3가지 서보 모터 제어 모드 설명
기계가 어떻게 정밀한 움직임을 구현하는지 궁금한 적이 있나요? 이 블로그에서는 서보 모터 제어 모드의 매혹적인 세계를 살펴봅니다. 펄스부터 아날로그 제어까지, 각 방법이 어떻게 작동하는지 살펴봅니다...
서보 모터와 스테퍼 모터가 현대 기계에서 뚜렷하면서도 중추적인 역할을 하는 이유는 무엇일까요? 이 문서에서는 이 두 가지의 근본적인 차이점, 장점 및 특정 응용 분야를 살펴봅니다. 이 글을 읽으면 제어 메커니즘, 성능 특성, 이상적인 사용 시나리오에 대한 통찰력을 얻어 엔지니어링 프로젝트에 대한 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 될 것입니다. 각 모터 유형이 다양한 애플리케이션에서 어떻게 정밀도와 효율성을 향상시킬 수 있는지 자세히 알아보세요.
스테퍼 모터 모터 유형 제어용으로 특별히 설계된 전기 펄스를 각도 변위로 변환합니다.
스테퍼 드라이버가 펄스 신호를 수신하면 스테퍼 모터가 '스텝 각도'라고 하는 미리 정해진 고정 각도로 지정된 방향으로 회전하게 됩니다.
모터는 고정된 스텝 각도로 단계별로 회전합니다.
펄스 수를 제어하여 정확한 위치를 설정할 수 있으며, 펄스 주파수를 제어하여 모터 회전 속도와 가속도를 조절할 수 있습니다.
모터의 회전 방향 반전은 권선에 전원이 공급되는 순서를 변경하여 달성할 수 있습니다.
스테퍼 모터를 작동하려면 특수 스테퍼 모터 드라이버가 필요합니다. 이 드라이버는 임펄스 제어 장치, 파워 드라이브 장치, 보호 장치로 구성됩니다.
파워 드라이브 유닛은 임펄스 제어 유닛에서 생성된 펄스를 증폭하고 스테퍼 모터에 직접 연결되어 스테퍼 모터와 마이크로 컨트롤러 간의 전원 인터페이스 역할을 합니다.
제어 명령 유닛은 펄스 및 방향 신호를 수신하고 해당 펄스 세트를 생성한 다음 파워 드라이브 유닛을 통해 스테퍼 모터로 전송합니다.
그러면 스테퍼 모터가 표시된 방향으로 설정된 스텝 각도로 회전합니다.
스테퍼 모터에는 최대 정적 토크와 같은 몇 가지 주요 기술 사양이 있습니다, 시작 빈도및 작동 주파수.
일반적으로 스텝 각도가 작을수록 최대 정적 토크가 커지고 시작 및 작동 주파수가 높아집니다.
따라서 작동 모드는 세분화 드라이브 기술에 중점을 둡니다.
이 방식은 스테퍼 모터의 토크와 해상도를 개선하고 저주파 진동을 완전히 제거합니다.
결과적으로 세분화 드라이브의 성능은 다른 유형의 드라이브보다 우수합니다.
서보 모터 내부의 로터는 영구 자석입니다. 드라이버는 U/V/W 3상 전기를 제어하여 전자기장을 생성하고 이 자기장의 영향을 받아 로터가 회전합니다. 모터의 자체 인코더는 피드백 신호를 드라이버에 제공하며, 드라이버는 피드백 값과 목표 값에 따라 로터의 회전 각도를 조정합니다.
실행 모터라고도 하는 서보 모터는 자동 제어 시스템에서 액추에이터로 사용되어 수신된 전기 신호를 모터 축의 각 변위 또는 각속도로 변환합니다.
서보 모터는 두 가지 종류가 있습니다: DC와 AC.
서보 모터가 펄스를 받으면 해당 각도로 회전하여 변위를 생성합니다. 이는 서보 모터 자체가 펄스를 방출하고 각 회전 각도가 서보 모터가 수신한 펄스와 폐쇄 루프를 형성하는 해당 수의 펄스를 방출하기 때문입니다.
이를 통해 시스템은 서보 모터로 보내는 펄스 수와 수신하는 펄스 수를 모니터링하여 정밀한 제어와 정확한 위치 지정을 가능하게 합니다.
성능 면에서 AC 서보 모터는 DC 서보 모터보다 우수합니다. AC 서보 모터는 사인파 제어를 사용하므로 토크 리플이 적고 용량이 높습니다.
반면 DC 서보 모터는 사다리꼴 파동 제어를 사용하며 상대적으로 성능이 떨어집니다.
그러나 DC 서보 모터의 브러시리스 서보 모터는 브러시 서보 모터보다 성능이 더 뛰어납니다.
서보 모터 내부에는 영구 자석 로터가 포함되어 있습니다.
액추에이터는 U/V/W 3상 전기를 제어하여 전자기장을 생성하여 로터가 회전하도록 합니다.
또한 모터의 인코더는 운전자에게 피드백 신호를 제공합니다.
드라이버는 피드백 값과 원하는 목표 값에 따라 로터의 회전 각도를 조정합니다.
브러시 DC 서보 모터 드라이브:
모터의 작동 원리는 표준 DC 모터의 작동 원리와 유사합니다.
액추에이터는 전류 루프, 속도 루프, 위치 루프로 구성된 3루프 구조로 안쪽에서 바깥쪽으로 순서대로 배열되어 있습니다.
전류 루프의 출력은 모터의 전기자 전압을 제어합니다.
현재 루프의 입력은 속도 루프의 PID 출력이고, 속도 루프의 입력은 위치 루프의 PID 출력이며, 위치 루프의 입력은 지정된 입력입니다.
제어 다이어그램은 위 그림과 같습니다.
브러시리스 DC 서보 모터 드라이브:
전원은 DC이며, 내부 3상 인버터에 의해 U/V/W AC 전원으로 변환됩니다.
드라이버는 또한 3루프 제어 구조(전류 루프, 속도 루프, 위치 루프)를 채택하고 있으며, 구동 제어 원리는 앞서 설명한 것과 동일합니다.
AC 서보 모터 드라이브:
이 시스템은 전원 패널과 제어 패널의 두 가지 모듈로 나눌 수 있으며, 각각 고유한 기능을 가지고 있습니다.
제어 패널은 드라이브 신호의 구동 회로 역할을 하는 해당 알고리즘을 통해 PWM 신호를 출력하여 인버터의 출력 전력을 수정하고 3상 영구 자석 동기식 AC 서보 모터를 제어합니다.
전원 구동 장치는 먼저 입력된 3상 전기 또는 도시 전기를 3상 풀 브리지 정류기 회로를 통해 직류 전기로 변환합니다.
그런 다음 3상 영구 자석 동기식 AC 서보 모터는 3상 또는 도시 전기의 정류에 따라 3상 정현파 PWM 전압형 인버터의 정류자에 의해 구동됩니다.
이 프로세스는 단순히 AC-DC-AC 변환입니다.
제어 장치는 전체 AC 서보 시스템의 핵심으로 시스템 위치 제어, 속도 제어, 토크 제어, 전류 제어를 수행합니다.
제어 정확도
스테핑 모터의 위상과 비트 수가 많을수록 정확도가 높아집니다.
서보 모터는 자체 인코더로부터 피드백을 받으며, 인코더에 스케일이 많을수록 정밀도가 높아집니다.
저주파 특성
스테퍼 모터는 저속에서 저주파 진동이 발생하기 쉽습니다.
이를 방지하기 위해 저속 작업에서는 댐핑 또는 세분화 기술을 사용하는 경우가 많습니다.
반면 서보 모터는 저속에서도 진동 없이 원활하게 작동합니다.
토크-주파수 특성
스테퍼 모터의 출력 토크는 속도가 증가함에 따라 감소하고 고속에서는 크게 떨어집니다.
반면 서보 모터는 정격 속도에서 일정한 토크 출력과 정격 속도에서 일정한 전력 출력을 제공합니다.
과부하 용량
스테퍼 모터는 과부하 용량이 부족한 반면 서보 모터는 강력한 과부하 용량을 가지고 있습니다.
운영 성능
스테퍼 모터는 개방 루프 제어로 작동하므로 시작 주파수가 너무 높거나 부하가 너무 많으면 스텝을 잃거나 회전을 멈출 수 있습니다. 속도가 너무 높으면 오버슈팅이 발생할 수도 있습니다.
반면 AC 서보 드라이브 시스템은 폐쇄 루프 제어를 사용합니다. 서보 모터의 드라이버는 모터 인코더의 피드백 신호를 직접 샘플링하여 내부 위치 및 속도 제어 루프를 형성합니다. 그 결과 스테퍼 모터는 스텝 손실이나 오버슈트 발생 가능성이 적어 제어 성능이 더욱 안정적입니다.
속도 응답 성능
스테퍼 모터는 정지 상태에서 작동 속도로 가속하는 데 수백 밀리초가 걸립니다.
이에 비해 AC 서보 시스템은 가속 성능이 뛰어나며 일반적으로 몇 밀리초 밖에 걸리지 않아 빠른 시작과 정지가 필요한 애플리케이션에 적합합니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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