KR101938190B1 - 프로그래밍이 가능한 다축 모터 제어장치 및 방법 - Google Patents

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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Abstract

프로그래밍이 가능한 다축 모터 제어장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 다축 모터를 제어함에 있어, 다른 축의 영향을 받지 않고 각각의 축에 대해 전류를 공급하며, 공급되는, 노이즈가 최소화된 전류의 크기를 센싱할 수 있는 모터 제어장치 및 방법을 제공한다.

Description

프로그래밍이 가능한 다축 모터 제어장치 및 방법{Method and Apparatus for Controlling Programmable, Multi Shaft Motor}
본 실시예는 프로그래밍이 가능한 다축 모터 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
모터 제어장치, 특히, 서보모터 제어장치는 부여된 목표입력에 대한 빠른 추종 응답특성을 갖고, 넓은 속도제어의 범위를 가지며, 정밀하게 움직일 수 있도록 서보 모터에 공급하는 전력을 적합한 형태로 변환하는 등의 제어를 하는 장치이다.
종래의 모터 제어장치는 다축 모터를 제어하기 위해 하나의 제어부(MCU)를 구비하거나, 다축 모터 각각을 제어하기 위한 복수의 제어부를 구비할 수 있다. 그러나 하나의 제어부를 구비한 모터 제어장치는 모터를 제어하기 위한 다른 아날로그 구성요소를 하나의 제어부로 제어를 하여야 하기 때문에, 모터 제어장치가 제어하기 위한 모터의 개수에 제한이 있었다. 통상적으로, 제어하기 위한 모터의 개수가 2~3개를 초과하면, 모터 제어장치의 리소스(Resource)를 초과하는 문제가 있었다.
한편, 복수의 제어부를 구비한 모터 제어장치는 전술한 리소스의 부족문제는 해결할 수 있는 장점이 있었으나, 복수의 제어부를 구비함에 따라, 비용적, 공간적 제약이 필연적으로 뒤따른다. 또한, 모터 제어장치는 모터로 전달하는 펄스 변조신호의 전류의 크기를 측정함으로써, 모터로 전달될 전류의 크기를 측정한다. 모터 제어장치는 모터로 전달될 전류의 크기를 측정하여, 전원에 왜곡, 노이즈 등이 발생하였는지를 확인하고 이를 보상한다. 그러나 모터 제어장치 내에 각각의 모터를 제어하기 위한 복수의 제어부를 구성함으로써, 모터로 공급하는 전원의 타이밍에 필연적으로 오차가 발생한다. 이에 따라, 펄스 변조신호를 측정하는 타이밍도 어긋나기 때문에, 모터로 인가되는 전류의 크기가 이상적으로 측정되어야 하는 값과 상이해지는 문제가 있다.
본 실시예는, 다축 모터를 제어함에 있어, 다른 축의 영향을 받지 않고 각각의 축에 대해 전류를 공급하며, 공급되는, 노이즈가 최소화된 전류의 크기를 센싱할 수 있는 모터 제어장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 복수의 모터의 구동을 제어하기 위한 모터 제어장치에 있어서, 상기 모터 제어장치를 구동하기 위한 구동전원 및 상기 복수의 모터 각각의 구동을 제어하기 위한 제어전원을 수신하는 전원 수신부와 상기 제어전원을 펄스 변조하여 펄스 변조된 제어전원을 상기 복수의 모터 각각으로 전달하는 펄스 변조부와 상기 모터 제어장치와 연결된 모터에 대한 환경정보를 수신하며, 펄스 변조된 제어전원을 수신하여 상기 제어전원의 크기를 측정하는 정보 수신부와 상기 환경정보를 이용하여 상기 모터 제어장치에 포함된 일부 또는 전부의 구성의 설정을 제어하며, 상기 펄스 변조부가 상기 제어전원을 펄스 변조하거나 상기 정보 수신부가 상기 제어전원의 전류를 측정하도록 제어하는 제어부와 상기 펄스 변조부의 상기 제어전원에 대한 펄스 변조의 시작 타이밍(Timing)을 조절하거나, 상기 정보 수신부의 상기 제어전원의 크기 측정에 대한 시작 타이밍을 조절하는 타이밍 조절부 및 상기 모터 제어장치에 포함된 일부 또는 전부의 구성에 관한 정보, 상기 제어부의 제어에 따라 발생하는 임시 정보 및 기타 정보를 저장하는 플래시메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 복수의 모터의 구동을 제어하기 위한 모터 제어장치의 구동 방법에 있어서, 상기 모터 제어장치를 구동하기 위한 구동전원, 상기 복수의 모터 각각의 구동을 제어하기 위한 제어전원 및 상기 모터 제어장치에 포함된 일부 또는 전부의 구성에 대한 환경정보를 수신하는 전원 수신과정과 상기 환경정보를 이용하여 상기 모터 제어장치에 포함된 일부 또는 전부의 구성의 설정을 제어하는 설정 제어과정과 상기 제어전원을 펄스 변조하여 펄스 변조된 제어전원을 상기 복수의 모터 각각으로 전달하는 펄스 변조과정과 상기 제어전원을 펄스 변조하거나 상기 제어전원의 전류를 측정하도록 제어하여, 상기 제어전원에 대한 펄스 변조의 시작 타이밍(Timing)을 조절하거나, 상기 제어전원의 전류 측정에 대한 시작 타이밍을 조절하는 타이밍 조절과정 및 상기 펄스 변조된 제어전원을 수신하여 상기 제어전원의 전류를 측정하는 측정과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치 구동 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예의 일 측면에 따르면, 다축 모터를 제어함에 있어, 다른 축의 영향을 받지 않고 각각의 축에 대해 전류를 공급하며, 공급되는 전류의 크기를 센싱할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 드라이버를 포함하는 모터제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 드라이버의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 전원에 대해 펄스폭 변조를 하는 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 정보 수신부가 전류의 크기를 센싱하는 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 드라이버의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 드라이버를 포함하는 모터제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터제어 시스템(100)은 마스터 장치(110), 전원장치(120), 환경정보 제공장치(130), 서보 드라이버(140), 엔코더(150, 153, 156, 159) 및 모터(160, 163, 166, 169)를 포함하여 구성된다.
마스터 장치(110)는 하나 이상의 모터(160, 163, 166, 169) 각각의 목표 제어상태를 설정하고, 이를 서보 드라이버(140)로 제공한다. 마스터 장치(110)는 PC, 서버, 또는 별도의 모터를 제어하기 위한 드라이버로 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 모터(160)의 목표 제어상태를 설정할 수 있는 장치이면 어떤 것으로도 구현될 수 있다. 마스터 장치(110)는 목표 제어상태를 설정하고, 설정한 목표 제어정보를 서보 드라이버(140)로 전송한다. 마스터 장치(110)는 목표 제어정보를 서보 드라이버(140)로 전송함에 있어, 유선으로 연결되어 펄스를 이용하여 전송할 수도 있고, 통신을 이용하여 전송할 수 있다. 마스터 장치(110)는 RS-232, 422 또는 485 방식을 이용하여 서보 드라이버(140)와 연결될 수 있으며, Field 방식의 이더넷(Ethernet)을 이용하여 서보 드라이버(140)와 연결될 수 있다. 이처럼, 마스터 장치(110)는 유선 또는 전술한 통신 방식을 이용하여 서보 드라이버(140)와 연결된 후, 목표 제어정보를 서보 드라이버(140)로 전송한다.
전원장치(120)는 서보 드라이버(140)로 전원을 제공한다. 전원장치(120)는 서보 드라이버(140)를 구동할 수 있도록 하는 구동전원을 제공한다. 전원장치(120)는 서보 드라이버(140)로 구동전원을 제공함으로써, 서보 드라이버(140) 내에 존재하는 각각의 구성이 자신의 역할을 수행할 수 있도록 한다. 또한, 전원장치(120)는 모터를 동작시키기 위한 제어전원을 서보 드라이버(140)로 제공한다. 전원장치(120)는 서보 드라이버(140)로 제어전원을 제공하며, 서보 드라이버(140)는 제어전원을 목표 제어정보에 따라 변조를 하여 모터(160)로 전달한다. 전원장치(120)는 서보 드라이버(140)로 구동전원과 제어전원을 분리하여 별도의 핀으로 제공하거나, 구동전원과 제어전원을 동일한 커넥터로 제공할 수 있다.
환경정보 제공장치(130)는 서보 드라이버(140)로 서보 드라이버(140)와 연결된 모터에 대한 환경정보를 제공한다. 환경정보라 함은 서보 드라이버(140)와 연결될 모터의 전반적인 정보를 의미하며, 모터의 종류, 모터가 사용하는 프로토콜 및 모터의 개수 중 일부 또는 전부를 포함한다. 환경정보 제공장치(130)는 서보 드라이버(140)로 환경정보를 제공하며, 서보 드라이버(140)는 환경정보에 따라 서보 드라이버(140) 내에 어떠한 구성을 구현하며, 어떠한 구성은 제거할지를 설정한다.
서보 드라이버(140)는 목표 제어정보를 수신하여 모터로 제공할 전원을 제어한다. 서보 드라이버(140)는 마스터 장치(110)로부터 목표 제어정보를 수신하고, 전원장치(120)로부터 수신한 제어전원을 목표 제어정보에 따라 변조한다. 서보 드라이버(140)는 변조한, 제어된 구동전원을 모터(160)로 제공한다. 또한, 서보 드라이버(140)는 환경정보 제공장치(130)로부터 수신한 환경정보에 따라 서보 드라이버(140) 내에 포함된 각각의 구성을 설정한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
엔코더(Encoder, 150, 153, 156, 159)는 모터(160, 163, 166, 169)의 샤프트의 회전수나 회전 각도(절대 위치)를 검출한다. 엔코더(150, 153, 156, 159)는 홀 센서(Hall Sensor)를 포함할 수 있으며, 이를 이용해 모터(160, 163, 166, 169)의 샤프트의 회전수나 회전 각도를 검출할 수 있다. 엔코더(150, 153, 156, 159)는 이와 같이 검출한 모터(160, 163, 166, 169)의 샤프트의 회전수나 회전 각도를 서보 드라이버(140)로 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 드라이버의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 드라이버(140)는 전원 수신부(210), 정보 수신부(220), 펄스 변조부(230), 타이밍 조절부(240), 제어부(250) 및 플래시 메모리(260)를 포함하여 구성된다.
서보 드라이버(140)는 모든 구성(210 내지 260)을 포함하는 하나의 IC(Integrated Circuit)로 구현될 수 있다. 종래의 서보 드라이버는 다양한 기능을 갖는 각각의 구성이 따로따로 구현되어 있어, 각각의 구성의 연결관계 및 구현이 복잡해지며, 비용도 증가하게 되는 불편이 존재하였다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 드라이버(140)는 모든 구성(210 내지 260)을 포함하는 하나의 IC(Integrated Circuit)로 구현되기 때문에, 생산이 용이해지며, 각 구성의 구현도 용이한 장점이 있다. 서보 드라이버(140)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 외부로부터 펌웨어의 업데이트를 이용해 프로그래밍이 가능한 로직(Logic) IC라면 어떠한 구성으로도 구현될 수 있다.
전원 수신부(210)는 전원장치(120)로부터 전원을 수신한다. 전원 수신부(210)는 전원장치(120)로부터 구동전원에 해당하는 전류 및 전압과 제어전원에 해당하는 전류 및 전압을 수신한다. 전원 수신부(210)는 구동전원을 수신하는 포트와 제어전원을 수신하는 포트를 분리하여 구현될 수 있고, 단일의 포트로 구동전원 및 제어전원을 수신하여 내부에서 두 전원을 분리(Isolation)할 수 있다.
전원 수신부(210)는 전원장치(120) 내에서 이미 디지털 값으로 변환된 전원을 수신할 수 있다. 그러나 전원 수신부(210)는 전원장치(120)로부터 아날로그 값의 전압값을 수신할 수 있다. 이러한 경우, 전원 수신부(210)는 ADC(Analog-to-Digital Converter, 미도시)를 포함할 수 있으며, Sinc3 필터와 같은 데시메이션 필터(Decimation Filter, 미도시)를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 이처럼, 전원 수신부(210)는 디지털화된 전원을 수신하거나, 수신된 전원을 디지털화하여 제어부(250)로 전달한다.
정보 수신부(220)는 마스터 장치(110), 환경정보 제공장치(130) 및 모터(160)로부터 정보를 수신한다. 정보 수신부(220)는 환경정보 수신부(223), 제어정보 수신부(226) 및 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)를 포함하여 구성된다.
환경정보 수신부(223)는 환경정보 제공장치로부터(130) 환경정보를 수신한다. 환경정보 수신부(223)는 제어부(250)의 제어에 따라 환경정보 제공장치(130)와 유선으로 연결되도록 구현되거나 RS-232, 422 또는 485와 같은 이더캣(Ethercat) 또는 이더넷(Ethernet)을 기초로 하는 필드버스(Fieldbus) 통신을 이용하여 연결되도록 구현될 수 있으며, 환경정보 제공장치(130)로부터 환경정보를 수신한다. 환경정보 수신부(223)는 수신한 환경정보를 플래시 메모리(260)로 전달하여 저장한다.
제어정보 수신부(226)는 마스터 장치(110)로부터 목표 제어정보를 수신한다. 제어정보 수신부(226)는 제어부(250)의 제어에 따라, 마스터 장치(110)와 유선으로 연결되도록 구현되거나 RS 232, 422 또는 485와 같은 이더캣(Ethercat), IEEE 802.3 또는 메카트로링크(Mechatrolink) 등과 같은 유선 통신을 이용하여 연결되도록 구현될 수 있다. 제어정보 수신부(226)는 마스터 장치(110)와 유선 또는 무선으로 연결되어 목표 제어정보를 수신한 후, 이를 제어부(250)로 전달한다.
피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)는 각각 내부에 홀 센서(미도시)와 전압센서(미도시)를 구비한다. 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)는 홀 센서를 구비함으로써, 엔코더(150, 153, 156, 159)로부터 각각 모터의 위치정보 또는 홀 정보를 피드백받아 모터의 절대위치를 파악한다. 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)는 전압센서를 구비함으로써, 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)가 각 모터(160, 163, 166, 169)로 제공하는 펄스 변조된 제어전원을 피드백받아 제어전원, 특히, 제어 전원 중 전류를 측정한다. 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)는 전압센서를 구비하여, 전압의 크기를 측정하거나 또는 크기를 알고있는 저항을 모터에 연결해둠으로써, 저항과 전압의 크기를 이용해 모터로 제공되는 전류의 크기를 측정한다. 다만, 모터의 위치를 측정하기 위한 센서로 홀 센서를, 제어전원의 전류를 측정하기 위한 센서로서 전압센서를 언급하였으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 모터의 위치를 측정하거나 전류의 크기를 측정할 수 있다면 어떠한 센서로 대체될 수 있다.
피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)는 서보 드라이버(140)가 제어하는 모터의 개수만큼 구현된다. 서보 드라이버(140)는 피드백 정보 수신부를 제어하는 모터의 개수만큼 구현함으로써, 각각의 모터로 공급하는 전류를 동시에 측정할 수 있도록 한다. 종래에는 아날로그 구성으로 하나의 피드백 정보 수신부를 구비하며, 이와 함께 먹스(Mux)를 구비함으로써, 각각의 모터로 제공하는 펄스의 크기를 측정하였다. 먹스를 이용하여, 피드백 정보 수신부는 하나의 펄스를 수신하여 펄스의 크기를 측정하며, 측정을 완료한 경우, 다른 펄스를 수신하여 펄스의 크기를 측정하였다. 그러나 이와 같이 종래의 하나의 피드백 정보 수신부는 하나의 펄스만을 수신하여 크기를 측정하기 때문에, 각각의 펄스의 측정 시간이 상이해지고 예상했던 측정시간에서 지연되는 문제가 있다. 측정시간이 상이해지고 지연됨으로써 문제가 발생하는 이유는 다음과 같다. 서로 무관한 모터에 각각 제공하는 펄스이지만, 펄스의 크기를 측정함에 있어 어느 하나의 펄스가 다른 펄스의 크기의 측정에 영향을 미친다. 특히, 어느 하나의 펄스(PWM)의 상승 에지(Rising Edge) 일 때나, 하강 에지(Falling Edge)일 때는 다른 전류의 크기 측정에 상당한 영향을 미친다. 따라서 전류의 측정 시간이 상이해지고 지연되는 것을 방지할 필요가 있으며, 이를 위해 펄스의 측정을 동시에 할 필요가 있다. 그러나 종래에는 동시에 펄스의 크기를 측정하기 위해서는 복수 개의 아날로그 피드백 정보 수신부를 구비하여야 하는데, 이는 공간적, 비용적인 제약이 발생한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 드라이버(140)는 프로그래밍이 가능한 IC로 구현됨으로써, 복수 개의 피드백 정보 수신부를 용이하게 구현할 수 있어, 이러한 문제를 해소할 수 있다.
제어부(250)의 제어에 따라, 피드백 정보 수신부(229)는 유선으로 엔코더(150)와 연결되거나 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 또는 BISS(BIdirectional Serial Synchronous) 프로토콜 등을 이용한 통신으로 엔코더(150)와 연결될 수 있도록 구현된다. 엔코더(150)는 스탠다드(Standard) 엔코더와 시리얼(Serial) 엔코더가 존재한다. 스탠다드 엔코더는 A상, B상 등을 갖는 펄스를 이용하여 모터의 위치 정보나 홀 정보를 서보 드라이버(140)로 전달하며, 시리얼 엔코더는 UART 또는 BISS 프로토콜 등을 이용한 통신을 이용하여 모터의 위치 정보나 홀 정보를 서보 드라이버(140)로 전달한다. 피드백 정보 수신부(229)는 스탠다드(Standard) 엔코더 또는 시리얼(Serial) 엔코더 각각과 연결될 수 있는 포트를 모두 구비하거나, 하나의 포트만을 구비하며 제어부(250)의 제어에 따라 스탠다드(Standard) 엔코더 또는 시리얼(Serial) 엔코더 중 어느 하나와 연결될 수 있도록 구현될 수 있다.
펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)는 제어부(250)의 제어에 따라 제어전원에 펄스 변조를 실시한다. 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)는 제어전원에 대해 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation), 펄스 주파수 변조(PFM: Pulse Frequency Modulation) 또는 펄스 위상 변조(PPM: Pulse Phase Modulation) 등 다양한 펄스 변조를 실시한다. 펄스 변조를 하는 이유는 전술한 바와 같이 모터로 제공할 전류를 보다 용이하게 변화시키기 위함이다. 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)는 펄스 변조에 의해 생성한 펄스를 모터(160, 163, 166, 169) 및 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)로 제공한다. 펄스 변조의 일 예로 펄스 변조부가 제어전원에 대해 펄스 폭 변조하는 것을 도 3에 도시하였다.
도 3은 전원에 대해 펄스폭 변조를 하는 것을 도시한 도면이다.
도 3(a)는 제어전원을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 제어전원은 정현파의 형태를 갖는다. 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)이 제어전원에 대해 펄스 변조 중 펄스폭 변조를 실시한다 가정하면, 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)는 제어전원의 진폭이 +로 커질 때에는 큰 폭을 갖는 펄스로 변환하며, 제어전원의 진폭이 -로 커질 때에는 좁은 폭을 갖는 펄스로 변환한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)는 제어전원에 대해 펄스 변조를 실시한다.
타이밍 조절부(240)는 각각의 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)의 제어전원에 대한 펄스 변조의 시작 타이밍(Timing)을 조절한다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 정보 수신부가 전류의 크기를 센싱하는 방법을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 V1 내지 V4는 각각 모터로 전송될 펄스에 해당한다. 타이밍 조절부(240)는 제어부(250)로부터 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)의 제어전원에 대한 펄스 변조 제어신호(V1 내지 V4)를 수신하는 경우, 각각의 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)의 제어전원에 대한 펄스 변조의 시작 타이밍(Timing)을 조절한다. 이때, 타이밍 조절부(240)는 모든 펄스 변조부의 제어전원에 대한 펄스 변조의 시작 타이밍이 동일하도록 조절한다. 도 4를 보면, 모든 펄스가 동일한 시각(t1)에 펄스가 시작하고 있음을 확인할 수 있다. 타이밍 조절부(240)가 펄스 변조의 시작 타이밍이 동일하도록 조절하는 이유는 다음과 같다. 예를 들어, 펄스 변조부가 제어전원에 대해 펄스폭 변조를 실시하였다 가정하는 경우, 피드백 정보 수신부가 전류의 크기를 측정함에 있어서, 전류가 유효하게 흐르는 기간의 중앙(t2)에서 전류의 크기를 측정하는 것이 가장 용이하다. 따라서 피드백 정보 수신부는 펄스폭이 최대가 되는 기간의 중앙(t2)에서 전류의 크기를 측정한다. 피드백 정보 수신부는 펄스의 크기를 즉시 측정할 수도 있지만, 센서 또는 ADC(Analog-Digital Converter)의 성능에 따라 펄스의 크기를 측정하는데 일정한 기간이 소요될 수 있다. 따라서 피드백 정보 수신부는 전류가 유효하게 흐르는 기간의 중앙(t2)의 전후(t3,t4)로 일정한 기간(t3 ~ t4) 동안 측정할 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이, 서로 무관한 모터에 각각 제공하는 펄스이지만, 어느 하나의 펄스의 상승 에지(Rising Edge) 일 때나, 하강 에지(Falling Edge)일 때는 다른 전류의 크기 측정에 상당한 영향을 미친다. 펄스 변조의 시작 타이밍이 상이해지는 경우, 어느 하나의 변조된 펄스의 펄스폭이 최대가 되는 기간의 중앙일 때의 시점에서 다른 하나의 변조된 펄스는 상승 에지이거나 하강에지일 수 있다. 이러한 상황을 방지하기 위해, 타이밍 조절부(240)는 각각의 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)의 제어전원에 대한 펄스 변조의 시작 타이밍을 일치시킨다. 펄스 변조의 시작 타이밍을 일치시킴으로써, 모든 펄스 변조부에서 변조된 펄스는 동일한 시각에 상승 에지와 하강 에지를 가지며, 변조된 펄스의 펄스폭이 최대가 되는 기간의 중앙일 때의 시점도 동일해진다.
타이밍 조절부(240)는 각각의 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)에 대해 모터로 제공되는 펄스의 크기 측정에 대한 시작 타이밍을 조절한다. 전술한 바와 같이, 타이밍 조절부(240)는 각각의 모터로 제공되는 모든 펄스의 변조 시작 타이밍을 일치(t1)시켰기 때문에, 각각의 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)는 동일한 때에 모터로 제공되는 펄스의 크기를 측정할 수 있다. 예를 들어, 펄스 변조부가 제어전원에 대해 펄스폭 변조를 실시하였다 가정한다. 타이밍 조절부(240)는 펄스 변조의 시작 타이밍(t1)으로부터 기 설정된 시간이 지난 후를 전류의 크기 측정에 대한 시작 타이밍으로 조절함으로써, 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)가 변조된 펄스의 펄스폭이 최대가 되는 기간의 중앙일 때의 시점(t2)에서 펄스의 크기를 측정하도록 조절한다. 또는, 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)가 펄스의 펄스폭이 최대가 되는 기간의 중앙일 때의 시점(t2)의 전후로 일정한 기간(t3 ~ t4) 동안 측정할 수 있다.
제어부(250)는 수신한 환경정보에 따라 서보 드라이버(140) 내의 구성을 설정하며, 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)가 제어전원을 펄스 변조하거나 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)가 제어전원의 크기를 측정하도록 제어한다.
제어부(250)는 수신한 환경정보에 따라 서보 드라이버(140) 내의 구성을 설정한다. 플래시 메모리(260)에 환경정보 수신부(223)가 수신한 환경정보가 저장된 경우, 제어부(250)는 플래시 메모리(260)에 저장된 환경정보로 엑세스한다. 제어부(250)는 환경정보로 엑세스하여, 수신한 환경정보에 따라 서보 드라이버(140) 내의 구성을 설정한다. 예를 들어, 환경정보 수신부와 유선을 이용하여 연결되며, 제어정보 수신부와 RS 485를 이용하여 연결되는 모터를 2개 제어해야 한다는 환경정보를 수신한 경우, 제어부(250)는 환경정보 수신부(223)과 제어정보 수신부(226)를 각각 유선 및 RS 485를 이용하도록 제어하며, 2개의 모터 각각에 제공할 펄스를 변조하도록 펄스 변조부를 2개 구비하도록 설정할 수 있다. 필요에 따라, 제어부(250)는 도 2에 도시된 구성 외의 구성을 구비하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(250)는 서보 드라이버(140)가 GPIO부(미도시)를 더 포함하도록 설정하여 모터와 GPIO부를 이용해 별도의 신호를 입출력할 수 있다. 즉, 제어부(250)는 환경정보 내에 포함된 모터의 종류 또는 모터가 사용하는 프로토콜에 따라 서보 드라이버(140) 내의 구성에 대해 각각의 구성의 인터페이스 또는 프로토콜을 제어하거나, 모터의 개수에 따라 필요한 각각의 구성의 개수를 제어한다. 제어부(250)는 이와 같이 수신한 환경정보에 따라 서보 드라이버(140)의 구성을 설정하기 위해, 플래시 메모리(260)로부터 환경정보에 따라 구현되어야 하는 서보 드라이버의 구성에 관한 정보를 엑세스한다.
제어부(250)는 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)가 제어전원을 펄스 변조하도록 제어한다. 제어부(250)는 전원 수신부(210)로부터 수신한 제어전원에 대해 펄스 변조가 이루어지도록 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)를 제어한다. 펄스 변조를 하는 이유는 전압과 전류의 진폭을 직접 변화시키기는 물리적으로 상당한 제약이 있기 때문에, 제어전원(전압과 전류)에 펄스 변조를 실시한다. 제어전원이 펄스 변조되면, 펄스, 예를 들어, 펄스의 폭 또는 주파수 등을 제어함으로써 전압과 전류의 크기를 변화시키는 것과 동일한 효과를 가져올 수 있다. 이에 따라, 제어부(250)는 수신한 제어전원에 대해 펄스 변조를 실시하도록 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)를 제어한다. 제어부(250)는 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)를 제어함에 있어, 제어정보 수신부(226)로부터 수신한 목표 제어정보에 따라 펄스 변조가 실시되도록 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)를 제어한다. 또한, 제어부(250)는 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)로부터 전류 크기 정보를 수신하여, 목표 제어정보에 따라 펄스 변조가 실시되었는지를 판단한다. 목표 제어정보에 일치하는 펄스가 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)로부터 변조되었다 하더라도, 모터의 비 선형(Non-Linear) 특성, 노이즈 등에 의해 펄스에 왜곡이 발생할 수 있다. 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)로부터 펄스 크기 정보를 수신함으로써, 제어부(250)는 펄스에 왜곡이 발생하였는지를 판단하고, 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)를 제어하여 왜곡을 보상하도록 한다.
제어부(250)는 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)가 제어전원의 크기를 측정하도록 제어한다. 제어부(250)는 각각의 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)가 변조하여 각 모터로 제공하는 펄스를 각각의 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)가 수신하여 변조된 전류를 측정하도록 한다. 제어부(250)는 각각의 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)로부터 변조된 펄스를 각각의 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)가 수신하도록 함으로써, 전류 크기의 측정에 지연이 없도록 한다.
플래시 메모리(260)는 서보 드라이버에 관한 정보, 제어부(250)의 제어에 관한 정보 및 사용자가 별도로 저장하기 위한 정보를 저장한다.
플래시 메모리(260)는 서보 드라이버에 관한 정보를 저장하는 서보 드라이버 영역, 제어부(250)의 제어에 관한 정보를 저장하는 제어부 영역 및 사용자가 별도로 저장하기 위한 정보를 저장하는 사용자 영역으로 구성될 수 있다.
서보 드라이버 영역은 서보 드라이버의 구성에 관한 정보를 저장한다. 환경정보, 특히, 모터의 종류 또는 모터가 사용하는 프로토콜에 따라 구현되어야 하는 서보 드라이버의 구성을 대응하여 저장한다. 서보 드라이버 영역에는, 예를 들어, 모터의 종류가 A인 경우, 환경정보 수신부는 유선을 이용하여 연결되며, 제어정보 수신부는 RS 485를 이용하여 연결된다는 정보가 저장된다. 또한, 플래시 메모리(260)는 환경정보 수신부(223)로부터 환경정보를 수신하여 이를 저장하며 제어부(250)로 제공한다.
제어부 영역은 제어부(250)가 정보 수신부(220) 각각의 구성, 펄스 변조부(250) 또는 기타 구성을 제어하며 제어 도중 발생할 수 있는 임시 데이터를 저장하거나, 제어정부 수신부(226)로부터 수신한 목표 제어정보를 저장할 수 있다.
사용자 영역은 사용자가 별도로 저장하기 위한 정보를 저장한다. 서보 드라이버에 관한 정보 및 제어부(250)의 제어에 관한 정보 외에 별도로 저장이 필요한 정보는 사용자 영역에 저장된다.
플래시 메모리(260)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)로 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 전기 공급이 끊긴 상태에서도 장기간 기억이 가능하며, 기록된 데이터를 지우고 쓰는 것이 가능한 기억장치는 어떠한 것으로도 대체될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서보 드라이버는 하나의 제어부(250)만을 가지고 있기 때문에, 생성되는 펄스의 시작 타이밍을 동기화할 수 있는 장점이 있으면서도, 프로그래밍을 이용하여 각각의 구성을 구현할 수 있어 복수의 구성이 구현된다 하더라도 제어부의 리소스가 부족해지는 문제가 발생하지 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 드라이버의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
서보 드라이버(140)는 전원장치(120)로부터 구동전원 및 환경정보 제공장치로(130)부터 환경정보를 수신하여, 수신한 환경정보에 따라 서보드라이버 내의 구성을 설정한다(S510). 서보 드라이버(140) 내의 전원 수신부(210)는 전원장치(120)로부터 서보 드라이버(140)를 구동시킬 구동전원을 수신한다. 이와 함께, 서보 드라이버(140) 내의 환경정보 수신부(223)는 환경정보 제공장치(130)로부터 서보 드라이버(140) 내의 구성을 설정하기 위한 환경정보를 수신한다. 서보 드라이버(140) 내의 환경정보 수신부(229)가 수신한 환경정보는 플래시 메모리(260)에 저장되며, 서보 드라이버(140) 내의 제어부(240)는 플래시 메모리(260)에 저장된 환경정보에 엑세스하여 환경정보에 따라 서보 드라이버 내의 각각의 구성을 설정한다. 제어부(250)는 환경정보 내에 포함된 모터의 종류 또는 모터가 사용하는 프로토콜에 따라 서보 드라이버(140) 내의 구성에 대해 각각의 구성의 인터페이스 또는 프로토콜을 제어하거나, 모터의 개수에 따라 필요한 각각의 구성의 개수를 제어한다.
서보 드라이버(140)는 전원장치로부터 제어전원 및 마스터 장치로부터 목표 제어정보 수신한다(S520). 서보 드라이버(140) 내의 전원 수신부(210)는 전원장치(120)로부터 모터를 동작시키기 위한 제어전원을 수신한다. 이와 함께, 서보 드라이버(140) 내의 제어정보 수신부(226)는 마스터 장치(110)로부터 모터의 동작을 제어하기 위한 목표 제어정보를 수신한다.
서보 드라이버(140)는 수신한 제어정보에 따라 모터로 전송할 제어전원에 펄스 변조를 수행하며, 각 펄스 변조신호의 시작 타이밍을 동기화한다(S530). 서보 드라이버(140)는 내의 제어부(250)는 수신한 제어정보에 따라 제어전원에 펄스 변조를 수행하도록 각각의 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)를 제어한다. 제어부(250)의 제어에 따라, 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)는 제어전원에 펄스 변조를 수행한다. 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)가 제어전원의 펄스 변조를 수행함에 있어, 서보 드라이버(140) 내 타이밍 조절부(240)는 각 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)에 대한 제어전원의 펄스 변조의 시작 타이밍이 동일하도록 펄스 변조 타이밍을 조절한다.
서보 드라이버(140)는 펄스 변조부로부터 각 피드백 정보를 수신하여, 기 설정된 측정 타이밍에 전류의 크기 측정한다(S540). 서보 드라이버(140) 내 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)는 각 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)에서 변조된 펄스를 각각 수신하여, 타이밍 조절부(240)가 조절한 타이밍에 동시에 펄스의 크기를 측정한다. 타이밍 조절부(240)는 펄스 변조의 시작 시각으로부터 기 설정된 시간이 지난 때에 동시에 각 피드백 정보 수신부(229, 229-1, 229-2, 229-3)들이 전류의 크기를 측정할 수 있도록 타이밍을 조절한다.
서보 드라이버(140)는 측정된 전류의 크기를 이용하여, 제어전원을 재변조한다(S550). 서보 드라이버(140) 내 제어부(250)는 피드백 정보 수신부가 측정한 전류의 크기를 수신하여, 펄스의 왜곡 여부를 판단한다. 왜곡 여부를 판단하여, 제어부(250)는 각 펄스 변조부(230, 230-1, 230-2, 230-3)가 왜곡을 보상한 펄스를 생성하도록 제어한다.
도 5에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각각의 도면에 기재된 과정의 순서를 변경하여 실행하거나 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 5는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 5에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 모터제어 시스템 110: 마스터 장치
120; 전원장치 130: 환경정보 제공장치
140: 서보 드라이버 150: 엔코더
160: 모터 210: 전원 수신부
220: 정보 수신부 223: 환경정보 수신부
226: 제어정보 수신부 229: 피드백 정보 수신부
230: 펄스 변조부 240: 타이밍 조절부
250: 제어부 260: 플래시 메모리

Claims (10)

  1. 복수의 모터의 구동을 제어하기 위한 모터 제어장치에 있어서,
    상기 모터 제어장치를 구동하기 위한 구동전원 및 상기 복수의 모터 각각의 구동을 제어하기 위한 제어전원을 수신하는 전원 수신부;
    상기 제어전원을 펄스 변조하여 펄스 변조된 제어전원을 상기 복수의 모터 각각으로 전달하는 펄스 변조부;
    상기 제어전원에 대한 펄스 변조의 시작 타이밍(t1)을 동일해지도록 일치시켜서 상기 펄스 변조된 제어전원이 동일한 시각에 상승 에지와 하강 에지를 가지며, 변조된 펄스의 펄스폭이 최대가 되는 구간이 중앙일 때 시점이 동일해지도록 하는 타이밍 조절부; 및
    상기 펄스 변조된 제어전원의 크기를 측정하는 피드백 정보 수신부
    를 포함하되, 상기 타이밍 조절부는 펄스 변조의 시작 타이밍(t1)으로부터 기 설정된 시간이 지난 후를 전류의 크기 측정에 대한 시작 타이밍으로 조절하여 상기 피드백 정보 수신부가 상기 펄스 변조된 제어전원의 펄스폭이 최대가 되는 구간이 중앙일 때의 시점(t2)에서 펄스의 크기를 측정하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터 제어장치와 연결된 모터에 대한 환경정보를 수신하는 환경정보 수신부;
    상기 환경정보를 이용하여 상기 모터 제어장치에 포함된 일부 또는 전부의 구성의 설정을 제어하는 제어부
    를 추가로 포함하며,
    상기 환경정보는 제어하고자 하는 모터의 종류, 상기 제어하고자 하는 모터가 사용하는 프로토콜 및 상기 제어하고자 하는 모터의 개수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 환경정보 내 상기 제어하고자 하는 모터의 개수에 따라 상기 펄스 변조부 및 상기 정보 수신부의 개수를 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 환경정보 수신부는 환경정보 제공장치로부터 상기 환경정보를 수신하며, 상기 피드백 정보 수신부는 상기 펄스 변조부로부터 상기 펄스 변조된 제어전원을 수신하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 복수의 모터의 구동을 제어하기 위한 모터 제어장치의 구동 방법에 있어서,
    상기 모터 제어장치를 구동하기 위한 구동전원, 상기 복수의 모터 각각의 구동을 제어하기 위한 제어전원을 수신하는 과정;
    상기 제어전원을 펄스 변조하여 펄스 변조된 제어전원을 상기 복수의 모터 각각으로 전달하는 과정;
    상기 제어전원에 대한 펄스 변조의 시작 타이밍(t1)을 동일해지도록 일치시켜서 상기 펄스 변조된 제어전원이 동일한 시각에 상승 에지와 하강 에지를 가지며, 변조된 펄스의 펄스폭이 최대가 되는 구간이 중앙일 때 시점이 동일해지도록 하는 과정;
    상기 펄스 변조된 제어전원의 크기를 측정하는 과정; 및
    상기 펄스 변조된 제어전원의 크기를 측정할 때, 상기 펄스 변조의 시작 타이밍(t1)으로부터 기 설정된 시간이 지난 후를 전류의 크기 측정에 대한 시작 타이밍으로 조절하여 상기 펄스 변조된 제어전원의 펄스폭이 최대가 되는 구간이 중앙일 때의 시점(t2)에서 펄스의 크기를 측정하도록 조절하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치 구동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모터 제어장치와 연결된 모터에 대한 모터 종류, 프로토콜 및 모터 개수 중 적어도 하나를 포함하는 환경정보를 수신하는 과정; 및
    상기 환경정보를 이용하여 상기 모터 제어장치에 포함된 일부 또는 전부의 구성의 설정을 제어하는 과정
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치 구동 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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