DC Servo Motor : Arduino 및 응용 프로그램과의 구성, 작동, 인터페이스

ㅏ 서보 모터 또는 서보는 기계 부품을 고정밀도로 회전시키는 데 사용되는 전기 모터의 한 유형입니다. 이 모터에는 모터 샤프트의 현재 위치에 대한 피드백을 제공하는 제어 회로가 포함되어 있어 이 피드백을 통해 이러한 모터가 고정밀로 회전할 수 있습니다. 서보 모터는 어떤 거리나 각도에서 물체를 회전시키는 데 유용합니다. 이 모터는 AC 서보 모터와 DC 서보 모터의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 서보 모터가 DC 전원을 사용하여 작동하면 모터를 DC 서보 모터라고 하고 AC 전원으로 작동하면 AC 서보 모터라고 합니다. 이 튜토리얼은 다음에 대한 간략한 정보를 제공합니다. DC 서보 모터 – 응용 프로그램 작업.

DC 서보 모터란?

DC 전기 입력을 사용하여 위치, 속도 또는 가속도와 같은 기계적 출력을 생성하는 서보 모터를 DC 서보 모터라고 합니다. 일반적으로 이러한 유형의 모터는 수치 제어 기계, 컴퓨터 등에서 시작 및 정지가 이루어지는 모든 곳에서 원동기로 사용됩니다. 정확하고 매우 빠르게.

DC 서보 모터 구성 및 작업

DC 서보 모터는 다음 블록 다이어그램에 나와 있는 다양한 구성 요소로 구성됩니다. 이 다이어그램에서 각 구성 요소와 해당 기능은 아래에서 설명합니다.

여기에 사용되는 모터는 별도로 여기되는 계자 권선을 포함하는 일반적인 DC 모터입니다. 따라서 여기 특성에 따라 전기자 제어 및 현장 제어 서보 모터로 분류할 수 있습니다.

여기에 사용되는 부하는 모터의 기계축에 간단히 연결되는 단순 팬 또는 산업용 부하입니다.

이 구조의 기어박스는 애플리케이션에 따라 가속도, 위치 또는 속도와 같은 모터의 출력을 변경하는 기계식 변환기처럼 작동합니다.

위치 센서의 주요 기능은 부하의 현재 위치에 해당하는 피드백 신호를 얻는 것입니다. 일반적으로 이것은 기어 메커니즘을 통해 모터 샤프트의 절대 각도에 비례하는 전압을 제공하는 데 사용되는 전위차계입니다.

비교기 기능은 위치 센서의 o/p와 기준점을 비교하여 오류 신호를 생성하여 증폭기에 제공하는 것입니다. DC 모터가 정밀한 제어로 작동하면 오류가 없습니다. 위치 센서, 기어박스 및 비교기는 시스템을 폐쇄 루프로 만듭니다.

증폭기 기능은 비교기의 오류를 증폭하여 DC 모터에 공급하는 것입니다. 따라서 제로 정상 상태 오류를 위해 게인이 강화될 때마다 비례 컨트롤러처럼 작동합니다.

제어된 신호는 피드백 신호에 따라 PWM(펄스 폭 변조기)에 입력을 제공하므로 정밀한 제어를 위해 모터의 입력을 변조합니다. 그렇지 않으면 제로 정상 상태 오류가 발생합니다. 또한 이 펄스 폭 변조기는 참조 파형 및 비교기를 사용하여 펄스를 생성합니다.

폐쇄 루프 시스템을 만들면 가속도, 속도 또는 정확한 위치를 얻을 수 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 서보 모터는 피드백 및 컨트롤러 효과로 인해 원하는 출력을 제공하는 제어 모터입니다. 오류 신호는 단순히 증폭되어 서보 모터를 구동하는 데 활용됩니다. 제어 신호 및 펄스 폭 변조기 생성 특성에 따라 이러한 모터는 FPGA 칩 또는 디지털 신호 프로세서를 사용하여 우수한 제어 방법을 제공합니다.

DC 서보 모터의 작동은 다음과 같습니다. 입력 신호가 DC 모터에 적용될 때마다 샤프트와 기어가 회전합니다. 따라서 기본적으로 기어 출력의 회전은 노브가 회전하고 저항을 변경하는 위치 센서(전위차계)로 다시 피드백됩니다. 저항이 변경될 때마다 컨트롤러에 공급되는 오류 신호인 전압이 변경되어 결과적으로 PWM이 생성됩니다.

DC 서보 모터 유형에 대한 자세한 내용은 다음 링크를 참조하십시오. 다양한 유형의 서보 모터 .

DC 서보 모터의 전달 함수

전달 함수는 o/p 변수의 라플라스 변환(LT) 대 LT( 라플라스 변환 ) i/p 변수의. 일반적으로 DC 모터는 에너지를 전기에서 기계로 변경합니다. 전기자 단자에 공급된 전기 에너지는 제어된 기계적 에너지로 변경됩니다.

전기자 제어 DC 서보 모터 전달 기능은 다음과 같습니다.

θ(s)/Va(s) = (K1/(Js2 + Bs)*(Las + Ra)) /1 + (K1KbKs)/(Js2 + Bs)*(Las+Ra)

필드 제어 dc 서보 모터 전달 함수는 다음과 같습니다.

θ(s)/Vf(s) = Kf / (sLf + Rf) * (s2J + Bs)

전기자 제어 DC 서보 모터는 개방 루프 시스템인 필드 제어 DC 서보 모터와 비교할 때 폐쇄 루프 시스템으로 인해 우수한 성능을 제공합니다. 또한 현장 제어 시스템 내에서 응답 속도가 느립니다. 전기자 제어의 경우 전기자의 인덕턴스는 무시할 수 있는 반면 필드 제어의 경우에는 동일하지 않습니다. 그러나 내야 제어에서는 개선된 댐핑을 달성할 수 없지만 전기자 제어에서는 달성할 수 있습니다.

명세서

DC 서보 모터는 다음을 포함하는 성능 사양을 제공합니다. 이러한 사양은 모터의 크기를 올바르게 지정하기 위해 애플리케이션의 부하 필요성에 따라 일치해야 합니다.

• 샤프트 속도는 단순히 샤프트가 회전하는 지점의 속도를 정의하며 RPM(분당 회전 수)으로 표시됩니다.
• 일반적으로 제조업체에서 제공하는 속도는 o/p 샤프트의 무부하 속도 또는 모터의 출력 토크가 0이 되는 속도입니다.
• 단자 전압은 모터 속도를 결정하는 모터의 설계 전압입니다. 이 속도는 모터에 공급되는 전압을 높이거나 낮춤으로써 간단하게 제어됩니다.
• 토크와 같은 회전력은 DC 서보 모터의 샤프트에 의해 생성됩니다. 따라서 이 모터에 필요한 토크는 대상 애플리케이션 내에서 발생하는 다양한 부하의 속도-토크 특성에 따라 간단히 결정됩니다. 이 토크는 시작 토크와 연속 토크의 두 가지 유형입니다.
• 시동 토크는 서보 모터를 시동할 때 필요한 토크입니다. 이 토크는 일반적으로 연속 토크에 비해 높습니다.
• 연속 토크는 일정한 운전 조건에서 모터의 용량인 출력 토크입니다.
• 이러한 모터는 신뢰성을 보장하기 위해 필요한 부하와 모터 정격 사이에 20~30%의 마진을 포함하여 애플리케이션에 충분한 속도 및 토크 용량을 가져야 합니다. 이러한 마진이 너무 많이 초과하면 비용 효율성이 감소합니다. Faulhaber의 12V DC 코어리스 DC 서보 모터 사양 이다:
• 기어박스 비율은 64: l 유성 3단 기어박스입니다.
• 부하 전류는 1400mA 전력입니다.
• 전력은 17W입니다.
• 속도는 120RPM입니다.
• 무부하 전류는 75mA입니다.
• Encoder의 Type은 Optical입니다.
• Encoder의 분해능은 O/P Shaft의 768CPR입니다.
• 직경은 30mm입니다.
• 길이는 42mm입니다.
• 총 길이는 85mm입니다.
• 갱구 직경은 6mm입니다.
• 샤프트 길이는 35mm입니다.
• 스톨 토크는 52kgcm입니다.

형질

그만큼 DC 서보 모터의 특성 다음을 포함하십시오.

• DC 서보 모터 설계는 영구 자석 또는 별도로 여기된 DC 모터와 유사합니다.
• 이 모터의 속도 제어는 전기자 전압을 제어하여 수행됩니다.
• 서보 모터는 높은 전기자 저항으로 설계되었습니다.
• 빠른 토크 응답을 제공합니다.
• 전기자 전압 내의 단계적 변화는 모터 속도의 빠른 변화를 생성합니다.

AC 서보 모터 대 DC 서보 모터

DC 서보 모터와 AC 서보 모터의 차이점은 다음과 같습니다.

아두이노와 연동하는 DC 서보 모터

정확하고 필요한 각도에서 DC 서보 모터를 제어하기 위해 Arduino 보드/다른 마이크로 컨트롤러를 사용할 수 있습니다. 이 보드에는 PWM 신호를 생성하여 서보 모터를 정확한 각도로 돌리는 아날로그 o/p가 있습니다. Arduino를 사용하여 전위차계 또는 푸시 버튼으로 서보 모터의 각도 위치를 이동할 수도 있습니다.

쉽게 구할 수 있는 IR 리모컨으로 서보 모터를 제어할 수도 있습니다. 이 리모콘은 DC 서보 모터를 특정 각도로 이동하거나 IR 리모콘으로 모터의 각도를 선형으로 늘리거나 줄이는 데 유용합니다.

여기서는 Arduino를 사용하여 IR 리모컨을 사용하여 서보 모터를 특정 각도로 이동하는 방법과 리모컨으로 서보 모터의 각도를 시계 방향 및 반 시계 방향으로 늘리거나 줄이는 방법에 대해 설명합니다. 아두이노와 IR 리모콘이 있는 DC 서보 모터의 인터페이스 다이어그램은 아래와 같습니다. 이 인터페이스의 연결은 다음과 같습니다.

이 인터페이스는 주로 DC 서보 모터, Arduino 보드 및 TSOP1738 IR 센서와 같은 세 가지 필수 구성 요소를 사용합니다. 이 센서에는 Vcc, GND 및 출력과 같은 세 개의 단자가 있습니다. 이 센서의 Vcc 단자는 Arduino Uno 보드의 5V에 연결되고 이 센서의 GND 단자는 Arduino 보드의 GND 단자에 연결되고 출력 단자는 Arduino 보드의 핀 12(디지털 입력)에 연결됩니다.

디지털 출력 핀 5는 서보 모터의 신호 입력 핀에 간단히 연결되어 모터를 구동합니다.
dc 서보 모터 +ve 핀은 외부 5V 전원에 제공되고 서보 모터의 GND 핀은 Arduino의 GND 핀에 제공됩니다.

일하고 있는

IR 리모콘은 30도, 60도, 90도의 두 가지 동작을 수행하고 모터 각도를 0도에서 180도까지 늘리거나 줄이는 데 사용됩니다.

리모콘에는 숫자 버튼(0-9), 각도 제어 버튼, 화살표 키 버튼, 위/아래 버튼 등과 같은 많은 버튼이 있습니다. 1~5 사이의 숫자 버튼을 누르면 DC 서보 모터가 해당 위치로 이동합니다. 정확한 각도와 angleup/down 버튼을 누르면 모터의 각도를 정확히 ±5도로 설정할 수 있습니다.

버튼이 결정되면 이러한 버튼의 코드를 해독해야 합니다. 리모컨의 아무 버튼이나 누르면 필요한 작업을 수행하기 위해 하나의 코드가 전송됩니다. 이러한 원격 코드를 해독하기 위해 인터넷에서 IR 원격 라이브러리를 사용합니다.

다음 프로그램을 Arduino에 업로드하고 IR 센서를 연결합니다. 이제 리모컨을 IR 센서 쪽으로 놓고 버튼을 누릅니다. 그런 다음 시리얼 모니터를 열고 눌린 버튼의 코드를 숫자 형태로 모니터링합니다.

아두이노 코드

#include // IR 원격 라이브러리 추가
#include // 서보 모터 라이브러리 추가
서비스 서비스1;
int IRpin = 12; // IR 센서용 핀
정수 모터_각도=0;
IRrecvirrecv(IRpin);
decode_results 결과;
무효 설정()
{
Serial.begin(9600); // 직렬 통신 초기화
Serial.println('IR 원격 제어 서보 모터'); // 메시지 표시
irecv.enableIRIn(); // 수신기 시작
servo1.attach(5); // 서보 모터 핀 선언
servo1.write(motor_angle); // 모터를 0도까지 이동
Serial.println('서보 모터 각도 0도');
지연(2000);
}
무효 루프()
{
while(!(irrecv.decode(&results))); // 아무 버튼도 누르지 않을 때까지 대기
if (irrecv.decode(&results)) // 버튼을 누르고 코드를 받았을 때
{
if(results.value==2210) // 숫자 1 버튼이 눌렸는지 확인
{
Serial.println('서보 모터 각도 30도');
모터_각도 = 30;
servo1.write(motor_angle); // 모터를 30도로 이동
}
else if(results.value==6308) // 숫자 2 버튼을 누른 경우
{
Serial.println('서보 모터 각도 60도');
motor_angle = 60;
servo1.write(motor_angle); // 모터를 60도로 이동
}
else if(results.value==2215) // 모든 숫자 버튼에 대해 유사합니다.
{
Serial.println('서보 모터 각도 90도');
motor_angle = 90;
servo1.write(motor_angle);
}
그렇지 않으면(results.value==6312)
{
Serial.println('서보 모터 각도 120도');
motor_angle = 120;
servo1.write(motor_angle);
}
그렇지 않으면(results.value==2219)
{
Serial.println('서보 모터 각도 150도');
모터각도 = 150;
servo1.write(motor_angle);
}
else if(results.value==6338) // 볼륨 UP 버튼을 눌렀을 경우
{
if(motor_angle<150) motor_angle+=5; // 모터 각도 증가
Serial.print('모터 각도는 ');
Serial.println(motor_angle);
servo1.write(motor_angle); // 모터를 해당 각도로 이동
}
else if(results.value==6292) // 볼륨 낮추기 버튼을 눌렀을 경우
{
if(motor_angle>0) motor_angle-=5; // 모터 각도 감소
Serial.print('모터 각도는 ');
Serial.println(motor_angle);
servo1.write(motor_angle); // 모터를 해당 각도로 이동
}
지연(200); // 0.2초 대기
irecv.이력서(); // 다시 다음 코드를 수신할 준비를 합니다.
}
}

DC 서보 모터에 대한 공급은 외부 5V에서 제공되며 IR 센서 및 Arduino 보드에 대한 공급은 USB에서 제공됩니다. 서보 모터에 전원이 공급되면 서보 모터는 0도까지 이동합니다. 이후 시리얼 모니터에 “servo motor angle is 0 deg”라는 메시지가 출력됩니다.

이제 리모컨에서 버튼 1을 누르면 DC 서보 모터가 30도 이동합니다. 마찬가지로 2, 3, 4 또는 5와 같은 버튼을 누르면 모터가 60도, 90도, 120도 또는 150도와 같은 원하는 각도로 움직입니다. 이제 직렬 모니터에 서보 모터의 각도 위치가 '서보 모터 각도 xx도'로 표시됩니다.

볼륨 업 버튼을 누르면 모터의 각도가 5도씩 커지는데, 이는 60도라면 65도까지 움직인다는 뜻이다. 따라서 새 각도의 위치가 직렬 모니터에 표시됩니다.

마찬가지로 앵글 다운 버튼을 누르면 모터의 각도가 5도씩 감소합니다. 즉, 각도가 90도이면 85도까지 움직입니다. IR 리모컨의 신호는 IR 센서에 의해 감지됩니다. 감지 방식과 IR 센서의 작동 방식을 알아보려면 클릭하세요. 여기

따라서 새 각도의 위치가 직렬 모니터에 표시됩니다. 따라서 아두이노와 IR 리모트로 DC 서보 모터의 각도를 쉽게 제어할 수 있습니다.

8051 마이크로컨트롤러와 DC 모터를 연결하는 방법을 알고 싶으면 클릭하십시오. 여기

DC 서보 모터의 장점

그만큼 DC 서보 모터의 장점 다음을 포함하십시오.

• DC 서보 모터 작동이 안정적입니다.
• 이 모터는 모터의 크기와 무게보다 훨씬 더 높은 출력을 가지고 있습니다.
• 이 모터가 고속으로 작동하면 소음이 발생하지 않습니다.
• 이 모터 작동은 진동 및 공진이 없습니다.
• 이러한 유형의 모터는 높은 토크 대 관성 비율을 가지며 부하를 매우 빠르게 픽업할 수 있습니다.
• 그들은 높은 효율성을 가지고 있습니다.
• 그들은 빠른 응답을 제공합니다.
• 이들은 휴대용 및 경량입니다.
• Four Quadrant의 작동이 가능합니다.
• 고속에서는 소리가 조용합니다.

그만큼 DC 서보 모터의 단점 다음을 포함하십시오.

• DC 서보 모터의 냉각 메커니즘이 비효율적입니다. 따라서 이 모터는 일단 환기되면 빠르게 오염됩니다.
• 이 모터는 더 높은 토크 속도에서 최대 출력을 생성하며 규칙적인 기어링이 필요합니다.
• 이러한 모터는 과부하로 인해 손상될 수 있습니다.
• 그들은 복잡한 디자인을 가지고 있으며 인코더가 필요합니다.
• 이러한 모터는 피드백 루프를 안정화하기 위해 튜닝이 필요합니다.
• 유지 보수가 필요합니다.

DC 서보 모터 애플리케이션

그만큼 DC 서보 모터의 응용 다음을 포함하십시오.

• DC 서보 모터는 금속 절단 및 성형용 공작 기계에 사용됩니다.
• 이들은 안테나 포지셔닝, 인쇄, 포장, 목공, 직물, 끈 또는 로프 제조, CMM(좌표 측정기), 재료 취급, 바닥 광택, 문 열기, X-Y 테이블, 의료 장비 및 웨이퍼 회전에 사용됩니다.
• 이 모터는 공간 및 무게 제한으로 인해 각 단위 부피에 대해 높은 출력을 제공하는 모터가 필요한 항공기 제어 시스템에 사용됩니다.
• 송풍기 드라이브 및 팬과 같이 높은 시동 토크가 필요한 곳에 적용할 수 있습니다.
• 이들은 주로 로봇 공학, 프로그래밍 장치, 전기 기계 액추에이터, 공작 기계, 프로세스 컨트롤러 등에 사용됩니다.

따라서 이것은 dc의 개요입니다. 서보 모터 – 작동 응용 프로그램과 함께. 이 서보 모터는 다양한 산업 분야에서 사용되어 많은 기계적 움직임에 대한 솔루션을 제공합니다. 이 모터의 기능은 모터를 매우 효율적이고 강력하게 만듭니다. AC 서보 모터란 무엇입니까?