KR19990060991A

KR19990060991A - 디지털 제어장치를 이용한 서보 밸브 제어시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR19990060991A
Application number: KR1019970081245A
Authority: KR
Inventors: 서호식
Original assignee: 추호석; 대우중공업 주식회사
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 1999-07-26

Abstract

본 발명은 디지털 제어장치를 이용하여 제어목표를 효율적으로 달성할 수 있는 서보 제어시스템에 관한 것으로서, 볼 밸브(400)의 개방값에 상응한 전압신호를 생성하는 전위차계(200)와, 상기 전위차계(200)의 피드백 신호와 목표값을 비교하여 오차값을 생성하고, 제어목표에 적합한 PID 파라미터를 설정함으로써 적합한 제어신호를 연산, 출력하는 디지털 제어장치(100), 및 상기 디지털 제어장치(100)의 제어신호에 따라 액츄에이터(300)에 가해지는 유압을 조절하는 서보밸브(500)를 포함하고, 상기 디지털 제어장치(100)는 볼 밸브(400)의 목표 개방값을 설정하는 목표값 설정부(160)와, 제어목표에 적합한 PID(비례, 적분, 미분) 파라미터를 설정하는 파라미터 설정부(150)와, 상기 목표값 설정부(160)의 목표값과 상기 전위차계(200)의 피드백 신호를 비교하여 오차값을 생성하는 비교부(120) 및 상기 오차값과 PID 파라미터를 연산하여 서보 밸브(500)에 대한 유압 제어신호를 생성하는 연산부(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 사용자의 의도에 따라 목표값과 제어 파라미터를 결정함으로써 효율적인 추종제어를 달성할 수 있다.

Description

디지털 제어장치를 이용한 서보 밸브 제어시스템 및 그 제어방법

본 발명은 서보 밸브 제어시스템에 관한 것으로서, 특히 디지털 제어장치를 이용하여 제어목표를 효율적으로 달성할 수 있는 서보 제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 서보기구라 함은 제어대상이 되는 장치의 입력이 임의로 변화할 때 출력(위치, 방향, 각도 등)을 미리 설정한 목적의 값이 되도록 자동적으로 추종시키는 기구를 말한다. 정밀한 위치나 방위의 제어를 위한 방식과, 큰 질량이나 관성능력을 가진 물체의 제어를 위한 방식이 있다. 이에 대해서 목표값의 임의의 변화에 추종하도록 구성된 제어 시스템을 서보 시스템이라 한다. 서보 시스템에서는 서보기구가 주역을 차지하고 제어량은 기계적 위치에 한정되지 않으나 추술성을 강조한 것을 말한다.

이러한 서보 제어 시스템에 대한 일 예로서 서보 증폭기를 이용한 서보 밸브 제어시스템을 살펴보고자 한다. 도 1의 종래의 서보 밸브 제어 시스템은 볼 밸브(5)를 구동하는 액츄에이터(4)와, 상기 액츄에이터(4)를 유압 제어하는 서보 밸브(6)와, 상기 서보 밸브(6)에 유압을 제공하는 유압원(7)과, 볼 밸브(5)의 개방값을 감지하여 이에 대응하는 전압신호를 발생시키는 전위차계(3)와, 상기 전위차계(3)의 전압신호와 목표값을 비교하여 제어량을 결정하는 주 제어기(2)와, 입력 전압신호의 변화에 대하여 서보 밸브를 구동시키는데 충분한 출력을 발생시키는 서보 증폭기(1)로 구성된다.

따라서, 볼 밸브(5)의 개방값을 감지한 전위차계(3)가 개방값에 대응하는 전압신호를 생성하여 이를 피드백시켜 주 제어기(2)에 입력하면 주 제어기(2)는 상기 피드백된 전압신호와 목표신호를 비교하여 제어량을 결정하여 이를 서보 증폭기(1)에 입력한다. 상기 서보 증폭기(1)는 내장된 제어 파라미터에 근거하여 제어량에 따른 제어신호를 발생시켜 이를 서보 밸브(6)에 입력한다. 이에 따라 상기 서보 밸브(6)는 유압원(7)의 유압을 적절히 조절하여 액츄에이터(4)를 구동함으로써 볼 밸브(5)를 목표값에 추종시키고 그 추종된 값은 전위차계(3)를 통해 다시 서보 증폭기(1)로 인가된다.

상술한 종래기술에 있어서는 시스템에 따라 제어 파라미터를 수정하고자 할 경우 서보 증폭기에 제어 파라미터가 내장되어 있어 그 변경 및 수정이 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명은 제어 파라미터의 수정 및 변경이 자유로운 디지털 제어장치를 통해 사용자가 의도하는 제어목표를 유효 적절하게 달성할 수 있는 서보밸브 제어시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 서보 밸브 제어시스템은 볼 밸브(400)의 개방값에 상응한 전압신호를 생성하는 전위차계(200)와, 상기 전위차계(200)의 피드백 신호와 목표값을 비교하여 오차값을 생성하고, 제어목표에 적합한 PID 파라미터를 설정함으로써 적합한 제어신호를 연산, 출력하는 디지털 제어장치(100), 및 상기 디지털 제어장치(100)의 제어신호에 따라 액츄에이터(300)에 가해지는 유압을 조절하는 서보밸브(500)를 포함하고, 상기 디지털 제어장치(100)는 볼 밸브(400)의 목표 개방값을 설정하는 목표값 설정부(160)와, 제어목표에 적합한 PID(비례, 적분, 미분) 파라미터를 설정하는 파라미터 설정부(150)와, 상기 목표값 설정부(160)의 목표값과 상기 전위차계(200)의 피드백 신호를 비교하여 오차값을 생성하는 비교부(120) 및 상기 오차값과 PID 파라미터를 연산하여 서보 밸브(500)에 대한 유압 제어신호를 생성하는 연산부(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 서보 밸브 제어방법은 (a) 상기 볼 밸브(400)의 개방값에 상응한 전압신호를 발생시켜 이를 디지털 제어장치(100)의 비교부(120)로 피드백 시키는 되먹임 단계와, (b) 볼 밸브(400)의 목표 개방값을 결정하여 이를 디지털 제어장치의 비교부(120)에 입력시키는 목표값 설정단계와, (c) 상기 피드백 신호와 목표값을 비교하여 오차값을 생성하는 오차생성 단계와, (d) 제어목표에 상응하는 PID 파라미터를 설정하는 파라미터 설정단계와, (e) 생성된 오차값과 설정된 PID 파라미터로 부터 제어신호를 연산하는 제어신호 연산단계와, (f) 상기 (e)에서 생성된 제어신호를 서보 밸브(500)에 전달하여 유압제어를 실행하는 제어실행 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해서 실현될수 있다.

도 1은 종래의 서보 밸브 제어시스템의 블록 구성을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 서보 밸브 제어시스템의 블록 구성을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 PID 제어의 플로우 챠트를 나타낸다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100: 디지털 제어장치 110: A/D 변환부

120: 비교부 130: 연산부

140: D/A 변환부 150: 파라미터 설정부

160: 목표값 설정부 200: 전위차계

300: 액츄에이터 400: 볼 밸브

500: 서보 밸브 600: 유압원

700: 표시장치

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 서보 밸브 제어시스템의 블록 구성이 도시되어져 있다. 본 발명에 있어서도 종래의 서보기구와 마찬가지로 볼 밸브(400), 볼 밸브(400)를 구동하는 액츄에이터(300), 상기 액츄에이터(300)에 유입되는 유압을 제어하는 서보 밸브(500), 유압을 공급하는 유압원(600) 및 볼 밸브(400)의 개방값을 감지하는 전위차계(200)로 구성된다. 본 발명에 있어서는 종래와 달리 디지털 제어장치(100)가 설치되어 목표값과 제어 파라미터를 사용자의 의도에 따라 조정 가능하다.

상기 액츄에이터(300)는 전기, 유압, 압축공기 등을 이용하는 원동기로서, 본 발명에 있어서는 유체 에너지의 유압을 이용하여 기계적 작업을 수행한다. 또한, 상기 유압원(600)은 유압을 발생시키는 부분으로서 유압펌프나 기름 탱크 등이 사용된다. 상기 서보 밸브(500)는 유압을 전달, 제어하는 부분이다. 상기 전위차계(200)(potentiometer)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 전기기계적인 변환기이다. 이 장치의 입력은 선형장치 이거나 회전장치이건 간에 기계적인 변위의 형태이다. 전위차계(200)의 고정된 단자 사이에 전압이 걸릴 때의 변화는 단자 사이에서 측정된 출력전압이 선형관계에 따르거나 어떤 비선형 관계에 따르건 입력변위에 비례한다. 따라서, 상기 볼 밸브(400)를 개폐하는 액츄에이터(300)의 기계적 변위를 상기 전위차계(200)가 감지함으로써 볼 밸브(400)의 개방값에 해당하는 전압신호가 발생된다.

또한, 상기 디지털 제어장치(100)는 서보 밸브(500)를 제어하는 기기로서 본 발명에 있어서는 PID 제어를 수행하는 부분이다. 물론 본 발명의 디지털 제어장치(100)가 반드시 PID 제어에 한정되지 않음은 물론이다.

PID 제어(proportional-integral-derivative control)는 제어 시스템의 보상에서 미분-적분 연산을 사용하는 제어의 가장 간단한 형태로서 아래와 같은 식으로 모델링 할수 있다.

Gc(t) = Kpㆍe(t) + Kdㆍ + KIㆍ

여기서, 상기 Gc(t): 제어신호, Kp, Kd, KI: 제어 파라미터, e(t): 오차신호를 나타낸다.

상기 식으로부터 알 수 있는 바와같이 PID 제어의 제어신호는 오차신호와 제어 파라미터로부터 구해진다.

따라서, 본 발명의 디지털 제어장치(100)는 다음과 같은 구성을 갖게 된다. 즉, 사용자의 의도에 따른 제어목표에 따라 PID 파라미터를 설정하는 파라미터 설정부(150)와, 제어목표에 따른 볼 밸브(400)의 개방값을 설정하는 목표값 설정부(160)와, 상기 전위차계(200)의 현재 볼 밸브(400) 개방값에 대응하는 아날로그 전압신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(110)와, 상기 A/D 변환부로부터 인가되는 디지털 피드백 신호와 상기 목표값 설정부의 목표신호를 비교하여 오차신호(제어량)를 생성하는 비교부(120)와, 상기 비교부(120)의 제어량과 상기 파라미터 설정부(150)의 파라미터로부터 제어신호를 연산하는 연산부(130) 및 상기 연산부(130)의 디지털 제어신호를 서보 밸브가 인식할 수 있는 아날로그 제어신호로 변환하는 D/A 변환부(140)로 구성된다.

따라서, 본 발명의 서보 밸브 제어 시스템은 도 3에 도시된 제어 프로세서를 통해 볼 밸브의 구동을 제어하게 된다.

즉, 전위차계(200)가 액츄에이터(300)로부터 현재의 볼 밸브(400) 개방값에 대응하는 피드백 아날로그 전압신호를 생성하여 이를 표시장치(700)에 표시하면, 사용자는 의도하는 제어목표에 따른 목표값과 PID 파라미터(제어 파라미터)를 설정한다. 디지털 제어장치(100)의 목표값 설정부(160)에서 설정된 목표값은 상기 전위차계(200)를 통해 피드백되어 디지털 변환된 검출신호와 함께 비교부(120)에 인가된다. 상기 비교부(120)는 목표값과 검출신호를 비교하여 오차신호를 생성하여 이를 연산부(130)에 전달한다. 상기 연산부(130)는 파라미터 설정부(150)로부터 전달된 PID 파라미터와 상기 비교부(120)의 오차신호로부터 PID 제어신호를 연산한다. 따라서, 상기 디지털 제어장치(100)는 D/A 변환부를 통해 아날로그 신호로 변환된 제어신호를 서보 밸브(500)에 인가한다. 제어신호에 따라 상기 서보 밸브(500)는 유압원(600)으로부터 공급되는 유압을 제어하여 액츄에이터(300)를 구동함으로써 원하는 볼 밸브(400)의 개방값에 추종한다. 상술한 과정의 반복을 통해 임의의 목표값을 추종하는 서보 밸브 제어과정을 수행한다.

상술한 실시예에 본 발명이 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 사용자의 의도에 따라 목표값과 제어 파라미터를 결정함으로써 효율적인 추종제어를 달성할 수 있다. 특히 파라미터가 고정되어 있지 않기 때문에 서보제어의 융통성이 향상되는 특장점을 가진다.

Claims

서보 밸브(500)로 부터의 구동 유압에 따라 액츄에이터(300)를 구동하여 볼 밸브(400)를 개폐하는 서보 밸브 제어시스템에 있어서,

볼 밸브(400)의 개방값에 상응한 전압신호를 생성하는 전위차계(200)와;

상기 전위차계(200)의 피드백 신호와 목표값을 비교하여 오차값을 생성하고, 제어목표에 적합한 PID 파라미터를 설정함으로써 적합한 제어신호를 발생시키는 디지털 제어장치(100); 및

상기 디지털 제어장치(100)의 제어신호에 따라 액츄에이터(300)에 가해지는 유압을 조절하는 서보 밸브(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 제어장치를 이용한 서보 밸브 제어시스템.
제1항에 있어서, 상기 디지털 제어장치(100)가

볼 밸브(400)의 목표 개방값을 설정하는 목표값 설정부(160)와,

제어목표에 적합한 PID(비례, 적분, 미분) 파라미터를 설정하는 파라미터 설정부(150)와,

상기 목표값 설정부(160)의 목표값과 상기 전위차계(200)의 피드백 신호를 비교하여 오차값을 생성하는 비교부(120), 및

상기 오차값과 PID 파라미터를 연산하여 서보 밸브(500)에 대한 유압 제어신호를 생성하는 연산부(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 제어장치를 이용한 서보 밸브 제어시스템.
제2항에 있어서,

상기 전위차계(200)와 상기 비교부(120) 사이에 아날로그/디지털 변환부(110)를 설치하고, 상기 연산부(130)와 상기 서보 밸브(500) 사이에 디지털/아날로그 변환부(140)를 설치한 것을 특징으로 하는 디지털 제어장치를 이용한 서보 밸브 제어시스템.
서보 밸브(500)로 부터의 구동 유압에 따라 액츄에이터(300)를 구동하여 볼 밸브(400)를 개폐하는 서보 밸브 제어시스템에 있어서,

(a) 상기 볼 밸브(400)의 개방값에 상응한 전압신호를 발생시켜 이를 디지털 제어장치(100)의 비교부(120)로 피드백 시키는 되먹임 단계와;

(b) 볼 밸브(400)의 목표 개방값을 결정하여 이를 상기 비교부(120)에 입력시키는 목표값 설정단계와;

(c) 상기 피드백 신호와 목표값을 비교하여 오차값을 생성하는 오차생성 단계와;

(d) 제어목표에 상응하는 PID 파라미터를 설정하는 파라미터 설정단계와;

(e) 생성된 오차값과 설정된 PID 파라미터로 부터 제어신호를 연산하는 제어신호 연산단계와;

(f) 상기 (e)에서 생성된 제어신호를 서보 밸브(500)에 전달하여 유압제어를 실행하는 제어실행 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 제어장치를 이용한 서보 밸브 제어시스템.