자기부양장치, Magnetic Levitation System
학부용 제어실험 및 대학원에서 제어 이론 검증을 위한 목적으로 개발한 장비로서 전자석을 이용해 자성체를 공중에 머무르도록 제어하는 장치이다. 전자석은 연구실에서 자체 제작하였다. 물체의 위치를 측정하기 위하여 IRED (Infrared Emitting Diode)와 Photo transistor를 이용하였다. AVR 128 Microprocessor를 이용하여 약 1KHz의 샘플링속도로 sliding mode control을 이용하여 제어를 수행하는 모습을 보여주고 있다. 향후 여러 가지 제어기법, 예를 들어 PID, Lead-lag, LQ, H infinity 등의 제어기법을 적용하여 성능을 비교/분석 하고자 한다.
자기부양장치 Version 2, Magnetic Levitation System
자기부양 시스템 장치의 완성도를 높이기 위해서 위의 장비를 좀더 개선하였다. 전자석의 완성도를 더욱 높였고 센서의 측정 범위를 크게 개선하였다. 부양체의 무게도 Version 1에 비해 크게 개선되어 250 [g] 정도의 무게도 부양시킬 수 있도록 개선하였다. 제어는 AVR DAQ와 AVR RCP 환경을 이용하여 Simulink를 통해 제어하였으며 샘플링 속도는 1KHz이다.
높이 측정기, Height Gauge
TM 나사를 이용하여 제작한 높이 측정기이다. 사용한 TM 나사의 리드는 4 mm, 즉 1회전에 4 mm 전진한다. 회전각을 측정하기 위해 1000 pulse/rev 해상도를 갖는 회전형 엔코더(rotary encoder)를 사용했으며 4체배 방식을 채택하였다. 이 장비는 자기부양 시스템의 센서부와 구동부의 특성을 모델링하기 위해 주로 사용된다.
ECL 128 Control Board V 2.0
도립진자/회전형 도립진자/헬리콥터 시스템/자기부양 시스템 등을 제어하기 위해 제작한 제어보드로 CPU는 8-bit RISC 프로세서인 ATMEGA128을 사용하였다. 세부적인 I/O 기능은 Encoder Counter : 6 channel, LS7266 (2 channel encoder counter) 3개 사용, DA conterter : 12-bit 해상도 2 channel (Bipolar, Unipolar 전환가능), AD converter : 12-bit 해상도 4 channel (Bipolar, Unipolar 전환가능), Motor 제어용 PWM : 2 channel, 외부 RAM : 32 KB (62256), 통신 : UART0, UART1
ECL 128 Control Board V 3.0
도립진자/회전형 도립진자/헬리콥터 시스템/자기부양 시스템 등을 제어하기 위해 제작한 제어보드로 CPU는 8-bit RISC 프로세서인 ATMEGA128을 사용하였다. V2.0 에 비해 강화된 점은 USB 통신 기능과 Ethernet 통신 기능을 지원하는 점이다. 약화된 점은 V2.0은 6개의 Encoder를 읽을 수 있고 2 채널의 DAC를 제공했지만 V3.0에서는 2개의 Encoder를 읽을 수 있고 1 채널의 DAC 기능을 제공하는 것이다. 또한 V3.0에서는 SMD 부품을 다수 채택하여 Boa
ECL128 Control Board, ECL128 제어 보드
8을 사용하였다. V2.0 에 비해 강화된 점은 USB 통신 기능과 Ethernet 통신 기능을 지원하는 점이다. 약화된 점은 V2.0은 6개의 Encoder를 읽을 수 있고 2 채널의 DAC를 제공했지만 V3.0에서는 2개의 Encoder를 읽을 수 있고 1 채널의 DAC 기능을 제공하는 것이다. 또한 V3.0에서는 SMD 부품을 다수 채택하여 Board의 크기를 많이 줄였다. FT245BM에 의한 USB 통신은 약 1MByte/s 정도의 전송속도를 가진다. 따라서 실시간으로 실험 결과값을 PC로 전송해서 real-time monitoring을 수행할 수 있다. 위에 소개한 자기부양장치의 실험결과는 Simulink의 S-Function을 이용하여 USB 통신을 구현한 후 그것을 기반으로 얻은 결과이다.
AVR DAQ V1.0 (자체개발)
위에 소개한 ECL128 Control Board의 사용이 매우 제한적이어서 범용의 목적으로 새롭게 제작한 Board이다. 이름도 control board가 아니라 DAQ(Data Acquisition) Board로 하였다. Main processor는 개발환경이 무료로 제공되는 ATMEGA128을 사용하였다. 이 board의 특징은 강화된 주변 장치와 통신 장치이다. 아래 정리된 요약사항을 보아도 알 수 있듯이 주변장치가 풍부하게 제공된다. 또한 기존 Board가 USB Full speed만 지원되던 것에 비해 USB High Speed도 지원되도록 개선하여 통신 속도를 크게 개선하였다. 참고로 High Speed의 통신속도는 최대 540Mbps이다. 실제 사용할 때는 이것보다는 떨어지지만 20~30 MB/s 는 가능하다. 새로 설계된 DAQ Board의 또한 가지 특징은 또한 8-bit의 GPIO port 2개를 자유롭게 사용할 수 있어 다른 digital 장치와의 interface 실험에 유연하게 적용할 수 있다. Board의 Specification은 다음가 같이 요약할 수 있다
16 channel
- 8 Switch Inputs - 8 LED Outptus - 16*2 Character LCD - Graphic LCD - Buzzer - 2개의 8-bit GPIO PORT - SPI 장치와 Interface 하기 위한 PORT 제공 - 향후 추가적인 주변장치 Interface를 위해 Bus Extension 제공
TMS320F2812 Module Board (자체개발)
2009년 1월 고속 계산이 필요한 제어 시스템의 구현을 위하여 개발하였다. Texas Instrument (TI)사의 steady seller인 32-bit 고정소수점 DSP인 TMS320F2812를 사용하였다. 2812는 Motion control에 특화된 DSP로서 PWM을 여러개 생성할 수 있으며 12-bit AD conversion을 16 channel을 지원한다. 더불어 Quadrature Encoder Counter가 2개 내장되어있다. 향후, 여러 가지 주변장치를 탑재한 Base Board를 개발할 예정이다. 2009년부터는 Embedded control Lab의 주력 기종으로 TMS320F2812를 사용할 예정이다.
TMS320F2812 Base Board (자체개발)
2009년 2월 TMS320F2812 Module board를 장착하여 사용하는 Base Board 이다. 여러 가지 실험이 가능하도록 IDC Connector를 이용하여 모든 Port를 사용할 수 있도록 설계하였다. 하드웨어 재원은 다음과 같다. - CPU : TMS320F2812 (150MHz, 32-bit Fixed-point DSP) - RAM : 512KB SRAM - Encoder counter : 24-bit, 8 channels - Digital-to-analog conversion : 4 channels, 12-bit resoltion, SPI Interface, 0 ~ 4.096 V output range - Analog-to-digital conversion : 12 channels, 0 ~ 3V input range - Digital input : 16 channels - Digital output : 16 channels - Character LCD - Graphic LCD - USB Full speed interface : FT245BM - USB High speed interface : EZUSB FX2 - 8 Switch inputs - 8 LEDs - 1 Buzzer - 2 Serial communication interfaces - 1 CAN communication interface AD conversion과 DA conversion을 사용하기 위해서는 signal conditioning circuit을 갖춘 별도의 Analog interface board를 flab cable로 연결하여 사용할 수 있도록 설계하여 base board 자체의 크기는 되도록 작게 유지할 수 있도록 하였다. 또한 Motor control을 위해 photo coupler를 이용한 isolation 회로 및 H-bridge를 이용한 Motor driver 회로도 별도의 Board를 이용하여 flat cable로 연결하여 사용하도록 설계하였다. 즉, 모든 기능을 board에 다 포함시키지 않고 필요한 기능에 맞는 board를 연결하여 사용할 수 있도록 하여 base board의 크기는 되도록 작게하고 활용도는 높일 수 있도록 설계하였다.