KR950010207B1 - 모터의 속도 제어방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

모터의 속도 제어방법

제1도는 종래 모터의 속도 제어장치 구성도.

제2도는 제1도에 대한 동작 흐름도.

제3a도 및 b도는 제1도에 대한 속도와 제어전압과의 관계를 보인 파형도.

제4도는 스위칭부의 제어신호와 속도 제어부의 속도선택신호와의 구동 예시도.

제5도는 본 발명을 위한 모터의 속도 제어장치 구성도.

제6도는 본 발명 모터의 속도 제어동작 흐름도.

제7a도 및 b도는 본 발명에 의한 속도와 제어전압과의 일예를 보인 파형도.

제8a도 및 b도는 본 발명에 의한 다른 실시예시 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 속도 제어부 2 : 펄스폭 변조 발생부

3 : 평활 회로부 4 : 보상 회로부

5 : 디지탈/아날로그 변환부 6 : 스위칭부

7 : 모터 구동부 8 : 속도 검출부

9 : 파형 정형부 M1 : 모터

SV : 속도선택신호

본 발명은 레이저 빔 프린터(Laser Beam Printer : LBP)의 레이져 편광용 다면경을 회전시키는 모터의 속도 제어 방법에 관한 것으로, 특히 모터의 회전속도를 판단하여 그 속도에 따라서 여러가지 제어전압을 대응인가 하므로써, 모터를 운전시키고자 하는 정상속도에 정확하게 신속 도달시키고 외란에 의하여 큰 속도변동이 발생하였을 경우 빠른시간내에 반응하여 속도를 일정하게 제어되도록 한 모터의 속도 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 빔 프린터 등에서 주로 사용하는 모터의 종류는 직류전원을 사용하는 DC모터를 사용한다.

이런 DC모터는 직류전원을 사용하며, 모터의 회전수가 거의 전압에 비례한다.

이는는 역기전력상수, N은 회전수이다.)로 나타낼 수 있으며, 상기 식에서는 거의 무시할 정도의 값이므로 회전속도 N은 인가전압(V)에 비례한다고 볼 수 있는 것이다.

이하 상기와 같은 DC모터의 설명은 이미 공지의 사항이라 그 상세한 설명은 생략하며, 동작 과정만 간략하게 설명하면, 제1도에 도시된 바와 같이, 모터(M10)의 속도를 제어하기 위해 속도선택신호(SV)를 출력하는 속도 제어부(10)와 ; 상기 속도 제어부(10)의 출력을 펄스폭 변조 (Pulse Width Modulation : PWM)시키는 펄스폭 변조 발생부(20)와 ; 펄스폭 변조 발생부(20)에서 발생된 펄스폭 변조(PWM)신호를 직류로 평활시키도록 된 로우패스 필터형태의 평활회로부(30)와 ; 이 평활회로부(30)에서 평활된 출력을 전체 제어 시스템에 맞게 보상해주는 보상회로부(40)와 ; 모터(M10)를 일정회전수를 회전시키기 위해 설정된 일정전압을 발생시키는 일정전압 발생부(50)와 ; 상기 속도 제어부(10)에서 출력된 속도선택신호(SV)의 제어를 받아 보상회로부(40) 또는 일정전압 발생부(50)의 출력을 선택하는 스위칭부(60)와 ; 상기 스위칭부(60)의 스위칭 출력에 의해 모터(M10)를 구동시키는 모터 구동부(70)와 ; 이 모터 구동부(70)에 의해 구동된 모터(M10)의 회전속도를 검출하는 속도 검출부(80)와 ; 상기 속도 검출부(80)에서 검출된 속도의 파형을 정형화시켜 상기 속도 제어부(10)로 입력시키는 파형 정형부(90)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 모터의 동작 과정 즉, 속도 제어 순서를 제2도에 도시된 순서도를 보며 설명하면, 모터(M10)를 정지상태에서 회전시킬 경우 속도 제어부(10)의 속도선택신호(SV)는 로우(Low)가 되어 스위칭부(60)에 인가되므로, 제4도에 도시된 바와 같이 스위칭부(60)의 가동단자(a)는 고정단자(b)와 접속되고, 이에 따라 일정전압 발생부(50)의 전압이 스위칭부(60)를 통하여 모터 구동부(70)에 인가되므로써, 모터(M10)를 구동할 수 있는 신호로 변환된 후 모터(M10)에 인가되어 모터(M10)가 회전하게 된다.

이처럼 모터(M10)가 회전을 시작하면 속도 검출부(80)에서 모터(M10)의 회전을 검출하여 파형 정형부(90)에서 회전속도의 파형을 정형시킨 후 속도 제어부(10)로 출력한다.

상기 모터(M10)의 회전속도를 입력받은 속도 제어부(10)에서는 (10A), 그 속도를 한계속도(설계자가 제어부를 설계할 때 적당하다고 생각하여 임의로 설정한 속도)와 비교한 후 (10B), 회전속도가 한계속도 보다 작다고 판단되었을 경우 속도선택신호(SV)를 로우(Low)로 인가하여 스위칭부(60)의 가동단자(a)가 고정단자(b)에 계속 접속되므로 하므로써, 일정전압 발생부(50)의 출력이 모터(M10)에 지속적으로 인가되도록 한다.

한편, 모터(M10)의 회전속도가 계속 증가하여 한계속도 보다 크게되는 경우, 그 속도에 해당되는 속도 제어전압을 속도 제어부(10)에서 설정하고 (10D), 속도선택신호(SV)를 하이(High)로 인가하여 제4도에 도시된 바와 같이 스위칭부(60)의 가동단자(a)를 고정단자(b)에서 고정단자(c)로 절환 접속되도록 한다.

스위칭 동작이 완료되면 펄스폭 변조 발생부(20)에서 펄스폭 변조신호가 발생되고, 이 신호는 평화회로부(30)를 통해 아날로그 제어전압으로 변환된 후 보상회로부(40)에서 보상된 전압으로 바뀌어 스위칭부(60)의 고정단자(c)를 통해 모터 구동부(70)에 인가되며, 이러한 제어로 인해 모터(M10)는 다시 정상속도에서 회전하도록 동작된다(10E).

즉, 제3a도 및 b도에 도시된 바와 같이 모터(M10)의 속도가 한계속도 이하일 경우에는 일정전압 발생부(50)에 의해 일정전압으로 모터(M10)를 구동하고, 한계속도 이상일 경우에는 펄스폭 변조발생부(20)에 의해 제어하여 정상제어전압을 제공토록 한다.

그러나, 이와 같은 종래의 모터속도 제어장치는 일정전압 발생부(50)에서 발생할 수 있는 전압이 극히 제안되어 있다.

이는 초기상태에서 모터 동작시 일정전압 발생부(50)에서 인가되는 단일한 제어전압이 계속적으로 인가되고, 이 제어전압에 따라 모터 구동부(70) 역시 단일한 모터의 회전을 제어하므로 계속 일정전압이 출력되므로써, 회전속도가 한계속도 이하일 경우 모터(M10)의 속도에 관계없이 항상 일정한 전압만 인가되어, 모터(M10)가 정확하게 정상속도에 도달하는 것이 불가능하며, 또한 일정전압과 제어전압의 절환시에 급격한 제어전압의 변동으로 인하여 모터(M10)의 속도가 정상속도를 지나치는 오버슈트(overshoot)가 발생하게 되어, 모터(M10)가 정상속도에 도달하기까지의 시간이 오래 걸리는 등 과도응답 특성의 성능이 나빠지는 문제점이 있다.

또한, 정상속도에서 모터(M10)가 회전하고 있을때 급격한 외란(disturbance)에 의한 속도변동이 발생하였을 경우에도 정상속도에 다시 돌아오기까지는 시간이 오래 걸리는 등의 문제점이 있다.

한편, 일정전압 발생부(50)의 전압을 여러가지 종류의 일정전압이 발생되도록 하는 방법도 고려해 볼 수 있겠지만, 이 방법 또한 일정전압 발생부(50)의 내부구성이 복잡해지고, 속도 제어부(10)의 제어신호가 복수개로 일정전압 발생부(50)에 인가되는 구성이어야 하므로 바람직하지 못한 방법이라 할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여, 모터의 회전속도가 한계속도 이하일 경우 모터 속도에 따라서 다양한 일정전압을 작성하여 인가함을 특징으로 한다. 즉, 처음 시작시점에서 필요한 일정속도에 도달하는 준비시간을 줄이고, 일정속도에 도달한 후 외부의 외란에 의한 속도의 변동에 빠르게 대처하여 보다 짧은 시간에 필요한 일정속도로 하는 것을 가능케 한 것이다.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 위한 모터의 속도 제어장치는 제5도에 도시한 바와 같이, 모터(M1)의 회전속도에 따른 일정 전압 및 제어전압을 작성하는 속도 제어부(1)와, 상기 속도 제어부(1)에서 작성된 제어전압을 펄스폭 변조(PWM)시키는 펄스폭 변조발생부(2)와 ; 이 펄스폭 변조발생부(2)에서 발생된 펄스폭 변조(PWM) 신호를 직류로 평활시키도록 된 로우패스 필터형태의 평화회로부(3)와 ; 상기 평활회로부(3)에서 평활된 출력을 전체 제어시스템의 성능에 맞게 보상해주는 보상회로부(4)와 ; 상기 속도 제어부(1)에서 작성된 일정전압을 아날로그 제어전압 신호로 변환하는 디지탈/아날로그 변환부(5)와 ; 상기 속도 제어부(1)에서 출력된 속도 선택신호(SV)의 제어를 받아 보상회로부(4) 또는 디지탈/아날로그 변환부(5)의 출력을 선택하는 스위칭부(6)와 ; 이 스위칭부(6)의 스위칭 출력에 의해 모터(M1)를 구동하는 모터 구동부(7)와 ; 상기 모터 구동부(7)에 의해 구동된 모터(M1)의 회전속도를 검출하는 속도 검출부(8)와 ; 이 속도 검출부(8)에서 검출된 속도의 파형을 정형화시켜 상기 속도 제어부(1)로 입력시키는 파형 정형부(9)로 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 제6도에 도시된 순서도를 보며 상세히 설명하면 다음과 같다.

모터(M1)를 정지상태에서 회전시킬 경우 속도 제어부(1)에서 속도선택신호(SV)를 로우(Low)로 인가하여, 제4도에 도시한 바와같이 스위칭부(6)의 가동단자(a)가 고정단자(b)에 접속됨과 동시에 디지탈/아날로그 변환부(5)에서 가장 높은 전압이 발생하도록 디지탈/아날로그 변환부(5)로 제어신호를 인가한다.

이처럼 디지탈/아날로그 변환부(5)의 변환된 아날로그 제어전압 신호가 스위칭부(6)의 고정단자(b)를 통하여 모터 구동부(7)에 인가되면, 이 신호는 다시 모터(M1)를 구동할 수 있는 신호로 변환된 후 모터(M1)에 인가되므로써, 모터(M1)가 회전하게 된다.

모터(M1)가 회전을 시작하면, 속도 검출부(8)에서 모터(M1)의 회전을 검출하여 파형 정형부(9)를 통해 속도의 파형을 정형한 후 속도 제어부(1)에 입력한다(1A).

속도 제어부(1)에서는 모터(M1)의 회전속도를 입력받아 한계속도와 비교한 다음(1B), 모터(M1)의 회전속도가 한계속도 보다 작은 경우에는 그 속도를 판단하여(1C), 상기 속도에 해당하는 일정전압을 설정하고 (1D), 그 일정전압을 디지탈/아날로그 변환부(5)로 출력한다(1E).

이어 디지탈/아날로그 변환부(5)에서는 상기 입력된 일정전압을 아날로그 제어전압 신호로 변환시켜 스위칭부(6)의 고정단자(b)에 인가하고, 속도 제어부(1)에서는 연속적으로 속도선택신호(SV)를 로우(Low)로 인가하여, 제4도에 도시한 바와 같이 고정단자(b)를 선택하였을 때 스위칭부(6)를 거쳐 모터 구동부(7)를 통해 모터(M1)에 회전구동신호로 인가되게 한다(1F)

이때, 속도와 제어전압과의 관계는 제7도에 도시한 바와 같이 모터(M1)의 회전속도가 한계속도 이하일 경우 모터(M1)의 속도에 따라 일정전압이 각각 다르게 나타나는 것을 볼 수 있는데, 모터(M1)의 회전속도가 가장 낮을 경우에는 제어전압이 가장 높게, 그리고 모터(M1)의 회전속도가 점차적으로 증가함에 따라 제어전압의 값이 점차적으로 줄어드는 형태를 확인할 수 있다.

이와 같이 하는 이유는 상기에서도 잠시 언급한 바와 같이 일정전압과 제어전압의 절환 시, 즉, 스위칭 절환시 급격히 변하는 전압의 차를 제거하여 모터 속도의 오버 슈트 현상을 방지하기 위함이다.

한편, 모터(M1)의 속도가 증가하여 한계속도 보다 커질경우 속도제어부(1)에서는 정상적으로 속도제어전압을 설정하며(1G), 펄스폭 변조발생부(2)에 인가하므로써 펄스폭 변조(PWM) 신호를 작성하고, 이 신호는 평활회로부(3)에서 직류로 평활된 후 보상회로부(4)를 통해 스위칭부(6)의 고정단자(C)에 인가된다.

이와 같은 상태에서, 상기 속도 제어부(1)에서 속도선택신호(SV)를 하이(High)로 인가하면, 제4도에 도시한 바와 같이 스위칭부(6)의 가동단자(a)는 고정단자(b)에서 고정단자(c)로 절환접속되고, 이에 따라 보상회로부(4)의 제어신호는 스위칭부(6)를 거쳐 모터 구동부(7)를 통하여 모터(M1)에 인가되므로써 모터(M1)를 정상적으로 회전시킨다.(1H).

여기서 평활 회로부(3)는 보통 저역통과 필터(Low Pass Filter : LPF)로 구성되고, 보상회로부(4)는 전체 제어계의 성능에 따라 적당하게 보상해주는 부분이다.

이와 같은 방법으로, 모터(M1)의 기동시에 모터(M1)의 회전속도에 따라 제어방법을 다양하게 작성하여 모터(M1)에 인가하므로써, 모터(M1)의 속도가 보다 정확하게 정상속도에 도달할 수 있고, 일정전압과 제어전압의 절환시에 완만한 제어전압의 변동으로 과도 특성상의 오버슈트가 현저하게 개선이 되며, 정상속도에서 모터(M1)가 회전하고 있을때 급격한 외란에 의한 속도변동이 발생했을 경우에도 빠른 응답이 가능하므로 전체적인 제어계의 성능을 향상시킨다.

아울러 본 발명에서는 기동시 모터(M1)의 속도가 낮은데에서 정상속도까지 도달하는 형태에 대해서 설명하였는데, 본 발명은 모터(M1)의 속도가 급격한 외란에 의해서 높아지든가 아니면 떨어지든가에 대해서도 쉽게 구현이 가능하다.

즉, 제8도에 도시한 바와 같이 소정시간(t1)일 때 외란에 의하여 급격한 속도변동이 발생하였을 경우, 제어전압은 정상제어전압이 아닌 보다 낮은 일정전압을 인가하여 보다 정확하게 정상속도로 돌아올 수 있도록 하고, 소정시간(t2) 일때에는 정상제어전압이 아닌 보다 높은 일정전압을 인가하여 보다 정확하게 정상속도를 돌아올 수 있도록 하는 것이 가능하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 모터의 회전속도를 판단하여 모터속도가 한계속도 이하일 경우 그 모터속도를 여러 단계로 나누어서 각각 그 속도에 해당하는 일정전압을 인가하므로써, 보다 정확하게 모터의 속도가 정상속도에 도달할 수 있고, 일정전압과 제어전압의 전환시 완만한 제어전압의 변동으로 과도 특성상의 오버슈트가 현저하게 개선되며, 정상속도에서 모터가 회전하고 있을 경우 급격한 외란에 의한 속도변동 발생시에도 빠른 응답이 가능하므로 제어계의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 모터속도 제어방법에 있어서, 초기 모터(M1) 구동시 정상속도에 이르는 시점까지의 속도를 다단 순차 검출한 후, 이의 파형을 정형화시킨 다음 속도 제어부(1)에 순차 입력시켜, 정상제어전압 보다 높은 초기모터 구동 제어전압을 상승 속도에 점차 반비례하도록 출력케 하는 단계(1A)와 ; 이 입력된 모터(M1)의 회전속도를 한계속도와 비교하여, 모터(M1)의 회전속도가 한계속도 보다 작은 경우 그 회전속도를 판단하는 단계(1B,1C)와 ; 판단된 모터(M1)의 회전속도에 해당하는 일정전압을 설정한 후, 이를 속도에 반비례하는 아날로그 제어전압 신호로 변환하는 단계(1D,1E)와 ; 변환된 아날로그 제어전압 신호가 모터(M1)를 구동할 수 있도록 속도선택신호(SV)를 고정단자(b)로 선택하는 단계(1F)와 ; 상기 단계(1B,1C)에서 모터(M1)의 회전속도가 증가하여 한계속도 보다 커질 경우 정상적인 속도제어전압을 설정하고, 이와 동시에 스위칭부(6)를 제어하는 속도선택신호(SV)를 출력하여 고정단자(c)로 스위칭이 이루어지도록 하는 단계(1H)로 이루어져, 초기 모터의 속도를 검출한 후 설정된 모터속도 레벨보다 작을 때, 그와 반비례하는 레벨의 제어전압을 초기 공급하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도 제어방법.