KR100609730B1 - 인터럽트를 이용한 속도검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 속도검출장치는, 엔코더로부터 펄스신호들을 입력받는 펄스입력부(㉮); 신호동기부로부터 입력된 펄스신호들로부터 설정된 함수에 의하여 에지(edge)를 판단하여 4체배된 신호를 검출하여 카운트하는 입력펄스 카운터부(㉯); 인터럽트 생성부로부터 생성된 인터럽트들과 기준 CPU 타이머로부터의 시간에 근거하여, 입력펄스 카운터부에서 검출된 4체배 신호와 동기되어진 기준시간을 생성하는 타이머처리부(㉰); 기준시간으로부터 실제 계산되어질 시점을 나타내어주는 인터럽트 생성부(㉱); 펄스입력부로 입력된 입력신호(A펄스, B펄스)를 동기화하는 신호동기부(㉳); 기준이 되는 CPU의 타이머(㉴)를 포함한다.

속도 제어, 속도 검출, 모터, 엔코더, 펄스, 인터럽트, M/T.

Description

인터럽트를 이용한 속도검출 장치 및 그 방법{Apparatus and method for detecting a velocity utilizing interrupt}

도 1은 종래에 있어서 AC 모터를 구동하는 제어장치로 구성되는 일반적인 속도 제어 시스템의 개략도이다.

도 2는 종래의 속도 제어 시스템에 있어서 엔코더에서 속도를 검출하는 방법 중 M방법에 따른 속도검출방법을 도시한 도면이다.

도 3은 종래의 속도 제어 시스템에 있어서 엔코더에서 속도를 검출하는 방법 중 T방법에 따른 속도검출방법을 도시한 도면이다.

도 4는 종래의 속도 제어 시스템에 있어서 엔코더에서 속도를 검출하는 방법 중 M/T방법에 따른 속도검출방법을 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도검출장치의 개략도이다.

본 발명은 모터의 속도 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 AC 모터를 구동하는 제어장치로 구성되는 속도 제어 시스템에 적용되는 것으로 사용자가 엔코더와 같은 속도센서를 이용한 폐루프 제어(Closed-Loop Control)를 할 경우 인터럽트를 이용하여 최적으로 속도를 제어할 수 있는 속도 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래에 있어서 AC 모터를 구동하는 제어장치로 구성되는 일반적인 속도 제어 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 교류전원(1); 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터(2); 전원 온(on) 되었을 때 돌입전류의 유입을 방지하는 초기 충전저항(3); 돌입 전류가 억제된 후 초기 충전저항을 회로에서 분리하는 MC(전자접촉기)(4); 직류전압을 평활시키는 DC와 필터 콘덴서(5); 트랜지스터, MOSFET, IGBT, GTO 등과 같은 제어 스위칭 소자로 구성되어 직류를 교류로 변환하는 가변전압, 가변 주파수의 펄스폭 변조 인버터(6); 인버터에 의해 구동되는 AC 모터(7); U, V, W 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기(8); 인버터의 직류전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하고 각종 구동을 지시하는 주 제어기(9); 주제어기로부터 입력된 전압 지령(V＊)와 주파수 지령(f＊)을 가지고 PWM(펄스 폭 변조) 파형을 만들어 인버터 각 상의 스위칭 소자 및 DB 스위치의 게이트에 스위칭 전압을 인가하는 V/f PWM 제어기(10); 회생운전 등으로 인해 상승한 직류전압이 설정된 전압보다 큰 경우 회생에너지를 저항(DB R.)으로 소비시키는 제동장치(12); 인버터(6)의 온도를 검출하는 온도검출기(13); 및 모터 속도를 알아내기 위해 설치한 센서인 엔코더(14)로 이루어져 있다.

이러한 시스템에서 정류회로는 컨버터(2), 초기 충전저항(3), MC(4), DC 리액터와 필터 콘덴서(5)로 구성되어 있으며, 1) 초기 기동시 돌입전류를 억제하고, 2) 정상적인 운전에서 직류전압원을 생성하는 역할을 한다. 이러한 시스템에서는 만일 충전 저항이 없이 초기에 교류전원(1)을 투입하면 필터 콘덴서에 초기 전하가 없으므로 큰 값의 돌입 전류가 흐르게 되며, 이 전류로 인해 컨버터(2) 내의 다이오드 모듈이 파손되게 되므로, 이러한 현상을 방지하기 위한 초기 충전저항(3)을 필요로 하게 된다. 또한, 돌입 전류를 억제한 후 RC 시정수 만큼의 시간이 흐르고 난 후에는 필터 콘덴서 양단의 전압(VDC)이 어느 정도 상승하므로 이때에 초기 충전저항을 회로에서 분리하고 양호한 직류전압원을 만들기 위해서는 MC(4)의 구동이 필요하다.

AC 모터를 구동하는 제어 장치는 속도 제어기를 사용하여 사용자가 원하는 주파수로 정확하게 운전할 목적으로 폐루프 제어를 사용하며, 폐루프 제어시 가장 중요한 부분 중에 하나는 속도를 검출하는 부분이다. 이 부분에 어떤 방식을 사용하느냐에 따라서 제어기의 특성이 결정되기 때문에 좀 더 새로운 방식을 사용할 필요성이 있으며, 상기 도 1의 시스템에서 AC 모터의 속도를 검출하는 센서는 엔코더를 이용하는 방식이다.

현재 AC 모터의 속도 검출에 사용되는 엔코더는 상호 90도(π/2)의 위상차를 갖는 A,B 두상의 펄스열 및 360도 주기마다 1개의 Z 상의 펄스를 출력하며, 이중 통상 A, B 두 상의 펄스만이 속도검출을 위해 이용되고 있다. 속도검출은 일정 시간(dt)동안 변화한 각도(dθ)를 이용하여 ω=dθ/dt 에 의해 구해지며, 이 때 dθ는 엔코더로부터 출력되는 펄스의 개수로 알 수 있다. 그러므로, 속도검출이 계속 수행되기 위해서는 dt 시간동안 엔코더 펄스가 1개 이상 발생되어야 한다.

또한, 엔코더에서 속도를 검출하는 방법은 다음과 같이 크게 3가지로 나눌 수 있다.

첫째는 도 2에서와 같은 M방법이다. M방법은 일정 주기의 샘플링 시간(Tc) 동안의 펄스 수 m1을 이용하여 속도를 측정하는 방법으로 저속에서는 카운트되는 펄스수가 적으므로 저속에서 정밀도가 떨어진다. 둘째는 도 3에서와 같은 T방법이다. T방법은 엔코더 펄스 간의 시간(Tp)을 m2 클럭수를 이용하여 측정하여 속도 정보를 얻는 방법으로서, 고속에서는 Tp시간 동안 m2 수가 적으므로 정밀도가 떨어진다. 셋째는 도 4와 같은 M/T 방법이다. M/T방법은 M방법과 T방법이 절충된 방법으로 실제 속도측정에 가장 많이 사용된다. 일정 주기의 샘플링 시간(Tc) 이후에 처음 발생되는 엔코더 펄스와 동기하여 δT만큼 지연된 시간 Td(m2를 이용하여 계산함)와 엔코더 펄스수(m1)를 이용하여 속도를 측정한다.

이렇게 M/T 방법은 저속과 고속 양쪽에서 속도를 측정하는 일반적인 방식으로 사용되어 왔으나, 속도를 검출할 때 동기된 시간지연(Td)에서 오류가 발생할 수도 있으며 저속의 검출에서도 하드웨어에 카운터 값에 제약을 받게 되므로, 이러한 방법이 실제 속도 제어기에 사용될 수 있는 최적의 방식이라고는 할 수 없다.

따라서, 이러한 문제점을 극복하고 저속 영역과 고속 영역 모두에서 보다 적절하고 안정한 검출 특성을 가진 최적의 속도검출방법에 대한 필요성이 존재한다.

본원발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본원발명은 모터 속도 검출시에 고속영역 뿐아니라 저속 영역에서도 보다 정확한 속도를 검출할 수 있는 속도검출 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 속도 검출장치 및 그 방법은 오픈루프(Open-Loop)와 같은 피드백이 필요없는 시스템에 적용하는 것이 아니라, 엔코더와 같은 피드백 요소가 있어서 폐루프 제어(Closed-Loop Control), 센서드 벡터제어와 같은 고급제어를 할 때 사용하는 속도 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.

또한, 본원발명의 목적은 부가적인 하드웨어적 구성을 구비하지 않고도 현재 사용되고 있는 M/T 방식보다 향상된 속도계산이 가능한 속도검출장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본원발명의 제 1 관점에 따르면, 본원발명에 따른 모터의 속도를 검출하는 속도검출장치는:

모터의 속도를 검출하는 속도검출장치에 있어서,

모터 속도에 따라 복수의 펄스신호를 출력하는 엔코더와;

상기 엔코더의 상기 복수의 펄스신호를 입력받는 펄스입력부와;

상기 펄스입력부로부터의 상기 복수의 펄스신호를 동기화하는 신호동기부와;

상기 신호동기부에서 입력된 펄스신호로부터 4체배된 신호를 검출하고 카운트하는 입력펄스카운터부와;

상기 신호동기부로부터 입력된 동기화된 상기 복수의 펄스신호로부터, 기준 시간으로부터 실제 계산될 시점을 나타내기 위해 인터럽트를 생성하는 인터럽트 생성부와;

상기 속도검출장치의 기준이 되는 CPU의 타이머와;

상기 인터럽트 생성부로부터의 인터럽트와 상기 CPU의 타이머로부터의 입력신호에 근거하여, 상기 검출된 4체배 신호와 동기된 기준시간을 생성하는 타이머처리부를 포함한다.

본원 발명의 제 2 관점에 따르면,

상기 인터럽트 생성부는 상기 입력된 동기화된 복수의 펄스신호에 대하여 인터럽트들을 발생시키는 두개의 타이머를 포함하는 것이 바람직하다.

본원 발명의 제 3 관점에 따르면,

상기 타이머처리부는 속도를 계산하기 위한 시간을 나타내는 독립된 타이머를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본원발명의 제 4 관점에 따르면, 본원발명의 모터의 속도를 검출하는 속도검출방법은:

모터 속도에 따라 엔코더에서 출력되는 복수의 펄스신호를 입력받는 단계와;

상기 복수의 펄스신호를 동기화하는 단계와;

상기 동기화된 복수의 펄스신호로부터 4체배된 신호를 검출하고 카운트하는 단계와;

상기 동기화된 복수의 펄스신호를 근거로 하여 인터럽트를 생성하는 단계와;

상기 인터럽트와, 기준이 되는 CPU의 타이머로부터의 입력신호에 근거하여, 상기 검출된 4체배 신호와 동기된 기준시간을 생성하는 단계와;

상기 카운트 결과와 상기 인터럽트와 상기 기준시간의 데이터를 이용하여 상기 모터의 현재 속도를 계산하는 단계를 포함하여 구성되어 있다.

본원발명의 제 5 관점에 따르면,

상기 기준시간 생성단계는, 상기 속도 검출에 있어서의 정주기 인터럽트 서비스루틴에 대하여 시작시점에서 속도 계산용 인터럽트를 디스에이블(disable)하고 완료시점에서 상기 속도 계산용 인터럽트를 인에이블(enable)시킴으로서 상기 정주기 인터럽트에 대하여 1회씩 속도계산이 이루어지는 것이 바람직하다.

본원발명의 제 6 관점에 따르면,

속도검출이 가능한 유효한 에지가 정주기 인터럽트 서비스루틴 이후에 발생하는 경우, 상기 유효한 에지의 발생 후에 비로서 상기 속도계산용 인터럽트를 처리하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터의 속도검출장치 및 그 방법의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명하고자 한다. 각 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 다만, 하기의 설명에 있어서 AC 모터의 속도제어 시스템 전반에 대하여서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 일반적인 것이므로 설명을 생략한다.

도 5는 AC 모터를 구동하는 제어장치를 포함하는 속도제어 시스템에 있어서 본원발명의 바람직한 일실시예에 따른 M/T 방식으로 모터의 속도를 검출하는 속도검출장치의 개략도를 나타내고 있다. 이러한 속도검출장치는 도 1에서와 같은 속도제어 시스템에 있어서 인버터의 속도검출부분의 구성이 부가된 것이다.

상기 속도 검출장치의 동작은 다음과 같다.

먼저 엔코더로부터 발생된 상기 펄스 신호들은 펄스입력부(㉮)로 입력된다. 일반적인 경우, 신호동기부(㉳)인 디코더 로직 회로는 상기 입력된 펄스신호 각각에 대하여 그 에지 신호를 검출하여 입력신호인 A상 펄스와 B상 펄스를 동기화시키고 4체배하며, 이를 입력펄스 카운터부(㉯)에서 QD1_POSD를 이용하여 카운트(m) 함으로써 AC 모터가 회전하는 회수를 받아들인다. 입력펄스 카운터부(㉯)에 입력되는 펄스는 각각의 에지에 따라서 인터럽트를 발생할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 또한, 이때 인터럽트 생성부(㉱)는 디코더 로직 회로(㉳)로부터 출력된 동기화된 A펄스와 B펄스 신호를 입력받고, 엔코더로부터 입력된 신호와 동기화된 신호에 맞춰서 A펄스에 대한 쿼드타이머 B0와 B펄스에 대한 쿼드타이머 B3에 의해 인터럽트들을 발생시킨다. 타이머처리부(㉰)는, 속도를 계산하기 위한 시간을 나타내는 부분으로서 새로운 독립 타이머인 쿼드타이머 B2(바람직하게는 1msec)를 구비하고 있다. 이러한 쿼드 타이머 B2는, 기준이 되는 CPU(클록, 40MHz)의 타이머(㉴)로부터의 신호를 근거하여 속도계산을 위한 기준시간을 생성한다. 상기 인터럽트 생성부(㉱)로부터의 인터럽트들과 쿼드 타이머 B2로부터의 기준시간을 기초로 하여 타이머 처리부(㉰)는 시간T(t_new)를 계산한다.

더 상세하게, AC 모터의 구동장치에 관련하여 입력펄스 카운터부(㉯), 타이머처리부(㉰), 인터럽트 생성부(㉱)의 구체적인 속도계산 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다. 속도제어 시스템의 정주기 인터럽트(1msec) 서비스루틴에 있어서, 시작시점에서는 속도 계산용 인터럽트를 디스에이블(disable)하고, 완료시점에서는 속도 계산용 인터럽트를 인에이블(enable)하게 되며, 이로 인해 유효한 데이터를 적용하여 연산하는 동작이 무한정 증가하지 않고 단지 1msec에 1회씩만 계산가능하게 된다. 그러나 만약 속도검출이 가능한 유효 에지가 정주기 인터럽트 서비스루틴의 후에 발생하게 되면, 발생후에 비로소 펄스수와 시간 T를 검출하여 속도 계산용 인터럽트 서비스 루틴을 처리하게 된다. 이 유효 에지로 인해 속도 검출용 인터럽트 신호가 발생되면 그때서 비로서 속도검출했던 데이터를 이용하여 현재 속도를 계산하게 된다. 이러한 속도 검출방식에 의하면 종래에 사용되고 있던 M/T방식에 비해 부가적인 하드웨어적 구성이 없이도 향상된 속도계산이 가능해 진다.

또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위내에서 본 기술분야의 당업자에 의한 변경 및 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명에서의 권리범위는 후술하는 청구범위에 의해서만 한정된다.

상기와 같은 구성으로 인해 본 발명은 인버터의 속도 검출 부분이 보다 정확하고 안정하게 작동할 수 있게 된다. 이로 인하여 저속에서 검출 가능한 영역이 현재와 같은 하드웨어에서 보다 광범위해지며 정확한 속도를 알아낼 수 있게 되고, 고속 영역에서도 고응답성을 가지게 되고 정확한 속도검출이 가능하게 되어짐으로써 제어시 필요한 최적의 속도 검출이 가능하게 되어 진다.

Claims (6)

1. 모터의 속도를 검출하는 속도검출장치에 있어서,

   모터 속도에 따라 복수의 펄스신호를 출력하는 엔코더와;

   상기 엔코더의 상기 복수의 펄스신호를 입력받는 펄스입력부와;

   상기 펄스입력부로부터의 상기 복수의 펄스신호를 동기화하는 신호동기부와;

   상기 신호동기부에서 입력된 펄스신호로부터 4체배된 신호를 검출하고 카운트하는 입력펄스카운터부와;

   상기 신호동기부로부터 입력된 동기화된 상기 복수의 펄스신호로부터, 기준시간으로부터 실제 계산될 시점을 나타내기 위해 인터럽트를 생성하는 인터럽트 생성부와;

   상기 속도검출장치의 기준이 되는 CPU의 타이머와;

   상기 인터럽트 생성부로부터의 인터럽트와 상기 CPU의 타이머로부터의 입력신호에 근거하여, 상기 검출된 4체배 신호와 동기된 기준시간을 생성하는 타이머처리부를 포함하는, 속도 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 인터럽트 생성부는:

   상기 입력된 동기화된 복수의 펄스신호에 대하여 인터럽트들을 발생시키는 두개의 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 속도 검출장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 타이머처리부는 속도를 계산하기 위한 시간을 나타내는 독립된 타이머를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 속도 검출장치.
4. 모터의 속도를 검출하는 속도검출방법에 있어서,

   모터 속도에 따라 엔코더에서 출력되는 복수의 펄스신호를 입력받는 단계와;

   상기 복수의 펄스신호를 동기화하는 단계와;

   상기 동기화된 복수의 펄스신호로부터 4체배된 신호를 검출하고 카운트하는 단계와;

   상기 동기화된 복수의 펄스신호를 근거로 하여 인터럽트를 생성하는 단계와;

   상기 인터럽트와, 기준이 되는 CPU의 타이머로부터의 입력신호에 근거하여, 상기 검출된 4체배 신호와 동기된 기준시간을 생성하는 단계와;

   상기 카운트 결과와 상기 인터럽트와 상기 기준시간의 데이터를 이용하여 상기 모터의 현재 속도를 계산하는 단계를 포함하는, 속도검출방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 기준시간 생성단계는, 상기 속도 검출에 있어서의 정주기 인터럽트 서비스루틴에 대하여 시작시점에서 속도 계산용 인터럽트를 디스에이블(disable)하고 완료시점에서 상기 속도 계산용 인터럽트를 인에이블(enable)시킴으로서 상기 정주 기 인터럽트에 대하여 1회씩 속도계산이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 속도검출 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   속도검출이 가능한 유효한 에지가 정주기 인터럽트 서비스루틴 이후에 발생하는 경우, 상기 유효한 에지의 발생 후에 비로서 상기 속도계산용 인터럽트를 처리하는 것을 특징으로 하는, 속도검출방법.

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