[번역] 아날로그 서보모터와 디지털 서보모터의 차이

 

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[아두이노] 디지털 서보모터 제어하기

위의 게시글에서 참조 게시글로 언급한 

 

아날로그와 서보모터의 원리 및 제어방식의 차이에 대한 글의 해석입니다.

 

원문을 첨부합니다.

 

www.sailservo.co.uk/anvdig.html

Digital Servo

아날로그 vs 디지털

 

아날로그서보와 디지털 서보는 비슷하게 생겼고, 동일한 목적을 가졌으며 둘 다 리시버로부터 같은 신호를 받습니다.

 

단일 ON 펄스로 구성된 PWM 입력신호는 매 20ms(50Hz, 초당 50회)마다 신호를 보냅니다.

 

제조사 별로 22ms나 18ms와 같은 다른 주기를 사용하기도 합니다.

 

보통의 ON 펄스의 길이는 1ms에서 2ms인데,

몇몇 리시버(서보)는 0.8에서 2.2ms이고 제 자작 서보는 0.5ms에서 3.0ms 입니다.

서보의 안에는 다음과 같은 것이 들어있습니다:

(ㄱ) IC칩과 기타 요소로 구성된 회로보드

(ㄴ) 원통의 위치값을 제공하는 출력 샤프트에 의해 회전하는 가변 저항

(ㄷ) 모터

(ㄹ) 기어박스

아날로그

 

아날로그 IC는 모터를 제어하기 위해 입력신호를 전압으로 변환하는 전자부품으로 구성되어 있습니다.

리시버가 받은 입력 PWM 펄스는 +전압으로 변환되고 인버터가 이 펄스의 극성을 -역전시킵니다.

그 결과인 -전압이 조이스틱의 위치를 나타냅니다.

가변저항으로부터 얻은 +전압은 서보의 회전샤프트의 위치를 나타냅니다.

이러한 것을 피드백 전압이라 부릅니다.

이 두 전압은 비교기에서 더해지게 됩니다.

 

만약 조이스틱와 회전통이 둘 다 가운데에 위치하면, 두 전압의 합은 0의 출력을 가질것이고 모터가 정지하게 됩니다.

 

값(주:절댓값)이 다른 두 전압은 각자의 + 혹은 -전압을 출력하고,

그 결과로 모터가 앞뒤로 최대속력으로 회전하게 됩니다.

두 전압이 다시 동일해지면 모터가 정지하게 됩니다.

 

증폭기는 모터가 정지 포인트에 근접할때 모터가 그 포인트를 지나치는 것을 방지하기 위해서

모터의 속도를 바꾸는 전자적 요소를 가지고 있습니다.

두 출력 신호는 모터의 방향과 속도를 제어하기 위해서 H-brige 드라이버로 보내집니다.

 

H-brige 드라이버는 모터의 방향을 바꾸고 큰 전류가 흐르도록 하는 파워 트랜지스터로 구성되어 있습니다.

 

데드존

두 입력 전압은 절대 정확히 똑같아질 수 없기 때문에

조이스틱 혹은 서보 회전통의 작은 움직임에는 모터가 움직이지 않는 지점이 존재합니다.

 

이러한 지점을 데드존이라고 부릅니다.

 

운항중(주:날개 혹은 돛의 회전에 사용될 때)에는,

강한 바람이나 파도가 드럼통이 움직이게 하는 부하를 줄 수 있기 때문에

큰 데드존을 가지는 것이 바람직합니다.

급격한 앞뒤의 회전은 서보를 손상시킬 수 있습니다.

 

디지털

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먼저, 디지털 서보는 마이크로프로세서를 제외하면,

입력 신호를 분석하고 모터를 제어한다는 점에서 스탠다드(아날로그)서보와 동일합니다.

 

디지털 서보안의 IC칩은 마이크로프로세서(미니컴)(주:마이컴 혹은 MPU)입니다.

컴퓨터 프로그램이 회전이나 스피드 혹은 데드존과 같은 서보의 기능을 정밀하게 제어합니다.

몇몇 서보는 사용자가 서보 프로그래머/테스터를 이용해서 재프로그래밍할 수 있습니다.

 

PWM입력 신호와 피드백 전압은 숫자로 변환됩니다.

이 숫자의 차이를 모터의 방향과 속도 제어에 사용합니다.

 

모터 제어

IC에 의해 모터가 제어되는 방식이 아날로그 서보와 디지털 서보의 주요 차이점입니다.

 

H-Bridge 드라이버는 마이크로프로세서로부터 받은 두 신호를 변환하는데,

하나는 모터의 방향을, 다른 하나는 모터의 스피드를 나타냅니다.

아날로그 서보와 디지털 서보의 차이는 모터 스피드에 보내지는 펄스의 주파수입니다.

주파수는 초당 반복되는 펄스의 갯수입니다.

아날로그는 50Hz(50개의 펄스/1초)이고 디지털은 6배 빠른 333Hz(333개의 펄스/1초) 입니다.

주기(드라이버 전송률)는 온전한 ON펄스와의 간격 시간입니다.

아날로그는 20ms이고 디지털은 3ms입니다.

주기는 On time(회색)과 Off time(흰색)으로 구성됩니다.

위의 그래프는 최고전압에서 모터가 50%의 전류른 받는 것을 보여줍니다.

아날로그 서보는 On time을 한번의 10ms펄스동안 받습니다.

디지털 이를 On time을 세번의 1.65ms동안 받습니다.

듀티 사이클은 50%입니다.(주: 듀티사이클 - 한 주기에서 On time이 차지하는 비율의 백분율)

두 서보 모두 100%(최고)와 0%(꺼짐)에서 비슷한 전류를 받을것입니다.

Off time이 중요한 요소입니다.

모터에 전해지는 전원이 끊어지면 전압이 서서히 감소하게 됩니다.

위의 표를 통해서 아날로그 서보가 디지털 서보에 비해서 전압이 더 많이 감소하는 것을 알 수 있습니다.

 

전원이 다시 켜지면, 모터가 스피드를 되찾기 위해 에너지와 시간이 소모되는데,

로터의 무게나 자기장을 재구성하는 등의 여러 부하들을 극복해야만 합니다.

디지털 서보모터가 전압이 하락한 시간이 훨씬 더 짧은데,

이로인해 모터에 더 많은 전원이 공급되어 부드러운 속도변환과 빠른 응답을 얻을 수 있습니다.

 

디지털 서보 요약

서보 이동 전 범위에서의 균일한 토크

정지상태에서 일정한 고정력과 작은 데드존

더 높은 분해능으로 인한 높은 정확도

빠른 제어 응답