KR940002921B1 - 서어보 모우터의 제어방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

서어보 모우터의 제어방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 서어보 모우터의 제어방법을 적용한 모우터 전류 제어장치의 블록도.

제2도는 DC 서어보 모우터의 속도 제어부의 전형적인 예를 나타낸 블록도.

제3도는 복수의 권선부로 이루어진 전기자 권선을 갖는 서어보 모우터의 제어에 사용하는 전류 제어부의 구성예를 나타낸 블록도.

제4도는 PWM 제어부 등을 공용하도록 제3도의 구성을 변형한 것의 블록도이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 서어보 모우터의 제어방법에 관한 것으로, 특히 간단한 구성의 모우터 전류 제어장치를 사용하여 서어보 모우터로 부터 대출력을 인출하도록 한, 서어보 모우터의 구동 제어방법에 관한 것이다.

[배경기술]

최근의 서어보 모우터 구동 제어에 있어서는, 파워트랜지스터, 싸이리스터 등의 반도체 스위칭 소자를 사용한 PWM 제어가 주류이며 또 서어보 모우터로 부터 대출력을 얻고자 하는 요청이 있다. 그리하여 서어보 모우터로 부터 대출력을 얻기 위하여는 반도체 소자에 대전류를 흘릴 필요가 있다. 그러나, 대전류의 인가를 허용하는 반도체 소자를 얻기는 곤란하며 또 대전류를 흘렸다고 하여도 반도체 소자에는 그 차단 영역과 포화 영역에 있어서는 거의 발열하지 않고, 능동영역에 있어 발열하는 특성이 있으며, 따라서 쵸핑 주파수에 비례하여 반도체 소자의 발열량은 증대하므로 쵸핑 주파수를 내릴 필요가 생긴다. 그러나 쵸핑 주파수를 내리면 모우터의 제어가 곤란하게 되어 바람직하지 못하다. 그러므로, PWM 제어부의 각 스위칭 요소를 복수의 반도체 소자로 구성하여 각 반도체 소자에 흐르는 전류를 저감시켜서 서오보 모우터의 구동전류를 증대시키는 시도가 행해지고 있다. 그러나 이와같은 경우에는 반도체 소자에 있어서 전류 집중의 문제(일부의 반도체 소자에만, 큰 전류가 흐른다)가 생겨서 반도체 소자의 병설 개수에 비례하여 구동 전류를 증대시킬 수가 없는 문제가 있었다.

그러므로 종래는 대출력을 얻는 경우 복수개의 모우터를 병렬 운전시키고 있었다. 그러나 이때 각 모우터사이 및 모우터와 출력 인출측을 기계적으로 결합할 필요가 생기므로 원가 상승의 원인으로 되었었다.

[발명의 개시]

본 발명의 목적은 모우터 전류 제어장치의 스위칭 소자의 과대 전류에 의한 손상을 방지하면서 서어보 모우터로 부터 대출력을 인출하도록 한 서어보 모우터의 구동 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 간단한 구성의 모우터 전류 제어장치를 사용하여 실시 가능한 서어보 모우터의 구동 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명에 의한 서어보 모우터의 제어방법은 서어보 모우터의 전기자 권선의 각 상의 권선은 독립한 2 이상의 권선부로써 구성하고 각 상의 각각의 권선부에 대한 지령전류와 각 그 권선부에 흐르는 전류와의 편차를 각 권선부에 대응하는 적분요소에 의하여 적분하고 각 상기 권선부에 흐르는 전류를 각 그 권선부에 대응하는 비례요소에 의하여 증폭하고 각 상기 적분요소의 출력과 이에 대응하는 비례요소의 출력과의 편차를 얻고 상기 각각의 편차를 가산하여 제어신호를 얻고 그 제어신호에 응답하여 동작하는 하나의 PWM 제어수단에 의하여 각 상기 권선부에 공급되는 전류를 실질적으로 서로 독립적으로 그리고 같은 값으로 제어하는 스텝으로써 이루어진다.

이와같이 본 발명에 의하면 서어보 모우터의 각 상의 전기자 권선을 이루는 복수의 권선부의 각각에 대응시켜서 형성한 적분요소 및 비례요소를 통하여 제어신호를 얻도록 하였으므로 하나의 PWM 제어수단을 사용하여 각 권선부에 흐르는 전류를 서로 독립적으로 그리고 서로 같은 값으로 제어할 수 있으며 따라서 서어보 모우터로 부터 대출력을 얻을 수가 있으며 뿐만 아니라 모우터 전류 제어부의 구성을 간소화할 수 있으므로 염가로 할 수가 있다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

본 발명의 설명에 앞서 제2도를 참조하여 DC 서어보 모우터의 속도 제어의 전형적인 예를 설명한다. 그리고 제2도에는 모우터의 하나의 상에 관련하는 요소만을 나타낸다. 동일 도면에 있어, 에러레지스터 등으로 부터 출력되는 속도 지령 r와 속도 검출기에 의하여 검출되는 서어보 모우터의 실속도 V와의 차가 오차 증폭기(1)에 의하여 증폭되고 오차 증폭기(2)에 전류 지령 Ir로서 출력되며 이 전류 지령 Ir와 전류 검출기에 의하여 검출된 현재의 구동전류 Ia와의 차가 증폭된다. 그리하여 오차 증폭기(2)로 부터의 출력에 응답하여 동작하는 PWM 제어부(3)에 의하여 제어되는 전압 증폭기(4)로 부터 서어보 모우터의 전기자 권선에 구동전류가 공급된다. 5는 전기자 권선의 인덕턱스 La에 의한 전달함수, 6은 동권선의 저항 Ra분에 의한 전달함수, 7은 서어보 모우터의 역기전압 정수 Ka에 의한 전달함수, 8은 서어보 모우터의 출력 토오크로부터 속도에의 변환의 전달함수를 각각 나타내며 Kt는 토오크 정수, Jm은 서어보 모우터 및 부하의 합성관성 능률이다.

여기서 본 발명자는 PWM 제어부(3)의 각 반도체 소자에 과잉 전류를 인가함이 없이 서어보 모우터 출력의 증대를 기하기 위하여 모우터의 각 상의 전기자 권선을 서로 별개의 독립의 2개의 권선부에 의하여 구성하고 그리고 각 권선부에 PWM 제어된 구동전류를 흘리도록 한 제3도에 나타낸 장치 구성을 먼저 착상하였다.

그리고 도시하지 않았으나 각 상의 각각의 상을 구성하는 독립한 2개의 권선부의 전기자의 슬롯에 대한 배치설정은 로우터에 대하여 위상적으로 동일 작용을 이루는 위치에 배치되어 설정되어 있다. 즉 종래의 서어보 모우터에 있어서, 각 상의 권선을 분할하여 각 상을 2개의 독립한 권선부로 하는 것으로서 예를들면 전기자의 동일 슬롯내에 동일한 상의 독립한 2개의 권선부를 배치하여 설정하는 방법이 가장 간단한 방법이다. 또 동상의 2개의 권선부를 다른 슬롯에 배치 설정할 경우에도 2개의 권선부가 로우터에 대하여 동일 작용을 이루는 위치관계에 배치 설정하면 된다.

제3도에 있어, 제1의 권선부에 대응하여 제2도에 나타낸 요소와 공통의 요소(2∼7)가 제2의 권선부에 대응하여 같은 요소(2'∼7')가 형성되어 있다. 그리고 La, Ra, Ka는 제1의 권선부에서의 인덕턴스, 저항 및 역기 전압 정수로서, Ia는 제1의 권선부에 흐르는 전류이다. 또 Lb, Rb, Kb는 제2의 권선부에서의 인덕턴스, 저항 및 역기 전압 정수로서 Ib는 제2의 권선부에 흐르는 전류이다.

제3도에 나타낸 바와같이 오차 증폭기(2,2'), PWM 제어부(3,3') 및 전압 증폭기(4,4')등을 각 권선부에 대하여 각각 형성하면 각 권선부는 독립하여 제어되게 되므로 각각에 흐르는 전류의 간섭은 없으며 2대의 모우터를 콘트롤하고 있는 것과 등가가 된다. 그러나 상술된 바와같이 오차 증폭기, PWM 제어부 및 전압 증폭기가 2대씩 필요하게 되어 비경제적이다.

그러므로 다음에 제3도에 나타낸 전류 제어부를 변형하여 오차 증폭기 및 PWM 제어부(3)를 제1, 제2권선부에 공용하도록 한 제4도의 구성을 착상하기에 이르렀다.

여기서 오차 증폭기(2) 및 PWM 제어부(3)의 전달함수를 G(S), 전압 증폭기(4,4')의 전달함수를 각각 Kv로 하여 제4도의 블록도를 해석하면 다음 제(1)식∼제(3)식이 성립한다.

제(1)식을 정리하여

제(2)식을 정리하여

제(4)식, 제(5)식에 제(3)식을 대입하여 정리하면 다음의 제(6)식, 제(7)식과 같이 된다.

제(6)식, 제(7)식을 해석하면, 제(8)식과 같이 된다.

제(8)식에서 알 수 있는 바와같이 2개의 권선부에 흐르는 전류 Ia, Ib는 서로 독립하여 있지 않으며 파라미터의 변도에 따라서 속도지령 Ir에 대한 비율이 변하여 서로 다른 값으로 된다.

본 발명은 상술한 사고를 거쳐서 2개의 권선부에 흐르는 전류 Ia, Ib가 서로 독립하도록 구성한 것이다. 즉 제1도에 나타낸 바와같이 전달함수가 K₁/S 인 적분요수(9,9')를 오차 증폭기(2)의 전단에 각각 배치 설정하여 제1, 제2의 권선부에 대한 지령전류 Ir와, 각 그 권선부에 흐르는 전류 Ia, Ib 와의 각각의 편차를 적분하도록 하며 또 전달함수가 Kp인 비례요소(10,10')에 의하여 제1, 제2권선부에 흐르는 전류 Ia, Ib를 각각 증폭하도록 하며 또한 적분요소(9,9') 및 비례요소(10,10')의 출력의 편차를 각각 얻고 이어서 이들 편차를 순차적으로 가산한 것을 오차 증폭기(2)를 통하여 PWM 제어부(3)에 공급하도록 하고 있다.

다음에 제1도에 나타낸 블록도에 대하여 분석한다.

먼저 오차 증폭기(2)와 PWM 제어부(3)와 전압 증폭기(4)와의 전체 전달함수를 Kv(1)로 하고 오차 증폭기(2)와 PWM 제어부(3)와 전압 증폭기(4')와의 전체 전달함수를 Kv(2)로 하면 제1,제2의 권선부에 흐르는 전류 Ia, Ib에 관하여 다음의 제(9)식∼제(11)식이 성립한다.

제(9)식의 V에 제(11)식의 좌변의 식을 대입하여 정리하면 다음의 제(12)식과 같이 된다.

또, 제(10)식의 V에 제(11)식의 좌변의 식을 대입하여 정리하면 다음의 제(13)식과 같이 된다.

여기서, Kv(1),Kv(2)》1, Kv(1)=Kv(2)=Kv로 하면 제(12)식은 다음의 제(14)식으로 근사하게 된다.

동일하게, 제(13)식은 다음의 제(15)식에서 근사하게 된다.

제(14)식, 제(15)식의 좌변끼리는 동일하므로 다음의 제(16)식이 성립한다.

제(16)식에 있어서, K₁·Kv/S의 항이 양변에 공통이므로 이를 다시 정리하면 다음식이 얻어진다.

제(17)식을 또한 정리함으로써 다음식이 얻어진다.

여기서 Kp·Kv》1로 하고 다른 파라미터는 무시할 수 있을 정도로 작다고 하면

로 된다. 즉 제1도에 있어 요소 (2∼4, 2∼4')의 전달함수의 비례정수 Kv 및 삽입한 비례요소(10,10')의 전달함수의 비례정수 Kp를 기타의 파라미터보다 크게 하면 적어도 PWM 제어부(3)는 2개의 권선부에 대하여 공용할 수 있게 되며 그리고 각 권선부에 흐르는 전류 Ia, Ib는 서로 거의 독립적이고 그리고 거의 같은 값으로 된다. 그러므로 서어보 모우터의 로우터는 2개의 권선부에 흐르는 전류에 기인하여 발생하는 거의 같은 회전력을 받아서 회전하므로 서어보 모우터는 큰 출력토오크를 낼 수가 있다.

그리고 상기 실시예에서는 DC 서어보 모우터에 대하여 설명하였으나 AC 서어보 모우터에 있어서도 같다.

Claims (2)

1. (a) 서로 협동하여 서어보 모우터의 각 상 전기자 권선을 구성하고 그리고 서로 독립한 복수의 권선부의 각각에 대한 지령전류와 각 그 권선부에 흐르는 전류와의 편차를 각 그 권선부에 대응하는 적분요소에 의하여 적분하고, (b) 각 상기 권선부에 흐르는 전류를 각 그 권선부에 대응하는 비례요소에 의하여 증폭하고, (c) 각 상기 적분요소의 출력과 이에 대응하는 비례요소의 출력과의 편차를 얻고, (d) 상기 각각의 편차를 가산하여 제어신호를 얻고, (e) 이 제어신호에 응답하여 동작하는 하나의 PWM 제어수단에 의하여 각 상기 권선부에 공급되는 전류를 실질적으로 서로 독립적으로 그리고 같은 값으로 제어하는 스텝으로 이루어짐을 특징으로 하는 서어보 모우터의 제어방법.
2. 제1항에 있어, 상기 비례요소의 전달함수의 비례정수, 상기 PWM 제어수단의 전달함수의 비례정수를 각 상기 권선부의 전달함수의 파라미터보다 큰 값으로 각각 설정함을 특징으로 하는 서어보 모우터의 제어방법.

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