サーボモーターのジッター：原因、解決策、予防策

サーボモーターはどのような条件で揺れますか？サーボモーターの揺れによる問題はどのように解決できますか？その解決方法とは？

例えば、加減速時間を小さく設定しすぎると、サーボモーターが急発進・急停止したときに大きなイナーシャジッターが発生する。

加減速時間を長くすれば、この問題は解決する。

以下は、参考までにネットユーザーによるサーボモーターのジッターの原因分析である。

視点1

サーボモーターがゼロスピードで振れるときは、ゲインを小さく設定する。

モータが始動するとアラームが停止する場合、モータの位相シーケンスが正しくない可能性が最も高い。

ビューポイント 2

以下は、サーボモーターにジッターが発生する理由と、その問題を解決するための提案です：

• サーボモーターがゼロスピードでギクシャクする場合は、ゲインを高めに設定してゲイン値を下げてみてください。
• モータの位相シーケンスが正しくない場合、モータ起動時にアラームが停止することがあります。
• PIDゲインを高く設定しすぎると、特にDを追加した後に、モーターのジッターが発生する可能性があります。この場合、Pを大きく、Iを小さくし、Dを追加しないようにしてください。
• また、エンコーダーの接続が正しくない場合にもジッターが発生することがあります。
• 負荷イナーシャが大きすぎる場合は、モータとドライバをより大きなものに交換することを検討してください。
• アナログ入力ポートの外乱はジッターの原因となる。 サーボドライバ 電源入力ラインは、信号ラインを電源ラインから遠ざけるのに役立つ。
• ロータリエンコーダインターフェースモーターの接地不良も振動の原因となります。

ビューポイント 3

サーボの配線

• 標準の電源ケーブル、エンコーダケーブル、コントロールケーブルを使用し、ケーブルが損傷していないか確認する；
• コントロールラインの近くに干渉源がないか、近くの大電流電源ケーブルと平行になっていないか、近すぎないかをチェックする；
• 接地端子の電位に変化がないか確認し、良好な接地を確保する。

サーボパラメータ

• サーボゲインの設定が大きすぎるので、サーボパラメータを手動または自動で調整することをお勧めします；
• 速度フィードバックフィルタの時定数の設定を確認する。初期値は 0 ですので、設定値を上げてみてください；
• 電子ギア比の設定が大きすぎるので、工場出荷時の設定に戻すことをお勧めします；
• ハーモニックフィルターの周波数と振幅を調整してみる。

機械システム：

• モーター軸と装置系をつなぐカップリングがずれており、取り付けねじが締まっていない；
• プーリーやギアの噛み合わせが悪いと、負荷トルクのばらつきにもつながります。無負荷運転をしてみてください。無負荷運転で正常であれば、機械系のジョイント部に異常がないか確認してください；
• 負荷のイナーシャ、トルク、回転数が大きすぎないか確認し、無負荷運転を行ってみてください。無負荷運転が正常であれば、負荷を下げるか、ドライバ、モータを容量の大きいものに交換してください。

ビューポイント 4

サーボモータのジッタは、サーボシステムの機械構造、速度ループ、補正ボード、サーボアンプ、負荷慣性、電気部品などに起因する。

S概要

1. 機械構造に起因する振動は、次の2つのケースに分けられる。

1) 負荷ジッターがない：

• モーターの土台がしっかりしていない、剛性が十分でない、固定がしっかりしていない。
• ファンブレードが損傷し、ローターの機械的バランスが崩れる。
• シャフトが曲がっている、または割れている。ネジを締め、ファンブレードとシャフトを交換することで解決できる。

2) 負荷をかけた後に振動が発生する場合は、一般に伝動装置の故障が原因である。

以下の部分に欠陥があると判断できる：

• ベルトプーリやカップリングの回転がアンバランス。
• カップリングの中心線が一定でないため、モーターと機械軸が一致しない。
• トランスミッションベルトのジョイントがアンバランス。伝動装置を調整してバランスをとることで解決できる。

2. スピードループの問題によるジッター

速度ループの積分ゲイン、比例ゲイン、加速度フィードバックゲインが不適切な場合がある。

ゲインが大きいほど、速度が大きくなり、慣性力が大きくなり、偏差が小さくなり、ジッターが発生しやすくなる。

ゲインを小さく設定することで、スピードレスポンスを維持でき、ジッターが発生しにくくなる。

3. サーボシステムの補償基板とサーボアンプの故障によるジッターの発生

動作中にモーターが突然停止すると、大きなジッターが発生することがあります。これは、BRK端子の接続やサーボアンプのパラメータ設定が不適切であることが原因であることが多い。

ジッターを減らすには、加速と減速の時定数を大きくすればよい。あるいは、PLCを使用してモーターをよりゆっくり始動または停止させることもできる。

4. 負荷慣性によるジッター

ガイドレールとスクリューの問題は、負荷慣性の増加を引き起こす可能性がある。

ガイドレールとリードスクリューの慣性モーメントは、サーボモーター駆動システムの剛性に大きな影響を与える。

ゲインを固定した場合、慣性モーメントが大きいほど剛性が高くなり、モーターのジッターが発生しやすくなる。

一方、慣性モーメントが小さいと剛性が低下し、モーターのジッターが発生しにくくなる。

負荷イナーシャを小さくしてモーターのジッターを防ぐには、ガイドレールとスクリューを小径に変更し、慣性モーメントを小さくするのが一つの解決策である。

5. 電気部品に起因するジッター

ブレーキが解除されず、フィードバック電圧が不安定になる。

ブレーキがかかっているかどうかを確認し、エンコーダーのベクトル制御で一定のトルクを出力するようにトルクを減らしてジッターを解消してみてください。

フィードバック電圧に異常がある場合は、振動周期が速度に関係しているかどうかを確認する。

その場合は、スピンドルとスピンドルモーター間の接続不良か、スピンドルとACスピンドルモーターの最後尾に取り付けられているパルスジェネレーターが破損していないか確認してください。

速度に関係しない場合は、プリント回路基板に異常がないか確認し、回路基板を点検するか再調整してください。

運転中のモーターの突然のジッターは、ほとんどの場合、位相不足が原因です。ヒューズが溶けていないか、スイッチの接点は正常か、パワーグリッドの各相に電力が供給されているかを確認する。

最終的な感想

これらのネットユーザーが提供した分析を読んで、サーボモーターのジッターを引き起こす原因について一般的に理解できただろうか？

この問題に遭遇した場合は、ネットユーザーによって提案された潜在的な原因を調査することができる。

さらに、サーボモーターの振動を避けるためには、このような問題点を認識し、対策を講じることが重要です。