KR910005243B1 - 지수함수적 가감속에 의한 서보모터의 위치제어장치 및 방법 - Google Patents

지수함수적 가감속에 의한 서보모터의 위치제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

지수함수적 가감속에 의한 서보모터의 위치제어장치 및 방법
제1도는 본 발명에 따른 서보모터 위치제어장치의 일실시예.
제2도는 본 발명을 설명하기 위한 서보모터의 지수함수적 속도패턴을 나타낸 도표.
제3도는 가감속이 없는 경우 매 샘플링 시간마다 이동되어야 할 거리와의 관계를 나타낸 도표.
제4도는 본 발명의 방법에 따라 산출된 지수함수적 속도패턴의 도표.
제5도는 본 발명의 방법에 따라 산출된 샘플링 시간마다의 목표위치 추이곡선.
제6도는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명은 지수함수적 가감속에 의한 서보모터의 위치제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 서보모터의 위치제어를 위한 속도패턴을 지수함수적으로 하되 매 샘플링시간마다의 목표위치를 설정하기 위하여 행해야 하는 복잡한 수식의 지수함수 계산을 하지않고 지수함수형태를 나타내는 선형방정식의 계산을 통해 이루어 질 수 있도록한 서보모터의 위치제어장치 및 방법에 관한 것이다.
서보모터의 위치제어 시스템에서 서보모터가 지수함수적 가감속 형태의 속도패턴을 따를 경우 일반적으로 제2도에서와 같이 가속구간에는 속도 v(t)가
Figure kpo00001
로 되어 매 샘플링 시간마다 그 시점에서의 속도 v(Ts) 는
Figure kpo00002
로 계산되며, 또한 그 샘플링 시점에서의 목표위치 S(Ts)는
Figure kpo00003
로 산출되어야 했고, 감속구간에는 속도 v(t)가
Figure kpo00004
로 되어 매 샘플링 시간마다 그 시점에서의 속도 v(Ts)는
Figure kpo00005
로 계산되며, 또한 그 샘플링 시점에서의 목표위치 S(Ts)는
Figure kpo00006
로 산출되어야 했으므로 그 산출을 위한 소요시간이 길어지게 되어 서보모터의 위치제어가 불안정해지는 등의 결점이 있었다.
본 발명은 서보모터의 최고속도 및 목표위치에 도달하는 시간만 알게되면 종래의 경우와 같이 복잡한 수식의 지수함수 계산에 의하지 않고도 선형 방정식의 계산을 통해 지수함수적인 가감속형태의 속도패턴을 만들 수 있도록 되어진 장치 및 방법에 관한것으로 이를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명에 따른 서보모터 위치제어장치의 일실시예로서 위치제어의 대상이 되는 액튜에이터인 서보모터(1)와, 상기 서보모터(1)의 현재속도를 검출하기 위한 타코 제너레이터(2)와, 상기 서보모터(1)의 현재위치를 검출하기 위한 엔코더(3)와, 상기 엔코더(3)로부터의 펄스열을 카운트하여 상기 서보모터(1)의 현재위치에 대응하는 신호를 송출하는 카운터(4)와, 일정시간마다의 주기적인 인터럽트 신호를 발생하는 타이머(5)와, 상기 카운터(4)로부터 상기 서보모터 (1)의 현재위치를 읽어들여 목표위치와의 편차를 구한다음 지수함수적인 가감속 속도패턴을 갖는 경로계획(trajectory planning)을 행하여 상기 타이머(5)의 의해 인터럽트가 걸릴때마다 그에 대응하는 속도명령을 D/A 변환부(7)로 송출하는 마이크로 프로세서(6)와, 상기 마이크로 프로세서(6)로부터 송출되는 디지털형태의 속도명령을 아날로그 형태로 변환시키기 위한 D/A변환부(7)와, 상기 D/A변환부(7)를 통해 입력되는 속도명령을 기준입력으로 하고, 상기 서보모터(1)의 현재속도에 대응하는 상기 타코 제너레이터(2)로부터의 피드-백 신호를 입력으로 하여 상기 서보모터(2)의 속도제어를 행하며, 상기 서보모터(1)로부터의 피드-백 전류를 입력으로 하여 상기 서보모터의 전류제어를 행하는 서보드라이버(8)로 이루어져 있다.
제2도는 본 발명을 설명하기 위한 서보모터의 지수함수적 속도패턴을 나타낸 도표로서 시간축 t상의 0으로부터 ta까지는 가속구간, ta로부터 te까지는 등속구간, te로부터 td까지는 감속구간임을 나타낸다.
제3도는 본 발명을 설명하기 위해 가감속이 없는 경우의 매 샘플링 시간마다 이동되어야 할 거리와의 관계를 나타낸 도표로서 현재 샘플링 시간 Ts를 1msec, 최대속도 Vmax를 100KPPS(pulse persecond), 위치제어시간 t1을 2sec라 하면 매 샘플링 시간마다 이동되어야 할 거리 즉, 목표위치S(Ts) 는
S(Ts)=100Kpps×1msec=100pulse
가 되고, 샘플링 횟수 N 은
N=2sec/1msec=2000회
가 된다.
한편, 지수함수적인 가감속을 하는 경우는 속도패턴 V(K+1)이
V(K+1)=V(K)+[Vmax-V(K)]/J
(여기서, V'(O) = 0 이고, J는 가감속 기울기를 조절하기 위한 데이터 상수)
와 같이 주어져 최대속도 Vmax를 100Kpps라 하고 매 샘플링 시간당 속도패턴V'(K+1)을 산출하게 되면 제4도에서와 같은 지수함수형태의 속도패턴이 만들어지게 된다.
여기서 마이크로 프로세서(6)에서는 카운터(4)로부터 서보모터(1)의 현재위치를 읽어들여 목표위치와의 편차를 구한 다음 절대값화하여 샘플링 횟수 N을 산출하게 되는데 그 값은
Figure kpo00007
로 산출되며, 또한 상기 속도패턴 V'(K+1)로부터
P'(K+1)=P'(K)+[S(Ts)-P'(K)]/J
(여기서, P'(O)=0 이고, S(Ts)는 제3도에서와 같이 가속이 없는 경우의 매 샘플링 시간마다 가야할 위치이다.)
인 목표위치 패턴 P'(K+1)이 주어져 그 값을 매 샘플링 시간마다 산출하게 되면 제5도에서와 같은 샘플링 시간마다의 목표위치 추이곡선이 만들어지게 된다.
제6도는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 흐름도로서 이를 상기 각 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 마이크로 프로세서(6)에서는 최종 목표위치 Dp를 설정한 후 카운터(4)로부터 서보모터(1)의 현재위치 Cp를 읽어 들여
Ep=Dp-Cp
와 같은 위치편차 Ep를 구한다음 그 값을 절대값화한다.
한편, 최대속도 Vmax 및 샘플링시간 Ts의 곱(Vmax·Ts)인 매 샘플링 시간당 이동되어야 할 목표위치 S(Ts) 를 구한후
Figure kpo00008
와 같은 샘플링 횟수 N을 구한다.
그로부터 서보모터(1)의 초기위치P'(O)를 0으로 초기화시킨 다음 타이머(5)에 의해 인터럽트가 걸릴때마다 위치패턴 P'(K+1)을
P'(K+1)=P'(K)+[S(Ts)-P'(K)]/J
와 같이 산출한 후 임의시점 K까지의 누적펄스를 계산하여
Figure kpo00009
와 같은 임의시점 K에서의 위치명령PCMD(K)을 구한다.
또한 카운터(4)로부터 임의시점 K에서의 현재위치Cp(K)를 읽어들여 그 시점에서의 위치편차 Ep(K)를
Ep(K)=PCMD(K) - Cp(K)
와 같이 구한 후 위치 루프게인(Loop Gain Kp와의 곱(Ep(K)·Kp)인 속도명령 VCMD(K)를 산출하여 D/A변환부(7)로 상기 속도명령 VCMD(K)를 송출하게 된다.
그후 서보모터(1)가 최종 목표위치 Dp에 도달하였는가를 체크하여 도달하지 않았을 경우는 서보모터(1)가 최종 목표위치 Dp에 도달할때까지 상기 프로그램을 재수행하며, 도달하였을 경우에는 서보모터의 구동을 정지시킨후 프로그램을 종료하게 된다.
이와 같은 본 발명은 서보모터(1)의 최대속도 및 목표위치에 도달하는 시간만 알게되면 종래의 경우와 같이 복잡한 수식의 지수함수 계산에 의하지 않고도 선형방정식을 통해 지수함수적인 가감속형태로 서보모터(1)의 구동을 제어할 수 있게되므로 서보모터(1)의 위치제어가 간편해지는 등의 장점이 있다.

Claims (2)

  1. 서보모터의 위치제어장치에 있어서, 마이크로 프로세서에 일정시간마다의 주기적인 인터럽트 신호를 발생하는 타이머(5)가 연결되어 상기 마이크로 프로세서에 인터럽트가 걸릴때마다 선형방정식을 통한 지수함수적인 가감속 형태로 서보모터의 위치가 제어되도록 한 것을 특징으로 하는 지수함수적인 가감속에 의한 서보모터의 위치제어장치.
  2. 서보모터의 위치제어시스템에 있어서, 서보모터의 최종 목표위치 Dp를 설정한후 카운터로부터 상기 서보모터의 현재위치 Cp를 읽어들여 위치편차 (Ep=Dp-Cp)를 구한다음 그 값을 절대치화시키는 제1단계와, 최대속도 Vmax 및 샘플링 시간 Ts의 곱(Vmax·Ts)인 매 샘플링 시간당 이동되어야 할 목표위치 S(Ts)를 구하여 샘플링 횟수
    Figure kpo00010
    을 산출한 다음 서보모터의 초기위치P'(O)를 0으로 초기화시키는 제2단계와, 상기 제2단계로부터 타이머(5)에 의한 인터럽트가 걸릴때마다 위치패턴 P'(K+1)(=P'(K)+[S(Ts)-P'(K)]/J)을 산출한 후 임의시점 K에서의 위치명령
    Figure kpo00011
    를 구하는 제3단계와, 상기 제3단계로부터 카운터를 통해 임의시점 K에서의 현재위치 Cp(K)를 읽어들인 다음 그 시점에서의 위치편차 Ep(K)(=PCMD(K) - Cp(K))를 구한 후 위치 루프게인 Kp와의 곱(Ep(K)·Kp)인 속도명령 VCMD(K)를 산출하여 D/A변환부로 상기 속도명령VCMD(K)를 송출하는 제4단계와, 상기 제4단계로부터 서보모터가 최종 목표위치 Dp에 도달하였는가를 체크하여 도달하지 않았으면 상기 제3단계로부터의 프로그램을 재수행하며, 도달하였으면 서보모터의 구동을 정지시킨 후 프로그램을 종료하게 되는 제5단계를 갖게됨을 특징으로 하는 지수함수적 가감속에 의한 서보모터의 위치제어방법.
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