전압만으로 목표 속도가 나오는데 피드백이 필요할까?

센서가 있다고 폐루프가 되는 것은 아니다

개루프 제어는 측정 출력을 명령 결정에 되먹임하지 않습니다. 전압 유지는 한 예이고 미리 정한 시간 변화 명령도 다른 예입니다. 기록기가 속도를 측정해 그래프를 그려도 구동기는 계속 같은 시간표를 따를 수 있습니다.

폐루프 제어는 측정 출력을 명령 계산에 포함합니다. 속도 피드백 제어기는 센서값과 목표 속도를 비교합니다. 사람이 그래프를 보고 전압을 직접 보정하는 경우도 귀환 경로가 생기지만 사람의 반응 시점·동작은 자동 제어기와 다릅니다.

7 V가 유지하는 속도 계산하기

실험실 모터는 L di/dt=V−Ri−Keω, J dω/dt=Kt i−bω−τL를 따릅니다. 평형에서 두 미분값을 0으로 놓고 전류를 제거하면 V=(Ke+Rb/Kt)ω+(R/Kt)τL입니다. R=2 Ω, 각 SI 단위에서 Ke=Kt=0.05, b=0.0005 N·m·s/rad를 대입하면 V=0.07ω+40τL가 됩니다.

무부하에서 7 V는 100 rad/s에 해당합니다. 부하 0.04 N·m가 추가되면 같은 전압의 평형 속도는 약 77.14 rad/s입니다. 관성은 과도응답의 진행을 바꾸지만 이 평형식에서는 사라집니다. 이는 해당 모델의 계산이며 실제로 구매할 모터의 사양이 아닙니다.

한 부하 이벤트와 두 명령 규칙 비교하기

연결된 실험을 여세요. 두 실행은 정지 상태에서 같은 공칭 모터·100 rad/s 목표를 사용하고 4초에 지속 0.04 N·m 부하를 받습니다. 먼저 폐루프 결과를 고정하세요. 운전 방식만 프리셋의 7 V 개루프로 바꾸고 그 결과도 고정합니다. 같은 재생 시점에서 속도와 제어 입력을 살펴보세요.

전압 유지 실행에서는 속도가 떨어진 뒤에도 실제 전압이 7 V입니다. 피드백 실행에서는 오차가 명령을 바꾸고 적분 작용이 지속 보정을 제공합니다. 부하가 있는 평형에서 100 rad/s 유지에 필요한 전압은 8.6 V입니다. 시작 구간의 거동도 다르므로 부하 복구라는 질문에는 4초 이후 구간으로 답하세요.

다음에는 개루프에서 목표를 바꾸세요. 기준선과 표시 오차는 바뀌지만 전압은 그대로입니다. 이 관찰로 어떤 신호가 실제 명령 계산에 들어가는지 확인할 수 있습니다. 이어서 수동 전압을 바꿔 보고, 다시 비교하기 전에는 원래 조건으로 복원하세요.

반복성·불확실성·한계를 보고 선택하기

조건이 알려져 있고 반복 가능하거나 적절한 출력 측정이 없으면 개루프 운전으로 요구조건을 맞출 수 있습니다. 피드백 설계와 센서 잡음 경로를 줄일 수 있지만 알 수 없는 부하·파라미터 변화는 자동으로 보정되지 않습니다. 측정한 외란이나 알려진 목표로 명령을 계산하는 방식은 feedforward이며 출력 피드백과 결합할 수 있습니다.

피드백에도 비용이 있습니다. 잡음은 구동기에 전달될 수 있고 지연은 안정 여유를 줄이며 강한 게인은 진동·포화를 만들 수 있습니다. 이 모터에서 100 rad/s와 지속 부하 0.15 N·m는 13 V를 요구합니다. ±12 V 전원으로는 적분 작용을 써도 목표를 맞출 수 없습니다. 그 조건에서 요구·실제 전압을 비교하고 남은 오차를 모두 잘못된 튜닝 탓으로 돌리지 마세요.

폐루프 설계에서 개루프 보드를 보는 이유

선형 분석에서 루프 전달함수 L=CP는 지정한 귀환 경로를 도는 작용을 표현합니다. 단위 음의 귀환·초기조건 0에서 목표→출력 전달함수는 T=L/(1+L)입니다. 보드·나이퀴스트는 L을 분석해 분모 1+L을 살펴봅니다. 이는 폐루프 설계 도구이며 모터 센서를 끄는 스위치가 아닙니다.

그래서 Lab의 루프 주파수 작업대는 피드백 운전에서 표시됩니다. 수동 전압 모드에는 해당 제어기의 여유를 적용할 활성 속도 귀환 루프가 없습니다. 모터 자체의 전압→속도 응답은 여전히 존재하며, 후속 대상 분석 화면에서 입출력을 명시하고 따로 표시할 수 있습니다.