박동 불일치는 펄스가 지정된 위치로 이동하지 않는 경우를 말합니다. 오버슈트는 박동 불일치의 반대로, 지정된 위치를 지나쳐 이동하는 경우를 말합니다.
스테퍼 모터개루프 제어 방식은 제어가 단순하거나 저비용이 요구되는 모션 제어 시스템에 자주 사용됩니다. 가장 큰 장점은 위치와 속도를 개루프 방식으로 제어할 수 있다는 것입니다. 하지만 개루프 제어 방식이기 때문에 부하 위치에 대한 피드백이 제어 루프에 전달되지 않아 스테퍼 모터가 각 여자 주파수 변화에 정확하게 반응해야 합니다. 여자 주파수를 올바르게 선택하지 못하면 스테퍼 모터가 새로운 위치로 이동하지 못하게 됩니다. 그 결과 부하의 실제 위치가 제어기가 예상하는 위치와 지속적으로 오차를 보이게 되는데, 이를 스텝 손실이나 오버슈트라고 합니다. 따라서 스테퍼 모터 개루프 제어 시스템에서 스텝 손실과 오버슈트를 방지하는 것이 개루프 제어 시스템의 정상적인 작동을 위한 핵심 과제입니다.
박자 불일치 및 오버슈트 현상은 다음과 같은 경우에 발생합니다.스테퍼 모터각각 시작과 정지를 나타냅니다. 일반적으로 시스템 시작 주파수의 한계는 비교적 낮지만, 요구되는 작동 속도는 종종 비교적 높습니다. 시스템을 요구되는 작동 속도로 직접 시작하면 속도가 한계를 초과하여 시작 주파수가 낮아지고 제대로 시작되지 못하거나, 스텝 손실이 발생하거나, 아예 시작되지 않아 회전이 멈추는 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 시스템이 작동 중일 때 종료 지점에 도달하면 즉시 펄스 전송을 중단하여 시스템을 즉시 정지시킵니다. 그러면 시스템의 관성으로 인해 스테퍼 모터가 컨트롤러가 원하는 평형 위치로 회전하게 됩니다.
스텝 이탈 및 오버슈트 현상을 극복하기 위해서는 시작-정지 동작에 적절한 가속 및 감속 제어를 추가해야 합니다. 일반적으로 상위 제어부에는 모션 제어 카드, 제어 기능을 갖춘 PLC, 마이크로컨트롤러 등을 사용하여 동작의 가속 및 감속을 제어함으로써 스텝 이탈 및 오버슈트 현상을 해결할 수 있습니다.
일반인이 이해하기 쉽게 설명하자면스테퍼 드라이버가 펄스 신호를 수신하면 스테퍼 모터를 구동합니다.스테퍼 모터스테퍼 모터는 설정된 방향으로 고정된 각도(및 스텝 각도)를 회전시킵니다. 펄스 수를 제어하여 각 변위량을 조절함으로써 정밀한 위치 제어가 가능하며, 동시에 펄스 주파수를 제어하여 모터 회전 속도와 가속도를 조절함으로써 속도 제어가 가능합니다. 스테퍼 모터에는 무부하 기동 주파수라는 기술 매개변수가 있습니다. 이는 모터가 무부하 상태에서 정상적으로 기동할 수 있는 펄스 주파수를 의미합니다. 펄스 주파수가 무부하 기동 주파수보다 높으면 모터가 제대로 기동하지 못하고 스텝 손실이나 블록킹 현상이 발생할 수 있습니다. 부하가 걸린 경우에는 기동 주파수를 낮춰야 합니다. 모터가 고속으로 회전해야 하는 경우, 펄스 주파수는 적절한 가속 과정을 거쳐야 합니다. 즉, 낮은 기동 주파수에서 시작하여 특정 가속도에 따라 원하는 높은 주파수까지 점진적으로 증가해야 합니다(모터 속도가 저속에서 고속으로 증가).
시동 주파수 = 시동 속도 × 회전당 스텝 수.무부하 기동 속도는 스테퍼 모터가 가속이나 감속 없이 부하 없이 직접 회전하는 속도입니다. 스테퍼 모터가 회전할 때 모터 권선의 각 상의 인덕턴스로 인해 역전위가 발생하며, 주파수가 높을수록 역전위가 커집니다. 이로 인해 모터의 주파수(또는 속도)는 증가하고 상 전류는 감소하여 토크가 감소합니다.
감속기의 총 출력 토크를 T1, 출력 속도를 N1, 감속비를 5:1, 스테퍼 모터의 스텝 각도를 A라고 가정해 봅시다. 그러면 모터 속도는 5*(N1)이 되고, 모터의 출력 토크는 (T1)/5이 되며, 모터의 동작 주파수는 얼마가 되어야 할까요?
5*(N1)*360/A이므로, 모멘트-주파수 특성 곡선을 확인해야 합니다. 좌표점 [(T1)/5, 5*(N1)*360/A]이 주파수 특성 곡선(초기 모멘트-주파수 곡선) 아래에 있지 않아야 합니다. 만약 이 점이 모멘트-주파수 곡선 아래에 있다면 해당 모터를 선택할 수 있습니다. 하지만 이 점이 모멘트-주파수 곡선 위에 있다면, 모터가 스텝 불량이나 회전 불능 상태가 될 수 있으므로 선택할 수 없습니다.
작동 상태를 확인하려면 최대 속도를 알아야 합니다. 최대 속도가 결정되면 위에 제공된 공식에 따라 계산할 수 있습니다. (최대 회전 속도와 부하 크기를 기준으로 현재 선택한 스테퍼 모터가 적합한지 판단할 수 있으며, 적합하지 않다면 어떤 종류의 스테퍼 모터를 선택해야 하는지도 알아야 합니다.)
또한, 스테퍼 모터는 부하가 걸린 후 시동 시 주파수를 변경하지 않고 그대로 둔 다음 주파수를 높일 수 있습니다. 왜냐하면스테퍼 모터모멘트 주파수 곡선은 실제로 두 개가 있어야 합니다. 하나는 시동 모멘트 주파수 곡선이고, 다른 하나는 시동 후 모멘트 주파수 곡선입니다. 이 곡선은 다음과 같은 의미를 나타냅니다. 모터를 시동 주파수로 시동한 후, 시동 완료 후 부하를 증가시켜도 모터가 승압 상태를 유지한다는 것, 또는 모터를 시동 주파수로 시동한 후, 일정한 부하에서 운전 속도를 적절히 증가시켜도 모터가 승압 상태를 유지한다는 것입니다.
위 내용은 스테퍼 모터의 스텝아웃과 오버슈트에 대한 소개입니다.
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게시 시간: 2023년 4월 3일