[응용공학실험] 랩뷰를 이용한 서보모터 제어 보고서

1. 실험 목적
LabVIEW를 사용하여 PC, DAQ보드, 서보 모터로 구성되어 있는 시스템을 제어한다. 디지털과 아날로그 신호 사이의 변환을 이해하고 모터의 제어 과정을 분석한다. 데이터의 입출력을 통해 비례이득, 미분이득, 적분이득을 단계적으로 변화시키며 모터의 응답 특성을 파악하고 이를 그래프로 나타내어 일정 기준 입력에 대해 이득에 따라 다른 특성을 보이는 것을 확인한다.

2. 배경 이론
1) 폐루프 피드백 제어 시스템
실험에서 다룬 시스템은 폐루프 피드백 제어 시스템으로 다음과 같다.

그림 1에서 Plant는 실험에서 사용된 서보 모터, Sensor는 Encoder이며 Interface는 DAQ보드이다. 컴퓨터에 전기신호인 기준명령을 입력하면 데이터는 Controller를 지난 후 Interface를 통해 아날로그 신호로 전환되어 Plant에 전달된다. Plant의 출력을 Sensor에서 측정하여 다시 Interface를 통해 전기 신호로 변환하여 Controller로 전달한다. 기준 입력과 비교해 발생한 오차를 다시 Controller로 보내 Plant로 전달하며 이를 반복한다. 이처럼 제어 결과가 한 바퀴 돌아서 다시 처음으로 돌아오는 제어계를 피드백 제어 시스템(Feedback Control System)이라 하며 피드백 제어 시스템은 폐루프(Closed loop)이다. 피드백이 없는 경우를 개루프(Open loop)라 한다.

2) PID 제어
PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어기는 비례-적분-미분 제어기라고도 하며 다음과 같다.

PID 제어기는 피드백 제어기의 형태를 가지고 있으며, 출력 값(Output)을 측정하여 설정 값(Setpoint)과 비교해 나온 오차(Error)를 이용하여 제어에 필요한 값을 계산하며 다음과 같은 처리과정을 통해 제어 명령을 계산한다.