스텝모터(StepMotor) 제어 방식 비교 : 1상, 1-2상, 2상 여자 방식

제가 사용했던 스텝모터는 일반적으로 1상, 1-2상, 2상 여자방식으로 제어가 가능한 모터였습니다.

 

모터 전공이 아니라서, 다른 제어 방식이 가능한 스텝모터도 있는지는 잘 모르겠네요.

 

 

 

일반적인 스텝모터는 A, B, A', B' 상이 존재합니다.

 

소프트웨어 개발자 입장에서는 제어할 수 있는 포트가 4개뿐인 상황이죠.

 

포트제어와 타이머를 이용해서 Torque, PPS, 전력효율 등을 제어할 수 있습니다.

 

그리고 이 방식들을 여자방식이라고 알려져 있습니다.

 

 

 

크게 1상 여자방식, 1-2상 여자방식, 2상 여자방식과 이 3가지 방식을 많이 활용하는데 스텝모터의 데이터시트에 보면 레퍼런스 제어방식이 나와 있습니다.

 

재미있는 점은 1-2상 여자방식으로 제안되어 있어도, 1상 또는 2상 여자방식으로 활용해도 동작에는 무리 없습니다.

 

다만, 품질보증이 되는 것은 아니므로 양산을 하게 된다면 고려해야할 부분이겠네요.

 

이제 여자(제어)방식들에 대해 간략히 알아보겠습니다.

 

 

 

1상 여자방식

 

1상 여자방식은 아래의 표와 같이 하나의 Cycle을 구성합니다.

 

각 스텝(Step)마다 하나의 상에 '1'(또는 신호)을 인가합니다.

 

1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 1 -> 2 … 와 같이 포트 제어를 반복하면 CW 방향으로 동작합니다.

 

그리고

 

4 -> 3 -> 2 -> 1 -> 4 -> 3 …과 같이 포트 제어를 반복하면 CCW 방향을 동작합니다.

 

그리고 아래와 같은 특징들이 있습니다.

 

- 소비전력이 낮음

- 탈조하기 쉬움

 

한 Cycle을 동작하는데 4개의 신호만 필요하니, 소비전력이 낮고 힘이 부족해 탈조가 발생하기 쉬운 것은 당연한 특징같네요.

 

분류	1	2	3	4
A	1	0	0	0
B	0	1	0	0
A'	0	0	1	0
B'	0	0	0	1

 

 

 

2상 여자방식

 

2상 여자방식은 아래의 표와 같이 하나의 Cycle을 구성합니다.

 

각 스텝(Step)마다 두 개의 상에 '1'(또는 신호)을 인가합니다.

 

아래와 같은 특징들이 있습니다.

 

- 소비전력이 높음

- Torque가 강하고 탈조현상 적음

 

한 Cycle을 동작하는데 8개의 신호가 필요하여, 상대적으로 소비전력이 높지만 힘이 강하고 탈조현상이 적은 장점이 있습니다.

 

분류	1	2	3	4
A	1	0	0	1
B	1	1	0	0
A'	0	1	1	0
B'	0	0	1	1

 

 

 

1-2상 여자방식

 

1-2상 여자방식은 아래의 표와 같이 하나의 Cycle을 구성합니다.

 

 

다른 여자방식과 달리, 한 Cycle이 8 스텝으로 이루어져 있습니다.

 

각 스텝(Step)마다 신호를 주는 개수가 교차로 인가하고 있습니다.

 

아래와 같은 특징들이 있습니다.

 

- 중간 수준의 소비전력

- 중간 수준의 Torque 및 탈조 위험성

- 정밀한 각도 제어

 

이론적인 내용으로 접근해보면, 모든 것이 1상과 2상 여자방식의 중간 수준이 되겠네요.

 

분류	1	2	3	4	5	6	7	8
A	1	1	0	0	0	0	0	1
B	0	1	1	1	0	0	0	0
A'	0	0	0	1	1	1	0	0
B'	0	0	0	0	0	1	1	1

 

 

 

지금까지 여자 방식에 대한 이론 정리였습니다.

 

그런데, 실제 활용해보면 예상치 못한 변수들도 생깁니다.

 

특히, 1-2상 여자 방식이 그렇습니다.

 

한 Cycle이 다른 방식들에 비해 2배입니다.

 

그래서 같은 타이머 주기로 동작시키면 속도가 1/2배가 됩니다.

 

 

 

예를 들어, 360º를 회전하려면 1-2상은 다른 여자방식에 비해 2배 만큼의 스텝을 더 주어야 하기 때문이죠.

 

원하는 스펙대로 구현하려면 데이터시트 상의 PPS, Torque의 관계를 잘 파악해서 스텝모터를 선택해야 합니다.

 

대신, 1-2상 여자 방식은 정밀한 각도 제어가 가능한 장점은 있겠네요.

 

 

 

직접 실험해보진 않았지만 또 다른 의문점이 생겼네요.

 

이론적으로 1-2상의 전력소비가 중간 정도로 알려져 있습니다.

 

그런데, 똑같은 각도만큼 움직인다고 봤을 때, 각 여자방식마다 인가되는 신호 개수는 아래와 같습니다.

 

- 1상 여자방식 : 4개

- 2상 여자방식 : 8개

- 1-2상 여자방식 : 12개

 

입니다.

 

만약, 기준을 스텝이 아닌 제어하고자 하는 각도로 본다면 1-2상 여자방식이 결코 전력적으로 유리할 것 같진 않아보이네요.