아주대 기계공학응용실험 실험4 동역학 및 자동제어 응용실험

소개글

"아주대 기계공학응용실험 실험4 동역학 및 자동제어 응용실험"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 장치
4. 실험 방법
5. 실험 결과 및 고찰
6. 결 론
7. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
DC 모터와 아두이노를 이용하여 모터의 위치 제어 시스템을 만들고 PID 제어기를 이용해 모터의 각도를 제어함으로써 모터 제어 시스템의 동역학과 자동제어에 대해 이해하고 PID제어에서 P, I, D의 특징에 대해 분석한다. 또한 모터의 과도응답과 정상상태 응답을 분석한다.

2. 실험 이론
1) 모터
모터란 전기에너지를 운동에너지로 전환하는 장치를 의미한다. 이 때 반드시 전기에너지는 아닐 수도 있으며 리니어모터처럼 회전운동이 아닐 수도 있다. 모터는 크게 직류모터와 교류모터로 나뉘며 다시 그 안에서 세부적으로 나눠진다.

(1) 직류모터
직류모터는 Lorentz force에 의해 작동한다. 이는 전하가 전자기장 내에서 받는 힘을 의미하며    ×  이다. 힘의 방향은 플레밍의 왼손법칙을 이용해 알 수 있다. 직류모터에는 영구자석 또는 전자석으로 만들어진 자기장이 존재하고 전기자에 흐르는 전류에 의해 Lorentz force가 작용한다.1)
반대로 전기장 속에서 도선을 움직이면 전류가 흐르는데 이를 전자유도 현상이라고 하며 전류의 방향은 플레밍의 오른손법칙으로 알 수 있다. 이 때 발생하는 전압을 유도기전력이라 고 하며 발전기의 원리가 된다. 직류모터가 작동하는 중에도 유도기전력이 반대 방향으로 발생해 전기자에 흐르는 전류를 억제하는데 이를 역기전력이라고 한다.2)
속도 제어가 용이하다는 장점이 있지만 정류자와 브러쉬의마찰로 인한 유지보수 비용과 스파크 발생 위험이 존재한다. 이는 BLDC 모터를 채용하여 보완할 수 있지만 BLDC 모터는 별도의 구동회로가 필요하며 가격이 높다는 단점이 있다.3)

(2) 교류모터
교류모터는 교류전원을 이용하며 유도모터와 동기모터, 단상모터와 삼상모터 등으로 구분할 수 있다. 고정자에 교류전기가 흐르면 자계가 회전하여 회전자를 회전시키는데 이 때 회전자의 회전속도와 자계의 회전속도가 같으면 동기모터, 다르면 유도모터라고 한다.4)

(3) 모터의 제어
모터의 속도, 위치, 토크를 제어할 수 있다. 속도 제어는 가공기, 전기차, 드론, 위치 제어는 로봇 제어와 자율주행 조향 장치, 토크 제어는 로봇 제어와 인쇄기, 연속 생산 장비 등에 사용된다.

참고 자료

김응채 외, 모터의 테크놀로지(2015), 한진.