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전자/제어197

모터 전류 속도 방정식 모터의 전류 속도 방정식은 다음과 같다. 여기서, J는 관성 모멘트, b는 마찰계수, KT는 토크상수이다. 위 식을 라플라스 변환을 한 전달함수는 다음과 같다. 이 식은 1차 시스템이다. 블록 다이어그램으로 나타내면 다음과 같다. 위 전달함수의 스텝응답은 다음과 같다. 토크를 적분하면 속도가 되기 때문에 속도는 계속 증가해야 하지만 마찰이 있으면 최대 속도가 제한된다. ☞ 1차 시스템 특성 ☞ DC 모터 방정식 2022. 4. 30.

PID 제어기 게인 설정 방법 PID 제어기의 게인 설정 방법에는 Ziegler-Nichols 방법과 Tyreus Luyben 방법 등이 있다. 경험적인 방법으로는 다음과 같이 설정할 수도 있다. (1) I와 D 게인을 0으로 설정한 후 스텝응답 특성이 진동할 때까지 P 게인을 조금씩 증가시킨다. (2) 스텝응답이 진동하기 직전의 P 게인의 절반을 P 게인으로 설정한다. (3) I 게인을 0에서 조금씩 증가시켜 offset error를 줄인다. (4) D 게인을 0에서 조금씩 증가시켜 응답시간을 줄인다. Ziegler-Nichols 방법도 진동할때까지 P 게인을 증가시킨 후 절반을 P 게인으로 설정한다. ☞ Ziegler-Nichols 방법 2022. 4. 30.

모터 속도 제어기 모터 속도 제어기의 구조는 다음과 같다. 전류 전류기와 속도 제어기가 멀티 루프 구조를 가진다. 2022. 4. 29.

엔코더 최대 속도 엔코더의 최대 회전속도는 다음과 같이 계산한다. 예를 들면, 최대 응답 주파수가 50kHz인 엔코더의 분해능이 1000 ppr이라면 최대 응답 회전수는 다음과 같다. 최대 응답 회전수 = 50,000 / 1000 x 60 = 3,000 rpm 엔코더가 위의 최대 응답 회전수 이상으로 회전하면 엔코더 신호가 정상적으로 나오지 않는다. 2022. 4. 20.

BLDC 모터의 홀센서와 폴수 2폴 BLDC 모터의 홀센서 배열과 출력신호는 다음과 같다. 홀센서 신호는 360도 주기를 가진다. 4폴 BLDC 모터의 홀센서 배열과 출력신호는 다음과 같다. 홀센서 신호는 180도 주기를 가진다. 8폴 BLDC 모터의 홀센서 배열과 출력신호는 다음과 같다. 홀센서 신호는 90도 주기를 가진다. ☞ BLDC 모터 동작 원리 2022. 4. 19.

엔코더 속도 계산 엔코더 속도를 계산하는 방법 중 엔코더 펄스 사이의 시간을 이용한 방법은 다음과 같다. 엔코더 펄스 사이의 시간은 타이머를 이용하여 구한다. 엔코더 한 펄스에 이동하는 거리에서 타이머 시간을 나누면 속도를 구할 수 있다. 엔코더 신호가 일정 시간(D)동안 변화가 없다면 엔코더가 멈춘 것으로 생각하고 속도를 0으로 한다. 엔코더 신호가 일정 시간(D)동안 변화가 없을때 다음과 같이 속도를 계산할 수도 있다. ☞ MT 메소드 2022. 4. 16.

스텝모터 드라이버 IC (LV8729) LV8729은 3D 프린터 등에 많이 사용되는 스텝모터 드라이버 IC이다. LV8729을 사용한 스텝모터 드라이버 모듈은 다음과 같다. LV8729 내부 구조는 다음과 같다. LV8729의 특성은 다음과 같다. 전압 9 ~ 32VDC 모터 전류 1.8A 스텝 128 마이크로 스텝 입력 신호 STEP/DIR 트랜지스터 트랜지스터 풀브릿지 회로 내장 2022. 4. 2.

스텝모터 드라이버 IC (A4988) A4988은 3D 프린터 등에 많이 사용되는 스텝모터 드라이버 IC이다. A4988를 사용한 스텝모터 드라이버 모듈은 다음과 같다. A4988 내부 구조는 다음과 같다. A4988의 특성은 다음과 같다. 전압 8 ~ 35VDC 모터 전류 1A 스텝 16 마이크로 스텝 입력 신호 STEP/DIR 트랜지스터 트랜지스터 풀브릿지 회로 내장 2022. 4. 2.

스텝모터 드라이버 IC (TMC2208) TMC2208은 3D 프린터 등에 많이 사용되는 스텝모터 드라이버 IC이다. TMC2208를 사용한 스텝모터 드라이버 모듈은 다음과 같다. TMC2208 내부 구조는 다음과 같다. TMC2208의 특성은 다음과 같다. 전압 4.75 ~ 36VDC 모터 전류 1.4A 스텝 256 마이크로 스텝 입력 신호 STEP/DIR 트랜지스터 트랜지스터 풀브릿지 회로 내장 3D 프린터에 많이 사용되는 A4988보다 소음과 진동이 매우 적다. ☞ A4988 2022. 4. 2.

앱솔룻 엔코더 구조 원리 앱솔룻 엔코더(Absolute Encoder)의 구조는 다음 그림과 같다. 원판의 슬롯을 통해 통과하는 빛에 의해 회전판의 회전각도를 알 수 있다. 슬롯을 그레이 코드로 배치하면 값이 변하는 중간 지점에서 읽을 때 비정상적인 값이 읽히지 않는다. 앱솔룻 엔코더에서 회전각을 출력하는 방식은 크게 직렬 통신 방식과 병렬 방식이 있다. 직렬 통신 방식은 회전각을 시리얼 통신으로 전송하는 방식이고 병렬 방식은 회전각을 Binary, BCD, Gray 코드 등을 병렬 신호로 출력한다. ☞ 인크리멘탈 엔코드 ☞ 그레이 코드 2022. 3. 30.

스텝모터 공진 스텝모터는 회전할 때 크고 작은 차이는 있지만 진동이 발생한다. 이 진동은 속도에 따라 주파수가 달라진다. 스텝모터의 진동과 스텝모터가 연결된 기계의 공진주파수가 일치하는 지점에서는 진동이 눈에 띄게 커진다. 기계의 공진주파수는 부하의 관성 모멘트, 벨트 텐션 등에 따라 달라지기 때문에 부하의 관성 모멘트, 벨트 텐션 등이 달라지면 공진이 되는 지점의 모터 회전속도가 달라진다. 같은 스텝모터라도 기계에 따라 공진이 되는 회전속도가 다르다. ☞ 스텝모터 진동 원인 ☞ 기계 진동학 2022. 3. 19.

DC 모터 성능 곡선 DC 모터의 성능 곡선(Performance Curve)는 다음과 같다. 위 곡선에서 x 축은 토크이고 y 축은 속도 또는 전류 또는 파워 이다. DC 모터에 정격 전압을 인가하고 외부에서 걸리는 토크가 없다며 속도는 No-load Speed가 되고 전류는 No-load Current가 된다. 이 때 외부에서 인가되는 토크가 증가하면 속도는 점점 작아지고 전류는 점점 커진다. 토크가 Stall Torque까지 증가하면 모터 속도는 0이 되어 멈추고 이 때 Stall Current가 흐른다. 모터에서 출력되는 파워는 위 그림과 같은 포물선이 된다. 위의 그림은 이론적인 곡선으로 실제 모터는 Stall Current와 같은 큰 전류가 흐르면 모터가 탄다. 실제 모터가 연속으로 사용할 수 있는 영역은 다음 그.. 2022. 3. 8.

모션 컨터롤러 TMC4210 Trinamic의 TMC4210은 모션 컨터롤러가 내장된 IC이다. TMC4210의 내부 구조는 다음과 같다. SPI 통신으로 위치, 속도 등의 명령을 받아서 Step/Dir 신호를 출력한다. Step/Dir 신호는 스텝모터 컨터롤러에서 입력받아 스텝모터를 구동한다. TMC429는 3축 모션 컨터롤러 IC이다. 2022. 3. 6.

스텝모터 출력 24V, 1A 스텝 모터의 속도-토크 곡선은 다음과 같다. 속도 [RPM] 토크 [Nm] 출력 [W] 300 0.26 8.17 600 0.18 11.3 900 0.13 12.3 1200 0.09 11.3 1500 0.07 11.0 1800 0.05 9.4 2100 0.03 6.6 2400 0.01 2.5 2700 0 0 일반적인 스텝모터의 효율은 대략 65% 정도로 매우 낮다. ☞ 스텝모터 효율 2022. 3. 5.

스텝 모터 효율 스텝모터의 효율은 다음 그래프와 같다. 저속일때는 50% 이하로 효율이 매우 낮다. 스텝모터는 정지해 있을 때도 정격전류가 계속 흐르기 때문에 정지할 때와 회전할 때 동일한 전류가 흐르고 동일한 코일 저항 손실이 발생한다. 2022. 3. 5.

모터 엔코더 해상도 엔코더 해상도가 1 회전에 4000 펄스라면 각도 해상도는 0.09125도 (=365도 / 4000)이다. 카운터로 이 신호를 읽는다면 카운터는 0 ~ 3999의 범위를 가진다. 엔코더 해상도가 16비트라면 1 회전에 65536 펄스이고 각고 해상도는 0.00557도 (=365도 / 65536)이다. 카운터로 이 신호를 읽는다면 카운터는 0 ~ 65535 (0x0000 ~ 0xFFFF)의 범위를 가진다. 2022. 2. 24.

스텝모터 진동 대책 스톱모터에서 진동이 발생할 때 취할 수 있는 대책은 다음과 같다. 1) 스텝모터에 댐퍼 설치 2) 스텝각이 작은 스텝모터 사용 3) 5 상 스텝모터 사용 4) 스텝모터에 기어 부착 5) 다른 모델의 스텝모터로 변경 6) 마이크로 스텝 제어 사용 7) 모터 속도를 공진이 되지 않는 속도로 변경 8) 모터에 인가되는 전류를 줄임 9) 부하의 관성 모멘트 변경 10) 댐핑 설치 ☞ 스텝모터 진동 원인 2022. 2. 16.

스텝모터 진동 원인 스텝모터가 회전할때 스텝각마다 미세하게 정회전과 역회전을 반복하며 진동한다. 다음 그림과 같이 한 스텝 이동할 때마다 Overshoot과 Undershoot이 발생하며 진동한다. 이러한 미세한 진동이 모터와 연결된 기구에 전달되어 소음이 발생할 수 있다. 스텝모터의 속도에 따른 회전각은 다음과 같다. 저속일 때는 스텝각이 변하는 지점에서 진동이 발생한다. 스텝모터가 공진이 발생하는 속도로 회전할 때는 진동이 계속해서 발생한다. 고속으로 회전할 때는 진동이 가장 작다. 공진 주파수는 모터에 연결되는 기계부하에 따라 달라지지만 보통 200Hz 정도이다. 스텝모터 소음은 다음과 같이 200Hz의 고조파에서 발생한다. ☞ 스텝모터 공진 ☞ 스텝모터 진동 대책 2022. 2. 16.

BLDC 모터와 BLAC 모터의 차이 BLAC(Brushless AC)모터는 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)를 의미한다. BLAC라는 말은 한국에서만 사용하는 것 같다. BLDC 모터와 BLAC 모터의 구조는 매우 비슷하다. BLDC와 BLAC 모터는 모두 모터 단자가 3개이고 회전자는 영구자석이다. BLDC 모터와 BLAC 모터의 구조가 매우 비슷하기 때문에 BLDC 모터 드라이버로 BLAC 모터를 구동할 수 있고 BLAC 모터 드라이버로 BLDC 모터를 구동할 수 있다. 보통 BLDC 모터는 6-스텝 제어를 하고 BLAC 모터는 벡터 제어를 한다. BLDC 모터의 역기전력은 구형파이고 BLAC 모터의 역기전력은 사인파이다. BLAC 모터는 사인파 역기전력을 위해 영구자석을 특수한 모양으로 가공한다.. 2022. 2. 5.

스텝모터 직렬 결선과 병렬 결선 스텝모터 중에는 8개 선이 나와 있는 모델이 있다. 이런 스텝모터는 다음 그림과 같이 직렬결선과 병렬결선을 할수 있다. 직렬결선을 하면 병렬결선에 비해 저항과 인덕턴스가 각각 4배가 된다. 직렬결선은 인덕턴스 성분이 4배가 되기 때문에 병렬결선에 비해 더 높은 전압을 사용해야 한다. 병렬결선은 직렬결선보다 모터단자에 2배의 전류가 흐를 수 있다. 모터단자에 동일한 전류가 흐를때 직렬결선은 병렬결선보다 유지토크가 2배가 된다. 병렬결선은 직렬결선보다 2배의 전류가 흐를 수 있기 때문에 유지토크는 동일한다. 직렬결선은 속도가 증가하면 토크가 급격히 감소한다. 병렬결선은 직렬결선에 비해 토크 감소가 적다. 직렬결선과 병렬결선의 토크와 파워는 다음 그림과 같다. 병렬결선 파워는 직렬결선 파워의 2배이다. 정지해.. 2022. 1. 10.

BLAC 모터 제어를 위한 책 아래의 책 모터제어 (김상훈)는 동기모터나 유도모터의 드라이버를 개발할때 필요한 정보들이 들어있다. 벡터제어를 위한 좌표변환에서부터 제어기 설계방법까지 드라이버 개발에 필요한 것들이 자세히 나와있다. '산업용 서보모터의 제어시스템 설계'는 90년대 나온 일본책을 번역한 것으로 서보모터 제어할 때 많이 보던 책이다. 이 책도 서보모터 제어에 대해 매우 자세히 나와있다. 2021. 12. 30.

모터 가감속 속도 제어 (초기속도가 0이 아닐때) 초기속도가 V0인 사다리꼴 가감속 속도 프로파일은 다음과 같다. 속도 V, 초기속도 V0, 가속도 A, 이동거리 S를 알때 시간과 거리를 계산하는 식은 다음과 같다. V0가 V보다 클 때는 T1과 S1이 다음과 같다. 삼각형 프로파일은 다음과 같다. 2021. 12. 4.

엔코더 Z 상 엔코더의 Z 상은 1회전할 때 한번 출력되는 신호이다. Z 상을 Index라고도 한다. 오토닉스의 엔코더는 A상 출력과 연동하여 1회전에 한 펄스 출력을 낸다. Z상은 엔코더의 회전수 측정이나 원점을 잡을 때 기준 위치로 사용된다. Z상 출력을 원점으로 잡았을 때 신호는 다음과 같다. Z상 신호에서 카운터가 0이다. A상에 노이즈 등의 원인으로 입력이 정상적으로 들어오지 않는다면 다음과 같이 Z상에서 0이 되지 않는다. 이 때는 카운터 값을 보정해야 한다. Z상 출력은 3상 모터의 위상각을 맞추기 위해 사용하기도 한다. ☞ Encoder 발음 2021. 11. 30.

회생저항 회로 DC 모터, BLDC 모터, 스텝 모터 등이 회생전력을 발생시킬 때 전원의 전압이 상승한다. 이러한 전압 상승을 막기위해 Shunt regulator (Regeneration clamp라고도 한다)를 사용해야 한다. Applied Motion Products 사의 Shunt regulator의 구조는 다음과 같다. 이 제품은 출력전압이 입력전압보다 1.2V 더 높으면 MOSFET이 ON 되어 회생저항으로 전류가 흐른다. 이 때 출력전압이 입력전압보다 1V 더 낮아지면 MOSFET을 OFF 시킨다. AMC의 Shunt regulator는 다음과 같다. 2021. 11. 22.

A4988 마이크로스텝 스텝모터 IC Allegro의 A4988은 마이크로스텝 스텝모터 제어 IC이다. 동작전압은 35V, 최대전류는 2A이다. 최대 마이크로스텝은 16개이다. 다음과 같은 보호 기능을 가지고 있다. ■ Crossover-ccurent protection : Shoot through 방지 ■ Thermal protection ■ Short-to-ground protection : 전류센서값을 이용하여 검출 ■ Shorted load protection : 전류센서값을 이용하여 검출 2021. 11. 20.

스텝모터 속도 토크 출력 곡선 스텝모터의 속도 토크 출력 곡선은 다음과 같다. 스텝모터의 출력은 코너속도까지는 속도에 비례하여 증가하고 그 이후에는 출력이 일정한다. 전원 전압이 2배가 되면 출력은 2배가 된다. 스텝모터의 실제 속도-토크 곡선은 다음과 같다. 위의 스텝모터는 36V일 때 300rpm에서 약 44W를 출력한다. 2021. 10. 16.

모터 회생 저항 모터를 제어할 때 모터가 모터로 동작할 때는 드라이버에서 모터로 전력이 입력된다. 하지만, 모터가 발전기로 동작할 때는 전력이 모터에서 출력되어 드라이버로 입력된다. 이 때 이 회생 전력을 드라이버는 회생 저항을 통해 소모한다. 회생 전력을 드라이버에서 처리하지 않으면 회생 전력은 전원으로 입력된다. 전원에서도 회생 전력을 처리하지 못하면 전원의 전압이 계속 상승하여 과전압 상태가 된다. 스텝 모터, DC 모터, BLDC 모터, PMSM 모터, 유도 모터 등 모든 모터는 회생 전력이 발생할 수 있고 회생 전력을 제대로 처리하지 않으면 전원의 전압이 상승한다. ☞ 제동 저항 ☞ 회생저항 회로 2021. 10. 7.

스텝 모터 전력 계산 스텝 모터에 연결하는 파워 서프라이어의 전력은 대략적으로 다음과 같이 계산할 수 있다. P = 스텝모터 정격전류 x 전원 전압 x 1.2 위 식에서 1.2는 안전율이다. 보통 스텝모터의 전압은 높을수록 더 좋은 성능을 낸다. 전력은 모터에 걸리는 부하에 비례한다. 모터에 걸리는 부하가 작으면 더 작은 용량의 파워서프라이어를 사용할 수 있다. 정지할 때의 전력 스텝모터가 정지해 있을 때 소비전력은 다음과 같다. 전력 = 스텝모터 정격전압 x 스텝모터 정격전류 = = 스텝모터 정격전류^2 x 스텝모터 저항 위 식의 전력은 Cirular 방식 마이크로 스텝에서 스텝 위치에 상관없이 동일하게 적용된다. 예를들며, 정격전류 2.0A, 정격전압 2.8V인 모터의 저항은 1.4Ω이다. 이 모터가 정지해 있을 때 소비.. 2021. 10. 7.

BLDC 모터 홀센서와 역기전력 (정방향 역방향) BLDC 모터의 홀센서와 역기전력 신호는 다음과 같다. A상은 B상보다 120도 앞서고 B상은 C상보다 120도 앞선다. 홀센서 A 신호 기준으로 역기전력 A는 +30도 차이가 나고 역기전력 B는 -90도 차이가 역기전력 C는 +150도 차이가 난다. 역방향으로 회전할때 홀센서와 역기전력 신호는 다음과 같다. 역방향 역기전력 파형은 정방향 역기전력 파형에서 위아래로 미러시킨 후 좌우로 미러시키면 된다. 위의 역기전력은 상전압으로 선간전압은 30도 위상차가 난다. ※ 정회전: Hall A Rising edge 60도후 Phase A 역기전력 플러스 피크 ※ 역회전: Hall A Rising edge 120도후 Phase A 역기전력 마이너스 피크 Hall A Rising edge 60도전 Phase A 역.. 2021. 9. 27.

BLDC 모터와 BLAC 모터의 효율 BLAC 모터를 PMSM이라고도 한다. BLDC 모터의 효율이 BLAC 모터보다 좋다. BLDC 드라이버도 BLAC 드라이버보다 효율이 좋다. 효율이 좋다는 것은 BLDC 모터와 드라이버의 발열이 더 작다는 것을 의미한다. 하지만 제어 성능은 BLDC 보다 BLAC이 좋다. 아래 그래프는 BLDC와 BLAC 모터와 드라이버를 조합했을 때 전체 효율을 나타낸다. BLDC 모터에 BLDC 드라이버를 사용했을 때 가장 효율이 좋다. 모터 효율은 다음과 같다. 드라이버 효율은 다음과 같다. 2021. 9. 26.

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