サーボモータの制御モードには、パルス制御、アナログ制御、通信制御の 3 つがあります。 さまざまなアプリケーション シナリオでサーボ モーター制御モードを選択する方法は?
1. サーボモータパルス制御モード
いくつかの小さなスタンドアロン機器では、パルス制御を使用してモーターの位置決めを行うことが最も一般的なアプリケーションであるはずです。この制御モードはシンプルで理解しやすいものです。 基本的な制御の考え方: 合計パルスがモーターの変位を決定し、パルス周波数がモーターの速度を決定します。 パルスは、サーボモータの制御を実現するために選択されます。 サーボモーターのユーザーマニュアルを開くと、次のような表があります。
どちらもパルス制御ですが、実装は異なります。
まず、ドライバは 2 つの高速パルス (A、B) を受け取り、2 つのパルスの位相差からモータの回転方向を判断します。 上の図で、B が A 相より 90 度速い場合は正です。 B が A より 90 度遅い場合は、反転します。 動作中、この制御の 2 相パルスは交互になるため、この制御モードを微分制御とも呼びます。 それはまた、この制御モード、制御パルスがより高い干渉防止能力を持っていることを示す違いの特徴を持ち、強い干渉を伴ういくつかのアプリケーションシナリオでは、このモードが好まれます。 しかし、この方法では、モーター シャフトが 2 つの高速パルス ポートを占有する必要があり、これは高速パルス ポートの緊迫した状況にとって扱いにくいものです。
第 2 に、ドライバは引き続き 2 つの高速パルスを受信しますが、2 つの高速パルスは同時に存在しません。 1 つのパルスが出力状態の場合、もう 1 つのパルスは無効状態でなければなりません。 この制御モードを選択する場合、一度に 1 つのパルスのみが出力されるようにすることが重要です。 2 つのパルス、1 つの出力は正方向用、もう 1 つの出力は負方向用です。 上記の場合と同様に、このモードも 2 つの高速パルス ポートを占有する必要があるモーター シャフトです。
第３に、ドライバに与えるパルス信号は１つだけでよく、モータの正負は一方向のＩＯ信号で決まる。 この制御モードはよりシンプルで、高速パルス ポートのリソースを最小限に抑えます。 典型的な小規模システムでは、これが推奨されます。
2. サーボモータ模擬制御モード
速度制御を実現するためにサーボ モーターを使用する必要があるアプリケーション シナリオでは、アナログ量を選択してモーターの速度制御を実現できます。アナログ量の値がモーターの実行速度を決定します。 アナログ量は、電流または電圧の 2 つの方法で選択できます。 電圧モードでは、制御信号の端に一定量の電圧を追加するだけで済みます。 実装は簡単で、一部のシナリオではポテンショメータを使用して制御を実現します。 しかし、電圧を制御信号として使用する場合、複雑な環境では電圧が干渉を受けやすく、制御が不安定になります。 電流モード：対応する電流出力モジュールが必要です。 しかし、現在の信号には強力な妨害防止能力があり、複雑なシーンで使用できます。
3. サーボモータ通信制御モード
CAN、EtherCAT、Modbus、Profibus は、通信によるサーボ モーター制御を実現する一般的な方法です。 複雑で大規模なシステム アプリケーション シナリオでは、通信によるモーターの制御が好ましい制御方法です。 通信モードを使用すると、システムのサイズ、モーター シャフトの数が簡単に切断でき、複雑な制御配線が不要になります。 構築されたシステムは非常に柔軟です。
サーボモータの速度制御、トルク制御をアナログ量で制御します。 パルスを送ることで位置制御を行います。 特定の制御モードは、顧客の要件に応じて選択し、移動機能を満たす必要があります。 モーターの速度と位置に要件がない場合は、一定のトルクを出力する限り、もちろんトルク モードです。
位置と速度に特定の精度要件があり、リアルタイムのトルクがあまり重要でない場合、トルクモードはあまり便利ではなく、速度または位置モードの方が優れています。 上位コントローラに優れた閉ループ制御機能があると、速度制御の効果が向上します。 要件がそれほど高くない場合、またはリアルタイムの要件がない場合、位置制御モードには上位コントローラに対する高度な要件はありません。
サーボドライバの応答速度に関しては、トルクモードが最小の計算を必要とし、ドライバは制御信号に最も速く応答します。 位置モードでは計算量が最も多く、制御信号に対するドライバーの応答は最も遅くなります。
運動時のダイナミックな性能が要求される場合、モーターをリアルタイムで調整する必要があります。 そのため、コントローラー自体が遅い場合 (PLC やローエンドのモーション コントローラーなど)、位置制御を使用します。 コントローラーの計算速度が速い場合、位置リングをドライバーからコントローラーに高速で移動して、ドライバーの作業負荷を軽減し、効率を向上させることができます (ほとんどの中型およびハイエンドのモーション コントローラーなど)。 より優れた上位コントローラがある場合は、トルク制御も使用できます。速度ループもドライブから削除されます。これは通常、これを行うことができるのはハイエンドの専用コントローラのみであり、現時点では、サーボモーター。
一般的に言えば、ドライバーのコントロールは苦手で、各メーカーがベストを尽くしていると言っていますが、現在は応答帯域幅というより直感的な比較方法があります。 トルク制御や速度制御の場合、パルスジェネレータに方形波信号を与えてモータを連続的に回転・反転させ、周波数を一定に調整します。 オシロスコープに表示されるのは掃引周波数信号です。 エンベロープの頂点が最高値の 70.7% に達すると、ステップが外れたことを示します。 平均電流ループは 1000Hz 以上で動作できますが、速度ループは数十ヘルツでしか動作できません。
より技術的な方法で言えば：
1. サーボモータのトルク制御
トルク制御モードは、外部アナログ入力または直接アドレス指定により、モーター軸の出力トルクを設定するモードです。 具体的な性能は次のとおりです。たとえば、10V が 5Nm に相当する場合、外部アナログを 5V に設定すると、モーター軸の出力は
2.5Nm: モーター シャフトの負荷が 2.5Nm 未満の場合、モーターは正方向に回転します。 外部負荷が 2.5Nm の場合、モーターは回転しません。 モーターが 2.5Nm を超える場合、モーターは逆転します (通常、重力負荷がある場合に生成されます)。 アナログ量の設定を瞬時に変更することでトルクを変更することができ、対応するアドレス値も通信により変更することができます。
これは主に、ワイヤー装置やファイバー引っ張り装置など、材料の力に厳しい要件がある巻き取りおよび巻き戻し装置で使用されます。 トルクの設定は、巻径の変化によって材料の力が変化しないように、巻径の変化に応じて随時変更する必要があります。
2.サーボモーターの位置制御：
制御モードは、一般に外部入力パルス周波数を介して回転速度の大きさを決定し、パルス数を介して回転角度を決定します。一部のサーボは、速度と変位の割り当ての通信モードを直接使用することもできます。 位置モードは速度と位置を非常に厳密に制御できるため、一般に位置決め装置で使用されます。 CNC 工作機械、印刷機械などのアプリケーション。
3. サーボ モーター速度モード:
アナログ入力またはパルス周波数を介して回転速度を制御できます。外側のループの上位制御デバイスでは、PID 制御速度モードも位置決めできますが、計算のためにモーター位置信号または負荷位置信号を上位フィードバックに送る必要があります。 位置モードは、位置信号を検出するための直接負荷外輪にも対応しています。 この場合、モータ軸端のエンコーダはモータ速度のみを検出し、位置信号は最終負荷端の直接検出デバイスによって提供されます。 このモードの利点は、中間送信プロセスの誤差を低減でき、システム全体の測位精度を向上できることです。
4. 3つのリングについて話す
サーボは一般に 3 つのリングによって制御され、いわゆる 3 つのリングは 3 つの閉ループ負帰還 PID 調整システムです。 最も内側の PID リングは現在のリングであり、サーボ ドライバの内部で完全に実行されます。 ホール素子は、ドライバの各相の出力電流をモータに検出し、出力電流が設定電流にできるだけ近くなるように、PID調整用の電流設定に負帰還をかけます。 電流リングはモーターのトルクを制御するためのものなので、トルクモードでのドライバーの動作は最小限です。
動的応答は最速です。
2 番目のリングは速度リングで、検出されたモーター エンコーダーの信号を介して負帰還 PID によって調整されます。 リングの PID 出力は直接現在のリングの設定であるため、速度リング制御には速度リングと現在のリングが含まれます。つまり、どのモードでも現在のリングを使用する必要があり、現在のリングは制御のルートです。 . 速度と位置の制御と同時に、電流（トルク）制御もシステム内で実行され、速度と位置の対応する制御が実現されます。
3 番目のリングはポジション リングです。これは最も外側のリングであり、状況に応じて、ドライバーとモーター 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に構築できます。 位置制御リングの内部出力は速度リングの設定であるため、システムは位置制御モードで 3 つすべてのリングの動作を実行し、このときシステムの計算量は最大になり、動的応答速度は最も遅くなります。 .