KR20110017725A

KR20110017725A - Motor controlling apparatus for compensating backlash

Info

Publication number: KR20110017725A
Application number: KR1020090075341A
Authority: KR
Inventors: 허욱열
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-02-22
Also published as: KR101053205B1

Abstract

PURPOSE: A motor controller with a backlash compensating function is provided to compensate backlash by modeling backlash occurring between a gear and a load in the driving of a motor and generating a disturbance signal. CONSTITUTION: A motor controller with a backlash compensating function comprises a backlash unit(120), a motor unit(110), a gear unit(105), a disturbance observer(140), and a feedback line(150). The backlash unit models backlash occurring between a gear and a load(130) into a disturbance signal(d). The motor unit receives reference voltage(R) and outputs displacement. The gear unit processes the displacement into a gear ratio and creates an output signal. The disturbance observer provides an observation signal about the backlash by comparing the reference voltage with the output signal of the gear unit. The feedback line adjusts the reference voltage through feedback of the observation signal.

Description

Motor controlling apparatus with backlash compensation function

본 발명은 백래쉬 보상 기능을 갖는 모터 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기어에서 나타나는 비선형 요소인 백래쉬를 외부 외란으로 정의하고 외란을 관측하여 보상하는 모터 제어 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a motor control apparatus having a backlash compensation function, and more particularly, to a motor control apparatus that defines a backlash, which is a nonlinear element appearing in a gear, as external disturbance and observes and compensates for the disturbance.

최근에 로봇 산업이 발전함에 따라, 종래의 기계자동화를 위한 로봇 등 단순한 동작을 반복하는 로봇보다 더욱 활동적이고 세밀한 동작을 할 수 있는 로봇 등을 개발되기에 이르렀다. 예컨데, 인간의 형태로 형성되어 인간의 동작을 따라할 수 있는 로봇인 '휴머노이드 로봇'등이 그 일 예라 할 수 있다. 이에, 로봇이 세밀한 동작을 하기 위해서는 기어를 통하여 동력을 제공하는 모터와 기계적인 장치로 구성된 각 관절과 이러한 기계장치를 정밀하게 제어하기 위해 모터의 동력발생량을 제어하는 제어부가 필수적으로 마련되어야 한다. Recently, with the development of the robot industry, robots that can perform more active and detailed operations than robots that repeat simple operations, such as robots for conventional machine automation, have been developed. For example, a humanoid robot, which is formed in a human form and can follow a human motion, may be an example. Thus, in order to precisely control the robot, each joint composed of a motor and a mechanical device that provides power through a gear and a control unit for controlling the power generation of the motor must be provided to precisely control the mechanical device.

여기서, 이론적으로는 제어부에 제어를 받은 모터는 요구되는 동력을 발생하여 로봇이 요구되는 동작을 하도록 하는 것이 이상적이라 할 것이나, 동력의 전달 과정에서 기구적인 요인, 외부 요인 등에 의해 로봇의 세밀한 동작을 방해하는 요소가 발생하였다. 대부분 이러한 요소들은 비선형적 특성을 지니며, 기어 사이에 존재하는 대표적인 비선형 요소는 백래쉬(Backlash)가 있다. 백래쉬는 시스템의 궤적 추종 오차 및 진동을 유발시키는 것으로, 로봇의 정확도 및 안정도를 저하시킨다. Theoretically, the motor controlled by the controller should ideally generate the required power so that the robot can perform the required motion. However, the detailed motion of the robot can be controlled by mechanical or external factors during the power transmission process. Interfering elements have occurred. Most of these elements are non-linear, and the representative non-linear element that exists between gears is backlash. Backlash causes the tracking tracking error and vibration of the system, which reduces the accuracy and stability of the robot.

한편, 백래쉬와 같은 비선형 요소를 보상하기 위한 방안으로, 다양한 알고리즘이 제시되었으나, 고전 제어 알고리즘에 따른 비선형 요소의 보상 방법은 제어 시스템의 파라미터 변화 및 모델링 오차로 인해 정확한 제어가 어려우며, 현대의 제어 알고리즘은 복잡성으로 인해 실제 시스템에 적용하기가 어렵다는 문제점이 있었다. On the other hand, various algorithms have been proposed to compensate for nonlinear elements such as backlash, but the compensation method for nonlinear elements according to the classical control algorithm is difficult to control accurately due to parameter change and modeling error of the control system. Has a problem that it is difficult to apply to the actual system due to the complexity.

또한, 백래쉬의 다른 보상 방안으로, 플랜트의 공칭 모델과 그 역모델을 이용한 외란 관측기가 제안되었다. 하지만 종래의 외란 관측기를 설계하는데 있어서, 대상 모터의 내부 궤환 루프에 의해 역모델을 실현하는 것의 어려움과 비선형 요소인 비선형 요소인 백래쉬가 제어 시스템에 미치는 영향을 파악하기 어려워 백래쉬에 따른 외란을 보상하는데 한계가 있었다. In addition, as an alternative compensation method for backlash, a disturbance observer using a nominal model of a plant and its inverse model has been proposed. However, in designing the conventional disturbance observer, it is difficult to grasp the difficulty of realizing the inverse model by the internal feedback loop of the target motor and the effect of the backlash, which is a nonlinear element, which is a nonlinear element, on the control system. There was a limit.

그리고, 종래에는 모터 제어 시스템은 기준 입력으로 전류를 인가하는 토크 제어를 주로 하고 있으나, 이는 모터 구동을 위해 필요한 적정 전류를 제공하기 위해 작업자가 별도의 전류 센서를 이용하여 전류를 조절해주어야 하는 번거로움이 있었다. In the related art, the motor control system mainly uses torque control to apply a current as a reference input. However, the motor control system requires an operator to adjust the current using a separate current sensor in order to provide a proper current required for driving the motor. There was this.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 비선형성 요소인 백래쉬를 외부에서 가해지는 외란 신호로 모델링하고, 이를 외란 관측자를 이용하여 보상함으로써 모터를 정확하게 구동할 수 있는 모터 제어 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above-described problems, an object of the present invention is to model the backlash as a non-linear element as a disturbance signal applied from the outside, and compensates this by using a disturbance observer motor that can accurately drive the motor It is for providing a control device.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 외부에서 제공되는 기준 전압을 이용하여 제어함으로써 전류 센서 없이 모터 구동을 위해 필요한 적정 전류를 공급하여 모터의 위치를 제어할 수 있는 모터 제어 장치를 제공하기 위한 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a motor control apparatus that can control the position of the motor by supplying the appropriate current necessary for driving the motor without a current sensor by controlling by using a reference voltage provided from the outside.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 외란 관측기의 연산 과정을 간략화함으로써 마이크로 프로세서를 통해 실시간 연산 처리할 수 있는 모터 제어 장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a motor control apparatus capable of real-time calculation processing through a microprocessor by simplifying the calculation process of the disturbance observer.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치는, 기어와 부하 간에 발생하는 백래쉬를 외란 신호로 모델링하고, 모델링된 백래쉬에 대한 외란 신호를 제공하는 백래쉬부, 외부로부터 기준 전압을 제공받아 각 변위를 출력하는 모터부, 상기 모터부에서 출력된 상기 각 변위를 제공받아 소정의 기어비로 처리하여 출력 신호를 생성하는 기어비, 상기 기준 전압과 상기 기어비의 출력 신호를 비교하여 백래쉬에 대한 관측 신호를 제공하는 외란 관측기 및 상기 외란 관측기를 통해 관측된 관측 신호를 피드백시켜 상기 기준 전압을 조정하 도록 하는 피드백 라인을 포함한다. Motor control apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the backlash generated between the gear and the load as a disturbance signal, the backlash unit for providing a disturbance signal for the modeled backlash, from the outside A motor unit receiving a reference voltage and outputting each displacement, a gear ratio receiving the displacement output from the motor unit and processing the predetermined gear ratio to generate an output signal, and comparing the output signal of the reference voltage and the gear ratio A disturbance observer providing an observation signal for backlash and a feedback line for feeding back the observation signal observed through the disturbance observer to adjust the reference voltage.

또한, 상기 모터부는 상기 기준 전압을 전류로 변환하는 전류 변환부, 상기 변환된 전류에 비례하는 토크를 출력하는 토크부, 상기 토크부를 통해 출력되는 토크에서 상기 백래쉬부로부터 제공되는 상기 외란 신호를 감산하여 토크 수정값을 출력하는 제1 감산기, 상기 제1 감산기를 통해 출력되는 토크 수정값에 의해 구동되어 각속도로 회전하는 회전부, 상기 회전부의 각속도를 적분하여 상기 각 변위를 출력하는 적분기, 상기 회전부의 각속도에 역기전력 상수를 인가하여 역기전력 전압을 출력하는 역기전력부 및 상기 기준 전압에서 상기 역기전력 전압을 감산하여 감산 결과값을 상기 전류 변환부에 제공하는 제2 감산기를 포함할 수 있다.The motor unit may subtract the disturbance signal provided from the backlash unit from a current converter converting the reference voltage into a current, a torque unit outputting a torque proportional to the converted current, and a torque output from the torque unit. A first subtractor for outputting a torque correction value, a rotary part driven by a torque correction value output through the first subtractor, rotating at an angular speed, an integrator for integrating the angular speed of the rotary part to output the angular displacement, and the rotary part. And a second subtractor configured to apply a counter electromotive force constant to an angular velocity to output a counter electromotive voltage, and to subtract the back electromotive voltage from the reference voltage to provide a subtraction result value to the current converter.

본 모터 제어 장치에서 상기 외란 관측기는 상기 기준 전압을 제공받아 상기 기준 전압에서 외란 신호를 검출하는 플랜트 모델링부, 상기 기어비로부터 출력되는 출력 신호에서 고주파 성분을 제거하고 외란 성분을 검출하는 필터링 플랜트 역모델링부 및 상기 플랜트 모델링부에서 제공되는 외란 신호에서, 상기 필터링 플랜트 역모델부에서 제공되는 외란 성분을 감산하여 상기 백래쉬에 대한 관측 신호를 출력하는 감산기를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 외란 신호는 상기 모델링된 백래쉬에 따라 상기 기어에서 상기 부하로 전달되는 토크 신호인 것이 바람직하다. In the motor control apparatus, the disturbance observer is a plant modeling unit receiving the reference voltage to detect a disturbance signal at the reference voltage, and a filtering plant reverse modeling to remove high frequency components from the output signal output from the gear ratio and detect disturbance components. And a subtractor for outputting an observation signal for the backlash by subtracting the disturbance component provided by the filtering plant inverse model unit from the disturbance signal provided by the unit and the plant modeling unit. In this case, the disturbance signal is preferably a torque signal transmitted from the gear to the load according to the modeled backlash.

한편, 상기 플랜트 모델링부는 상기 전류 변환부, 상기 토크부, 상기 제2 감 산기 및 상기 역기전력부로 구성된 플랜트의 전달함수의 형태로, 아래의 수학식으로 모델링될 수 있다. On the other hand, the plant modeling unit in the form of a transfer function of the plant consisting of the current converter, the torque unit, the second subtractor and the counter electromotive force, it can be modeled by the following equation.

여기서 c₁, c₂, …, c_q 및 d₁, d₂, …, d_p는 상기 전류 변환부, 상기 토크부, 상기 역기전력부 및 상기 제2 감산기에 대한 파라미터 입력값이며, p 및 q는 3~5 범위의 수이다. Where c ₁ , c ₂ ,... , c _q And d ₁ , d ₂ ,. , d _p is a parameter input value for the current converter, the torque unit, the back EMF unit and the second subtractor, p and q is a number in the range of 3-5.

또한, 상기 필터링 플랜트 역모델링부는 상기 회전부, 상기 적분기, 상기 기어비, 상기 백래쉬부 및 상기 부하로 구성된 플랜트의 전달함수에서 분모와 분자의 위치를 바꾸어 역모델링한 것으로, 아래의 수학식으로 모델링될 수 있다. In addition, the filtering plant inverse modeling unit is a reverse modeling by changing the position of the denominator and the numerator in the transfer function of the plant consisting of the rotating unit, the integrator, the gear ratio, the backlash unit and the load, it can be modeled by the following equation have.

여기서 c₁, c₂, …, c_q 및 d₁, d₂, …, d_p는 상기 회전부, 상기 적분기, 상기 기어비, 상기 백래쉬부 및 상기 부하에 대한 파라미터 입력값이며, p 및 q는 3~5 범위의 수이다.Where c ₁ , c ₂ ,... , c _q And d ₁ , d ₂ ,. , d _p are parameter input values for the rotating part, the integrator, the gear ratio, the backlash part and the load, and p and q are numbers in the range of 3-5.

본 발명에 따르면, 모터 구동시 기어와 부하 간에 발생하는 백래쉬를 모델링 하고 그에 따른 외란 신호를 생성하여 외부 외란으로 적용함으로써, 비선형 요소인 백래쉬를 보상할 수 있게 된다. According to the present invention, by modeling the backlash generated between the gear and the load when the motor is driven and generates a disturbance signal according to the external disturbance, it is possible to compensate for the backlash as a nonlinear element.

또한, 외란 관측기를 통해 모터 제어 장치에서 발생하는 외란을 관측하고 보상해줌으로써 모터의 구동을 보다 정확하게 제어할 수 있게 된다. 그리고, 외란 관측기의 연산 과정을 간략화하여 마이크로 프로세서를 통해 연산 가능한 형태로 구현할 수 있게 된다. In addition, it is possible to more accurately control the driving of the motor by observing and compensating for disturbances generated by the motor control apparatus through the disturbance observer. In addition, the calculation process of the disturbance observer can be simplified and implemented in a form that can be calculated through a microprocessor.

또한, 모터 구동을 위한 기준 입력을 전압 형태로 제공하고, 이를 전류로 변환해줌으로써 적정 전류를 모터에 구동할 수 있게 되며, 별도의 전류 센싱 작업이 필요없게 되어 작업자의 편의성이 향상된다. In addition, by providing a reference input for driving the motor in the form of a voltage, by converting it into a current it is possible to drive a proper current to the motor, and no need for a separate current sensing operation to improve the operator's convenience.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치를 나타내는 블럭도이다. 도 1에 도시된 모터 제어 장치(100)는 비교기(101), 모터부(110), 기어비(105), 백래쉬부(120), 감산기(107), 부하(130) 및 외란 관측기(140)를 포함한다. 1 is a block diagram illustrating a motor control apparatus according to an exemplary embodiment. The motor control apparatus 100 illustrated in FIG. 1 includes a comparator 101, a motor unit 110, a gear ratio 105, a backlash unit 120, a subtractor 107, a load 130, and a disturbance observer 140. Include.

모터부(110)는 외부로부터 기준 전압(R)을 제공받아, 그 기준 전압(R)을 처리하여 모터 회전에 따른 각 변위를 출력한다. 기어비(105)는 모터부(110)를 통해 전달되는 각 변위를 소정의 기어비로 처리하여 그에 따른 출력 신호를 생성하며, 그 출력 신호를 통해 기어(미도시)를 구동시킨다. 이 경우, 모터부(110)는 일반적으로 DC 모터일 수 있으며, AC 모터가 이용될 수도 있다.The motor unit 110 receives the reference voltage R from the outside, processes the reference voltage R, and outputs each displacement according to the rotation of the motor. The gear ratio 105 processes each displacement transmitted through the motor unit 110 to a predetermined gear ratio to generate an output signal accordingly, and drives a gear (not shown) through the output signal. In this case, the motor unit 110 may generally be a DC motor, and an AC motor may be used.

백래쉬부(120)는 모터 회전에 따라 기어가 구동하는 동안 기어와 부하(130) 간의 백래쉬에 따른 외란 신호(d)를 산출한다. 이를 위해, 기어와 부하(130) 간의 백래쉬를 외부에서 가해지는 외란 신호로 모델링하고, 모델링된 백래쉬에 따른 토크 신호를 산출한다. 이 경우, 토크 신호는 모델링된 백래쉬를 거쳐 기어에서 부하(130)로 전달되는 토크를 의미한다. 또한, 백래쉬부(120)는 상기의 토크 신호를 외부에서 인가되는 외란 신호(d)로써 모터부(110)에 전달한다. The backlash unit 120 calculates the disturbance signal d according to the backlash between the gear and the load 130 while the gear is driven as the motor rotates. To this end, the backlash between the gear and the load 130 is modeled as a disturbance signal applied from the outside, and the torque signal according to the modeled backlash is calculated. In this case, the torque signal refers to the torque transmitted from the gear to the load 130 via the modeled backlash. In addition, the backlash unit 120 transmits the torque signal to the motor unit 110 as a disturbance signal (d) applied from the outside.

백래쉬부(120)는 외란 신호(d)를 부하(130)에 전달하여 부하(130)를 구동시킨다. 이 과정을 통해, 부하(130)에서 출력되는 출력 신호(y)는 외부로 출력됨과 동시에 감산기(107)에 전달되어 백래쉬부(120)로 다시 피드백될 수 있다. 이는, 부하(130) 구동시 발생하는 외란을 측정하기 위한 것이다. The backlash unit 120 transmits the disturbance signal d to the load 130 to drive the load 130. Through this process, the output signal y output from the load 130 may be output to the outside and transmitted to the subtractor 107 and fed back to the backlash unit 120. This is to measure disturbances generated when driving the load 130.

외란 관측기(140)는 기준 전압(R) 및 모터부(110)에 후속하여 연결된 기어비(105)의 출력 신호를 수신한다. 그리고, 기준 전압(R)과 기어비(105)의 출력 신호를 비교하여 모터 제어 장치(100)에서 발생하는 외란(특히, 백래쉬로 인해 발생하는 외란)을 관측하고, 그 관측 결과를 관측 신호로 출력한다. The disturbance observer 140 receives an output signal of the gear ratio 105 connected to the reference voltage R and the motor unit 110. Then, by comparing the output signal of the reference voltage (R) and the gear ratio 105 to observe the disturbance (especially disturbance caused by the backlash) generated in the motor control device 100, and outputs the observation result as an observation signal do.

이 관측 신호는 외란 관측기(140)와 연결된 피드백 라인(150)을 통해 비교 기(101)로 입력된다. 이에 따라, 외부로부터 제공되는 기준 입력(R)에서 관측 신호가 감산되어 모터부(110)에 전달됨으로써, 모터 제어 장치(100)에서 발생하는 외란을 보상해줄 수 있게 된다. The observation signal is input to the comparator 101 through a feedback line 150 connected to the disturbance observer 140. Accordingly, the observation signal is subtracted from the reference input R provided from the outside and transmitted to the motor unit 110, thereby compensating for the disturbance generated in the motor control apparatus 100.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 모터 제어 장치에서 백래쉬 모델링에 따른 토크 신호 생성 방법을 나타내는 도면이다. 도 2a는 기어(1)와 부하(2) 사이에 존재하는 백래쉬를 모델링하는 방법을 나타내는 도면이며, 도 2b는 모델링된 백래쉬에 따른 기어와 부하 사이의 토크를 그래프화한 도면이다. 2A and 2B are diagrams illustrating a torque signal generation method according to backlash modeling in the motor control apparatus shown in FIG. 1. FIG. 2A is a diagram illustrating a method of modeling the backlash existing between the gear 1 and the load 2, and FIG. 2B is a graph of torque between the gear and the load according to the modeled backlash.

백래쉬(bl)란 기어(1)와 부하(2) 사이에 존재하는 공극에 의한 놀음으로, 이러한 백래쉬(bl)는 모터에서 발생된 토크가 기어(1)를 통해 부하(2)로 전달되는지 여부에 따라 데드존(dead zone) 모델로 설명될 수 있다. Backlash (bl) is a play by the gap between the gear (1) and the load (2), such backlash (bl) is whether the torque generated in the motor is transmitted to the load (2) through the gear (1) This can be described as a dead zone model.

도 2a에 도시된 것과 같이, 비선형 비틀림 스프링으로 기어(1)를 모델링하고, 비선형 비틀림 스프링에 대한 축의 강성(k)을 통해 부하(2)로 토크가 전달되는 구조를 갖는다. 이 같은 구조에서 기어(1)와 부하(2) 사이의 상대 변위와 백래쉬(bl) 크기에 따라 기어(1)에서 부하(2)로의 토크 전달 여부가 결정될 수 있다. As shown in FIG. 2A, the gear 1 is modeled with a nonlinear torsional spring, and the torque is transmitted to the load 2 through the stiffness k of the axis with respect to the nonlinear torsional spring. In such a structure, whether or not torque is transmitted from the gear 1 to the load 2 may be determined according to the relative displacement between the gear 1 and the load 2 and the magnitude of the backlash bl.

또한, 부하(2)로 전달되는 토크는 기어(1)가 부하(2)에 접촉되었는지 여부에 따라 다른 값을 가지게 된다. 구체적으로, 기어(1)와 부하(2)가 서로 떨어져 있을 때, 즉, 도 2a에 도시된 것과 같은 상태일 때는, 부하(2)로 전달되는 토크는 0이 된다. 이는, 기어(1)와 부하(2) 간의 상대 변위가 백래쉬(bl)보다 작은 경우에, 기어(1)가 백래쉬(bl)보다 작은 구간을 이동하게 되므로 부하(2)로 전달되는 토크는 0이 된다. The torque transmitted to the load 2 also has a different value depending on whether the gear 1 is in contact with the load 2. Specifically, when the gear 1 and the load 2 are separated from each other, that is, in a state as shown in FIG. 2A, the torque transmitted to the load 2 becomes zero. This means that when the relative displacement between the gear 1 and the load 2 is smaller than the backlash bl, the torque transmitted to the load 2 is zero since the gear 1 moves in a section smaller than the backlash bl. Becomes

반면, 기어(1)와 부하(2)가 접촉하여 일 방향으로 이동할 때는, 소정의 값을 갖는 토크가 부하(2)로 전달된다. 이는, 기어(1)과 부하(2) 간의 상대 변위가 백래쉬(bl) 크기보다 큰 경우에, 기어(1)가 백래쉬(bl)보다 큰 구간을 이동하게 되므로, 부하(2)로 특정값을 갖는 토크가 전달된다. On the other hand, when the gear 1 and the load 2 contact each other and move in one direction, a torque having a predetermined value is transmitted to the load 2. This means that when the relative displacement between the gear 1 and the load 2 is greater than the magnitude of the backlash bl, the gear 1 moves a section larger than the backlash bl, so that the load 2 has a specific value. Torque is transmitted.

기어(1)를 통해 부하(2)로 전달되는 토크는 다음과 같은 수학식 1 내지 3을 통해 얻어질 수 있다. The torque transmitted to the load 2 through the gear 1 can be obtained through the following equations (1) to (3).

수학식 1 내지 3에서, T_L은 기어(1)를 통해 부하(2)로 전달되는 토크, θ_m은 모터의 회전각도, θ_L은 부하(2)의 회전각도, θ_G는 기어(1)의 회전각도, β는 기어(1)와 부하(2) 간의 상대 변위, N은 기어비, bl은 백래쉬이며, k는 축의 강성 계수를 나타낸다. In Equations 1 to 3, T _L is the torque transmitted to the load 2 through the gear 1, θ _m is the rotation angle of the motor, θ _L is the rotation angle of the load 2, θ _G is the gear (1) Is the relative displacement between the gear 1 and the load 2, N is the gear ratio, bl is the backlash, and k is the stiffness coefficient of the axis.

도 2a에 도시된 방법을 통해 백래쉬를 모델링하고, 모델링된 백래쉬를 수학식 1 내지 3에 적용하여 도 2b에 도시된 것과 같은 그래프를 얻을 수 있다. 도 2b는 백래쉬(bl)에 따라 부하(2)에 전달되는 토크(T_L)를 그래프화 것이다. 이렇게 얻어진 토크(T_L) 신호를 도 1에 도시된 것과 같이, 모터부(110)에 제공하게 된다. 이에 따라, 모터부(110)는 토크(T_L) 신호를 외부에서 가해지는 외란 신호(d)로 입력받게 된다. The backlash may be modeled through the method illustrated in FIG. 2A, and the modeled backlash may be applied to Equations 1 to 3 to obtain a graph as illustrated in FIG. 2B. 2b will graph the torque T _L transmitted to the load 2 according to the backlash bl. The torque T _L signal thus obtained is provided to the motor unit 110 as shown in FIG. 1. Accordingly, the motor unit 110 receives the torque T _L signal as a disturbance signal d applied from the outside.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 비선형 요소인 백래쉬를 모델링하여 외란 신호를 생성하는 것으로, 결과적으로, 모터부(110)에 비선형 요소를 포함하는 외란 신호를 제공하여, 그에 대한 외란을 보상할 수 있도록 한다. 2A and 2B, by generating a disturbance signal by modeling a backlash as a nonlinear element, as a result, a disturbance signal including the nonlinear element is provided to the motor unit 110, thereby compensating for the disturbance thereof. Do it.

도 3은 도 1에 도시된 모터 제어 장치의 구성을 구체화한 도면이다. 도 3에 도시된 모터 제어 장치(100')는 도 1에 도시된 모터 제어 장치(100)와 동일한 것으로, 모터부(110), 백래쉬부(120) 및 외란 관측기(140)의 구성을 구체화한 것이다. 따라서, 모터부(110), 백래쉬부(120) 및 외란 관측기(140)에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the motor control apparatus illustrated in FIG. 1. The motor control apparatus 100 ′ shown in FIG. 3 is the same as the motor control apparatus 100 shown in FIG. 1, and the configuration of the motor unit 110, the backlash unit 120, and the disturbance observer 140 is detailed. will be. Therefore, the motor unit 110, the backlash unit 120 and the disturbance observer 140 will be described in more detail.

모터부(110)는 제1 감산기(111a), 제2 감산기(111b), 전류 변환부(113), 토크부(115), 회전부(117) 및 역기전력부(119) 및 적분기(103)를 포함한다. The motor unit 110 includes a first subtractor 111a, a second subtractor 111b, a current converter 113, a torque unit 115, a rotating unit 117, a counter electromotive unit 119, and an integrator 103. do.

전류 변환부(113)는 모터부(110)에 입력되는 기준 전압(R)을 전류로 변환하는 역할을 한다. 구체적으로, 전류 변환부(113)는 임피던스 1/Ls+R에 대한 전달함수 형태로 표현되어, 기준 전압(R)을 전류로 변환시킨다. The current converter 113 converts the reference voltage R input to the motor unit 110 into a current. Specifically, the current converter 113 is expressed in the form of a transfer function for impedance 1 / Ls + R to convert the reference voltage R into a current.

토크부(115)는 전류 변환부(110)를 통해 전달되는 전류에 토크 상수(k_t)를 인가하여, 변환된 전류에 비례하는 토크를 출력한다. The torque unit 115 applies a torque constant k _t to the current transmitted through the current converter 110, and outputs a torque proportional to the converted current.

한편, 제2 감산기(111b)는 토크부(115)에서 전달되는 토크에서 백래쉬부(120)로부터 제공되는 외란 신호(d)를 감산하여, 그에 대한 토크 수정값을 출력한다. Meanwhile, the second subtractor 111b subtracts the disturbance signal d provided from the backlash unit 120 from the torque transmitted from the torque unit 115 and outputs a torque correction value thereof.

회전부(117)는 제어 대상을 지칭하는 것으로, 모터가 될 수 있다. 이 회전 부(117)는 제2 감산기(111b)를 통해 출력되는 토크 수정값에 의해 구동되며, 토크 수정값에 대응되는 각속도로 회전하게 된다. The rotating unit 117 refers to a control object and may be a motor. The rotating unit 117 is driven by the torque correction value output through the second subtractor 111b, and rotates at an angular speed corresponding to the torque correction value.

역기전력부(119)는 회전부(117)의 각속도에 역기전력 상수를 인가하여 역기전력 전압을 출력한다. 그리고, 출력된 역기전력 전압을 제1 감산기(111a)에 전달한다. The back EMF unit 119 outputs a back EMF voltage by applying a back EMF constant to the angular velocity of the rotating unit 117. Then, the output counter electromotive voltage is transferred to the first subtractor 111a.

제1 감산기(111a)는 기준 전압(R)에서 역기전력부(119)로부터 전달받은 역기전력 전압을 감산하여 감산 결과값을 생성한다. 이 경우, 감산 결과값은 백래쉬부(120)에서 제공된 외란 신호에 의해 회전부(117)의 구동에 오차가 발생하는 것을 보상해주기 위한 것으로, 전류 제어부(113)에 제공된다. The first subtractor 111a subtracts the back EMF voltage received from the back EMF unit 119 from the reference voltage R to generate a subtraction result. In this case, the subtraction result value is provided to the current controller 113 to compensate for an error in driving of the rotating unit 117 by the disturbance signal provided from the backlash unit 120.

한편, 적분기(103)는 모터부(110)의 회전부(117)에 의해 각속도가 출력되면, 이 각속도를 적분하여 각 변위로 변환한다. 그리고, 기어비(105)를 통해 각변위를 소정의 기어비로 처리하여 그에 따른 출력 신호를 생성한다. On the other hand, the integrator 103, when the angular velocity is output by the rotating unit 117 of the motor unit 110, integrates the angular velocity and converts it into angular displacement. Then, the gear ratio 105 processes the angular displacement at a predetermined gear ratio to generate an output signal accordingly.

백래쉬부(120)는 모터부(110)의 기어비(105)에서 출력되는 출력 신호를 제공받아 외란 신호(d)를 출력한다. 이 때, 외란 신호(d)는 기어(미도시)와 부하(130) 사이의 백래쉬에 의해 발생하는 외란을 의미하는 것으로, 기어에서 부하로 전달되는 토크(T_L) 신호가 될 수 있다. 이 경우, DC 제어부(110)의 토크부(115)에서 출력된 토크와 상기의 토크(T_L) 신호가 동일하면 백래쉬에 의한 외란이 발생되지 않은 이상적인 상태가 된다. 하지만, 기어와 부하(130) 사이의 백래쉬에 의해 외란이 발생함에 따라, 토크부(115)에서 출력된 토크와 상기의 토크(T_L) 신호가 동일하지 않게 된다. 따라서, 백래쉬부(120)는 백래쉬(121)를 모델링하여 외란신호를 생성하고, 백래쉬(121)와 기어의 축의 강성 계수(k)를 고려하여 토크 신호(T_L)를 출력한다. 이렇게 출력된 토크(T_L) 신호를 모터부(110)의 제2 감산기(111b)에 외부에서 인가되는 외란 신호(d)로 제공한다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 2a 및 도 2b를 통해 제공하였다.The backlash unit 120 receives an output signal output from the gear ratio 105 of the motor unit 110 and outputs a disturbance signal d. At this time, the disturbance signal (d) means a disturbance generated by the backlash between the gear (not shown) and the load 130, it may be a torque (T _L ) signal transmitted from the gear to the load. In this case, when the torque output from the torque unit 115 of the DC controller 110 and the torque T _L signal are the same, an ideal state in which disturbance due to backlash does not occur is obtained. However, as the disturbance occurs due to the backlash between the gear and the load 130, the torque output from the torque unit 115 and the torque T _L signal are not the same. Therefore, the backlash unit 120 generates a disturbance signal by modeling the backlash 121 and outputs a torque signal T _L in consideration of the stiffness coefficient k of the backlash 121 and the shaft of the gear. The output torque T _L is provided as a disturbance signal d that is externally applied to the second subtractor 111b of the motor unit 110. Detailed description thereof has been provided through FIGS. 2A and 2B.

외란 관측기(140)는 플랜트 모델링부(141), 필터링 플랜트 역모델링부(145) 및 제3 감산기(143)를 포함한다. The disturbance observer 140 includes a plant modeling unit 141, a filtering plant inverse modeling unit 145, and a third subtractor 143.

플랜트 모델링부(141)는 기준 전압(R)을 제공받아 기준 전압에서 외란 신호를 검출한다. 이 경우, 플랜트 모델링부(141)는 제1 감산기(111a), 전류 변환부(113), 토크부(115) 및 역기전력부(119)로 구성된 하나의 플랜트(P1)이다. 따라서, 플랜트 모델링부(141)는 플랜트(P1)에 대한 전달함수로 모델링된다. 구체적으로, 플랜트 모델링부(141)는 제1 감산기(111a)에 대한 전달함수와 전류 변환부(113)에 대한 전달함수, 그리고 토크 상수(K_t) 및 역기전력 상수(K_b)를 더하여 플랜트(a)를 모델링(P1)한 것이다. 이 같이 모델링된 플랜트 모델링부(141)는 기준 전압(R)이 통과하게 되면 외란 신호를 검출한다. The plant modeling unit 141 receives the reference voltage R and detects the disturbance signal from the reference voltage. In this case, the plant modeling unit 141 is one plant P1 including the first subtractor 111a, the current converter 113, the torque unit 115, and the counter electromotive force unit 119. Therefore, the plant modeling unit 141 is modeled as a transfer function for the plant P1. In detail, the plant modeling unit 141 may add a transfer function for the first subtractor 111a, a transfer function for the current converter 113, and a torque constant K _t and a counter electromotive force constant K _b to add the plant ( a) is modeled (P1). The plant modeling unit 141 modeled as described above detects a disturbance signal when the reference voltage R passes.

필터링 플랜트 역모델링부(145)는 기어비(105)에서 출력되는 출력 신호에서 고주파 성분을 제거하고 외란 성분을 검출한다. 이 경우, 필터링 플랜트 역모델링부(145)는 저역 통과 필터(미도시)를 포함하는 것으로, 이 저역 통과 필터를 이용하여 기어비(105)에서 출력되는 출력 신호에서 고주파 성분을 제거한다. The filtering plant inverse modeling unit 145 removes the high frequency component from the output signal output from the gear ratio 105 and detects the disturbance component. In this case, the filtering plant reverse modeling unit 145 includes a low pass filter (not shown), and the high frequency component is removed from the output signal output from the gear ratio 105 using the low pass filter.

한편, 필터링 플랜트 역모델링부(145)는 모터부(110)의 회전부(117), 적분기(103), 기어비(105), 백래쉬(121) 및 부하(130) 및 기어에 대한 축의 강성 계수(k)를 하나의 플랜트(P2)로 보고, 이 플랜트(P2)를 역모델링한 것이다. 구체적으로, 필터링 플랜트 역모델링부(145)는 회전부(117)의 전달함수, 적분기(103)의 전달함수, 기어비(105), 백래쉬(121)에 대한 값, 부하(130)의 전달함수 및 기어에 대한 축의 강성 계수(K)를 더하고, 그 결과값이 전달함수에서 분모와 분자의 위치를 바꾸는 방식으로 플랜트(P2)를 역모델링(P2^-1)한 것이다. 저역 통과 필터에 의해 고주파 성분이 제거된 출력 신호는 상술한 바와 같이 역모델링된 필터링 플랜트 역모델링부(145)를 통과하면서 외란 성분이 검출될 수 있게 된다.On the other hand, the filtering plant inverse modeling unit 145 is the stiffness coefficient k of the shaft for the rotating unit 117, the integrator 103, the gear ratio 105, the backlash 121 and the load 130 and gear of the motor unit 110 ) As one plant (P2), and reverse modeled the plant (P2). In detail, the filtering plant inverse modeling unit 145 may include a transfer function of the rotating unit 117, a transfer function of the integrator 103, a gear ratio 105, a value for the backlash 121, a transfer function of the load 130, and a gear. adding to the shaft rigidity coefficient (K) for, that is the result is the denominator and the station plant (P2) in a manner to change the position of the molecular model (P2 ^-1) in the transfer function. As described above, the output signal from which the high frequency component is removed by the low pass filter passes through the inverse modeling filtering plant inverse modeling unit 145, and thus the disturbance component can be detected.

제3 감산기(143)는 플랜트 모델링부(141)에서 출력된 외란 성분에서 필터링 플랜트 역모델링부(145)에서 검출된 외란 성분을 감산하여 백래쉬에 대한 관측 신호를 출력한다. The third subtractor 143 subtracts the disturbance component detected by the filtering plant inverse modeling unit 145 from the disturbance component output from the plant modeling unit 141 and outputs an observation signal for the backlash.

피드백 라인(150)은 외란 관측기(140)의 제3 감산기(143)를 통해 출력되는 백래쉬에 대한 관측 신호를 비교기(101)로 전달하여, 기준 전압(R)을 조정한다. 즉, 모터 제어 장치(100')에 입력되는 기준 전압(R)에서 관측 신호를 감산하여 그 감산 결과값이 모터부(110)에 입력되도록 한다. 이 같은 방법으로 모터 제어 장치(100')에서 발생하는 백래쉬를 관측하고 보상하여 줌으로써, 보다 정확한 동작을 구현하는 모터 제어 장치(100')를 제공할 수 있게 된다. The feedback line 150 transmits the observation signal for the backlash output through the third subtractor 143 of the disturbance observer 140 to the comparator 101 to adjust the reference voltage R. That is, the observation signal is subtracted from the reference voltage R input to the motor control apparatus 100 ′ so that the subtraction result value is input to the motor unit 110. In this way, by observing and compensating for the backlash generated in the motor control apparatus 100 ′, it is possible to provide the motor control apparatus 100 ′ that realizes more accurate operation.

한편, 플랜트 모델링부(141)는 모터 제어 장치(100')의 초기 동작시(예를 들어, 최초 구동시, 또는 리셋 구동시)에는 모터 제어 장치(100')에 입력되는 기준 전압(R)을 제공받지만, 지속적으로 구동되는 경우에는 비교기(101)를 통해 조정된 기준 전압을 제공받을 수 있게 된다. 즉, 플랜트 모델링부(141)는 모터 제어 장치(100')에 입력되는 기준 전압(R)에서 피드백 라인(150)을 통해 전달되는 관측 신호를 감산하는 방식으로 조정된 기준 전압을 제공받게 된다. 따라서, 플랜트 모델링부(141)는 조정된 기준 전압에서 외란 신호를 검출하게 된다. On the other hand, the plant modeling unit 141 is a reference voltage (R) input to the motor control device 100 'during the initial operation of the motor control device 100' (for example, during initial driving or reset driving). In the case of continuous driving, the adjusted reference voltage may be provided through the comparator 101. That is, the plant modeling unit 141 receives the adjusted reference voltage by subtracting the observation signal transmitted through the feedback line 150 from the reference voltage R input to the motor control apparatus 100 ′. Therefore, the plant modeling unit 141 detects the disturbance signal at the adjusted reference voltage.

도 3에 도시된 외란 관측기(140)에서 플랜트 모델링부(141) 및 필터링 플랜트 모델링부(145)는 백래쉬에 따른 외란을 관측하여, 그 관측 신호로 모터 제어 장치(100')의 외란을 양호한 형태로 보상한다. 하지만, 플랜트 모델링부(141) 및 필터링 플랜트 모델링부(145)를 실제 장치에 적용하는 경우, 전달함수 형태의 수학식에 파라미터를 대입하게 되면 수학식은 고차항 형태로 이루어지게 된다. 따라서, 수학식을 마이크로 프로세서에서 연산 가능한 형태로 간략화하여 실제 장치에 적용 이 용이하도록 한다. In the disturbance observer 140 illustrated in FIG. 3, the plant modeling unit 141 and the filtering plant modeling unit 145 observe disturbances due to backlash, and the disturbances of the motor control apparatus 100 ′ as the observed signals are preferably formed. To compensate. However, when the plant modeling unit 141 and the filtering plant modeling unit 145 are applied to an actual device, when a parameter is substituted into the equation of the transfer function form, the equation is formed in a higher order form. Therefore, the equations are simplified to be operable in the microprocessor to be easily applied to the actual device.

간략화되지 않은 플랜트 모델링부(141) 및 필터링 플랜트 역모델링부(145)각각은 수학식 4와 같이 모델링될 수 있다. Each of the non-simplified plant modeling unit 141 and the filtering plant inverse modeling unit 145 may be modeled as in Equation (4).

수학식 4가 플랜트 모델링부(141)에 적용되는 경우, a₁, a₂, …, a_q 및 b₁, b₂, …, b_p는 전류 변환부(113), 토크부(115), 역기전력부(119) 및 제1 감산기(111a)에 대한 파라미터 입력값들이다. 즉, 수학식 4가 플랜트 모델링부(141)에 적용되는 경우, 전류 변환부(113), 토크부(115), 역기전력부(119) 및 제1 감산기(111a) 각각의 전달함수를 모두 더하고, 파라미터 입력값을 입력할 수 있다. When Equation 4 is applied to the plant modeling unit 141, a ₁ , a ₂ ,. , a _q And b ₁ , b ₂ ,. , b _p are parameter input values for the current converter 113, the torque unit 115, the back EMF unit 119, and the first subtractor 111a. That is, when Equation 4 is applied to the plant modeling unit 141, the transfer functions of each of the current converter 113, the torque unit 115, the counter electromotive force unit 119, and the first subtractor 111a are added. Parameter input values can be entered.

또한, 수학식 4가 필터링 플랜트 역모델링부(145)에 적용되는 경우, 회전부(117), 적분기(103), 기어비(105), 백래쉬(121), 부하(130) 및 기어에 대한 축의 강성 계수(k)에 대한 파라미터 입력값이될 수 있다. 또한, 수학식 4에서 l 및 m은 10~20 범위의 수를 갖는다.In addition, when Equation 4 is applied to the filtering plant inverse modeling unit 145, the stiffness coefficient of the shaft for the rotating unit 117, integrator 103, gear ratio 105, backlash 121, load 130 and gears It can be a parameter input value for (k). Also, in Equation 4, l and m have numbers ranging from 10 to 20.

예를 들어, 간략화되지 않은 수학식 4로 모델링된 플랜트 모델링부(141) 및 필터링 플랜트 역모델링부(145) 각각에 파라미터 입력값을 대입하면, 다음의 수학 식 5 및 6이 될 수 있다. For example, substituting a parameter input value into each of the plant modeling unit 141 and the filtering plant inverse modeling unit 145 modeled by Equation 4, which are not simplified, may be the following Equations 5 and 6.

수학식 4에서 R₁은 플랜트 모델링부(141)에 파라미터 값을 대입한 것이며, 수학식 5에서 R₂는 필터링 플랜트 역모델링부(145)에 파라미터 값을 대입한 것이다. 이 경우, R₁ 및 R₂를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 고차항 형태로 이루어져 있어 연산 과정이 복잡하다. 따라서, 이 같은 연산 과정을 간략화하기 위해 수학식 4를 인수분해할 수 있다. 구체적으로, 수학식 4를 인수분해하여 값이 유사한 분자, 분모의 항들을 소거하는데, 이 과정에서 수학식 4로 표현되는 플랜트 모델링부(141) 및 필터링 플랜트 역모델링부(145)를 간략화하기 전과 후의 전달함수 DC 게인이 동일하도록 유지시키는 것이 필요하다. 이는 플랜트 모델링부(141) 및 필터링 플랜트 역모델링부(145)의 전달함수 저주파 특성을 동일하게 유지하기 위한 것이다. In Equation 4, R ₁ is a parameter value substituted in the plant modeling unit 141, and in Equation 5, R ₂ is a parameter value in the filtering plant inverse modeling unit 145. In this case, referring to R ₁ and R ₂ , the calculation process is complicated because of the higher order terms as described above. Therefore, Equation 4 may be factored to simplify such a calculation process. Specifically, by factoring Equation 4 to eliminate terms of numerators and denominators that are similar in value, before simplifying the plant modeling unit 141 and the filtering plant inverse modeling unit 145 represented by Equation 4 in this process. It is necessary to keep the post transfer function DC gain the same. This is to maintain the same transmission function low frequency characteristics of the plant modeling unit 141 and the filtering plant inverse modeling unit 145.

수학식 4의 간략화를 위한 인수분해는 다음의 수학식 7을 통해 이루어질 수 있다. Factorization for the simplification of Equation 4 may be achieved through Equation 7 below.

수학식 7을 이용하여 수학식 4를 인수분해하면, 다음의 수학식 8과 같이 간략화된다. 즉, 본 발명에 따른 플랜트 모델링부(141) 및 필터링 플랜트 역모델링부(145)는 수학식 8로 모델링될 수 있다. By factoring Equation 4 using Equation 7, it is simplified as in Equation 8 below. That is, the plant modeling unit 141 and the filtering plant inverse modeling unit 145 according to the present invention may be modeled by Equation 8.

수학식 8이 플랜트 모델링부(141)에 적용되는 경우, a₁, a₂, …, a_q 및 b₁, b₂, …, b_p는 전류 변환부(113), 토크부(115), 역기전력부(119) 및 제1 감산기(111a)에 대한 파라미터 입력값들이다. 또한, 수학식 8이 필터링 플랜트 역모델링부(145)에 적용되는 경우, 회전부(117), 적분기(103), 기어비(105), 백래쉬(121), 부하(130) 및 기어에 대한 축의 강성 계수(k)에 대한 파라미터 입력값이될 수 있다. 이러한 파라미터 입력값은 정해진 값이 아니며, 변경될 수 있는 값들이다. 또한, p 및 q는 3~5 범위의 수를 갖는다.When Equation 8 is applied to the plant modeling unit 141, a ₁ , a ₂ ,. , a _q And b ₁ , b ₂ ,. , b _p are parameter input values for the current converter 113, the torque unit 115, the back EMF unit 119, and the first subtractor 111a. In addition, when Equation 8 is applied to the filtering plant inverse modeling unit 145, the stiffness coefficient of the shaft for the rotating unit 117, the integrator 103, the gear ratio 105, the backlash 121, the load 130 and the gear It can be a parameter input value for (k). These parameter input values are not fixed values, but values that can be changed. In addition, p and q have numbers in the range of 3-5.

예를 들어, 간략화된 수학식 8로 모델링된 플랜트 모델링부(141) 및 필터링 플랜트 역모델링부(145) 각각에 파라미터 값을 대입하면, 다음의 수학식 9 및 10과 같다. For example, substituting a parameter value into each of the plant modeling unit 141 and the filtering plant inverse modeling unit 145 modeled by the simplified Equation 8 may be performed by Equations 9 and 10 below.

R₁은 플랜트 모델링부(141)에 파라미터 값을 대입한 것이며, R₂는 필터링 플랜트 역모델링부(145)에 파라미터 값을 대입한 것으며, 수학식 5 및 6과 비교할 때 보다 간략화된 연산 과정을 갖는다. 이에 따라, 마이크로 프로세서를 통해 연산 처리할 수 있게 되어 실제 장치에 적용하는 것이 용이해진다. R ₁ is a parameter value is substituted into the plant modeling unit 141, R ₂ is a parameter value is substituted into the filtering plant inverse modeling unit 145, and a simplified operation process when compared with equations (5) and (6) Has Accordingly, it is possible to perform arithmetic processing through a microprocessor, which makes it easy to apply to an actual device.

한편, 수학식 5 및 6, 그리고, 수학식 9 및 10에 입력된 파라미터 값들은 모터 제어 장치에 실질적으로 적용되는 것이나, 이는 일 실시 예에 불과한 것으로 이에 한정되지 않으며 각 모터 제어 장치에 따라서 상이한 파라미터 값이 입력될 수 있다. Meanwhile, the parameter values input in Equations 5 and 6 and Equations 9 and 10 are substantially applied to the motor control apparatus, but this is only an example and is not limited thereto. A value can be entered.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.Although the above has been illustrated and described with respect to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, it is common in the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치를 나타내는 블럭도,1 is a block diagram showing a motor control apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 모터 제어 장치에서 백래쉬 모델링에 따른 토크 신호 생성 방법을 나타내는 도면,2A and 2B are views illustrating a torque signal generation method according to backlash modeling in the motor control apparatus shown in FIG. 1;

도 3은 도 1에 도시된 모터 제어 장치의 구성을 구체화한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the motor control apparatus illustrated in FIG. 1.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100, 100' : 모터 제어 장치 110 : 모터부100, 100 ': motor control unit 110: motor unit

120 : 백래쉬부 130 : 부하120: backlash unit 130: load

140 : 외란 관측기 150 : 피드백 라인140: disturbance observer 150: feedback line

Claims

A backlash unit for modeling a backlash generated between the gear and the load as a disturbance signal, and providing a disturbance signal for the modeled backlash;

A motor unit receiving a reference voltage from the outside and outputting each displacement;

A gear ratio for receiving the respective displacements output from the motor unit and processing the predetermined gear ratio to generate an output signal;

A disturbance observer which compares the reference voltage and the output signal of the gear ratio to provide an observation signal for backlash; And,

And a feedback line for feeding back the observed signal observed through the disturbance observer to adjust the reference voltage.

The method of claim 1,

The motor unit,

A current converter converting the reference voltage into a current;

A torque unit outputting torque proportional to the converted current;

A first subtractor for outputting a torque correction value by subtracting the disturbance signal provided from the backlash unit from the torque output through the torque unit;

A rotating part driven by the torque correction value output through the first subtractor to rotate at an angular speed;

An integrator for integrating the angular velocity of the rotating unit to output the angular displacement;

A counter electromotive force unit configured to output a counter electromotive voltage by applying a counter electromotive force constant to the angular velocity of the rotating unit; And

And a second subtractor which subtracts the counter electromotive force voltage from the reference voltage to provide a subtraction result value to the current converter.

The method of claim 2,

The disturbance observer,

A plant modeling unit receiving the reference voltage and detecting a disturbance signal in the reference voltage;

A filtering plant inverse modeling unit which removes a high frequency component from the output signal output from the gear ratio and detects a disturbance component; And

And a subtractor for subtracting the disturbance component provided by the filtering plant inverse modeling unit and outputting an observation signal for the backlash from the disturbance signal provided by the plant modeling unit.

The method of claim 3,

And the disturbance signal is a torque signal transmitted from the gear to the load according to the modeled backlash.

The method of claim 3,

The plant modeling unit,

And a transfer function of the plant including the current converter, the torque unit, the second subtractor, and the counter electromotive force unit, which is modeled by the following equation.

(c ₁ , c ₂ ,…, c _q And d ₁ , d ₂ ,. , d _p is a parameter input value for the current converter, the torque unit, the back EMF unit and the second subtractor,

p and q are numbers ranging from 3 to 5)

The method of claim 3,

The filtering plant reverse modeling unit,

Inversely modeled by changing the position of the denominator and the numerator in the transfer function of the plant consisting of the rotating unit, the integrator, the gear ratio, the backlash unit and the load, it is modeled by the following equation.

(c ₁ , c ₂ ,…, c _q And d ₁ , d ₂ ,. , d _p is a parameter input value for the rotation unit, the integrator, the gear ratio, the backlash unit and the load,

p and q are numbers ranging from 3 to 5)