리니어서보시스템의 리플보상을 위한 제어시스템설계에 관한 연구

Abstract

최근 전 산업에 걸쳐 기술의 첨단화, 고정밀화가 요구되어왔다. 서보계(servomechanisms)를 구축함에 있어서 역시 보다 빠르고 정밀한 시스템이 필요한것은 두말할 나위가 없다. 시스템의 정밀도를 저하시키는 요인은 매우 다양한데 이중에서 리플(ripple)은 고정자와 이송계 사이에서 발생하는 외란의 일종이라고 볼 수 있다. 따라서 이를 효과적으로 보상할 수 있는 제어기를 설계해야 한다. 본 논문에서는 PID제어기, Feedforward 제어기, Ripple보상기의 복합적인 제어기가 설계된다. Feedforward 제어기는 추종성능(tracking performance)을 향상시키기 위하여 속도보상과 가속도보상 항으로 구성되고 리플에 따른 성능저하를 최소화시키기위한 Ripple 보상기가 추가적으로 설계된다. 또한 리니어서보시스템의 정확한 동적모델을 얻기 위해서 시스템규명(system identification)작업이 우선적으로 수행된다. 그리고 리니어서보시스템에서 나타나는 리플힘(ripple force)에 대한 수학적 모델링 작업을 수행하여 나타내었다. 제안된 시스템을 검증하기 위하여 선정된 이득값을 적용하고 실험을 수행한다. 실험장치로는 Anorad사의 철심형 리니어모터가 장착된 서보시스템을 사용하고 Glentek사의 Amplifier를 사용한다. 실시간 제어시스템환경을 구축하고 50nm의 분해능의 엔코더로 지령값과 실제이동값을 비교한다. 실험은 다양한 속도조건에서 진행되며 선형운동(linear motion)과 사인곡선운동(sinusoidal motion)을 하며 움직인다. 위에서 설명한 세가지 제어기중 PID 제어기만을 사용하였을때와 PID 제어기와 Feedforward 제어기를 병행하였을 때, Ripple 보상기를 포함한 모든 제어기를 사용하였을때의 성능을 비교하여 그림으로 나타내었다.