[기초] 엔코더 제어방식 및 구조

엔코더

서보모터의 회전방향을 포함한 회전속도 및 회전각도를 정확하게 알기 위한 검출기로서는,

광학식 엔코더, 자기식 엔코더, 리졸버 등이 일반적으로 사용되고 있습니다.

최근에는 광학식 엔코더가 주류로 제일 많이 사용되고 있습니다.

서보모터용 엔코더의 종류

엔코더의 검출 방식

인크리멘트 방식과 앱솔루트 방식

서보모터에는 엔코더가 장착되어 있습니다 이 엔코더는 모터 위치의 검출, 

모터 회전속도의 검출을 실시합니다.

엔코더에는, 인크리멘트 방식과 앱솔루트 방식의 2종류가 있어, 다음과 같은 특징이 있습니다.

엔코더의 구조

아래 그림에, 검출기로서 제일 많이 사용되고 있는 엔코더의 구조를 나타냅니다.

제어 방식

인버터, AC서보 제어 방식에는, 주로 아날로그 전압 등으로 모터의 회전속도를 제어하는 

속도제어, 간단한 리미트 스위치나 고정밀의 엔코더 등을 사용해 모터의 회전량을 제어하는 

위치제어, 서보모터에 흐르는 전류를 제어해 토크가 항상 어느 일정한값을 유지하도록 

제어하는 토크제어의 3방식이 있습니다.

-속도제어-

① 오픈루프 제어

범용 인버터 등과 같이, 속도의 피드백

이 없는 제어 방식입니다.

지령 방식은 아날로그 전압 지령으로 

컨베이어 반송 속도의 제어나 팬,

펌프의 풍량, 유량제어 등 많은용도에

사용됩니다. 

정격 토크에서의 슬립은 모터의 특성에 의하는데 약 3~5%정도의 속도 변동이 있습니다.

최근의 인버터는, 디지털 제어에 의해 내부에서속도 데이터를 설정하거나 디지털 지령

(펄스열, 패러넬 데이터, 통신)에 의해 지령을 설정하고 온도 드리프트의 영향을 받지 않게 

되었습니다. 또한, 어드밴스드 자속 벡터제어의 인버터 등 속도 변동율이 1%이하의 것도 

있습니다. 인버터의 경우, 대부분이 이 속도제어 방식에서 사용됩니다

② 클로즈드루프 제어

모터의 속도의 변동을 보상하기 위해서는,검출기를 설치 실제의 속도를 검출해 제어회로에 

피드백을걸어둡니다, 이 방식을 클로즈드 루프 제어라고 합니다.

검출기로서는, TG(타코제네레이터), 엔코더 등이 있는데 최근에는, 엔코더가 많이 사용

인버터나 서보 어느 쪽을 사용할지는 시스템의 요구에 대해 필요한 토크를 낼 수 있는지, 

또 속도제어 범위를 커버할 수 있을지 아닐지 여부로 기종을 선정합니다. 

속도제어 범위의 표현에서는, 175r/min~1750r/min(1 : 10~1 : 1000)등과 같이 표현합니다. 

또 클로즈드 루프 속도 지령을 아날로그

(전압 또는, 전류)를 이용하는데 이 외 ,펄스열을 입력하는 방식이나 

디지털 입력의 방식도 있습니다,

드로우 운전이나 전속 운전 등 정밀도가 높은 속도제어도 할 수 있습니다.

-위치제어-

모터 회전속도를 제어하면서, 거기다가 정지 위치를 목표로 하는 위치에 세우는 제어를 

위치제어라고 합니다. 정지 신호에 외부 센서 신호를 받아 들여 목표 위치에 세우는 간단한 

방식에서부터, 모터에 엔코더를 붙이고 고정밀의 위치결정을 실시하는 방식, 

또 항상 변동하는 정지 목표 위치에 추종이나 동기 하면서 위치결정을 실시하는 

고기능이 갖춘 것까지 많은 제어 방식이 있습니다.

① 오픈루프 제어

너무 높은 정지 정밀도를

필요로 하지 않는

용도에서는, 정지 목표 

위치의 앞에 감속

지령용의 리미트 스위치를

마련하여, 이 신호에 의해

모터가 감속 정지하는 방법입니다. 감속 포인트의 불균형이 정지 위치 정밀도를 좌우합니다. 

그리고 제일 간단한 염가의 방법입니다.

② 세미 클로즈드루프 제어

모터에 설치된 엔코더에서

 

피드백을실시합니다. 

예를 들어 서보앰프에 입력된

지령분만큼 서보모터가 

움직여 피드백이귀환됩니다.

이 때 입력된 지령량과 피드백

량의 차이는, 반드시“0”이 되도록 제어됩니다. 구성이 간단하고 응답도 거론되기 때문에

서보의 경우에는 이 방식이 일반적입니다.

③ 풀-클로즈드루프 제어

기계 측에 설치된 검출기(리니어 스케일, 엔코더 등)로부터 피드백하여 제어합니다.

검출기가 최종 기계단에 설치했기 때문에, 백래시나 기계계의 오차의 영향을 받지 않고 

고정밀의 위치결정 을 할 수가 있습니다. 하지만 반면, 기계 강성을 높여 둘 필요가 있습니다.

일부의 공작기계 등 고정밀의 제어의 경우에 사용되는 일이 있습니다.

-토크제어-

토크제어란, 모터가 내는 토크(전류)를 제어하는 것이어 토크제한과는 다릅니다. 

그러나 용도에 따라서는, 어디라도 사용 가능한 경우도 있기 때문에 시스템에 최적인 

방법을 선택합니다. 토크제어는, 토크 지령값에 대한 토크(전류)를 제어하므로, 

부하 토크가 작으면 자동적으로 속도는 상승하고, 크면 속도는 하강, 동일하면 토크는 어울려,

속도는 0, 즉 모터는 정지합니다. 요컨데 줄다리기와 같은 원리입니다.

이것에 대해 토크제한이란, 위치나 속도제어시에 필요 이상의 토크를 내면 기계 파손의 가능성

이 있는 경우나 기계를 눌러서 정지시키는 경우, 메카 록을 실시하고자 할 때에

토크 제한을 걸칩니다. 토크제어는, 모터에 흐르는 전류를 검출하여 제어할 필요가 있기 때문에

전류 검출을 실시하고 있는 벡터 인버터, 서보로 대응할 수가 있습니다.

① 오픈루프 제어

토크 정밀도를 그다지 필요로 하지 않는 권출(풀기), 권취(감기)축 등의 용도에 사용됩니다.

토크의 지령으로서는 아날로그 지령이 일반적입니다. 

이러한 제어의 경우에는, 온도에 의해 토크의 정밀도가 변화하는(온도 드리프트) 일이나 

기계의 로스 등도 고려해 둘 필요가 있습니다.

② 클로즈드루프 제어

장력의 정밀도가 요구되는 용도(종이, 필름 등)의 권출(감기), 권취(감기)축 등의 용도에 

사용됩니다. 실제의 제품에 걸리는 장력을 검출해 장력제어 장치에 피드백하는 방식입니다.