5.모터제어 소프트웨어 구성

5. 모터 제어 소프트웨어 코드 구성

PWM부터 PID까지, 코드로 구현하는 모터 제어의 전과정

모터 제어는 단순한 “ON/OFF” 신호를 넘어서, 여러 하드웨어와 소프트웨어 모듈이 유기적으로 동작해야 합니다.
이번엔 실제로 **MCU(Microcontroller Unit)**에서 동작하는 모터 제어 코드를 어떻게 구성하는지 알아보겠습니다.

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🧩 1. 전체 흐름 요약 – 제어 블록 구조

모터 제어는 일반적으로 아래의 구조를 따라 구성됩니다.

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[Sensor 입력] → [Target 계산] → [PID 제어] → [PWM 출력] → [Motor 동작]

✅ 각 블록 설명

블록설명

Sensor 입력	위치/속도 센서(Hall, Encoder 등) 또는 전류 측정
Target 계산	목표 속도, 위치, 토크 설정 (명령 입력 또는 내부 로직)
PID 제어	목표값과 현재값의 차이를 바탕으로 보정 값 계산
PWM 출력	보정 값을 PWM 신호로 변환하여 모터 드라이버에 전달
Motor 동작	실제 회전 발생

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⚙️ 2. 기본 코드 구성 예시 (C 언어 기준)

📁 주요 파일 구성

/MotorControl
 ┣ MotorControl.c        ← 제어 메인 루틴
 ┣ MotorControl.h        ← 함수 선언 및 상수 정의
 ┣ PWM_Driver.c/h        ← PWM 초기화 및 설정
 ┣ Sensor_Driver.c/h     ← 센서 읽기 (Hall, ADC 등)
 ┣ PID_Controller.c/h    ← PID 연산 처리

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🧪 3. 예제 코드 ① – PWM 출력 초기화 (Timer 기반)

 

void PWM_Init(void) {
    // 예: Timer 채널 설정, 주기 및 듀티 설정
    TMR01 = 0x03FF;           // PWM 주기 설정 (예: 10kHz)
    PWM01_DutyCycle(50);      // 초기 듀티: 50%
    TMR_Start();              // Timer 시작
}

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🧠 4. 예제 코드 ② – 센서 데이터 읽기

int Get_RotorSpeed(void) {
    int hallA = Read_HallSensorA();
    int hallB = Read_HallSensorB();
    int speed = Hall_to_Speed(hallA, hallB);
    return speed;
}

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📈 5. 예제 코드 ③ – PID 제어 함수

float PID_Compute(float target, float current) {
    static float integral = 0.0f;
    static float previous_error = 0.0f;

    float error = target - current;
    integral += error;
    float derivative = error - previous_error;

    float output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;
    previous_error = error;

    return output;
}

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🔄 6. 예제 코드 ④ – 주기 제어 루프 (Scheduler 사용)

 

void MotorControl_Loop(void) {
    int actual_speed = Get_RotorSpeed();
    float control_output = PID_Compute(target_speed, actual_speed);
    PWM01_DutyCycle(control_output);  // 0~100% 범위
}

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🧠 실전 팁

항목팁

PWM 분해능	최소 10bit 이상 권장 (0~1023)
PID 튜닝	Kp부터 조정하고, Ki/Kd는 천천히 적용
센서 노이즈 제거	이동 평균 필터(Moving Average) 추천
보호 로직	과전류, 과속 방지 클램핑 코드 필요

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✅ 정리

모터 제어 코드는 다음과 같은 단계를 통해 작성됩니다:

1. PWM 설정 – 전기 출력을 제어할 핵심 신호
2. 센서 데이터 수집 – 현재 상태를 정확히 측정
3. PID 연산 – 목표와의 차이를 보정
4. 제어 루프 실행 – 실시간 반복 주기 설정
5. 안정성과 성능 확보 – 필터링 및 보호 로직 추가

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다음 편에서는 이 코드들을 기반으로 한 FOC(Field-Oriented Control) 흐름도 소개와 함께,
센서리스 방식에서 어떻게 위치를 추정하는지도 설명드릴게요.