변화하는 이득을 갖는 앞먹임 제어를 이용한 자동초점용 VCM 구동기의 동적응답특성 개선
Improvement of dynamic response characteristics of VCM actuator for Automatic Focusing using feed-forward control with variable gain
- 주제(키워드) VCM , 변화 이득 제어 , 게인 스케쥴링
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 홍민성
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000019278
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
국 문 요 약 최근 디스플레이 산업이 발달하면서 대면적, 고해상도 등 높은 품질의 디스플레이 패널에 대한 대한 요구가 늘어남에 따라 해당 제품의 품질을 정확하게 검증할 수 있는 장비에 대한 연구가 대두되고 있다. 특히 A.O.I(Automated Optical Inspector)는 패널의 결함을 육안으로 관찰할 수 있는 장비로써 현재 LCD 검사수리 장비로 많이 활용되고 있다. A.O.I는 컴퓨터를 통해 패널의 표면을 볼 수 있다. 미세한 표면을 관찰하기 위해 높은 배율의 대물렌즈를 사용하는데, 이 때 대상과의 초점이 맞지 않을 경우 피사체의 형태가 명확하게 보이지 않기 때문에 결함의 정도를 알 수 없게 된다. 이 문제를 해결하기 위해서는 자동초점조절장치(Automatic Focusing Module)가 필수적이다. 현재 디스플레이는 LCD, LED, OLED 등 다양한 디스플레이 제작 기술이 갖춰져 있고, 그 중에서 OLED의 수요가 가장 많으며 성장 잠재력이 가장 크다. 하지만 현재 A.O.I의 개발 속도는 디스플레이 개발 속도에 비해 느리며, 차세대 OLED 디스플레이의 품질 확보를 위한 기술 개발이 필요한 상황이다. 자동초점조절장치의 구동계로는 제어하기 쉽고, 가격 경쟁력을 가지고 있는 스텝모터(Step motor)를 주로 사용하고 있다. 하지만 해당 구동계 특성상 분해능이 낮고 반응속도가 느린 단점을 지니고 있기 때문에 고속, 고분해능을 필요로 하는 OLED용 자동초점조절장치에는 적합하지 않다. 그러므로 본 논문에서는 높은 분해능을 가지고 있음과 동시에 고속제어가 가능한 VCM(Voice Coil Motor)을 사용하여 차세대 OLED용 자동초점조절장치를 개발하였다. VCM을 제어하는 방법으로 기산업군에서 많이 활용되는 PID 제어가 아닌 외란과 비선형 동역학을 시간지연으로 추정하여 외부 입력에 대해 강인한 성능을 보이는 TDC(Time Delay Control)을 사용하였다. A.O.I는 대물렌즈의 무게와 자동초점조절로 인한 구동거리 변경으로 인한 외란이 빈번하게 일어나므로 TDC는 자동초점조절장치에 적합한 제어 알고리즘이라고 할 수 있다. TDC와 같은 고등제어를 적용함과 동시에 입력에 따라 제어기 Gain이 변화하는 Gain 스케쥴링(Gain Scheduling)알고리즘을 설계하여 구동계의 동적특성응답을 향상시켰다. 기존 제어는 Gain을 고정시켜 사용하는데, 이는 초기 제어기 입력에 큰 Error값과 Gain이 함께 들어가기 때문에 기준 입력값에 도달했을 때 큰 오버슈트와 긴 정착시간이 발생한다. 이는 구동계 위치를 정확하지 못하게 하며 높은 분해능을 확보할 수 없게 한다. 본 논문에서 개발한 알고리즘은 제어기 입력이 거리에 따라 변화하기 때문에 오버슈트를 없앨 수 있고, 위치결정시간을 앞당길 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구를 통해 외란과 동역학적 특성을 고려한 제어 알고리즘을 개발하였고 이는 차세대 OLED용 A.O.I에 적합한 제어법으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
more초록/요약
ABSTRACT Improvement of dynamic response characteristics of VCM actuator for Automatic Focusing using feed-forward control with variable gain by Jungki Kim Intelligent Multiscale Design and Processing Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Graduate School of Ajou University Recently, the demands for developing a high quality display panel like large screen, high resolution. In response of this increasing demand, study of device can verify the quality of the display also increase. Especially, the A.O.I(Automated Optical Inspector) using as LCD inspection equipment can observed display’s defect. A.O.I can see the panel surface through a computer. In order to observe the fine surface, using high-magnification objective lens. if the focus of the target dose not match, it is impossible to know defect of display, because the shape of object is not clearly visible. To resolve this problem, Automatic Focusing Module is essential. Current display industry has variety of display fabrication technology like LCD, LED, OLED etc. OLED’s demand is most among them and has greatest potential for growth. However, the development rate of A.O.I device is slower than display development speed. Therefore, technology development of verifying OLED quality is necessary. Stepping motor is mainly used as automatic focusing module’s drive system. because of simple control and price competitive. However, the stepping motor is due to the low resolution and slow reaction rate, it is not suitable for automatic focusing module for OLED that require high speed, high resolution. Therefore, in this research, developed automatic focusing module using VCM(Voice Coil Motor) that has high resolution and can fast-speed control. In method of control the VCM, rather than PID, use TDC(Time Delay Control) that estimate the disturbance and nonlinear dynamics using time delay. Disturbance occurs frequently in A.O.I due to weight of objective lens and change driving distance for auto focusing. Therefore TDC is suitable control algorithm for automatic focusing module. Not only TDC but also using Gain scheduling algorithm that change control gain depending on system input, improve dynamic characteristic of drive system. In existing control, when it reaches reference input value, occurs large overshoot and long settilng time because of using constant gain. This problem cause not accurate position and not be able to ensure high resolution. Control algorithm developed in this paper can remove overshoot and short positioning time. because change control input depending on distance. Because change control input depending on distance. Through this study, we developed a control algorithm consider disturbance and dynamic characteristic of drive system. That is suitable control method for A.O.I for OLED.
more목차
요약문
차례
LIST OF FIGURES
LIST OF TABLES
1. 서론
1.1 연구 배경 1
1.2 자동초점조절장치 선행 연구 현황 4
1.3 연구 목적 7
2. 자동초점조절장치·
2.1 자동초점조절장치 원리와 구성 8
2.2 VCM 구조와 동작원리 10
3. 시스템 특성 분석
3.1 시스템 특성 정의 12
3.2 구동계 Frequency Response 분석 13
3.3 분석 결과 15
4. VCM 제어
4.1 제어 목적 및 개요 19
4.2 시스템 Set-up 20
4.3 PID 제어 22
4.3.1 PID 제어 알고리즘 22
4.3.2 PID 제어 실험 결과 24
4.4 TDC(Time Delay Control) 26
4.4.1 Time Delay Control 알고리즘 26
4.4.2 Constant gain TDC 알고리즘 & 실험결과 31
4.4.3 Variable gain TDC 알고리즘 & 실험결과 35
4.5 PID 제어 TDC 비교 44
5. 결론 및 향후 과제 47
REFERENCES 50
ABSTRACT 53
