스테퍼 모터 가속 및 감속 제어

스테퍼 모터작동 원리
일반적으로 모터의 회전자는 영구 자석입니다. 고정자 권선에 전류가 흐르면 고정자 권선은 벡터 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 회전자를 특정 각도만큼 회전시켜 회전자 쌍의 자기장 방향이 고정자 자기장의 방향과 일치하도록 합니다. 고정자의 벡터 자기장이 특정 각도만큼 회전할 때,

스테퍼 모터스테퍼 모터는 일종의 유도 모터로, 전자 회로를 사용하여 직류를 시분할 전원에 공급하고, 다상 타이밍 제어 전류를 통해 스테퍼 모터에 전원을 공급하는 방식으로 작동합니다. 스테퍼 모터 드라이버는 스테퍼 모터의 시분할 전원 공급 및 다상 타이밍 제어를 담당합니다.

각 입력에 전기 펄스가 가해지면 모터는 한 단계씩 앞으로 회전합니다. 출력 각변위는 입력 펄스 수에 비례하고, 속도는 펄스 주파수에 비례합니다. 권선 여자 순서를 바꾸면 모터는 역회전합니다. 따라서 펄스 수, 주파수 및 모터 권선의 각 상에 여자하는 순서를 제어하여 스테퍼 모터의 회전을 제어할 수 있습니다.

일반 스테퍼 모터의 정확도는 스텝 각도의 3~5%이며, 이는 누적되지 않습니다.

스테퍼 모터의 토크는 속도가 증가함에 따라 감소합니다. 스테퍼 모터가 회전하면 모터 권선의 각 상의 인덕턴스로 인해 역전위가 발생하는데, 주파수가 높을수록 역전위가 커집니다. 이로 인해 주파수(또는 속도)가 증가하면 모터의 상 전류가 감소하고, 결과적으로 토크가 감소하게 됩니다.

스테퍼 모터는 저속에서는 정상적으로 작동하지만, 특정 속도 이상이 되면 시동이 걸리지 않고 휘파람 소리가 납니다.

스테퍼 모터에는 무부하 기동 주파수라는 기술적 매개변수가 있습니다. 즉, 스테퍼 모터는 무부하 상태에서 펄스 주파수가 일정할 때 정상적으로 기동할 수 있습니다. 만약 펄스 주파수가 이 값보다 높으면 모터가 정상적으로 기동하지 못하고, 탈조 또는 블록킹 현상이 발생할 수 있습니다.

부하가 걸린 경우, 시동 주파수는 낮아야 합니다. 모터가 고속 회전을 달성하려면 펄스 주파수는 가속 과정을 거쳐야 합니다. 즉, 시동 주파수는 낮게 시작하여 특정 가속도를 거쳐 원하는 고주파수(모터 속도가 저속에서 고속으로 증가)까지 상승해야 합니다.

왜 그렇습니까?스테퍼 모터속도 감속으로 제어해야 합니다.
스테퍼 모터의 속도는 펄스 주파수, 회전자 톱니 수, 그리고 비트 수에 따라 달라집니다. 각속도는 펄스 주파수에 비례하며 펄스와 시간적으로 동기화됩니다. 따라서 회전자 톱니 수와 작동 비트 수가 일정하면 펄스 주파수를 제어하여 원하는 속도를 얻을 수 있습니다. 스테퍼 모터는 동기 토크를 이용하여 시동되므로, 스텝 손실을 방지하기 위해 시동 주파수는 높지 않아야 합니다. 특히 출력이 증가함에 따라 회전자 직경과 관성이 커지고, 시동 주파수와 최대 작동 주파수의 차이가 최대 10배까지 발생할 수 있습니다.

스테퍼 모터의 시동 주파수 특성으로 인해 스테퍼 모터는 시동 시 동작 주파수에 직접 도달할 수 없고, 저속에서 점진적으로 동작 속도까지 상승하는 시동 과정을 거쳐야 합니다. 정지 시에도 동작 주파수가 즉시 0으로 떨어지지 않고, 고속에서 점진적으로 감속하여 0으로 정지해야 합니다.

따라서 스테퍼 모터의 작동은 일반적으로 가속, 등속, 감속의 세 단계를 거쳐야 하며, 가속 및 감속 과정은 가능한 한 짧아야 하고 등속 시간은 가능한 한 길어야 합니다. 특히 빠른 응답이 요구되는 작업에서는 시작점에서 종료점까지 도달하는 데 걸리는 시간이 가장 짧아야 하므로 가속 및 감속 과정을 최소화하고 등속 구간에서 최대한 빠른 속도를 유지해야 합니다.

가속 및 감속 알고리즘은 모션 제어의 핵심 기술 중 하나이며, 고속 및 고효율을 달성하는 데 중요한 요소입니다. 산업 제어에서는 한편으로는 가공 공정이 부드럽고 안정적이어야 하며 유연성에 따른 충격이 최소화되어야 하고, 다른 한편으로는 빠른 응답 시간과 신속한 반응이 요구됩니다. 제어 정확도를 확보하여 가공 효율을 향상시키고, 부드럽고 안정적인 기계적 움직임을 구현하는 것은 현재 산업 가공에서 해결해야 할 핵심 과제입니다. 현재 모션 제어 시스템에서 일반적으로 사용되는 가속 및 감속 알고리즘에는 사다리꼴 곡선 가속 및 감속, 지수 곡선 가속 및 감속, S자형 곡선 가속 및 감속, 포물선 곡선 가속 및 감속 등이 있습니다.

사다리꼴 곡선 가속 및 감속
정의: 특정 비율로 선형적인 가속/감속(시작 속도에서 목표 속도까지의 가속/감속)

계산 공식: v(t)=Vo+at

장점 및 단점: 사다리꼴 곡선 방식은 알고리즘이 간단하고, 계산 시간이 짧으며, 응답 속도가 빠르고, 효율성이 높으며, 구현이 용이하다는 특징이 있습니다. 그러나 등속 및 등속 구간이 스테퍼 모터의 속도 변화 법칙을 따르지 않고, 가변 속도와 등속 구간 사이의 전환이 원활하지 않을 수 있습니다. 따라서 이 알고리즘은 가속 및 감속 과정에 대한 요구 사항이 높지 않은 응용 분야에 주로 사용됩니다.

지수 곡선 가속 및 감속
정의: 지수 함수에 의한 가속 및 감속을 의미합니다.

가속 및 감속 제어 평가 지표:
1. 기계의 궤적 및 위치 오차는 가능한 한 작아야 합니다.

2. 기계의 동작 과정이 매끄럽고, 떨림이 적으며, 응답 속도가 빠릅니다.

3. 가속 및 감속 알고리즘은 가능한 한 단순하고 구현하기 쉬우며 실시간 제어 요구 사항을 충족할 수 있어야 합니다.

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창저우 빅텍 모터 테크놀로지 유한회사는 모터 연구 개발, 모터 응용 분야 종합 솔루션 제공, 모터 제품 가공 및 생산에 주력하는 전문 연구 및 생산 기업입니다. 2011년부터 마이크로 모터 및 관련 부품 제조를 전문으로 해왔으며, 주요 제품으로는 소형 스테퍼 모터, 기어 모터, 기어드 모터, 수중 추진기, 모터 드라이버 및 컨트롤러 등이 있습니다.

저희 팀은 마이크로 모터 설계, 개발 및 제조 분야에서 20년 이상의 경험을 보유하고 있으며, 고객의 특별한 요구에 맞춰 제품 개발 및 설계 지원을 제공할 수 있습니다. 현재 저희는 미국, 영국, 한국, 독일, 캐나다, 스페인 등 아시아, 북미, 유럽의 수백 개 국가에 제품을 판매하고 있습니다. "정직과 신뢰, 품질 중심"이라는 경영 철학과 "고객 우선"이라는 가치 규범은 성과 중심의 혁신, 협력, 효율적인 기업 정신을 바탕으로 "함께 만들어가고 나누는" 기업 문화를 구축하여 고객에게 최대의 가치를 창출하는 것을 궁극적인 목표로 삼고 있습니다.