KR20150063277A - 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법에 관한 것이다.
일례로, 모터의 목표 위치의 변경 여부를 판단하는 단계; 상기 모터의 목표 위치 값과 현재 위치 값의 오차 값을 계산하는 단계; 상기 모터의 초기 구동 시 설정된 비례계수와 상기 오차 값을 이용하여 상기 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 PWM 값을 설정하는 단계; 상기 PWM 값으로 상기 모터의 회전 속도를 제어하면서 상기 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값의 일치 여부를 판단하는 단계; 상기 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값이 일치하지 않는 경우, 상기 모터의 이전 위치 값과 현재 위치 값의 차이 값을 계산하는 단계; 및 상기 차이 값의 부호와 크기에 따라 미리 저장된 비례계수로 재설정하는 단계를 포함하는 동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법을 개시한다.

Description

자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법{PROPORTIONAL CONTROL MOTHOD FOR CONTROLLING POSITION OF CLUTCH FOR AUTOMATED MANUAL TRANSMISSION}

본 발명은 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동화 수동 변속기용 모터 드라이버는 모터를 회전시키거나 정지시키는 역할을 한다. 이때 모터의 회전속도는 마이컴의 PWM에 의해 제어된다. 즉 PWM 값을 크게 하여 ‘On Duty Rate’를 크게 하면 모터에 공급되는 전류가 증가하면서 모터의 회전 속도는 가속된다. 또한, PWM의 값을 감소시켜 ‘On Duty Rate’를 작게 하면 모터에 공급되는 전류가 감소하면서 모터의 회전 속도가 감속된다.

상기 모터 드라이버는 모터가 회전함에 따라 발생되는 펄스를 마이컴에 송신하고, 마이컴은 모터 펄스를 카운트하여 모터의 위치를 파악한다. 그러므로, 정확하고 빠른 위치 제어를 위하여 초기 제어 시 PWM 값을 크게 설정하고, ‘On Duty Rate’를 증가시켜 모터의 회전 속도를 높이고, 이후 목표 위치에 가까워질수록 제어 PWM 값과 ‘On Duty Rate’를 줄여 모터의 회전 속도를 줄임으로써 목표 값에 대한 오차를 줄일 수 있다.

이와 같은 모터의 회전 속도를 제어하는 PWM은 일반적으로 PID 제어(Proportional Integral and Derivative Control)에 의해 계산된다. PID 제어 방식은 산업 현장에서 쓰이는 자동제어 방식 가운데 가장 흔히 이용되는 제어방식으로, 목표 값과 현재 값 사이의 오차에 근거하여 제어변수를 변경함으로써, 목표 값에 수렴하도록 하는 방식이다. 여기서, P(Kp)는 비례제어, I(Ki)는 적분제어, D(Kd)는 미분제어를 조합하여 제어된다. P(Kp)는 비례제어, I(Ki)는 적분제어, D(Kd)는 미분제어를 조합하여 제어된다.

일반적으로 BLDC 모터를 이용한 위치제어 시 PID 제어의 D항을 0으로 하는 PI 제어를 이용한다

일반적으로 모터제어를 위한 PI 의 계수를 정하는 방법은 다음과 같다.

1) Ki 를 0으로 놓는다.

2) Kp 를 증가시키면서 허용할 수 있는 Overshoot 내에서 가장 빠르게 수렴하는 최대의 Kp 값을 선정한다.

3) Ki 를 증가시켜 가면서 Oscillation 하지 않으며 목표값에 가장 추종성이 좋은 Ki 계수를 선정한다.

그러나, 이와 같은 PI 제어는, Ki 성분에 의해 반응 속도가 느리고, Ki 성분은 누적편차에 의해 제어됨으로 제어시점의 추정을 어렵게 하며, 제어 시 오류 발생 확률을 증가시킨다. 또한, Kp 와 Ki는 연관성이 커서 Kp와 Ki 둘 중 하나의 값이 바뀌면 나머지 값도 바뀔 가능성이 크다. 또한, 개발 시 계수 변경이 필요할 경우가 많은데 이는 개발 공수 및 기간을 증가시킨다.

본 발명은, PI 제어 방식에서 누적제어(Ki)를 배제함으로써 추종시간 단축 및 제어 오류 가능성을 감소시키고, 계수 튜닝에 필요한 개발 기간을 단축시킬 수 있는

자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법은, 모터의 목표 위치의 변경 여부를 판단하는 단계; 상기 모터의 목표 위치 값과 현재 위치 값의 오차 값을 계산하는 단계; 상기 모터의 초기 구동 시 설정된 비례계수와 상기 오차 값을 이용하여 상기 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 PWM 값을 설정하는 단계; 상기 PWM 값으로 상기 모터의 회전 속도를 제어하면서 상기 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값의 일치 여부를 판단하는 단계; 상기 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값이 일치하지 않는 경우, 상기 모터의 이전 위치 값과 현재 위치 값의 차이 값을 계산하는 단계; 및 상기 차이 값의 부호와 크기에 따라 미리 저장된 비례계수로 재설정하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 오차 값을 계산하는 단계는, 상기 모터의 목표 위치 값에서 현재 위치 값을 감산할 수 있다.

또한, 상기 PWM 값을 설정하는 단계는, 상기 비례계수와 상기 오차 값을 곱할 수 있다.

또한, 상기 비례계수를 재설정하는 단계에서 상기 비례계수가 재설정되면, 상기 PWM 값을 설정하는 단계에서 PWM 값이 재설정될 수 있다.

또한, 상기 모터의 이전 위치는 상기 모터의 현재 위치보다 40ms 이전의 위치일 수 있다.

또한, 상기 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값이 일치하는 경우 상기 모터를 정지시킬 수 있다.

또한, 상기 비례계수를 재설정하는 단계는, 상기 차이 값의 부호와 크기에 따라 미리 저장된 비례계수를 포함하는 룩-업 테이블에 근거할 수 있다.

본 발명에 따르면, PI 제어 방식에서 누적제어(Ki)를 배제함으로써 추종시간 단축 및 제어 오류 가능성을 감소시키고, 계수 튜닝에 필요한 개발 기간을 단축시킬 수 있는 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 속도를 고려한 비례 제어 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 도 1의 구체적인 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 속도를 고려한 비례 제어 다이어그램이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 구체적인 설명에 앞서, 본 발명의 비례 제어 방법의 구성원리에 대하여 간단히 설명하도록 한다.

종래와 같이 PI 제어의 문제점에서 적분계수 Ki항을 소거한다면 개발 공수 및 시간 단축을 실현할 수 있으며, 모터 추종시간을 단축시킬 수 있다. 그러나, 적분계수 Ki항을 소거할 경우 목표 값에 대한 오차가 발생하게 되는데, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 비례계수 Kp 값을 모터 속도에 의해 결정되도록 하였다.

모터 제어를 위한 PWM은 비례계수 Kp와 오차 값(Error)의 곱셈으로 계산될 수 있다. 목표 값(Set Point)가 변경되어 오차가 발생될 때 비례계수 Kp 값을 높이면, Process에 공급되는 PWM이 증가하므로 목표 값에 추종하는 모터의 속도는 비례계수 Kp 값이 낮을 때 보다 빠르게 상승한다. 모터의 속도가 빠르게 상승하면 오버슈트(Overshoot)도 상대적으로 커지는데 모터가 목표 값에 수렴함에 따라 오차(Error)는 작아지더라도 비례계수 Kp 값이 커서 PWM 값이 커졌기 때문이다. 특히 클러치처럼 Inertia가 크다면 이러한 현상은 더욱 심해진다. 그러나, Steady State (모터가 안정된 상태)에서 목표 값과 현재 값의 오차가 줄어드는 장점이 있다.

모터를 기동시키는데 필요한 최소 PWM이 존재하는데, 비례계수 Kp 값이 낮으면 오차가 커도 최소 PWM에 도달하지 못하게 된다. 이와 같은 이유로 모터가 움직이지 못하기 때문에 오차가 줄어드는 것이다. 다만, 비례계수 Kp를 너무 크게 하면 Oscillation이 발생하므로 오차를 줄이면서 Oscillation이 발생하지 않는 값을 선정해야 한다. 이와 반대로 비례계수 Kp 값을 낮추면 목표 값에 추종하는 모터 속도는 감소하지만 Overshoot와 Oscillation은 감소하고 목표 값에 대한 오차는 커지게 된다.

그러므로 다음과 같이 하여 모터 제어를 최적화 할 수 있다.

우선, 초기 기동 시 비례계수 Kp를 크게 설정하여 모터 속도를 빠르게 함으로써 추종성을 향상시킨다.

이후, 모터가 일정 속도 이상 되면 비례계수 Kp를 낮게 설정하여 모터 속도를 감소시킴으로써 Overshoot와 Oscillation을 줄인다. 이후, 모터가 감속된 상태에서 목표 값 근처에 도달하면 비례계수 Kp를 다시 높여 목표 값과 오차를 이전 값과 현재 값의 차이가 매우 작거나 없다면, 모터의 움직임 속도가 느리거나 정지했다는 의미이므로, 비례계수 Kp 값을 크게 하여 목표값이 변할 때 빠르게 추종할 수 있게 하고, 이후 목표 값 근처에 도달하면 목표 값과의 오차를 줄일 수 있다.

반면에 이전 값과 현재 값의 차이가 클 경우 모터의 움직임 속도가 빠르다는 것이므로, 비례계수 Kp 값을 줄여 목표 값에 도달 했을 때 Overshoot와 Oscillation을 감소시킨다. 즉, 비례계수 Kp 값을 모터속도에 연동시켜 모터가 빠르게 움직이면 비례계수 Kp 값을 줄이고, 모터가 정지하거나 서서히 움직이면 비례계수 Kp 값을 늘리는 것이다. 모터 속도는 이전 모터위치 값과 현재위치 값 차 (예를 들어 40ms 이전의 모터 위치를 과거 값으로 설정)로 판단하였다.

또한 모터의 속도와 방향에 따라 비례계수 Kp 값을 설정할 수 있도록 하여 클러치 제어 시 다이아프레임에 의해 이동 방향에 따라 토크가 달라지는 시스템에도 쉽게 튜닝 할 수 있도록 하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 속도를 고려한 비례 제어 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비례 제어 방법(S100)은, 모터 목표 위치 값의 변경 여부 판단 단계(S110), 모터 목표 위치 값과 현재 위치 갑의 오차 값 계산 단계(S120), PWM 값 설정 단계(S130), 모터 현재 위치 값 및 목표 위치 값의 일치 여부 판단 단계(S140), 모터 목표 위치 값의 변경 여부에 따른 모터의 이전 위치와 현재 위치의 차이 값 계산 단계(S150), 및 비례계수 재설정 단계(S160)를 포함한다.

모터 목표 위치 값의 변경 여부 판단 단계(S110)에서는 모터의 목표 위치가 변경되었는지를 판단한다.

모터 목표 위치 값과 현재 위치 갑의 오차 값 계산 단계(S120)에서는, 모터의 목표 위치 값과 현재 위치 값의 오차를 계산한다. 예를 들어, 모터의 목표 위치 값에서 현재 위치 값을 감산함으로써 오차 값을 계산할 수 있다.

PWM 값 설정 단계(S130)에서는, 모터의 초기 구동 시 설정된 비례계수와 상기 오차 값을 이용하여 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 PWM 값을 설정할 수 있다. 예를 들어, 비례계수와 상기 오차 값을 곱한 값으로 PWM 값을 설정할 수 있다.

모터 현재 위치 값 및 목표 위치 값의 일치 여부 판단 단계(S140)에서는, 상기 PWM 값으로 상기 모터의 회전 속도를 제어하면서 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값의 일치 여부를 판단할 수 있다.

모터 목표 위치 값의 변경 여부에 따른 모터의 이전 위치와 현재 위치의 차이 값 계산 단계(S150)에서는, 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값이 일치하지 않는 경우, 모터의 이전 위치 값과 현재 위치 값의 차이 값을 계산하고, 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값이 일치하는 경우 모터를 정지시킬 수 있다. 여기서, 모터의 이전 위치란 상기 모터의 현재 위치보다 40ms 이전의 위치를 의미할 수 있다.

비례계수 재설정 단계(S160)에서는 상기 차이 값의 부호와 크기에 따라 미리 저장된 비례계수로 재설정할 수 있다. 이때, 상기 차이 값의 부호와 크기에 따라 미리 저장된 비례계수를 포함하는 룩-업 테이블에 근거할 수 있으며, 상기 룩-업 테이블은 하기의 표와 같이 저장될 수 있다.

더불어, 비례계수 재설정 단계(S160)에서 상기 비례계수가 재설정되면, 상기 PWM 값을 설정하는 단계에서 PWM 값이 재설정될 수 있다.

도 2는 도 1의 구체적인 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 속도를 고려한 비례 제어 다이어그램이다.

우선, 모터가 정지해 있는 초기 상태(S201) 이후 모터의 목표 위치가 변경되었는지 판단한다(S201). 만약, 목표 위치가 변경되었다면, 상기 목표 위치 값에서 현재 위치 값을 감산하여 오차 값을 계산한다(S203). 초기 설정된 비례계수 Kp와 상기 오차 값을 곱하고, 그 값을 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 PWM 값으로 설정한다(S204). 설정된 PWM 값으로 모터의 회전속도를 제어하면서, 모터의 현재 위치가 목표 위치에 도달되었는지를 확인(S205)하고, 그렇지 않다면, 40ms 이전의 모터위치와 현재위치의 차이를 계산한다(S207). 이후, 그 차이 값의 부호와 크기에 따라 비례계수 Kp 값을 상기 표 1과 같이 나타내어지는 룩-업 테이블에 근거하여 새롭게 선정한다(S208). 이후, 모터의 목표 위치와 현재 위치 간의 오차를 계산하고(S203), 계산된 오차 값과 새롭게 선정된 비례계수 Kp의 곱으로 PWM 값을 재설정하고, 그 뒤의 과정을 계속하여 수행한다. 다만, 모터가 목표 위치에 도달했을 경우(S206), 모터를 정지(S209)시켜 종료한다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

Claims (7)

1. 모터 회전 속도를 고려하여 자동화 수동 변속기 클러치 위치 제어를 위한 비례 제어 방법에 있어서,
   모터의 목표 위치의 변경 여부를 판단하는 단계;
   상기 모터의 목표 위치 값과 현재 위치 값의 오차 값을 계산하는 단계;
   상기 모터의 초기 구동 시 설정된 비례계수와 상기 오차 값을 이용하여 상기 모터의 회전 속도를 제어하기 위한 PWM 값을 설정하는 단계;
   상기 PWM 값으로 상기 모터의 회전 속도를 제어하면서 상기 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값의 일치 여부를 판단하는 단계;
   상기 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값이 일치하지 않는 경우, 상기 모터의 이전 위치 값과 현재 위치 값의 차이 값을 계산하는 단계; 및
   상기 차이 값의 부호와 크기에 따라 미리 저장된 비례계수로 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 오차 값을 계산하는 단계는, 상기 모터의 목표 위치 값에서 현재 위치 값을 감산하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 PWM 값을 설정하는 단계는, 상기 비례계수와 상기 오차 값을 곱하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 비례계수를 재설정하는 단계에서 상기 비례계수가 재설정되면, 상기 PWM 값을 설정하는 단계에서 PWM 값이 재설정되는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터의 이전 위치는 상기 모터의 현재 위치보다 40ms 이전의 위치인 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터의 현재 위치 값과 목표 위치 값이 일치하는 경우 상기 모터를 정지시키는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 비례계수를 재설정하는 단계는, 상기 차이 값의 부호와 크기에 따라 미리 저장된 비례계수를 포함하는 룩-업 테이블에 근거하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기용 클러치의 위치 제어를 위한 비례 제어 방법.

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