モーション コントロールは、印刷、パッケージング、組み立て、およびその他の産業シナリオで大きな役割を果たしている産業用制御の分野の中核の 1 つです。 モーション制御はモーター制御に由来します。モーター制御のタスクは、モーターが指定されたアクションを完了するように、単一のモーターのトルク、速度、位置、およびその他のパラメーターを制御することです。 モーション制御は、複数のモーターの制御を実現するためのモーター制御に基づいています。モーション制御システムは、指定された動きを完了するために複数のモーターを自動的に調整します。 複雑で正確なモーションコントロールシステムの適用は、生産コストを大幅に削減するだけでなく、加工時の誤操作の発生を減らし、製品の品質を向上させます。 今日、工業生産自動化技術の急速な発展に伴い、さまざまなモーションコントロールシステムが物流業界や大規模な組立ラインで広く使用されています。
私たちのビジョンに頻繁に登場するロボットアームは、工業生産を支援するモーションコントロールシステムの最も重要なリンクです。 現在、世界で最も先進的なロボット アームには 7 つのギアレス ジョイントがあり、各モーターがジョイントの動きを駆動します。 マニピュレータが通常の操作を行っている場合、モーション コントロール システムは 7 つのモーターを同時に調整するため、マニピュレータは空間内の任意の位置にあるオブジェクトを簡単につかむことができます。 それだけでなく、他の複雑な機能を実行でき、掃除や楽器の演奏にも役立ちます。
数年前、掃除ロボットがモーション コントロールの縮図としてインターネット上で爆発的に広まりました。 モーションコントロールシステムは、モーターを駆動してさまざまなアクションを実行し、ロボットがタスクを効率的に完了できるようにします。 工場では、ロボットアームは組立ラインで広く使用されています。自動車製造の組立ラインでは、ロボットアームは数十キログラムまたは数百キログラムの部品を簡単に持ち上げて、溶接と組み立てを完了することができます。 モーションコントロールシステムは産業だけでなく、私たちの生活にも使われていることがわかります。
モーション制御システムを理解するには、モーション コマンドの実行者であるモーターに注目する必要があります。 モーションコントロールシステムで使用されるモーターのほとんどは、ステッパーモーターとサーボモーターです。 次の Xiaobian では、2 種類のモーターについて簡単に紹介します。
1 ステップモーター
ステッピング モーターは、入力パルス信号を角変位に変換できます。ステッピング モーターの通常の動作では、モーターの速度、位置、プラスまたはマイナスの速度は、パルス信号の周波数と数にのみ依存し、負荷の変化の影響を受けません。 . ステッピングモータードライバーがパルス信号を受信すると、ステッピングモーターを駆動して、設定された方向に一定の角度で回転させます。 それは「ステップ角」と呼ばれ、その回転は一度に 1 ステップずつステップごとに行われ、それがステップソン モーターの名前の由来です。
2 サーボモーター
サーボ モーターは、受信した電気信号をモーター シャフトの角変位出力に変換します。 サーボモータードライバーは三相電気を制御して電磁場を形成し、ローターは磁場の作用で回転します。 サーボモータのエンコーダが信号をドライバにフィードバックし、ドライバはフィードバック値と目標値の比較に応じてロータの回転角度を調整します。
2種類のモーターの比較
1. 異なる制御方法
ステッピングモーターは開ループ制御を採用し、サーボモーターは閉ループ制御を採用しています。2つの制御方法の違いは、閉ループ制御が目標値と実際の値を比較し、モーター位置を調整し、制御精度と比較することです。サーボモーターはステッピングモーターよりも優れています。
2. 制御精度の違い
ステッピングモーターの位相が多いほど、精度が高くなります。 {{0}}相モーターは低コストですが、低速時の振動が大きく、高速時のトルク低下が早いです。 5- 相モーターは振動が小さく、2- 相モーターの速度よりも 30 ～ 50% 高速であり、場合によってはサーボ モーターを置き換えることさえできる良好な高速性能を備えています。 サーボモーターには独自のエンコーダーがあり、エンコーダーの目盛りが大きいほど精度が高くなります。 一般に、サーボモーターの精度はステッピングモーターの0.036度のステップ角に相当します。もちろん、ステッピングモーターのそのような小さなステップ角はありません。一般的なステッピングモーターのステップ角は1.8です。したがって、高精度のモーション コントロールの実装では、ステッピング モーターをはるかに超えるサーボ モーターのパフォーマンスが得られます。
3. 低域特性の違い
サーボモーターとは異なり、ステッピングモーターはダンピング技術または細分化技術を使用して、低速での低速振動現象を克服します。 低速のステッピングモーターは依然として振動現象を起こしやすく、サーボモーターは高速でも低速でも振動現象は現れません。
4. さまざまなスポーツ パフォーマンス
開ループ制御用のステッピング モーター、開始周波数が高すぎるか負荷が大きすぎてステップ ロスの現象が発生しやすく、停止速度が高すぎてオーバーシュート現象が発生しやすい、閉ループ制御用のサーボ モーター、サーボ ドライブがフィードバックを直接サンプリングできるモーターエンコーダー形式の内部速度ループと位置ループの信号は、通常、ステップ損失またはオーバーシュート現象は発生しません。
5.速度はそれに応じて異なります
ステッピング モーターが静止速度から動作速度まで加速するのに数百ミリ秒かかりますが、サーボ モーターは一般に数ミリ秒しかかからないため、高速な起動と停止が必要な制御に使用できます。
上記の比較から、サーボ モーターは多くの点でステッピング モーターよりも優れています。 そうではなく、サーボモーターの価格はステッピングモーターよりもはるかに高くなります.ステッピングモーターはコストパフォーマンスの点でサーボモーターに勝ります.2つのモーターの特性を習得した後、さまざまなニーズに応じて、特に重要です.適切なタイプのモーターを選択してください。
モーションコントロールシステムは、モーターとドライブだけで構成されているわけではありませんが、それらよりも重要なのは、複数のモーターの動きを調整する制御、制御スキーム、またはアルゴリズムです。 たとえば、2 つのモーターで駆動されるターンテーブルにフィルムを充填し、フィルムをターンテーブルから別のターンテーブルに設定された速度で、破損することなく巻き戻すことができるモーション システムがあります。 フィルム巻き上げの過程で、2つのターンテーブルの巻き径は常に変化します。 フィルムが破損せず、指定されたフィルム巻き上げ速度を満たしていることを確認するには、2 つのモーターの速度を常に調整する必要があります。 この場合、閉ループ制御を行うために PID アルゴリズムが必要になるため、制御対象のフィードバック値: 張力がモーターの速度に影響します。 このように、サーボモータの高速応答性能を利用して、張力が大きすぎると速度を落とし、張力が小さすぎると速度を上げます。 一定の調整の下で、フィルムの張力と巻き取り速度は要件を満たしています。
PID アルゴリズムに加えて、マニピュレータが指定された位置に確実に実行されるように、6 自由度または 7 自由度のマニピュレータ制御システムでも動作差補完アルゴリズムが使用されます。 モーションコントロールシステムスキームの品質は、システムが安全で信頼できるかどうか、および効率が高いかどうかを決定します。 優れたプログラム設計能力を持つことで、競争力が高まります。