サーボモータの速度制御やトルク制御はアナログ信号で行われますが、位置制御はパルスの発生によって行われます。採用される特定の制御モードは、クライアントの要件と満たされる必要がある特定の動作機能に基づいて選択されます。
サーボモーターの3つの制御モード
- モーターの速度や位置に関して特別な要件がなく、-一定のトルクを出力する必要があるだけの場合は、-トルク モードが最適な選択です。
- 位置と速度に関して一定レベルの精度が必要だが、リアルタイムのトルク値には特に関心がない場合は、通常、速度モードまたは位置モードのいずれかを使用することをお勧めします。-
- ホスト コントローラが堅牢な閉ループ制御機能を備えている場合、通常、速度制御を利用すると優れた結果が得られます。{0}逆に、要件が特に厳しくない場合、または-リアルタイム応答性の要求が事実上ない場合は、位置制御を使用すると、ホスト コントローラに対する要求が少なくなります。--
サーボ ドライブの応答速度に関して: トルク モードでは計算負荷が最も低くなり、その結果、ドライブから制御信号への応答が最速になります。逆に、位置モードでは計算負荷が最も高く、その結果、ドライブから制御信号への応答が最も遅くなります。
動作中に高い動的パフォーマンスが必要な場合、モーターのリアルタイム調整が不可欠になります。{0}
- コントローラ自体の処理速度が比較的遅い場合 (PLC やローエンド モーション コントローラなど)、位置制御を使用する必要があります。-
- コントローラーの処理速度が比較的速い場合は、速度制御を利用できます。これには、位置ループをドライブからコントローラにシフトすることが含まれ、それによってドライブの作業負荷が軽減され、全体の効率が向上します。
- さらに高度なホスト コントローラーが利用可能な場合は、トルク コントロールを採用できます。これには、{0}}位置ループに加えて-速度ループもドライブから遠ざける必要があります。このアプローチは通常、ハイエンドの特殊なコントローラーでのみ実現可能です。-
一般に、駆動制御の品質を評価するための非常に直感的な指標は「応答帯域幅」として知られています。
トルク制御モードまたは速度制御モードで動作する場合、パルス発生器を使用して方形波信号を入力し、モーターの正転と逆転を連続的に繰り返します。-信号周波数が徐々に増加すると、オシロスコープは掃引周波数信号を表示します-。信号のエンベロープのピークが最大値の 70.7% に低下すると、システムが同期を失ったこと (つまり、「ステップアウト」) を示します。これが発生する頻度は、制御システムの品質を直接示す指標として機能します。通常、電流ループは 1000 Hz を超える帯域幅を実現できますが、速度ループは一般に数十 Hz に制限されます。
トルク制御
トルク制御は、モーター シャフトの外部出力トルクの大きさを設定するために使用される方法で、外部アナログ入力信号を通じて、または特定のアドレスに値を直接割り当てることによって実現されます。これは、動作上、-たとえば-、10V 入力が 5 Nm のトルクに相当する場合、外部アナログ入力を 5V に設定すると、モーター シャフト出力が 2.5 Nm になることを意味します。これらの条件下では、モーターシャフトの負荷が 2.5 Nm 未満の場合、モーターは正方向に回転します。外部負荷が 2.5 Nm に等しい場合、モーターは静止したままになります。負荷が 2.5 Nm を超えると、モーターは逆方向に回転します (重力負荷が関係するアプリケーションで通常発生するシナリオです)。設定トルク値は、アナログ入力信号を変更するか、通信インターフェースを介して対応するアドレスの数値を変更することにより、リアルタイムで調整できます。-
この制御モードは主に、ワイヤ-巻取機や光ファイバー-延伸装置など、材料にかかる張力に関して厳しい要件が存在する巻取りおよび巻戻しシステムで使用されます。{0}{1}{2}このような用途では、巻き取り半径の変化を補償するためにトルク設定をリアルタイムで動的に調整する必要があります。これにより、巻き取り直径の変化に関係なく、材料にかかる張力が一定に保たれるようになります。-
位置制御
位置制御モードでは、通常、回転速度は外部入力パルスの周波数によって決まり、回転角度はパルス数によって決まります。さらに、一部のサーボ システムでは、通信インターフェイスを介して速度と変位の値を直接割り当てることができます。位置モードでは速度と位置の両方を厳密に制御できるため、位置決め機構によく使用されます。
応用分野には、CNC 工作機械、印刷機械、および同様の機器が含まれます。
速度制御モード
回転速度はアナログ入力またはパルス周波数の調整によって制御できます。上位レベルのコントローラによって管理されるアウターループ PID 制御システムに統合されている場合、-、速度モードは位置決めタスクにも利用できます。-ただし、計算処理のためには、モーターの位置信号-または負荷からの位置信号を直接-上位レベルのコントローラーにフィードバックすることが不可欠です。-位置モードは、負荷の外側ループから直接位置信号の検出もサポートします。この構成では、モーターシャフトに取り付けられたエンコーダーはモーターの回転速度のみを監視し、実際の位置信号は最終負荷端に配置された検出デバイスによって提供されます。このアプローチの主な利点は、中間の送信段階で発生するエラーを最小限に抑え、それによってシステム全体の総合的な測位精度が向上することです。
3 つの-ループ制御
サーボ モーターは通常、3 つの-ループ制御構造-、具体的には 3 つの閉ループ-負帰還- PID 制御システムで構成されるシステムを採用しています。最も内側の PID ループは「電流ループ」です。このループは完全にサーボ ドライブ自体内で動作します。ホール-効果センサーを利用してドライブからモーターの各相に流れる出力電流を検出し、電流設定値に負のフィードバックを適用してPID調整を実行します。目的は、実際の出力電流が希望の設定値に厳密に一致することを確認することです。基本的に、電流ループはモーターのトルクを制御します。したがって、ドライブがトルク モードで動作しているときは、計算負荷が最小限になり、動的応答が最速になります。
2 番目のループは「速度ループ」です。モーターのエンコーダーによって検出された信号に基づいて、負のフィードバック PID 調整を実行します。-このループ内で生成された PID 出力は、現在のループの設定値として直接機能します。したがって、速度制御モードで動作している場合、システムは速度ループと電流ループの両方に効果的に関与します。言い換えれば、電流ループはどの動作モードでも不可欠です。それは制御の基本的な基盤を構成します。速度と位置の制御動作中であっても、システムは電流 (トルク) 制御を同時に実行して、速度と位置の正確な制御を実現します。
3 番目のループは「位置ループ」です。最も外側のループとして、特定のアプリケーション要件に応じて、ドライブとモーター エンコーダーの間、または外部コントローラーとモーター エンコーダー (または最終負荷) の間のいずれかに構成できます。位置制御ループの内部出力は速度ループの設定値として機能するため、位置制御モードで動作するには 3 つのループすべてを同時に実行する必要があります。したがって、このモードではシステムに最も高い計算負荷がかかり、動的応答速度が最も遅くなります。