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01 구동기의 종류

Mechanism Controller

Sensor

Actuator

Desired value

Actual value

feedback

Error +

-

구동기 종류 : 무게를 갖는 기구를 움직이게 하는 동력장치

전기식 구동기 유압식 구동기 공압식 구동기

01 구동기의 종류

동력원을 전원으로부터 직접 얻음

위치제어, 속도제어, 힘제어 등의 제어성 양호

내구성, 보수성 양호

전자회로 및 제어기의 인터페이스가 용이

부하의 영향을 받기 쉬우며 적응성 부족

큰 동력을 얻기 어려움

전기식 구동기

01 구동기의 종류

고압화가 용이하며 큰 파워를 얻기 쉬움

힘/질량비, 토크/관성비 모두 크며 고속 응답이 가능

시스템의 강성이 높으므로 고정밀도 위치제어, 속도제어 가능

보수 및 화재의 위험

유압과 배관 등의 부대시설 필요, 넓은 공갂 필요

유압식 구동기

01 구동기의 종류

공기 압축성 이용, 힘 제어, 컴플라이언스 제어 용이

(공기압, 고무인공귺육)

화재, 환경오염이 없음

구성이 용이하며 조작성이 좋음(큰 작업속도 가능)

공기 압축성 때문에 시스템 강성이 매우 낮으며,

고 정밀도의 위치 결정이 어려움

응답성이 나쁨

공압식 구동기

01 구동기의 종류

각종 구동기의 성능영역

응답주파수 [HZ]

출력

파워

[Kw]

50

20

10

5

2

1

0.5

0.2

0.1

공기압식 액추에이터 핚계

전기식 액추에이터 핚계

유압식 액추에이터 핚계

5 10 20 30 50 70 100 200 150

유압식 구동기는

응답주파수가 높고,

출력도 큼

공압식 구동기는

응답 주파수가 낮고,

출력도 낮은 편임

전기식 구동기는

중갂 정도의

성능영역에 놓임

02 전동기 원리

Electro-magnetic principles : Lorentz’s force, Buf q

B = 자장

(벡터)

u = 전하 q의 속도

(벡터)

f = 전하가 받는 힘

(벡터)

02 전동기 원리

직류(DC)모터의 구조 및 구동원리 : 브러시와 정류자

관성에 의핚 회전, 정류자에 의해 극성변환

회전자의 토크(회전력)는 전류의 크기에 비례 : 암페어의 법칙

02 전동기 원리

역기전력(Back Electromotive Force, Back EMF)

외부 전압을 인가하면

전동기 효과에 의해

기계운동이 발생하고,

이는 다시 발전기

효과에 의해 전압을

발생시킴

발생된 전압은

외부전압과 항상

반대방향이므로

역전압이라고 부름

역기전력은 회전속도에 비례

역기전력 : 'fff eme 발전기전동기

02 전동기 원리

회전토크는 회전자 코일 전류에 비례 :

역기전력은 외부 인가전압과 반대방향이며,

그 크기는 회전자의 회전속도에 비례 :

요약 직류(DC) 모터의 원리

tT K i

be Kω

03 전동기 모델

DC 모터 모델 : 전기-기계 수학적 모델(Electro-mechanical model)

: applied voltage source : volt

: armature current : Amp

: electric resistance of armature coil : . .,1.5

: electric inductance of armature coil : H . ., 0.2

: back electromotive force voltage : volt

: electro

b

V

i

R e g

L e g H

e

K

motive force constant : . ., 0.01

: rotor angular displacement : radian

( ) : rotor angular velocity : rad/sec

N m Amp e g N m Amp

θ

θ ω

Dimension

Typical value

Electrical part :

03 전동기 모델

DC 모터 모델 : 전기-기계 수학적 모델(Electro-mechanical model)

Mechanical part :

: rotor angular displacement : radian

( ) : rotor angular velocity : rad/sec

: friction(damping) coefficient : N m s e.g., 0.1 N m s

: motor torque : N m

: torque constant : N m Amp

: load torque : N m

: moment of inerti

t

L

θ

θ ω

b

T

K

T

J

a of rotor : Kg m e.g., 0.01 Kg m

03 전동기 모델

Mathematical model

2

2

:

:

:

:

:

b

b

t

L

d iLoop equation L Ri V e

dt

Back emf e K ω

Angular velocity ω θ

Motor torque T K i

d θ dθMotion equation J b T T

d t dt

1

1tL

d i R Ki ω V

dt L L L

Kd ω bi ω T

d t J J J

d θω

d t

: 상태 방정식(State equation)

03 전동기 모델

브러시리스 DC서보 모터의 원리

DC 전원 이용

전자 스위치에

의핚 등가 교류

발생

03 전동기 모델

스텝 모터

Pulse 수에 따른 회전량

Open-loop 제어

일반적으로 토크가 작음