サーボモーターの速度指令について

Question

お世話になります。

三菱の講習用テキストを見て、サーボモーターの勉強を始めました。

以下、位置と速度を同時に制御する場合についてですが、私の認識は以下です。

(1)モーターの指令値（指令バルス周波数）とモーターの現在値（帰還パルス周波数）の差の「累積」　
が溜りパルスとなる
(2)溜りパルスが速度指令となる
(3)モーター回転数の指令値と現在値が同じになると速度指令（溜りパルス）は一定になる
(4)溜りパルスはゼロになると位置決めが完了する（モーターが止まる）

分からないのは２つです。

ひとつめは、速度フィードバックがなぜ必要になるかです。溜りパルスが一定になれば速度は目標値に追従している訳ですから、位置フィードバックだけで、位置も速度も制御されるのではないかと思うのですが、なぜ速度フィードバックが必要になるのでしょうか？

ふたつめは、速度指令についてです。テキストでは溜りパルスが速度指令になるという様な書き方をしていますが、なぜそうなるのかが分かりません。単純に溜りパルスを速度指令にはできないと思うのですが、このあたりを詳しく説明しているWEBなどあればご教示頂けませんでしょうか。

よろしくお願いします。

lumiheart · Accepted Answer

回答（１）です

>(4)速度制御によってV'→Vになる。このとき、溜りパルスP’、速度の目標値Vr
Ｖ’で考えると混乱するので具体的に数値を入れてみる

V＝10m/min（本件は位置制御なので直線位置決めとしてみる）
V'= 8m/min（摩擦等の原因で速度が落ちた）
P= 1000PLS
P'=1200PLS
Vr=10m/min
SP=10000PLS/Sec（指令周波数）
FB=10000PLS/Sec（フィードバック周波数）
FB'=8000PLS/Sec

10m/minで運転している時、速度指令周波数は10000PLS/Secとする
この時エンコーダからの周波数は10000PLS/Secとする
指令周波数＝フィードバック周波数となり
溜りパルス量は1000PLSで安定してるものとする

(5)　摩擦等で外乱が入ってV'= 8m/minと遅くなった
(6)　指令周波数は一定でFBは8000PLS/Secと遅くなるので
(7)　溜りパルスは12000PLSと増える
(8)　結果的に速度指令が増えたので12m/Secまで加速する
(9)　FBは12000PLS/Secと増える
(10) SPはそのままでFBが増えたので溜りパルスは減る
(11) 溜りパルスが減ったので速度は落ちる

所謂、ハンチングはするがいずれ落ち着きます

溜りパルス＝指令パルス数－フィードバックパルス数
（周波数ではなくてパルスのカウント数）

本来、溜りパルス量はゼロにするのが最良なのですが
いにしえのアナログサーボでは応答遅れ等の問題がありゼロにするのは困難であった
最新のデジタルサーボは応答遅れも少なく低速運転ではほとんどゼロ付近になります
但し、本当のゼロになるのは停止時のみです

Tann3 · Answer

即物的な信号名称にとらわれず、「何を制御しているのか」という物理的な意味を考えることが重要です。
　この制御回路は、普通の制御ブロック図で書くと、大きな「位置制御ループ」の中に、マイナーループとして「速度制御ループ」があるという構成です。

外側のループ（位置フィードバック）は、最終的に整定させたい「位置」を制御します。
　一番左に入っている「指令パルス列」というのが、制御したい「目標位置」ということです。
　フィードバックが「速度」と「位置」が同じ信号でまぎらわしいですが、速度フィードバック信号を積分すれば位置信号になります。「溜まりパルス」とは、要するに積分しているということです。（単に速度信号を位置信号にする積分だけでなく、おそらく位置偏差の積分もしていると思います）

従って、左の制御部の出力は、「位置偏差」（目標位置と現在位置の偏差）ということになります。
　これを目標値として、右の制御部で速度を制御するということです。「速度」は「位置」を微分したものですから、最終的に位置を制御したいところで「速度制御」をすると、位置を整定させる応答性が良くなります。（ただし、このゲインを大きくすると、過敏に動きすぎて、不安定になります）
　「ＰＩＤ制御」というのをお勉強されていますよね？（Ｐ：比例制御、Ｉ：成分制御、Ｄ：微分制御）
　位置を制御するのに、位置のフィードバックだけの「比例制御」にすると、応答性も悪いし、最終的に「目標値」と「現在値」のオフセットが残ります。

ご質問への答：
（１）速度フィードバックがなぜ必要になるかです。
→上に書いたとおり、位置制御の応答性を上げるためです。

（２）速度指令についてです。テキストでは溜りパルスが速度指令になるという様な書き方をしていますが、なぜそうなるのかが分かりません。
→別に、自然にそうなる、というのではなく、そういう制御構成にしている、ということです。
　上に書いたように、「溜りパルス」＝「位置偏差」ですから、位置偏差が大きいほど速度を大きくし、位置偏差が小さくなると速度を小さくするように制御する、ということです。物理的に妥当な制御ですよね。

（３）このあたりを詳しく説明しているWEBなどあればご教示頂けませんでしょうか。
→ごくごく一般的な「古典制御」（ＰＩＤ制御）の参考書なり、解説Webをご覧になればよいと思います。

lumiheart · Answer

>ひとつめは、速度フィードバックがなぜ必要になるかです
速度ハンチング防止の為です

>溜りパルスが一定になれば速度は目標値に追従している訳ですから
速度制御しないと、現在速度は成り行き　＜速度は安定しません
速度制御しているから溜りパルス量が一定になるのです
速度精度が不要なら位置制御のみでも可能ではある

>ふたつめは、速度指令についてです
>単純に溜りパルスを速度指令にはできないと思うのですが
基本的に単純に溜りパルス量を速度値に変換してます
（それなりの補正回路はあるが、とりあえず無視）

>このあたりを詳しく説明しているWEBなどあればご教示頂けませんでしょうか。
三菱電機が一番親切ではある
https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/ssl/wap/eln/index.do

産業機械用サーボでは絶滅危惧種なのですが　
いにしえのアナログサーボ、しぶとく生き残っています
http://www.servotechno.co.jp/index02.html
http://www.kanpul.co.jp/con.html
基本はカンパルの
１軸用アナログ電圧出力コントローラー
L A D A K H - １ ４ ８ １
これのマニュアルをよく読めば基本は分かると思う

ＰＩＤ制御
http://www.compoclub.com/products/knowledge/jidou_seigyo/jidou_seigyo4.html
ＰＩＤ制御は温調制御に使うものと誤解してる人も多いけれど
サーボの中身はＰＩＤ制御
サーボアンプのパラメータ中にもちゃんとＰＩＤパラメータがある
所謂、古典制御と言うヤツです
http://www.geocities.co.jp/Technopolis/5348/riron.html

カスケード制御
http://www.rkcinst.co.jp/techno/16/techno_16.htm
速度制御と位置制御の関係はこのカスケード制御になります
位置制御装置が速度制御装置に速度指令を出力して速度と位置を制御します

サーボモーターの速度指令について

回答（１）です

即物的な信号名称にとらわれず、「何を制御しているのか」という物理的な意味を考えることが重要です。

>ひとつめは、速度フィードバックがなぜ必要になるかです

この回答への補足

似たような質問が見つかりました

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

関連するカテゴリからQ&Aを探す

このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング

マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング

　即物的な信号名称にとらわれず、「何を制御しているのか」という物理的な意味を考えることが重要です。