サーボ ドライブ コンポーネントの説明: ドライブ、モーター、フィードバック ループがどのように連携するか

サーボ システムは、ドライブに接続された単なるモーターではありません。これは、コントローラ、サーボ ドライブ、モータ、フィードバック デバイスがコマンド、電力、位置情報を継続的に交換する閉ループ モーション システムです。-

この区別は、新しい軸を選択するとき、古いドライブを交換するとき、またはマシンが正しく位置決めされなくなった理由を理解しようとするときに重要です。個々のサーボ ドライブ コンポーネントを知ることは役に立ちますが、それらがどのように相互作用するかを知ることは、エンジニアや購入者がより適切な決定を下すのに役立ちます。

このガイドでは、PLC またはモーション コントローラーからサーボ モーターに至る信号経路をたどり、エンコーダーを経由して戻ります。次に、ドライブとモーターの内部を調べ、主な制御ループを説明し、コンポーネントの問題がマシン レベルでどのように発生するかを示します。

サーボドライブ、サーボモーター、サーボシステム: まず違いを理解しましょう

サーボドライブとサーボモーターは互換性のある用語ではありません。

のサーボドライブサーボアンプと呼ばれることもありますが、モーションコマンドとフィードバック情報を受け取ります。必要なモーター電流を計算し、出力段を制御します。

のサーボモーター制御された電気エネルギーをトルクとシャフトの動きに変換します。

のエンコーダまたはリゾルバモーターが実際に何をしたかを測定し、位置または速度情報をドライブに送り返します。

のサーボシステム完全な配置です。これには、PLC またはモーション コントローラー、サーボ ドライブ、サーボ モーター、フィードバック デバイス、ケーブル、機械式トランスミッション、安全装置、および機械負荷が含まれます。

モーションの問題はチェーンのどこからでも始まる可能性があるため、この分離は重要です。動かないモーターが自動的にモーターの故障とはみなされません。また、位置エラーが自動的にドライブの欠陥を意味するわけでもありません。

サーボ システムの仕組み: コマンドに従って負荷を設定する

サーボ ドライブがどのように動作するかを理解する最も簡単な方法は、システムを通じて 1 つのモーション コマンドに従うことです。

1. コントローラーがモーションコマンドを送信します

PLC、CNC、または専用のモーション コントローラーによって、軸が何を実行する必要があるかが決まります。リクエストでは、位置、速度、トルク、または調整された動作プロファイルを定義できます。

たとえば、包装機は、テーブルを次のステーションに移動し、正確な位置で停止するようにインデックス軸に命令する場合があります。

2. サーボドライブはコマンドとフィードバックを比較します

ドライブは、要求された値とフィードバック デバイスによって報告された実際の値を比較します。この差は、制御システムが削減しなければならない誤差になります。

正確なアルゴリズムはプラットフォームによって異なりますが、原則は一貫しています。ドライブは、要求された結果と実際の結果の両方を認識しない限り、動きを修正できません。

3. パワーステージはモーター電流を調整します

制御電子機器はドライブのパワーステージに指令を出します。インバータは、設計に応じて通常 IGBT またはその他のパワー デバイスに基づく高速半導体スイッチングを使用して、モータ相に供給される電流を調整します。-

4. モーターがトルクを生み出す

調整された相電流により、モーター内に磁界が生成されます。それらの相互作用によりローターにトルクが発生し、シャフトが回転します。次に、機械的動作がカップリング、ギアボックス、ベルト、ボールネジ、またはその他の伝達装置を介して負荷に伝達されます。

5. エンコーダーが何が起こったかを測定する

エンコーダまたはレゾルバはシャフトの動きを測定し、フィードバックをドライブに返します。コマンドされた値と実際の値が異なる場合、ドライブは修正が必要であることを認識します。

6. ドライブがエラーを修正する

この修正は移動中も継続されます。負荷が変化したり、摩擦が増加した場合、ドライブはモーター電流を調整して実際の動作をコマンドに近づけます。

この継続的なコマンド、フィードバック、および修正サイクルが、サーボ システムが正確な位置決めと動的動作を実行できる理由です。

おすすめのイラスト：

PLC / モーションコントローラー → サーボドライブ制御 → パワーステージ → サーボモーター → 機械負荷

フィードバック パス:

エンコーダ/レゾルバ → サーボドライブ制御

サーボドライブの内部: 軸を制御し、動力を供給するコンポーネント

構造はシリーズや出力定格によって異なりますが、ほとんどのサーボドライブは複数の機能ブロックとして理解できます。

入力電源と整流器

入力段は電源を受け取り、電力変換と保護の第 1 段を提供します。多くの AC サーボ ドライブでは、整流器が入力 AC を内部バス用の DC に変換します。入力トポロジはさまざまであるため、電圧、位相、システム設計をメーカーのマニュアルと照合して確認する必要があります。

DC リンクとコンデンサ

DC リンクは、インバータに安定したエネルギー源を提供します。コンデンサは DC バスを平滑化し、短時間の負荷変化に備えてエネルギーを蓄えます。

DC バスは、モーターがエネルギーをドライブに戻すことができる減速時にも重要です。システムによっては、そのエネルギーは制動抵抗器、回生ユニット、または共有 DC バスを通じて処理される場合があります。

インバーターとパワーステージ

インバータは、DC バスのエネルギーを制御されたモータ相電流に変換します。制御電子機器に応答し、軸が加速、減速、または位置を保持するときに電流を調整します。

これが、電力定格だけでは選択に不十分な理由の 1 つです。ピーク電流、連続電流、デューティ サイクル、および回生は、公称キロワットと同じくらい重要になる可能性があります。

コントロールボードとプロセッサー

制御電子機器は設定値を受け取り、フィードバックを処理し、制御機能を実行し、電力段に指令を出します。

制御ボードを表示する便利な方法は、データ フローを介することです。制御ボードは、要求された動作と実際のフィードバックを受信し、補正を計算し、電流要求を生成し、軸が許容範囲内にあるかどうかを監視します。

フィードバックと通信インターフェイス

フィードバック インターフェイスは、ドライブをエンコーダまたはリゾルバに接続します。正しいフィードバック形式を受信して​​解釈する必要があります。

通信インターフェイスは、ドライブをコントローラに接続し、場合によっては他の軸にも接続します。プラットフォームに応じて、ネットワークには EtherNet/IP、PROFINET、または EtherCAT が含まれる場合があります。ネットワーク互換性は、完全なモーション アーキテクチャの一部としてチェックする必要があります。

冷却、保護、安全性

パワー エレクトロニクスは熱を発生するため、ドライブではヒートシンク、温度検知、エアフロー、および一部の設計では冷却ファンが使用されます。

電子保護機能により、過電流、過電圧、過熱を監視できます。安全トルクオフなどの機能安全機能は別の目的に使用されるため、通常の障害保護として扱うべきではありません。

この表は出発点であり、診断ではありません。同様の症状は、配線、チューニング、または機械的負荷によって発生する可能性があります。

サーボモーターの内部: 電流を運動に変えるもの

モーターは制御ループの物理的な部分を完成させます。

の固定子と巻線電流が流れると磁場が発生します。のローターそのフィールドに応答して回転を生成します。の軸トルクを負荷に伝達します。

ベアリング回転アセンブリをサポートします。摩耗は、騒音、熱、振動、回転の荒さとして現れることがありますが、アライメント、カップリング、または負荷の問題が同様の症状を引き起こす可能性があります。

多くのサーボ モーターには、エンコーダまたはリゾルバ含まれる場合があります保持ブレーキ。ブレーキは、必要な場合、特に垂直荷重の場合に軸を保持することを目的としています。減速中のダイナミックブレーキや回生ブレーキと混同しないでください。

エンコーダのフィードバックがそれほど重要な理由

サーボ システムは、実際の動きについての正確な知識に依存します。

位置フィードバックは、シャフトがどこにあるかをドライブに伝えます。速度情報は速度規制をサポートします。多くのシステムでは、フィードバックはモーターの整流と軸の初期化にも重要です。

アブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダは、さまざまな要件を解決します。アブソリュートデバイスは、その設計に従って独自の位置基準を保持または報告できますが、インクリメンタルシステムは一般にパルスカウントに依存しており、基準またはホーミング戦略が必要な場合があります。

交換作業において重要なポイントは適合性です。ドライブ、モーター、フィードバック デバイス、コネクタ、ケーブル、コントローラーのアーキテクチャは相互にサポートしなければなりません。

エンコーダ関連の問題は、フィードバック アラーム、不安定な位置、原点復帰の失敗、または断続的な動作として現れる場合があります。{0}}エンコーダ自体ではなく、ケーブルやコネクタが原因である場合もあります。

障害{0}}コード-の最初のワークフローについては、こちらの記事をご覧ください。サーボドライブとモーターのトラブルシューティング: 障害コードから交換の決定までガイド。この記事では、故障履歴、安全な分離、フィードバック チェック、駆動-側とモーター側-側の診断について詳しく説明しています。

位置、速度、トルクループがどのように連携するか

サーボ制御は一般に、入れ子になった制御ループとして説明されます。

の電流またはトルクループトルクが迅速に応答できるようにモーター電流を調整します。

の速度ループ要求された速度と実際の速度を比較し、速度誤差を減らすために必要なトルクを内側のループに要求します。

の位置ループ目標位置と実際の位置を比較し、位置誤差を減らすために必要な補正を生成します。

この階層は、現場の症状を説明するのに役立ちます。調整が不十分な場合、オーバーシュート、発振、長い整定時間、または高周波ノイズが発生する可能性があります。-動きが悪いからといって、自動的にコンポーネントの故障が証明されるわけではありません。負荷の慣性、摩擦、機械的な遊び、ブレーキのリリース、フィードバックの品質によっても、同様の症状が発生する可能性があります。C

サーボコンポーネントが故障するとどうなりますか?

1 つのアラームから部品を診断しようとするのではなく、症状を利用して検査に値する領域を見つけます。

マシンがすでに障害状態にある場合は、専用のサーボドライブとモーターのトラブルシューティング診断手順に関する記事。 2 つのリソースは、異なる検索目的に対応する必要があります。この記事では、アーキテクチャとコンポーネントの関係について説明します。トラブルシューティングの記事では、実際の障害を安全に切り分ける方法について説明しています。

修理または交換しますか?失敗したレイヤーから始める

障害が発生した領域が確認されたら、次に決定するのは、修理、交換、またはさらなるシステム調査です。

問題が解決可能であり、認定された修理チャネルが利用可能であり、マシンが既存の構成を保持することでメリットが得られ、ターンアラウンドがダウンタイム枠内に収まる場合には、修理が合理的である可能性があります。

障害が繰り返される場合、モデルが旧式である場合、修理サポートが限定されている場合、電源段の重大な損傷が確認されている場合、またはマシンが新しい制御アーキテクチャに移行している場合、交換の魅力はさらに高まります。{0}}

交換品を調達する前に、次のことを記録してください。

• メーカーおよびフルドライブのカタログ番号
• 入力電圧と電気クラス
• 電流および定格電力
• 正確なサーボモーターモデル
• エンコーダまたはリゾルバのタイプ
• PLCまたはモーションコントローラー
• 通信ネットワーク
• ブレーキ、安全装置、ケーブル構成

電力定格を一致させるだけでは不十分な理由

同じ公称出力を持つ 2 つのサーボ ドライブは、必ずしも交換可能であるとは限りません。

交換はモーション システムの一部としてチェックする必要があります。モーター ファミリと電流要件がサポートされている必要があります。供給電圧は正しい必要があります。フィードバックシステムを認識する必要があります。コントローラーと通信アーキテクチャはドライブをサポートする必要があります。ブレーキ配線、安全機能、ケーブル、回生要件によっても答えが変わる可能性があります。

アレン-ブラッドリーのプロジェクトについては、こちらをご覧くださいAllen-Bradley サーボドライブ: Kinetix の選択、互換性、および交換ガイド.このページでは、Kinetix ファミリの選択、コントローラの互換性、モータとフィードバックのチェック、電源アーキテクチャ、交換計画について説明しますが、この記事では引き続きサーボ ドライブのコンポーネントとシステムの動作に焦点を当てます。

サーボドライブとVFD: 類似したハードウェア、異なる制御目的

サーボ ドライブと VFD には両方とも整流器、DC バス、インバーターが含まれていますが、解決する制御問題は異なります。

サーボ システムは、正確な閉ループ動作を中心に構築されており、通常はモーター フィードバックによる位置、速度、トルクの調整が含まれます。{0} VFD は通常、主な要件が制御されたモーター速度またはプロセス調整である場合に選択されますが、高度な VFD ではエンコーダー フィードバックやベクトル制御も使用できます。

アプリケーションに関する詳細な決定については、次を参照してください。Kinetix と PowerFlex: 適切なアレン-ブラッドリー ドライブの選び方ここで比較を拡大するのではなく。

実践的なポイント: 個々のコンポーネントではなくシステムで考える

サーボドライブを 1 つのボックスとして扱うのをやめると、理解しやすくなります。

コントローラーはモーションを定義します。ドライブは補正を計算し、モーター電流を制御します。モーターはトルクを発生します。エンコーダーは実際に何が起こったかを報告します。ケーブル配線、安全性、通信、機械的負荷は、軸が意図したとおりに動作するかどうかに影響します。

置換には同じシステム ビューを使用します。正確なドライブとモーターを特定し、フィードバック、コントローラー、通信、安全要件を確認し、注文前に互換性を確認してください。

CHENTUO は、サーボドライブ、サーボモーター、PLC、VFD、モーション機器などの産業オートメーション製品をサポートしています。ユニットを特定するのにサポートが必要な場合は、完全なモデル番号とドライブとモーターの銘板の鮮明な写真を送信してください。不確実なモデルや古いモデルの場合は、見積り前に交換経路を確認できるように、コントローラ、電圧、アプリケーション、および宛先も含めてください。

よくある質問

 

 

サーボドライブの主なコンポーネントは何ですか?

一般的なセクションには、整流器、DC リンク、インバーターまたはパワーステージ、制御電子機器、フィードバック インターフェイス、通信インターフェイス、冷却システム、保護または安全機能が含まれます。正確なアーキテクチャはドライブ ファミリによって異なります。

サーボドライブとサーボモーターの違いは何ですか?

ドライブはコマンドとフィードバック情報に基づいて電力を制御します。モーターは、制御された電流をトルクと動きに変換します。これらは一致したモーション システムとして機能します。

サーボ システムのエンコーダは何をするのでしょうか?

エンコーダは実際の動きを測定し、制御システムにフィードバックを返します。ドライブはこの情報を使用して、実際の動作と要求された位置または速度を比較し、修正を行います。

サーボドライブなしでサーボモーターは動作しますか?

通常、サーボ モーターが意図したとおりに動作するには、互換性のあるドライブまたはアンプと制御システムが必要です。正確な要件はモーターとシステムのアーキテクチャによって異なります。

サーボドライブ内で通常何が故障するのでしょうか?

考えられる分野には、冷却コンポーネント、DC バス コンデンサ、パワー エレクトロニクス、コネクタ、制御エレクトロニクス、およびフィードバック インターフェイスが含まれます。症状だけではコンポーネントの故障を確認することはできません。

サーボドライブを同じ出力の別のモデルに交換できますか?

電力定格だけではありません。交換を確定する前に、電圧、電流、モーター、フィードバック、コントローラー、ネットワーク、安全性、ブレーキ、ケーブル配線、および回生の要件を確認してください。

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