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문제 정의
- 본 절에서는 앞절에서 제시된 테이블 방법의 오차보상을 실제 RVDT 센서에 적용하고자 한다.
제안 방법
- RVDT 동작원리의 분석을 통해 오차발생 원인을 분석하고 고속의 테이블 방법을 적용한 오차 보상 방법을 구현하였다. 이 방법은 보상이 가능한 오차와 불가능한 오차를 구별할 수 있으며, 각 극의 인덕턴스의 차이로 모델링하였다.
- 본 논문에서 제안한 테이블 방법을 사용해 보상 저항을 찾으면 B극에 4.7kΩ, C극에는 20kΩ을 삽입하는 경우이다.
- 본 논문에서는 위의 두 가지 방법의 단점을 극복하고자 각 극에 대한 병렬저항의 집합에 따른 위상오차를 테이블화하고 이어서 오차파형을 중첩하여 테이블 내에서 오차의 첨두간 값을 최소화하는 병렬저항의 조합을 찾아내었다. 이때 소요되는 연산시간도 획기적으로 단축하였다.
- 그림 6은 본 논문에서 제시하는 테이블 방법의 위상 오차 보상 알고리즘을 나타낸 것이다. 센서의 1회전 시 주어지는 오차파형에 대하여 기존 방법과 제안된 방법을 비교 하였다. 그림 6(a)와 같이 기존 방법은 숙련자가 여러 저항을 삽입하여 오차 측정 후 첨두간 값이 보상한도(1°)에 들어오는지를 반복적으로 수행한다.
- RVDT 동작원리의 분석을 통해 오차발생 원인을 분석하고 고속의 테이블 방법을 적용한 오차 보상 방법을 구현하였다. 이 방법은 보상이 가능한 오차와 불가능한 오차를 구별할 수 있으며, 각 극의 인덕턴스의 차이로 모델링하였다. 오차보상은 제안된 테이블 방법에서 자동적으로 찾은 각 극의 병렬 보상저항의 삽입으로 해결된다.
- 구체적으로 제안된 테이블 방법은 각 극의 저항 변화에 따른 출력파형을 테이블로 작성하고, 입력된 오차파형과 비교해 최적의 보상저항을 찾아내는 방법이다. 이의 검증을 위하여 모의실험으로 사용가능함을 확인하였고, 이를 실제 RVDT 센서에 적용해 병렬저항을 알아내었고 실시간으로 처리하였다.
- 그림 2는 모의실험을 위한 simulink 회로이다[12]. 입력으로 정현파와 여현파를 인가한 후 RL 양단의 출력 파형을 측정한다. 여기서 측정된 입력정현파와 출력정현파의 위상차는 회전변위를 나타낸다.
- 즉, 이상적인 RVDT 센서 회로의 각 극에 0.5kΩ에서 5kΩ까지 병렬저항을 0.5kΩ씩 증가시키면서 출력파형을 측정한 것이다.
대상 데이터
- 이 결과를 이용해 테이블을 구성하고 각 오차 파형의 중첩을 통하여 전 구간의 오차를 최소화하는 최적의 병렬 저항의 조합을 찾는 방법이다. 이후 오차파형을 측정한 후 연산시간을 줄이기 위하여 8192개의 오차 데이터를 256개의 데이터로 다운 샘플링 한다. 이어서 위에서 구한 테이블로부터 각 극의 개별적인 최적의 보상저항의 조합을 찾아내는 것이다.
이론/모형
- 그림7. 테이블방법을이용한오차보상파형(모의실험).
성능/효과
- 결과적으로 제시한 테이블 방법을 사용하여 보상한도(1°) 이내로 오차를 보상할 수 있었다.
- 그림 9는 III 장의 모의실험처럼 실제센서에 대한 병렬 저항 삽입 시 오차의 첨두간 값을 구한 것이다. 모의실험과같이 작은 병렬저항을 삽입하였을 1차 코일에 인가되는 전류가 감소하고 따라서 상호 인덕턴스의 변화가 발생하고, 다른 극의 1차 코일에는 흐르는 전류가 증가하여서 변화의 폭이 커지는 것을 확인할 수 있다. 첨두간 값의 변화에 있어 특정 저항의 크기를 넘어선 후부터 저항 값이 변해도 첨두간 값의 변화가 일어나지 않는 것을 확인할 수 있다.
- 모의실험과 실제실험 결과를 대조함으로서 각 극의 양의 오차와 음의 오차가 발생하는 부분이 다르게 나타나고 있다. 모의실험에선 물리적인 극의 위치에서 음의 오차를 정반대에서 양의 오차를 가지는 것을 확인하였다. 실제실험 결과를 분석하면 A극의 경우 75°에서 음의 오차, 230°에서 양의 오차 값을 가지고, B극은 150°에서 양의 오차, 330°에서 음의 오차 값을 가진다.
- 실제실험 결과를 분석하면 A극의 경우 75°에서 음의 오차, 230°에서 양의 오차 값을 가지고, B극은 150°에서 양의 오차, 330°에서 음의 오차 값을 가진다.
- 보상한도(1°) 내에 들어오는 병렬저항의 조합이 테이블 안에 존재하지 않을 경우 보상이 불가능함을 알려준다. 제안한 보상방법은 일단 테이블이 생성되면 오차측정에 걸리는 시간이 매우 짧다.
- 모의실험과같이 작은 병렬저항을 삽입하였을 1차 코일에 인가되는 전류가 감소하고 따라서 상호 인덕턴스의 변화가 발생하고, 다른 극의 1차 코일에는 흐르는 전류가 증가하여서 변화의 폭이 커지는 것을 확인할 수 있다. 첨두간 값의 변화에 있어 특정 저항의 크기를 넘어선 후부터 저항 값이 변해도 첨두간 값의 변화가 일어나지 않는 것을 확인할 수 있다.
- 9119°이다. 최종적으로 84.6%의 보상률을 보인다. 결과적으로 제시한 테이블 방법을 사용하여 보상한도(1°) 이내로 오차를 보상할 수 있었다.
- 표 2를 보면 오차파형의 첨두간 값이 3.428°에서 0.879°로 74.4% 성능의 개선을 보임을 알 수 있다.
- 이는 각 극을 기준으로 사용 가능한 저항에 의한 출력파형의 변화를 조합해 테이블을 생성해 실제센서의 출력파형과는 약간의 차이가 발생한다. 하지만 그림에서 보듯이 테이블 방법과 실제 보상파형이 거의 일치하고 있음이 확인 되므로, 제안된 방법이 실제 보상에 사용 가능함을 확인하였다.
후속연구
- 향후의 연구방향은 본 논문에서 제안한 테이블 방법의 신뢰성 향상과 실제생산과정에 적용, 다회전 RVDT센서의 보상에 테이블방법의 적용에 대해서 연구하고자 한다.
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