KR20000004688A

KR20000004688A - 디브이씨알의 드럼 서보 제어 장치

Info

Publication number: KR20000004688A
Application number: KR1019980026179A
Authority: KR
Inventors: 정우영
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-25

Abstract

본 발명은 DVCR에 있어서, 드럼 서보를 제어하기 위한 드럼 서보 제어 장치에 관한 것으로, 특히 위치형 퍼지 제어기와 속도형 퍼지 제어기를 이용하여 과도 응답과 정상 상태의 응답 특성을 향상시키기 위한 드럼 서보 제어 장치에 관한 것이다.

본 발명은 기준 위상에서 구동되는 드럼 모터(130)로부터 출력되는 출력 위상(y)을 감산하여 오차(e)를 출력하는 감산기(140), 상기 오차(e)의 크기에 의한 멤버쉽 함수에 따라 상기 오차(e)를 입력으로 위치 제어를 하여 제어 입력(u1)을 출력하는 위치형 퍼지 제어기(100), 상기 오차(e)의 크기에 의한 멤버쉽 함수에 따라 상기 오차(e)를 입력으로 속도 제어를 하여 제어 입력(u2)을 출력하는 속도형 퍼지 제어기(110), 및 상기 위치형 퍼지 제어기(100)와 속도형 퍼지 제어기(110)로부터 출력되는 제어 입력(u1, u2)에 대해 오차(e)에 따라 가중치를 두어 합하고 최종 제어 입력(u)을 상기 드럼 모터(130)로 출력하여 구동시키는 가중치 합성기(120)로 구성된다.

따라서 본 발명은 수학적 모델을 이용하지 않고도 쉽게 과도 상태와 정상 상태의 두가지 응답 특성이 크게 향상되는 효과가 있다.

Description

디브이씨알의 드럼 서보 제어 장치(DRUM SERVO CONTROL APPARATUS FOR DVCR)

일반적으로 DVCR은 드럼 서보를 제어하기 위해 제어 장치를 사용하며, 이를 위해 시스템 모델을 구하여 과도 응답과 정상 상태의 응답 특성이 좋은 제어기를 구현하여야 한다.

종래의 DVCR의 드럼 서보 제어 장치는 도 1 에 도시한 바와 같이 미분, 적분, 비례 제어를 이용하는 PID 제어기(10)를 사용한다. 즉, 종래의 DVCR의 서보 제어 장치는 도 1 에 도시한 바와 같이 출력(y)과 기준 입력의 차를 계산하여 오차(e)를 출력하는 감산기(30)에 PID 제어기(10)를 연결하여 구성한다.

기준 위상은 감산기(30)에 입력되어 이전 출력(y)이 감산된 오차(e)로 출력되고, 오차(e)는 PID 제어기(10)에 입력되어 제어 입력(u)으로 출력된다. PID 제어기(10)로부터 출력되는 제어 입력(u)은 드럼 모터(20)에 입력되어 드럼을 구동하게 되고, 이때 출력되는 출력 위상(y)은 다시 다음번 제어를 위해 감산기(30)의 (-) 입력단으로 출력된다.

그러나, 종래의 PID 제어를 이용하는 드럼 서보 제어 장치는 시스템 모델을 구하고, 이를 기반으로 상승 시간(Rising Time) 또는 설정 시간(Setting Time)과 같은 과도 응답과 정상 상태의 오차에 의한 응답 특성이 좋은 PID 제어기를 구해야 한다.

그러나 종래의 드럼 서보 제어 장치는 이와 같은 과도 응답과 정상 상태의 응답 특성이 좋은 PID 제어기를 구하는 과정이 복잡하며, 더우기 상기 과도 응답과 정상 상태 응답 특성이 모두 좋은 PID 제어기를 구현하기는 더욱 어려운 문제점이 있었다.

상기 문제점을 개선하기 위한 본 발명은 DVCR 드럼 서보의 수식적 모델을 이용하지 않고 위치형과 속도형 혼합 퍼지 제어기를 이용하여 과도 응답과 정상 상태 응답 특성을 동시에 만족하도록 하기 위한 DVCR의 드럼 서보 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기준 위상에서 구동되는 드럼 모터로부터 출력되는 출력 위상을 감산하여 오차를 출력하는 감산기, 상기 오차의 크기에 의한 멤버쉽 함수에 따라 상기 오차를 입력으로 위치 제어를 하여 제어 입력을 출력하는 위치형 퍼지 제어기, 상기 오차의 크기에 의한 멤버쉽 함수에 따라 상기 오차를 입력으로 속도 제어를 하여 제어 입력을 출력하는 속도형 퍼지 제어기, 및 상기 위치형 퍼지 제어기와 속도형 퍼지 제어기로부터 출력되는 제어 입력에 대해 오차에 따라 가중치를 두어 합하고 최종 제어 입력을 상기 드럼 모터로 출력하여 구동시키는 가중치 합성기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디브이씨알의 드럼 서보 제어 장치를 제공한다.

도 1 은 종래의 드럼 서보 제어 장치의 구성도

도 2 는 본 발명에 의한 드럼 서보 제어 장치의 구성도

도 3 은 도 2 의 위치형 퍼지 제어기 및 속도형 퍼지 제어기의 세부 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : PID 제어기 20, 130 : 드럼 모터

30, 140 : 감산기 100 : 위치형 퍼지 제어기

110 : 속도형 퍼지 제어기 120 : 가중치 합성기

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 디이씨알의 드럼 서보 제어 장치는 도 2 에 도시한 바와 같이 감산기(140), 위치형 퍼지 제어기(100), 속도형 퍼지 제어기(110), 및 가중치 합성기(120)로 구성된다.

상기 감산기(140)는 기준 위상에서 구동되는 드럼 모터(130)로부터 출력되는 출력 위상(y)을 감산하여 오차(e)를 출력하는 것이다.

상기 위치형 퍼지 제어기(100)는 상기 오차(e)의 크기에 의한 멤버쉽 함수에 따라 상기 오차(e)를 입력으로 위치 제어를 하여 제어 입력(u1)을 출력하는 것이다.

여기서, 상기 위치형 퍼지 제어기(100)의 멤버쉽 함수는 오차(e)가 크면 제어 입력(u1)이 큰값을 갖도록 이루어진다.

이를 위해 상기 위치형 퍼지 제어기(100)는 도 3 에 도시한 바와 같이 오차(e)에 위치 가중치(Kp1)를 곱하는 가중치 처리기(200), 오차(e)를 미분 처리하는 미분기(210), 상기 미분기(210)의 출력에 위치 가중치(Kp2)를 곱하는 가중치 처리기(220), 상기 가중치 처리기(200)와 가중치 처리기(220)의 출력을 입력으로 퍼지 제어 처리하는 퍼지 제어기(230), 및 상기 퍼지 제어기(230)의 출력에 위치 가중치(Kp3)를 곱하여 상기 가중치 처리기(120)로 출력하는 가중치 처리기(240)로 구성된다.

상기 속도형 퍼지 제어기(110)는 상기 오차(e)의 크기에 의한 멤버쉽 함수에 따라 상기 오차(e)를 입력으로 속도 제어를 하여 제어 입력(u2)을 출력하는 것이다.

여기서, 상기 속도형 퍼지 제어기(110)의 멤버쉽 함수는 오차(e)가 작으면 제어 입력(u2)이 큰값을 갖도록 이루어진다.

이를 위해 상기 속도형 퍼지 제어기(110)는 도 3 에 도시한 바와 같이 오차(e)에 속도 가중치(Kv1)를 곱하는 가중치 처리기(200), 오차(e)를 미분 처리하는 미분기(210), 상기 미분기(210)의 출력에 속도 가중치(Kv2)를 곱하는 가중치 처리기(220), 상기 가중치 처리기(200)와 가중치 처리기(220)의 출력을 입력으로 퍼지 제어 처리하는 퍼지 제어기(230), 및 상기 퍼지 제어기(230)의 출력에 속도 가중치(Kv3)를 곱하여 상기 가중치 처리기(120)로 출력하는 가중치 처리기(240)로 구성된다.

상기 가중치 합성기(120)는 상기 위치형 퍼지 제어기(100)와 속도형 퍼지 제어기(110)로부터 출력되는 제어 입력(u1, u2)에 대해 오차(e)에 따라 가중치를 두어 합하고 최종 제어 입력(u)을 상기 드럼 모터(130)로 출력하여 구동시키는 것이다.

여기서, 상기 가중치는 상기 오차(e)가 기준치보다 크면 상기 위치형 퍼지 제어기(100)의 제어 입력(u1)이 큰값을 갖도록 하고, 상기 오차(e)가 기준치보다 작으면 상기 속도형 퍼지 제어기(110)의 제어 입력(u2)이 큰값을 갖도록 결정된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 디브이씨알의 드럼 서보 제어 장치의 동작을 설명한다.

기준 위상은 감산기(140)에 입력되어 구동되는 드럼 모터(130)로부터 출력되는 현재 드럼 모터의 출력 위상(y)이 감산되어 오차(e)로 출력된다.

상기 오차(e)는 상기 위치형 퍼지 제어기(100)와 속도형 퍼지 제어기(110)에 입력되어 상기 오차(e)의 크기에 의한 멤버쉽 함수에 따라 위치 및 속도 제어를 통해 제어 입력(u1, u2)으로 출력된다.

이때, 상기 위치형 퍼지 제어기(100)의 제어 입력(u1)은 위상차, 즉 오차가 클 때 큰값을 갖게 되고, 상기 속도형 퍼지 제어기(110)의 제어 입력(u2)은 오차가 작을 때 더 큰값을 갖는 함수를 취하게 된다.

즉, 위치형 퍼지 제어기(100)와 속도형 퍼지 제어기(110)에서는 도 3 에 도시한 바와 같이 위치 가중치(Kp1, Kp3) 및 미분 가중치(Kp2)와 속도 가중치(Kv1, Kv3) 및 미분 가중치(Kv2)에 의해 오차(e) 및 오차 미분값(d/dt)에 가중치가 곱해져 위상차에 따라 다르게 퍼지 제어 되는 제어 입력(u1, u2)을 출력하게 된다.

한편, 상기 퍼지 제어기(230)는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 제어기 입력 변수의 값을 측정하여 입력 변수값의 영역을 이에 상응하는 전세 집합으로 크기 변환시킨후 입력값의 퍼지화를 수행한다. 즉 입력 데이터를 적절한 퍼지적인 값으로 변환시킨다. 여기서 퍼지적인 값은 일반적으로 입력부 전세 집합내에서 정의된 퍼지 집합들의 라벨을 사용한다.

이와 같이 퍼지화 입력을 도입한후에는 지식 베이스에서 제어 대상에 대한 지식과 제어 목적이 기술된다. 지식 베이스는 구체적으로 데이터 베이스의 퍼지 제어 규칙부로 구성된다. 데이터 베이스는 퍼지 논리 제어에서의 퍼지 데이터를 조작하고 퍼지적 제어 규칙을 정의하는데 필요한 사항들을 정의하고 있다.

다음으로 퍼지 논리 제어를 실행하는데, 퍼지 관계와 퍼지 논리의 추론 규칙을 도입하여 인간의 의사 결정 방식을 묘사하여 퍼지 제어 입력을 구한다.

그리고 나서 출력 퍼지값을 실제 제어 입력의 전체 집합에 맞추어 크기를 변환시키고, 제어 입력의 비퍼지화를 수행한다. 즉, 계산된 퍼지값은 실제 제어 입력으로 사용할 수 없으므로 이를 명확한 비퍼지값으로 변환시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이 퍼지 제어기(230)에서 출력되는 출력값은 가중치(Kp3, Kv3)가 각각 곱해진후 제어 입력(u1, u2)으로 출력된다.

상기 위치형 퍼지 제어기(100)와 속도형 퍼지 제어기(110)로부터 출력되는 제어 입력(u1, u2)은 가중치 합성기(120)에 입력되어 오차(e)에 따라 가중치가 곱해진후 합해져 최종 제어 입력(u)으로 출력된다.

즉, 상기 가중치 합성기(120)에서는 오차(e)에 따라 평균 또는 가중치를 주어 합하게 되는데, 상기 가중치는 상기 오차(e)가 기준치보다 크면 상기 위치형 퍼지 제어기(100)가 큰값을 갖도록 하고, 상기 오차(e)가 기준치보다 작으면 상기 속도형 퍼지 제어기(110)가 큰값을 갖도록 한다.

따라서, 오차(e)가 크면 상기 위치형 퍼지 제어기(100)의 제어 입력(u1)이 큰 값을 갖게 되고 오차(e)가 작으면 상기 속도형 퍼지 제어기(110)의 제어 입력(u2)이 큰 값을 갖게 된다.

이와 같이 오차(e)에 따라 위치형 퍼지 제어 입력(u1) 또는 속도형 퍼지 제어 입력(u2)이 큰 값을 갖게 되므로써, 과도 응답과 정상 상태의 응답 특성이 향상되게 된다.

상기 가중치 합성기(120)로부터 출력되는 최종 제어 입력(u)은 상기 드럼 모터(130)로 입력되어 드럼 모터(130)를 구동하게 된다. 이때, 구동 모터(130)의 출력 위상(y)은 다음의 퍼지 제어를 위해 상기 감산기(140)로 입력된다.

이와 같은 과정을 반복적으로 수행하므로써 드럼 서보 제어 장치의 응답 특성은 과도 상태 뿐 아니라 정상 상태에서도 크게 향상되게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 디브이씨알의 드럼 서보 제어 장치는 위치형 퍼지 제어기와 속도형 퍼지 제어기가 결합되어 제어하므로 수학적 모델을 이용하지 않고도 쉽게 과도 상태와 정상 상태의 두가지 응답 특성이 크게 향상되는 효과가 있다.

Claims

기준 위상에서 구동되는 드럼 모터(130)로부터 출력되는 출력 위상(y)을 감산하여 오차(e)를 출력하는 감산기(140);

상기 오차(e)의 크기에 의한 멤버쉽 함수에 따라 상기 오차(e)를 입력으로 위치 제어를 하여 제어 입력(u1)을 출력하는 위치형 퍼지 제어기(100);

상기 오차(e)의 크기에 의한 멤버쉽 함수에 따라 상기 오차(e)를 입력으로 속도 제어를 하여 제어 입력(u2)을 출력하는 속도형 퍼지 제어기(110); 및

상기 위치형 퍼지 제어기(100)와 속도형 퍼지 제어기(110)로부터 출력되는 제어 입력(u1, u2)에 대해 오차(e)에 따라 가중치를 두어 합하고 최종 제어 입력(u)을 상기 드럼 모터(130)로 출력하여 구동시키는 가중치 합성기(120)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디브이씨알의 드럼 서보 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 가중치는

상기 오차(e)가 기준치보다 크면 상기 위치형 퍼지 제어기(100)의 제어 입력(u1)이 큰값을 갖도록 하고, 상기 오차(e)가 기준치보다 작으면 상기 속도형 퍼지 제어기(110)의 제어 입력(u2)이 큰값을 갖도록 결정되고,

상기 위치형 퍼지 제어기(100)의 멤버쉽 함수는 오차(e)가 크면 제어 입력(u1)이 큰값을 갖도록 하고, 상기 속도형 퍼지 제어기(110)의 멤버쉽 함수는 오차(e)가 작으면 제어 입력(u2)이 큰값을 갖도록 함을 특징으로 하는 디브이씨알의 드럼 서보 제어 장치.