KR200465177Y1 - 모터 속도제어장치용 모터 콘트롤러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 모터의 회전속도를 인버터에서 2채널로 검출하고, 검출한 인코더 출력을 기초로 모터의 속도를 제어하여 제어 값을 모터 구동용 모터 구동부로 인가하는 모터 콘트롤러에서,
모터 콘트롤러(30)는 인코더(2)의 2채널의 출력 펄스열(P1,P2)을 기초로 회전수 및 속도를 검출하여 디지탈 아날로그 변환기(36)로 디지탈 값을 인가하는 마이컴(32)과,
마이컴(32)의 인식치를 기초로 제어 기준을 별도의 컴퓨터나 통신장비와 접속하는 입출력인터페이스(34)와,
마이컴(32)의 인식치를 기초로 설정 지령에 해당하는 디지탈 값으로 모터 구동부(40)가 인식가능한 디지탈 아날로그 변환기(36)와,
마이컴(32)이 속도 조절용으로 인식하도록 저항치를 가변시키는 조절놉(39)을 포함을 포함하여 구성하고;
상기, 디지탈 아날로그 변환기(36) 출력단에는 모터 구동부(40)로 출력 값을 증폭하여 인가하는 증폭기(38)를 부가한 모터 속도제어장치용 모터 콘트롤러이다.

Description

모터 속도제어장치용 모터 콘트롤러{Motor controller}

본 고안은 모터 콘트롤러에 관한 것으로, 모터의 속도를 아날로그 방식으로 제어 가능토록 모터의 속도를 제어하는 인코더와 인코더의 출력을 인식하여 동기를 맞추고 원하는 속도에 상응하도록 설정한 아날로그 값으로 모터 구동부를 구동하도록 하는 모터 속도제어장치용 모터 콘트롤러에 관한 것이다.

일반적으로, 인코더 펄스로부터 속도를 측정하는 방법은 일정한 샘플링 시간 동안 입력된 펄스의 개수를 세는 M 방식, 입력되는 펄스들 간의 시간 간격을 고주파 클럭으로 카운트하는 T 방식, 및 일정한 샘플링 시간 이후부터 첫 번째 펄스가 입력되기까지의 시간 동안 입력된 펄스의 총 개수로부터 속도를 측정하는 M/T 방식 등 세 가지 방식이 있다. M 방식과 T방식은 각각 저속 영역과 고속 영역에서 속도 검출의 정밀도가 현저히 떨어지는 단점이 있다.

이중 M/T 방식은 도 1에서와 같이, 인코더는 위상 차를 갖는 2개의 펄스 열을 출력한다. 제1펄스 열(P1)은 제2펄스 열(P2)보다 90도 위상이 앞서고, 제1펄스 열(P1)과 제2펄스 열(P2)이 번갈아 출력된다. 모터 컨트롤러는 인코더로부터 출력되는 2개의 펄스를 입력받아 4 체배한 제3펄스 열(P3)을 만든다.

도 2를 참고하여, 모터 컨트롤러는 다음의 계산식을 이용하여 모터의 속도를 측정한다. 모터 속도(Nf) = (60*fc*m1)/(Pn*m2)

Pn은 1회전당 인코더에서 출력하는 펄스 개수를 말한다. 모터 속도는 일정한 샘플링 시간(Tc)이 경과된 후 첫 번째의 4 체배된 펄스가 들어오는 때 즉, 총 검출시간(Td=Tc+△T) 동안 4 체배된 인코더 펄스의 개수(m1)와 소정 주파수(fc)의 펄스 개수(m2)를 주어진 식에 대입하여 측정할 수 있다.

그러나 인코더 제작 공정상의 오차로 인하여 두 펄스 열의 위상 차가 정확히 90도가 되지 않거나, 펄스의 듀티 사이클(duty cycle)이 정확히 50%가 되지 않으면 모터 속도를 부정확하게 검출할 수밖에 없다. 이를 구체적으로 설명한다.

도 3과 같이, 제1펄스 열(P1a)과 제2펄스 열(P2a)의 위상 차가 90도를 벗어나는 경우 그로부터 얻어진 4 체배된 펄스열(P3a)은 일정한 간격으로 발생하지 않게 된다. 따라서 일정한 샘플링 시간(Tc)을 적용하면 그 샘플링 시간의 시점에 따라 오차가 발생하게 된다. 즉, A상의 펄스부터 샘플링 시간(Tc)을 시작하는 경우에서의 잔여 시간(△T1)과 A'상의 펄스로부터 샘플링 시간(Tc)를 시작하는 경우에서의 잔여 시간(△T2)이 다르다. 이와 같이 종래기술에서는 모터가 동일 속도로 구동하는 경우라도 그 모터 속도를 측정하기 위한 샘플링 시간을 시작하는 시점에 따라 속도 오차가 발생하게 되는 단점이 있다.

또한, 모터 속도는 주어진 작업 공정을 수행하면서 일반적으로 변화한다. 도 4와 같이 동작 조건에 따라 모터 속도가 R1→R2→R3(R3〈R1〈R2)로 변화하는 경우, 모터 속도의 크기에 따라 속도 오차의 크기 역시 변화되는 등 모터 속도를 정밀하고 안정적으로 제어하기 어려운 문제점이 있다.

이와 같이 종래기술에 의하면 인코더의 결함으로 2개 펄스의 위상 차가 정확하게 맞지 않으면 동일 속도에서 샘플링 시점에 따라 속도 오차가 발생되고, 모터 속도를 변화시키는 과정에서 모터 속도에 따라 속도 오차가 달라진다. 따라서 잘못된 모터 정보에 기초하여 모터 구동을 제어하면 모터 속도의 측정 오차가 발생함에 따라 모터의 제어 성능이 떨어지고 모터의 응답 특성이 악화되는 요인이 되었다.

본 고안은 이를 해결하고자 하는 것으로, 본 고안의 목적은 상기 모터를 소정 속도로 구동시키기 위한 모터 구동부; 상기 모터 구동에 연동하여 펄스들을 출력하는 인코더; 및 상기 모터의 속도를 측정하기 위해 상기 인코더로부터 입력받는 펄스에 대한 검출 시간을 조절하는 모터 속도제어장치용 모터 콘트롤러에 의하여 달성된다.

본 고안의 다른 목적은 상기 콘트롤러의 콘트롤을 디지탈 방식이 아닌 아날로그 방식으로 구현 가능토록 하는 모터 속도제어장치용 모터 콘트롤러를 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본원고안은 모터와, 상기 모터를 구동하기 위한 모터 구동부와, 상기 모터 구동에 연동하여 펄스를 출력하는 인코더; 상기 인코더에서 출력하는 펄스를 이용하여 상기 모터의 속도를 검출하기 위한 검출 시간을 설정하는 모터 컨트롤러를 구비한 모터 속도 제어장치에 있어서,

상기 모터 컨트롤러는 동작 조건에 따라 모터 속도가 변화하는 경우 그 변화되는 모터 속도에 따라 상기 검출 시간을 조절하되, 임의의 검출 시간을 증감시키면서 해당 모터 속도에 대응하는 검출 시간을 설정하는 모터 속도 제어장치를 제공하려는 것이다.

본 고안은 또한 인버터의 출력을 받아서 회전수로 인식하는 마이컴과, 마이컴의 인식에 따른 제어 지령을 아날로그 값으로 변화시켜 모터구동부로 인가하는 디지탈 아날로그 변환기를 포함하고, 마이컴의 입력부에는 컴퓨터 등의 제어 신호를 받는 RS-232C 나 무선 인터페이스 같은 입출력 인터페이스를 포함하여 구성하는 모터 속도제어장치용 모터 콘트롤러를 제공한다.

이상과 같이 본원고안은 모터의 속도를 아날로그 방식으로 제어함으로써 미세한 제어를 가능토록 한다.

본원고안은 별도의 컴퓨터 입출력 인터페이스를 통하여 접속 제어함으로써, 별도의 입출력 수단의 설치가 없어도 제어 사용을 가능토록 한다.

도 1은 종래의 인코더에서 출력하는 펄스들과 4 체배한 펄스를 나타내는 도면,
도 2는 M/T 방식에 따라 모터 속도를 검출하기 위한 방법을 설명하는 도면,
도 3은 종래의 기술에 따라 일정한 샘플링 주기를 적용하여 모터 속도를 검출하는 동작 설명도,
도 4는 동작 조건에 따른 모터 속도제어장치의 구성도,
도 5는 본 고안이 적용되는 모터 속도제어장치의 구성도,
도 6은 본 고안에 따라 모터를 저속으로 구동시 펄스 열에 대한 샘플링시간 설정 동작 설명도,
도 7은 본 고안에 따라 모터를 고속으로 구동시 펄스 열에 대한 샘플링시간 설정 동작 설명도,
도 8은 본 고안의 콘트롤러 블럭 구성도,
도 9는 본 고안의 콘트롤러 출력 파형 예시도이다.

본 고안의 목적은 모터; 상기 모터를 소정 속도로 구동시키기 위한 모터 구동부; 상기 모터 구동에 연동하여 펄스들을 출력하는 인코더; 및 상기 모터의 속도를 측정하기 위해 상기 인코더로부터 입력받는 펄스에 대한 검출 시간을 조절하는 모터 컨트롤러에 의하여 달성된다.

이하에서는 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 5는 본 고안에 따른 모터 속도 제어장치의 구성도이다.

본 고안은 모터(1)에 설치된 인코더(2)와, 인코더(2)의 2채널 출력 펄스를 입력받아 모터 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 모터컨트롤러(3), 상기 모터 컨트롤러(3)의 제어신호에 따라 모터(1)를 구동시키기 위한 모터구동부(4)를

구비한다.

상기 모터 컨트롤러(3)는 인코더(2)에서 출력되는 2채널 출력 펄스열을 입력받아 모터 속도를 측정하고, 측정된 모터 속도가 희망하는 모터 속도에 도달하도록 하는 모터 제어신호를 모터 구동부(4)로 출력한다.

상기 인코더(2)에서 출력하는 펄스들은 제작상의 오차로 인하여 정확하게 90도의 위상 차를 갖지 않을 수 있기 때문에, 이에 의한 악영향을 배제하기 위하여 상기 모터 컨트롤러(3)는 인코더 펄스의 4의 배수로 샘플링 시간을 설정한다.

저장부(5)는 모터 속도별로 인코더 펄스의 4의 배수에 해당하는 샘플링 시간에 대한 데이터를 저장하고, 상기 모터컨트롤러(3)에서 모터 속도에 대한 샘플링 시간을 요구하면 해당 모터 속도에 대응하는 샘플링 시간을 제공한다.

모터 구동 시 인코더에서 출력되는 펄스들의 위상 차가 정확하게 90도가 되지 않으면 4 체배된 펄스 열의 간격(A →B → A' → B' → A)이 일정하지 않게 된다. 그런데 동일 계열의 펄스들의 간격(A→A, B→B, C→C, D→D)은 일정하다. 이 점에 주목하여, 샘플링 시간이 4 체배된 펄스의 4의 배수가 되도록 하면 즉, 동일 계열의 펄스 간격으로 샘플링 시간을 설정하게 되면 모터 속도를 정확하게 검출할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 고안에 따라 모터를 저속 또는 고속 구동시 4 체배된 펄스 열에 대하여 샘플링 시간을 각각 설정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6에서, 4 체배한 펄스 열(P5a)은 저속 모드에서 인코더의 출력 펄스로부터 만들어진다. 제1그룹(G1)은 샘플링의 시점 및 종점이 모두 A펄스이고 그 샘플링 시간(Tc11) 동안 4 체배된 펄스의 개수는 8이다. 또 제2그룹(G2)은 샘플링의 시점 및 종점이 B펄스이고 그 샘플링 시간(Tc12) 동안 4 체배된 펄스의 개수는 8이다.

따라서 제1그룹(G1)을 적용하는 모터 속도를 측정하는 경우 A펄스 계열에 대한 샘플링 시간(Tc11) 및 잔여 시간(△T11)은 항상 동일하게 된다. 이와 마찬가지로 제2그룹(G2)을 적용하여 모터 속도를 측정하는 경우 B펄스 계열에 대한 샘플링 시간(Tc12) 및 잔여 시간(△T12)은 항상 동일하게 된다.

또, 모터컨트롤러(3)는 동작 조건에 따라 모터 속도가 변화하더라도 그 샘플링 시간은 4체배된 펄스의 개수가 4의 배수가 되도록 설정한다. 즉, 도 7에서 4 체배한 펄스 열(P6a)은 고속 모드에서 인코더의 출력 펄스로부터 만들어지고,

제3그룹(G3)은 샘플링의 시점 및 종점이 모두 A펄스이고 제4그룹(G4)은 샘플링의 시점 및 종점이 B펄스이다. 제3그룹(G3)의 샘플링 시간(Tc21) 및 제4그룹(G4)의 샘플링 시간(Tc22) 동안 4 체배된 펄스의 개수는 8이다. 따라서 제3그룹(G3)을 적용하여 모터 속도를 측정하는 경우 A펄스 계열에 대한 샘플링 시간(Tc21) 및 잔여 시간(△T21)은 항상 동일하게 된다. 마찬가지로 제4그룹(G4)을 적용하여 모터 속도를 측정하는 경우 B펄스 계열에 대한 샘플링 시간(Tc22) 및 잔여 시간(△T22)은 항상 동일하게 된다.

상기 모터 컨트롤러(3)는 동작 조건에 따라 모터 속도가 변화되면 변화된 모터 속도에 대응하는 샘플링 시간을 저장부(5)에 요구하여 제공받고, 해당 샘플링 시간에 따라 모터 속도를 측정하게 된다.

한편, 상기 모터 컨트롤러(3)는 임의 설정된 샘플링 시간을 증감시키면서 현재 구동 중인 모터 속도에 대응하는 샘플링 시간으로 설정하는 방식을 채택할 수 있다. 즉, 상기 모터 컨트롤러(3)는 저장부(5)로부터 샘플링 시간에 대한 정보를 제공받지 않고, 자체적으로 샘플링 시간을 변화시키면서 그 샘플링 시간이 4 체배된 펄스의 4의 배수가 되도록 할 수 있다.

즉, 총 검출시간(Td=Tc+△T) 동안 m1(4 체배된 인코더 펄스의 개수)의 값이 4k-1(k는 정수) 일 때는 샘플링 시간(Tc)을 α 만큼 증가하고, m1의 값이 4k+1(k는 정수)일 때는 Tc의 값을 α 만큼 감소하고, m1의 값이 4k-2(k는 정수) 일 때는 샘플링 시간(Tc)의 값을 2 α 만큼 증가하는 방법을 이용하여 샘플링 시간(Tc)을 4의 배수로 맞추는 것으로, 모터가 동일 속도로 구동하는 경우 동일한 속도 값을 검출할 수 있다.

전술한 바와 같이, 저장부(5)를 구비하는 방식은 모터 속도의 변화 시 즉각 적용할 수 있어서 신속하게 대처할 수 있으며, 후자와 같이 샘플링 시간을 자체적으로 설정하는 방식은 다양한 모터 속도의 변화에 대해서 샘플링 시간을 정확하게 설정할 수 있는 이점이 있다.

도 8은 본 고안의 모터콘트롤러의 다른 예를 보인 블럭 구성도이고, 도 9는 도 8의 모터콘트롤러 출력 파형 예시도로,

모터의 회전속도를 인버터에서 2채널로 검출하고, 검출한 인코더 출력을 기초로 모터의 속도를 제어하여 제어 값을 모터 구동용 모터 구동부로 인가하는 모터 콘트롤러에서,

모터 콘트롤러(30)는 인코더(2)의 2채널 출력 펄스열(P1,P2)을 기초로 회전수 및 속도를 검출하여 디지탈 아날로그 변환기(36)로 디지탈 값을 인가하는 마이컴(32)과,

마이컴(32)의 인식치를 기초로 제어 기준을 별도의 컴퓨터나 통신장비와 접속하는 입출력인터페이스(34)와,

마이컴(32)의 인식치를 기초로 설정 지령에 해당하는 디지탈 값으로 모터 구동부(40)가 인식가능한 디지탈 아날로그 변환기(36)와,

마이컴(32)이 속도 조절용으로 인식하도록 저항치를 가변시키는 조절놉(39)을 포함하여 구성한다.

상기, 디지탈 아날로그 변환기(36) 출력단에는 모터 구동부(40)로 출력 값을 증폭하여 인가하는 증폭기(38)를 부가한 것이 좋다.

본 고안의 모터콘트롤러(30)의 출력을 받아 모터를 구동하는 모터구동부(40)의 예로는 모터콘트롤러(30)의 출력 아날로그 값을 디지탈 값으로 변환하는 아날로그 디지탈 변환기(42)와, 사용하는 모터의 사양에 따라 대응 회전수 출력을 인가하도록 제어하는 구동용 마이컴(44)과, 구동용 마이컴(44)의 출력을 인가받아 모터(1)를 구동시키는 디지탈 아날로그 변환기(46)를 포함하여 구성한다.

본 고안의 바람직한 디지탈 아날로그 변환기(36)의 출력을 0~5볼트 라 하면, 증폭기(38) 출력은 0~15볼트를 이룬 것을 예시할 수 있다.

본 고안의 모터구동부(40)는 1~10000 rpm을 이루도록 구성하는 것이 좋다.

바라기는 1~1000rpm의 저속 구동과, 1001~4096rpm의 고속 구동으로 구분할 수 있다.

이와 같이 구성한 본 고안의 모터콘트롤러는 인코더(2)의 펄스열(P1,P2)에 의한 입력 펄스를 받아서 이를 체배하여 파형 형태와 속도를 인식하고, 조절놉(39)에 의한 조정치를 기초로 마이컴(32)은 대응 디지탈 출력을 디지탈 아날로그 변환기(36)로 인가한다. 디지탈 아날로그 변환기(36)는 변환 아날로그 출력(예를 들어 0~5볼트로 1~2볼트는 저속, 2볼트 이상부터 5볼트는 고속으로 구분한다)을 증폭기(38)로 인가하여 증폭 출력(예를 들어 0~15볼트)을 출력한다. 이는 도 9와 같은 출력 파형으로 도시 가능하고. 예를 들어 출력 전압(V1 내지V2)은 모터(1)의 저속, 출력전압(V2 내지V3)은 고속 회전을 의미한다.

즉, 조절놉(38)을 설정 기준에 따라 조절하면 이를 마이컴(32)이 저항치의 변화 여부로 인식하여, 인식한 값을 기초로 설정 기준에 따라 저속인지 고속인지 아니면 대응 등급으로 판단하고, 판단에 따른 구동 출력치를 디지탈 아날로그 변환기(36)에 인가하는 방식으로 사용이 편리하고, 작동이 정확하게 작동 가능하게 된다. 본 고안의 모터 콘트롤러(30) 출력은 직접 모터(1)에 인가할 수도 있고, 특정 사양의 모터에 적합하도록 구비한 모터 구동부(40)를 통하여 대응 모터(40)를 구동하도록 사용할 수도 있다. 물론 대응 모터(1)의 규격에 맞도록 모터구동부(40)는 별도로 구동용 마이컴(44)에 작동 제어프로그램을 세팅하여야한다.

결국, 본 고안의 모터콘트롤러(30)는 범용으로 사용하는 구조이고, 모터 구동부(40)는 사용 모터(1)의 사양에 맞도록 구비하는 맞춤형 구조이다.

1 :모터, 2 :인코더, 3 :모터컨트롤러, 4 :모터구동부, 30;모터 콘트롤러 32;마이컴 34;입출력 인터페이스 36;디지탈 아날로그 변환기 38;증폭기 39;조절놉

Claims (2)

1. 삭제
2. 모터의 회전속도를 인버터에서 2채널로 검출하고, 검출한 인코더 출력을 기초로 모터의 속도를 제어하여 제어 값을 모터 구동용 모터 구동부로 인가하는 모터 콘트롤러에서,
   모터 콘트롤러(30)는 인코더(2)의 2채널의 출력 펄스열(P1,P2)을 기초로 회전수 및 속도를 검출하여 디지탈 아날로그 변환기(36)로 디지탈 값을 인가하는 마이컴(32)과,
   마이컴(32)의 인식치를 기초로 제어 기준을 별도의 컴퓨터나 통신장비와 접속하는 입출력인터페이스(34)와,
   마이컴(32)의 인식치를 기초로 설정 지령에 해당하는 디지탈 값으로 모터 구동부(40)가 인식가능한 디지탈 아날로그 변환기(36)와,
   마이컴(32)이 속도 조절용으로 인식하도록 저항치를 가변시키는 조절놉(39)을 포함하여 구성하고;
   상기, 디지탈 아날로그 변환기(36) 출력단에는 모터 구동부(40)로 출력 값을 증폭하여 인가하는 증폭기(38)를 부가한 것을 특징으로 하는 모터 속도제어장치용 모터 콘트롤러.

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