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サーボ発振と振動伝播
- 駆動系にサーボモータ、伝達系にベルトを使用している装置がありますが、通常のベルト伝達系よりも高い周波数で共振が起こっています。
- 金属の伝達系で起こる共振周波数に近い共振が起こっている可能性があります。
- ベルトを介在して金属の伝達系で起こる共振域の振動が伝わるかどうかは明確ではありませんが、固有振動数の倍数で共振が起こることは理解できます。
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お話しを聞いていると、ゲイン調整の事しか出てきませんが、それだけでは確かに追従性がどんどん悪くなるだけです。マニュアルや必要なら解説書を買ってきてすべてのパラメータについて調整して下さい。 その上で停止時ゲインロー(もちろん必要な保持トルクの範囲内で)をかけて下さい。停止時のゲインローの方法については(できるできないも含めて)マニャアルを読んでみて下さい。 尚、当然、プーリの偏心が数十ミクロンでぴんぴんに張っているなら明らかにまずいですからメカ系の設計見直しをお勧めします。 また、エンコーダのみプーリ負荷側につける手もあります。
こんばんは。早速ですが、お答えします。 ＞発振し始めたところで停止させても共振は続きます。 剛性的視点からみると、ベルトのテンションによって共振点が変化します。この場合の共振は周波数帯もひくく、ベルトに起因していると察しがつきます。 まず、高周波の振動が伝わるかという点ですが、伝わります。やはりサーボ調整が必要でしょう。サーボ以外が原因でしたら共振点は移動しません。 今お使いのサーボはトルクをモニタ可能でしょうか？FFT解析を行うことで周波数を特定できるはずです。それが700Hzと一致していたら、ゲインローが必要です。もしくはフィルタを入れるとか。
>豆腐をたたいても金属音は出ませんが、水中では超音波は伝播するし、さっぱり理解できません。どなたかすっきりした回答お願いします。 少し事情が分かってきましたので、まず最初の疑問にお答えしますと、豆腐はすかすかですが、 水は連続しており剛性も高いですから、当然そういう結果になります。ベルトも貼っていれば当然かなり高い周波数まで伝わります。 >サーボ定数見直しやモータの変更は、製品、仕様ともすでに固まっているため変更するわけには行きません。ステッピングについては過去に使用したことがあるそうですが、モータの構造上、パルス振動でワークが振動し精度が上げられなかった 何でサーボ定数の見直しができない事があり得るのかさっぱり分かりません、何か勘違いはありませんか? サーボ定数は負荷に合わせていじるのが当然なのですから、もう一度適切かどうか見直すべきだと思いますが。停止時保持出来るぎりぎりまでゲインローした結果はどうですか?それでもやはり振動とれませんでしたか? ステッピングモータは5相をマイクロステップ動作させればサーボモータよりよほど低振動ですし、停止時は更に有利ですから、過去のステッピングモータの使い方が単純に誤っていたと考えられます。 良い案と言っても、モータの変更もサーボ定数もいじれないのであれば、Z軸の変更とは一体何が許されるのか分かりません。 いずれにせよ、他の軸からの伝達が主因であればそれを取るのが本筋と思います。
お礼
いつもありがとうございます。 ＃7の方にもお尋ねしましたが、みなさんはどうやってサーボゲインを設定しているのでしょうか？ 確かに、ゲインローすれば共振は収まります。ただ仕様として求められるスピードにあげようとした場合、かなりぎりぎりまでゲインをあげてやる必要があるようです。 制御屋さんからは数十ミクロン程度のプーリの偏芯でも、剛性が変わったといわれます。メカ屋としては数十ミクロンは加工公差、組立て公差内としたいのですが。一般的にはサーボゲインは機械毎に設定を変えられているのでしょうか？そこまでした場合、経年変化など許容できるものか疑問です。
こんにちは。 的外れだったらすいません。 >Z軸にサーボ+タイミングベルト、それを乗せるXY軸にサーボ+ボールねじの構成です。 XYのステージ上にZ軸があるならXY側のサーボモータが持つ共振が乗る可能性はありませんか？
ベルトを介在するというよりは全体フレーム系を介しての共振の可能性があります。必要があれば全体装置の４隅に重量物を取り付け共振域の変更と、減衰を狙うことも一つの方法です。試行錯誤を重ねる難点はありますが。全体フレーム系の重量を変更するとどのような効果がでるかは不明ですが。
>ベルトを介在してモータへ高周波数の振動が伝わるのかがわかりません →モータが振動しているのでは無いのですか? 負荷が振動していてモータへ伝搬するのを止めたいという事ですか? それともう一度確認ですが、停止時の振動だけではなく、走行中の振動も高い周波数であると言う事ですか? メカ系の見直しが不可で、しかもサーボ定数の見直しを行ってもだめな場合、停止時の振動のみで走行中は問題ないのであれば、停止時に所定の偏差値にある事を確認してゲイン下げれば良いですが(但しそういう機能のないサーボドライバもありますからその場合は別途考えねばなりません)、停止時の保持力が下げられない理由がある場合は、先に述べたように、5相ステッピングが有利です。負荷系の剛性が低かったり非線形成分があってもなんとかなります。但しマイクロステップは当然停止位置によって保持剛性が違ってきます。 状況が今ひとつ分かりませんが、ベルトの高域振動伝達云々の問題とは関係ないのではありませんか?
補足
度々ありがとうございます。 思っていたより親切な回答に感動しています。 システムの説明不足だったので補足します。 Z軸にサーボ+タイミングベルト、それを乗せるXY軸にサーボ+ボールねじの構成です。Z軸は20mm程度を最大限高速で単純往復させています。 いま問題となっているのはZ軸の共振ですが、個人的にはタイミングベルト以外からの振動に共振していると考えています。現状の意見では、タイミングプーリやベルト、その先につながるワークからの振動という意見が大半で、Z軸の改良を求められています。現状システムで通常タイミングベルトからの発振は300Hz位の周波数ですが、今回の場合、700Hz程度の高い周波数にZ軸モータが共振しています。個人的考えでは、ワーク側の振動より、モータ固定側からの振動に共振していると考えています。そのため改良を加えるとすればモータ固定側を検討する必要があると思っています。 そこでワーク側の改良を否定したく質問の内容を、タイミングベルトから700Hz程度の周波数が伝わるのか？と書きました。 サーボ定数見直しやモータの変更は、製品、仕様ともすでに固まっているため変更するわけには行きません。ステッピングについては過去に使用したことがあるそうですが、モータの構造上、パルス振動でワークが振動し精度が上げられなかった経緯があるようです。それも個人的には、パルス振動のためという理由には疑問がありますが、なにぶん経験がないもので・・・ 引き続きよきアドバイスお願いします。
人の誤字をあげつらう訳では有りませんが >ご指摘の”径の剛性”とはモータの軸径のことでしょうか？ ”系の剛性”ですよね つまりサーボ系の剛性 モータの振動はタイミングベルトなら簡単に伝わりますよ まさかＶベルトじゃあないでしょう 負荷側でキーンキーンとうなるのは当たり前 サーボゲインを下げてみれば止まると思います （実用精度が出ないかもしれませんが）
停止時だけでなく、加減速中、走行中も起こるのですか? 停止時が主なら、ただ単に、停止時の+-数パルスのサーボの振動ではありませんか? また、ベルト伝動という事ですから、径の剛性が低かったり、バックラッシなどはありませんか? その場合も慎重にサーボ系システムを選ばないとなりません。 また、5相ステッピングモータの高分解能マイクロステップ動作ではダメですか?
補足
早速の回答ありがとうございます。 発振し始めたところで停止させても共振は続きます。 剛性的視点からみると、ベルトのテンションによって共振点が変化します。この場合の共振は周波数帯もひくく、ベルトに起因していると察しがつきます。 今回の発振はこれに比べ周波数帯が高く、停止時の+-数パルスとはいえベルトを介在してモータへ高周波数の振動が伝わるのかがわかりません。ご指摘の”径の剛性”とはモータの軸径のことでしょうか？今までその観点から疑ったことはありませんが、振動がベルトを介在して伝播し、モータ軸の共振点と一致して発振したのであれば、今回の周波数帯も納得できる気がします。ただ、それにしてもベルトを介在して高周波が伝わるのか疑問です。 振動の伝播についてすっきりした回答をお願いします。
お礼
アドバイスありがとうございます。 だんだん質問も古くなり、回答がもらえているのはうれしいです。 FFT解析と呼ぶのかどうかはわかりませんが、共振周波数は特定できているようです。制御屋からは、ただいつもモータからみて剛性がかわったと抽象的な言い方しかされません。メカ屋としては同じ構造で、組み立て誤差程度で剛性をウンヌン言われても対応のしように悩まされます。みなさんはサーボのゲイン調整はどのようにマージンを設けているのでしょうか？