서보, 스테퍼, 주파수 변환의 3대 제어 포인트에 대한 자세한 설명!

산업용 로봇의 주변 동작 제어 부분은 주로 서보 제어, 스테퍼 제어 및 주파수 변환 제어의 세 부분으로 구성됩니다. 이러한 제어점에 대해 하나씩 답변해 보겠습니다.
서보 제어
1, AC 서보 모터의 작동 원리
서보모터 내부의 회전자는 영구자석으로 되어 있으며, 드라이버에 의해 제어되는 U/V/W 3상 전기가 전자기장을 형성합니다. 로터는 이 자기장의 작용으로 회전합니다. 동시에 모터에 내장된 엔코더는 신호를 드라이버에 피드백하고, 드라이버는 피드백 값과 목표값을 비교하여 로터 회전 각도를 조정합니다. 서보 모터의 정확도는 엔코더의 정확도(라인 수)에 따라 결정됩니다.
2, 서보 시스템의 구성 및 분류
구성:
서보 시스템은 위치와 각도를 제어 변수로 사용하는 제어 시스템의 총칭입니다. 속도, 각속도, 가속도, 힘 등 위치와 각도에 관련된 시스템도 서보 시스템에 포함됩니다.
분류:
1. 제어 구조에 따라 개방 루프와 폐쇄 루프로 분류됩니다.
2. 구동 부품별로 분류:
ㅏ. 스테퍼 모터 서보 시스템.
비. DC 모터 서보 시스템.
씨. AC 모터 서보 시스템.
3, 서보모터(AC)의 특성
1 높은 위치 정확도, 일반 서보 모터는 0.036도에 도달할 수 있습니다.
2 응답 시간이 빠릅니다.
3 제어가 편리하고 유연하며 제어 시스템을 구현하기 쉽습니다.
4 사용 가능한 모델이 많으며 다양한 적용 환경에 따라 다양한 유형을 선택할 수 있습니다.
5 적시에 작동 상태를 모니터링하고 적절한 조정 및 변경을 수행할 수 있는 완전한 폐쇄 루프 제어를 제공합니다.
4, 서보 시스템 구조

5, 서보 제어 선택 단계
1. 기계 사양, 하중, 강성 및 기타 매개변수를 결정합니다.
2. 이동 속도, 스트로크, 가감속 시간, 주기, 정확도 등과 같은 동작 매개변수를 확인합니다.
3. 모터 관성, 부하 관성, 모터 축 변환 관성, 회전자 관성을 선택합니다.
4. 모터 회전 속도를 선택합니다.
5. 모터의 정격 토크를 선택합니다. 부하 토크, 가감속 토크, 순간 최대 토크, 실제 토크입니다.
6. 모터의 기계적 위치 분해능을 선택합니다.
7. 위 내용을 바탕으로 모터 모델을 선택합니다.
6, 서보 제어의 적용

단계 제어
1, 스테퍼 모터의 작동 원리
스테퍼 모터는 전기 펄스를 각도 변위로 변환하는 액추에이터입니다. 스테퍼 드라이버는 펄스 신호를 수신하면 스테퍼 모터를 구동하여 설정된 방향으로 고정된 각도("스텝 각도"라고 함)만큼 회전하고 고정된 각도로 한 단계씩 회전합니다. 각도 변위는 정확한 위치 지정을 위해 펄스 수를 제어하여 제어할 수 있습니다. 동시에 펄스 주파수를 제어하여 모터 회전의 속도와 가속도를 제어할 수 있으므로 속도 조절 목표를 달성할 수 있습니다. 스테퍼 모터는 제어 목적으로 특수한 형태의 모터로 사용할 수 있으며, 누적 오차가 없는(정확도 100%) 특성으로 인해 다양한 개루프 제어에 널리 사용됩니다.

2, 스테퍼 모터의 분류
현재 일반적으로 사용되는 스테퍼 모터에는 반응성 스테퍼 모터(VR), 영구 자석 스테퍼 모터(PM), 하이브리드 스테퍼 모터(HB) 및 단상 스테퍼 모터가 포함됩니다.
영구 자석 스테퍼 모터는 일반적으로 토크와 볼륨이 작고 스텝 각도가 7.5도 또는 15도인 2상 모터입니다.
리액티브 스테퍼 모터는 일반적으로 3상이며 높은 토크 출력을 달성할 수 있습니다. 스테퍼 각도는 일반적으로 1.5도이지만 소음과 진동 모두 중요합니다. 리액티브 스테퍼 모터의 회전자 자기 회로는 연자성 재료로 만들어지며, 고정자에는 자기 전도도의 변화를 이용하여 토크를 생성하는 다상 여자 권선이 있습니다.
하이브리드 스테퍼 모터는 영구 자석 모터와 반응성 모터의 장점을 결합한 것입니다. 2상과 5상으로 나누어집니다. 2상 스텝각은 일반적으로 1.8도이고, 5상 스텝각은 일반적으로 0.72도입니다. 이 유형의 스테퍼 모터가 가장 널리 사용됩니다.
3, 스테퍼 모터 시스템

1. 스테퍼 모터의 정적 표시기 용어
ㅏ. 위상 수: 서로 다른 N 및 S 자기장을 생성하는 여기 코일 쌍의 수입니다. 일반적으로 mb로 표시됩니다. 비트 수: 자기장의 주기적인 변화를 완료하는 데 필요한 펄스 수 또는 전도성 상태는 n으로 표시되거나 모터가 톱니 피치 각도를 통해 회전하는 데 필요한 펄스 수를 나타냅니다.
씨. 스텝각(Step angle): 펄스 신호에 대응하여 모터 회전자의 회전 각도가 이동된 θ를 나타냅니다.
디. 포지셔닝 토크: 모터 전원이 켜지지 않을 때 모터 회전자 자체의 잠금 토크(자기장 톱니 모양의 고조파 및 기계적 오류로 인해 발생)
이자형. 정적 토크: 모터가 정격 정적 전기 작용으로 회전하지 않을 때 모터 샤프트의 잠금 토크입니다.
2. 스테퍼 모터의 동적 표시기 및 용어
ㅏ. 스텝 각도 정확도: 스테퍼 모터의 각 회전에 대한 스텝 각도의 실제 값과 이론 값 사이의 오류입니다.
비. 스텝 손실: 모터가 작동하는 동안 이동하는 스텝 수로 이론적인 스텝 수와 동일하지 않습니다. 지는 단계라고 합니다.
씨. 오정렬 각도: 회전자 톱니 축이 고정자 톱니 축에서 오프셋되는 각도입니다.
디. 최대 무부하 시동 주파수: 특정 구동 형태, 전압 및 정격 전류에서 모터가 부하 없이 직접 시동할 수 있는 최대 주파수입니다.
이자형. 최대 무부하 작동 주파수: 특정 구동 형태, 전압 및 정격 전류에서 부하가 없는 모터의 최대 속도 주파수입니다.
에프. 작동 토크 주파수 특성: 특정 테스트 조건에서 작동하는 동안 모터가 측정한 출력 토크와 주파수 사이의 관계 곡선을 작동 토크 주파수 특성이라고 합니다.
4, 스테퍼 모터 선택
1. 스텝 각도 선택: 모터의 스텝 각도는 부하 정확도 요구 사항에 따라 달라집니다.
2. 정적 토크 선택: 정적 토크 선택은 모터의 작동 부하를 기준으로 합니다. 일반적으로 정적 토크는 마찰 하중의 2-3배 이내여야 합니다.
3. 전류 선택: 전류 매개변수가 다르기 때문에 작동 특성이 크게 다릅니다. 모터의 전류는 토크 주파수 특성 곡선을 기반으로 결정될 수 있습니다.

5, 스테퍼 모터의 일부 특성
1. 일반 스테퍼 모터의 정확도는 스텝각의 3-5%이며 누적되지 않습니다.
스테퍼 모터 표면의 최대 허용 온도는 일반적으로 섭씨 130도 이상입니다.
스테퍼 모터의 토크는 속도가 증가함에 따라 감소합니다.
4. 스테퍼 모터는 저속에서 정상적으로 작동할 수 있지만 특정 속도를 초과하면 시동할 수 없으며 휘파람 소리가 동반됩니다.
5. 스테퍼 모터는 저속 상황에서 사용해야 합니다. 속도는 분당 1000회전을 초과해서는 안 됩니다.

VI 두 가지 모터 유형의 성능 비교
1. 다양한 제어 정확도
5상 하이브리드 스테퍼 모터의 스텝 각도는 일반적으로 {{0}}.72도 및 0.36도입니다. AC 서보 모터의 제어 정확도는 모터 샤프트 후단에 있는 로터리 엔코더에 의해 보장됩니다. 표준 2500 라인 인코더가 있는 모터의 경우 해당 펄스는 360도/10000=0.036도이며 서보 모터의 정확도는 스테퍼 모터의 정확도보다 높습니다.
2. 다양한 저주파 특성
스테퍼 모터는 저속에서 저주파 진동이 발생하기 쉽습니다. AC 서보 모터는 매우 부드럽게 작동하며 저속에서도 진동이 없습니다.

3. 다양한 과부하 기능
스테퍼 모터에는 일반적으로 과부하 용량이 없습니다. AC 서보 모터는 강력한 과부하 용량을 가지고 있습니다.
4. 다양한 운영 성과
스테퍼 모터의 제어는 개방 루프 제어입니다. 시동 주파수가 너무 높거나 부하가 너무 크면 스텝 손실이나 로터 막힘이 발생하기 쉽습니다. 정지 시 속도가 너무 높으면 오버슈트가 발생하기 쉽습니다. AC 서보 드라이브 시스템은 폐쇄 루프 제어이며 드라이버는 모터 인코더의 피드백 신호를 직접 샘플링할 수 있습니다. 위치 및 속도 루프의 내부 구조는 일반적으로 스테퍼 모터의 단계 손실이나 오버슈트를 일으키지 않으며 제어 성능이 더 안정적입니다.
5. 다양한 속도 응답 성능
스테퍼 모터가 정지 상태에서 작동 속도(보통 분당 수백 회전)까지 가속하는 데는 200-400밀리초가 걸립니다. AC 서보 시스템의 가속 성능이 좋습니다. Panasonic MSMA 400W AC 서보 모터를 예로 들면 정적 속도에서 정격 속도 3000RPM까지 가속하는 데 몇 밀리초밖에 걸리지 않으며 빠른 시작 중지가 필요한 제어 상황에서 사용할 수 있습니다.
6. 다양한 토크 주파수 특성
스테퍼 모터의 출력 토크는 속도가 증가함에 따라 감소하고, 고속에서는 급격하게 감소합니다. AC 서보 모터는 일정한 토크를 출력합니다.
요약하면, AC 서보 시스템은 여러 성능 측면에서 스테퍼 모터보다 성능이 뛰어납니다. 그러나 수요가 적은 일부 상황에서는 스테퍼 모터가 종종 실행 모터로 사용됩니다. 따라서 제어 시스템의 설계 과정에서는 제어 요구 사항, 비용 등 여러 요소를 종합적으로 고려하고 적절한 제어 모터를 선택해야 합니다.

가변 주파수 제어
1. 제너럴 모터스 소개
삼상 농형 AC 모터는 유도 전동기의 가장 일반적인 유형이며 그 구조와 특성은 다음과 같습니다.

感应电机的构造示意图

모터 구성의 개략도

2, 주파수 변환기의 원리 및 구성
주파수 변환기는 AC 모터의 속도를 쉽고 자유롭게 변경할 수 있는 제어 장치입니다. AC 모터의 속도를 변경하는 방법은 다음과 같습니다.
주파수 변환기는 AC 모터 전원 공급 장치의 주파수를 변경하여 속도를 조절합니다.

变频器的构成如下:

1. 변환기(정류기)
다이오드 브리지 정류기는 그림 1과 같이 상용 주파수 전원을 DC 전원으로 변환하는 데 널리 사용됩니다. 두 세트의 트랜지스터 인버터를 사용하여 가역적 전력 방향으로 인해 회생 작동을 수행할 수 있는 가역적 인버터를 형성할 수도 있습니다.
2. 평파 회로
정류기의 정류된 직류전압에는 전원주파수의 6배에 해당하는 맥동전압이 있으며, 인버터에서 발생하는 맥동전류도 직류전압의 변화를 일으킨다. 전압 변동을 억제하기 위해 인덕터와 커패시터를 사용하여 맥동 전압(전류)을 흡수합니다. 소자 용량이 작은 경우 전원과 주회로로 구성되는 부품에 여유가 있으면 인덕턴스를 생략하고 간단한 평파 회로를 사용할 수 있다.
3. 인버터
정류기와 달리 인버터는 필요한 주파수에서 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 6개의 스위칭 장치가 전도되고 미리 정해진 시간 동안 꺼지도록 하여 3-상 AC 출력을 생성합니다.
4. 제동 회로
회생제동영역(마이너스 슬립율)에서 비동기 모터를 사용하는 경우 회생에너지가 평파회로 커패시터에 저장되어 직류전압이 상승하게 됩니다. 일반적으로 말하면, 기계 시스템(전기 모터 포함)의 관성에 의해 축적된 에너지는 커패시터에 의해 저장된 에너지보다 큽니다. 급제동이 필요한 경우에는 가역형 인버터를 사용하여 전원에 피드백을 주거나 제동회로(스위치 및 저항기)를 구성하여 회생전력을 소모함으로써 직류회로의 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있습니다.
3, 주파수 변환기의 적용 목적 및 목적
주파수 변환기와 AC 모터로 구성된 가변속 드라이브를 주파수 변환기 드라이브라고 하며, 그 기능적 목적은 다음과 같습니다. 그들 사이에는 상호 상관관계가 있을 수 있지만 실제로는 명확한 분류가 없습니다. 이 표는 참고용입니다.