서보모터에 관한 고찰

 

서보 연결 배선도 (참고용)

 

 

 

 

서보모터의 종류

 

1. DC모터
-정의는 직류전원을 사용하는 모든 모터를 의미. 일반적으로는 전원(+,-) 선만 갖고 전압, 전류 방향에 따라 회전 속도, 회전 방향 제어가 가능한 모터를 의미
-각도 제어는 불가능

2. 서보(Servo) 모터
-직류전원과 1개의 신호선(PWM 신호)을 통해 제어가 가능한 모터
-보통 0~180도 범위 내에서 각도 제어가 가능하나 0~360도 범위도 가능한 서보모터도 존재


3. 스텝(Step) 모터
-DC 모터처럼 구동 범위가 없고 서보모터처럼 각도 제어가 가능하다. 서보모터 이상으로 정밀한 제어가 가능
-한 스텝당 몇 도 회전하냐에 따라 정밀도(스텝각)가 다르며 스텝각이 1.8도인 모터가 가장 보편적

 

 

 

스텝 모터는 Open loop control을 사용해 움직인다. 피드백 없이, 설계 때 정해진 1 step당 몇 도에 따라서만 움직인다.


반면 서보모터는 Closed loop control을 사용하기에 피드백을 받는다.

 

PWM
서보모터는 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭 변조)를 이용해 제어한다.
펄스폭 변조는 디지털 신호로 아날로그 제어를 할 때 사용하는 방법 중 하나이다.

말 그대로 펄스 신호의 폭을 제어하는 방법으로 on/off를 주기적으로 하는 신호를 펄스(pulse)라 하는데 한 주기 안에 on이 몇 퍼센트가 차지하는지로 아날로그를 표현한다.

 

- PWM period(주기) : 펄스 신호의 주기를 나타낸다. ms단위와 Hz 단위 둘 다 사용한다. (20ms --> 1000/20 --> 50hz)
- Duty cycle(듀티 사이클/듀티 비) : 한 주기에서 on의 비율을 의미한다. 시간을 쓰기도 하고 주기의 %로 나타내기도 한다.

 

 

디지털 서보 / 아날로그 서보
아날로그 서보와 디지털 서보 사이에는 구조적으로 큰 차이는 없고 단지 pwm 신호 자체와 그 처리 방법의 차이만 있다.

-아날로그 서보(sg90, hs-311) :
20ms 주기 펄스 (50hz)를 사용한다. 이 20ms의 비교적 긴 주기 탓에 다음 주기의 신호를 받기 전에 off 되어 있는 구간, 즉 명령을 받을 수 없는 구간이 존재하는데 이를 deadband(데드존)이라 한다.

이 데드존이 비교적 큰 탓에 작은 각도의 움직임 명령이나 외부 토크가 현재 위치를 벗어나게 하는 것에 대해 빠르게 반응하거나 충분한 토크를 만들지 못한다.

이런 문제를 해결하기 위해 디지털 서보가 나왔다.

 

 

 

참고사이트.

https://en.wikipedia.org/wiki/Servo_control

https://istein.tistory.com/50