KR20210090078A

KR20210090078A - 제어 파라미터를 설정하는 제어장치

Info

Publication number: KR20210090078A
Application number: KR1020200051283A
Authority: KR
Inventors: 양두영
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2021-07-19

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치는, 부하를 제어하는 제어 신호를 부하에 전송하는 제어부, 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하에 전송하는 정현파 발생부, 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 분석하는 분석부, 및 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 제어부의 제어 파라미터를 설정하는 처리부를 포함한다.

Description

제어 파라미터를 설정하는 제어장치{Controller for setting control parameter}

본 발명은 제어 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 가변 주파수의 정현파를 이용하여 제어 파라미터를 설정하고 양품 판정을 수행하는 제어 장치 및 제어 파라미터 설정 방법에 관한 발명이다.

모터는 저항, 인덕턴스, 마찰력 등과 같은 고유의 특성을 가지고 있으며, 이 특성 값을 측정 또는 설계 값을 이용하여 위치/속도/전류 제어 로직(Logic)을 설계하는데 이용한다. 하지만, 설계 값과 제작된 제품간의 편차가 존재하며, 측정된 값도 측정 오차가 존재할 수 있다.

위에서 언급한 모터의 특성 값은 샘플에 따라 편차가 존재하고, 온도나 노후화에 따라 달라질 수 있다. 이런 특성을 제어에 반영하기 위해 현재는 개발 단계에서 여러 조건에서 여러 샘플을 가지고 모터의 특성 값을 측정하여, 제어기 값을 설계하기 때문에 실제 샘플 간의 오차를 가지게 되고, 이에 따라 최적의 제어 성능을 낼 수 없게 된다.

이러한 문제점으로 인하여 제어 성능이 샘플 간의 편차, 온도변화, 노후화에 따라 설계 값보다 저하되는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 가변 주파수의 정현파를 이용하여 제어 파라미터를 설정하고 양품 판정을 수행하는 제어 장치 및 제어 파라미터 설정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치는, 부하를 제어하는 제어 신호를 부하에 전송하는 제어부; 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하에 전송하는 정현파 발생부; 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 분석하는 분석부; 및 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정하는 처리부를 포함한다.

또한, 상기 제어부의 제어 신호 및 상기 정현파를 전압 신호로 변환하여 상기 부하에 전송하는 전압 출력부; 및 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱하는 전류 측정부를 포함한다.

또한, 상기 분석부는, 상기 정현파 또는 상기 센싱 전류를 저장하는 저장부; 및 상기 정현파와 상기 센싱 전류를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행하는 FFT 변환부를 포함한다.

또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하 또는 상기 제어 장치의 양품 판정을 수행할 수 있다.

또한, 상기 정현파 발생부는, 상기 제어부, 생산 장치, 또는 상위 제어기로부터 모드 동작 신호를 수신하여 상기 정현파를 생성할 수 있다.

또한, 상기 정현파 발생부는, 주기적으로 상기 정현파를 생성할 수 있다.

또한, 상기 정현파는, 주파수가 가변되는 정현파로, 가변되는 주파수 중 하나의 주파수를 가지는 신호가 한 주기 이상 출력되거나 연속적으로 주파수가 변하는 신호가 한 주기 이상 출력될 수 있다.

또한, 상기 정현파의 주파수는, 상기 제어부의 제어 신호와 주파수가 상이할 수 있다.

또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부의 PI 파라미터, PID 파라미터, 또는 필터계수를 산출할 수 있다.

또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과로부터 도출되는 부하의 인덕턴스 및 임피던스를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정할 수 있다.

또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 불량 원인을 판단할 수 있다.

또한, 상기 처리부는, 상기 부하의 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 또는 코일 절연저감 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 처리부는, 상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정할 수 있다.

또한, 상기 부하는 액추에이터일 수 있다.

또한, 상기 제어부는 MCU(Micro Controller Unit)이고, 상기 정현파 발생부, 상기 분석부, 및 상기 처리부는 상기 MCU 내 프로세서로 구현될 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법은 정현파 발생부가 가변 주파수의 정현파를 생성하는 단계; 제어부에서 생성된 제어 신호와 함께 상기 정현파를 부하에 전송하는 단계; 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱하는 단계; 상기 센싱한 센싱 전류를 분석하는 단계; 및 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 센싱 전류를 분석하는 단계는, 상기 정현파와 상기 센싱 전류를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행할 수 있다.

또한, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하 또는 상기 제어부의 양품 판정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 정현파를 생성하는 단계는, 상기 제어부, 생산 장치, 또는 상위 제어기로부터 모드 동작 신호를 수신하여 상기 정현파를 생성하거나, 주기적으로 상기 정현파를 생성할 수 있다.

또한, 상기 제어부의 파라미터를 설정하는 단계는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과로부터 도출되는 부하의 인덕턴스 및 임피던스를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정할 수 있다.

또한, 상기 센싱한 센싱 전류를 분석하는 단계는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 또는 코일 절연저감 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 센싱한 센싱 전류를 분석하는 단계는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정할 수 있다.

또한, 상기 제어 파라미터 설정 방법은 MCU의 프로세서에서 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 모터, 제어기, 그리고 제어기와 모터가 연결된 상태에서의 양품 판정이 가능하다. 또한, 모터의 자석 감자, 권선 절연 저감, 권선 단선, 권선 단락과 같은 고장 진단 판정도 가능하다. 또한, 주파수 영역에서의 제어기 안정도(Phase Margin, Gain Margin) 측정이 가능하다. 또한, 제어기 내부에 있는 정현파(Sine wave) 발생기를 통하여 원하는 주파수의 특성을 분석하여 최적의 제어기 값 (P,I,D Gain과 Filter)의 설계가 가능하다. 또한, 모터의 사용환경(온도, 노후화 등)이 변함에 따라 모터의 특성이 변하더라도, 모터의 특성을 Online 상에서 측정하여, 최적의 제어값을 구하여, 제어 성능(정상상태에서의 리플, 과도상태에서의 응답성 등)을 항상 최적으로 유지할 수 있다. 나아가, 수식기반으로 보상하던 상호간섭 성분에 대한 측정이 가능하여, 상호간섭 성분을 정확하게 보상할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명과의 비교예에 따른 제어기의 동작을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 장치의 블록도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법의 흐름도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법의 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.

도 1은 본 발명과의 비교예에 따른 제어기의 동작을 도시한 것이다. 모터와 같은 부하를 구동시키는 제어기에 있어서, 제어기(10)는 위치/속도/전류 제어 로직(11)에서 모터를 구동시키기 위한 전압을 전압 출력(15)을 통해 모터(21)에 인가하고, 인가된 전압에 따라 흐르는 전류를 전류 측정(15)에서 센싱하여, 센싱된 센싱 전류를 이용하여 위치/속도/전류 제어 로직(11)에서 모터(21)를 구동시키는데 이용한다. 위치/속도/전류 제어 로직(11)은 모터(21)를 구동하기 위한 제어 파라미터가 설정되어 있고, 제어 파라미터는 모터의 특성 값 또는 설계 값을 이용하여 설정된다. 이때, 설계 값을 이용하는 경우, 설계 값과 제작된 제품 간의 편차가 발생할 수 있고, 모터의 특성 값은 온도의 변화나 노후화에 달라질 수 있는바, 기존 설정되어 있는 위치/속도/전류 제어 로직(11)의 제어 파라미터로는 최적의 제어 성능을 내기 어려울 수 있다.

부하의 특성에 따른 오차나 부하의 특성의 변화가 발생하더라도 최적의 제어 성능을 내기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치는 주파수 응답 분석을 이용하여 제어 파라미터를 설정하거나 변경할 수 있다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 생산 장비에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치의 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치(100)는 제어부(110), 정현파 발생부(120), 분석부(130), 및 처리부(140)로 구성되고, 전압 출력부(150) 및 전류 측정부(160), 저장부(131), FFT 변환부(132)를 포함할 수 있다.

제어부(110)는 부하(210)를 제어하는 제어 신호를 부하(210)에 전송한다.

보다 구체적으로, 제어부(110)는 설정된 제어 파라미터에 따라 부하(210)를 제어하며, 부하(210)를 제어하기 위하여, 제어 신호를 부하(210)에 전송한다. 제어 장치(100)에 연결되는 부하(210)는 액추에이터(actuator)일 수 있다. 여기서, 액추에이터는 동력을 이용하여 장치를 동작시키는 구동 장치로, 소정의 제어부에 의해 동작하는 모터 또는 유압이나 공기압으로 동작하는 피스톤 내지 실린더 기구 등을 의미한다. 부하(210)는 모터일 수 있고, 제어 장치(100)는 모터를 구동하는 모터구동 장치일 수 있다.

정현파 발생부(120)는 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하(210)에 전송한다.

보다 구체적으로, 정현파 발생부(120)는 부하(210)의 특성을 판단하기 위하여, 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하(210)에 전송한다.

여기서, 정현파는 파형이 사인(sine) 곡선이 되는 신호를 의미하며, 사인파(sine wave)라고도 한다. 정현파 발생부(120)는 주파수가 가변되는 정현파를 전송하되, 하나의 주파수는 한 주기 이상 출력될 수 있다. 도 4와 같이, 정현파 발생부(120)는 사인 곡선으로 이루어지되, 가변 주파수를 가지는 정현파를 전송할 수 있다. 이때, 도 4(A)와 같이. 주파수가 점점 커지거나 주파수가 점점 작아도록 정현파를 출력할 수 있다. 또는 점점 커지다 작아지거나 작아지다 커질 수 있고, 랜덤하게 가변될 수도 있다. 가변되는 주파수들은 선형적으로 가변되거나 지수적으로 변할 수도 있다. 이외에 다양한 방식으로 주파수가 가변될 수 있다. 이때, 가변되는 주파수 중 하나의 주파수를 가지는 신호가 한 주기 이상 출력되도록 할 수 있다. 한 주기에서 응답을 이용하여 제어 파라미터를 측정하게 되는바, 정현파 발생부(120)는 하나의 주파수로 형성되는 파형은 한 주기 이상 출력할 수 있다.

또는 도 4(B)와 같이, 연속적으로 주파수가 변하는 신호가 한 주기 이상 출력될 수 있다. 도 4(B)와 같이, 주파수가 시작시점(f_S(Start))부터 종료시점(f_E(End)) 까지 시간이 갈수록 점점 커지도록 주파수를 가변할 수 있다. 예를 들어, 처프(chirp) 신호의 형태일 수 있다. 주파수는 점점 커지거나 점점 작아질 수 있고, 도 4(B)와 같이 선형적으로 변하거나 지수적으로 변할 수 있다. 또는 커졌다가 작아지거나 랜덤하게 가변될 수 있다. 이외에 다양한 방식으로 주파수가 가변될 수 있다.

정현파 발생부(120)는 제어부(110)로부터 모드 동작 신호를 수신하여 가변 주파수의 정현파를 생성할 수 있다. 제어 파라미터의 재설정 또는 변경이 필요한 경우, 제어부(110)에서 정현파 발생부(120)가 가변 주파수의 정현파를 생성하도록 제어할 수 있다. 또는, 상위 제어기(220)에서 정현파 발생부(120)에 모드 동작 신호를 통해 가변 주파수의 정현파를 생성하도록 할 수 있다. 생산과정에서 제어 파라미터를 설정하는 경우, 생산 장치(220)에서 정현파 발생부(120)로 하여금 가변 주파수의 정현파를 생성하도록 제어할 수 있다. 모드 동작 신호를 수신하면, 정현파 발생부(120)는 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하(210)에 전송한다.

또는, 정현파 발생부(120)는 주기적으로 상기 정현파를 생성할 수 있다. 제어부(110), 상위 제어기(220) 또는 생산 장비(220)로부터 모드 동작 신호를 수신하지 않더라도, 주기적인 제어 파라미터 업데이트를 위하여, 주기적으로 가변 주파수의 정현파를 생성할 수 있다. 가변 주파수의 정현파를 생성하는 주기는 제어 파라미터의 업데이트를 위한 경우, 월 또는 년 단위로 설정될 수 있고, 부하(210)의 고장판단을 위한 경우에는 초, 분, 시간, 일 단위로 설정될 수 있다. 이외에 다양한 주기로 설정될 수 있음은 당연하다. 가변 주파수 정현파 생성 주기는 제어 장치(100)에 연결되는 부하(210)의 특성이나 제어 장치(100)의 특성에 따라 달라질 수 있고, 사용자에 의해 설정될 수 있다. 또는 정현파 발생부(120)는 계속 주파수를 가변하여 정현파를 생성할 수도 있다.

부하(210)는 제어부(110)로부터 제어 신호를 인가받고, 정현파 발생부(120)로부터 가변 주파수의 정현파를 인가받는다. 부하(210)는 제어 신호와 가변 주파수의 정현파를 함께 인가받을 수 있다. 이때, 상기 정현파의 주파수는 상기 제어부의 제어 신호와 주파수가 상이할 수 있다. 부하(210)를 구동시키기 위한 제어 신호와 제어 파라미터를 설정하기 위한 정현파의 주파수는 구분되어야 하는바, 정현파 발생부(120)는 제어 신호와 상이한 주파수를 가지는 정현파를 생성할 수 있다. 정현파 발생부(120)는 제어 신호와 상이한 주파수를 적어도 하나 이상 포함하도록 주파수를 가변하여 정현파를 생성할 수 있다. 정현파 발생부(120)는 가변 주파수를 생성함에 있어서, 제어 신호의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 정현파를 제외하고 주파수를 가변할 수 있다. 이미 해당하는 주파수에 대한 응답은 제어 신호로부터 수신하여 분석할 수 있다. 또는, 제어 신호의 주파수와 같은 주파수를 포함하여 주파수를 가변할 수도 있다. 또는 부하(210)는 제어 신호와 가변 주파수의 정현파를 별도의 입력라인을 통해 독립적으로 인가받거나, 서로 입력 주기를 달리하여 인가될 수도 있다.

제어부의 제어 신호 및 가변 주파수의 정현파는 전압 출력부(150)를 통해 부하(210)에 전송될 수 있다. 전압 출력부(150)는 제어부(110)의 제어 신호 및 정현파 발생부(120) 정현파를 전압 신호로 변환하여 부하(210)에 전송할 수 있다. 부하(210)는 전압을 수신하여 동작하는 장치, 예를 들어, 모터일 수 있고, 전압 출력부(150)는 부하(210)에 전압을 인가하기 위하여, 전압 출력부(150)는 제어 신호 및 정현파를 인가받아, 제어 신호 및 정현파의 주파수에 따라 해당 주파수에 대응되는 전압을 부하(210)에 전송할 수 있다. 전압 출력부(150)는 복수의 스위치로 형성되는 브릿지 회로일 수 있다. 브릿지를 형성하는 상측 스위치와 하측 스위치가 상보적으로 도통되며, 각 브릿지 회로에서 위상차를 갖고 3상 전압을 부하(210)에 전송할 수 있다.

분석부(130)는 상기 부하(210)로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 분석한다.

보다 구체적으로, 분석부(130)는 제어 파라미터 설정을 위하여, 정현파 발생부(120)에서 정현파가 생성되어 부하(210)에 인가되고, 인가된 정현파에 따라 부하(210)로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 분석한다.

전류 측정부(160)는 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한다. 전류 측정부(160)는 부하(210)의 출력라인에 연결되어 전류를 센싱한다. 전류를 션트(Shunt) 저항과 같은 전류 측정 소자로 형성될 수 있다. 또는, 전류 미러 회로 및 전압 측정 장치 등의 다양한 장치들을 이용하여 부하(210)에서 출력되는 전류를 센싱할 수 있다.

전류 측정부(160)에서 센싱된 센싱 전류는 제어부(110)에서 제어 신호를 생성하는데 이용될 수 있고, 분석부(130)에서 제어 파라미터에 대한 주파수 응답을 분석하는데 이용될 수 있다.

분석부(130)는 센싱 전류를 분석함에 있어서, 상기 수신한 센싱 전류를 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석할 수 있다. 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform)은 이산 데이터의 푸리에 변환을 고속으로 처리하는 방법으로, 신호를 분석하는데 이용된다. 고속 푸리에 변환을 이용하면, 긴 신호계열의 이산 푸리에 변환을 보다 짧은 신호계열의 이산 푸리에 변환으로 축차분해하는 것 및 회전인자의 대칭성과 주기성을 이용하여 데이터의 순서를 바꿈으로써 시간이 걸리는 곱셈 횟수를 줄여 빠른 처리가 가능하다.

분석부(130)는 상기 수신한 센싱 전류와 정현파 발생부(120)가 부하(210)에 전송한 정현파를 이용하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 분석부(130)는 고속 푸리에 변환을 수행함에 있어서, 상기 정현파 또는 상기 센싱 전류를 저장하는 저장부(131) 및 상기 정현파와 상기 센싱 전류를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행하는 FFT 변환부(132)로 구성될 수 있다.

정현파 발생기(110)에서 생성되어 부하(210)에 전송된 정현파는 분기되어 저장부(131)에 저장해두었다가, 저장된 정현파에 대응되는 센싱 전류가 수신되면, FFT 변환부(132)가 수신한 센싱 전류와 저장된 정현파를 이용하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다. FFT 변환부(132)는 고속 푸리에 변환을 통해 부하(210)의 주파수 응답 특성을 알 수 있다. 주파수 응답(Frequency Response)는 다양한 주파수의 입력 신호가 어떤 시스템에 인가되었을 때, 어떤 응답을 출력하는지를 측정하는 것으로, 해당 시스템을 분석하는데 이용된다. 여기서, 신호의 진폭은 일정하거나 변할 수 있다. 주파수 응답은 시스템으로부터 출력되는 신호의 크기(amplitude), 위상(phase)를 주파수에 대한 커브로 나타낼 수 있다.

처리부(140)는 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부(110)의 제어 파라미터를 설정한다.

보다 구체적으로, 처리부(140)는 분석부(130)로부터 센싱 전류를 분석한 결과를 수신한다. 앞서 설명한 바와 같이, 분석부(130)는 고속 푸리에 변환을 통해 센싱 전류를 분석하고, 분석된 결과를 처리부(140)로 전달한다. 처리부(140)는 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 제어부(110)의 제어 파라미터를 산출할 수 있다. 산출된 제어 파라미터는 제어부(110)에 전송하여 제어부(110)의 제어 파라미터를 변경하거나 설정할 수 있다. 제어부(110)는 부하(210)를 제어하기 위하여, 제어 파라미터가 설정된다. 제어부(110)의 제어 파라미터는 제어부(110)의 종류가 특성에 따라 설정되어야 하는 파라미터가 달라질 수 있다.

처리부(140)는 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부(110)의 PI 제어 파라미터, PID 제어 파라미터, 또는 필터계수를 산출할 수 있다.

처리부(140)는 제어부(110)가 PI 제어기인 경우 PI 제어 파라미터를 산출하고, 제어부(110)가 PID 제어기인 경우 PID 제어 파라미터를 산출하고, 필터를 포함하는 경우, 필터계수를 산출할 수 있다. 제어부(110)는 자동 제어기일 수 있고, P, I, D의 조합을 이용하여 제어할 수 있다.

여기서, P는 비례(Proportional), I는 적분(Integral), D는 미분(Differential)을 의미한다. 비례(P)제어는 제어량을 목표값과 현재 위치와의 차에 비례한 크기가 되도록 하는 제어로, 목표값에 가까워질 수록 제어값의 차이가 줄어들어 미세한 제어가 가능해진다. 비례제어를 수행하는 경우, 제어량이 목표값에 접근하면 제어량이 너무 작아지고 그 이상 미세하게 제어할 수 없는 상태가 되어, 더 이상 제어할 수 없이 남아있게 되는 잔류편차가 존재한다. PI 제어는 비례와 적분을 이용하는 제어로 PI 제어를 이용하면 잔류편차를 제거할 수 있다. 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 누적되는 잔류편차에 따라 제어량을 증가시켜 편차를 없애는 것으로, 비례 동작에 적분 동작을 추가한 제어인바, 이를 PI 제어라 한다. PI 제어를 하는 경우, 실제 목표값에 가깝게 제어가 가능하나, 목표값에 가까워질 수록 제어량이 줄어들게 되어, 일정 시간 이상의 동작이 필요하게 된다. 이때, 정수가 크면 외란이 있을 때의 응답 성능이 나빠질 수 있다. 즉, 외란에 신속하게 대응하기 어렵고 목표값으로 돌아가기 어려워질 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 미분 동작을 수행할 수 있다. 급격히 일어나는 외란에 대해 편차를 보고 전회 편차와의 차가 큰 경우 조작량을 크게하여 응답하도록 한다. 이 전회와의 편차에 대한 변화차를 보는 것이 미분에 해당하고, 비례, 적분에 미분을 적용하여 PID 제어를 수행한다. 제어량이 목표값을 벗어나더라도 이에 대해 전회와의 편차로 판단하여 제어량을 적용함으로써 신속하게 목표값에 다다를 수 있다.

PID 제어는 PID 제어식으로 표현될 수 있고, PID 제어 파라미터는 Kp, Ki, Kd로 나타낼 수 있다. PID 파라미터는 스텝 응답법 또는 한계 감조법 등을 이용하여 최적화를 통해 산출할 수 있다. PI 제어도 이에 대응되어 PI 제어 파라미터 Kp, Ki를 산출할 수 있다.

처리부(140)는 산출된 제어 파라미터를 제어부(110)에 전송하여 제어부(110)가 산출된 제어 파라미터로 제어부(110)의 제어 파라미터를 설정하거나 변경하도록 할 수 있다. 처리부(140)에서 산출된 제어 파라미터는 부하(210)가 연결된 상태에서 산출되는 제어 파라미터이다. 즉, 온도나 부하(210)의 노후화에 따른 특성 값을 반영하여 적응적으로 산출되는 제어 파라미터로, 제어부(110)의 최적의 제어 파라미터에 해당한다.

처리부(140)는 분석부(130)로부터 수신한 결과를 이용하여 제어부(210) 내지 제어 장치(100) 또는 부하(210)에 대한 양품 판정을 수행할 수 있다. 생산과정에서 양품 판정을 수행함에 있어서, 부하(210)가 연결된 상태에서의 제어부(110)에 대한 양품 판정을 수행함으로써 정확한 양품 판정을 수행할 수 있다. 제어부(110)와 부하(210)를 연결하지 않고 양품 판정을 수행하는 경우, 다른 한쪽의 부품에 대해서는 제어 파라미터를 가정하고 양품 판정을 수행하여 발생할 수 있는 실제 적용에서의 문제는, 부하(210)를 제어 장치(100)에 연결하고, 파라미터를 측정하는 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치에서는 발생하지 않는다. 처리부(140)는 제어부(110)뿐만 아니라 부하(210)에 대한 양품 판정을 수행할 수도 있다. 부하(210)가 제어부(110)에 연결되어 있는바, 처리부(140)는 제어부(110)뿐만 아니라 부하(210)에 대해서도 함께 양품 판정을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(110) 및 부하(210)에 대해 각각의 양품 판정을 수행하거나 제어부(110)와 부하(210)를 하나의 세트로 양품 판정을 수행할 수 있다.

처리부(140)는 센싱 전류를 분석한 결과에 따른 제어 파라미터가 양품판정 기준을 만족하는지 여부로 제어부(110) 또는 부하(210)의 양품 판정을 수행할 수 있다. 양품판정 기준은 하한치와 상한치를 가지거나, 하한치 또는 상한치를 가지는 소정의 범위로 설정될 수 있다. 양품판정 기준은 제어부(110) 및 부하(210)의 설계 스펙에 따라 설정되거나, 안전성이나 안전등급에 따라 설정될 수 있고, 사용자에 의해 설정될 수도 있다. 양품판정 기준은 메모리 상에 저장되어 있을 수 있다. 룩업테이블(LUT)로 저장되어 있을 수도 있다.

처리부(140)는 센싱 전류를 분석한 결과로부터 인덕턴스(indutancce, L) 값 및 저항(Resistance, R) 또는 임피던스(impedence, Z) 값을 도출할 수 있다. 도출되는 인덕턴스 값 및 저항 값 또는 임피던스 값을 이용하여 제어부(110) 또는 부하(210)의 양품 판정을 수행할 수 있다. 즉, 인덕턴스 값 기준 범위 내인지 및 임피던스 값이 인덕턴스 기준 범위 내인지를 판단하여, 제어부(110) 및 부하(210)의 양품 판정을 수행할 수 있다.

처리부(140)는 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 부하(210)의 양품 판정을 수행할 뿐만 아니라, 부하(210)가 불량이라고 판단하는 경우, 부하(210)의 불량 원인까지 판단할 수 있다. 부하(210)가 어떤 불량원인에 의해 불량되었는 지를 판단하고, 불량원인 정보를 저장하여 축적함으로써 현재, 부하(210)에 대한 생산시 많이 발생하는 불량원인을 알 수 있고, 어떤 생산라인에서 어떤 불량이 어떤 비율로 발생하고 있는지를 알 수 있다. 즉, 불량원인 정보를 이용하여 생산라인 내지 생산시스템에 대한 관리를 수행할 수 있다.

처리부(140)는 센싱 전류에 대한 분석을 통해 인덕턴스 값 및 임피던스 값을 도출할 수 있고, 인덕턴스 값 및 임피던스 값을 이용하여 불량원인을 판단할 수 있다. 이때, 불량원인 판단 기준 및 분류는 부하(210)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 부하(210)가 3상 모터이고, 제어부(110)가 3상 전원을 이용하여 모터를 구동시키는 경우, 처리부(140)는 부하(210)의 불량원인으로, 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 코일 절연저감 등을 판단할 수 있다.

처리부(140)는 양품 판정과 동시에 또는 양품 판정 이후, 제어부(110)의 제어 파라미터를 산출할 수 있다. 제어부(110) 및 부하(210)가 양품인 경우, 부하(210)가 연결된 상태에서의 제어부(110)에 대한 최적의 파라미터를 설정하기 위하여, 제어 파라미터를 산출할 수 있다. 제어부(110) 또는 부하(210)가 불량인 경우에는 제어 파라미터 산출을 수행하지 않을 수 있다. 또는, 현재 제어부(110)에 설정된 제어 파라미터에 따른 결과는 불량이나, 제어 파라미터를 변경시 양품판정을 받을 수 있는 범위 내에서의 불량 판정인 경우, 제어 파라미터를 변경하여 제어부(110) 또는 부하(210)에 대한 양품 판정 결과를 바꿀 수도 있다. 또는, 제어 파라미터 변경후 다시 양품 판정을 수행할 수 있다. 이를 통해, 제어 파라미터를 변경시 양품판정을 받을 수 있는 경우에도 불량으로 판정될 수 있는 경우를 방지할 수 있다. 고정된 제어 파라미터를 이용하여 부하(210)에 대한 개별 양품 판정을 수행하는 경우, 제어 파라미터를 변경하는 경우, 부하(210)를 양품으로 이용할 수 있음에도 부하(210)에 대해 불량판정을 내리는 경우가 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 생산 장치에서는 부하(210)가 연결된 제어부(110)에 대한 양품 판정뿐만 아니라 제어 파라미터의 변경을 이용하여 부하(210)에 대한 결과를 변경함으로써 부하(210)의 양품 판정의 가능성 및 정확성을 높일 수 있다.

처리부(140)는 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 부하(210)의 고장 여부를 판단할 수 있다. 고장 여부를 판단하는 과정은 양품 판정을 수행하는 과정에 대응될 수 있다. 양품 판정은 생산과정에서 수행되고, 고장 여부 판단은 장치나 시스템에 장착되어 부하를 제어하는 과정에서 수행될 수 있다. 처리부(140)는 고장 판단 기준에 따라 고장 여부를 판단할 수 있다. 고장 판단 기준은 양품 판정 기준과 상이할 수 있다. 양품 판정은 판매를 위한 판정이고, 고장 판단은 현재 동작 중에 고장에 따라 동작을 정지할 지를 위한 판정인 바, 양품 판정 기준보다 고장 판단 기준이 약할 수 있다. 치명적인 고장이 아니라면, 양품 판정시 불량으로 판단되는 범위라 하더라도 고장 여부 판정시에는 고장으로 판단하지 않을 수 있다. 즉, 고장이 아닌 정상으로 판정되는 기준 범위가 양품으로 판정되는 기준보다 더 넓을 수 있다. 또는, 고장 판단 기준은 양품 판정 기준과 동일할 수도 있음은 당연하다. 고장 판단 기준은 제어부(110) 및 부하(210)의 설계 스펙에 따라 설정되거나, 안전성이나 안전등급에 따라 설정될 수 있고, 사용자에 의해 설정될 수도 있다. 고장 판단 기준은 저장부(131) 상에 저장되어 있을 수 있다. 룩업테이블(LUT)로 저장되어 있을 수도 있다.

또한, 처리부(140)는 고장 여부뿐만 아니라 고장원인을 판단할 수 있다. 부하(210)가 어떤 고장원인에 의해 고장이 발생하였는지를 판단하고, 고장원인에 시스템 또는 상위 제어기(220)에 알람 등을 통해 제공하여, 고장을 신속히 처리하는데 이용되도록 할 수 있다.

처리부(140)는 센싱 전류에 대한 분석을 통해 인덕턴스 값 및 임피던스 값을 도출할 수 있고, 인덕턴스 값 및 임피던스 값을 이용하여 고장원인을 판단할 수 있다. 이때, 고장원인 판단 기준 및 분류는 부하(210)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 부하(210)가 3상 모터이고, 제어부(110)가 3상 전원을 이용하여 모터를 구동시키는 경우, 처리부(140)는 부하(210)의 고장원인으로, 도 5와 같이, 단선, 단락, 접촉저항 증가를 판단할 수 있고, 도 6과 같이, 자석 감자, 코일 절연저감 등을 판단할 수 있다. 고장원인을 판단하는 과정은 양품 판정시 불량원인을 판단하는 과정에 대응될 수 있다.

단선이 발생한 상의 임피던스가 갑자기 0으로 감소하면 권선 단선이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 단락이 발생한 상의 임피던스가 기존 값 대비 갑자기 증가하면 권선 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 또한, 측정한 임피던스 중 특정 상의 저항이 증가하면 그 상에 대해 접촉저항이 증가한 접촉저항 증가로 판단할 수 있다.

동일 온도 및 회전 속도에서 인가되는 전압의 주파수 소정의 주파수, 예를 들어, 100 Hz 미만 영역에서 측정된 전류의 크기가 기존대비 커지면 자석이 감자했다고 판단할 수 있다. 또한, 전류가 클 때, 권선 온도가 높아지는 가운데, 인가되는 전압의 주파수가 100 Hz 이상영역에서 측정된 인덕턴스가 기존 값보다 작아지면 자석이 감자했다고 판단할 수 있다. 절연저감되는 코일의 저항과 인덕턴스가 미세하게 작아지는 방향으로 진행되면 코일의 절연 저감 현상이 발생했다고 판단할 수 있다. 이외에도 다양한 고장원인을 판단할 수 있다.

또한, 처리부(140)는 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정할 수 있다. 부하는 모터와 같이, 고정자와 회전자를 포함할 수 있고, 고정자와 회전자를 포함하는 부하는 온도에 영향을 많이 받는다. 따라서, 고정자와 회전자의 온도를 측정함에 있어서, 센싱 전류를 분석한 결과를 이용할 수 있다. 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 부하의 자속세기의 변화, 저항의 변화 또는 인덕턴스의 변화 중 적어도 하나를 판단하여 고정자 및 회전자 의 온도를 추정할 수 있다. 이와 같이, 추정된 온도에 따라 고장 발생 여부 또는 고장 발생 확률 등을 판단할 수 있다.

제어부는 MCU(Micro Controller Unit)이고 정현파 발생부, 분석부, 및 처리부는 MCU 내 프로세서로 구현될 수 있다. 즉, 상기 정현파 발생부, 분석부, 및 처리부는 차량 등에 임베디드 된 MCU에 포함되는 프로세서 상에 소프트웨어로 구현될 수 있고, 또는 Companion Chip의 하드웨어 형태로 구현될 수도 있다. 하드웨어 형태로 구현시, 하나의 하드웨어로 형성되거나 별도의 하드웨어로 형성될 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 생산 장비의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 제어 장치(100)는 도 7과 같이, 부하인 모터(210)를 구동하되, 가변 주파수 정현파를 이용하여 주파수 응답을 수행하는 FRA online calibration 기능을 포함한 제어 장치일 수 있다. 제어 장치(100)는 생산 장치 또는 상위 제어기(220)로부터 캘리브레이션 동작 신호를 수신하여 가변 주파수의 정현파(sine wave)가 포함된 전압을 인가하여 모터(210)를 동작시킨다. 제어 장치(100)는 모터(210)와 연결되어 있고, 모터가 3상 모터인 경우 3상이 연결되고, DC 모터인 경우 +, -가 연결될 수 있다. 모터(210)에 인가된 전압에 따른 전류가 출력되면, 전류를 센싱한 센싱 전류를 이용하여 주파수 응답 분석을 통해 양품 판정을 수행하고, 제어 장치(100)내 제어부의 제어 파라미터를 설정할 수 있다. 양품 판정 정보는 생산 장치 또는 상위 제어기(220)에 전달될 수 있다.

도 8은 제어 장치(100)의 구체적인 기능별 블록도로, 부하인 모터(210)를 구동하기 위한 제어부인 위치/속도/전류 제어 로직, 전압 출력부(150), 전류 측정부(160)를 이외에, 가변 주파수의 정현파를 이용하여 모터(210)의 특성을 검출하기 위한 정현파(sine wave) 발생기, 전압과 전류 신호 저장 메모리(131) 및 저장된 신호에 대한 FFT를 수행하는 FFT 변환부(132), 및 제어 파라미터의 설계 및 분석을 수행하는 처리부(140)를 포함하는 FRA online calibration으로 구성될 수 있다. 생산 장치 또는 상위 제어기(220)에서 캘리브레이션 동작 신호를 정현파 발생기에 전달하면, 정현파 발생기는 가변 주파수의 정현파 신호를 발생하고, 전압 출력부(150)는 위치/속도/전류 제어 로직에서 출력되는 제어 신호와 함께 가변 주파수의 정현파 신호를 전압으로 변환하여 모터(210)에 전압을 인가한다. 여기서 가변 주파수의 신호는 한 주기 이상 신호가 출력되어야 한다. 예를 들어 1Hz, 10Hz의 신호가 출력된다면, 1Hz 신호가 1주기 이상 출력된 뒤에, 10Hz 신호가 1주기 이상 출력 되어야 한다. 또한 이 가변 주파수는 모터의 회전 주파수와 다른 주파수를 의미한다. 예를 들어 모터가 600rpm으로 회전하고, 극쌍이 4일 때 전압은 40Hz로 인가된다. 하지만, FRA Online Calibration 기능에서는 40Hz를 포함하여 가변하는 신호를 추가하여 인가한다. 인가된 전압에 따른 전류가 모터(210)로부터 출력되면, 전류 측정부(160)가 전류를 센싱하고, 기 저장된 가변 주파수의 정현파에 따른 전압과 전류 신호를 이용하여 고속 푸리에 변환(FFT)를 수행한다. 저장 데이터는 같은 주파수에 해당하는 데이터로, 전압과 전류의 데이터 수는 동일하다. FFT를 통해 게인(Gain) 및 위상(Phase) 값을 산출하고, 주파수에 따른 게인(Gain) 및 위상(Phase) 값을 처리부(140)에 전달하고, 처리부(140)는 그에 따라 제어 파라미터를 설계 및 분석하여 양품 판정 또는 제어 파라미터를 산출한다. 양품 판정 정보는 생산 장치 또는 상위 제어기(220)에 전달하고, 산출된 제어 파라미터를 이용하여 위치/속도/전류 제어 로직의 제어값을 변경한다. 이를 통해, 모터, 제어 장치, 그리고 제어 장치와 모터가 연결된 상태에서의 양품 판정이 가능하다. 또한, 주파수 영역에서의 제어기 안정도(Phase Margin, Gain Margin) 측정이 가능하다. 또한, 제어 장치 내부에 있는 정현파(Sine wave) 발생기를 통하여 원하는 주파수의 특성을 분석하여 최적의 제어기 값 (P,I,D Gain과 Filter)의 설계가 가능하다. 또한, 모터의 사용환경(온도, 노후화 등)이 변함에 따라 모터의 특성이 변하더라도, 모터의 특성을 Online 상에서 측정하여, 최적의 제어값을 구하여, 제어 성능(정상상태에서의 리플, 과도상태에서의 응답성 등)을 항상 최적으로 유지할 수 있다.

또한, 정현파 발생기를 이용하여 도 9의 듀얼(dual) 모터(700)에 대한 상호간섭 성분을 측정할 수 있다. 서로 다른 주파수를 가지는 정현파를 서로 다른 모터(710 및 720)에 각각 인가하고, 각각 출력되는 전류에 따른 주파수 응답 분석을 통해 두 개의 모터(710 및 720)의 상호간섭 성분을 산출할 수 있다. 이를 통해, 정확한 상호간섭 성분을 산출하여, 상호간섭 성분을 정확하게 보상할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법의 흐름도이고, 도 11 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법의 흐름도이다. 도 10 내지 도 13의 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 9의 제어 장치에서의 제어 파라미터 설정 방법에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

S11 단계에서 정현파 발생부가 가변 주파수의 정현파를 생성하고, S12 단계에서 제어부에서 생성된 제어 신호와 함께 상기 정현파를 부하에 전송한다. 이후, S13 단계에서 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱하고, S14 단계에서 상기 센싱한 센싱 전류를 분석한다. 상기 센싱 전류를 분석함에 있어서, 상기 정현파와 상기 센싱 전류를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행할 수 있다.

그리고, S14 단계에서 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 S15 단계에서 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정한다.

상기 제어부의 파라미터를 설정함에 있어서, 상기 센싱 전류를 분석한 결과로부터 도출되는 부하의 인덕턴스 및 임피던스를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정할 수 있다.

또한, S14 단계에서 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 S21 단계에서 상기 부하 또는 상기 제어부의 양품 판정을 수행할 수 있다.

상기 정현파를 생성함에 있어서, 상기 제어부, 생산 장치, 또는 상위 제어기로부터 모드 동작 신호를 수신하여 상기 정현파를 생성하거나, 주기적으로 상기 정현파를 생성할 수 있고, 상기 정현파의 주파수는, 상기 제어부의 제어 신호와 주파수가 상이할 수 있다.

또한, 상기 센싱한 센싱 전류를 분석함에 있어서, S14 단계에서 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 S31 단계에서 상기 부하의 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 또는 코일 절연저감 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 센싱한 센싱 전류를 분석함에 있어서, S14 단계에서 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 S41 단계에서 상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법은 차량 등에 형성되는 임베디드 제어기(MCU)의 프로세서에서 수행될 수 있다. 즉, 주파수 응답 분석(FRA) 을 이용하여, 최적의 제어 파라미터(PID/PI/필터 계수)를 찾아낼 수 있다. 주파수 응답 분석을 이용하여 차량 운행 중 Online(or Runtime) 상에서 실시간 또는 주기적으로 최적의 제어 파라미터(PID/PI/필터 계수)를 찾아낼 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 제어 장치
110: 제어부
120: 정현파 발생부
130: 분석부
131: 저장부
132: FFT 변환부
140: 처리부
150: 전압 출력부
160: 전류 측정부
210: 부하
220: 생산 장치 또는 상위 제어기

Claims

부하를 제어하는 제어 신호를 부하에 전송하는 제어부;
가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하에 전송하는 정현파 발생부;
상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 분석하는 분석부; 및
상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정하는 처리부를 포함하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부의 제어 신호 및 상기 정현파를 전압 신호로 변환하여 상기 부하에 전송하는 전압 출력부; 및
상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱하는 전류 측정부를 포함하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 분석부는,
상기 정현파 또는 상기 센싱 전류를 저장하는 저장부; 및
상기 정현파와 상기 센싱 전류를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행하는 FFT 변환부를 포함하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하 또는 상기 제어 장치의 양품 판정을 수행하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 정현파 발생부는,
상기 제어부, 생산 장치, 또는 상위 제어기로부터 모드 동작 신호를 수신하여 상기 정현파를 생성하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 정현파 발생부는,
주기적으로 상기 정현파를 생성하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 정현파는,
주파수가 가변되는 정현파로, 가변되는 주파수 중 하나의 주파수를 가지는 신호가 한 주기 이상 출력되거나 연속적으로 주파수가 변하는 신호가 한 주기 이상 출력되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 정현파의 주파수는,
상기 제어부의 제어 신호와 주파수가 상이한 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부의 PI 파라미터, PID 파라미터, 또는 필터계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 센싱 전류를 분석한 결과로부터 도출되는 부하의 인덕턴스 및 임피던스를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 불량 원인을 판단하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 부하의 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 또는 코일 절연저감 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 부하는 액추에이터인 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 MCU(Micro Controller Unit)이고,
상기 정현파 발생부, 상기 분석부, 및 상기 처리부는 상기 MCU 내 프로세서로 구현되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
정현파 발생부가 가변 주파수의 정현파를 생성하는 단계;
제어부에서 생성된 제어 신호와 함께 상기 정현파를 부하에 전송하는 단계;
상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱하는 단계;
상기 센싱한 센싱 전류를 분석하는 단계; 및
상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정하는 단계를 포함하는 제어 파라미터 설정 방법.
제16항에 있어서,
상기 센싱 전류를 분석하는 단계는,
상기 정현파와 상기 센싱 전류를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행하는 것을 특징으로 하는 제어 파라미터 설정 방법.
제16항에 있어서,
상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하 또는 상기 제어부의 양품 판정을 수행하는 단계를 포함하는 제어 파라미터 설정 방법.
제16항에 있어서,
상기 정현파를 생성하는 단계는,
상기 제어부, 생산 장치, 또는 상위 제어기로부터 모드 동작 신호를 수신하여 상기 정현파를 생성하거나, 실시간 또는 주기적으로 상기 정현파를 생성하는 것을 특징으로 하는 제어 파라미터 설정 방법.
제16항에 있어서,
상기 정현파의 주파수는,
상기 제어부의 제어 신호와 주파수가 상이한 것을 특징으로 하는 제어 파라미터 설정 방법.
제16항에 있어서,
상기 제어부의 파라미터를 설정하는 단계는,
상기 센싱 전류를 분석한 결과로부터 도출되는 부하의 인덕턴스 및 임피던스를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정하는 것을 특징으로 하는 제어 파라미터 설정 방법.
제16항에 있어서,
상기 센싱한 센싱 전류를 분석하는 단계는,
상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 또는 코일 절연저감 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 제어 파라미터 설정 방법.
제16항에 있어서,
상기 센싱한 센싱 전류를 분석하는 단계는,
상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 파라미터 설정 방법.
제16항에 있어서,
상기 제어 파라미터 설정 방법은 MCU의 프로세서에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제어 파라미터 설정 방법.