KR20110079106A - Modularized power-by-wire hydro-static actuator and control system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유압 액츄에이터 구동시스템에 관한 것이고, 보다 상세하게는 본 발명은 전기모터로부터 직접 전달되는 동력을 이용하여 양방향으로 작동되는 사판식 유압피스톤 펌프조립체와 선형/양로드형 유압 액츄에이터 등이 일체로 형성되는 모듈화된 유압액츄에이터 및 이를 구동하는 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hydraulic actuator drive system, and more particularly, the present invention relates to a swash plate type hydraulic piston pump assembly and a linear / double rod type hydraulic actuator which are operated in both directions using power transmitted directly from an electric motor. It relates to a modular hydraulic actuator to be formed and a control system for driving the same.
액츄에이터(actuator)란 신호처리기에 의하여 다듬어져 나온 신호에 대응하여 동작을 하는 장치 또는 수단이다. 즉, 입력된 신호에 대응하여 작동을 수행하는 작동기(作動器), 또는 명령신호에 따라서 작동하는 집행기(執行器)이다. 기계 장치의 구동은 전기모터에 의한 회전력과, 공기압 실린더 또는 유압 실린더에 의한 직동력이 대부분이다. 유압 액츄에이터 구동 시스템은 유압 실린더에 의해 직동력을 발생시키는 구동 시스템을 의미한다. An actuator is an apparatus or means that operates in response to a signal trimmed by a signal processor. That is, it is an actuator which performs an operation | movement in response to an input signal, or an executive machine which operates according to a command signal. The driving of a mechanical device is mainly a rotational force by an electric motor and a linear force by a pneumatic cylinder or a hydraulic cylinder. Hydraulic actuator drive system means a drive system that generates linear power by a hydraulic cylinder.
유압 액츄에이터 구동시스템은 항공기의 날개 조종면을 구동하는 시스템과 같이 고신뢰성과 큰 힘 및 빠른 응답속도가 요구되는 구동분야에 다양하게 적용되고 있으며, 일반산업 분야에서는 인장압축기 및 굴삭기의 구동부분에 다양한 용도 로 널리 사용되고 있다. Hydraulic actuator driving system is applied to various driving fields that require high reliability, large force and fast response speed, such as a system that drives the wing control surface of an aircraft.In general industry, various applications are used for driving parts of tension compressors and excavators. It is widely used.
일반적인 유압 액츄에이터 구동시스템은 중압공급식 유압공급장치가 필요하다. 즉 유압펌프 및 펌프를 구동하기 위한 펌프 구동시스템, 유체를 저장하는 저유기 또는 축압기가 유압 액츄에이터와 별도로 많은 공간을 차지하며, 유압 액츄에이터와의 유압유를 공급하는 배관이 설치되어야 한다. 이러한 구조로 인해 종래의 유압 액츄에이터 구동시스템은 설치비용, 정비성 문제, 펌프의 에너지 손실, 파이프의 누설위험, 과도한 노이즈 발생, 큰 유압 시스템으로 인한 중량 및 부피 문제가 있다. 또한 서로 개별적으로 구성된 부품들이 유압배관을 통하여 연결되기 때문에 유동 및 마찰 손실이 발생되고 응답속도의 감소등의 불필요한 성능저하가 발생되는 단점이 있다. A typical hydraulic actuator drive system requires a medium pressure hydraulic supply. That is, the hydraulic pump and the pump drive system for driving the pump, the oil storage unit or the accumulator to store the fluid occupy a lot of space apart from the hydraulic actuator, and the piping for supplying the hydraulic oil to the hydraulic actuator should be installed. Due to this structure, the conventional hydraulic actuator drive system has installation costs, maintenance problems, pump energy loss, pipe leakage risk, excessive noise, weight and volume problems due to large hydraulic system. In addition, since the parts configured separately from each other are connected through the hydraulic pipe, there is a disadvantage that unnecessary performance degradation such as flow and friction loss occurs and the response speed decreases.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유압을 형성하는 펌프조립체, 유체가 유동되는 다수의 유로, 펌프조립체를 구동하여 유압을 발생시키는 전기모터, 형성된 압력을 유로에 일정하게 공급하는 축압기, 공급된 유압에 의해 구동되는 액츄에이터, 정밀구동 제어를 위한 다수의 센서가 하나의 몸체로 일체화된 액츄에이터 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the pump assembly for forming the hydraulic pressure, a plurality of flow paths for the fluid flow, the electric motor for driving the pump assembly to generate the hydraulic pressure, the pressure formed in the flow path It is a technical object of the present invention to provide an actuator system in which an accumulator for supplying the gas, an actuator driven by the supplied hydraulic pressure, and a plurality of sensors for precise driving control are integrated into one body.
또한, 본 발명은 상술한 엑츄에이터 시스템을 정밀하게 구동 및 제어할 수 있는 구동 시스템을 마련함으로써, 중앙공급식 유압시스템의 유로 손실등과 같은 단점을 극복하여 구동시스템의 전력소모를 최소화하고, 에너지 절감, 노이즈의 감소, 고효율 및 유지비용 절감을 구현한는 것을 기술적 과제로 한다. In addition, the present invention provides a drive system capable of precisely driving and controlling the above-described actuator system, thereby overcoming disadvantages such as flow loss of a centrally supplied hydraulic system, minimizing power consumption of the drive system, and saving energy. The technical problem is to realize noise reduction, high efficiency, and low maintenance cost.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 모듈화된 유압 액츄에이터 시스템(20)을 제안한다. In order to achieve the above object, the present invention proposes a modular
본 발명에 따른 모듈화된 직동력 유압 액츄에이터 시스템(20)은, 유압에 의해 직동력을 발생시키는 액츄에이터(300)와, 유체가 저장되어 있는 축압기(210)와, 회전동력을 발생시키는 모터(200)와, 상기 모터(200)의 회전동력을 전달받아 상기 축압기(210)에서 공급하는 유체를 펌핑하여 유압을 발생시키는 펌프 조립체(120)와, 상기 펌프 조립체(120)에서 발생하여 상기 액츄에이터(300)에 공급되는 유압의 공급 또는 차단을 조절하기 위한 블럭밸브(110)를 포함한다. Modular linear power
그리고 상기 액츄에이터(300), 상기 축압기(210), 상기 블럭밸브(110) 및 상기 모터(200)는 상기 몸체(100)와 일체로 형성되고 상기 펌프 조립체(120)는 상기 몸체(100)에 내장됨으로써 모듈화된 것을 특징으로 한다. The
바람직한 실시예에 따르면, 상기 펌프 조립체(120)로부터 상기 블럭밸브(110)를 거쳐 상기 액츄에이터(300) 내부로 유압을 공급하기 위한 토출유로(130, 132)를 더 포함할 수 있고, 상기 토출유로(130, 132)는 상기 몸체(100)에 내장될 수 있다. According to a preferred embodiment, it may further include
그리고, 상기 액츄에이터(300)는, 케이스(310)와, 상기 케이스(310)를 왕복 이송하는 로드(320)와, 상기 케이스(310) 내부 공간을 좌측공간(330)과 우측공간(332)로 분할하는 분할판(322)을 포함하며, 상기 케이스(310) 및 상기 로드(320)는 상기 분할판(322)을 중심으로 대칭형인 것이 바람직하다. The
또한, 상기 액츄에이터(300)는, 상기 로드(320)의 이송거리를 측정하는 변위센서(340)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. In addition, the
한편, 본 발명은 상술한 유압 엑츄에이터 시스템(20)을 제어할 수 있는 PBW 제어기(11)와, 모터 드라이버(12)를 포함하는 유압 엑츄에이터 구동 시스템(1000)도 제안된다. Meanwhile, the present invention also proposes a hydraulic actuator drive system 1000 including a PBW controller 11 capable of controlling the above-described
본 발명에 따른 직동력 유압 엑츄에이터 구동 시스템(1000)은, 상위 제어기(30)로 부터 전달받은 위치지령과 상기 엑츄에이터 시스템(20)의 현재위치를 센싱하여 오차를 계산하고 오차를 상쇄시켜 상기 엑츄에이터 시스템(20)을 전달된 목표위치로 구동시키기 위한 속도지령을 생성하는 속도모드 지령과 상기 엑츄에이터 시스템(20)의 부하정보와 상기 모터(200)의 회전속도를 센싱하여 오차를 계산하고 오차를 상쇄시켜 상기 엑츄에이터 시스템(20)을 전달된 부하지령으로 구동시키기 위한 전류지령을 생성하는 전류모드 지령을 생성하는 PBW제어기(11)와, 상기 PBW제어기(11)에서 생성된 속도모드 지령 또는 상기 전류모드 지령에 따라 상기 모터(200)를 구동시키는 모터 드라이버(12)를 포함한다. The linear power hydraulic actuator drive system 1000 according to the present invention senses the position command received from the
상기 모터 드라이버(12)는 상기 모터(200)를 구동시키기 위한 복수개의 스위치를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 PBW 제어기(11)로부터 속도모드 지령 및 전류모드 지령을 받아 펄스폭변조(PWM) 방식의 듀티비(duty ratio)를 계산하여 상기 복수개의 스위치에 대한 스위칭 주기를 조절할 수 있다. The
또한, 상기 PBW 제어기(11)는 상기 유압 엑츄에이터 구동 시스템과 별도로 마련된 상기 상위 제어기(30)와 데이터 통신이 가능하도록 구성되어, 상기 상위 제어기(30)로부터 상기 위치지령 및 부하지령을 수신할 수 있다. In addition, the PBW controller 11 is configured to enable data communication with the
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention has the following effects.
(1) 본 발명은 유압발생장치를 액츄에이터에 일체화함으로써 종래의 유압구동시스템에서 요구되었던 중앙공급장치와 유압배관을 제거할 수 있기 때문에 설치공간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 유압배관시스템의 누설문제가 근본적으로 해결될 수 있다. (1) The present invention can eliminate the central supply unit and the hydraulic piping required in the conventional hydraulic drive system by integrating the hydraulic generator to the actuator, thereby reducing the installation space and reducing the leakage problem of the hydraulic piping system. It can be solved fundamentally.
(2) 본 발명은 전기모터에 의해 직접적으로 펌프조립체에 동력을 제공하므로, 종래의 중앙공급식 유압펌프를 구동하기 위한 변속(클러치) 기어 시스템이 불 필요하다.(2) The present invention provides power to the pump assembly directly by the electric motor, so that a shift gear system for driving a conventional centrally supplied hydraulic pump is unnecessary.
(3) 본 발명은 전기모터에 의한 동력을 사용하므로 사용하지 않는 시간에도 계속적으로 유압을 유지하기 위해 많은 전력을 소모하는 중앙공급식 시스템과 비교하여 대기시간의 전력소모를 최소화할 수 있어 에너지 절감 및 노이즈의 감소, 고효율 및 유지비용의 절감할 수 있다. (3) The present invention uses the power of the electric motor, so it is possible to minimize the power consumption of the standby time compared to the centralized system that consumes a lot of power to continuously maintain the hydraulic pressure even when not in use, saving energy And noise reduction, high efficiency and maintenance cost can be reduced.
(4) 본 발명은 독립적인 폐회로로 구성되어 중력의 영향을 전혀 받지 않는 시스템으로 이루어지며, 설치방향에 어떠한 제한요소도 없다. (4) The present invention consists of a system which is composed of an independent closed circuit and is not affected by gravity at all, and there is no restriction in the installation direction.
(5) 본 발명은 축압기가 액츄에이터 시스템에 일체화되어 있기 때문에 유로내의 케비테이션의 위험이 없으므로 유압시스템의 위험성을 최소화할 수 있다. (5) In the present invention, since the accumulator is integrated in the actuator system, there is no risk of cavitation in the flow path, thereby minimizing the risk of the hydraulic system.
(6) 본 발명은 외부의 유로 없이 액츄에이터 시스템 내부에 최단거리로 유로가 형성되어 완전 밀폐형으로 이루어져 있으므로 유체의 공급 및 복귀 유로가 최소로 형성되어 응답성이 향상 된다. (6) In the present invention, since the flow path is formed inside the actuator system at the shortest distance without an external flow path and is completely sealed, the fluid supply and return flow paths are formed to a minimum, thereby improving response.
(7) 본 발명은 선형/양로드형으로 이루어져 내부 공간이 분할판을 중심으로 대칭 구조로 형성되어 유체의 압력면이 동일하게 유지될 수 있으므로 제어 정밀성이 향상된다. (7) The present invention has a linear / double rod type, and the internal space is formed in a symmetrical structure with respect to the divider, so that the pressure surface of the fluid can be kept the same, thereby improving control precision.
(8) 본 발명은 고속의 디지털 제어기를 통하여 액츄에이터의 위치 및 부하를 제어하므로 외부장비와의 고속의 통신을 통하여 정보를 교환할 수 있으며, 액츄에이터 시스템에 일체화된 정밀센서를 통하여 고응답, 고정밀의 직구동 시스템 제어가 가능하다. (8) The present invention controls the position and load of the actuator through a high-speed digital controller, so that information can be exchanged through high-speed communication with external equipment, and high-response and high-precision can be achieved through a precision sensor integrated in the actuator system. Direct drive system control is possible.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명이 적용되는 직동력 고응답 액츄에이터 구동 블록도이고, 도 2는 본 발명이 적용되는 액츄에이터 시스템 형상(3D)이며, 도 3는 본 발명이 적용되는 액츄에이터 시스템의 정단면도이고, 도 4는 본 발명이 적용되는 액츄에이터 시스템의 우측면도이며, 도 5는 본 발명이 적용되는 액츄에이터 시스템의 회로 구성도이다.1 is a block diagram of a linear power high response actuator drive to which the present invention is applied, FIG. 2 is an actuator system shape 3D to which the present invention is applied, and FIG. 3 is a front sectional view of an actuator system to which the present invention is applied. 4 is a right side view of the actuator system to which the present invention is applied, and FIG. 5 is a circuit diagram of the actuator system to which the present invention is applied.
도 1에 도시된 것과 같이, 직동력 액츄에이터 구동 시스템(1000)의 구성은 크게 구동 시스템(10)과 액츄에이터 시스템(20)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, the configuration of the linear power actuator drive system 1000 is largely composed of a drive system 10 and an
구동 시스템(10)은 엑츄에이터 시스템(20)의 상태를 센싱하고 지령명령에따라 엑츄에이터 시스템(20)을 구동하기 위한 제어신호를 생성하며, PBW(Power-By-Wire) 제어기(11)와 모터 드라이버(12)로 구성된다.The drive system 10 senses the state of the
PBW 제어기(11)는 엑츄에이터 시스템(20)의 현재위치를 센싱하여 상위 제어기(30)과 데이터 통신을 통하여 전달받은 위치지령과의 오차를 계산하고 오차를 상쇄시키기 위한 속도지령을 생성하는 속도모드 지령과 엑츄에이터 시스템(20)의 부하정보와 모터(200)의 회전속도를 센싱하여 상위 제어기(30)과 데이터 통신을 통하여 전달받은 부하지령과의 오차를 계산하고 오차를 상쇄시켜 엑츄에이터 시스템(20)을 전달된 부하로 구동시키기 위한 전류지령을 생성하는 전류모드 지령을 생성한다. The PBW controller 11 senses the current position of the
모터 드라이버(12)는 PBW 제어기(11)에서 생성된 속도모드 지령 또는 전류모 드 지령에 따라 모터(200)를 구동시킨다.The
액츄에이터 시스템(20)은 구동 시스템(10)의 지령 명령에 따라 엑츄에이터(300)에 의해 직동력을 발생시키며, 모터(200), 유압펌프(120), 축압기(210) 및 블럭밸브(110)와, 압력센서(400) 등 각종 센서가 장착된 액츄에이터(300)로 구성된다. The
이러한 직동력 고응답 액츄에이터 구동 시스템(1000)은 액츄에이터 시스템(20)이 구동면에 장착되고, 구동 시스템(10)은 별도의 시스템 공간에 장착되어 전기 케이블로만 연결된다. The linear power high-response actuator drive system 1000 has an
다음으로, 도 2 내지 도 5를 참조로 엑츄에이터 시스템(20)의 구성을 상세히 설명한다.Next, the configuration of the
우선, 도 2를 참조하면, 액츄에이터 시스템(20)은 유압에 의해 직동력을 발생시키는 액츄에이터(300)와, 유체가 저장되어 있는 축압기(210)와, 회전동력을 발생시키는 모터(200)와, 상기 모터(200)의 회전동력을 전달받아 상기 축압기(210)에서 공급하는 유체를 펌핑하여 유압을 발생시키는 펌프 조립체(120)와, 상기 펌프 조립체(120)에서 발생하여 상기 액츄에이터(300)에 공급되는 유압의 공급 또는 차단을 조절하기 위한 블럭밸브(110)로 구성된다. 또한, 액츄에이터(300)의 압력을 감지하는 압력센서(400)도 마련되어 있다.First, referring to FIG. 2, the
그리고 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 액츄에이터 시스템(20)을 구성하는 각 구성요소들은 액츄에이터 시스템(20)의 몸체(100)와 일체화되거나 몸체(100) 내부에 내장됨으로써 모듈화되어 있다.2 and 3, each component constituting the
즉, 모터(200)와 축압기(210)는 액츄에이터 시스템(20)의 몸체(100)와 좌우에 서로 마주보도록 설치되며, 엑츄에이터(300)는 몸체(100)의 하측에 형성된다. 이러한 방식으로 모터(200)와 축압기(210) 및 엑츄에이터(300)는 몸체(100)의 각 부분에 일체로 형성되어 모듈화되어 있다. That is, the
또한, 도 4에 도시된 것과 같이, 몸체(100)의 일측에는, 후술할 토출유로(130) 및 복귀유로(132)의 개폐를 제어하는 블럭밸브(110)가 더 구비된다. 즉, 몸체(100)의 후면에는 후방으로 돌출된 블럭밸브(110)가 더 구비되며, 이러한 블럭밸브(110)는 솔레노이드 밸브로 이루어진다.In addition, as shown in Figure 4, one side of the
다시 도 3을 참조하면, 몸체(100) 내부에는 유압을 형성하는 펌프조립체(120)가 구비되는 한편, 유체가 유동하는 다수의 유로(미도시)가 형성된다. Referring back to FIG. 3, a
도시된 것과 같이 펌프조립체(120)는 몸체(100) 내부에 내장되며, 모터(200)로부터 전달되는 동력에 의해 회전하는 회전축(122)과, 회전축(122)의 회전에 따라 회전하는 사판(124)과, 사판(124)의 회전에 따라 유동하는 복수의 피스톤(126) 등으로 이루어진다. As shown, the
회전축(122)은 모터(200)의 모터축과 연결되어 회전한다. 모터(200)는 전기모터로 이루어지는 것이 바람직하며, 이러한 모터(200)의 회전력은 모터축을 통해 외부로 전달되는데, 회전축(122)은 모터축과 직접적으로 연결되어 회전하게 된다. The
또한, 모터(200)는 도시된 바와 같이 몸체(100)의 좌측(도 3)에 일체로 고정 장착되어, 상기 펌프조립체(120)에 회전 동력을 제공하게 된다. In addition, the
액츄에이터(300)는, 케이스(310)와, 상기 케이스(310)를 왕복 이송하는 로 드(320)와, 상기 케이스(310) 내부 공간을 좌측공간(330)과 우측공간(332)으로 분할하는 분할판(322)을 포함하며, 상기 케이스(310) 및 상기 로드(320)는 상기 분할판(322)을 중심으로 대칭형인 것이 바람직하다. The
한편, 도 5에 도시된 것과 같이 유압 액츄에이터 시스템(20)을 구동하기위해 다수의 유로가 형성되어 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, a plurality of flow paths are formed to drive the
제1 및 제2 토출 유로(130, 132)는 펌프조립체(120)로부터 발생한 유압을 블록밸브(110)를 거쳐 액츄에이터(300) 내부로 안내하기 위한 유로이다.The first and second
릴리프 유로(140)는 제1 및 제2 릴리프 밸브(150, 152)를 작동시키기 위한 유로이다.The
또한, 액츄에이터(300)로부터 배출된 유체를 축압기(210) 및 펌프 조립체(120)로 복귀시키기 위해 복수개의 체크밸브(C)가 마련되어 있고 체크밸브(C)로 복귀하는 유체를 조절하는 복귀조절유로(144)와, 체크밸브(C)로부터 인출되어 축압기(210)로 유입되는 유체를 조절하는 인출조절유로(142)와, 체크밸브(C)로부터 인출되어 펌프조립체(120)로 유입되는 유체를 조절하는 인출조절유로(146)가 마련된다.In addition, a plurality of check valves (C) are provided to return the fluid discharged from the actuator (300) to the accumulator (210) and the pump assembly (120). A
한편, 도 5에 도시된 것과 같이, 변위센서(340)는 액츄에이터(300)의 로드(320)의 내측에 설치되며, 로드(320)의 유동거리(도 3에서는 좌우 이동거리)를 측정하여 제어부(미도시)로 전달하게 된다. 따라서, 제어부는 이러한 변위센서(340)의 측정값을 외부로 디스플레이하는 한편, 변위센서(340)의 측정값에 따라 타 부품의 자동 조작을 제어하게 된다. 이 때 변위센서(340)는 로드(320)의 이동 거리를 측정하여 외부로 디스플레이하는 한편, 제어부(미도시)로 전달하게 된다. On the other hand, as shown in Figure 5, the
액츄에이터 구동 시스템(1000)의 동작 원리는 도 1에 도시된 것과 같이,상위 제어기(30)로부터 지령을 PBW 제어기(11)가 전달받으며, PBW 제어기(11)는 액츄에이터(300)에 장착된 각종 센서(400)로부터의 정보를 이용하여 모터 드라이버(12)에 구동지령을 생성하여 전달하게 되고, 모터 드라이버(12)는 구동지령에 대해 액츄에이터 시스템(20)에 장착된 모터(200)를 구동하게 된다. 구동된 모터(200)에 의해 유압펌프를 포함한 펌프 조립체(120)가 구동되고 액츄에이터(300)의 로드(320)가 상위 제어기(30)로부터 전달된 목표값으로 제어된다. As shown in FIG. 1, the operation principle of the actuator driving system 1000 is that the PBW controller 11 receives a command from the
다음으로, 구동 시스템(10)의 PBW 제어기(11)와 모터 드라이브(12)의 동작 원리를 도 6 내지 도 9를 참조로 설명한다.Next, the operation principle of the PBW controller 11 and the
도 6a 및 도 6b는 본 발명이 적용되는 PBW 제어기 운용 흐름도이고, 도 7는 본 발명이 적용되는 모터 드라이버 초기화 운용도이며, 도 8은 본 발명이 적용되는 모터 드라이버 속도제어 운용도이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명이 적용되는 모터 드라이버 전류제어 운용도이다.6A and 6B are flowcharts of a PBW controller operation to which the present invention is applied, FIG. 7 is a motor driver initialization operation diagram to which the present invention is applied, and FIG. 8 is a motor driver speed control operation diagram to which the present invention is applied, and FIG. 9A. 9b is a motor driver current control operation to which the present invention is applied.
먼저, 도 6a 및 도 6b를 참조로 구동 시스템(10)의 PBW 제어기(11)의 작동 과정을 설명한다.First, an operation process of the PBW controller 11 of the drive system 10 will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
PBW 제어기(11)에 장착된 고속의 디지털 제어기에서 디지털 신호처리(DSP) 초기화, 변수 초기화, 제어 게인(gain) 설정, 통신초기화를 시작으로 상위 제어기(30)와의 통신을 시작한다(S 10).In the high-speed digital controller installed in the PBW controller 11, communication with the
그 다음, 액츄에이터(300)에 장착된 각종 센서의 정보와 모터 드라이버(12) 의 상태 및 출력을 센싱하고(S 11), 모터 드라이버(12)의 준비상태를 파악한다(S 12).Next, the
파악 결과, 모터 드라이버(12)의 대기가 완료되지 않은 경우에는 상위 제어기(30)에게 보고하고(S 13), 대기가 완료된 경우에는 상위 제어기(30)로부터의 명령수신을 대기한다(S 14).As a result of the grasping, if the waiting of the
명령 수신 대기중에 상위 제어기(30)로부터 명령을 수신하면(S 15), 모터 드라이버(12)의 대기 상태를 확인하여(S 16), 대기가 완료되지 않은 경우에는 상위 제어기(30)에 보고한다.When the command is received from the
대기가 완료된 경우에는 전달된 지령이 속도모드 지령인지 전류모드 지령인지를 분석한다(S 18).When the waiting is completed, it is analyzed whether the transmitted command is a speed mode command or a current mode command (S18).
분석 결과, 전달된 지령이 속도모드일 경우 속도모드 루프로, 전류모드일 경우 전류모드 루프를 통하여 모터 드라이버와 액츄에이터 상태정보와 전달된 지령을 이용하여 각각 속도지령과 전류지령을 생성하여 모터 드라이버(12)로 해당 지령을 전송한다(S 19~S 22).As a result of analysis, the speed command and current command are generated by using the motor driver and actuator status information and the transferred command through the speed mode loop when the transmitted command is speed mode and the current mode loop when the current mode is used. 12) and send the corresponding command (S 19 to S 22).
다음으로, 도 7을 참조로 모터 드라이버(12)의 작동 과정을 설명한다.Next, an operation process of the
먼저, 모터 드라이버(12)에 장착된 고속의 디지털 제어기에서 DSP 초기화, 변수 초기화, 제어 gain 설정을 시작으로 PBW 제어기(11)와의 인터페이스를 시작한다(S 23).First, the interface with the PBW controller 11 is started by starting DSP initialization, variable initialization, and control gain setting in the high speed digital controller mounted in the motor driver 12 (S 23).
그 다음, 액츄에이터(300)에 장착된 전기모터(200)와의 인터페이스를 확인하며, 모터(200)의 전류, 전압을 센싱하고 모터(200)에 입력되는 DC 링크 전압 지령 치를 센싱한다(S 24).Next, the interface with the
센싱 결과, 센싱된 현재의 DC 링크 전압이 해당지령을 만족하는지 확인하고 현재의 센싱값이 지령치보다 크지 않으며 모터의 구동이 가능한 수준(예: 500V 미만)인지 확인한다(S 25).As a result of the sensing, it is checked whether the sensed current DC link voltage satisfies the corresponding command, and whether the current sensing value is not greater than the command value and the motor can be driven (eg, less than 500V) (S 25).
확인 결과, 현재의 센싱값이 지령치보다 크거나, 모터의 구동이 가능한 수준이 아닌 경우(예: 500V 이상)인 경우에는 메인 릴레이를 OFF 시키고 S 24 단계로 복귀한다.If the current sensing value is greater than the set value or the motor cannot be driven (e.g. more than 500V), turn off the main relay and return to step S24.
반면, 확인 결과 현재의 센싱값이 지령치보다 크지 않고, 모터의 구동이 가능한 수준인 경우(예: 500V 미만)인 경우에는 메인 릴레이를 ON 시키고 대기하면서 PBW 제어기(11)에 현재 상태를 전달하고 PBW 제어기(10)로부터 구동지령이 전달될 때까지 대기한다(S 27~ S 29).On the other hand, if the current sensing value is not greater than the command value and the motor can be driven (for example, less than 500V), the current state is transmitted to the PBW controller 11 while the main relay is turned on and waiting, and the PBW Wait until the drive command is transmitted from the controller 10 (S 27 ~ S 29).
다음으로, 모터 드라이버(12)가 PBW 제어기(11)로부터 속도모드 지령으로 선택 되어진 정보를 받은 경우의 작동 과정은 도 8을 참조로 설명한다.Next, an operation process when the
모터 드라이버(12)가 PBW 제어기(11)로부터 속도모드 지령으로 선택 되어진 정보를 받은 경우 소정의 주기(예: 1024ms)마다 모터의 속도편차를 센싱하고(S 30), 센싱 결과 현재 모터(200)의 실제 속도를 계산한다(S 31).When the
그리고 계산된 모터의 실제 속도와 지령속도와의 오차를 계산한 후(S 32), 계산된 오차를 이용하여 전류지령을 생성하여 전류모드 지령으로 변환되도록 한다(S 33). After calculating the error between the calculated actual speed of the motor and the command speed (S 32), the current command is generated using the calculated error to be converted to the current mode command (S 33).
모터 드라이버(12)가 전류모드로 변환되면 도 9a 및 도 9b의 흐름도에 따라 작동한다. When the
즉, 전류제어가 시작되면 지령된 신호가 전류제어인지 확인하여(S 34), 전류제어가 아닌 경우에는 속도제어(S 35) 모드로 이동하고, 전류제어인 경우에는 소정의 주기(예: 51.2us)로 전류지령과 현재 전류값을 센싱하고 필요한 경우 좌표 변환을 수행한다(S 36~S 38).That is, when the current control is started, it is checked whether the commanded signal is the current control (S 34). If it is not the current control, it moves to the speed control (S 35) mode. us) and sense current command and current value and coordinate conversion if necessary (S 36 ~ S 38).
그 다음, 센싱된 현재 전류값을 이용하여 각 축별(예: d축, q축)로 센싱된 전류값과 지령전류와의 전류오차를 계산한다(S 39).Next, the current error between the sensed current value and the command current is calculated for each axis (eg, d-axis and q-axis) by using the sensed current value (S 39).
계산결과, 과전류가 감지된 경우에는 이상신호로 처리하고(S 40~S 41), 과전류가 아닌 경우에는 필요한 경우 좌표 변환 및 옵셋 전압을 계산한 다음 각 상별로 상전압을 계산한다(S 42~ S 44).As a result of the calculation, if an overcurrent is detected, the signal is processed as an abnormal signal (S 40 to S 41), and if it is not an over current, the coordinate transformation and offset voltage are calculated if necessary, and then the phase voltage is calculated for each phase (S 42 to S 44).
그리고, 계산된 전류 오차를 이용하여 펄스폭(PWM) 변조에 따른 듀티비(Duty ratio)를 계산하여 모터 드라이버(12) 내부에 있는 복수개(예: 6개)의 스위치의 온/오프 비율을 조절함으로써 액츄에이터(300)에 장착된 모터(200)에 전달되는 전력을 공급을 조절함으로써 모터(200) 구동을 제어할 수 있게 된다(S 45~ S46). Then, the duty ratio of the pulse width modulation is calculated using the calculated current error to adjust the on / off ratio of a plurality of switches (for example, six) inside the
한편, 모터 드라이버(12)가 PBW 제어기(11)로부터 속도모드 지령이 아닌 전류모드 지령으로 선택 되어진 정보를 직접 받는 경우에는, 도 8에 나타낸 모터 드라이버(12) 속도제어 운용 흐름을 거치지 않고 곧바로 도 9a 및 도 9b의 모터 드라이버(12) 전류제어 운용 흐름에 따라 제어된다.On the other hand, when the
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않 는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. Although specific embodiments of the present invention have been described above, the spirit and scope of the present invention are not limited to the specific embodiments, and various modifications and variations can be made without departing from the spirit of the present invention. It will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Therefore, since the embodiments described above are provided to completely inform the scope of the invention to those skilled in the art, it should be understood that they are exemplary in all respects and not limited. The invention is only defined by the scope of the claims.
도 1은 본 발명이 적용되는 직동력 고응답 액츄에이터 구동 블록도1 is a block diagram of a linear power high response actuator drive to which the present invention is applied;
도 2는 본 발명이 적용되는 액츄에이터 시스템 형상(3D)Figure 2 is an actuator system shape (3D) to which the present invention is applied
도 3는 본 발명이 적용되는 액츄에이터 시스템의 정단면도3 is a front sectional view of an actuator system to which the present invention is applied;
도 4는 본 발명이 적용되는 액츄에이터 시스템의 우측면도4 is a right side view of the actuator system to which the present invention is applied.
도 5는 본 발명이 적용되는 액츄에이터 시스템의 회로 구성도5 is a circuit diagram of an actuator system to which the present invention is applied.
도 6는 본 발명이 적용되는 PBW 제어기 운용 흐름도6 is a flowchart illustrating a PBW controller operation to which the present invention is applied.
도 7는 본 발명이 적용되는 모터 드라이버 초기화 운용도7 is a motor driver initialization operation to which the present invention is applied
도 8은 본 발명이 적용되는 모터 드라이버 속도제어 운용도8 is a motor driver speed control operation diagram to which the present invention is applied
도 9는 본 발명이 적용되는 모터 드라이버 전류제어 운용도9 is a motor driver current control operation to which the present invention is applied
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
10: 구동 시스템 11: PBW 제어기10: Drive system 11: PBW controller
12: 모터 드라이버 20: 엑츄에이터 시스템12: motor driver 20: actuator system
100: 몸체 110: 블럭밸브100: body 110: block valve
120: 펌프조립체 122: 회전축120: pump assembly 122: rotating shaft
124: 사판 126: 피스톤124: swash plate 126: piston
130: 제1토출/복귀유로 132: 제2토출/복귀유로130: first discharge / return euro 132: second discharge / return euro
140: 릴리프유로 142: 인출조절유로140: relief euro 142: withdrawal control euro
144: 복귀조절유로 146: 인출조절유로144: return control channel 146: withdrawal control channel
150: 제1 릴리프밸브 152: 제2 릴리프밸브150: first relief valve 152: second relief valve
200: 모터 구동축 210: 축압기200: motor drive shaft 210: accumulator
300: 액츄에이터 310: 케이스300: actuator 310: case
320: 로드 322: 분할판320: load 322: divider
330: 좌측공간 332: 우측공간330: left space 332: right space
340: 변위센서 1000: 엑츄에이터 구동 시스템340: displacement sensor 1000: actuator drive system
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