ステージ、駆動部、エンコーダの設計。

高精度位置決めシステムを構成する各コンポーネント（ベアリング、位置測定システム、モーター駆動システム、コントローラー）は、可能な限り連携して動作する必要があります。パート1ではシステムベースとベアリングについて、パート2では位置測定について説明しました。ここでは、ステージ、駆動部、エンコーダーの設計、駆動アンプ、およびコントローラーについて説明します。

リニアエンコーダを使用する際に、リニアステージを組み立てる一般的な3つの方法：
・駆動部とエンコーダは、スライドの重心内、または重心にできるだけ近い位置に配置される。
・駆動部は重心に位置し、エンコーダは片側に取り付けられる。
・駆動部は片側に配置され、エンコーダは反対側に配置されています。

理想的なシステムでは、駆動部とエンコーダがスライド質量の中心に配置されます。しかし、これは通常、現実的ではありません。一般的な妥協案では、駆動部をわずかに片側に、エンコーダをわずかに反対側に配置します。これにより、駆動システムのすぐ隣にモーションフィードバックを備えた中央駆動に近い状態が得られます。中央駆動が好ましいのは、駆動力がスライドに不要な力ベクトルを導入せず、ねじれや傾きが発生しないためです。ベアリングシステムがスライドをしっかりと拘束しているため、傾きが発生すると摩擦、摩耗、および荷重位置の不正確さが増大します。

別の方法として、スライドの両側に駆動装置を1つずつ配置したガントリー式システムを使用する方法があります。このシステムでは、駆動力が中央駆動装置を模倣します。この方法であれば、位置フィードバックを中央に配置することができます。中央配置が不可能な場合は、両側にエンコーダを配置し、専用のガントリー駆動ソフトウェアでテーブルを制御できます。

駆動アンプ
サーボ駆動アンプは、コントローラから制御信号（通常は±10Vdc）を受け取り、モータに動作電圧と電流を出力します。一般的に、パワーアンプには、リニアアンプとパルス幅変調（PWM）アンプの2種類があります。

リニアアンプは効率が悪いため、主に低電力駆動に使用されます。リニアアンプの出力電力処理能力の主な制限要因は、出力段の熱特性と出力トランジスタの耐圧特性です。出力段の電力損失は、出力トランジスタにかかる電流と電圧の積です。一方、PWMアンプは効率が良く、通常100Wを超える電力容量に使用されます。これらのアンプは、最大50MHzの周波数で出力電圧を切り替えます。出力電圧の平均値は、指令電圧に比例します。このタイプの利点は、電圧がオン/オフされるため、電力損失能力が大幅に向上することです。

アンプの種類を選択したら、次のステップは、そのアンプが、アプリケーションの最大モーター回転速度（またはリニアモーターの場合は線速度）に対して、必要なレベルの連続電流と出力電圧を供給できることを確認することです。

ブラシレスリニアモーターの場合、アンプについても別の区別をすることができます。モーター整流には、一般的に台形整流と正弦波整流の2種類が用いられています。台形整流はデジタル整流の一種で、3つの相それぞれの電流をオンまたはオフに切り替えます。通常、モーターに埋め込まれたホール効果センサーがこれを行います。外部の磁石がセンサーをトリガーします。しかし、ホール効果センサー、コイル巻線、磁石の関係は非常に重要で、常にわずかな位置許容誤差が生じます。そのため、センサーの応答タイミングは、実際のコイルと磁石の位置と常にわずかに位相がずれます。これにより、コイルへの電流印加にわずかな変動が生じ、避けられない振動が発生します。

台形整流は、非常に高精度なスキャンや一定速度でのアプリケーションにはあまり適していません。しかし、正弦波整流よりもコストが低いため、高速なポイントツーポイントシステムや、動作の滑らかさが処理に影響を与えないシステムで広く使用されています。

正弦波整流では、オンオフの切り替えは発生しません。代わりに、電子スイッチングによって、3相の360度電流位相シフトが正弦波状に変調されます。これにより、モーターから滑らかで一定の力が得られます。したがって、正弦波状の整流は、精密な輪郭の作成や、スキャンや画像処理など、精密な一定速度が求められる用途に最適です。

コントローラー
コントローラには、ここで十分に説明できる以上の種類があります。基本的には、プログラミング言語と制御ロジックに基づいて、コントローラはいくつかのカテゴリに分類できます。

プログラマブルロジックコントローラ（PLC）は、「ラダー」ロジック方式を採用しています。主に複数の個別の入出力（I/O）機能を制御するために使用されますが、一部の機種は限定的なモーションコントロール機能も備えています。

数値制御（NC）システムは、業界標準言語であるRS274Dまたはその派生言語を用いてプログラミングされます。多軸制御により、球状やらせん状といった複雑な形状の加工が可能です。

非NCシステムでは、基本的な動作プロファイル用の使いやすいインターフェースプログラムなど、さまざまな独自オペレーティングシステムが使用されます。これらのコントローラのほとんどは、モニターやキーボードのない基本的なコントローラモジュールで構成されています。コントローラはRS-232ポートを介してホストと通信します。ホストは、パーソナルコンピュータ（PC）、ダム端末、または携帯型通信ユニットのいずれかです。

最新のコントローラーはほぼ全てデジタルコントローラーです。アナログコントローラーでは考えられなかったレベルの信頼性と使いやすさを実現しています。速度フィードバック情報は通常、軸位置信号から得られます。サーボパラメータは全てソフトウェアで調整できるため、使用後や温度変化でドリフトしやすい駆動アンプの「ポテンショメータ」を苦労して調整する必要がありません。また、最新のコントローラーの多くは、全ての軸サーボパラメータの自動調整機能も備えています。

より高度なコントローラには、分散処理とデジタル信号プロセッサ（DSP）による軸制御機能も搭載されています。DSPは、本質的には数学的演算を非常に高速に（マイクロプロセッサの少なくとも10倍の速度で）実行するために特別に設計されたプロセッサです。これにより、サーボのサンプリング時間を125ミリ秒程度に短縮できます。その利点は、一定速度制御と滑らかな輪郭制御を実現する、軸の精密な制御です。

比例積分微分（PID）フィルタアルゴリズムと速度・加速度フィードフォワード制御により、軸のサーボ制御が強化されます。さらに、加速・減速プロファイルのSカーブプログラミングにより、テーブルの動作開始時および停止時に発生するジャークが抑制されます。これにより、よりスムーズで制御性の高い動作が実現し、位置と速度の両方において整定時間が短縮されます。

コントローラには、広範なデジタルまたはアナログ入出力機能も備わっています。ユーザープログラムまたはサブルーチンは、位置、時間、ステータス情報、変数の値、数学演算、外部または内部の入出力イベント、エラー割り込みなどに応じて変更できます。ユーザーのプロセスは容易に自動化できます。

さらに、ほとんどのコントローラは電子乗算によって位置フィードバックの分解能を向上させることができます。4倍乗算が一般的ですが、一部の高度なコントローラでは最大256倍まで乗算できます。これにより精度は向上しませんが、軸位置の安定性が大幅に向上し、多くの用途においてより重要な再現性も向上します。

全体的なアプローチにおいては、上記で述べた要素に加えて、予算、環境、耐用年数、メンテナンスの容易さ、MTBF（平均故障間隔）、エンドユーザーの好みなど、コンポーネントの決定に影響を与える可能性のある他の要素も考慮する必要があります。モジュール方式を採用することで、標準的で入手しやすいコンポーネントからシステムを組み立てることができ、システム全体のコンポーネント互換性を基礎から分析すれば、最も厳しいアプリケーション要件にも対応できます。