KR960011212B1 - 서보모터 제어장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

서보모터 제어장치
제1도는 본 발명의 실시예에서 인터럽션 루틴의 흐름도.
제2도는 제1도의 실시예인 서보모터 제어장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.
제3도는 제1도의 실시예에서 여러 가지 연산값들 간의 관계를 나타낸 타이밍도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 마이크로 컴퓨터 11 : CPU
12 : ROM 13 : RAM
14 : PPG(programmable pattern generator)
15 : FRC(fre run counter)포착회로
16 : 구동펄스 발생회로 17 : SIO(serial interface unit)
18 : 타이머/카운터 19 : 아날로그/디지탈 변환기
20 : 범용 입/출력 포트 21 : 내부 버스
본 발명은 서보모터(servomotor)의 실제주파수에 대한 정보에 따라서 그 서보모터의 주파수를 제어하기 위한 서보모터 제어장치(servomotor control device)에 관한 것이다.
DAT(digital audio tape recorder), VCR(video cassette recorder)등에서 예를들어, 회전헤드 드럼(rotating head drum)을 구동하기 위한 서보모터, 캡스턴(capstan)을 구동하기 위한 서보모터, 테프 릴(tape reel)을 구동하기 위한 서보모터등과 같은 서보모터들을 제어하기 위해서는 서보모터의 실제 주파수를 나타내는 소정의 신호가 사용되는데, 서보모터의 주파수를 나타내는 신호로서는 서보모터의 1회전 동안 센서(주파수 발생기)로 회전기구(rotating mechanism)에 장착된 하나 이상의 자기극(magnetic poles)을 감지함으로써 적어도 한번 이상 발생되는 펄스신호가 사용된다.
이와같은 펄스신호들의 간격으로부터 주파수를 계산하게 된다.
이렇게 측정된 주파수는 목표 주파수(target frequency)와 비교되는데, 측정 주파수의 차이는 서보모터에 대한 제어신호를 발생시키는데 사용된다.
그와 같은 서보모터용 제어신호로서, AC 모터의 경우에는 예를들면, PWM(pulse width modulation : 펄스폭 변조)회로에 의해 생성되는 아날로그 파형신호(analog waveform signal)가 사용되고, DC모터의 경우에는 PWM회로 또는 디지탈/아날로그 변환기 등과 같은 회로에의해 생성되는 아날로그 전압신호가 사용된다.
상술한 바와 같이, 주파수 발생기로부터 받아들여진 펄스신호의 간격으로부터 산출된 주파수와 목표 주파수를 비교하는 것에 의해서만 제어신호를 산출하는 종래의 서보모터 제어장치는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.
주파수 발생기로부터 펄스신호가 공급되는 시점과 서보모터 제어신호가 계산되는 시점간의 시간지연,(이 시간지연은 서보모터 제어신호에 대한 계산이 하드웨어에 의해 수행되거나 소프트웨어에 의해 수행되더라도 마찬가지로 발생됨.) 때문에 펄스신호를 받아들이는 그 시점에 맞는 제어신호를 출력한다는 것이 불가능 하였다.
일반적으로, 서보모터 제어가 하드웨어에 의해 수행되도록 하면, 시간지연의 값은 더 작아질 수 있다.
소프트웨어에 의해 서보제어가 이루어지게 되는 경우에는 산술연산에는 덧셈, 뺄셈 뿐만 아니라 곱셈과 같이 시간이 오래 걸리는 연산 포함되어 있기 때문에 시간지연은 상당한 값을 갖게 된다.
따라서, 펄스신호를 얻게 되는 시점에서 출력제어 신호가 최적값이 되더라도 제어신호가 실제로 출력되는 그 시점에서 출력제어 신호는 최적값과 달라지게 된다.
그 결과, 서보시스템의 응답속도는 저하되고, 모터속도가 수렴되지 않아 링잉(ringing) 효과가 발생되지만 진폭이 점차 진동하게 되는 문제들이 생겨 서보시스템이 안전상태(stable condition)를 유지하기가 어려웠다.
따라서, 본 발명의 목적은 빠른 응답을 제공하고 서보 모터의 링잉(ringing)을 방지하는 서보모터 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 서보모터 제어장치는 서보모터의 실제 주파수에 상응한 주파수를 가는 펄스신호를 생성시키는 펄스발생 수단과, 상기한 서보모터를 제어하기 위해 상기 펄스신호를 토대로 한 제어신호를 출력하는 산술 연산 수단(arithmetic operation means)을 포함하되, 상기한 산술연산 수단은 상기 펄스신호가 발생되는 시점과 상기 서보모터로 상기 서보모터 제어신호가 인가되는 시점간의 시간지연으로 인한 상기 서보모터의 주파수에 대한 예측된 변이(preestimated variation)에 근거하여 외삽보정(extrapolation correction)을 수행하여 상기 제어신호를 발생시킨다.
동일한 산술연산이 수행되는 한 산술연산에 필요한 시간은 실제적으로 일정하기 때문에 펄스신호가 발생될 때의 시점과 서보모터 제어신호가 출력될 때의 시점간의 시간지연을 예측하는 것이 가능하게 된다.
이 지연시간으로 인한 서보모터 회전속도의 변이는 외삽 계산법(extrapoiative calculation)에 의해 예측된다.
예측된 속도에 따라서 제어신호가 출력된다.
따라서, 상기 제어신호가 실시간격으로 출력됨으로써 모터의 응답속도가 충분히 빨라지게 되며, 서보모터의 링잉발생없이 서보제어가 안정되게 수행될 수 있게 된다.
이제부터, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 기술하겠다.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 VCR의 서보모터 제어장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
제2도에서, 참조번호 10은 서보제어를 위한 마이트로 컴퓨터(microcomputer)를 나타낸 것이다.
이 마이크로 컴퓨터(10)는 CPU(11)와, ROM(12), RAM(13), PPG (programmable pattern generator : 프로그램 가능한 패턴 발생기)(14), FRC( free run couter)포착회로(15)와, 구동펄스 발생회로(16)와, 직렬 데이타의 입/출력 변환을 위한 SIO(serial interface unite : 직렬 인터페이스 회로)(17)와, 타이머/카운터(18)와, 아날로그/디지탈 변환기(19) 및, 범용 입/출력 포트(20)를 포함한다.
상기한 구성요소들은 내부 버스(21)를 통하여 상호 연결되어 있다.
이 마이크로 컴퓨터(10)에는 VCR 회전 헤드드럼(22)과, CTL헤드(control head)(23)와, 구동회로24)를 통하여 캡스턴 구동모터(25)가 연결되고, 구동회로(26)를 통하여 회전헤드 드럼 구동모터(27)가 연결되며, 캡스턴 주파수 발생기(28)와, 상기 회전 헤드드럼(22)의 주파수 발생기(29) 및, 수정 발진기(31)가 각각 연결된다.
상기한 PPG(14)는 회전헤드 드럼(22)의 헤드 스위칭 펄스(heed switching pulse : 이하 'HSW'라 약칭함)와, 상기와, 헤드 증폭기(도시되지 않음)의 제어신호(head amplifier control signal : 이하 'HAMP'이라 약칭함)와, 상기 CTL의 헤드(23)의 기록제어 신호(record dontrol signal : 이하 'REC-CTL'이라 약칭함)와, 의사 수직동기신호(false vertical synchronizing signal : 이하 'FV'라 함) 및, 오디오 헤드 스위칭 펄스 (audio head switching pulse : 이하 'A-HSE'라 약칭함)와 같은 다양한 패턴의 신호들을 발생시킨다.
상기한 PPG(14)는 본 발명과 직접적인 관련이 없기 때문에 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.
주요 구성요소로서 프리런 카운터(free run counter)를 갖는 FRC 포착회로(15)는 수직동기 신호 VSYNC의 펄스에지 타이밍(timing of pulse edge)에 동기되어, 캡스턴 주파수 발생기(28)로부터 제공되는 캡스턴 주파수 펄스(capstan frequency pulse : 이하 'D-FG'라 약칭함)와, 회전헤드 드럼(22)의 주파수 발생기(29)로부터 제공되는 드럼 주파수 펄스(drum frequendcy pulse : 이하 'D-FG'라 약칭함)와, 상기한 CTL 헤드(23)로부터 제공되는 재생제어 신호(reproduction control signal : 이하 'PL-CTL'이라 칭함)를 래치(latch)한다.
각 모터의 실제 회전위치는 프린런 카운터의 계수값에 의해 표시되는데 그 계수값은 CPU(11)로 제공된다.
앞서 설명된 주파수 발생기(28) 및 (29)는 캡스턴 구동모터(25) 및 회전 헤드 드럼 구동모터(27)의 실제속도를 각각 검출하는데 사용된다.
CPU(11)는 FRC 포착회로(15)로부터 공급되는 프리런 카운터의 계수값을 사용하여 산술연산을 수행하여 구동펄스 발생회로(16)로 모터제어 신호를 출력한다.
구동펄스 발생회로(16)는 듀티 제어회로(duty control circuit)로서,CPU(11)로부터 공급되는 제어량에 따라서 캡스턴 구동모터(25)와 회전헤드 드럼 구동모터(27)의 주사수 및 위상을 각각 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하여 구동회로(24) 및 (25)에 각각 제공함으로써 상기 캡스턴 구동모터(25) 및 회전헤드 드럼 구동모터(27)가 서보저에 되도록 한다.
아날로그/디지탈 변환기(19)는 캡스턴 센서와 회전기 센서로부터 조절(adjustment)을 위해 사용되는 데이타와 신호들을 제공 받는다.
범용 입/출력 포트(20)는 릴센서(reel sensor)로부터 신호를 받아들여 캡스턴 제어신호 및 회전기 제어신호를 출력한다. 제1도는 CPU(11)가 캡스턴 구동모터(25)에 대한 제어량을 계산할 때 수행하는 인터럽트 루틴의 흐름도이다. 이 인트럽션 루틴은 주파수 발생기(28)로부터 받아들이게 되는 캡스턴 주파수 펄스(C-FG)의 상승에지(rising edge)에 의해 수행되게 된다.
단계 S1에서는, FRC 포착회로(15)가 자신의 프리런 카운터의 계수값을 계수값 Cfrc로서 래치한다.
단계 S2에서는, 이전의 인터럽션 루틴 수행에 따른 프리런 카운터의 이전 계수값 Cfrc이 RMA(13)의 특정 저장위치 M1로부터 읽혀지고, 현재 수행되는 인터럽션 루틴에 따른 프리런 카운터의 새로운 계수값 Cfrc가 상기 저장위치 M1에 저장된다.
단계 S3에서는, 그때의 캡스턴 주파수 펄스(C-FG)의 주기(period)를 나타내는 값 Tn이 다음의 식에 따라 계산된다.
Tn=Cfrc-Cfrc'
단계 S4에서는, 이전의 인터럽션 루틴 수행과정에서 얻어진 캡스턴 구동모터(25)의 예측된 속도를 나타내는 값 Xn-1이 RMA(13)의 특정 저장위치 Mn-1로부터 읽혀진다.
단계 S5에서는, 상기 캡스턴 구동모터(25)의 새로운 예측속도를 나타내는 값 Xn이 다음에 주어진 식에 따라서 계산된다.
Xn={(1/Tn-Xn-1)Tn}/(Tn-Tx)+Xn-1=(1-Xn-1Tn)/(Tn-Tx)+Xn-1
초기값 X1은 다음식에 따라 주어진다.
Xn={(1/T1-1/T0)(T1+Tx)}/T1+1/T0
여기서, Tx는 캡스턴 주파수 펄스(C-FG)의 상승시간에 래치된 값들을 사용하여 연산이 수행된후 캡스턴 주파수 펄스(C-FG)가 상승하는 시점과 서보모터 제어신호가 출력되는 시점간의 지연시간에 상응한 값이다.
본 발명의 실시예에서는 Tx값이 상수값이다.
단계 S6에서는, 캡스턴 구동모터(25)의 예측 속도를 나타내는 예측값 Xn이 상기 저상위치 M2에 저장된다.
단계 S7에서는, 상기한 예측값 Xn을 이숑하여 다음의 식에 따라 캡스턴 구동모터(25)를 위한 제어신호 On이 계산되며, 계산된 제어신호는 구동펄스 발생회로(16)로 출력된다.
On=f(Xn)
여기서, f(Xn)은 서보모터의 예측속도 Xn으로부터 상기 서보모터에 대한 제어출력을 계산하기 위한 함수이다.
이 함수는 서보루프의 종류에 따라서 달라지게 되며, 사용되는 서보모터의 특성과 서보이득(servo gain)등에 따라 결정된다.
단계 S7 이후에 CPU(11)는 인터럽션 루틴으로부터 빠져나와 메인루틴(main routine)으로 복귀하게 된다.
제3도는 캡스턴 주파수 펄스(C-FG)와, 이 펄스(C-FG)의 주기를 나타내는 값 Tn과, 지연시간 및, 캡스턴 구동모터(25)의 에측속도를 나타내는 값 Xn사칙 관계를 나타낸 타이밍도이다. 캡스턴 주파수 펄스(C-FG)는 t0, t1, …tn-1, tn의 타이밍에서 공급된다.
각 펄스에 대하여 제1도에 도시된 인터럽션 루틴이 실행됨으로써 주기 T0, T1, …Tn-1및 Tn이 계산된다. 주기 T0, T1, …Tn-1및 Tn의 역수 1/T0, 1/T1, …1/Tn-1및 1/Tn은 캡스턴 구동모터(25)의 회전속도에 해당한다.
이들 계산된 속도는 타이밍 t0, t1, …tn-1, tn에서의 캡스턴 구동모터(25)의 속도를 나타낸다.
그러나, 계산된 속도를 토대로 생성되는 캡스턴 구동모터(25)용 제어신호가 출력되는 실제시간은 타이밍 t0, t1, …tn-1, tn으로부터 Tx정도 지연된다.
따라서, 본 실시예에서는 캡스턴 구동모터(25)의 Tx이후의 속도를 나타내는 예측된 속도 Xn이 상술한 선형 외삽 공식(linear extrapolation fomula) Xn=(1-Xn-1Tn)/Tn-Tx)+Xn-1에 의해 계산된다.
그 결과, 제어량이 실로 출력되는 시접에서 정확하게 속도 Xn에 해당하는 서보제어량을 얻을 수 있게 되어 서보모터의 응답속도가 상당히 증가됨으로서 링잉(ringing)현상이 발생이 없이 서보제어를 안정되게 수행할 수 있게 된다.
지금까지 캡스턴 구동모터(25)에 대한 서보제어에 대해서만 설명하였지만, 회전헤드 드럼 구동모터(27)로 동일한 방식으로 서보제어된다.
본 발명은 VCR의 서보제어 장치일 뿐만 아니라, DAT 또는 다른 시스템의 서보제어 장치로서 채용될 수도 있다.
상술한 실시예에서는 산술연산으로 인한 지연시간 Tx가 일정 하였지만, 지연시간 Tx는 변화될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 외삽 공식으로서 선형방정식이 사용되었지만 2차 또는 그 이상의 차수를 갖는 외삽공식이 사용될 수도 있다.
본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 다양한 실시예들이 구성될 수도 있으며, 본 발명은 첨부된 청구범위를 제외하고는 명세서에서 설명된 특정 실시예에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다.

Claims (3)

  1. 서보모터의 실제 주파수에 상응하는 주파수를 갖는 펄스신호를 발생시키는 펄스발생수단과, 상기 펄스신호에 의거해서 상기 서보모터를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 산술연산수단을 구비하고, 상기 산술연산수단은 상기 펄스신호가 발생되는 시점과 상기 서보모터로 상기 제어신호가 인가되는 시점간의 시간 지연에 의해 상기 서보모터의 주파수의 예측변이에 의거하여 외삽보정을 행함으로서 상기 제어 신호를 발생하고, 상기 산술연산수단은 다음의 식에 의해 상기 제어 신호 Xn을 계산하고,
    Xn=(1-Xn-1Tn)/Tn-Tx0+Xn-1
    상기 식에서 Tn은 상기 펄스발생수단으로부터 받아드리게되는 상기 펄스신호의 주기 tn과, 상기 펄스 발생수단으로부터 이전에 받아들인 이전 펄스신호의 주기 tn-1의 차에 대응하는 값이고, Xn-1은 상기 산술 연산 수단에 의해 이전에 계산된 제어신호이며, Tx는 상기 펄스 발생수단으로부터 펄스신호가 받아드려지는 시점과 상기 산술연산수단으로부터 제어신호가 출력되는 시점단의 시간주기에 대응하는 값이고, 초기 값 X1은 다음식
    Xn={(1/T1-1/T0)(T1+Tx)}/T1+1/T0
    으로 표현되며, 상기 식에서 T1은 상기 초기 값 X1을 상기 산술 연산 수단이 계산되는 시점에서 상기 펄스발생수단으로 부터 받아드려지는 펄스 신호의 주기 t1과 상기 펄스신호 주기 t1이전의펄스신호 t0간의 차이에 대응하는 값이고, T0는 상기 펄스 신호의 주기 t0와 상기 펄스신호의 주기 t0이전의 펄스신호 주기간의 차에 대응하는 값으로 표현되는 서보 모터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펄스 발생수단은 DAT 또는 VCR의 캡스턴 구동모터의 주파수를 검출하는 펄스발생기를 구비하는 서보 모터 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 펄스 발생수단은 DAT 또는 VCR의 회전 헤드 드럼 구동 모터의 주파수 검출을 검출하는 펄스 발생기를 구비하는 서보 모터 제어장치.
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