KR101593642B1 - 인버터 직류 저항 점 용접 시스템, 그의 용접 공정 제어방법 및 그의 퍼지 제어기 설계방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터 직류 저항 점 용접 시스템, 그의 용접 공정 제어방법 및 그의 퍼지 제어기 설계방법에 관한 것으로서, 시스템 식별 모델과 시뮬레이션을 이용하여 많은 실험 과정을 거치지 않더라도 정전류 제어를 위한 퍼지 제어기를 설계하고 제어기의 환산 계수를 최적화할 수 있다.

Description

인버터 직류 저항 점 용접 시스템, 그의 용접 공정 제어방법 및 그의 퍼지 제어기 설계방법 {INVERTER DC RESISTANCE SPOT WELDING SYSTEM, CONTROL METHOD FOR WELDING PROCESS THEREOF AND DESIGN METHOD FOR FUZZY CONTROLLER THEREOF}

본 발명은 인버터 직류 저항 점 용접 시스템, 그의 용접 공정 제어방법 및 그의 퍼지 제어기 설계방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선행 실험 없이 최소한의 실험으로 제어기를 설계할 수 있는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템, 그의 용접 공정 제어방법 및 그의 퍼지 제어기 설계방법에 관한 것이다.

일반적으로 저항 점 용접 시스템은 기계적인 장치(mechanical equipments)와 전기적인 장치(electrical equipments)가 결합되어 용접에 필요한 용접 전류(welding current), 용접 가압력(welding force), 용접 시간(welding time)을 조절하여 금속을 접합하는 공정 시스템이다.

저항 점 용접은 사용하는 용접 전원 특성에 따라 교류(AC, alternating current) 용접과 직류(DC, direct current) 용접으로 나누어 진다. 교류 전원은 50~60Hz의 단상 전원을 변압기 통해 2차 측에서 주전원과 동일한 50~60Hz 용접 전원이 유도된다. 교류 용접기는 사이리스터(thyristor)를 작동(firing)하여 전류 파형을 조절함으로써 용접 전류를 제어한다. 용접 전류는 변압기를 지나면서 증폭이 되어 용접이 가능한 대전류로 유도된다.

최근 직류 저항 점 용접기가 각광을 받는 이유는 IGBT, 다이오드 등과 같은 인버터 구성에 필요한 전력 소자의 소형화 및 가격 저하로 인해 직류 저항 점 용접기 제작에 소요되는 제작 비용이 줄어들었고, 각 소자의 신뢰성이 향상되었기 때문이다. 또한, 교류 저항 점 용접기에 비해 직류 저항 점 용접기는 세밀한 제어가 가능하다. 현재 산업 현장에서 널리 사용되는 교류 저항 점 용접기의 제어는 사이리스터(thyristor)의 위상 제어를 이용하므로 1초에 120번의 제어가 가능하다. 교류 저항 점 용접기는 짧은 용접 과정의 동저항 변화에 대응할 수 없고, 순간 입열이 크기 때문에 스패터가 많이 발생된다. 발생된 스패터는 용접 품질의 저하 및 용접부 주위의 오염을 초래하는 단점이 있다.

반면, 직류 저항 점 용접은 1kHz의 PWM (Pulse Width Modulation)으로 제어하기 때문에 1초에 2000번의 제어가 가능하다. 그러므로 직류 저항 점 용접기는 세밀한 제어를 통해 교류 저항 점 용접기의 단점을 극복할 수 있다. 그리고 직류 용접기 장점으로는 전류 손실을 억제하여 에너지를 절약할 수 있어, 앞으로 환경 규제나 그린 IT 기술로 각광을 받고 있다.

한편, 기계적인 장치와 전기적인 장치가 복잡하게 연결되어 있는 저항 점 용접 시스템의 경우 외부 입력에 대한 시스템의 동특성(dynamic characteristics)을 해석하기 위해서 실제 시스템을 대체할 수 있는 수학적 모델을 주로 이용하고 있다. 그 이유는 제어 시스템 설계를 위해서는 시스템의 특성에 대한 분석을 통해 적합한 제어 알고리즘을 선택하고, 그 특성을 평가하는 등 여러 과정을 거쳐야 하므로 실제 시스템보다 수학적 모델을 이용하는 것이 보다 효율적이기 때문이다. 특히, 저항 점 용접 시스템처럼 대전류를 사용하는 경우, 제어 시스템 개발 단계에서 시도되는 다양한 시스템 입력에 따른 출력 전류 응답이 과도한 특성을 가질 경우 발생하는 위험 요소를 제거하기 위해서라도 수학적 모델의 사용이 반드시 필요하다.

수학적 모델을 위한 모델링 방법으로는 주로 물리적인 법칙(physical principle)에 근거한 지배 방정식(govern equation)을 이용하여 시스템의 각 요소를 근사화한 뒤 미분 방정식 형태로 표현하는 방법을 사용한다. 그러나 용접 시스템은 금속의 용융, 용접 건에 대한 기계적인 반응, 전기 소자 스위칭 등의 용접 회로에 존재하는 비선형 요소들이 있기 때문에, 용접 시스템을 물리적인 법칙을 이용하여 수학적으로 표현하고 선형화 하는 것은 어려운 일이다. 실제로 시스템이 복잡해 지면 모든 상황에 대한 정보를 알 수 없으므로 시스템 동작에 대한 많은 가정이 요구되기 때문이다.

따라서, 저항 점 용접 시스템의 모델링을 위한 보다 효율적인 방법에 대한 요구가 증대되고 있다.

또한, 기존의 교류 단상 교류 저항 점 용접의 단점을 보완할 수 있는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 개발 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 실시예는 교류 단상 교류 저항 점 용접의 단점을 보완할 수 있는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예는 임베디드 소프트웨어를 사용하는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 용접 공정 제어방법을 제공한다.

본 발명의 실시예는 시스템 식별 모델링 기법을 이용하여 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기를 설계하는 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템에 퍼지 제어기를 설계하고, 퍼지 제어기의 환산 계수를 조절할 수 있는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계방법을 제공한다.

본 발명의 실시예는 다수의 선행 실험 없이 최소한의 실험으로 가능한 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계방법을 제공한다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템은 용접 전류를 생성하고 상기 용접 전류의 전류량 또는 통전 시간을 제어하는 전력 변환부; 피용접물에 전달되는 대전류를 생성하는 용접 변압부; 상기 피용접물의 용접 부위에 필요한 전극 가압력을 전달하는 용접 건 및 상기 전극 가압력을 발생하는 공압 장치를 구비하는 용접부; 및 상기 용접부의 구동을 제어하는 용접부 컨트롤러;를 포함하며, 상기 전력 변환부는 3상의 교류 전원을 정류하는 정류 다이오드; 정류된 전원을 평활하여 직류 파형을 생성하는 콘덴서; 및 상기 콘덴서에서 생성된 직류 파형을 소정의 펄스 폭을 가지는 교류로 만드는 인버터;를 포함한다.

상기와 같이 구성함으로써, 기존의 교류 저항 점 용접의 단점을 보완할 수 있고 에너지를 절감할 수 있는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템을 구현할 수 있다.

상기 인버터는 4개의 IGBT를 이용하여 풀 브릿지 인버터로 형성되고 상기 4개의 IGBT 중 2개의 IGBT를 묶어 2쌍의 IGBT 모듈을 형성하며, 상기 2쌍의 IGBT 모듈 중 어느 하나의 모듈에 PWM 펄스가 인가되면 상기 풀 브릿지의 출력은 양이 되고, 다른 하나의 모듈에 PWM 펄스가 인가되면 상기 풀 브릿지의 출력은 음이 될 수 있다.

이와 같이, 상기 2쌍의 IGBT 모듈에 교대로 PWM 펄스가 인가되면 상기 풀 브릿지의 출력이 교류 파형이 될 수 있다.

상기 교류 파형은 상기 용접 변압부, 상기 정류 다이오드 및 상기 용접부를 거쳐 직류 파형을 변환된다.

한편, 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명의 일 실시예는 정전류, 정전력, 정전압 또는 정열량이 되도록 PWM 출력을 조절하는 제1 프로세스; 전압 또는 전류를 모니터링하는 제2 프로세스; 상기 피용접물에 가해지는 용접 가압력을 제어하는 제3 프로세스; 지능형 제어를 수행하는 제4 프로세스; 용접 공정을 관리하는 제5 프로세스; 디스플레이 또는 위기 관리를 수행하는 제6 프로세스; 컴퓨터 단말기(PC)와 통신하는 제7 프로세스;를 포함하는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 용접 공정 제어방법을 제공한다.

상기와 같이 저항 점 용접 시스템에 탑재된 임베디드 소프트웨어를 이용하여 용접 공정을 제어함으로써, 용접 공정을 정밀하게 제어할 수 있고 사용자가 용접 과정 중에 상해 등을 입는 것을 방지하여 안정적으로 용접이 되도록 관리할 수 있다.

상기 제1 프로세스는 상기 컴퓨터 단말기의 지령치 선택에 의해 상기 정전류, 상기 정전압, 상기 정전력 또는 상기 정열량을 퍼지 제어하는 프로세스이다.

상기 제2 프로세스는 용접 중에 상기 컨트롤러의 ADC로부터 측정된 전압 또는 전류를 지정된 위치에 저장하고, 디지털 필터(digital filter)를 이용하여 측정 데이터를 가공하는 프로세스이다.

상기 제3 프로세스는 상기 용접 가압력을 상기 용접 건의 전극에 가하는 프로세스이다.

상기 제4 프로세스는 용접 중에 측정된 결과를 이용하여 용접 결과를 예측하고 용접 중에 전류와 가압력 지령치를 변경하는 프로세스이다.

상기 제5 프로세스는 용접의 가압, 안정화 시간, 통전 시간 또는 유지 시간을 관리하고, 사용자의 응급 상황에 대처하는 프로세스이다.

상기 제6 프로세스는 사용자가 입력한 지령치를 디스플레이하고, 용접 시스템의 상태를 표시하는 프로세스이다.

상기 제7 프로세스는 상기 컴퓨터 단말기에서 사용자가 입력한 데이터를 통신하고, 용접 중에 계측된 데이터를 상기 컴퓨터 단말기로 전송하는 프로세스이다.

상기 제1 프로세스 내지 상기 제7 프로세스는 동시에 실행되거나 독립적으로 실행될 수 있다. 이로 인해, 용접 시스템의 작동과 용접 공정을 관리함에 있어, 어느 하나의 프로세스에 의해 다른 프로세스가 영향 받는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 인버터 직류 저항 점 용접 시스템을 시스템 식별 모델로 모델링하는 단계; 상기 시스템 식별 모델을 검증하는 단계; 상기 검증 결과 구해진 상기 시스템 식별 모델을 이용하여 퍼지 제어기를 설계하는 단계; 상기 퍼지 제어기의 성능을 검증하는 단계; 상기 검증 결과 구해진 상기 퍼지 제어기의 최적 계수를 재조절하는 단계; 및 상기 퍼지 제어기를 최적화하는 단계;를 포함하는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계방법을 제공한다.

상기와 같은 방법에 의해 퍼지 제어기 내지 지능형 적응 제어기를 설계함으로써, 과도한 실험을 하지 않더라도 시뮬레이션을 이용하여 용접 시스템의 퍼지 제어기 또는 정전류 제어기를 설계할 수 있다.

상기 인버터 직류 저항 점 용접 시스템을 모델링하는 단계는 상기 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 실험을 설계하고 시스템 식별을 위한 입력 및 출력을 계측하는 단계; 상기 계측된 입력 및 출력에서 유효한 값을 추출하거나 필터링하는 단계; 상기 시스템 식별 모델의 구조를 선택하는 단계; 기준값을 지정하고 상기 기준값을 만족시키는 최적의 시스템 식별 모델을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 시스템 식별 모델의 성능을 검증하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 시스템 식별 모델의 성능을 검증하는 단계에서 성능을 만족하지 못하면, 상기 최적의 시스템 식별 모델을 산출하는 단계(218)를 다시 수행할 수 있다.

상기 퍼지 제어기를 설계하는 단계는 상기 퍼지 제어기의 구조를 선정하는 단계; 퍼지 추론 방법을 선정하는 단계; 상기 퍼지 제어기의 제어 규칙을 추출하는 단계; 상기 퍼지 제어기의 제어 파라미터 조정 또는 제어 규칙을 수정하는 단계; 및 상기 퍼지 제어기의 성능을 평가하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 시스템 식별 모델을 모델링하는 단계는 실험을 통해 상기 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 특성을 반영한 입력 데이터를 획득하고, 상기 퍼지 제어기를 설계하는 단계는 상기 시스템 식별 모델에 적절한 상기 퍼지 제어기의 계수를 조절하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 이용할 수 있다.

상기 퍼지 제어기의 최적 계수를 재조절하는 단계는 반응 표면법을 이용하여 계수를 재조절하고, 상기 퍼지 제어기를 최적화하는 단계는 유전자 알고리즘을 이용할 수 있다.

상기 퍼지 제어기를 설계하는 단계는 상기 시스템 식별 모델을 이용하여 속도형 퍼지 PI 제어기를 설계할 수 있다.

상기 퍼지 추론 방법을 선정하는 단계는 간략 추론법을 사용하고, 상기 퍼지 제어기의 성능을 평가하는 단계에서 성능을 만족하지 못하면 상기 퍼지 제어기의 환산 계수를 조정할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템은 교류 단상 교류 저항 점 용접의 단점을 보완할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템은 소모되는 에너지를 절감할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 용접 공정 제어방법에 의하면 임베디드 소프트웨어를 사용하여 용접 공정을 제어하기 때문에 용접 공정시 발생할 수 있는 다양한 상황을 고려할 수 있고, 사용자가 안정적으로 용접 공정을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템은 사용자의 입력을 그래픽적으로 표현할 수 있기 때문에 다양한 입력 패턴을 파형으로 만들 수 있고, 용접 후 계측된 데이터를 사용자에게 보여줌으로써 사용자에게 용접의 완성도를 신속하고 정확하게 전달할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 퍼지 제어기 설계방법은 시스템 식별 기법을 이용하여 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기를 설계하기 때문에 시스템 동작에 대한 많은 가정이 필요하지 않고 시스템이 복잡해지더라도 용이하게 제어기를 설계할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 퍼지 제어기 설계방법은 제어기의 성능이 불만족스러운 경우 다시 제어기 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 퍼지 제어기 설계방법은 선행 실험 없이 최소한의 실험으로 용이하게 퍼지 제어기를 설계할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 용접 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1에 따른 용접 시스템의 개략적인 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 따른 용접 시스템에서 전류 파형이 변화하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1에 따른 용접 시스템의 인버터의 스위칭 제어 동작을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1에 따른 용접 시스템에 사용되는 임베디드 소프트웨어의 프로세스 간 관계를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 1에 따른 용접 시스템에 사용되는 용접 관리 프로그램의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 일례를 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기를 설계하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계에 사용되는 퍼지 PI 제어기의 구성을 도시한 도면이다.
도 12는 도 11에 따른 퍼지 제어기에 사용되는 입력과 출력에 대한 소속함수를 도시한 도면이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템을 개략적으로 도시한 도면, 도 2는 도 1에 따른 용접 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도, 도 3은 도 1에 따른 용접 시스템의 개략적인 회로를 도시한 도면, 도 4는 도 1에 따른 용접 시스템에서 전류 파형이 변화하는 모습을 보여주는 도면, 도 5는 도 1에 따른 용접 시스템의 인버터의 스위칭 제어 동작을 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(Inverter DC Resistance Spot Welding System, 100)은 용접 전류를 생성하고 생성된 용접 전류의 전류량 또는 통전 시간을 제어하는 전력 변환부(130), 피용접물에 전달되는 대전류를 생성하는 용접 변압부(170), 상기 피용접물의 용접 부위에 필요한 전극 가압력을 전달하는 용접 건 및 상기 전극 가압력을 발생하는 공압 장치를 구비하는 용접부(190) 및 용접부(170)의 구동을 제어하는 용접부 컨트롤러(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 용접 구동부(150)는 용접 로봇(welding robot) 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 구현될 수 있다.

전력 변환부(130)는 피용접물(예를 들면, 자동차 차체와 같은 박판)에 가해지는 용접 전류의 크기, 용접 전류를 피용접물에 인가하는 시간 즉, 통전 시간 등을 컨트롤할 수 있다. 용접 변압부(170)는 대전류 생성을 위한 변압기(transformer)를 구비할 수 있다. 용접부(190)는 피용접물의 용접 부위에 전극 가압력(electrode force)를 물리적으로 전달하는 용접 건(welding gun), 전극 가압력을 발생하는 공압 밸브 및 공압 실린더 등의 공압 장치, 용접 지그(jig) 등을 포함할 수 있다. 용접 건은 압축 공기 타입(pneumatic type)의 장치이며, 용접 건으로 서보 건(servo-gun)을 사용하는 경우에는 공압 장치 대신 모터를 사용하여 가압력을 발생시킬 수 있다.

또한, 전력 변환부(130)는 3상의 교류 전원을 정류하는 정류 다이오드(bridge diode), 정류된 전원을 평활하여 직류 파형을 생성하는 콘덴서(condenser) 및 상기 콘덴서에서 생성된 직류 파형을 소정의 펄스 폭을 가지는 교류로 만드는 인버터(inverter)를 포함할 수 있다. 전력 변환부(130)의 보다 자세한 설명에 대해서는 후술하도록 한다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)은 크게 3개의 모듈을 포함할 수 있다. 즉, 파워 모듈(power module), 제어 모듈(control module) 및 구동 모듈(driving module)을 포함할 수 있다. 파워 모듈은 IGBT와 변압기를 주요 요소로 하고, 제어 모듈은 고속 프로세서인 DSP와 LCD로 구성되고, 구동 모듈은 용접 건에 전극 가압력을 발생하는 공압 밸브와 공압 장치로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 저항 점 용접 시스템(100)을 구성하는 3개의 모듈은 서로 상호 작동하면서 원하는 용접 공정을 수행할 수 있다. 여기서, 용접 건은 파워 모듈과는 전기적으로 연결(E)되고 구동 모듈과는 기계적으로 연결(M)될 수 있다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 전력 변환부(130) 및 용접 변압부(170) 등을 구성하는 간략한 회로가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)에서 전류 파형이 변화하는 모습이 도시되어 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여 용접 전류의 변환 원리를 설명하면 다음과 같다.

우선 주전원인 50~60 Hz 3 상 440V 교류 전원을 정류 다이오드(bridge diode)를 이용하여 정류하고 콘덴서(condenser)로 평활화를 한다. 다이오드와 콘덴서를 결합해 DC-링크(DC-link)라고 부른다. DC 링크의 컨덴서를 지나면서 리플(ripple)등의 노이즈(noise)가 제거되어 깨끗한 파형의 직류 파형이 된다. DC-링크의 출력은 직류이므로 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 이용하여 사용자가 원하는 펄스 폭의 교류를 생성할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 점 용접 시스템(100)의 전력 변환부(130)의 인버터는 4개의 IGBT를 이용하여 풀 브릿지(Full-bridge) 인버터로 구성될 수 있다. PWM(Pulse Width Modulation) 제어 기법을 이용해 인버터를 1kHz의 주기로 스위칭하여 용접 변압부(170)의 1차측에서 1kHz의 사각파형의 교류를 생성할 수 있다. 용접 변압부(170)의 변압기는 55:1 권선비를 가지고 있으므로 용접 변압부(170)를 통과하면 전류는 증폭되고 전압은 감소할 수 있다. 최종적으로 직류의 용접 전류를 생성하기 위해 용접 변압부(170)를 통과한 교류를 다이오드로 다시 정류한다. 정류된 파형은 펄스 형태를 지고 있으므로 평활화가 필요하다. 용접부(190)의 용접 건은 구리로 구성되어 있는 구조물이므로 자체적인 저항과 인덕턴스(inductance) 성분을 가지고 있다. 따라서, 용접 건에 존재하는 인덕턴스 성분으로 인해 추가로 리액터(reactor)를 부착하지 않아도 직류 형태를 지니도록 평활화될 수 있다. 최종적으로 변환된 대전류는 용접 건을 통해 피용접물에 전달되고, 피용접물의 용접부위의 접촉 저항에 의해 발열하여 저항 점 용접이 수행될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환부(130)의 인버터는 4개의 IGBT를 구비하여 사각 파형의 교류를 생성할 수 있다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(130)의 인버터는 4개의 IGBT를 이용하여 풀 브릿지(full bridge) 인버터로 형성되고 상기 4개의 IGBT 중 2개의 IGBT를 묶어 2쌍의 IGBT 모듈을 형성할 수 있다. 도 5(a)와 같이 IGBT 1과 IGBT 4에 PWM 펄스(pulse)가 인가되면 풀 브릿지 회로의 출력은 양(positive)의 파형을 출력할 수 있다. 반대로 도 5(b)와 같이 IGBT 2과 IGBT 3에 PWM 펄스가 인가되면 풀 브릿지 회로의 출력은 음(negative)의 파형을 가질 수 있다. 이와 같이, IGBT 1 및 IGBT 4를 포함하는 IGBT 모듈과 IGBT 2 및 IGBT 3을 포함하는 IGBT 모듈에 교대로 PWM 펄스가 인가되면 풀 브릿지 회로의 출력은 교류 파형이 될 수 있다. 즉, 상기 2쌍의 IGBT 모듈 중 어느 하나의 모듈에 PWM 펄스가 인가되면 상기 풀 브릿지의 출력은 양이 되고, 다른 하나의 모듈에 PWM 펄스가 인가되면 상기 풀 브릿지의 출력은 음이 될 수 있고, 상기 2쌍의 IGBT 모듈에 교대로 PWM 펄스가 인가되면 상기 풀 브릿지의 출력은 교류 파형이 될 수 있다.

이러한 교류 파형은 용접 변압부(170)와 정류 다이오드, 용접부(190)의 용접 건을 거쳐 직류 파형으로 변환될 수 있다. 이 때, PWM 듀티비(Duty Ratio)가 큰 파형이 인가되면 전류가 커지고, 듀티비가 적은 파형이 입력되면 전류가 작아지게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)에는 용접 공정을 제어하기 위한 임베디드 소프트웨어(Embedded Software)가 탑재될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)에는 정전류, 정전력, 정전압 또는 정열량이 되도록 PWM 출력을 조절하는 제1 프로세스(P1), 전압 또는 전류를 모니터링하는 제2 프로세스(P2), 상기 피용접물에 가해지는 용접 가압력을 제어하는 제3 프로세스(P3), 지능형 제어를 수행하는 제4 프로세스(P4), 용접 공정을 관리하는 제5 프로세스(P5), 디스플레이 또는 위기 관리를 수행하는 제6 프로세스(P6) 및 컴퓨터 단말기와 통신하는 제7 프로세스(P7)를 포함하는 임베디드 소프트웨어가 탑재될 수 있다.

도 6은 도 1에 따른 용접 시스템(100)에 사용되는 임베디드 소프트웨어의 프로세스 간 관계를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 제1 프로세스(P1)는 컴퓨터 단말기(PC)의 지령치 선택에 의해 상기 정전류, 상기 정전압, 상기 정전력 또는 상기 정열량을 퍼지 제어하는 프로세스이다. 제1 프로세스(P1)는 정전류, 정전압, 정전력 또는 정열량이 되도록 PWM 출력을 관리하는 프로세스라고 할 수 있다. 제2 프로세스(P2)는 용접 중에 용접부 컨트롤러(110)의 ADC(Analog-to-Digital Converter)로부터 측정된 전압 또는 전류를 모니터링하거나 지정된 위치에 저장하고, 디지털 필터(digital filter)를 이용하여 측정 데이터를 가공하는 프로세스이다. 제3 프로세스(P3)는 상기 용접 가압력을 제어하거나 상기 용접 건의 전극에 가하는 프로세스이다. 제4 프로세스(P4)는 지능형 제어 프로세스로서, 용접 중에 측정된 결과를 이용하여 용접 결과를 예측하고 용접 중에 전류와 가압력 지령치를 변경하여 용접성을 향상시키는 기능을 가지는 프로세스이다. 제5 프로세스(P5)는 용접 중 용접 공정을 관리하는 프로세스로서, 용접의 가압, 안정화 시간, 통전 시간 또는 유지 시간 등을 관리하고, 사용자의 응급 상황에 대처하는 프로세스이다. 제6 프로세스(P6)는 디스플레이 및 위기 관리 프로세스로서, 사용자가 입력한 지령치를 LCD 등에 디스플레이하고 용접부(190)의 상태를 표시하는 프로세스이다. 제7 프로세스(P7)는 컴퓨터 단말기(PC)와 통신하는 프로세스로서, 컴퓨터 단말기(PC)에서 사용자가 입력한 데이터를 통신을 통해 전달하고, 용접 중에 계측된 데이터를 컴퓨터 단말기(PC)로 전송하는 프로세스이다.

상기한 제1 프로세스 내지 제7 프로세스(P1~P7)는 동시에 실행되거나 독립적으로 실행되어, 안정적으로 용접이 될 수 있도록 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 용정 공정을 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 용접 공정 제어방법은 제1 프로세스 내지 제7 프로세스(P1~P7)에 의해서 수행될 수 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 제1 프로세스 내지 제7 프로세스(P1~P7)들이 서로 연관되어 작동함을 알 수 있다. 도 6에 도시된 HMI 프로세스(Human Machine Interface Process)는 사용자가 저항 점 용접 시스템(100)을 작동하기 위해 티칭 패널(teaching panel, 미도시) 등을 사용하여 용접 시스템을 기동(start)시키거나 할 때 상기 티칭 패널과 사용자의 컴퓨터 단말기 간에 통신을 하게 하는 프로세스이다.

다시 말하면, 상기한 저항 점 용접 시스템(100)에 탑재된 제1 프로세스 내지 제7 프로세스(P1~P7)는 저항 점 용접 시스템(100)의 용접 공정을 제어하기 위해 서로 독립적이고 동시에 작동하는 작동 프로세스(operating process) 및 관리 프로세스 (management process)라고 할 수 있다.

도 7은 도 1에 따른 용접 시스템에 사용되는 용접 관리 프로그램의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 일례를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 관리 프로그램의 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface)는 사용자의 입력을 그래픽적으로 표현할 수 있으며, 다양한 입력 패턴을 파형으로 만들 수 있고, 다양한 전류 파형을 그래픽적으로 구현할 수 있다. 사용자가 그래픽적으로 생성한 데이터를 용접 시스템의 컨트롤러인 DSP(Digital Signal Processor)로 전송을 하는 역할을 할 수 있다. 또한, 용접부(190)에서 용접 후 계측된 데이터를 사용자에게 보여주는 기능을 가질 수 있으며, 용접 결과를 데이터 베이스(database)에 저장하는 기능을 가질 수도 있다. 이를 위해, 도 7에 도시된 관리 프로그램의 그래픽 사용자 인터페이스에는 제어모드(control mode), 전류모드(current mode), 가압력모드(pressure mode)를 선택할 수 있는 메뉴, 용접 세팅 정보를 전송하기 위한 메뉴 및 용접 계측 정보를 저장할 수 있는 메뉴 등을 구비할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 퍼지 제어기(Fuzzy Controller)를 설계하는 방법에 대해서 설명한다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기를 설계하는 방법을 도시한 순서도, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계에 사용되는 퍼지 PI 제어기의 구성을 도시한 도면, 도 12는 도 11에 따른 퍼지 제어기에 사용되는 입력과 출력에 대한 소속함수를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 퍼지 제어기는 전력 변환부(130)에서 용접 전류의 세기 또는 통전 시간 등을 정밀하게 제어할 수 있도록 하고 최적 용접 조건에서 공정을 수행할 수 있게 하는 정전류 제어기로서, 종래는 설계자들이 다수의 실제 실험을 하여 시행 착오(trial and error) 방식으로 설계할 수 있었다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 적응 제어기 설계방법은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 제어기를 산출하고, 최소의 실험을 하여 그 실험 결과와 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 얻은 제어기를 비교하여 최적의 제어기를 설계할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지 제어기 설계방법은 실험 횟수를 줄이고 비교적 용이하게 성능이 우수한 최적의 제어기를 설계할 수 있는 방법을 제공할 수 있다. 이하에서 도면을 참조하여 보다 자세히 설명한다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 퍼지 제어기의 설계방법은 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)을 시스템 식별 모델(System Identification Model)로 모델링하는 단계(210), 상기 시스템 식별 모델을 검증하는 단계(220), 상기 검증 결과 구해진 상기 시스템 식별 모델을 이용하여 퍼지 제어기(Fuzzy controller)를 설계하는 단계(230), 상기 퍼지 제어기의 성능을 검증하는 단계(240), 상기 검증 결과 구해진 상기 퍼지 제어기의 최적 계수를 재조절하는 단계(250) 및 상기 퍼지 제어기를 최적화하는 단계(260)를 포함할 수 있다.

상기와 같은 저항 점 용접 시스템(100)의 퍼지 제어기 설계 방법은 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)에 정전류 제어기를 효과적으로 설계하고 계수를 조절(tuning)하기 위한 방법으로써, 첫 번째로 인버터 직류 저항 점 용접 시스템을 시스템 식별 모델로 모델링하여 시스템 식별 모델을 검증하고, 구해진 시스템 식별 모델을 이용하여 퍼지 제어기(fuzzy controller)를 설계할 수 있다. 여기서, 퍼지 제어기는 지능형 적응 제어기(intelligent adaptation controller)의 일종이라고 할 수 있다.

또한, 시스템 식별 모델에 적절한 퍼지 제어기의 계수(scaling factor)를 조절하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션(simulation)을 이용하고, 퍼지 제어기의 계수를 최적화하는 방법으로는 유전 알고리즘(genetic algorithm)을 이용할 수 있다. 또한, 시스템 식별 모델과 실제 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)과는 차이가 있기 때문에 컴퓨터 시뮬레이션으로 구해진 퍼지 제어기의 최적 계수를 실제 저항 점 용접 시스템에 적용하기 위해서 반응 표면법(response surface method)을 이용하여 계수를 재조절한다.

상기 설계 방법 중에서 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)을 시스템 식별 모델(System Identification Model)로 모델링하는 단계(210), 상기 시스템 식별 모델을 검증하는 단계(220), 상기 검증 결과 구해진 상기 시스템 식별 모델을 이용하여 퍼지 제어기(Fuzzy controller)를 설계하는 단계(230) 및 상기 퍼지 제어기의 성능을 검증하는 단계(240)는 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하는 단계이고, 상기 검증 결과 구해진 상기 퍼지 제어기의 최적 계수를 재조절하는 단계(250) 및 상기 퍼지 제어기를 최적화하는 단계(260)는 실제 저항 점 용접 시스템(100)을 이용하여 실험하고 그 실험 결과와 컴퓨터 시뮬레이션에서 얻은 결과를 비교하는 단계라고 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 제어기의 설계 순서와 사용된 방법을 요약하면 다음 [표 1]과 같다.

	프로세스(Process)	알고리즘(Algorithm)
시스템 식별 모델	시스템 모델링	ARX 모델 또는 ANN 모델
	제어기 설계	퍼지 PI 제어기
	성능지수 (Performance Index)	IAE(절대 오차합, integral of the absolute error)
	계수 조절 (Parameter tuning)	환산 계수(scaling factor) (GE, GDE, GDU)
	최적화 알고리즘	유전자 알고리즘 (Genetic Algorithm)
실제 시스템 (저항 점 용접 시스템)	성능 지수	IAE(절대 오차합, integral of the absolute error)
	계수 재조절 (Parameter re-tuning)	환산 계수(scaling factor) (GE, GDE, GDU)
	최적화 알고리즘	반응 표면법 (Response surface method)

한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)을 시스템 식별 모델로 모델링하는 단계(210)는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 실험을 설계하고 시스템 식별을 위한 입력 및 출력을 계측하는 단계(212), 상기 계측된 입력 및 출력에서 유효한 값을 추출하거나 필터링하는 단계(214), 상기 시스템 식별 모델의 구조를 선택하는 단계(216), 기준값을 지정하고 상기 기준값을 만족시키는 최적의 시스템 식별 모델을 산출하는 단계(218), 상기 산출된 시스템 식별 모델의 성능을 검증하는 단계(222) 및 최적 모델을 검증하는 단계(224)를 포함할 수 있다. 여기서, 시스템 식별 모델의 성능을 검증하는 단계(222)에서 성능을 만족하지 못하면, 최적의 시스템 식별 모델을 산출하는 단계(218)를 다시 수행한다. 상기한 시스템 식별 모델링 단계(210)는 모델 구조의 선택, 최적의 모델 지수 선정, 모델에 대한 분석을 통해 원하는 기준 모델을 얻을 때까지 반복적으로 수행될 수 있다.

수학적 모델을 위한 모델링 방법으로는 주로 물리적인 법칙(physical principle)에 근거한 지배 방정식(govern equation)을 이용하여 시스템의 각 요소를 근사화한 뒤 미분 방정식 형태로 표현하는 방법을 사용한다. 그러나, 저항 점 용접 시스템(100)은 금속의 용융, 용접 건에 대한 기계적인 반응, 전기 소자 스위칭등의 용접 회로에 존재하는 비선형 요소들이 있기 때문에, 용접 시스템을 물리적인 법칙을 이용하여 수학적으로 표현하고 선형화 하는 것은 어려운 일이다. 실제로 시스템이 복잡해 지면 모든 상황에 대한 정보를 알 수 없으므로 시스템 동작에 대한 많은 가정이 요구되기 때문이다. 따라서, 용접 시스템의 모델링을 위해서는 효율적인 방법이 필요하며, 이를 위하여 본 발명에서는 시스템 식별 기법을 도입하였다. 시스템 식별 기법(system identification)은 미지의 시스템에서 물리적인 방정식을 사용하지 않고 입력과 출력과의 관계를 수학적으로 표현하는 방법으로, 수학적 모델은 선형 모델과 비선형 모델이 있다. 선형 모델에는 ARX, ARXMAX, OE, BJ, 모델 등이 있으며, 비선형 모델에는 인공 신경 회로망을 이용한 NARMA, Nonlinear ARX 등이 있다.

인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 실험을 설계하고 시스템 식별을 위한 입력 및 출력을 계측하는 단계(212) 및 상기 계측된 입력 및 출력에서 유효한 값을 추출하거나 필터링하는 단계(214)에서, 입력은 IGBT에 인가되는 온/오프 펄스 신호에서 온(on)에 해당되는 구간 크기를 용접부 컨트롤러에서 PWM 제어 값으로 정의하고 용접 시스템의 출력인 용접 전류는 용접부 컨트롤러의 ADC에서 계측되는 값으로 정의할 수 있다. 또한, 상기 입력 및 출력을 계측하는 단계(212)는 실험을 통해 상기 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 특성을 반영한 입력 데이터를 획득할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 설계방법은 시스템 식별 모델의 구조를 선택하는 단계(216)에서 하기 [수학식 1]과 같이 모델 구조를 정의한다.

여기서, y는 출력, u는 입력, e는 백색 잡음(white noise)이고, A, B, C, D, F 다항식의 존재 여부에 따라 여러 가지 모델이 존재할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 상기한 [수학식 1]에 의거하여 모델 구조를 결정한 뒤, 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)에서 요구하는 오차 또는 만족할 만한 범위에서 시스템 식별 모델의 성능을 검토하고, 다양한 모델 구조에 대해 그 성능을 비교하여 성능을 검증한다. 이러한 과정을 거쳐 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 식별 모델링 방법은 ARMAX(25, 18, 15) 모델이 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)에 가장 적합한 시스템 식별 모델로 선정하였다. 여기서, ARMAX는 "autoregressive moving average model with exogenous inputs model"이고, 25, 18, 15는 각각 [수학식 1]의 A, B, C에 해당하는 값이다. 각 검증 데이터의 입력에 따른 ARMAX(25,18,15) 모델을 이용하여 시스템 식별 모델에 의한 전류값과 실제 실험을 의하여 측정된 저항 점 용접 시스템(100)의 전류값을 비교하였고, 그 결과 ARMAX(25,18,15) 모델이 여러 입력 형태에 따른 실제 용접 시스템의 출력과 유사하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

이하에서는 도면을 참조하여 퍼지 제어기를 설계하는 단계에 대해서 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저항 점 용접 시스템에서는 피용접물에 따라 고유 저항이 다르고 용접 도중에 저항이 변하기 때문에 강건한 제어 특성이 요구되며 이 때문에 퍼지 제어기를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 정전류 제어를 위한 퍼지 제어기 설계를 위해서 앞에서 언급된 시스템 식별 모델을 이용하여 속도형 퍼지 PI(Proportional Integral) 제어기를 설계한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 저항 점 용접 시스템(100)의 경우 IGBT를 1kHz의 스위칭 주파수로 온(on)/오프(off) 하기 때문에 제어보드의 마이크로 컨트롤러에서 0.5 msec 마다 제어 입력을 발생시킬 수 있다. 또한, 전체 용접 전류를 흘리는 시간이 보통 수백 msec 정도이기 때문에 짧은 공정 동안 정밀한 제어를 위해서는 고속의 마이크로 프로세서와 연산속도를 고려한 제어기의 선택이 요구된다. 본 발명에서는 단일 루프 제어에서 연속형 제어 규칙 추출을 위해 간략 추론법을 사용하는 속도형 퍼지 PI 제어기를 사용한다.

속도형 퍼지 PI 제어기를 설계하는 방법 즉, 도 9의 퍼지 제어기를 설계하는 단계(230)는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 퍼지 제어기의 구조를 선정하는 단계(232), 퍼지 추론 방법을 선정하는 단계(234), 상기 퍼지 제어기의 제어 규칙을 추출하는 단계(236), 상기 퍼지 제어기의 제어 파라미터 조정 또는 제어 규칙을 수정하는 단계(238) 및 상기 퍼지 제어기의 성능을 평가하는 단계(239)를 포함할 수 있다.

도 11에는 본 발명의 일 실시예에 사용된 퍼지 PI 제어기가 도시되어 있다. 도 11에서 플랜트는 상기에서 설명한 ARMAX(25,18,15) 모델을 사용하고, Ref 및 Yk는 각각 용접 시스템의 목표치와 실제 출력이다. 제어기의 입력 변수로는 오차(e)와 오차의 변화량(△e), 제어기의 출력으로는 출력 변화량(△u)의 차이로 하였다. 오차(e), 오차의 변화량(△e), 출력(u)의 관계는 [수학식 2]와 같다.

이와 같이, 상기 퍼지 제어기를 설계하는 단계(230) 즉, 퍼지 제어기의 구조를 선정하는 단계(232)는 시스템 식별 모델에 적절한 퍼지 제어기의 계수를 조절하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 이용할 수 있다. 여기서, 상기 퍼지 추론 방법을 선정하는 단계(234)는 간략 추론법을 사용할 수 있다. 퍼지 추론 방법은 퍼지화(fuzzification), 퍼지추론엔진(fuzzy inference engine), 비퍼지화(defuzzyification)로 3 가지로 나눌 수 있다. 퍼지화는 외란의 영향을 많이 받아서 불확실하다고 간주될 때 입력값의 확률적인 특성을 적절한 퍼지 숫자로 변환시켜주는 이등변 삼각형법을 사용할 수 있다. 또한, 퍼지 추론법은 최대-최소법(min-max method)을 사용하며, 비퍼지화는 무게 중심법(center of gravity)을 사용할 수 있다.

상기 퍼지 제어 규칙을 추출하는 단계(236)에서 추출된 제어 규칙은 [수학식 2]의 입력(e, △e) 및 출력(u)에 대한 퍼지 집합을 각각 7단계로 구성할 수 있다. 또한, 입력(e, △e) 및 출력(u)에 대한 소속 함수(membership function)는 도 12에 도시된 바와 같다. 도 12(a)는 오차(e)의 소속 함수이고, 도 12(b)는 오차의 변화량(△e)의 소속 함수이며, 도 12(c)는 출력(u)의 소속 함수이다.

한편, 퍼지 제어기의 성능을 검증하는 단계(240)에서 설계된 퍼지 제어기의 성능이 만족스럽지 못하면 다시 퍼지 제어기의 성능을 향상시킬 수 있는데, 퍼지 제어기의 성능을 주로 입출력변수의 환산 계수(scaling factor), 소속 함수(membership function), 제어 규칙(control rules)에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 발명에서는 퍼지 제어기의 성능 향상 방법으로 환산 계수를 조정하는 방법을 사용한다(도 8의 250 참조).

상기 퍼지 제어기를 최적화하는 단계(260)는 퍼지 제어기의 환산 계수를 조정하기 위해 유전자 알고리즘을 사용한다. 본 발명에서는 퍼지 제어기의 제어 성능 향상을 위해 환산 계수(scaling factor)를 조정하는 방법을 이용하며, 또한 목적 함수는 IAE(integral of the absolute error, 절대오차합)지수를 성능 지수(performance index)로 선정하여 환산 계수 값을 최적화하고, 최적화 알고리즘으로는 유전알고리즘(genetic algorithm) 사용한다. 시스템 식별 모델의 퍼지 제어기를 최적화한 시뮬레이션의 환산 계수는 유전 알고리즘으로 53세대에서 수렴이 되었으며, GE = 0.4936, GD = 2.48683, GDU = 221.035이다.

한편, 시스템 식별 모델과 최적화 알고리즘을 이용하고 시뮬레이션을 통해 설계된 퍼지 제어기는 처음부터 실제 플랜트 즉, 용접 시스템에 대하여 퍼지 제어기를 조절하는 것보다 시간과 비용면에서 무척 효과적이다. 그러나, 시스템 식별 모델은 실제 시스템의 복잡성, 비선형성 등으로 인해 기본적으로 모델링 오차를 포함하고 있기 때문에 시스템 식별 모델에 기초하여 설계된 제어기를 실제 용접 시스템에 적용하여 재조절해야 할 경우도 있다. 이와 같이, 퍼지 제어기의 최적 계수를 재조절하는 단계(250)는 반응 표면법(response surface method)을 이용하여 퍼지 제어 환산 계수를 재조절 또는 최적화할 수 있다.

컴퓨터 시뮬레이션의 퍼지 제어 환산 계수를 실제 저항 점 용접 시스템에 적용하여 제어해 보면, 시스템 식별 모델이 실제 용접 시스템을 잘 표현했기 때문에 컴퓨터 시뮬레이션으로 설계된 퍼지 제어기가 잘 작동하는 것을 알 수 있다. 기존의 제어기를 설계하기 위해서는 많은 선행 실험을 하였지만, 본 발명에서는 단지 시스템 식별 모델과 시뮬레이션만으로도 충분히 제어기를 설계할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 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 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 인버터 직류 저항 점 용접 시스템
110: 용접부 컨트롤러 130: 전력변환부
150: 용접 로봇 170: 용접 변압부
190: 용접부

Claims (21)

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14. 용접 전류를 생성하고 상기 용접 전류의 전류량 또는 통전 시간을 제어하는 전력 변환부; 피용접물에 전달되는 대전류를 생성하는 용접 변압부; 상기 피용접물의 용접 부위에 필요한 전극 가압력을 전달하는 용접 건 및 상기 전극 가압력을 발생하는 공압 장치를 구비한 용접부; 및 상기 용접부의 구동을 제어하는 용접부 컨트롤러;를 포함하며, 상기 전력 변환부는, 3상의 교류 전원을 정류하는 정류 다이오드; 정류된 전원을 평활하여 직류 파형을 생성하는 콘덴서; 및 상기 콘덴서에서 생성된 직류 파형을 소정의 펄스 폭을 가지는 교류로 만들고 4개의 IGBT를 이용하는 인버터;를 포함하는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 제어기를 설계하는 방법에 있어서,
    상기 인버터 직류 저항 점 용접 시스템을 시스템 식별 모델로 모델링하는 단계;
    상기 시스템 식별 모델을 검증하는 단계;
    상기 검증 결과 구해진 상기 시스템 식별 모델을 이용하여 퍼지 제어기를 설계하는 단계;
    상기 퍼지 제어기의 성능을 검증하는 단계;
    상기 검증 결과 구해진 상기 퍼지 제어기의 최적 계수를 재조절하는 단계; 및
    상기 퍼지 제어기를 최적화하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 인버터 직류 저항 점 용접 시스템을 모델링하는 단계는,
    상기 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 실험을 설계하고, 시스템 식별을 위한 입력 및 출력을 계측하는 단계;
    상기 계측된 입력 및 출력에서 유효한 값을 추출하거나 필터링하는 단계;
    상기 시스템 식별 모델의 구조를 선택하는 단계;
    기준값을 지정하고, 상기 기준값을 만족시키는 최적의 시스템 식별 모델을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 시스템 식별 모델의 성능을 검증하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 시스템 식별을 위한 입력 및 출력을 계측하는 단계에서 입력은 상기 IGBT에 인가되는 온/오프 펄스 신호에서 온에 해당되는 구간 크기를 상기 용접부 컨트롤러에서 PWM 제어 값으로 정의하고 출력은 상기 용접부 컨트롤러의 ADC에서 계측되는 값으로 정의하는 것을 특징으로 하는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계 방법.
    
15. 삭제
16. 제14항에 있어서,
    상기 시스템 식별 모델의 성능을 검증하는 단계에서 성능을 만족하지 못하면, 상기 최적의 시스템 식별 모델을 산출하는 단계를 다시 수행하는, 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계방법.
    
17. 제14항에 있어서,
    상기 퍼지 제어기를 설계하는 단계는,
    상기 퍼지 제어기의 구조를 선정하는 단계;
    퍼지 추론 방법을 선정하는 단계;
    상기 퍼지 제어기의 제어 규칙을 추출하는 단계;
    상기 퍼지 제어기의 제어 파라미터 조정 또는 제어 규칙을 수정하는 단계; 및
    상기 퍼지 제어기의 성능을 평가하는 단계;
    를 포함하는 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계방법.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 시스템 식별 모델을 모델링하는 단계는 실험을 통해 상기 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 특성을 반영한 입력 데이터를 획득하고,
    상기 퍼지 제어기를 설계하는 단계는 상기 시스템 식별 모델에 적절한 상기 퍼지 제어기의 계수를 조절하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하는, 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기의 설계방법.
    
19. 제14항에 있어서,
    상기 퍼지 제어기의 최적 계수를 재조절하는 단계는 반응 표면법을 이용하여 계수를 재조절하고,
    상기 퍼지 제어기를 최적화하는 단계는 유전자 알고리즘을 이용하는, 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계방법.
    
20. 제14항에 있어서,
    상기 퍼지 제어기를 설계하는 단계는 상기 시스템 식별 모델을 이용하여 속도형 퍼지 PI 제어기를 설계하는, 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계방법.
    
21. 제17항에 있어서,
    상기 퍼지 추론 방법을 선정하는 단계는 간략 추론법을 사용하고,
    상기 퍼지 제어기의 성능을 평가하는 단계에서 성능을 만족하지 못하면 상기 퍼지 제어기의 환산 계수를 조정하는, 인버터 직류 저항 점 용접 시스템의 퍼지 제어기 설계방법.

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