サーボモーターは通常、CNC、ロボット、モーション制御など、モーターの移動位置を正確に制御する必要があるアプリケーションで使用されます。サーボモーターを正確、安定的、かつ迅速に制御するには、サーボモーター制御システムが必要です。この記事では、Arrow ElectronicsとADIが共同開発したサーボ モーター制御ソリューションを紹介します。
サーボモーターは動きを正確に制御します
サーボモーターとは、サーボ機構を利用したモーターの総称です。いわゆるサーボシステムとは、指示コマンドに従って動作する制御装置です。モーターのサーボ制御に応用されます。モーターや制御対象機械にセンサーを設置し、検出結果をサーボアンプに返して指令値と比較します。サーボモーターはフィードバック信号によって制御されるため、入力パルス信号によって制御されるステッピングモーターとは異なります。
サーボモーターの動作特性は位置位置決め制御と動作速度制御です。主な特徴は、速度を正確に制御できること、速度制御範囲が広いこと（一定速度で安定してスムーズに走行することに加えて）、必要に応じていつでも速度を変更できること、極低速で安定して回転できること、正逆回転や急速加減速ができることなどです。サーボモーターは、静的動作から動的動作へ、または動的動作から静的動作へ切り替える際に必要な時間が非常に短く、外力があっても位置を保持でき、定格容量範囲内で瞬時に大きなトルクを発生し、出力が大きく、効率が高いという特徴があります。
産業用イーサネットをサポートするサーボドライバソリューション
サーボモーターをより正確かつ迅速に制御するために、Arrow Electronicsは、ARM Cortex M4プロセッサ コアを採用し、高精度ADC、デジタル アクセラレータとフィルタ、SRAMとフラッシュ メモリ、豊富な周辺機器を統合したADI製品をベースとしたARROW-ADI ADP SERVOモーター制御システム ─ ADSP-CM4xxミックスド シグナル制御プロセッサを開発しました。ADSP-CM4xxプロセッサは、高性能のリアルタイム制御とアナログ変換を必要とする幅広い組み込みアプリケーションに適しています。
ARROW-ADI ADP SERVOは、高度なプログラミング モデルと複雑なアルゴリズムをサポートできる240 MHz ARM Cortex M4コア統合浮動小数点演算ユニットを採用しています。384KBのSRAMと2MBのフラッシュメモリを内蔵しており、大規模なプログラムにも容易に対応できます。デュアルチャンネル16ビットSAR ADCを搭載しています。欠落コードがなく、ENOBは13以上、変換速度は380nsに達し、高精度のクローズドループ制御アプリケーションに適しています。高調波解析エンジン（HAE）を搭載し、グリッド接続に対応し、高度なPWMおよびタイマー機能をサポートし、トルク変動とモーター性能を効果的に向上させます。内蔵SINCフィルタを備え、AD74xx絶縁コンバータとシームレスに接続でき、2ウェイCANインターフェイス、3ウェイUARTインターフェイス、2ウェイSPIインターフェイス、8つの32ビット タイマー、2つの2線式インターフェイス、および4つの直交エンコーダ インターフェイスをサポートします。 ARROW-ADI ADP SERVOは、91個のGPIOピンと16個のADC入力ピンを備えた24x24 176リードLQFPにパッケージ化されており、モーター制御アプリケーションに最適化されています。
高性能アプリケーションを実現する多様なコアチップ
ARROW-ADI ADP SERVOには、電源ボードと制御ボードが含まれています。電源ボードは主に高電圧・強電信号の入出力処理に使用され、制御ボードにはADIのDSP（ADSP-CM408）、ADIの産業用イーサネットインターフェースチップ（FIDO5200）、AlteraのFPGA（10CL025）が含まれており、主に検出ループ信号の読み取りと制御信号の出力を担当し、シリアルポート通信、ディスプレイ、キー操作などの補助機能を備えています。
ADSP-CM408CSWZ-AF
CM40X DSP機能モジュールにはADCとアナログ回路が含まれており、CM40xシリーズ プロセッサの最大の利点の1つはオンチップSAR ADCの精度にあります。CM403を例にとると、CM403には合計26個のアナログ入力がありますが、そのうち外部アナログ信号の受信に使用できるのは24個だけです。他の2つのチャネルはそれぞれ2つの内部DACの出力に接続されており、ADCが正常に動作しているかどうかを検出するための自己診断を必要とする一部のアプリケーションで使用されます。CM403のADCの最高サンプリング レートは2.6Mspsに達し、2.6Mサンプリング レートで0 ～ 11のアナログ入力をポーリングする場合、SINADは81dBに達します。
ADIのfido5000マルチプロトコル (REM) スイッチング チップには、fido5100とfido5200の2つのモデルがあります。これら2つのモデルの唯一の違いは、サポートするイーサネット プロトコルです。fido5100は、EtherCATを除くさまざまな主要な産業用イーサネット プロトコルをサポートし、fido5200は、EtherCATを含むさまざまな主要な産業用イーサネット プロトコルをサポートします。
FPGAは、Field Programmable Gate Arrayの略称です。機器内の多数の電気的機能を変更できる半導体集積回路です。これは、PCBの組み立て中に設計エンジニアによって変更されるか、または機器が顧客に出荷された後に「現場」で変更される可能性があります。ARROW-ADI ADP SERVOは、24,624個のLEと76個の汎用IOを備えたAlteraの10CL025YE144I8チップを採用しており、さまざまな複雑な機能を実現できます。
DEMOボードが製品開発をスピードアップ
Arrow Electronicsは、ADI製品をベースにしたADIサーボ モーター制御ソリューションを開発しました。これは、ADSP-CM408とFIDO5200をベースにした産業用イーサネット ソリューションを備えたサーボ ドライバーです。ADIは、データ コンバータ、アンプ、組み込みプロセッサ、iCoupler® デジタル アイソレータ、電源管理デバイスなど、包括的な製品ポートフォリオを提供しています。DEMOボードには主に電源モジュール、制御モジュール、表示モジュールが含まれています。
ADIサーボ モーター制御ソリューションは、入力電圧200 ～ 240VAC、回転速度 <= 3000rpm、出力電流 <8Aをサポートし、高精度で高速な動的応答を実現します。コアチップには、ADI CM408F、AD7403、ADuM130E、ADuM141E、ADM809、ADM3483、LT1529IQ-3.3、ADP1706ardz-2.5、ADP1706ardz-1.2、FIDO5200BBCZ、Altera 10CL025が採用されています。Viper53-E、STTH108A、L78L05、L78M24CV、STPS1150A、STMicroelectronics (ST) のSTTH1R02U、Infineon IKCM30F60GA、IKW30N60DTP、GBU8M、FOD3184、FOD817、ON Semiconductorの74ACT244SC、SiT8208、Nexperia 74HC165D、74HC595D、74VHC14D、74LVC1G08GV、TE RZ03-1A3、USB_1734035、D_sub-26-5178238、RJ45-6116353など。
結論
インダストリー4.0の急速な発展の時代には、ますます多くの産業用アプリケーションが高精度サーボモーターを使用しており、産業用イーサネットを組み合わせてシステム接続機能を完成する必要があり、産業用アプリケーションの将来の発展を変えています。市場の需要の高まりを踏まえ、Arrow ElectronicsはADIベースのサーボ モーター制御ソリューションを発表しました。これは、Industry 4.0アプリケーションの急速な発展に貢献し、関連製品開発者がこのソリューションを深く理解し、関連アプリケーション市場への投資にさらに力を入れる価値があります。
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