KR20100056771A

KR20100056771A - 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법

Info

Publication number: KR20100056771A
Application number: KR1020080115741A
Authority: KR
Inventors: 임창식; 박석률; 윤성종; 장성동; 임채홍; 김태완
Original assignee: 캄텍주식회사
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-05-28
Also published as: EP2189639A2; EP2189639A3; EP2189639B1; US8337143B2; KR101004441B1; US20100124488A1

Abstract

본 발명은 모터를 사용하여 위치 제어를 수행하는 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법에 관한 것으로서, DC모터의 위치를 제어하는 가변전압제어부와, 과열된 DC모터를 냉각시키는 고정전압제어부를 포함하는 마이컴을 구성하고, 상기 마이컴에서 송출하는 PWM 듀티 신호를 통해 과전류를 검출하고, 그에 따라 DC모터의 과열을 판단함으로써, DC모터에 누적되는 열을 최소화하여 발열에 의한 DC모터의 성능 변화를 줄이고, 과전류로 인한 모터 구동회로의 파손 및 DC모터의 소손을 방지하며, 상기 DC모터의 소손으로부터 기어 및 기구부를 보호할 수 있는 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법에 관한 것이다.

전자식, 액츄에이터, 전류, 제어방법, PWM 듀티 신호, 가변전압제어부, 고정전압제어부

Description

전자식 액츄에이터의 전류 제어방법{Method for controlling electric current for actuator}

본 발명은 모터를 사용하여 위치 제어를 수행하는 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자식 액츄에이터에 있어서, 별도의 센싱장치 및 추가회로 없이 과전류로 인한 DC모터 및 모터 구동부의 손상 발생을 억제할 수 있는 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 목적하는 유체의 흐름을 제어하는 개방/폐쇄 동작의 개도치를 제어하여 밸브 또는 레버를 구동하기 위해, DC모터의 회전동작에 의한 기어 구조의 회전 상태에 따라 밸브 또는 레버를 개폐 제어하는 액츄에이터가 구비되어 있다.

이러한 액츄에이터는 별도의 PCB(Printed Circuit Board) 기판상에 실장된 마이컴과 신호적으로 결합되도록 되어 있는 바, 유체의 저장탱크나 유로에 설치된 각종의 센서에서 각각의 센싱 결과에 따라 인가되는 유량과 압력 및 온도 등의 계측치를 수집하고, 그 수집된 계측치에 의거하여 개도제어 데이터를 전송하게 되면, 상기 마이컴에서 그 개도제어 데이터를 수신받아 위치 제어, 즉 DC모터의 구동 정도를 결정하여 밸브 또는 레버를 개방 또는 폐쇄시키도록 하고 있다.

그런데, 이러한 액츄에이터를 지속적으로 구동 시, 외부적인 요인 등의 이유로 엔진 ECU의 명령에 따른 위치까지 도달하지 못한 경우, PID 제어에 의하여 전류값이 상승하게 되며, 이러한 과전류로 인하여 DC모터 및 모터 구동부에 손상이 발생하는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 종래의 액츄에이터의 과전류를 방지하는 방법으로서, 회로적으로 DC모터에 흐르는 전류를 센서장치를 이용하여 센싱한 다음, 과전류로 판정될 경우 스위치 등을 사용하여 DC모터에 흐르는 전류를 차단함으로써, DC모터와 DC모터를 구동하는 회로를 보호하는 제어방법을 사용하였다.

그런데, 이러한 방법은 전류를 모니터링하기 위한 회로와 이를 차단하기 위한 회로가 추가적으로 설치되어야 하며 이는 전자식 액츄에이터의 비용 증가로 이어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 모터를 사용하여 위치 제어를 수행하는 액츄에이터에 있어서, 추가적인 회로를 설치하지 않고 과전류로 인한 DC모터의 소손 및 모터 구동회로의 파손을 방지할 수 있는 제어로직을 구현하여 추가 회로 설치에 따른 비용을 줄이고, 액츄에이터의 구동부 손상을 방지할 수 있는 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법에 있어서,

엔진 ECU(100)로부터 위치 명령신호를 입력받아 PWM 듀티 신호로 변환하며, DC모터(12)의 위치를 제어하는 가변전압제어부(10a)와, 과열된 DC모터(12)를 냉각시키는 고정전압제어부(10b)를 포함하는 마이컴(10)을 통해 제어하되, 엔진 ECU(100)로부터 마이컴(10)에 전송되는 액츄에이터(13)의 상태에 대한 PWM 듀티 신호와 이에 상응하는 전류 패턴의 관계를 판단하는 단계와; 상기 DC모터(12)의 과전류를 검출하는 단계와; 과전류 지속 시간에 따라 DC모터(12)의 과열을 인식하여 상기 DC모터(12)로 인가되는 전류를 제어하는 단계와; 상기 DC모터(12)의 전류에 의한 상기 액츄에이터(13)의 정상 상태 여부를 판단하는 단계를 포함하여 구성된 것 을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 마이컴(10)은 DC모터(12)의 작동 상태에 따라 다음의 제어 주기에서 가변전압제어부(10a) 또는 고정전압제어부(10b)를 선택적으로 실행하는 것을 특징으로 한다.

상기 고정전압제어부(10b)는 DC모터(12)의 과전류 시, PWM 듀티비를 낮추어 과열된 DC모터(12)에 현재의 작동 위치를 유지하기 위한 적정 전류를 인가시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법에 의하면, 추가적인 회로의 구현 없이 과전류로 인한 DC모터의 소손을 방지할 수 있으며, 이로 인하여 기구적인 오동작 또는 센서의 오동작으로 인해 발생할 수 있는 오차에 보다 높은 신뢰성을 갖는 액츄에이터를 구현할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 전자식 액츄에이터의 전류 제어장치를 나타내는 블록 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 PWM 듀티 신호와 전류와의 관계를 나타내는 파형도이다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법의 가변전압제어부의 제어상태를 나타내는 플로우챠트이고, 도 4는 본 발명에 따른 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법의 고정전압제어부의 제어상태를 나타내는 플로우챠트이다.

첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 자동차를 포함한 기타 여러 장치에서 사용되는 통상의 전자식 액츄에이터(13)는, 엔진 ECU(100)로부터 위치 명령신호를 PWM 듀티 신호를 통해 전송받는 마이컴(10)으로부터 액츄에이터(13)를 구동하기 위하여 PID 제어로직에 의해 결정되는 PWM 듀티 신호를 받아 적정 전류 값으로 변환시키는 H-bridge 회로(11)와, 상기 H-bridge 회로(11)에서 송출되는 전류에 의해 구동되는 DC모터(12)와, 그리고 상기 DC모터(12)에 의해 작동하는 로드로 구성된다.

상기 마이컴(10)이 송출하는 신호는 PWM(Pulse Width Modulation) 듀티 신호이고, 상기 액츄에이터(13)의 상태를 마이컴(10)으로 송출하는 신호도 PWM 듀티 신호이다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예는, 상기 액츄에이터(13)에 내장되는 DC모터(12)의 과전류에 의한 과열 문제를 방지하기 위한 것으로서, DC모터(12)의 위치를 제어하는 가변전압제어부(10a)와, 과열된 DC모터(12)를 냉각시키는 고정전압제어부(10b)를 포함하는 마이컴(10)에 의하여 제어 가능한 바, 상기 마이컴(10)에서 송출되는 PWM 듀티 신호를 통하여 제어하고자 한다.

즉, 상기 액츄에이터(13)의 상태를 엔진 ECU(100)로부터 전송 받은 명령과 액츄에이터(13)의 위치센서 및 전류값에 대한 피드백 신호를 입력 받아 마이컴(10) 이 판단하며, 이를 다시 PWM 듀티 신호를 이용하여 엔진 ECU(100)에 송출하게 된다(도 2참조).

즉, 상기 액츄에이터(13)의 상태가 정상 상태일 경우, 현재 위치값을 PWM 듀티 신호로 엔진 ECU(100)에 전송하고, 비정상 상태일 경우, 각 에러에 해당하는 PWM신호를 전송하게 되는 것이다.

다시 말해서, 종래의 기술에서는, 상기 액츄에이터(13)의 DC모터(12)에 흐르는 전류를 별도의 센싱장치를 통해 센싱하여 상기 DC모터(12)의 과열 시 그 DC모터(12)에 흐르는 전류를 차단하는 방법을 사용하였으나, 본 발명에서는 전류를 센싱하는 별도의 센싱장치를 배제하고, 대신에 엔진 ECU(100)로부터 마이컴(10)에 전송되는 액츄에이터(13)의 상태에 대한 PWM 듀티 신호와 이에 상응하는 전류 패턴의 관계를 통해 판단하여 DC모터(12)의 과전류를 검출하고, 과전류 지속 시간에 따라 DC모터(12)의 과열을 인식하여 상기 DC모터(12)로 인가되는 전류를 제어하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가변전압제어부(10a)는 액츄에이터(13)의 위치 제어시에 사용자가 원하는 정상적인 위치로 제어될 경우 주기적으로 실행된다.

그런데, 상기 액츄에이터(13)의 위치 제어시에 정상적인 위치로 제어되지 않을 경우, 위치 제어기에서 위치 에러에 비례하여 전압 명령이 증가하고, DC모터(12)에는 전압 명령에 비례하여 전압이 상승하여 과전류가 발생하게 된다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 액츄에이터(13)의 위치가 정상 상태에 도달하지 않을 경우, 과전류로 인한 DC모터(12)의 과열로 판단하게 되는 바, 일반 적으로 모터 제어나 전압 제어에 사용되는 PWM 듀티 신호를 이용하여 판단하도록 구성되므로 추가적인 회로의 구성이 필요하지 않도록 구현되는 장점이 있다.

다시 말해서, 일정 PWM 듀티비(duty ratio) 이상의 전류가 인가되면 과전류로 판단하고, 과전류가 나타난 시간이 설정된 기준 시간을 초과하였는지 판단하여 상기 기준 시간을 초과한 경우, 상기의 과전류로 인하여 DC모터(12)가 과열된 것으로 판단하게 되는 바, 이와 같이 상기 DC모터(12)가 과열된 것으로 판단될 경우, 다음의 제어 주기에서 DC모터(12)의 냉각을 위하여 고정전압제어부(10b)를 실행하게 되고, 설정된 기준 시간을 초과하지 않은 경우에는 DC모터(12)의 정상적인 위치 제어를 수행하는 가변전압제어부(10a)를 그대로 실행하게 된다.

상기 가변전압제어부(10a)를 실행한 상태에서, 액츄에이터(13)의 위치가 정상 상태에 도달하지 않아 과전류로 인한 DC모터(12)의 과열 상태로 판단될 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 고정전압제어부(10b)를 실행하게 되는 바, 상기 고정전압제어부(10b)가 실행된 상태에서, 고정전압제어기는 과전류로 인하여 과열된 DC모터(12)에 현재의 작동위치를 유지하기 위한 전류만을 인가시키게 되는 바, PWM 듀티비를 낮추어서 DC모터(12)에 적정 전류를 인가하게 된다.

이와 같은 DC모터(12)의 냉각 작업을 수행하여 DC모터(12)의 냉각 시간이 설정된 기준 시간을 초과했는지 판단하여 그 기준 시간을 초과한 경우, 고정전압제어부(10b)는 이를 DC모터(12)의 냉각 작업이 정상적으로 수행된 것으로 판단하게 된다.

이와 같이 상기 DC모터(12)가 정상 상태로 판단될 경우, 다음의 제어 주기에 서 가변전압제어부(10a)를 실행하게 되고, 반면에 DC모터(12)의 냉각 시간이 설정된 기준 시간을 초과하지 않은 경우, DC모터(12)의 냉각 작업이 비정상적으로 수행된 경우라고 판단하여 다음의 제어 주기에서 고정전압제어부(10b)를 그대로 실행하게 된다.

즉, 액츄에이터(13)의 작동 위치가 정상 상태에 도달하게 될 경우, 다음 제어 주기에 가변전압제어부(10a)를 실행하여 액츄에이터(13)의 위치 제어를 정상적으로 수행하고, 정상 상태가 아닌 경우, 일정 시간 동안 DC모터(12)를 재냉각시키는 가변전압제어부(10a)를 그대로 실행하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 전자식 액츄에이터(13)의 전류 제어방법은 마이컴(10)의 PWM 듀티 신호를 통해 과전류를 판단하고, 과전류 지속 시간이 설정된 기준 시간을 초과한 경우, PWM 듀티비(duty ratio)를 저감시켜 DC모터(12)에 적정 전류를 인가시킴으로써, DC모터(12)의 과열로 인한 전자식 액츄에이터(13)의 고장을 방지할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 전자식 액츄에이터의 전류 제어장치를 나타내는 블록 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 PWM 듀티 신호와 전류와의 관계를 나타내는 파형도,

도 3은 본 발명에 따른 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법의 가변전압제어부의 제어상태를 나타내는 플로우챠트,

도 4는 본 발명에 따른 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법의 고정전압제어부의 제어상태를 나타내는 플로우챠트이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 마이컴 11 : H-bridge 회로

12 : DC모터 13 : 액츄에이터

Claims

전자식 액츄에이터의 전류 제어방법에 있어서,

엔진 ECU(100)로부터 위치 명령신호를 입력받아 PWM 듀티 신호로 변환하며, DC모터(12)의 위치를 제어하는 가변전압제어부(10a)와, 과열된 DC모터(12)를 냉각시키는 고정전압제어부(10b)를 포함하는 마이컴(10)을 통해 제어하되, 엔진 ECU(100)로부터 마이컴(10)에 전송되는 액츄에이터(13)의 상태에 대한 PWM 듀티 신호와 이에 상응하는 전류 패턴의 관계를 판단하는 단계와;

상기 DC모터(12)의 과전류를 검출하는 단계와;

과전류 지속 시간에 따라 DC모터(12)의 과열을 인식하여 상기 DC모터(12)로 인가되는 전류를 제어하는 단계와;

상기 DC모터(12)의 전류에 의한 상기 액츄에이터(13)의 정상 상태 여부를 판단하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자식 액츄에이터의 전류 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 마이컴(10)은 DC모터(12)의 작동 상태에 따라 다음의 제어 주기에서 가변전압제어부(10a) 또는 고정전압제어부(10b)를 선택적으로 실행하는 것을 특징으로 하는 전자식 액츄에이터의 전류 제어장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 고정전압제어부(10b)는 DC모터(12)의 과전류 시, PWM 듀티비를 낮추어 과열된 DC모터(12)에 현재의 작동 위치를 유지하기 위한 적정 전류를 인가시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전자식 액츄에이터의 전류 제어장치.