KR20120099840A - 서보 컨트롤러 및 이를 포함하는 서보 시스템 - Google Patents

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KR20120099840A
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김수용
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삼성전자주식회사
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Abstract

서보 컨트롤러는 킥/브레이크 제어부 및 보상부를 포함한다. 킥/브레이크 제어부는 외부 제어 신호에 기초하여 플랜트의 동작을 제어하기 위한 내부 파라미터를 변경한다. 보상부는 플랜트로부터 제공되는 에러 신호 및 내부 파라미터에 기초하여, 제1 동작 모드에서 플랜트의 정상 동작을 제어하고 제2 동작 모드에서 플랜트의 목표 이동 동작을 제어하는 구동 제어 신호를 발생한다.

Description

서보 컨트롤러 및 이를 포함하는 서보 시스템{SERVO CONTROLLER AND SERVO SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서보(servo) 제어를 수행하는 서보 컨트롤러 및 이를 포함하는 서보 시스템에 관한 것이다.
서보(servo) 시스템은 서보 제어를 수행하는 서보 컨트롤러와 상기 서보 제어에 의하여 동작이 제어되는 플랜트(plant)를 포함한다. 서보 제어는 피드백(feedback) 제어의 일종이며, 서보 컨트롤러는 피제어 대상인 플랜트의 움직임이 지시된 움직임을 추종(follow)하도록 제어 값을 목표 값에 가능한 한 일치시켜 제어 값과 목표 값의 차이인 오차를 최소화시키는 동작을 수행한다. 상기와 같은 서보 제어는 전동기, 로봇, 배 및 항공기 등과 같은 운동체를 자동 조종하는데 사용되며, 예를 들어 광디스크 장치에서 광디스크의 신호면 상에 광의 초점을 정확히 맞추기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 플랜트의 동작을 효율적으로 제어하는 구동 제어 신호를 발생하는 서보 컨트롤러를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 서보 컨트롤러를 포함하는 서보 시스템을 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 컨트롤러는 킥/브레이크 제어부 및 보상부를 포함한다. 상기 킥/브레이크 제어부는 외부 제어 신호에 기초하여 플랜트의 동작을 제어하기 위한 내부 파라미터를 변경한다. 상기 보상부는 상기 플랜트로부터 제공되는 에러 신호 및 상기 내부 파라미터에 기초하여, 제1 동작 모드에서 상기 플랜트의 정상 동작을 제어하고 제2 동작 모드에서 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 제어하는 구동 제어 신호를 발생한다.
상기 킥/브레이크 제어부는 상기 제2 동작 모드에서, 상기 외부 제어 신호가 활성화된 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 개시하기 위한 킥(kick) 파라미터로 설정하고, 상기 에러 신호가 제동 조건을 만족하는 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 종료시키기 위한 브레이크(brake) 파라미터로 설정할 수 있다.
상기 보상부는 상기 내부 파라미터가 상기 킥 파라미터에 상응하는 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 상기 킥 파라미터에 기초하여 상기 구동 제어 신호의 레벨을 조절하고, 상기 내부 파라미터가 상기 브레이크 파라미터에 상응하는 상기 제2 동작 모드의 제2 구간에서 상기 에러 신호 및 상기 브레이크 파라미터에 기초하여 상기 구동 제어 신호의 레벨을 조절할 수 있다.
상기 구동 제어 신호는 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 킥 피크값에 도달한 이후에 지수적으로 증가하거나 감소하고, 상기 제2 동작 모드의 제2 구간에서 브레이크 피크값에 도달한 이후에 지수적으로 증가하거나 감소할 수 있다.
상기 보상부는 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 상기 에러 신호의 수신을 차단하고 상기 제2 동작 모드의 제2 구간에서 상기 에러 신호의 수신을 허용할 수 있다.
상기 킥/브레이크 제어부는 상기 외부 제어 신호가 비활성화된 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 플랜트를 정상 상태로 동작시키기 위한 정상 파라미터로 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 플랜트의 목표 이동 동작은 상기 플랜트에 포함되는 피구동 장치가 제1 위치에서 제2 위치로 이동하는 동작이며, 상기 킥 파라미터는 상기 플랜트에서 발생되는 외란(disturbance), 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 거리인 목표 거리 및 상기 목표 이동 동작의 수행 시간인 목표 시간에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 브레이크 파라미터는 상기 에러 신호가 상기 제동 조건을 만족하는 시점에서의 상기 피구동 장치의 속도에 기초하여 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보상부는 지연 메모리를 각각 구비하는 n(n은 2 이상의 자연수)개의 스테이지들을 포함하는 n차 디지털 필터일 수 있다. 상기 킥/브레이크 제어부는 상기 지연 메모리들 중 하나일 수 있다. 이 경우, 상기 킥/브레이크 제어부는 상기 지연 메모리들 중 상기 n차 디지털 필터의 출력단과 가장 인접하는 가장 후단의 지연 메모리일 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 시스템은 플랜트, 서보 컨트롤러 및 구동 드라이버를 포함한다. 상기 플랜트는 구동 신호에 기초하여 내부에 포함되는 피구동 장치를 동작시킨다. 상기 서보 컨트롤러는 외부 제어 신호에 기초하여 상기 피구동 장치의 동작을 제어하기 위한 내부 파라미터를 변경하고, 상기 피구동 장치의 위치 또는 속도에 상응하는 에러 신호 및 상기 내부 파라미터에 기초하여, 제1 동작 모드에서 상기 피구동 장치의 정상 동작을 제어하고 제2 동작 모드에서 상기 피구동 장치의 목표 이동 동작을 제어하는 구동 제어 신호를 발생한다. 상기 구동 드라이버는 상기 구동 제어 신호에 기초하여 상기 구동 신호를 발생한다.
상기 서보 시스템은 상기 피구동 장치의 위치 또는 속도를 검출하여 피드백 신호를 발생하는 감지기를 더 포함할 수 있다.
상기 서보 시스템은 연산기 및 증폭기를 더 포함할 수 있다. 상기 연산기는 상기 피드백 신호 및 기준 신호에 기초하여 상기 기준 신호와 상기 피드백 신호의 차이에 상응하는 차신호를 발생할 수 있다. 상기 증폭기는 상기 차신호를 증폭하여 상기 에러 신호를 발생할 수 있다.
상기 서보 컨트롤러는 상기 제2 동작 모드에서, 상기 외부 제어 신호가 활성화된 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 피구동 장치의 목표 이동 동작을 개시하기 위한 킥(kick) 파라미터로 설정하고, 상기 에러 신호가 제동 조건을 만족하는 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 피구동 장치의 목표 이동 동작을 종료시키기 위한 브레이크(brake) 파라미터로 설정할 수 있다. 상기 증폭기는 상기 내부 파라미터가 상기 킥 파라미터에 상응하는 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 상기 에러 신호를 일시적으로 초기화할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 서보 시스템은 데이터가 기록되는 복수의 데이터 레이어들을 포함하는 광디스크를 구동시키는 시스템일 수 있다. 상기 서보 컨트롤러는 상기 복수의 레이어들 중 제1 데이터 레이어에서 제2 데이터 레이어로 광 스팟(spot)을 이동시키는 레이어 점프 동작을 제어하는 포커스 서보 컨트롤러일 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 서보 컨트롤러는 동작 모드에 상관없이 항상 턴온되는 하나의 보상부를 포함하며, 외부의 외란 등을 고려하여 플랜트의 동작을 제어하기 위한 내부 파라미터를 결정하고 상기 동작 모드에 따라 상기 내부 파라미터를 설정함으로써, 상대적으로 간단한 구조를 가지며 상기 플랜트의 동작을 효율적으로 제어하는 구동 제어 신호를 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서보 컨트롤러를 포함하는 서보 시스템은 상기 플랜트의 오버슈트의 발생을 방지하고, 상기 플랜트를 안정화시키는데 소요되는 시간을 감소시켜 향상된 동작 속도를 가질 수 있으며, 따라서 상기 서보 시스템의 안정성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 서보 컨트롤러의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 서보 컨트롤러의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 3의 제2 동작 모드에서 구동 제어 신호의 레벨을 조절하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 킥 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호의 레벨을 조절하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 4의 에러 신호 및 브레이크 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호의 레벨을 조절하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 7a는 도 1의 서보 컨트롤러의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 7b, 도 7c 및 도 7d는 도 1의 서보 컨트롤러에 의하여 제어되는 플랜트의 동작을 나타내는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광디스크 구동 장치를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9의 광디스크 구동 장치에 의하여 구동되는 광디스크의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 11a, 도 11b, 도 12a, 도 12b, 도 13a, 도 13b, 도 14a, 도 14b, 도 15a 및 도 15b는 도 9의 광디스크 구동 장치의 동작을 나타내는 도면들이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 서보 컨트롤러(100)는 서보 시스템 내에 포함되며 상기 서보 시스템에 포함된 플랜트의 동작을 제어하기 위하여 이용될 수 있다. 서보 컨트롤러(100) 및 상기 서보 시스템의 동작 모드는 크게 제1 동작 모드와 제2 동작 모드로 구분될 수 있다. 상기 제1 동작 모드 동안에는 상기 플랜트가 정상 동작을 수행하며, 상기 제2 동작 모드 동안에는 상기 플랜트가 목표 이동 동작을 수행할 수 있다. 서보 컨트롤러(100) 및 상기 플랜트를 포함하는 상기 서보 시스템의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.
도 1을 참조하면, 서보 컨트롤러(100)는 킥/브레이크 제어부(120) 및 보상부(140)를 포함한다.
킥/브레이크 제어부(120)는 외부 제어 신호(ECON)에 기초하여 내부 파라미터를 변경한다. 상기 내부 파라미터는 상기 플랜트의 동작을 제어하기 위한 파라미터로서 구동 제어 신호(DCON)를 발생하기 위하여 이용된다. 킥/브레이크 제어부(120)는 상기 내부 파라미터를 저장하는 메모리의 형태로 구현될 수 있다.
외부 제어 신호(ECON)는 상기 서보 시스템에 포함되는 메인 컨트롤러(미도시)로부터 제공될 수 있다. 외부 제어 신호(ECON)에 기초하여 서보 컨트롤러(100)의 동작 모드가 결정될 수 있다. 예를 들어, 외부 제어 신호(ECON)가 활성화되는 경우에 서보 컨트롤러(100)는 상기 제2 동작 모드로 동작할 수 있고, 외부 제어 신호(ECON)가 비활성화되는 경우에 서보 컨트롤러(100)는 상기 제1 동작 모드로 동작할 수 있다.
여기서, "활성화"는 각 신호들이 제1 논리 레벨에서 제2 논리 레벨로 천이되는 것을 나타내며, "비활성화"는 각 신호들이 상기 제2 논리 레벨에서 상기 제1 논리 레벨로 천이되는 것을 나타낸다. 예를 들어, 상기 제1 논리 레벨은 논리 로우 레벨이고 상기 제2 논리 레벨은 논리 하이 레벨일 수 있다.
보상부(140)는 에러 신호(ES) 및 상기 내부 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호(DCON)를 발생한다. 에러 신호(ES)는 상기 플랜트로부터 제공되며, 상기 플랜트의 위치 및/또는 속도에 상응할 수 있다. 예를 들어, 에러 신호(ES)는 미리 설정된 상기 플랜트의 목표 위치 및/또는 목표 속도와 상기 플랜트의 현재 위치 및/또는 현재 속도의 차이에 상응할 수 있다. 구동 제어 신호(DCON)는 상기 플랜트의 동작을 제어하기 위하여 이용되며, 상기 제1 동작 모드에서 상기 플랜트의 정상 동작을 제어하고 상기 제2 동작 모드에서 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 제어한다.
일 실시예에서, 상기 플랜트의 정상 동작은 상기 플랜트에 포함되는 피구동 장치가 목표 위치를 유지하는 동작, 즉 상기 피구동 장치가 정상 상태(steady-state)를 유지하는 동작일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 동작 모드에서 상기 피구동 장치가 상기 목표 위치를 벗어난 경우에 상기 플랜트는 구동 제어 신호(DCON)에 기초하여 상기 피구동 장치의 위치를 보정할 수 있다. 상기 플랜트의 목표 이동 동작은 상기 피구동 장치가 제1 위치에서 제2 위치로 이동하는 동작일 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 플랜트의 정상 동작은 상기 피구동 장치가 목표 속도를 유지하는 동작이며, 상기 플랜트의 목표 이동 동작은 상기 피구동 장치가 속도를 변경하는 동작일 수 있다.
일 실시예에서, 동작 초기에, 서보 컨트롤러(100)는 상기 제1 동작 모드로 동작할 수 있으며, 상기 제1 동작 모드에서 상기 내부 파라미터는 상기 플랜트를 정상 상태로 동작시키기 위한 정상 파라미터로 설정될 수 있다. 킥/브레이크 제어부(120)는 외부 제어 신호(ECON)가 활성화된 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 개시하기 위한 킥(kick) 파라미터로 설정할 수 있다. 킥/브레이크 제어부(120)는 에러 신호(ES)가 제동 조건을 만족하는 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 종료시키기 위한 브레이크(brake) 파라미터로 설정할 수 있다. 킥/브레이크 제어부(120)는 외부 제어 신호(ECON)가 비활성화된 시점에, 즉 상기 제1 동작 모드가 다시 시작되는 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 정상 파라미터로 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 킥/브레이크 제어부(120)는 상기 서보 컨트롤러(100)의 동작 모드에 따라 상기 내부 파라미터를 설정할 수 있다. 한편, 도 5 및 도 6을 참조하여 후술하는 바와 같이, 상기 내부 파라미터는 상기 플랜트의 동작 환경에 따라 결정될 수 있다.
종래의 서보 컨트롤러는 플랜트의 정상 동작을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하는 제1 보상부 및 플랜트의 목표 이동 동작을 제어하는 제2 제어 신호를 생성하는 제2 보상부를 별도로 구비하였다. 즉, 종래의 서보 컨트롤러는 제1 동작 모드에서 상기 제1 보상부를 턴온하여 상기 제1 제어 신호를 발생하고 상기 제2 보상부를 턴오프하며, 제2 동작 모드에서 상기 제2 보상부를 턴온하여 상기 제2 제어 신호를 발생하고 상기 제1 보상부를 턴오프하였다. 또한 외부의 외란(external disturbance) 및 플랜트의 섭동(perturbation) 등과 같은 시스템의 불확실성으로 인하여, 종래의 서보 컨트롤러에서는 상기 제2 동작 모드가 종료되는 시점에 상기 플랜트에 포함된 피구동 장치의 종단 속도(terminal velocity)를 0으로 만들기 어려웠다. 따라서 종래의 서보 컨트롤러는 구조가 복잡하며, 상기 제2 동작 모드의 종료 시에 발생되는 오버슈트(overshoot)로 인하여 플랜트의 동작이 안정화되는데 오랜 시간이 소요된다는 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서보 컨트롤러(100)는, 동작 모드에 따라 내부 파라미터를 변경하는 킥/브레이크 제어부(120) 및 상기 내부 파라미터에 기초하여, 상기 제1 동작 모드에서 상기 플랜트의 정상 동작을 제어하고 상기 제2 동작 모드에서 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 제어하는 구동 제어 신호를 발생하는 보상부(140)를 포함한다. 즉, 서보 컨트롤러(100)는 동작 모드에 따라 선택적으로 턴온되는 두 개의 보상부들을 구비하는 대신에 항상 턴온되는 하나의 보상부(140)를 포함함으로써, 상대적으로 간단한 구조를 가질 수 있다. 또한 외부의 외란 및 플랜트의 섭동 등을 고려하여 상기 동작 모드에 따라 상기 내부 파라미터를 설정함으로써, 오버슈트의 발생을 방지하고 상기 플랜트를 안정화시키는데 소요되는 시간을 감소시킬 수 있으며, 서보 컨트롤러(100)를 포함하는 서보 시스템의 안정성이 향상될 수 있다.
도 2는 도 1의 서보 컨트롤러의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 서보 컨트롤러(100)는 제1 필터부(140a), 제2 필터부(140b), 제3 필터부(140c) 및 가산기(149)를 포함할 수 있다.
서보 컨트롤러(100)는 지연 메모리를 각각 구비하는 n(n은 2 이상의 자연수)개의 스테이지들을 포함하는 n차 디지털 필터의 형태로 구현될 수 있다. 즉, 서보 컨트롤러(100)는 2차 이상의 디지털 필터일 수 있으며, 상기 디지털 필터의 차수는 지연 메모리의 총 개수에 상응할 수 있다. 도 2는 6개의 지연 메모리들(120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f)을 이용하여 6개의 스테이지들을 포함하는 6차 디지털 필터의 형태로 구현된 서보 컨트롤러(100)를 나타낸다.
제1 필터부(140a)는 에러 신호(ES)를 필터링할 수 있다. 제2 필터부(140b)는 에러 신호(ES)를 필터링할 수 있고, 제3 필터부(140c)는 제2 필터부(140b)의 출력 신호를 필터링할 수 있다. 가산기(149)는 제1 필터부(140a) 및 제3 필터부(140c)의 출력 신호를 가산하여 구동 제어 신호(DCON)를 발생할 수 있다. 제2 필터부(140b)와 제3 필터부(140c)는 직렬 연결되며, 제1 필터부(140a)는 제2 필터부(140b) 및 제3 필터부(140c)와 병렬 연결될 수 있다.
필터부들(140a, 140b, 140c)은 서로 다른 샘플링 주파수로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 필터부(140a)는 약 176kHz의 샘플링 주파수로 동작할 수 있고, 제2 필터부(140b)는 약 88kHz의 샘플링 주파수로 동작할 수 있으며, 제3 필터부(140c)는 약 22kHz의 샘플링 주파수로 동작할 수 있다.
필터부들(140a, 140b, 140c)은 적어도 하나의 지연 메모리, 적어도 하나의 계수기 및 적어도 하나의 가산기를 각각 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 필터부(140a)는 복수의 지연 메모리들(120a, 120b, 120c, 120d), 복수의 계수기들(141a, 141b, 141c, 141d, 141e, 141f, 141g, 141h, 141i) 및 복수의 가산기들(142a, 142b, 142c, 142d)을 포함할 수 있다. 제2 필터부(140b)는 지연 메모리(120e), 복수의 계수기들(144a, 144b) 및 복수의 가산기들(145a, 145b)을 포함할 수 있다. 제3 필터부(140c)는 지연 메모리(120f), 복수의 계수기들(147a, 147b, 147c, 147d) 및 복수의 가산기들(148a, 148b)을 포함할 수 있다.
복수의 계수기들(141a, 141b, 141c, 141d, 141e, 141f, 141g, 141h, 141i, 144a, 144b, 147a, 147b, 147c, 147d)에는 상기 디지털 필터의 특성에 상응하는 계수들이 저장될 수 있다. 예를 들어, 계수기들(141b, 141d, 141g, 141i, 147d)에는 상기 디지털 필터의 전달 함수의 영(zero) 값에 상응하는 계수들이 저장될 수 있고, 계수기들(141c, 141e, 141h, 144b, 147b)에는 상기 디지털 필터의 전달 함수의 폴(pole) 값에 상응하는 계수들이 저장될 수 있으며, 계수기들(141a, 141f, 144a, 147a, 147c)에는 구동 제어 신호(DCON)의 이득에 상응하는 계수들이 저장될 수 있다.
복수의 지연 메모리들(120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f)은 과거의 입출력 값에 상응하는 정보들이 저장될 수 있으며, 따라서 상기 디지털 필터의 내부 상태(internal state)를 나타낼 수 있다.
서보 컨트롤러(100)가 도시된 바와 같이 디지털 필터의 형태로 구현되는 경우에, 보상부(도 1의 140)는 상기 n개의 스테이지들을 포함하는 n차 디지털 필터 전체에 상응할 수 있고, 킥/브레이크 제어부(도 1의 120)는 상기 n차 디지털 필터에 포함되는 복수의 지연 메모리들(120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f) 중 하나에 상응할 수 있다. 즉, 보상부(도 1의 140)와 킥/브레이크 제어부(도 1의 120)는 상기 n차 디지털 필터에 포함되는 일부 구성(지연 메모리)을 공유하도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 킥/브레이크 제어부(도 1의 120)는 상기 n차 디지털 필터의 출력단과 가장 인접하는 가장 후단의 지연 메모리인 제4 지연 메모리(120d)에 상응할 수 있다. 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 제4 지연 메모리(120d)는 상기 내부 파라미터를 저장할 수 있으며, 외부 제어 신호(ECON)에 기초하여 상기 내부 파라미터를 상기 정상 파라미터, 상기 킥 파라미터 및 상기 브레이크 파라미터 중 하나로 설정할 수 있다. 상기와 같이 디지털 필터의 내부 상태에 상응하는 상기 내부 파라미터의 값을 변경함으로써 상기 디지털 필터의 내부 상태를 변경할 수 있으며, 따라서 이와 같은 구동 방법을 내부 상태 조작(Internal State Manipulation; ISM) 기법이라고 부르기도 한다.
다른 실시예에서, 킥/브레이크 제어부(도 1의 120)는 제4 지연 메모리(120d)보다 이전의 스테이지에 포함되는 제1 내지 제3 지연 메모리들(120a, 120b, 120c) 중 하나에 상응할 수 있다. 일반적으로 디지털 필터에 포함되는 복수의 스테이지들 중 앞단에 위치하는 스테이지일수록 상대적으로 낮은 주파수의 신호를 필터링할 수 있다. 상기 피구동 장치가 목표 이동 동작을 개시하거나 종료하는데 상대적으로 많은 에너지를 필요로 하는 경우에, 킥/브레이크 제어부(도 1의 120)를 상대적으로 앞단에 위치하는 지연 메모리로 구현하여 상기 피구동 장치에 상대적으로 많은 에너지를 공급할 수 있다.
도 2에서는 6차 디지털 필터의 형태로 구현된 서보 컨트롤러(100)를 도시하였지만, 실시예에 따라서 본 발명의 서보 컨트롤러는 임의의 차수를 가지는 디지털 필터의 형태로 구현될 수 있다. 한편, 실시예에 따라서 본 발명의 서보 컨트롤러에 포함되는 복수의 스테이지들은 직렬 또는 병렬로 연결될 수도 있고, 직렬/병렬 방식을 혼합하여 연결될 수도 있다. 또한 도 2에서는 IIR(Infinite Impulse Response) 필터의 형태로 구현된 서보 컨트롤러(100)를 도시하였지만, 실시예에 따라서 본 발명의 서보 컨트롤러는 FIR(Finite Impulse Response) 필터, PID(Proportional plus Integrate plus Derivative) 컨트롤러 또는 Lag-Lead-Lead 컨트롤러 등과 같은 다양한 구조로 구현될 수 있다.
도 3은 도 1의 서보 컨트롤러의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 서보 컨트롤러(100)는 에러 신호(ES) 및 상기 내부 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호(DCON)를 발생한다. 보상부(140)는 상기 제1 동작 모드에서 에러 신호(ES) 및 상기 내부 파라미터에 기초하여 상기 플랜트의 상기 정상 동작을 제어하도록 구동 제어 신호(DCON)의 레벨을 조절한다(단계 S100). 상술한 바와 같이, 상기 제1 동작 모드에서 상기 내부 파라미터는 상기 정상 파라미터로 설정될 수 있으며, 상기 플랜트는 구동 제어 신호(DCON)에 기초하여 내부의 피구동 장치가 목표 위치를 유지하도록 상기 피구동 장치의 위치를 보정할 수 있다.
킥/브레이크 제어부(120)는 상기 제2 동작 모드에서 외부 제어 신호(ECON)에 기초하여 상기 내부 파라미터를 변경하고, 보상부(140)는 에러 신호(ES) 및 상기 변경된 내부 파라미터에 기초하여 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 제어하도록 구동 제어 신호(DCON)의 레벨을 조절한다(단계 S200). 상술한 바와 같이, 상기 제2 동작 모드에서 상기 플랜트는 구동 제어 신호(DCON)에 기초하여 상기 피구동 장치를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시킬 수 있다.
도 4는 도 3의 제2 동작 모드에서 구동 제어 신호의 레벨을 조절하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제2 동작 모드에서 구동 제어 신호(DCON)의 레벨을 조절하는 단계(S200)에서는, 킥/브레이크 제어부(120)는 외부 제어 신호(ECON)가 활성화된 시점에, 즉 상기 제2 동작 모드가 시작되는 경우에 상기 내부 파라미터를 상기 킥 파라미터로 설정하고, 보상부(140)는 상기 내부 파라미터가 상기 킥 파라미터에 상응하는 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 상기 킥 파라미터에 기초하여 상기 플랜트가 상기 목표 이동 동작을 개시하도록 구동 제어 신호(DCON)의 레벨을 조절할 수 있다(단계 S220). 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 에러 신호(ES)의 수신이 차단될 수 있으며, 상기 피구동 장치는 상기 제1 위치를 이탈하여 상기 제2 위치로 이동할 수 있다.
킥/브레이크 제어부(120)는 에러 신호(ES)가 상기 제동 조건을 만족하는 시점에, 즉 에러 신호(ES)가 미리 정해진 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 내부 파라미터를 상기 브레이크 파라미터로 설정하고, 보상부(140)는 상기 내부 파라미터가 상기 브레이크 파라미터에 상응하는 상기 제2 동작 모드의 제2 구간에서 에러 신호(ES) 및 상기 브레이크 파라미터에 기초하여 상기 플랜트가 상기 목표 이동 동작을 종료하도록 구동 제어 신호(DCON)의 레벨을 조절할 수 있다(단계 S240). 상기 제2 동작 모드의 제2 구간에서 에러 신호(ES)의 수신이 다시 허용될 수 있으며, 상기 피구동 장치는 상기 제2 위치에 도달한 후에 상기 제2 위치를 유지할 수 있다.
도 5는 도 4의 킥 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호의 레벨을 조절하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다. 도 6은 도 4의 에러 신호 및 브레이크 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호의 레벨을 조절하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 킥 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호의 레벨을 조절하는 단계(S220)에서는, 메인 컨트롤러(미도시)가 외부 제어 신호(ECON)를 활성화시킬 수 있다(단계 S222). 즉, 상기 피구동 장치가 상기 목표 이동 동작을 수행하는 상기 제2 동작 모드가 개시될 수 있다. 이 경우, 상기 목표 이동 동작은 상기 피구동 장치가 제1 위치에서 제2 위치로 이동하는 동작일 수 있다.
상기 피구동 장치에 대한 목표 거리, 목표 시간 및 상기 플랜트에서 발생되는 외란에 기초하여 상기 킥 파라미터가 결정될 수 있다(단계 S224). 상기 목표 거리는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 거리를 나타내며, 상기 목표 시간은 상기 목표 이동 동작의 수행 시간을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 서보 컨트롤러(100) 및 상기 플랜트를 포함하는 서보 시스템은 질량-스프링-댐퍼(mass-spring-damper) 시스템과 같은 미리 정해진 제어 시스템으로 모델링될 수 있으며, 상기 모델링을 통하여 획득된 수식을 이용하여 상기 킥 파라미터가 결정될 수 있다. 서보 컨트롤러(100)는 상기 킥 파라미터를 연산하기 위한 연산부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
서보 컨트롤러(100)는 에러 신호(ES)의 수신을 차단할 수 있다(단계 S226). 에러 신호(ES)는 상기 정상 파라미터와 함께 상기 피구동 장치가 상기 제1 위치를 유지하도록 구동 제어 신호(DCON)를 제어하는데 이용되며, 상기 킥 파라미터는 상기 피구동 장치가 상기 제1 위치에서 벗어나도록 구동 제어 신호(DCON)를 제어하는데 이용된다. 즉, 에러 신호(ES)와 상기 킥 파라미터는 서로 상충되는 특성을 가지므로, 서보 컨트롤러(100)는 상기 내부 파라미터를 상기 킥 파라미터로 설정하기 이전에 에러 신호(ES)의 수신을 차단할 수 있다. 일 실시예에서, 에러 신호(ES)를 발생하는 증폭기(미도시)의 증폭 이득을 조절하여 에러 신호(ES)의 수신을 차단할 수 있다. 다른 실시예에서, 서보 컨트롤러(100)는 에러 신호(ES)의 수신을 차단하기 위한 스위치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
킥/브레이크 제어부(120)는 상기 내부 파라미터를 상기 킥 파라미터로 설정할 수 있으며(단계 S228), 보상부(140)는 상기 킥 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호(DCON)의 레벨을 조절할 수 있다(단계 S230). 이 경우, 구동 제어 신호(DCON)의 레벨은 상기 내부 파라미터가 변경되는 시점에 순간적으로 킥 피크값에 도달한 이후에 지수적으로(exponentially) 증가하거나 감소할 수 있다.
도 1, 도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 에러 신호(ES) 및 브레이크 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호의 레벨을 조절하는 단계(S240)에서는, 에러 신호(ES)가 상기 제동 조건을 만족하는 시점에서의 상기 피구동 장치의 속도에 기초하여 상기 브레이크 파라미터가 결정될 수 있다(단계 S242). 상술한 바와 같이, 상기 제동 조건은 에러 신호(ES)가 미리 정해진 전압 레벨을 가지는 경우일 수 있으며, 상기 서보 시스템에 포함되는 타이머(미도시)를 이용하여 상기 제동 조건의 만족 여부가 판단될 수 있다. 또한 서보 컨트롤러(100)에 포함되는 상기 연산부(미도시)를 이용하여 상기 브레이크 파라미터가 연산될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제동 조건을 만족하는 시점에서의 상기 피구동 장치의 속도가 증가할수록, 상기 피구동 장치를 제동하기 위한 제동력이 증가해야 하며, 따라서 상기 브레이크 파라미터의 크기가 증가할 수 있다. 일 실시예에서, 선형 이차 제어(Linear Quadratic Regulator; LQR) 기법, 리아프노프(Lyapunov) 방정식, 리카티(Ricatti) 방정식 또는 선형 행렬 부등식(Linear Matrix Inequality; LMI) 등의 방법을 이용하여 상기 브레이크 파라미터가 연산될 수 있다.
서보 컨트롤러(100)는 에러 신호(ES)의 수신을 허용할 수 있다(단계 S244). 상기 브레이크 파라미터는 상기 피구동 장치가 상기 제2 위치에 정지하도록 구동 제어 신호(DCON)를 제어하는데 이용되며, 에러 신호(ES)와 유사한 특성을 가진다. 따라서 상기 내부 파라미터를 상기 브레이크 파라미터로 설정하기 이전에 에러 신호(ES)의 수신을 허용함으로써, 상기 피구동 장치가 상기 제2 위치에 정지하도록 제어하며, 이와 동시에 상기 제2 위치를 벗어나는 경우에 상기 피구동 장치가 상기 제2 위치에 유지하도록 제어할 수 있다.
킥/브레이크 제어부(120)는 상기 내부 파라미터를 상기 브레이크 파라미터로 설정할 수 있으며(단계 S246), 보상부(140)는 에러 신호(ES) 및 상기 브레이크 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호(DCON)의 레벨을 조절할 수 있다(단계 S248). 이 경우, 구동 제어 신호(DCON)의 레벨은 상기 내부 파라미터가 변경되는 시점에 순간적으로 브레이크 피크값에 도달한 이후에 지수적으로 증가하거나 감소할 수 있다.
도 7a는 도 1의 서보 컨트롤러의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 1 및 도 7a를 참조하면, 시간 t1 이전에서, 서보 컨트롤러(100)는 상기 제1 동작 모드로 동작한다. 즉, 외부 제어 신호(ECON)는 비활성화되고, 상기 내부 파라미터는 상기 정상 파라미터로 설정된다. 에러 신호(ES)가 일정한 레벨로 유지되고 있으므로, 즉 상기 피구동 장치가 상기 목표 위치를 유지하고 있으므로 구동 제어 신호(DCON) 또한 일정한 레벨로 유지된다.
시간 t1에서, 도 5를 참조하여 상술한 바와 같이, 외부 제어 신호(ECON)가 활성화되고 상기 내부 파라미터가 상기 킥 파라미터로 설정된다. 시간 t1 내지 t2의 구간인 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서, 서보 컨트롤러(100)는 에러 신호(ES)의 수신을 차단하고 상기 킥 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호(DCON)의 논리 레벨을 결정한다. 구동 제어 신호(DCON)는 상기 내부 파라미터가 상기 킥 파라미터로 설정되는 시점(시간 t1)에서 순간적으로 킥 피크값(pk)에 도달한 이후에 지수적으로 감소(exponentially decaying)한다.
시간 t2에서, 도 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 에러 신호(ES)가 미리 정해진 제동 전압(Vbc)의 레벨을 가지는 경우에 상기 내부 파라미터가 상기 브레이크 파라미터로 설정된다. 시간 t2 내지 t3의 구간인 상기 제2 동작 모드의 제2 구간에서, 서보 컨트롤러(100)는 에러 신호(ES)의 수신을 허용하고 에러 신호(ES) 및 상기 브레이크 파라미터에 기초하여 구동 제어 신호(DCON)의 논리 레벨을 결정한다. 구동 제어 신호(DCON)는 상기 내부 파라미터가 상기 브레이크 파라미터로 설정되는 시점(시간 t2)에서 순간적으로 브레이크 피크값(pb)에 도달한 이후에 역지수적으로 증가한다.
시간 t3에서, 외부 제어 신호(ECON)가 비활성화되고 상기 내부 파라미터가 상기 정상 파라미터로 설정된다. 시간 t3 이후에, 서보 컨트롤러(100)는 다시 상기 제1 동작 모드로 동작한다.
도시하지는 않았지만, 실시예에 따라서, 구동 제어 신호(DCON)는 상기 내부 파라미터가 상기 킥 파라미터로 설정되는 시점(시간 t1)에서 순간적으로 킥 피크값에 도달한 이후에 역지수적으로 증가할 수 있으며, 상기 내부 파라미터가 상기 브레이크 파라미터로 설정되는 시점(시간 t2)에서 순간적으로 브레이크 피크값에 도달한 이후에 지수적으로 감소할 수 있다.
도 7b, 도 7c 및 도 7d는 도 1의 서보 컨트롤러에 의하여 제어되는 플랜트의 동작을 나타내는 도면들이다. 도 7b는 상기 플랜트에 포함되는 상기 피구동 장치의 위치 변화를 나타내는 도면이고, 도 7c는 상기 피구동 장치의 속도 변화를 나타내는 도면이며, 도 7d는 상기 피구동 장치의 가속도 변화를 나타내는 도면이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 7d를 참조하면, 시간 t1 이전에서, 상기 피구동 장치는 제1 위치(y1)를 유지한다. 즉, 상기 피구동 장치의 위치 변화는 없으며, 따라서 상기 피구동 장치의 속도 및 가속도는 약 0의 값을 가진다.
시간 t1에서, 상기 피구동 장치의 목표 이동 동작이 개시된다. 시간 t1 내지 t2에서, 상기 피구동 장치는 제1 위치(y1)에서 제동 위치(ybc)까지 이동한다. 제동 위치(ybc)는 에러 신호(ES)가 미리 정해진 제동 전압(Vbc)의 레벨을 가지는 시점에서의 상기 피구동 장치의 위치에 상응할 수 있다. 상기 피구동 장치의 속도는 약 0에서 vm까지 증가하며, 가속도는 시간 t1에서 순간적으로 증가한 이후에 지수적으로 감소한다.
시간 t2에서, 상기 피구동 장치의 목표 이동 동작을 종료시키기 위하여 상기 내부 파라미터를 상기 브레이크 파라미터로 설정한다. 상기 피구동 장치의 제동을 위하여 상기 내부 파라미터를 상기 브레이크 파라미터로 설정하더라도, 관성으로 인하여 상기 피구동 장치는 상기 브레이크 파라미터의 설정과 동시에 정지하지 않으며, 일정 거리를 더 이동한 이후에 정지한다. 따라서 제1 위치(y1)와 제2 위치(y2) 사이의 제동 위치(ybc)에서 상기 내부 파라미터를 상기 브레이크 파라미터로 미리 설정한다. 시간 t2 내지 t3에서, 관성으로 인하여 상기 피구동 장치는 제동 위치(ybc)에서 제2 위치(y2)까지 이동한다. 상기 피구동 장치의 속도는 vm에서 약 0까지 감소하며, 가속도는 시간 t2에서 순간적으로 감소한 이후에 역지수적으로 증가한다.
시간 t3에서, 상기 피구동 장치의 목표 이동 동작이 종료된다. 시간 t3 이후에, 상기 피구동 장치는 제2 위치(y2)를 유지한다. 즉, 상기 피구동 장치의 위치 변화는 없으며, 따라서 상기 피구동 장치의 속도 및 가속도는 약 0의 값을 가진다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 컨트롤러(100)를 이용하여 상기 피구동 장치를 구동하는 경우에, 상기 제2 동작 모드의 제2 구간(시간 t2 내지 t3)에서 상기 피구동 장치의 속도가 실질적으로 0에 가까운 구간이 상대적으로 길다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 컨트롤러(100)를 이용하여 상기 피구동 장치를 구동하는 경우에, 종래의 서보 컨트롤러를 이용하여 상기 피구동 장치를 구동하는 경우보다 상기 피구동 장치의 종단 속도를 효과적으로 0으로 만들 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 컨트롤러(100)는 상기 플랜트의 동작을 효율적으로 제어하는 구동 제어 신호(DCON)를 발생할 수 있다. 또한 서보 컨트롤러(100)를 포함하는 서보 시스템이 향상된 동작 속도를 가질 수 있으며, 상기 서보 시스템의 안정성이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 서보 시스템(200)은 플랜트(210), 서보 컨트롤러(220) 및 구동 드라이버(230)를 포함한다. 서보 시스템(200)은 감지기(240), 연산기(250) 및 증폭기(260)를 더 포함할 수 있다.
플랜트(210)는 구동 신호(DRV)에 기초하여 내부에 포함되는 피구동 장치(212)를 구동시킨다. 제1 동작 모드 동안에는 피구동 장치(212)가 정상 동작을 수행하며, 제2 동작 모드 동안에는 피구동 장치(212)가 목표 이동 동작을 수행할 수 있다. 실시예에 따라서, 피구동 장치(212)는 회전 운동 또는 직선 운동을 수행할 수 있다. 한편, 도시하지는 않았지만, 피구동 장치(212)는 피구동 장치(212) 외에 서보 시스템(200)을 구현하기 위한 다양한 구성요소들을 포함할 수 있다.
감지기(240)는 피구동 장치(212)의 위치 또는 속도를 검출하여 피드백 신호(FBS)를 발생할 수 있다. 피드백 신호(FBS)는 피구동 장치(212)의 현재 위치 및/또는 현재 속도에 상응할 수 있다. 예를 들어, 감지기(240)는 적외선 센서, 초음파 센서 또는 광 센서 등과 같은 임의의 감지 소자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
연산기(250)는 피드백 신호(FBS) 및 기준 신호(RS)에 기초하여 차신호(DFS)를 발생할 수 있다. 기준 신호(RS)는 피구동 장치(212)가 정상 상태를 유지하는지 여부를 판단하는데 사용되며, 예를 들어 피구동 장치(212)의 목표 위치 및/또는 목표 속도에 상응할 수 있다. 일 실시예에서, 연산기(250)는 기준 신호(RS)에서 피드백 신호(FBS)를 감산하여 기준 신호(RS)와 피드백 신호(FBS)의 차이에 상응하는 차신호(DFS)를 발생할 수 있다.
증폭기(260)는 차신호(DFS)를 증폭하여 에러 신호(ES)를 발생할 수 있다. 에러 신호(ES)는 기준 신호(RS)와 피드백 신호(FBS)의 차이에 상응할 수 있으며, 피구동 장치(212)의 위치 또는 속도에 상응할 수 있다.
서보 컨트롤러(220)는 도 1의 서보 컨트롤러(100)일 수 있다. 즉, 서보 컨트롤러(220)는 킥/브레이크 제어부(222) 및 보상부(224)를 포함하며, 외부 제어 신호(ECON)에 기초하여 피구동 장치(212)의 동작을 제어하기 위한 내부 파라미터를 변경하고, 에러 신호(ES) 및 상기 내부 파라미터에 기초하여, 상기 제1 동작 모드에서 상기 피구동 장치(212)의 정상 동작을 제어하고 상기 제2 동작 모드에서 상기 피구동 장치(212)의 목표 이동 동작을 제어하는 구동 제어 신호(DCON)를 발생한다. 구동 드라이버(230)는 구동 제어 신호(DCON)에 기초하여 구동 제어 신호(DCON)에 상응하는 구동 신호(DRV)를 발생한다.
도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 서보 컨트롤러(220)는 상기 제2 동작 모드에서, 외부 제어 신호(ECON)가 활성화된 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 피구동 장치(212)의 목표 이동 동작을 개시하기 위한 킥 파라미터로 설정하고, 에러 신호(ES)가 제동 조건을 만족하는 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 피구동 장치(212)의 목표 이동 동작을 종료시키기 위한 브레이크 파라미터로 설정할 수 있다. 이 경우, 서보 컨트롤러(220)는 상기 내부 파라미터가 상기 킥 파라미터에 상응하는 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 에러 신호(ES)의 수신을 차단할 수 있다. 이를 위하여, 증폭기(260)는 외부 제어 신호(ECON)에 기초하여 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 에러 신호(ES)를 일시적으로 초기화할 수 있다. 즉, 증폭기(260)는 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 증폭 이득을 약 0으로 설정하여 실질적으로 0의 레벨을 가지는 에러 신호(ES)를 발생함으로써, 서보 컨트롤러(220)가 에러 신호(ES)의 수신을 차단하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 서보 시스템(200)은 데이터가 기록되는 복수의 데이터 레이어들을 포함하는 광디스크를 구동시키기 위한 시스템, 즉 광디스크 구동 장치일 수 있다. 이 경우, 서보 컨트롤러(220)는 상기 복수의 데이터 레이어들 중 제1 데이터 레이어에서 제2 데이터 레이어로 광 스팟(spot)을 이동시키는 레이어 점프(layer jump) 동작을 제어하는 포커스 서보 컨트롤러일 수 있다.
이하에서는 서보 시스템(200)의 일 예인 광디스크 구동 장치의 구성의 일 예를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 시스템 및 상기 서보 시스템의 구동 방법을 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광디스크 구동 장치를 나타내는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 광디스크 구동 장치(300)는 광디스크 조정부(301), 포커스 에러 신호 발생기(350), 포커스 서보 컨트롤러(330) 및 포커스 구동 드라이버(340)를 포함한다. 광디스크 조정부(301)는 광디스크(310) 및 광 픽업부(320)를 포함할 수 있으며, 스핀들 모터(미도시) 및 스텝 모터(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
광디스크(310)는 영상 및/또는 음성 등의 데이터를 기록하는 기록 매체이다. 광디스크(310)는 컴팩트 디스크(Compact Disc; CD), 레이저 디스크(Laser Disc; LD), 디지털 다기능 디스크(Digital Versatile Disc; DVD) 및 블루-레이 디스크(Blu-Ray Disc) 등과 같은 다양한 기록 매체들 중 하나일 수 있다.
도 10은 도 9의 광디스크 구동 장치에 의하여 구동되는 광디스크의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 광디스크(310)는 데이터가 기록되는 복수의 데이터 레이어들(312, 314)을 포함할 수 있다. 제1 데이터 레이어(312)의 하부에는 투명 커버 레이어(transparent cover layer) 및 하드 코팅 레이어(hard coating layer)가 형성될 수 있고, 제1 데이터 레이어(312)와 제2 데이터 레이어(314) 사이에는 스페이스 레이어(space layer)가 형성될 수 있으며, 제2 데이터 레이어(314)의 상부에는 예를 들어 폴리카보네이트(polycarbonate)로 구성되는 기판(substrate)이 형성될 수 있다. 한편, 도 10에서는 2개의 데이터 레이어들(312, 314)을 포함하는 광디스크(310)를 도시하였지만, 실시예에 따라서 광디스크(310)는 임의의 개수의 데이터 레이어들을 포함할 수 있다.
광디스크 구동 장치(300)는 광 신호를 이용하여 광디스크(310)에 데이터를 기입하거나 광디스크(310)에 기록된 데이터를 독출한다. 광디스크(310)에서 정확하게 데이터를 기입 또는 독출하기 위해서는 광디스크(310)의 신호면, 즉 데이터 레이어 상에 광 스팟(spot)을 정확히 맞춰야 한다. 디스크의 표면으로부터 일정한 깊이에 위치하는 하나의 데이터 레이어를 포함하는 싱글 레이어 디스크와는 달리, 디스크의 표면으로부터 서로 다른 깊이를 가지는 적어도 2개의 데이터 레이어를 포함하는 멀티-레이어 디스크는 데이터 독출 동작 시에 레이어 점프 동작이 필연적으로 수반된다. 즉, 두 데이터 레이어에 기록된 데이터를 독출하는 경우에, 임의의 한 데이터 레이어에서 다른 데이터 레이어로 상기 광 스팟을 이동시키는 레이어 점프 동작을 수행한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 광 스팟은 제1 데이터 레이어(312)에 위치하거나(CASE1) 제2 데이터 레이어(314)에 위치할 수 있으며(CASE2), 포커스 서보 컨트롤러(330)의 제어에 따라 제1 데이터 레이어(312)에서 제2 데이터 레이어(314)로 이동할 수도 있고, 제2 데이터 레이어(314)에서 제1 데이터 레이어(312)로 이동할 수도 있다.
다시 도 9를 참조하면, 광 픽업부(320)는 액츄에이터(322), 대물 렌즈(324) 및 광 검출기(326)를 포함할 수 있으며, 레이저 다이오드(미도시) 및 빔스프리터(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 광 픽업부(320)는 상기 광디스크(310)에서 데이터를 기입 또는 독출하기 위한 상기 광 스팟을 발생하고, 포커스 구동 신호(FDRV)에 기초하여 상기 광 스팟의 위치를 제어하며, 광디스크(310)에서 발생되는 반사광에 기초하여 대물 렌즈(324)의 위치에 상응하는 피드백 신호(FBS)를 발생할 수 있다.
상기 레이저 다이오드(미도시)는 광 신호를 출사하며, 상기 빔스프리터(미도시)는 상기 출사된 광 신호를 분할할 수 있다. 대물 렌즈(324)는 상기 분할된 광 신호를 집광하여 상기 광 스팟을 발생할 수 있다. 액츄에이터(322)는 포커스 구동 신호(FDRV)에 기초하여 상기 광 스팟이 광 디스크(310)의 목표 데이터 레이어에 위치하도록 대물 렌즈(324)의 위치를 제어할 수 있다. 즉, 액츄에이터(322)는 제1 동작 모드에서 대물 렌즈(324)를 목표 위치에 유지시키는 정상 동작을 수행하며, 제2 동작 모드에서 대물 렌즈(324)를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키는 목표 이동 동작을 수행할 수 있다. 광 감지기(326)는 광디스크(310)에서 발생되는 상기 반사광을 검출하여 대물 렌즈(324)의 현재 위치에 상응하는 피드백 신호(FBS)를 발생할 수 있다.
포커스 에러 신호 발생부(350)는 피드백 신호(FBS) 및 대물 렌즈(324)의 목표 위치에 상응하는 기준 신호(RS)에 기초하여 포커스 에러 신호(FES)를 발생할 수 있다. 포커스 에러 신호 발생부(350)는 비점수차(astigmatism)법 또는 나이프 에지(knife edge)법 등을 이용하여 포커스 에러 신호(FES)를 발생할 수 있다.
포커스 서보 컨트롤러(330)는 도 1의 서보 컨트롤러(100)일 수 있으며, 레이어 점프 제어 신호(LJS)에 기초하여 액추에이터(322)의 동작을 제어하기 위한 내부 파라미터를 변경하는 킥/브레이크 제어부(332) 및 포커스 에러 신호(FES) 및 상기 내부 파라미터에 기초하여, 상기 제1 동작 모드에서 액추에이터(322)의 정상 동작을 제어하고 상기 제2 동작 모드에서 액추에이터(322)의 목표 이동 동작을 제어하는 포커스 제어 신호(FCON)를 발생하는 보상부(334)를 포함할 수 있다. 포커스 구동 드라이버(340)는 포커스 제어 신호(FCON)에 기초하여 포커스 구동 신호(FDRV)를 발생할 수 있다.
포커스 에러 신호 발생기(350)는 레이어 점프 제어 신호(LJS)에 기초하여 상기 내부 파라미터가 상기 킥 파라미터에 상응하는 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 에러 신호(ES)를 일시적으로 초기화할 수 있다.
일 실시예에서, 포커스 에러 신호 발생기(350), 포커스 서보 컨트롤러(330) 및 포커스 구동 드라이버(340)는 하나의 시스템-온-칩(System-on-Chip; SoC)의 형태로 구현될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 이 경우 상기 시스템-온-칩은 아날로그 프론트-엔드(Analog Front-End; AFE), A/D 컨버터, 디지털 프론트-엔드(Digital Front-End; DFE) 및/또는 D/A 컨버터 등과 같은 구성요소들을 더 포함할 수 있다.
도 9에서, 액츄에이터(322) 및 대물 렌즈(324)는 도 8의 피구동 장치(212)에 대응되고, 광 감지기(326)는 도 8의 감지기(240)에 대응되며, 광디스크 조정부(301)는 도 8의 플랜트(210) 및 감지기(240)에 대응된다. 또한 포커스 에러 신호 발생기(350)는 도 8의 연산기(250) 및 증폭기(260)에 대응되며, 포커스 서보 컨트롤러(330) 및 포커스 구동 드라이버(340)는 도 8의 서보 컨트롤러(220) 및 구동 드라이버(230)에 각각 대응된다.
광디스크 구동 장치(300)에 포함되는 액츄에이터(322)의 동작은 질량-스프링-댐퍼 시스템으로 모델링될 수 있다. 즉, 액츄에이터(322)의 전달함수 H(s)는 하기의 [수학식 1]을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상기의 [수학식 1]에서, Kn은 액츄에이터(322)의 DC 민감도(DC sensitivity), ωn은 액츄에이터(322)의 비감쇠 고유 주파수(natural undamped frequency), ζ는 액츄에이터(322)의 감쇠비(damping ratio)를 각각 나타낸다.
액츄에이터(322)의 응답은 영상태 응답(zero-state response)과 영입력 응답(zero-input response)으로 구성되며, 따라서 액츄에이터(322)의 전체 응답은 하기의 [수학식 2]를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
상기의 [수학식 2]에서, L{?}은 라플라스 변환, RZS는 액츄에이터(322)의 영상태 응답, RZI는 액츄에이터(322)의 영입력 응답, X(s)는 라플라스 변환된 입력, Y(s)는 라플라스 변환된 출력을 각각 나타낸다. X(s)는 액츄에이터(322)에 입력되는 포커스 구동 신호(FDRV)에 상응하며, Y(s)는 액츄에이터(322)의 위치에 상응한다. 상기의 [수학식 2]에 대하여 역라플라스 변환을 수행하여 시간에 대한 액츄에이터(322)의 위치 변화를 나타낼 수 있다.
포커스 구동 신호(FDRV)는 포커스 제어 신호(FCON)에 상응하며, 포커스 제어 신호(FCON)는 도 7a에 도시된 구동 제어 신호(DCON)와 같은 지수적으로 감소하는(Exponentially Decaying Function; EDF) 형태의 신호일 수 있다. 즉, 포커스 구동 신호(FDRV)는 고역 통과 필터의 스텝 응답(step response) 또는 저역 통과 필터의 임펄스 응답(impulse response)과 유사하며, 하기의 [수학식 3]을 만족할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
상기의 [수학식 3]에서, KLvl은 입력 신호인 포커스 구동 신호(FDRV)의 레벨, ωh는 고역 통과 필터의 차단 주파수(cut-off frequency)를 각각 나타낸다.
상기 제1 동작 모드에서 액츄에이터(322)는 제1 위치를 유지하고 있으므로, 포커스 에러 신호(FES) 및 포커스 구동 신호(FDRV)는 실질적으로 0의 레벨을 가지며, 상기 제2 동작 모드가 개시되는 시점에서 초기 조건, 즉 초기 상태는 0이다. 따라서 상기 목표 이동 동작을 개시하기 위한 킥 동작을 수행하는 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서, 액츄에이터(322)의 전체 응답은 액츄에이터(322)의 영상태 응답에 의해서만 결정되며, 액츄에이터(322)의 위치 y(t), 속도 v(t) 및 가속도 a(t)는 하기의 [수학식 4] 내지 [수학식 6]을 각각 만족할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00004
[수학식 5]
Figure pat00005
[수학식 6]
Figure pat00006
[수학식 4]는 [수학식 2]의 영상태 응답에 대하여 역라플라스 변환을 수행하여 도출되고, [수학식 5]는 [수학식 4]를 미분하여 도출되며, [수학식 6]은 [수학식 5]를 미분하여 도출된다. 상기의 [수학식 4] 내지 [수학식 6]에서, Kkick은 상기의 [수학식 3]의 KLvl에 상응하는 포커스 구동 신호(FDRV)의 킥 레벨을 나타내며, Kζ, Kγ 및 fk(t)는 설명의 편의를 위한 계수들로서, 하기의 [수학식 7] 내지 [수학식 9]를 각각 만족할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00007
[수학식 8]
Figure pat00008
[수학식 9]
Figure pat00009
상기의 [수학식 9]에서, k는 임의의 실수(real value)일 수 있다.
포커스 에러 신호(FES)가 미리 정해진 임계 레벨과 같은 제동 조건을 만족하는 경우에, 상기 목표 이동 동작을 종료하기 위한 브레이크 동작이 수행된다. 이 경우, 액츄에이터(322)는 제1 위치에서 제2 위치로 이동하고 있으므로, 포커스 에러 신호(FES) 및 포커스 구동 신호(FDRV)는 0이 아닌 레벨을 가지며, 상기 브레이크 동작이 시작되는 시점에서 초기 상태는 0이 아니다. 따라서 상기 브레이크 동작을 수행하는 상기 제2 동작 모드의 제2 구간에서, 액츄에이터(322)의 전체 응답은 액츄에이터(322)의 영상태 응답 및 영입력 응답 모두에 의해서 결정되며, 액츄에이터(322)의 위치 y(t), 속도 v(t) 및 가속도 a(t)는 하기의 [수학식 10] 내지 [수학식 12]를 각각 만족할 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00010
[수학식 11]
Figure pat00011
[수학식 12]
Figure pat00012
[수학식 10]은 [수학식 2]의 영상태 응답 및 영입력 응답에 대하여 역라플라스 변환을 수행하여 도출되고, [수학식 11]은 [수학식 10]을 미분하여 도출되며, [수학식 12]는 [수학식 11]을 미분하여 도출된다. 상기의 [수학식 10] 내지 [수학식 12]에서, Kbrake는 상기의 [수학식 3]의 KLvl에 상응하는 포커스 구동 신호(FDRV)의 브레이크 피크값을 나타내고, tb는 포커스 에러 신호(FES)가 상기 제동 조건을 만족하는 시간, 즉 포커스 구동 신호(FDRV)에서 상기 브레이크 피크값이 발생되는 시간을 나타내며, Kh는 설명의 편의를 위한 계수로서, 하기의 [수학식 13]을 만족할 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00013
한편, 광디스크 구동 장치(300)는 중력계 내에서 동작하며, 광디스크(310)의 회전 동작 시에 주기적인 외란이 발생할 수 있으므로, 상기 중력 및 외란을 고려한 액츄에이터(322)의 실제의 위치 yr(t), 속도 vr(t) 및 가속도 ar(t)는 하기의 [수학식 14] 내지 [수학식 16]을 각각 만족할 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00014
[수학식 15]
Figure pat00015
[수학식 16]
Figure pat00016
상기의 [수학식 14] 내지 [수학식 16]에서, y(t), v(t) 및 a(t)는 각각 [수학식 4]와 [수학식 10]에서 도출된 액츄에이터(322)의 위치, [수학식 5]와 [수학식 11]에서 도출된 액츄에이터(322)의 속도, 및 [수학식 6]과 [수학식 12]에서 도출된 액츄에이터(322)의 가속도를 나타낸다. R은 광디스크(310)의 바깥쪽 에지의 런-아웃(run-out) 주기, ωr은 광디스크(310)의 회전 주파수(revolution frequency), η은 광디스크(310)의 현재 위치의 위상(phase), G는 중력 가속도를 각각 나타낸다. 중력 가속도(G)의 부호는 레이어 점프 동작의 방향에 의해 결정될 수 있다.
상기와 같은 수학식들에 기초하여 광디스크 구동 장치(300)의 상기 제2 동작 모드에서의 동작이 결정될 수 있다. 예를 들어, 광디스크 구동 장치(300)의 스펙(specification)에 따라 광디스크(310)의 회전 주파수(ωr), 데이터 레이어들(312, 314) 사이의 거리인 목표 거리, 상기 목표 이동 동작의 수행 시간인 목표 시간이 결정될 수 있으며, 광디스크 구동 장치(300)의 동작 상태에 따라 광디스크(310)의 바깥쪽 에지의 런-아웃 주기(R) 및 광디스크(310)의 현재 위치의 위상(η)이 측정될 수 있다. 따라서, 상기의 [수학식 14]에 기초하여 포커스 구동 신호(FDRV)의 킥 레벨(Kkick)이 결정될 수 있다.
또한 광디스크 구동 장치(300)의 스펙(specification)에 따라 상기 브레이크 동작을 시작하기 위한 포커스 에러 신호(FES)의 제동 조건이 결정될 수 있으며, 상기의 [수학식 15]에 기초하여 포커스 에러 신호(FES)가 상기 제동 조건을 만족하는 시간(tb)에서의 액츄에이터(322)의 속도(v(tb))가 결정될 수 있다. 상기 결정된 액츄에이터(322)의 속도(v(tb))에 기초하여 상기 제2 동작 모드가 종료되는 시점에서의 액츄에이터(322)의 속도인 종단 속도를 0으로 만들 수 있는 포커스 구동 신호(FDRV)의 브레이크 레벨(Kbrake)이 결정될 수 있다.
포커스 구동 신호(FDRV)의 킥 레벨(Kkick)에 상응하는 킥 파라미터 및 포커스 구동 신호(FDRV)의 브레이크 레벨(Kbrake)에 상응하는 브레이크 파라미터가 결정될 수 있다. 포커스 서보 컨트롤러(330)는 상기 킥 파라미터 및 상기 브레이크 파라미터 중 하나를 선택적으로 내부 파라미터로 설정하는 킥/브레이크 제어부(332)를 포함할 수 있다. 또한 포커스 서보 컨트롤러(330)는 동작 모드에 상관없이 항상 턴온되는 하나의 보상부(334)를 포함할 수 있다. 따라서, 포커스 서보 컨트롤러(330)는 상대적으로 간단한 구조를 가지고 액츄에이터(322)의 동작을 효율적으로 제어하는 포커스 제어 신호(FCON)를 발생할 수 있다. 또한 포커스 서보 컨트롤러(330)를 포함하는 광디스크 구동 장치(300)가 향상된 동작 속도를 가질 수 있으며, 광디스크 구동 장치(300)의 안정성이 향상될 수 있다.
도 11a, 도 11b, 도 12a, 도 12b, 도 13a, 도 13b, 도 14a, 도 14b, 도 15a 및 도 15b는 도 9의 광디스크 구동 장치의 동작을 나타내는 도면들이다.
도 11a 및 도 11b는 광 스팟이 상부의 제2 데이터 레이어(도 10의 314)에서 하부의 제1 데이터 레이어(도 10의 312)로 이동하는 경우, 즉 아래쪽 방향(downward direction)으로 레이어 점프 동작을 수행하는 경우에 대한 포커스 에러 신호(FES) 및 포커스 구동 신호(FDRV)의 전압 레벨의 변화를 각각 나타낸다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 약 0초에서 킥 동작이 시작되며, 시간 tb에서 브레이크 동작이 시작된다. 포커스 구동 신호(FDRV)는 약 0초에서 순간적으로 킥 피크값에 도달한 이후에 역지수적으로 증가할 수 있으며, 시간 tb에서 순간적으로 브레이크 피크값에 도달한 이후에 지수적으로 감소한다. 한편, 상기 브레이크 동작이 수행됨과 동시에, 상기 광 스팟을 제1 데이터 레이어(312)에 유지시키기 위하여 포커스 서보 온 동작이 수행된다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 오버슈트가 거의 발생하지 않으며, 따라서 액츄에이터 및 상기 광 스팟의 위치를 효율적으로 안정화시킬 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 광 스팟이 하부의 제1 데이터 레이어(도 10의 312)에서 상부의 제2 데이터 레이어(도 10의 314)로 이동하는 경우, 즉 위쪽 방향(upward direction)으로 레이어 점프 동작을 수행하는 경우에 대한 포커스 에러 신호(FES) 및 포커스 구동 신호(FDRV)의 전압 레벨의 변화를 각각 나타낸다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 약 0초에서 킥 동작이 시작되며, 약 1초에서 브레이크 동작이 시작된다. 레이어 점프 동작의 방향이 바뀜에 따라 포커스 에러 신호(FES) 및 포커스 구동 신호(FDRV)의 전압 레벨이 도 11a 및 도 11b와 상반되도록 변화한다. 즉, 포커스 구동 신호(FDRV)는 약 0초에서 순간적으로 킥 피크값에 도달한 이후에 지수적으로 감소할 수 있으며, 약 1초에서 순간적으로 브레이크 피크값에 도달한 이후에 역지수적으로 증가한다. 한편, 상기 브레이크 동작이 수행됨과 동시에, 상기 광 스팟을 제2 데이터 레이어(314)에 유지시키기 위하여 포커스 서보 온 동작이 수행된다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 오버슈트가 거의 발생하지 않으며, 따라서 액츄에이터 및 상기 광 스팟의 위치를 효율적으로 안정화시킬 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 상기 아래쪽 방향으로 레이어 점프 동작을 수행하는 경우에 대한 포커스 에러 신호(FES) 및 포커스 구동 신호(FDRV)의 전압 레벨의 변화를 각각 나타내며, 특히 상기 레이어 점프 동작을 5회 수행한 후 각각의 파형들을 오버래핑(overlapped) 시켰다. 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 각각의 파형들은 도 11a 및 도 11b와 유사한 파형을 나타낸다.
도 14a 및 도 14b는 상기 위쪽 방향으로 레이어 점프 동작을 수행하는 경우에 대한 포커스 에러 신호(FES) 및 포커스 구동 신호(FDRV)의 전압 레벨의 변화를 각각 나타내며, 특히 상기 레이어 점프 동작을 5회 수행한 후 각각의 파형들을 오버래핑 시켰다. 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 각각의 파형들은 도 12a 및 도 12b와 유사한 파형을 나타낸다.
도 15a 및 도 15b는 상기 레이어 점프 동작을 약 5ms 간격으로 연속적으로 수행하는 경우에 대한 포커스 에러 신호(FES) 및 포커스 구동 신호(FDRV)의 전압 레벨의 변화를 각각 나타낸다. 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 컨트롤러(100)를 포함하는 광디스크 구동 장치(300)는 액츄에이터 및 상기 광 스팟의 위치를 효율적으로 안정화시킬 수 있으므로, 오류 없이 상기 레이어 점프 동작을 짧은 시간 간격으로 연속적으로 수행할 수 있다.
본 발명은 서보 제어를 수행하는 임의의 서보 시스템에 이용될 수 있으며, 특히 광디스크 구동 장치 및 하드 디스크 드라이브 등과 같은 기록 매체의 구동 시스템, 서보 모터, 산업용 로봇, 항공기, 배 및 자동차 등과 같은 자동 조종 가능한 운동체를 포함하는 시스템에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 외부 제어 신호에 기초하여 플랜트의 동작을 제어하기 위한 내부 파라미터를 변경하는 킥/브레이크 제어부; 및
    상기 플랜트로부터 제공되는 에러 신호 및 상기 내부 파라미터에 기초하여, 제1 동작 모드에서 상기 플랜트의 정상 동작을 제어하고 제2 동작 모드에서 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 제어하는 구동 제어 신호를 발생하는 보상부를 포함하는 서보 컨트롤러.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 킥/브레이크 제어부는,
    상기 제2 동작 모드에서, 상기 외부 제어 신호가 활성화된 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 개시하기 위한 킥(kick) 파라미터로 설정하고, 상기 에러 신호가 제동 조건을 만족하는 시점에 상기 내부 파라미터를 상기 플랜트의 목표 이동 동작을 종료시키기 위한 브레이크(brake) 파라미터로 설정하는 것을 특징으로 하는 서보 컨트롤러.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 보상부는,
    상기 내부 파라미터가 상기 킥 파라미터에 상응하는 상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 상기 킥 파라미터에 기초하여 상기 구동 제어 신호의 레벨을 조절하고, 상기 내부 파라미터가 상기 브레이크 파라미터에 상응하는 상기 제2 동작 모드의 제2 구간에서 상기 에러 신호 및 상기 브레이크 파라미터에 기초하여 상기 구동 제어 신호의 레벨을 조절하는 것을 특징으로 하는 서보 컨트롤러.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 구동 제어 신호는,
    상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 킥 피크값에 도달한 이후에 지수적으로 증가하거나 감소하고, 상기 제2 동작 모드의 제2 구간에서 브레이크 피크값에 도달한 이후에 지수적으로 증가하거나 감소하는 것을 특징으로 하는 서보 컨트롤러.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 보상부는,
    상기 제2 동작 모드의 제1 구간에서 상기 에러 신호의 수신을 차단하고 상기 제2 동작 모드의 제2 구간에서 상기 에러 신호의 수신을 허용하는 것을 특징으로 하는 서보 컨트롤러.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 플랜트의 목표 이동 동작은 상기 플랜트에 포함되는 피구동 장치가 제1 위치에서 제2 위치로 이동하는 동작이며, 상기 킥 파라미터는 상기 플랜트에서 발생되는 외란(disturbance), 상기 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리인 목표 거리 및 상기 목표 이동 동작의 수행 시간인 목표 시간에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 서보 컨트롤러.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 브레이크 파라미터는 상기 에러 신호가 상기 제동 조건을 만족하는 시점에서의 상기 피구동 장치의 속도에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 서보 컨트롤러.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상부는 지연 메모리를 각각 구비하는 n(n은 2 이상의 자연수)개의 스테이지들을 포함하는 n차 디지털 필터이며,
    상기 킥/브레이크 제어부는 상기 지연 메모리들 중 하나인 것을 특징으로 하는 서보 컨트롤러.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 킥/브레이크 제어부는,
    상기 지연 메모리들 중 상기 n차 디지털 필터의 출력단과 가장 인접하는 가장 후단의 지연 메모리인 것을 특징으로 하는 서보 컨트롤러.
  10. 구동 신호에 기초하여 내부에 포함되는 피구동 장치를 동작시키는 플랜트;
    외부 제어 신호에 기초하여 상기 피구동 장치의 동작을 제어하기 위한 내부 파라미터를 변경하고, 상기 피구동 장치의 위치 또는 속도에 상응하는 에러 신호 및 상기 내부 파라미터에 기초하여, 제1 동작 모드에서 상기 피구동 장치의 정상 동작을 제어하고 제2 동작 모드에서 상기 피구동 장치의 목표 이동 동작을 제어하는 구동 제어 신호를 발생하는 서보 컨트롤러; 및
    상기 구동 제어 신호에 기초하여 상기 구동 신호를 발생하는 구동 드라이버를 포함하는 서보 시스템.
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