KR20000060828A - 스테핑 모터용 디지털 제어 장치 - Google Patents

Abstract

스테핑 모터를 구동하기 위한 디지털 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 펄스의 지속 시간 정보를 저장하고 있는 타임 테이블과, 펄스 열을 저장하고 있는 펄스 테이블과, 상기 타임 테이블로부터 읽어 와 미리 셋팅시킨 시간과 현재 카운트되는 시간이 일치하는지를 비교하는 타임 비교부와, 상기 타임 비교부의 결과에 따라 상기 펄스 테이블의 특정 값을 모터 제어값으로 출력하는 출력부를 포함하여 구성되어, 간단한 명령어로 스테핑 모터를 자체 구동할 수 있으므로, 마이콤의 부담이 적고, 또한 마이콤 성능에 상관없이 전용 스테핑 모터의 제어가 가능하며, 이로 인해 시스템을 효율적으로 동작시킬 수 있다. 또한, 서치 동작시에도 스테핑 모터의 특성상 빠른 접근 속도와 정확성을 얻을 수 있다.

Description

스테핑 모터용 디지털 제어 장치{digital controlling Apparatus for stepping motor}

본 발명은 스테핑 모터를 구동하기 위한 디지털 제어 장치에 관한 것이다.

상기 스테핑 모터는 시간에 따른 스테핑 각이 설정되어 있으며 따라서, 상기 스테핑 모터를 제어하기 위해서는 시간을 조절하여야 한다. 즉, 시간을 조절함으로써, 원하는 모터의 회전각을 구할 수 있고, 모터의 회전각에 따라 모터 드라이브를 이송시키게 된다.

이러한 스테핑 모터는 여러 가지 분야에 사용할 수 있으며, 예를 들면, 자기 테이프의 구동, 광 디스크 기록 재생 장치에서의 픽업의 이송, 복사기, 팩시밀리 등에 이용된다.

상기 스테핑 모터를 구동하기 위해서 보통 정전류 쵸퍼(chopper)용 드라이버 IC를 사용하는 경우, 스테핑 모터의 각 단자에 들어가는 전압 파형은 보통 마이콤 또는 PC에서 생성한다. 그리고, 스테핑 모터를 구동하기 위해서는 일반적으로 모터 각 단자에 가하는 펄스의 상(phase)을 달리 함으로써, 스테핑 모터의 회전을 얻는다.

도 1과 같은 바이폴라 스테핑(bipolar stepping) 모터의 경우, 각 단자에 가하는 펄스의 상 변화는 크게 1상 여자, 2상 여자, 1-2상 여자 등의 방식이 있고, 각각에 따라 모터의 회전각은 풀 스텝과 하프 스텝 회전이 된다.

여기서, 도 2의 (a) 내지 (d)와 같은 2상 여자(2-2) 방식, 도 3의 (a),(b)와 같은 1-2상 여자 방식 등은 모터의 드라이버에 가하는 펄스 열의 시퀀스 생성을 필요로 하며, 마이콤을 사용하는 경우 각 펄스 열을 순차적으로 생성하는 프로그램이 필요하다.

이 경우 마이콤 단자의 제약 또는 업무 분산에 의한 손실이 초래된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 스테핑 모터를 구동하는 펄스 열을 적절한 시간과 형태로 생성하여 정확하고 신속하게 스테핑 모터를 제어하는 스테핑 모터용 디지털 제어 장치를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 바이폴라 스테핑 모터의 구성 블록도

도 2의 (a) 내지 (d)는 도 1의 스테핑 모터를 구동하기 위한 2-2상 구동 펄스열의 예를 보인 타이밍도

도 3의 (a),(b)는 도 1의 스테핑 모터를 구동하기 위한 1-2상 구동 펄스열의 예를 보인 타이밍도

도 4는 본 발명에 따른 스테핑 모터용 디지털 제어 장치의 구성 블록도

도 5의 (a) 내지 (d)는 도 2의 2-2상 구동 방식에서 마이크로스텝 구동 펄스열의 예를 보인 타이밍도

도 6의 (a),(b)는 도 3의 1-2상 구동 방식에서 마이크로스텝 구동 펄스열의 예를 보인 타이밍도

도 7의 (a),(b)는 도 6과 같은 마이크로스텝 구동시 스테핑 모터에 흐르는 전류 파형의 예를 보인 도면

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테핑 모터용 디지털 제어 장치의 구성 블록도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

201 : 타이머 202 : 타임 레지스터

203 : 비교기 204 : 타임 테이블 메모리

205 : 펄스 테이블 메모리 206 : 출력 레지스터

207 : 램 어드레스 디코더 208 : 인터페이스 데이터 레지스터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스테핑 모터용 디지털 제어 장치는, 펄스의 지속 시간 정보를 저장하고 있는 타임 테이블과, 펄스 열을 저장하고 있는 펄스 테이블과, 상기 타임 테이블로부터 읽어 와 미리 셋팅시킨 시간과 현재 카운트되는 시간이 일치하는지를 비교하는 타임 비교부와, 상기 타임 비교부의 결과에 따라 상기 펄스 테이블의 특정 값을 모터 제어값으로 출력하는 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 한다.

상기 타임 테이블은 펄스열의 간격을 조절하고 구동 시퀀스 생성 시간을 결정하는 시간 정보를 저장하는 것을 특징으로 한다.

상기 타임 테이블과 펄스 테이블에는 마이크로스텝 구동을 위한 시간 정보와 펄스열이 각각 저장되는 것을 특징으로 한다.

상기 타임 테이블은 펄스 주기와 마이크로스텝 개수에 따라 시간 정보를 발생시키는 테이블 발생부가 더 구비되어 상기 테이블 발생부에서 발생되는 시간 정보를 저장하는 것을 특징으로 한다.

상기 펄스 테이블은 각 구동 모드에 따른 펄스 열을 저장하는 다수개의 롬 테이블이 더 구비되어, 외부에서 선택되는 구동 모드에 따라 상기 다수개의 롬 테이블 중 해당 롬 테이블의 저장된 펄스 열을 저장하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 스테핑 모터용 디지털 제어 장치의 구성 블록도로서, 클럭 주파수에 따라 일정한 시간을 카운트하는 카운터인 타이머(201), 원하는 시간을 셋트하는 타임 레지스터(202), 상기 타임 레지스터(202)의 값과 타이머(201)가 카운트하는 값을 비교하여 두 값이 같으면, 데이터의 이동 및 출력을 제어하는 트리거(trigger) 신호를 출력하는 비교기(203), 일반 구동 또는 마이크로스텝 구동시에 해당 펄스 열 지속 시간을 저장하고 있는 타임 테이블 메모리(204), 펄스 열의 시퀀스를 저장하고 있는 펄스 테이블 메모리(205), 상기 트리거 신호에 의해 모터를 구동할 출력 신호 펄스 열이 상기 펄스 테이블 메모리(205)에서 출력되면 스테핑 모터를 구동할 신호를 출력하는 출력 레지스터(206), 및 외부와의 인터페이스를 위한 것으로서, 외부에서 타임 테이블과 펄스 열 테이블 값을 각 메모리(204,205)에 매핑하기 위한 어드레스와 데이터를 각각 받아들이는 램 어드레스 디코더(207)와 인터페이스 데이터 레지스터(208)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 스테핑 모터를 강한 토크(torque)로 구동하기 위해 2-2상을 사용하는 경우의 펄스 열 생성을 예로 한다.

또한, 본 발명은 마이크로 스텝 구동이 가능하도록 펄스 열을 생성하도록 한다. 여기서, 마이크로 스텝 구동은 스테핑 모터의 회전각을 다시 세밀히 몇 단계로 나누어 한 회전각을 미소각만큼 계속 회전하는 것을 말한다. 이러한 마이크로 스텝 구동은 광 디스크 구동계의 슬레드 모터계의 제어에 응용될 수 있다.

이를 위해, 타이머(201)는 클럭 주파수에 따라 일정한 시간을 카운트하고, 비교기(203)는 원하는 시간이 셋트된 타임 레지스터(202)의 값과 타이머(201)가 카운트하는 값을 비교하여 두 값이 같으면, 데이터의 이동 및 출력을 제어하는 트리거 신호를 출력한다.

그리고, 타임 레지스터(202)에 의해 정해진 시간에 트리거 신호가 비교기(203)를 통해 발생하면 타임 테이블이 저장되어 있는 메모리(204)에서 다음 비교할 시간을 타임 레지스터(202)에 다시 셋트시킨다. 동시에, 상기 트리거 신호에 의해 모터를 구동할 출력 신호 펄스열이 메모리(205)에서 출력 레지스터(206)로 이송된다. 즉, 상기 출력 레지스터(206)에서 스테핑 모터를 구동할 신호가 출력된다.

이때, 램 어드레스 디코더(207)와 인테페이스 데이터 레지스터(208)는 상기 메모리(204,205)에 원하는 타임 테이블과 펄스 열 테이블 값을 매핑하기 위한 어드레스와 데이터를 외부로부터 각각 받아들인다.

도 6은 스테핑 모터를 마이크로스텝(microstep) 구동하기 위한 펄스 구간(pulse duration) 변화량을 나타낸다. 도 6의 (a),(b)에서 보듯이 A상과 B상은 도 2의 (a),(b)에서처럼 90°위상 차이를 갖고 있음을 알 수 있다. 즉, 2-2상 구동에서 기본적으로 도 2의 파형을 갖고 있으면서, 마이크로 스텝 구동을 위해서 도 6과 같이 각 펄스의 세부 폭을 조정하여 모터의 각 상 A,B에 미세 차이를 일으키는 것이다.

따라서, 도 6의 효과를 갖도록 도 2의 파형을 마이크로스텝 구동하면 도 5와 같게 된다.

도 5는 도 2의 펄스열에서로 표시한 구간을 확대한 것이다. 즉, 전체 펄스의 상은 도 2와 같으나 마이크로 스텝 구동을 위해서 가하는 펄스 폭 변조(pulse width modulation ; PWM) 펄스 파형의 형태는 90°구간만 확대해 보면, 도 5와 같을 수 있다.

본 발명에서 스테핑 모터 단자의 구동은 정전류 쵸퍼형 드라이버를 사용한다고 가정하였기 때문에 도 5와 같은 파형을 가하면 마이크로 스텝 한 주기당 모터에 흐르는 전류의 평균치는 A상과상에서의 펄스폭에 비례하게 된다.

따라서 도 7과 같이 파형의 전류가 90°위상 차이를 갖는 2-2펄스 마이크로스텝 구동을 하게된다.

그러므로, 도 5와 같은 형태를 갖는 펄스 열의 시퀀스를 만들면 다음과 같이 만들 수 있다.

A 1 0 : 0 1 : 0 0 : 0 0 첫 번째 두 번째 세 번째 네 번째

B 0 0 : 1 0 : 0 1 : 0 0 상 상 상 상

0 0 : 0 0 : 1 0 : 0 1 ⇒ 81 48 24 12

0 1 : 0 0 : 0 0 : 1 0 (정방향 구동)

한편, 역방향의 경우도 도 2에서 A와 B의 위상차를 -90°로하여 펄스열을 구성하고 앞에 기술한 방법대로 하면 마이크로스텝용 펄스 열의 시퀀스를 구할 수 있다.

이때, 가해주는 펄스열의 지속 기간은 도 5에서와 같이로 할 수 있다.

여기서, N=1인 경우 즉, 펄스의 최대 지속 기간은가 된다(T는 도 2의 한 펄스 폭). 즉, 1 스텝당 모터의 회전각을 N개의 마이크로스텝 각으로 회전시키고자 할 때 마이크로스텝 펄스의 지속 기간은의 순서로 변화시키면 되며, 이 타임 테이블을 메모리(204)에 저장한다.

상기된 펄스 열은 펄스 테이블 메모리(205)에 저장한다.

또한, 1-2상 구동의 경우에도 각 구간별(도 3에서 점선으로 나눈 부분)로 마이크로스텝 펄스열을 만들 수 있으며, 이 경우에는 8개의 펄스별 펄스 열이 나오게 된다.

한편, 구동 모드에 따라서, 펄스 테이블을 선택할 수 있도록 하고, 이러한 테이블을 메모리에 매핑해 놓도록 하면, 필요에 따른 속도, 토크와 스텝 각의 분해능등 특성에 따른 구동 방식을 선택할 수 있다.

또한, 마이크로스텝 시간 테이블은 주기 T와 분해각 N에 따라서 필요한 시간을 연산하는 단위가 있으면 자동으로 만들 수 있다.

따라서, 상기된 사항들을 고려하면 도 8과 같은 모드 선택 가능한 자동 스테핑 모터 제어 장치를 설계할 수 있다.

이렇게 해서 기본적인 사항을 설정하면, 스테핑 모터의 마이크로스텝 구동은 자동으로 계속 행해지게 된다.

즉, 도 4와 같은 구조에 펄스 주기(T)와 마이크로스텝 개수(N)에 따른 타임 테이블을 발생시켜 타임 테이블 메모리(204)에 매핑시키는 테이블 발생부(802), 구동 방향(D)과 모드 선택(S1,S2)를 입력받아 디코딩하는 디코더(803), 다수개의 롬테이블로 구성되어 각 방향과 모드에 따른 펄스 열의 시퀀스를 저장하고 있으며, 상기 디코더(803)에서 디코딩된 신호에 따라 해당 롬 테이블에 저장된 펄스 열의 시퀀스를 상기 펄스 테이블 메모리(205)에 매핑하는 롬 테이블 메모리(804), 및 상기 비교기(203)의 트리거 신호와 구동 방향(D) 그리고, 모드 선택(S1,S2) 신호에 따라 상기 펄스 테이블 메모리(205)에 저장된 값의 출력을 제어하는 시퀀스 상태 머신(sequency state machine)(801)을 더 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 도 8에서 디코더(803)는 외부에서 입력되는 모터의 회전 방향(D)과 모드 선택(S1,S2)을 디코딩하고 그에 따른 신호를 롬 테이블 메모리(804)로 출력하면 해당 롬 테이블에 저장된 펄스 열의 시퀀스가 펄스 테이블 메모리(205)에 매핑된다. 즉, 구동 방식(2-2상,1-2상,...)에 따라 롬 테이블을 선택하고, 선택된 롬 테이블에 매핑된 데이터가 펄스 열 테이블 메모리(205)로 출력되어 매핑된다.

그리고, 시퀀스 상태 머신(801)은 방향(D)과 모드 선택(S1,S2) 그리고, 비교기(203)에서 출력되는 트리거 신호에 따라 펄스 테이블 메모리(205)에 저장된 램 테이블 값을 선택하여 펄스 열 순서에 따라 출력 레지스터(206)로 출력한다.

동시에 타임 테이블 메모리(204)에 저장된 다음 비교 시간이 선택되어 타임 레지스터(202)에 셋팅된다. 이때, 타임 테이블 메모리(204)의 타임 테이블은 테이블 발생부(802)에 의해 순차적으로 계산되어 들어간다. 즉, 테이블 발생부(802)는 펄스 주기(T)와 분해각을 나타내는 마이크로스텝 개수(N)에 따라 필요한 시간을 연산하여 타임 테이블 메모리(204)에 매핑시킨다.

이밖에 마이크로스텝이 아닌 일반 구동은 도 2에 준하는 펄스열을 상기된 방법으로 저장해 순서대로 출력하면 된다.

이와 같이 본 발명은 광 디스크 기록 재생 장치(예, CD, CD-ROM, DVD-R, DVD-ROM, DVD-RAM등)에서 슬레드 모터로 스테핑 모터를 사용할 경우 트랙킹 서보 및 서치(seek) 동작에 활용할 수 있으며, 슬레드 모터 구동 방식에 따라 드라이버를 제어할 신호를 제공할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 스테핑 모터용 디지털 제어 장치에 의하면, 본 발명이 모터 드라이버와 결합하면 마이콤으로부터 간단한 명령어로도 스테핑 모터를 자체 구동할 수 있으므로, 마이콤의 부담이 적고, 또한 마이콤 성능에 상관없이 전용 스테핑 모터의 제어가 가능하며, 이로 인해 시스템을 효율적으로 동작시킬 수 있다. 또한, 서치 동작시에도 스테핑 모터의 특성상 빠른 접근 속도와 정확성을 얻을 수 있기 때문에 본 발명은 향후 고성능 광기록 재생 장치에서도 유용하게 이용할 수 있다.

Claims (7)

1. 시간에 따른 스테핑 각이 결정되며 상기 시간을 조절하여 원하는 모터의 회전각을 구하는 스테핑 모터용 디지털 제어 장치에 있어서,

   펄스의 지속 시간 정보를 저장하고 있는 타임 테이블과,

   펄스 열의 시퀀스를 저장하고 있는 펄스 테이블과,

   상기 타임 테이블로부터 읽어 와 미리 셋팅시킨 시간과 현재 카운트되는 시간이 일치하는지를 비교하는 타임 비교부와,

   상기 타임 비교부의 결과에 따라 상기 펄스 테이블의 특정 값을 모터 제어값으로 출력하는 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터용 디지털 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 타임 테이블은

   펄스열의 간격을 조절하고 구동 시퀀스 생성 시간을 결정하는 시간 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터용 디지털 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 타임 테이블과 펄스 테이블에는 마이크로스텝 구동을 위한 시간 정보와 펄스 열이 각각 저장되는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터용 디지털 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 타임 비교부는

   비교하는 두 시간이 일치하면 상기 타임 테이블에 저장되어 있는 시간 정보중 다음 비교할 시간 정보를 읽어 와 레지스터에 셋트시키는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터용 디지털 제어 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 타임 테이블은

   펄스 주기와 분해각에 따라서 필요한 시간을 연산하는 테이블 발생부가 더 구비되어 상기 테이블 발생부에서 연산되는 시간 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터용 디지털 제어 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 테이블은

   각 구동 모드에 따른 펄스 열을 저장하는 다수개의 롬 테이블이 더 구비되어, 외부에서 선택되는 구동 모드에 따라 상기 다수개의 롬 테이블 중 해당 롬 테이블의 저장된 펄스 열을 저장하는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터용 디지털 제어 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 테이블은

   상기 타임 비교부의 비교 결과와 외부에서 선택되는 구동 모드에 따라 특정값을 모터 제어값으로 출력하는 것을 스테핑 모터용 디지털 제어 장치.