サーボ2軸によるトルク制御

質問

サーボ2軸によるトルク制御に関して困っています。

負荷トルク耐久試験装置で、短冊型のトルク波形を描く必要があるのですが
うまく描けません。

装置情報としては
・3.5kWのサーボモータ2台
・モータのギヤ比が1/17(両軸とも)

制御情報としては
・棒状のワークの両端をモータにつないで回転
・片側を位置制御、反対側をトルク制御で使用

回転速度の加減速やトルク指令の加減速等いろいろ試しましたが、
トルク指令の加速レートを小さくすると短冊形の波形にならず、
トルク指令の加速レートを大きくするとモーターがハンチングして
安定しない、またはひげ状のピークトルクが発生してしまいます。

何かよい制御方法、またはヒントでも結構ですので
ご教示頂けませんでしょうか。

宜しくお願いします。

回答No.1

noname#230359

＞モーターがハンチング
　これは捩り振動によるものと考えられます。
＞トルク指令の加速レートを大きくするとモーターがハンチング
　加速レートを大きくすると捩り振動の固有振動数ωに近づき、ハンチング
していると考えられます。
対策としては、ωを高くし、ダンピングを利かせるようにする。
?棒を短くしてωを高くする。⇒対象物の形状を変更できるか？
?モータの電流（トルク）をフィードバックしてダンピングを利かせる。
　（サーボドライバーに機能があるのでは？）
?トルクが充分あるモータに変更して、ギアをなくする。
　ギアがあるとバックラッシュで電流フィードバックが難しくなる。
一般的な捩り試験装置でギアを使ったものは無いと思います。下手をすると
ギアが先に壊れる可能性がある。

いずれにしても、理想的な短冊波にすることは出来ないので、短冊波の周期に
対して許容できる、立上がり、立下り時間の設定が必要と思う。

>トルク変換機を取り付けてフィードバック制御を行っていますが、なかなかうまくいきませんね。
トルクと電流は等価なので、電流フィードバックも難しいと思われます。
固有振動数ω0を持つ制御系においては、固有振動付近では位相が１８０°ずれるので、発振しやすくなる。普通ω0付近の制御ゲインを下げるためノッチフィルター入れて制御しないようにしています。
そこで、短冊波（パルス）の周期、波形の立上がり、立下りを工夫してωより
低く（1/10以下）するか、高くする（１０倍以上）すれば良いと思います。
ところで、ω０は幾ら位で、加振周波数ωｄは幾ら位でしょうか。
ω０はトルクセンサの信号から分かると思います。
また、モータと軸、トルク変換器を接続するカップリングの剛性が低いとω0が低くなるので注意する必要があります。
また、電流でトルクが検出できるので、トルク変換器は無い方が良いと思います。

お礼

回答頂き有難う御座います。

?棒を短くしてωを高くする。⇒対象物の形状を変更できるか？

⇒残念ながらできません。

?モータの電流（トルク）をフィードバックしてダンピングを利かせる。
（サーボドライバーに機能があるのでは？）

⇒パラメータを調査してみます。一番可能性の高い
　対策かもしれません。

?トルクが充分あるモータに変更して、ギアをなくする。
　ギアがあるとバックラッシュで電流フィードバックが難しくなる。
一般的な捩り試験装置でギアを使ったものは無いと思います。下手をすると
ギアが先に壊れる可能性がある。

⇒機械屋さんに相談してみますが、多分無理ではと思います。

ワークと回転軸の間にトルク変換機を取り付けてフィードバック制御を
行っていますが、なかなかうまくいきませんね。

トルク制御を行うタイミングなどをいろいろ変えてみて
もう少しトライしてみたいと思います。

他にもヒントになるようなことがありましたら
ご教示下さい。

有難う御座いました。