KR940004955B1 - 원-칩(ONE-Chip)마이크로프로세서를 이용한 교류서보전동기 제어장치 - Google Patents

원-칩(ONE-Chip)마이크로프로세서를 이용한 교류서보전동기 제어장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

원-칩(ONE-Chip)마이크로프로세서를 이용한 교류서보전동기 제어장치
제1도는 본 발명을 적용시킨 전체적인 블록구성도,
제2도는 본 발명 요부 "k"의 블록구성도,
제3도는 엔코더펄스의 주기를 측정하는 방법을 보여주기 위한 상태도,
제4도는 a,b는 전류제어기에 적용되는 회로도.
제5도는 전류명령값을 보여주기 위한 참고도로서,
제5a도는 폴-센서가 부착된 경우의 전류명령값,
제5b도는 엔코더만 부착된 경우의 전류명령값.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 마이크로 프로세서 2 : RAM
3 : rom 4 : 셀렉터
5 : 디코더 6 : 체배기
7 : 멀티플렉서 8 : 디코더
9 : D/A변환기 10 : 전치증폭기(PRE-AMP')
11 : 비례적분기 12 : D/A변환기
13, 14 : 증폭기 15 : 합산기
본 발명은 원-칩 마이크로프로세서를 이용한 교류서보전동기 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 산업분야에서 전기적인 구동장치가, 전력전자의 발전 및 전력 반도체의 발전에 따라 더욱 널리 사용되고 있는 추세이다. 특히, 교류서보전동기의 경우, 저관성, 보전의 용이성, 고효율, 및 동기동작에 따른 정밀한속도 및 위치제어가 가능하기 때문에 CNC, 로보트 및 기타 자동화 장치에 필수적으로 널리사용되고 있다. 그러나 교류서보전동기의 제어방법은 영구자석 회전자의 절대위치를 검출하기 위하여 어떠한 센서가 부착되어 있는가에 따라 구분되기 때문에 구동장치의 종류가 많다는 단점이 있다.
특히, 엔코더가 부착된 교류서보 전동기의 경우 회전자 절대위치 검출을 위하여 폴 센서(Pole Sensor)가 부착된 경우의 엔코더만 부착된 경우가 있다. 이럴 경우 엔코더는 대부분 증분 엔코더(Incremental Encoder)가 부착되어 있고, 절대 엔코더(Absolute Encoder)가 부착된 경우, 리졸버가 부착된 교류서보전동기와 그 기본 제어방법이 용이하나 증분 엔코더의 경우 제어방법의 실현이 범용소자를 이용해서는 힘들게 된다.
특히, 폴센서가 부착된 경우, 교류서보전동기는 사다리꼴 형태의 역기전력이 생기게하는 전동기 상전류의 명령값을 발생시키는 정류(Commutation) 신호가 필요하며 엔코더만 부착된 경우 구부러진 형태의 역기전력이 생기게 하는 정류신호가 필요하다.
따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하고, 요구점을 충족시키기 위해 안출한 것으로, 위치센서에 의해 구분되는 전동기 종류에 관계없이 제어할 수 있는 원-칩(ONE-Chip)마이크로프로세서를 이용한 교류서보전동기 제어장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.
이하, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적구성 및 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
엔코더의 펄스를 받아들여 속도를 계산하고, 폴 센서 출력이나 엔코더 펄스 출력으로부터 교류서보전동기 교류명령을 위한 정류 신호를 연산하여 D/A변환기로 출력하고, 계산된 속도를 D/A변환기로 출력하는 마이크로프로세서(1)와, 마이크로프로세서(1) 램(RAM)용량이 부족할 경우 프로그램을 저장하기 위한 메모리 소자인 램(2)과, 프로그램과 정류(Commutation)에 관한 신호정보를 저장하는 롬(3)과, 마이크로프로세서(1)의 신호에 의해 어드레스나 데이터 라인으로의 선택을 제어하는 셀렉터(4)와, D/A변환기의 원하는 경로를 선택하거나, 원하는 체배의 엔코더펄스를 받아들이기 위한 신호를 발생하는 디코더(5)와, 엔코더펄스를 정해진 배율로 곱하는 체배기(6)와, 체배기(6)의 4체배, 2 체배, 1체배, 1/2채배...등의 엔코더펄스를 마이크로프로세서(1)에 입력시키는 멀티플렉서(7)와, 멀테플렉서(7)의 입력포트를 결정하는 디코더(8)와,마이크로프로세서(1)가 엔코더 펄스로부터 연산한 디지털값을 아나로그로 변환하는 D/A변환기(9)와, D/A변환기(9)로부터의 출력을 적당한 레벨로 증폭하는 전치증폭기(10)와, 속도명령값과 속도비례전압의 차를 비례적분제어하기 위한 비례적분기(11)와, 엔코더 펄스나, 폴-센서 출력으로부터 연산된 교류서보전동기의 상전류 명령값을 출력하기 위한 D/A변환기(12)와 교류서보전동기 "U"상, "V"상 전류명령값을 적당한 레벨로 증폭하기 위한 증폭기(13)(14)와, "U"상 및 "V"상 전류 명령값으로부터 "W"상 전류명령값을 연산하기 위한 합산기(15)로 구성된 것으로, 미설명부호 16은 전류제어기, 17은 PWM분배기, 18은 인버터인 것이다. 이상과 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
도면 제2도에서 보는 바와 같이, 마이크로프로세서(1)는 파워 ON시에 먼저 모터의 프리신호를 내보내고 전동기 동작준비상태가 된다.
이때, 이상상태(저전압, 고전압 등)가 발생했다면, 이상상태 디코더 출력을 내보내고, PWM 포트를 OFF시키고, 이상상태 해제시 CLS를 보내 PWM 전달회로를 동작준비상태로 만들고 CLR로써 클리어상태로 만든다.
이어서, 전동기 회전시 엔코더의 A상 B상 출력을 받아들여 전동기의 회전속도를 연산한다. 이와 병행하여 더욱 세밀한 즉, 더욱 정밀한 속도연산을 병행한다.
이를 위하여 완는 방법을 사용하고, 이의 원리는 도면 제3도에 도시한 바와 같이 나타난다. 엔코더펄스 주기를 측정하는데 있어서 전동기저속 운전의 경우 엔코더펄스 4체배 펄스를 사용하고, 전동기 고속운전의 경우 충분한 정도를 내기위해 적당한 체배의 펄스를 사용한다. 이때 디코더(8)은 데이터라인으로 제어신호를 받아 전동기 속도에 대하여 체배된 엔코더펄스를 멀티플렉서의(7) "A"로 출력시킨다. 출력된 " A"는 마이크로프로세서(1)에 입력되어 마이크로프로세서(1)내의 2MHz의 펄스에 의해 주기가 측정되는데 이 경우 다음식에 의해 전동기가 속도가 연산된다.
Wr=6×104fc/Mη
여기서 Wr : 전동기 속도
계산된 속도값은 마이크로프로세서(1)로 입력된 엔코더펄스에 의해 통상적인 방법으로 계산된 속도값과 비교되어 오차여부를 판별한다. 두값에 크게 오차가 있을 경우 이전의 속도값을 가지고 다음과정을 수행하게 되는데, 전술한 바와 같이 계산된 속도값은 어드레스라인과 디코더(5)의 출력제어에 의해 D/A변환기(9)로부터 전치증폭기(10)를 거쳐 속도비례 전분제어기(11)에 입력되고, 이 값은 속도 피-드 백 값이다.
이때의 속도비례적분제어기(11)의 출력 "B"는 D/A변환기(12)의 단자에 연결된다. 한편 마이크로프로세서(1)는 교류서보 전동기의 영구자석 회전자의 절대위치를 측정하기 위하여 폴-센서가 부착되어 있는 경우 폴-센서의 출력을 받아들여 교류서보전동기 상전류 명령값을 위한 정류신호를 데이터라인으로 D/A변환기(12)에 출력한다.
이때, D/A변환기(12)의 출력은 증폭기(13)(14)를 거쳐 교류서보전동기 U상 V상의 전류 명령값이 되는데 이때의 관계식은 iu*+iv*+iw*=0이고, 합산기(15)에 의해 W상의 전류명령값을 발생시킨다. drl서 iu*, iv*, iw*는 U상, V상, W상 전류명령값을 나타낸다.
발생된 U상, V상, W상 전류명령값은 도면 제1도의 전류제어기에 입력되며, 전류제어기(16)의 출력은 PWM 신호분배기(17)를 거쳐 인버터(18)에 연결되어 있는 전동기를 구동하게 되는 것이다. 이때의 전류제어기는 도면 제4a도에 도시한 바와 같은 삼각파 비교 비례적분제어기 또는 도면 제4b도에서 도시한 바와 같은 히스테리시스 제어기로 구성될 수 있다.
이상에서 본 바와 같이 본 발명은 마이크로프로세서(1)가 부착되고, 엔코더를 적용시켜 교류서보전동기의 효율적인 제어를 할 수 있도록된 발명인 것이다.

Claims (1)

  1. 엔코더의 펄스를 받아들여 속도를 계산하고, 폴 센서 출력이나 엔코더 펄스 출력으로부터 교류서보전동기 교류명령을 위한 정류신호를 연산하여 D/A변환기로 출력하고, 계산된 속도를 D/A변환기로 출력하는 마이크로프로세서(1)와, 마이크로프로세서(1) 램(RAM)용량이 부족할 경우 프로그램을 저장하기 위한 메모리 소자인 램(2)과, 프로그램과 정류(Commutation)에 관한 신호정보를 저장하는 롬(3) 마이크로프로세서(1)의 신호에 의해 어드레스나 데이터 라인으로의 선택을 제어하는 셀렉터(4)와, D/A변환기의 원하는 경로를 선택하거나, 원하는 체배의 엔코더 펄스를 받아들이기 위한 신호를 발생하는 디코더(5)와, 엔코더펄스를 정해진 배율로 곱하는 체배기(6)와, 체배기(6)의 4체배, 2체배, 1체배, 1/2체배 …등의 엔코더펄스를 마이크로프로세서(1)에 입력시키는 멀티플렉서(7)와, 멀티플렉서(7)의 입력포트를 결정하는 디코더(8)와, 마이크로프로세서(1)가 엔코더 펄스로부터 연산한 디지털값을 아나로그로 변환하는 D/A변환기(9)와, D/A변환기(9)로부터의 출력을 적당한 레벨로 증폭하는 전치증폭기(10)와, 속도명령값과 속도비례전압의 차를 비례적분제어하기 위한 비례적분(11)와, 엔코더 펄스나, 폴-센서 출력으로부터 연산된 교류서보 전동기의 상전류 명령값을 출력하기 위한 D/A변환기(12)와 교류서보전동기 "U"상, "V"상 전류 명령값을 적당한 레벨로 증폭하기 위한 증폭기(13)(14)와, "U"상 및 "V"상 전류 명령값으로부터 "W"상 전류명령값을 연산하기 위한 합산기(15)로 구성됨을 특징으로 하는 원-칩(ONE-Chip) 마이크로프로세서를 이용한 교류서보전동기 제어장치.
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