KR920006163B1

KR920006163B1 - 전류 제어형 디지탈 위치 제어방법

Info

Publication number: KR920006163B1
Application number: KR1019890020147A
Authority: KR
Inventors: 고종선
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 강진구
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1992-07-31
Also published as: KR910012849A

Abstract

내용 없음.

Description

전류 제어형 디지탈 위치 제어방법

제1도는 종래의 전압 제어에 의한 위치 제어기 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 전류 제어형 디지탈 위치 제어기 구성도.

제3도는 본 발명의 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 마이컴 20 : D/A 변환부

30 : 전류 제어부 40 : 전류 센서부

50 : 모터 60 : 타코 제너레이터

70 : A/D 변환기 80 : 엔코더

90 : 카운터부

본 발명은 디지탈 위치 제어방법에 관한 것으로, 특히 전류 제어를 이용한 상태변수 궤환방법에 의해 디지탈 방식으로 위치를 제어할 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 통용되고 있는 위치 제어기는 제1도와 같이 전압제어에 의해 구현되고 있다.

상기와 같은 종래의 위치 제어기에 대한 동작을 살펴보면, 모터(DC servo motor)(4)의 회전에 따른 펄스열을 발생하는 엔코더(6)의 출력은 카운터부(up/down counter)(7)에 의해 계수되며, 상기 카운터부(7)의 출력은 마이컴(1)으로 인가된다. 따라서 상기 마이컴(1)는 상기 카운터부(7)의 출력에 의해 모터(4)의 현재 위치를 알 수 있으며, 상기 모터(4)의 현재 위치와 목표 위치와의 편차를 계산하여 모터(4)의 새로운속도명령 데이타를 발생한다. 상기 마이컴(1)에 발생하는 속도 명령 데이타는 D/A 변환부(2)로 인가되어 아날로그 형태의 전압으로 변환된 후, 서보 팩부(servo pack)(3)로 인가된다. 이때 상기 서보 팩부(3)는 타코 제너레이터(TACHO generator)(5)에서 발생하는 모터(4)의 현재 속도를 또 다른 단자로 입력한다. 따라서 상기 서보 팩부(3)는 마이컴(1)에 출력하는 새로운 속도 데이타에 대한 전압을 기준 입력으로 하고, 타코제너레이터(5)에서 피드백되는 모터(4)의 회전 속도와 비교하여 모터(4)의 속도를 제어한다.

그러나 상기와 같은 구성을 갖는 전압제어형의 위치 제어기는 비교적 시스템을 간단히 구성할 수 있지만, 서보 팩부가 PI 제어부(PI Controller)로 되어 있어 오버 슈트(over shoot), 지연, 연산증폭기 등의 구성에 의한 온도영향, 드리프트(drift) 등의 단점이 발생되었으며, 이득 지정(gain setting)이 트라이 앤드 에러(try and error)방식의 가변저항을 사용하므로서 신속한 응답을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 모터의 위치 제어시 전류제어를 이용한 상태 변수 궤환방법에 의한 디지탈 위치 제어를 수행함으로서 신속한 응답특성을 갖는 디지탈 위치 제어방법을 제공함에 있다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 전류 제어형 디지탈 위치 제어기의 구성도로서, 디지탈 위치 제어 대상인 모터(50)와, 상기 모터(50)의 회전 속도를 발생하는 타코제너레이터(60)와, 상기 타코제너레이터(60)의 출력을 디지탈 변환하여 모터(50)의 속도 데이타를 발생하는 A/D 변환부(70)와, 상기 모터(50)의 정방향/역방향 회전에 따른 펄스열을 발생하는 엔코더(80)와, 상기 엔코더(80)의 출력을 업/다운 카운트하여 모터(50)의 위치 데이타를 발생하는 과정과, 일정주기의 샘플링 주기마다 상기 속도 데이타 및 위치 데이타를 다르게하여 상태 변수 궤환에 의해 전류 명령데이타를 발생하는 마이컴(50)과, 상기 마이컴(10)의 전류 명령데이타를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부(20)와, 상기 D/A 변환부(20)의 아날로그 전류 명령 신호를 전류센서부(40)를 통한 현재의 전류신호와 비교하여 히스테리시스형으로 상기 모터(14)를 제어하는 전류제어부(30)로 구성된다.

제3도는 본 발명의 흐름도로서, 속도 데이타(W)와 위치 데이타(Q)에 의해 상태 궤환변수 방식으로 전류 명령데이타(U)를 발생하는 과정을 도시하고 있다.

상술한 구성에 의거 본 발명을 제2도 및 제3도를 참조하여 상세히 설명한다.

위치 제어 대상인 모터(DC servo motor)(50)가 회전을 하게 되면, 타코제너레이터(60)는 상기 모터(50)의 회전 속도를 감지하여 A/D 변환부(70)로 출력하며, A/D 변환부(70)는 상기 회전속도 신호를 디지탈로 변환하여 마이컴(10)으로 출력한다. 또한 엔코더(80)는 상기 모터(50)의 정방향/역방향 회전에 따른 펄스열을 발생하여 카운터부(up/down counter)(90)로 출력하며, 카운터부(70)는 상기 펄스열을 업 또는 다운 카운터하여 모터(50)의 위치 데이타로 마이컴(10)으로 출력한다. 이때 마이컴(10)은 샘플링 주기마다 상기 A/D 변환부(70)의 속도 데이타(W) 및 카운터부(90)의 위치 데이타(Q)를 리드하여 상태 궤환 변수 방식으로 상기 모터(50)를 제어하기 위한 전류 명령데이타(U)를 발생한다.

여기서 상기 전류 명령데이타(U)를 발생하는 과정을 살펴본다. 먼저 디지탈 제어부의 구성을 위해 제어 대상인 모터(50)의 모델을 구하면 하기 (1)식과 같다.

ia : 전기자 전류, T : 발생 토오크, V : 단자 전압, K_b: 역전압상수, L : 모터의 inductance, Kt : 토오크 상수, R : 모터의 저항(전기자), J : motor 이너셔, la : 역기전력 전압, B : 점성 마찰 계수, W : 회전 속도, TL : 부하 토오크

또한 트랙킹 제어부(Tracking controller)로써 상태 궤환을 이용하기 위해 새로운 상태를 하기 (2)식과 같이 정의하면, (1),(2)식에 의해서 (3)식으로 표현할 수 있다.

θ : 모터의 위치, θr : 목표위치

상기 (3)식을 간단히하여 X=Ax+BU라 두고 뒤의 2개 항(term)을 무시하면, 이 시스템의 수행능력(performance) 을 정하는데 충분하다.

다시 이 시스템 방정식을 Z-변환(Z-transform)하고, 잘 알려진 optimal control 이론에 의거하여 riccati equation을 구하면 하기 (4)식과 같다.

이때 상기 (4)식을 만족하는 K를 원하는 특성이 나오도록 Q, R을 바꾸면서 구하면 하기 (5)식과 같다.

이때 X(K)는 하기 (6)식으로 구해지므로,

X1인 속도 데이타는 타코제너레이터(60) 및 A/D 변환부(70)를 통해 읽고, X2인 위치데이타는 카운터부(90)를 통해 읽고, Z인 위치에러 적분은 Trapizoidal formula를 이용하면, 하기 (7)식과 같이 구할 수 있다.

E (K) = X2 (K)-θr. 여기서 E (K)는 위치에러

h : 샘플링 주기(sampling time)

이때 샘플링 주기(h)는 일정해야 한다. 여기서, 만일 L△R^-1B^TK라 하면, 상기 (5)식은 디스크리트 영역에서 하기 (8)식과 같이 변환될 수 있다.

따라서 결국 마이컴(20)의 제어프로그램에서는 매 샘플링 타임마다 속도를 일고 위치를 읽은후, 상기 (7)식을 계산하고, 그 결과로 상기 (8)식을 계산하여 출력하면 정해진 특성을 갖는 위치제어가 수행된다.

상기와 같은 전류 명령데이타(U)의 발생은 제3도와 같은 흐름으로 수행되는데, 먼저 마이컴(20)은 타이머를 샘플링 주기(h)로 세트시켜 인터럽트 주기를 설정하고, A/D 변환부(70)의 출력을 리드할 수 있는 모드로 설정한다. 이후 (A3)단계에서 상기 모타(50)의 목표위치(θr)를 리드한 후 (A4)단계에서 위치 표시 및 인터럽트 발생을 대기한다. 이때 타이머에 의해 세트시간(h)이 되면, 마이컴(10)은 A/D 변환부(70)를 통해 타코제너레이터(60)에 발생하는 속도데이타(W)를 읽는 동시에 카운터부(90)에서 발생하는 모터(50)의 위치데이타(θ)를 읽은후, (A7)단계에서 상기 (7)식과 같은 위치에러 적분(Z)을 구한다. 이후 (A7)단계에서 상기 속도데이타(W), 위치데이타(θ) 및 위치에러적분(Z)를 이용하여 상기 (8)식과 같은 전류 명령데이타(U)를 구한후 (A8)단계에서 D,/A 변환부(20)로 출력한다. 그러면 상기 D/A 변환부(20)는 상기 전류명령데이타(U)를 아날로그 신호로 변환하여 전류제어부(30)로 출력하며, 전류제어부(30)는 전류센서부(40)를 통해 현재 모터(50)로 공급되는 전류신호와 상기 전류명령신호를 비교하여 히스테리시스(bang bong hysterisis)형으로 모터(50)를 제어한다.

상술한 바와 같이 전류제어로 인한 고속 응답, 디지탈 제어에 의한 아날로그 문제 제거 및 이득 계산(optinal calculation) 등이 가능하고, 특히 빠른 샘플링 시간 실현이 가능한 이점이 있다.

Claims

모터의 디지탈 위치 제어시스템에 있어서, 모터의 회전속도에 따른 속도데이타(X1)를 발생하는 과정과, 모터의 회전에 따른 펄스열을 카운트하여 위치데이타(X2)를 발생하는 과정과, 소정 샘플링 주기로 상기 속도데이타 및 위치데이타를 리드한 후 위치 에러적분(Z)를 구하여 전류 명령데이타(U=K₁X₁+K₂X₂+K₃Z)를 발생하는 과정과, 상기 전류 명령데이타(u)와 현재모터로 공급되는 전류를 비교하여 히스테리시스형으로 상기 모터의 위치를 제어하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 전류 제어형 디지탈 위치제어방법.