思い通りに動くサーボモーターのヒミツ　速度周波数応答とは？

このコラムでは、サーボモーターの性能指標である「速度周波数応答」について、整定時間や制御性能との関係をわかりやすくご紹介します。

照代さん、サーボモーターについて質問があります！
どんな内容かしら。
サーボモーターの性能を見るときに速度周波数応答といった指標があるのですが、これらの数値が高いと具体的に何が良いのかを、お客様に分かりやすく紹介する自信がありません。応答性が高いので位置決め整定時間の短縮になるくらいしか思いつかないのですが…

① サーボモーターの応答性が低い場合
(整定時間が長い)

② サーボモーターの応答性が高い場合
(整定時間が短い)
たしかに、応答性が高いと①から②のように整定時間が短縮できるというように説明されることが多いわね。
でも速度周波数応答の数値が高いと応答性が高くなるだけじゃないのよ。サーボモーターに触れていないとあまり耳にしない単語だし、せっかくだから一緒に整理してみましょうか。
照代さん、助かります！
まず、速度周波数応答が何かから説明するわね。速度周波数応答は、サーボモーターシステムに対して周波数を変えながら正弦波状の指令速度を与えて、その指令速度に対する検出速度の追従具合を見て判断したものなの。
まず③の図を見てもらえるかしら。

③ 低周波数の指令速度の場合
③のような低周波数の指令速度の場合は、指令速度に対して検出速度がきれいに重なっていますね。
つまり、指令に対して追従できていると言えるわね。
指令速度に対して、検出速度がこのようになるのが理想よ。
次に④の図を見てみましょうか。

④ 高周波数の指令速度の場合
④のような高周波数の指令速度の場合は、指令速度に対して検出速度の振幅が小さくなっていますね。
一般的に指令速度の周波数を上げていくと、だんだん振幅が小さくなって追従しづらくなっていくのよ。
そうなのですね。ちなみに、追従しているかどうかはどのように判断するのでしょうか？
いい質問ね！指令速度に対して検出速度の振幅が70.7%(-3dB)以上なら追従していると判断できるの。
速度周波数応答というのは、パラメータ設定や調整を行ったうえで、指令速度の周波数を上げて評価したときの、追従できる周波数の最高値のことを指すのよ。例えば、速度周波数応答が2.0kHzと3.5kHzのサーボモーターを比較した場合、3.5kHzの方がより広い範囲で安定した動作が可能になるわね。
こうして整理してみると、速度周波数応答が高いほど、制御性能が高いサーボモーターということになるのですね。
その通り！制御性能が高いほど、同じ応答性(ゲイン)でもさらに安定した動作を実現できるわ。結果的にゲインが高められるから、整定時間を短くすることができて、装置のタクトタイム向上にも大きく役立つわね。
これで整理できたかしら。
照代さん、ありがとうございます！
学くん、どういたしまして。ちょうどオリエンタルモーターのサーボモーターにKXRシリーズが新しくラインアップされるわ。興味があるお客様に、今回の経験をもとにぜひ紹介してみてね。
照代さん、任せてください！