[기계공학 실험] DC모터 및 엔코더[ Encoder] - Matlab을 통한 PID 제어를 실습 - Encoder 용도, 외형과 구조, 분류, DC모터의 구동원리, 제어법

소개글

[기계공학 실험] DC모터 및 엔코더[ Encoder] - Matlab을 통한 PID 제어를 실습 - Encoder 용도, 외형과 구조, 분류, DC모터의 구동원리, 제어법에 대한 보고서 자료입니다.

목차

□ Encoder의 용도
□ Encoder의 외형과 구조
□ Encoder의 구조와 원리
□ Encoder 분류
□ DC 모터의 구동원리
□ DC 모터의 제어법(PWM)
□ 실험을 하면서 느낀점

본문내용

같은 효과를 내고 있지만, 그 방법이 펄스폭에 따르고 있으므로 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)라 부르고 있다.
구체적으로는 모터 구동전원을 일정 주기로 On/Off 하는 펄스 형상으로 하고, 그 펄스의 duty비(On 시간과 Off 시간의 비)를 바꿈으로써 실현하고 있다. 이것은 DC 모터가 빠른 주파수의 변화에는 기계 반응을 하지 않는다는 것을 이용하고 있다.
기본회로는 아랫 그림과 같으며, 그림에서 트랜지스터를 일정시간 간격으로 On/off하
면 구동전원이 On/Off 되는 것이다.
이 펄스 형상의 전압으로 DC 모터를 구동했을 때의 실제 모터에 가해지는 전압 파형은 아랫 그림과 같이 되며, 평균전력, 전압을 생각하면 외관상, 구동전압이 변화하고 있는 것이다.
여기서 중요한 기능을 담당하고 있는 것이 위의 회로도에 있는 다이오드이며, 일반적인 전원용 다이오드를 사용하지만, 그 동작 기능에 의해 flywheel diode라 부르고 있다.
즉, 트랜지스터가 Off로 되어 있는 동안, 모터의 코일에 축적된 에너지를 전류로 흘리는 작용을 한다(회생전류라 부른다).
이 상태를 그림으로 나타내면 아랫 그림과 같이 되며, 이 플라이휠 효과에 의해, 모터에 흐르는 전류는 트랜지스터가 Off로 되어 있는 동안에도 쉬지 않고 흐르고 있는 것처
럼 보이게 되며, 평균전류도 On시의 전류와 이 회생전류의 합으로 된다.
□ 실험을 하면서 느낀점
- 이번 실험은 DC 모터 및 엔코더에 대한 전반적인 지식을 조교님께 듣고 Matlab을 통한 PID 제어를 실습해보는 실험이었다.
우선 엔코더의 작동 원리 및 용도에 대해 배웠는데 기본적으로 광센서를 이용해서 모터의 회전속도를 측정하는 장치였다. 광센서를 이용하는 방법도 좋지만 자력이나 자기를 이용하면 고속회전하에서도 정확한 측정이 가능할 것 같다는 생각을 했었는데 엔코더의 종류를 조사하는 과정에서 실제로 자기를 이용한 엔코더가 있음을 알게되었다.
그리고 DC 모터는 속도는 빠르지만 토크가 작은 단점이 있는데 이러한 단점을 보완하기 위해 기어박스가 앞부분에 설치되어었다. 이러한 기어박스는 모터의 회전에 마찰로 작용하여 회전 효율을 떨어뜨릴것으로 예상되었다. 만약 공간적 여유가 있을때에는 기어박스를 설치하는 것보다는 코일이 감겨있는 전기자를 더 길게하여 큰 토크를 얻을 수 있는 방법도 좋을 것이라 생각했다.
Matlab을 이용한 PID 제어는 조교님께서 시범을 보여주는 걸로 끝나서 아쉬움이 있었다. 실험주제는 PID 제어에서 각각의 제어값을 변화시켜가며 모터의 회전속도 변화를 관찰하는 것이었다. 정확한 이론값보다는 주로 경험치에서 나오는 값을 대입하였는데 이런 방법 보다는 모터의 종류 마다 PID 값의 변화에 따른 매뉴얼이 있었다면 좀더 효율적을 모터의 회전속도를 제어할 수 있을 것 같았다.
그리고 모터제어를 위해 설치된 장비들이 많았는데 좀더 휴대성을 필요로 하는 곳에는 엔코더와 제어장치(컴퓨터)가 결합된 소형 제어장치가 개발되면 부가가치가 높은 아이템이 될 것 같았다.

키워드

기계공학 실험,   DC모터 ,   엔코더,   Encoder,   Matlab