KR102121191B1 - 2관성계 구동기 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 2관성계 구동기 제어 장치는, 구동부와, 부하부와, 상기 구동부 및 상기 부하부를 연결하는 탄성부를 포함하는 2관성계 구동기; 및 제어 입력과, 상기 제어 입력을 상기 2관성계 구동기에 인가하여 생성되는 출력에 기초한 상기 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 포함하고, 상기 동역학적 모델에 기초하여 상기 2관성계 구동기의 출력을 제어하는 외란관측기를 포함하고, 상기 동역학적 모델은 매개 변수로서 공진 주파수와, 이득과, 감쇠 계수를 포함하고, 상기 공진 주파수와, 상기 이득과, 상기 감쇠 계수는 설정 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 반응에 기초하여 각각 결정될 수 있다.

Description

2관성계 구동기 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING ACTUATOR OF TWO-MASS INERTIA SYSTEM}
이하, 실시예들은 2관성계 구동기 제어 장치에 관한 것이다.
2관성계 구동기는 구동부(e.g. 모터)와, 탄성부(e.g. 스프링)와, 부하부(e.g. 질량체)를 포함하는 구동기를 포함한다. 2관성계 구동기를 제어하기 위한 장치 - 2관성계 구동기 제어 장치 - 는 구동기로부터 출력되는 힘을 측정하는 센서를 사용하지 않고 구동부와 부하부를 연결하는 탄성부의 변형을 측정하고, 측정된 탄성부의 변형에 기초하여 출력 힘을 추정하는 원리를 이용한다. 이 과정에서, 제어 장치는 정밀하게 출력 힘을 제어하기 위해 비선형요소(e.g. 외란)를 제거하는 역동역학적 모델을 이용하고 있다. 관련 분야에서, 역동역학적 모델의 매개 변수들을 결정하기 위한 방법들이 개발되고 있다. 예를 들어, 한국공개특허공보 제10-2000-0056838호는 2관성계의 진동억제 제어시스템 및 그 제어방법을 개시하고 있다.
일 실시예에 따른 목적은 2관성계 구동기에 주로 영향을 미치는 매개 변수들을 포함하는 심플한 동역학적 모델을 이용하여 2관성계 구동기로부터 출력되는 힘을 쉽게 제어하는 2관성계 구동기 제어 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 2관성계 구동기 제어 장치는, 구동부와, 부하부와, 상기 구동부 및 상기 부하부를 연결하는 탄성부를 포함하는 2관성계 구동기; 및 제어 입력과, 상기 제어 입력을 상기 2관성계 구동기에 인가하여 생성되는 출력에 기초한 상기 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 포함하고, 상기 동역학적 모델에 기초하여 상기 2관성계 구동기의 출력을 제어하는 외란관측기를 포함하고, 상기 동역학적 모델은 매개 변수로서 공진 주파수와, 이득과, 감쇠 계수를 포함하고, 상기 공진 주파수와, 상기 이득과, 상기 감쇠 계수는 설정 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 반응에 기초하여 각각 결정될 수 있다.
상기 이득은, 상기 공진 주파수에 설정 비율을 곱한 주파수를 가지는 테스트 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 진폭비(magnitude)에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 이득은, 결정된 공진 주파수를 포함하는 동역학적 모델의 주파수-진폭비 선도에서 상기 진폭비와 매칭되는 동역학적 모델의 이득으로 결정될 수 있다.
상기 감쇠 계수는, 상기 공진 주파수를 가지는 지령 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 신호의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 감쇠 계수는, 발생되는 상기 신호의 크기가 상기 지령 신호의 크기와 동일한 때의 동역학적 모델의 감쇠 계수로 결정될 수 있다.
상기 감쇠 계수는, 결정된 공진 주파수와 이득을 포함하는 동역학적 모델의 상승 시간(rise time)이 최소인 때의 동역학적 모델의 감쇠 계수로 결정될 수 있다.
상기 감쇠 계수는, 상기 공진 주파수를 가지는 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 진폭비에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 공진 주파수는, 임펄스 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 반응에서 상기 탄성부의 변형값이 최대 크기인 주파수로 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 2관성계 구동기 제어 장치는 심플한 동역학적 모델을 사용하므로, 2관성계 구동기에 주로 영향을 미치는 매개 변수들을 결정하는 데 복잡한 방법론 내지 정밀한 분석 장비를 필요로 하지 않을 수 있다.
일 실시예에 따른 2관성계 구동기 제어 장치는 2관성계 구동기에 주로 영향을 미치는 매개 변수들 중 어느 하나의 매개 변수가 사용자의 필요에 따라 조절되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 2관성계 구동기 제어 장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 2관성계 구동기를 개략적으로 나타낸 블록선도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 2관성계 구동기 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록선도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 결정하기 위한 방식을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 2관성계 구동기에 임펄스를 인가한 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 2관성계 구동기에 고주파 영역의 주파수를 가지는 신호를 인가한 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 방식에 따른 동역학적 모델의 매개 변수인 이득을 구하는 방식을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 2관성계 구동기에 공진 주파수를 가지는 신호를 인가한 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 2관성계 구동기의 제어 성능을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따른 2관성계 구동기의 제어 성능을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
이하, 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, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 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. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 2관성계 구동기를 개략적으로 나타낸 블록선도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 2관성계 구동기(100)는 출력되는 힘을 측정하는 센서를 별도로 사용하지 않고 탄성부(120)의 변형(deformation)을 측정하여 출력되는 힘을 측정할 수 있다. 2관성계 구동기(100)는 구동부(110), 탄성부(120) 및 부하부(130)를 포함할 수 있다.
구동부(110)는 동력을 발생시킬 수 있다. 일 예에서, 구동부(110)는 회전력을 발생시키는 모터를 포함할 수 있다. 탄성부(120)는 구동부(110)와 부하부(130)를 연결하여 구동부(110)로부터 부하부(130)로 동력을 전달할 수 있다. 탄성부(120)가 탄성적으로 거동하므로, 부하부(130)도 탄성적으로 거동할 수 있다. 일 예에서, 탄성부(120)는 스프링을 포함할 수 있다. 구동부(110)와 부하부(130)는 각각 해당하는 질량과 감쇠 계수를 가진다.
일 예에서, 2관성계 구동기(100)의 외부로부터 2관성계 구동기(100)의 구동부(110)로 제어 입력 - 예를 들어, 입력 토크(τm) - 가 전달되면, 고정계(fixed world)에 대한 구동부(110)의 변위(xm,θm)가 발생할 수 있다. 여기서, 고정계는 2관성계 구동기(100)가 설치되는 외부의 디바이스 등을 의미한다. 한편, 구동부(110)에서 발생한 동력이 탄성부(120)를 통해 부하부(130)로 전달 및/또는 2관성계 구동기(100)의 외부로부터 부하부(130)로 외력(Fext)이 전달되면, 고정계에 대한 부하부(130)의 변위(xl,θl)가 발생할 수 있다.
2관성계 구동기(100)는 구동부(110)와 부하부(130) 사이의 탄성부(120)의 변형을 측정할 수 있다. 2관성계 구동기(100)는 탄성부(120)의 변형에 기초하여 2관성계 구동기(100)로부터 발생하는 힘을 추정할 수 있다. 추정되는 힘을 정밀하게 제어하기 위하여 다양한 종류의 제어기가 사용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 2관성계 구동기 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록선도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 2관성계 구동기 제어 장치(10)는 2관성계 구동기(100)를 제어하기 위한 다양한 제어기들을 포함할 수 있다. 2관성계 구동기 제어 장치(10)는 외란 관측기(200), 피드포워드 제어기(300) 및 피드백 제어기(400)를 포함할 수 있다.
외란 관측기(200)는 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 비선형 요소들을 제거하는 데 사용되는 제어기이다. 2관성계 구동기(100)의 출력(Fs)을 정밀하게 제어하기 위해 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델을 선형화할 필요성이 있다. 여기서, 동역학적 모델의 비선형 요소들은 "외란(disturbance)"으로도 언급된다. 외란 관측기(200)는 2관성계 구동기(100)에 인가되는 제어 입력(τm)과, 2관성계 구동기(100)의 출력(Fs)과, 2관성계 구동기(100)에 영향을 주는 외란에 기초하여 2관성계 구동기(100)에 인가되는 제어 입력(τm)을 결정할 수 있다.
외란 관측기(200)는 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 역모델을 이용할 수 있다. 2관성계 구동기(100)의 출력(Fs)에는 2관성계 구동기(100)에 영향을 주는 외란이 포함되어 있으므로, 외란 관측기(200)는 2관성계 구동기(100)의 출력(Fs)을 동역학적 모델의 역모델에 적용하여 생성되는 신호로 구한 외란을 감산함으로써 2관성계 구동기(100)에 적용할 제어 입력(τm)을 결정할 수 있다.
피드포워드 제어기(300)는 2관성계 구동기(100)에 인가되는 제어 입력(τm)을 결정하는 데 사용되는 제어기로서, 2관성계 구동기(100)의 출력(Fs)에 의존하지 않고 2관성계 구동기(100)의 출력(Fs)이 원하는 설정 범위 내에 있도록 제어 입력(τm)을 결정할 수 있다. 사용자가 피드포워드 제어기(300)에 기준 제어 입력(Fref)을 인가하면, 피드포워드 제어기(300)의 출력이 2관성계 구동기(100)의 제어 입력(τm)을 결정하는 데 사용될 수 있다.
피드백 제어기(400)는 2관성계 구동기(100)의 출력(Fs)에 기초하여 2관성계 구동기(100)에 인가되는 제어 입력(τm)을 결정하는 데 사용될 수 있다. 일 예에서, 피드백 제어기(400)는 사용자의 입력에 기초한 기준 제어 입력(Fref)과 2관성계 구동기(100)의 출력(Fs)에 기초하여 2관성계 구동기(100)에 인가되는 제어 입력(τm)을 결정할 수 있다. 일 예에서, 피드백 제어기(400)는 P-제어기, PI-제어기, PID-제어기 등을 포함할 수 있다.
한편, 2관성계 구동기(100)에 인가되는 제어 입력(τm)은 외란 관측기(200)의 출력과, 피드포워드 제어기(300)의 출력과, 피드백 제어기(400)의 출력에 기초하여 결정될 수 있다. 일 예에서, 2관성계 구동기(100)에 인가되는 제어 입력(τm)은 피드포워드 제어기(300)의 출력과 피드백 제어기(400)의 출력을 합산한 신호에서 외란 관측기(200)의 출력을 감산한 신호로 결정될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 결정하기 위한 방식을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 2관성계 구동기 제어 장치는 이의 제어기 - 특히, 외란 관측기 - 의 동역학적 모델 또는 이의 역모델을 결정하는 데 있어서 심플한 제어 방식을 사용하면서도 복잡한 모델을 사용하는 제어 장치와 비교할 때에 실질적으로 동일한 제어 성능을 달성할 수 있도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 2관성계 구동기 제어 장치는 공진 주파수를 이용하여 외란 관측기의 동역학적 모델 또는 이의 역모델을 단순화 할 수 있다. 외란 관측기가 이용하는 2관성계 구동기의 동역학적 모델은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112018024215265-pat00001
여기서, s는 주파수 도메인 상수, P(s)는 동역학적 모델, A는 동역학적 모델의 이득(gain), B는 동역학적 모델의 감쇠 계수, wn은 동역학적 모델의 공진 주파수를 의미한다.
2관성계 구동기의 동역학적 모델은 3개의 매개 변수인 이득(A), 감쇠 계수(B) 및 공진 주파수(wn)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 2관성계 구동기 제어 장치는 적은 수의 매개 변수들로 구성된 동역학적 모델을 이용하므로, 2관성계 구동기를 심플하게 제어할 수 있다는 장점을 가진다.
2관성계 구동기의 동역학적 모델을 구성하는 3개의 매개 변수는 다음과 같은 방식으로 결정할 수 있다. 먼저 공진 주파수(wn)를 결정(S110)하고, 결정된 공진 주파수(wn)를 포함하는 동역학적 모델의 이득(A)을 결정(S120)하고, 결정된 공진 주파수(wn)와 이득(A)을 포함하는 동역학적 모델의 감쇠 계수(B)를 결정(S130)하는 순서로 동역학적 모델의 매개 변수들을 결정할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 2관성계 구동기에 임펄스를 인가한 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3과 함께 도 4 및 도 5를 참조하면, 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델을 구성하는 매개 변수인 공진 주파수(wn)는 2관성계 구동기(100)에 임펄스(impulse) 신호를 인가함으로써 2관성계 구동기(100)로부터 발생하는 반응(response)에 기초하여 결정될 수 있다. 여기서, 2관성계 구동기(100)의 반응은 2관성계 구동기(100)를 구성하는 탄성부의 변형을 주파수 영역으로 변환함으로써 표현될 수 있다. 일 예에서, 2관성계 구동기(100)를 구성하는 탄성부의 변형은 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 표현될 수 있다.
도 5의 일 예시적인 2관성계 구동기(100)의 반응인 주파수(frequency)-진폭비(Abs) 선도에서, 주파수가 약 6Hz일 때 진폭비가 가장 크게 나타남을 확인할 수 있다. 이와 같이, 진폭비가 가장 크게 나타나는 약 6Hz의 주파수를 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 공진 주파수(wn)로 결정할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 2관성계 구동기에 고주파 영역의 주파수를 가지는 신호를 인가한 모습을 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 방식에 따른 동역학적 모델의 매개 변수인 이득을 구하는 방식을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3과 함께 도 6 및 도 7을 참조하면, 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델을 구성하는 매개 변수인 이득(A)은 2관성계 구동기(100)의 진폭비에 기초하여 주파수 피팅(fitting) 방식으로 결정될 수 있다. 여기서, 동역학적 모델의 공진 주파수(wn)는 결정되어 있는 상태이다.
일 실시예에서, 2관성계 구동기(100)에 공진 주파수(wn)보다 큰 고주파수의 정현파를 인가한 후, 2관성계 구동기(100)의 반응에 기초하여 이득(A)이 결정될 수 있다. 예를 들어, 2관성계 구동기(100)에 인가되는 주파수는 공진 주파수(wn)의 약 3배일 수 있다. 이에 따라, 2관성계 구동기(100)에 고주파수의 정현파와 이에 따른 2관성계 구동기(100)의 출력의 비율인 진폭비(magnitude)가 획득될 수 있다.
도 7의 일 예시적인 2관성계 구동기(100)의 보드 선도(bode diagram)에서, 결정된 공진 주파수(wn)를 포함하는 동역학적 모델의 이득(A)을 다양하게 변화시킨 그래프들이 도시된다. 여기서, 앞서 획득된 진폭비와, 2관성계 구동기(100)에 인가한 신호의 주파수에 매칭되는 포인트를 찾을 수 있다. 이 포인트를 지나는 보드 선도에 대응하는 이득이 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 이득(A)으로 결정될 수 있다. 일 예시적인 그래프인 도 7에서, 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 이득(A)이 90으로 설정되는 모습을 확인할 수 있다. 참고적으로, 2관성계 구동기(100)의 보드 선도에서 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 매개 변수 중 하나인 감쇠 계수(B)는 임의의 값으로 설정해도 무방하다.
한편, 도시되지 않은 실시예에서, 2관성계 구동기(100)에 공진 주파수(wn)보다 작은 저주파수의 정현파를 인가함에 따라 발생하는 2관성계 구동기(100)의 반응에 기초하여 이득(A)이 결정될 수도 있다. 앞서 설명한 방식과 마찬가지로, 2관성계 구동기(100)의 반응에서 획득되는 진폭비와, 2관성계 구동기(100)에 인가한 신호의 주파수에 매칭되는 포인트를, 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 보드 선도에서 찾은 후, 이의 보드 선도에 대응하는 이득이 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 이득(A)으로 결정될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 2관성계 구동기에 공진 주파수를 가지는 신호를 인가한 모습을 나타낸 도면이다.
도 3과 함께 도 8을 참조하면, 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델을 구성하는 매개 변수인 감쇠 계수(B)는 2관성계 구동기(100)의 진폭비에 기초하여 주파수 피팅 방식으로 결정될 수 있다. 앞서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 유사한 방식으로, 2관성계 구동기(100)에 공진 주파수(wn)와 실질적으로 동일한 주파수를 가지는 신호를 인가하면, 2관성계 구동기(100)의 반응에서 진폭비를 획득할 수 있다. 이후, 공진 주파수(wn)와 이득(A)이 결정되어 있는 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 보드 선도를 감쇠 계수(B)에 따라 다양하게 그릴 수 있다. 앞서 획득한 2관성계 구동기(100)의 진폭비와 공진 주파수(wn)에 매칭되는 포인트를 지나는 보드 선도를 찾은 후, 그 보드 선도에 대응하는 감쇠 계수를 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 감쇠 계수(B)로 결정할 수 있다.
한편, 도시되지 않은 실시예에서, 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델을 구성하는 매개 변수인 감쇠 계수(B)는 2관성계 구동기(100)의 제어 성능에 기초하여 결정될 수 있다. 이는 외란 관측기(200), 피드포워드 제어기(300), 피드백 제어기(400) 또는 이들의 조합으로 구성된 2관성계 구동기 제어 장치(10)에서 2관성계 구동기(100)에 소정의 신호를 인가함으로써 수행된다.
일 예에서, 2관성계 구동기(100)에 공진 주파수(wn)를 가지는 지령 신호를 인가한 후, 이에 따른 2관성계 구동기(100)로부터 발생되는 출력 신호의 크기가 설정 범위 내에 속할 때의 감쇠 계수를 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 감쇠 계수(B)로 결정할 수 있다. 바람직한 예에서, 2관성계 구동기(100)에 공진 주파수(wn)를 가지는 지령 신호를 인가함에 따라 2관성계 구동기(100)로부터 발생되는 출력 신호의 크기가 앞서 인가한 지령 신호의 크기와 실질적으로 동일한 때의 감쇠 계수를 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 감쇠 계수(B)로 결정할 수 있다.
일 예에서, 공진 주파수(wn)와 이득(A)이 결정되어 있는 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 감쇠 계수(B)를 다양하게 변화시켜 가면서 타임 도메인에서의 상승 시간(rise time)을 측정할 수도 있다. 이 때, 상승 시간의 최소값인 경우의 감쇠 계수를 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델의 감쇠 계수(B)로 결정할 수 있다.
이상과 같이 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한 기본 개념은 2관성계 구동기(100)의 동역학적 모델을 결정하기 위한 일 예시적인 방법에 불과하며, 실시예들이 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.
도 9는 일 실시예에 따른 2관성계 구동기의 제어 성능을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 앞서 설명한 방식에 따라 결정된 동역학적 모델을 가지는 2관성계 구동기의 제어 성능을 살펴본 결과, 2관성계 구동기에 레퍼런스(reference) 신호인 사각파 신호를 인가하였을 때 2관성계 구동기의 출력이 그래프에 나타난다. 이 그래프에서, 앞서 설명한 방식에 따라 결정된 동역학적 모델을 가지는 2관성계 구동기의 출력 - 이 예에서, 힘(force) - 을 추종하는 성능이 높음을 확인할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 2관성계 구동기의 제어 성능을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조하면, 앞서 설명한 방식에 따라 결정된 동역학적 모델을 가지는 2관성계 구동기의 폴(pole)을 변화시킴에 따른 2관성계 구동기의 제어 성능을, 종래의 5개 이상의 매개 변수를 가지는 동역학적 모델을 가지는 2관성계 구동기의 제어 성능과 비교한 결과를 나타낸 그래프가 도시된다. 이 그래프에서, 일 실시예에 따른 심플한 방식으로 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 결정하더라도, 이 모델을 이용하는 2관성계 구동기의 제어 장치가 종래의 복잡한 동역학적 모델을 이용하는 제어 성능과 비교할 때에 상당히 유사한 제어 성능을 발휘함을 확인할 수 있다.
일 실시예에 따른 2관성계 구동기 제어 장치는 2관성계 구동기의 출력을 제어하는 데 사용되는 종래의 복잡한 동역학적 모델에서 제어 성능에 주로 영향을 미치는 3개의 매개 변수들만을 특정한 심플한 동역학적 모델을 이용함으로써, 종래의 복잡한 동역학적 모델의 매개 변수들을 획득하기 위한 복잡한 방법론 및 고가의 주파수 분석 장비를 이용하지 않고도 제어기를 구성할 수 있다. 또한, 2관성계 구동기 제어 장치에서 사용되는 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 구성하는 매개 변수 중 하나인 감쇠 계수는 사용자의 원하는 제어 성능에 따라 결정될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (8)

  1. 구동부와, 부하부와, 상기 구동부 및 상기 부하부를 연결하는 탄성부를 포함하는 2관성계 구동기; 및
    제어 입력과, 상기 제어 입력을 상기 2관성계 구동기에 인가하여 생성되는 출력에 기초한 상기 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 포함하고, 상기 2관성계 구동기의 출력을 상기 동역학적 모델의 역모델에 적용하여 생성되는 신호에 기초하여 상기 2관성계 구동기에 적용할 제어 입력을 결정하는 외란관측기;
    를 포함하고,
    상기 동역학적 모델은 3개의 매개 변수로 구성되고, 상기 3개의 매개 변수는 공진 주파수, 이득 및 감쇠 계수를 가지고,
    상기 공진 주파수와, 상기 이득과, 상기 감쇠 계수는 설정 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 반응에 기초하여 각각 결정되는 2관성계 구동기 제어 장치.
  2. 구동부와, 부하부와, 상기 구동부 및 상기 부하부를 연결하는 탄성부를 포함하는 2관성계 구동기; 및
    제어 입력과, 상기 제어 입력을 상기 2관성계 구동기에 인가하여 생성되는 출력에 기초한 상기 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 포함하고, 상기 동역학적 모델에 기초하여 상기 2관성계 구동기의 출력을 제어하는 외란관측기;
    를 포함하고,
    상기 동역학적 모델은 매개 변수로서 공진 주파수와, 이득과, 감쇠 계수를 포함하고,
    상기 공진 주파수와, 상기 이득과, 상기 감쇠 계수는 설정 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 반응에 기초하여 각각 결정되고,
    상기 이득은, 상기 공진 주파수에 설정 비율을 곱한 주파수를 가지는 테스트 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 진폭비(magnitude)에 기초하여 결정되는 2관성계 구동기 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이득은, 결정된 공진 주파수를 포함하는 동역학적 모델의 주파수-진폭비 선도에서 상기 진폭비와 매칭되는 동역학적 모델의 이득으로 결정되는 2관성계 구동기 제어 장치.
  4. 구동부와, 부하부와, 상기 구동부 및 상기 부하부를 연결하는 탄성부를 포함하는 2관성계 구동기; 및
    제어 입력과, 상기 제어 입력을 상기 2관성계 구동기에 인가하여 생성되는 출력에 기초한 상기 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 포함하고, 상기 동역학적 모델에 기초하여 상기 2관성계 구동기의 출력을 제어하는 외란관측기;
    를 포함하고,
    상기 동역학적 모델은 매개 변수로서 공진 주파수와, 이득과, 감쇠 계수를 포함하고,
    상기 공진 주파수와, 상기 이득과, 상기 감쇠 계수는 설정 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 반응에 기초하여 각각 결정되고,
    상기 감쇠 계수는, 상기 공진 주파수를 가지는 지령 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 신호의 크기에 기초하여 결정되는 2관성계 구동기 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 감쇠 계수는, 발생되는 상기 신호의 크기가 상기 지령 신호의 크기와 동일한 때의 동역학적 모델의 감쇠 계수로 결정되는 2관성계 구동기 제어 장치.
  6. 구동부와, 부하부와, 상기 구동부 및 상기 부하부를 연결하는 탄성부를 포함하는 2관성계 구동기; 및
    제어 입력과, 상기 제어 입력을 상기 2관성계 구동기에 인가하여 생성되는 출력에 기초한 상기 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 포함하고, 상기 동역학적 모델에 기초하여 상기 2관성계 구동기의 출력을 제어하는 외란관측기;
    를 포함하고,
    상기 동역학적 모델은 매개 변수로서 공진 주파수와, 이득과, 감쇠 계수를 포함하고,
    상기 공진 주파수와, 상기 이득과, 상기 감쇠 계수는 설정 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 반응에 기초하여 각각 결정되고,
    상기 감쇠 계수는, 결정된 공진 주파수와 이득을 포함하는 동역학적 모델의 상승 시간이 최소인 때의 동역학적 모델의 감쇠 계수로 결정되는 2관성계 구동기 제어 장치.
  7. 구동부와, 부하부와, 상기 구동부 및 상기 부하부를 연결하는 탄성부를 포함하는 2관성계 구동기; 및
    제어 입력과, 상기 제어 입력을 상기 2관성계 구동기에 인가하여 생성되는 출력에 기초한 상기 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 포함하고, 상기 동역학적 모델에 기초하여 상기 2관성계 구동기의 출력을 제어하는 외란관측기;
    를 포함하고,
    상기 동역학적 모델은 매개 변수로서 공진 주파수와, 이득과, 감쇠 계수를 포함하고,
    상기 공진 주파수와, 상기 이득과, 상기 감쇠 계수는 설정 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 반응에 기초하여 각각 결정되고,
    상기 감쇠 계수는, 상기 공진 주파수를 가지는 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 진폭비에 기초하여 결정되는 2관성계 구동기 제어 장치.
  8. 구동부와, 부하부와, 상기 구동부 및 상기 부하부를 연결하는 탄성부를 포함하는 2관성계 구동기; 및
    제어 입력과, 상기 제어 입력을 상기 2관성계 구동기에 인가하여 생성되는 출력에 기초한 상기 2관성계 구동기의 동역학적 모델을 포함하고, 상기 동역학적 모델에 기초하여 상기 2관성계 구동기의 출력을 제어하는 외란관측기;
    를 포함하고,
    상기 동역학적 모델은 매개 변수로서 공진 주파수와, 이득과, 감쇠 계수를 포함하고,
    상기 공진 주파수와, 상기 이득과, 상기 감쇠 계수는 설정 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 반응에 기초하여 각각 결정되고,
    상기 공진 주파수는, 임펄스 신호를 상기 2관성계 구동기에 인가함에 따라 발생되는 반응에서 상기 탄성부의 변형값이 최대 크기인 주파수로 결정되는 2관성계 구동기 제어 장치.
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