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서보 기구

다른 표기 언어 servomechanism

요약 오차를 감지하여 피드백(feedback)함으로써 기계의 작동을 보정하는 데 사용하는 자동기구.

서보 기구라는 용어는 피드백과 오차 보정신호를 이용하여 시스템의 기계적인 위치와 속도를 조절하는 경우에만 적절히 적용된다. 서보 기구는 대포의 조준, 화력 조절, 해양 운항장비에서 처음으로 이용되었으며 오늘날에는 자동공작기계, 위성추적 안테나, 망원경의 천체추적장치, 자동항법장치, 대공포의 제어장치 등에도 응용되고 있다.

서보 기구를 이용하면 여러 응용분야에서 고출력으로 제어되는 소자를 이보다 훨씬 작은 출력으로도 제어하는 것이 가능하다. 고출력 소자의 목표 위치와 실제 소자의 차이를 비교해서 생성되는 신호(오차신호 또는 차이신호라고 함)에 의해서 이 소자를 조작하게 된다. 제어신호(control signal)의 출력과 제어받는 소자의 출력 비는 수십억 분의 1 정도이다.

모든 서보 기구에는 제어를 받는 소자, 명령소자, 오차검출기, 오차신호증폭기, 오차를 감소시키는 작용을 하는 소자(서보 전동기) 등이 포함되어 있다. 제어를 받는 소자에서 조정되는 것은 대개 위치다. 따라서 이 소자에는 위치를 나타내는 피드백 신호(예를 들면 전압)를 생성하는 수단이 반드시 장착되어 있어야 한다. 이 피드백 신호는 오차검출기에 전송된다.

명령소자는 제어를 받는 소자의 목표 지점을 나타내는 정보를 대개 외부로부터 받아, 이것을 서보 기구가 이용할 수 있는 형태(전압 등)로 변환을 하여 제어를 받는 소자에서 발생하는 신호와 함께 오차검출기에 입력한다. 오차검출기는 피드백 신호(실제의 위치를 나타내는 신호)와 명령신호(목표지점을 나타내는 신호)를 비교한다. 이때 어떤 차이는 제어를 받는 소자가 원하는 목표지점까지 이동하는 데 필요한 보정량을 나타내는 오차신호를 만든다. 오차보정 신호가 증폭기로 증폭되어 보조전동기를 구동하는 데 사용되는데, 이 보조전동기는 제어를 받는 소자의 위치를 변경한다.

서보 기구를 이용하는 전형적인 장치는 위성지구국에 있는 통신위성추적 안테나이다. 이 장치의 목적은 위성으로부터 가장 강한 신호를 수신하기 위해서 안테나의 방향을 통신위성과 일치시키는 것이다. 이 목표를 달성하는 한 방법은 안테나에 수신요소를 여러 개 장착해 이들의 수신신호를 비교하는 것이다. 이들이 차이가 나면 이 신호에 해당하는 보정 신호를 발성하여 이를 안테나의 서보 기구에 전달해준다. 이와 같은 연속 피드백 방법을 사용하면 지름이 30m, 중량이 수t에 이르는 안테나를 고도 3만 7,000㎞의 인공위성에 수백㎝의 정밀도로 조준할 수 있다.

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