서보모터의 게인을 높였을 때 진동이 커지는 이유는 무엇인가요?

Question

서보모터의 위치제어와 속도제어에서는 목표값에 빠르게 응답하도록 게인 값을 조정할 수 있습니다. 그런데 게인을 높인 뒤 응답 속도는 빨라졌지만 모터가 목표 위치 부근에서 진동하거나 정지 후에도 미세한 흔들림이 나타나는 경우가 있습니다. 게인과 제어 안정성은 어떤 관계가 있으며, 진동이 발생할 때 어떤 순서로 원인을 확인해야 하나요?

Answer 1

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

서보제어에서 게인은 목표값과 실제값의 오차에 대해 제어기가 얼마나 강하게 반응할지를 결정하는 요소입니다. 게인을 높이면 오차를 빠르게 줄여 응답성을 개선할 수 있지만, 기계 구조의 강성이나 부하 관성, 전달계의 공진 특성을 고려하지 않으면 과도한 보정이 반복되어 진동이나 오버슈트가 발생할 수 있습니다. 특히 커플링의 유격, 볼스크루의 백래시, 기계 프레임의 유연성 또는 공진 주파수가 존재하면 게인 조정만으로 문제를 해결하기 어려울 수 있습니다. 점검할 때는 먼저 기계적 체결과 축 정렬, 부하 상태 및 진동 발생 위치를 확인하고, 서보 드라이브의 알람 이력과 실제 위치 편차를 살펴봐야 합니다. 이후 제조사에서 제공하는 튜닝 기능과 설정 절차를 이용해 게인 및 필터를 조정하되, 한 번에 여러 설정을 바꾸지 않고 변경 전후의 응답과 진동을 비교하는 것이 좋습니다. 안전을 확보한 시험 조건에서 조정하고, 진동이 심하거나 기계적 이상이 의심되면 운전을 중단한 뒤 원인을 먼저 제거해야 합니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

서보모터 게인을 너무 높이면 목표 지점 근처에서 모터가 떨리기 시작합니다. 왜냐하면은 모터가 너무 예민해져서 제자리를 지나쳐 왔다갔다 하기 때문입니다. 그래서 속도는 빨라져도 제어 안정성이 확 떨어지게 됩니다. 따라서 게인은 무조건 높이지 말고 딱 맞게 조절해야 되겠죠.

그래서 이럴 때는 제일 먼저 게인 값을 살짝 낮춰 보면서 진동이 잡히는지 확인을 해 보세요. 왜냐하면은 수치만 조금 내린다고 해도 떨림이 금방 사라지는 경우가 많기 때문이죠. 그리고 기계 유격이나 공진의 문제도 함께 살펴봐야만, 모터가 떨리는것을 깔끔하게 잡으실 수 있으실 겁니다.

Answer 3

안녕하세요. 김경환 전기기사입니다.

서보모터의 게인을 높이게 되면 목표값에 빠르게 반응은 하지만 지나치게 높이게 되면 작은 오차에도 제어기가 과도하게 보정해 진동이 발생할 수 있습니다. 특히 위치, 속도 제어의 응답이 기계 구조의 고유진동수와 맞물리면 흔들림이 커질 수 있습니다. 진동이 발생하면 먼저 게인을 낮춰서 증상이 줄어드는지 확인을 하고, 이후 기계적 유격이나 커플링의 풀림, 부하의 공진, 엔코더 신호 이상 등을 점검해야 합니다. 필요하면 서보 드라이브의 노치필터나 진동 억게 기능을 적용할 수 있기도 합니다.