サーボシステムとステッパーシステムの違い - 知識

I. はじめに

産業オートメーションと精密制御の分野では、サーボシステムとステッパーシステムはどちらも一般的な制御システムであり、それぞれに独自の動作原理とアプリケーションシナリオがあります。この記事は、読者が 2 つの違いをより明確に理解できるように、サーボシステムとステッパーシステムの違いを深く調査し、複数の観点から比較および分析することを目的としています。

II.サーボシステムの概要

フォローアップシステムとも呼ばれるサーボシステム（サーボ機構）は、位置、速度、加速度を正確に制御できる自動制御システムです。{0}サーボモーター、エンコーダー、コントローラー、フィードバック装置で構成されます。システムの稼働状況をリアルタイムに監視・調整することで、対象物に対する精密な制御を実現します。サーボシステムは、高精度、高速応答、優れた安定性、高い柔軟性を特徴としており、ロボット、CNC工作機械、印刷装置などの分野で広く使用されています。

Ⅲ．ステッパーシステムの概要

ステッピング制御システムは、モーターのステッピング角度を調整することで正確な位置制御を実現する、一般的に使用される電子制御システムです。ステッピングモーターは所定のステッピング角度で回転し、高精度の位置決めとモーション制御を可能にします。-ステッパーシステムは、その正確な位置制御機能により、機械機器の位置制御や電子機器の位置制御などの用途に広く使用されています。

IV.サーボシステムとステッパーシステムの違い

制御精度

サーボシステムは非常に正確な位置制御を実現でき、通常はマイクロメートルレベルの精度に達します。{0}}これは主に、サーボモーターの高精度制御とエンコーダーからの正確なフィードバックによるものです。-対照的に、ステッピングモーターのステップ角は一般に大きくなります。たとえば、2- 相ハイブリッドステッピングモーターのステップ角は通常 3.6 度または 1.8 度ですが、5- 相ハイブリッドステッピングモーターのステップ角は通常 0.72 度または 0.36 度です。ステッピングモーターの精度はマイクロステッピングドライバーなどの方法で向上させることができますが、サーボシステムと比較するとまだ不十分です。

低周波特性-

ステッピングモーターは、低速動作中に低周波振動が発生しやすくなります。これは、ステッピングモーターの動作原理に固有の現象です。{0}{1}この低周波振動を克服するには、通常、ドライバーのダンピング技術やマイクロステッピング技術などの対策が必要です。-対照的に、AC サーボモーターは非常にスムーズに動作し、低速でも振動がありません。さらに、AC サーボシステムは、機械的剛性の不足を補う共振抑制機能を備えています。また、機械的な共振点を検出する周波数解析機能 (FFT) も組み込まれており、システムのチューニングが容易になります。

トルク-の周波数特性

ステッピングモーターの出力トルクは速度が増加すると減少し、高速になると急激に減少します。したがって、その最大動作速度は通常 300 ～ 600 RPM の間です。対照的に、AC サーボモーターは一定のトルク出力を提供します。つまり、定格速度範囲 (通常 2,000 または 3,000 RPM) 内で定格トルクを提供し、定格速度を超える一定の出力を提供できます。これにより、サーボシステムは高速動作時でも安定した制御性能を維持することができます。{8}

過負荷容量

ステッピングモーターは一般に過負荷容量が不足しています。モーターを選択するときは、起動時の慣性トルクを克服するために、より高トルクのモデルが選択されることがよくあります。-しかし、機械は通常の動作時にはそれほど高いトルクを必要としないため、トルクの無駄が発生します。対照的に、AC サーボモータは強力な過負荷容量を備えています。パナソニック製 AC サーボシステムを例にとると、最大トルクは定格トルクの 3 倍であり、起動時に慣性負荷によって発生する慣性トルクに打ち勝つことができます。

運用パフォーマンス

ステッピングモーターは開ループ制御を使用します。-始動周波数が高すぎる場合や負荷が高すぎる場合は、簡単にステップミスや失速が発生する可能性があり、停止中の速度が高すぎる場合はオーバーシュートが発生する可能性があります。したがって、制御精度を確保するには加減速度を適切に管理することが重要です。対照的に、サーボシステムは閉ループ制御を採用しており、エンコーダなどのフィードバックデバイスを使用してシステムの動作状態をリアルタイムで監視し、調整と最適化を行ってシステムの安定性と制御精度を確保します。{4}}

アプリケーションシナリオ

サーボシステムは、高精度、高速応答、優れた安定性により、ロボット工学、CNC 工作機械、印刷装置など、高精度の位置決めとモーション制御を必要とするアプリケーションで広く使用されています。{0}一方、ステッパーシステムは、高精度な位置制御が可能で低コストであるため、機械装置の位置制御や電子機器の位置制御などの分野で広く使用されています。

V. 結論

要約すると、サーボシステムとステッパーシステムは制御方法 (パルス列と方向信号) は似ていますが、性能とアプリケーションシナリオには大きな違いがあります。サーボシステムは、高精度、高速応答、優れた安定性を備えており、高精度の位置決めとモーション制御を必要とするアプリケーションに明らかな利点をもたらします。-一方、ステッパーシステムは、正確な位置制御機能と低コストにより、特定の用途で広く使用されています。実際のアプリケーションでは、特定の要件とシナリオに基づいて適切な制御システムを選択する必要があります。