KR940001301B1 - 모터의 부하 외란 억압 제어회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

모터의 부하 외란 억압 제어회로

제1도는 본 발명에 의한 모터의 부하 외란 억압 제어회로를 채용한 직류 모터 서보 드라이버의 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 모터의 부하 외란 억압 제어회로의 상세한 실시예시도.

제3도는 제1도 및 제2도에 도시된 모터의 부하 외란 억압 제어회로를 정량적으로 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 속도 제어부 110 : 전압 제어부

120 : 펄스폭 변조부 130 : 전류 검출부

140 : 모터 150 : 엔코더

160 : 속도 검출부 170 : 검출 전류 증폭부

180 : 제1속도 증폭부 190 : 적분부

200 : 제2속도 증폭부 210 : 부하 외란 토크 검출부

220 : 이득 증폭부

본 발명은 모터의 부하 외란 억압 제어회로의 관한 것으로, 보다 상세하게는 D.C. 서보 모터를 제어함에 있어서 외부부하 등으로 인하여 발생하는 속도 변화나 위치 변화등을 보상할 수 있는 모터의 부하 외란 억압 제어회로에 관한 것이다.

통상적으로 모터의 부하 외란 토크를 측정하여 이 부하 외란을 제거하기 위해서는 토크 센서로 외력 토크를 측정한다. 이러한 부하 외란을 억압하는 제어 이론을 현대 제어 이온에서 연구되어 왔으나 하드 웨어로 구현하기에는 실질적인 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 모터의 부하 외란 억압 이론을 하드웨어로 실현한 것으로써, 특히 D.C. 서보 모터를 제어할 때 외부 부하로 인한 부하 외란을 억제하는 모터의 외란 억압 제어회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 모터에 주입되는 전류에 비례하는 전압을 검출하는 검출 전류 증폭부: 모터의 회전속도에 비례하는 전압을 검출하는 제1,2속도 증폭부; 상기 검출 전류 증폭부의 출력과 제1속도 증폭부의 출력 신호를 가산하여 적분하는 적분부; 상기 적분부의 출력과 제2속도 증폭부의 출력을 가산하는 부하 외란 토크 검출부; 상기 부하 외란 토크 검출부에서 출력되는 신호를 반전 증폭하여 전압제어부의 입력단에 전송하는 이득 증폭부로 구성됨을 특징으로 하는다.

이하 예시된 도면을 통하여 본 발명을 더욱 상세히 기술하기로 한다.

본 발명에 의한 모터의 부하 외란 억압 제어회로는 제1도에 도시된 바와 같이 부하에 따라 모터(140)의 회전속도를 제어하기 위하여 속도제어부(100), 전압제어부(110), 펄스폭 변조부(120), 전류 검출부(130) 및 모터의 회전속뎅 비례하는 파형을 출력하는 엔코더(150)와 회전속도에 비례하는 전압을 발생하는 속도 검출부(160)등으로 구성된 종래의 서보 제어 시스템에 채용되어 부하 외란을 제거한다.

즉, 본 발명에 따른 부하 외란 억압 제어회로는 제1도 및 제2도에 도시되어 있듯이 검출 전류 증폭부(170)는 실제 모터에 주입되는 전류에 비례한 전압을 검출하도록 구성한다.

제1,2속도 증폭부(180)(200)는 모터의 실제 속도에 비례하면서 속도 검출부 (160)에서 이미 반전된 신호를 원하는 양만큼 각각 반전, 비반전 시키도록 구성한다.

적분부(190)는 검출 전류 증폭부(170) 신호와 제1속도 증폭부(180)의 신호를 가산하여 반전 시킨다음 적분하는 회로로 구성한다.

부하 외란 토크 검출부(210)는 상기 제2속도 증폭부(200) 출력과 적분부 (190)의 출력신호를 가산하여 반전시킨 다음 이득증폭부(220)로 인가되도록 구성한다.

또한, 이득증폭부(220)는 추정된 부하 토크 외란신호를 반전증폭하여 전압제어부(110)에 인가되도록 구성한다.

한편, 제3도에 도시된 수식화 모델은 제1도 및 제2도에 도시된 모터의 부하 외란 억압 제어회로를 정량적으로 해석하기 위한 것이다.

상기 제1도 및 제2도와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 모터의 부하 외란 억압 제어회로의 작동 관계를 설명하면 다음과 같다.

제2도의 각 연산 증폭기 OP3~OP8의 이득은 다음과 같이 설정한다.

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

[수학식 4]

상기 (3)(4)식의 이득 G51, G52는 각각 전류 검출 증폭부(170)의 신호에 대한 이득과 제1속도 증폭부(180)의 신호에 대한 이득이다. 상기 S는 라플라스 연산자이고, 저항(R₁₂)과 저항(R₁₃)은 같은 값으로 한다. 즉 G₅₁과 G₅₂이득은 같도록 한다. 또한 콘덴서

값으로 설정한다.

[수학식 5]

[수학식 6]

[수학식7]

상기 (6)식에서의 저항(R17) 값은 저항(R18) 및 저항(R19)과 같은 값으로 설정한다. 이때 (1)식에서 (7)식까지의 Kt^*는 모터의 토크 상수이며 J^*는 관성 모멘트이고 시정수 τ는 임의로 설정할 수 있지만 DC서보 모터의 최소 시정수인 전기적 시정수의 약 1/10로 설정한다.

상기의 값을 가질때의 실제의 부하 외란 추정 토크는 아래식과 같다.

[수학식 8]

여기에서 TL은 실제의 부하 외란 토크이며

은 추정 부하 외란 토크이다. 실제로 (8)식의 추정 부하 토크는 (7)식 만큼 반전 증폭되어 전압제어부(110)는 반전된 속도 지령 출력과 (7)식 만큼 반전 증폭된 부하 외란을 제거하기 위한 보정량만큼 합해지게 된다. 이때 (8)식은 아래와 같이 증명된다.

제3도는 상기와 같은 값을 갖고 있을 때의 정량적인 블록 다이아그램을 나타낸다.

제3도에서, L은 모터의 인덕턴스, R은 전기자 저항, Ke는 역지전력 상수, J는 모터의 관성모멘트, ea는 전기자 전압, S는 라플라스 연산자이다. 이때 *첨자가 없는 값들은 실제 갖는 값들이며 *첨자가 있는 것들을 설계자가 가정한 값들이다. 실제로 제3도의 정량적인 특성을 고찰하기 위하여 폐회로 루프의 전달함수를 구해보면 다음식들과 같다. 먼저 부하 외란 억압 제어회로가 없는 모터만의 전달함수는 다음과 같다.

[수학식 9]

이때 부하 외란 억압 회로가 부가된 전달 함수는 다음과 같다.

[수학식 10]

상기 (10)식에서 Kt=Kt^*, J=J^*가 되도록 설정하면 (9)식과 동일한 전달 함수를 갖는다. 한편, 실제로 부하 외란에 대한 출력이 변화를 받는가를 알기 위해서 TL에 대한 Wr의 전달함수를 구하면 다음 식과 같다.

[수학식 11]

상기 (11)식에서 살펴보면 정상상태에서는 전기자 저항(R)만 저항(R^*)의 값과 같으면 부하 외란(TL)을 완전히 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 부하 외란 토크를 측정하여 이 부하 외란을 제거하기 위해서는 응답성이 좋지 않은 토크 센서를 사용하는 대신에 하드웨어로 구성함으로써 모터의 부하 외란을 억압 제어할 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 서보모터를 제어시스템에 있어서, 모터(140)에 주입되는 전류에 비례하는 전압을 검출하는 검출 전류 증폭부(170); 모터(140)의 회전 속도에 비례하는 전압을 검출하는 제1,2속도 증폭부(180)(200); 상기 검출 전류 증폭부(170)의 출력과 제1속도 증폭부(180)의 출력 신호를 가산하여 적분하는 적분부(190); 상기 적분부 (190)의 출력과 제2속도 증폭부(200)의 출력을 가산하는 부하 외란 토크 검출부 (210); 상기 부하 외란 토크 검출부(210)에서 출력되는 신호를 반전 증폭하여 모터제어신호의 일부로서 전송하는 이득 증폭부(220)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 모터의 부하 외란 억압 제어회로.

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