KR20000076101A - 위치 제어 장치 - Google Patents

Abstract

모터의 위치를 제어하는 위치 제어 장치는, 지령발생부(11)의 위치 지령과 모터의 위치가 일치하도록 위치를 제어하는 위치제어부(12)와, 그 속도지령과 모터의 속도가 일치하도록 토크 지령을 출력하여 속도를 제어하는 속도제어부(13)와, 그 지령을 받아 전류를 제어하는 전류제어부(13)를 구비하고, 속도제어부(13)는, 속도를 저역 통과 필터에 거는 속도 부궤환 필터(131)와, 속도 지령으로부터 그 신호를 감하여 속도 편차를 구하는 감산기(132)와, 속도 편차를 시간 적분하여 속도편차 적분값을 구하는 적분기(133)와, 속도 지령에 계수α를 곱하는 승산기(136)와, 승산기의 신호와 속도 편차 적분값을 더하여 더욱 속도를 감하는 가감산기(135)와, 가감산기의 출력을 속도 루프 게인 Kv배하는 승산기(136)와, 그 신호를 저역 통과 필터에 거는 토크 필터(139)를 구비한다.

Description

위치 제어 장치{Position controller}

고속 응답을 목표로 하는 위치 제어 장치로서, 예컨대 위치 지령을 발생하는 지령발생부와, 위치 지령과 제어 대상인 모터의 위치를 입력하고 그들이 일치하도록 속도 지령을 출력하여 위치를 제어하는 위치제어부와, 속도 지령과 속도를 입력하고 그들이 일치하도록 토크지령을 출력하여 속도를 제어하는 속도제어부와, 입력된 토크 지령에 따라 전류를 제어하는 전류제어부를 구비하며, 속도 지령으로부터 속도를 감하여 속도편차를 구하는 감산기와, 속도편차를 시정수 Ti에서 시간 적분하여 속도 편차 적분값을 구하는 적분기와, 속도 지령에 계수α(0.0≤α≤1.0)를 곱하는 승산기와, 승산기의 신호와 속도 편차 적분값을 가함과 동시에 속도를 감하는 가감산기와, 가감산기의 출력에 속도 루프게인을 곱하는 승산기와, 승산기의 신호를 저역 통과 필터로 필터링하여 새롭게 토크지령으로 하는 토크 필터를 구비한 위치 제어 장치가 있다.

그러나, 속도 루프 게인을 높이거나 시정수를 짧게 한 경우, 기계계에서 유발되는 진동을 억제하기 위하여 설치한 저역 통과 필터로 이루어지는 토크 필터의 지연에 의해 제어계 자체가 진동적으로 되기 쉬운 문제가 있다.

본 발명은, 모터, 로봇 및 공작 기계 등의 위치 제어 장치, 특히 고속 응답을 요하는 위치 제어 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명을 적용하는 모터 제어 시스템의 블록도이다.

도 2는 도 1에 있어서의 위치제어부의 상세도이다.

도 3은 도 1에 있어서의 속도제어부의 상세도이다.

도 4는 본 발명을 이용하여 1축 구름 슬라이더를 구동한 경우의 동작예를 나타내는 도면이다.

본 발명의 목적은, 이 문제를 해결하는 위치 제어 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 제1의 위치 제어 장치는, 위치 지령을 발생하는 지령발생부와, 위치 지령과 제어 대상인 모터의 위치를 입력하고 이들이 일치하도록 속도 지령을 출력하여 위치 제어를 하는 위치제어부와, 속도지령과 상기 모터의 속도를 입력하고 속도가 일치하도록 토크 지령을 출력하여 속도를 제어하는 속도제어부와, 토크 지령에 따라서 전류를 제어하는 전류제어부를 가지며, 속도제어부는, 속도를 저역 통과 필터로 필터링하여 모터의 새로운 속도를 구하는 속도 부궤환 필터와, 속도지령으로부터 새로운 속도를 감하여 속도 편차를 구하는 감산기와, 속도 편차를 시정수 Ti에서 시간 적분하여 속도 편차 적분값을 구하는 적분기와, 속도 지령에 계수α(0.0≤α≤1.0)를 곱하는 승산기와, 승산기의 신호와 속도 편차 적분값을 가함과 동시에 속도를 감하는 가감산기와, 가감산기의 출력에 속도 루프게인 kv을 곱하여 토크 지령을 산출하는 승산기와, 토크 지령을 저역 통과 필터로 필터링하여 새로운 토크지령으로 하는 토크 필터를 구비한다.

본 발명의 제2의 위치 제어 장치는, 위치제어부가, 위치 지령을 시간 미분하여 속도 정궤환 정수 FF(0.0≤FF≤1.0)를 곱하는 속도 정궤환기와, 속도 정궤환기의 신호를 속도 지령에 가하여 새로운 속도 지령을 구하는 가산기를 갖는다.

본 발명의 제3의 위치 제어 장치는, 속도제어부가, 속도 지령을 시간 미분하여 (모터 관성十부하 관성)배하고, 이에 토크 정궤환 정수 FFa(0≤FFa≤1)를 곱하는 토크 정궤환기와, 토크 정궤환기의 신호를 상기 승산기의 신호에 더하여 새로운 토크 지령을 구하는 가산기를 갖는다.

도 1은, 본 발명을 적용하는 모터 제어 시스템의 블록도이다. 지령발생부(11)는 위치지령 Pref를 출력하고, 위치제어부(12)는 위치지령 Pref와 검출기(16)에서 검출된 모터(15)의 위치 Pfb를 입력하여 위치지령 Pref와 위치 Pfb가 일치하 도록 위치를 제어하고, 속도지령 Vref를 출력한다. 속도제어부(13)는 속도지령 Vref와 차분기(17)가 위치 Pfb의 차분을 취하여 구한 모터의 속도 Vfb를 입력하여 속도지령 Vref와 속도 Vfb가 일치하도록 속도를 제어하여 토크지령을 출력한다. 전류제어부(14)는 토크지령 Tref를 입력하고 이에 대응하는 전류를 출력하여 모터(15)를 구동한다.

그리고, 속도제어부(13), 전류제어부(14), 모터(15), 검출기(16) 및 차분기(17)로 형성되는 속도제한 루프에 의해, 모터(15)가 위치제어부(12)의 속도지령 Vref에 상응하는 속도로 회전하도록 속도를 제어한다. 또한, 이 제어 루프에 위치제어부(12)를 더한 위치 제어 루프에 의해, 모터(15)의 회전위치가 지령발생부(11)의 위치지령 Pref에 상응한 것이 되도록 위치를 제어한다.

도 2는 위치제어부(12)의 상세도이다. 위치제어부(12)는, 위치지령 Pref와 모터위치 Pfb를 입력하여 위치지령 Pref에서 모터위치 Pfb를 감하여 위치편차 Pe를 구하는 감산기(121)와, 위치편차 Pe를 위치 루프게인 kv배하여 속도지령 Vref를 출력하는 승산기(122)와, 위치지령 Pref를 시간 미분하여 속도 정궤환 정수 FF(0≤FF≤1.0)을 곱하여 속도 정궤환 신호 FFdPr을 구하는 속도 정궤환기(123)와, 속도지령 Vref에 속도 정궤환 신호 FFdPr를 가하여 새롭게 속도지령 Vref를 만드는 가산기(124)를 구비하여, 속도지령 Vref를 속도제어부(13)로 출력한다.

도 3은 속도제어부(13)의 상세도이다. 속도제어부(13)는 속도지령 Vref와 속도 Vfb를 입력하고, 속도 Vfb를 저역 통과 필터로 필터링하여 속도 FVfb를 구하는 속도 FB 필터(131)와, 속도지령 Vref에서 속도 FVfb를 감하여 속도편차 Ve를 구하는 감산기(132)와, 속도편차 Ve를 시정수 Ti로 시간 적분하여 속도편차 적분값 SVe를 구하는 적분기(133)와, 속도 지령 Vref에 α(0.0≤α≤1.0)을 곱하여 비례신호αVref를 구하는 승산기(134)와, 비례신호αVref와 속도편차 적분값 SVe를 가함과 동시에 속도 Vfb를 감하는 가감산기(135)와, 가감산기의 출력에 속도 루프게인 Kv를 곱하여 토크지령 Tref를 산출하는 승산기(136)와, 속도지령 Vref를 시간 미분하여, J를 모터의 관성과 부하의 관성의 합으로서 J배하고, 토크 정궤환 정수 FFa(0≤FFa≤1.0)를 곱하여 토크 정궤환 신호 FFadVr을 출력하는 토크 정궤환기(137)와, 토크지령 Tref와 토크 정궤환 신호 FFadVr을 가하여 새롭게 토크지령 Tref를 만드는 가산기(138)와, 토크지령 Tref를 저역 통과 필터로 필터링하여 새롭게 토크지령 Tref로 하는 토크 필터(139)를 구비하고, 전류제어부(14)에 토크지령 Tref를 출력한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명을 이용하여 1축 구름 슬라이더를 구동한 경우의 동작예를 나타내는 도면이다. 4a는 종래 예에 도시한 바와 같이, 위치제어로는 P(비례)제어, 속도제어로는 I-P(적분비례)제어(α=0)로 하고, 진동을 억제하기 위하여 토크 필터를 넣고 있다. 또한, 속도 정궤환 및 토크 정궤환은 사용하지 않는다(FF=FFa=0). 도 4b는 본 발명을 이용한 응답이고, 종래 예에 속도 FB 필터를 첨가한 것이다. 제어 파라미터는 종래 예와 본 발명의 실시예에서 같도록 하고 있고, 위치 루프 게인 Kp=20Orad/s, 속도 루프 게인 Kv=20OHz, 속도 루프 적분 시정수 Ti=1.56ms, 토크 필터 Tf=0.4ms로 되어 있다. 단, 본 발명의 실시예에서는 속도 FB 필터를 구비하고 있고, 시정수는 Tk=O.4mg으로 되어 있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 예에서는 위치 결정시 오버슛이 나온다. 이것을 없애기 위해서는 kv를 높이거나 Ti를 짧게 하면 되지만, 진동이 일어나기 때문에 더 이상 조정할 수 없고, 또한 kp를 내리더라도 오버슛을 없앨 수는 있지만 위치결정시간이 길어지는 문제가 있다. 한편, 본 발명의 실시예에서는 오버슛 없이 고속 위치 결정을 실현할 수 있다. 또한, 도면에서 Pref는 위치 지령, Pfb는 모터 위치, Pe는 위치 편차, Pe'는 Pe의 확대, 그리고 Tref는 토크지령이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 속도제어부에 속도 FB 필터를 설치하였으므로, 속도 루프 게인을 높이거나, 시정수를 짧게 하더라도 제어계 자체가 진동적으로 되는 일이 없고, 목표치에 신속하게 도달할 수 있으므로, 고성능 및 실용성이 있는 위치 제어 장치를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 모터의 위치를 제어하는 위치 제어 장치에 있어서,

   위치 지령을 발생하는 지령발생부와,

   위치 지령과 제어 대상인 모터의 위치를 입력하고 이들이 일치하도록 속도 지령을 출력하여 위치 제어를 하는 위치제어부와,

   속도지령과 상기 모터의 속도를 입력하고 이들이 일치하도록 토크 지령을 출력하여 속도를 제어하는 속도제어부와,

   토크 지령에 따라서 전류를 제어하는 전류제어부를 가지며,

   속도제어부가,

   속도를 저역 통과 필터로 필터링하여 모터의 새로운 속도를 구하는 속도 부궤환 필터와,

   속도지령으로부터 새로운 속도를 감하여 속도 편차를 구하는 감산기와,

   속도 편차를 시정수 Ti에서 시간 적분하여 속도 편차 적분값을 구하는 적분기와,

   속도 지령에 계수α(0.0≤α≤1.0)를 곱하는 승산기와,

   승산기의 신호와 속도 편차 적분값을 가함과 동시에 속도를 감하는 가감산기와,

   가감산기의 출력에 속도 루프게인 kv를 곱하여 토크 지령을 산출하는 승산기와, 토크 지령을 저역 통과 필터로 필터링하여 새로운 토크지령으로 하는 토크 필터를 구비한 위치 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 위치제어부는,

   위치 지령을 시간 미분하여 속도 정궤환 정수 FF(0.0≤FF≤1.0)를 곱하는 속도 정궤환기와,

   속도 정궤환기의 신호를 속도 지령에 가하여 새로운 속도 지령을 구하는 가산기를 갖는 위치 제어 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 속도제어부는,

   속도 지령을 시간 미분하여 (모터 관성十부하 관성)배하고, 이에 토크 정궤환 정수 FFa(0≤FFa≤1)를 곱하는 토크 정궤환기와,

   토크 정궤환기의 신호를 상기 승산기의 신호에 더하여 새로운 토크 지령을 구하는 가산기를 갖는 위치 제어 장치.