WO2021221258A1 - 제어 파라미터 설정 및 양품 판정을 수행하는 생산 장비 - Google Patents

제어 파라미터 설정 및 양품 판정을 수행하는 생산 장비 Download PDF

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WO2021221258A1
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sine wave
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양두영
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엘지이노텍 주식회사
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    • G06F17/142—Fast Fourier transforms, e.g. using a Cooley-Tukey type algorithm

Definitions

  • the present invention relates to production equipment, and more specifically, a production equipment and production method for transmitting a sine wave of a variable frequency, using a signal received from the controller to set control parameters of the controller and to determine whether the controller or motor is good or bad;
  • the present invention relates to a control apparatus and a control parameter setting method for setting a control parameter and determining a good product by using a sine wave of a variable frequency.
  • control board or motor In the production process of producing a control board for controlling a motor, the control board or motor is judged as good, and the control board and the motor that are judged to be good are shipped. At this time, in order to determine the quality of the control board and the motor, the quality determination is performed on each of the control board and the motor, and the control board and the motor are shipped according to the results of the determination of the quality of the control board and the motor.
  • the motor control parameter is fixed as one control parameter when the good product is determined for the control board, and when the good product is determined for the motor, the control parameter of the control board is fixed as one control parameter to determine the good product
  • the control parameters are different for each motor or control board, there is a problem in that the actual product is judged as defective even though the actual product is correct, or the product is judged as good even though the product is not good.
  • the motor has unique characteristics such as resistance, inductance, frictional force, and the like, and the characteristic values are measured or used to design position/speed/current control logic using design values.
  • the characteristic values are measured or used to design position/speed/current control logic using design values.
  • the measured value may also have a measurement error.
  • the characteristic values of the motors mentioned above have variations depending on samples and may vary depending on temperature or aging. In order to reflect these characteristics in the control, currently in the development stage, the motor characteristic values are measured with several samples under various conditions to design the controller values, so there is an error between the actual samples, and accordingly, the optimum control performance can be achieved. it won't be possible
  • the technical problem to be solved by the present invention is to transmit a sine wave of a variable frequency, set the control parameter of the controller using a signal received from the controller, and to provide a production equipment and a production method for determining the quality of the controller or the motor will be.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a control device and a control parameter setting method for setting a control parameter and determining a good product by using a sine wave of a variable frequency.
  • the production equipment transmits a sine wave of a variable frequency to a controller connected to a load, and the current output from the load to which the sine wave is applied from the controller a frequency response analyzer configured to receive a sensing current sensed by , and analyze the received sensing current; and a processing unit that receives a result of analyzing the sensing current from the frequency response analyzer to determine whether the controller is good or calculates a control parameter of the controller and transmits it to the controller.
  • the frequency response analyzer may analyze the received sensing current by performing a fast Fourier transform.
  • the frequency response analyzer may perform fast Fourier transform using the received sensing current and the sine wave transmitted to the controller.
  • the sine wave is a sine wave with a variable frequency
  • a signal having one of the variable frequencies may be output for one period or more, or a signal having a continuously changing frequency may be output for one period or more.
  • the controller may receive a sine wave from the frequency response analyzer, convert it into a voltage signal, and apply it to the load.
  • the processor may determine whether the controller or the load is defective by using a result of analyzing the sensing current.
  • the processing unit may determine a cause of the failure of the load by using a result of analyzing the sensing current.
  • the processor may calculate a PI control parameter, a PID control parameter, or a filter coefficient of the controller by using a result of analyzing the sensing current.
  • the processor may control the frequency response analyzer by transmitting a mode entry signal to the frequency response analyzer.
  • the frequency response analyzer may transmit the sine wave to the controller using communication or a digital analog converter (DAC).
  • DAC digital analog converter
  • the load may be an actuator.
  • the production method comprises the steps of: transmitting a mode entry signal to the frequency response analysis unit; generating a sine wave of variable frequency by the frequency response analyzer and transmitting it to a controller connected to a load; receiving, from the controller, a sensing current sensing the current output from the load to which the sine wave is applied; analyzing the received sensing current by the frequency response analyzer; receiving a result of analyzing the sensing current from the frequency response analyzer; performing a quality determination of the controller or the controller and a load using a result of analyzing the sensing current or calculating a control parameter of the controller; and transmitting the calculated control parameter to the controller.
  • the analyzing of the received sensing current may include performing fast Fourier transform using the received sensing current and a sine wave transmitted to the controller for analysis.
  • the sine wave is a sine wave with a variable frequency
  • a signal having one of the variable frequencies may be output for one period or more, or a signal having a continuously changing frequency may be output for one period or more.
  • the calculating of the control parameter of the controller may include calculating a PI control parameter, a PID control parameter, or a filter coefficient of the controller using a result of analyzing the sensing current.
  • the cause of the failure of the load may be determined using a result of analyzing the sensing current.
  • a control apparatus includes: a control unit for transmitting a control signal for controlling a load to a load; a sine wave generator generating a sine wave of a variable frequency and transmitting it to a load; an analysis unit for analyzing a sensing current sensing the current output from the load; and a processing unit configured to set a control parameter of the control unit using a result of analyzing the sensing current.
  • a voltage output unit for converting the control signal of the control unit and the sine wave into a voltage signal to transmit to the load; and a current measuring unit sensing the current output from the load.
  • the analysis unit the storage unit for storing the sine wave or the sensing current; and an FFT transform unit that performs Fast Fourier Transform using the sine wave and the sensing current.
  • the processing unit may determine the quality of the load or the control device by using a result of analyzing the sensing current.
  • the sine wave generator may generate the sine wave by receiving a mode operation signal from the control unit, the production device, or the host controller.
  • the sine wave generator may periodically generate the sine wave.
  • the sine wave is a sine wave with a variable frequency
  • a signal having one of the variable frequencies may be output for one period or more, or a signal having a continuously changing frequency may be output for one period or more.
  • the frequency of the sine wave may be different from the control signal of the controller.
  • the processing unit may calculate the PI parameter, the PID parameter, or the filter coefficient of the control unit by using a result of analyzing the sensing current.
  • the processor may set the control parameter of the controller by using the inductance and impedance of the load derived from the analysis result of the sensing current.
  • the processing unit may determine a cause of the failure of the load by using a result of analyzing the sensing current.
  • the processing unit may determine whether the load is disconnected, short circuited, increased contact resistance, magnetic demagnetization, or reduced coil insulation.
  • the processor may estimate the temperature of the stator and the rotor included in the load by determining whether the magnetic flux strength, resistance, or inductance of the load changes.
  • the load may be an actuator.
  • controller may be a microcontroller unit (MCU), and the sine wave generator, the analyzer, and the processor may be implemented as a processor in the MCU.
  • MCU microcontroller unit
  • a control parameter setting method includes the steps of: a sine wave generator generating a sine wave of a variable frequency; transmitting the sine wave to a load together with a control signal generated by a control unit; sensing a current output from the load; analyzing the sensed sensing current; and setting a control parameter of the controller using a result of analyzing the sensing current.
  • the analyzing of the sensing current may include performing a Fast Fourier Transform using the sine wave and the sensing current.
  • the method may include determining the quality of the load or the control unit by using a result of analyzing the sensing current.
  • the generating of the sine wave may include generating the sine wave by receiving a mode operation signal from the control unit, the production device, or the host controller, or may periodically generate the sine wave.
  • the frequency of the sine wave may be different from the control signal of the controller.
  • the setting of the parameter of the control unit may include setting the control parameter of the control unit using an inductance and an impedance of a load derived from a result of analyzing the sensing current.
  • the temperature of the stator and the rotor included in the load is determined by determining whether the magnetic flux strength, resistance, or inductance of the load has changed using the result of analyzing the sensing current. can be estimated
  • the method of setting the control parameter may be performed by a processor of the MCU.
  • the embodiments of the first embodiment of the present invention it is possible to determine the quality of the product when the motor, the controller, and the controller and the motor are connected. In addition, it is possible to measure the controller stability in the frequency domain. Furthermore, it is possible to design a control parameter for each sample, and it is possible to reduce the deviation between products.
  • FIG. 1 shows a production process of a control parameter measuring device according to a comparative example with a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a production equipment according to an embodiment of the first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows a sine wave used in the production equipment according to an embodiment of the first embodiment of the present invention.
  • 4 and 5 are diagrams for explaining the operation of the production equipment according to the embodiment of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a production method according to an embodiment of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of a production method according to another embodiment of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram of a control device according to an embodiment of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram of a control device according to another embodiment of the second embodiment of the present invention.
  • 11 to 15 are diagrams for explaining the operation of the control device according to the second embodiment of the present invention.
  • 16 is a flowchart of a control parameter setting method according to an embodiment of the second embodiment of the present invention.
  • 17 to 19 are flowcharts of a control parameter setting method according to another embodiment of the second embodiment of the present invention.
  • the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when it is described as "at least one (or one or more) of A and (and) B, C", it is combined with A, B, C It may include one or more of all possible combinations.
  • a component when it is described that a component is 'connected', 'coupled', or 'connected' to another component, the component is directly 'connected', 'coupled', or 'connected' to the other component. In addition to the case, it may include a case of 'connected', 'coupled', or 'connected' by another element between the element and the other element.
  • FIG. 1 shows a production process of a control parameter measuring device according to a comparative example with a first embodiment of the present invention.
  • control board forming the controller and the motor which is a load controlled by the control board, before shipment, a quality judgment is performed whether the control board and the motor satisfy the design specifications.
  • the control parameters of the control board 21 and the motor 22 are measured using the control parameter measuring equipment 10, and the measured The quality determination of the control board 21 and the motor 22 is performed using the control parameters.
  • control parameters such as resistance and inductance are measured in the single unit state of the motor 22 , and it is determined whether the measured control parameter satisfies the non-defective product standard, and the defective product is shipped.
  • the control board 21 is shipped after calibrating deviation for each sample and determining a good product in a single product state. In setting the control parameters of the control board 21 before shipment, it is assumed that the control parameters of the motor are the same as the development samples and apply the controller values (P, I, D, gain, and filter) as one and the same value before shipping.
  • a response test is performed in a state where the control board 21 and the motor 22 are connected, and then shipped, the control board ( 21) and the motor 22 may be determined to be defective when the connection state is poor.
  • the control board ( 21) and the motor 22 may be determined to be defective when the connection state is poor.
  • the production equipment according to an embodiment of the first embodiment of the present invention uses frequency response analysis for more accurate quality determination and control parameter setting in the production process.
  • production equipment according to an embodiment of the first embodiment of the present invention will be described in detail.
  • FIG. 2 is a block diagram of a production equipment according to an embodiment of the first embodiment of the present invention.
  • the production equipment 100 includes a frequency response analysis unit 110 and a processing unit 120 .
  • a communication unit for transmitting and receiving signals or a memory for storing control parameters may be included.
  • the frequency response analyzer 110 transmits a sine wave of a variable frequency to the controller 210 connected to the load 220, and senses the current output from the load 220 to which the sine wave is applied from the controller 210. The sensing current is received, and the applied sine wave and the received sensing current are analyzed.
  • the frequency response analyzer 110 transmits a sine wave of a variable frequency to the controller 210 connected to the load 220 . That is, the controller 210 and the load 220 are connected, and the variable frequency sine wave is transmitted to the controller 210 while the controller 210 and the load 220 are connected.
  • the sine wave means a signal whose waveform is a sine curve, and is also called a sine wave.
  • the frequency response analyzer 110 transmits a sine wave having a variable frequency, but one frequency may be output for one cycle or more.
  • a sinusoidal wave having a variable frequency may be transmitted.
  • a sine wave can be output so that the frequency gradually increases or the frequency decreases. Alternatively, it may gradually increase and decrease, or decrease and increase, or may vary randomly.
  • the varying frequencies may vary linearly or exponentially.
  • the frequency may be varied in various ways.
  • a signal having one of the variable frequencies may be output for one period or more. Since the control parameter is measured using the response in one period, the frequency response analyzer 110 may output a waveform formed of one frequency for one period or more.
  • a signal whose frequency is continuously changed may be output for one period or more.
  • the frequency may be varied so that the frequency gradually increases from the start time f S(Start ) to the end time f E(End) .
  • the frequency may gradually increase or decrease gradually, and may change linearly or exponentially as shown in FIG. 3B . Alternatively, it may increase and decrease, or may vary randomly.
  • the frequency may be varied in various ways.
  • the frequency response analyzer 110 may transmit the sine wave to the controller 210 using communication or a digital analog converter (DAC).
  • the frequency response analyzer 110 may use communication or a digital analog converter (DAC) to transmit the sine wave of the variable frequency to the controller 210 .
  • the frequency response analyzer 110 may convert the sinusoidal signal into a communication signal according to the communication to which the sinusoid is to be transmitted, and transmit it to the controller 210 .
  • the frequency response analyzer 110 transmits a communication signal corresponding to a sine wave of a variable frequency using a variety of wired and wireless communication, and the controller 210 receives it and converts it back into a sine wave or converts it into another form. It may be applied to the load 220 .
  • the frequency response analyzer 110 may transmit a sine wave through the DAC.
  • DAC is a device that converts digital signals to analog.
  • the frequency response analyzer 110 may apply a sine wave of a variable frequency through the DAC, and transmit the sine wave to the controller 210 through conversion of the DAC.
  • the controller 210 senses the current output from the load 220 according to the sine wave of the variable frequency transmitted from the frequency response analyzer 110 to the controller 210 , and the frequency response analyzer 110 controls the controller 210 . Receives the sensed sensing current from The controller 210 may receive the sine wave from the frequency response analyzer 110 , convert it into a voltage signal, and apply it to the load 220 .
  • the load 220 connected to the controller 210 may be an actuator.
  • the actuator is a driving device that operates the device using power, and refers to a motor forming a predetermined control unit, or a piston or cylinder mechanism operated by hydraulic or pneumatic pressure. That is, the load 220 may be a motor, and the controller 210 may be a motor driving controller that drives the motor.
  • the controller 210 converts a sine wave of a variable frequency into a voltage signal and applies it to the load 220 , the load 220 operates according to the applied voltage signal, and outputs a current.
  • the controller 210 measures the current output from the load 220 , and the controller 210 transmits the measured current to the frequency response analyzer 110 .
  • the controller 210 may measure the current output from the load 220 using a current measuring device such as a shunt resistor. Alternatively, the current output from the load 220 may be measured using various devices such as a current mirror circuit and a voltage measuring device.
  • the frequency response analyzer 110 analyzes the sensed sensing current. In order to derive the control parameters for the controller 210 and the load 220 from the sensed current sensed by the frequency response analyzer 110, the frequency response analyzer 110 senses the controller 210 and analyzes the frequency response. The unit 110 analyzes the sensing current received from the controller 210 .
  • the frequency response analyzer 110 may analyze the received sensing current by performing a fast Fourier transform.
  • Fast Fourier Transform is a method of processing a Fourier transform of discrete data at high speed, and is used to analyze a signal.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the number of multiplications that take time can be reduced by sequentially decomposing the Discrete Fourier Transform of a long signal sequence into a Discrete Fourier Transform of a shorter signal sequence and changing the order of the data using the symmetry and periodicity of the rotation factor. reduced for faster processing.
  • the frequency response analyzer 110 may perform fast Fourier transform using the received sensing current and the sine wave transmitted to the controller 210 .
  • the sine wave transmitted from the frequency response analyzer 110 to the controller 210 is stored in the memory, and when a sensing current corresponding to the stored sine wave is received, a fast Fourier transform can be performed using the received sensing current and the stored sine wave. have.
  • the frequency response analyzer 110 may know the frequency response characteristic of the controller 210 to which the load 220 is connected through a fast Fourier transform. Frequency response is to measure what kind of response an input signal of various frequencies outputs when applied to a certain system, and is used to analyze the corresponding system.
  • the amplitude of the signal may be constant or may vary.
  • the frequency response may represent amplitude and phase of a signal output from the system as a curve with respect to frequency.
  • the frequency response analyzer 110 may be implemented as a frequency response analyzer.
  • a frequency response analyzer (FRA) is a high-precision measuring device used to analyze a component, circuit, or system in the frequency domain, and generates a sine wave signal and applies it to a test subject.
  • the sinusoidal signal is measured at the injection point using one of the input channels of the frequency response analyzer, the injection signal passes through the object under test, and the output signal is measured in the other channel to analyze the frequency response.
  • the frequency response analyzer may perform fast Fourier transform.
  • the frequency response of the test target can be analyzed using the sine wave.
  • the processing unit 120 receives the result of analyzing the sensing current from the frequency response analysis unit 110 to determine the quality of the controller 210 or calculates the control parameters of the controller 210 and transmits it to the controller 210 . .
  • the processing unit 120 receives a result of analyzing the sensing current from the frequency response analysis unit 110 .
  • the frequency response analyzer 110 analyzes the sensing current through the fast Fourier transform, and transmits the analyzed result to the processor 120 .
  • the processing unit 120 may determine the quality of the controller 210 by using the result received from the frequency response analysis unit 110 . By performing the judgment of good quality on the controller 210 in the state in which the load 220 is connected, it is possible to accurately determine the quality of the controller 210 and the load 220 that are actually connected together and are mounted and driven in the system.
  • a problem in actual application that may occur by assuming control parameters for the other part and performing the non-defective product determination is that the load 220 is This does not occur in the production equipment according to the embodiment of the first embodiment of the present invention, which is connected to the controller 210 and the load 220 measures the control parameters for the connected controller 210 .
  • the processing unit 120 may perform a non-defective determination on the load 220 as well as the controller 210 . Since the load 220 is connected to the controller 210 , the processing unit 120 may determine not only the controller 210 but also the load 220 . That is, the quality determination may be performed with respect to the controller 210 and the load 220 , or the determination of good quality may be performed with the controller 210 and the load 220 as one set.
  • the processing unit 120 may determine the quality of the controller 210 or the load 220 using a result of analyzing the sensing current. Determining the quality of the controller 210 or the load 220 may be performed based on whether a control parameter according to a result of analyzing the sensing current satisfies the standard for determining the quality of the controller 210 or the load 220 .
  • the quality determination criterion may have a lower limit and an upper limit, or may be set in a predetermined range having a lower limit or an upper limit.
  • the quality determination criterion may be set according to the design specifications of the controller 210 and the load 220 , may be set according to safety or safety grade, or may be set by a user.
  • the quality determination criterion may be stored in a memory. It may be stored as a lookup table (LUT).
  • the processing unit 120 may derive an inductance (L) value and a resistance (R) or impedance (impedence, Z) value from a result of analyzing the sensing current. Determination of quality of the controller 210 or the load 220 may be performed using the derived inductance value, resistance value, or impedance value. That is, by determining whether the inductance value is within the reference range and whether the resistance value or the impedance value is within the inductance reference range, the controller 210 and the load 220 may be judged as good or good.
  • the processing unit 120 may determine the cause of the failure of the load 220 by using the result of analyzing the sensing current.
  • the processing unit 120 may not only determine the good quality of the load 220 using the result of analyzing the sensing current, but also determine the cause of the failure of the load 220 when it is determined that the load 220 is defective. . Determining which defect causes the load 220 is defective, and by storing and accumulating defect cause information, it is possible to know the causes of defects that occur a lot during production of the load 220 at present, and which defects in any production line. You can see at what rate this is happening. That is, the management of the production line or the production system can be performed using the defect cause information.
  • the processing unit 120 may derive an inductance value and an impedance value through analysis of the sensing current, and may determine a cause of a failure using the inductance value and the impedance value.
  • the criteria for determining the cause of failure and the classification may vary depending on the type of the load 220 . For example, when the load 220 is a three-phase motor, and the controller 210 drives the motor using a three-phase power source, the processing unit 120 is the cause of the failure, disconnection, short circuit, contact resistance increase, magnet demagnetization , coil insulation reduction, etc. can be judged.
  • the impedance of the phase where the disconnection occurred suddenly decreases to 0, it can be determined that the winding has occurred. Conversely, if the impedance of the phase in which the short circuit occurred suddenly increases compared to the existing value, it may be determined that the winding short circuit has occurred. In addition, when the resistance of a specific phase among the measured impedances increases, it may be determined that the contact resistance of the phase increases as the contact resistance increases.
  • the frequency of the voltage applied at the same temperature and rotation speed When the magnitude of the current measured at a predetermined frequency, for example, less than 100 Hz, is larger than before, it can be determined that the magnet is demagnetized. In addition, when the current is large, the inductance measured in the region where the frequency of the applied voltage is 100 Hz or more while the winding temperature is increased and the inductance is smaller than the existing value, it can be determined that the magnet is demagnetized. When the resistance and inductance of the coil whose insulation is reduced progresses in a direction in which the insulation is reduced slightly, it can be determined that the insulation reduction of the coil has occurred. In addition, various causes of failure may be determined.
  • the processor 120 may estimate the temperature of the stator and the rotor included in the load by determining whether the magnetic flux strength, resistance, or inductance of the load changes using the result of analyzing the sensing current.
  • a load like a motor, may include a stator and a rotor, and the load including the stator and rotor is highly affected by temperature. Therefore, in measuring the temperatures of the stator and the rotor, the result of analyzing the sensing current may be used.
  • the temperature of the stator and the rotor can be estimated by determining at least one of a change in the magnetic flux strength of a load, a change in resistance, or a change in inductance using the result of analyzing the sensing current. In this way, it is possible to determine whether or not a failure occurs or the probability of occurrence of a failure according to the estimated temperature.
  • the processing unit 120 may calculate a control parameter of the controller 210 using the result of analyzing the sensing current as well as determining the quality of the controller 210 or the load 220 .
  • the calculated control parameter may be transmitted to the controller 210 to change or set the control parameter of the controller 210 .
  • the controller 210 sets control parameters to control the load 220 .
  • the control parameters of the controller 210 may be different parameters to be set according to the characteristics of the type of the controller 210 .
  • the processing unit 120 may calculate a PI control parameter, a PID control parameter, or a filter coefficient of the controller 210 by using a result of analyzing the sensing current.
  • the processing unit 120 may calculate a PI control parameter when the controller 210 is a PI controller, calculate a PID control parameter when the controller 210 is a PID controller, and calculate a filter coefficient when a filter is included .
  • the controller 210 may be an automatic controller, and may be controlled using a combination of P, I, and D.
  • the proportional (P) control is a control that makes the control amount proportional to the difference between the target value and the current position, and as it approaches the target value, the difference between the control values decreases and fine control becomes possible. In the case of performing proportional control, when the control amount approaches a target value, the control amount becomes too small and it becomes impossible to finely control it further, and there is a residual deviation that remains uncontrollable.
  • PI control is a control that uses proportionality and integration, and residual deviation can be removed by using PI control.
  • PI control By accumulating minute residual deviations over time and increasing the control amount according to the accumulated residual deviations to eliminate the deviation, it is a control in which the integral operation is added to the proportional operation, which is called PI control.
  • PI control it is possible to control close to the actual target value, but as it approaches the target value, the amount of control decreases, and an operation for a predetermined time or longer is required.
  • the constant is large, the response performance in the presence of disturbance may deteriorate. That is, it may be difficult to quickly respond to the disturbance and it may be difficult to return to the target value.
  • a differentiation operation may be performed.
  • the PID control may be expressed as a PID control equation, and the PID control parameters may be expressed as Kp, Ki, and Kd.
  • the PID parameter may be calculated through optimization by using a step response method or a limiting subtraction method.
  • the PI control may also correspond thereto to calculate the PI control parameters Kp and Ki.
  • the processing unit 120 may transmit the calculated control parameter to the controller 210 so that the controller 210 sets or changes the control parameter with the calculated control parameter.
  • the control parameter calculated by the processing unit 120 is a control parameter calculated in a state in which the load 220 is connected, and is a control parameter adaptively calculated in a state in which the load 220 and the controller 210 are connected. ) corresponds to the optimal control parameter.
  • the processing unit 120 may calculate the control parameter of the controller 210 simultaneously with or after the non-defective product determination.
  • the control parameter may be calculated in order to set an optimal parameter for the controller 210 in a state in which the load 220 is connected.
  • the control parameter calculation may not be performed.
  • the result according to the control parameter currently set in the controller 210 is bad, but when the control parameter is changed, it is a bad judgment within the range that can receive a good judgment, by changing the control parameter to the controller 210 or the load ( 220) can be changed.
  • the quality determination may be performed again after changing the control parameter.
  • the processor 120 may control the frequency response analyzer 110 by transmitting a mode entry signal to the frequency response analyzer 110 .
  • the processing unit 120 transmits a mode entry signal to the frequency response analysis unit 110 for determining good quality or calculating control parameters for the controller 210 to which the load 220 is connected. It is possible to transmit a sine wave of ? to the controller 210 . That is, the processing unit 120 may transmit a mode entry signal to the frequency response analyzer 110 in order to start a series of processes of determining a good product or calculating a control parameter.
  • the frequency response analyzer 110 may receive a mode entry signal from the processor 120 and transmit a sine wave of a variable frequency to the controller 210 .
  • the frequency response analyzer 110 may transmit a sine wave of a variable frequency to the controller 210 when the controller 210 is positioned at a predetermined position without receiving a mode entry signal.
  • a sine wave of a variable frequency may be periodically transmitted to the controller 210 .
  • the frequency response analyzer may be implemented using a frequency response analyzer (FRA equipment) 110 , and the processing unit may be the production equipment 120 .
  • a load connected to the controller 210 may be a motor 220 .
  • the process of setting the control parameters by analyzing the frequency response for the controller 210 to which the motor 220 is connected is as shown in FIG. 4 , first, the production equipment 120 transmits a mode entry signal to the FRA equipment 110 . transmit using When the mode is entered, a sine wave of variable frequency is generated in the FRA device 110 and this signal is transmitted to the controller through communication or DAC.
  • the signal of the variable frequency should be output at least one cycle.
  • the controller may receive a sine wave of variable frequency through communication or ADC.
  • the variable frequency sine wave received from the controller 210 is converted into a voltage signal applied to the motor 220 to apply a voltage to the motor 220 .
  • the magnitude of the variable frequency may be changed, the frequency does not change.
  • a current according to the input voltage flows, and the current value is measured by the controller 210 .
  • the controller 210 transmits the signal of the measured current to the FRA equipment through communication or DAC.
  • the FRA device 110 may receive the signal of the measured current through communication or ADC.
  • the FRA equipment 110 performs fast Fourier transform (FFT) using the variable frequency sinusoidal signal output to the controller 210 and the current signal received from the controller, and transmits the result to the production equipment 120 .
  • the production equipment 120 receiving the FFT signal may design an optimal control value (P, I, D gain or filter coefficient) and transmit it to the controller 210 to set the control parameters of the controller 210 . Through this, it is possible to set the control parameters for each sample and to reduce the deviation between products by compensating for the deviation between products using P,I,D gain or filters.
  • the production equipment 120 may determine a good product based on the FFT signal, as shown in FIG. 5 . Through this, it is possible to determine the quality of the motor 220 , the controller 210 , and the controller 210 and the motor 220 in a connected state. In addition, it is possible to measure the controller stability (Phase Margin) and (Gain Margin) in the frequency domain without repeated testing according to the step response in the time domain.
  • FIG. 6 is a flowchart of a production method according to an embodiment of the first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a flowchart of a production method according to another embodiment of the first embodiment of the present invention.
  • the detailed description of each step of FIGS. 6 and 7 corresponds to the detailed description of the production equipment of FIGS. 1 to 5 , and the following overlapping description will be omitted.
  • Each step of FIGS. 6 and 7 may be configured in one processor included in the production apparatus.
  • a mode entry signal is transmitted to the frequency response analyzer, and in step S12, the frequency response analyzer generates a sine wave of a variable frequency and transmits it to the controller connected to the load.
  • the sine wave is a sine wave of variable frequency, and a signal having one of the variable frequencies may be output for one period or more, or a signal having a continuously changing frequency may be output for one period or more.
  • a sensing current sensed from the controller to which the sine wave is applied from the load is received from the controller in step S13, and the frequency response analyzer analyzes the received sensing current in step S14.
  • a fast Fourier transform may be performed using the received sensing current and a sine wave transmitted to the controller for analysis.
  • the control parameter of the controller is calculated using the result of analyzing the sensing current in step S16.
  • the PI control parameter, the PID control parameter, or the filter coefficient of the controller may be calculated using the result of analyzing the sensing current.
  • step S15 it is possible to determine the quality of the controller or the load in step S21.
  • the cause of the failure of the load may be determined using a result of analyzing the sensing current.
  • control apparatus and control parameter setting method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 19 .
  • Detailed description of the control apparatus and control parameter setting method according to the second embodiment of the present invention is the production equipment and production method according to the first embodiment of the present invention, and the names, terms, and functions are detailed descriptions for each embodiment , and may be the same as or different from each other.
  • the controller 2010 applies a voltage for driving the motor in the position/speed/current control logic 2011 to the motor 2021 through the voltage output 2015, and the The current flowing according to the measured voltage is sensed by the current measurement 2015 and used to drive the motor 2021 in the position/speed/current control logic 2011 using the sensed sensing current.
  • control parameters for driving the motor 2021 are set, and the control parameters are set using characteristic values or design values of the motor.
  • the design value is used, a deviation between the design value and the manufactured product may occur, and the characteristic value of the motor may vary due to temperature change or aging. ), it may be difficult to achieve optimal control performance with the control parameters.
  • control device In order to obtain optimal control performance even when an error or a change in load characteristics occurs according to load characteristics, the control device according to the second embodiment of the present invention sets or changes control parameters using frequency response analysis.
  • production equipment According to an embodiment of the second embodiment of the present invention will be described in detail.
  • FIG. 9 is a block diagram of a control device according to an embodiment of the second embodiment of the present invention.
  • the control device 1100 includes a control unit 1110 , a sine wave generator 1120 , an analysis unit 1130 , and a processing unit 1140 , and a voltage output unit 1150 . ) and a current measurement unit 1160 , a storage unit 1131 , and an FFT conversion unit 1132 .
  • the controller 1110 transmits a control signal for controlling the load 1210 to the load 1210 .
  • the controller 1110 controls the load 1210 according to the set control parameter, and transmits a control signal to the load 1210 to control the load 1210 .
  • the load 1210 connected to the control device 1100 may be an actuator.
  • the actuator is a driving device that operates the device using power, and refers to a motor operated by a predetermined control unit, or a piston or cylinder mechanism operated by hydraulic or pneumatic pressure.
  • the load 1210 may be a motor
  • the control device 1100 may be a motor driving device that drives the motor.
  • the sine wave generator 1120 generates a sine wave of a variable frequency and transmits it to the load 1210 .
  • the sine wave generator 1120 generates a sine wave of a variable frequency and transmits it to the load 1210 in order to determine the characteristics of the load 1210 .
  • the sine wave means a signal whose waveform is a sine curve, and is also called a sine wave.
  • the sine wave generator 1120 transmits a sine wave of variable frequency, but one frequency may be output for one cycle or more.
  • the sine wave generator 1120 may transmit a sine wave having a variable frequency, which is made of a sinusoidal curve.
  • a sine wave can be output so that the frequency gradually increases or the frequency decreases. Alternatively, it may gradually increase and decrease, or decrease and increase, or may vary randomly.
  • the varying frequencies may vary linearly or exponentially.
  • the frequency may be varied in various ways. In this case, a signal having one of the variable frequencies may be output for one period or more. Since the control parameter is measured using the response in one period, the sine wave generator 1120 may output a waveform formed with one frequency for one period or more.
  • a signal whose frequency is continuously changed may be output for one period or more.
  • the frequency may be varied so that the frequency gradually increases from the start time f S(Start ) to the end time f E(End) .
  • the frequency may gradually increase or decrease gradually, and may change linearly or exponentially as shown in FIG. 3B . Alternatively, it may increase and decrease, or may vary randomly.
  • the frequency may be varied in various ways.
  • the sine wave generator 1120 may receive a mode operation signal from the controller 1110 to generate a sine wave of a variable frequency. When it is necessary to reset or change the control parameter, the controller 1110 may control the sine wave generator 1120 to generate a sine wave of a variable frequency. Alternatively, the host controller 1220 may generate a sine wave of a variable frequency through a mode operation signal to the sine wave generator 1120 . When a control parameter is set in the production process, the production apparatus 1220 may control the sine wave generator 1120 to generate a sine wave of a variable frequency. Upon receiving the mode operation signal, the sine wave generator 1120 generates a sine wave with a variable frequency and transmits it to the load 1210 .
  • the sine wave generator 1120 may periodically generate the sine wave. Even if the mode operation signal is not received from the control unit 1110 , the upper controller 1220 , or the production equipment 1220 , a sine wave of a variable frequency may be periodically generated for periodic control parameter update.
  • the period of generating the sine wave of the variable frequency may be set in units of months or years for updating control parameters, and may be set in units of seconds, minutes, hours, and days for fault determination of the load 1210. have. In addition, it is natural that various periods may be set.
  • the variable frequency sinusoidal wave generation period may vary according to the characteristics of the load 1210 connected to the control device 1100 or the characteristics of the control device 1100 , and may be set by a user.
  • the sinusoidal wave generator 1120 may continuously vary the frequency to generate a sinusoidal wave.
  • the load 1210 receives a control signal from the control unit 1110 and receives a sine wave of a variable frequency from the sine wave generator 1120 .
  • the load 1210 may receive a control signal and a sine wave of a variable frequency together.
  • the frequency of the sine wave may be different from that of the control signal of the controller. Since the frequency of the control signal for driving the load 1210 and the sine wave for setting the control parameter should be distinguished, the sine wave generator 1120 may generate a sine wave having a frequency different from that of the control signal.
  • the sine wave generator 1120 may generate a sine wave by varying the frequency to include at least one frequency different from the control signal.
  • the sine wave generator 1120 may vary the frequency except for the sine wave having the same frequency as the frequency of the control signal. A response to a frequency that is already corresponding may be received from the control signal and analyzed. Alternatively, the frequency may be varied by including the same frequency as the frequency of the control signal. Alternatively, the load 1210 may receive the control signal and the sine wave of the variable frequency independently through a separate input line, or may be applied with different input periods.
  • the control signal of the controller and the sine wave of the variable frequency may be transmitted to the load 1210 through the voltage output unit 1150 .
  • the voltage output unit 1150 may convert the control signal of the control unit 1110 and the sinusoidal wave of the sinusoidal wave generator 1120 into a voltage signal and transmit it to the load 1210 .
  • the load 1210 may be a device that receives a voltage and operates, for example, a motor, and the voltage output unit 1150 applies a voltage to the load 1210, and the voltage output unit 1150 receives a control signal and The sine wave may be applied, and a voltage corresponding to the corresponding frequency may be transmitted to the load 1210 according to the frequency of the control signal and the sine wave.
  • the voltage output unit 1150 may be a bridge circuit formed of a plurality of switches. The upper switch and the lower switch forming the bridge are complementary to each other and may transmit a three-phase voltage to the load 1210 with a phase difference in each bridge circuit.
  • the analyzer 1130 analyzes the sensing current sensed by the current output from the load 1210 .
  • the analysis unit 1130 in order to set the control parameter, the analysis unit 1130 generates a sine wave from the sine wave generator 1120 and applies it to the load 1210, and senses the current output from the load 1210 according to the applied sine wave. Analyze one sensing current.
  • the current measuring unit 1160 senses the current output from the load.
  • the current measuring unit 1160 is connected to the output line of the load 1210 to sense the current.
  • the current may be formed by a current measuring element such as a shunt resistor.
  • the current output from the load 1210 may be sensed using various devices such as a current mirror circuit and a voltage measuring device.
  • the sensing current sensed by the current measuring unit 1160 may be used by the controller 1110 to generate a control signal, and the analyzing unit 1130 may be used to analyze a frequency response to a control parameter.
  • the analyzer 1130 may analyze the received sensing current by performing a fast Fourier transform.
  • Fast Fourier Transform is a method of processing a Fourier transform of discrete data at high speed, and is used to analyze a signal.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the number of multiplications that take time can be reduced by sequentially decomposing the Discrete Fourier Transform of a long signal sequence into a Discrete Fourier Transform of a shorter signal sequence and changing the order of the data using the symmetry and periodicity of the rotation factor. reduced for faster processing.
  • the analysis unit 1130 may perform fast Fourier transform using the received sensing current and the sinusoidal wave transmitted by the sinusoidal wave generator 1120 to the load 1210 .
  • the storage unit 1131 for storing the sine wave or the sensing current and the FFT for performing the fast Fourier transform using the sine wave and the sensing current It may be composed of a conversion unit 1132 .
  • the sine wave generated by the sine wave generator 1110 and transmitted to the load 1210 is branched and stored in the storage unit 1131.
  • the sensing current received by the FFT converter 1132 is received.
  • the stored sine wave can be used to perform fast Fourier transform.
  • the FFT transform unit 1132 may know the frequency response characteristic of the load 1210 through the fast Fourier transform. Frequency response measures what kind of response an input signal of various frequencies outputs when applied to a certain system, and is used to analyze the corresponding system.
  • the amplitude of the signal may be constant or may vary.
  • the frequency response may represent amplitude and phase of a signal output from the system as a curve with respect to frequency.
  • the processing unit 1140 sets the control parameters of the control unit 1110 by using the result of analyzing the sensing current.
  • the processing unit 1140 receives a result of analyzing the sensing current from the analysis unit 1130 .
  • the analyzer 1130 analyzes the sensing current through the fast Fourier transform, and transmits the analyzed result to the processor 1140 .
  • the processing unit 1140 may calculate a control parameter of the control unit 1110 using a result of analyzing the sensing current.
  • the calculated control parameter may be transmitted to the control unit 1110 to change or set the control parameter of the control unit 1110 .
  • the controller 1110 sets a control parameter to control the load 1210 .
  • the control parameters of the controller 1110 parameters to be set may vary according to the characteristics of the type of the controller 1110 .
  • the processing unit 1140 may calculate a PI control parameter, a PID control parameter, or a filter coefficient of the control unit 1110 using a result of analyzing the sensing current.
  • the processing unit 1140 may calculate a PI control parameter when the control unit 1110 is a PI controller, calculate a PID control parameter when the control unit 1110 is a PID controller, and calculate a filter coefficient when a filter is included.
  • the controller 1110 may be an automatic controller, and may be controlled using a combination of P, I, and D.
  • the proportional (P) control is a control that makes the control amount proportional to the difference between the target value and the current position, and as it approaches the target value, the difference between the control values decreases and fine control becomes possible. In the case of performing proportional control, when the control amount approaches a target value, the control amount becomes too small and it becomes impossible to finely control it further, and there is a residual deviation that remains uncontrollable.
  • PI control is a control that uses proportionality and integration, and residual deviation can be removed by using PI control.
  • PI control By accumulating minute residual deviations over time and increasing the control amount according to the accumulated residual deviations to eliminate the deviation, it is a control in which the integral operation is added to the proportional operation, which is called PI control.
  • PI control it is possible to control close to the actual target value, but as it approaches the target value, the amount of control decreases, and an operation for a predetermined time or longer is required.
  • the constant is large, the response performance in the presence of disturbance may deteriorate. That is, it may be difficult to quickly respond to the disturbance and it may be difficult to return to the target value.
  • a differentiation operation may be performed.
  • the PID control may be expressed as a PID control equation, and the PID control parameters may be expressed as Kp, Ki, and Kd.
  • the PID parameter may be calculated through optimization by using a step response method or a limiting subtraction method.
  • the PI control may also correspond thereto to calculate the PI control parameters Kp and Ki.
  • the processing unit 1140 may transmit the calculated control parameter to the control unit 1110 so that the control unit 1110 sets or changes the control parameter of the control unit 1110 as the calculated control parameter.
  • the control parameter calculated by the processor 1140 is a control parameter calculated while the load 1210 is connected. That is, a control parameter that is adaptively calculated by reflecting a characteristic value according to temperature or aging of the load 1210 , and corresponds to an optimal control parameter of the control unit 1110 .
  • the processing unit 1140 may determine the quality of the control unit 1210 , the control device 1100 , or the load 1210 using the result received from the analysis unit 1130 .
  • the non-defective product determination may be accurately performed by performing the non-defective product determination on the control unit 1110 in a state in which the load 1210 is connected.
  • the load 1210 is connected to the control device 1100 and does not occur in the control device according to the second embodiment of the present invention that measures the parameter.
  • the processing unit 1140 may determine not only the control unit 1110 but also the load 1210 as a good product. Since the load 1210 is connected to the control unit 1110 , the processing unit 1140 may determine not only the control unit 1110 , but also the load 1210 . That is, each of the control unit 1110 and the load 1210 may be determined as defective, or the control unit 1110 and the load 1210 may be used as a set.
  • the processing unit 1140 may determine whether the control parameter according to the result of analyzing the sensing current satisfies the non-defective quality determination criterion of the controller 1110 or the load 1210 .
  • the quality determination criterion may have a lower limit and an upper limit, or may be set in a predetermined range having a lower limit or an upper limit.
  • the quality determination criterion may be set according to the design specifications of the control unit 1110 and the load 1210 , may be set according to safety or safety level, or may be set by a user.
  • the quality determination criterion may be stored in a memory. It may be stored as a lookup table (LUT).
  • the processor 1140 may derive an inductance (L) value and a resistance (R) or impedance (impedence, Z) value from a result of analyzing the sensing current. Determination of good quality of the controller 1110 or the load 1210 may be performed using the derived inductance value, resistance value, or impedance value. That is, by determining whether the inductance value is within the reference range and the impedance value is within the inductance reference range, the control unit 1110 and the load 1210 may be determined to be defective.
  • the processing unit 1140 may not only determine the good quality of the load 1210 using the result of analyzing the sensing current, but also determine the cause of the failure of the load 1210 when it is determined that the load 1210 is defective. . Determining which defect causes the load 1210 to be defective, and storing and accumulating the defect cause information, it is possible to know the causes of defects that occur frequently during production of the load 1210 at present, and which defects in which production line. You can see at what rate this is happening. That is, the management of the production line or the production system can be performed using the defect cause information.
  • the processing unit 1140 may derive an inductance value and an impedance value through analysis of the sensing current, and may determine a cause of a failure using the inductance value and the impedance value.
  • the criteria for determining the cause of failure and the classification may vary depending on the type of the load 1210 .
  • the processing unit 1140 may cause a failure of the load 1210, such as disconnection, short circuit, or contact. Resistance increase, magnet demagnetization, coil insulation reduction, etc. can be judged.
  • the processing unit 1140 may calculate the control parameter of the controller 1110 simultaneously with or after the non-defective product determination.
  • the control parameter may be calculated in order to set an optimal parameter for the control unit 1110 in a state in which the load 1210 is connected.
  • the control unit 1110 or the load 1210 is defective, the control parameter calculation may not be performed.
  • the result according to the control parameter currently set in the controller 1110 is bad, but when the control parameter is changed, it is a bad judgment within the range that can receive a good judgment, by changing the control parameter to the controller 1110 or the load ( 1210) may be changed.
  • the quality determination may be performed again after changing the control parameter.
  • the load 1210 is determined by changing the result for the load 1210 using the change of the control parameter as well as the quality determination for the control unit 1110 to which the load 1210 is connected. (1210), it is possible to increase the possibility and accuracy of the non-defective judgment.
  • the processing unit 1140 may determine whether the load 1210 has failed using the result of analyzing the sensing current.
  • the process of determining whether there is a failure may correspond to the process of performing the judgment of non-defective products. Determination of good quality may be performed during the production process, and determination of failure may be performed in the process of controlling a load by being mounted on a device or system.
  • the processing unit 1140 may determine whether there is a failure according to the failure determination criterion.
  • the failure determination criteria may be different from the non-defective product determination criteria.
  • Determination of good product is a determination for sales, and determination of failure is determination for whether to stop the operation according to a failure during the current operation, so the failure determination criterion may be weaker than that of the non-defective product determination standard. If it is not a fatal failure, it may not be judged as a failure when determining whether a failure exists, even if it is within the range determined as defective when judging a good product. That is, the range of criteria determined as normal rather than faulty may be wider than the criteria for determining good products. Alternatively, it is natural that the failure determination criterion may be the same as the non-defective product determination criterion.
  • the failure determination criterion may be set according to the design specifications of the control unit 1110 and the load 1210 , may be set according to safety or safety level, or may be set by a user.
  • the failure determination criterion may be stored in the storage unit 1131 . It may be stored as a lookup table (LUT).
  • the processing unit 1140 may determine not only whether there is a failure but also a cause of the failure.
  • the load 1210 can determine what cause of the failure caused the failure, and provide the failure cause to the system or the upper controller 1220 through an alarm, so that it can be used to quickly deal with the failure.
  • the processing unit 1140 may derive an inductance value and an impedance value through analysis of the sensing current, and may determine a cause of a failure using the inductance value and the impedance value.
  • the failure cause determination criteria and classification may vary depending on the type of the load 1210 .
  • the processing unit 1140 is the cause of the failure of the load 1210, as shown in FIG. 11 , Disconnection, short circuit, it is possible to determine the increase in contact resistance, as shown in Figure 12, it is possible to determine the magnetic demagnetization, coil insulation reduction, etc.
  • the process of determining the cause of the failure may correspond to the process of determining the cause of the failure when determining the good product.
  • the impedance of the phase where the disconnection occurred suddenly decreases to 0, it can be determined that the winding has occurred. Conversely, if the impedance of the phase in which the short circuit occurred suddenly increases compared to the existing value, it may be determined that the winding short circuit has occurred. In addition, when the resistance of a specific phase among the measured impedances increases, it may be determined that the contact resistance of the phase increases as the contact resistance increases.
  • Frequency of voltage applied at the same temperature and rotation speed When the magnitude of the current measured at a predetermined frequency, for example, less than 100 Hz, is larger than before, it can be determined that the magnet is demagnetized. In addition, when the current is large, the inductance measured in the region where the frequency of the applied voltage is 100 Hz or more while the winding temperature is increased and the inductance is smaller than the existing value, it can be determined that the magnet is demagnetized. When the resistance and inductance of the coil whose insulation is reduced progresses in a direction in which the insulation is reduced slightly, it can be determined that the insulation reduction of the coil has occurred. In addition, various fault causes can be determined.
  • the processor 1140 may estimate the temperature of the stator and the rotor included in the load by determining whether the magnetic flux strength, resistance, or inductance of the load changes using the result of analyzing the sensing current.
  • a load like a motor, may include a stator and a rotor, and the load including the stator and rotor is highly affected by temperature. Therefore, in measuring the temperatures of the stator and the rotor, the result of analyzing the sensing current may be used.
  • the temperature of the stator and the rotor can be estimated by determining at least one of a change in the magnetic flux strength of a load, a change in resistance, or a change in inductance using the result of analyzing the sensing current. In this way, it is possible to determine whether or not a failure occurs or the probability of occurrence of a failure according to the estimated temperature.
  • the control unit is a micro controller unit (MCU), and the sine wave generator, the analysis unit, and the processing unit may be implemented as a processor in the MCU. That is, the sine wave generator, the analyzer, and the processor may be implemented as software on a processor included in an MCU embedded in a vehicle or the like, or may be implemented in the form of hardware of a companion chip. When implemented in the form of hardware, it may be formed as one piece of hardware or as separate pieces of hardware.
  • MCU micro controller unit
  • the control device 1100 may be a control device including an FRA online calibration function that drives a motor 1210 serving as a load and performs a frequency response using a variable frequency sine wave.
  • the control device 1100 receives a calibration operation signal from the production device or the upper controller 1220 and applies a voltage including a sine wave of a variable frequency to operate the motor 1210 .
  • the control device 1100 is connected to the motor 1210 , and when the motor is a three-phase motor, three phases are connected, and in the case of a DC motor, + and - may be connected.
  • a quality determination may be performed through frequency response analysis using the sensing current sensed by the current, and a control parameter of the controller in the control device 1100 may be set.
  • the non-defective product determination information may be transmitted to the production device or the upper controller 1220 .
  • control device 1100 is a block diagram for each specific function of the control device 1100, in addition to the position/speed/current control logic, the voltage output unit 1150, and the current measurement unit 1160, which are the control units for driving the motor 1210 as a load,
  • a sine wave generator for detecting the characteristics of the motor 1210 using a sine wave of a variable frequency
  • It may be configured as FRA online calibration including a processing unit 1140 that performs design and analysis of control parameters.
  • the sine wave generator When the production device or the upper controller 1220 transmits the calibration operation signal to the sine wave generator, the sine wave generator generates a sine wave signal of variable frequency, and the voltage output unit 1150 is a control signal output from the position/speed/current control logic A voltage is applied to the motor 1210 by converting a sine wave signal of a variable frequency into a voltage.
  • the signal of the variable frequency should be output for one cycle or more. For example, if signals of 1Hz and 10Hz are output, after the 1Hz signal is output for one cycle or more, the 10Hz signal should be output for one cycle or more.
  • this variable frequency means a frequency different from the rotation frequency of the motor. For example, when the motor rotates at 600 rpm and the pole pair is 4, the voltage is applied at 40 Hz.
  • a variable signal including 40Hz is added and applied.
  • the current measuring unit 1160 senses the current, and performs a fast Fourier transform (FFT) using a pre-stored voltage and current signal according to a sine wave of a variable frequency. do.
  • the stored data is data corresponding to the same frequency, and the number of data of voltage and current is the same.
  • the gain and phase values are calculated through FFT, and the gain and phase values according to the frequency are transmitted to the processing unit 1140, and the processing unit 1140 designs the control parameters accordingly. and analysis to calculate good product determination or control parameters.
  • the quality determination information is transmitted to the production device or the upper controller 1220, and the control value of the position/speed/current control logic is changed using the calculated control parameter. Through this, it is possible to determine the good quality of the motor, the control device, and the control device and the motor are connected. In addition, it is possible to measure the controller stability (Phase Margin, Gain Margin) in the frequency domain. In addition, it is possible to design the optimal controller values (P, I, D gain and filter) by analyzing the characteristics of the desired frequency through the sine wave generator inside the control device.
  • the mutual interference component for the dual motor 1700 of FIG. 15 may be measured using the sine wave generator. Sine waves having different frequencies may be applied to different motors 1710 and 720, respectively, and the mutual interference components of the two motors 1710 and 720 may be calculated through frequency response analysis according to the respective output currents. Through this, it is possible to accurately compensate the mutual interference component by calculating an accurate mutual interference component.
  • FIGS. 16 is a flowchart of a control parameter setting method according to an embodiment of the second embodiment of the present invention
  • FIGS. 17 to 19 are flowcharts of a control parameter setting method according to another embodiment of the second embodiment of the present invention.
  • a detailed description of each step of FIGS. 16 to 19 corresponds to a detailed description of a method for setting a control parameter in the control apparatus of FIGS. 8 to 15 , and thus, redundant descriptions will be omitted.
  • step S11 the sine wave generator generates a sine wave of a variable frequency, and in step S12 transmits the sine wave to the load together with the control signal generated by the control unit. Thereafter, the current output from the load is sensed in step S13, and the sensed sensing current is analyzed in step S14. In analyzing the sensing current, a Fast Fourier Transform may be performed using the sine wave and the sensing current.
  • control parameter of the controller is set in step S15 using the result of analyzing the sensing current in step S14.
  • control parameters of the controller may be set using the inductance and impedance of the load derived from the analysis result of the sensing current.
  • the quality of the load or the control unit may be determined in step S21 by using the result of analyzing the sensing current in step S14.
  • the sine wave may be generated by receiving a mode operation signal from the controller, the production device, or the host controller, or the sine wave may be periodically generated, and the frequency of the sine wave is a control signal of the controller and frequency may be different.
  • step S14 using the result of analyzing the sensing current in step S14 to determine whether the load disconnection, short circuit, contact resistance increase, magnet demagnetization, or coil insulation reduction in step S31 can
  • the stator included in the load by determining whether the magnetic flux strength, resistance, or inductance of the load changes in step S41 using the result of analyzing the sensing current in step S14;
  • the temperature of the rotor can be estimated.
  • the control parameter setting method according to the second embodiment of the present invention may be performed in a processor of an embedded controller (MCU) formed in a vehicle or the like. That is, by using the frequency response analysis (FRA), it is possible to find an optimal control parameter (PID/PI/filter coefficient). By using frequency response analysis, it is possible to find the optimal control parameters (PID/PI/filter coefficients) in real time or periodically on Online (or Runtime) during vehicle operation.
  • FFA frequency response analysis
  • Modifications according to the present embodiment may include some components of the first embodiment and some components of the second embodiment together. That is, the modified example may include the first embodiment, but some configurations of the first embodiment may be omitted and may include some configurations of the corresponding second embodiment. Alternatively, the modified example may include the second embodiment, but some components of the second embodiment are omitted and include some components of the corresponding first embodiment.
  • the embodiments of the present invention can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored.
  • Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices. Also, computer-readable recording media are distributed in networked computer systems. , computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner. And functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the technical field to which the present invention pertains.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 생산 장비는 부하에 연결된 제어기에 가변 주파수의 정현파를 제어기에 전송하고, 제어기로부터 정현파가 인가된 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 수신하며, 수신한 센싱 전류를 분석하는 주파수 응답 분석부, 및 주파수 응답 분석부로부터 센싱 전류를 분석한 결과를 수신하여 제어기의 양품 판정을 수행하거나 제어기의 제어 파라미터를 산출하여 제어기에 전송하는 처리부를 포함한다.

Description

제어 파라미터 설정 및 양품 판정을 수행하는 생산 장비
본 발명은 생산 장비에 관한 것으로, 보다 구체적으로 가변 주파수의 정현파를 전송하고, 제어기로부터 수신되는 신호를 이용하여 제어기의 제어 파라미터를 설정하고 제어기 또는 모터의 양품 판정을 수행하는 생산 장비 및 생산 방법, 가변 주파수의 정현파를 이용하여 제어 파라미터를 설정하고 양품 판정을 수행하는 제어 장치 및 제어 파라미터 설정 방법에 관한 발명이다.
모터를 제어하는 제어보드를 생산하는 생산과정에 있어서, 제어보드 또는 모터에 대한 양품 판정을 수행하고, 양품으로 판정되는 제어보드 및 모터에 대해서 출하한다. 이때, 제어보드 및 모터에 대한 양품 판정을 위하여, 제어보드 및 모터 각각에 대한 양품판정을 수행하고, 각 양품판정 결과에 따라 제어보드 및 모터를 출하한다. 이때, 각각 양품판정을 수행하기 때문에, 제어보드에 대한 양품판정시 모터 제어 파라미터를 하나의 제어 파라미터로 고정하고, 모터에 대한 양품판정시 제어보드의 제어 파라미터를 하나의 제어 파라미터로 고정하여 양품판정을 수행하는데, 실제 각 모터 또는 제어보드마다 제어 파라미터가 상이한 바, 실제 양품이 맞음에도 불량으로 판단하거나 양품이 아님에도 양품으로 판단하는 문제가 있다.
또한, 모터는 저항, 인덕턴스, 마찰력 등과 같은 고유의 특성을 가지고 있으며, 이 특성 값을 측정 또는 설계 값을 이용하여 위치/속도/전류 제어 로직(Logic)을 설계하는데 이용한다. 하지만, 설계 값과 제작된 제품간의 편차가 존재하며, 측정된 값도 측정 오차가 존재할 수 있다.
위에서 언급한 모터의 특성 값은 샘플에 따라 편차가 존재하고, 온도나 노후화에 따라 달라질 수 있다. 이런 특성을 제어에 반영하기 위해 현재는 개발 단계에서 여러 조건에서 여러 샘플을 가지고 모터의 특성 값을 측정하여, 제어기 값을 설계하기 때문에 실제 샘플 간의 오차를 가지게 되고, 이에 따라 최적의 제어 성능을 낼 수 없게 된다.
이러한 문제점으로 인하여 제어 성능이 샘플 간의 편차, 온도변화, 노후화에 따라 설계 값보다 저하되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 가변 주파수의 정현파를 전송하고, 제어기로부터 수신되는 신호를 이용하여 제어기의 제어 파라미터를 설정하고 제어기 또는 모터의 양품 판정을 수행하는 생산 장비 및 생산 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 가변 주파수의 정현파를 이용하여 제어 파라미터를 설정하고 양품 판정을 수행하는 제어 장치 및 제어 파라미터 설정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예의 일 실시예에 따른 생산 장비는 부하에 연결된 제어기에 가변 주파수의 정현파를 전송하고, 상기 제어기로부터 상기 정현파가 인가된 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 수신하며, 상기 수신한 센싱 전류를 분석하는 주파수 응답 분석부; 및 상기 주파수 응답 분석부로부터 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 수신하여 상기 제어기의 양품 판정을 수행하거나 상기 제어기의 제어 파라미터를 산출하여 상기 제어기에 전송하는 처리부를 포함한다.
또한, 상기 주파수 응답 분석부는, 상기 수신한 센싱 전류를 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석할 수 있다.
또한, 상기 주파수 응답 분석부는, 상기 수신한 센싱 전류와 상기 제어기에 전송한 정현파를 이용하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다.
또한, 상기 정현파는, 주파수가 가변되는 정현파로, 가변되는 주파수 중 하나의 주파수를 가지는 신호가 한 주기 이상 출력되거나 연속적으로 주파수가 변하는 신호가 한 주기 이상 출력될 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 상기 주파수 응답 분석부로부터 정현파를 수신하여 전압 신호로 변환하여 상기 부하에 인가할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기 또는 상기 부하의 양품 판정을 수행할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 불량 원인을 판단할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기의 PI 제어 파라미터, PID 제어 파라미터, 또는 필터계수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 주파수 응답 분석부에 모드 진입 신호를 전달하여 상기 주파수 응답 분석부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 주파수 응답 분석부는, 통신 또는 DAC(Digital Analog Converter)를 이용하여 상기 정현파를 상기 제어기에 전송할 수 있다.
또한, 상기 부하는 액추에이터일 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예의 다른 실시예에 따른 생산 방법은 주파수 응답 분석부에 모드 진입 신호를 송신하는 단계; 상기 주파수 응답 분석부가 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하에 연결된 제어기에 전송하는 단계; 상기 정현파가 인가된 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 상기 제어기로부터 수신하는 단계; 상기 주파수 응답 분석부가 상기 수신한 센싱 전류를 분석하는 단계; 상기 주파수 응답 분석부로부터 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 수신하는 단계; 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기 또는 상기 제어기 및 부하의 양품 판정을 수행하거나 상기 제어기의 제어 파라미터를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 제어 파라미터를 상기 제어기에 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 수신한 센싱 전류를 분석하는 단계는, 상기 수신한 센싱 전류와 상기 제어기에 전송한 정현파를 이용하여 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석할 수 있다.
또한, 상기 정현파는, 주파수가 가변되는 정현파로, 가변되는 주파수 중 하나의 주파수를 가지는 신호가 한 주기 이상 출력되거나 연속적으로 주파수가 변하는 신호가 한 주기 이상 출력될 수 있다.
또한, 상기 제어기의 제어 파라미터를 산출하는 단계는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기의 PI 제어 파라미터, PID 제어 파라미터, 또는 필터계수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어기 또는 상기 부하의 양품 판정을 수행하는 단계는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 불량 원인을 판단할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 실시예의 일 실시예에 따른 제어 장치는, 부하를 제어하는 제어 신호를 부하에 전송하는 제어부; 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하에 전송하는 정현파 발생부; 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 분석하는 분석부; 및 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정하는 처리부를 포함한다.
또한, 상기 제어부의 제어 신호 및 상기 정현파를 전압 신호로 변환하여 상기 부하에 전송하는 전압 출력부; 및 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱하는 전류 측정부를 포함한다.
또한, 상기 분석부는, 상기 정현파 또는 상기 센싱 전류를 저장하는 저장부; 및 상기 정현파와 상기 센싱 전류를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행하는 FFT 변환부를 포함한다.
또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하 또는 상기 제어 장치의 양품 판정을 수행할 수 있다.
또한, 상기 정현파 발생부는, 상기 제어부, 생산 장치, 또는 상위 제어기로부터 모드 동작 신호를 수신하여 상기 정현파를 생성할 수 있다.
또한, 상기 정현파 발생부는, 주기적으로 상기 정현파를 생성할 수 있다.
또한, 상기 정현파는, 주파수가 가변되는 정현파로, 가변되는 주파수 중 하나의 주파수를 가지는 신호가 한 주기 이상 출력되거나 연속적으로 주파수가 변하는 신호가 한 주기 이상 출력될 수 있다.
또한, 상기 정현파의 주파수는, 상기 제어부의 제어 신호와 주파수가 상이할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부의 PI 파라미터, PID 파라미터, 또는 필터계수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과로부터 도출되는 부하의 인덕턴스 및 임피던스를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 불량 원인을 판단할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 부하의 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 또는 코일 절연저감 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 부하는 액추에이터일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 MCU(Micro Controller Unit)이고, 상기 정현파 발생부, 상기 분석부, 및 상기 처리부는 상기 MCU 내 프로세서로 구현될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 실시예의 다른 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법은 정현파 발생부가 가변 주파수의 정현파를 생성하는 단계; 제어부에서 생성된 제어 신호와 함께 상기 정현파를 부하에 전송하는 단계; 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱하는 단계; 상기 센싱한 센싱 전류를 분석하는 단계; 및 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 센싱 전류를 분석하는 단계는, 상기 정현파와 상기 센싱 전류를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행할 수 있다.
또한, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하 또는 상기 제어부의 양품 판정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 정현파를 생성하는 단계는, 상기 제어부, 생산 장치, 또는 상위 제어기로부터 모드 동작 신호를 수신하여 상기 정현파를 생성하거나, 주기적으로 상기 정현파를 생성할 수 있다.
또한, 상기 정현파의 주파수는, 상기 제어부의 제어 신호와 주파수가 상이할 수 있다.
또한, 상기 제어부의 파라미터를 설정하는 단계는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과로부터 도출되는 부하의 인덕턴스 및 임피던스를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정할 수 있다.
또한, 상기 센싱한 센싱 전류를 분석하는 단계는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 또는 코일 절연저감 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 센싱한 센싱 전류를 분석하는 단계는, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 제어 파라미터 설정 방법은 MCU의 프로세서에서 수행될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예의 실시예들에 따르면, 모터, 제어기, 및 제어기와 모터가 연결된 상태에서 양품 판정이 가능하다. 또한, 주파수 영역에서의 제어기 안정도 측정이 가능하다. 나아가, 샘플별로 제어 파라이머터를 설계할 수 있고, 제품간 편차를 줄일 수 있다.
또한, 모터, 제어기, 그리고 제어기와 모터가 연결된 상태에서의 양품 판정이 가능하다. 또한, 모터의 자석 감자, 권선 절연 저감, 권선 단선, 권선 단락과 같은 고장 진단 판정도 가능하다. 또한, 주파수 영역에서의 제어기 안정도(Phase Margin, Gain Margin) 측정이 가능하다. 또한, 제어기 내부에 있는 정현파(Sine wave) 발생기를 통하여 원하는 주파수의 특성을 분석하여 최적의 제어기 값 (P,I,D Gain과 Filter)의 설계가 가능하다. 또한, 모터의 사용환경(온도, 노후화 등)이 변함에 따라 모터의 특성이 변하더라도, 모터의 특성을 Online 상에서 측정하여, 최적의 제어값을 구하여, 제어 성능(정상상태에서의 리플, 과도상태에서의 응답성 등)을 항상 최적으로 유지할 수 있다. 나아가, 수식기반으로 보상하던 상호간섭 성분에 대한 측정이 가능하여, 상호간섭 성분을 정확하게 보상할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예와의 비교예에 따른 제어 파라미터 측정 장비의 생산 과정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 일 실시예에 따른 생산 장비의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 일 실시예에 따른 생산 장비에서 이용하는 정현파를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예의 실시예에 따른 생산 장비의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 일 실시예에 따른 생산 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 다른 실시예에 따른 생산 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예와의 비교예에 따른 제어기의 동작을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 일 실시예에 따른 제어 장치의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예의 다른 실시예에 따른 제어 장치의 블록도이다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예의 실시예에 따른 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예의 일 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법의 흐름도이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 제2 실시예의 다른 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예와의 비교예에 따른 제어 파라미터 측정 장비의 생산 과정을 도시한 것이다.
제어기를 형성하는 제어보드와 제어보드에 의해 제어되는 부하인 모터에 대해서 출하에 앞서, 제어보드와 모터가 설계한 스펙을 만족하는지 양품판정을 수행한다. 제어보드(21) 또는 모터(22)가 양품인지를 판단하기 위하여, 제어 파라미터(Parameter) 측정 장비(10)를 이용하여 제어보드(21) 및 모터(22)의 제어 파라미터를 측정하고, 측정된 제어 파라미터를 이용하여 제어보드(21) 및 모터(22)의 양품판정을 수행한다. 모터에 대해서 도 1(A)와 같이, 모터(22) 단품 상태에서 저항, 인덕턴스 등의 제어 파라미터를 측정하고, 측정된 제어 파라미터가 양품 기준을 만족하는지를 판단하여 양품에 대해서 출하한다. 제어보드(21)는 단품 상태에서 샘플별 편차 캘리브레이션(Calibration) 및 양품 판정 후 출하하는데, 출하하기 전 제어보드(21)의 제어 파라미터를 설정함에 있어서, 모터의 제어 파라미터는 개발 샘플과 동일하다고 가정하고 제어기 값(P, I, D, 게인(gain), 및 필터(filter) 값들을 하나의 동일한 값으로 적용한 후 출하한다.
모터(22) 및 제어보드(21)에 대해서 양품 판정후, 도 1(B)와 같이, 제어보드(21) 및 모터(22)를 연결한 상태에서 응답테스트를 진행 후 출하하는데, 제어보드(21)와 모터(22)의 연결상태가 불량한 경우, 불량으로 판정될 수 있다. 응답테스트를 통과한 양품들의 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 모두 동일한 제어기 값으로 적용되었기 때문에 양품판정을 받은 제품들 간에 성능의 편차가 발생할 수 있다.
이와 같이, 제어보드(21) 및 모터(22)에 대해서 제어 파라미터를 각각 측정하여 양품판정을 수행하는 경우, 실제 제어보드(21)가 모터(22)에 적용하는 경우, 제어보드(21)의 제어 파라미터가 연결된 모터(220)를 동작하기에 적합하지 않을 수 있다. 생산과정에서 보다 정확한 양품 판정 및 제어 파라미터 설정을 위해 본 발명의 제1 실시예의 일 실시예에 따른 생산 장비는 주파수 응답 분석을 이용한다. 이하, 본 발명의 제1 실시예의 일 실시예에 따른 생산 장비에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 일 실시예에 따른 생산 장비의 블록도이다.
본 발명의 제1 실시예의 일 실시예에 따른 생산 장비(100)는 주파수 응답 분석부(110) 및 처리부(120)로 구성된다. 신호를 송수신하는 통신부 또는 제어 파라미터 등을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
주파수 응답 분석부(110)는 부하(220)에 연결된 제어기(210)에 가변 주파수의 정현파를 전송하고, 상기 제어기(210)로부터 상기 정현파가 인가된 상기 부하(220)로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 수신하며, 상기 인가된 정현파와 상기 수신한 센싱 전류를 분석한다.
보다 구체적으로, 제어기(210)와 부하(220)에 대한 제어 파라미터를 측정하기 위하여, 주파수 응답 분석부(110)는 부하(220)에 연결된 제어기(210)에 가변 주파수의 정현파를 전송한다. 즉, 제어기(210)와 부하(220)가 연결시키고, 제어기(210)와 부하(220)가 연결된 상태에서 제어기(210)에 가변 주파수의 정현파를 전송한다.
여기서, 정현파는 파형이 사인(sine) 곡선이 되는 신호를 의미하며, 사인파(sine wave)라고도 한다. 주파수 응답 분석부(110)는 주파수가 가변되는 정현파를 전송하되, 하나의 주파수는 한 주기 이상 출력될 수 있다. 도 3과 같이, 사인 곡선으로 이루어지되, 가변 주파수를 가지는 정현파를 전송할 수 있다. 이때, 도 3(A)와 같이. 주파수가 점점 커지거나 주파수가 점점 작아도록 정현파를 출력할 수 있다. 또는 점점 커지다 작아지거나 작아지다 커질 수 있고, 랜덤하게 가변될 수도 있다. 가변되는 주파수들은 선형적으로 가변되거나 지수적으로 변할 수도 있다. 이외에 다양한 방식으로 주파수가 가변될 수 있다. 이때, 가변되는 주파수 중 하나의 주파수를 가지는 신호가 한 주기 이상 출력되도록 할 수 있다. 한 주기에서 응답을 이용하여 제어 파라미터를 측정하게 되는바, 주파수 응답 분석부(110)는 하나의 주파수로 형성되는 파형은 한 주기 이상 출력할 수 있다.
또는 도 3(B)와 같이, 연속적으로 주파수가 변하는 신호가 한 주기 이상 출력될 수 있다. 도 3(B)와 같이, 주파수가 시작시점(f S(Start))부터 종료시점(f E(End)) 까지 시간이 갈수록 점점 커지도록 주파수를 가변할 수 있다. 예를 들어, 처프(chirp) 신호의 형태일 수 있다. 주파수는 점점 커지거나 점점 작아질 수 있고, 도 3(B)와 같이 선형적으로 변하거나 지수적으로 변할 수 있다. 또는 커졌다가 작아지거나 랜덤하게 가변될 수 있다. 이외에 다양한 방식으로 주파수가 가변될 수 있다.
주파수 응답 분석부(110)는 통신 또는 DAC(Digital Analog Converter)를를 이용하여 상기 정현파를 상기 제어기(210)에 전송할 수 있다. 주파수 응답 분석부(110)는 가변 주파수의 정현파를 제어기(210)에 전송함에 있어서, 통신 또는 DAC(Digital Analog Converter)를를 이용할 수 있다. 주파수 응답 분석부(110)는 정현파를 송신하고자 하는 통신에 맞춰 정현파 신호를 통신 신호로 변환하여 제어기(210)에 전송할 수 있다. 이때, 주파수 응답 분석부(110)는 유무선의 다양한 통신을 이용하여 가변 주파수의 정현파에 대응되는 통신신호를 송신하고, 제어기(210)는 이를 수신하여, 정현파로 다시 변환하거나, 다른 형태로 변환하여 부하(220)에 인가할 수 있다.
또는, 주파수 응답 분석부(110)는 DAC를 통해 정현파를 전송할 수 있다. DAC는 Digital 신호를 Analog로 변환해주는 장치이다. 주파수 응답 분석부(110)는 DAC를 통해 가변 주파수의 정현파를 인가하고, DAC의 변환을 통해 정현파를 제어기(210)에 전송할 수 있다. 주파수 응답 분석부(110)로부터 제어기(210)에 전송된 가변 주파수의 정현파에 따라 부하(220)로부터 출력되는 전류를 제어기(210)가 센싱하고, 주파수 응답 분석부(110)는 제어기(210)로부터 상기 센싱한 센싱 전류를 수신한다. 제어기(210)는 주파수 응답 분석부(110)로부터 정현파를 수신하여, 전압 신호로 변환하여 부하(220)에 인가할 수 있다. 제어기(210)에 연결되는 부하(220)는 액추에이터(actuator)일 수 있다. 여기서, 액추에이터는 동력을 이용하여 장치를 동작시키는 구동 장치로, 소정의 제어부를 형성하고 있는 모터 또는 유압이나 공기압으로 동작하는 피스톤 내지 실린더 기구 등을 의미한다. 즉, 부하(220)는 모터일 수 있고, 제어기(210)는 모터를 구동하는 모터구동 제어기일 수 있다.
제어기(210)는 가변 주파수의 정현파를 전압 신호로 변환하여 부하(220)에 인가하고, 부하(220)는 인가된 전압 신호에 따라 동작하고, 전류를 출력한다. 부하(220)에서 출력되는 전류를 제어기(210)가 측정하고, 제어기(210)는 측정된 전류를 주파수 응답 분석부(110)로 전달한다. 제어기(210)는 부하(220)에서 출력되는 전류를 션트(Shunt) 저항과 같은 전류 측정 소자를 이용하여 측정할 수 있다. 또는 전류 미러 회로 및 전압 측정 장치 등의 다양한 장치들을 이용하여 부하(220)에서 출력되는 전류를 측정할 수 있다.
주파수 응답 분석부(110)는 상기 센싱한 센싱 전류를 분석한다. 주파수 응답 분석부(110)는 센싱한 센싱 전류로부터 제어기(210) 및 부하(220)에 대한 제어 파라미터를 도출하기 위하여, 주파수 응답 분석부(110)는 제어기(210)가 센싱하고, 주파수 응답 분석부(110)가 제어기(210)로부터 수신한 센싱 전류를 분석한다.
주파수 응답 분석부(110)는 센싱 전류를 분석함에 있어서, 상기 수신한 센싱 전류를 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석할 수 있다. 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform)은 이산 데이터의 푸리에 변환을 고속으로 처리하는 방법으로, 신호를 분석하는데 이용된다. 고속 푸리에 변환을 이용하면, 긴 신호계열의 이산 푸리에 변환을 보다 짧은 신호계열의 이산 푸리에 변환으로 축차분해하는 것 및 회전인자의 대칭성과 주기성을 이용하여 데이터의 순서를 바꿈으로써 시간이 걸리는 곱셈 횟수를 줄여 빠른 처리가 가능하다.
주파수 응답 분석부(110)는 상기 수신한 센싱 전류와 상기 제어기(210)에 전송한 정현파를 이용하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 주파수 응답 분석부(110)에서 제어기(210)에 전송한 정현파를 메모리에 저장해두었다가, 저장된 정현파에 대응되는 센싱 전류가 수신되면, 수신한 센싱 전류와 저장된 정현파를 이용하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 주파수 응답 분석부(110)는 고속 푸리에 변환을 통해 부하(220)가 연결된 제어기(210)의 주파수 응답 특성을 알 수 있다. 주파수 응답(Frequency Response)은 다양한 주파수의 입력 신호가 어떤 시스템에 인가되었을 때, 어떤 응답을 출력하는지를 측정하는 것으로, 해당 시스템을 분석하는데 이용된다. 신호의 진폭은 일정하거나 변할 수도 있다. 주파수 응답은 시스템으로부터 출력되는 신호의 크기(amplitude), 위상(phase)를 주파수에 대한 커브로 나타낼 수 있다.
주파수 응답 분석부(110)는 주파수 응답 분석기로 구현될 수 있다. 주파수 응답 분석기(FRA, Frequency Response Analyzer)는 주파수 영역에서 구성요소, 회로, 또는 시스템을 분석하는데 이용되는 고정밀 측정 장치로, 정현파 신호를 생성하여 테스트 대상에 인가한다. 정현파 신호는 주파수 응답 분석기의 입력 채널 중 하나를 이용하여 주입 지점에서 측정되고, 주입 신호는 테스트 중인 대상을 통과하고 출력되는 신호를 다른 채널에서 측정하여, 주파수 응답을 분석한다. 이때, 주파수 응답 분석기는 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 정현파를 이용하여 테스트 대상의 주파수 응답을 분석할 수 있다.
처리부(120)는 주파수 응답 분석부(110)로부터 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 수신하여 제어기(210)의 양품 판정을 수행하거나 제어기(210)의 제어 파라미터를 산출하여 제어기(210)에 전송한다.
보다 구체적으로, 처리부(120)는 주파수 응답 분석부(110)로부터 센싱 전류를 분석한 결과를 수신한다. 앞서 설명한 바와 같이, 주파수 응답 분석부(110)는 고속 푸리에 변환을 통해 센싱 전류를 분석하고, 분석된 결과를 처리부(120)로 전달한다. 처리부(120)는 주파수 응답 분석부(110)로부터 수신한 결과를 이용하여 제어기(210)에 대한 양품 판정을 수행할 수 있다. 부하(220)가 연결된 상태에서의 제어기(210)에 대한 양품 판정을 수행함으로써 실제 함께 연결되어 시스템에 장착되어 구동할 제어기(210)와 부하(220)에 대해 정확한 양품 판정을 수행할 수 있다. 제어기(210)와 부하(220)를 연결하지 않고 양품 판정을 수행하는 경우, 다른 한쪽의 부품에 대해서는 제어 파라미터를 가정하고 양품 판정을 수행하여 발생할 수 있는 실제 적용에서의 문제는 부하(220)을 제어기(210)에 연결하고, 부하(220)가 연결된 제어기(210)에 대한 제어 파라미터를 측정하는 본 발명의 제1 실시예의 실시예에 따른 생산 장비에서는 발생하지 않는다. 처리부(120)는 제어기(210)뿐만 아니라 부하(220)에 대한 양품 판정을 수행할 수도 있다. 부하(220)가 제어기(210)에 연결되어 있는바, 처리부(120)는 제어기(210)뿐만 아니라 부하(220)에 대해서도 함께 양품 판정을 수행할 수 있다. 즉, 제어기(210) 및 부하(220)에 대해 각각의 양품 판정을 수행하거나 제어기(210)와 부하(220)를 하나의 세트로 양품 판정을 수행할 수 있다.
처리부(120)는 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기(210) 또는 상기 부하(220)의 양품 판정을 수행할 수 있다. 센싱 전류를 분석한 결과에 따른 제어 파라미터가 양품판정 기준을 만족하는 여부로 제어기(210) 또는 부하(220)의 양품 판정을 수행할 수 있다. 양품판정 기준은 하한치와 상한치를 가지거나, 하한치 또는 상한치를 가지는 소정의 범위로 설정될 수 있다. 양품판정 기준은 제어기(210) 및 부하(220)의 설계 스펙에 따라 설정되거나, 안전성이나 안전등급에 따라 설정될 수 있고, 사용자에 의해 설정될 수도 있다. 양품판정 기준은 메모리 상에 저장되어 있을 수 있다. 룩업테이블(LUT)로 저장되어 있을 수도 있다.
처리부(120)는 센싱 전류를 분석한 결과로부터 인덕턴스(indutancce, L) 값 및 저항(Resistance, R) 또는 임피던스(impedence, Z) 값을 도출할 수 있다. 도출되는 인덕턴스 값 및 저항 값 또는 임피던스 값을 이용하여 제어기(210) 또는 부하(220)의 양품 판정을 수행할 수 있다. 즉, 인덕턴스 값 기준 범위 내인지 및 저항 값 또는 임피던스 값이 인덕턴스 기준 범위 내인지를 판단하여, 제어기(210) 및 부하(220)의 양품 판정을 수행할 수 있다.
처리부(120)는 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 부하(220)의 불량 원인을 판단할 수 있다. 처리부(120)는 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 부하(220)의 양품 판정을 수행할 뿐만 아니라, 부하(220)가 불량이라고 판단하는 경우, 부하(220)의 불량 원인까지 판단할 수 있다. 부하(220)가 어떤 불량원인에 의해 불량되었는지를 판단하고, 불량원인 정보를 저장하여 축적함으로써 현재, 부하(220)에 대한 생산시 많이 발생하는 불량원인을 알 수 있고, 어떤 생산라인에서 어떤 불량이 어떤 비율로 발생하고 있는지를 알 수 있다. 즉, 불량원인 정보를 이용하여 생산라인 내지 생산시스템에 대한 관리를 수행할 수 있다.
처리부(120)는 센싱 전류에 대한 분석을 통해 인덕턴스 값 및 임피던스 값을 도출할 수 있고, 인덕턴스 값 및 임피던스 값을 이용하여 불량원인을 판단할 수 있다. 이때, 불량원인 판단 기준 및 분류는 부하(220)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 부하(220)가 3상 모터이고, 제어기(210)가 3상 전원을 이용하여 모터를 구동시키는 경우, 처리부(120)는 불량원인으로, 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 코일 절연저감 등을 판단할 수 있다.
단선이 발생한 상의 임피던스가 갑자기 0으로 감소하면 권선 단선이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 단락이 발생한 상의 임피던스가 기존 값 대비 갑자기 증가하면 권선 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 또한, 측정한 임피던스 중 특정 상의 저항이 증가하면 그 상에 대해 접촉저항이 증가한 접촉저항 증가로 판단할 수 있다.
동일 온도 및 회전 속도에서 인가되는 전압의 주파수 소정의 주파수, 예를 들어, 100 Hz 미만영역에서 측정된 전류의 크기가 기존대비 커지면 자석이 감자했다고 판단할 수 있다. 또한, 전류가 클 때, 권선 온도가 높아지는 가운데, 인가되는 전압의 주파수가 100 Hz 이상영역에서 측정된 인덕턴스가 기존 값보다 작아지면 자석이 감자했다고 판단할 수 있다. 절연저감되는 코일의 저항과 인덕턴스가 미세하게 작아지는 방향으로 진행되면 코일의 절연 저감 현상이 발생했다고 판단할 수 있다. 이외에도 다양한 불량원인을 판단할 수 있다.
또한, 처리부(120)는 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정할 수 있다. 부하는 모터와 같이, 고정자와 회전자를 포함할 수 있고, 고정자와 회전자를 포함하는 부하는 온도에 영향을 많이 받는다. 따라서, 고정자와 회전자의 온도를 측정함에 있어서, 센싱 전류를 분석한 결과를 이용할 수 있다. 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 부하의 자속세기의 변화, 저항의 변화 또는 인덕턴스의 변화 중 적어도 하나를 판단하여 고정자 및 회전자 의 온도를 추정할 수 있다. 이와 같이, 추정된 온도에 따라 고장 발생 여부 또는 고장 발생 확률 등을 판단할 수 있다.
처리부(120)는 제어기(210) 또는 부하(220)에 대한 양품 판정뿐만 아니라, 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 제어기(210)의 제어 파라미터를 산출할 수 있다. 산출된 제어 파라미터는 제어기(210)에 전송하여 제어기(210)의 제어 파라미터를 변경하거나 설정할 수 있다. 제어기(210)는 부하(220)를 제어하기 위하여, 제어 파라미터가 설정된다. 제어기(210)의 제어 파라미터는 제어기(210)의 종류가 특성에 따라 설정되어야 하는 파라미터가 달라질 수 있다.
처리부(120)는 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기(210)의 PI 제어 파라미터, PID 제어 파라미터, 또는 필터계수를 산출할 수 있다.
처리부(120)는 제어기(210)가 PI 제어기인 경우 PI 제어 파라미터를 산출하고, 제어기(210)가 PID 제어기인 경우 PID 제어 파라미터를 산출하고, 필터를 포함하는 경우, 필터계수를 산출할 수 있다. 제어기(210)는 자동 제어기일 수 있고, P, I, D의 조합을 이용하여 제어할 수 있다.
여기서, P는 비례(Proportional), I는 적분(Integral), D는 미분(Differential)을 의미한다. 비례(P)제어는 제어량을 목표값과 현재 위치와의 차에 비례한 크기가 되도록 하는 제어로, 목표값에 가까워질 수록 제어값의 차이가 줄어들어 미세한 제어가 가능해진다. 비례제어를 수행하는 경우, 제어량이 목표값에 접근하면 제어량이 너무 작아지고 그 이상 미세하게 제어할 수 없는 상태가 되어, 더 이상 제어할 수 없이 남아있게 되는 잔류편차가 존재한다. PI 제어는 비례와 적분을 이용하는 제어로 PI 제어를 이용하면 잔류편차를 제거할 수 있다. 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 누적되는 잔류편차에 따라 제어량을 증가시켜 편차를 없애는 것으로, 비례 동작에 적분 동작을 추가한 제어인바, 이를 PI 제어라 한다. PI 제어를 하는 경우, 실제 목표값에 가깝게 제어가 가능하나, 목표값에 가까워질 수록 제어량이 줄어들게 되어, 일정 시간 이상의 동작이 필요하게 된다. 이때, 정수가 크면 외란이 있을 때의 응답 성능이 나빠질 수 있다. 즉, 외란에 신속하게 대응하기 어렵고 목표값으로 돌아가기 어려워질 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 미분 동작을 수행할 수 있다. 급격히 일어나는 외란에 대해 편차를 보고 전회 편차와의 차가 큰 경우 조작량을 크게하여 응답하도록 한다. 이 전회와의 편차에 대한 변화차를 보는 것이 미분에 해당하고, 비례, 적분에 미분을 적용하여 PID 제어를 수행한다. 제어량이 목표값을 벗어나더라도 이에 대해 전회와의 편차로 판단하여 제어량을 적용함으로써 신속하게 목표값에 다다를 수 있다.
PID 제어는 PID 제어식으로 표현될 수 있고, PID 제어 파리미터는 Kp, Ki, Kd로 나타낼 수 있다. PID 파라미터는 스텝 응답법 또는 한계 감조법 등을 이용하여 최적화를 통해 산출할 수 있다. PI 제어도 이에 대응되어 PI 제어 파라미터 Kp, Ki를 산출할 수 있다.
처리부(120)는 산출된 제어 파라미터를 제어기(210)에 전송하여 제어기(210)가 산출된 제어 파리미터로 제어 파라미터를 설정하거나 변경하도록 할 수 있다. 처리부(120)에서 산출된 제어 파라미터는 부하(220)가 연결된 상태에서 산출되는 제어 파라미터인 바, 부하(220)와 제어기(210)에 연결된 상태에 적응적으로 산출되는 제어 파라미터로, 제어기(210)의 최적의 제어 파라미터에 해당한다.
처리부(120)는 양품 판정과 동시에 또는 양품 판정 이후, 제어기(210)의 제어 파라미터를 산출할 수 있다. 제어기(210) 및 부하(220)가 양품인 경우, 부하(220)가 연결된 상태에서의 제어기(210)에 대한 최적의 파라미터를 설정하기 위하여, 제어 파라미터를 산출할 수 있다. 제어기(210) 또는 부하(220)가 불량인 경우에는 제어 파라미터 산출을 수행하지 않을 수 있다. 또는, 현재 제어기(210)에 설정된 제어 파라미터에 따른 결과는 불량이나, 제어 파라미터를 변경시 양품판정을 받을 수 있는 범위 내에서의 불량 판정인 경우, 제어 파라미터를 변경하여 제어기(210) 또는 부하(220)에 대한 양품 판정 결과를 바꿀 수도 있다. 또는, 제어 파라미터 변경후 다시 양품 판정을 수행할 수 있다. 이를 통해, 제어 파라미터를 변경시 양품판정을 받을 수 있는 경우에도 불량으로 판정될 수 있는 경우를 방지할 수 있다. 고정된 제어 파라미터를 이용하여 부하(220)에 대한 개별 양품 판정을 수행하는 경우, 제어 파라미터를 변경하는 경우, 부하(220)를 양품으로 이용할 수 있음에도 부하(220)에 대해 불량판정을 내리는 경우가 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예의 실시예에 따른 생산 장치에서는 부하(220)가 연결된 제어기(210)에 대한 양품 판정뿐만 아니라 제어 파라미터의 변경을 이용하여 부하(220)에 대한 결과를 변경함으로써 부하(220)의 양품 판정의 가능성 및 정확성을 높일 수 있다.
처리부(120)는 주파수 응답 분석부(110)에 모드 진입 신호를 전달하여 주파수 응답 분석부(110)를 제어할 수 있다. 처리부(120)는 부하(220)가 연결된 제어기(210)에 대한 양품 판정 또는 제어 파라미터 산출을 위해 주파수 응답 분석부(110)에 모드 진입 신호를 전달하여, 주파수 응답 분석부(110)가 가변 주파수의 정현파를 제어기(210)에 전송하도록 할 수 있다. 즉, 처리부(120)는 양품 판정 또는 제어 파라미터 산출의 일련의 과정을 시작하기 위하여, 주파수 응답 분석부(110)에 모드 진입 신호를 전달할 수 있다. 주파수 응답 분석부(110)는 처리부(120)로부터 모드 진입 신호를 수신하여 가변 주파수의 정현파를 제어기(210)에 전송할 수 있다. 또는 주파수 응답 분석부(110)는 모드 진입 신호의 수신없이 제어기(210)가 소정의 위치에 위치하는 경우, 가변 주파수의 정현파를 제어기(210)에 전송할 수 있다. 또는 주기적으로 가변 주파수의 정현파를 제어기(210)에 전송할 수도 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예의 실시예에 따른 생산 장비의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 주파수 응답 분석부는 주파수 응답 분석기(FRA 장비, 110)를 이용하여 구현될 수 있고, 처리부는 생산장비(120)일 수 있다. 제어기(210)에 연결되는 부하는 모터(220)일 수 있다. 모터(220)가 연결된 제어기(210)에 대한 주파수 응답을 분석하여 제어 파라미터를 설정하는 과정은 도 4와 같이, 먼저, 생산장비(120)에서 모드 진입 신호를 FRA 장비(110)에 통신 등을 이용하여 전달한다. 모드에 진입이 되면, FRA 장비(110)에서 가변 주파수의 정현파(Sine wave)가 발생하여, 이 신호를 제어기에 통신 또는 DAC를 통하여 전달한다. 여기서 가변 주파수의 신호는 한 주기 이상 신호가 출력돼야 한다. 예를 들어 1 Hz, 10 Hz의 신호가 출력 된다면, 1 Hz 신호가 1주기 이상 출력된 뒤에, 10 Hz 신호가 1주기 이상 출력 되야 한다. 제어기()는 가변 주팡수의 정현파를 통신 또는 ADC를 통해 수신할 수 있다. 제어기(210)에서 수신한 가변 주파수의 정현파를 모터(220)에 인가하는 전압 신호로 변환하여 모터(220)에 전압을 인가한다. 이때, 가변 주파수의 크기는 변할 수 있어도 주파수는 변하지 않는다. 입력된 전압에 따른 전류가 흐르고, 이 전류 값을 제어기(210)에서 측정한다. 제어기(210)는 측정한 전류의 신호를 통신 또는 DAC를 통하여 FRA 장비에 전달한다. FRA 장비(110)는 상기 측정한 전류의 신호를 통신 또는 ADC를 통해 수신할 수 있다. FRA 장비(110)는 제어기(210)로 출력한 가변주파수 정현파 신호와 제어기에서 수신한 전류 신호를 이용하여 고속 푸리에 변환(FFT)를 하고, 그 결과를 생산 장비(120)에 전달한다. FFT 신호를 받은 생산장비(120)는 최적의 제어 값(P,I,D gain 또는 Filter 계수)을 설계하여 제어기(210)에 전달하여 제어기(210)의 제어 파라미터를 설정할 수 있다. 이를 통해, 샘플 별 제어 파라미터를 설정할 수 있고, 제품간 편차를 P,I,D gain 또는 필터를 이용하여 보상함으로써 제품간 편차를 줄일 수 있다.
또한, 생산 장비(120)는 도 5와 같이, FFT 신호를 기반으로 양품 판정을 할 수 있다. 이를 통해, 모터(220), 제어기(210), 및 제어기(210)와 모터(220)가 연결된 상태에서의 양품 판정이 가능하다. 또한, 시간 영역에서의 스텝 응답에 따른 반복 테스트 없이, 주파수 영역에서의 제어기 안정도(Phase Margin), (Gain Margin) 측정이 가능하다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 일 실시예에 따른 생산 방법의 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예의 다른 실시예에 따른 생산 방법의 흐름도이다. 도 6 및 도 7의 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 5의 생산 장비에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다. 도 6 및 도 7의 각 단계는 생산 장치에 포함되는 하나의 프로세서에서 구성될 수 있다.
S11 단계에서 주파수 응답 분석부에 모드 진입 신호를 송신하고, S12 단계에서 상기 주파수 응답 분석부가 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하에 연결된 제어기에 전송한다. 상기 정현파는 주파수가 가변되는 정현파로, 가변되는 주파수 중 하나의 주파수를 가지는 신호가 한 주기 이상 출력되거나 연속적으로 주파수가 변하는 신호가 한 주기 이상 출력될 수 있다. 이후, S13 단계에서 상기 제어기로부터 상기 정현파가 인가된 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 수신하고, S14 단계에서 상기 주파수 응답 분석부가 상기 수신한 센싱 전류를 분석한다. 상기 수신한 센싱 전류를 분석함에 있어서, 상기 수신한 센싱 전류와 상기 제어기에 전송한 정현파를 이용하여 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석할 수 있다.
이후, S15 단계에서 상기 주파수 응답 분석부로부터 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 수신하며, S16 단계에서 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기의 제어 파라미터를 산출한다. 상기 제어기의 제어 파라미터를 산출함에 있어서, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기의 PI 제어 파라미터, PID 제어 파라미터, 또는 필터계수를 산출할 수 있다. 제어 파라미터를 산출한 경우, S17 단계에서 상기 산출된 제어 파라미터를 상기 제어기에 전송한다.
또한, S15 단계 이후, S21 단계에서 상기 제어기 또는 상기 부하의 양품 판정을 수행할 수 있다. 상기 제어기 또는 상기 부하의 양품 판정을 수행함에 있어서, 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 불량 원인을 판단할 수 있다.
상기와 같이, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 생산 장비 및 생산 방법을 설명하였다. 이하, 도 8 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 제어 장치 및 제어 파라미터 설정 방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 제어 장치 및 제어 파라미터 설정 방법에 대한 상세한 설명은 본 발명의 제1 실시예에 따른 생산 장비 및 생산 방법과 명칭, 용어, 내지 기능은 각 실시예에 대한 상세한 설명에 기초하며, 서로 같거나 상이할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제어 장치 및 제어 파라미터 설정 방법의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예와의 비교예에 따른 제어기의 동작을 도시한 것이다. 모터와 같은 부하를 구동시키는 제어기에 있어서, 제어기(2010)는 위치/속도/전류 제어 로직(2011)에서 모터를 구동시키기 위한 전압을 전압 출력(2015)을 통해 모터(2021)에 인가하고, 인가된 전압에 따라 흐르는 전류를 전류 측정(2015)에서 센싱하여, 센싱된 센싱 전류를 이용하여 위치/속도/전류 제어 로직(2011)에서 모터(2021)를 구동시키는데 이용한다. 위치/속도/전류 제어 로직(2011)은 모터(2021)를 구동하기 위한 제어 파라미터가 설정되어 있고, 제어 파라미터는 모터의 특성 값 또는 설계 값을 이용하여 설정된다. 이때, 설계 값을 이용하는 경우, 설계 값과 제작된 제품 간의 편차가 발생할 수 있고, 모터의 특성 값은 온도의 변화나 노후화에 달라질 수 있는바, 기존 설정되어 있는 위치/속도/전류 제어 로직(2011)의 제어 파라미터로는 최적의 제어 성능을 내기 어려울 수 있다.
부하의 특성에 따른 오차나 부하의 특성의 변화가 발생하더라도 최적의 제어 성능을 내기 위하여, 본 발명의 제2 실시예의 일 실시예에 따른 제어 장치는 주파수 응답 분석을 이용하여 제어 파라미터를 설정하거나 변경할 수 있다. 이하, 본 발명의 제2 실시예의 일 실시예에 따른 생산 장비에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 일 실시예에 따른 제어 장치의 블록도이다.
본 발명의 제2 실시예의 일 실시예에 따른 제어 장치(1100)는 제어부(1110), 정현파 발생부(1120), 분석부(1130), 및 처리부(1140)로 구성되고, 전압 출력부(1150) 및 전류 측정부(1160), 저장부(1131), FFT 변환부(1132)를 포함할 수 있다.
제어부(1110)는 부하(1210)를 제어하는 제어 신호를 부하(1210)에 전송한다.
보다 구체적으로, 제어부(1110)는 설정된 제어 파라미터에 따라 부하(1210)를 제어하며, 부하(1210)를 제어하기 위하여, 제어 신호를 부하(1210)에 전송한다. 제어 장치(1100)에 연결되는 부하(1210)는 액추에이터(actuator)일 수 있다. 여기서, 액추에이터는 동력을 이용하여 장치를 동작시키는 구동 장치로, 소정의 제어부에 의해 동작하는 모터 또는 유압이나 공기압으로 동작하는 피스톤 내지 실린더 기구 등을 의미한다. 부하(1210)는 모터일 수 있고, 제어 장치(1100)는 모터를 구동하는 모터구동 장치일 수 있다.
정현파 발생부(1120)는 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하(1210)에 전송한다.
보다 구체적으로, 정현파 발생부(1120)는 부하(1210)의 특성을 판단하기 위하여, 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하(1210)에 전송한다.
여기서, 정현파는 파형이 사인(sine) 곡선이 되는 신호를 의미하며, 사인파(sine wave)라고도 한다. 정현파 발생부(1120)는 주파수가 가변되는 정현파를 전송하되, 하나의 주파수는 한 주기 이상 출력될 수 있다. 도 3과 같이, 정현파 발생부(1120)는 사인 곡선으로 이루어지되, 가변 주파수를 가지는 정현파를 전송할 수 있다. 이때, 도 3(A)와 같이. 주파수가 점점 커지거나 주파수가 점점 작아도록 정현파를 출력할 수 있다. 또는 점점 커지다 작아지거나 작아지다 커질 수 있고, 랜덤하게 가변될 수도 있다. 가변되는 주파수들은 선형적으로 가변되거나 지수적으로 변할 수도 있다. 이외에 다양한 방식으로 주파수가 가변될 수 있다. 이때, 가변되는 주파수 중 하나의 주파수를 가지는 신호가 한 주기 이상 출력되도록 할 수 있다. 한 주기에서 응답을 이용하여 제어 파라미터를 측정하게 되는바, 정현파 발생부(1120)는 하나의 주파수로 형성되는 파형은 한 주기 이상 출력할 수 있다.
또는 도 3(B)와 같이, 연속적으로 주파수가 변하는 신호가 한 주기 이상 출력될 수 있다. 도 3(B)와 같이, 주파수가 시작시점(f S(Start))부터 종료시점(f E(End)) 까지 시간이 갈수록 점점 커지도록 주파수를 가변할 수 있다. 예를 들어, 처프(chirp) 신호의 형태일 수 있다. 주파수는 점점 커지거나 점점 작아질 수 있고, 도 3(B)와 같이 선형적으로 변하거나 지수적으로 변할 수 있다. 또는 커졌다가 작아지거나 랜덤하게 가변될 수 있다. 이외에 다양한 방식으로 주파수가 가변될 수 있다.
정현파 발생부(1120)는 제어부(1110)로부터 모드 동작 신호를 수신하여 가변 주파수의 정현파를 생성할 수 있다. 제어 파라미터의 재설정 또는 변경이 필요한 경우, 제어부(1110)에서 정현파 발생부(1120)가 가변 주파수의 정현파를 생성하도록 제어할 수 있다. 또는, 상위 제어기(1220)에서 정현파 발생부(1120)에 모드 동작 신호를 통해 가변 주파수의 정현파를 생성하도록 할 수 있다. 생산과정에서 제어 파라미터를 설정하는 경우, 생산 장치(1220)에서 정현파 발생부(1120)로 하여금 가변 주파수의 정현파를 생성하도록 제어할 수 있다. 모드 동작 신호를 수신하면, 정현파 발생부(1120)는 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하(1210)에 전송한다.
또는, 정현파 발생부(1120)는 주기적으로 상기 정현파를 생성할 수 있다. 제어부(1110), 상위 제어기(1220) 또는 생산 장비(1220)로부터 모드 동작 신호를 수신하지 않더라도, 주기적인 제어 파라미터 업데이트를 위하여, 주기적으로 가변 주파수의 정현파를 생성할 수 있다. 가변 주파수의 정현파를 생성하는 주기는 제어 파라미터의 업데이트를 위한 경우, 월 또는 년 단위로 설정될 수 있고, 부하(1210)의 고장판단을 위한 경우에는 초, 분, 시간, 일 단위로 설정될 수 있다. 이외에 다양한 주기로 설정될 수 있음은 당연하다. 가변 주파수 정현파 생성 주기는 제어 장치(1100)에 연결되는 부하(1210)의 특성이나 제어 장치(1100)의 특성에 따라 달라질 수 있고, 사용자에 의해 설정될 수 있다. 또는 정현파 발생부(1120)는 계속 주파수를 가변하여 정현파를 생성할 수도 있다.
부하(1210)는 제어부(1110)로부터 제어 신호를 인가받고, 정현파 발생부(1120)로부터 가변 주파수의 정현파를 인가받는다. 부하(1210)는 제어 신호와 가변 주파수의 정현파를 함께 인가받을 수 있다. 이때, 상기 정현파의 주파수는 상기 제어부의 제어 신호와 주파수가 상이할 수 있다. 부하(1210)를 구동시키기 위한 제어 신호와 제어 파라미터를 설정하기 위한 정현파의 주파수는 구분되어야 하는바, 정현파 발생부(1120)는 제어 신호와 상이한 주파수를 가지는 정현파를 생성할 수 있다. 정현파 발생부(1120)는 제어 신호와 상이한 주파수를 적어도 하나 이상 포함하도록 주파수를 가변하여 정현파를 생성할 수 있다. 정현파 발생부(1120)는 가변 주파수를 생성함에 있어서, 제어 신호의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 정현파를 제외하고 주파수를 가변할 수 있다. 이미 해당하는 주파수에 대한 응답은 제어 신호로부터 수신하여 분석할 수 있다. 또는, 제어 신호의 주파수와 같은 주파수를 포함하여 주파수를 가변할 수도 있다. 또는 부하(1210)는 제어 신호와 가변 주파수의 정현파를 별도의 입력라인을 통해 독립적으로 인가받거나, 서로 입력 주기를 달리하여 인가될 수도 있다.
제어부의 제어 신호 및 가변 주파수의 정현파는 전압 출력부(1150)를 통해 부하(1210)에 전송될 수 있다. 전압 출력부(1150)는 제어부(1110)의 제어 신호 및 정현파 발생부(1120) 정현파를 전압 신호로 변환하여 부하(1210)에 전송할 수 있다. 부하(1210)는 전압을 수신하여 동작하는 장치, 예를 들어, 모터일 수 있고, 전압 출력부(1150)는 부하(1210)에 전압을 인가하기 위하여, 전압 출력부(1150)는 제어 신호 및 정현파를 인가받아, 제어 신호 및 정현파의 주파수에 따라 해당 주파수에 대응되는 전압을 부하(1210)에 전송할 수 있다. 전압 출력부(1150)는 복수의 스위치로 형성되는 브릿지 회로일 수 있다. 브릿지를 형성하는 상측 스위치와 하측 스위치가 상보적으로 도통되며, 각 브릿지 회로에서 위상차를 갖고 3상 전압을 부하(1210)에 전송할 수 있다.
분석부(1130)는 상기 부하(1210)로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 분석한다.
보다 구체적으로, 분석부(1130)는 제어 파라미터 설정을 위하여, 정현파 발생부(1120)에서 정현파가 생성되어 부하(1210)에 인가되고, 인가된 정현파에 따라 부하(1210)로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 분석한다.
전류 측정부(1160)는 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한다. 전류 측정부(1160)는 부하(1210)의 출력라인에 연결되어 전류를 센싱한다. 전류를 션트(Shunt) 저항과 같은 전류 측정 소자로 형성될 수 있다. 또는, 전류 미러 회로 및 전압 측정 장치 등의 다양한 장치들을 이용하여 부하(1210)에서 출력되는 전류를 센싱할 수 있다.
전류 측정부(1160)에서 센싱된 센싱 전류는 제어부(1110)에서 제어 신호를 생성하는데 이용될 수 있고, 분석부(1130)에서 제어 파라미터에 대한 주파수 응답을 분석하는데 이용될 수 있다.
분석부(1130)는 센싱 전류를 분석함에 있어서, 상기 수신한 센싱 전류를 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석할 수 있다. 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform)은 이산 데이터의 푸리에 변환을 고속으로 처리하는 방법으로, 신호를 분석하는데 이용된다. 고속 푸리에 변환을 이용하면, 긴 신호계열의 이산 푸리에 변환을 보다 짧은 신호계열의 이산 푸리에 변환으로 축차분해하는 것 및 회전인자의 대칭성과 주기성을 이용하여 데이터의 순서를 바꿈으로써 시간이 걸리는 곱셈 횟수를 줄여 빠른 처리가 가능하다.
분석부(1130)는 상기 수신한 센싱 전류와 정현파 발생부(1120)가 부하(1210)에 전송한 정현파를 이용하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 분석부(1130)는 고속 푸리에 변환을 수행함에 있어서, 상기 정현파 또는 상기 센싱 전류를 저장하는 저장부(1131) 및 상기 정현파와 상기 센싱 전류를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행하는 FFT 변환부(1132)로 구성될 수 있다.
정현파 발생기(1110)에서 생성되어 부하(1210)에 전송된 정현파는 분기되어 저장부(1131)에 저장해두었다가, 저장된 정현파에 대응되는 센싱 전류가 수신되면, FFT 변환부(1132)가 수신한 센싱 전류와 저장된 정현파를 이용하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다. FFT 변환부(1132)는 고속 푸리에 변환을 통해 부하(1210)의 주파수 응답 특성을 알 수 있다. 주파수 응답(Frequency Response)는 다양한 주파수의 입력 신호가 어떤 시스템에 인가되었을 때, 어떤 응답을 출력하는지를 측정하는 것으로, 해당 시스템을 분석하는데 이용된다. 여기서, 신호의 진폭은 일정하거나 변할 수 있다. 주파수 응답은 시스템으로부터 출력되는 신호의 크기(amplitude), 위상(phase)를 주파수에 대한 커브로 나타낼 수 있다.
처리부(1140)는 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부(1110)의 제어 파라미터를 설정한다.
보다 구체적으로, 처리부(1140)는 분석부(1130)로부터 센싱 전류를 분석한 결과를 수신한다. 앞서 설명한 바와 같이, 분석부(1130)는 고속 푸리에 변환을 통해 센싱 전류를 분석하고, 분석된 결과를 처리부(1140)로 전달한다. 처리부(1140)는 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 제어부(1110)의 제어 파라미터를 산출할 수 있다. 산출된 제어 파라미터는 제어부(1110)에 전송하여 제어부(1110)의 제어 파라미터를 변경하거나 설정할 수 있다. 제어부(1110)는 부하(1210)를 제어하기 위하여, 제어 파라미터가 설정된다. 제어부(1110)의 제어 파라미터는 제어부(1110)의 종류가 특성에 따라 설정되어야 하는 파라미터가 달라질 수 있다.
처리부(1140)는 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어부(1110)의 PI 제어 파라미터, PID 제어 파라미터, 또는 필터계수를 산출할 수 있다.
처리부(1140)는 제어부(1110)가 PI 제어기인 경우 PI 제어 파라미터를 산출하고, 제어부(1110)가 PID 제어기인 경우 PID 제어 파라미터를 산출하고, 필터를 포함하는 경우, 필터계수를 산출할 수 있다. 제어부(1110)는 자동 제어기일 수 있고, P, I, D의 조합을 이용하여 제어할 수 있다.
여기서, P는 비례(Proportional), I는 적분(Integral), D는 미분(Differential)을 의미한다. 비례(P)제어는 제어량을 목표값과 현재 위치와의 차에 비례한 크기가 되도록 하는 제어로, 목표값에 가까워질 수록 제어값의 차이가 줄어들어 미세한 제어가 가능해진다. 비례제어를 수행하는 경우, 제어량이 목표값에 접근하면 제어량이 너무 작아지고 그 이상 미세하게 제어할 수 없는 상태가 되어, 더 이상 제어할 수 없이 남아있게 되는 잔류편차가 존재한다. PI 제어는 비례와 적분을 이용하는 제어로 PI 제어를 이용하면 잔류편차를 제거할 수 있다. 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 누적되는 잔류편차에 따라 제어량을 증가시켜 편차를 없애는 것으로, 비례 동작에 적분 동작을 추가한 제어인바, 이를 PI 제어라 한다. PI 제어를 하는 경우, 실제 목표값에 가깝게 제어가 가능하나, 목표값에 가까워질 수록 제어량이 줄어들게 되어, 일정 시간 이상의 동작이 필요하게 된다. 이때, 정수가 크면 외란이 있을 때의 응답 성능이 나빠질 수 있다. 즉, 외란에 신속하게 대응하기 어렵고 목표값으로 돌아가기 어려워질 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 미분 동작을 수행할 수 있다. 급격히 일어나는 외란에 대해 편차를 보고 전회 편차와의 차가 큰 경우 조작량을 크게하여 응답하도록 한다. 이 전회와의 편차에 대한 변화차를 보는 것이 미분에 해당하고, 비례, 적분에 미분을 적용하여 PID 제어를 수행한다. 제어량이 목표값을 벗어나더라도 이에 대해 전회와의 편차로 판단하여 제어량을 적용함으로써 신속하게 목표값에 다다를 수 있다.
PID 제어는 PID 제어식으로 표현될 수 있고, PID 제어 파라미터는 Kp, Ki, Kd로 나타낼 수 있다. PID 파라미터는 스텝 응답법 또는 한계 감조법 등을 이용하여 최적화를 통해 산출할 수 있다. PI 제어도 이에 대응되어 PI 제어 파라미터 Kp, Ki를 산출할 수 있다.
처리부(1140)는 산출된 제어 파라미터를 제어부(1110)에 전송하여 제어부(1110)가 산출된 제어 파라미터로 제어부(1110)의 제어 파라미터를 설정하거나 변경하도록 할 수 있다. 처리부(1140)에서 산출된 제어 파라미터는 부하(1210)가 연결된 상태에서 산출되는 제어 파라미터이다. 즉, 온도나 부하(1210)의 노후화에 따른 특성 값을 반영하여 적응적으로 산출되는 제어 파라미터로, 제어부(1110)의 최적의 제어 파라미터에 해당한다.
처리부(1140)는 분석부(1130)로부터 수신한 결과를 이용하여 제어부(1210) 내지 제어 장치(1100) 또는 부하(1210)에 대한 양품 판정을 수행할 수 있다. 생산과정에서 양품 판정을 수행함에 있어서, 부하(1210)가 연결된 상태에서의 제어부(1110)에 대한 양품 판정을 수행함으로써 정확한 양품 판정을 수행할 수 있다. 제어부(1110)와 부하(1210)를 연결하지 않고 양품 판정을 수행하는 경우, 다른 한쪽의 부품에 대해서는 제어 파라미터를 가정하고 양품 판정을 수행하여 발생할 수 있는 실제 적용에서의 문제는, 부하(1210)를 제어 장치(1100)에 연결하고, 파라미터를 측정하는 본 발명의 제2 실시예의 실시예에 따른 제어 장치에서는 발생하지 않는다. 처리부(1140)는 제어부(1110)뿐만 아니라 부하(1210)에 대한 양품 판정을 수행할 수도 있다. 부하(1210)가 제어부(1110)에 연결되어 있는바, 처리부(1140)는 제어부(1110)뿐만 아니라 부하(1210)에 대해서도 함께 양품 판정을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(1110) 및 부하(1210)에 대해 각각의 양품 판정을 수행하거나 제어부(1110)와 부하(1210)를 하나의 세트로 양품 판정을 수행할 수 있다.
처리부(1140)는 센싱 전류를 분석한 결과에 따른 제어 파라미터가 양품판정 기준을 만족하는지 여부로 제어부(1110) 또는 부하(1210)의 양품 판정을 수행할 수 있다. 양품판정 기준은 하한치와 상한치를 가지거나, 하한치 또는 상한치를 가지는 소정의 범위로 설정될 수 있다. 양품판정 기준은 제어부(1110) 및 부하(1210)의 설계 스펙에 따라 설정되거나, 안전성이나 안전등급에 따라 설정될 수 있고, 사용자에 의해 설정될 수도 있다. 양품판정 기준은 메모리 상에 저장되어 있을 수 있다. 룩업테이블(LUT)로 저장되어 있을 수도 있다.
처리부(1140)는 센싱 전류를 분석한 결과로부터 인덕턴스(indutancce, L) 값 및 저항(Resistance, R) 또는 임피던스(impedence, Z) 값을 도출할 수 있다. 도출되는 인덕턴스 값 및 저항 값 또는 임피던스 값을 이용하여 제어부(1110) 또는 부하(1210)의 양품 판정을 수행할 수 있다. 즉, 인덕턴스 값 기준 범위 내인지 및 임피던스 값이 인덕턴스 기준 범위 내인지를 판단하여, 제어부(1110) 및 부하(1210)의 양품 판정을 수행할 수 있다.
처리부(1140)는 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 부하(1210)의 양품 판정을 수행할 뿐만 아니라, 부하(1210)가 불량이라고 판단하는 경우, 부하(1210)의 불량 원인까지 판단할 수 있다. 부하(1210)가 어떤 불량원인에 의해 불량되었는 지를 판단하고, 불량원인 정보를 저장하여 축적함으로써 현재, 부하(1210)에 대한 생산시 많이 발생하는 불량원인을 알 수 있고, 어떤 생산라인에서 어떤 불량이 어떤 비율로 발생하고 있는지를 알 수 있다. 즉, 불량원인 정보를 이용하여 생산라인 내지 생산시스템에 대한 관리를 수행할 수 있다.
처리부(1140)는 센싱 전류에 대한 분석을 통해 인덕턴스 값 및 임피던스 값을 도출할 수 있고, 인덕턴스 값 및 임피던스 값을 이용하여 불량원인을 판단할 수 있다. 이때, 불량원인 판단 기준 및 분류는 부하(1210)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 부하(1210)가 3상 모터이고, 제어부(1110)가 3상 전원을 이용하여 모터를 구동시키는 경우, 처리부(1140)는 부하(1210)의 불량원인으로, 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 코일 절연저감 등을 판단할 수 있다.
처리부(1140)는 양품 판정과 동시에 또는 양품 판정 이후, 제어부(1110)의 제어 파라미터를 산출할 수 있다. 제어부(1110) 및 부하(1210)가 양품인 경우, 부하(1210)가 연결된 상태에서의 제어부(1110)에 대한 최적의 파라미터를 설정하기 위하여, 제어 파라미터를 산출할 수 있다. 제어부(1110) 또는 부하(1210)가 불량인 경우에는 제어 파라미터 산출을 수행하지 않을 수 있다. 또는, 현재 제어부(1110)에 설정된 제어 파라미터에 따른 결과는 불량이나, 제어 파라미터를 변경시 양품판정을 받을 수 있는 범위 내에서의 불량 판정인 경우, 제어 파라미터를 변경하여 제어부(1110) 또는 부하(1210)에 대한 양품 판정 결과를 바꿀 수도 있다. 또는, 제어 파라미터 변경후 다시 양품 판정을 수행할 수 있다. 이를 통해, 제어 파라미터를 변경시 양품판정을 받을 수 있는 경우에도 불량으로 판정될 수 있는 경우를 방지할 수 있다. 고정된 제어 파라미터를 이용하여 부하(1210)에 대한 개별 양품 판정을 수행하는 경우, 제어 파라미터를 변경하는 경우, 부하(1210)를 양품으로 이용할 수 있음에도 부하(1210)에 대해 불량판정을 내리는 경우가 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명의 제2 실시예의 실시예에 따른 생산 장치에서는 부하(1210)가 연결된 제어부(1110)에 대한 양품 판정뿐만 아니라 제어 파라미터의 변경을 이용하여 부하(1210)에 대한 결과를 변경함으로써 부하(1210)의 양품 판정의 가능성 및 정확성을 높일 수 있다.
처리부(1140)는 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 부하(1210)의 고장 여부를 판단할 수 있다. 고장 여부를 판단하는 과정은 양품 판정을 수행하는 과정에 대응될 수 있다. 양품 판정은 생산과정에서 수행되고, 고장 여부 판단은 장치나 시스템에 장착되어 부하를 제어하는 과정에서 수행될 수 있다. 처리부(1140)는 고장 판단 기준에 따라 고장 여부를 판단할 수 있다. 고장 판단 기준은 양품 판정 기준과 상이할 수 있다. 양품 판정은 판매를 위한 판정이고, 고장 판단은 현재 동작 중에 고장에 따라 동작을 정지할 지를 위한 판정인 바, 양품 판정 기준보다 고장 판단 기준이 약할 수 있다. 치명적인 고장이 아니라면, 양품 판정시 불량으로 판단되는 범위라 하더라도 고장 여부 판정시에는 고장으로 판단하지 않을 수 있다. 즉, 고장이 아닌 정상으로 판정되는 기준 범위가 양품으로 판정되는 기준보다 더 넓을 수 있다. 또는, 고장 판단 기준은 양품 판정 기준과 동일할 수도 있음은 당연하다. 고장 판단 기준은 제어부(1110) 및 부하(1210)의 설계 스펙에 따라 설정되거나, 안전성이나 안전등급에 따라 설정될 수 있고, 사용자에 의해 설정될 수도 있다. 고장 판단 기준은 저장부(1131) 상에 저장되어 있을 수 있다. 룩업테이블(LUT)로 저장되어 있을 수도 있다.
또한, 처리부(1140)는 고장 여부뿐만 아니라 고장원인을 판단할 수 있다. 부하(1210)가 어떤 고장원인에 의해 고장이 발생하였는지를 판단하고, 고장원인에 시스템 또는 상위 제어기(1220)에 알람 등을 통해 제공하여, 고장을 신속히 처리하는데 이용되도록 할 수 있다.
처리부(1140)는 센싱 전류에 대한 분석을 통해 인덕턴스 값 및 임피던스 값을 도출할 수 있고, 인덕턴스 값 및 임피던스 값을 이용하여 고장원인을 판단할 수 있다. 이때, 고장원인 판단 기준 및 분류는 부하(1210)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 부하(1210)가 3상 모터이고, 제어부(1110)가 3상 전원을 이용하여 모터를 구동시키는 경우, 처리부(1140)는 부하(1210)의 고장원인으로, 도 11와 같이, 단선, 단락, 접촉저항 증가를 판단할 수 있고, 도 12과 같이, 자석 감자, 코일 절연저감 등을 판단할 수 있다. 고장원인을 판단하는 과정은 양품 판정시 불량원인을 판단하는 과정에 대응될 수 있다.
단선이 발생한 상의 임피던스가 갑자기 0으로 감소하면 권선 단선이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 단락이 발생한 상의 임피던스가 기존 값 대비 갑자기 증가하면 권선 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 또한, 측정한 임피던스 중 특정 상의 저항이 증가하면 그 상에 대해 접촉저항이 증가한 접촉저항 증가로 판단할 수 있다.
동일 온도 및 회전 속도에서 인가되는 전압의 주파수 소정의 주파수, 예를 들어, 100 Hz 미만 영역에서 측정된 전류의 크기가 기존대비 커지면 자석이 감자했다고 판단할 수 있다. 또한, 전류가 클 때, 권선 온도가 높아지는 가운데, 인가되는 전압의 주파수가 100 Hz 이상영역에서 측정된 인덕턴스가 기존 값보다 작아지면 자석이 감자했다고 판단할 수 있다. 절연저감되는 코일의 저항과 인덕턴스가 미세하게 작아지는 방향으로 진행되면 코일의 절연 저감 현상이 발생했다고 판단할 수 있다. 이외에도 다양한 고장원인을 판단할 수 있다.
또한, 처리부(1140)는 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정할 수 있다. 부하는 모터와 같이, 고정자와 회전자를 포함할 수 있고, 고정자와 회전자를 포함하는 부하는 온도에 영향을 많이 받는다. 따라서, 고정자와 회전자의 온도를 측정함에 있어서, 센싱 전류를 분석한 결과를 이용할 수 있다. 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 부하의 자속세기의 변화, 저항의 변화 또는 인덕턴스의 변화 중 적어도 하나를 판단하여 고정자 및 회전자 의 온도를 추정할 수 있다. 이와 같이, 추정된 온도에 따라 고장 발생 여부 또는 고장 발생 확률 등을 판단할 수 있다.
제어부는 MCU(Micro Controller Unit)이고 정현파 발생부, 분석부, 및 처리부는 MCU 내 프로세서로 구현될 수 있다. 즉, 상기 정현파 발생부, 분석부, 및 처리부는 차량 등에 임베디드 된 MCU에 포함되는 프로세서 상에 소프트웨어로 구현될 수 있고, 또는 Companion Chip의 하드웨어 형태로 구현될 수도 있다. 하드웨어 형태로 구현시, 하나의 하드웨어로 형성되거나 별도의 하드웨어로 형성될 수 있다.
도 13 및 도 14은 본 발명의 제2 실시예의 실시예에 따른 생산 장비의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 제어 장치(1100)는 도 13과 같이, 부하인 모터(1210)를 구동하되, 가변 주파수 정현파를 이용하여 주파수 응답을 수행하는 FRA online calibration 기능을 포함한 제어 장치일 수 있다. 제어 장치(1100)는 생산 장치 또는 상위 제어기(1220)로부터 캘리브레이션 동작 신호를 수신하여 가변 주파수의 정현파(sine wave)가 포함된 전압을 인가하여 모터(1210)를 동작시킨다. 제어 장치(1100)는 모터(1210)와 연결되어 있고, 모터가 3상 모터인 경우 3상이 연결되고, DC 모터인 경우 +, -가 연결될 수 있다. 모터(1210)에 인가된 전압에 따른 전류가 출력되면, 전류를 센싱한 센싱 전류를 이용하여 주파수 응답 분석을 통해 양품 판정을 수행하고, 제어 장치(1100)내 제어부의 제어 파라미터를 설정할 수 있다. 양품 판정 정보는 생산 장치 또는 상위 제어기(1220)에 전달될 수 있다.
도 14은 제어 장치(1100)의 구체적인 기능별 블록도로, 부하인 모터(1210)를 구동하기 위한 제어부인 위치/속도/전류 제어 로직, 전압 출력부(1150), 전류 측정부(1160)를 이외에, 가변 주파수의 정현파를 이용하여 모터(1210)의 특성을 검출하기 위한 정현파(sine wave) 발생기, 전압과 전류 신호 저장 메모리(1131) 및 저장된 신호에 대한 FFT를 수행하는 FFT 변환부(1132), 및 제어 파라미터의 설계 및 분석을 수행하는 처리부(1140)를 포함하는 FRA online calibration으로 구성될 수 있다. 생산 장치 또는 상위 제어기(1220)에서 캘리브레이션 동작 신호를 정현파 발생기에 전달하면, 정현파 발생기는 가변 주파수의 정현파 신호를 발생하고, 전압 출력부(1150)는 위치/속도/전류 제어 로직에서 출력되는 제어 신호와 함께 가변 주파수의 정현파 신호를 전압으로 변환하여 모터(1210)에 전압을 인가한다. 여기서 가변 주파수의 신호는 한 주기 이상 신호가 출력되어야 한다. 예를 들어 1Hz, 10Hz의 신호가 출력된다면, 1Hz 신호가 1주기 이상 출력된 뒤에, 10Hz 신호가 1주기 이상 출력 되어야 한다. 또한 이 가변 주파수는 모터의 회전 주파수와 다른 주파수를 의미한다. 예를 들어 모터가 600rpm으로 회전하고, 극쌍이 4일 때 전압은 40Hz로 인가된다. 하지만, FRA Online Calibration 기능에서는 40Hz를 포함하여 가변하는 신호를 추가하여 인가한다. 인가된 전압에 따른 전류가 모터(1210)로부터 출력되면, 전류 측정부(1160)가 전류를 센싱하고, 기 저장된 가변 주파수의 정현파에 따른 전압과 전류 신호를 이용하여 고속 푸리에 변환(FFT)를 수행한다. 저장 데이터는 같은 주파수에 해당하는 데이터로, 전압과 전류의 데이터 수는 동일하다. FFT를 통해 게인(Gain) 및 위상(Phase) 값을 산출하고, 주파수에 따른 게인(Gain) 및 위상(Phase) 값을 처리부(1140)에 전달하고, 처리부(1140)는 그에 따라 제어 파라미터를 설계 및 분석하여 양품 판정 또는 제어 파라미터를 산출한다. 양품 판정 정보는 생산 장치 또는 상위 제어기(1220)에 전달하고, 산출된 제어 파라미터를 이용하여 위치/속도/전류 제어 로직의 제어값을 변경한다. 이를 통해, 모터, 제어 장치, 그리고 제어 장치와 모터가 연결된 상태에서의 양품 판정이 가능하다. 또한, 주파수 영역에서의 제어기 안정도(Phase Margin, Gain Margin) 측정이 가능하다. 또한, 제어 장치 내부에 있는 정현파(Sine wave) 발생기를 통하여 원하는 주파수의 특성을 분석하여 최적의 제어기 값 (P,I,D Gain과 Filter)의 설계가 가능하다. 또한, 모터의 사용환경(온도, 노후화 등)이 변함에 따라 모터의 특성이 변하더라도, 모터의 특성을 Online 상에서 측정하여, 최적의 제어값을 구하여, 제어 성능(정상상태에서의 리플, 과도상태에서의 응답성 등)을 항상 최적으로 유지할 수 있다.
또한, 정현파 발생기를 이용하여 도 15의 듀얼(dual) 모터(1700)에 대한 상호간섭 성분을 측정할 수 있다. 서로 다른 주파수를 가지는 정현파를 서로 다른 모터(1710 및 720)에 각각 인가하고, 각각 출력되는 전류에 따른 주파수 응답 분석을 통해 두 개의 모터(1710 및 720)의 상호간섭 성분을 산출할 수 있다. 이를 통해, 정확한 상호간섭 성분을 산출하여, 상호간섭 성분을 정확하게 보상할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예의 일 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법의 흐름도이고, 도 17 내지 도 19는 본 발명의 제2 실시예의 다른 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법의 흐름도이다. 도 16 내지 도 19의 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 8 내지 도 15의 제어 장치에서의 제어 파라미터 설정 방법에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
S11 단계에서 정현파 발생부가 가변 주파수의 정현파를 생성하고, S12 단계에서 제어부에서 생성된 제어 신호와 함께 상기 정현파를 부하에 전송한다. 이후, S13 단계에서 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱하고, S14 단계에서 상기 센싱한 센싱 전류를 분석한다. 상기 센싱 전류를 분석함에 있어서, 상기 정현파와 상기 센싱 전류를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행할 수 있다.
그리고, S14 단계에서 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 S15 단계에서 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정한다.
상기 제어부의 파라미터를 설정함에 있어서, 상기 센싱 전류를 분석한 결과로부터 도출되는 부하의 인덕턴스 및 임피던스를 이용하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 설정할 수 있다.
또한, S14 단계에서 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 S21 단계에서 상기 부하 또는 상기 제어부의 양품 판정을 수행할 수 있다.
상기 정현파를 생성함에 있어서, 상기 제어부, 생산 장치, 또는 상위 제어기로부터 모드 동작 신호를 수신하여 상기 정현파를 생성하거나, 주기적으로 상기 정현파를 생성할 수 있고, 상기 정현파의 주파수는, 상기 제어부의 제어 신호와 주파수가 상이할 수 있다.
또한, 상기 센싱한 센싱 전류를 분석함에 있어서, S14 단계에서 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 S31 단계에서 상기 부하의 단선, 단락, 접촉저항 증가, 자석 감자, 또는 코일 절연저감 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 센싱한 센싱 전류를 분석함에 있어서, S14 단계에서 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 S41 단계에서 상기 부하의 자속세기, 저항, 또는 인덕턴스 변화 여부를 판단하여 상기 부하에 포함되는 고정자 및 회전자의 온도를 추정할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예의 실시예에 따른 제어 파라미터 설정 방법은 차량 등에 형성되는 임베디드 제어기(MCU)의 프로세서에서 수행될 수 있다. 즉, 주파수 응답 분석(FRA)을 이용하여, 최적의 제어 파라미터(PID/PI/필터 계수)를 찾아낼 수 있다. 주파수 응답 분석을 이용하여 차량 운행 중 Online(or Runtime) 상에서 실시간 또는 주기적으로 최적의 제어 파라미터(PID/PI/필터 계수)를 찾아낼 수 있다.
본 실시예에 따른 변형례는 제1 실시예의 일부 구성과 제2 실시예의 일부 구성을 함께 포함할 수 있다. 즉, 변형례는 제1실시예를 포함하되 제1 실시예의 일부 구성이 생략되고 대응하는 제2실시예의 일부 구성을 포함할 수 있다. 또는, 변형례는 제2 실시예를 포함하되 제2실시예의 일부 구성이 생략되고 대응하는 제1실시예의 일부 구성을 포함할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 부하에 연결된 제어기에 가변 주파수의 정현파를 전송하고, 상기 제어기로부터 상기 정현파가 인가된 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 수신하며, 상기 수신한 센싱 전류를 분석하는 주파수 응답 분석부; 및
    상기 주파수 응답 분석부로부터 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 수신하여 상기 제어기의 양품 판정을 수행하거나 상기 제어기의 제어 파라미터를 산출하여 상기 제어기에 전송하는 처리부를 포함하는 생산 장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 응답 분석부는,
    상기 수신한 센싱 전류를 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석하는 것을 특징으로 하는 생산 장비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 응답 분석부는,
    상기 수신한 센싱 전류와 상기 제어기에 전송한 정현파를 이용하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 생산 장비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정현파는,
    주파수가 가변되는 정현파로, 가변되는 주파수 중 하나의 주파수를 가지는 신호가 한 주기 이상 출력되거나 연속적으로 주파수가 변하는 신호가 한 주기 이상 출력되는 것을 특징으로 하는 생산 장비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 주파수 응답 분석부로부터 정현파를 수신하여 전압 신호로 변환하여 상기 부하에 인가하는 것을 특징으로 하는 생산 장비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기 또는 상기 부하의 양품 판정을 수행하는 것을 특징으로 하는 생산 장비.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 부하의 불량 원인을 판단하는 것을 특징으로 하는 생산 장비.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기의 PI 제어 파라미터, PID 제어 파라미터, 또는 필터계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 생산 장비.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 주파수 응답 분석부에 모드 진입 신호를 전달하여 상기 주파수 응답 분석부를 제어하는 것을 특징으로 하는 생산 장비.
  10. 주파수 응답 분석부에 모드 진입 신호를 송신하는 단계;
    상기 주파수 응답 분석부가 가변 주파수의 정현파를 생성하여 부하에 연결된 제어기에 전송하는 단계;
    상기 정현파가 인가된 상기 부하로부터 출력되는 전류를 센싱한 센싱 전류를 상기 제어기로부터 수신하는 단계;
    상기 주파수 응답 분석부가 상기 수신한 센싱 전류를 분석하는 단계;
    상기 주파수 응답 분석부로부터 상기 센싱 전류를 분석한 결과를 수신하는 단계;
    상기 센싱 전류를 분석한 결과를 이용하여 상기 제어기 또는 상기 부하의 양품 판정을 수행하거나 상기 제어기의 제어 파라미터를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 제어 파라미터를 상기 제어기에 전송하는 단계를 포함하는 생산 방법.
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