PZT 구동 오차 저감을 위한 제어보드 설계

오현우; 김복기

doi:10.5573/ieie.2017.54.11.192

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자료유형: 학술저널

저자정보: 오현우 (광운대학교) 김복기 (광운대학교)

저널정보: 대한전자공학회 전자공학회논문지 전자공학회논문지 제54권 제11호 (통권 제480호)

발행연도: 2017.11

수록면: 192 - 200 (9page)

DOI: 10.5573/ieie.2017.54.11.192

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나노기술 분야에서 고정밀도의 위치 제어를 위해 구동기로써 PZT가 많이 이용되고 있다. PZT는 수 나노미터 이하의 정밀도를 갖는 장점은 있으나 수백마이크로미터 이하로 동작영역이 제한적이다. 또한 비선형 시스템이기 때문에 모든 입/출력 값에 대한 예측이 어렵다. 이에 따라 PZT오차에 대한 보상을 위해 PID 제어를 가장 많이 사용하고 있다. 하지만 PID 제어는 게인 값을 구해 시스템에 적용하더라도 진동(Fluctuation)에 의한 오버슈트와 Settling Time의 지연으로 오차가 여전히 존재한다 [1]. 따라서 본 논문에서는 PID 게인 값을 예측하여 사용하는 PZT모델의 위치 보정 성능 향상을 위한 제어보드를 설계하였다. 제어보드에 저장할 보정 값은 PZT Stroke의 위치변화량을 측정하고, 보정함수를 이용하여 추출하였다. 제어보드는 655,35bit/res(4.16nm/bit) 해상도의 보정성능을 갖고, 룩업 테이블 형태의 bit당 위치 보정 값을 저장한다. 제어보드에서 출력된 전압을 PZT AMP에 입력하고, 보정 전과 후의 위치 변화량을 반복 측정하여 결과 분석을 수행하였다. 보정 값을 저장하기 전 PZT 위치 변화에 따른 직선화 에러량은 약 150～1,800nm, 보정 후에는 약 5～30nm로 위치 보정 성능이 향상됨을 확인하였다.

#Pzt #Calibration for pzt error #Nonlinear system #High-precision positioning control #Look-up table

참고문헌 (10)

참고문헌 신청

H. J. Park and D. S. Lee and J. H. Park, Ultra precision positioning system for servo motor-piezo actuator using the dual servo loop and digital filter implementation, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 41, no. 1, pp. 51-63, January 2001. S. M. Jang and S. S. Jeong and H. C. Park and S. J. Moon and C. I. Park and T. Y. Chung, Design and extraction of control parameters of a moving-coil-type linear actuator for driving of linear reciprocating motion control systems, The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 48, no. 5 pp. 241-248, May 1999. Norbert C. Cheung and Byron M. Y. Cheung, Modelling and control of a high speed, long travel, dual voice coil actuator, IEEE Conf. on Power electronics and Drive System, pp.270-274, Singapore, Singapore, May 1997. Michael Goldfarb and Nikola Celanovic, Modeling piezoelectric stack actuators for control of micro-manipulation, IEEE Control Systems, Vol. 17, no. 5, pp. 69-79, June 1997. H. H. Cho, Positioning Control of Ultra-precision Stage , Academic Press, 2013.

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