KR20170045940A - 다축 서보 제어 시스템 - Google Patents

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KR20170045940A
KR20170045940A KR1020150146073A KR20150146073A KR20170045940A KR 20170045940 A KR20170045940 A KR 20170045940A KR 1020150146073 A KR1020150146073 A KR 1020150146073A KR 20150146073 A KR20150146073 A KR 20150146073A KR 20170045940 A KR20170045940 A KR 20170045940A
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홍지태
김홍주
송영훈
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한국전기연구원
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Abstract

본 발명은 다축 서보 제어 시스템을 공개한다. 본 발명은 각 서보 모터에 전원을 공급하는 파워 모듈을 하나의 다축 통합 제어 장치로 제어하되, 다축 통합 제어 장치 내부에 PWM 클록 카운터를 구비하고, 해당 클록 카운터를 이용하여 각 축의 서보 모터를 제어하기 위한 PWM 제어 신호들을 동기화시킴으로써, 간단한 하드웨어적 구성으로 다축 서보 제어 시스템에 포함된 각 축 서보 모터들의 동작 타이밍을 동기화시킬 수 있다. 따라서, 종래 기술의 복잡한 구동 제어 장치들을 하나로 통합하고, 복잡한 동기화 오차 수정을 위한 통신 프로세스를 생략함으로써, 다축 서보 제어 시스템의 구현 비용 및 운영 비용을 절감할 수 있다.

Description

다축 서보 제어 시스템{Multi-Servo control system}
본 발명은 다축 서보 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 하나의 구동 제어 장치를 이용하여 다축 서보 모터를 제어할 수 있는 다축 서보 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적인 다축 서보 모터 제어 시스템의 일예가 도 1a에 도시되어 있다.
도 1a를 참조하면, 수치 제어 장치(10)는 각종 센서들(112, 113, 114)로부터 측정 정보를 수신하고, 구동 제어 장치들(12,13)로부터 서보 모터들(100,103)의 엔코더(101,104)에서 측정된 서보 모터의 위치 및 속도 정보를 수신하며, 수신된 정보들에 따라서 각 서보 모터(100,103)를 제어하는 지령을 구동 제어 장치(12,13)로 전송(1)하고, 수치 제어 장치(10)로부터 지령을 수신한 구동 제어 장치(12,13)는 서보 모터(100,103)를 구동하여 볼나사(102,105)를 회전시킴으로써, 워크(107)가 탑재된 테이블(106)을 전방 또는 후방으로 이동시킨다.
그런데, 이 때, 각 구동 제어 장치(12,13)의 내부 클록은 서로 동기화되어 있지 않으므로, 각각의 구동 제어 장치(12,13)가 수치 제어 장치(10)로부터 지령을 수신하는 타이밍에 차이가 발생하고, 이에 대응하여 지령을 수신한 각각의 구동 제어 장치(12,13)가 서보 모터(100,103)를 구동하는 타이밍에도 차이가 발생한다.
도 1b를 참조하면, 수치 제어 장치는 시간 t1 에 각 구동 제어 장치들(12,13)로 지령을 전송하면, 구동 제어 장치 1(12)는 시간 t2 에, 구동 제어 장치 2(13)는 시간 t3 에 각각 지령을 수신하고, t4 및 t5 에 각각 서보 모터(100,103)를 구동하게 된다.
이렇게, 지령을 수신한 각 구동 제어 장치(12,13)가 서로 다른 타이밍에 서보 모터(100,103)를 구동하면 테이블(106)과 볼나사(102,105)간에 마찰력이 증가하여 부하가 가중되는 등의 문제가 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술의 일 예가 한국 특허 제 10-0493606 호(발명의 명칭:서보 모터 구동 제어 시스템)에 공개되어 있다.
그러나, 상기 종래 기술은 네트워크 통신에 의한 동기화를 위해서, 구동 제어 장치 간의 통신주기를 상위 제어기의 지령 장치 제어주기의 n/1로 하여, 동기 오차 보정제어 지령을 수행하여 문제를 해결하였으나, 보정제어 통신 방식이 복잡하여 회로 설계에 어려움이 있을 뿐만 아니라, 실제 서보 드라이버의 PWM주기의 타이밍이 동기화가 되어 있지 않기 때문에 정밀한 동기제어 보정이 어려운 문제점이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간단한 하드웨어적 구성으로, 다축 서보 제어 시스템에 포함된 각 축 서보 모터들의 동작 타이밍을 동기화할 수 있는 다축 서보 제어 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 서보 제어 시스템은, 수치 제어 장치로부터 각 축의 서보 모터에 대한 위치 지령(이동 지령)을 수신하고, 수신된 위치 지령(이동 지령)에 따라서 각 축의 서보 모터에 각각 연결된 복수의 파워 모듈들로, 서로 동기화된 PWM 제어 신호들을 각각 출력하는 다축 통합 제어 장치; 각 축의 서보 모터에 대한 PWM 제어 신호를 수신하고, 수신된 PWM 제어 신호에 따라서 자신에게 연결된 서보 모터로 단속적으로 전원을 공급하는 상기 복수의 파워 모듈; 및 자신에게 연결된 상기 파워 모듈로부터 전원을 공급받아 구동되는 복수의 서보 모터를 포함한다.
또한, 상기 다축 통합 제어 장치는, 상기 수치 제어 장치로부터 수신된 위치 지령과, 상기 복수의 서보 모터의 엔코더들로부터 수신된 상기 서보 모터의 위치 정보로부터 판단된 실제 위치간의 오차를 제어하기 위해서, 각 서보 모터로 출력할 전류값을 전류 지령치로서 생성하고, 내부의 PWM 클록 카운트 값과 각 서보 모터에 대한 상기 전류 지령치에 따라서 동기화된 PWM 제어 신호를 생성하여 각 파워 모듈로 출력할 수 있다.
또한, 상기 다축 통합 제어 장치는, 업다운 카운터로 구현되는 PWM 클록 카운터; 상기 PWM 클록 카운터에서 출력되는 클록 카운트값과 상기 각 서보 모터로 출력할 상기 전류 지령치에 따라서, 상기 각 서보 모터에 대응되는 파워 모듈로 출력할 상기 PWM 제어 신호의 듀티비를 설정하는 복수의 듀티비 설정부; 및 상기 복수의 듀티비 설정부로부터 입력되는 듀티비에 따라서 상기 PWM 제어 신호를 자신에게 연결된 파워 모듈로 각각 출력하는 복수의 PWM 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 PWM 클록 카운터는, 클록 카운트 값이 사전에 정의된 최고치에 도달할때까지 클록 카운트 값을 점진적으로 증가하고, 클록 카운트 값이 상기 최고치에 도달하면 점진적으로 감소시켜 0에 도달하면 다시 최고치에 도달할때까지 점진적으로 증가시키를 반복하며, 상기 클록 카운트 값을 상기 복수의 듀티비 설정부 및 상기 복수의 PWM 모듈로 각각 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 듀티비 설정부는, 상기 전류 지령치에 대응되는 기준값과 상기 클록 카운트 값을 비교하여, 상기 클록 카운트 값이 기준값보다 큰 영역 구간을 온 펄스 구간으로 설정하여 PWM 제어 신호의 듀티비를 설정할 수 있다.
또한, 상기 다축 서보 제어 시스템은, 상기 복수의 서보 모터 각각의 엔코더로부터 각 서보 모터의 위치 및 속도 정보를 수신하는 엔코더 통신 모듈; 상기 복수의 파워 모듈로부터 각 서보 모터로 제공되는 전류의 측정값을 수신하여 디지털 신호로 변환하여 출력 하는 A/D 변환 모듈; 및 상기 엔코더 통신 모듈부터 수신된 각 서보 모터의 위치 및 속도 정보를 상기 수치 제어 장치로 전송하고, 상기 수치 제어 장치로부터 위치 지령을 수신하며, 상기 A/D 변환 모듈로부터 수신된 각 서보 모터의 전류 측정값을 고려하여 상기 전류 지령치를 출력하는 중앙 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 다축 서보 제어 시스템은, 상기 엔코더 통신 모듈로부터 상기 각 서보 모터의 위치 및 속도 정보를 수신하여 저장하고, 상기 A/D 변환 모듈로부터 전류 측정값을 수신하여 저장하는 메모리부를 더 포함하고, 상기 중앙 제어 모듈은 상기 메모리부로부터 상기 각 서보 모터의 위치 및 속도 정보와, 상기 전류 측정값을 판독할 수 있다.
또한, 상기 다축 서보 제어 시스템은, 상기 PWM 클록 카운터로부터 클록 카운트 값을 입력받아, 상기 클록 카운트 값이 최고치에 도달하여 감소하기 시작하면 다운모드 전환 인터럽트 신호를 출력하고, 상기 클록 카운트 값이 0에 도달하여 증가하기 시작하면 업모드 전환 인터럽트 신호를 출력하는 PWM 인터럽트부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 중앙 제어 모듈은, 상기 업모드 전환 인터럽트 신호가 입력되면, 상기 각 서보 모터로 제공된 상기 전류 측정값을 상기 메모리부로부터 판독하고, 판독된 전류 측정값과 상기 각 서보 모터에 대응되는 듀티 설정부로 출력된 전류 지령치 간의 차를 구하고, 전류 측정값과 상기 전류 지령치와의 차이를 감소시키기 위해서, 각 서보 모터로 출력할 전류값을 나타내는 전류 지령치를 생성하여, 각 서보 모터에 대응되는 상기 듀티 설정부로 출력할 수 있다.
본 발명은 각 서보 모터에 전원을 공급하는 파워 모듈을 하나의 다축 통합 제어 장치로 제어하되, 다축 통합 제어 장치 내부에 PWM 클록 카운터를 구비하고, 해당 클록 카운터를 이용하여 각 축의 서보 모터를 제어하기 위한 PWM 제어 신호들을 동기화시킴으로써, 간단한 하드웨어적 구성으로 다축 서보 제어 시스템에 포함된 각 축 서보 모터들의 동작 타이밍을 동기화시킬 수 있다. 따라서, 종래 기술의 복잡한 구동 제어 장치들을 하나로 통합하고, 복잡한 동기화 오차 수정을 위한 통신 프로세스를 생략함으로써, 다축 서보 제어 시스템의 구현 비용 및 운영 비용을 절감할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 다축 서보 제어 시스템의 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 서보 제어 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 서보 제어 시스템의 세부 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 동기화된 PWM 제어 신호의 듀티비를 설정하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하드웨어 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 서보 제어 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 서보 제어 시스템은 다축 통합 제어 장치(310) 및 복수의 파워 모듈(320)을 포함하는 구동 제어 시스템(300)과 각 파워 모듈(320)로부터 전력을 공급받는 복수의 서보 모터(400)를 포함하여 구성된다.
다축 통합 제어 장치(310)는 수치 제어 장치(200)로부터 일정한 시간 주기(예컨대, 수 ms 이내)로 각 축의 서보 모터(400)에 대한 위치 지령(이동 지령)을 수신하고, 수신된 위치 지령(이동 지령)에 따라서 각 축의 서보 모터(400)에 연결된 복수의 파워 모듈(320)로, 서로 동기화된 PWM 제어 신호들을 각각 출력하여 각 축의 서보 모터(400)를 구동시킨다.
또한, 다축 통합 제어 장치(310)는 각 서보 모터(400)에 설치된 엔코더(410)로부터 각 축 서보 모터(400)의 위치 및 속도 등에 관한 정보를 수신하는 한편, 각 축의 파워 모듈(320)에 설치된 전류 센서(미도시 됨)로부터 파워 모듈(320)로부터 각 서보 모터(400)로 입력되는 전류값을 입력받아, 해당 정보들을 수치 제어 장치(200)로 전송한다. 수치 제어 장치(200)는 다축 통합 제어 장치(310)로부터 수신된 정보에 따라서 각 축의 서보 모터(400)에 대한 위치 지령(이동 지령)을 생성하여 다축 통합 제어 장치(310)로 전송하고, 상술한 과정이 반복 수행되면서, 각 축의 서보 모터들(400)이 제어된다.
복수의 파워 모듈(320)은 다축 통합 제어 장치(310)로부터 서로 동기화된 PWM 제어 신호를 각각 수신하고, PWM 제어 신호에 따라서 단속적으로 전원을 자신에게 연결된 서보 모터(400)로 출력함으로써 서보 모터(400)를 구동시킨다. 복수의 파워 모듈(320)은 내부에 전류 센서(미도시 됨)를 포함하여 파워 모듈(320)로부터 서보 모터(400)로 출력되는 전류값을 측정하여 다축 통합 제어 장치(310)으로 전송한다.
복수의 서보 모터(400) 각각은 자신에게 연결된 파워 모듈(320)로부터 전원을 공급받아 구동된다. 또한, 서버 모터(400)의 엔코더(410)는 서보 모터(400)의 위치 및 속도 등에 관한 정보를 측정하여 다축 통합 제어 장치(310)로 전송한다.
상술한 본 발명의 다축 서보 제어 시스템에서는 하나의 다축 통합 제어 장치(310)가 동기화된 PWM 신호를 각 서보 모터(400)로 출력함으로써, 종래 기술의 문제점인 별도의 동기 오차를 보정하기 위한 하드웨어적 구성 및 통신 처리 절차를 생략할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 서보 제어 시스템의 세부 구성을 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다축 서보 제어 시스템은 통신 모듈(311), 중앙 제어 모듈(312), 다축 PWM 제어 모듈(316), 엔코더 통신 모듈(314), 및 A/D 변환 모듈(315)을 포함하여 구성되고, 추가로 메모리부(313)가 더 포함될 수 있다.
통신 모듈(311)은 수치 제어 장치(200)와 일정한 시간 주기(예컨대, 수 ms 이내의 시간 주기)로 서로 통신을 수행하여, 수치 제어 장치(200)로부터 각 서보 모터(400-1~400-3)에 대한 위치 지령(이동 지령)을 수신하여 중앙 제어 모듈(312)로 출력하고, 중앙 제어 모듈(312)로부터 수신된 각 서보 모터(400-1~400-3)의 위치 및 속도 등의 정보를 수치 제어 장치(200)로 전송한다.
엔코더 통신 모듈(314)은 각 서보 모터(400-1~400-3)에 설치된 엔코더(410-1~410-3)로부터 각 서보 모터(400-1~400-3)의 현재 위치 및 속도 등의 정보를 수신하여 중앙 제어 모듈(312)로 출력한다. 이 때, 엔코더 통신 모듈(314)은 해당 정보를 메모리부(313)에 기록하고, 중앙 제어 모듈(312)은 메모리부(313)에 저장된 정보들을 판독하도록 구성될 수도 있다.
A/D 변환 모듈(315)은 각 파워 모듈(320-1~320-3)에 설치된 전류 센서(321-1~321-3)에서 측정된, 각 파워 모듈(320-1~320-3)로부터 각 서보 모터(400-1~400-3)로 공급되는 전류값을 아날로그 신호로 입력받고, 해당 전류값을 디지털 신호로 변환하여 중앙 제어 모듈(312)로 출력한다. 또한, A/D 변환 모듈(315)은 각 파워 모듈(320-1~320-3)로 전원을 공급하는 DC 파워 서플라이(330)로부터 DC-Link 전압값을 입력받아 디지털 신호로 변환하여 중앙 제어 모듈(312)로 출력한다.
이 때, A/D 변환 모듈(315)은 각 파워 모듈(320-1~320-3)의 전류값과 DC-Link 전압값을 메모리부(313)에 기록하고, 중앙 제어 모듈(312)은 메모리부(313)에 저장된 정보들을 판독하도록 구성될 수도 있다.
중앙 제어 모듈(312)은 수치 제어 장치(200)가 전송한 각 서보 모터(400-1~400-3)의 위치 지령(이동 지령)을 통신 모듈(311)을 통해서 입력받고, 엔코더 통신 모듈(314)로부터 각 서보 모터(400-1~400-3)의 위치 및 속도 정보 등을 입력받으며, A/D 변환 모듈(315)로부터 DC-Link 전압값, 각 서보 모터(400-1~400-3)에 공급되는 전류값 등을 입력받고, 다축 제어 PWM 모듈(316-41~316-43)로부터 PWM 인터럽트 신호를 입력받는다.
중앙 제어 모듈(312)은 입력받은 상기 정보들을 이용하여, 수치 제어 장치(200)로부터의 위치 지령(이동 지령)과 엔코더들(400-1~400-3)로부터 수신된 위치 정보로부터 판단된 각 서보 모터(400-1~400-3)에서의 실제 위치간의 오차를 제어하기 위해서, 각 서보 모터(400-1~400-3)로 출력할 전류값을 생성하여, 전류 지령치로서 다축 PWM 제어 모듈(316)로 출력한다.
구체적으로, 중앙 제어 모듈(312)은, 후술하는 다축 PWM 제어 모듈(316)로부터 업모드 전환 인터럽트 신호가 입력되면, A/D 변환 모듈(315)로부터 각 파워모듈의 U, V, W 상 중 적어도 2개의 상에 대한 전류 값을 메모리부(313)로부터 판독하고, 판독된 측정 전류값과 중앙 제어 모듈(312)이 다축 PWM 제어 모듈(316)로 출력한 전류 지령치와의 차를 구한다. 그 후, 중앙 제어 모듈(312)은 측정 전류값과 전류 지령치와의 차이를 감소시키기 위해서 각 서보 모터(400-1~400-3)로 출력할 전류값을 나타내는 전류 지령치를 다축 PWM 제어 모듈(316)로 출력한다. 이 때, 중앙 제어 모듈(312)은 각 서보 모터(400-1~400-3)의 각 상(A, B, C)에 대응되는 코일에 공급할 전류값을 각각 계산하여 다축 PWM 제어 모듈(316)로 출력한다.
한편, 후술하는 다운모드 전환 인터럽트 신호가 입력된 경우, 중앙 제어 모듈(312)은 다축 통합 제어시스템의 상태정보와 각 파워모듈의 에러 정보 및 호밍센서, 리밋스위치, 비상정지버튼에 대한 디지털 I/O정보를 메모리부(313)로부터 확인한다.
다축 PWM 제어 모듈(316)은 중앙 제어 모듈(312)로부터 각 서보 모터(400-1~400-3)의 각 상에 해당하는 코일에 출력할 전류 지령치를 수신하면, 각 서보 모터(400-1~400-3)에 연결된 파워 모듈(320-1~320-3)로 동기화된 PWM 제어 신호를 각 상마다 각각 출력한다. 이 때, 각 서보 모터(400-1~400-3)의 각 상에 해당하는 코일로 출력될 전류값은 PWM 제어 신호의 듀티비를 조절함으로써 제어된다.
다축 PWM 제어 모듈(316)의 세부 구성을 살펴보면, 다축 PWM 제어 모듈(316)은 각 서보 모터(400-1~400-3)마다 할당된 복수의 듀티비 설정부(316-31~316-33), 각 듀티비 설정부(316-31~316-33)로부터 듀티비를 수신하여 해당 듀티비에 따른 PWM 제어 신호를 해당 서버 모터에 연결된 파워 모듈(320-1~320-3)로 출력하는 복수의 PWM 제어 모듈(316), 각 듀티비 설정부(316-31~316-33) 및 PWM 모듈(316-41~316-43)을 동기화시키는 PWM 클록 카운터(316-1), PWM 클록 카운터(316-1)로부터 수신된 클록 카운트 값으로부터 업모드 전환 인터럽트 또는 다운모드 전환 인터럽트를 중앙 제어 모듈(312)로 출력하는 PWM 인터럽트부(316-2)를 포함하여 구성된다.
다축 PWM 제어 모듈(316)의 각 구성요소의 기능을 설명하면, 각 듀티비 설정부(316-31~316-33)는 중앙 제어 모듈(312)로부터 각 서보 모터(400-1~400-3)의 각 상의 코일에 출력할 전류 지령치를 수신하거나, 또는 중앙 제어 모듈(312)이 메모리부(313)에 기록한 각 서보 모터(400-1~400-3)의 각 상의 코일에 출력할 전류 지령치를 판독한다.
각 듀티비 설정부(316-31~316-33)는 PWM 카운터(316-1)에서 제공하는 카운트 값을 이용하여 서로 동기화되고, 각 서보 모터(400-1~400-3)의 각 상의 코일에 출력할 전류 지령치에 대응하는 전류를 출력하기 위한 PWM 제어 신호의 듀티비를 설정하여 자신에게 연결된 PWM 모듈(316-41~316-43)로 출력한다.
도 4는 본 발명에 따른 동기화된 PWM 제어 신호의 듀티비를 설정하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 4의 (a)는 듀티비 설정부 1(316-31)의 A 상에 대응되는 듀티비를 설정하기 위한 방식을 설명하는 도면이고, 도 4의 (b) 및 (c) 는 각각 듀티비 설정부 2(316-32)의 A 상에 대응되는 듀티비 및 듀티비 설정부 3(316-33)의 A 상에 대응되는 듀티비를 설정하기 위한 방식을 설명하는 도면이다.
본 발명의 PWM 클록 카운터(316-1)는 업다운 카운터(316-1)로 구현되어, 사전에 설정된 최고치에 도달할때까지 카운트 값을 점진적으로 증가시키고(ⓐ 참조), 사전에 설정된 최고치에 도달하면 카운트 값을 점진적으로 감소시켜(ⓑ 참조) 0에 이르면 다시 카운트 값을 점진적으로 증가시킨다. 이러한 PWM 카운터(316-1) 값의 파형은 도 4의 삼각 파형으로 도시된다.
한편, PWM 클록 카운터(316-1)의 카운트 값은 듀티비 설정부(316-31~316-33), PWM 모듈(316-41~316-43), 및 PWM 인터럽트부(316-2)로 출력되고, PWM 인터럽트부(316-2)는 카운트 값이 점진적으로 증가하여 사전에 설정된 값에 도달하면 다운모드 전환 인터럽트 신호를 발생시켜 중앙 제어 모듈(312)로 출력하고,카운트 값이 점진적으로 감소하여 0에 이르면 업모드 전환 인터럽트 신호를 발생시켜 중앙 제어 모듈(312)로 출력한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 듀티비 설정부(316-31~316-33)는 PWM 클록 카운터(316-1)값과 중앙 제어 모듈(312)로부터 입력된 전류 지령치에 대응되는 기준값(500-1~500-3)을 비교하여, 클록 카운트 값이 기준값보다 큰 영역 구간을 온 펄스 구간으로 설정하여 PWM 제어 신호의 듀티비를 설정한다. 중앙 제어 모듈(312)에서 출력되는 전류 지령치가 변화됨에 따라서 기준값은 0과 클록 카운터값의 최대값 사이에서 변화되고, 이에 따라서 듀티비도 다르게 설정된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각 듀티비 설정부(316-31~316-33)는 동일한 클록 카운트 값을 제공받아 듀티비를 설정하므로, 각 서보 모터(400-1~400-3)에 제공되는 PWM 제어 신호는 서로 동기화되고, 따라서, 종래 기술과 같이, 각 서보 모터(400-1~400-3)에 출력되는 제어 신호를 동기화시키기 위한 복잡한 회로 구성 및 통신 수행 절차가 생략될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 듀티비 설정부(316-31~316-33)는 자신에게 연결된 PWM 모듈(316-41~316-43)로 서보 모터(400-1~400-3)의 각 상의 듀티비를 출력하고, PWM 모듈(316-41~316-43)은 입력된 듀티비를 갖는 각 상의 PWM 제어 신호를 자신에게 연결된 파워 모듈(320-1~320-3)로 출력한다.
한편, 각 파워 모듈(320-1~320-3)은 각 서보 모터(400-1~400-3)에 연결되어 있고, PWM 모듈(316-41~316-43)로부터 입력된 각 상의 PWM 제어 신호에 따라서 서보 모터(400-1~400-3)의 각 상의 코일로 출력되는 전류를 단속적으로 제어하여 각 서보 모터(400-1~400-3)를 구동시킨다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하드웨어 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다축 서보 제어 시스템은 대형 PCB 기판의 일부 영역에 다축 통합 제어 장치(310) 회로가 구현되어 있고, 그 옆에 복수의 슬롯(530-1~530-3)이 설치되며, 다축 통합 제어 장치를 구현한 회로와 복수의 슬롯(530-1~530-3)은 백 본 인터페이스 회로(560)에 의해서 연결된다. 복수의 슬롯(530-1~530-3)에는 본 발명의 파워 모듈(320-1~320-3)이 카드 형태로 구현되어 삽입된다.
도 5에 도시된 슬롯(530-1~530-3)에서 VP-VN 블록(531-1~531-3)은 DC 파워 서플라이(330)와 연결되고, 파워 모듈(320-1~320-3)이 슬롯(530-1~530-3)에 삽입되면, VP-VN 블록(531-1~531-3)을 통해서 DC 파워 서플라이(330)로부터 전원을 공급받아 파워 모듈(320-1~320-3)에 연결된 각 서보 모터(400-1~400-3)로 전원을 공급한다.
또한, 슬롯(530-1~530-3)에서 PWM in 블록(532-1~532-3)은 파워 모듈(320-1~320-3)의 PWM 제어 회로(미도시 됨)와 연결되어, 각 PWM 모듈(316-41~316-43)로부터 입력된 각 서보 모터(400-1~400-3)의 각 상에 대한 PWM 제어 신호를 파워 모듈(320-1~320-3)의 PWM 제어 회로(미도시 됨)로 출력한다.
또한, 슬롯(530-1~530-3)의 Uc-Vc 블록(533-1~533-3)은 파워 모듈(320-1~320-3)의 PWM 제어 회로(미도시 됨)를 통해서, 각 상(U,V,W)에 공급되는 전류값을 측정하여 다축 통합 제어 장치(310)으로 출력하는 구성이다.
또한, 엔코더 블록(534-1~534-3)은 서보 모터(400-1~400-3)에 설치된 엔코더(410-1~410-3)와 연결되어 엔코더(410-1~410-3)에서 측정된 서보 모터(400-1~400-3)의 위치 및 속도 정보를 백 본 인터페이스(560)를 통해서 다축 통합 제어 장치(310)으로 출력하는 구성이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
200: 수치 제어 장치 300: 구동 제어 시스템
310: 다축 통합 제어 장치 311: 통신 모듈
312: 중앙 제어 모듈 313: 메모리부
314: 엔코더 통신 모듈 315: A/D 변환 모듈
316: 다축 PWM 제어 모듈 316-1: PWM 클록 카운터
316-2: PWM 인터럽트부 316-31~33: 듀티비 설정부
316-41~43: PWM 모듈
320,320-1,320-2,320-3: 파워 모듈
321-1,321-2,321-3: 전류 센서
330: DC 파워 서플라이
400,400-1,400-2,400-3: 서보 모터
410,410-1,410-2,410-3: 엔코더

Claims (9)

  1. 수치 제어 장치로부터 각 축의 서보 모터에 대한 위치 지령(이동 지령)을 수신하고, 수신된 위치 지령(이동 지령)에 따라서 각 축의 서보 모터에 각각 연결된 복수의 파워 모듈들로, 서로 동기화된 PWM 제어 신호들을 각각 출력하는 다축 통합 제어 장치;
    각 축의 서보 모터에 대한 PWM 제어 신호를 수신하고, 수신된 PWM 제어 신호에 따라서 자신에게 연결된 서보 모터로 단속적으로 전원을 공급하는 상기 복수의 파워 모듈; 및
    자신에게 연결된 상기 파워 모듈로부터 전원을 공급받아 구동되는 복수의 서보 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 서보 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다축 통합 제어 장치는
    상기 수치 제어 장치로부터 수신된 위치 지령과, 상기 복수의 서보 모터의 엔코더들로부터 수신된 상기 서보 모터의 위치 정보로부터 판단된 실제 위치간의 오차를 제어하기 위해서, 각 서보 모터로 출력할 전류값을 전류 지령치로서 생성하고, 내부의 PWM 클록 카운트 값과 각 서보 모터에 대한 상기 전류 지령치에 따라서 동기화된 PWM 제어 신호를 생성하여 각 파워 모듈로 출력하는 것을 특징으로 하는 다축 서보 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 다축 통합 제어 장치는
    업다운 카운터로 구현되는 PWM 클록 카운터;
    상기 PWM 클록 카운터에서 출력되는 클록 카운트값과 상기 각 서보 모터로 출력할 상기 전류 지령치에 따라서, 상기 각 서보 모터에 대응되는 파워 모듈로 출력할 상기 PWM 제어 신호의 듀티비를 설정하는 복수의 듀티비 설정부; 및
    상기 복수의 듀티비 설정부로부터 입력되는 듀티비에 따라서 상기 PWM 제어 신호를 자신에게 연결된 파워 모듈로 각각 출력하는 복수의 PWM 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 서보 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 PWM 클록 카운터는
    클록 카운트 값이 사전에 정의된 최고치에 도달할때까지 클록 카운트 값을 점진적으로 증가하고, 클록 카운트 값이 상기 최고치에 도달하면 점진적으로 감소시켜 0에 도달하면 다시 최고치에 도달할때까지 점진적으로 증가시키를 반복하며,
    상기 클록 카운트 값을 상기 복수의 듀티비 설정부 및 상기 복수의 PWM 모듈로 각각 제공하는 것을 특징으로 하는 다축 서보 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 복수의 듀티비 설정부는
    상기 전류 지령치에 대응되는 기준값과 상기 클록 카운트 값을 비교하여, 상기 클록 카운트 값이 기준값보다 큰 영역 구간을 온 펄스 구간으로 설정하여 PWM 제어 신호의 듀티비를 설정하는 것을 특징으로 하는 다축 서보 제어 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 서보 모터 각각의 엔코더로부터 각 서보 모터의 위치 및 속도 정보를 수신하는 엔코더 통신 모듈;
    상기 복수의 파워 모듈로부터 각 서보 모터로 제공되는 전류의 측정값을 수신하여 디지털 신호로 변환하여 출력 하는 A/D 변환 모듈; 및
    상기 엔코더 통신 모듈부터 수신된 각 서보 모터의 위치 및 속도 정보를 상기 수치 제어 장치로 전송하고, 상기 수치 제어 장치로부터 위치 지령을 수신하며, 상기 A/D 변환 모듈로부터 수신된 각 서보 모터의 전류 측정값을 고려하여 상기 전류 지령치를 출력하는 중앙 제어 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 서보 제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 엔코더 통신 모듈로부터 상기 각 서보 모터의 위치 및 속도 정보를 수신하여 저장하고, 상기 A/D 변환 모듈로부터 전류 측정값을 수신하여 저장하는 메모리부를 더 포함하고,
    상기 중앙 제어 모듈은 상기 메모리부로부터 상기 각 서보 모터의 위치 및 속도 정보와, 상기 전류 측정값을 판독하는 것을 특징으로 하는 다축 서보 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 PWM 클록 카운터로부터 클록 카운트 값을 입력받아, 상기 클록 카운트 값이 최고치에 도달하여 감소하기 시작하면 다운모드 전환 인터럽트 신호를 출력하고, 상기 클록 카운트 값이 0에 도달하여 증가하기 시작하면 업모드 전환 인터럽트 신호를 출력하는 PWM 인터럽트부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 서보 제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 중앙 제어 모듈은
    상기 업모드 전환 인터럽트 신호가 입력되면, 상기 각 서보 모터로 제공된 상기 전류 측정값을 상기 메모리부로부터 판독하고, 판독된 전류 측정값과 상기 각 서보 모터에 대응되는 듀티 설정부로 출력된 전류 지령치 간의 차를 구하고, 전류 측정값과 상기 전류 지령치와의 차이를 감소시키기 위해서, 각 서보 모터로 출력할 전류값을 나타내는 전류 지령치를 생성하여, 각 서보 모터에 대응되는 상기 듀티 설정부로 출력하는 것을 특징으로 하는 다축 서보 제어 시스템.
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