サーボモータの周波数特性について

質問

お世話になります。
現在、サーボモータにて輪郭制御に取り組んでいますが機械が加減速時に低い周波数（具体的には20Hz付近）で揺れてしまいます。
機械の剛性をキャンセルするために、モータ軸端に相当分のイナーシャを取り付けて同じ動作をさせてもまったく同じ周波数で脈動します。

そもそも、サーボモータの制御でこのような低い周波数がモータ側（アンプ、CNC含む）で存在するのでしょうか？

モータ単体で20Hzが存在してはいくら機械の剛性が高くても揺れてしまうのは当然なのでしょうか？

モータはPANASONIC製でアンプは内製です。

回答No.4

noname#230359

サーボモータは、ゲインのチューニング次第で、揺れが出る事が有りますが、調整では振動の周波数は変わらなかったとして回答させて頂きます。（調整で振動の大きさは変わるかとは思いますが。）
お話に出てくる機械の振動としては、ボールネジ（？）、ボールネジ先負荷（スピンドル？）等の固定部、及び、モータ固定側（機械ベース部）が、大きく分けて考えられると思います。
モータ軸の制御で何とかなりそうなのは、ボールネジか、ネジ先負荷の弱い方だけです。
20Hz、イナーシャ比3～6とすると、ネジ先負荷のピッチング等の振動か、ベース側の振動が有力そうに感じます。どちらの振動も、モータ慣性の増減では余り周波数も変動しなさそうです。
制御的に出来ることは、加減速を緩くして揺らさないようにそっと動くのがせいぜいで、機械側の対策が本質的の様に感じます。
個人的には、ベース側がクサイ気がします。硬くして周波数をあげるか、弱くして周波数を下げると、加工への影響は小さくなるのではないでしょうか？

回答No.3

noname#230359

ＪＯさんに賛成です内製なんてナンセンスです。内製するからには回路の勉強されてるのでしょうが趣味なら兎も角、仕事にはどうでしょうかサーボモータ回路はモーターの機械特性も帰還回路の一部になり機械的特性の詳細が判らないと設計は出来ないはず。
だからセット売りするのですから。
松下の研究所と張り合おうとでもいうのか。
技術も研究環境でも予算でもかなわないでしょう。

最近多い、電気が身近になったのか簡単に見られてるのか。
そう思いませんかＪＯさん。
”脈動”の意味が不明ですが発振では無いのですか？ポールが出来てるか。

”S字加減速を寝かせると挙動は収まりますが、正しいアプローチとは思えません”寝かせる！の意味がイマイチですがゲインを下げるって意味なら完全にゲインと位相設計のやり直しです。
ナイキスト線図」あたりから勉強しなおししてください。

回答No.2

noname#230359

毎度ＪＯです。
>>分けあってモータ以外、即ちサーボアンプ/ドライバ/CNC全て内製です。
どの様な訳でしょうか？　専業メーカーが優秀な製品を出荷しているのに、これを使用しない理由は有りません

安くて優秀な製品が市場に沢山出回っているから「簡単に内製出来るだろう」と考えるなら、それは大きな間違いです
先行するメーカーは「肝心な所は特許で固めて」その他細かなノウハウは社内秘として、
製品の安全性向上とコストダウンに努め、市場に販売しています
これと同等品を作るには、先行するメーカーと同等の設備投資や開発費を投入しなければ成りません
本件の製品が１万台とか１０万台スケールで製造するなら、先行するメーカーと同等の投資をしても「元が取れる」かも知れません

回答No.1

noname#230359

>モータはPANASONIC製でアンプは内製です。
http://industrial.panasonic.com/jp/i/25000/n_minas_a4/n_minas_a4.html
アンプは内製って？このアンプとは何？
サーボドライバの事？　＜これを内製化するのは珍しい
サーボドライバを制御するアンプ？＜ＮＣ装置？

一応、サーボドライバを適切にチューニングすればかなり剛性は上がるハズです
具体的な機種は何でしょう？
↑に挙げた機種はオートチューニングするだけでかなり剛性は上がります
それでも剛性不足になるのは機械側イナーシャが大きすぎるのが原因

>モータ軸端に相当分のイナーシャを取り付けて同じ動作をさせてもまったく同じ周波数で脈動します
高剛性が要求されるような装置ならイナーシャを減らすべきであって増やすのは言語道断
簡単にイナーシャを減らすには軽量化くらいしかない

>モータ単体で20Hzが存在してはいくら機械の剛性が高くても揺れてしまうのは当然なのでしょうか？
↑の資料にはモータ単体では１ｋＨｚと記載されていますね

>機械設計側から見て、制御の問題として断定したいのですが自信がありません。
簡単に検証可能ですね
パナ純正サーボドライバと比較すればそれでお仕舞い

回答（２）、（３）さんが仰っているように
パナ純正サーボドライバは莫大な開発予算を湯水の如く使って
モータの性能を１００％近く引き出すようになってる
だからパナ純正ドライバを使った場合の挙動が性能限界

内製する理由はもしかして？
パナ純正ドライバを超える性能を要求してるのであろうか？

そのレベルなら掲示板で回答可能なレベルを遥かに超えてる
もし仮に回答可能な知識や情報を持っている人が居たとしても
それは企業秘密に属する事なので回答不可

モータを他のメーカに変える選択肢は無いのでしょうか？
安川とか三菱、山洋とか？
もちろんドライバは其々の純正ドライバを使って
いずれにしてもモータメーカ純正ドライバを越えるドライバの開発は
予算的にムリでしょうね

振動が絶対に出ないサーボが欲しいのなら
工作機械用サーボが一番性能が良いらしい
ＦＡＮＵＣとかＭＥＬＤＡＳ、ＹＡＳＮＵＣとか
それらを使う事をお薦めする

まさかそれらのサーボが高価だから使えないと言うことは無いでしょうね

補足

回答ありがとうございます。
分けあってモータ以外、即ちサーボアンプ/ドライバ/CNC全て内製です。
PANAのモータはA5シリーズを使用しております。よって応答周波数ｶﾞ1kHzであることは理解しております。
イナーシャ比は1：3～1：6で検討しております。

質問の趣旨として、通常は上記のイナーシャ比（ごくいたって普通）において恐らくはモータ以外の制御系の不具合にて発生している極めて低い周波数による振動はそのまま機械の挙動に現れて然るべきであることを専門家の方に教えて頂きたかったのです。

もしくはモータにも低い周波数が出ることがありえるのかどうかもしりたかったのです。モータ軸端の軸系とシャフト長のねじり剛性から上記イナーシャ比では計算上（所謂1/2Π×√（k/J））約350Hzとなります。
機械設計側から見て、制御の問題として断定したいのですが自信がありません。
万が一、モータ単体評価で出てくる20Hzが存在しても機械側で直すべきなのか、直すことが不可能なのか・・・S字加減速を寝かせると挙動は収まりますが、正しいアプローチとは思えません。
説明が不十分で申し訳ありませんでした。