[논문]듀얼 서보모터 구동형 프레스 시스템의 동기화를 위한 스위칭 제어기법

듀얼 서보모터 구동형 프레스 시스템의 동기화를 위한 스위칭 제어기법
Switching Control Technique for Synchronization of Dual-serve Motor Driven Press System 원문보기

나상건 (고려대학교 제어계측공학과) , 김진성 (고려대학교 제어계측공학과) , 허훈 (고려대학교 제어계측공학과) , 강재훈 (한국기계연구원)

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단일 고 토크의 서보프레스보다 제작비용 및 에너지 소비측면에서 효율적인 장점을 가진 듀얼서보프레스 시스템은 서보모터가 각각 독립적으로 구동될 때, 힘의 불 균일 분포와 편심하중 등이 발생하여 공정의 생산 효율을 저하시키거나, 하사점(; 下死點, Bottom Dead Center : BDC)에서의 불안정성을 야기할 수 있다는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 논문에서는 연동(Cross-coupling)제어루프를 이용한 스위칭 제어(Switching control)기법을 제안한다. 제안한 스위칭 제어기법은 듀얼 서보프레스 시스템의 축소모형을 이용하여 기존의 듀얼 서보프레스 시스템에서 사용하는 종속 비례적분미분(Cascade PID)제어 기법과 동기화 성능을 비교하였다.

본 논문에서 고려하는 듀얼 서보모터 구동형 프레스 시스템에서는 기존의 종속 피드백(Cascade feedback) 제어구조를 Fig. 1과 같이 각 서보시스템에 독립적으로 적용하는 것이 아니라, Fig. 2와 같이두 서보시스템의 동기화 에러에 따라 두 제어기를 선택하여 적용한다. 하나는 동기화 에러가 작을 때 사용하는 제어기로 원하는 목표 값의 추종에 중점을 둔다.
제안한 스위칭 제어기법의 성능을 검증하기 위하여 Fig. 3과 같은 축소형 서보프레스 모델을 제작하였다. 성능 검증을 위한 실험시나리오는 초기위치 0°에서 목표 값을 165°로 75초 동안 유지한 후, 다음 75초~150초 동안 17°로 설정하고, 150초 이후부터는 165°로 설정하였다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 논문에서는 연동(Cross-coupling)제어루프를 이용한 스위칭 제어(Switching control)기법을 제안한다. 제안한 스위칭 제어기법은 듀얼 서보프레스 시스템의 축소모형을 이용하여 기존의 듀얼 서보프레스 시스템에서 사용하는 종속 비례적분미분(Cascade PID)제어 기법과 동기화 성능을 비교하였다.

5는 각각 master와 slave 시스템의 제어 응답이다. 기존의 제어기의 응답은 약간의 오버슈트를 가지며, master와 slave 시스템의 응답파형이 서로 다른 것에 반해, 제안한 제어기의 응답은 오버슈트도 없으며 master와 slave 시스템의 응답파형이 같은 것을 확인하였다. master와 slave 시스템의 동기화 에러는 Fig.
본 논문에서 제안한 동기화를 위한 스위칭 제어기법은 기존 제어기법 보다 동기화 에러를 크게 줄이며, 안정적으로 제어를 하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 빠른 응답시간과 수렴시간을 가지는 바, 공정의 속도를 높여 생산효율을 증대시킬 수 있을 것으로 보인다.

본 논문에서 제안한 동기화를 위한 스위칭 제어기법은 기존 제어기법 보다 동기화 에러를 크게 줄이며, 안정적으로 제어를 하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 빠른 응답시간과 수렴시간을 가지는 바, 공정의 속도를 높여 생산효율을 증대시킬 수 있을 것으로 보인다.

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