サーボアンプとは
サーボアンプとは、サーボモーターをコントロールする制御装置のことを指します。サーボモーターとは、回転⾓度を検出するエンコーダが内蔵されているモーターです。エンコーダによってサーボアンプに変位をフィードバックします。
サーボアンプによる制御及びサーボモーターの⾼精度な回転動作により、各メーカーのFA機器は高度な駆動制御の実現しています。サーボアンプはメーカーによってはサーボドライバとも呼ばれます。
サーボアンプの使用用途
サーボアンプは、サーボモータを駆動させるFA機器として幅広く使用されます。輸送機器・産業機器・電子部品・樹脂部品などの幅広い製造過程において広く用いられます。
産業用途の使用例を下記します。
- 車載用大型金型を駆動するためのプレス装置に使用されているサーボモータの制御
- アミューズメント機器(ジェットコースター、スライダーなど)の駆動に使用されているサーボモータの制御
- 工作機械や協働ロボットの駆動用サーボモータの制御
- 自動倉庫の積出、積卸機械の制御
家電製品としては、ロボット掃除機などに使用される場合があります。
サーボアンプの原理
サーボアンプの基本原理は、インバータと似ています。まず、受電した交流電源を直流へ変換します。変換された直流電源をチョッパなどで制御することにより、必要な周波数の交流電源へと変化させます。PWM制御が用いられることが多いです。
インバータとの最大の違いは、対となるサーボモータの変位を受け取ることです。サーボモータは大容量のものを除き、多くは永久磁石形同期モータが使用されます。固定子コイルに流れる電流が磁界へと変化し、永久磁石が付いたロータを回転させる仕組みです。
サーボモータにはエンコーダが付属し、モータの回転角や回転速度をサーボアンプへフィードバックします。モータの位置情報を受け取ったサーボアンプは、リアルタイムにモータを制御して所定の位置で止めます。制御方式は、「オープンループ制御」と「クローズドループ制御」の2種類に大別されています。サーボアンプはクローズドループ制御を用いる機器です。
1. オープンループ制御
フィードバック・ループがない、指令値の応答に対して開放状態の制御のことを言います。代表例としてステッピングモーターは、回転子の実際の回転角度と速度信号をフィードバックしない制御が可能なモーターです。
2. クローズドループ制御
クローズドループ(閉ループ)とは、フィードバックのある制御方式の一種です。制御装置からの出力信号によって制御対象機械の移動量などのデータを制御装置にフィードバックし、入力値と出力値を常に比較し両者を一致させるように全体の操作量を調整する制御です。
サーボアンプはメーカー毎に様々なラインナップが存在しているため、使用環境や設備仕様要件に合ったタイプのサーボアンプとサーボモータをセットで選定する必要性があります。
サーボアンプのその他情報
サーボアンプの原点
サーボアンプには原点という概念があります。原点は、サーボモータの回転角が0となる変位点です。原点を基準に、サーボモータの移動距離や回転角を計算して出力します。サーボアンプは、原点を絶対位置とする場合と都度原点を決める場合があります。
絶対位置とする場合には、サーボアンプの電源を切っても内部でサーボモータの原点位置を覚えています。電源を入れなおせば元通り動作するため、原点を決めなおす手間が省けます。ただし、モータの軸に対して負荷を滑らせたり、モータを交換たりすると原点が狂うため、再度原点セットする必要があります。
都度原点を決めなおす場合は、機械の動作前に必ず原点を探してセットしなければなりません。動作前に予備動作が必要な反面、部品交換時も簡単に原点を合わせることが可能です。
参考文献
https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/servo/pmerit/mr_j5/amp/feature.html
https://www.e-mechatronics.com/product/servo/