KR100244245B1 - 전동기의 속도검출방법 - Google Patents

Abstract

엔코더를 이용한 속도검출방법에 있어서, 상기 엔코더의 위치 출력(θ_p)값을 M/T 계산기를 통하여 변환한 속도값(ω_m)에 보정값(△ω)을 더하여 속도(ω_p)를 측정하는 단계와, 상기 측정된 속도(ω_p)를 적분하는 단계와, 상기 엔코더 위치 출력값(θ_p)과 측정된 속도(ω_p)를 적분하여 산출한 위치값(θ_m)과의 오차(△θ)에 계수를 곱하는 단계를 포함하여 M/T 속도 변환방법을 사용하는 전동기의 저속 영역 혹은 정지시 실제속도를 과잉/과소 평가하여 전동기의 진동 발생을 최소화하는 방법에 관한 것이다.

Description

전동기의 속도검출방법{Method for Detecting Velocity of an Electronic Motor}

본 발명은 전동기의 속도검출방법에 관한 것으로, 특히 속도검출방법 중 M/T 방법의 단점을 개선하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 회전하는 토크, 속도, 위치값들을 측정하여 이 값이 지령치와 같게 되도록 하는 각각의 제어기를 가지고 있다.

첨부된 도면을 참조하여 종래 기술을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 다른 전동기의 속도검출기의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 M/T 변환부의 구성을 나타낸 블록도이다.

종래 기술에 따른 전동기의 속도검출기는 도 1에 도시된 바와 같이, 속도 및 전류를 검출하는 속도/전류 검출기(11)와, 상기 속도/전류 검출기(11)에서 출력된 값을 입력받아 회전력을 얻게 하는 모터(12)와, 상기 모터(12) 축에 고정되어 회전스위치를 A/B 펄스로 변환하는 엔코더(13)와, 상기 엔코더(13)에서 변환된 값을 입력받아 실제속도 측정값을 구현하는 M/T 계산기(14)로 구성된다.

상기 M/T 계산기(14)의 변환부 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 엔코더(13)에서 변환된 A/B 펄스를 카운트하는 A/B 펄스열 카운터(21)와, 고주파 클럭을 카운트하는 프리러닝 카운터(22)와, 상기 A/B 펄스열 카운터(21)에서 출력된 출력신호와 프리러닝 카운터(22)의 카운터값을 기억하는 래칭부(23)와, 상기 래칭부(23)에서 출력된 카운터값(t_c)을 입력받아 제어신호를 출력하는 마이콤(24)으로 구성된다.

상기 모터(12)가 회전하면 엔코더(13)는 회전 위치신호를 출력하게 되고, A/B 펄스열 카운터(21)에서 이 값의 엣지(Edge)를 카운트하여 위치값(θ_p)을 구할 수 있다.

상기 프리러닝 카운터(22)는 고주파 클럭(ψ)을 카운트하여 래칭부(23)에 출력하고, 상기 래칭부(23)는 위치값(θ_p)의 엣지(Edge)에 동기된다.

상기 위치값(θ_p)과 카운터값(tc)으로부터 실제속도(ω_m)를 구현하는 M/T계산기(14)의 변환동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, n번째 속도읽기 루틴이 시작되면 가장 최근의 캡쳐타임(Capture Time)(t_c(n))을 읽는다.

또한, 커런트 타임(current time)(t(n))값과, 위치값(θp)을 읽는다.

상기 커런트 타임(t(n))값과 캡쳐타임(t_c(n))값과의 오차(△t(n))를 산출한다.

상기 오차(△t(n)) 산출 후 위치펄스개수(m1)와 시간펄스개수(m2) 및 실제속도(ω_m)를 산출한다.

또한, 상기 위치펄스개수(m1)가 0인지 확인하고, 상기 위치펄스개수(m1)가 0이면 실제속도(ω_m)가 0이상인지 확인한다.

만약, 상기 실제속도(ω_m)가 0보다 크면 위치펄스개수(m1)는 +1이 되고, 실제속도(ω_m)가 0보다 작으면 위치펄스개수(m1)는 -1이 된다.

또한, 위치펄스개수(m1)가 0이면 시간펄스개수(m2)는 (t(n) - t(n-1) + △t(n-1) 값을 갖는다.

따라서, 실제속도(ω_m)는 60*X/(2πTd)를 이용하여 계산되어진다.

여기서, 상기 X는 측정시간(Td)동안 회전자가 움직인 각[rad]으로, P[ppr] 엔코더가 측정시간(Td)동안 위치펄스개수(m1) 만큼의 펄스를 발생한다면 X[rad] = 2πm1/p값을 갖는다.

또한, 측정시간(Td)는 주파 클럭 ψ가 주파수의 클럭펄스로 디지털화 되어 있다면 Td = m2/fc가 된다.

따라서, 상기 두 식으로부터 실제속도(ω_m)는 ω_m= (60*fc*(m1))/(p*m2)로 정리된다.

종래 기술에 따른 속도검출방법은 검출기가 필요이상의 역토크를 발생하거나, 제동 토크가 필요치보다 부족하게 발생하여 저속운전 혹은 정지시에 진동을 유발하고, 부하량에 따른 충분한 토크를 낼 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 속도값(ω_m)을 보정하여 오차를 일정값 이내로 제한하고 속도계산의 평균적 오차를 억제하는 방법을 제시함으로써 M/T 속도 변환방법을 사용하는 전동기의 저속영역 혹은 정지시 실제속도를 과잉/과소 평가하여 진동하는 문제를 최소화하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전동기 속도검출계의 일반적인 구성을 나타낸 블록도

도 2는 도 1중 M/T 변환부의 구성을 나타낸 블록도

도 3은 본 발명에 따른 전동기의 속도검출계의 구성을 나타낸 블록도

도 4는 본 발명에 따른 전동기의 속도검출방법을 나타낸 플로우챠트

도 5는 본 발명에 다른 M/T 변환방법에 의해 출력되는 파형을 나타낸 파형도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

13 : 엔코더 14 : M/T 계산기

31 : 적분기 32 : 곱셈기

θ_p: 엔코더 위치값 ω_m: M/T 계산기 출력값

△ω : 보정값 ω_p: 속도측정값

θ_m: 적분 위치값 K1 : 시정수

본 발명은 전동기의 속도검출방법에 있어서, M/T 계산기에 의한 속도 출력(ω_m)에 보정값(△ω)을 더하여 속도(ω_p)를 측정하는 단계와, 상기 보정값(△ω)을 엔코더 위치 출력(θ_p)과 속도측정값(ω_p)을 적분하여 만든 위치값(θ_m)과의 오차값(△θ)에 계수를 곱하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 전동기의 속도검출계의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전동기의 속도검출방법을 나타낸 플로우 차트이고, 도 5는 본 발명에 따른 전동구동장치의 감속운전/정지/출발시의 모터 회전축의 실제위치와 엔코더의 위치를 출력한 파형도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 회전스위치를 A/B펄스로 변환하는 엔코더(13)와, 상기 엔코더(13)에서 변환된 값을 입력받아 실제속도 측정값을 구현하는 M/T 계산기(14)와, 상기 M/T 계산기(14)에 의한 속도 출력(ω_m)에 보정값(△ω)을 더하여 측정된 속도(ω_p)값을 적분하는 적분기(31)와, 상기 적분기(31)에서 출력된 위치값(θ_m)과 엔코더(13)에서 출력된 엔코더(13) 위치 출력값(θ_p)을 합하여(△θ)에 계수를 곱하는 곱셈기(32)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같이 이루어진 속도검출기 동작을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 위치출력값(θ_p)과 측정된 속도(ωp)를 적분하여 산출한 위치값(θ_m)과의 오차(△θ = θ_p- θ_m)를 산출하고(S10), 상기 산출한 오차값(△θ)이 오프셋 값내(-01 ∼ +01)에 있는지 확인한다(S20).

상기 △θ가 오프셋 값 내에 있으면 보정값(△ω)은 0이 되고(S30), 오프셋 값 사이에 있지 않으면 보정값(△ω)은 K₁*△θ값을 갖는다(S40).

상기 산출한 보정값(△ω)을 이용하여 속도측정값(ω_p= △ω + ω_m)을 산출한다(S50).

또한, 상기 산출한 속도측정값(ω_p)은 속도검출기에 피드 백(Feed Back)된다.

상기 오차값(△θ)이 양의 일정값 이상이면, 보정값(△ω)은 양의 값을 일정하게 유지하며 속도측정값(ω_p)을 증가시키고, 다음 검출주기가 되면 보정값(△ω)만큼 위치값(θm)이 증가한다.

따라서, 오차값(△θ)은 보정값(△ω)만큼 작아지게 되어 접차적으로는 오프셋값(-01 ∼ +01) 내에서 수렴하게 된다.

그러므로, 속도 출력값(ω_m)으로부터 △θ 〈 ??01??을 가능하게 하는 보정된 속도값(ω_p)을 얻을 수 있다.

상기 보정값(△ω)은 오차값(△θ)이 오프셋 값(-01 ∼ +01) 내에 있으면 0이 되고, △θ가 +01 이상이면 K1(△θ - 01) 값을 가지고, △θ가 -01 이하이면 K1(△θ + 01) 갑슬 갖는다.

또한, 상기 속도측정값(ω_p)은 속도출력값(ω_m)과 보정값(△ω)의 합으로 구할 수 있으며, 위치값(θ_m)은 속도측정값(ω_p)을 적분하여 구한다.

상기 속도측정값(ω_p)의 K1은 △θ가 수렴하는 속도를 결정하는 시정수가 되는데, 이 값은 적절히 설정하여 사용할 수 있다.

이와 같은 M/T 변환방법에 의해 출력되는 파형은 도 5에 도시된 바와 같이, 실제위치를 나타낸 파형(a)과, 엔코더의 위치를 출력한 파형(b)으로 나타낸다.

상기 엔코더의 위치를 출력한 파형(b)이 본 발명이 추종하는 파형임을 알 수 있다.

본 발명에 따른 전동구동장치의 속도검출방법은 속도값(ω_m)을 보정하여 오차를 일정값 이내로 제한하고 속도계산의 평균적 오차를 억제함으로써 전동기의 저속운전 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 엔코더, M/T 계산기 및 적분기를 구비한 전동기의 속도검출방법에 있어서,

   상기 엔코더에서 출력되는 위치오차값(θp)과 상기 적분기에서 출력되는 위치값(θm)과의 차에 의해 위치오차(Δθ)값을 산출하는 단계;

   상기 산출된 위치오차(Δθ)값이 일정 범위내에 존재하는지 여부를 판단하는 단계;

   상기 위치오차(Δθ)값이 일정 범위내에 존재하지 않으면 상기 위치오차(Δθ)값에 소정계수를 곱한 값을 보정값(Δω)으로 설정하고, 위치오차(Δθ)값이 일정 범위내에 존재하면 보정값(Δω)을 초기화 시키는 단계; 그리고,

   상기 산출된 보정값(Δω)에 상기 M/T 계산기에서 출력되는 속도(ωm)를 합하여 속도(ωp)를 측정하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 전동기의 속도검출방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 위치오차(Δθ)값이 양의 값으로 일정값 이상이면 상기 속도(ωp)가 증가됨을 특징으로 하는 전동기의 속도검출방법.

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