KR20150054215A - 리니어 액추에이터 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 리니어 액추에이터 제어 시스템은 기준 신호를 공급하는 제어기; 상기 제어기로부터 기준 신호를 전달받아 구동 신호로 변환하는 신호 변환기; 상기 신호 변환기로부터 구동 신호를 전달받아 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기로부터 증폭된 구동 신호를 전달받아 구동되는 액추에이터; 및 상기 액추에이터에 설치되어 상기 액추에이터의 물리량을 측정하여 응답 신호를 생성하는 센서를 포함하여 구성되며, 상기 신호 변환기는 상기 센서로부터 응답 신호를 전달받아 신호를 변환하고, 상기 증폭기는 상기 신호 변환기로부터 전달받은 구동 신호와 상기 신호 변환기로부터 전달받은 변환된 응답 신호를 비교하여 상기 액추에이터의 운동을 제어하는 것을 기술적 특징으로 하여 액추에이터 움직임의 기준이 되는 기준 신호와 응답 신호의 종류가 다르더라도 신호 변환기를 통해 동일한 종류의 신호로 변환하고 비교하여 액추에이터의 움직임을 제어할 수 있다.

Description

리니어 액추에이터 제어 시스템 {SYSTEM OF CONTROLLING LINEAR ACTUATOR}
본 발명은 리니어 액추에이터 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 종류의 신호를 변환할 수 있는 신호 변환기를 이용하여 입력 신호와 피드백 신호의 종류가 다르더라도 신호 변환기를 통해 동일한 종류의 신호로 변환하여 액추에이터의 움직임을 제어할 수 있는 리니어 액추에이터 제어 시스템에 관한 것이다.
리니어 액추에이터는 일반적으로 코일과 영구 자석으로 이루어지며, 영구 자석 자기장 내에 위치하는 코일에 전류가 흐를때 발생하는 전자기력으로부터 구동력(추력)을 얻는다. 또한, 리니어 액추에이터는 가동자의 구성에 따라 가동 코일형과 가동 영구자석형으로 분류된다. 가동 코일형 리니어 액추에이터는 고정자가 영구자석으로 구성되고 가동자는 코일로 구성되며, 가동 영구자석형 리니어 액추에이터는 고정자가 코일로 구성되며 가동자는 영구자석으로 구성된다. 이와 같은 액추에이터 제어 시스템은 반도체 제조 설비, 산업용 로봇, 자동 제어 장치 등과 같은 정밀 기계의 직선 운동 요소로 많이 사용되고 있다.
이러한 종래의 리니어 액추에이터가 '특허문헌 1'에 게재되어 있다. 도 1은 종래의 리니어 액추에이터의 사시도, 도 2는 종래의 리니어 액추에이터의 측면도, 도 3은 종래의 리니어 액추에이터 제어 시스템의 구성도로서, 도 1 내지 도 3을 참조하면 종래의 리니어 액추에이터는 가이드레일(1), 가동자(2), 구동바(3), 고정자(4), 센서(5)로 구성되고, 그 제어 시스템은 리니어 액추에이터에 제어 신호 생성부(6), 제어부(7)를 포함하여 구성된다.
가이드레일(1)은 가동자(2)가 안내되도록 설치되며, 가동자(2)는 자석을 구비하여 가이드레일(1)을 따라 슬라이딩한다. 구동바(3)는 가동자(2)의 일단에 고정되고, 고정자(4)는 코일을 구비하며, 코일에 전류가 흐르게 되면 전자기력이 발생하여 가동자(2)가 가이드레일(1)을 따라 슬라이딩하며 직선 운동을 하게 된다. 센서(5)는 가동자(2)에 설치되어 가동자의 가속도를 측정한다. 제어 신호 생성부(6)는 센서(5)로부터 신호를 받아서 제어 신호를 생성시키며, 제어 신호는 변위값 등이 된다. 제어부(7)는 제어 신호 생성부(6)로부터 제어신호를 입력받아서 가동자(2)의 운동을 제어한다.
이와 같은 종래의 액추에이터 제어 시스템은 액추에이터를 구동하기 위한 구동 신호와 액추에이터의 움직임을 제어하기 위한 제어 신호(피드백 신호)의 종류가 서로 다른 경우 구동 신호와 제어 신호를 직접 비교하기 어렵기 때문에 액추에이터의 움직임을 제어하기 힘들다는 문제점이 있다.
KR 10-2013-0045981 A 2013. 5. 7.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 액추에이터를 구동하는 구동 신호와 액추에이터의 움직임을 제어하기 위한 피드백 신호의 종류가 다르더라도 구동 신호와 피드백 신호를 동일한 종류의 신호로 변환하여 액추에이터의 움직임을 제어할 수 있는 리니어 액추에이터 제어 시스템을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리니어 액추에이터 제어 시스템은 기준 신호를 공급하는 제어기; 상기 제어기로부터 기준 신호를 전달받아 구동 신호로 변환하는 신호 변환기; 상기 신호 변환기로부터 구동 신호를 전달받아 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기로부터 증폭된 구동 신호를 전달받아 구동되는 액추에이터; 및 상기 액추에이터에 설치되어 상기 액추에이터의 물리량을 측정하여 응답 신호를 생성하는 센서를 포함하여 구성되며, 상기 신호 변환기는 상기 센서로부터 응답 신호를 전달받아 신호를 변환하고, 상기 증폭기는 상기 신호 변환기로부터 전달받은 구동 신호와 상기 신호 변환기로부터 전달받은 변환된 응답 신호를 비교하여 상기 액추에이터의 운동을 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리니어 액추에이터 제어 시스템은 다양한 종류의 신호를 변환할 수 있는 신호 변환기를 포함하여 구성되어 액추에이터를 구동하는 구동 신호와 액추에이터의 움직임을 제어하기 위한 피드백 신호의 종류가 다르더라도 신호 변환기를 통해 동일한 종류의 신호로 변환하고 비교함으로써 액추에이터의 움직임을 제어할 수 있다.
도 1은 종래의 리니어 액추에이터의 사시도
도 2는 종래의 리니어 액추에이터의 단면도
도 3은 종래의 리니어 액추에이터 제어 시스템의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 리니어 액추에이터 제어 시스템의 구성도
도 5는 본 발명에 따른 신호 변환기의 구성도
도 6은 본 발명에 따른 신호 변환기의 입력과 출력에서의 신호도
아래에서는 본 발명에 따른 리니어 액추에이터 제어 시스템을 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 액추에이터 제어 시스템의 구성도이다. 본 발명에 따른 리니어 액추에이터 제어 시스템은 기준 신호를 생성하는 제어기(10), 기준 신호 및 응답 신호를 변환하는 신호 변환기(20), 기준 신호를 증폭하는 증폭기(30), 기준 신호에 의해 운동하는 액추에이터(40), 액추에이터(40)에 설치되는 센서(50)를 포함하여 구성된다.
제어기(10)는 액추에이터(40)의 움직임의 기준이 되는 기준 신호를 생성하는 구성요소로서, 기준 신호를 생성하여 신호 변환기(20)로 전달한다.
신호 변환기(20)는 제어기(10)로부터 전달받은 기준 신호를 구동 신호로 변환하는 구성요소로서, 구동 신호를 증폭기(30)로 전달한다. 또한, 센서(50)로부터 전달받은 응답 신호를 변환하여 증폭기(30)로 전달한다. 예를 들어, 제어기(10) 또는 센서(50)로부터 전달되는 기준 신호 또는 응답 신호가 사인파 형태라면 신호 변환기(20)는 펄스파 형태의 신호로 변환하여 증폭기(30)로 전달한다.
증폭기(30)는 신호 변환기(20)로부터 전달받은 구동 신호를 증폭하는 구성요소로서, 증폭된 구동 신호를 액추에이터(40)로 전달한다.
액추에이터(40)는 증폭기(30)로부터 증폭된 구동 신호를 전달받아 직선 운동을 하는 구성요소로서, 가이드레일(미도시)을 따라 슬라이딩하여 직선 왕복 운동을 한다.
센서(50)는 액추에이터(40)에 설치되어 액추에이터(40)의 물리량을 측정하여 응답 신호를 생성하는 구성요소로서, 측정된 액추에이터(40)의 물리량을 제어기(10) 또는 신호 변환기(20)로 전달한다. 센서(50)에서 측정하는 액추에이터(40)의 물리량은 변위(위치), 속도, 가속도 등의 물리량이 될 수 있다.
센서(50)는 변위(위치) 센서, 속도 센서, 가속도 센서 중 어느 하나 이상의 센서로 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(50)가 변위 센서로 구성되면 센서(50)는 액추에이터(40)의 변위를 측정하고 측정된 변위값을 응답 신호로 생성하여 제어기(10)와 신호 변환기(20)로 전달한다.
이하에서는 기준 신호의 흐름에 따라 본 발명에 따른 액추에이터 제어 시스템의 동작을 살펴본다.
고정자(미도시)가 코일을 포함하여 구성되고 액추에이터(40)가 영구자석을 포함하여 구성된 경우를 예로 들면, 영구자석이 형성하는 자기장 내에 코일을 구비하는 고정자(미도시)가 설치되고, 코일에 전류가 흐르면 전자기력이 발생하며, 발생된 전자기력에 의해 영구자석이 움직이게 되어 영구자석을 포함하여 구성된 액추에이터(40)가 구동된다.
제어기(10)에서 액추에이터(40)의 움직임의 기준이 되는 기준 신호를 생성하고, 생성된 기준 신호는 신호 변환기(20)로 전달되며, 신호 변환기(20)는 기준 신호를 액추에이터(40)가 구동되기에 적합한 구동 신호로 변환한다.
신호 변환기(20)에서 변환된 구동 신호는 증폭기(30)로 전달되고, 증폭기(30)에서 액추에이터(40)가 구동되기에 충분한 신호로 증폭되어 액추에이터(40)로 전달된다. 액추에이터(40)는 전달된 구동 신호에 의해 구동된다.
위와 같이 구동되는 액추에이터(40)의 움직임에 오차가 발생할 수 있는데, 이러한 오차를 제어하기 위한 본 발명에 따른 리니어 액추에이터 제어 시스템의 동작을 설명한다.
센서(50)는 액추에이터(40)의 물리량을 측정하고, 측정된 물리량을 바탕으로 응답신호를 생성하며 생성된 응답 신호는 신호 변환기(20)와 제어기(10)로 전달된다.
신호 변환기(20)는 전달된 응답 신호를 기준 신호와 비교하기에 적합한 구동 신호로 변환하여 증폭기(30)로 전달한다.
증폭기(30)는 신호 변환기(20)를 통해 전달받은 구동 신호와 변환된 응답 신호를 비교한다. 구동 신호와 변환된 응답 신호를 비교한 결과가 정상이라면, 제어기(10)는 기준 신호를 계속 생성하여 신호 변환기(20)로 전달한다. 변환된 기준 신호와 변환된 응답 신호를 비교한 결과가 정상이 아니라면, 제어기(10)는 기준 신호 생성을 중지하고 센서(50)로부터 전달받은 응답 신호와 비교하여 기준 신호를 적합하게 조정하여 생성하고, 생성된 기준 신호를 신호 변환기(20)로 전달한다.
일반적으로 제어기(10)에서 생성되는 기준 신호는 아날로그 신호이고, 이러한 아날로그 신호로 액추에이터(40)를 구동하고 제어하는데 많은 오차가 발생할 수 있다. 신호 변환기(20)에서 기준 신호와 응답 신호를 펄스파 형태의 변환하고 증폭기(30)에서 두 신호를 비교함으로써 오차를 줄여 정확도를 향상시킬 수 있다.
위와 같이 본 발명에 따른 리니어 액추에이터 제어 시스템의 기본적인 동작과 제어를 위한 신호의 흐름을 살펴보았고, 이하에서는 제어기(10)에서 생성되는 기준 신호와 센서(50)에서 측정되는 응답 신호의 종류가 다른 경우에 대하여 설명한다.
예를 들어, 제어기(10)가 생성하는 기준 신호가 속도값이고 센서(50)가 측정하는 응답 신호가 가속도 값이라면 종래의 리니어 액추에이터 제어 시스템은 서로 다른 값의 신호를 비교할 수 없어 정상적인 동작을 할 수 없다.
그러나 본 발명에 따른 리니어 액추에이터 제어 시스템은 기준 신호와 응답 신호가 서로 다른 종류의 값을 가지더라도 신호 변환기(20)를 통해 동일한 종류의 값을 가지는 신호로 변환되어 기준 신호와 응답 신호를 비교하여 제어할 수 있다.
도 5에 본 발명에 따른 신호 변환기의 구성도가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 신호 변환기(20)는 기준 신호 인풋(21), 기준 신호 아웃풋(22), 응답 신호 인풋(23), 응답 신호 아웃풋(24)으로 구성되어 2개의 인풋(Input)과 2개의 아웃풋(Output)을 가진다.
예를 들어, 제어기(10)가 생성하는 기준 신호가 속도값이고 센서(50)가 측정하는 응답 신호가 가속도 값이라면, 신호 변환기(20)는 기준 신호를 기준 신호 인풋(21)을 통해 제어기(10)로부터 전달받아 변위값을 나타내는 구동 신호로 변환하여 기준 신호 아웃풋(22)을 통해 증폭기(30)로 전달하고, 응답 신호를 응답 신호 인풋(23)을 통해 센서(50)로부터 전달받아 변위값을 나타내는 신호로 변환하여 응답 신호 아웃풋(24)을 통해 증폭기(30)로 전달한다. 증폭기(30)는 변위값으로 변환된 구동 신호와 응답 신호를 비교할 수 있고, 구동 신호와 응답 신호의 비교 결과에 따라 액추에이터(40)의 움직임을 제어할 수 있게 된다.
또한, 신호 변환기(20)가 기준 신호 인풋(21), 기준 신호 아웃풋(22), 응답 신호 인풋(23), 응답 신호 아웃풋(24)으로 구성되어 2개의 인풋(Input)과 2개의 아웃풋(Output)으로 구성됨으로써 신호 변환기(20)에서 증폭기(30)로 전달되는 신호가 받는 노이즈를 줄일 수 있게 되고, 노이즈를 줄임으로써 신호의 왜곡이 줄어들어 더욱 정확한 신호를 전달할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 신호 변환기의 입력과 출력에서의 신호도이다. 도 6은 신호 변환기(20)의 입력단과 출력단에서의 신호를 나타내는 예로서, 기준 신호 인풋(21)과 응답 신호 인풋(23)에서의 신호는 도 6(a)와 같이 정현파 형태일 수 있고, 기준 신호 아웃풋(22)과 응답 신호 아웃풋(24)에서의 신호는 도 6(b)와 같이 구형파 형태일 수 있다.
위와 같은 구성으로 신호 변환기(20)는 기준 신호와 응답 신호를 서로 비교할 수 있는 동일한 종류의 값을 가지는 신호로 변환할 수 있어 기준 신호와 응답 신호가 서로 다른 종류의 값을 가지는 신호일지라도 서로 비교하여 제어할 수 있다.
10: 제어기 20: 신호 변환기
21: 기준 신호 인풋 22: 기준 신호 아웃풋
23: 응답 신호 인풋 24: 응답 신호 아웃풋
30: 증폭기 40: 액추에이터
50: 센서

Claims (3)

  1. 기준 신호를 생성하는 제어기(10);
    상기 제어기(10)로부터 기준 신호를 전달받아 구동 신호로 변환하는 신호 변환기(20);
    상기 신호 변환기(20)로부터 구동 신호를 전달받아 신호를 증폭하는 증폭기(30);
    상기 증폭기(30)로부터 증폭된 구동 신호를 전달받아 구동되는 액추에이터(40) 및
    상기 액추에이터(40)에 설치되어 상기 액추에이터의 물리량을 측정하여 응답 신호를 생성하는 센서(50)를 포함하여 구성되며,
    상기 신호 변환기(20)는 상기 센서(50)로부터 응답 신호를 전달받아 신호를 변환하고,
    상기 증폭기(30)는 상기 신호 변환기(20)로부터 전달받은 구동 신호와 상기 신호 변환기(20)로부터 전달받은 변환된 응답 신호를 비교하여 상기 액추에이터(40)의 운동을 제어하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 증폭기(30)에서 신호를 비교한 결과가 정상이 아닐 경우, 상기 센서(50)는 응답 신호를 상기 제어기(10)로 전달하고, 상기 제어기(10)는 상기 응답 신호와 상기 기준 신호를 비교하고, 기준 신호를 조정하여 상기 신호 변환기(20)로 전달하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 변환기(20)는 기준 신호 인풋(21); 기준 신호 아웃풋(22); 응답 신호 인풋(23); 및 응답 신호 아웃풋(24)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 제어 시스템.
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KR101965842B1 (ko) * 2018-12-19 2019-04-04 김규현 모터 및 모터 제어 방법

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