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엔코더 분해능 실시간 제어를 통한 정지 상태 모터 진동 저감 방법 연구
김은규(E. K. Kim),송원택(W. Song),권윤식(Y. S. Kwon),김재현(J. H. Kim),윤형민(H. M. Yoon),이효건(H. G. Lee),윤준영(J. Y. Yoon) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
고정밀 계측 장비 등에 사용되는 이송 스테이지는 고속 이송을 위한 고가속 서보 성능뿐만 아니라 정밀 계측을 위한 엄격한 정지 상태를 유지하는 것이 중요하다. 이송 스테이지의 서보 제어 루프에 사용되는 위치 센서는 주로 증분식 엔코더를 이용한다. 이를 통해 얻은 이산화된 위치 신호는 서보 제어 루프와 결합하여 정지 명령 상태에서도 모터에 진동을 야기시킬 수 있다. 본 연구에서는 이산화 신호를 이용한 모터 위치제어 시스템에서 정지 명령 시 진동이 발생하는 과정을 분석하고, 실험적으로 검증하며, 이를 바탕으로 엔코더 분해능 조절 알고리즘을 통해 모터의 정지 상태 진동을 저감하는 방법을 제안 및 검증한다. 이산화된 위치 신호 피드백을 이용하는 서보 제어 시스템을 모델링하여 재생적 제어 신호(Regenerative Control Current)로 인한 진동이 발생하는 메커니즘을 분석하였다. 발생하는 진동의 주파수는 제어 파라미터에 의해 결정되며 진폭의 크기는 엔코더 분해능 크기에 비례함을 이론 모델을 통해 보였으며, 영구자석-선형동기모터를 이용한 이송 스테이지 테스트베드를 통해 실험적으로 검증하였다. 이러한 진동 발생 메커니즘에 대한 이해를 바탕으로 하여, 고속 이송 성능을 유지하면서 정지 상태 진동을 저감하기 위해 실시간 제어 가능한 엔코더 분해능 조절 알고리즘을 제안하였고, 테스트베드 적용을 통해 실험적으로 검증하였다. 제안한 진동 저감 방법은 고가속 성능과 고정밀 정지 제어 성능이 요구되는 다양한 산업 어플리케이션에 실용적인 방법론을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
선형모터 루프 성형 제어 기법을 이용한 공작기계의 채터 저감 기술 연구
정재우(J. W. Jung),김은규(E. K. Kim),정상원(S. W. Jung),권윤식(Y. S. Kwon),강보민(B. M. Kang),심광섭(K. S. Sim),이창호(C. H. Lee),윤준영(J. Y. Yoon) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
절삭 가공 중 발생하는 공작기계의 채터 진동은 취약 진동 모드의 낮은 동강성으로 인해서 발생한다. 이는 가공품질을 저하시키고 또한 생산성 향상을 제한하는 주요 요인이다. 공작기계의 동강성을 향상시키기 위한 방안으로 수동형 댐퍼와 능동형 댐퍼가 있다. 능동형 댐퍼는 절삭 가공 시 발생하는 공작기계의 진동 정보를 토대로 취약 진동모드의 동강성을 향상시키기 위해 설계된 제어기가 구동력을 생산한다. 따라서 공작기계의 동특성 변화에 따라 유연하게 구동력을 적용할 수 있으므로 채터를 효과적으로 저감할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 공작기계는 능동형 댐퍼가 타겟으로 하는 취약 진동 모드 외에 다양한 진동 모드들을 가지고 있으며, 이는 능동형 댐퍼를 불안정한 제어 상태로 이끌수 있거나 동강성 향상 효과를 감소시킬 수 있다는 어려움이 있다. 본 연구에서는 선형 모터의 능동 제어를 통해 능동형 댐퍼를 구현 및 공작기계의 진동을 저감하는 기술에 대해서 제안한다. 제한된 공간내 필요 구동력을 제공할 수 있는 선형 모터를 유한요소해석을 통해 최적화 설계를 진행하였다. 또한 공작기계와 선형 모터로 구성된 피드백 시스템의 루프 성형 제어를 통하여 위에서 언급한 어려움들을 고려한 다양한 절삭 조건에서 높은 동강성 효과를 제고할 수 있는 제어 기법에 대해서 제안하며, 이를 동강성 향상 및 절삭 가공 실험을 통해서 그 결과를 확인하였다.