KR940008532B1

KR940008532B1 - 교류 서보 모터 제어 회로

Info

Publication number: KR940008532B1
Application number: KR1019900003219A
Authority: KR
Inventors: 정수열
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 정용문
Priority date: 1990-03-10
Filing date: 1990-03-10
Publication date: 1994-09-22
Also published as: KR910017720A

Abstract

내용 없음.

Description

교류 서보 모터 제어 회로

제1도의 (a)는 통상적인 교류 서보 모터의 벡터를 도시한 도면. (b)는 통상적인 교류 서보 모터의 이론적인 전류, 전압 관계를 도시한 도면. (c)는 통상적인 교류 서보 모터의 실제 전류, 전압 관계를 도시한 도면.

제2도는 본 발명에 의한 교류 서보 모터 제어 회로의 개략적인 구성을 도시한 개요도.

제3도는 본 발명에 의한 모터 제어 회로에 사용된 광부호기의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 부호수단 2 : 복호수단

3 : 주파수 체배수단 4 : 엣지 검출수단

5 : 카운터 수단 6 : 회전 방향 검출수단

7 : 속도연산수단 8 : 속도제어수단

9 : 아날로그/디지틀 변환수단 10 : 역율각계산수단

11 : ROM테이블수단 12 : 메모리수단

13 : 디지틀/아날로그 변환수단 14 : 전류제어수단

15 : 반송파 발생수단 16 : 펄스폭 번조수단

17 : 인버터수단 18 : 합산수단

본 발명은 교류 서보 모터 제어 회로에 관한 것으로, 특히 교류 서보 모터에 인가되는 전류와 전압간의 역율각 보상을 함에 따라 이 모터의 효율을 극대화시킬수 있으며 광학 엔코더를 채용하여 고정도의 제어를 행할 수 있는 모터 제어 회로에 관한 것이다.

교류 서보 모터는 직류 서보 모터의 단점으로 지적되는 브러시와 정류자의 마모를 없애기 위해 구조적으로 전기자(ARMATURE)와 여자(FIELD)부의 위치를 바꾼 형태로 되어 있다. 즉 여자부가 영구자석으로 대체되어 회전자(ROTOR)에 위치하고 있고 전기자가 고정자(STATOR)에 위치하고 있는 형태이다.

일반적으로 모터의 입력전류(Ii)는 여자분 전류(If)와 토크전류(It)로 나누어지는데, 만약 상기 Ii와 If의 위상각이 0^o이면 1f는 최대치이고 1t의 값은 영이되어 여자분 전류만 존재하게 된다.

또한, 상기 Ii와 If의 위상이 π/2라고 하면 If값은 영이되고 It는 최대치(=Ii)가 되어 토크 전류만 존재하게 된다.

따라서 상기 모터의 If는 영구자석에 의한 전류(∮f)로 대체하고 Ii와 If의 위상각을 π/2로 하여 It를 최대치(=Ii)로 유지하면 모터의 토크값(T)은,

의 단위 입력당 최대값을 유지하게 된다.

상기 교류 서보 모터에서는 고정자에 U,V,W의 3상 교류가 입력되므로 엔코더나 리졸버(RESOLVER)와 같은 위치검출장치를 이용하여 영구자석의 위치, 즉 øf의 위치를 검출하여 고정자 3상 전류의 벡터합이 øf와 항상 π/2의 각도를 유지하도록 제어하면 위와 같은 특성을 유지하게 된다.

제1도의 (a)에서와 같이 교류 서보 모터의 회전자, 즉 ø를 θ값으로 검출하여 3상 전류의 벡터 합이 ø와 항상 90^o를 유지하도륵 흘려줘야 한다. 그러나 교류 서브 모터에는 인덕턴스 성분이 존재하여 제1도의 (b)와 같이 전류와 전압사이에는 역율각(ø)이 존재하게 되며 펄스폭 변조 제어에 의하여 실제 모터에는 전압이 인가되게 된다. 종래의 교류 서보 모터 제어에서는 상기와 같은 역율각을 고려하지 않고 제어를 행함에 따라 실제 교류 서보 모터에 흐르는 각 상 전류의 벡터합은 ø와 90^o를 이룰수 없게 되어 최고의 토크를 발생시킬 수 없게 되었다. 또한 회전자의 위치를 검출하여 궤환 시켜주는 검출기로 리졸버나 부호기를 사용하는데 이 리졸버는 구조적 특성에 의하여 부호기보다 정밀도가 떨어진다. 그리고 상기 회전자의 위치신호로서 θ에 대한 사인(sine)파가 발생함에 따라 이 사인파를 디지틀 신호로 변환시키는 변환기가 추가됨으로써 제어 회로 구성이 복잡해지는 제반 결점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 제반 결점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서 교류 서브 모터에 인가되는 전류와 전압간의 역율각을 보상함에 따라 이 모터의 효율을 극대화시킬 수 있으며 교류 서보 전용 부호기를 사용하여 고정도의 제어를 행할 수 있는 교류 서보 모터 제어 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 속도제어수단과 모터제어용 모터제어수단을 구비한 교류 서보 모터 제어 시스템에 있어서, 모터의 회전위치를 검출하기 위하여 개략적인 위치정보신호 발생부와 정밀한 위치정보신호 발생부를 구비한 부호수단과, 상기 부호수단으로부터 개략적인 위치정보신호를 복호하는 복호수단과, 상기 부호수단에서 검출된 개략적인 위치정보 신호의 엣지를 검출하는 엣지검출수단과, 상기 부호수단의 정밀한 위치 정보신호를 채배하는 주파수 체배수단과, 상기 엣지검출수단에 의해 리세트되어 상기주파수 체배수단의 출력을 카운팅하는 카운터수단과, 상기 부호수단의 정밀한 위치 정보신호를 입력으로 회전방향을 검출하는 회전방향 검출수단과, 상기 주파수 체배수단의 출력신호를 전압으로 변환하여 입력단의 속도제어수단으로 궤환하는 속도연산수단과, 상기 속도연산수단과 속도제어수단의 출력을 각각 디지틀로 변환하는 아날로그/디지틀 변환수단과, 상기 아날로그/디지틀 변환수단의 각 출력을 입력으로 역률각을 계산하는 역률각 계산수단과, 상기 역률각 계산수단과 상기 복호수단 및 카우터수단의 출력을 합산하는 합산수단과, 상기 합산수단과 회전방향검출수단의 출력을 어드레스 입력으로 Sin 파형의 데이타를 발생하는 메모리 수단과, 상기 메모리수단의 출력과 속도제어수단의 출력을 승산하여 아날로그신호로 출력하는 디지틀/아날로그 변환수단과, 상기 디지틀/아날로그 변환수단의 출력을 입력으로 모터 제어신호를 발생하는 모터구둥수단을 구비하여 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 창조하여 본 발명을 보다 상세히 기술하기로 한다.

제2도는 본 발명에 의한 교류 서보 모터 제어 회로의 개략적인 구성을 도시한다.

제2도에 있어서, 부호수단(1)은 90˚위상차가 나는 A와 B의 구형파를 발생함과 동시에 3상(U,V,W)값을 갖는 구형파를 발생하고, 복호수단(2)은 상기 부호수단(1)에서 출력되는 U,V,W상의 3비트 신호를 받아서 메모리수단(12)으로 하여금 차 상위의 어드레스 신호를 호출하게 한다.

제3도는 상기 부호수단(1)에 채용된 광부호기의 단면을 도시한 것이다.

제3도에 도시한 바와 같이 광부호기의 A파형, B파형 발생부는 서로 90˚의 위상차를 가지며 복수개로 연속 나열되어 있는 것으로, A와 B구형과의 갯수가 많으면 많을수록 정확한 회전 각도를 구할 수 있다. 또한 U,V,W신호 발생부는 하기의 <표>와 같은 구형파 신호를 발생한다.

[표]

한편 주파수 체배수단(3)은 부호수단(1)의 A,B구형파 신호를 입력하여 소정배수(예 : 4배)의 주파수를 갖는 구형파를 발생시켜 카운터 수단(5)과 속도 연산 수단(7)에 전송하고, 엣지 검출수단(4)은 상기 부호수단(1)에서 출력되는 U,V,W상의 신호가 <표>에서와 같이 60°간격으로 트리거링(Triggering)할때마다 카운터 수단(5)을 리세트(Reset) 시킨다. 이때 상기 카운터 수단(5)은 주파수 체배수단(3)에서 출력되는 4체배 신호를 카운팅(Counting)하여 그 값을 메모리수단(12)의 하위 어드레스로 전송한다. 상기 카운터 수단(5)은 엣지 검출신호에 의하여 리세트되므로 결과적으로 60°이내의 A,B상을 카운팅하게 된다. 또한 회전방향 검출수단(6)은 상기 부호수단(1)의 A,B상을 이용하여 회전방향을 검출하여 CW일때는 "1"을 CCW일때는 "0"을 제2메모리수단(12)의 최상위 어드레스로 전송한다. 상기 주파수 체배수단(3)에서 출력되는 4체배 신호는 속도연산수단(7)에서 주파수/전압 변환한 값을 속도 궤환신호로 발생시켜 레퍼런스 속도값(ωR^*)과 함께 속도제어수단(8)에 인가한다.

따라서 아날로그/디지틀 변환수단(9)의 AD1은 상기 속도제어수단(8)에서 출력되는 모터의 3상전류 벡터합(I^*)의 아날로그 값을 디지틀 변환하고 AD2는 상기 속도 연산수단(7)에서 출력되는 모터 속도값(ωm)의 아날로그 값을 디지틀 변환한다. 상기 아날로그/디지틀 변환수단(9)의 AD1,AD2 출력신호는 역율각 계산수단(10)에 인가되어 실제모터(M)에 유기되는 전류와 전압사이의 역율각(ø)을 알수 있다. 상기 역율각 계산수단(10)에서 출력되는 역율각(ø)값은 ROM 테이블수단(11)에 입력되어 내장된 메모리에 의하여 제1소정사인 파형값[sin(θ-ø)]을 발생시켜 다시 역율각 계산수단(10)에 전송한다. 이때 역율각(ø)은 =tan^-1

식으로 구할수 있는데 L은 모터 인덕턴스, R은 모터저항, Ke는 모터 역기전력상수를 나타낸다. 한편 메모리수단(12)의 롬(ROM) 테이블 1과 롬(ROM) 테이블 2는 입력되는 소정 어드레스값[어드레스(θ-ø)]에 따라 제1,2소정 사인 파형값[(sin(θ-ø)],[sin(θ-ø+(2/3π)]의 데이타를 발생하여 디지틀/아날로그 변환수단(13)의 DA1,DA2에 각각 입력된다.

상기 디지틀/아날로그 변환수단(13)의 DA1에는 메모리수단(12)의 롬 테이블 1에서 출력되는 디지틀값인sin(θ-ø)에 아날로그값인 I^*을 곱하여 아날로그값인 I^*·sin(θ-ø)신호를 발생한다. 또한 상기 디지틀/아날로그 변환수단(13)의 DA2에는 제2메모리수단(12)의 롬 테이블 2에서 출력되는 디지틀값인 sin(θ-ø+2/3π)에 아날로그값인 1^*을 곱하여 아날로그값인 I^註·Sin(θ-ø+2/3π)신호를 발생한다.

상기 디지틀/아날로그 변환수단(13)의 DA1,DA2에 인가되는 기준전압(Vref)은 디지틀/아날로그 변환시 아날로그 출력의 크기를 결정한다. 한편 상기 디지틀/아날로그 변환수단(13)의 출력신호는 전류 제어수단(14)에 입력되어 Iω단에서는I_ω ^*=I^註usin(θ-ø+4/3π)를 발생하고 CC1∼CC2단에서는 각각 I^*sin(θ-ø), I^*sin(θ-ø+2/3π), Iω^*=I^*sin(θ-ø+4/3π)의 벡터전류를 제어한다. 또한 합산수단(18)은 상기 역률각계산수단과 상기 복호수단 및 카운터 수단의 출력을 합산하며 펄스폭 변조수단(16)은 상기 전류제어수단(14)에서 각각 출력되는 신호를 반송파 발생수단(15)의 반송파에 실어 펄스폭 변조신호를 발생시키면 인버터수단(17)에서 교류신호를 변환하여 실체 작동중인 모터(M)를 효율적으로 제어한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 모터의 효율을 극대화시키기 위하여 역율각을 보상하고 부호기를 광부호기로 대체하여 사용함에 따라 저렴한 원가로 효율적인 제어를 할수 있고 롬 테이블로서 제어응답성을 향상시킬수 있는 이점이 있다.

Claims

속도제어수단과 모터제어용 모터제어수단을 구비한 교류 서보 모터 제어시스템에 있어서, 모터의 회전위치를 검출하기 위하여 개략적인 위치정보신호 발생부와 정밀한 위치정보신호 발생부를 구비한 부호수단(1)과, 상기 부호수단(1)으로부터 개략적인 위치정보신호를 복호하는 복호수단(2)과, 상기 부호수단(1)에서 검출된 개략적인 위치정보신호의 엣지를 검출하는 엣지검출수단(4)과, 상기 부호수단(1)의 정밀한 위치정보신호를 체배하는 주파수 체배수단(3)과, 상기 엣지검출수단(4)에 의해 리세트되어 상기 주파수 체배수단(3)의 출력을 카운팅하는 카운터수단(5)과, 상기 부호수단(1)의 정밀한 위치정보신호를 입력으로 회전방향을 검출하는 회전방향검출수단(6)과, 상기 주파수 체배수단(3)의 출력신호를 전압으로 변환하여 입력단의 속도제어수단(8)으로 궤환하는 속도연산수단(7)과, 상기 속도연산수단(7)과 속도제어수단(8)의 출력을 각각 디지틀로 변환하는 아날로그/디지틀 변환수단(9)과, 상기 아날로그/디지틀 변환수단(9)의 각 출력을 입력으로 역률각을 계산하는 역률각 계산수단(10)과, 상기 역률각 계산수단(10)과 상기 복호수단(2) 및 카운터수단(5)의 출력을 합산하는 합산수단(18)과, 상기 합산수단(18)과 회전방향검출수단(6)의 출력을 어드레스 입력으로 Sin 파형의 데이타를 발생하는 메모리수단(12)과, 상기 메모리수단(12)의 출력과 속도제어수단(8)의 출력을 승산하여 아날로그신호로 출력하는 디지틀/아날로그 변환수단(13)과, 상기 디지틀/아날로그 변환수단(13)의 출력을 입력으로 모터제어신호를 발생하는 모터구동수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 교류 서보 모터 제어회로.
제1항에 있어서, 부호수단(1)은 90˚의 위상차로 1회전당 수십 내지 수천펄스를 갖는 두개의 구형파를 발생하는 정밀한 위치정보 신호발생부와, 서로의 60°의 위상차로 1회전망 튜티비 50의 3펄스를 발생하는 개략적인 위치정보 신호 발생부로 구성됨을 특징으로 하는 교류 서보 모터 제어회로.
제1항에 있어서, 역률각 계산수단(10)은 역률각을 계산하는 프로세서와, 상기 프로세서의 계산값에 대한 arctan 값을 갖는 메모리수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교류 서보 모터 제어회로.
제3항에 있어서, 프로세서는 하기의 식에 의해 계산을 수행하는 것을 특징으로 하는 교류 서보 모터 제어회로.
L=모터 코일 인덕턴스, ωm=모터속도, I^*=3상전류의 Vector 합, R=모터 저항 , Ke=역기전력상수.
제1 항에 있어서, 메모리수단(12)은 2/3π의 위상차를 갖는 Sin 파형 데이타를 발생하는 두 개의 롬으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교류 서보 모터 제어회로.