예비 보고서 모터제어

목차

Ⅰ. 예비 보고서

1. Motor의 작동원리 및 종류

2. PID Control

3. AD/DA Converter

6. Sensor

Ⅱ. 결과 보고서

1. 시간 응답

2.주파수 응답(input값은 모두 6V)

3. 2차 시스템

※ 고 찰

본문내용

de Ratio
A
Amplitude Ratio
20log10A(dB)
10 mHz
5.8
-1°
0.97
-0.265
20 mHz
5.8
-2°
0.97
-0.265
50 mHz
5.8
-4°
0.97
-0.265
100 mHz
5.75
-7°
0.96
-0.355
200 mHz
5.6
-12°
0.93
-0.630
500 mHz
5.05
-30°
0.84
-1.514
1 Hz
3.95
-48°
0.66
-3.609
2 Hz
2.5
-68°
0.42
-7.535
5 Hz
1.1
-82°
0.18
-14.895
10 Hz
0.55
-106°
0.09
-20.915
Amplitude Ratio=
(3)Cut-off frequency
From slope(Hz)
From -3dB point(Hz)
From -45°(Hz)
Average(Hz)
0.987
0.918
0.917
0.941
, 이다.
3. 2차 시스템
Gain Kc
Percent Overshoot
Tp seconds
wd rad/sec
wn rad/sec
1.5
43.55%
0.256
2.8
1.12
1.16
※ fv = 3.1, Mp = 4.45 overshoot=1.4
이므로 이다.
를 이용하면
※ 고 찰
→ T값과 Kp값의 의미와 PID 게인의 의미
T는 Time constant로서 정격회전수의 63.3%까자 도달했을 때까지 걸리는 시간이다. 여기서 부하 상태가 무부하상태보다 빨리 Time Constant에 도달한다는 것을 실험으로 알 수 있다.
PID 제어기는 모든 이득값이 0이 아닌 값을 가져야만 하는 것은 아니며, 만약 비례이득 Kp 값만 0 이 아닌 값을 갖게 되면 P 제어기이며, 적분이득 KI의 값만 0 이 아닌 값을 갖게 되면 I 제어기, 미분이득 KD의 값만 0 이 아닌 값을 갖게 되면 D 제어기가 된다. 또 이러한 조합으로 PI 제어기 혹은 PD 제어기가 만들어 질 수 있다. PID 제어기의 설계시에 각 이득값들의 변화에 따른 플랜트의 응답 특성을 알면 매우 편리하다.
비례이득 KP의 값은 플랜트 응답의 상승시간(rise time)을 줄이는 효과가 있으며, 상승시간을 줄일 수 있다. 그러나 정상상태 오차 (Steady state error)를 없애지는 못한다.
적분이득 KI 의 값은 정상상태 오차를 제거하는 효과를 가지고 있지만, 과도응답 특성을 좋지 않게 만들 수 있다.
미분이득 KD의 값은 시스템의 안정도를 향상시키는 효과를 갖고 있어서, 오버슈트를 줄이고, 과도응답 특성을 향상시킬 수 있지만 잡음에 약하다.
응답특성
이득값
상승시간
오버슈트
정착시간
정상상태오차
KP
감소
증가
약간 변화
감소
KI
감소
증가
증가
제거
KD
약간변화
감소
감소
약간변화
이러한 특성들을 이용하여, PID 이득값들을 튜닝(tuning)하면 원하는 플랜트의 응답특성을 낼 수 있는 PID 제어기를 설계 할 수 있다.
→ Cut off frequency
관심주파수 대역의 상한 주파수를 차단 주파수(Cut off frequency)라 하며, 관음향학의 경우에는 다음과 같은 특수한 의미를 지닌다. 임의의 단면을 갖는 도파관(Wavequide)내에 음파가 전파될 때, 단면방향으로의 n번째 음파모드가 발생되는 주파수를 n번째 모드의 차단 주파수 fn이라 하며, 가진 주파수가 fn보다 클 경우 그 모드는 주축을 따라서 전파하며, 작을 경우 그 모드는 주축을 따라서 지수함수적으로 감쇠하게 된다.
→ 2차시스템에서의 근들에 따른 그래프
그래프에서 보면 알 수 있듯이 감쇠계수가 1인 경우에 안정해지고 1보다 작을수록 진동하며 불안정해지는 것을 그래프로 알 수 있다. 두 음의 실근을 가질 경우에는 일정해지지만 두 양의 실근을 갖거나 양의 중근을 가지면 발산한다.
→ 이번 실험은 모터에 부하상태와 무부하 상태에서의 이득값과 시정수(Time Constant)를 측정하는 실험이었다. 무부하시와 부하시 입력전압 범위와 출력전압 범위그래프의 차이를 눈으로 확인할 수 있었다.
또한 Frequency를 조절해가며 주파수 응답을 측정하고, 그 데이터를 통해 그래프를 그 린 후 그래프를 통해서 절점 주파수를 찾을 수 있었다.
제어 관련 과목을 수강하지 않은 상태에서 제어실험을 하게 되어 이해하는데 많은 어려 움이 있었다. 하지만 실험을 통해서 제어에 대한 원리를 조금은 이해할 수 있게 된 것 같 다. 또한 실험을 마치고 보고서를 작성하면서 DC모터의 작동원리 및 모터의 종류, 센서 의 종류, PID제어등을 알 수 있게 되었다.

키워드

모터,   예비보고서,   전기,   전자,   실험