サーボドライブとモーションコントローラーの違いは何ですか?

Nov 01, 2023

ロボットレポートスタッフより | 2022 年 7 月 11 日

オートメーションの世界では、モーション コントローラーとみなされるものと、基本的なサーボ ドライブを表すものとの間には紙一重の境界線がある場合があります。 多くのアプリケーションでは、システムを完成させるためにモーション コントローラーとサーボ ドライブの両方が必要となるため、各デバイスの機能とインテリジェンスを理解することが重要です。

サーボ モーターは、モーター コイルに電圧と電流を供給するサーボ ドライブによって電力を供給され、フィードバックを監視してサーボ ループを閉じます。 ほとんどの場合、サーボ ドライブは、電流 (またはトルク) ループ、速度ループ、位置ループの 3 つの組み込みサーボ ループで構成され、相互に作用して精密な動作を生み出します。 予想されるモーター動作によって、どのループが必要かが決まります。

ブラシレス DC サーボ モーターのトルク制御アプリケーションでは、「デバイス」は、電流フィードバックに対して測定されたコマンド入力に基づいてモーターに電流と電圧を供給します。 モーターに電力を供給する装置は、正確にはサーボアンプまたはサーボドライブと呼ばれます。 電流またはトルクドライブは、生成するトルクを指示する特定のコマンドを受信しない限り役に立ちません。 コマンドは、基本的に「コントローラー」として機能するさまざまなソースから取得できます。 コマンドは、人がコントローラーとして機能し、ポテンショメータを手動で調整して、所望の出力トルクに基づいて +/- 10 Vdc 信号をドライブに印加するのと同じくらい簡単です。

一般的なブラシレス DC サーボ システムには、さまざまな補償およびフィルター要素を備えた 3 つの組み込みループが存在します。 内側のループ (電流ループ) は速度ループによって制御され、速度ループは位置ループによって制御されます。 電流ループは常にドライブ内に存在し、速度ループと位置ループはドライブまたはコントローラのいずれかに存在します。 電流ループはモーター電流センサーを使用してモーター巻線の電流を測定しますが、速度ループは速度センサー (通常はエンコーダー) を使用してモーター速度を測定し、位置ループを閉じるための位置情報も提供します。

モーション コントローラーは、パルス幅変調 (PWM) 波形を生成する複雑なアルゴリズムを備えたマイクロプロセッサ ベースのデバイスです。 サーボドライブ内のパワートランジスタは電流と電圧の波形を転送してモーターに電力を供給します。 モーション コントローラーは通常、さまざまなサーボ ループからのフィードバック情報を処理します。 コントローラーはフィードバック情報を使用してモーターを整流し、マイクロプロセッサーの命令どおりに正確に動作します。 本質的に、マイクロプロセッサによって提供されるインテリジェンスはコントローラとして機能し、パワー デバイスに関連付けられた電子機器はドライブとして機能します。 基本的に、コントローラーは位置、速度、または電流ループに特定のコマンドを適用する要素であり、ドライブはコントローラーの要求に応じてモーターに電圧と電流を提供します。

コントローラーは通常、プログラマが提供するコードを保存して実行するプログラム可能なデバイスです。 プログラミングは、BASIC、C+/C++、VB、IEC 61131-3 標準で指定された言語など、さまざまな言語で開発されます。 コントローラーには、コンポーネントの故障時に過負荷や動作の停止を防止するための多数の安全要素が備わっています。 一方、ドライブは、コントローラーの入力コマンドを受信し、パワートランジスタをオン/オフに切り替えることに重点を置く傾向があります。 これにより、指令されたトルクと速度を満たすために必要な電流と電圧が生成されます。

マイクロプロセッサと新しいスイッチング デバイスの進歩により、コントローラとドライブはますます絡み合います。ほとんどの場合、すべての電子機器が 1 つの制御キャビネット内に同じ場所に配置されている集中システムになります。 分散型ソリューションでは、モーション コントローラーはキャビネット内に常駐し、ドライブはモーターの近くに配置され、モーション フィールド バスを介して集中モーション コントローラーと通信します。

編集者注:この記事は、エンジニア、カスタマー サービス、設計の専門家を含む、Kollmorgen のモーションとオートメーションの専門家チームによって書かれました。