KR102020160B1 - 모터 구동 시스템 및 이의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 제어 방식에 따른 모터 구동 제어 중, 제1 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 평균 전압을 검출하는 단계, 상기 제1 PWM 신호의 평균 전압을 기초로 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하는 단계, 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인 경우, 모터를 정지시키는 단계, 사용자가 제어 모드를 선택할 수 있도록 하기 위한 유저 인터페이스를 제공하는 단계, 및 상기 사용자의 선택에 따라 폐루프 제어 방식 또는 개방루프 제어 방식의 제어 모드를 실행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

모터 구동 시스템 및 이의 동작 방법{Motor drive system and method for operating the same}
본 발명은 폐루프 제어 방식에 따른 동작 중 이상 현상 발생에 대비할 수 있는 모터 구동 시스템 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
종래의 폐루프(Closed Loop) 모터 구동방식의 경우, 이상신호가 발생되면 모터가 멈추거나, 폭주하는 현상이 발생 하였다. 이 경우 기기 및 설비의 파손으로 인한 경제적 손실, 그리고 수리 후에나 정상적인 사용이 가능함에 따라 모터를 이용해야 하는 기기 운영에 많은 문제점이 발생하였다.
특히, 원자력발전소 등 설비의 안전을 중요시하는 곳에는 폐루프만을 이용한 모터 구동 방식 시스템은 상기의 내용으로 인해 많은 위험의 소지를 가지고 있다. 또한, 비상시에 대비하여 모터의 구동이 필요할 경우 구동이 어려워, 많은 시간적 지연을 초래할 수 있다.
본 발명이 일 목적은 폐루프 제어 방식에 따른 동작 중 이상 현상 발생을 감지하여 안정적인 모터의 구동을 보장할 수 있는 모터 구동 시스템 및 이의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 제어 방식에 따른 모터 구동 제어 중, 제1 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 평균 전압을 검출하는 단계, 상기 제1 PWM 신호의 평균 전압을 기초로 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하는 단계, 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인 경우, 모터를 정지시키는 단계, 사용자가 제어 모드를 선택할 수 있도록 하기 위한 유저 인터페이스를 제공하는 단계, 및 상기 사용자의 선택에 따라 폐루프 제어 방식 또는 개방루프 제어 방식의 제어 모드를 실행하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 PWM 신호의 평균 전압은 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 나타낼 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하는 단계는, 상기 제1 PWM 신호의 평균 전압에 대응하는 디지털 값인 평균 전압 값을 생성 및 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하는 단계는, 상기 평균 전압 값을 누적하여 생성된 평균 값을 임계 값과 비교하여 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 임계 값은 모터 폭주 현상시 발생하는 상기 제1 PWM 신호의 듀티비에 대응하는 평균 값의 하한 값일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 임계 값은 모터 과부하 현상시 발생하는 상기 제1 PWM 신호의 듀티비에 대응하는 평균 값의 범위를 결정하는 상한 값 및 하한 값을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 모터는 서보 모터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 동작 방법은, 폐루프 제어 방식에 따른 모터 구동 제어 중, 제1 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 평균 전압을 검출하는 이상 신호 검출 회로, 및 상기 제1 PWM 신호의 평균 전압을 기초로 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하고, 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인 경우, 모터를 정지시키도록 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 모터를 정지시킨 이후, 사용자가 제어 모드를 선택할 수 있도록 하기 위한 유저 인터페이스를 제공하고, 상기 사용자의 선택에 따라 폐루프 제어 방식 또는 개방루프 제어 방식의 제어 모드를 실행할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 모터의 현재 위치에 대한 위치 정보를 생성하는 위치 센서, 상기 위치 정보와 이전의 PWM 제어 코드를 비교하여 현재의 PWM 제어 코드를 생성하는 폐루프 제어기, 및 상기 PWM 제어 코드에 대응하는 듀티비를 갖는 상기 제1 PWM 신호를 생성하는 신호 발생기를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 이상 신호 검출 회로는, 상기 제1 PWM 신호의 듀티비에 대응하는 전압 레벨을 갖는 신호를 생성하는 신호 정합 회로, 상기 신호 정합 회로로부터 출력되는 신호를 디지털화된 평균 전압 값으로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터, 및 상기 평균 전압 값을 저장하고 상기 컨트롤러로 전달하는 평균 전압 저장부를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 평균 전압 값을 누적하여 생성된 평균 값을 임계 값과 비교하여 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 임계 값은 모터 폭주 현상시 발생하는 상기 제1 PWM 신호의 듀티비에 대응하는 평균 값의 하한 값일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 임계 값은 모터 과부하 현상시 발생하는 상기 제1 PWM 신호의 듀티비에 대응하는 평균 값의 범위를 결정하는 상한 값 및 하한 값을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 PWM 신호의 평균 전압은 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 나타낼 수 있다.
실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 개방루프 제어 방식에 따른 모터 구동 제어시 상기 모터를 직접 구동하기 위한 제2 PWM 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템 및 이의 동작 방법에 의하면, 폐루프 제어 동작 수행 중 이상 현상을 감지하여 이상 현상에 따라 발생할 수 있는 모터의 이상 동작을 사전에 차단할 수 있어, 기기의 오동작에 따른 파손 가능성을 줄여 시스템의 안정성을 높이고 인명 피해 발생 가능성을 최소화할 수 있다.
또한, 모터의 정지 이후 사용자가 원하는 경우 또 다른 방식의 모터 제어 모드(개방루프 제어)를 적용하여 사용함으로써, 안전하고 지속적인 운용이 가능하다.
아울러, 높은 안정성이 요구되는 발전소 등과 같은 모터 구동 환경에서 사용되는 자동화 시스템에 적용시, 시스템의 높은 안정성과 신뢰성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 이상 신호 검출 회로를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 컨트롤러를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
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 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 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. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 모터 구동 시스템(10)은 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 기반으로 모터를 구동하는 시스템으로서, PWM 신호를 실시간으로 감지한 뒤 PWM 신호가 이상 신호에 해당할 경우 즉시 모터의 구동을 정지하고 타 모드로 전환시킬 수 있는 기능을 제공할 수 있다.
모터 구동 시스템(10)은 컨트롤러(controller, 100), 모터 드라이브(motor drive, 200), 모터(motor, 300), 폐루프 제어기(closed loop controller, 400), 신호 발생기(signal generator, 500), 위치 센서(position sensor, 600), 이상 신호 검출 회로(abnormal signal detecting circuit, 700) 및 모드 전환 스위치(mode change switch, 800)를 포함할 수 있다. 여기서, 모터 구동 시스템(10)은 폐루프 제어기(400), 신호 발생기(500) 및 위치 센서(600)로 구성되는 폐루프 제어 영역(closed loop control)과 컨트롤러(100)의 제어에 따르는 개방루프 제어 영역(open loop control)을 포함할 수 있다.
컨트롤러(100)는 모터 구동 시스템(10)의 전반적인 제어를 수행할 수 있으며, 폐루프 제어 영역과 개방루프 제어 영역 중 어느 하나를 선택하여 선택된 제어 방식에 따라 모터(300)가 구동되도록 제어할 수 있다. 일 예로, 컨트롤러(100)는 이상 신호 검출 회로(700)로부터 수신된 폐루프 제어 영역의 제1 PWM 신호(PWM1)에 대한 정보를 기초로 폐루프 제어 방식에 의한 제어를 중지할지 결정할 수 있고, 중지된 경우 사용자의 선택에 따라 개방루프 제어 방식에 의한 제어를 수행할 수 있다.
컨트롤러(100)는 폐루프 제어 방식을 선택하기 위해 폐루프 제어기(400)를 활성화하거나, 폐루프 제어 방식을 중지시키기 위해 폐루프 제어기(400)를 비활성화할 수 있다. 또한, 개방루프 제어 방식이 선택된 경우, 컨트롤러(100)는 모터(300)를 직접 구동하기 위한 제2 PWM 신호(PWM2)를 생성할 수 있다. 한편, 폐루프 제어 방식의 제1 PWM 신호 및 개방 루프 제어 방식의 제2 PWM 신호(PWM2) 각각은 저소음 주파수 대역을 가질 수 있다. 이는 모터 구동 시스템(10)의 동작 시에 외부로 유해한 소음이 유출되지 않도록 하기 위함이며, 예컨대 사람의 가청 주파수(20~20,000Hz) 이외의 주파수 대역이 제1 및 제2 PWM 신호(PWM1, PWM2)의 주파수 대역으로 설정될 수 있다.
컨트롤러(100)의 보다 상세한 구성 및 동작은 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
모터 드라이브(200)는 폐루프 제어 방식의 제1 PWM 신호(PWM1) 또는 개방루프 제어 방식의 제2 PWM 신호(PWM2)를 수신하여 모터(300)를 구동할 수 있다. 이때, 모터 드라이브(200)는 전원부(미도시)로부터 전원을 공급받아, 제1 PWM 신호(PWM1) 또는 제2 PWM 신호(PWM2)에 의해 결정되는 위치 및 속도로 모터(300)를 회전시키기 위한 신호를 생성하여 모터(300)로 전달할 수 있다. 일 실시예에 따라, 모터 드라이브(200)는 3상 인버터(3-phase inverter)를 포함할 수 있으나 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
모터(300)는 모터 드라이브(200)로부터 인가되는 신호에 따른 위치 및 속도로 회전할 수 있다. 일 실시예에 따라, 모터(300)는 서보 모터(servo motor)일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
폐루프 제어기(400)는 컨트롤러(100)의 제어에 따라 활성화 또는 비활성화될 수 있으며, 폐루프 제어 영역 내 구성들의 동작을 제어할 수 있다. 폐루프 제어기(400)는 활성화된 상태에서 폐루프 제어기(400)는 위치 센서(600)로부터 모터(300)의 위치 정보를 수신하고 이전의 PWM 제어 코드와 현재 수신된 위치 정보를 비교하여 현재의 PWM 제어 코드를 결정할 수 있다. 이때, 폐루프 제어기(400)는 이전의 PWM 제어 코드에 대응되는 모터(300)의 위치가 현재 수신된 위치 정보에 대응되는 모터(300)의 위치를 추종하도록 현재의 PWM 제어 코드를 결정할 수 있다. 여기서, 폐루프 제어기(400)가 PWM 제어 코드를 결정하는 방식은 PID(Proportional Integral Differential) 방식이 이용될 수 있으나 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
신호 발생기(500)는 폐루프 제어기(400)로부터 수신된 PWM 제어 코드에 대응하는 듀티비(duty ratio)를 갖는 제1 PWM 신호(PWM1)를 생성하여 이상 신호 검출 회로(700) 및 모드 전환 스위치(800)로 전달할 수 있다.
위치 센서(600)는 모터의 현재 위치(즉, 구동 각도)를 센싱하고 현재 위치에 대한 위치 정보를 생성하여 폐루프 제어기(400)로 전송할 수 있다. 예컨대, 위치 센서(600)는 엔코더(encoder), 포텐셔미터(potentiometer), 리졸버(resolver) 중 적어도 하나일 수 있다.
이상 신호 검출 회로(700)는 제1 PWM 신호(PWM1)를 기초로 제1 PWM 신호(PWM1)에 대한 정보인 평균 전압을 생성하여 저장하고, 컨트롤러(100)로 평균 전압을 제공할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 평균 전압은 제1 PWM 신호(PWM1)의 듀티비(duty ratio)를 나타내는 값일 수 있다.
모드 전환 스위치(800)는 컨트롤러(100)의 제어에 따라 모터 드라이브(200)를 폐루프 제어 영역과 개방루프 제어 영역 중 어느 하나에 연결함으로써, 폐루프 제어 방식과 개방루프 제어 방식 중 어느 하나의 제어 방식을 선택할 수 있다. 여기서, 모터 드라이브(200)를 폐루프 제어 영역에 연결하기 위한 신호를 폐루프 선택 신호(CSS)라 하고, 모터 드라이브(200)를 개방루프 제어 영역에 연결하기 위한 신호를 개방루프 선택 신호(OSS)라 정의할 수 있다. 실시예에 따라, 폐루프 선택 신호(CSS)와 개방루프 선택 신호(OSS)는 서로 독립적인 신호일 수도 있고, 특정 신호의 서로 다른 레벨(예컨대, 로우 레벨 및 하이 레벨)에 해당할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 이상 신호 검출 회로를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 이상 신호 검출 회로(700)는 신호 정합 회로(710), A/D(Analog/Digital) 컨버터(720) 및 평균 전압 저장부(730)를 포함할 수 있다.
신호 정합 회로(710)는 제1 PWM 신호(PWM1)을 수신하여 제1 PWM 신호(PWM1)의 듀티비에 대응하는 전압 레벨을 갖는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 정합 회로(710)는 저항 및 콘덴서를 이용하여 일정 구간 동안의 평균 전압에 대응하는 레벨을 갖는 신호를 생성할 수 있으며, 이러한 평균 전압은 듀티비에 해당할 수 있다. 즉, 듀티비가 높을수록 신호 정합 회로(710)로부터 출력되는 신호의 전압 레벨을 높고, 듀티비가 낮을수록 신호 정합 회로(710)로부터 출력되는 신호의 전압 레벨은 낮을 수 있다.
A/D 컨버터(720)는 신호 정합 회로(710)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털화된 평균 전압 값으로 변환할 수 있다. 실시예에 따라, A/D 컨버터(720)는 아날로그 신호를 기준 신호와 비교하여 아날로그 신호의 전압 레벨이 기준 신호의 전압 레벨보다 높은(또는 낮은) 구간을 카운트함에 의해 디지털 값으로 변환할 수 있다. 이러한 평균 전압 값은 제1 PWM 신호(PWM1)의 듀티비에 대응하는 평균 전압의 디지털 값을 의미할 수 있다.
평균 전압 저장부(730)는 A/D 컨버터(720)로부터 출력되는 평균 전압 값을 저장하고, 컨트롤러(100)로 평균 전압 값을 전달할 수 있다. 실시예에 따라, 평균 전압 저장부(730)는 컨트롤러(100)의 요청에 따라 저장된 평균 전압 값을 전달할 수도 있고, 미리 정해진 주기에 따라 저장된 평균 전압 값을 컨트롤러(100)로 전달할 수도 있다. 평균 전압 저장부(730)는 미리 정해진 크기의 메모리로 구현될 수 있으며, 메모리의 크기는 A/D 컨버터(720)로부터 출력되는 평균 전압 값을 특정 개수 이상으로 저장할 수 있는 크기일 수 있다. 만일, 평균 전압 저장부(730)에 저장된 평균 전압 값이 특정 개수를 초과하면, 가장 먼저 저장되었던 평균 전압 값부터 순차적으로 삭제되고 새로 수신된 평균 전압 값이 저장될 수 있다. 예를 들어, 특정 개수는 10회일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
도 3은 도 1에 도시된 컨트롤러를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 컨트롤러(100)는 폐루프 제어부(110), 개방루프 제어부(120), 이상 신호 판단부(130) 및 제어 모드 결정부(140)를 포함할 수 있다.
폐루프 제어부(110)는 폐루프 제어 방식에 의한 구동을 위해 폐루프 제어 영역에 포함된 구성들(예컨대, 폐루프 제어기(400))의 활성화 및 비활성화를 제어할 수 있다. 폐루프 제어부(110)가 폐루프 제어 영역에 포함된 구성들을 활성화한 경우, 폐루프 제어기(400)는 위치 센서(600)로부터 모터(300)의 위치 정보를 수신하고 이전의 PWM 제어 코드와 현재 수신된 위치 정보를 비교하여 현재의 PWM 제어 코드를 결정하고, 신호 발생기(500)는 폐루프 제어기(400)로부터 수신된 PWM 제어 코드에 대응하는 듀티비(duty ratio)를 갖는 제1 PWM 신호(PWM1)를 생성하여 이상 신호 검출 회로(700) 및 모드 전환 스위치(800)로 전달할 수 있다. 이때, 폐루프 제어부(110)는 이상 신호 검출 회로(700)의 활성화 및 비활성화를 제어할 수 있으며, 이상 신호 검출 회로(700)는 폐루프 제어 영역에 포함된 구성들과 동기화되어 활성화 및 비활성화가 제어될 수 있다. 또한, 폐루프 제어 방식에 의한 구동 중에는 후술할 제어 모드 결정부(140)의 폐루프 선택 신호(CSS)에 의해 모드 전환 스위치(800)가 모터 드라이브(200)를 폐루프 제어 영역에 연결할 수 있다. 이에 따라, 제1 PWM 신호(PWM1)를 수신한 모터 드라이브(200)는 제1 PWM 신호(PWM1)에 의해 결정되는 위치 및 속도로 모터(300)를 회전시키기 위한 신호를 생성하여 모터(300)를 구동할 수 있다.
개방루프 제어부(120)는 개방루프 제어 방식이 선택된 경우에 모터(300)를 직접 구동하기 위한 제2 PWM 신호(PWM2)를 생성할 수 있다. 제2 PWM 신호(PWM2)는 사용자에 의해 직접 입력되는 정보에 따라 생성될 수도 있고, 미리 정해진 동작 조건에 따라 생성될 수도 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 개방루프 제어 방식에 의한 구동 중에는 후술할 제어 모드 결정부(140)의 개방루프 선택 신호(OSS)에 의해 모드 전환 스위치(800)가 모터 드라이브(200)를 개방루프 제어 영역에 연결할 수 있다. 이에 따라, 제2 PWM 신호(PWM2)를 수신한 모터 드라이브(200)는 제2 PWM 신호(PWM2)에 의해 결정되는 위치 및 속도로 모터(300)를 회전시키기 위한 신호를 생성하여 모터(300)를 구동할 수 있다.
이상 신호 판단부(130)는 이상 신호 검출 회로(700)로부터 수신되는 평균 전압 값을 기초로 현재의 제1 PWM 신호(PWM1)가 이상 신호인지 여부를 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 이상 신호 판단부(130)는 컨트롤러(100) 내부의 버퍼에 평균 전압 값을 누적하고, 일정 주기 또는 일정 횟수 누적된 평균 전압 값의 평균 값(A)을 임계 값(N)과 비교하여 현재의 제1 PWM 신호(PWM1)가 이상 신호인지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 평균 전압 값의 평균 값(A)을 이용하는 이유는 노이즈 등의 영향으로 일시적으로 발생하는 오류로 인해 모터(300)의 구동이 정지되지 않도록 하기 위함이다.
임계 값(N)은 모터 이상 현상의 발생 여부를 판단할 수 있는 기준 값일 수 있다.
일 실시예에 따라, 임계 값(N)은 모터 폭주 현상시 발생하는 제1 PWM 신호(PWM1)의 듀티비에 대응하는 평균 값의 하한 값일 수 있으며, 이는 시스템에 따라 실험적으로 결정될 수 있다. 여기서, 평균 값(A)이 임계 값(N) 이상인 경우, 이상 신호 판단부(130)는 현재의 제1 PWM 신호(PWM1)를 이상 신호로 판단할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 임계 값(N)은 모터 과부하 현상시 발생하는 제1 PWM 신호(PWM1)의 듀티비에 대응하는 평균 값의 범위를 결정하는 상한 값 및 하한 값을 포함할 수 있으며, 이는 시스템에 따라 실험적으로 결정될 수 있다. 여기서, 평균 값(A)이 임계 값(N)으로 결정되는 범위를 벗어나는 경우, 이상 신호 판단부(130)는 현재의 제1 PWM 신호(PWM1)를 이상 신호로 판단할 수 있다.
만일 현재의 제1 PWM 신호(PWM1)가 이상 신호가 아니라고 판단된 경우, 이상 신호 판단부(130)는 폐루프 제어 방식에 따른 구동 제어가 지속되도록 제어하고, 제1 PWM 신호(PWM1)가 이상 신호인지 여부를 주기적으로 판단할 수 있다.
만일 현재의 제1 PWM 신호(PWM1)가 이상 신호라고 판단된 경우, 이상 신호 판단부(130)는 폐루프 제어 방식에 따른 구동 제어를 중지하고 제어 모드 결정부(140)의 동작을 요청할 수 있다.
일 실시예에 따라, 폐루프 제어 방식에 따른 구동 제어를 중지시키기 위해, 이상 신호 판단부(130)는 모터 정지 신호를 폐루프 제어기(400)로 전송할 수 있고, 폐루프 제어기(400)는 신호 발생기(500)가 제1 PWM 신호(PWM1)를 생성하지 않도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 모터 드라이브(200)는 모터(300)를 정지할 수 있다. 이후 폐루프 제어기(400)는 위치 센서(600)의 위치 정보로부터 모터(300)의 정지를 확인한 뒤, 위치 센서(600)를 비활성화하고 대기 모드로 진입함으로써 비활성화될 수 있다. 여기서, 대기 모드는 컨트롤러(100)의 활성화 신호를 수신하여 다시 정상 모드로 진입하기 위한 최소한의 전력과 모듈이 기능하는 상태를 의미할 수 있다.
제어 모드 결정부(140)는 이상 신호 판단부(130)의 요청에 따라 동작할 수 있으며, 폐루프 제어 방식과 개방루프 제어 방식 중 어느 제어 모드로 동작할지 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 제어 모드 결정부(140)는 사용자가 제어 모드를 선택할 수 있도록 하기 위한 유저 인터페이스를 제공할 수 있으며, 사용자의 선택에 따라 결정된 제어 모드에 따라 폐루프 제어부(110) 또는 개방루프 제어부(120)로 폐루프 제어 방식 또는 개방루프 제어 방식의 동작을 요청할 수 있다. 또한, 제어 모드 결정부(140)는 선택된 제어 모드에 따라 폐루프 선택 신호(CSS) 또는 개방루프 선택 신호(OSS)를 모드 전환 스위치(800)로 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 모터 구동 시스템(10)의 최초 구동시 컨트롤러(100)는 폐루프 제어 방식으로 모터(300)가 구동되도록 제어할 수 있다(S10). 이는 개방루프 제어 방식에 비해 폐루프 제어 방식이 피드백(feedback) 경로를 통해 모터(300)의 현재 상태를 파악하여 적응적으로 제어를 수행할 수 있는 장점을 갖기 때문이다.
이상 신호 검출 회로(700)는 제1 PWM 신호(PWM1)를 기초로 제1 PWM 신호(PWM1)에 대한 정보인 평균 전압을 생성하여 저장하고, 컨트롤러(100)로 평균 전압을 제공할 수 있다(S20).
컨트롤러(100)의 이상 신호 판단부(130)는 이상 신호 검출 회로(700)로부터 수신되는 평균 전압 값을 기초로 현재의 제1 PWM 신호(PWM1)가 이상 신호인지 여부를 판단할 수 있다(S30).
만일 현재의 제1 PWM 신호(PWM1)가 이상 신호가 아니라고 판단된 경우(S30의 No), 이상 신호 판단부(130)는 폐루프 제어 방식에 따른 구동 제어가 지속되도록 제어하고, 제1 PWM 신호(PWM1)가 이상 신호인지 여부를 주기적으로 판단할 수 있다(S10~S20 재수행).
만일 현재의 제1 PWM 신호(PWM1)가 이상 신호라고 판단된 경우(S30의 Yes), 이상 신호 판단부(130)는 폐루프 제어 방식에 따른 구동 제어를 중지하고 모터(300)를 정지시킬 수 있다(S40). 또한, 이상 신호 판단부(130)는 제어 모드 결정부(140)의 동작을 요청할 수 있다.
제어 모드 결정부(140)는 사용자가 제어 모드를 선택할 수 있도록 하기 위한 유저 인터페이스를 제공할 수 있으며, 사용자의 선택에 대응하는 입력을 수신할 수 있다(S50).
만일, 사용자가 제어 모드를 선택하였을 경우(S50의 Yes), 제어 모드 결정부(140)는 사용자의 선택에 따라 결정된 제어 모드에 따라 폐루프 제어부(110) 또는 개방루프 제어부(120)로 폐루프 제어 방식 또는 개방루프 제어 방식의 동작을 요청할 수 있다. 또한, 제어 모드 결정부(140)는 선택된 제어 모드에 따라 폐루프 선택 신호(CSS) 또는 개방루프 선택 신호(OSS)를 모드 전환 스위치(800)로 전송할 수 있다. 폐루프 제어부(110) 또는 개방루프 제어부(120)는 제어 모드 결정부(140)의 요청에 따라 폐루프 제어 방식 또는 개방루프 제어 방식의 동작을 실행할 수 있다(S60).
만일, 사용자가 제어 모드를 선택하지 않았을 경우(S50의 No), 제어 모드 결정부(140)는 폐루프 제어부(110) 또는 개방루프 제어부(120)로 동작을 요청하지 않고, 모터(300)의 작동 정지 상태를 유지할 수 있다(S70).
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템 및 이의 동작 방법에 의하면, 폐루프 제어 동작 수행 중 이상 현상을 감지하여 이상 현상에 따라 발생할 수 있는 모터의 이상 동작을 사전에 차단할 수 있어, 기기의 오동작에 따른 파손 가능성을 줄여 시스템의 안정성을 높이고 인명 피해 발생 가능성을 최소화할 수 있다.
또한, 모터의 정지 이후 사용자가 원하는 경우 또 다른 방식의 모터 제어 모드(개방루프 제어)를 적용하여 사용함으로써, 안전하고 지속적인 운용이 가능하다.
아울러, 높은 안정성이 요구되는 발전소 등과 같은 모터 구동 환경에서 사용되는 자동화 시스템에 적용시, 시스템의 높은 안정성과 신뢰성을 제공할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 모터 구동 시스템
100: 컨트롤러
200: 모터 드라이브
300: 모터
400: 폐루프 제어기
500: 신호 발생기
600: 위치 센서
700: 이상 신호 검출 회로
800: 모드 전환 스위치

Claims (16)

  1. 폐루프 제어 방식에 따른 모터 구동 제어 중, 제1 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 평균 전압을 검출하는 단계;
    상기 제1 PWM 신호의 평균 전압과 임계값을 기초로 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하는 단계;
    상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인 경우, 모터를 정지시키는 단계;
    상기 모터를 정지시킨 후, 사용자가 상기 모터의 재구동에 대한 제어 모드를 선택할 수 있도록 하기 위한 유저 인터페이스를 제공하는 단계; 및
    상기 사용자의 선택에 따라 폐루프 제어 방식 또는 개방루프 제어 방식의 제어 모드를 실행하는 단계를 포함하고,
    상기 임계값은 모터 폭주 현상시 발생하는 상기 제1 PWM 신호의 듀티비에 대응하는 평균 값의 하한 값과, 모터 과부하 현상시 발생하는 상기 제1 PWM 신호의 듀티비에 대응하는 평균 값의 범위를 결정하는 상한 값 및 하한 값을 포함하는 모터 구동 시스템의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 PWM 신호의 평균 전압은 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 나타내는 모터 구동 시스템의 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하는 단계는,
    상기 제1 PWM 신호의 평균 전압에 대응하는 디지털 값인 평균 전압 값을 생성 및 저장하는 단계를 포함하는 모터 구동 시스템의 동작 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하는 단계는,
    상기 평균 전압 값을 누적하여 생성된 평균 값을 상기 임계 값과 비교하여 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하는 단계를 포함하는 모터 구동 시스템의 동작 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 서보 모터인 모터 구동 시스템의 동작 방법.
  8. 폐루프 제어 방식에 따른 모터 구동 제어 중, 제1 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 평균 전압을 검출하는 이상 신호 검출 회로; 및
    상기 제1 PWM 신호의 평균 전압과 임계값을 기초로 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하고, 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인 경우, 모터를 정지시키도록 제어하고, 상기 모터를 정지시킨 이후, 사용자가 상기 모터의 재구동에 대한 제어 모드를 선택할 수 있도록 하기 위한 유저 인터페이스를 제공하고, 상기 사용자의 선택에 따라 폐루프 제어 방식 또는 개방루프 제어 방식의 제어 모드를 실행하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 임계값은 모터 폭주 현상시 발생하는 상기 제1 PWM 신호의 듀티비에 대응하는 평균 값의 하한 값과, 모터 과부하 현상시 발생하는 상기 제1 PWM 신호의 듀티비에 대응하는 평균 값의 범위를 결정하는 상한 값 및 하한 값을 포함하는 모터 구동 시스템.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 모터의 현재 위치에 대한 위치 정보를 생성하는 위치 센서;
    상기 위치 정보와 이전의 PWM 제어 코드를 비교하여 현재의 PWM 제어 코드를 생성하는 폐루프 제어기; 및
    상기 PWM 제어 코드에 대응하는 듀티비를 갖는 상기 제1 PWM 신호를 생성하는 신호 발생기를 더 포함하는 모터 구동 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 이상 신호 검출 회로는,
    상기 제1 PWM 신호의 듀티비에 대응하는 전압 레벨을 갖는 신호를 생성하는 신호 정합 회로;
    상기 신호 정합 회로로부터 출력되는 신호를 디지털화된 평균 전압 값으로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터; 및
    상기 평균 전압 값을 저장하고 상기 컨트롤러로 전달하는 평균 전압 저장부를 포함하는 모터 구동 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 평균 전압 값을 누적하여 생성된 평균 값을 상기 임계 값과 비교하여 상기 제1 PWM 신호가 이상 신호인지 판단하는 모터 구동 시스템.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제1 PWM 신호의 평균 전압은 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 나타내는 모터 구동 시스템.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 개방루프 제어 방식에 따른 모터 구동 제어시 상기 모터를 직접 구동하기 위한 제2 PWM 신호를 생성하는 모터 구동 시스템.
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