최적의 성능을 위한 프로급 서보 드라이버 설정 가이드

서보 모터는 자동화 시스템에서 특히 정밀한 위치 제어를 위한 필수 구성 요소입니다. 이 기능은 대부분의 서보 모터 브랜드에서 표준 기능으로 제공되므로 다양한 산업 분야에 다양하게 활용할 수 있습니다.

서보 모터의 작동은 정교한 제어 메커니즘에 의해 관리됩니다. 컨트롤러는 일련의 전기 펄스를 모터에 전송하며, 각 펄스 매개변수는 특정 기능을 수행합니다. 펄스 수는 회전 각도를 결정하여 정밀한 위치 지정이 가능하며, 펄스 주파수는 모터의 회전 속도를 결정합니다. 이 속도 제어는 명령 펄스와 실제 모터 회전 사이의 승수 역할을 하는 전자 기어비 설정과 복잡하게 연결되어 있습니다.

새 서보 시스템을 시운전할 때는 최적의 성능을 달성하기 위해 체계적인 튜닝 프로세스를 따르는 것이 중요합니다. 모터가 최대한 부드럽게 작동하고 가청 소음이 최소화되도록 위치 게인(Kp)을 조정하는 것부터 시작하세요. 이 단계는 안정적인 작동을 위한 토대가 됩니다. 다음으로 시스템 안정성에 중요한 요소인 모터와 부하 사이의 관성 모멘트 비율을 고려합니다. 많은 최신 서보 드라이브는 이 비율을 추정할 수 있는 자동 튜닝 기능을 제공하여 추가 최적화를 위한 신뢰할 수 있는 시작점을 제공합니다.

관성 매칭에 이어 속도 루프 튜닝에 집중합니다. 속도 게인(Kv) 및 속도 통합 시간(Ti) 파라미터를 조정합니다. 이러한 설정은 높은 위치 정확도를 유지하면서 저속에서 원활하고 연속적인 작동을 달성하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 이러한 파라미터를 미세 조정하면 정밀한 모션 제어가 필요한 애플리케이션에 필수적인 반응 성능과 시스템 안정성 간의 균형을 맞출 수 있습니다.

(1) 포지션 비례 이득

위치 제어 레귤레이터의 비례 게인을 설정합니다. 게인이 높을수록 강성이 커지고 동일한 주파수 명령 펄스 하에서 위치 지연이 작아집니다. 그러나 너무 높게 설정하면 진동이나 오버슈트가 발생할 수 있습니다. 파라미터 값은 특정 서보 시스템 모델과 부하에 따라 결정됩니다.

(2) 포지션 피드포워드 이득

위치 제어의 피드포워드 게인을 설정합니다. 설정값이 클수록 모든 주파수 명령 펄스에서의 위치 지연이 작아지고 위치 루프의 피드포워드 이득이 높아지며 제어 시스템의 고속 응답 특성이 향상됩니다. 그러나 이로 인해 시스템의 불안정성과 진동이 발생할 수 있습니다. 높은 응답 특성이 필요하지 않은 경우 이 파라미터는 일반적으로 0으로 설정하며 범위는 0-100%입니다.

(3) 속도 비례 이득

속도 조절기의 비례 게인을 설정합니다. 설정값이 높을수록 게인 값이 증가하여 시스템이 더 단단해집니다. 파라미터 값은 특정 서보 드라이브 시스템 모델과 부하에 따라 결정해야 합니다. 일반적으로 부하 관성이 클수록 설정값이 높아집니다. 시스템에서 진동이 발생하지 않도록 하면서 더 큰 값을 설정하세요.

(4) 속도 적분 시간 상수

속도 조절기의 적분 시간 상수를 설정합니다. 설정 값이 작을수록 적분 속도가 빨라집니다. 파라미터 값은 서보 드라이브 시스템의 특정 모델과 부하에 따라 결정됩니다. 일반적으로 부하 관성이 클수록 설정 값이 커집니다. 시스템이 진동을 발생시키지 않는 조건에서는 더 작은 값을 설정하는 것을 목표로 합니다.

(5) 속도 피드백 필터 계수

속도 피드백 저역 통과 필터 특성을 설정합니다.

값이 높을수록 차단 주파수가 낮아지고 모터에서 발생하는 소음이 줄어듭니다.

부하 관성이 큰 경우 설정 값을 적절히 늘릴 수 있습니다.

값이 너무 높으면 응답이 느려져 진동이 발생할 수 있습니다.

컷오프 값이 낮을수록 응답 속도가 빨라집니다.

더 빠른 응답이 필요한 경우 설정값을 적절히 낮출 수 있습니다.

(6) 최대 출력 토크 설정

서보 드라이버의 내부 토크 제한 값을 설정합니다.

설정 값은 정격 토크의 백분율로 표시됩니다.

이 제한은 항상 적용되며 위치 제어 모드에서 위치 지정 완료 펄스의 범위를 설정합니다.

이 매개변수는 드라이버가 위치 제어 모드에서 포지셔닝이 완료되었는지 여부를 판단할 수 있는 기준을 제공합니다.

위치 편차 카운터의 남은 펄스 수가 이 파라미터의 설정 값보다 작거나 같으면 드라이버는 포지셔닝이 완료된 것으로 간주하고 제자리 스위치 신호가 켜집니다. 그렇지 않으면 꺼집니다.

위치 제어 모드에서는 위치 결정 완료 신호가 출력되며, 가속 및 감속 시간 상수의 설정 값에 따라 모터의 가속 시간이 0~2000RPM 또는 감속 시간이 2000~0RPM으로 결정됩니다.

가속 및 감속 특성은 선형이며 도착 속도 범위가 설정되어 있습니다. 비위치 제어 모드에서 서보 모터의 속도가 설정값을 초과하면 속도 도착 스위치 신호가 켜지고, 그렇지 않으면 꺼집니다.

이 파라미터는 위치 제어 모드에서는 사용되지 않으며 회전 방향과 무관합니다.

(7) 게인 파라미터 수동 조정

속도 비례 게인 KVP 값 조정하기

서보 시스템을 설치한 후에는 안정적인 회전을 보장하기 위해 파라미터를 조정해야 합니다. 속도 비례 게인 KVP 값을 조정하는 것부터 시작합니다. 조정하기 전에 적분 게인 KVI와 차동 게인 KVD를 0으로 설정한 다음 KVP 값을 서서히 증가시킵니다. 서보 모터가 멈출 때 진동이 있는지 관찰하고 회전 속도가 눈에 띄게 빠르거나 느린지 확인하기 위해 KVP 파라미터를 수동으로 조정합니다. KVP 값으로 인해 위에서 언급한 문제가 발생하는 경우 KVP 값을 줄여 진동을 없애고 회전 속도를 안정화합니다. 이 값이 예비적으로 결정된 파라미터 값이 됩니다. 이상적인 값을 얻기 위해 필요에 따라 보정 과정을 반복합니다.

적분 게인 KVI 값 조정하기

적분 이득의 KVI 값을 점차적으로 증가시켜 적분 효과를 생성합니다. 적분 제어 소개에서 언급했듯이 KVP 값과 적분 효과는 임계값에 도달하면 진동과 불안정성을 유발할 수 있습니다. 마찬가지로 KVI 값을 줄이면 진동을 제거하고 회전 속도를 안정화할 수 있습니다. 이 값이 예비적으로 결정된 파라미터 값이 됩니다.

차동 게인 KVD 값 조정

차동 게인의 주요 목적은 속도 회전을 부드럽게 하고 오버슈트를 줄이는 것입니다. KVD 값을 점진적으로 높이면 속도 안정성이 향상됩니다.

포지션 비례 이득 KPP 값 조정하기

KPP 값을 너무 많이 조정하면 모터 포지셔닝이 오버슈트되어 불안정해질 수 있습니다. 이 경우 오버슈트를 줄이고 불안정성을 방지하기 위해 KPP 값을 줄이되, 너무 작게 조정하면 포지셔닝 효율이 떨어지므로 주의하세요.

(8) 게인 파라미터 자동 조정

최신 서보 드라이버는 대부분 컴퓨터화되어 있으며 대부분의 부하 조건을 처리할 수 있는 자동 게인 조정 기능을 제공합니다. 파라미터를 조정하는 동안 먼저 자동 파라미터 조정 기능을 사용한 다음 필요한 경우 수동으로 조정할 수 있습니다. 자동 게인 조정에는 다양한 옵션도 있습니다. 일반적으로 제어 응답은 높음, 중간, 낮음 응답과 같은 다양한 수준으로 나뉘며 사용자는 요구 사항에 따라 설정할 수 있습니다.