KR20000008771A - Apparatus and methode for detecting speed of motor using alternate tacho-generator - Google Patents

Apparatus and methode for detecting speed of motor using alternate tacho-generator Download PDF

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Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method for detecting a speed of a motor using an alternative tacho-generator is provided to reduce a time for a speed detection by using a linear operation element. CONSTITUTION: An apparatus and a method for detecting a speed of a motor using an alternative tacho-generator comprises: a tacho-generator(101); a first, a second, and a third amplifiers(102,103,104); a first, a second, and a third square multipliers(105,106,107); an adder(108); a fourth amplifier(109); a square root multiplier(110); and a fifth amplifier(111). The tacho-generator generates three-phase sine wave. The first, the second, and the third amplifiers amplify gains of a first, a second, and a third sine waves. The first, the second, and the third multipliers obtain a square multiplication for the signal. The adder adds the multiplied signal. The fourth amplifier amplifies the signal from the adder. The square root multiplier obtains the square root of the amplified signal. The fifth amplifier amplifies the gain of the signal.

Description

교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치 및 방법Motor speed detecting device and method using AC taco generator

본 발명은 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 2상 또는 3상 출력의 정현파 교류 타코제너레이터(sinusoidal AC tacho-generator)를 이용하여 전동기 회전속도를 고정도(accuracy) 및 고속응답으로 검출할 수 있도록 한 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for detecting a motor speed using an alternating taco generator. Specifically, a sinusoidal AC tacho-generator of a two-phase or three-phase output is used to adjust the motor rotational speed with high accuracy. And a motor speed detecting apparatus and method using an alternating tachometer generator capable of detecting at high speed response.

일반적으로, 최근 전동기 구동분야는 고정도의 속도 추정 이론과 고속 디지털 연산소자의 보급에 힘입어 실제속도에 가까운 속도를 추정하기에 이르렀다.In general, the motor driving field has recently come to estimate the speed close to the actual speed thanks to the high speed speed estimation theory and the spread of high speed digital computing devices.

센서를 이용한 전동기 속도 검출 방법은 엔코더를 이용하는 방법과 타코제너레이터를 이용하는 방법으로 대별된다. 회전에 따라 펄스열이 발생되는 펄스엔코더를 이용하는 방법은 현재 전동기 속도 제어를 디지털로 행하는 경우 가장 많이 이용되고 있다. 이때, 속도에 비례하는 가변 주파수의 펄스열 정보를 속도 정보로 변환하는 방법은 F/V 컨버터(Frequency to Voltage converter)를 이용하는 방법, 일정한 검출 주기 동안에 계수된 엔코더 펄스의 수를 가지고 속도 정보를 얻어내는 기법(이하, M기법이라 칭함), 일정 수의 엔코더 펄스 주기 동안에 계수된 일정 주파수의 클럭 수를 가지고 속도 정보를 얻어내는 기법(이하, T기법이라 칭함), M기법과 T기법을 동시에 이용하는 기법(이하, M/T기법이라 칭함) 등이 있다.The motor speed detection method using a sensor is roughly classified into a method using an encoder and a method using a taco generator. The method of using the pulse encoder which generates a pulse train according to the rotation is currently used most widely when the motor speed control is performed digitally. In this case, a method of converting pulse train information having a variable frequency proportional to speed into speed information is obtained by using a frequency to voltage converter, and obtaining speed information by counting the number of encoder pulses counted during a predetermined detection period. Technique (hereinafter referred to as M technique), technique of obtaining velocity information with a constant frequency clock number counted for a certain number of encoder pulse periods (hereinafter referred to as T technique), technique using both M technique and T technique simultaneously (Hereinafter referred to as M / T technique).

F/V 컨버터를 이용하는 방법은 원리적으로 R-C회로를 이용하는 것이므로 응답을 빠르게 하려면 전압크기에 맥동이 발생하게 되어 전동기 제어시 정상상태 특성이 불량하게 되는 문제점이 있으며, 근본적으로 속도에 따라 펄스열의 주파수가 바뀌게 되므로 저속에서는 더욱 큰 맥동을 가지고 고속이 되면 응답이 느려지는 문제점이 있어 전동기 속도 제어를 위한 속도 정보로는 적합하지 못하다.Since the method of using the F / V converter is using the RC circuit in principle, there is a problem that the pulsation occurs in the voltage magnitude to speed up the response, and the steady-state characteristics are poor when controlling the motor. Because of the change in the low speed, there is a problem that the response is slow at a high pulsation at a high speed and is not suitable as the speed information for the motor speed control.

M기법 또는 T기법은 현재 가장 널리 사용되는 속도 검출 방법이나 M기법의 경우 저속 영역으로 갈수록 검출 오차가 커지며 어느 한계 이하의 속도에 있어서는 속도 검출 자체가 불가능하고, T기법의 경우 M기법과는 반대로 고속 영역으로 갈수록 검출 오차가 커지며 어느 한계 이상의 속도에 있어서는 이 또한 속도 검출 자체가 불가능하게 된다.The M or T technique is currently the most widely used speed detection method, but in the case of the M technique, the detection error increases toward the low speed region, and the speed detection itself is impossible at a speed below a certain limit, and the T technique is the opposite of the M technique. The detection error increases toward the high speed region, and at speeds above a certain limit, this also makes speed detection itself impossible.

또한 M기법과 T기법 모두 디지털 연산기를 이용하게 되는데 회로의 계수 능력에 따라서도 저속 또는 고속의 속도 검출 불가능 영역이 발생하게 되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, M기법의 경우 속도 검출 정도를 높이기 위하여는 긴 검출 주기가 소요되므로 당연히 속도 검출 주기가 가변되는 문제가 발생한다. 최근 전동기의 고성능 제어에는 저속 및 고속 영역 모두에서 좋은 속도 검출 정도를 가지는 M/T기법이 많이 이용되고 있으나, 이 M/T기법에 있어서도 속도 검출 지연이 발생함과 동시에 속도 검출 방법의 구현이 복잡한 단점이 있다.In addition, both the M and T techniques use a digital calculator, but there is a problem that a low speed or high speed undetectable area occurs depending on the counting capability of the circuit. In addition, in the case of the M technique, since a long detection period is required to increase the speed detection degree, the problem of naturally varying the speed detection period occurs. Recently, the M / T technique has been widely used for high performance control of the motor in both low speed and high speed ranges. However, the speed detection delay and the complicated implementation of the speed detection method are complicated in this M / T technique. There are disadvantages.

따라서 거의 대부분의 고정도 전동기 제어시에는 속도 검출 지연에 의한 영향을 보상하기 위하여 순시 속도 예측기법이 적용되고 있으나 이 또한 속도의 변동이 불규칙적으로 급변하는 경우에는 정확한 순시 속도 예측이 불가능하다.Therefore, the instantaneous speed prediction technique is applied to compensate for the effect of the speed detection delay in the control of most high-accuracy motors, but it is also impossible to accurately predict the instantaneous speed when the speed fluctuates irregularly.

한편, 타코제너레이터를 이용한 속도 검출 방법의 경우는 단상 교류 타코제너레이터를 이용하는 방법과 직류 타코제너레이터를 이용하는 방법이 있는데 단상 교류 타코제너레이터를 이용하는 경우는 단상 교류 타코제너레이터의 출력이 속도에 비례하는 크기와 주파수를 가진 교류 파형이므로 전동기 제어를 위하여 일정한 크기의 속도 정보를 얻기 위하여는 정현파의 실효치(RMS)를 직류 값으로 변환하는 컨버터를 사용하게 되는데 이 경우는 펄스엔코더를 이용하여 F/V 컨버터를 사용한 경우와 같은 문제점이 발생되므로 실제에 있어서는 교류 전압계를 이용한 속도 표시용으로만 이용되고 있다.In the case of the speed detection method using a taco generator, there is a method using a single-phase AC taco generator and a method using a direct current taco generator. When using a single-phase AC taco generator, the magnitude and frequency of the output of the single-phase AC taco generator is proportional to the speed. As it is an AC waveform with a power converter, a converter that converts RMS of the sine wave into a DC value is used to obtain a constant speed information for controlling the motor. In this case, a F / V converter is used with a pulse encoder. Since the same problem occurs, it is actually used only for speed display using an AC voltmeter.

직류 타코제너레이터를 이용하는 경우에는 직류 타코제너레이터의 출력이 속도에 비례하는 직류 전압이므로 활용이 간편하다는 장점이 있으나 브러쉬와 정류자가 있으므로 유지 보수가 필요하다는 문제점이 있으며, 브러쉬와 정류자에 의한 정류과정에서 이상전압이 발생되는 단점이 있어 직류 타코제너레이터의 출력을 필터링하여야 되므로 이에 의한 속도 검출 지연이 발생하는 문제점이 있다.In case of using DC taco generator, the output of DC taco generator is DC voltage which is proportional to speed, so it is easy to use, but there is a problem that maintenance is necessary because of brush and commutator. Since there is a disadvantage in that a voltage is generated, it is necessary to filter the output of the DC taco generator, thereby causing a speed detection delay.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 90도 위상차를 갖는 2상 또는 120도 위상차를 갖는 3상 출력의 정현파 교류 타코제너레이터를 이용하여 고정도 및 실시간으로 전동기의 회전속도를 검출할 수 있도록 한 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems by using the sinusoidal AC taco generator of the two-phase or three-phase output having a phase difference of 90 degrees, so that the rotational speed of the motor can be detected with high accuracy and real time. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for detecting a motor speed using an alternating taco generator.

도 1은 본 발명의 1 실시예에 따른 전동기 속도 검출장치의 구성 블록도1 is a block diagram of a motor speed detection apparatus according to an embodiment of the present invention

도 2는 본 발명의 2 실시예에 따른 전동기 속도 검출장치의 구성 블록도2 is a block diagram of a motor speed detecting apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 3 실시예에 따른 전동기 속도 검출장치의 구성 블록도3 is a block diagram of a motor speed detecting apparatus according to a third embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 전동기 속도 검출 방법을 구현하기 위한 하드웨어 장치의 구성 블록도4 is a block diagram of a hardware device for implementing the motor speed detection method according to the present invention

도 5는 본 발명에 따른 3상 정현파 타코제너레이터의 출력 파형도5 is an output waveform diagram of a three-phase sine wave taco generator according to the present invention.

도 6은 M기법 모의실험 결과를 도시한 그래프6 is a graph showing the M technique simulation results

도 7은 T기법 모의실험 결과를 도시한 그래프7 is a graph showing the T technique simulation results

도 8은 M/T기법 모의실험 결과를 도시한 그래프8 is a graph showing the simulation results of the M / T technique

도 9는 본 발명에 따른 장치로 선형 연산후 8비트, 100㎲ A/D 변환 모의실험 결과를 도시한 그래프9 is a graph showing the simulation results of 8-bit, 100 ㎲ A / D conversion after linear operation with the device according to the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 장치로 선형 연산후 16비트, 2㎲ A/D 변환 모의실험 결과를 도시한 그래프10 is a graph showing a simulation result of 16-bit, 2㎲ A / D conversion after linear operation with the device according to the present invention.

도 11은 비동기식 A/D 변환후 본 발명에 따른 방법의 제 1 결과를 도시한 그래프11 is a graph showing the first result of the method according to the invention after asynchronous A / D conversion

도 12는 비동기식 A/D 변환후 본 발명에 따른 방법의 제 2 결과를 도시한 그래프12 is a graph showing the second result of the method according to the invention after asynchronous A / D conversion.

도 13은 동기식 A/D 변환후 본 발명에 따른 방법의 제 1 결과를 도시한 그래프13 is a graph showing the first result of the method according to the invention after synchronous A / D conversion

도 14는 동기식 A/D 변환후 본 발명에 따른 방법의 제 2 결과를 도시한 그래프14 is a graph showing the second result of the method according to the invention after synchronous A / D conversion.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치는, 전동기의 회전에 대응하여 120도의 위상차를 갖는 3상의 정현파를 출력하는 타코제너레이터와; 상기 타코제너레이터로부터의 제 1,2,3 정현파의 이득을 증폭하여 출력하는 제 1,2,3 증폭부와; 제 1,2,3 증폭부로부터의 신호를 각각 제곱 승산처리하여 출력하는 제 1,2,3 제곱승산부와; 제 1,2,3 제곱승산부로부터의 각각의 신호를 가산하여 출력하는 가산부와; 가산부로부터의 신호의 이득을 증폭하여 출력하는 제 4 증폭부와; 제 4 증폭부로부터의 신호를 제곱근 승산처리하여 출력하는 제곱근승산부와; 제곱근승산부로부터의 신호의 이득을 증폭하여 전동기의 회전속도를 나타내는 신호로 출력하는 제 5 증폭부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the motor speed detecting apparatus using the AC taco generator according to the present invention, the taco generator for outputting a three-phase sine wave having a phase difference of 120 degrees corresponding to the rotation of the motor; First, second and third amplifiers for amplifying and outputting gains of the first, second and third sine waves from the taco generator; First, second, and third square multipliers for multiplying and outputting signals from the first, second, and third amplification units; An adder for adding and outputting respective signals from the first, second, and third square multipliers; A fourth amplifier for amplifying and outputting the gain of the signal from the adder; A square root multiplier for multiplying and outputting a signal from the fourth amplifier; And a fifth amplifier for amplifying the gain of the signal from the square root multiplication unit and outputting the signal as a signal representing the rotational speed of the motor.

또한, 본 발명에 따른 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치는, 전동기의 회전에 대응하여 120도의 위상차를 갖는 3상의 정현파를 출력하는 타코제너레이터와; 타코제너레이터로부터의 제 1,2 정현파의 이득을 증폭하여 출력하는 제 1,2 증폭부와; 제 1,2 증폭부로부터의 신호를 각각 제곱 승산처리하여 출력하는 제 1,2 제곱승산부와; 제 1 증폭부로부터의 신호와 제 2 증폭부로부터의 신호를 승산처리하여 출력하는 승산부와; 제 1,2 제곱승산부로부터의 각각의 신호와 승산부로부터의 신호를 가산하여 출력하는 가산부와; 가산부로부터의 신호의 이득을 증폭하여 출력하는 제 3 증폭부와; 제 3 증폭부로부터의 신호를 제곱근 승산처리하여 출력하는 제곱근승산부와; 제곱근승산부로부터의 신호의 이득을 증폭하여 전동기의 회전속도를 나타내는 신호로 출력하는 제 4 증폭부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The motor speed detecting apparatus using the AC taco generator according to the present invention includes a taco generator which outputs a three-phase sine wave having a phase difference of 120 degrees in response to rotation of the motor; First and second amplifiers for amplifying and outputting gains of the first and second sinusoidal waves from the taco generator; First and second square multipliers for multiplying and outputting signals from the first and second amplification units, respectively; A multiplier for multiplying and outputting the signal from the first amplifier and the signal from the second amplifier; An adder which adds and outputs each signal from the first and second square multipliers and the signal from the multiplier; A third amplifier for amplifying and outputting the gain of the signal from the adder; A square root multiplication unit for outputting a square root multiplication process for the signal from the third amplifier; And a fourth amplifier for amplifying the gain of the signal from the square root multiplication unit and outputting the signal as a signal representing the rotational speed of the motor.

또한, 전동기의 회전에 대응하여 90도의 위상차를 갖는 2상의 정현파를 출력하는 타코제너레이터와; 타코제너레이터로부터의 제 1,2 정현파의 이득을 증폭하여 출력하는 제 1,2 증폭부와; 제 1,2 증폭부로부터의 신호를 각각 제곱 승산처리하여 출력하는 제 1,2 제곱승산부와; 제 1,2 제곱승산부로부터의 각각의 신호를 가산하여 출력하는 가산부와; 가산부로부터의 신호의 이득을 증폭하여 출력하는 제 3 증폭부와, 제 3 증폭부로부터의 신호를 제곱근 승산처리하여 출력하는 제곱근승산부와; 제곱근승산부로부터의 신호의 이득을 증폭하여 전동기의 회전속도를 나타내는 신호로 출력하는 제 4 증폭부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.In addition, a taco generator for outputting a two-phase sine wave having a phase difference of 90 degrees corresponding to the rotation of the electric motor; First and second amplifiers for amplifying and outputting gains of the first and second sinusoidal waves from the taco generator; First and second square multipliers for multiplying and outputting signals from the first and second amplification units, respectively; An adder which adds and outputs respective signals from the first and second square multipliers; A third amplifier for amplifying and outputting the gain of the signal from the adder, and a square root multiplier for multiplying and outputting the signal from the third amplifier; And a fourth amplifier for amplifying the gain of the signal from the square root multiplication unit and outputting the signal as a signal representing the rotational speed of the motor.

한편, 본 발명에 따른 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출방법은, 전동기의 속도를 검출하는 방법으로서, 전동기의 회전에 대응하여 3상 정현파를 출력하는 타코제너레이터로부터의 제 1,2,3 정현파 신호가 각각 제 1,2,3 디지털 신호(EU,EV,EW)로 변환되어 입력되는 것을 읽는 단계와; 읽은 제 1,2,3 디지털 신호값(EU,EV,EW)과, 타코제너레이터의 권선계수(KW)와, 권수(n), 자속(Φ)을 이용하여 회전 각속도(ω)를 ω=√(2/3)×1/(KW×n×Φ)×√(EU 2+EV 2+EW 2) 관계식으로 연산하여 검출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.On the other hand, the motor speed detection method using the AC taco generator according to the present invention is a method of detecting the speed of the motor, the first 1,2,3 sine wave signals from the taco generator outputting a three-phase sine wave in response to the rotation of the motor Reading is inputted after being converted into first, second, and third digital signals E U , E V , E W , respectively; Rotational angular velocity (ω) using the first, second, and third digital signal values (E U , E V , E W ), the winding coefficient K W of the taco generator, the number of turns n, and the magnetic flux Φ Ω = √ (2/3) × 1 / (K W × n × Φ) × √ (E U 2 + E V 2 + E W 2 ) by calculating the relationship between .

또한, 전동기 속도를 검출하는 방법으로서, 전동기의 회전에 대응하여 3상 정현파를 출력하는 타코제너레이터로부터의 제 1,2 정현파 신호가 각각 제 1,2 디지털 신호(EU,EV)로 변환되어 입력되는 것을 읽는 단계와; 읽은 제 1,2 디지털 신호값(EU,EV)과, 타코제너레이터의 권선계수(KW)와, 권수(n), 자속(Φ)을 이용하여 회전 각속도(ω)를 ω=2/√3×1/(KW×n×Φ)×√(EU 2+EV 2+(EU×EV)) 관계식으로 연산하여 검출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.In addition, as a method of detecting the motor speed, first and second sinusoidal signals from a taco generator that outputs a three-phase sine wave in response to rotation of the motor are converted into first and second digital signals E U and E V, respectively. Reading what is input; Rotational angular velocity ω is obtained by using the first and second digital signal values E U and E V , the winding coefficient K W of the taco generator, the number of turns n, and the magnetic flux Φ. √3 × 1 / (K W × n × Φ) × √ (E U 2 + E V 2 + (E U × E V )).

또한, 전동기의 속도를 검출하는 방법으로서, 전동기의 회전에 대응하여 2상 정현파를 출력하는 타코제너레이터로부터의 제 1,2 정현파 신호가 각각 제 1,2 디지털 신호(EA,EB)로 변환되어 입력되는 것을 읽는 단계와, 읽은 제 1,2 디지털 신호값(EA,EB)과, 타코제너레이터의 권선계수(KW)와, 권수(n), 자속(Φ)을 이용하여 회전 각속도(ω)를 ω=1/(KW×n×Φ)×√(EA 2+EB 2) 관계식으로 연산하여 검출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.In addition, as a method of detecting the speed of the motor, the first and second sinusoidal signals from a taco generator that outputs a two-phase sine wave in response to the rotation of the motor are converted into first and second digital signals E A and E B, respectively. The rotational angular velocity by using the read-out step, the read-out first and second digital signal values E A and E B , the winding coefficient K W of the taco generator, the number of turns n, and the magnetic flux Φ. (ω) for ω = 1 / characterized by yirueojim including the step of detecting by calculating the equation (K W × n × Φ) × √ (E a 2 + E B 2).

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 90도 위상차를 갖는 2상 타코제너레이터 또는 120도 위상차를 갖는 3상 타코제너레이터를 이용하여 전동기의 속도를 검출한다.The present invention detects the speed of an electric motor by using a two-phase tacho generator having a 90 degree phase difference or a three phase taco generator having a 120 degree phase difference.

어느 경우이든 타코제너레이터의 출력 전압 파형이 완전한 정현파일 경우 적용이 유용한 것으로 만일 고조파가 포함되어 있다면 일정속도에서도 맥동이 있는 것으로 나타나게 되므로 이 점에 유의해야 하며, 이를 보상하기 위하여 각 고조파의 성분의 크기를 오프라인으로 구한 뒤 별도로 제공되는 위상각에 따라 순시적으로 고조파 성분을 보상해야 한다.In either case, it is useful to apply the output voltage waveform of the taco generator to a sine file. If harmonics are included, it should be noted that there is a pulsation even at a constant speed. Is taken offline and the harmonic content should be compensated for instantaneously according to the phase angle provided separately.

이러한 고조파 성분의 보상은 근래의 유한요소법을 이용한 전기기기의 해석 및 설계기법의 발달로 완전한 정현파의 출력을 갖는 타코제너레이터의 제작이 가능하며, 현재 기전력의 파형이 거의 완전한 정현파인 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor : 영구 자석형 동기 전동기)이 있으므로 이를 그대로 적용할 수도 있다.Compensation of the harmonic components is possible by the development of analysis and design techniques of electric devices using the recent finite element method, which makes it possible to manufacture taco generators with a full sine wave output. Motor: Permanent magnet type synchronous motor), so it can be applied as it is.

특히, 선형 연산 소자 기술이 상당한 수준에 있기 때문에 후술하는 본 발명의 일 실시예에서와 같이 선형 연산 소자로써 구현한다면 속도 검출 시간 지연은 거의 없게 되며, 후술하는 본 발명의 다른 실시예에서와 같이 마이크로프로세서 등을 이용한 디지털 연산의 경우에도 종래의 펄스 엔코더를 이용하는 경우와 달리 속도 검출 주기가 필요치 않으므로 연산시간 이외의 속도 검출 지연 요소가 발생하지 않으며, 또한 연산 오차가 주는 한계 이외에는 다른 검출 속도 범위의 한계는 존재하지 않게되므로써, 고정도, 고속 응답의 전동기 제어에 매우 유용하다.In particular, since the linear arithmetic element technology is at a considerable level, the implementation of the linear arithmetic element as in the following embodiment of the present invention has almost no speed detection time delay, and the micro like in other embodiments of the present invention described below. In the case of digital operation using a processor or the like, unlike the case of using a conventional pulse encoder, the speed detection cycle is not required, and thus, the speed detection delay factor other than the operation time does not occur, and the limit of the detection speed range other than the limit provided by the operation error Since it does not exist, it is very useful for high precision and high speed motor control.

이하 정현파 교류 타코제너레이터를 이용하여 전동기 속도를 연산 검출하기 위한 과정을 설명한다.Hereinafter, a process for calculating and detecting the motor speed using the sinusoidal AC tacho generator will be described.

먼저, 3상 타코제너레이터를 이용한 속도 연산에 대하여 설명한다.First, the speed calculation using a three-phase tacho generator will be described.

120도 위상차를 갖는 3상 타코제너레이터의 상전압 실효치를 E라 했을 때 각 상전압은 수학식 1로 표시된다.When the phase voltage effective value of a three-phase tacho generator having a phase difference of 120 degrees is set to E, each phase voltage is represented by Equation 1.

상기 수학식 1의 각 변을 제곱하여 각 변을 더한 후 E에 대하여 정리하면 수학식 2가 된다.If each side of the equation 1 is squared to add each side, then E can be summarized as Equation 2.

이때, 3상 타코제너레이터의 정현파 유기기전력의 실효치 E는 권선계수(winding factor)를 Kw, 회전각속도를 ω, 권선수 n, 자속을 Φ라 했을 때 수학식 3으로 표현된다.At this time, the effective value E of the sinusoidal organic electromotive force of the three-phase taco generator is expressed by Equation 3 when the winding factor is Kw, the rotational angular velocity is ω, the number of turns n, and the magnetic flux is Φ.

상기 수학식 3을 ω에 대하여 정리하여 수학식 2에 대입하면 수학식 4가 된다.If Equation 3 is summarized for ω and substituted into Equation 2, Equation 4 is obtained.

상기 수학식 4에서 K1은 일정한 상수값이 되므로 3상 타코제너레이터의 출력전압의 순시치로부터 전동기의 속도를 연산할 수 있게된다.In Equation 4, since K 1 becomes a constant value, the speed of the motor can be calculated from the instantaneous value of the output voltage of the three-phase taco generator.

한편, 상술한 수학식 4를 수학식 5와 같이 변형하면 120도 위상차의 2상 출력만으로도 연산이 가능하며, 3상 2상 변환을 통하여서도 속도 연산이 가능하게 된다.On the other hand, if the above-described Equation 4 is modified as shown in Equation 5, the operation can be performed only by the two-phase output having a phase difference of 120 degrees.

다음에, 2상 타코제너레이터를 이용한 전동기의 속도 연산 과정을 살펴본다.Next, the speed calculation process of the motor using the two-phase taco generator will be described.

90도 위상차를 갖는 2상 타코제너레이터의 상전압의 실효치를 E라 했을 때 각 상전압은 수학식 6으로 표시된다.When the effective value of the phase voltage of the two-phase tacho generator having a phase difference of 90 degrees is E, each phase voltage is expressed by the following equation.

3상의 경우와 같은 방법으로 회전 각속도 ω에 대하여 정리하면 수학식 7이 된다.In the same manner as in the three-phase case, the equation for the rotational angular velocity?

상기 수학식 7에서도 K3은 일정한 값이 되므로 역시 2상 타코제너레이터의 출력전압의 순시치로부터 전동기의 속도를 연산할 수 있게 된다.In Equation 7, K 3 is a constant value, so that the speed of the motor can be calculated from the instantaneous value of the output voltage of the two-phase taco generator.

다음에, 상술한 전동기의 속도 연산 과정을 적용한 본 발명에 따른 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치 및 방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Next, a motor speed detecting apparatus and method using an AC taco generator according to the present invention to which the above-described speed calculation process of the motor is applied will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 1 실시예에 따라 소정의 선형 소자를 이용하여 구성한 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치에 대한 구성 블록도로서, 전동기의 회전에 대응하여 3상의 정현파를 출력하는 3상 타코제너레이터(101)와; 상기 3상 타코제너레이터(101)로부터 출력되는 제 1,2,3 정현파 신호의 이득을 각각 증폭하여 출력하는 제1,2,3 증폭부(102,103,104)와; 상기 제 1,2,3 증폭부(103,104,105)로부터 각각 증폭된 정현파 신호의 상전압 레벨을 제곱 승산 하여 각각 출력하는 제 1,2,3 제곱승산부(105,106,107)와; 상기 제 1,2,3 제곱승산부(105,106,107)로부터의 제곱 승산된 전압 레벨을 갖는 정현파 신호를 가산하여 출력하는 가산부(108)와; 상기 가산부(108)로부터의 가산되어 출력되는 신호의 이득을 증폭하여 출력하는 제 4 증폭부(109)와; 상기 제 4 증폭부(109)로부터의 신호를 제곱근 승산처리하여 출력하는 제곱근승산부(110)와; 상기 제곱근승산부(110)로부터의 신호를 증폭하여 출력하는 제 5 증폭부(111)를 포함하여 구성한다.1 is a block diagram illustrating a motor speed detection device using an AC taco generator constructed using a predetermined linear element according to an embodiment of the present invention, wherein a three-phase taco outputs a three-phase sine wave in response to rotation of the motor. Generator 101; First, second and third amplifiers 102, 103 and 104 for amplifying and outputting gains of the first, second and third sinusoidal signals output from the three-phase taco generator 101; First, second, third, and third square multipliers (105,106,107) for multiplying the phase voltage levels of the sinusoidal signals amplified by the first, second, third, and third amplifiers (103, 104, 105) by squares; An adder (108) for adding and outputting a sinusoidal signal having a voltage level multiplied by the first, second, and third square multipliers (105, 106, 107); A fourth amplifier 109 for amplifying and outputting a gain of the signal added and output from the adder 108; A square root multiplication unit (110) for outputting a square root multiplication process for the signal from the fourth amplifier (109); And a fifth amplifier 111 for amplifying and outputting the signal from the square root multiplication unit 110.

이러한 구성은 상술한 수학식 4를 이용하여 전동기의 회전속도인 회전 각속도인 ω를 선형 회로 소자를 이용하여 연산하기 위한 것으로서, 제 1,2,3 증폭부(102,103,104)로부터 출력되는 제 1,2,3 정현파(EU,EV,EW) 신호가 각각 제 1,2,3 제곱승산부(105,106,107)에서 제곱승산되어 가산부(108)에서 가산된다.This configuration is for calculating the rotational angular velocity ω, which is the rotational speed of the motor, using a linear circuit element by using Equation 4 described above. The sine wave (E U , E V , E W ) signals are multiplied by the first, second, and third square multipliers 105, 106, and 107, respectively, and added by the adder 108.

다음에, 가산된 신호가 제 4 증폭부(109)를 통해서 이득 증폭 처리되고, 이 증폭된 신호가 제곱근승산부(110)에서 제곱근승산되어 제 5 증폭부(111)에서 증폭되어 출력되며, 상기 제 5 증폭부(111)에서는 수학식 4에서의 회전 각속도인 ω에서 상수 K1을 고려하므로 그 출력신호는 전동기의 회전속도로 이용할 수 있게 된다.Next, the added signal is gain amplified by the fourth amplifier 109, and the amplified signal is multiplied by the square root multiplier 110 and amplified by the fifth amplifier 111 and output. The fifth amplifier 111 considers the constant K 1 at the rotational angular velocity ω in Equation 4, so that the output signal can be used as the rotational speed of the motor.

또한, 이 아날로그 출력 신호를 미도시된 A/D 컨버터를 이용하여 디지털 신호로 변환하여 미도시된 서보 제어 수단을 통하여 전동기의 회전속도 제어에 사용가능하다.In addition, the analog output signal is converted into a digital signal using an A / D converter (not shown) and can be used to control the rotational speed of the motor through the servo control means (not shown).

한편, 도 2는 본 발명의 2 실시예에 따라 소정의 선형 소자를 이용하여 구성한 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치에 대한 블록도로서, 3상의 정현파를 출력하는 3상 타코제너레이터의 2상 정현파만을 이용하여 전동기의 회전속도를 검출하기 위하여, 전동기의 회전에 대응하여 3상의 정현파를 출력하는 3상 타코제너레이터(201)와; 상기 3상 타코제너레이터(201)로부터 출력되는 제 1,2 정현파 신호의 이득을 각각 증폭하여 출력하는 제1,2 증폭부(202,203)와; 상기 제 1,2 증폭부(202,203)로부터 각각 증폭된 정현파 신호의 상전압 레벨을 제곱 승산하여 각각 출력하는 제 1,2 제곱승산부(204,205)와; 상기 제 1,2 증폭부(202,203)로부터 각각 증폭된 정현파 신호의 상전압 레벨을 승산하여 출력하는 승산부(206)와; 상기 제 1,2 제곱승산부(204,205)로부터의 제곱 승산된 전압 레벨을 갖는 정현파 신호와 승산부(206)으로부터의 신호를 가산하여 출력하는 가산부(207)와; 상기 가산부(207)에서 가산되어 출력되는 신호의 이득을 증폭하여 출력하는 제 3 증폭부(208)와; 상기 제 3 증폭부(208)로부터의 신호를 제곱근 승산처리하여 출력하는 제곱근승산부(209)와; 상기 제곱근승산부(209)로부터의 신호를 증폭하여 출력하는 제 4 증폭부(210)를 포함하여 구성한다.FIG. 2 is a block diagram of an electric motor speed detection device using an AC taco generator constructed by using a predetermined linear element according to the second embodiment of the present invention, and a two-phase sine wave of a three-phase tacho generator that outputs a three-phase sine wave. A three-phase taco generator 201 for outputting a three-phase sine wave in response to the rotation of the motor, in order to detect the rotational speed of the motor by using only; First and second amplifiers 202 and 203 for amplifying and outputting gains of the first and second sinusoidal signals output from the three-phase taco generator 201; First and second square multipliers 204 and 205 for multiplying the phase voltage levels of the sinusoidal signals amplified by the first and second amplifying units 202 and 203, respectively, and outputting the square voltages; A multiplier 206 for multiplying and outputting the phase voltage levels of the sinusoidal signals amplified by the first and second amplification units 202 and 203, respectively; An adder (207) for adding and outputting a sine wave signal having a voltage level multiplied by the first and second square multipliers (204, 205) and a signal from the multiplier (206); A third amplifier 208 for amplifying and outputting a gain of a signal added and output from the adder 207; A square root multiplication unit (209) for multiplying and outputting a signal from the third amplifying unit (208); And a fourth amplifier 210 for amplifying and outputting a signal from the square root multiplication unit 209.

이러한 구성은 상술한 수학식 5를 이용하여 전동기의 회전속도인 회전 각속도인 ω를 선형 회로 소자를 이용하여 연산하기 위한 것으로서, 제 1,2 증폭부(202,203)로부터 출력되는 제 1,2 정현파(EU,EV) 신호가 각각 제 1,2 제곱승산부(204,205)에서 제곱승산되고, 제 1,2 정현파(EU,EV) 신호가 승산부(206)에서 승산 된다.This configuration is for calculating the rotational angular velocity?, Which is the rotational speed of the motor, by using a linear circuit element by using Equation 5 described above, and the first and second sinusoidal waves output from the first and second amplification units 202 and 203. The E U , E V ) signals are multiplied by the first and second square multipliers 204 and 205, respectively, and the first and second sinusoidal signals E U and E V are multiplied by the multiplier 206.

다음에, 제 1,2 제곱 승산부(204,205)에서 각각 제곱승산된 신호와 승산부(206)에서 승산된 신호가 가산부(207)에서 가산된다.Next, the signal multiplied by the squares in the first and second square multipliers 204 and 205 and the signal multiplied in the multiplier 206 are added in the adder 207.

그런 다음, 가산된 신호가 제 3 증폭부(208)를 통해서 이득 증폭 처리되고, 이 증폭된 신호가 제곱근승산부(209)에서 제곱근승산되어 제 4 증폭부(210)에서 증폭되어 출력되며, 상기 제 4 증폭부(210)에서 수학식 5에서의 회전 각속도인 ω에서 상수 K2를 고려하므로 그 출력신호는 전동기의 회전속도로 이용할 수 있게 된다.Then, the added signal is gain amplified by the third amplifier 208, the amplified signal is multiplied by the square root multiplier 209 and amplified by the fourth amplifier 210 and output. Since the constant K 2 is considered in the rotational angular velocity ω in Equation 5 in the fourth amplifier 210, the output signal can be used as the rotational speed of the motor.

한편, 도 3은 본 발명의 3 실시예에 따른 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치에 대한 블록도로서, 2상의 정현파를 출력하는 2상 타코제너레이터를 이용하여 전동기의 회전속도를 검출하기 위하여, 전동기의 회전에 대응하여 2상의 정현파를 출력하는 2상 타코제너레이터(301)와; 상기 2상 타코제너레이터(301)로부터 출력되는 제 1,2 정현파 신호의 이득을 각각 증폭하여 출력하는 제1,2 증폭부(302,303)와; 상기 제 1,2 증폭부(302,303)로부터 각각 증폭된 정현파 신호의 상전압 레벨을 제곱 승산하여 각각 출력하는 제 1,2 제곱승산부(304,305)와; 상기 제 1,2 제곱승산부(304,305)로부터의 제곱 승산된 전압 레벨을 갖는 정현파 신호를 가산하여 출력하는 가산부(306)와; 상기 가산부(306)로부터의 가산되어 출력되는 신호의 이득을 증폭하여 출력하는 제 3 증폭부(307)와; 상기 제 3 증폭부(307)로부터의 신호를 제곱근 승산처리하여 출력하는 제곱근승산부(308)와; 상기 제곱근승산부(308)로부터의 신호를 증폭하여 출력하는 제 4 증폭부(309)를 포함하여 구성한다.3 is a block diagram of an apparatus for detecting a motor speed using an alternating taco generator according to a third embodiment of the present invention, in order to detect a rotational speed of an electric motor by using a two-phase taco generator that outputs a two-phase sine wave. A two-phase tacho generator 301 which outputs two-phase sine waves in response to rotation of the motor; First and second amplifiers 302 and 303 for amplifying and outputting gains of the first and second sinusoidal signals output from the two-phase tacho generator 301, respectively; First and second square multipliers (304 and 305) for multiplying the phase voltage levels of the sinusoidal signals amplified by the first and second amplifiers (302 and 303), respectively, and outputting the square voltages; An adder (306) for adding and outputting a sinusoidal signal having a voltage level multiplied by the first and second square multipliers (304,305); A third amplifying unit 307 for amplifying and outputting a gain of the signal added and output from the adding unit 306; A square root multiplication unit (308) for multiplying and outputting a signal from the third amplifier (307) by square root multiplication; And a fourth amplifier 309 for amplifying and outputting a signal from the square root multiplication unit 308.

이러한 구성은 상술한 수학식 7을 이용하여 전동기의 회전속도인 회전 각속도인 ω를 선형 회로 소자를 이용하여 연산하기 위한 것으로서, 제 1,2 증폭부(302,303)로부터 출력되는 제 1,2 정현파(EA,EB) 신호가 각각 제 1,2 제곱승산부(304,305)에서 제곱승산되고, 제곱승산된 각각의 신호가 가산부(306)에서 가산된다.This configuration is for calculating the rotational angular velocity?, Which is the rotational speed of the motor, by using a linear circuit element by using Equation 7 described above, and the first and second sinusoidal waves output from the first and second amplification units 302 and 303. E A , E B ) signals are multiplied by the first and second square multipliers 304 and 305, respectively, and each square multiplied signal is added by the adder 306.

그런 다음, 가산된 신호가 제 3 증폭부(307)를 통해서 이득 증폭 처리되고, 이 증폭된 신호가 제곱근승산부(308)에서 제곱근승산되어 제 4 증폭부(309)에서 증폭되어 출력되며, 상기 제 4 증폭부(309)에서 수학식 7에서의 회전 각속도인 ω에서 상수 K3을 고려하므로 그 출력신호는 전동기의 회전속도로 이용할 수 있게 된다.Then, the added signal is gain amplified by the third amplifier 307, the amplified signal is multiplied by the square root multiplier 308 and amplified by the fourth amplifier 309 and output. Since the fourth amplifier 309 considers the constant K 3 at the rotational angular velocity ω in Equation 7, the output signal can be used as the rotational speed of the motor.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출 방법을 구현하기 위한 하드웨어 장치의 구성 블록도로서, 전동기의 회전에 기인하여 2상 또는 3상의 정현파를 출력하는 타코제너레이터(401)와; 상기 타코제너레이터(401)로부터의 각각의 정현파 신호의 이득을 증폭하여 출력하는 제 1,2,3 증폭부(402,403,404)와; 상기 제 1,2,3 증폭부(402,403,404)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 제 1,2,3 ADC(405,406,407)와; 상기 제 1,2,3 ADC(405,406,407)로부터의 디지털 값을 각각의 입력포트로 인가받아 상술한 수학식 4 또는 수학식 5 또는 수학식 7에 의거하여 전동기의 회전 각속도 ω를 연산하여 연산된 값이 전동기의 회전속도를 나타내는 값이 되며, 이 값을 도시되지 않은 서보 제어 수단으로 인가하는 마이크로프로세서(408)를 포함하여 전동기의 회전속도를 제어할 수 있게 된다.On the other hand, Figure 4 is a block diagram of a hardware device for implementing an electric motor speed detection method using the AC taco generator according to the present invention, the taco generator 401 for outputting a two-phase or three-phase sine wave due to the rotation of the motor Wow; First, second and third amplifiers 402, 403 and 404 for amplifying and outputting gains of respective sinusoidal signals from the taco generator 401; First, second, and third ADCs (405, 406, 407) for converting and outputting analog signals from the first, second, and third amplifiers (402, 403, 404) to digital signals; A value calculated by calculating the rotational angular velocity ω of the motor based on Equation 4, Equation 5, or Equation 7 by applying the digital values from the first, second, and third ADCs 405, 406, 407 to respective input ports. It becomes a value indicating the rotational speed of the electric motor, and includes a microprocessor 408 for applying this value to a servo control means (not shown) to control the rotational speed of the electric motor.

이러한 구성에 있어서, 마이크로프로세서(408)는 타코제너레이터(401)가 3상 정현파 출력을 갖는 타코제너레이터인지 또는 2상 정현파 출력을 갖는 타코제너레이터인지에 대응하여 상술한 수학식 4 또는 수학식 5 또는 수학식 7에 의거하여 회전 각속도 ω를 연산하여 전동기의 회전속도를 검출하게 된다.In such a configuration, the microprocessor 408 is the equation (4) or (5) or the above equation corresponding to whether the taco generator 401 is a taco generator having a three-phase sine wave output or a taco generator having a two-phase sine wave output. Based on Equation 7, the rotational angular velocity ω is calculated to detect the rotational speed of the motor.

다음에, 본 발명에 따른 다상 정현파 출력을 갖는 타코제너레이터를 이용한 전동기의 상술한 속도검출 방법에 대한 모의실험을 선형 소자를 이용한 경우와 마이크로프로세서를 이용한 디지털 연산의 경우에 대하여 수행하였으며, 비교 평가를 위하여 기존의 펄스엔코더를 이용한 속도 검출기법인 M기법, T기법, M/T기법에 대한 모의실험 역시 실제 구현 방법으로 모의실험을 행하였다.Next, a simulation of the above-described speed detection method of the motor using a taco generator having a polyphase sine wave output according to the present invention was performed for the case of using a linear element and the case of digital calculation using a microprocessor. In order to simulate the M, T, and M / T techniques, which are the velocity detector method using the conventional pulse encoder, the simulation was also carried out with the actual implementation method.

연산 시간에 있어 3상 타코제너레이터를 이용한 경우와 2상 타코제너레이터를 이용한 경우가 차이가 날 뿐 그 특성은 동일할 것이므로, 연산 소요 시간이 다소 더 걸릴 3상 타코제너레이터를 이용한 경우에 대하여서만 모의실험을 수행하였다.The simulation time differs between the three-phase taco generator and the two-phase taco generator, but the characteristics will be the same. Therefore, the simulation is only performed for the three-phase taco generator. Was performed.

먼저, 도 5는 4극을 가정한 3상 타코제너레이터의 3상 출력파형과 이로부터 연산된 전공기의 속도를 나타낸 것으로 선형 연산소자를 이용하는 경우 동 도면에 도시된 바와 같이 시간 지연 없이 순시 속도를 곧바로 연산할 수 있다.First, FIG. 5 shows a three-phase output waveform of a three-phase taco generator assuming four poles and the speed of the electric air calculated therefrom. When using a linear arithmetic element, the instantaneous speed is measured without time delay as shown in FIG. You can compute right away.

도 6은 회전당 8000펄스를 발생하는 엔코더를 사용하고 샘플링시간 300㎲로 M기법을 사용하였을 때 실제속도 및 검출속도와 속도의 백분율 오차를 보여주는 그래프로서, M기법의 단점인 저속에서 계수할 수 있는 엔코더펄스의 숫자가 작기 때문에 저속에서 다소의 오차를 보이고 있다.6 is a graph showing the percentage error between the actual speed and the detection speed and the speed when using the encoder generating 8000 pulses per revolution and using the M technique with a sampling time of 300 ms. Since the number of encoder pulses is small, it shows some error at low speed.

도 7은 1MHz의 클럭을 이용하고 회전당 1000펄스를 발생하는 엔코더로 T기법을 사용하였을 때 검출속도와 백분율 오차를 도시한 그래프로서, 고속에서 엔코더 펄스 한 주기간에 계수된 클럭펄스의 개수가 작아서 오차를 보이고 있음을 알 수 있다. 저속에서도 엔코더펄스의 주파수가 낮아 검출 지연이 발생함에 따라 속도 오차가 크게 나타남을 알 수 있다.7 is a graph showing the detection speed and the percentage error when the T technique is used as an encoder generating a pulse of 1000 pulses per revolution using a clock of 1 MHz, and the number of clock pulses counted in one main period of the encoder pulse at high speed is small. It can be seen that there is an error. It can be seen that even at low speeds, the frequency of the encoder pulse is low, resulting in a large speed error as the detection delay occurs.

도 8은 1MHz의 클럭과 회전당 2000펄스를 발생하는 엔코더를 사용하여 샘플링시간 300㎲로 M/T기법을 사용하였을 때 검출 속도와 백분율 오차를 도시한 그래프로서, 고속에서는 안정되나 저속에서 역시 검출 주기가 길어짐에 따라서 오차값이 큼을 알 수 있다.Fig. 8 is a graph showing the detection speed and the percentage error when the M / T method is used with a sampling time of 300 ms using a clock of 1 MHz and an encoder generating 2000 pulses per revolution. As the period gets longer, the error value becomes larger.

상술한 도 6 내지 도 8에서 엔코더의 펄스수를 각각 상이하게 하여 모의실험을 행한 이유는 각각의 속도 검출 방법의 특성상 전체 속도 영역에 있어 전반적으로 우수한 경우를 보이기 위하여 클럭 주파수와 샘플링시간에 적합한 펄스수를 가정했기 때문이다.The reason why the simulation was performed by varying the number of pulses of the encoders in FIGS. 6 to 8 described above is a pulse suitable for the clock frequency and the sampling time in order to show an overall excellent case in the entire speed range due to the characteristics of the respective speed detection methods. I assumed a number.

한편, 도 9는 본 발명에 따른 3상 정현파 타코제너레이터의 출력을 이용하고 선형 연산 소자로 속도를 계산하여 그 결과를 정도 8 비트, 변환시간 100㎲로 A/D 변환한 결과를 도시한 그래프로서, M/T기법을 사용한 결과와 비교하였을 때 보다 우수한 성능을 나타내고 있다.9 is a graph showing the results of A / D conversion using the output of the three-phase sine wave taco generator according to the present invention and calculating the speed using a linear arithmetic element with an accuracy of 8 bits and a conversion time of 100 ms. , Compared with the results obtained using the M / T technique, shows better performance.

도 10은 선형 연산회로로 속도를 계산하고 정도 16비트, 변환시간 2㎲로 A/D 변환한 결과를 도시한 그래프로서, 실제속도와 차이가 없음을 알 수 있다.FIG. 10 is a graph showing the results of A / D conversion with a speed of 16 bits and a conversion time of 2 ms using a linear arithmetic circuit. It can be seen that there is no difference from the actual speed.

도 11은 3상 타코제너레이터로부터 출력되는 정현파 신호의 상레벨의 전압을 A/D 변환하고 마이크로프로세서에서 속도를 연산한 결과를 도시한 그래프로서, 정도 10비트, 채널당 변환시간 42㎲인 A/D 변환 포트가 제공되는 범용 16비트(One-chip)의 마이크로프로세서인 8096을 이용할 경우를 가산한 것으로 연산시간은 50㎲로 충분히 잡은 경우이다.Fig. 11 is a graph showing the result of A / D conversion of the phase level voltage of the sine wave signal output from the three-phase taco generator and the speed calculation by the microprocessor. In addition to using the 8096, a general purpose 16-bit microprocessor with a conversion port, the calculation time is 50ms.

이때, 동 도면에 도시된 바와 같이 3상의 전압을 비동기로 변환한 결과 변환시간 만큼의 위상 오차가 발생한 상황이 되어 연산된 속도가 맥동함을 알 수 있다.At this time, as shown in the figure, as a result of asynchronously converting the voltage of the three phases, it can be seen that the phase error occurs as much as the conversion time, and thus the calculated speed is pulsated.

한편, 도 12는 도 11에서와 같이 동일한 A/D 변환기를 이용하고 DSP (Digital Signals Processor)급 정도의 연산시간이 5㎲정도인 고성능 마이크로프로세서를 이용한 결과를 도시한 그래프로서, 연산시간이 매우 작으므로 극저속에서만 속도오차가 있음을 알 수 있다.FIG. 12 is a graph showing a result of using a high performance microprocessor using the same A / D converter as in FIG. 11 and having a DSP (Digital Signals Processor) class computation time of about 5 ms. It is small and it can be seen that there is a speed error only at very low speeds.

다음에, 도 13은 도 11의 경우와 동일한 조건하에서 3상 출력 전압을 동일시점에 샘플홀더로 래치한 후 순차적으로 A/D 변환한 동기식 A/D 변환을 적용한 결과를 도시한 그래프로서, A/D 변환시간과 속도 연산시간 지연에 따른 속도오차만이 존재함을 알 수 있다.Next, FIG. 13 is a graph showing a result of applying synchronous A / D conversion in which A / D conversion is sequentially performed after latching a three-phase output voltage to a sample holder at the same time under the same conditions as in FIG. It can be seen that there is only a speed error due to the / D conversion time and the speed computation time delay.

그리고, 도 14는 변환시간과 연산시간을 도 12의 경우와 같은 정도로 가정하고 모의 실험한 결과를 도시한 그래프로서, 도 9의 M/T기법과 비교하였을 때 매우 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다.In addition, FIG. 14 is a graph showing simulation results assuming the conversion time and the calculation time to the same extent as in FIG. 12, and it can be seen that the performance is very excellent when compared with the M / T method of FIG. .

이상의 모의실험으로부터 본 발명에 따른 다상 정현파 교류 타코제너레이터를 이용한 속도검출 방법은 성능과 실용면에 있어 여타 속도검출 방법에 비하여 우수함을 알 수 있으며, 2상 타코제너레이터를 이용할 경우에는 연산 시간이 덜 소요되어 더욱 우수할 것임을 알 수 있다.From the above simulations, it can be seen that the speed detection method using the multi-phase sine wave AC taco generator according to the present invention is superior to other speed detection methods in terms of performance and practicality, and it takes less computation time when using the two-phase taco generator. It can be seen that even better.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 선형 연산 소자를 이용한 속도검출장치는 속도 검출 시간의 지연을 거의 줄일 수 있으며, 마이크로프로세서를 이용한 속도검출 방법은 종래의 펄스 엔코더를 이용하는 경우와 달리 속도 검출 주기가 필요치 않으므로 연산시간 이외의 속도 검출 지연 요소가 발생되지 않고 연산 오차가 주는 한계 이외에는 다른 검출 속도 범위의 한계는 존재하지 않게 됨으로서, 고정도 및 고속 응답으로 전동기의 회전속도 검출이 가능하여 전동기의 속도 제어를 보다 정밀하게 수행할 수 있는 효과가 있다.As described above, the speed detection apparatus using the linear arithmetic element according to the present invention can substantially reduce the delay of the speed detection time, and the speed detection method using the microprocessor requires a speed detection period unlike the conventional pulse encoder. Therefore, speed detection delay factor other than operation time does not occur, and there is no limit of detection speed range except the limit that calculation error gives. Therefore, it is possible to detect the rotational speed of the motor with high accuracy and high speed response. There is an effect that can be performed more precisely.

Claims (6)

전동기의 회전에 대응하여 120도의 위상차를 갖는 3상의 정현파를 출력하는 타코제너레이터(101)와; 상기 타코제너레이터(101)로부터의 제 1,2,3 정현파의 이득을 증폭하여 출력하는 제 1,2,3 증폭부(102,103,104)와; 상기 제 1,2,3 증폭부(102,103,104)로부터의 신호를 각각 제곱 승산처리하여 출력하는 제 1,2,3 제곱승산부(105,106,107)와; 상기 제 1,2,3 제곱승산부(105,106,107)로부터의 각각의 신호를 가산하여 출력하는 가산부(108)와; 상기 가산부(108)로부터의 신호의 이득을 증폭하여 출력하는 제 4 증폭부(109)와; 상기 제 4 증폭부(109)로부터의 신호를 제곱근 승산처리하여 출력하는 제곱근승산부(110)와; 상기 제곱근승산부(110)로부터의 신호의 이득을 증폭하여 전동기의 회전속도를 나타내는 신호로 출력하는 제 5 증폭부(111)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치.A taco generator 101 for outputting a three-phase sine wave having a phase difference of 120 degrees corresponding to the rotation of the motor; First, second and third amplifying units (102, 103, 104) for amplifying and outputting gains of the first, second, and third sine waves from the taco generator (101); First, second, third square multipliers (105, 106, 107) for outputting the squares of the signals from the first, second, third, and third amplification units (102, 103, 104) respectively; An adder (108) for adding and outputting respective signals from the first, second, and third square multipliers (105, 106, 107); A fourth amplifier 109 for amplifying and outputting the gain of the signal from the adder 108; A square root multiplication unit (110) for outputting a square root multiplication process for the signal from the fourth amplifier (109); And a fifth amplifying unit (111) for amplifying the gain of the signal from the square root multiplying unit (110) and outputting the signal as a signal representing the rotational speed of the electric motor. 전동기의 회전에 대응하여 120도의 위상차를 갖는 3상의 정현파를 출력하는 타코제너레이터(201)와; 상기 타코제너레이터(201)로부터의 제 1,2 정현파의 이득을 증폭하여 출력하는 제 1,2 증폭부(202,203)와; 상기 제 1,2 증폭부(202,203)로부터의 신호를 각각 제곱 승산처리하여 출력하는 제 1,2 제곱승산부(204,205)와; 상기 제 1 증폭부(202)로부터의 신호와 제 2 증폭부로(203)부터의 신호를 승산처리하여 출력하는 승산부(206)와; 상기 제 1,2 제곱승산부(204,205)로부터의 각각의 신호와 승산부(206)로부터의 신호를 가산하여 출력하는 가산부(207)와; 상기 가산부(207)로부터의 신호의 이득을 증폭하여 출력하는 제 3 증폭부(208)와; 상기 제 3 증폭부(208)로부터의 신호를 제곱근 승산처리하여 출력하는 제곱근승산부(209)와; 상기 제곱근승산부(209)로부터의 신호의 이득을 증폭하여 전동기의 회전속도를 나타내는 신호로 출력하는 제 4 증폭부(210)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 회전속도 검출장치.A taco generator 201 for outputting a three-phase sine wave having a phase difference of 120 degrees corresponding to the rotation of the electric motor; First and second amplifiers 202 and 203 for amplifying and outputting gains of the first and second sinusoidal waves from the taco generator 201; First and second square multipliers (204 and 205) for multiplying and outputting signals from the first and second amplifying units (202 and 203), respectively; A multiplier 206 for multiplying and outputting the signal from the first amplifier 202 and the signal from the second amplifier 203; An adder (207) for adding the respective signals from the first and second square multipliers (204, 205) and the signals from the multiplier (206) and outputting them; A third amplifier 208 for amplifying and outputting the gain of the signal from the adder 207; A square root multiplication unit (209) for multiplying and outputting a signal from the third amplifying unit (208); And a fourth amplifying part (210) for amplifying the gain of the signal from the square root multiplying part (209) and outputting the signal as a signal representing the rotational speed of the electric motor. 전동기의 회전에 대응하여 90도의 위상차를 갖는 2상의 정현파를 출력하는 타코제너레이터(301)와; 상기 타코제너레이터(301)로부터의 제 1,2 정현파의 이득을 증폭하여 출력하는 제 1,2 증폭부(302,303)와; 상기 제 1,2 증폭부(302,303)로부터의 신호를 각각 제곱 승산처리하여 출력하는 제 1,2 제곱승산부(304,305)와; 상기 제 1,2 제곱승산부(304,305)로부터의 각각의 신호를 가산하여 출력하는 가산부(306)와; 상기 가산부(306)로부터의 신호의 이득을 증폭하여 출력하는 제 3 증폭부(307)와; 상기 제 3 증폭부(307)로부터의 신호를 제곱근 승산처리하여 출력하는 제곱근승산부(308)와; 상기 제곱근승산부(308)로부터의 신호의 이득을 증폭하여 전동기의 회전속도를 나타내는 신호로 출력하는 제 4 증폭부(309)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출장치.A taco generator 301 for outputting a two-phase sine wave having a phase difference of 90 degrees corresponding to the rotation of the motor; First and second amplifiers 302 and 303 for amplifying and outputting gains of the first and second sinusoidal waves from the taco generator 301; First and second square multipliers 304 and 305 for multiplying and outputting signals from the first and second amplification units 302 and 303, respectively; An adder 306 for adding and outputting respective signals from the first and second square multipliers 304 and 305; A third amplifier 307 for amplifying and outputting a gain of the signal from the adder 306; A square root multiplication unit (308) for multiplying and outputting a signal from the third amplifier (307) by square root multiplication; And a fourth amplifier (309) for amplifying the gain of the signal from the square root multiply (308) and outputting the signal as a signal representing the rotational speed of the motor. 전동기의 회전속도를 검출하는 방법으로서,As a method of detecting the rotational speed of the motor, 전동기의 회전에 대응하여 3상 정현파를 출력하는 타코제너레이터로부터의 제 1,2,3 정현파 신호가 각각 제 1,2,3 디지털 신호(EU,EV,EW)로 변환되어 입력되는 읽는 단계와; 상기 단계에서 읽은 제 1,2,3 디지털 신호값(EU,EV,EW)과, 상기 타코제너레이터의 권선계수(KW)와, 권수(n), 자속(Φ)을 이용하여 회전 각속도(ω)를 ω=√(2/3)×1/(KW×n×Φ)×√(EU 2+EV 2+EW 2) 관계식으로 연산하여 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출방법.The first, second, and third sinusoidal signals from the taco generator outputting the three-phase sine wave in response to the rotation of the motor are converted into the first, second, and third digital signals (E U , E V , E W ), respectively. Steps; Rotation using the first, second, and third digital signal values E U , E V , E W , the winding coefficient K W of the taco generator, the number of turns n, and the magnetic flux Φ Calculating and detecting the angular velocity ω in a relation of ω = √ (2/3) × 1 / (K W × n × Φ) × √ (E U 2 + E V 2 + E W 2 ) A motor speed detection method using an AC taco generator. 전동기의 회전속도를 검출하는 방법으로서,As a method of detecting the rotational speed of the motor, 전동기의 회전에 대응하여 3상 정현파를 출력하는 타코제너레이터로부터의 제 1,2 정현파 신호가 각각 제 1,2 디지털 신호(EU,EV)로 변환되어 입력되는 것을 읽는 단계와; 상기 단계에서 읽은 제 1,2 디지털 신호값(EU,EV)과, 상기 타코제너레이터의 권선계수(KW)와, 권수(n), 자속(Φ)을 이용하여 회전 각속도(ω)를 ω=2/√3×1/(KW×n×Φ)×√(EU 2+EV 2+(EU×EV)) 관계식으로 연산하여 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출방법.Reading the first and second sinusoidal wave signals from the taco generator outputting the three-phase sine wave in response to the rotation of the motor being converted into the first and second digital signals E U and E V , respectively; Rotational angular velocity (ω) is obtained by using the first and second digital signal values (E U and E V ), the winding coefficient (K W ), the number of turns (n), and the magnetic flux (Φ) of the taco generator. and calculating and detecting in a relation ω = 2 / √3 × 1 / (K W × n × Φ) × √ (E U 2 + E V 2 + (E U × E V )). Motor speed detection method using AC taco generator. 전동기의 회전속도를 검출하는 방법으로서,As a method of detecting the rotational speed of the motor, 전동기의 회전에 대응하여 2상 정현파를 출력하는 타코제너레이터로부터의 제 1,2 정현파 신호가 각각 제 1,2 디지털 신호(EA,EB)로 변환되어 입력되는 것을 읽는 단계와; 상기 단계에서 읽은 제 1,2 디지털 신호값(EA,EB)과, 상기 타코제너레이터의 권선계수(KW)와, 권수(n), 자속(Φ)을 이용하여 회전 각속도(ω)를 ω=1/(KW×n×Φ)×√(EA 2+EB 2) 관계식으로 연산하여 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 타코제너레이터를 사용한 전동기 속도 검출방법.Reading the first and second sinusoidal signals from the taco generator which outputs the two-phase sinusoidal waves corresponding to the rotation of the motor are converted into the first and second digital signals E A and E B , respectively; Using the first and second digital signal values E A and E B read in the above step, the winding coefficient K W of the taco generator, the number of turns n and the magnetic flux Φ, the rotational angular velocity ω is obtained. An electric motor speed detection method using an AC taco generator, comprising the step of calculating and detecting in a relation of ω = 1 / (K W × n × Φ) × √ (E A 2 + E B 2 ).
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