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전자/제어197

전류제한 알고리즘 PWM 출력 회로에서 소프트웨어로 전류를 제한하는 알고리즘은 다음과 같다. pwm_loop(pwm_value) { i = read_current(); if(i>Iset) a = a - K; else a = a + K; if(a>1) a = 1; else if(a 2018. 10. 6.

제어 공학 피드백 제어 DC 모터를 다음 그림과 같이 시간 t0에서 s0으로 속도를 급격히 증가 시키도록 제어하고 싶다고 가정한다.위와 같이 모터를 제어하기 위해 피드백 제어 없이 단순히 속도에 대응하는 전압 v0를 인가 할 때 전압과 속도는 다음 그림과 같다. 속도가 지수적으로 증가하고 목표 속도 s0에 도달하는데 시간이 많이 걸리고 부하가 크다면 목표 속도에 도달하지 못할 수도 있다.위와 같은 조건에서 PID 피드백 제어기를 사용할 때 전압과 속도는 다음 그림과 같다. 모터 속도를 증가 시키는 구간에서는 모터에 인가 하는 전압을 v0보다 높임으로써 목표 속도에 도달하는 시간을 단축 시키고 목표 속도 근처를 진동하여 목표에 항상 도달하도록 한다.제어공학에서 피드백 제어는 응답시간 감소, Steady-State Error 감소.. 2018. 9. 15.

DC 모터 방정식 DC 모터 전달 함수 DC 모터의 방정식은 다음과 같다. KT는 모터의 토크 상수이고 KV는 모터의 속도 상수이다. DC 모터의 운동 방정식과 모터의 전압과 전류 방정식은 다음과 같다. 여기서 J는 관성 모멘트이고 b는 마찰계수 (Viscous Friction Costant) 이다. 위의 두 식을 라플라스 변환하면 다음과 같다. 위 두 식에서 전류 I를 소거하면 다음 식과 같다. 위 식은 입력 전압 V와 속도 Ω의 전달함수 이다. DC 모터의 입력 전압과 속도의 관계는 2차 시스템 특성을 가지고 있다. KT와 KV는 다음의 관계식을 가지고 있기 때문에 둘 중 하나를 소거할 수 있다. 위 전달 함수를 블록다이어그램으로 나타내면 다음과 같다. DC 모터 전달함수 응답 특성 DC 모터의 전달 함수는 다음 식과.. 2018. 7. 7.

스텝 모터 정전압 구동 방식과 정전류 구동 방식 스텝 모터를 구동하는 방식에 따라 크게 정전압 구동 방식과 정전류 구동 방식이 있다. 정전압 구동 방식 정전압 구동 방식(Constant Voltage Driver)은 가장 단순한 방식으로 다음 그림과 같이 스텝 모터에 일정 전압을 ON/OFF 시키는 방식이다. L/R 드라이버라고도 한다. 이 방식은 구현이 간단하지만 회전 중 토크가 일정하지 않는 단점이 있고, 또한 속도가 증가할수록 전류가 크게 감소하기 때문에 토크도 매우 작아진다. 고속 스위칭 시 모터 내부의 인덕턴스 성분이 증가하여 전류가 감소한다. 고속에서 스텝 모터의 전류를 증가 시키기 위해 전원의 전압을 올리고 다음 그림과 같이 모터와 직렬로 저항을 연결 시키는 방법이 있다. 직렬 저항을 달면 전체 임피던스에서 인덕턴스 성분이 차지하는 비중이.. 2018. 6. 8.

모터를 스프링처럼 제어하기 다음 그림과 같이 막대 한쪽이 조인트에 고정되고 스프링에 연결되어 있는 기계는 힘을 주어 돌리면 스프링의 힘으로 다시 원 위치로 돌아온다. 위와 같은 기계 장치를 서보 모터를 이용하여 구현할 수 있다. 다음 그림과 같이 막대를 서보 모터에 연결하고 스프링의 움직임을 서보 모터로 시뮬레이션할 수 있다. 서보 모터의 회전각을 θ라 둔다. 이 때 스프링과 같은 동작을 위한 제어 시스템은 다음 그림과 같다. 스프링은 훅의 법칙에 따라 회전각이 클수록 그에 비례하여 당기는 힘은 증가한다. 회전각 θ을 입력으로 받고 게이 K를 곱하여 토크 제어를 한다. 여기서 K는 스프링 계수 이다. 이와 같은 제어 시스템은 스프링을 시뮬레이션 하지만, 스프링의 힘을 받아 원위치로 왔을 때 스토퍼에 의해 멈추는 것을 시뮬레이션하는.. 2018. 6. 3.

릴럭턴스 모터 원리 Reluctance(릴럭턴스) 모터의 구조는 다음 그림과 같이 고정자는 코일이 감겨있고 회전자는 코일이나 영구자석이 아닌 그냥 철로 구성되어 있다. 보통은 철판을 여러겹 겹쳐서 사용한다. 이같은 구조는 모터 중에서 가장 단순한 구조이고 이러한 단순함이 Reluctance 모터의 가장 큰 장점이다. Reluctance 모터의 종류는 Synchronous Motor, Variable Reluctance Motor, Switched Reluctance Motor 등이 있다. Switched Reluctance Motor(SRM)은 스텝 모터와 유사하게 제어한다. 위 그림과 같이 고정자 코일을 스위칭함에 따라 회전자가 그에 따라 돌아간다. 주위 코일에 의해 회전자의 철이 자화되면서 토크를 받는다. 다른 말로는 .. 2016. 4. 11.

ULN2003을 이용한 스텝 모터 제어 회로 ULN2003은 7개의 Darlington 트랜지스터가 내장된 칩이다. 최대 출력전압은 +50V, 최대 출력전류는 500mA이다. (주의: 7개 모든 핀에서 동시에 500mA을 출력할수는 없다.) 출력 핀에 다이오드가 내장되어 있어 릴레이, 모터 등의 유도 부하 구동시 외부에 따로 다이오드를 연결할 필요가 없어 편리하다. 입력 전압의 크기에 따라 ULN2002, ULN2003, ULN2004가 있고 ULN2003은 +5V 로직 신호로 직접 구동할 수 있다. ULN2003을 이용한 유니폴라 스텝 모터 구동 회로는 다음과 같다. ULN2003과 +12V 제너 다이오드로 매우 간단하게 회로를 구성할 수 있다. 2016. 4. 10.

단상 유도 모터의 구동 방법 단상 유도 모터(Single Phase Induction Motor)는 가정의 선풍기, 냉장고, 에어컨, 세탁기, 펌프 등 많은 곳에서 사용된다. 기본적으로 유도 모터는 3상으로 구동되기 때문에 단상으로 유도 모터를 구동하기 위해서는 특별한 구조를 가져야 한다. 단상 전원만으로는 유도 모터를 회전시킬 수 없다. 단상 전원에서 캐패시터를 사용하여 90도 위상차가 나는 2상의 전원을 만든다. 2상의 전원을 유도 모터에 인가하여 모터를 회전시킨다. Split Phase Motor (SP) SP 모터는 다음 그림과 같이 Main Winding과 Starting Winding으로 구성되고 Centrifugal Switch는 처음에는 ON 되어 있다가 일정 속도이상이 되면 OFF 된다. Starting Windin.. 2016. 4. 8.

스텝 모터 바이폴라 제어 바이폴라(Bipolar) 방식의 스텝 모터 제어 회로도는 다음 그림과 같다. H-Bridge 회로 2개로 구성되어 각각의 H-Bridge 회로가 바이폴라 스텝 모터의 각 상을 제어한다. 유니폴라 방식에 비해 트랜지스터가 4개에서 8개로 증가하고 H-Bridge의 High-side 트랜지스터를 제어해야하는 등 회로가 좀더 복잡해진다. 바이폴라 방식에서 트랜지스터를 구동하는 Half-Step 순서는 다음과 같다. x :인가 안됨 , + : 플러스 전압 인가 , - : 마이너스 전압 인가 ☞ 유니폴라 스텝모터 2016. 4. 8.

스텝 모터 유니폴라 제어 스텝 모터(Stepper Motor)를 제어하는 방식은 크게 유니폴라(Unipolar) 방식과 바이폴라(Bipolar) 방식이 있다. 유니폴라는 단극이라는 뜻으로 스텝 모터의 단자에 + 또는 - 중 하나의 방향으로만 전류가 흐르고 바이폴라는 양극이라는 뜻으로 모터 단자에서 전류가 + 와 - 방향 모두 흐른다. 유니폴라 방식의 스텝 모터 제어 회로도는 다음 그림과 같다. 기본적인 원리는 같지만 이 회로와 다른 조금 변형된 유니폴라 회로도 있다. 트랜지스터 Q1~4는 스텝 모터의 4개 상의 ON/OFF을 제어한다. 트랜지스터가 ON에서 OFF가 될때 모터의 인덕턴스 성분에 의해 전류가 계속 흐르기 때문에 트랜지스터의 콜렉터 전압이 상승한다. 이때 다이오드 D1~4와 제너 다이오드 ZD1에 의해 콜렉터 전압 .. 2016. 4. 5.

트랜지스터 브릿지 회로 DC 모터를 제어할 때 일반적으로 다음과 같은 트랜지스터 회로를 사용한다. 이러한 회로를 H-Bridge 회로라고 한다. 위의 H-Bridge 회로에서 Q2과 Q3를 OFF 시키고 Q1과 Q4를 ON 시키면 Vo1-Vo2에 플러스 전압이 걸리고 반대로 Q1과 Q4를 OFF 시키고 Q2과 Q3을 ON 시키면 Vo1-Vo2에 마이너스 전압이 걸린다. 이렇게 함으로써 부하에 걸리는 전압의 방향을 바꿀 수가 있고 DC 모터에서는 정회전과 역회전이 모두 가능해진다. 위에 있는 Q1나 Q3를 Higher Transistor라고 하고 아래에 있는 Q2나 Q4를 Lower Transistor라고 한다. BLDC (Brushless DC) 모터, PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).. 2016. 3. 23.

트랜지스터 회로의 Dead Time과 Shoot-through PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하는 트랜지스터 회로는 다음 그림과 같다. 회로에서 윗쪽(High side)의 트랜지스터 Q1이 ON 되고 아랫쪽(Low side) 트랜지스터 Q2가 OFF 되면 출력 Vo이 Vp가 되고 반대로 Q1이 OFF 되고 Q2가 ON 되면 출력 Vo이 0이 된다. PWM 신호는 다음 그림과 같이 위와 아래 트랜지스터에 반전된 신호를 인가한다. 예를 들어 20kHz 캐리어 주파수를 가지는 PWM 신호를 트랜지스터의 Gate에 인가한다면 각각의 트랜지스터에서 스위칭이 1초에 4만번 발생한다. (한주기에 ON-OFF 한번, OFF-ON 한번) Q1과 Q2 트랜지스터가 동시에 ON 되어 전원이 Short 되는 상황이 발생할 때를 Shoot-through라고 .. 2016. 3. 22.

PWM 신호의 주파수 특성 PWM 신호를 주파수 분석을 하기 위해 PWM 신호를 퓨리에 변환 (Fourier Transformation)을 하면 다음 식과 같다. 아래 식에서 듀티 D는 0~1 범위를 갖는다. 위 식에서 DC 성분은 D x V로 듀티에 비례하고 캐리어 주파수(Carrier Frequency)의 정수배 주파수 성분이 존재하며 주파수 스펙트럼은 다음 그림과 같다. 스펙트럼에서 n=0일 때 DC 성분, n=1,2,3 .. 일 때는 고조파 성분을 나타낸다. 이와 같은 PWM 신호가 LPF(Low Pass Filter)를 통과하면 듀티에 비례하는 DC 성분 D x V 만 남게된다. ☞ PWM 제어 전체 보기 2016. 3. 21.

디지털 신호로 아날로그 신호를 제어하는 PWM 다음 그림과 같은 회로에서 PWM 신호를 SW에 주어 스위칭한다면 Vo의 전압은 어떻게 될까? Vo의 전압은 다음 그림과 같이 입력되는 SW 신호와 동일한 PWM 신호가 된다. 다음 그림과 같이 출력단에 RC LPF (Low Pass Filter)를 연결하면 출력은 필터링되어 PWM의 듀티비에 비례하여 다음 식과 같이 전압이 출력된다. Vo = Vp x Duty / 100 PWM 출력은 디지털 신호이고 출력전압 Vo는 아날로그 신호이다. 즉, PWM을 이용하여 디지털 신호로 아날로그 신호를 제어할 수 있는 것이다. 이것이 PWM의 핵심적인 기능이다. 위에서 출력단에 필터를 연결하는 것이 중요하다. 모터제어 시에도 모터 코일의 인덕턴스 성분이 필터 역할을 한다. 2016. 3. 17.

PWM의 크기를 나타내는 듀티 PWM(Pulse Width Modulation)은 전력전자(Power Electronics)에서 가장 핵심적인 요소이다. PWM이 없었다면 전력전자란 분야는 지금과 같이 발전하지 못했을 것이다. PWM으로 인해 전력을 디지털로 제어할 수 있게 되었다. 다음 그림과 같은 파형에서 주기 Tc는 시스템에 따라 일정한 값으로 고정되어 있고, Td는 0에서 Tc까지 변화시킬 수 있다. 주기 Tc일 때 주파수는 fc=1/Tc이고 이 주파수 fc를 캐리어 주파수(Carrier Frequency)라고 부른다. 그리고, 100 x Td/Tc [%]를 듀티(Duty Cycle)라고 부르며 듀티의 단위는 [%] 이다. (정식명칭은 Duty Cycle이지만 듀티, 듀티비 등으로 흔히 부른다.) 10%, 50%, 90% 듀티.. 2016. 3. 12.

BLDC 모터 원리 BLDC 모터 BLDC(Brushless DC) 모터는 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)와 비슷한 구조와 특성을 가졌지만 두 모터의 기원이 서로 다르다. BLDC 모터는 직류 모터에서 회전자와 고정자의 위치를 바꾸고 정류자를 없앤 모터이지만 PMSM은 동기 모터이다. 각각이 직류 모터와 동기 모터로 기원이 다르다. 두 모터의 기원은 서로 다르지만 특성은 서로 매우 비슷하다. BLDC 모터 동작 원리 BLDC 모터는 홀센서에 따라 전압/전류가 인가되는 상을 바꿔줘야 한다. 아래 동영상은 120도 배열 홀센서의 신호에 따른 인가 상을 보여준다. 역회전 시키기 위해서는 동영상의 스텝 테이블에서 +와 -를 바꾸면 된다. 원안에 있는 6개의 직선을 영구자석이 지나갈때 홀센서.. 2016. 3. 8.

모터의 종류 모터는 수 많은 종류가 있다. 그 중에서 많이 사용되는 모터 종류는 다음과 같다. 아래의 모터들은 특히 자동화 분야에서 많이 사용되는 것이다. 1. 스텝 모터 (Stepper Motor) 흔히 스텝 모터 또는 스테퍼 모터 또는 스텝핑 모터라고 불리는 Stepper Motor는 전원을 펄스로 넣어주면 그 펄스만큼 돌아가는 모터이다. 펄스에 따라 돌아가기 때문에 속도제어나 위치제어가 매우 쉽다. 속도나 위치 피드백 없이 간단하게 제어할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 속도가 올라감에 따라 토크가 급속하게 낮아지는 문제가 있고 가격이 비싸다. ☞ 스텝모터 2. DC 모터 (DC Motor) DC 모터는 DC 전류를 흘려주면 돌아가는 모터이고 전류방향을 바꿔주면 반대방향으로 돌아간다. DC 모터는 가장 기본이 .. 2016. 3. 1.

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