タイミングベルト駆動の速度ムラについて

Question

タイミングベルト駆動で約100kgのテーブル搬送を行なっています。
モータはサーボモータを使用し、位置決め制御にて往復動作制御を行なっています。
レーザー測長機により速度リップルを測定すると、一定周期で速度ムラが発生していました。サーボモータのトルク測定を行っても、同周期でトルク変動が起こっていることを確認しています。
このような速度ムラはサーボモータのチューニングにより解消、もしくは軽減出来るのでしょうか？
もし可能であればどのパラメータをどのように変更、またはチューニング手順など具体的な対応を教えていただければ助かります。
よろしくお願いいたします。

Accepted Answer

サーボの調整は、応答性能を鈍くする方向でしょう。
　　オリエンタルモータ・ＡＣサーボモータユニット
　　http://shop.orientalmotor.co.jp/catalog/PDFFiles/pdf/0809s19nx.pdf
　　P.43
　　・位置ループゲイン
　　・速度ループゲイン
　　・速度フィードフォワード率
をいずれも下げ
　　・速度ループ積分時定数
を大きくする。
シビアな位置制御でないなら、値を思いきり変えて様子を見る。ボリウム的に調整出来れば楽なんだろうけど

しかし、元々が振動的なので収まり具合に限界はあろうかと。

＞最高速を追求するなら応答性を下げては解決にはならないでしょう

全くその通り！！！　モーター制御をなぶって改善する見込みの有無を確かめる程度のオハナシ

Answer

皆さんの回答を拝見していて触れられていなかったので一言だけ。

サーボモーターにフィードバックしている信号は何から取っていますか？

テーブルの速度を一定にするならばテーブル位置をリニアスケールなどで
確認してその速度を確認しないといけないかと思います。

サーボの回転速度（あるいは軸出力）だけであればベルトの伸び縮みで
モーターにかかる荷重が変化し、結果テーブル速度の脈動につながって
いるものと思われます。

検討してみてはいかがでしょうか？
（コストはかなり上がってしまいますが精度によってはここまでいるかも？）

Answer

再出です。

> 搬送中はベルトが上下揺れしています。揺れを抑制出来ると速度ムラが軽減することは
> 確認しているのですが、即対応が出来ないためサーボ調整を依頼されています。
の搬送中はベルトが上下揺れしていますは、想像ですが、
ａ）ガイドとベルト接続ポイントがオフセットしていて、ガイドのガタ分だけ搬送物も
　　揺れている又は振動している(一部の決まった箇所だけかもしれませんが)
ｂ）搬送物の重心位置とベルト接続ポイントがオフセットしていて、ａ）のようになっている
等々が考えられます。
サーボモータとコントローラーは同じメーカーの同じシリーズであれば、適切な選定をして
いれば、搬送物は定速搬送(サーボモータは定速回転)します。
≪当然ですが、セッティング方法はメーカーに確認するのが一番です≫

前出でも記述していますが、同周期でトルク変動が起こっていることを確認しています
の記述ですが、そのトルク値は定格トルクの80％以下でしょうか？
定格トルクの100％を超えてから最大トルク以下までであれば、定格時間が数秒となるので
サーボ調整をしても定速搬送できません。

モータを大きくするか、ベルトの上下蛇行を対策するか、トルク変動の原因部分(例えば、
ガイド部分のガタを無くする等)を対策するかしないと、定速搬送はできません。
サーボモータは万能の機器ではありませんよ。

ゲインの調整不備による振動や定速維持方法は、メーカーによってことなりますので、
メーカーに直接確認するのがベターです。
ですが、問題解決はそれだけではおさまらないでしょう。

Answer

>もし可能であればどのパラメータをどのように変更、またはチューニング手順など具体的な対応を教えていただければ助かります。
サーボモータメーカは何処？型番は何？
そもそもサーボモータメーカ間で統一されたパラメータ、操作手順は無い
同一メーカであってもシリーズが違えば違って当たり前の世界

まぁ、その程度の知識しか無い初心者ではデフォルト設定よりマシなチューニングするのは困難
せいぜい悪化させるのがオチ
「触らぬ神に祟り無し」を決め込んで逃げるが勝ち

>サーボの調整は、応答性能を鈍くする方向でしょう。
逆の考え方もあります
応答性を極限まで上げて、サーボ剛性を上げる

サーボ剛性を上げると負荷側が振動したとしてもそれにモータ回転速度は影響されず
一定速度を保つ
折角の最新の高剛性サーボを鈍らせてどーする？
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/servo/lineup/mr_j4/machine.html
所謂、ロバスト性能
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AD%E3%83%90%E3%82%B9%E3%83%88%E3%83%8D%E3%82%B9

思いっきり応答性を遅くすると、簡単に振動は収まるのも確かではある
但し、位置決め性能や速度応答性は悪くなる
比較的低速運転なら手っ取り早い

最高速を追求するなら応答性を下げては解決にはならないでしょう

Answer

あなたのやってることは
100kgのものをベルトで引っ張っていることと同じです

動き出すまでは力が必要ようになり（ベルトテンションがかかり）
一定速になるとそんなに力がいりません（ベルトが緩む）

回答1
にある

搬送中はベルトが上下揺れしています。
は
搬送中にベルトが緩んだり締まったりしているのと同等です

オートテンショナーをつけるのが無難

Answer

約100kgのテーブルを搬送する時の負荷が位置等によって変化しているために起こる現象と
考えます。
できれば、その負荷変動原因を対策することを先ずお勧めします。

さて、本題の
速度ムラはサーボモータのチューニングにより解消、もしくは軽減出来るのでしょうか？
もし可能であればどのパラメータをどのように変更、またはチューニング手順など具体的な
対応を教えていただければ助かります。
に関しては、電気屋ではないので具体的なことは記述できませんが、同じ回転数を維持する
機能はある筈なので、使用しているサーボモータやコントローラーのメーカーに確認してみて
ください。
但し、サーボモータのトルク測定をした時に、そのトルクがサーボモータの定格トルクを
上廻っていると動力不足なので、サーボモータのワット数を上げる必要があります。
サーボモータには、瞬時最大トルクがありますが、その定格時間は短くて一定の回転数維持
や一定速度維持には定格時間の関係で適さないとなります。

タイミングベルト駆動の速度ムラとは？効果的な対処方法について