화이트앳-ATMEGA128,AVR 정복,아두이노,Cortex-M3

특징

4핀 케이블을 쉽게 연결할 수 있는 커넥터 입니다.

제품 구매

WAT-STM32-2.8 [STM32F103RB Board + 2.8인치 TFT LCD 터치 세트] 는 http://kit128.com/goods/view?no=222 에서 구매하실 수 있습니다.

십자 드라이버

작은 십자 드라이버입니다.

작은 가변저항을 돌리거나
스마트 폰 케이스 나사, 작은 나사를 돌릴 때 많이 사용됩니다.

제품 구매

작은 십자 드라이버는 http://kit128.com/goods/view?no=217 에서 구매하실 수 있습니다.

특징

빵판(브레드보드)에서 사용 가능한 스위치입니다.

다리 길이는 5mm 입니다.

제품 구매

빵판에서 사용 가능한 [빵판 가능]푸쉬,리셋 스위치는 http://kit128.com/goods/view?no=215 에서 구매하실 수 있습니다.

USB2.0 MINI 5p cable 미니5핀 케이블

USB2.0 MINI 5p cable 미니5핀 케이블.

USB 2.0 미니 5핀 케이블입니다.

• 길이 : 1m
• 커넥터1: USB-A Male
• 커넥터2: USB Mini-B Male
• 버전: USB 2.0 High Speed

제품 구매

USB 2.0 Mini 5pin cable 미니 케이블 은  http://kit128.com/goods/view?no=264 에서 구매하실 수 있습니다.

1/8W 저항

0.125W 저항은 작은 사이즈에 작은 용량이라 매우 작은 전력에 사용해야 합니다.

1/4 W 저항

0.25W 저항은 일반적으로 많이 사용되는 저항으로 주로 탄소피막저항 입니다.

• 저항범위: 1.0Ω ~ 100MΩ
• 오차범위: ±5% , ±2%

     

  

     

     

  1W 저항

  

     

  2W 저항 외

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  저항 크기 비교

  

  

     

  저항구매

• 100R 1/4W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=136
• 220R 1/4W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=137
• 240R 1/4W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=214
• 330R 1/4W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=138
• 470R 1/4W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=154
• 1K 1/4W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=120
• 4.7K 1/4W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=119
• 10K 1/4W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=139
• 47K 1/4W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=134
• 100K 1/4W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=143
• 0.1R 1W 저항 : http://kit128.com/goods/view?no=218

ON/OFF 제어는 조작량을 -100%와 +100%으로 하기 때문에
조작량의 변화가 너무 크고 목표값에 대해 지나치게 반복하여
목표값의 부근에서 큰 진동 모양으로 반복하는 제어 방식입니다.

제어량이 목표값보다 크면 조작량을 -100%로

그 반대의 경우라면 조작량을 +100% 로 하면 됩니다.

수식

E: 편차(목표값- 제어량)

plus_minus(val1): val1 의 값이 양수이면 +1, 음수이면 -1

예를 들어 목표값이 200, 제어량이 220이라면 100% 로 냉각을 하게 됩니다.

조작량 = plus_minus(-20) *100 => -100

예를 들어 목표값이 200, 제어량이 199이라면 100% 로 가열을 하게 됩니다.

조작량 = plus_minus(1) *100 => +100

실험 동영상

자동제어 방식 중에 PID 제어가 있습니다. 

PID 제어란?

P: proportional(비례) 
I: Integral(적분) 
D: Differential(미분) 
의 3가지 조합으로 제어하는 방식으로 유연한 제어가 가능해 집니다.

ON/OFF 제어, P제어, PI 제어, PID 제어를 비교해 보겠습니다.

ON/OFF 제어

단순 ON/OFF 제어는 조작량을 -100%와 +100%으로 하기 때문에
조작량의 변화가 너무 크고 목표값에 대해 지나치게 반복하여
목표값의 부근에서 큰 진동 모양으로 반복하는 제어 방식입니다.

주변 온도가 15도이며 20도로 설정된 상태입니다.

처음 20도로 온도가 상승한 후 20도를 기준으로 진동을 하게 되는데 주변 온도가 15도라서 평균적으로 약 19도 정도를 유지하게 됩니다.

만약 주변온도가 10도라면 평균온도는 그 이하가 될 것입니다.

이 방식은 주변온도에 따라 평균 온도가 달라지며 순간순간의 조작량이 많아 효율이 좋지 않습니다.

P 제어

조작량을 목표값과 현재 값과의 차에 비례하게 하여 서서히 조절하는 제어 방법을 비례 제어라고 합니다.


이렇게 하면 목표값에 접근하면 좀더 세밀하게 제어를 가할 수 있기 때문에
ON/OFF 제어보다 세밀하게 목표값에 접근할 수 있습니다.

얼핏보면 ON/OFF 제어와 비슷해 보이지만 조작량의 최대값을 조절하여 진동폭을 줄일 수 있습니다. 진동폭이 작아져도 여전히 진동하는 문제가 있습니다.

PI 제어

P 제어 식에 에러의 누적 값을 더해 주면 좀더 안정적인 제어를 할 수 있습니다.

PI 제어는 빠르게 목표값에 도달한 듯 보이지만 마지막에 약간의 진동이 있습니다.

PID 제어

비례 제어만으로 제어가 잘 될 것이라 생각되겠지만 실제로는 제어량이 목표값에 접근하면 문제가 발생합니다. 조작량이 너무 작아지고, 그 이상 미세하게 제어할 수 없는 상태가 그러합니다.

결과는 목표값에 아주 가까운 제어량의 상태에서 안정한 상태로 될 수 있는데 비례제어만 사용하게 되면 목표값에 가까워지더라도 제어량과 완전히 일치하지 않는 상태로 되고 맙니다.

이 미소한 오차를 "잔류편차"라고 하는데 이 잔류편차를 없애기 위해 사용되는 것이 적분 제어입니다.
즉, 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 그 누적값을 조작량에 증가하여 편차를 없애는 식으로 동작시킬수 있습니다.

이와 같이, 비례 동작에 적분 동작을 추가한 제어를 "PID 제어"라 합니다.

PID 제어로 빠르고 작은 진동으로 목표 값에 도달합니다.

Kd 을 0.01 로 했을 때

Kd 을 0.005 로 했을 때

PID 실험 키트

출처: http://whiteat.com/1798

서보 모터 종류

서보 모터는 아날로그 서보 모터와 디지털 서보모터가 있습니다.

큰 차이점은 아날로그 서보 모터는 지속적인 PWM 신호를 주어야 하고 디지털 서보 모터는 해당 서보모터에서 제공하는 프로토콜에 맞게 시리얼 데이터를 줘야 하는 것입니다.

아날로그 서보 모터는 PWM 입력이 없을 경우 모터가 고정(Lock)되지 않고 풀리(UnLock)게 되어 힘을 받지 못하게 되고

디지털 서보 모터는 한번의 데이터 전송으로도 해당 각도를 유지하게 됩니다.

아날로그 서보 모터의 경우 제품 특성상 약간의 차이가 있을 수 있으나 대부분 조작 방법이 거의 동일합니다. 반면 디지털 서보 모터의 경우 공급업체에서 제공하는 프로토콜을 참조하여 작성 가능하며 업체마다 약간의 차이가 있을 수 있습니다.

아날로그 서보 모터

PWM 20mS의 주기로 ON 시간을 0.7mS ~ 2.3mS로 하여 -90도 ~ +90도 까지 제어할 수 있습니다.

아래는 ON 시간에 따른 위치입니다.

ON시간: 0.7mS

축의 위치: -90도

서보 모터 -90 도 이동

ON시간: 1.5mS

축의 위치: 0도

서보 모터 0 도 이동

ON시간: 2.3mS

축의 위치: +90도

서보 모터 90 도 이동

-90도 +90도 사이의 임의의 각으로 이동하려면 ON 시간을 적당히 조절하면 됩니다. 
전체 움직이는 각도(180도)와 ON 시간의 차이(2.3mS -  0.7ms) 는 1.6mS/180도 = 0.0088888mS/1도 가 됩니다.
(즉, 펄스의 HIGH 시간을 0.0088888ms 늘릴수록 서보모터는 1도씩 더 이동하게 됩니다.)
예를 들어 30도에 위치하려면 
 1.5mS(0도 기준) + 0.26mS(30도 이동하려면  0.0088888*30 = 0.26mS ) 이니 1.76mS 만큼 HIGH 를 유지하면 됩니다.

파형은 어떻게 만드나요?

PWM 파형은 AVR 이나 PIC 등의 MCU으로 구현할 수 있습니다.

만약 PWM 파형 구현이 어려우시다면 Output 포트를 직접 구동할 수도 있습니다.