모션 제어는 인쇄, 포장, 조립 및 기타 산업 시나리오에서 큰 역할을 하는 산업 제어 분야의 핵심 중 하나입니다. 모션 제어는 모터 제어에서 비롯되었으며, 모터 제어의 임무는 단일 모터 토크, 속도, 위치 및 기타 매개변수를 제어하여 모터가 지정된 동작을 완료하도록 하는 것입니다. 모션 제어는 모터 제어를 기반으로 여러 모터의 제어를 실현하고 제어 시스템은 자동으로 여러 모터를 조정하여 지정된 움직임을 완료합니다. 복잡하고 정밀한 모션제어 시스템을 적용하여 생산원가를 크게 절감하고 가공오류 발생을 줄여 제품의 품질을 향상시킵니다. 오늘날 산업 생산 자동화 기술의 급속한 발전으로 물류 산업 및 대형 조립 라인에서 다양한 모션 제어 시스템이 널리 사용되고 있습니다.
우리의 비전에 자주 등장하는 기계 팔은 산업 생산을 돕는 모션 제어 시스템의 가장 중요한 연결 고리입니다. 현재 세계에서 가장 진보된 기계 팔에는 7개의 기어리스 조인트가 있으며 각 모터는 조인트를 구동합니다. 매니퓰레이터가 정상 작동 중일 때 모션 제어 시스템은 동시에 7개의 모터를 조정하여 매니퓰레이터가 공간의 어느 위치에서든 물체를 쉽게 잡을 수 있도록 합니다. 뿐만 아니라 다른 복잡한 기능을 수행할 수 있으며 사람들이 악기를 청소하거나 연주하는 데 도움을 줄 수도 있습니다.
몇 년 전, 스위핑 로봇은 인터넷에서 동작 제어의 소우주로 폭발했습니다. 스위핑 로봇이 동작 경로를 공식화하면 모션 제어 시스템이 모터를 구동하여 다양한 동작을 실행하므로 스위핑 로봇이 작업을 효율적으로 완료할 수 있습니다. 공장에서 로봇 팔은 조립 라인에서 널리 사용되며 자동차 제조 조립 라인에서 로봇 팔은 용접 및 조립을 완료하기 위해 수십 킬로그램 또는 수백 킬로그램의 부품을 쉽게 들어 올릴 수 있습니다. 보시다시피 모션 제어 시스템은 산업 분야뿐만 아니라 우리 삶과 가장 가까운 곳에서도 사용됩니다.
모션 제어 시스템을 이해하기 위해서는 모션 명령 실행기인 모터를 이해하는 것이 중요합니다. 모션 제어 시스템에 사용되는 대부분의 모터는 스테퍼 모터와 서보 모터입니다. 다음 Xiaobian은 두 종류의 모터를 간략하게 소개합니다.
1단계 모터
스테퍼 모터는 입력 펄스 신호를 각도 변위로 변환할 수 있습니다. 스테퍼 모터의 정상 작동에서 모터의 속도, 위치, 속도 및 감속은 펄스 신호의 주파수 및 수에만 의존하며 부하 변경의 영향을 받지 않습니다. 스테퍼 모터 드라이버가 펄스 신호를 수신하면 스테퍼 모터를 구동하여 설정된 방향으로 고정된 각도로 회전합니다. "단계 각도"라고 하며 한 번에 한 단계씩 단계적으로 회전하며 여기에서 스티핑 모터라는 이름을 얻었습니다.
2 서보 모터
서보 모터는 수신된 전기 신호를 모터 샤프트의 각 변위 출력으로 변환하고 서보 모터 드라이버는 3상 전기를 제어하여 전자기장을 형성하고 로터는 자기장의 작용으로 회전합니다. 서보 모터의 엔코더는 신호를 드라이버에 피드백하고 드라이버는 피드백 값과 목표 값의 비교에 따라 로터 회전 각도를 조정합니다.
두 모터의 비교
1. 다른 제어 방법
스테퍼 모터는 개방 루프 제어를 채택하고 서보 모터는 폐쇄 루프 제어를 채택합니다. 두 제어 방법의 차이점은 폐쇄 루프 제어가 목표 값과 실제 값을 비교하고 모터 위치를 조정한다는 것입니다. 대조적으로, 서보 모터의 제어 정확도는 스테퍼 모터의 제어 정확도보다 낫습니다.
2 다른 제어 정밀도
스테퍼 모터의 위상이 많을수록 정확도가 높아집니다. {{0}}상 모터 비용은 저렴하지만 저속에서 진동이 크고 고속에서 토크가 빠르게 떨어집니다. 5-위상 모터는 진동이 적고 고속 성능이 우수하여 2-위상 모터 속도보다 30~50% 더 빠르며 경우에 따라 서보 모터를 대체할 수도 있습니다. 서보 모터는 엔코더와 함께 제공되며 엔코더의 스케일이 많을수록 정확도가 높아집니다. 일반적으로 서보 모터의 정확도는 스텝 각도가 0.036도인 스테퍼 모터와 동등합니다. 위의 내용은 비유일 뿐이며, 고정밀 모션 제어 구현에서 서보 모터의 성능이 스테퍼 모터를 훨씬 능가한다는 것을 알 수 있습니다.
3 다른 저주파 특성
서보 모터와 달리 스테퍼 모터는 저속에서의 저속 진동 현상을 극복하기 위해 댐핑 기술이나 세분 기술을 사용합니다. 저속 스테퍼 모터는 여전히 진동하기 쉬우므로 서보 모터는 고속이든 저속이든 진동 현상이 나타나지 않습니다.
4. 다양한 모션 성능
스테퍼 모터는 개방 루프 제어, 너무 높은 시작 주파수 또는 부하로 인해 스텝 손실 현상이 발생하기 쉽고, 정지 시 너무 높은 속도는 오버슈트 현상을 유발하기 쉽고, 서보 모터는 폐쇄 루프 제어로, 서보 드라이버는 피드백 신호를 직접 샘플링할 수 있습니다. 모터 엔코더, 내부 속도 루프 및 위치 루프는 일반적으로 스텝 손실 또는 오버슈트 현상이 나타나지 않습니다.
5 속도는 그에 따라 다릅니다.
스테퍼 모터가 정적 속도에서 작업 속도로 가속하는 데 수백 밀리초가 걸리는 반면, 서보 모터는 일반적으로 몇 밀리초만 필요하므로 빠른 시작 및 중지가 필요한 제어 상황에서 사용할 수 있습니다.
위의 비교에서 서보 모터는 성능의 여러 측면에서 스테퍼 모터보다 우수합니다. 모터 모델을 선택할 때 서보 모터를 선택해도 괜찮습니까? 아니요, 서보 모터의 가격은 스테퍼 모터보다 훨씬 높을 것입니다. 스테퍼 모터는 서보 모터보다 비용 성능 측면에서 두 모터의 특성을 숙달한 후 필요에 따라 선택하는 것이 특히 중요합니다. 올바른 유형의 모터.
모션 제어 시스템은 모터와 액추에이터로 구성될 뿐만 아니라 이들보다 더 중요한 것은 여러 모터의 움직임을 조정하는 제어 체계 또는 알고리즘입니다. 예를 들어, 두 개의 모터로 구동되는 턴테이블에 필름을 감아 설정된 필름 감기 속도로 필름이 끊어지지 않고 한 턴테이블에서 다른 턴테이블로 펼칠 수 있는 모션 시스템이 있습니다. 필름 와인딩 과정에서 두 턴테이블의 와인딩 직경은 지속적으로 변경됩니다. 필름이 끊어지지 않고 지정된 필름 권취 속도를 충족하도록 하기 위해 두 모터의 속도를 지속적으로 조정해야 합니다. 이는 PID 알고리즘을 사용하여 폐루프 제어를 수행해야 제어 대상이 다음과 같이 됩니다. 장력 피드백 값은 모터의 속도에 영향을 미칩니다. 이와 같이 서보 모터의 빠른 응답 성능에 의존하여 장력이 너무 크면 속도가 감소하고 장력이 너무 작으면 속도가 가속됩니다. 지속적으로 조정하면 필름의 장력과 감기 속도가 요구 사항에 도달합니다.
PID 알고리즘 외에도 모션 차이 알고리즘은 6자유도 또는 7자유도 머니퓰레이터 제어 시스템에서도 사용되어 머니퓰레이터가 지정된 위치로 실행되도록 합니다. 모션 제어 시스템 체계의 품질은 시스템이 안전하고 신뢰할 수 있는지 여부와 효율성이 높은지 여부를 결정합니다. 뛰어난 프로그램 설계 능력을 갖추면 경쟁력이 높아집니다.