모터의 기본

개요

모터에는 여러 다양한 타입, 형태, 크기가 있습니다. 모션 컨트롤에 사용되는 모터의 대부분은 두 가지, 즉 스테퍼 모터와 서보 모터로 나뉘어집니다. 본 문서에서는 두 가지 타입의 모터에 대해 살펴보겠습니다.

내용

 

스테퍼 모터


스테퍼 모터는 가격이 저렴하며, 동일한 크기의 서보 모터에 비해 사용하기가 쉽습니다. 스테퍼 모터라고 불리우는 이유는 모터가 이산 (discrete) 스텝으로 움직이기 때문입니다. 스테퍼 모터를 컨트롤하기 위해서는 스테퍼 드라이브와 컨트롤러가 필요합니다. (스테퍼 드라이브에 대한 자세한 정보는 하단에 있는 관련 링크의 스테퍼 모터 드라이브를 보십시오.) 사용자는 스텝 및 방향 신호가 있는 드라이브를 제공함으로써 스테퍼 모터를 컨트롤합니다. 그 후 드라이브는 신호를 해독하고 모터를 구동합니다. 스테퍼 모터는 개루프 구성(피드백 없음)에서 동작하며, 저가형 어플리케이션에 적합합니다. 일반적으로, 스테퍼 모터는 저속에서 높은 토크를 가지지만, 고속에서 낮은 토크를 가집니다. 저속에서의 동작은 드라이브에 마이크로 스테핑 기능이 있지 않은한 변동이 심합니다. (마이크로스테핑에 대한 더욱 자세한 정보는 하단의 스테퍼 모터 스위칭 시퀀스의 마이크로스텝 섹션을 참조하십시오.) 고속에서 스테퍼 모터는 변동이 심하지는 않지만 토크를 많이 가지지 않습니다. 작동하지 않는 상태에서, 스테퍼 모터는 동일한 크기의 서보 모터보다 높은 토크를 보유합니다. 그 이유는 전류가 스테퍼 모터의 커브(windings)에서 지속적으로 나오기 때문입니다. 스테퍼 모터 작동 원리에 대한 정보는 다음의 링크를 보십시오.

다음을 보십시오.
스테퍼 모터의 타입
스테퍼 모터의 타입(상세)
스테퍼 모터 작동 이론
스테퍼 모터의 적절한 크기 선택하기
선형 스테퍼 모터

 

스테퍼 모터의 장점


서보 모터와 비교하여 스테퍼 모터의 몇 가지 장점은 다음과 같습니다.

  • 저가
  • 개루프에서 작동 가능 (피드백 필요없음)
  • 최상의 토크 보유 (브레이크/클러치 제거)
  • 저속에서 최상의 토크
  • 유지관리 수월 (브러쉬리스)
  • 매우 견고 - 모든 환경
  • 정밀 위치 컨트롤에 적합
  • 튜닝이 필요없음

 

스테퍼 모터의 단점


서보 모터와 비교하여 스테퍼 모터에는 몇 가지 단점이 있습니다.

  • 마이크로스테핑을 사용하지 않는 한 저속에서 성능이 고르지 않습니다. (마이크로스테핑에 관한 더욱 자세한 정보는 하단의 스테퍼 모터 스위칭 시퀀스를 참조하십시오.)
  • 로드에 상관없이 전류 소모
  • 제한된 크기만 사용가능
  • 소음
  • 속도에 따라 토크가 줄어듬 (고속에서 높은 토크를 위해 큰 사이즈의 모터가 필요)
  • 컨트롤 루프 없이 작동하면 스테퍼 모터가 멈추거나 포지션을 잃을 수 있음
    또한 다음을 보십시오.
    스테퍼 모터 스위칭 시퀀스

 

서보 모터


서보 모터와 스테퍼 모터의 주요 차이점은 정의에서도 나와있듯이 서보 모터는 컨트롤 루프를 사용하여 실행되며 일정 종류의 피드백이 필요하다는 것입니다. 컨트롤 루프는 모터로부터의 피드백을 사용하여 모터가 원하는 상태(포지션, 속도 등)를 얻을 수 있도록 합니다. 컨트롤 루프에는 여러 타입이 있습니다. 일반적으로 PID (Proportional, Integral, Derivative) 컨트롤 루프가 서보 모터에 사용됩니다. 더욱 자세한 정보는 관련 링크 PID 컨트롤러: 이론과 실재를 참조하십시오.

PID와 같은 컨트롤 루프를 사용할 경우 서보 모터를 튜닝해야 합니다. 튜닝은 모터가 원하는 방식으로 응답하도록 만드는 과정입니다. 모터를 튜닝하는 것은 매우 어렵고도 따분한 과정이지만, 사용자가 모터의 동작을 더욱 잘 컨트롤할 수 있다는 점에서 장점이 있습니다. 서보 모터 튜닝에 관한 더욱 자세한 정보는 관련 링크 PID를 사용한 서보 튜닝의 기본을 참조하십시오.

서보 모터에는 컨트롤 루프가 있어 모터의 상태를 확인하므로 일반적으로 스테퍼 모터보다 더욱 안정적입니다. 스테퍼 모터가 어떠한 이유로 스텝을 놓칠 경우 만회할 컨트롤 루프가 없습니다. 서보 모터의 컨트롤 루프는 모터가 올바른 경로에 있는지를 지속적으로 확인하며, 올바른 경로에 있지 않을 경우 필요한 조정을 수행합니다.

일반적으로 서보 모터는 마이크로스테핑이 사용되었을 때를 제외하고는 스테퍼모터 보다 더욱 부드럽게 작동합니다. 또한 속도가 증가함에 따라 서보의 토크는 일정수준을 유지하므로 고속에서 (보통 1000 RPM 이상) 스테퍼보다 우수합니다. 서보 모터의 작동 원리에 대한 자세한 정보는 하단의 관련 링크를 참조하십시오.

다음을 보십시오.
서보 모터 개요

 

서보 모터의 장점


스테퍼 모터와 비교하여 서보 모터의 몇 가지 장점은 다음과 같습니다.

  • 높은 간헐적(intermittent) 토크
  • 관성에 따른 토크 비율이 높음
  • 고속
  • 속도 컨트롤에 적합
  • 모든 크기로 사용가능
  • 조용

 

서보 모터의 단점


스테퍼 모터와 비교하여 서보 모터에는 몇 가지 단점이 있습니다.

  • 스테퍼 모터에 비해 고가
  • 개루프를 작동할 수 없음 - 피드백 필요
  • 컨트롤 루프 파라미터의 튜닝 필요
  • 브러쉬드(brushed) DC 모터에서 브러쉬로 인한 추가 유지보수