KR910005242B1 - X-y 테이블의 위치 제어방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

X-Y 테이블의 위치 제어방법

제1도는 본 발명의 X-Y테이블의 위치 제어방법을 실현할 수 있는 시스템의 블록도.

제2도는 가감속시 지수함수의 속도와 시간과의 관계를 나타낸 그래프.

제3도는 가속시 속도와 시간과의 관계를 나타낸 그래프.

제4도는 가속시 위치와 시간과의 관계를 나타낸 그래프.

제5도는 가속시 위치와 속도명령과의 관계를 나타낸 그래프.

제6도는 감속시 속도와 시간과의 관계를 나타낸 그래프.

제7도는 감속시 위치와 시간과의 관계를 나타낸 그래프.

제8도는 감속시 속도명령과의 관계를 나타낸 그래프.

제9도는 본 발명의 위치 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 마이크로 프로세서 2 : 디지탈/아날로그 변환부

3 : 서보 콘트롤러 4 : 직류 서보 모타부

5 : 업-다운 카운터 6 : 롬

7 : 램

본 발명은 점프선(Jumper Wire) 삽입기와 같은X-Y 테이블을 갖는 시스템에 있어서, 서보 모타의 속도명령을 지수함수적으로 가감속하는 방법을 이용하여 부하의 진동을 방지하고 샘플링 시간을 감소시켜 고속의 위치제어를 수행하는 X-Y 테이블의 위치 제어방법에 관한 것이다.

본 발명에서 언급되는 점프선 삽입기와 같은 X-Y 테이블을 가지는 시스템은 마이크로 프로세서를 이용하여 서보 모타를 제어, 구동하여 X-Y 테이블의 위치로 이동되게 한다.

이와 같이 마이크로 프로세서가 X-Y 테이블의 위치제어를 수행할 때 모타에 부착된 부하에 충격이 발생하지 않고 고속으로 원하는 목표위치에 도달시키는 것은 마이크로 프로세서가 주기적으로 현재위치값을 알기 위해서 엔코더 펄스의 변화량을 읽어오는 샘플링 시간을 짧게 하는 것과 어떠한 프로파일(Profile)에 의해 위치편차에 해당하는 속도 명령을 모타부에 인가 하느냐에 의해 결정된다.

그런데 사다리꼴 프로파일의 속도명령을 모타부에 인가하는 종래의 방식에서는 가속과 등속 및 등속과 가속 사이에 변곡점이 생겨 변곡점이 발생된 부분에서 X-Y 테이블의 급격한 속도변화에 의해 부하에 충격이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 사다리꼴 프로파일의 속도 명령을 변곡점이 발생하지 않는 지수함수 프로파일의 속도명을 이용하여, 진동이 발생하지 않고 샘플링 시간을 줄여 고속으로 위치제어를 수행할 수 있는 X-Y 테이블의 위치제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 서보 모터(41)에 부착된 엔코더 펄스수를 증감하는 업-다운 카운터(5)의 출력을 일정 샘플링 주기마다 마이크로 프로세서(1)가 샘플링하여 현재위치를 읽고, 목표위치와 현재위치에 대한 차값인 위치편차를 계산하며, 마이크로 프로세서(10)가 이 위치편차에 대한 속도명령을 롬(6)내에 저장된 가, 감속 룩-업테이블에서 읽어 디지탈/아날로그 변환부(2)에 인가하고, 디지탈/아날로그 변환부(2)에서 디지탈 속도명령을 아날로그 속도명령으로 변환하여 서보 콘트롤러부(3)를 통해 상기 속도명령에 따른 구동신호를 서보 모타(41)에 인가하여 서보 모타를 지수함수적으로 가, 감속 구동하는 X-Y 테이블의 위치 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 현재위치에서 목표위치로 모타를 구동해야 할 엔코더 펄스수가 800이하인 경우에는, 가, 감속 및 등속영역이 존재하며, 800이상인 경우에는 가, 감속영역만 존재하게 된다.

이때 800이하인 경우에는 엔코더 펄스수를 일정시간 마다 샘플링하므로써 현재위치를 마이크로 프로세서가 읽어 가속영역일 경우에는 위치편차에 대한 속도명령을 가속 룩-업 테이블에서 찾아 모타에 인가하여 모타를 지수함수적으로 가속시키고, 모타를 가속시키다가 등속영역이 되면 바로 전의 속도로 계속 모타를 구동시키며, 등속운동을 하다 감속영역이 되면 목표위치에서 현재위치를 뺀 값인 위치 오차에 대한 속도명령을 롬내에 저장된 감속 룩-업테이블에서 찾아 그 속도로 서보 모타를 구동시킨다.

서보 모타를 지수함수적으로 감소시키다가 현재위치가 목표위치에 도달하게 되면 모타를 정지시킨다.

800이상인 경우에는 가속 및 감속할 거리를 계산한 다음 가, 감속할 거리에서 현재위치의 차를 구해 상기 설명한 가, 감속의 영역에서와 같은 동작을 하여 모타가 목표위치에 도달하게 되면 모타를 정지시키게 된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 X-Y 테이블의 위치 제어방법을 점프선 삽입기를 예로 들어 설명한다.

제1도는 본발명의 X-Y 테이블의 위치 제어방법을 실현할 수 있는 시스템의 블록도로서 이는 점프선 삽입기의 구성이기도 하다.

이 구성을 살펴보면, 제1도에 도시된 바와 같이 모타의 회전방향에 따른 엔코더펄스수의 증감을 연산하는 업-다운 카운터(5)로부터 현재 모타의 위치를 일정한 샘플링 주기(T)로 읽어들여 목표위치나 현재위치와의 차를 구하여 위치편차를 구하고, 이 위치편차에 따른 속도명령을 롬(6)내에 저장된 가, 감속 룩-업 테이블(Look-up)에서 찾아 모터부에 속도명령을 인가하는 마이크로 프로세서(1)와, 마이크로 프로세서(1)에서 서보 콘트롤부(3)로 인가되는 디지탈 속도명령을 아날로그 속도명령으로 변환시켜 주는 디지탈/아날로그 변환부(2)와, 디지탈/아날로그 변환부(2)를 통해 아날로그 데이타로 변환된 마이크로 프로세서(1)의 속도명령을 기준입력으로 하고 서보 모타부(4)의 타코제너레이터(42)의 속도를 부궤환으로 하여 속도제어를 수행하며 서보 모타(41)에 흐르는 전류를 부궤환으로 하여 전류제어를 수행하는 서보콘트롤부(3)와 타코제너레이터(42)와 엔코더(43)가 부착된 서보 모타(41)로 구성되어 위치제어를 수행하는 액츄에이터(Actuator)로 사용되는 직류 서보 모타부(4)와, 직류 서보 모타부(4)의 엔코더(43)의 펄스열을 입력으로 하여 모터의 회전 방향에 따라 펄스의 증감을 수행한 다음 마이크로 프로세서부(1)에 일정한 샘플링 주기(T)마다 현재 모터의 위치를 인가하는 업/다운 카운터부(5)와, 현재위치와 목표위치의 차인 위치편차에 대응되는 속도명령이 가, 감속 룩-업 테이블화 되어 저장되어 있는 롬(6)과, 본 발명의 X-Y 테이블의 제어방법인 프로그램이 내장되어 있는 램(7)으로 구성되었다.

본 발명에 있어서, 점프선 삽입기의 X-Y 테이블의 직선운동에 사용되는 볼스크류(Ball screw)의 피치(Pitch)는 10㎜이고, 직류 서보 모타(41)는 200와트(Watt)로서 사용한 엔코더수는 1회전당 200펄스로한다.

기속거리는 20㎜ 즉, 엔코더 펄스수로 400이고, 감속거리도 20㎜, 엔코더의 펄스수가 400이 된다.

제2도는 서보 모타(41)를 지수함수로 가, 감속하는경우 지수함수의 가, 감속시 속도(V)와 시간(t)과의 관계는

가 되고, 이 관계를 그래프로 나타내면 제3도와 같이 된다.

이라 하고 식(1)를 적분하여 거리(S)와 시간(t)와 관계를 구하면 식(2)과 같이 되고, 이 관계에 대한 그래프는 제4도와 같다.

식(1)에서 시간(t)를 구한 다음 식(2)에 대입하여 시간(t)를 소거하면 거리(S)와 속도(V)의 관계를 나타내는 식(4)을 구할 수 있으며, 제5도에 도시된 바와 같이 거리(S)와 속도(V)에 대한 관계를 알 수 있다.

제5도와 식(4)에서 위치(S)가 1-400으로 변함에 따른 속도명령(V)을 구하여 롬(6)내에 룩-업테이블화 하고, 마이크로 프로세서(1)에서 엔코더 펄스를 읽어 위치편차를 계산한 후 이 위치편차에 해당하는 속도명령(v)을 가속 룩-업 테이블에서 찾아 직류 서보 모타(41)에 인가하면 모터(41)는 지수함수로 가속된다.

다음으로, 제2도(나)와 같이 감속하는 경우에는 속도(V)와 시간(t)과의 관계는 식(5)와 같이, 제6도에 도시된 그래프와 같다.

가속의 경우와 마찬가지로 식(5)를 적분하여 거리(S)와 시간(t)과의 관계를 구하면 식(6)과 같고, 제7도에 도시되어 있다.

식(5)에서 시간(t)에 대한 식을 구하여 식(6)에 대입하면 식(7,8)과 같이 되며, 이 때 거리(S)와 속도(V)와의 관계는 제8도와 같다.

식(8)과 제8도에서, 가속의 경우에서 처럼 거리(S)의 값 1-400에 대한 속도명령(V)을 구해 롬(6)에 룩-업 테이블화 하고, 마이크로 프로세서(1)에서 엔코더 펄스를 읽어 위치편차를 계산한 다음 이 위치편차에 해당하는 속도명령(V)을 감속 룩-업 테이블에서 읽어내어 직류 서보 모타(41)에 인가하면 모터(41)는 지수함수적으로 감속이 된다.

이때, 가, 감속의 경우 모두 A는 모터의 최대 속도를 나타내며, B는 모타가 최대 속도의 63.2A 도달할 때의 시간을 나타낸다.

위치편차에 따른 속도명령(V)의 룩-업 테이블을 이용하여 모터를 가감시켜 점프선 삽입기의 위치를 제어하는 방법을 제9도에 도시된 어느 하나의 목표위치에 도달시키기 위한 흐름도에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

현재 구동해야 할 거리가 엔코더 펄스수로 800이상인 경우 가속, 등속, 감속영역이 존재하며, 800이하인 경우에는 등속 구간은 존재하지 않고 가속과 감속영역만 존재하게 된다.

목표위치를 램(7)내의 메모리 영역(A)에 저장한 다음 현재 모타(41)를 구동시켜야할 엔코더(43)의 펄스수가 800보다 작으면 업-다운 카운터부(5)를 통해 인가되는 엔코더 펄스수를 마이크로 프로세서가 일정시간 마다 샘플링하므로써 현재의 위치 데이타를 읽어 400에서 현재위치 데이타를 뺀 값을 램(7)의 메모리영역(D)에 저장시킨다.

이때, 일정 메모리(A)와 (D)의 표시는 메모리 영역중 A번지 및 D번지를 지칭한다.

현재 데이타가 가속거리 20㎜에 해당되는 엔코더의 펄스수(400)와 같지 않으면 가속운동을 하는 것으로, 엔코더(43)의 펄스수를 업다운 카운터(5)를 통해 마이크로 프로세서(1)가 일정시간(0.16m sec)마다 샘플링 하므로써 현재위치를 읽어 위치 편차를 계산하고, 이 위치편차에 대한 속도명령(V)을 롬(6)내에 저장된 가속 룩-업 테이블에서 마이크로 프로세서(1)가 찾아와 디지탈/아날로그 변환부(2)에 인가하고, 디지탈/아날로그 변환부(2)는 이 디지탈 속도명령을 아날로그 속도명령으로 변환하여 서보 콘트롤러(3)를 통해 직류 서보 모타 (41)에 인가하며, 모타(41)는 이 속도명령에 의해 지수함수적으로 가속운동을 하게 된다.

가속운동을 계속하여 현재 데이타가 엔코더 펄스수와 같게 되면 마이크로 프로세서(1)는 업다운 카운터(5)를 통해 인가되는 엔코더 펄스수를 일정시간마다 샘플링하므로서 현재위치를 읽어 목표위치에서 현재위치를 뺀 값을 메모리 영역(E)에 저장시킨다.

이때, 목표위치에서 현재위치를 뺀 값이 400보다 크거나 같으면 등속영역으로서 바로 전의 속도로 서보모타(41)를 구동시킨다.

등속으로 서보 모타(41)를 구동시키면서 마이크로 프로세서(1)가 업-다운 카운터(5)를 통해 엔코더의 현재 펄스값을 읽어 위치 편차값이 400보다 작아지면 감속영역이 존재하는 것으로 현재위치에 대한 값을 읽어 목표위치에서 현재위치를 뺀 값을 램(7)의 메모리 영역(F) 내에 저장시킨다.

현재위치가 목표위치에 도달하지 않았으며, 위치편차에 대응되는 속도명령(V)을 마이크로 프로세서(1)가 롬(6)내에 저장된 감속 룩-업 테이블에서 찾아 디지탈/아날로그 변환부(2)에 인가하고, 디지탈/아날로그 변환부(2)에서 변환된 아날로그 속도명령이 서보 콘트롤부(3)를 통해 서보 모타(41)는 지수함수적으로 감속하게 된다.

감속운동을 하여 현재위치가 목표위치에 도달되면, 모타(41)를 정지시킨다.

일정 메모리(E)와 (F)의 표시는 메모리 영역중 E와 F번지를 지칭한다.

다음으로, 목표위치가 800보다 큰 경우에는 가속 및 감속영역만 존재하는곳으로, 가, 감속할 거리 즉 목표위치(A)의 1/2값을 메모리 영역(B)에 저장하고, 현재 데이타를 읽어 가, 감속할 거리(B)에서 현재 데이타를 뺀 값이 0이 아니면 가속운동을 하는 것으로 상기 설명한 것과 마찬가지로 위치편차에 대응되는 속도명령(V)을 롬(6)내에 저장된 가속 룩-업 테이블에서 찾아 모타(41)를 구동시키고, 모타(41)를 지수함수적으로 계속 가속시키다가 가, 감속할 거리(B)에서 현재위치를 뺀 값이 0이 되면 상기와 마찬가지로 위치편차에 대응되는 속도명령을 룩-업 테이블에서 찾아 모타(41)에 인가하여 모타(41)를 감속시키며, 모타(41)를 지수함수적으로 감속시켜 목표위치와 현재위치가 같으면 모타(41)를 정지시킨다.

일정 메모리 (B), (C)는 램(7)의 메모리 영역중 B와 C 번지를 각각 지칭한다.

본 발명은 상기 설명한 바와 같이 목표위치와 현재위치의 차로 인한 위치편차에 대응하는 속도명령을 롬내에 저장된 가, 감속 룩-업 테이블에서 마이크로 프로세서가 찾아와 서보 모타를 구동시키기 때문에 룩-업 테이블에서 속도명령을 찾아올때 위치편차가 룩-업 테이블에서 찾아올 속도명령의 어드레스가 되어 샘플링시간이 짧게 되고, 모타에 부착된 부하의 운동을 부드럽게 해주고, 모타가 지수함수적으로 가, 감속을 하기 때문에 직선 가, 감속에서 발생하는 속도의 변곡점에 의한 부하의 진동을 방지할 수 있다.

또한 급격한 속도변화에 의한 진동을 방지하여 고속의 위치제어가 가능하므로 삽입 속도가 빨라지고, 충격이 발생하지 않아 기계의 수명을 연장시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 서보모터(41)에 부착된 엔코더 펄스수를 증감하는 업-다운 카운터(5)의 출력을 일정 샘플링 주기마다 마이크로 프로세서(1)가 샘플링하여 현재위치를 읽고, 목표위치와 현재위치에 대한 차이인 위치편차를 계산하며, 마이크로 프로세서(10)가 이 위치편차에 대한 속도명령을 룸(6)내에 저장된 가, 감속 룩-업 테이블에서 읽어 디지탈/아날로그 변환부(2)에 인가하고, 디지탈/아날로그 변환부(2)에서 디지탈 속도명령을 아날로그 속도명령으로 변환하여 서보 콘트롤러부(3)를 통해 상기 속도명령에 따른 구동신호를 직류 모타(41)에 인가하여 서보 모타를 지수함수적으로 가, 감속 구동하는 X-Y 테이블의 위치 제어방법.

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