반복학습 제어기를 사용한 스테핑 모터의 속도 추종 성능 향상

Abstract

스테핑 모터는 높은 토크대 관성비를 가지며 브러쉬가 없어 긴 수명을 가지는 장점이 있으나, 치자 구조의 회전자와 고정자에 의해 발생하는 디텐트 토크, 자속의 하모닉스 성분, 전류 측정시의 오프셋 등 여러 요인에 의해 주기적인 속도 리플이 발생하여 정밀 위치 제어 성능에 영향을 미치는 단점이 있다. 이에 따라 본 논문에서는 주기적인 속도 리플의 발생 원인을 스테핑 모터의 동특성을 통하여 분석하고, 주기적인 동작을 반복하는 시스템에서의 추종 성능을 향상시키는데 사용되는 반복학습제어기를 이용하여 스테핑 모터에서 주기적으로 발생되는 속도 리플을 제거하기 위한 제어 시스템을 설계한다. 피드백 제어기로 구성된 스테핑 모터 제어 시스템의 변경없이 반복학습제어기를 피드포워드 방식으로 구성하여 추종성능을 개선시킬 수 있다. 또한 이전 오차 보상 반복학습제어기와 현재 오차 보상 반복학습제어기의 설계 파라미터 결정 방법을 제시하였다. 제안된 제어기를 적용하여 주기적인 리플이 줄어들며, 기준 신호 추종 성능이 향상됨을 모의 실험 결과를 통하여 보였다. 또한 이전오차 보상 반복학습제어기에 비해 현재오차 보상 반복학습 제어기의 속도 추종이 빠르게 이루어지며, 속도 추종 성능이 향상됨을 모의실험을 통하여 확인하였다.; Stepping Motors has the advantage of high inertia-to-torque ratio and long life span because it doesn't have mechanic al brush. But, It has the disadvantage of periodic velocity ripple which due to flux harmonics, detent torque, current measurement offset and other various sources. In precision control applications, system performance is limited by the periodic velocity ripple. In this paper, analysis on the source of periodic velocity ripple in stepping motor is performed based on motor dynamics. And, Control system to reject periodic velocity ripple is designed by Iterative Learning Control (ILC) which usually used to enhance tracking performance of system which repeating same task. Without modification of feedback control system, feed-forward type ILC is applied directly to enhance the tracking performance. And, parameter design methods in past-error based ILC and current-iteration ILC is presented. By proposed controller, reduction of periodic ripples and enhancement of reference tracking performance are verified by simulation. From the simulation result, velocity reference tracking performance of the current-iteration ILC is superior to the past error based ILC.