Filter) 및 전압 제어 발진기(VCO:Voltage Controlled Oscillator)를 포함한다. PTO(130)는 신호 보상기(120)가 보상한 신호(Us 및 Uc)를 입력 신호로 사용한다. 1차 저역통과 필터는 입력 신호에서 노이즈를 줄인다. PTO(130)의 1차 저역통과 필터에서 사용되는 차단 주파수는 FTO(140)에서 결정된다. 위상 검출기는 입력 위상
Figure 112016093562354-pat00017
와 출력 위상
Figure 112016093562354-pat00018
사이의 위상 오차(Ue)를 측정한다. 입력 위상
Figure 112016093562354-pat00019
은 PTO(130)에 입력되는 신호의 위상을 의미하고, 출력 위상
Figure 112016093562354-pat00020
은 VCO에서 출력되는 신호의 위상을 의미한다. 위상 오차(Ue)는 아래의 수학식 8을 통해 연산될 수 있다.
Figure 112016093562354-pat00021
루프 필터로 Active PI 필터(능동 진상-지상 필터)를 사용할 수 있다. 루프 필터는 VCO와 결합되는데 이는 위상 각도를 측정하기 위해서이다. 루프 필터에 사용되는 전달 함수 H(s)는 아래의 수학식 9와 같다. K1과 K2는 루프 필터의 계수이고, K3는 VCO의 계수이다.
Figure 112016093562354-pat00022
루프 필터에서 출력되는 오차 출력 신호는 전압 제어 발진기(VCO)에 인가된다.
FT0(140)는 도 3에 도시한 신호 보상기(120)의 2차 저역통과 필터(123)에서 사용하는 차단 주파수(ωcutoff_1)를 결정한다. 또한 FT0(140)는 도 6에 도시한 PTO(130)의 1차 저역통과필터터에 사용되는 차단 주파수(ωcutoff_2)를 결정한다. 저역통과 필터는 차단 주파수에 의존한다. 따라서 차단 주파수가 잡음으로 인하여 정확하지 않다면 저역통과 필터의 출력도 정확하지 않을 것이다. FT0(140)는 정현파 신호의 주파수 전류를 검출하기 위해서 사용된다.
도 7은 차단 주파수를 측정하는 FTO(140)의 구성을 도시한 블록도의 예이다. FTO(140)는 2개의 1차 저역통과 필터(1st LPF)를 사용한다. FTO(140)는 신호 보상기(120)가 보상한 신호(Us 및 Uc)를 입력 신호로 사용한다. FTO(140)는 입력 신호(Us 및 Uc) 및 입력 신호가 1차 저역통과필터를 통과한 신호(Usf 및 Ucf)를 이용한 연산을 통해 차단 주파수(ωcutoff_)를 연산한다. 연산 과정은 아래에 설명한다. 1차 저역통과 필터의 차단 주파수는 시스템의 특성 따라 고정된 값(ωcutfixed)이다. 1차 저역통과필터의 출력 신호(Usf 및 Ucf)는 아래의 수학식 10으로 표현된다.
Figure 112016093562354-pat00023
1차 저역통과필터의 출력 신호(Usf 및 Ucf)는 위상 지연 β를 갖는다. 위상 지연 β는 아래의 수학식 11과 같다.
Figure 112016093562354-pat00024
FTO(140)는 입력 신호 Us에 대한 입력 지연(Usbeta) 및 입력 신호 Uc에 대한 입력 지연(Ucbeta)를 연산하고, 아래의 수학식 12와 같이 연산한 각 입력 지연을 나누어 tanβ를 결정할 수 있다.
Figure 112016093562354-pat00025
FTO(140)는 tanβ를 구하면 정현파 신호의 입력 주파수 ωin를 결정할 수 있다. 입력 주파수 ωin은 tanβ 및 cutfixed에 의해 결정된다.
FTO(140)는 입력 주파수 ωin를 기준으로 신호 보상기(120)의 2차 저역통과 필터(123)에서 사용하는 차단 주파수(ωcutoff_1) 및 PTO(130)의 1차 저역통과필터터에 사용되는 차단 주파수(ωcutoff_2)를 결정한다. ωcutoff_1 = k1 × ωin이고 ωcutoff_2 = k2 × ωin으로 결정할 수 있다. 가중치 내지 상수 k1 및 k2 는 시스템의 특성에 따라 고정 된 값을 사용할 수 있다.
본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
50 : 마그네틱 엔코더
100 : 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치
110 : A/D 컨버터
120 : 신호 보상기
121 : 신호 보상부
123 : 2차 저역통과 필터
125 : 오차 연산부
130 : PTO
140 : FTO

Claims (9)

  1. 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 저역통과 필터에 전달하고, 저역통과 필터에서 출력되는 사인파와 코사인파 각각에 대한 진폭의 최대값과 진폭의 최소값을 결정하여 진폭 차이 및 오프셋을 연산하고, 상기 진폭 차이 및 상기 오프셋을 기준으로 상기 출력 신호를 보상하는 신호 보상기;
    상기 신호 보상기의 출력 신호를 저역통과 필터에 전달하고, 상기 신호 보상기의 출력 신호와 위상 추적기의 출력 신호의 위상 오차를 연산하여 루프 필터 및 전압 제어 발진기에 전달하여 상기 위상 추적기의 출력 신호를 생성하는 위상 추적기를 포함하되,
    상기 신호 보상기는 상기 위상 추적기의 출력 신호에 따라 상기 진폭의 최대값을 결정하는 구간과 상기 진폭의 최소값을 결정하는 구간을 한정하는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 보상기의 출력 신호를 고정된 차단 주파수를 갖는 저역 필터에 전달하여 사인파와 코사인파에 대한 위상 지연을 연산하고, 상기 위상 지연을 기준으로 상기 신호 보상기의 저역통과필터에 사용될 차단 주파수 및 상기 위상 추적기의 저역통과 필터에 사용될 차단 주파수 중 적어도 하나를 결정하는 주파수 추적기를 더 포함하는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 보상기는 상기 사인파와 상기 코사인파에 기반한 리사쥬 파형을 생성하고, 상기 리사쥬 파형에서 적어도 하나의 지점을 기준으로 사인파에 대한 위상 오차를 더 연산하는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호 보상기는 아래의 수식을 이용하여 상기 출력 신호를 보상하는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치.
    Figure 112016093562354-pat00026

    (sin(
    Figure 112016093562354-pat00027
    )는 보상된 사인파, cos(
    Figure 112016093562354-pat00028
    )는 보상된 코사인파, Usin은 마그네틱 엔코더의 출력 사인파, Ucos은 마그네틱 엔코더의 출력 코사인파, As는 사인파의 진폭, Bs는 사인파의 오프셋, Ac는 코사인파의 진폭, Bc는 코사인파의 오프셋, sin(δ)는 사인파의 위상 오차, cos(δ)는 코사인파의 위상 오차임)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호 보상기는
    상기 사인파에 대한 진폭의 최대값과 진폭의 최소값의 차이를 양분한 값을 이용하여 상기 사인파에 대한 진폭 차이를 연산하고, 상기 사인파에 대한 진폭의 최대값과 진폭의 최소값을 더한값을 양분한 값을 이용하여 상기 사인파에 대한 오프셋을 연산하고, 상기 코사인파에 대한 진폭의 최대값과 진폭의 최소값의 차이를 양분한 값을 이용하여 상기 코사인파에 대한 진폭 차이를 연산하고, 상기 코사인파에 대한 진폭의 최대값과 진폭의 최소값을 더한값을 양분한 값을 이용하여 상기 코사인파에 대한 오프셋을 연산하는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호 보상기는
    하나의 주기에서 사인파에 대한 진폭의 최대값을
    Figure 112016093562354-pat00029
    구간에서만 결정하고, 사인파에 대한 진폭의 최소값을
    Figure 112016093562354-pat00030
    구간에서만 결정하고, 코사인파에 대한 진폭의 최대값을
    Figure 112016093562354-pat00031
    구간에서만 결정하고, 코사인파 신호에 대한 진폭의 최소값을
    Figure 112016093562354-pat00032
    구간에서만 결정하는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호 보상기는
    상기 진폭 차이 및 상기 오프셋을 기준으로 상기 출력 신호를 보상한 신호를 다시 상기 저역통과 필터에 전달하여 신호 보상 과정을 반복하는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위상 추적기는
    상기 신호 보상기의 출력 신호에서 노이즈를 제거하는 상기 저역통과 필터;
    상기 저역통과 필터의 출력 신호와 상기 위상 추적기의 출력 신호 사이의 위상 오차에 해당하는 신호를 입력받는 상기 루프 필터; 및
    상기 루프 필터의 출력 신호를 입력받아 상기 위상 추적기의 출력 신호를 생성하는 전압 제어 발진기를 포함하는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 루프 필터의 전달 함수는 아래의 수식으로 표현되는 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치.
    Figure 112016093562354-pat00033

    (H(s)는 전달함수, K1과 K2는 루프 필터의 계수, K3는 전압 제어 발진기의 계수임)
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