리니어모터 스테이지는 물체의 직접구동 (Direct Drive)이 가능한 리니어 모터를 이용하여 정밀한 운동제어가 필요한 경우 사용된다. [표 1]과 같이 리니어모터 스테이지의 정확도 중 양방향 위치정밀도는 리니어모터 제어정밀도에 의해 결정되는 변수이며, 나머지 진직도(Straightness), 평탄도(Flatness), 피치(Pitch), 편요(Yaw) 정밀도는 안내면의 기하학적 형상에 따라 결정된다. 리니어모터 스테이지에서 발생하는 편요는 [...
리니어모터 스테이지는 물체의 직접구동 (Direct Drive)이 가능한 리니어 모터를 이용하여 정밀한 운동제어가 필요한 경우 사용된다. [표 1]과 같이 리니어모터 스테이지의 정확도 중 양방향 위치정밀도는 리니어모터 제어정밀도에 의해 결정되는 변수이며, 나머지 진직도(Straightness), 평탄도(Flatness), 피치(Pitch), 편요(Yaw) 정밀도는 안내면의 기하학적 형상에 따라 결정된다. 리니어모터 스테이지에서 발생하는 편요는 [그림 1]과 같은 움직임이며, 편요 오차에 의해 발생하는 문제점에 대해 살펴보면 직선운동을 하는 리니어모터 스테이지에서 발생하는 편요 오차에 의해 생산품의 품질이 저하되며, 이 편요 오차는 가공하는 대상물의 크기가 클수록 비례하여 증폭된다. 오차를 줄여 정밀도를 높이기 위해서는 가이드 부분의 정밀한 가공과 정밀한 조립 공정이 필수적인데, 이는 제품 가격의 증가를 가져오므로 바람직하지 않을 뿐 아니라 가공과 조립으로 실현할 수 있는 정밀도에는 한계가 있다. 본 논문에서는 안내면의 가공과 조립 정밀도 개선을 통해 오차를 줄이는 대신 정밀서보장치를 추가하여 편요오차를 보상하는 방법을 제안하였다. 진직도 오차 개선을 위한 선행연구 결과 진행방향 위치에 따른 진직도 오차는 재현성이 있다는 것으로 규명되었다. 즉, 진행방향 일정 위치에서 진직도 오차는 거의 일정하였다. 또한 실측 결과 편요운동도 진행방향에 따라 재현성을 갖는 것으로 나타났다. 이러한 편요오차의 재현성을 이용하여 오차 보상 방법을 재안하였다. 보상방법은 편요오차가 리니어모터의 이송방향 일정위치에서 항상 동일한 값을 갖는다는 재현성을 전제하고 서보장치를 고정시킨 상태에서 플렛폼을 진행방향으로 이동시키면서 각 점에서의 편요오차를 측정하여 데이터 베이스를 구축한다. 실제 보상제어 시에는 플랫폼이 일정 위치에 도달되면 데이터 베이스에 저장된 해당위치에서의 편요오차를 읽어 이 오차를 보상할 수 있도록 서보 장치를 편요 방향으로 구동하여 서보장치 위에 장착한 물체가 회전없이 직선적으로 이동하도록 한다. 보상장치의 회전구동에는 기계적 접촉에서 발생되는 마찰을 피할 수 없다. 이 마찰은 구동의 정밀성을 저해하므로 적절한 제어방법이 필요하다. 본 연구에서는 마찰에 의한 편요 보상 구동장치의 회전오차 감소를 위해 슬라이딩모드 제어를 적용하였다. 슬라이딩 모드 제어는 비선형 외란을 갖는 시스템에 널리 이용되는 간단한 구조의 제어기로 계의 동특성에 관계없이 제어성능을 규정할 수 있는 특징을 갖는다. 본 연구에서는 슬라이딩 모드 도달법칙 만족성 해석을 통해 슬라이딩 모드 제어의 마찰 외란 제어성을 확인하였다. 특히 제어입력 변수의 선형화에서 발생되는 오차를 해석하여 도달법칙을 만족하는 선형화 오차의 범위를 해석하였다. 제안된 보상방법 및 제어성능 규명을 위해 리니어모터 스테이지 정밀도 향상을 위한 서보시스템을 제작하고 실험을 통해 검증하였다. 실험결과 슬라이딩모드를 이용한 제어가 비례-적분-미분 제어보다 마찰에 의한 오차를 많이 개선시킬 수 있었으며, 본 연구에서 제안한 서보시스템이 리니어모터 스테이지의 편요 오차 개선에 적용할 수 있음을 확인하였다. ◁표 삽입▷(원문을 참조하세요) ◁그림 삽입▷(원문을 참조하세요)
리니어모터 스테이지는 물체의 직접구동 (Direct Drive)이 가능한 리니어 모터를 이용하여 정밀한 운동제어가 필요한 경우 사용된다. [표 1]과 같이 리니어모터 스테이지의 정확도 중 양방향 위치정밀도는 리니어모터 제어정밀도에 의해 결정되는 변수이며, 나머지 진직도(Straightness), 평탄도(Flatness), 피치(Pitch), 편요(Yaw) 정밀도는 안내면의 기하학적 형상에 따라 결정된다. 리니어모터 스테이지에서 발생하는 편요는 [그림 1]과 같은 움직임이며, 편요 오차에 의해 발생하는 문제점에 대해 살펴보면 직선운동을 하는 리니어모터 스테이지에서 발생하는 편요 오차에 의해 생산품의 품질이 저하되며, 이 편요 오차는 가공하는 대상물의 크기가 클수록 비례하여 증폭된다. 오차를 줄여 정밀도를 높이기 위해서는 가이드 부분의 정밀한 가공과 정밀한 조립 공정이 필수적인데, 이는 제품 가격의 증가를 가져오므로 바람직하지 않을 뿐 아니라 가공과 조립으로 실현할 수 있는 정밀도에는 한계가 있다. 본 논문에서는 안내면의 가공과 조립 정밀도 개선을 통해 오차를 줄이는 대신 정밀서보장치를 추가하여 편요오차를 보상하는 방법을 제안하였다. 진직도 오차 개선을 위한 선행연구 결과 진행방향 위치에 따른 진직도 오차는 재현성이 있다는 것으로 규명되었다. 즉, 진행방향 일정 위치에서 진직도 오차는 거의 일정하였다. 또한 실측 결과 편요운동도 진행방향에 따라 재현성을 갖는 것으로 나타났다. 이러한 편요오차의 재현성을 이용하여 오차 보상 방법을 재안하였다. 보상방법은 편요오차가 리니어모터의 이송방향 일정위치에서 항상 동일한 값을 갖는다는 재현성을 전제하고 서보장치를 고정시킨 상태에서 플렛폼을 진행방향으로 이동시키면서 각 점에서의 편요오차를 측정하여 데이터 베이스를 구축한다. 실제 보상제어 시에는 플랫폼이 일정 위치에 도달되면 데이터 베이스에 저장된 해당위치에서의 편요오차를 읽어 이 오차를 보상할 수 있도록 서보 장치를 편요 방향으로 구동하여 서보장치 위에 장착한 물체가 회전없이 직선적으로 이동하도록 한다. 보상장치의 회전구동에는 기계적 접촉에서 발생되는 마찰을 피할 수 없다. 이 마찰은 구동의 정밀성을 저해하므로 적절한 제어방법이 필요하다. 본 연구에서는 마찰에 의한 편요 보상 구동장치의 회전오차 감소를 위해 슬라이딩모드 제어를 적용하였다. 슬라이딩 모드 제어는 비선형 외란을 갖는 시스템에 널리 이용되는 간단한 구조의 제어기로 계의 동특성에 관계없이 제어성능을 규정할 수 있는 특징을 갖는다. 본 연구에서는 슬라이딩 모드 도달법칙 만족성 해석을 통해 슬라이딩 모드 제어의 마찰 외란 제어성을 확인하였다. 특히 제어입력 변수의 선형화에서 발생되는 오차를 해석하여 도달법칙을 만족하는 선형화 오차의 범위를 해석하였다. 제안된 보상방법 및 제어성능 규명을 위해 리니어모터 스테이지 정밀도 향상을 위한 서보시스템을 제작하고 실험을 통해 검증하였다. 실험결과 슬라이딩모드를 이용한 제어가 비례-적분-미분 제어보다 마찰에 의한 오차를 많이 개선시킬 수 있었으며, 본 연구에서 제안한 서보시스템이 리니어모터 스테이지의 편요 오차 개선에 적용할 수 있음을 확인하였다. ◁표 삽입▷(원문을 참조하세요) ◁그림 삽입▷(원문을 참조하세요)
The linear-motor stage is used in the case that a precise motion control, using linear motor which can drive a object directly is necessary In the precision of linear motor, duplex displacement accuracy is a variable decided by control precision of linear motor and the precision of Straightness, Fla...
The linear-motor stage is used in the case that a precise motion control, using linear motor which can drive a object directly is necessary In the precision of linear motor, duplex displacement accuracy is a variable decided by control precision of linear motor and the precision of Straightness, Flatness, Pitch and Yaw is decided by geometrical from of guideline. To enhance precision, A precision process is essential, which is not effective and has limit of precision that can be made by process and assembly because it can cause an increase of product costs. This thesis suggested the method of error compensation instead of decreasing errors though processing guideline and improving assembly precision. In the result of the research into improvement of straightness error. It turned out that straightness error involved in positions of move direction had reproducibility. As the result of actual measurement, it turned out that yaw-motion has reproducibility by move direction. On the premise that reproducibility that yawerror has the same value at the fixed position of the linear motor's shift direction, the method compensation measures yaw error at each position and establishes data base, making the flatform move toward move direction with the serve device fixed. At the time of actual compensation control, it the Flatform is moved at the fixed position, It reads of the position stored in data base, drives the server device toward yaw-direction for compensation of this error and makes the object installed above the serve device move vertically, without revolution. This research used sliding mode control to reduce errors in displacement, which are due to the systems with non-linear disturbance, is a controller of simple structure; it can regulate controlling performances regardless of dynamic characteristics, of stage. This research confirms the applicability of sliding mode reaching control through the satisfactory explanations, and able to prove Servo-system's effectiveness by the actual construction. The results of this experiment successfully confirm that the control through sliding mode is able to reduce and improve more of error ratio of displacement, by friction than when PID-control is used.
The linear-motor stage is used in the case that a precise motion control, using linear motor which can drive a object directly is necessary In the precision of linear motor, duplex displacement accuracy is a variable decided by control precision of linear motor and the precision of Straightness, Flatness, Pitch and Yaw is decided by geometrical from of guideline. To enhance precision, A precision process is essential, which is not effective and has limit of precision that can be made by process and assembly because it can cause an increase of product costs. This thesis suggested the method of error compensation instead of decreasing errors though processing guideline and improving assembly precision. In the result of the research into improvement of straightness error. It turned out that straightness error involved in positions of move direction had reproducibility. As the result of actual measurement, it turned out that yaw-motion has reproducibility by move direction. On the premise that reproducibility that yawerror has the same value at the fixed position of the linear motor's shift direction, the method compensation measures yaw error at each position and establishes data base, making the flatform move toward move direction with the serve device fixed. At the time of actual compensation control, it the Flatform is moved at the fixed position, It reads of the position stored in data base, drives the server device toward yaw-direction for compensation of this error and makes the object installed above the serve device move vertically, without revolution. This research used sliding mode control to reduce errors in displacement, which are due to the systems with non-linear disturbance, is a controller of simple structure; it can regulate controlling performances regardless of dynamic characteristics, of stage. This research confirms the applicability of sliding mode reaching control through the satisfactory explanations, and able to prove Servo-system's effectiveness by the actual construction. The results of this experiment successfully confirm that the control through sliding mode is able to reduce and improve more of error ratio of displacement, by friction than when PID-control is used.
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