1. 일반적 정의
서보(Servo)란 서보메커니즘을 적용했다는 의미이며, 시스템에서 해당 기기를 시스템이 요구하는 특정 위치로 이동하거나. 특정한 수치(속도, 토크 등)만큼 가동시킬 때, 피드백이나 에러 정정을 통해 정확하게 제어할 수 있는 구조를 갖추고 있다는 의미이다. 눈으로 보고 조정하는 건 당연히 서보가 아니다. 본 항목에서는 서보라는 단어가 가장 많이 쓰이는 경우인 서보 모터에 대해 서술한다.간단하게 말해서 서보 모터라고 하면 일반적인 모터(원형으로 빙빙 돌기만 함)와는 달리 움직임을 지정하면 제어계측 회로에 의해 입력된 만큼만 정확하게 움직일 수 있는 모터란 뜻이다. 예를 들어 모터를 45도만 움직이라는 명령을 입력하면 제어계측 회로를 이용해 모터를 정확하게 45도가 될 때까지만 움직이고 멈추는 것이다. 물론 반대방향으로 움직이게 명령을 넣을 수도 있다. 여기서 나오는 서보 모터는 산업용 서보 모터와 RC 서보 모터.
펄스 모터 또는 stepping motor를 사용한 서보 기구는 피드백 회로를 가지고 있지 않은 개방회로 방식 servo mechanism으로 분류한다. 만일 기계의 미끄럼 운동 부하가 절삭력이나 윤활 등 기타 이유로 변화되면, 서보 모터의 속도 역시 영향을 받게 되나, 속도의 변동은 자체 내의 피드백 장치가 없기 때문에 자동적으로 감응 및 조절될 수 없는 단점이 있다.
1.1. 산업용 서보모터
산업용 서보모터는 대개 다른 어플리케이션의 부품으로 사용되는 경우가 많다. 생산을 위해 이곳에서 사용되는 많은 어플리케이션은 특정한 형상으로 제작되어 교체 및 업그레이드를 편리하게 한다. 또한, 성능 역시 많이 높은 편. 50W 이하의 소형 BLDC 서보부터 200kW가 훌쩍 넘어가는 초대형 서보 모터까지 다양한 제품이 존재한다.모터의 드라이브는 4가지가 존재한다. DC 서보, AC 서보, BLDC 서보, 스텝 서보.
현재는 BLDC 방법이 가장 많이 사용된다. AC 서보라고 불리는 서보도 AC로 들어오는 고전압을 사용하는 BLDC 모터가 들어가는 것이 다수. 단, 예외적인 경우로 Response 가 매우 높아야 할 경우 브러시가 있는 DC 서보를 사용하기도 한다. RC 에서 반응속도를 중요시 하는 것과 같이, BLDC 나 AC 의 경우 Space Vector PWM 제어를 하게되는데, 이 속도보다 DC 서보의 변속기 전원 변경속도가 훨씬 빠르기 때문에 반응속도는 DC 서보가 가장 높다. 또한 스텝 모터에 엔코더를 달아서 제어 하는 방식도 있는데, 토크와 속도제어 특성은 BLDC보다 나쁘지만 모터 구조상 단거리 위치결정 속도가 매우 빠르고 정지 토크가 높은 특성이 있어 경우에 따라서는 좋은 성능을 낸다.
서보 컨트롤러는 대개 모터와 분리되어, 모터로 가는 동력선과 모터에서 오는 인코더 케이블로 연결되어 있다. 서보 컨트롤러에 지령을 알맞은 방법으로 하면 서보 모터가 구동되는데, 이 과정에서 서보 컨트롤러에 의한 보정이 이루어진다. 엔코더는 증분형, 절대형 엔코더가 사용되는데 주로 저가형 제품에 인덱스식 증분형(ABI) 엔코더가 사용되고 고가형 제품에는 절대형 엔코더가 사용되며, 가끔씩 리졸버를 이용하는 제품도 있다. 증분형 엔코더인 경우 전자기 간섭을 억제하기 위해 차동 신호를 이용하는 경우가 많다.
가령, 이송 시스템에서 적재된 제품을 다음 라인으로 옮기고자 서보를 불러올 경우,
+1800000 to -3400 (step) val 100% tor 20N*M
그리고 적재가 되었을 경우, 다시
-3400 to +1800000 (step) val 100% tor 20N*M
화낙, 미쓰비시전기의 경우가 대표적으로, 이런 부분을 자동 보정한다.
생긴 건 대략 이렇게 생겼다.
여담으로, 간혹 산업용 서보 모터를 이용하여 다이렉트 드라이브 포스피드백 레이싱 휠을 자작하는 경우도 있다.
1.2. 무선용 서보모터
포인트는 하는 일은 다 똑같다. 만 보면 된다. 무선 조종용 서보모터는 그 자체가 완제품으로, 그 서보모터에 Horn 이라는 파츠를 달아 와이어링, 특정 파츠를 움직일 수 있도록 해준다. 서보 컨트롤러는 내부에 내장되어 있고, 드라이브 방식은 DC 와 BLDC. 가성비 때문에 DC 를 많이 사용하지만, BLDC 서보에 비해서도 많이 뒤쳐지지 않는다. 이런 제품들은 특정 포지션으로 이동하는 것을 주 목적으로 하므로, 토크제어는 되지 않는다. 특히, 이런 제품은 제어할 때 PWM 시그널의 폭을 기준으로 혼의 움직이는 각도가 변한다. 서보의 신호 규격에 따라 760, 1520uS 버전이 있으며 주로 사용되는 1520uS 서보는 1000~2000 마이크로초 사이의 PWM 신호에 비례하여 서보가 회전한다.간혹 마이크로 규격의 리니어 서보가 사용되기도 한다. 물론 가격은 비싼 편.