[JAC243] 制御シミュレータとJMAG-RTを用いたボイスコイルモータの制御シミュレーション

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概要

制御シミュレータとJMAG-RTを用いたボイスコイルモータの制御シミュレーション
リニアアクチュエータは高速や高加減速、および、高い位置決め精度を実現できるため、工作機械などに使われています。中でもコアレスタイプのリニアアクチュエータは、一般にコア付リニアアクチュエータと比較して小推力ですが、コギングが発生しないため、推力変動が小さいという特性を持ちます。その特性を生かして、電子部品実装機のヘッド駆動や精密ステージの微動など、高精度な位置決めが必要な分野で用いられます。
位置決め精度にはアクチュエータの可動位置による推力の変化が大きく関係します。また、推力は電流値によって制御されます。一方で、材料の非線形性や磁路が磁性体内で閉じていないことから、ボイスコイルモータの電流や位置ごとの推力を手計算で求めることは困難です。そのため、動的に変化する特性を考慮した上で、高速に動作するボイスコイルを制御するために磁気飽和や可動子の位置に依存した特性情報をもつプラントモデルが必要です。
JMAG-RTは、形状や材料、駆動状態を考慮してFEAの計算を行いボイスコイルモータの特性を抽出することで、高精度なプラントモデル“JMAG-RTモデル”を作成することが出来ます。
ここでは、ボイスコイルモータのJMAG-RTモデルを制御/回路シミュレータへ取り込んで、可動子の位置を制御する回路シミュレーションを行っています。

制御回路

制御の仕様を表1に示します。制御回路の制御部を図1に示します。

表1 制御の仕様
図1 制御回路

コイル位置の時間変化

コイル位置の時間変化を図2に、励磁電流の時間変化を図3に示します。
図2に示すように位置0(mm)から位置0.8(mm)への移動と位置0.8(mm)から位置1.6(mm)への移動は同じ0.8(mm)の移動ですが、電磁力およびインダクタンスの電流依存性、位置依存性やばねの影響を受けるため移動の軌跡が異なります。
図3より、コイルが移動し始める瞬間にサージ電流が発生していることがわかります。サージ電流は周辺の電気機器を破損させる恐れがあるため、過大な場合は検討が必要になります。

図2 コイル位置の時間変化
図3 励磁電流の時間変化

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