KR970000908B1 - 전기 유압 서보시스템 - Google Patents

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디. 가브릴로스 앤드류
사무엘 랜드 로버트
엠. 쇼우 스코트
웨이드 스파포드 조엘
왈코 로날드 제이
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인터내셔널 콘트롤 오토메이션 파이낸스 에스. 에이.
루시아노 아씨아리
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Abstract

내용 없음.

Description

전기 유압 서보시스템
제1도는 종래의 피구동서보장치의 위치를 제어하기 위한 전기유압시스템의 개요도.
제2도는 본 발명에 따른 전기유압서보시스템의 개요도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전기-유압서보시스템 12 : 피구동서보장치
14 : 유압서보구동기 16 : 선형전압차동변압기
18 : 서보모우터 20 : 코일
22 : 전기-유압파일로트벨브 30 : 전기-유압위치제어시스템
32 : 마이크로콘트롤러 34 : 코일
36 : 전기유압파일로트밸브 38 : 유압서보구동기
40 : 피구동서보장치 42 : 선형전압차동변압기
44 : 전압발진기 46 : 복조기
48 : 멀티플렉서 및 아날로그/디지탈변환기 52 : 마이크로프로세서
54 : 병렬통신버스 56 : 비휘발성기억장치
58 : 디지탈/아날로그변환기 60 : 차동장치
62 : 제어기 64 : 증폭기
본 발명은 피구동서보장치의 위치를 제어하는 전기-유압(電氣-流壓)서보시스템에 관한 것으로, 특히 관련된 기억장치에 기억된 교정매개변수들을 써서 피구동서보장치의 위치를 자동으로 교정해줄 수 있도록 된 전기유압서보시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기유압시스템은 높은 추력과 신속정확한 위치제어가 요구되는 제어밸브나 기타 피구동서보장치의 위치제어를 위해 광범위하게 사용되고 있는데, 이러한 종래의 전기유압시스템들은 제어되어지는 피제어장치를 정확히 위치제어해서 적절히 동작하도록 해주기 위해 주기적으로 교정해 주어야 한다는 문제가 있었고, 또 시스템을 만족할만큼 교정해 주기 위해서는 일반적으로 다양한 제어회로의 매개변수들을 수동으로 조절해 주어야할 뿐만 아니라 제어되어질 피제어장치를 미리 설정해 놓은 위치에 수동으로 놓아주도록 해야 한다는 문제점이 있었다.
그런데 종래의 전기유압시스템에 있어서는 피제어장치를 제어해 주게 되는 제어회로가 그 피제어장치로부터 비교적 멀리 떨어져 위치하고 있기 때문에, 위치교정을 해주기 위해서는 하나의 통신회로 외에도 다수의 인원이 필요하게 되고, 경우에 따라서는 많은 시간이 소모될 뿐만 아니라 교정작업을 반복수행해야 한다는 문제점이 있었다. 한편 이러한 종래의 경우에는 교정작업들로부터 얻어진 결과치인 전위차계설정값등이 진동이나 접촉으로 인해 마모되게 된다던지 또는 전위차계가 노후되어져 위치변동이 일어나기가 쉽고, 그 때문에 피제어장치의 위치설정이 적합하게 되지 못하게 된다고 하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제들을 해결하기 위해 발명된 것으로, 전기유압위치제어시스템에서 비휘발성기억장치와 상호 교통되는 데이타의 흐름을 제어해 주도록 된 마이크로프로세서를 이용함으로써 상기와 같은 종래의 기술과 관련되거나 기타 여러 가지 문제점이 해결되어지도록 하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는, 시스템이 교정동작모우드에 놓여졌을때 결정되는 교정매개변수를 저장하기 위해 공지의 집적회로반도체칩과 같은 기억장치가 사용되고, 피구동서보장치가 새로운 요구위치에 이르도록 하기 위해 마이크로프로세서가 상기 기억장치내에 기억되어진 교정변수에 따라 피구동서보장치의 요구위치를 조정하게 됨으로써 전반적인 시스템동작을 제어해 주도록 되어 있다.
더우기, 마이크로콘트롤러를 사용함으로써 시스템변수들을 관측하고, 오동작상태를 포함하여 상기 변수들이 기대치로부터 벗어나는 상태를 알려주도록 할 수 있으며, 또한 상기 마이크로콘트롤러는 시스템변수들의 조건을 마이크로프로세서에 알려주게 된다.
이하 본 발명의 구성 및 작용, 효과를 예시된 도면에 의거 상세히 설명한다.
본 발명에 대해 구체적으로 설명하기 위하여 종래의 전기수압서보시스템에 대해 우선적으로 설명하면, 제1도는 증기터어빈의 제어밸브나 그 밖에 높은 추력과 신속정확한 위치제어를 요하는 장치 등과 같은 피구동서보장치(12)의 위치를 제어하기 위한 종래의 전기유압서보시스템(10)을 개략적으로 도시하고 있는바, 이 전기유압서보시스템(10)은 작동자의 요청이나 다른 제어장치(도시되지 않음)로부터의 요구위치를 나타내는 신호를 받아들이도록 된 유압서보구동기(14)를 포함하며, 이 유압서보구동기(14)는 동작상 서보모터(피스톤)(18)에 의해 서보피구동부(12)에 연결되어진 선형전압차동변압기(16)에다 여기 전압을 공급해 준다.
한편 유압서보구동기(14)가 피구동서보장치(12)의 요구위치를 실제위치와 비교하고 양 위치 사이에 차이가 있으면 출력신호를 발생시키도록 해주기 위하여 상기 선형전압차동변압기(16)의 출력단은 유압서보구동기(14)의 입력단에 연결되어지는데, 그들 위치에 있어서 상기와 같은 차이가 발생할 경우 상기 유압서보구동기(14)에 의해 발생되어진 출력신호는 전기-유압파일로트밸브(22)와 결합된 한쌍의 코일(20)로 인가되며, 상기 파일로트밸브(22)는 활성화 서보모우터(18)로 흐르는 고압유체의 흐름을 안정화시켜 주게 된다.
이 파일로트밸브(22)는 코일(20)의 구동에 따라 중립위치로부터 이동됨으로써 고압유체오일을 그 밸브(22)를 통하여 오일공급원(도시되지 않음)으로부터 서보모우터(18)의 한쪽 끝으로 흐르도록 해주고, 또한 상기 오일이 파일로트밸브(22)를 통하여 서보모우터(18)의 다른쪽 끝으로부터 오일저장소(도시되지 않음)방향으로 배출되도록 해주는데, 이와 같은 유체오일의 흐름은 서보모우터(18)의 피스톤이 피구동서보장치(12)에 대한 요구위치와 그 실제위치 사이의 차를 축소시키는 방향으로 움직이도록 해주게 된다.
한편 피구동서보장치(12)의 실제위치와 그에 대해 요구위치 사이의 차가 감소하게 되면 상기 유압서보구동기(14)는 전기유압파일로트밸브(22)에 연결된 코일들(20)로 흐르는 전류를 감소시켜 주게 되는바, 예컨데 피구동서보장치(12)의 위치요구와 실제위치 사이의 차가 0이 되면, 상기 전기유압식 파일로트밸브(22)는 원래의 중립위치로 되돌아가면서 서보모우터(18)에 대한 유체의 흐름을 종료시키고 피구동서보장치(12)를 수정된 위치에다 고정시켜 주게 된다.
한편 앞에서 설명한 종래의 전기유압서보시스템(10)은 전기유압안내밸브(22)를 제어하기 위하여 일반적으로 공지의 아날로그회로장치를 사용하는데, 이와 같은 회로장치는 선형전압차동변압기(16)에 의해 발생되어진 위치궤환신호를 교정하기 위하여 많은 점퍼와 가변저항을 이용하는바, 따라서 이러한 종래 시스템에서 만족할만한 시스템교정값을 얻기 위해서는, 회로매개변수가 조절되어지는 동안 피구동서보장치(12)가 수동에 의해 소정위치로 옮겨져야 했다.
또, 상기와 같은 종래의 회로장치는 통상 피구동서보장치(12)와 제어실로부터 멀리 떨어져 설치되기 때문에 시스템의 교정작업시에는 하나의 통신망 외에도 그 통신망을 통해 함께 작업하는 셋이나 또는 그 이상의 사람들을 더 필요로 하였으며, 따라서 많은 경우에 있어서 종래의 전기유압시스템(10)에 대한 교정시에는 시간을 많이 소비하는 반복적인 교정작업을 필요로 하였고, 또한 상기 가변저항의 설치시에도 진동이나 접촉에 의한 마모 또는 노후로 인한 전위차계의 위치이동이 문제가 되었다.
한편 제2도는 본 발명에 따른 전기유압서보시스템의 개요도로서, 마이크로콘트롤러(32)를 사용하여 전기 유압식 파일로트밸브(36)에 연결된 코일들(34)의 활성화를 제어해줌으로써 피구동서보장치(40)에 연결된 유압서보구동기(38)에 대한 유체오일의 흐름을 순차적으로 조절해 주도록 된 전기유압위치제어시스템(30)이 도시되어져 있다.
여기서, 상기 마이크로콘트롤러(32)는 중앙처리장치(CPU)와 리드온리메모리(ROM) 및 랜덤억세스메모리(RAM)로 이루어진 반도체회로장치로서 일반적으로 잘 알려진 디지탈집적회로칩을 사용하며, 이 칩은 소규모의 특정업무가 수행되는 독립컴퓨터프로그램을 실행하는데 사용된다. 또 피구동서보장치(40)의 실제위치는 발진기(44)로부터 여기 전압을 받아들이는 선형전압차동변압기(42)에 의해 결정되며, 이 선형가변차동변압기(42)의 출력은 피구동서보장치(40)의 실제위치를 나타내는 신호를 발생시켜 주는 복조기(demodulator)(46)의 입력단으로 연결되어지고, 이 피구동서보장치(40)의 실제위치를 나타내는 복조기(46)의 출력신호는 멀티플렉서 및 아날로그/디지탈변환기(48)의 입력단으로 인가되게 된다.
또한 상기 멀리플렉서 및 A/D변환기(48)는 도선(50)을 통해 요구위치를 나타내는 신호를 받아들이는 한편 코일(34)을 통과하는 전류신호도 아울러 받아들이고, 이들 세개의 아날로그신호들을 디지탈신호로 변환하여 마이크로콘트롤러(32)에 인가시켜 주게 되며, 상기 마이크로콘트롤러(32)는 피구동서보장치(40)의 실제위치를 나타내는 신호와 코일(34)을 통과하는 전류를 나타내는 신호를 관측하고, 병렬통신버스(54)를 통하여 마이크로프로세서(52)에 가해지는 신호의 기대치에 대한 편차를 보고해준다.
여기서 이 마이크로프로세서(52)는 중앙처리장치를 구성하도록 반도체회로장치로 이루어진 일반적인 디지탈집적회로칩으로서, 광범위한 기능을 수행하는데 사용되어질 수 있는 통상의 계산장치인 바, 본 발명에 있어서는 이 마이크로프로세서(52)가 전체공정을 제어하는 통상의 외부회로로부터 현재의 요구위치를 나타내는 신호를 받아들이고, 비휘발성기억장치(56)에 기억되어 있는 이미 얻어진 교정매개변수들을 사용하여 새로운 요구위치를 계산하며, 이 마이크로프로세서(52)는 다시 통신버스(54)를 통하여 마이크로콘트롤러(32)에다 새로운 요구위치를 나타내는 신호를 전송한다. 한편 마이크로콘트롤러(32)가 미리 설정된 시간안에 통신버스(54)를 통하여 마이크로프로세서(52)로부터 새로운 요구위치를 받아들이지 않게 되면 그 마이크로프로세서(52)는 자동동작을 정지하게 되는바, 이때 마이크로콘트롤러(32)는 반전되면서 비상 수동모드를 가리키게 되며, 피구동서보장치(40)는 마이크로콘트롤러(32)의 수동입력에 의해, 그리고 상하구동에 의해 수동으로 조절될 수가 있게 된다.
예컨대, 디지탈/아날로그변환기(58)가 새로운 요구위치를 나타내는 신호를 아날로그신호로 변환시켜 복조기(46)로부터 전달된 서보피구동부(40)의 실제위치를 나타내는 신호와 함께 차동장치(60)에다 인가시켜 주게 되면, 이 차동장치(60)는 피구동서보장치(40)의 실제위치와 새로운 위치요구 사이의 편차를 결정하고 제어기(62)에다 이 편차를 제거하기 위한 교정신호를 보내주게 되며, 상기 제어기(62)의 출력은 증폭기(64)에 의해 차례로 증폭되어 전기유압파일로트밸브(36)에 연결된 코일(34)로 인가된다.
한편 상기 마이크로콘트롤러(32)의 여러 기능들중의 하나는 필요에 따라 시스템교정싸이클을 수행하도록 된 것인데 이 교정싸이클을 다음과 같은 단계로 구성된다.
a) 피구동장치(40)를 그 100% 기계적 한계위치에서 구동시킨다.
b) 마이크로콘트롤러(32)에서 P100으로 결정되어진 측정위치를 기억시키는 한편 이 측정위치 P100을 통신버스(54)를 통해 마이크로프로세서(52)로 보내어 비휘발성기억장치(56)에다 차례로 기억시킨다.
c) 피구동서보장치(40)를 0%의 기계적 한계위치까지 구동시킨다.
d) 상기 마이크로콘트롤러(32)에서 P0으로 결정되어진 측정위치를 기억시키는 한편 이 측정위치 P0를 통신버스(54)를 통하여 마이크로프로세서(52)로 보내어 비휘발성기억장치(56)에다 차례로 그 위치를 기억시킨다.
e) 피구동서보장치를 원래의 요구위치로 다시 구동시킨다.
상기와 같이 비휘발성기억장치(56)에 기억되어진 교정정수(P0, P100)로부터, 피구동서보장치(40)에 대한 실제요구위치는 마이크로프로세서(52)에 의해서 다음 관계식으로 결정되어질 수 있는바,
Figure kpo00001
따라서 교정작업이 훨씬 수월해지게 될 뿐 아니라 한번 교정되어짐으로써 바람직한 요구위치를 발생시켜 주도록 피구동서보장치(40)의 위치를 제어하는데 사용되어질 수도 있다.
상기와 같은 시스템교정 및 구동을 위한 본 발명의 장치와 방법은 종래의 시스템보다 많은 잇점들을 제공해 주게 되는바, 우선 본 발명은 시스템교정이 자동적으로 수행되도록 해주고 또한 교정을 위하여 요구되어지는 시간과 인력을 크게 감소시켜 주며, 교정시간이 크게 감소되어짐에 따라 피구동서보장치(40)는 종래의 시스템으로 교정작업을 행할 때보다 훨씬 짧은 시간내에 교정작업을 마칠 수 있게 되고, 더우기 본 발명에 따른 교정이 별다른 시험설비를 필요로 하지 않기 때문에 그에 따른 비용이나 시험설비에 의해 발생될 수 있는 임의의 시행착오들을 제거해줄 수 있는 효과가 있다. 또한 교정매개변수들이 결정되어 비휘발성기억장치(56)에 기억되기 때문에 필요에 따라 유압서보구동기(38)를 쉽게 교체해줄 수가 있고, 교정매개변수들이 다시 사용될 수가 있으므로 교체된 구동기(38)에 대해 새로운 교정사이클를 필요로 하지 않게 되며 이러한 효과는 비단 유압서보구동기(38)에만 한정되는 것이 아니라 상태가 나쁘거나 교체가 필요한 시스템의 어떤 임의의 요소에 대해서도 적용되어질 수 있다.
또한 비휘발성기억유니트(56)에 교정매개변수들을 기억시켜줌으로써 진동이나 접촉마모 및 가변저항의 노후로 인한 에러발생을 제거해줄 수가 있고, 독단적인 조작에 대해 발생되는 교정값의 변동을 검출하여 그것을 바로잡아줄 수 있는 효과가 있다.
또 마이크로콘트롤러(32)를 이용하여 시스템의 에러를 자동적으로 검출할 수도 있는바, 즉 마이크로콘트롤러(32)는 피구동서보장치(40)의 실제위치와 그에 대한 요구위치 및 전기유압파일로트밸브(36)와 관련된 작동코일들(34)을 통해서 흐르는 전류량을 나타내는 신호를 관측하고, 이들값이 한계점을 초과하는 경우에 이를 알려주는 작용을 해준다

Claims (7)

  1. 증기터어빈제어밸브와 같은 피구동서보장치의 위치를 제어하는 전기유압서보시스템에 있어서, 상기 피구동서보장치(40)의 현재 위치를 결정하는 위치결정장치와, 상기 피구동서보장치(40)에 대한 교정데이타를 얻기 위해 자동교정과정을 통해 상기 피구동서보장치(40)를 구동시켜 주는 마이크로콘트롤러(32), 상기 교정데이타가 기억되는 기억장치, 이 기억장치로부터 상기 교정데이타를 악세스하고 이 교정데이타를 가지고 피구동서보장치(40)의 요구위치를 산출해내게 되는 마이크로프로세서(52), 상기 피구동서보장치(40)의 현재 위치와 요구위치 사이에 편차가 있을 경우 출력신호를 발생시켜 주는 신호발생장치, 상기 피구동서보장치(40)가 요구위치로 이동되어지도록 상기 출력신호에 응답하는 응답장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기유압서보시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출력신호에 응답하는 장치에는 상기 피구동서보장치(40)의 이동을 제어해주는 밸브장치(36)가 포함된 것을 특징으로 하는 전기유압서보시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밸브장치(36)는 상기 피구동서보장치(40)와 동작상 연결되도록 된 것을 특징으로 하는 전기유압서보시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 위치결정장치는 선형전압차동변압기(42)로 된 것을 특징으로 하는 전기유압서보시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 위치결정장치에는 상기 선형전압차동변압기(42)에 여기전압발생장치가 포함된 것을 특징으로 하는 전기유압서보시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 여기전압발생장치는 전압발진기(44)로 된 것을 특징으로 하는 전기유압서보시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기억장치는 비휘발성기억장치(56)로 된 것을 특징으로 하는 전기유압서보시스템.
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