모터 제어 이론 기초

모터는 단순히 “돌아가는 기계”처럼 보이지만, 실제로는 매우 정교한 제어가 필요한 시스템입니다.

 

특히 산업, 로봇, 전기차에서는 정확한 속도와 위치 제어가 필수이기 때문에, 이번 글에서는 모터 제어의 핵심 개념을 간단하게 정리해보겠습니다.

 

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1. 모터 제어의 목적 (3가지)

• 속도 제어 (Speed Control)
  → 원하는 RPM 유지
• 위치 제어 (Position Control)
  → 특정 각도/위치로 이동
• 토크 제어 (Torque Control)
  → 힘(출력)을 일정하게 유지

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2. 기본 원리 (왜 제어가 필요한가?)

모터는 입력 전압을 주면 돌아가지만, 아래와 같은 문제가 있습니다.

• 부하가 바뀌면 속도가 변함
• 전압만으로는 정밀 제어 불가능
• 외란(마찰, 하중)에 영향 받음

→  그래서 피드백 제어가 필요하게 됩니다.

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 3. 피드백 제어 구조

기본 구조는 아래와 같습니다.

1. 목표값 (예: 1000 RPM)
2. 현재값 측정 (엔코더)
3. 오차 계산
   → 오차 = 목표 - 현재
4. 제어기(PID)가 보정
5. 모터 입력 조정

이 과정을 계속 반복하면서 원하는 상태를 유지하게 됩니다.

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4. PID 제어 

모터 제어에서 가장 많이 쓰는 알고리즘이 PID 제어인데요.

PID는 아래와 같은 의미를 가집니다.

- P (비례 제어)

• 오차가 클수록 강하게 반응
• 빠르지만 overshoot 발생 가능

- I (적분 제어)

• 오차를 누적해서 제거
• steady-state error 해결

- D (미분 제어)

• 변화 속도를 보고 제어
• 진동 억제

실제 제어 입력: u(t) = Kp·e + Ki∫e dt + Kd(de/dt)

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5. 제어 방식 종류

🔸 Open Loop (개방 루프)

• 피드백 없음
• 구조 간단
• 정확도 낮음

👉 예: 단순 PWM 속도 조절

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🔸 Closed Loop (폐루프)

• 피드백 있음
• 정확도 높음
• 안정적

👉 산업용 대부분 사용

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6. 모터 종류에 따른 제어

- DC 모터

• 제어 쉬움
• 전압으로 속도 제어

- 스텝 모터

• 위치 제어에 강함
• 오픈루프도 가능

- BLDC 모터

• 효율 높음
• 전기차, 드론 사용

- 서보 모터

• 정밀 제어
• 내부에 PID 포함