KR20080019461A - 스핀들 모터의 속도제어 장치 - Google Patents

스핀들 모터의 속도제어 장치 Download PDF

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KR20080019461A
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이태훈
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삼성전자주식회사
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Abstract

스핀들 모터의 속도제어 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 속도제어 장치는 비례적분 제어부, 퍼지 제어부, 및 가산기를 구비한다. 비례적분 제어부는 모터의 속도 정보를 입력받고, 비례적분 제어 방식에 따라서 산출된 제1 제어량을 출력한다. 퍼지 제어부는 모터의 속도 정보를 입력받고, 퍼지 제어 방식에 따라서 산출된 제2 제어량을 출력한다. 가산기는 제1 및 제2 제어량을 합하여, 모터로 출력한다. 본 발명에 따른 속도제어 장치는 과도 상태 및 정상상태 모두에서 우수한 제어성능을 가지며, 안정적으로 스핀들 모터를 동작시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

스핀들 모터의 속도제어 장치{System apparatus for velocity control of the spindle motor}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 스핀들 모터 속도 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 2a는 퍼지 제어기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 퍼지 제어부에 사용되는 퍼지-비례적분 제어기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 모터의 속도 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 4a는 스핀들 모터의 속도를 시간에 따라서 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터의 속도 제어 장치를 나타내는 도면이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
101: 퍼지-비례적분 속도 제어기
120: 콤보 칩(Combo chip)
110: 플랜트(Plant)
450: 퍼지 제어부
460: 비례적분 제어부
본 발명은 스핀들 모터의 속도 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 퍼지제어 및 비례적분 제어에 따라서 스핀들 모터의 속도를 제어하는 속도 제어 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 스핀들 모터 속도 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 스핀들 모터 속도 제어 장치는 속도 제어부(101), 콤보 칩(Combo chip)(120), 스핀들 모터(Spindle motor)(112)를 구비한다.
속도 제어부(101)는 일정 제어 원리에 따라서, 스핀들 모터의 회전 속도를 제어한다. 따라서, 일정 제어 원리에 따라서 산출된 제어량을 스핀들 모터로 출력한다.
콤보 칩(120)은 외부 전원(미도시)으로부터 공급되는 전류를 일정 값이 되도록 제어하고, 전류를 스핀들 모터(112)가 받아들일 수 있는 형태로 변환하여 스핀들 모터(112)로 공급하는 역할을 한다. 콤보 칩(120)은 전류 제어기(122)와 3상 인버터(3-phase Invertor)(124)를 구비한다.
스핀들 모터의 동작이 안정적으로 이뤄지기 위해서는, 스핀들 모터를 구동시키기 위하여 공급되는 전류의 크기가 일정하여야 한다. 따라서, 전류 제어기(122) 를 구비하여, 전류가 일정 값으로 스핀들 모터(112)로 공급되도록 제어하는 것이다.
하드 디스크 드라이브(HDD) 장치에 있어서, 외부의 전원은 직류 전원의 형태로 공급된다. 그러나, 스핀들 모터(112)는 3상 모터로 교류 형태의 전원을 필요로 한다. 따라서, 스핀들 모터(112)를 구동하기 위해서는, 외부적으로 인가된 직류 전원을 교류 전원으로 변환시키기 위한 3상 인버터(124)가 필요하게 된다. 3상 인버터(124)가 입력되는 직류 전압(미도시)을 3상의 교류 전압으로 변환하여, 스핀들 모터로 공급하는 것이다.
스핀들 모터(112)는 하드 디스크 드라이브(HDD- Hard Disk Drive) 장치에 있어서, 하드 디스크를 회전시키는 역할을 한다.
하드 디스크 드라이브 장치에 있어서, 스핀들 모터(112)의 회전속도를 일정하게 유지시켜야만, 하드 디스크 드라이브가 안정적으로 동작할 수 있다. 종래에는 속도 제어부(101)의 속도 제어원리로는 비례적분(PI) 제어원리를 가장 많이 이용하였다.
여기서, 비례적분(PI-Proportional and Integral) 제어기법은, 종래 산업현장의 각종 제어기에 널리 사용되고 있는 것으로, 제어 상수 값이 적절히 조절될 경우에는 좋은 운전 특성을 얻을 수 있고, 제어 알고리즘이 간단하여 손쉽게 구현할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 일반적인 시간 응답 특성에 있어서, 속도가 증가 또는 감소하게 되는 과도 상태 및 속도의 변화가 거의 없는 정상상태에 있어서, 상기 두 상태를 모 두 만족시키는 비례적분 제어 이득을 구하는 것은 대단히 어렵다. 비례적분(PI) 제어기는 고정된 제어 이득 값을 이용하므로, 과도 상태 및 정상 상태 모두에서 우수한 제어성능을 가질 수 없는 단점이 있는 것이다.
또한, 비례적분(PI) 제어기에 있어서, 비례적분 제어 이득 값은 스핀들 모터의 구동 경험과 실험적인 시행착오를 통하여 최적화된 값을 사용하게 된다. 따라서, 운전점이나 스핀들 모터의 파라미터(parameter)가 변하는 경우, 최적의 스핀들 모터 운전 상태를 유지시키기 위해서는 비례적분 제어 이득의 값을 적절히 조정해 주어야 하는 문제가 발생한다.
여기서, 스핀들 모터의 파라미터(parameter)란, 모터 자체의 토크, 기계적인 마찰성분, 전기적인 저항, 기계적인 부하를 포함하는 스핀들 모터 자체의 특정 특성을 나타내는 값이다. 기계적인 마찰성분은 스핀들 모터가 회전할 때, 베어링 등에 걸리는 마찰을 뜻하고, 전기적인 저항은 공급되는 전류 및 전압에 따른 저항(R=V/I)을 뜻한다. 또한, 기계적인 부하란, 디스크(Disk)와 헤드(Head)가 움직이면서 작용하는 힘에 의하여 생기는, 온도 및 헤드의 노화와 관련된 부하를 뜻한다. 하드 디스크 드라이브 장치의 사용기간이 길어지면, 헤드 내 자속의 자력이 약화되어 기계적인 부하가 증가하는 것을 예로 들 수 있다.
퍼지 제어기 또는 퍼지-비례적분 제어기는 속도 제어를 위한 제어 규칙, 소속 함수, 입출력 이득 값을 생성하기 위한 일반적인 규칙 또는 수식이 존재하지 않는다. 또한, 설계된 범위를 벗어나는 입력 값에 대하여는 적절한 제어량을 만들어내지 못한다. 그리고, 제어 범위가 넓어지면 그에 비례하여 제어 규칙, 소속 함수 의 수가 늘어나게 된다. 따라서, 퍼지 제어기 또는 퍼지-비례적분 제어기는 제어방법이 복잡해지며, 설계된 범위를 벗어나면 정확한 제어가 힘들게 되는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 우수한 제어성능과 안정으로 스핀들 모터를 동작시킬 수 있는 속도 제어 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 모터의 속도 제어 장치는 비례적분 제어부, 퍼지 제어부, 가산부, 및 속도 검출부를 구비한다.
비례적분 제어부는 모터의 속도 정보를 입력받고, 비례적분 제어 방식에 따라서 산출된 제1 제어량을 출력한다.
퍼지 제어부는 모터의 속도 정보를 입력받고, 퍼지 제어 방식에 따라서 산출된 제2 제어량을 출력한다.
가산기는 제1 및 제2 제어량을 합하여, 모터로 출력한다.
속도 검출부는 모터의 속도를 실시간으로 측정하여, 비례적분 제어부 및 퍼지 제어부로 전송한다.
여기서, 모터의 속도 정보는 모터의 목표 속도 및 실시간 측정된 상기 모터 속도의 정보를 포함한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2a는 퍼지 제어기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 퍼지 제어기는 퍼지화부(Fuzzification)(210), 퍼지 추론부(214)(Fuzzy reasoning), 비 퍼지화부(Defuzzigication)(216)를 구비한다.
퍼지화부(210)는 입력되는 정보를 퍼지 제어기가 읽고 수용할 수 있는 형태로 변형시킨다. 여기서, 입력되는 정보는 스핀들 모터로 공급되는 전압이 될 수 있다. 전압 형태로 입력되는 정보를 퍼지 제어할 수 있도록 속도 정보 등으로 변형시키게 된다.
퍼지 추론부(214)는 입력된 정보를 사용자가 설정한 퍼지 제어규칙(212)에 따라서 퍼지 제어량을 산출하여 출력한다.
비 퍼지화부(216)는 퍼지 추론부(214)로부터 전송된 퍼지 제어량을 다시 스핀들 모터가 읽고 수용할 수 있는 형태로 변형시켜 출력한다. 즉, 퍼지화부(210)에서 속도 정보로 변형되었던 전압 정보를 다시 전압 정보 형태로 변형시키는 것이다.
도 2b는 본 발명의 퍼지 제어부에 사용되는 퍼지-비례적분 제어기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
퍼지-비례적분 제어는 사람의 판단과 같은 애매성을 포함한 제어 알고리즘을 if-then 형식으로 표현하고, 이러한 추론을 이용하여 대상을 제어하는 것이다. '속도가 300rpm 이하이면, 가속한다'를 예로 들 수 있다.
도 2b를 참조하면, 퍼지-비례적분 제어기는 오차 및 오차 변화율을 입력받고, 퍼지 제어규칙에 따라 퍼지 제어량을 출력한다.
오차(Error)는 실시간으로 측정된 스핀들 모터의 실제 속도에서 목표 속도를 뺀 값이다. 오차 변화율(Change of Error)은 오차(Error)값을 계속하여 누적시킨 값이다. 즉, 오차 변화율(252)은 이전의 값들을 기억하고, 계속 누적하여 가중치를 두게 되는 것이다. 일정 시간 간격으로 바로 직전 시간의 오차(Error)를 더하여 누적하게 되므로, 오차(Error)의 적분 값과 같은 형태로 나타나게 된다.
퍼지 제어규칙(254)은, 오차(250) 및 오차 변화율(252)을 입력받고 사용자가 설정해 놓은 제어규칙에 따라 산출된 퍼지 제어량(256)을 계산하여 출력하게 된다. 예를 들어, 오차값이 1이고, 기존의 오차 변화율이 저장되어 있지 않으며, 목표 값이 2이면, 퍼지 제어 규칙은 목표 값이 될 수 있도록 퍼지 제어량을 증가시켜 출력하게 된다.
여기서, 퍼지 제어규칙은 사용자가 설정하게 되는 규칙이다. 목표량을 사용자가 설정하여 입력하게 된다. 퍼지 제어 규칙은, '측정되어 입력되는 속도가 목표 속도보다 작으면, 제어량에 일정 값을 더하여 출력한다', 또는 '측정되어 입력되는 속도고 목표속도보다 크면, 제어량에 일정 값을 빼서 출력한다'와 같은 형태를 가질 수 있다.
퍼지-비례적분 제어 원리는 제어 대상인 플랜트(110)를 수학적으로 모델링하는 대신 입력(오차 신호 e(t))과 출력(피드백되는 측정 속도 w)의 관계만을 통하여, 제어 규칙을 생성하게 된다. 따라서, 별도의 수학적 모델링이 필요 없고, 외란에 강인한 특성을 가지고 있다. 여기서, 외란이란, 헤드(Head)와 디스크(Disk)가 움직임으로 인하여 생기는 변화를 뜻한다. 디스크(Disk)가 회전을 시작한 후 헤드(Head)가 움직이는 디스크 위로 장착되는 경우, 헤드와 디스크의 움직임이 가장 커지므로, 가장 큰 외란이 발생한다. 비례적분 제어기는 이러한 외란에 대하여 일일이 대비하여 응답할 수 없으므로, 퍼지-비례적분 원리에 따라 상술한 외란 등에 대비할 수 있다. 또한, 비례적분 제어기는 전술한 파라미터의 변화에 일일이 대응할 수 없으나, 퍼지-비례적분 제어기는 파라미터의 변화가 고려된 입력(e(t)) 및 출력(w) 값을 이용하므로, 파라미터의 변화에 적절히 대응하여 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 속도 제어 장치의 퍼지 제어부(315)는 도 2b의 퍼지-비례적분 제어기의 제어 원리를 이용하게 된다. 목표 속도와 측정된 속도의 차이(오차), 및 오차의 누적값인 오차 변화율을 입력받고, 사용자에 의하여 설정된 퍼지 제어 규칙에 따라서 퍼지 제어량을 설정하게 되는 것이다. 상술한 바와 같이, 퍼지 제어부(315)는 외란 및 파라미터 변화에 대하여 적절히 대응하여 정속제어를 수행한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 모터의 속도 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 속도 제어 장치는 비례적분 제어부(310), 퍼지 제어부(315), 가산기(325), 및 속도 검출기(330)를 구비한다.
비례적분(PI) 제어부(310)는 목표 속도(w_ref.) 및 실시간 측정된 모터의 속도(w)를 입력받고, 비례-적분 제어 원리에 따라서 산출된 제어량(u(t))을 가산기(320)로 출력한다. 목표 속도(w_ref.)에서 실시간 측정된 모터의 속도(w)를 뺀 값을 오차신호 e(t)=(w_ref).-(w) 라 한다. 그리고, 오차 신호 e(t)를 미분한 값을 De라 한다.
비례적분 제어부(310)는 오차 신호 e(t)를 입력받고, 오차 신호 e(t)에 비례 제어 이득(Kp) 값을 곱한 값과 오차 신호 e(t)의 적분 값에 적분 제어 이득(Ki)을 곱한 값을 더한 값을 비례적분 제어량인 제1 제어량으로서 출력한다. 제1 제어량은 다음의 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
Figure 112006061944217-PAT00001
여기서, u_p(t)는 비례 제어 원리에 따라 산출된 제어량으로 비례 제어 입력이라 한다. u_i(t)는 적분 제어 원리에 따라 산출된 제어량으로 적분 제어 입력이라 한다. K_p는 비례 상수(비례 이득)로, 사용자가 스핀들 모터의 속도에 따라서 다르게 설정하는 되는 값이다. 그리고 K_i는 적분 상수(적분 이득)로, 사용자가 스핀들 모터의 속도에 따라서 다르게 설정하는 값이다. 비례 상수(K_p)와 적분 상수(K_i)는 하드 디스크의 종류 및 스핀들 모터의 목표 속도에 따라서 각각 다르게 최적화된다. 따라서, 가변적인 값으로, 사용자는 실험적인 시행착오를 통하여 최적화된 비례 상수(K_p)및 적분 상수(K_i) 값을 설정하게 된다.
퍼지 제어부(315)는 목표 속도(w_ref.) 및 실시간 측정된 모터의 속도(w)를 입력받고, 퍼지 제어 원리에 따라서 산출된 제어량(u_fuzzy(t))을 가산기(320)로 출력한다.
퍼지 제어부(315)는 오차 신호 e(t)를 입력받고, 오차 신호 e(t)와 오차 신호의 미분 값 De에 대한 퍼지 함수(F_fuzzy(e, De)) 출력값을 퍼지 상수(퍼지 이득) K_f와 곱한 값을 퍼지 제어량(u_fuzzy)인 제2 제어량으로 출력한다. 제2 제어량은 다음의 [수학식 2]와 같다.
[수학식 2]
Figure 112006061944217-PAT00002
여기서, K_f는 퍼지 상수(퍼지 이득)로, 사용자가 스핀들 모터의 속도에 따라서 다르게 설정하는 하는 값이다.
비례 상수(K_p), 적분 상수(K_i), 및 퍼지 상수(K_f)는 스핀들 모터의 속도에 따라서 다르게 설정되므로, 스핀들 모터 회전 속도의 기동 구간, 가속 구간, 감속 구간에 따라서 각각 다르게 설정할 수 있다.
가산기(320)는 비례적분 제어기(310) 및 퍼지 제어기(315)에서 각가 출력되는 제1 및 제2 제어량을 합하여 제어량 u(t)를 출력한다. 제어량 u(t)는 다음의 [수학식 3]과 같다.
[수학식 3]
Figure 112006061944217-PAT00003
따라서, 사용자가 스핀들 모터의 회전 속도에 따라 개별적으로 설정한 비례 상수(K_p), 적분 상수(K_i), 및 퍼지 상수(K_f)와, 입력되는 스핀들 모터의 속도 정보인 목표 속도(w_ref.) 및 실시간으로 측정되는 속도(w)를 이용하여, 비례적분 제어 원리 및 퍼지 제어 원리에 따라 제어량(u(t))를 구할 수 있게 된다.
[수학식 3]에 따라서 산출되는 제어량 u(t)는 스핀들 모터의 속도에 따라서, 각각 다른 값을 가지게 된다. 스핀들 모터가 목표 속도인 w_ref. 값 이하의 값을 가지면, 퍼지 제어기(315)는 제어량(u(t))을 증가시켜 스핀들 모터 속도가 증가되도록 한다. 따라서, 스핀들 모터는 빠른 시간에 목표속도에 도달할 수 있다. 또한, 스핀들 모터의 속도가 목표 속도(w_ref.) 이상의 값을 가지면서 증가하려고 하면, 퍼지 제어기는 스핀들 모터의 속도 상승을 억제하기 위하여 제어량을 감소시키게 된다. 제어량이 작아지면 스핀들 모터의 속도는 감소하게 되므로, 스핀들 모터는 목표 속도(w_ref.)로 회복 및 유지될 수 있다. 그리고, 스핀들 모터의 속도가 목표 속도(w_ref.) 이하로 떨어질 경우에는, 퍼지 제어기는 제어량을 급격히 증가킨다. 제어량이 증가하면, 스핀들 모터의 속도는 다시 증가하게 되므로, 목표 속도(w_ref.)로 회복 및 유지될 수 있다.
여기서, 비례적분 제어기(310)도 계속하여 오차 신호 e(t)를 입력받고, 비례적분 제어 원리에 따른 제1 제어량을 출력하게 된다. 비례적분 제어기(310)에서 이용하는 비례 상수(K_p) 및 적분 상수(K_i)는 실시간으로 변하는 값이 아닌 고정된 값을 이용한다. 따라서, 가속 또는 감속되는 과도 상태에 있어서는 정확한 제어가 이뤄지기 힘들다. 본 발명에 따른 속도 제어 장치는 이러한 비례적분 제어기(310)의 단점을 퍼지 제어기(315)에서 보완하여, 우수한 제어성능을 가지며 스핀들 모터의 회전을 보다 안정적으로 동작시킬 수 있다.
도 4a는 스핀들 모터의 속도를 시간에 따라서 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 스핀들 모터(475)는 t=0에서 구동을 시작해서 t=t3에 최종 목표 속도 V3에 도달하게 된다. 스핀들 모터가 회전을 시작하는 t=0 시점부터 목표 기동 속도인 V1까지 도달하는 t=1시점까지의 구간을 기동구간이라 한다. 여기서, 목표 기동 속도는 사용자가 설정하게 된다. 목표 기동 속도는 가속도가 일정한 값을 가지는 구간인 t1부터 t2시점까지에 있어서, 시작 시점인 t1 으로 정할 수 있다. 목표 기동 속도 V1을 갖는 t1 시점에서 목표 가속 속도 V2를 갖는 t2 시점까지의 구간을 가속 구간이라 한다. 또한, 목표 가속 속도 V2를 갖는 t2 시점부터 최종 목표 속도 V3를 갖는 t3 시점까지의 구간을 감속구간이라 한다.
기동 구간은 스핀들 모터(475)의 회전 속도가 급격히 증가하게 되는 시점이다. 가속 구간은 스핀들 모터(475)의 회전 속도가 일정하게 증가하는 구간, 즉 일정한 가속도 값을 가지는 구간이다. 감속 구간은 회전 속도의 증가율이 감소하게 되는 구간, 즉 가속도 값이 음의 값을 가지는 구간이 된다.
하드 디스크 드라이브(HDD) 장치에 있어서, 최종 목표 속도는 디스크의 크기, 모바일 기기의 크기 등에 따라서 달라진다. 현재 이용되는 최종 목표 속도는 4200rpm, 5400rpm, 3600rpm등이 있다. 예를 들어, 최종 목표 속도가 3600rpm이라 면, 360rpm을 목표 기동 속도, 3000rpm을 목표 가속 속도로 설정하게 된다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터의 속도 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터의 속도 제어 장치는 제1 내지 제3 비례적분 제어부(452, 454, 456), 제1 내지 제3 퍼지 제어부(462, 464, 466), 제1 스위치(452, 472), 제2 스위치(454, 474), 제3 스위치(456, 472), 속도 검출기(485) 및 가산기(380)를 구비한다. 가산기(380) 및 속도 검출기(485)는 도 3의 가산기(320) 및 속도 검출기(330)와 각각 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
비례적분 제어부(430)는 도 4a에 설명된 스핀들 모터의 기동, 가속, 감속 구간에서 각각 동작되는 제1, 제2, 제3 비례적분 제어부(432, 434, 436)로 구분된다. 제1, 제2, 제3 비례적분 제어부(432, 434, 436)는 스핀들 모터의 회전 속도를 기준으로, 0부터 목표 기동 속도 V1까지, V1부터 목표 가속 속도 V2까지, V2부터 최종 목표 속도 V3까지 각각 동작하게 되는 것이다. 여기서, 목표 기동 속도는 스핀들 모터가 기동되는 속도 구간까지, 목표 가속 속도는 스핀들 모터가 가속되는 구간까지, 최종 목표 속도는 달성하고자 하는 스핀들 모터의 최종 속도가 된다.
퍼지 제어부(460)는 도 4a에 설명된 스핀들 모터의 기동, 가속, 감속 구간에서 각각 동작되는 제1, 제2, 제3 퍼지 제어부(462, 464, 466)로 구분된다. 제1, 제2, 제3 퍼지 제어부(462, 464, 466)는 스핀들 모터의 회전 속도를 기준으로, 0부터 V1까지, V1부터 V2까지, V2부터 V3까지 각각 동작하게 되는 것이다.
따라서, 스위치 S1(452, 472)은 0부터 t1시간동안, 스위치 S2(454, 474)는 t1부터 t2시간동안, 스위치 S3(456, 476)는 t2부터 t3시간동안만 각각 온 상태가 된다.
여기서, 제1 내지 제3 비례적분 제어부(432, 434, 436)는 목표 기동 속도(V1), 목표 가속 속도(V2), 최종 목표 속도(V3), 및 실시간으로 측정되는 스핀들 모터(490)의 회전 속도(w)를 입력받는다. 또한, 상술한 기동, 가속, 감속 구간에 따라 각각 다르게 설정된 제어 이득(Kp_기동, Kp_가속, Kp_감속) 값을 가진다. 제1 내지 제3 비례적분 제어부(432, 434, 436)는 각각의 구간에서 비례적분 제어 원리에 따라서 산출된 제1 내지 제3 제어량을 가산부(480)로 출력한다.
그리고, 제1 내지 제3 퍼지 제어부(462, 464, 466)는 목표 기동 속도(V1), 목표 가속 속도(V2), 최종 목표 속도(V3), 및 실시간으로 측정되는 스핀들 모터(490)의 회전 속도(w)를 입력받는다. 또한, 상술한 기동, 가속, 감속 구간에 따라 각각 다르게 설정된 제어 이득(Kf_기동, Kf_가속, Kf_감속) 값을 가진다. 제1 내지 제3 비례적분 제어부(432, 434, 436)는 각각의 구간에서 비례적분 제어 원리에 따라서 산출된 제1 내지 제3 퍼지 제어량을 가산부(480)로 출력한다.
출력되는 총 제어량은 다음의 [수학식 4]와 같다.
[수학식 4]
Figure 112006061944217-PAT00004
[수학식 4]는 제어 이득을 고려하여, [수학식 5]와 같이 표현된다.
[수학식 5]
Figure 112006061944217-PAT00005
여기서,Ki_기동, Ki_가속, Ki_감속, Kp_기동, Kp_가속, Kp_감속, Kf_기동, Kf_가속, Kf_감속 값은 기동, 가속, 감속 구간에서 사용자에 의하여 개별적으로 설정되는 값이 된다. 오차 신호 e(t)=w_ref. - w 값을 가지며, w_ref는 기동, 가속, 감속 구간에서 각각 목표 기동 속도(V1), 목표 가속 속도(V2), 최종 목표 속도(V3)값이 된다.
퍼지 제어부(460)를 구비하는 본원의 속도 제어 장치는 비례적분 제어부만 구비하는 경우보다 빠르고 안정적으로 목표속도에 도달하며, 스핀들 모터의 파라미터 등이 변화하는 경우 최적의 동작 상태를 유지시키기 위하여 제어 이득 값을 매번 조절해야 하는 문제점을 해결할 수 있다. 따라서, 파라미터, 외란 등의 변화에 강인한 특성을 가지며, 안정적인 스핀들 모터의 회전 속도를 유지할 수 있게 된다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 속도 제어 장치는 과도 상태 및 정상상태 모두에서 우수한 제어성능을 가지며, 안정적으로 스핀들 모터를 동작시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 모터의 속도 정보를 입력받고, 비례적분 제어 방식에 따라서 산출된 제1 제어량을 출력하는 비례적분 제어부;
    상기 모터의 속도 정보를 입력받고, 퍼지 제어 방식에 따라서 산출된 제2 제어량을 출력하는 퍼지 제어부; 및
    상기 제1 및 제2 제어량을 합하여, 상기 모터로 출력하는 가산기를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터의 속도 정보는
    상기 모터의 목표 속도 및 실시간 측정된 상기 모터 속도의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 속도 제어 장치는
    상기 모터의 속도를 실시간으로 측정하여, 상기 비례적분 제어부 및 상기 퍼지 제어부로 전송하는 속도 검출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 속도 제어 장치는
    상기 모터의 속도가 상기 목표 속도에 미달한 경우에는,
    상기 퍼지 제어기의 제어량을 증가시키고,
    상기 모터의 속도가 상기 목표 속도를 초과한 경우에는,
    상기 퍼지 제어기의 제어량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 속도 제어 장치는
    상기 모터의 속도가 상기 목표 속도 이하로 감소하는 경우에는, 상기 퍼지 제어기의 제어량을 증가시켜서 상기 모터의 속도가 증가되도록 하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  6. 모터 속도가 기동되는 구간에서, 모터의 속도 정보를 입력받고 비례적분 제어 방식에 따라 산출된 제1 제어량을 출력하는 제1 비례적분 제어부;
    상기 모터 속도가 가속되는 구간에서, 상기 속도 정보를 입력받고 비례적분 제어 방식에 따라 산출된 제2 제어량을 출력하는 제2 비례적분 제어부;
    상기 모터 속도가 감속되는 구간에서, 상기 속도 정보를 입력받고 비례적분 제어 방식에 따라 산출된 제3 제어량을 출력하는 제3 비례적분 제어부;
    상기 모터 속도가 기동되는 구간에서, 상기 속도 정보를 입력받고 퍼지 제어 방식에 따라 산출된 제1 퍼지 제어량을 출력하는 제1 퍼지 제어부;
    상기 모터 속도가 가속되는 구간에서, 상기 속도 정보를 입력받고 퍼지 제어 방식에 따라 산출된 제2 퍼지 제어량을 출력하는 제2 퍼지 제어부;
    상기 모터 속도가 감속되는 구간에서, 상기 속도 정보를 입력받고 퍼지 제어 방식에 따라 산출된 제3 퍼지 제어량을 출력하는 제3 퍼지 제어부; 및
    상기 제1 내지 제3 제어량 및 제1 내지 제3 퍼지 제어량을 합하여, 상기 모터로 출력하는 가산기를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 속도 제어 장치는
    상기 모터 속도가 기동하는 구간에는 상기 제1 비례적분 제어부 및 상기 제1 퍼지 제어부만 동작을 하고,
    상기 모터 속도가 가속하는 구간에는 상기 제2 비례적분 제어부 및 상기 제2 퍼지 제어부만 동작을 하고,
    상기 모터 속도가 감속하는 구간에는 상기 제3 비례적분 제어부 및 상기 제3 퍼지 제어부만 동작을 하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 모터의 속도 정보는
    모터의 최종 목표 속도, 목표 기동 속도, 목표 가속 속도 및 실시간 측정된 모터 속도의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기동 구간은,
    상기 모터 속도가 0에서부터 상기 목표 기동 속도까지이며,
    상기 가속 구간은,
    상기 모터 속도가, 상기 목표 기동 속도부터 상기 목표 가속 속도까지이며,
    상기 감속 구간은,
    상기 모터 속도가, 상기 목표 가속 속도부터 상기 최종 목표 속도까지인 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 모터의 속도 정보에 있어서,
    상기 최종 목표 속도, 상기 목표 기동 속도, 및 상기 목표 가속 속도는 사용자가 설정하여 입력하는 값인 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 속도 제어 장치는
    상기 제1 비례적분 제어부 및 상기 제1 퍼지 제어부와 상기 가산기 사이에 각각 연결되고, 상기 기동구간 동안 턴 온 되는 제1 스위치;
    상기 제2 비례적분 제어부 및 상기 제2 퍼지 제어부와 상기 가산기 사이에 각각 연결되고, 상기 가속구간 동안 턴 온 되는 제1 스위치; 및
    상기 제3 비례적분 제어부 및 상기 제3 퍼지 제어부와 상기 가산기 사이에 각각 연결되고, 상기 감속구간 동안 턴 온 되는 제1 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 스핀들 모터의 속도 제어 장치는
    상기 최종 목표 속도에 도달할 때까지, 상기 제어량을 증가시켜서 스핀들 모터의 속도가 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 속도 제어 장치.
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