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표제지
국문요약
목차
제1장 서론 13
제1.1절 연구의 배경 및 필요성 13
제1.2절 연구 목적과 범위 14
제2장 스텝모터의 개요 16
제2.1절 스텝모터 동작원리 및 특징 16
제2.2절 스텝모터의 종류 19
2.2.1. 가변 릴럭턴스형(Variable Reluctance Type) 19
2.2.2. 영구자석형(Permanent Magnetic Type) 20
2.2.3. 복합형(Hybrid Type) 20
제3장 스텝모터 특성 및 제어방법 22
제3.1절 스텝모터의 특성 22
3.1.1. 각도 오차 22
3.1.2. 주파수와 토크 관계 특성 23
3.1.3. 스텝모터 용어 설명 24
제3.2절 스텝모터 제어 방법 26
3.2.1. Linear 26
3.2.2. 지수함수 28
제4장 스텝모터 선정 실험 31
제4.1절 테스트 모터 종류 및 실험 방법 31
4.1.1. 테스트 모터 종류 31
4.1.2. 선정방법 35
제4.2절 모터 선정결과 38
4.2.1. 모터 선정결과표 38
4.2.2. 모터 선정 실험 결과분석 46
제5장 선정된 모터 최적화 실험 48
제5.1절 최적화 실험 방법 및 조건 48
5.1.1. 모터 최적화 실험 방법 48
5.1.2. 리니어 가감속 방법 51
5.1.3. 지수함수 가감속 방법 53
5.1.4. 최적화 실험 조건 및 목적 54
제5.2절 최적화 실험 결과 56
5.2.1. Vo가 100 일 때 결과 56
5.2.2. Vo가 50 일 때 결과 61
제6장 결론 68
참고문헌 71
Abstract 78
표 1. 고속모터와 저속모터의 특성 33
표 2. 테스트 모터 비교표 34
표 3. 600mA / 47ms 테스트 결과 38
표 4. 600mA / 45.9ms 테스트 결과 40
표 5. 500mA / 45.9ms 테스트 결과 42
표 6. 500mA / 47ms 테스트 결과 44
표 7. Vo＝100 일 때 실험 결과 (O : 정상작동 X : 탈조) 56
표 8. Vo＝50 일 때 실험 결과 (O : 정상작동 X : 탈조) 61
표 9. Vo에 따른 최소 N값 측정 실험 결과표 65
표 10. 리니어 가속 방법과 지수 함수 가속 방법 비교표 69
그림 1. 직선적 가감속 이용 방법 26
그림 2. 리니어 가속 프로파일과 스텝사이의 시간 차이 그래프 27
그림 3. 리니어 가속시 가속도와 시간의 관계 그래프 28
그림 4. 지수함수 속도 프로파일과 스텝사이의 시간 차이 그래프 30
그림 5. MOONS 모터 L0와 L9의 기동토크와 탈조토크 비교 33
그림 6. 6가지 상용 모터 결과 그래프 47
그림 7. 실험에 사용한 프린터 48
그림 8. 리니어 가감속시 시간에 따른 속도 변화 51
그림 9. 지수함수 가속 그래프 53
그림 10. N에 따른 타겟 속도에 도달하는 시간 54
그림 11. 리니어 V0＝100, N＝6 57
그림 12. 리니어 V0＝100, N＝8 57
그림 13. 지수 V0＝100, N＝8, τ＝10 58
그림 14. 지수 V0＝100, N＝10, τ＝10 58
그림 15. 리니어 V0＝50, N＝8 62
그림 16. 리니어 V0＝50, N＝10 62
그림 17. 지수 V0＝50, N＝8, τ＝10 63
그림 18. 지수 V0＝50, N＝10, τ＝10 63
그림 19. Vo에 따른 최소 N값 그래프 66
초록보기 더보기
여섯 개의 상용 스텝모터를 사용하여 스텝모터 속도제어 실험을 수행하였다. 각 모터의 속도를 일정 초기 속도에서 타겟 속도인 150 mm/s 까지 시간에 비례하도록 가속시켰다. 모터가 사용될 프린터에 탑재된 써멀 프린트헤드의 최대 속도가 약 152 mm/s 이기 때문에 모터의 최대속도를 150 mm/s 로 정했다. 이 실험의 목적은 몇 가지 조건하에서 최대속도에 빠르게 도달하는 모터를 선정하는 것이다. 모터에 공급되는 파워와, 권선 전류 감소시간 (파워 차단시간) 을 가변 시키면서 실험을 진행하였다.
파워는 모터 드라이버 칩 제조사가 권장하는 전류량 (0.6 mA) 과 그 보다 17% 낮은 0.5 mA 를 모터에 공급하여 실험을 수행하였다. 여섯 개의 모터 중에 어떤 모터가 최대속도에 낮은 파워로 도달할 수 있는지 알아보기 위한 실험이었다. 낮은 파워로 프린터를 작동시킬 수 있다면 가격이 낮은 전원 공급장치를 사용할 수 있기 때문에 이 같은 실험을 하게 되었다.
권선 전류 감소시간은 모터 드라이버 칩에 내장되어 있는 파워 트랜지스터를 차단하는데 걸리는 시간을 뜻한다. 권선 전류 감소시간은 드라이버 칩에 연결되어 있는 RC회로의 R값과 C값에 의해 정해진다. 제조사는 50 ㎲ 를 권장하지만, 52 ㎲ 를 사용해 보았다. 이는 52 ㎲ 에 상응하는 R과 C가 더 널리 사용 되어 지고 따라서 더 많이 제조되는 소자들이기 때문이다. 프린터 제조사의 관점에서는 자제수급이 더 원활한 소자를 사용하는 것이 여러 가지 면에서 유리하기 때문에 이 같은 조건을 선정하게 되었다.
실험결과 여섯 개 모터 중 세 개의 모터가 권선 전류 감소시간이 50 ㎲ (제조사 권장 사양)이고 낮은 전류를 공급했을 때 최대 속도에 도달하였다. 여섯 개 중 어떤 모터도 전류가 낮고 권선 전류 감소시간이 52 ㎲ 일 경우에 최대 속도에 도달하지 못 했다. 최대 속도에 도달한 세 개의 모터 중 가장 높은 속도에 도달한 모터를 선정하여 리니어 가속 방법과 지수함수 가속 방법을 분석하였다.
리니어 가속 방법은 모터의 속도를 미리 정해진 초기속도에서 시간에 비례해서 일정하게 속도를 최대속도까지 높이는 가속 방법이다. 하지만 이 방법은 모터가 처음 회전하기 시작할 때와 최대속도에 도달하였을 때 가속도의 불연속성 (discontinuity)을 유발한다. 이러한 불연속성은 모터에게 심한 부하를 안겨준다. 이러한 이유로 모터가 속도를 높일 때에는 직선보다는 지수함수에 가까운 형대로 가속하다가 최대속도 근방에서 점진적으로 안정화 될 것으로 추정된다. 지수함수 형태의 가속 방법이 프린터 펌웨어에 구현되었고 그 성능을 통상적인 리니어 방법과 비교하였다. 실제 모터의 속도 프로파일을 측정하기 위하여 가로줄을 주기적으로 감열지에 프린트하고 스캔하여 프린트된 가로줄간의 간격으로 모터속도를 예측하였다. 이렇게 측정된 모터속도의 기울기는 시뮬레이션 값보다 높은 것으로 나타났다.
리니어 가속 방법과 지수함수 가속 방법을 비교한 결과 모터의 초기속도에 따라 두 방법의 성능이 세 구간으로 나뉘어 지는 것으로 나타났다.
첫 번째 구간은 초기속도가 높은 구간이다 (Vo = 100 mm/s). 이 구간에서는 리니어 가속 방법이 지수함수 가속 방법보다 더 효과적인 것으로 나타났다. 리니어 방법이 사용될 경우 모터는 여섯 스텝 만에 최대속도에 도달하였다. 지수함수 방법의 경우 최대속도에 도달하기 위해 여덟 스텝이 필요하였다. 지수함수 방법으로 여섯 스텝 만에 최대속도에 도달하도록 모터를 작동시켰을 때 탈조를 유발하였다. 리니어 방법이 더 효과적으로 나타난 이유를 정확히 알기는 어렵다. 일반적으로 지수함수 방법의 최대 속도 기울기는 리니어 방법의 최대 속도 기울기보다 높다. 상기 설명된 가정에 의하면 리니어 방법의 모터속도 프로파일도 실제로는 지수함수에 가까운 것으로 추정된다. 따라서 지수함수 방법은 최대속도 기울기에 도달하였을 때 리니어 방법보다 더 많은 부하를 줄 것이고, 그 때문에 지수함수 방법으로 여섯 스텝 만에 최대속도에 도달하도록 모터를 작동시켰을 때 탈조를 유발되었다고 추정된다.
두 번째 구간은 모터의 초기속도가 아주 낮은 구간이다 (Vo = 10 mm/s). 이 구간에서는 지수함수 가속 방법이 더 효과적인 것으로 나타났다. 지수함수 방법으로 여덟 스텝 만에 모터가 최대속도에 도달했지만, 리니어 방법은 열 스텝을 필요로 하였다. 다시 말해, 지수함수 방법으로 더 빨리 최대속도에 도달할 수 있었다. 일반적으로 모터가 처음 회전할 때의 초기 속도 기울기는 지수함수 방법이 리니어 방법보다 더 낮다. 이러한 차이가 지수함수 방법이 더 효과적으로 나타난 이유라고 추정된다. 왜냐하면 아주 낮은 초기속도에서 짧은 시간 안에 최대속도까지 가속할 때, 높은 초기속도 기울기는 모터에게 더 많은 부하를 주기 때문이다. 따라서 초기속도가 일정 속도 미만일 경우 초기속도 기울기가 최대 속도 기울기보다 더 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.
세 번째 구간은 상기 두 구간의 중간 구간이다 (20 mm/s ≤ Vo ≤ 90 mm/s). 이 구간에서는 리니어와 지수함수 방법 모두 여덟 스텝 만에 최대속도에 도달하였고 두 방법 모두 여섯 스텝 만에 최대속도에 도달하지 못했다. 성능 면에서 두 방법의 차이가 없다는 점으로 미루어 볼 때 이 구간에서는 낮은 초기속도 기울기와 높은 최대속도 기울기 (i.e., 지수함수 가속 방법의 특징) 가 복합적으로 작용하여 서로 상호 보완하였고, 리니어 가속 방법의 낮은 최대속도 기울기와 높은 초기속도 기울기도 복합적으로 작용하였다고 추정된다. 이러한 이유로 이 구간에서는 두 방법의 성능 차이가 없게 나타난 것으로 보인다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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