모터제어

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모터제어에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

모터축에 직결하므로써 초저속 동기 회전이 가능하다. DC motor등과 같이 brush교환 등 보수를 필요로 하지 않고, 모터자체의 부품수가 적기 때문에 신뢰성이 높다. 회전각의 검출을 위한 별도의 센서가 필요 없어 제어계가 간단하며, 가격이 상대적으로 저렴하다.
(2) 단 점
특정 주파수에서 진동, 공진 현상이 발생하기 쉽고, 관성이 있는 부하에 약하다. 고속 운전시에 탈조하기 쉽다. 보통의 driver로 구동시에는 권선의 인덕턴스 영향으로 인하여 권선에 충분한 전류를 흘리게 할 수 없으므로 pulse비가 상승함에따라 torque가 저하하며 DC motor에 비해 효율이 떨어진다.
3. 스테핑 모터의 동작원리
아래그림과 같이 회전자(Rotor)둘레에 50개의 치(Teeth)가 있고, 고정자(Stator)의 내경에 48개의 치가 있는 모터를 예로 들어보자.
그림에서 보는 바와 같이 고정자의 치피치(Tooth-pitch)는 7.5˚이고 회전자의 치피치는 7.2˚이다. 따라서 회전자의 치 r 과 고정자의 치 s는 최소 0.3˚의 각도차를 가지고 있게된다. 이제 A상을 여자시키면 회전자의 r1번과 고정자의 s1번, 그리고 r26번과 s25번치가 일치(Alignment)하게 된다. 이제 A상을 off하고 B상을 여자시키면 r7번과 s7번치, 그리고 r32번과 s31번치가 일치하도록 회전을 하게 된다. (이는 고정자의 실질 상수가 8개이므로 A상을 여자시켰을 때 일치한 회전자의 치로부터 다음 B상에 가장 가까운 회전자의 치는 A상을 여자시켰을 때 일치한 치로부터 7 번째치가 되기 때문이다. ). 상을 여자시켰을 때 r7과 s7의 각도차는 ( 7.5˚ - 7.2˚ ) x 6 = 1.8˚ 이기 때문에 기본회전스텝각은 1.8˚가 된다. 회전방향을 반대로 하고자하면 상기의 여자순서를 반대로 하면 된다. 실질적인 고정자와 회전자의 구조는 아래와 같다.
스테핑모터의 구동인터페이스
reference : http://sglee.rclab.net/info/step/890.html
4. 스테핑 모터의 종류
스테핑 모터의 종류는 고정자의 상의 수에 따라 3상, 4상, 5상 권선형으로 나누어지고 회전자의 형태에 따라 VR(variable reluctance)형, PM(permanent magnet)형 및 하이브리드(hybrid)형으로 크게 나눌 수 있다.
PM형
HR형
VR형
step각
7.5°∼ 15°가 많다
1.8°∼ 3.6°가 많다
1.8°∼ 15°가 많다
torque
소
대
중∼대
settling time
소∼중
소
대
cost
저렴
고가
고가
reference : http://edu.hansung.ac.kr/~bgloh/Mechatronics/project/2006/group5/noname3.htm
5. 스테핑 모터의 제어
P15의 그림의 블럭도와 같은 구성 회로에 의해 동작을 하게 되는데 펄스 발생회로는 모터의 회전 방향과 회전 속도에 대한 정보를 담고 있는 펄스 신호를 발생시키고 펄스 분해 회로는 펄스 발생회로에서 생긴 펄스를 이용해서 스테핑 모터의 구동 형식에 맞는 펄스를 분주시켜 만들게 된다. 모터의 전원은 스테핑 모터의 종류에 따라 5v, 12v, 24v 등을 사용한다.
Stepping motor의 상여자
Stepping motor 의 구동방법은 그 권선 코일에 어떤 형태로 전류를 흐르게 하는가에 따라 구별되고 있다. 이것은 모터의 종류에 따라서도 달라지지만, 가장 많이 사용되고 있는 PM형 stepping motor의 step값 90o의 경우를 예로 설명한다. 아래 그림은 PM형 4상 motor의 권선 구조이며 각도가 작은 motor에서는 기본적인 구조나 사고방식은 같다.
이 예의 경우는 각각 상대하는 고정자의 이빨에 코일이 두 가닥씩 감겨져 있다. 또 A\'와 A\'가 B\'와 B\'가 각각 common선으로서 외부로 나와 있는 motor도 많이 있다. 일반적으로 유니폴러 구동과 바이폴라 구동으로 구별할 수 있다.
reference : http://www.motioncontrol.co.kr/ProgramFiles/news/print.php?uid=4451
6. 스테핑 모터의 부분 및 구동부 설명
reference : http://cafefiles.naver.net/data26/2007/8/21/152/%25B8%25F0%25C5%25CD_
reference : http://www.chomdan.co.kr/webzine/fa/1999/09/199909-5532.pdf
pulse 발진기 : 속도 및 전위량을 결정한다.
펄스에 따른 모터의 불안정성(공진과 불안정현상)
한 스텝 한 스텝시의 로터의 움직임은 그림 1-1과 같이 진동이 적은 것이지만, 비교적 느린 펄스 주파수로 정상적인 운전을 한다면 그림 1-2와 같이 움직임을 나타낸다. 모터 자체의 제동효과가 작을 때 펄스 주파수가 고유진동수의 분수조파의 주파수와 거의 같으면 공진이 일어나기 쉽고, 스텝운동이 완전히 풀려버리는 수도 있다.
공진과 불안정 현상의 원인은 대단히 복잡하다. 그러나, 스테핑 모터에서 공진은 간과할 수 없는 문제이기 때문에 이것을 피할 수 있는 운전법을 찾아내거나 억제하는 대책이 필요한 것이다.
reference : http://www.mc-t.co.kr/resource/resonance.html
reference : http://www.famotor.co.kr/Stepping/Oriental/product-oriental-control.htm
logic 부 : pulse 발진기에 따른 stepping motor의 여자 각도를 결정한다.
증폭부 : logic 부로 부터의 신호를 증폭하고 motor를 구동한다.
직류 전원부 : motor및 각종 회로를 구동하기 위하여 전원을 공급한다.
직류전원의 회로도 예 (진공 청소기)
reference : http://fa.dongyang.ac.kr/work/work4/work4-4.html
모터 드라이버
스텝 모터 드라이브의 사용 예 (진공 청소기)
reference : http://fa.dongyang.ac.kr/work/work4/work4-4.html

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모터제어,   DC모터 ,   DC 모터의 특징