KR20000021597A - 모터의 저소비전력을 위한 초기 제어입력의 검증방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 저소비전력을 위한 초기 제어입력의 검증방법에 관한 것으로서, 모터 특성에 따른 기준입력이 공급되도록 제어하여 초기 전력이 과도하게 소비되는 것을 방지할 수 있는 모터의 저소비전력을 위한 초기 제어입력의 검증방법에 관한 것이다. 본 발명은 모터의 초기 구동시 전력의 과다소모를 방지하는 초기 제어입력이 실행된 후, 완만한 기준입력 및 급격한 기준입력이 이루어지도록 하고, 각각의 경우에 대해 소비전력을 구하여 서로 비교검증할 수 있는 검증방법 및 상기 소비전력의 계산에 모터에서 발생되는 역기전력을 고려하여 각각의 경우를 서로 비교검증할 수 있는 검증방법을 제시하고 있다.

Description

모터의 저소비전력을 위한 초기 제어입력의 검증방법

본 발명은 모터의 저소비전력을 위한 초기 제어입력의 검증방법에 관한 것으로서, 모터 특성에 따른 기준입력이 공급되도록 제어하여 초기 전력이 과도하게 소비되는 것을 방지할 수 있는 모터의 저소비전력을 위한 초기 제어입력의 검증방법(A inspection method of beginning control input for lower consumption power of motor)에 관한 것이다.

일반적으로, 모터를 구동시키기 위해 초기 기준입력을 공급하게 되면, 서서히 회전이 시작하다가 상기 모터에 설정된 회전수를 초과하여 증가하다가 다시 낮아지는 과정을 반복한 후, 상기의 설정된 회전수, 예를들면 9000RPM에 맞추어지게 된다. 그러나, 위와 같이 모터의 초기 구동시 정지해 있던 모터를 구동시키는 데에는 토오크(회전력)와 기동전류가 많이 필요하게 되고, 상기 토오크에 비례하는 초기 전력이 많이 소비되기 때문에 이를 해결하기 위한 초기제어 입력방법이 본 발명자에 의해 제안된 바 있다(특허출원 제 35498 호).

그러나, 상기와 같이 초기제어 입력방법이 제안되었지만, 그에 따라 모터에의한 과다 전력의 소모가 방지되는지의 여부를 검증하여야 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 필요를 해소하기 위하여 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 상기의 초기제어 입력방법에 따라 기존의 입력방법에 의한 것보다 모터에서 전력의 과다소모가 방지되는지의 여부를 검증할 수 있는 모터의 저소비전력을 위한 초기 제어입력의 검증방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 발명의 기술적 사상은 모터의 초기 구동시 전력이 과다하게 소모되는 것을 방지하기 위해 초기 제어입력을 실행한 후, 이를 검증하기 위해 완만한 기준입력을 가하고, 다음 급격한 기준입력을 가한 각각의 경우에 대해 소비전력을 구하여 상기의 두 경우를 비교검증할 수 있도록 하고, 상기 소비전력의 계산에 모터에서 발생되는 역기전력을 고려하여 상기 소비전력을 구함으로써, 더 정밀하게 비교검증할 수 있도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초기제어 입력방법을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초기제어 입력방법을 설명하기 위한 초기제어 입력장치를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 검증방법을 설명하기 위한 예시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다른 검증방법을 설명하기 위한 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 제어기 200 : D/A변환기

300 : 구동회로부 400 : 모터

500 : 속도센서

이하, 첨부된 도면을 참고로 하면서 상기의 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

우선, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명자가 제안한 초기제어 입력방법의 하나의 실시예에 대해 설명하기로 한다.

첨부된 도 1은 초기제어 입력방법을 설명하기 위한 도면으로서, 우선 시간을 나타내는 X축을 다수의 구간으로 나누고, 상기 나뉘어진 구간에 따라 기준입력을 다르게 한다.

예를들면, 제 1구간(0〈t〈t₀)에서는 기준입력이 a₁t²이 되도록 하고, 제 2구간(t₀〈t〈t₁)에서는 기준입력이 a₂t+b₁이 되도록 하고, 제 3구간(t₁〈t〈t₂)에서는 기준입력이 a₃t²이 되도록 한다. 그리고, 제 4구간(t₂〈t)에서는 상기 모터에 설정된 회전수와 같도록 기준입력이 공급되도록 한다.

여기서, 상기 a_1,a_2,a₃는 사용되는 모터의 특성에 따라 정해지는 상수로서, 상기와 같이 X축의 구간별로 서로 다른 기준입력이 공급되도록 함으로써, 첨부된 도 2에 도시된 바와 같은 완만한 형태의 곡선이 된다.

이어, 첨부된 도 2는 상기 초기제어 입력방법을 설명하기 위한 초기제어 입력장치를 나타낸 블록도로서, 기준입력을 입력받아 출력함과 더불어, 후술하는 속도센서(500)에서 검출된 속도값을 근거로 구동회로부(20)의 구동에 필요한 신호를 출력하는 제어기(100)와, 상기 제어기(100)에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환기(200)과,

상기 D/A변환기(200)에 의해 변환된 신호를 입력받아 모터(400)가 구동되도록 하는 구동회로부(300)과, 상기 구동회로부(300)에서 출력되는 신호에 의해 구동되는 모터(400)과, 상기 모터(400)의 회전속도를 일정한 센싱주파수로 검출하는 속도센서(500)으로 이루어진다.

이하, 그 작용을 살펴보면, 우선, 상기 제어기(100)에 입력되는 기준입력은 모터(400)에 미리 정해진 회전수에 대한 입력값으로 항상 일정하게 고정되고, 상기 기준입력을 입력받은 제어기(100)은 모터(400)의 구동에 필요한 제어신호를 D/A변환기(300)에 출력하게 되고, 상기 D/A변환기(200)는 아날로그 변환을 실행한 아날로그 신호를 상기 구동회로부(300)에 출력하게 된다.

따라서, 상기 구동회로부(300)는 제어기(100)의 기준입력제어에 따라 상기의 모터(400)을 구동시켜 상기 모터(400)이 기준입력에 맞게 구동되도록 한다.

여기서, 상기 모터(400)에는 그 회전속도를 검출하는 속도센서(500)이 설치되어 있고, 상기 속도센서(500)은 상기 제어기(100)의 제어에 의해 회전하는 모터(400)의 회전속도를 검출하게 되고, 그 검출결과를 상기 제어기(100)에 출력하게 된다.

즉, 상기 속도센서(500)에 의해 검출된 검출결과를 입력받은 상기 제어기(100)은 기준입력과 검출결과를 비교한 후, 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1, 2, 3, 4구간 중 어느 구간의 회전수에 대응하는 회전속도인지를 판별하여 가변된 제어신호, 예를들면 가변전압신호를 출력하게 되고, 상기의 가변전압신호는 후단에 접속된 D/A변환기(200)에 인가되어 구동회로부(300)의 신호처리에 알맞는 아날로그 신호로 변환되어 출력된다.

상기 D/A변환기(200)에 의해 변환된 아날로그 신호를 인가받은 상기 구동회로부(300)는 후단에 접속된 모터(400)의 구동에 필요한 신호로 변환하여 출력하며, 상기 구동회로부(300)의 출력신호를 인가받은 상기 모터(400)는 회전구동이 시작된다.

이어, 첨부된 도 3 및 도 4를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 상기 초기제어 입력에 대한 검증방법을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 검증방법을 설명하기 위한 예시도으로서, 우선 완만한 기준입력을 가한 후, 그 때 출력되는 제어입력, 예를들면 전압을 읽고, 급격한 기준입력을 가한 후의 제어입력, 예를들면 전압을 읽으며, 이 때 셋팅시간은 동일하다.

여기서, 모터(400)의 구동시 소비되는 전력(P) = IV로 표현되고, 이 경우 전류값은 정확한 측정이 어렵기 때문에, 상기의 제어기(100)에서 출력되는 전압값을 읽게 된다.

상기의 전력식을 P = V²/R으로 바꾸어 위에서 구해진 전압값을 대입하며, 저항(R)은 상기 모터(400)의 고유 저항값이기 때문에 일정하다고 가정하여 아래의 수학식 1에 의해 측정 셋팅시간까지 각각 적분하게 된다.

상기 수학식 1에서 시간축인 X축은 상기 속도센서(500)이 센싱을 하는 센싱주파수, 예를들면 150Hz를 주기로 환산하여 n개의 구간, 예를들면 t₀, t₁, t₂… t_n-2, t_n-1,t_n으로 나눈 것이며, 각 구간에서의 전압값은 동일하다고 가정한다.

따라서, 상기와 같이 각 구간별로 구하여진 전압값을 모두 적분하여 소비전력을 구한 후, 두 경우의 소비전력을 비교검증할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다른 검증방법을 설명하기 위한 예시도으로서, 모터에서 발생되는 역기전력을 고려하여 소비전력을 비교하는 방법이다.

우선, 모터에서 발생되는 역기전력에 대해 설명하면, 상기 모터(직류전동기)가 토크(회전력)에 의해 회전을 시작하면 전기자 도체는 자속을 가로질러 자계 중을 운동하게 되고, 도체가 자계 중에서 운동을 하면, 플레밍의 오른손 법칙에 따른 방향으로 유도기전력이 발생한다. 이 유도기전력에 의해 흐르려고 하는 전류의 방향은 왼손과 바른손의 관계에 의해 토크를 발생시키기 위해 흐르는 전류와 반대로 된다. 즉, 회전을 시작하면 역기전력이 발생하게 된다.

상기와 같이 역기전력이 발생되는 모터(400)에서, 상기 제 1실시예에서와 동일한 방법으로 우선, 완만한 기준입력을 가한 후, 그 때 출력되는 제어입력, 예를들면 전압을 읽고, 다음 급격한 기준입력을 가한 후의 제어입력, 예를들면 전압을 읽으며, 셋팅시간을 동일하게 맞춘다.

따라서, 상기 모터(400)에서 발생되는 역기전력을 고려하게 되면, 전압(V)와 전력(P)는 아래의 수학식 2와 같이 된다.

V = RaI+KeN ⃛ (1)

또한, 상기의 전력(P)에 대한 적분은 아래의 수학식 3과 같이 된다.

상기 수학식 3에서, Ra는 모터(400)의 고유저항값으로 일정하고, Ke는 역기전력 상수이고, Ni는 모터(400)의 회전속도이며, Vi는 기준입력이 가해진 경우, 제어기(100)로부터의 출력값을 그대로 읽는 값이다.

상기 수학식 3에 근거하여 첨부된 도 4를 참고로 하면, 시간축인 X축은 상기 속도센서(500)이 센싱을 하는 센싱주파수, 예를들면 150Hz를 주기로 환산하여 n개의 구간, 예를들면 t₀, t₁, t₂… t_n-2, t_n-1,t_n으로 나눈 것이며, 각 구간별로 측정셋팅시간까지 전력값을 적분하게 된다.

따라서, 상기와 같이 각 구간별로 구하여진 전력값을 모두 적분하여 소비전력을 구한 후, 상기 두 경우의 소비전력을 비교검증할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 모터의 초기 구동시 전력이 과다하게 소모되는 것을 방지하기 위해 초기 제어입력을 실행한 후, 이를 검증하기 위해 완만한 기준입력을 가하고, 다음 급격한 기준입력을 가한 각각의 경우에 대해 소비전력을 구하여 상기의 두 경우를 비교검증할 수 있는 방법과, 상기 소비전력의 계산에 모터에서 발생되는 역기전력을 고려하여 상기 소비전력을 구함으로써, 더 정밀하게 비교검증할 수 있는 다른 검증방법을 제시함으로써, 초기제어입력의 타당성을 뒷받침할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 초기 입력이 제어된 결과를 검증하는 방법에 있어서,

   상기 초기제어 입력이 이루어진 후, 속도센서의 센싱주파수를 주기로 환산하여 시간축을 n개의 구간으로 나누고, 상기 각 구간에서의 전압값을 적분하여 소비전력을 구하는 것을 특징으로 하는 모터의 저소비전력을 위한 초기 제어입력의 검증방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 초기제어 입력이 이루어진 후, 상기 모터에서 발생되는 역기전력의 역기전력 상수를 소비전력의 계산에 더 포함하여 상기 소비전력을 구하는 것을 특징으로 하는 모터의 저소비전력을 위한 초기 제어입력의 검증방법.