はじめに

サーボモーターとステッピングモータードライブは、モーションコントロールの最適化に大きな可能性をもたらします。 motion controlシステムを最適化するための大きな可能性を提供します。スマート・ドライブには、コントローラ・コマンドを変換・増幅するだけの単純な「ダム」ドライブから、コントローラとして独立して動作できるより高度なドライブまで、さまざまな種類があります。システム設計者は、電力、電圧、電流、フォームファクタ、および接続性を選択できます。さらに高度なオプションとして、オートチューニング、トラブルシューティング機能、データ記録、安全機能などがあります。エンジニアは選択肢に圧倒されると感じるかもしれませんが、戦略的な分析プロセスにより、アプリケーションに最適なデバイスを選択することができます。

ドライブを選ぶとき、モータのデータシートを見て電話を取りたくなることがあります。しかし、モータの選択には、単に回転するモータを見つけるだけでなく、もっと多くのことが関係しています。考慮すべき他の要素には、アプリケーション・レベルとシステム・レベルの特性があります。

全体像を考える。何を動かそうとしているのか？それをどれだけ注意深く、素早く動かす必要があるのか？例えば、洗剤の箱をコンベヤーで運ぶのと、血液ガス分析装置でサンプルカートリッジを位置決めするのとでは、大きな違いがある。システムはどの程度複雑ですか？単一の軸を駆動しようとしているのか、それとも高度に協調した動きをする複数の軸を駆動しようとしているのか？サイズ、重量、効率が最も重要な検討事項であるバッテリー駆動AGVを作るのか、それとも性能が重要な手術用ロボットを作るのか？

ドライブの選択

基本動作

ここでは、基本的なモーションシステムを考えてみよう。これは、コントローラ、ドライブ、モータ、および1つまたは複数のフィードバック装置で構成される。コントローラはモーションコマンドをドライブに送り、ドライブはそれをモータのパルス幅変調（PWM）出力信号に変換します。この信号により、モータが回転（リニアモータの場合は並進）します。モータのトルクは駆動電流に比例し、モータの速度と方向は電圧に比例します。フィードバックにより、コントローラまたはドライブで1つまたは複数の制御ループ（トルク、速度、位置）を閉じて、必要に応じて負荷を動かすことが可能になります。

アナログかデジタルか？

主なドライブの分類のひとつに、アナログとデジタルがあります。デジタル・ドライブは重要な利点を提供し、ここ10年ほどの間に売上の大半を占めるようになったが、アナログ・ドライブにもまだ果たすべき役割がある。

アナログドライブ

アナログ・ドライブには、純粋なアナログ回路が搭載されています。精巧さのレベルは様々である。ほとんどのアナログドライブは、±10 V信号の形でコントローラ入力を受け取ることができます。ドライブはコントローラから電圧コマンドを受け取り、それを増幅し、モータの適切な軌道コマンドに変換します（ドライブがアンプと呼ばれることがあるのはこのためです）。通常、正の電圧はモーターを正転させ、負の電圧は逆転させる。もちろん、この反応はソフトウェアで簡単に逆転させることができる。もちろん、この応答はソフトウェアで簡単に反転させることができる。また、アナログ・ドライブの中には、コントローラの入力をPWM信号や正弦波信号として受け取るものもある。

 

アナログ・ドライブは ブラシ と ブラシレスモーターを駆動できます。経済的でコンパクト、消費電力も最小限です。アナログ・ドライブにはプロセッサが搭載されていないため、非常に堅牢で、プログラミングも不要です。ツイストペア配線で接続できます。自動フォークリフトのトラクション・ホイールのようなシンプルでコスト重視のアプリケーションでは、アナログ・ドライブ付きサーボ・モーターは非常に良い選択かもしれません。

アナログ・ドライブにはプロセッサーが搭載されていないため、レイテンシーは発生しない。しかし、処理能力がないということは、どちらにも言えることだ。アナログ・ドライブは外部コントローラー・コマンドを必要とする。デバイスは、ポテンショメータを使用して手動で較正する必要があります。これは、1軸または単純なシステムでは簡単ですが、場合によっては1軸のチューニングに熟練エンジニアでも数時間かかることがあります。手動チューニングが必要なドライブには、別の問題がある。負荷の変化に対応できないのだ。このような欠点があるため、新しいシステムでも古い機械でも、アナログ・ドライブからデジタル・ドライブへの置き換えが進んでいる。

デジタルドライブ

デジタル・ドライブにはプロセッサーとオンボード・メモリが搭載されており、大幅な高機能化が可能です。デジタル・ドライブは、振幅やデューティ・サイクルの遠隔操作や自動変更にも対応しています。ドライブは数百ヘルツの周波数で動作するため、アナログ・バージョンよりもはるかに応答性が高くなっています。デジタルの性質上、ソフトウェアで調整することができます。これにより、オートチューニングが可能になり、試運転が迅速になるだけでなく、例えば、スロッシングやその他の負荷振動を防止するために、負荷イナーシャの動的変化に軸がリアルタイムで対応できるようになります。

アナログ・ドライブと同様に、デジタル・ドライブにも、内蔵接続機能から機能安全機能、さらには制御機能まで、さまざまなレベルの洗練されたものがあります。覚えておくべき重要なポイントは、デジタル・ドライブはアナログ・ドライブよりも柔軟性が高いということです。

一部のデジタル・ドライブにはアナログ・ポートもあります。アナログ機能を備えたデジタル・ドライブは、既存のマシンのアナログからデジタルへの移行を簡素化することができます。元のアナログ・ドライブが故障した場合、兼用ドライブを取り付 け、アナログ・コンポーネントとして動作させることができます。コントローラを交換し、マシンをデジタル操作に変換するときに、ドライブをデジタルに切り替えるには、配線を変更し、ドライブ構成の特定のパラメータを更新するだけです。

いつものことだが、トレードオフがある。デジタル・ドライブはアナログ・ドライブより高価だ。消費電力も高く、プロセッサーを搭載しているため大型になる傾向がある。非常にシンプルなシステムの場合、デジタル・ドライブは過剰かもしれないが、現在ではアナログ・バージョンよりも一般的に使用されている。