KR101503376B1 - 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템 - Google Patents

유압 실린더용 밸브의 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템에 관한 것으로서, 전체 출력의 동기를 일치시키기 위하여, PWM 신호 1주기의 인터럽트 수를 계산하고, 구동되는 밸브들에 동시 적용하여 동기화시키며, 밸브의 구동 주파수 1주기 내에서 듀티(duty)의 변화없이, 밸브로 공급되는 전류량 제어를 통한 주기 내의 펄스의 위치를 조정하여 미세 밸브 제어를 수행하도록 함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유압 실린더용 밸브 구동을 위한 값을 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력되는 값을 밸브로 전송하되, 전체 출력의 동기를 일치시키기 위하여, PWM 신호 1주기의 인터럽트 수를 계산하고, 구동되는 밸브들에 동시 적용하여 동기화시키는 동기화부; 및 상기 밸브의 구동 주파수 1주기 내에서 듀티(duty)의 변화없이, 밸브로 공급되는 전류량 제어를 통한 주기 내의 펄스의 위치를 조정하여 미세 밸브 제어를 수행하는 밸브 제어부; 를 포함한다.

Description

유압 실린더용 밸브의 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING VALVE OF HYDRAULIC CYLINDER}
본 발명은 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유압 실린더 구동을 위해 일정 전류를 구동밸브에 가할 경우 발생하는 진동 및 소음 등의 문제를 해소하기 위하여, 각 밸브에 인가되는 PWM 신호를 분석하여 동기화하며, 구동 주파수 1주기 내에서 듀티의 변화없이 주기 내의 펄스의 위치를 조정하여 미세 밸브 제어를 수행하는 기술에 관한 것이다.
밸브의 제어 기술과 관련해서는 한국등록특허 제10-0582314호(이하, '선행문헌') 외에 다수 공개 및 등록되어 있다.
상기한 선행문헌은, 구동 솔레노이드의 코일에 인가되는 펄스 전압의 듀티비를 조절함으로써 상기 코일에 흐르는 구동 전류를 제어하여 유량을 조절하는 유량 제어용 솔레노이드 비례 제어 밸브의 구동 방법으로서, 상기 코일에 인가되는 전기 에너지를 적절한 시점에서 일시적으로 크게 하여, 상기 구동 솔레노이드의 구동력을 순간적으로 상승시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 선행문헌을 포함한 종래에는, 유압 실린더 구동을 위해 일정 전류(PWM pulse)를 구동 밸브에 가할 경우, 즉, PMW 신호의 공급하는 기존의 방식은, 듀티 변화만 있는 1개의 펄스로 구성되어있다.
이 경우, 밸브를 초기 구동할 때 1주기 내에서 공급되는 전류의 분포가 한 방향으로 치우쳐 유압 실린더에서 초기 동작의 불안함 또는 붐의 이동이 원활하지 않고, 진동 및 소음이 발생하는 원인이 된다.
한국등록특허 제10-0582314호.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 전체 출력의 동기를 일치시키기 위하여, PWM 신호 1주기의 인터럽트 수를 계산하고, 구동되는 밸브들에 동시 적용하여 동기화시키도록 함에 있다.
그리고 본 발명의 제 2 목적은, 밸브의 구동 주파수 1주기 내에서 듀티(duty)의 변화없이, 밸브로 공급되는 전류량 제어를 통한 주기 내의 펄스의 위치를 조정하여 미세 밸브 제어를 수행하도록 함에 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템에 관한 것으로서, 유압 실린더용 밸브 구동을 위한 값을 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력되는 값을 밸브로 전송하되, 전체 출력의 동기를 일치시키기 위하여, PWM 신호 1주기의 인터럽트 수를 계산하고, 구동되는 밸브들에 동시 적용하여 동기화시키는 동기화부; 및 상기 밸브의 구동 주파수 1주기 내에서 듀티(duty)의 변화없이, 밸브로 공급되는 전류량 제어를 통한 주기 내의 펄스의 위치를 조정하여 미세 밸브 제어를 수행하는 밸브 제어부; 를 포함한다.
또한 상기 동기화부는, 입력값을 밸브의 구동 주파수의 주기를 인터럽트(interrupt) 시간으로 나누어 카운트하고, 카운트한 값을 최대 입력값(max JV)으로 나누어 1입력값(1JV)에 해당하는 인터럽트 수를 구하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 동기화부는, 입력된 1입력값(1JV)값과, 상기 1입력값(1JV)에 해당하는 인터럽트 수와의 곱을 통해 1주기(T)동안 출력하는 전류량을 구하며, 모든 입력값(JV)을 1주기(T) 시간 간격으로 재설정하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 밸브 제어부는, 상기 밸브의 구동 주파수의 1주기를 다수개로 등분하여, 전류의 인터럽트 수(ICN)를 영역 순서대로 배열하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 밸브 제어부는, 상기 밸브 구동 주파수의 1주기를 다수개로 등분하고, 등분한 영역에 전류량 배열을 위한 전류의 인터럽트 수(ICN)를 배열하여 밸브로 공급되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 밸브 제어부는, 제 1 영역에서 제 n 영역순으로 인터럽트 수(ICN)를 배열하되, 각 영역이 최대 인터럽트 수(ICN)가 될 때까지, 그리고 모든 영역의 인터럽트 수(ICN)의 총 합이 총 인터럽트 수가 될 때까지 배열을 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 밸브 제어부는, 인터럽트 수(ICN) 배열이 종료되면, 1주기(T)의 시간 동안 밸브 구동용 PWM 신호를 출력하여 밸브로 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 유압 실린더 구동을 위해 일정 전류(PWM pulse)를 구동밸브에 가할 시 발생하던 진동 및 소음을 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템에 관한 전체 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 인터럽트를 사용한 PWM 동기화를 설명하기 위한 일예시도.
도 3 은 종래의 PMW 신호의 공급하는 방식에 관한 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 밸브 구동 주파수의 1주기를 등분한 모습을 보이는 일예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 영역별 인터럽트 수를 배열한 모습을 보이는 일예시도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템에 관하여 도 1 내지 도 5 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템(S)에 관한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 입력부(100), 동기화부(200) 및 밸브 제어부(300)를 포함하여 이루어진다.
구체적으로, 입력부(100)는 유압 실린더용 밸브(10) 구동을 위한 값을 입력받는다. 이때, 입력부(100)는 다수개의 비례제어 조이스틱(Joystick) 등을 포함하는 장치를 통해 입력받을 수 있다.
동기화부(200)는 입력부(100)를 통해 입력되는 값을 밸브(10)로 전송하되, 전체 출력의 동기를 일치시키기 위하여, PWM(Pulse Width Modulation: 펄스 폭 변조) 신호 1주기의 인터럽트 수를 계산하고, 구동되는 밸브(10)들에 동시 적용하여 동기화시킨다.
구체적으로, 동기화부(200)는 입력값을 밸브(10)의 구동 주파수의 주기를 인터럽트(interrupt) 시간으로 나누어 카운트하고, 카운트한 값을 최대 입력값(100 max JV)으로 나누어 1입력값(1JV: Joystick Value)에 해당하는 인터럽트 수를 구한다.
예를 들어, 도 2 에 도시된 바와 같이, 밸브(10)의 구동 주파수가 120Hz일 경우, 밸브(10)의 구동 주파수의 주기는 1/120으로서, 이는 8.300usec이다.
여기서, 인터럽트 카운트 수(ICN)를 구하기 위하여, 밸브(10)의 구동 주파수의 주기 8.300usec를 인터럽트 시간인 69.17usec로 나누면, 즉, ICN(INT 카운트 수) = T/INT = 8.300usec/69.17usec = 119.9(약 120)이며, 인터럽트 카운트 수(ICN)인 120을 최대 입력값(max JV)인 100(JV)으로 나누면 다음의 [수식 1] 과 같이, 1입력값(1JV)에 해당하는 인터럽트 수(ICN)를 구한다.
[수식 1]
1JV= ICN/100 = 120/100 = 1.2 ICN
따라서, 동기화부(200)는 1입력값(1JV)에 1.2ICN을 곱함으로써 1주기(T)동안 출력하는 전류량을 구하며, 모든 입력값(JV)을 1주기(T) 시간 간격으로 재설정한다.
이에 따라, 각 밸브(10)의 출력들은 동기가 일치할 수 있다.
한편, 동기화부(200)는 모든 밸브(10)의 구동 주파수가 동일하다는 가정하에 이루어지며, 다수개의 바람직하게 6개의 입력부(100)를 통해 동시에 입력되는 다수개의 입력값을 ADC 변환을 수행하여 1~100 값으로 환산 처리한다.
기본적으로 밸브(10)의 구동은 120Hz PWM 신호의 출력으로 이루어진다. 즉, 1초에 120Hz가 출력된다는 것으로, 1Hz가 흐르는 시간 = 주기(T) = 1/120Hz = 8300usec이다. 밸브(10)의 구동은 8300usec동안에 흐르는 전류의 양으로 표시되며, 전류의 양은 곧 듀티(Duty)로 표시된다.
일정 전압으로 8300usec의 시간 동안 전류를 흘린다면 Duty=100%이며, 밸브(10)의 구동은 듀티의 변화로서, 입력부(100)를 통해 제어되어 듀티(Duty)의 가감에 의해 강하게 또는 약하게 구동될 수 있다.
또한, 밸브(10)를 정확히 구동하며 PWM 신호를 출력하기 위해, 일반적으로 타이머 인터럽트(Timer Interrupt)를 사용하여 전류의 양을 제어한다.
1초에 120Hz(8300usec)의 PWM 신호를 발생시키기 위해, 타이머(Timer)는 8300usec/120 = 69.17usec(=T) 간격으로 인터럽트를 발생한다. 다시 말하면 69.44usec * 120 INT = 8300usec(120Hz)입니다.
즉, 1주기(T)에 120번의 인터럽트가 발생하는데, 인터럽트가 발생할 때마다 1주기 내의 어느 위치에 전류를 출력할지를 결정해야 한다.
도 3 은 종래의 PMW 신호의 공급하는 방식에 관한 일예시도로서, 도시된 바와 같이 듀티 변화만 있는 1개의 펄스로 구성되어있다. 이러한 PWM 패턴은 입력된 인터럽트 수(ICN)를 PWM 신호의 시작위치에 연속적으로 누적하여 작성하고 동작을 위해 구동 밸브로 출력한다.
이 경우, 밸브를 초기 구동할 때 1주기 내에서 공급되는 전류의 분포가 한 방향으로 치우쳐 유압 실린더에서 초기 동작의 불안함 또는 붐의 이동이 원활하지 않고 진동 및 소음이 발생하는 원인이 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 밸브 제어부(300)는 밸브(10)의 구동 주파수 1주기 내에서 듀티(duty)의 변화없이, 밸브(10)로 공급되는 전류량 제어를 통한 주기 내의 펄스의 위치를 조정하여 미세 밸브 제어를 수행한다.
구체적으로, 밸브 제어부(300)는 밸브(10) 구동 주파수의 1주기를 다수개로 등분하여, 동기화부(200)를 통해 계산된 전류의 인터럽트 수(ICN)를 영역 순서대로 배열한다. 즉, 밸브(10)의 구동 주파수의 1주기를 다수개로 등분하고, 등분한 영역에 전류량 배열을 위한 전류의 인터럽트 수(ICN)를 배열하여 밸브(10)로 공급되는 전류를 제어한다.
이때, 밸브 제어부(300)는 제 1 영역에서 제 n 영역순으로 인터럽트 수(ICN)를 배열하되, 각 영역이 최대 인터럽트 수(ICN)가 될 때까지, 그리고 모든 영역의 인터럽트 수(ICN)의 총 합이 총 인터럽트 수가 될 때까지 배열을 수행한다.
예를 들면, 밸브 제어부(300)는 도 4 에 도시된 바와 같이, 밸브(10) 구동 주파수의 1주기를 4등분하고, 4등분한 4개 영역(Zone)에 전류량 배열을 위한 전류의 인터럽트 수(ICN)를 배열하여 밸브(10)로 공급되는 전류를 제어한다.
또한, 도 5 에 도시된 바와 같이 밸브 제어부(300)는 1주기(T)의 시간 8300usec를 4등분함으로써, 1개의 영역(Zone)에는 모든 회차를 합쳐 최대 30개의 인터럽트 수(30 ICN)를 배열할 수 있다.
이때, 제 1 영역(Zone 1)에서 제 4 영역(Zone 4)순으로, 인터럽트 수(ICN)를 내림차순으로 배열하되, 각 영역(Zone)의 모든 회차의 인터럽트 수(ICN)의 총 합이 30이 될 때까지, 그리고 모든 영역의 인터럽트 수(ICN)의 총 합이 120이 될 때까지 배열을 수행한다.
또한, 밸브 제어부(300)는 인터럽트 수(ICN)의 총 합이 30이 되는 시점 이후에는, 다음 영역부터 배열을 수행한다. 즉, 제 1 영역의 모든 회차를 합쳐 인터럽트 수(ICN)의 총 합이 30이 되면 제 2 영역부터 제 4 영역까지 배열하고, 제 2 영역의 모든 회차를 합쳐 인터럽트 수(ICN)의 총 합이 30이 되면 제 3 영역부터 제 4 영역까지 배열하고, 제 3 영역의 모든 회차를 합쳐 인터럽트 수(ICN)의 총 합이 30이 되면, 제 4 영역만 배열하는 것이다. 도 5 에서는 각 회차별 제 3 영역과 제 4 영역의 인터럽트 수(ICN)를 모두 동일하게 설정하였기에, 제 3 영역과 제 4 영역에 대한 배열이 동시에 종료되는 것이라 이해함이 바람직하다.
이후, 밸브 제어부(300)는 인터럽트 수(ICN) 배열이 종료되면, 1주기(T)의 시간 8300usec 동안 밸브(10) 구동용 PWM 신호를 출력하여 밸브(10)로 전달한다.
이후, 밸브 제어부(300)는 인터럽트 수(ICN) 배열을 반복 수행할 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 입력부 200: 동기화부
300: 밸브 제어부 10: 밸브

Claims (7)

  1. 유압 실린더용 밸브 구동을 위한 값을 입력받는 입력부;
    상기 입력부를 통해 입력되는 값을 밸브로 전송하되, 전체 출력의 동기를 일치시키기 위하여, PWM 신호 1주기의 인터럽트 수를 계산하고, 구동되는 밸브들에 동시 적용하여 동기화시키는 동기화부; 및
    상기 밸브의 구동 주파수 1주기 내에서 듀티(duty)의 변화없이, 밸브로 공급되는 전류량 제어를 통한 주기 내의 펄스의 위치를 조정하여 미세 밸브 제어를 수행하는 밸브 제어부; 를 포함하는 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동기화부는,
    입력값을 밸브의 구동 주파수의 주기를 인터럽트(interrupt) 시간으로 나누어 카운트하고, 카운트한 값을 최대 입력값(max JV)으로 나누어 1입력값(1JV)에 해당하는 인터럽트 수를 구하는 것을 특징으로 하는 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 동기화부는,
    입력된 1입력값(1JV)값과, 상기 1입력값(1JV)에 해당하는 인터럽트 수와의 곱을 통해 1주기(T)동안 출력하는 전류량을 구하며, 모든 입력값(JV)을 1주기(T) 시간 간격으로 재설정하는 것을 특징으로 하는 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는,
    상기 밸브의 구동 주파수의 1주기를 다수개로 등분하여, 전류의 인터럽트 수(ICN)를 영역 순서대로 배열하는 것을 특징으로 하는 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는,
    상기 밸브 구동 주파수의 1주기를 다수개로 등분하고, 등분한 영역에 전류량 배열을 위한 전류의 인터럽트 수(ICN)를 배열하여 밸브로 공급되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는,
    제 1 영역에서 제 n 영역순으로 인터럽트 수(ICN)를 배열하되, 각 영역이 최대 인터럽트 수(ICN)가 될 때까지, 그리고 모든 영역의 인터럽트 수(ICN)의 총 합이 총 인터럽트 수가 될 때까지 배열을 수행하는 것을 특징으로 하는 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템.
  7. 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 6 항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는,
    인터럽트 수(ICN) 배열이 종료되면, 1주기(T)의 시간 동안 밸브 구동용 PWM 신호를 출력하여 밸브로 전달하는 것을 특징으로 하는 유압 실린더용 밸브의 제어 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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