정덕환님의 글
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감사합니다.
Stepping motor와 Servo motor의 차이점과 적용의 예 등을 알고자 합니다.
그리고 한 기기안에서 각각 1개씩 설치하여 제어 할때 충돌의 가능성이나, 제어의 불안정이 생길 수 있는 것인지 등을 알려 주셨으면 합니다.
수고하십시요.

----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까?

이 질문은 이미 예전에 올라온 질문과 상당히 비슷하군요. 우선 그때의 답변을 인용하겠습니다.
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[신윤섭 기술사님의 답변]
서모모터나 스테핑모터 모두 자동화기기에 널리 사용되는 모터입니다.
자동화기기에 적용되는 모터에 기본적으로 요구되는 항목이 무엇일까요?
입력신호에 대한 빠른 응답성과 회전속도와 회전각도의 자유로운 제어입니다.
로봇을 예를 들어 이것이 기본적으로 가능해야만 로봇팔의 이동속도와 위치제어가 가능하겠지요.

서보모터의 속도와 위치를 제어하기 위해서는 현재의 위치값(각변위)과 속도를 피드백시켜 줘야하므로 폐루프(Closed loop)를 구성해줘야 합니다.
이때 속도와 위치값은 엔코더(encoder)나 타코제너레이터(Tacho generater)에 의합니다.
반면에 스테핑모터는 외부에서의 입력신호에 의해 개루프(Open loop)제어가 가능하므로 구동시스템이 비교적 단순하고 저렴하게 구성됩니다.
입력펄스 신호로 여자상태가 변화할때 마다 일정한 각도만큼 회전하고 여자상태가 변화하지 않으면 일정위치를 유지하여 정지하는 모터입니다.

기타 모터의 구조나 선정방법,제어방법등을 공부하시려면 책을 찾아보세요.
서보모터나 스테핑모터와 관련된 책은 국내에도 많이 있습니다.
제 개인적으로는 도서출판 세운이나 기전연구사의 책을 권할만하군요.

다음은 저의 답변입니다.

1. 구조

stepping motor의 경우 고정자인 코일이 만드는 相數와 회전자인 로터의 齒數의 조합에의해 기본 특성이 결정됩니다. 물론 로터는 기어와같이 齒를 지닌 구조입니다.
코일의 경우 보통 2상과 5상이 있으며 2상의 경우 rotor의 齒數가 50매인경우 기본 스텝각은 1.8도이고, 5상의 경우 rotor의 치수가 50매인 경우 기본스텝각이 0.72도, 100매인경우 0.36도의 분해능을 지닙니다.

그러므로 상수(相數)와 로터의 치수(齒數)가 클수록 분해능이 우수하고, 진동소음 특성 및 응답성이 우수합니다.스테핑모터의 경우 드라이빙 유닛(Driver)가 필요하고 코일의 각相에 펄스 전력을 차례로 인가하여 로터가 이에따라 회전하게 만드는 방법에의해 모터를 구동합니다.

servo motor의 경우 DC servo와 AC servo가 있으며 DC(직류) 서보의 경우 고정자인 영구자석이 발생시키는 자계 안에서 회전자인 전기자를 놓고 전기자에 전류를 흘림으로써 토크(Torque)를 발생시킵니다.
반면 AC(교류) 서보모터의 경우 보통 회전자인 로터에 영구자석을 사용하고 고정자인 스테이터에 코일을 사용합니다.
즉, AC서보모터 와 DC 서보모터의 회전자와 고정자의 구조가 정반대 입니다.

2. stepping motor 와 DC/AC servo motor의 공통 특성

2.1 정회전과 역회전이 자유롭다.
2.2 속도 가변이 용이하다.
2.3 빈번한 기동,정지가 가능하다.
2.4 속도방향 변경이 용이하다.
2.5 정지위치에서 Holding특성이 있다.

3. 차이점

stepping motor의 경우 흔히 feedback 요소가 없는 open loop control에 주로 사용 되고, servo motor의 경우 엔코더에 의해 위치를, 타코에 의해 속도를 feedback하여 closed loop control에 주로 사용됩니다.
또한 감속기 문제에 있어서 stepping motor는 감속기 부착 type도 있지만 보통은 부착하지 않는경우가 많으나 servo motor의 경우 하모닉드라이브형태로 부착되는 경우가 많습니다.

stepping motor의 경우 보통 1200rpm까지 사용하며 그 이상의 회전수영역에서는 servo motor를 사용합니다.

아울러 stepping motor에 있어서 1회전 500분할 이상이 필요할 경우 스텝각 0.72도를 적용하며, 과부하시 탈조현상이 있으므로 토크에 제한이 있습니다.
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그리고 한 기기안에 2개를 동시에 설치하여 운영시에 충돌의 가능성이나 제어의 불안정성은 크게 없다고 사료됩니다. 우선 서보모터의 경우 피드백제어(closed loop control)를 행하고 스테핑 모터의 경우 open loop control을 행하므로 그 제어 방식이 상이하고, 서보모터 제어의 불안정성은 PID 콘트롤러의 게인값을 적절히 선정하면 큰 문제는 없을 것입니다.

우선 기본적인 제어방법을 습득한 후 각각의 장단점을 살려 시스템을 설계하시기 바랍니다.

도움이 되었으면 합니다.
감사합니다.