서보모터

Servomotor
산업용 서보 모터
회색/녹색 실린더는 브러시형 DC 모터입니다.하단의 검은색 섹션에는 유성 감속 기어가 포함되어 있으며, 모터 상단에 있는 검은색 물체는 위치 피드백을 위한 광학 로터리 인코더입니다.이것은 대형 로봇 차량의 스티어링 액추에이터입니다.
산업용 서보 모터 및 기어박스, 교환성을 위한 표준화된 플랜지 마운팅 포함

서보 모터(또는 서보 모터)는 각도 또는 선형 위치, 속도 및 [1]가속도를 정밀하게 제어할 수 있는 회전식 액추에이터 또는 선형 액추에이터입니다.위치 피드백을 위해 센서에 결합된 적합한 모터로 구성됩니다.또, 서보 모터용으로 특별히 설계된 전용 모듈인 비교적 고도의 컨트롤러도 필요합니다.

서보모터라는 용어는 폐루프 제어 시스템에서 사용하기에 적합한 모터를 가리키는 데 자주 사용되지만 서보모터는 모터의 특정 클래스가 아닙니다.

서보모터는 로보틱스, CNC 기계 및 자동 제조와 같은 응용 분야에 사용됩니다.

메커니즘

서보모터는 위치 피드백을 사용하여 움직임과 최종 위치를 제어하는 폐쇄 루프 서보메카니즘입니다.이 컨트롤에 대한 입력은 출력축에 대해 명령된 위치를 나타내는 신호(아날로그 또는 디지털)입니다.

모터는 위치 및 속도 피드백을 제공하기 위해 특정 유형의 위치 인코더와 페어링됩니다.가장 간단한 경우에는 위치만 측정됩니다.측정된 출력 위치는 컨트롤러에 대한 외부 입력인 명령 위치와 비교됩니다.출력 위치가 필요한 위치와 다를 경우 출력축을 적절한 위치로 만들기 위해 필요에 따라 모터가 어느 방향으로든 회전하는 오류 신호가 생성됩니다.위치가 가까워지면 오류 신호가 0으로 감소하고 모터가 정지합니다.

가장 단순한 서보모터는 전위차계를 통한 위치 감지 및 모터의 뱅뱅 컨트롤을 사용합니다. 모터는 항상 최대 속도로 회전하거나 정지합니다.이러한 유형의 서보모터는 산업용 모션 제어에서는 널리 사용되지 않지만 무선 제어 모델에 사용되는 단순하고 저렴한 서보의 기초를 형성합니다.

보다 정교한 서보모터는 광로터리 인코더를 사용하여 출력축의[2] 속도를 측정하고 가변 속도 드라이브를 사용하여 모터 [3]속도를 제어합니다.일반적으로 PID 제어 알고리즘과 조합된 이러한 두 기능 모두 서보모터를 오버슈팅 [4]없이 명령된 위치로 보다 빠르고 정확하게 전환할 수 있도록 합니다.

서보 모터 대 스테퍼 모터

서보모터는 일반적으로 스테퍼 모터의 고성능 대안으로 사용됩니다.스테퍼 모터에는 출력 단계가 내장되어 있기 때문에 위치를 제어하는 몇 가지 기능이 있습니다.구동 신호가 회전할 이동 단계 수를 지정하기 때문에 피드백 인코더 없이 개방 루프 위치 컨트롤로 사용할 수 있지만, 이를 위해 컨트롤러는 전원을 켤 때 스테퍼 모터의 위치를 '알아야' 합니다.따라서 처음 전원을 켤 때 컨트롤러는 스테퍼 모터를 활성화하고 엔드 리미트 스위치를 활성화할 때까지 알려진 위치로 돌려야 합니다.이는 잉크젯 프린터의 전원을 켤 때 관찰할 수 있습니다.컨트롤러는 잉크젯 캐리어를 왼쪽과 오른쪽으로 이동하여 끝 위치를 설정합니다.서보모터는 전원을 켤 때 초기 위치에 관계없이 컨트롤러가 지시하는 각도로 즉시 회전합니다.

스테퍼 모터의 피드백이 부족하면 스테퍼 모터의 성능이 제한됩니다. 스테퍼 모터는 용량 내에서 충분한 부하만 구동할 수 있기 때문입니다. 그렇지 않으면 부하 상태에서 단계를 놓치면 위치 오류가 발생하여 시스템을 다시 시작하거나 재보정해야 할 수 있습니다.서보 모터의 인코더와 컨트롤러는 추가 비용이 들지만 기본 모터의 용량에 비해 전체 시스템(모든 속도, 출력 및 정확도)의 성능을 최적화합니다.강력한 모터가 시스템 비용에서 차지하는 비율이 증가하는 대형 시스템에서는 서보모터가 유리합니다.

최근 몇 [citation needed]년간 폐쇄 루프 스테퍼 모터의 인기가 높아지고 있습니다.서보모터처럼 동작하지만 부드러운 움직임을 얻기 위해 소프트웨어 컨트롤에 차이가 있습니다.클로즈드 루프 스테퍼 모터의 주된 장점은 비교적 저렴한 비용입니다.폐쇄 루프 스테퍼 시스템에서 [5]PID 컨트롤러를 조정할 필요도 없습니다.

레이저 절단기와 같은 많은 애플리케이션은 스테퍼 모터를 사용하는 저가 범위와 서보 [6]모터를 사용하는 고성능 범위 두 가지 범위로 제공될 수 있습니다.

인코더

최초의 서보모터는 싱크로를 [7]인코더로 개발되었습니다.제2차 [8]세계 대전 동안 레이더와 대공포의 개발에 많은 작업이 이루어졌다.

단순한 서보모터는 위치 인코더로 저항 전위차계를 사용할 수 있습니다.가장 단순하고 저렴한 수준에서만 사용되며 스테퍼 모터와 치열한 경쟁을 벌이고 있습니다.전위차계 트랙의 마모와 전기적 소음으로 인해 어려움을 겪습니다.속도 신호를 얻기 위해 위치 신호를 전기적으로 미분하는 것은 가능하지만, 일반적으로 이러한 속도 신호를 사용할 수 있는 PID 컨트롤러는 보다 정밀한 인코더를 보증합니다.

최신 서보모터는 절대 또는 증분 로터리 인코더를 사용합니다.Absolute 인코더는 전원을 켤 때 위치를 결정할 수 있지만 더 복잡하고 비용이 많이 듭니다.증분 인코더는 더 단순하고 저렴하며 더 빠른 속도로 작동합니다.스테퍼 모터와 같은 증분 시스템은 종종 시동 시 위치를 설정하기 위해 단순한 제로 위치 센서와 회전 간격을 측정하는 고유한 기능을 결합합니다.

서보 모터 대신 별도의 외부 선형 인코더가 있는 모터를 사용하는 [9]경우가 있습니다.이러한 모터 + 선형 인코더 시스템은 모터와 선형 캐리지 사이의 드라이브트레인의 부정확성을 방지하지만, 더 이상 공장에서 미리 포장된 시스템이 아니기 때문에 설계가 더 복잡해집니다.

모터

모터 유형은 서보 모터에 중요하지 않으며 다른 유형이 사용될 수 있습니다.단순하고 저렴한 비용으로 브러시 처리된 영구 자석 DC 모터가 사용됩니다.소규모 산업용 서보모터는 일반적으로 전자적으로 정류된 브러시리스 [10]모터입니다.대형 산업용 서보 모터의 경우 일반적으로 AC 유도 모터가 사용되며, 속도를 제어하기 위해 가변 주파수 드라이브가 사용되는 경우가 많습니다.콤팩트한 패키지로 궁극의 성능을 발휘하기 위해 영구 자석장이 있는 브러시리스 AC 모터를 사용합니다.이는 브러시리스 DC 전기 [11]모터의 큰 버전입니다.

서보모터용 드라이브 모듈은 표준 산업용 컴포넌트입니다.이러한 설계는 전력 전자 장치의 한 분야이며, 보통 3상 MOSFET 또는 IGBT H 브릿지를 기반으로 합니다.이러한 표준 모듈은 단일 방향 및 펄스 카운트(회전 거리)를 입력으로 받아들입니다.또한 과열 모니터링,[12] 과토크 및 스톨 감지 기능도 포함할 수 있습니다.인코더 타입, 기어헤드비 및 시스템 전체의 다이내믹스는 용도에 따라 다르므로 컨트롤러 전체를 기성 모듈로 제작하는 것이 더욱 어려워 메인 컨트롤러의 일부로 구현되는 경우가 많습니다.

통제

대부분의 최신 서보모터는 같은 제조사의 전용 컨트롤러 모듈을 중심으로 설계 및 공급되고 있습니다.컨트롤러는 대규모 애플리케이션의 [13]비용을 절감하기 위해 마이크로 컨트롤러 중심으로 개발될 수도 있습니다.

내장 서보 모터

일체형 서보모터는 모터, 드라이버, 인코더 및 관련 전자장치를 하나의 [14][15]패키지에 포함하도록 설계되어 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Sawicz, Darren. "Hobby Servo Fundamentals" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2012-09-07. Retrieved 2012-10-12.
  2. ^ Suk-Hwan Suh; Seong Kyoon Kang; Dae-Hyuk Chung; Ian Stroud (22 August 2008). Theory and Design of CNC Systems. Springer Science & Business Media. pp. 11–. ISBN 978-1-84800-336-1. Archived from the original on 21 March 2017.
  3. ^ Jacek F. Gieras (3 June 2011). Permanent Magnet Motor Technology: Design and Applications, Third Edition. CRC Press. pp. 26–. ISBN 978-1-4398-5901-8. Archived from the original on 21 March 2017.
  4. ^ Ralf Der; Georg Martius (11 January 2012). The Playful Machine: Theoretical Foundation and Practical Realization of Self-Organizing Robots. Springer Science & Business Media. pp. 302–. ISBN 978-3-642-20253-7. Archived from the original on 20 March 2017.
  5. ^ "Fastech Closed Loop Stepper Motors". Fastech Korea. Archived from the original on 2015-03-17.
  6. ^ "Legend Elite laser series". Epilog Laser. Archived from the original on 2012-08-25. Servo motors are incorporated in both the X and Y axes of every Legend Elite Series laser. These motors are known for their fast acceleration and deceleration speeds.
  7. ^ Upson, A.R.; Batchelor, J.H. (1978) [1965]. Synchro Engineering Handbook. Beckenham: Muirhead Vactric Components. pp. 7, 67–90.
  8. ^ "Chapter 10". Naval Ordnance and Gunnery. Vol. 1. US Navy. 1957. Archived from the original on 2007-12-02.
  9. ^ "Accupoint™ Linear Encoders". Epilog Laser. Archived from the original on 2012-10-07.
  10. ^ "Brushless DC motor cores for servomotors". Maxon Motor. Archived from the original on 2013-12-25.
  11. ^ "Compact Dynamic Brushless Servo Motor". Moog Inc. Archived from the original on 2012-10-13.
  12. ^ "Brushless PWM Servo Amplifiers" (PDF). Advanced Motion Control. Archived from the original (PDF) on 2014-11-27.
  13. ^ Chowdhury, Rasel. "Color detector and separator device".
  14. ^ Max A. Denket (2006). Frontiers in Robotics Research. Nova Publishers. pp. 44–. ISBN 978-1-60021-097-6. Archived from the original on 2018-05-13.
  15. ^ Jacek F. Gieras (22 January 2002). Permanent Magnet Motor Technology: Design and Applications, Second Edition. CRC Press. pp. 283–. ISBN 978-0-8247-4394-9. Archived from the original on 13 May 2018.

외부 링크