KR20000019527A - 모터 제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 모터가 부하 변동에 의하여 제어 범위를 벗어나는 경우에 모터의 바이어스값을 제어하여 모터가 제어 범위 내에서 동작되도록 제어하기 위한 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 부하의 변동 등으로 인하여 모터가 제어 범위를 벗어나 비정상적으로 동작하는 경우에 모터의 바이어스값을 변동시켜 모터가 제어 범위에서 동작되도록 제어함으로써, 모터의 제어를 부하의 변동에 적응적으로 안정된 제어 범위 내에서 동작될 수 있게 하여 모터가 부하의 변동에 관계없이 안정된 제어 위치에서 동작되도록 하는 효과가 있으며, 이로 인하여 재생 화면 및 오디오가 순간적으로 비정상적으로 출력되는 문제점을 해결하는 효과가 있다.

Description

모터 제어 장치 및 방법
본 발명은 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 모터가 부하 변동에 의하여 제어 범위를 벗어나는 경우에 모터의 바이어스값을 제어하여 모터가 제어 범위 내에서 동작되도록 제어하기 위한 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 모터 제어 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(110), 구동부(120) 및 모터블럭(130)으로 구성되어 있다. 모터블럭(130)은 모터(130a)와 모터의 회전 속도를 감지하기 위한 모터 FG(Frequency Generator:130b)로 구성되어 있다.
제어부(110)에서는 모터(130a)의 회전 방향 및 회전 속도를 제어하기 위한 제어전압을 구동부(120)에 인가하고, 구동부(120)는 제어전압을 구동전압 및 전류로 변환시켜 모터(130a)에 공급하여 모터(130a)를 회전시킨다.
여기서, 제어부(110)는 모터(130a)의 회전 속도에 비례하는 회전 주파수를 갖는 펄스를 발생시키는 모터 FG(130b)의 FG 신호를 입력받아, FG 신호의 주파수를 검출하여 목표 주파수에 미달되면 제어전압을 상승시키고, 목표 주파수를 초과하면 제어전압을 하강시키는 제어를 실행한다.
그리고 모터의 제어범위를 결정하기 위한 바이어스값이 있는데, 제어부(110)에서는 통상적으로 바이어스값을 목표 주파수를 발생시키는 제어전압이 제어범위의 중심 전압에 위치하도록 고정값으로 설정한다.
일반적으로, VHS 비디오 테이프 레코더의 기록/재생 시의 테이프의 속도는 NTSC 시스템에서는 33.34mm/sec가 표준화되어 있고, 이를 SP(Standard Play) 모드라 칭하며, SP 모드의 1/2 테이프 속도로 주행되는 모드를 LP(Long Play) 모드라 하며, SP 모드의 1/3 테이프 속도로 주행되는 모드를 SLP(Super Long Play)라 한다.
그런데, 최근에는 비디오 신호를 샘플링하여 기록하는 방법이 발명되면서 3개 필드마다 1개 필드를 기록시키는 경우에 종래의 정상 모드에 비하여 테이프의 주행 속도를 정상 기록 모드에 비하여 1/3로 낮추어 기록함으로써, 기록밀도를 높일 수 있게 되었는데, 이와 같은 기록 방식을 가칭 XSLP 방식이라 칭하기로 한다. 이와 같은 XSLP 방식에 의한 재생 시에는 정상 재생 모드의 1/3로 테이프의 주행 속도를 낮추어 재생시켜야 한다.
통상적으로, 모터의 회전 속도가 높은 경우에는 모터의 부하가 변동되어도 관성의 힘이 커서 모터의 부하 변동이 모터 제어에 큰 영향을 끼치지 못하지만, XSLP 재생 모드에서와 같이 캡스턴 모터가 저속으로 동작하는 경우에는 작은 양의 부하 변동에 의해서도 모터의 제어 범위를 벗어나는 경우가 발생된다.
그런데, 종래의 기술에 의하면 모터의 바이어스값이 고정되어 있어서 모터가 저속으로 동작하는 경우에 부하 변동에 따라서 모터가 제어 범위를 벗어나는 경우가 발생되는데, 이 때에는 모터가 비정상적으로 동작되어 실행 중인 모드의 재생 화면 및 오디오가 비정상적으로 출력되는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 모터의 부하 변동을 바이어스값에 반영하여 모터 목표 주파수를 발생시키는 제어전압이 제어범위의 중심 전압에 위치하도록 바이어스값을 제어하기 위한 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 모터 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 모터 제어 장치가 적용된 VTR에 있어서 캡스턴 서보의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 모터 제어 방법의 흐름도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 모터 제어 장치는 검출된 속도 에러 정보와 위상 에러 정보를 합성시킨 후에, 설정된 바이어스값(Bm)으로 결정된 제어 범위에서 모터의 속도 및 위상을 제어하는 모터 제어 장치에 있어서, 해당 모드별로 모터의 목표 회전 주파수(fcm), 허용 오차(ferr) 및 모터의 제어 범위를 결정하는 바이어스값(Bm)을 저장하기 위한 메모리, 상기 메모리에 저장된 Bm에 상응하는 값으로 제어 범위를 결정하기 위한 바이어스 설정부, 상기 모터의 목표 회전 주파수(fcm)와 모터의 실제 회전 주파수(fr)의 차(fd)를 연산하기 위한 속도 오차 검출부 및 상기 fd와 ferr의 값을 비교하여, 상기 fd의 절대값이 ferr의 값보다 크거나, 같은 경우에는 모터의 제어 위치를 상기 제어 범위의 중심점으로 이동시키기 위하여 상기 메모리 및 상기 바이어스 설정부의 Bm을 상기 fd의 값에 비례하여 변동시키기 위한 제어부를 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 모터 제어 방법은 모터를 제어하는 방법에 있어서, (a) 해당 모드별로 모터의 목표 회전 주파수(fcm), 허용 오차(ferr) 및 모터의 제어 범위를 결정하는 바이어스값(Bm)을 설정하여 메모리에 저장시키기 위한 단계, (b) 현재의 실행 모드를 판단하기 위한 단계, (c) 모터의 회전 주파수(fr)를 검출하기 위한 단계, (d) 상기 단계(b)에서 판단된 모드에 따라 상기 단계(a)에서 설정한 모터의 목표 회전 주파수(fcm)와 상기 단계(c)에서 검출된 모터의 회전 주파수(fr)의 차(fd)를 연산하기 위한 단계, (e) 상기 fd의 절대값이 상기 ferr보다 작은 값에 해당되는지를 판단하기 위한 단계 및 (f) 상기 단계(e)의 판단 결과, 상기 fd의 절대값이 상기 ferr보다 크거나, 같은 경우에, 상기 메모리에 저장된 해당 모드의 바이어스값(Bm)을 변동시켜 모터의 제어 위치를 제어 범위의 중심점으로 이동시키기 위한 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
설명의 편의를 위하여 본 발명에 의한 모터 제어 장치의 일 실시 예로서, VTR의 캡스턴 모터의 제어 장치로 한정하여 설명하기로 하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 캡스턴 모터 제어 장치는 캡스턴 모터 블럭(210), 속도 오차 검출부(220), 위상 오차 검출부(230), 기록/재생 모드 스위치(240), 제어부(250), 메모리(260), 합성부(270), 바이어스 설정부(280), PWM신호 발생부(290), 저역통과필터(300)를 구비한다.
위의 캡스턴 모터 블럭(210)은 캡스턴 모터(210a)와 캡스턴 모터의 회전 속도를 감지하기 위한 모터 FG(Frequency Generator:210b)로 구성된다.
메모리(260)에는 해당 모드별로 모터의 목표 회전 주파수(fcm), 허용 오차(ferr) 및 모터의 제어 범위를 결정하는 바이어스값(Bm)이 저장되어 있다.
여기서, 바이어스값(Bm)은 모터를 목표 회전 속도로 구동시키기 위한 제어전압이 제어범위의 중심점에 위치하도록 모터의 속도에 따른 모드별로 각각 다르게 결정한다.
그리고, 허용 오차(ferr)는 부하 변동 등의 영향으로 변동되는 모터의 회전 속도가 제어 범위에서 벗어나는지를 판단하기 위한 값에 해당된다.
제어부(250)는 현재의 실행 모드를 판단하여 현재의 실행 모드에서의 모터의 목표 회전 주파수(fcm) 값을 메모리(260)에서 읽어내어 속도 오차 검출부(220)의 기준 주파수로 설정한다. 그리고, 실행 모드가 기록(REC) 모드인지 또는 재생(PB) 모드인지를 판단하여 REC/PB 판단신호를 발생시켜 기록/재생 모드 스위치(240)의 스위칭을 제어한다.
이에 따라서, 기록/재생 모드 스위치(240)는 기록 모드에서는 위상 제어의 기준신호로 입력 비디오 신호에서 분리된 수직 동기 신호(V-Sync)를 선택하여 출력하고, 재생 모드에서는 위상 제어의 기준신호로 크리스탈 발진소자에서 발생되어 분주된 발진신호(X'tal OSC)를 선택하여 출력한다.
바이어스 설정부(280)는 제어부(250)에 의하여 메모리(260)에서 읽어낸 해당 실행 모드의 바이어스값(Bm)에 의하여 제어 범위를 결정한다. 즉, 모터의 제어 위치를 제어 범위의 중심점에 위치하도록 설정된 바이어스값(Bm)에 의하여 제어 범위를 결정한다.
PWM신호 발생부(290)는 위의 제어 범위 내에서 속도 오차 신호와 위상 오차 신호가 합성된 신호에 의하여 목표 속도보다 실제 회전 속도가 낮은 경우에는 구형파 펄스의 듀티를 낮추고, 반대의 경우에는 구형파 펄스의 듀티를 높여 모터의 구동 전압을 제어한다.
저역통과필터(300)는 PWM신호 발생부(290)에서 발생된 구형파를 정류하여 직류에 가까운 구동 전압으로 변환시킨다. 그리고, 저역통과필터링된 PWM신호는 캡스턴 모터(210a)에 인가되어 모터를 회전시킨다.
그리고, 캡스턴 모터(210a)가 회전하는 경우에 모터 FG(Frequency Generator:210b)는 캡스턴 모터(210a)의 회전 속도를 감지하기 위하여 마그네틱 소자에 의하여 캡스턴 모터(210a)가 회전할 때마다 캡스턴 FG펄스(C.FG신호)를 발생시킨다.
그러면, 속도 오차 검출부(220)는 메모리(260)에서 읽어낸 해당 모드별로 모터의 목표 회전 주파수(fcm)와 입력되는 C.FG신호의 주파수(fr)를 비교하여 속도 오차 신호를 발생시키고, 또한 모터의 목표 회전 주파수(fcm)와 입력되는 C.FG신호의 주파수(fr)의 차를 연산한 차주파수(fd)를 출력한다.
그리고, 위상 오차 검출부(230)는 기록/재생 모드 스위치(240)에서 출력되는 기준신호와 컨트롤 헤드(도면에 미도시)에서 검출된 컨트롤 신호(CTL 신호)의 위상을 비교하여 위상 오차 신호를 발생시킨다.
그리고 나서, 합성부(270)에 의하여 속도 오차 신호와 위상 오차 신호가 합성되어 바이어스 설정부(280)로 인가된다.
이 때, 제어부(250)는 속도 오차 검출부(220)로부터 입력되는 차주파수(fd)의 절대값이 메모리(260)에서 읽어낸 허용 오차(ferr)의 범위 내에 포함되는지를 판단하여, 허용 오차(ferr)의 범위 내에 포함되는 경우에는 메모리(260)에 초기 설정된 바이어스값(Bm)으로 바이어스 설정부(280)에서 제어 범위를 결정하도록 제어한다. 그러나, 만일 차주파수(fd)의 값이 메모리(260)에서 읽어낸 허용 오차(ferr)의 범위를 초과하는 경우에는 부하의 변동 등에 의하여 모터가 제어 범위를 벗어난 경우에 해당되므로 바이어스값(Bm)을 변경시켜 모터의 제어 범위를 이동시켜 제어 범위의 중심점에 도달되도록 제어한다.
다음으로 본 발명에 의한 모터 제어 방법을 도 3의 흐름도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
단계310에서는, 해당 모드별로 모터의 목표 회전 주파수(fcm), 허용 오차(ferr) 및 모터의 제어 범위를 결정하는 바이어스값(Bm)을 설정한다.
여기서, 바이어스값(Bm)은 모터를 목표 회전 속도로 구동시키기 위한 제어 포인트가 제어범위의 중심점에 위치하도록 모터의 목표 속도에 따라서 모드별로 결정하고, 허용 오차(ferr)는 부하 변동 등의 영향으로 변동되는 모터의 회전 속도가 제어 범위에 포함될 수 있는 주파수의 범위에 해당된다.
단계320에서는, 모터가 부착된 기기의 실행 모드를 판단한다. 일 예로 VTR의 경우에 있어서는, SP, LP, SLP 또는 XSLP 모드 중 어느 모드에 해당하는지를 판단한다.
단계330에서는, 모터의 회전 주파수(fr)를 검출하기 위한 단계이다. 일 예로서 모터에 부착된 마그네틱 소자인 모터 FG에 의하여 발생되는 FG신호의 주파수를 검출한다.
단계340에서는, 단계320에서 판단된 실행 모드에서의 모터의 목표 회전 주파수(fcm)와 단계330에서 검출된 모터의 회전 주파수(fr)의 차주파수(fd)를 연산한다.
단계350에서는, 모터가 제어 범위 내에서 동작되고 있는지를 판단하기 위하여 차주파수(fd)의 절대값과 허용 오차(ferr)를 비교한다.
만일, 차주파수(fd)의 절대값이 허용 오차(ferr)의 값보다 작은 경우에는 모터가 정상적으로 제어 범위 내에서 동작되고 있는 경우에 해당되어 바이어스값(Bm)을 변경시키지 않고 단계370에 의하여 일정시간 지연시킨 후에 단계320으로 피드백시킨다.
그러나, 차주파수(fd)의 절대값이 허용 오차(ferr)의 값보다 크거나 같은 경우에는 모터가 제어 범위를 벗어나 비정상적으로 동작되고 있는 경우에 해당된다. 따라서, 이 경우에는 단계360에 의하여 바이어스값(Bm)을 변경하여 모터가 제어 범위에서 동작되도록 제어 범위를 변경시킨다. 이에 대한 일 예로서, 초기 설정한 바이어스값(Bm)과 차주파수(fd)에 일정한 비례 상수(K)를 곱한 값을 더한 값으로 바이어스값(Bm)을 변경시킨다.
즉, 차주파수(fd)가 양의 값을 갖는 경우에는 모터가 목표 속도에 미달하여 저속으로 회전하는 경우에 해당되므로 이 때에는 바이어스값(Bm)을 차주파수(fd)에 비례하여 높이는 방향으로 변동시켜 모터의 제어 범위를 이동킴으로써 모터가 제어 범위에 들어가도록 제어하며, 반대의 경우에는 모터가 목표 속도를 초과하여 회전하는 경우에 해당되므로 이 때에는 바이어스값(Bm)을 차주파수(fd)에 비례하여 낮추는 방향으로 변동시켜 모터의 제어 범위를 이동시킴으로써 모터가 제어 범위에 들어가도록 제어한다.
그리고 나서, 단계370에 의하여 일정시간(C1 sec)을 지연시킨 후에 단계320으로 피드백시켜 위의 단계들을 반복하여 실행한다.
이와 같은 동작에 의하여 모터가 부하의 변동 등으로 인하여 제어 범위를 벗어나는 경우에, 이를 감지하여 제어 범위를 결정하는 바이어스값을 변동시켜 모터가 정상적인 제어 범위에서 동작되도록 하여 모터를 안정적으로 동작시킬 수 있게 되었다. 이로 인하여 본 발명을 VTR에 적용하는 경우에는 부하가 변동되도라도 모터가 비정상적으로 동작하여 재생 화면 및 오디오가 비정상적으로 출력되는 문제점을 해결할 수 있게 되었다.
본 발명은 설명의 편의를 위하여 본 발명에 의한 모터 제어 장치 및 방법을 VTR에 적용하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 모터를 사용하는 모든 제어 장치에 적용될 수 있다는 것은 이 분야에 있어서는 자명한 사실이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 부하의 변동 등으로 인하여 모터가 제어 범위를 벗어나 비정상적으로 동작하는 경우에 모터의 바이어스값을 변동시켜 모터가 제어 범위에서 동작되도록 제어함으로써, 모터의 제어를 부하의 변동에 적응적으로 안정된 제어 범위 내에서 동작될 수 있게 하여 모터가 부하의 변동에 관계없이 안정된 제어 위치에서 동작되도록 하는 효과가 있으며, 이로 인하여 재생 화면 및 오디오가 순간적으로 비정상적으로 출력되는 문제점을 해결하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 검출된 속도 에러 정보와 위상 에러 정보를 합성시킨 후에, 설정된 바이어스값(Bm)으로 결정된 제어 범위에서 모터의 속도 및 위상을 제어하는 모터 제어 장치에 있어서,
    해당 모드별로 모터의 목표 회전 주파수(fcm), 허용 오차(ferr) 및 모터의 제어 범위를 결정하는 바이어스값(Bm)을 저장하기 위한 메모리;
    상기 메모리에 저장된 Bm에 상응하는 값으로 제어 범위를 결정하기 위한 바이어스 설정부;
    상기 모터의 목표 회전 주파수(fcm)와 모터의 실제 회전 주파수(fr)의 차(fd)를 연산하기 위한 속도 오차 검출부; 및
    상기 fd와 ferr의 값을 비교하여, 상기 fd의 절대값이 ferr의 값보다 크거나, 같은 경우에는 모터의 제어 위치를 상기 제어 범위의 중심점으로 이동시키기 위하여 상기 메모리 및 상기 바이어스 설정부의 Bm을 상기 fd의 값에 비례하여 변동시키기 위한 제어부를 포함함을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  2. 모터를 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 해당 모드별로 모터의 목표 회전 주파수(fcm), 허용 오차(ferr) 및 모터의 제어 범위를 결정하는 바이어스값(Bm)을 설정하여 메모리에 저장시키기 위한 단계;
    (b) 현재의 실행 모드를 판단하기 위한 단계;
    (c) 모터의 회전 주파수(fr)를 검출하기 위한 단계;
    (d) 상기 단계(b)에서 판단된 모드에 따라 상기 단계(a)에서 설정한 모터의 목표 회전 주파수(fcm)와 상기 단계(c)에서 검출된 모터의 회전 주파수(fr)의 차(fd)를 연산하기 위한 단계;
    (e) 상기 fd의 절대값이 상기 ferr보다 작은 값에 해당되는지를 판단하기 위한 단계; 및
    (f) 상기 단계(e)의 판단 결과, 상기 fd의 절대값이 상기 ferr보다 크거나, 같은 경우에, 상기 메모리에 저장된 해당 모드의 바이어스값(Bm)을 변동시켜 모터의 제어 위치를 제어 범위의 중심점으로 이동시키기 위한 단계를 포함함을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단계(f)에서 상기 메모리에 저장된 해당 모드의 바이어스값(Bm)을 상기 fd의 값에 비례하여 변경시켜 모터의 제어 위치를 제어 범위의 중심점으로 이동시킴을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 단계(e)의 판단 결과 상기 fd의 절대값이 상기 ferr보다 작은 경우 또는 상기 단계(f) 실행 후에, 소정의 시간 지연시키고 나서 상기 단계(b)로 피드백시키기 위한 지연 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
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