フルクローズドループ制御って何ですか？

おしえて！照代さん
おしえて！照代さん

このコラムでは、フルクローズドループ制御について紹介します。

  • 学くん

    困ったな・・・。

  • 照代さん

    どうしたの学くん？

  • 学くん

    ステッピングモーターでXYステージを駆動させているお客様から、「もっと停止精度を高めたい」と相談を受けました。

  • 照代さん

    お客様はどんな方法を試されたのかしら？

  • 学くん

    基本ステップ角度が1.8°の2相ステッピングモーターを使っていたので、もっと分解能が高い0.36°/stepの5相ステッピングモーターへ変更したみたいです。それでもダメでボールねじのリードを小さくする方法も試されたみたいですが・・・。1μm未満の停止精度はハードルが高いですね。

  • 照代さん

    なるほど。それならフルクローズドループ制御のほうがよさそうね。

  • 学くん

    それは「クローズドループ制御」とは違うのですか？

セミクローズドループ制御とフルクローズドループ制御

  • 照代さん

    「クローズドループ制御」は２種類に分類されるの。例えば、サーボモーターに代表されるような、エンコーダを使ってモーターの回転角度を検出して制御する方法はセミクローズドループ制御って言うの。この場合は、ワークやテーブルなどの機械端の位置を予測してモーターを制御することになるわ。

  • 学くん

    以前勉強したので知っています！

  • 照代さん

    それに対して、フルクローズドループ制御は、機械端に設置されたセンサから直接位置情報を検出することでモーターを制御する方法なの。今回のように機械端が直動機構の場合は、リニアスケール（センサ）とサーボモーターを組み合わせて使うことが一般的ね。

  • 学くん

    フルクローズドループ制御には、どんなメリットがあるんですか？

    セミクローズドループ制御のブロック図

    セミクローズドループ制御のブロック図

    フルクローズドループ制御のブロック図

    フルクローズドループ制御のブロック図

フルクローズドループ制御のメリット

  • 照代さん

    一番のメリットは停止精度が非常に高いことね。

  • 学くん

    どちらもクローズドループ制御なのに、どうしてフルクローズドループ制御の方が停止精度が高いのですか？

  • 照代さん

    セミクローズドループ制御の場合は、モーターと機械端との間にあるボールねじやギヤなどの機械部品の誤差が停止精度に影響を与えてしまうわ。でもフルクローズドループ制御の場合は、機械端の位置を直接検出してドライバにフィードバックすることで機械部品などの誤差を補正できるの。

  • 学くん

    ということは、フルクローズドループ制御の場合は、ボールねじの熱膨張やギヤのバックラッシによる誤差を軽減できるということですか？

  • 照代さん

    その通りよ。ただこの制御方法の場合は、リニアスケールのような高分解能なセンサが必要になるから、その分のコストも高くなるわね。

  • 学くん

    お客様は今ステッピングモーターを検討しているところなので、大幅なシステム変更が必要になりそうですね。フルクローズドループ制御のシステムを作るのも大変そうですし・・・。

  • 照代さん

    大丈夫よ学くん！CVDシリーズにフルクローズドループ制御が可能な製品があるわ。しかも5相ステッピングモーターと組み合わせて使えるの。ハンチングの心配がないから、今回のように精密なXYステージに適していると思うわ。

  • 学くん

    それはすごい！早速お客様に紹介したいと思います！

  • 照代さん

    半導体製造装置、光学検査装置、顕微鏡などで、高精度な位置決めをしたいというお客様がいたらぜひご紹介してみてね。

  • 学くん

    分かりました！ありがとうございます！

今回のポイント

  • クローズドループ制御は、セミクローズドループ制御と、フルクローズドループ制御の２種類に分類される。
  • フルクローズドループ制御は、セミクローズドループ制御に比べて停止精度が高い。