|
이 공식 만으로 시정수 τ가 개선 되는 것을 알 수 있다. 외부저항이 크면 클수록 좋지만 자꾸 커지면 그만큼 전격전류를 흘려 주기 위하여 전원전압이 높아진다. 또한 외부저항의 전압 강하로 발열이 커지는 것에 대해서 주의한다. | |
그림 5.7 저항을 추가한 회로 |
그림 5.8 정전압 다이오드를 추가한 회로 | 그림 5.9 역기전압 발생에 의한 순환전류 |
일반적으로 구동회로의 Vcc는 모터의 정격보다는 다소 높게 되어있다. 이는 트랜지스터가 on 했을 때 콜렉터 - 이미터간 전압이 약 0.75V정도 있기 때문이다. 각 회로에 있어서 실험의 결과를 그림 5.11와 그림 5.12에 나타냈다. 무부하 상태에서 슬루잉 주파수가 신장되어 있지 않은 것은 펄스 레이트를 서서히 상승시키는 throw up의 도중에 모터 고유의 진동 영역이 있고 회전이 흩어져 버렸기 때문이다.
이 실험 중에서 자기동 주파수나 슬루잉 주파수가 가장 신장 되어 있는 것은 정전압 다이오드 + 외부 저항의 조합(그림 5.10)이었다. 즉, 외부 저항에서 상승을 개선 시키고 정전압 다이오드에서 off시의 순환 전류를 방지하고 있기 때문이다. 측정 결과의 그림은 세로축에 부하 관성 모멘트를, 가로축에 펄스 레이트가 표시 되어있다. 무부하에서의 값은 모터 자신의 로터관성를 나타내고 있는 것이다.
이상의 실험치에서 모터의 동특성은 구동회로와 부하의 상태로 크게 틀려지는 것을 알 수 있다. 또한, 이 실험에서의 자기동 주파수는 실험을 간단하게 하기 위해 모터가 불안정한 동작을 하지 않고 회전하기 시작 하는 점의 주파수를 나타냈다. 또, 탈출 토크 특성를 보기 위한 슬루잉 특성은 모터에 부하를 붙인 상태로 자기동 주파수로 기동 시킨 뒤, 200 Hz 정도의 비율로 펄스 레이트를 증가시켜 회전이 불안정이 된 점, 혹은 정지한 주파수가 표시되어 있다.
일반적으로 말하는 슬루인 특성은 모터를 자기동 주파수로 기동시킨 뒤, 다시 주파수를 상승시켜 일정한 주파수로 모터를 회전 시킨다.
5.4.4 과도 특성
스테핑 모터에 펄스 신호를 하나 넣어 여자를 전환하면 부하와 구동회로에 따라 다르지만, 모터의 회전자는 그림 5.13 과 같은 특성을 나타낸다. 즉, t의 상승시간 뒤에 오버 슈우트를 발생하고 고유의 감쇠 진동을 하면서 세트링 타임까지 진동하고 정지한다. 그런데, 이러한 응답 특성의 모터에 대해 펄스를 연속적으로 입력하는 경우에는 그림 5.13에서의 t1부터 t2 의 사이는 역방향으로 토크가 작용하고 있으므로, 이 사이에 다음의 펄스가 들어 가든가 하면 회전자는 역회전 하든가,불안정이 되던가 해서 여러가지 속도로 스포트적으로 공진이라고 불리우는 진동이 발생한다. 또, 모터를 고속 회전하기 위해서는 앞에서 설명한 것처럼 시상수를 작게 해서 상승시간을 짧게 할 필요가 있다. 실제로 모터의 오버 슈트나 언더 슈트를 관측해보려면 아래 그림 5.14처럼 모터축에 포텐셔메터를 직결하고 전압 변화의 파형을 관측한다.
그림 5.13 과도 특성 곡선 | 그림 5.14 과도 특성의 실험 |
모터의 여자 방법에는 여러가지가 있지만 여기서는 2상여자라 부르는 방법으로 7 pps, 14pps, 150pps, 350pps로 회전 시켰을때의 파형을 아래 사진 5-2에 나타냈다. 스텝레이트를 올려가는데 있어서 오버 슈트,언더 슈우트가 없어지고 있다. 오버 슈트나 언더 슈트가 있는 동안은 회전음도 크고 따끔따끔한 느낌이지만 스텝 레이트가 올라 가고 파형이 매끈해지는것에 따라서 회전음이 조용해지는 것을 알 수 있다.
(a)7pps(상여자 펄스는 50ms/div) | (b)10pps(상여자 펄스는 10ms/div) |
(c)150pps(상여자 펄스는 10ms/div) | (d)350pps(상여자 펄스는 10/div) |
사진 5.2 스테핑 모터의 과도 특성(2상 여자 동작) |
1) 로터 관성 : 로터 관성(Rotor Inertia)이란 모터의 회전자(로터)가 갖고 있는 관성을 말하며 회전자 자신의 크기나 무게에 따라 다르며 모터의 특성표에는 반드시 표시되어 있다.
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2) 탈출 토크(풀 아웃 토크 Pull out torque) : 풀 아웃 토크라고도 말하며, 스테핑 모터의 속도를 자기동 주파수를 초과해 서서히 올릴 경우, 또는 주파수를 고정시켜 부하 토크를 서서히 증가시킨 경우에 모터가 탈조 하지 않으므로써 발생하는 최대의 토크를 말한다.
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Stepping motor 의 구동부에 대한 설명은 아래와 같다.
o pulse 발진기 : 속도 및 전위량을 결정한다.
o logic 부 : pulse 발진기에 따른 stepping motor의 여자 각도를 결정한다.
o 증폭부 : logic 부로 부터의 신호를 증폭하고 motor를 구동한다.
o 직류 전원부 : motor및 각종 회로를 구동하기 위하여 전원을 공급한다.
Stepping motor 의 구동방법은 그 권선 코일에 어떤 형태로 전류를 흐르게 하는가에 따라 구별되고 있다. 이것은 모터의 종류에 따라서도 달라지지만, 가장 많이 사용되고 있는 PM형 stepping motor의 step값 90o 의 경우를 예로 설명한다. 그림 6.1은 PM형 4상 motor의 권선 구조이며 각도가 작은 motor에서는 기본적인 구조나 사고방식은 같다.
이 예의 경우는 각각 상대하는 고정자의 이빨에 코일이 두 가닥씩 감겨져 있다. 또 A'와 A'가 B'와 B'가 각각 common선으로서 외부로 나와 있는 motor도 수 많이 있다. 일반적으로 유니폴러 구동과 바이폴라 구동으로 구별할 수 있다.
6.2.1 유니폴러 구동
그림 6.2는 unipolar구동 회로의 예이다.
각각의 coil에 1개의 transistor가 접속되고 transistor를 ON하는 것으로서 각 coil에 전류를 흐르게 한다. 또 그림에서와 같이 1방향만의 coil에는 전류 ( A' -> A, A' -> A, B' -> B, B' -> B )밖에 흐르지 않는다. 이와 같이 coil에 1방향밖에 전류가 흐르지 않기 때문에 unipolar(편극성)구동이라 부르고 있다.
이 구동방식은 coil에는 동일 시간에 A상, A상 혹은, B상, B상의 한쪽 밖에 전류를 흘리고 있지 않으므로 저속 영역에서는 torque를 크게 취할 수 없다는 결점이 있으나 모터의 전원 회로를 포함시켜 회로 구성을 가장 간단히 할 수 있는 점에서 가장 널리 이용되고 있다.
그러면, 이하에 4상 motor에서의 unipolar구동에 있어서의 상여자 시퀀스에 대해 조사해 보기로 하자. 4상 motor에는 1상 여자, 2상 여자, 1-2상 여자라고 불리우는 여자 sequence가 있고, 이 방법의 선택에 따라 입력 pulse와 step과의 특성이 달라진다. 표 5-1이 4상 motor의 unipolar 에서의 여자 방식이 특징이다.
내용 | 스텝각 | 입력 | 특 징 | 입력펄스와 각상 전류의 관계 | |
유 니 폴 라 1 상 여 자 |
항상 하나의 상에만 전류를 흐르게 하는 방식 | θ (폴 스텝) |
P | 입력이 1 상 뿐이므로 모터의 온도 상승이 낮고,전원이 낮아도 된다. 출력토크는 크지만 스텝 했을 때에 감쇠 진동이 큰 난조를 일으키기 쉬우므로 광범위한 스텝 레이트로 회전시킬 때는 주의를 요한다. | |
유 니 폴 라 2 상 여 자 |
항상 2개의 상에 직류를 흐르게 하는 방식 | θ (폴 스텝) |
2P | 항상 2 상이 여자되어 있으므로 기동 토크가 주어져 난조가 일어나기 어렵다. 상 전환시에도 반드시 1 상은 여자되어 잇으므로 동작시에 제동 효과가 있다. 다만, 모터의 온도 상승이 있고 1 상 여자에 비해 배의 전원 용량을 필요로 한다. | |
유 니 폴 라 1-2 상 여 자 |
하나의 상과 2개의 상을 교대로 흐르게 하는 방식 | θ2 (하프 스텝) |
1.5P | 1 상, 2 상 여자의 용량을 특징을 가지며 스텝각이 1 상, 2 상에 비교해서 1/2이 된다. 응답 스텝 레이트는 1 상, 2 상 여자의 2배가 된다. |
6.2.1.1 4상 motor 의 1상 여자동작
그림 6.3에 1상 여자에서의 motor의 동작을 나타 낸다.
그림 6.3 유니폴러 구동 1-2상 여자 |
Step 1에서 transistor이 on 되고 A'-> A로 전류가 흐른다. coil에 전류가 흐름으로써 고정자의 이빨은 n,s극으로 여자된다. 이때 B 쪽에는 전류가 흐르고 있지 않으므로 B 쪽의 stator 의 이빨은 비여자이지만, A쪽의여자에 동반해서 회전자의 영구자석은 각각 N 과 S , S 와 N 이 결합해서 안정한 위치에 정지한다.
다음에 step 2로 진행하면 먼저 on 하고 있던 Tr1 은 off가 되고,대신에 Tr3 가 on 이된다. Tr3가 on이 되면 B'-> B의 coil 에 전류가 흘러 이번에는 90o씩 어긋나고 있는 고정자가 여자가 된다. 그리고 여자 위치가 이동한 것으로 회전자도 시계 방향으로 당겨져 90o 회전하게 된다.
같은 방법으로 step 3 과 step 4 의 동작을 함으로써 모터는 각 step 당 90ㅱ씩 진행시켜 회전 시킬 수 있다.
6.2.1.2 4상 motor 의 2상 여자동작
그림 6.4 는 2상 여자의 동작을 나타내며,2상 여자의 경우는 A,B쪽의 coil이 동시에 1가닥씩 여자된다.
그림 6.4 유니폴러 구동 2상 여자 |
우선 step 1에서는 A'-> A, B'-> B 의 coil 에 전류가 흐른다. 고정자의 극은 1상 여자와 같이 12시와 3시가 S극,6시와 9시의 위치가 N극으로 여자된다. 그 결과로써 회전자의 N극은 12시와 3시의 S극의 중간의 위치에 정지한다.
다음으로 step 2에서는 A상의 coil 이 전환되고 A' -> A 로 전류가 흐른다. 그리고 12시의 극이 N, 6시의 극이 S로 된다. 그 결과 회전자의 N극은 12시의 N 극과 반발해서 3시와 6시의 S극의 중간 위치에 안정한다.
이렇게 해서 회전자는 시계 방향으로 90o 회전하는 셈이며 ,step3,step4 에서도 마찬가지로 2장씩 같은 극으로 여자되어 회전자의 극이 그 중간의 위치에서 정지하면서 회전하게 된다. 또한 2상 여자는 1상 여자와 비교해서 2 배의 전류가 흐른다. 그러나 코일의 2상이 여자되어 있으므로 1상 여자에 비하면 정지상의 오버슈터나 언더슈터가 작고 과도 특성이 좋아진다.
6.2.1.3 4상 motor 의 1-2 상 여자동작
그림 6.5 의 1-2 상 여자는 전술한 1상 여자와 2상 여자가 교대로 반복하는 것이다.
따라서 회전자는 step 마다 45o 회전한다. 즉 step 각은 maker 가 표시하는 각도의 1/2 가 된다. 1-2상 여자는 1상 여자와 2상 여자의 특성을 같고 있으므로 step rate는 배가 된다.
그림 6.5 유니폴러 구동 1-2상 여자 |
6.2.2 bipolar 구동
Stepping motor 의 구동으로는 전술한 것과 같은 간단한 구성으로 끝나는 unipolar구동외에, 회로는 복잡하지만 저속 영역 에서의 torque 를 개선하는 bipolar 구동이라는 방법이 있다. 이 bipolar 구동은 motor 의 coil 에 교대로 전류를 흘리도록 드라이브한다. 그림 6.6 은 브리지 형이라고 불리우는 bipolar 구동 회로를 나타낸다.
내용 | 스텝각 | 입력 | 특 징 | 입력펄스와 각상 전류의 관계 | |
바 이 폴 러 1 상 여 자 |
항상 1조(2상)의 상에만 전류를 흘리는 방식(전류 방향은 교대로 변화한다) | θ (폴 스텝) |
P | 4상 권선의 2상(1상)만이 여자되는 방식으로 각도 정확도가 좋다. 전원이 작은 것으로 좋지만 2가닥의 권선이 직렬로 접속되므로 2배의 전압을 필요로 한다. (바이폴러 드라이브 공통의 특징) 다만, 전 코일의 1/2밖에 사용하고 있지 않으므로 이용효율이 나빠 바이폴러 드라이브에는 이용되지 않는다. | |
바 이 폴 러 2 상 여 자 |
항상 2조의 상에 직류를 흘리는 방식(전류의 방향은 교대로 변화한다) | θ (폴 스텝) |
2P | 4상 권선의 모두가 여자되는 방식으로 덤핑특성이 좋다. 유니폴러 드라이브에 비교해서 저속시의 토크 특성이 우수하지만 고속이 되면 코일이 직렬로 접속되어 있기 때문에 L이 크고 시상수가 길며, 반대로 토크가 낮아지는 결점도 있다. 코일의 이용율이 가장 높다. | |
바 이 폴 러 1-2 상 여 자 |
1조의 상과 2조의 상을 교대로 전류를 흘리는 방식(전류 방향은 교대로 변화한다) | θ2 (하프 스텝) |
1.5P | 4상 권선 중 여자가 교대로 여자되는 방식으로 바이폴러 1상, 2상 여자의 중간 특징을 갖고 있다. 스텝각은 1/2이 된다. 유니폴러 드라이브에 비교해서 복잡한 제어회로를 필요로 한다. |
회로에서처럼 unipolar 구동과 비교하여 2배의 transistor를 필요로 한다. 또 motor의 코일을 감는 방법도 다르고 2 가닥의 coil을 같은 방향으로 겹쳐 감아 단자만을 별개로 빼내는 구조가 이용되고 있다. 이중 1가닥의 wire를 연속적으로 감은 것은 모터 파일러 감기라고 부르고 2가닥을 동시에 겹쳐 감은 것은 바이 파일러 감기라고 하는데 그림 6.7과 같이 바이 파일러 감기쪽이 2가닥의 coil 의 인덕턴스가 동등하게 되므로,결과적으로 위치 결정 정확도가 좋아진다는 특징이 있다. 이 bipolar 구동에도 1상 여자와 2상 여자 있는데, bipolar 1상여자는 효율면에서 사용되는 일이 적고, 2상 여자와 1-2상 여자가 주류이다. 그리고,여자 방식에의한 step 각의 차이에서 2상 여자를 풀 스텝 구동, 1-2상 여자를하프 스텝 구동이라고 부르고 있다.
표 6.2 에 바이폴러 구동 방식의 특징을 나타낸다.
6.2.2.1 바이폴러 풀 스텝 구동
그림 6.8에 bipolar step 구동의 여자 시퀀스와 회전자의 동작을 나타낸다. 이 방법은 항상 모든 coil에 전류를 흘리는 것이지만,시퀀스 그림의 윗 절반은 A' -> A,A ->A'의 방향으로 전류를 흘리는 것처럼 표현하고 있다. 물론 B coil 쪽도 마찬가지이다.
그림 6.8 바이폴러 풀 스텝 구동 |
스테핑 모터를 여자하려면 구동법에 따라 유니폴라 바이폴라 크게 두가지로 나눈다. 여기서는 그 중 유니폴라 구동법을 범용 IC, 전용 IC, PC를 이용한 구동법 세가지로 나누어 알아본다.
스테핑 모터에는 상의 여자 방식에 의해 몇가지 종류와 여자 시퀀스의 조합이 있다. 그리고 각각의 모터는 미리 설정한 여자 방식에 따른 순서로 전류를 흘리 도록 제어를 해야한다.
모터를 여자하는 시퀀스 회로는 범용 로직 IC로 구성할 수 있는데 종래는 여자의 시퀀스를 만드는데 RS 플립 플롭, JK 플립 플롭, NAND 게이트 등으로 구성되는 일도 있었지만 일반적으로는 상 시프트에 편리한 시프트 레지스터를 이용하여 간단히 구성할 수 있다. 우선, 4비트 쌍방향 시프트 레지스터 74194를 사용한 4상모터의 2상 여자 회로예를 아래 그림 8-1에 나타냈다.
그림 8.1 시프트 레지스터를 사용한 2상 여자 구동회로 |
이 회로는 전원 ON시에 병렬 입력 2 비트 ( A , B )에 "H"를 로드하고 펄스 발생 회로로부터 펄스가 들어올 때마다 라이트나 레프트 ( CW 나 CCW )에 시프트한다. 펄스 회로는 모터를 돌리는 속도를 결정하기 위한 펄스열을 여기에 추가하는 셈이다. 또, 1비트(A)를 "H"에 나머지 비트 (B,C,D)를 "L"에 로드하도록 구성하면 1상 여자 회로가 된다.
동작 설명 : 전원 on시에 콘덴서 10 uF로 충전한는 사이 S0 , S1을 "H"로 되고 양쪽 "H"일때 약간 뒤진 클럭에 의해 A - D 의 입력 데이터가 내부 플립 플롭에 세트 된다. 쌍 방향 시프트 레지스터 74194의 QA를 SL에 QD를 SR에 접속하고 있기 때문에 펄스가 들어갈 때마다 2 비트의 "H"데이터는 오른쪽이나 왼쪽으로 (CW 나 CCW) 계속해서 빙빙 돈다. 1상 여자로 하려면 74194의 A입력을 Vcc,B,C,D 입력을 GND로 떨어지게 하면 된다.
다음은 1-2상 여자회로의 예를 그림 8.2에 나타냈다.
그림 8.2 시프트 레지스터를 사용한 1-2상 여자 구동회로 |
이 회로는 8비트 쌍방향 시프트 레지스터 74198을 사용하고 있다. 그리고 2상 여자의 경우와 마찬가지로 전원 ON시에 병렬 입력 3비트 (A,B,C)를 "H"에 로드하고 라이트가 레프트(CW 이든가 CCW)에 시프트한다.
또, 4비트(A,B,C,D)를 "H"에 로드하도록 구성하면 2상여자 회로가 된다. 또한, 이 회로는 8비트 시프트 레지스터를 사용하고 있으므로, 출력은 1비트 간격 ( QA, QC, QE, QG )으로 취하고 1펄스 입력으로 1 시프트가 된다.
동작설명 : 전원 ON시에 콘덴서 10uF로 충전하는 동안 S0, S1은 "H"로 되고 양쪽 "H"일 때에 약간 뒤진 클럭에 의해 A - H 의 입력 데이터가 플립 플롭에 세트된다. 쌍방향 시프트 레지스터 74198의 QA를 SL에 QH를 SR에 접속하고 있기 때문에 부펄스가 들어갈 때마다 3비트의 "H"데이터는 오른쪽이나 왼쪽으로 (CW 나 CCW) 계속해서 빙빙돈다. 8비트 출력 중 하나 건너 출력에 접속되어 있기 때문에 1출력이 "H"인 경우와 2출력이 "H"인 경우를 교대로 반복한다. D입력 "H"로 하면 2펄스로 1상 시프트의 2상 여자로 된다.
스테핑 모터의 상여자를 하는 전용의 IC가 여러 회사에서 발매되고 있다. 대개는 비슷한 기능을 가지고 있는데 그 주요한것을 표 8.1에 나타냈다. 여기서는 그중의 대표적으로 PMM 8713에 대해서 알아본다.
표 8.1 상여자 구동용 IC의 예 |
8.2.1 PMM 8713 의 사용법
PMM 8713 은 일반의 3상,4상 스테핑 모터를 콘트롤하는 IC이다. 그림 8.3이 IC 핀 접속이다.
그림 8.3 PMM 8713의 구성 | |
이 IC는 C-MOS이며 4-18V의 광범위한 전원으로 사용할 수 있다.
표 8.2에 든 것과 같이 3상 모터인가 4상 모터인가, 또한 1상 여자인가 2상여자, 1-2상 여자인가를 ㄖc와 EA,EB 입력으로 설정할 수 있다. 또, 펄스의 입력 방법도 방향별 펄스 입력과 펄스 입력 + 방향 입력의 어느 쪽으로도 대응할 수 있다.
그 입력 설정 방법을 그림 8.4에 나타낸다.
그림 8.4 펄스입력의 방법 | |
그림 8.5 1-2상 여자방식의 구동회로 |
PMM8713의 응용 회로로서 4상 모터, 1-2상 여자 방식의 예를 그림 8.5에 나타낸다. 방향별 펄스 입력 회로로 사용하는 경우는, 각 입력은 플러스 논리이므로 펄스 발생기가 마이너스 출력 논리일 때는 역방향으로는 회전하지 않는다. 따라서 입력쪽에 인버터를 넣어 플러스 논리로 변환할 필요가 있다.
각 상의 출력 전류는 20mA 까지 흘릴 수 있으므로, 일반적으로는 구동 트랜지스터를 직접 구동할 수 있다. 또, CO와 EM은 입력 펄스의 확인과 여자 모니터로서 사용한다.
PC와의 인터페이싱이라 하면, PC의 슬롯(SLOT)를 외부 기기와 결합하여 PC의 기능을 보다 폭 넓게 사용함을 말한다. 즉 슬롯에서 나오는 신호를 외부 소자와 결합하여 원하는 기능을 만드는 것이다. 예를 들면 ROM WRITER,음악기구(MIDI),AD 콘버터,당구장 전산시스템등 이루말할 수 없이 그 활용 예가 무척 광범위 하다.
여기서는 그 중 가장 기본이되는 PC의 신호선과 8255 CHIP에 대해 알아본다.
8.3.1 PC 슬롯 구조
그럼 먼저 사용하게 될 핀 번호의 명칭및 기능을 알아본다.
RESET DRV : 출력전용선으로 시스템에 전원에 들어오는 동안 HIGH상태이다. 버스에 붙어 있는 인터페이스 로직이나 I/O장치들이 시스템에 의하여 조작 되기전에 전원이 정상상태임을 알려준다.
AO - A19 : 어드레스 신호는 A0-A19까지는 출력 전용선으로서 시스템 메모리나 I/O의 어드레스 시스템버스로 사용된다. 그러나 I/O명령기간 동안에 읽기나 쓰기 타이밍에서는 pc의 경우 A0-A9까지만 사용된다. 또한 이 I/O 어드레스중에는 이미 pc설계시에 사용되는 부분이 많기 때문에 새로운 I/O 로직설계때에는 그러한 어드레스를 피해서 설계해야 한다.
본 제작물에는 3E0H에서 3E3H까지의 어드레스를 사용한다.
D0 - D7 : 입출력 양방향성으로서 CPU 와 메모리간의 I/O 데이타 전송에 쓰이는 데이타라인이다. 단, DMA(Direct Memory Access) 기간 동안에는 직접 메모리와 I/O간의 데이타 전송에 쓰인다.
IOR : 이 신호는 8288이라는 버스 콘트롤러로부터의 출력전용선이다. 이것은 현재 CPU에서 출발하는 버스 사이클이 I/O포트 읽기 사이클이고 어드레스버스에 있는 어드레스가 I/O포트의 어드레스임을 나타낸다.
IRW : IOR과 동일하나 I/O포트 쓰기 사이클이라는 점만 다르다.
AEN: 이 신호선은 DMA제어회로로 부터의 출력전용선이다. 즉, DMA사이클이 진행중이므로 CPU의 어드레스 데이타 제어 신호들이 금지된다. 결국 I/O포트에 어드레스를 주어서 DMA 사이클 동안에는 메모리 어드레스를 I/O 포트의 어드레스를 사용하지 않도록 해준다. 따라서 이 선을 이용하여 I/O포트가 HIGH 상태이면 지금 만드는 8255 로직 또한 디스에블 (disable) 시켜야 한다.
8.3.2 8255의 구성
이 8255는 8080모델의 페밀리로서 입 출력 포트가 3개로서 일반적으로 I/O포트용 으로서 널리 사용된다. 그 주요 신호선은 다음과 같다. __ CS : 입력선으로서 로우가 입력되면 8255와 CPU간의 통신이 가능하게 된다. __ RD : 입력선으로서 로우가 입력되면 8255로 하여금 CPU 로 데이타나 기타의 상태를 보낼 수있다. __ __ WR : RD와 같으며 데이타나 콘트롤워드를 CPU로부터 8255로 보내며 로우시 작동된다. __ __ A0-A1 : RD와 WR의 입력이 합쳐져서 3개의 포트나 콘트롤 레지스터 중 하나를 선택할 수 있는 입력선이다. RESET : 이 입력이 하이라면 3개의 포트와 콘트롤 레지스터의 모든 값이 클리어 된다. | |
그림 8.8 8255 CHIP |
8255는 3가지 동작 모드를 기지고 있는데 이 모드의 선택은 A0, A1에 1,1을 입력 하여 써 넣는 내용이 콘트롤 워드 레지스터임을 밝힌 다음에 절절한 코드를 입력하므로 결정된다.
여기서는 모드 1,2의 사용을 피하고 모드0에서 대해서 살펴본다. 모드 0에서는 기본적인 I/O가 가능한데 이 때 포트 A,B,C는 입력이 아니면 출력중의 하나로 결정되어 (콘트롤 워드에 의함) 아래 그림 8.9와 같다.
A0 | A1 | |
포 트 A | 0 | 0 |
포 트 B | 1 | 0 |
포 트 C | 0 | 1 |
콘 트 롤 | 1 | 1 |
먼저 콘트롤 워드를 설정하려면 CS=0, RD=1, WR=0, RESET=0 이고 A0=1, A1=1 이어야 한다. 여기서 모드 0을 선택하므로 D7=0, D6, D5, D2=0로 놓고 그 다음의 나머지 비트를 설정하기 나름인데 A, B, C 세 포트를 모드 출력으로 세트 한다면 D4=0, D3=0, D1=0, D0=0 로 세트하면 된다.
8.3.3 INTERFACE 제작
mode 0 은 제어신호가 없는 입출력 port
mode 1 은 제어신호가 있는 입출력 port
mode 2 는 제어신호가 있는 쌍방향 입출력 port를 각각 나타낸다.
또한 74LS688(74LS521)은 8bit equal-to comparator로써 q의 status와 P의 status가 같을 때, 즉 P7P6P5P4P3P2P1 P0(A9A8A7A6A5A4 A3A2)가 1 1 1 1 1 0 0 0 가 되면 단자 19에 low level이 되어서 8255와 MPU간의 통신을 가능하게 하여 준다.
a) 1 상 여자 방식
100 REM 1상 여자 방식에 의한 110 REM 스텝 모터의 구동 120 REM 130 OUT &H3E3, &H80 140 OUT &H3E0, &H1 150 GOSUB 300 160 OUT &H3E0, &H2 170 GOSUB 300 180 OUT &H3E0, &H4 190 GOSUB 300 200 OUT &H3E0, &H8 210 GOSUB 300 220 GOTO 140 230 END 300 REM 시간 지연 310 FOR I = 1 TO 2000: NEXT I 320 RETURN |
b) 2 상 여자 방식
100 REM 2 상 여자 방식에 의한 110 REM 스텝 모터의 구동 120 REM 130 OUT &H3E3, &H80 140 OUT &H3E0, &H3 150 GOSUB 300 160 OUT &H3E0, &H6 170 GOSUB 300 180 OUT &H3E0, &HC 190 GOSUB 300 200 OUT &H3E0, &H9 210 GOSUB 300 220 GOTO 140 230 END 300 REM 시간 지연 310 FOR I = 1 TO 2000 : NEXT I 320 RETURN |
c) 1 - 2 상 여자 방식
100 REM 2 상 여자 방식에 의한 110 REM 여자 방식 120 REM 130 OUT &H3E0, &H1 140 GOSUB 300 150 OUT &H3E0, &H3 160 GOSUB 300 170 OUT &H3E0, &H2 180 GOSUB 300 190 OUT &H3E0, &H6 200 GOSUB 300 210 OUT &H3E0, &H4 220 GOSUB 300 230 OUT &H3E0, &HC 240 GOSUB 300 250 OUT &H3E0, &H8 260 GOSUB 300 270 OUT &H3E0, &H9 280 GOSUB 300 290 GOTO 120 300 REM 시간 지연 310 FOR I=1 TO 2000:NEXT I 320 RETURN |
Stepping motor에서는 다른 motor에서는 사용되지 않는 특수 용어가 몇 가지 있는데 간단히 설명하면 아래와 같다.
a) 정지 최대 토크 ( holding torque )
각 상에 정격 전류를 흘리고, motor 축에 외력에 의한 각도 변화를 주었을 때 발생하는 최대의 torque를 말하며, 이 torque보다 작은 외력일 경우는, 외력을 떼면 motor 축은 원래의 정지 위치로 되돌아 간다.
b) 자기동 영역
외부에서 주어진 신호로 동기에서 기동,정지할 경우 stepping motor의 응답 가능한 영역
c) 최대 기동 토크 ( maximum running torque )
Stepping motor가 움직일 수 있는 최대의 torque 를 말하며, 일반적으로는 10 pps의 주파수로 모터를 구동 시켰을 때의 값으로 정의 되고있다.
d) 최대 자기동 주파수 ( maximum starting pulse rate )
무부하 상태에서 motor의 회전이 입력 pulse 수와 완전히 1대 1로 대응해서 기동하는 최대 주파수를 말한다.
e) 스타팅 특성 ( starting characteristic )
Motor의 회전이 입력 pulse와 완전히 1대 1로 대응해서 기동할 수 있는, motor의 최대 발생 torque와 입력 펄스와의 관계를 가르킨다. 풀인 토크(pull in torque)라고 표현하는 경우도 있다.
f) 스루 영역
자기동 영역을 넘어서 주파수를 서서히 올릴 경우, 또는 부하 torque를 서서히 가할 경우 stepping motor가 동기를 이탈하지 않고 응답 가능한 영역
g) 스루잉 특성 (slewing characteristic )
스타팅 특성의 범위 내에서 기동시킨 motor 를, 입력 pulse의 주파수를 서서히 증가시켰을 경우 motor의 회전이 입력 pulse와 1대 1로 대응할 수 있는, 최대 발생 torque와 입력 pulse의 관계를 가르킨다. 풀 아우트 토크(pull out torque)라고 표현하는 경우도 있다.
h) 최대 연속 응답 주파수 (maximum slewing pulse rate )
무부하 상태로 slewing 특성으로 들어간 motor를 입력 pulse와 1대 1로 대응해서 회전시킬 수 있는 최대의 입력 주파수를 가리킨다.
i) pps ( pluse per second )
일반 motor의 회전 속도는 1 분간당 회전수 ( rpm ) 를 나타내는데, stepping motor의 경우는 회전수보다 입력 pulse의 주파수로 나타내는 일이 많고 이것을 pulse rate 혹은 스테핑 rate라고 한다.
j) 탈조 ( 脫調 )
스타팅 특성 또는 slewing 특성을 벗어난 주파수의 pulse를 주었을 경우, motor는 회전이 불규칙하게 하거나 정지하게 한다. 이 상태를 탈조라고 한다.
k) 풀인 토크 : 동기 인출 토크, 자기동 영역에서 기동할 때 발생하는 torque
풀아웃 토크 : 자기동 영역을 넘어서 주파수를 서서히 올릴경우, 또는 부하 torque를 증가시킬 경우 stepping motor가 동기를 이탈하지 않고 발생하는 torque
l) 스텝 각도(step angle)
입력 신호 1 펄스에 대응하는 모터 축의 회전 각도
m) 무여자 유지 토크(detent torque)
마그네트 로터형 stepping motor(PM형 motor)에서는 무여자인 경우에도 자기 흡인력이 작용하여, 모터 축 위치를 유지하려는 힘이 작용한다. 이것은 모터의 축에 외부에서 회전 토크를 가해, 강제적으로 각도 변화를 부여하므로 발생하는 토크
n) 세트링 타임(settling time)
Stepping motor에 최종 펄스 신호를 입력시키고 나서, 로터가 정지하기까지의 감쇄 진동 시간을 말하며, stepping motor에서는 이 시간이 짧고, 또한 진폭이 작은 것이 요구된다.
o) 각도 정밀도(step angle accuracy)
Stepping motor의 회전 각도의 정확도를 나타내는 것으로, 이것에는 정지 각도
오차와 스텝 각도 오차, 그리고 히스테리시스 오차가 있다.
p) 온도 상승값(temperature rise)
Stepping motor를 정해진 여자기법으로 여자하고, 모터를 정지한 상태에서 측정한 경우의 온도 상승값을 나타낸다. 또 이 경우 1상만 여자하며, 또한 그 측정법은 일반적으로 저항법을 이용한다.
1) 上田次男 外, 센서 인터페이싱-2, 機電硏究社,( p.219 - 254 ),1986.
2) 도서출판 세운 편집부, 마이컴 계측 제어 활용법, 도서출판 세운(p.159-170),1988
3) 장세교, 제어용 전동기, 도서출판 산문사, 1988.
4) 도서 출판 세운 편집부, stepping motor의 제어 회로 설계, 도서 출판 세운,1988.
5) 월간 전자 과학사, 전자과학, 8, 1990.
6) 김응묵, 박선호 편역, 모터 회전의 회로기술, 도서출판 세화, 1988.
7) 동일 출판사 편집부, 메커트로닉스 기초 강좌 5(로보트 II), 동일 출판사, 1989.
문제
1. stepping motor는 pulse신호의 지령에 의해 일정 회전 각도만큼 도는 motor로 (pulse motor) 라고도 한다. stepping motor 는 ( 저 ) torque, ( 저 ) 회전 속도 이기는 하나 ( 구동 ) 회로가 간단하며 ( 회전 검출기 )가 필요 없고 소정의 회전 각도를 정확히 실현 할수 있다는 것과 구조가 단순해서 ( 보수 )가 용이하는 것 등으로 널리 제어에 이용되고 있다.
2. 스텝 모타는 그 구조에 따라 ( PM )형 ( VR )형 및 ( 복합형 )으로 나눌 수가 잇다.
3. stepping motor의 구동 방식에는 전류가 항상 한방향으로 흐르는 ( unipolar )구동과 코일의 양방향으로 전류를 흘리는 ( bipolar ) 구동 방식이 있다. ( bipolar ) 구동 방식은 ( unipolar ) 구동 방식보다 2 배의 여자 torque가 얻어지고 효율도 좋으나 외부 회로가 비교적 복잡하여 일반적으로 ( unipolar ) 구동 방식이 많이 쓰인다.
4. 또한 여자 방식에 따라 1 상, ( 1-2 상 ), ( 2 상 ) 구동이 있다.
5. 여자 방시에 따른 각각의 구동 방식의 특성을 간단히 적으라.
1 상 구동 : 1 step 마다의 각 정밀도가 높다.
1-2 상 구동 : 1 펄스당 회전각이 2 배 안전성이 많기 때문에 회전이 부드럽다.
2 상 구동 : 큰 holding torque와 큰 출력이 얻어진다.
6. stepping motor는 다른 motor에 비해 정지시 매우 큰 ( 정지 torque )가 있기 때문에 전자 브레이크 등의 유지 기구를 필요로 하지 않는다.
또한 회전 속도도 stepping motor에 부여하는 ( pulse rate ) 에 비례하므로 임의로 제어할 수 있다.
7. stepping motor가 micom 관련 주변 장치에서 사용되는 곳을 아는 데로 적으라.
serial printer의 종이 보내기 제어
printer head의 인자 위치 제어
X-Y plotter의 pin 위치 제어
플로피 disk의 헤드 위치 제어
8.stepping motor의 장단점을 적으라.
장 점 |
단 점 |
① 회전각 오차가 스텝마다 누적되지 않는다. ② 회전각을 검출하기 위한 feedback이 불필요 하므로 제어계가 간단해진다. ③ 슬리브 부분이 없으므로 brush 교환과 같은 보수가 필요없다. |
① 어느 주파수에서 진동 공진 현상이 발생 하기 쉽고 관성이 있는 부하에 약하다. ②고속 운전시 탈조하기 쉽다. |
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첫댓글 스테핑 모터 제어관련 지식 추가
http://cafe.naver.com/carroty/94986