KR20080087976A - 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정방법 - Google Patents

자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정장치 및 자동교정방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 갭센서 출력신호가 입력되는 증폭부의 증폭율 및 오프셋값을 자동으로 조정하여 자기부상제어기의 신뢰성을 높일 수 있는 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정장치 및 자동교정방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정장치는 자기부상열차와 레일간의 거리를 측정하여 전기적 신호로 변환한 센서출력 신호를 전송하는 갭센서 출력부, 시험전압인 정전압을 출력하는 정전압 출력부, 상기 갭센서 출력부 또는 정전압 출력부의 출력신호를 전송받아 증폭하는 증폭부, 상기 증폭부로부터 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터부, 상기 A/D컨버터부의 출력을 입력받아 증폭률 및 오프셋값을 교정하는 교정제어부를 포함한다.
자기부상열차, 부상제어, 피드백제어, 갭센서, 증폭률

Description

자기부상제어기의 센서 입력단 자동교정장치 및 자동교정방법{AUTOMATIC ADJUSTING DEVICE FOR SENSOR SIGNAL INPUT TERMINAL OF MAGNETIC LEVITATION CONTROLLER AND AUTOMATIC CORRECTING METHOD THEREOF}
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정장치를 보여주는 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정방법을 보여주는 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 기호의 설명>
100:정전압 출력부 200:교정 제어부
300:갭센서 출력부 400:증폭부
500:A/D컨버터부 600:자기부상 회로부
본 발명은 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정장치 및 자동교정방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 갭센서 출력신호가 입력되는 증폭부의 증폭율 및 오프셋값을 자동으로 조정하여 자기부상제어기의 신뢰성을 높일 수 있는 자기부상 제어기의 센서신호 입력단 자동교정장치 및 자동교정방법에 관한 것이다.
자기부상열차는 전자석의 자기력을 이용하여 레일 위를 부상하여 주행하는 차량이다. 또한, 자기부상열차는 레일과의 일정한 거리를 유지하며 부상하기 위해 와전류의 원리를 이용한 갭센서(Gap sensor)의 출력신호를 입력받아 부상제어를 수행한다.
한편, 전자회로로 구성된 아날로그 입력단 회로소자는 공차현상(Tolerance) 및 드리프트(Drift) 현상으로 인해 증폭률의 오차가 있다.
그러므로 상기 갭센서의 출력 값이 아날로그 회로소자를 거쳐 A/D컨버터 까지 전달되는 과정에서 왜곡되어 증폭되면 자기부상열차의 부상상태를 정상적으로 제어할 수 없게 되는 문제점이 있다.
또한, 기존의 자기부상열차에 적용된 증폭부의 입력단은 입력 대 출력비가 0.8~1.2의 값으로 변형을 보이며, 이 변형된 증폭률이 부상제어알고리즘에 적용되고 있다.
따라서, 자기부상열차의 부상/착지시 부상제어기의 연산에 영향을 줄 뿐만 아니라, 부상 제어 분석에 어려움을 주고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 본 발명의 목적은 증폭부의 왜곡된 증폭률과 오프셋값을 자동으로 조정하여 유지보수의 비용을 줄이고 갭센서 출력 값을 정확하게 증폭해줌으로써 부상 제어시스템의 성능을 향상시키는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에따른 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정장치의 구성은 자기부상열차와 레일간의 거리를 측정하여 전기적 신호로 변환한 센서출력 신호를 전송하는 갭센서 출력부, 시험전압인 정전압을 출력하는 정전압 출력부, 상기 갭센서 출력부 또는 정전압 출력부의 출력신호를 전송받아 증폭하는 증폭부, 상기 증폭부로부터 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터부, 상기 A/D컨버터부의 출력을 입력받아 증폭률 및 오프셋값을 교정하는 교정제어부를 포함하며, 상기 교정제어부는 먼저 상기 정전압 출력부와 상기 증폭부를 연결하여 상기 증폭부의 증폭률 및 오프셋값을 조정하고 다음 상기 갭센서 출력부와 상기 증폭부를 연결하여 자기부상열차의 부상제어를 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에따른 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정방법은 정전압 출력부와 증폭부를 스위칭하는 제 1 단계, 상기 정전압 출력부의 최소 정전압 및 최대 정전압을 상기 증폭부로 출력하는 제 2 단계, 상기 증폭부에의해 증폭된 최소 정전압 및 최대 정전압을 이용하여 교정증폭률을 도출하고 상기 도출된 교정증폭률을 상기 증폭부의 증폭률로 갱신하는 제 3 단계, 상기 증폭부에의해 증폭된 최소 정전압 및 최대 정전압을 이용하여 교정오프셋값을 도출하고 상기 도출된 교정오프셋값을 상기 증폭부의 오프셋값으로 갱신하는 제 4 단계, 상기 정전압 출력부의 최소 정전압 및 최대 정전압을 상기 증폭부로 출력하는 제 5 단계 및 상기 증폭부에의해 증폭된 최소 정전압 및 최대 정전압이 상기 갱신된 증폭률로 증폭되었는지 확인하여 상기 갱신된 증폭률로 증폭되었으면 갭센서 출력부와 상기 증폭부를 스위칭하고 종료하고, 상기 갱신된 증폭률로 증폭되지 않았으면 상기 제 2 단계로 리턴하는 제 6 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 단계는 상기 정전압 출력부의 최소 정전압을 상기 증폭부로 출력하는 제 2-1 단계, 아래의 수학식 1에 의해 변수 X값을 구하는 제 2-2 단계, 상기 정전압 출력부의 최대 정전압을 상기 증폭부로 출력하는 제 2-3 단계; 및 아래의 수학식 2에 의해 변수 Y값을 구하는 제 2-4 단계를 포함하며, 상기 제 3 단계의 교정증폭률은 아래의 수학식 3에 의해 도출하며, 상기 제 4 단계의 교정오프셋값은 아래의 수학식 4에 의해 도출한다.
수학식 1:X=(증폭된 최소 정전압 + 설계된 오프셋값)*설계된 증폭률
수학식 2:Y=(증폭된 최대 정전압 + 설계된 오프셋값)*설계된 증폭률
수학식 3:교정증폭룰=(Y-X)/(설계된 갭센서출력 최대값-설계된 갭센서출력 최소값)
수학식 4:교정오프셋=((증폭된 최대 정전압*X)-(증폭된 최소 정전압*Y))/(Y-X)
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정장치를 보여주는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정장치는 갭센서 출력부(300), 정전압 출력부(100), 증폭부(400), A/D컨버터부(500), 및 교정제어부(200)를 포함한다.
상기 갭센서 출력부(300)는 갭센서에서 측정된 자기부상열차와 레일간의 거리를 전기적 신호로 변환하여 증폭부(400)로 출력한다.
또한, 상기 갭센서는 비접촉 변위 센서라고도 하며, 프로브에 고주파코일을 이용하여 발생한 발생자계내에 도체가 접근했을 때 발생하는 와전류에 의해 프로브코일에 인덕턴스가 변화하여 발생하는 전류를 이용하여 상기 자기부상열차와 레일간의 거리를 전기적 신호로 변환한다.
상기 증폭부(400)은 상기 갭센서 출력부(300)로부터 입력된 신호를 사용자가 원하는 값으로 증폭한 후 A/D컨버터부(500)로 전송해준다.
상기 A/D컨버터부(500)는 상기 증폭부(400)에서 전송된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환한 후, 자기부상회로부(600)로 전송한다. 상기 자기부상회로부(600)에는 상기 자기부상열차의 부상제어에 필요한 회로 및 장치들로 이루어진다.
상기 정전압 출력부(100)는 상기 증폭부(400)로 시험전압을 출력하고 교정제어부(200)의 제어를 받는다.
상기 교정제어부(200)는 상기 갭센서 출력부(300) 또는 상기 정전압 출력부(100)를 상기 증폭부(400)에 스위칭한다.
또한, 상기 교정제어부(200)는 먼저, 상기 정전압 출력부(100)와 상기 증폭부(400)를 스위칭하여, 상기 증폭부(400)에서 출력되는 신호를 입력받아 상기 정전압 출력부(100)의 출력대비 상기 증폭부(400)의 출력을 이용하여 증폭률 및 오프셋 값을 도출하고, 다음, 상기 증폭률 및 오프셋값을 설계자가 처음 설계한 증폭률과 오프셋값과 비교하여 교정한 후 상기 갭센서 출력부(300)와 상기 증폭부(400)를 연결하여 자기부상 열차의 부상제어를 하게 된다.
종래에는 상기 교정제어부(200)와 상기 정전압 출력부(100)가 없었기 때문에 상기 증폭부(400)의 왜곡된 증폭률 및 오프셋 값을 교정하는데 어려움이 있었다.
따라서, 왜곡된 증폭률과 오프셋값을 자동으로 조정하여 유지보수의 비용을 감소시킬 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정방법은 먼저 자기부상 제어기의 교정제어부(200) 주기억 장치를 리셋하고(S1000), 보조기억장치로부터 설계자에 의해 설계된 센서출력의 최대/최소값, 증폭부 출력의 최대/최소값, 증폭률 및 오프셋 값을 로드한다(S2000).
다음, 정전압 출력부(100)와 증폭부(400)를 스위칭하고(S3000) 상기 정전압 출력부(100)의 최소 정전압을 상기 증폭부(400)로 출력한다(S4000).
또한, 상기 정전압 출력부(100)는 갭센서 출력부(300)와 상기 증폭부(400)를 연결하기 전에 상기 증폭부(400)와 연결되어 상기 증폭부(400)의 왜곡된 증폭률 및 오프셋 값을 교정하기 위한 시험전압을 출력하는 장치이다.
다음, 상기 증폭부(400)의 왜곡된 증폭률을 알아보기 위해 변수 X값을 구한다(S4100). 상기 변수 X값은 아래의 수학식 1에 의해 도출된다.
X=(증폭된 최소 정전압 + 설계된 오프셋값)*설계된 증폭률
다음, 상기 정전압 출격부(100)의 최대 정전압을 출력한다(S4200).
다음, 상기 증폭부의 왜곡된 증폭률을 알아보기 위해 변수 Y값을 구한다(S4300). 상기 변수 X값은 아래의 수학식 2에 의해 도출된다.
Y=(증폭된 최대 정전압 + 설계된 오프셋값)*설계된 증폭률
다음, 상기 변수 X값 및 Y값을 이용하여 교정 증폭률을 도출한다(S4700). 상기 교정 증폭률은 아래의 수학식 3에 의해 도출된다.
교정증폭룰=(Y-X)/(설계된 갭센서출력 최대값-설계된 갭센서출력 최소값)
그러나, 상기 단계 S4000과 S4200은 서로 순서가 바뀔 수 있음은 물론이다.
다음, 상기 설계된 증폭률을 상기 교정증폭률로 갱신한다(S4500).
다음, 상기 수학식 1과 상기 수학식 2를 연립하여 교정 오프셋 값을 도출한다(S4600). 상기 교정 오프셋 값은 아래의 수학식 4에 의해 도출된다.
교정오프셋=((증폭된 최대 정전압*X)-(증폭된 최소 정전압*Y))/(Y-X)
다음, 설계된 오프셋 값을 상기 교정 오프셋 값으로 갱신한다(S4700).
다음, 상기 증폭부(400)에서 출력되는 값이 상기 교정된 증폭률 및 오프셋 값으로 증폭되어 출력되는지 확인하기 위해 상기 증폭부(400)에 상기 정전압 출력 부(100)의 최소 정전압을 출력한 후(S5000), 증폭된 최소 정전압이 설계된 증폭부 출력의 최소값과 같은지 비교하여 다르다면 상기 S4000단계로 리턴하여 상기 교정 증폭률 및 교정 오프셋 값을 도출하는 과정을 반복하고, 상기 증폭된 최소 정전압이 설계된 증폭부 출력의 최소값과 같다면 다음 단계로 이동한다(S5200).
다음, 상기 증폭부(400)에 상기 정전압 출력부의 최대 정전압을 출력한 후(S5300), 증폭된 최대 정전압이 설계된 증폭부 출력의 최대값과 같은지 비교하여 다르다면 상기 S4200단계로 리턴하여 상기 교정 증폭률 및 교정 오프셋 값을 도출하는 과정을 반복하고, 상기 증폭된 최소 정전압이 설계된 증폭부 출력의 최소값과 같다면 다음 단계로 이동한다(S5400).
즉, 증폭률과 오프셋 값의 보정이 완료될 때까지 상기 과정들을 반복하게 되는 것이다.
다음, 상기 보조기억장치에 저장된 설계된 증폭률 및 설계된 오프셋 값을 상기 최종적으로 얻어진 교정 증폭률 및 교정 오프셋 값으로 갱신한다(S6000).
다음, 상기 갭센서 출력부(300)와 상기 증폭부(400)를 스위칭(S7000)한 후 자기부상열차의 부상제어를 시작한다.
따라서, 상기 증폭부(400)의 왜곡된 증폭률과 오프셋값을 자동으로 조정할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 자기부상제어기의 센서신호 입력단에 교정제어부를 연결하여 증폭부의 왜곡된 증폭률과 오프셋값을 자동으로 조정하여 유지보수의 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 갭센서 출력 값을 정확하게 증폭해줄 수 있으므로 부상 제어시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 자기부상열차와 레일간의 거리를 측정하여 전기적 신호로 변환한 센서출력 신호를 전송하는 갭센서 출력부;
    시험전압인 정전압을 출력하는 정전압 출력부;
    상기 갭센서 출력부 또는 정전압 출력부의 출력신호를 전송받아 증폭하는 증폭부;
    상기 증폭부로부터 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터부;
    상기 A/D컨버터부의 출력을 입력받아 증폭률 및 오프셋값을 교정하는 교정제어부를 포함하며,
    상기 교정제어부는 먼저 상기 정전압 출력부와 상기 증폭부를 연결하여 상기 증폭부의 증폭률 및 오프셋값을 조정하고 다음 상기 갭센서 출력부와 상기 증폭부를 연결하여 자기부상열차의 부상제어를 하는 것을 특징으로 하는 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정장치.
  2. 정전압 출력부와 증폭부를 스위칭하는 제 1 단계;
    상기 정전압 출력부의 최소 정전압 및 최대 정전압을 상기 증폭부로 출력하는 제 2 단계;
    상기 증폭부에 의해 증폭된 최소 정전압 및 최대 정전압을 이용하여 교정증 폭률을 도출하고 상기 도출된 교정증폭률을 상기 증폭부의 증폭률로 갱신하는 제 3 단계;
    상기 증폭부에의해 증폭된 최소 정전압 및 최대 정전압을 이용하여 교정오프셋값을 도출하고 상기 도출된 교정오프셋값을 상기 증폭부의 오프셋값으로 갱신하는 제 4 단계;
    상기 정전압 출력부의 최소 정전압 및 최대 정전압을 상기 증폭부로 출력하는 제 5 단계; 및
    상기 증폭부에의해 증폭된 최소 정전압 및 최대 정전압이 상기 갱신된 증폭률로 증폭되었는지 확인하여 상기 갱신된 증폭률로 증폭되었으면 갭센서 출력부와 상기 증폭부를 스위칭하고 종료하고, 상기 갱신된 증폭률로 증폭되지 않았으면 상기 제 2 단계로 리턴하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는:
    상기 정전압 출력부의 최소 정전압을 상기 증폭부로 출력하는 제 2-1 단계;
    아래의 수학식 1에 의해 변수 X값을 구하는 제 2-2 단계;
    상기 정전압 출력부의 최대 정전압을 상기 증폭부로 출력하는 제 2-3 단계; 및 아래의 수학식 2에 의해 변수 Y값을 구하는 제 2-4 단계를 포함하며,
    상기 제 3 단계의 교정증폭률은 아래의 수학식 3에 의해 도출하며,
    상기 제 4 단계의 교정오프셋값은 아래의 수학식 4에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 자기부상제어기의 센서신호 입력단 자동교정방법.
    수학식 1:X=(증폭된 최소 정전압 + 설계된 오프셋값)*설계된 증폭률
    수학식 2:Y=(증폭된 최대 정전압 + 설계된 오프셋값)*설계된 증폭률
    수학식 3:교정증폭룰=(Y-X)/(설계된 갭센서출력 최대값-설계된 갭센서출력 최소값)
    수학식 4:교정오프셋=((증폭된 최대 정전압*X)-(증폭된 최소 정전압*Y))/(Y-X)
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