コギングトルクは、永久磁石ローター場とステータースロット形状の相互作用によって生じる位置依存トルクです。命令電流がなくても存在することがあり、そのためデテントトルクやノーカレントトルクとも呼ばれます。低速では、離散的な動きや速度の変化、またはシャフトに繰り返し感じる感覚を生み出すことができます。
トルクリップルは、望ましい電磁トルクの周りにあるより広い変化です。コッキングも影響しますが、整流、電流制御誤差、インバータのデッドタイム、バスリップル、磁気高調波、摩擦力学、負荷力学もリップルを生じます。周期的に見える時間痕跡だけでは原因を特定することはできません。
このガイドは 、フィールド指向型モーター制御ガイド および ロボット関節摩擦補償ガイドと併用してください。補償表を作成する前に物理的な原因を診断してください。
コッキングは駆動電流なしで存在します
ローター磁石がスロットや歯を通過すると、磁気リラクタンスは角度とともに変化します。ローターは磁気エネルギーの低い位置に引き寄せられ、巻線が無電力であっても周期的なトルクを生み出します。極とスロットの組み合わせ、磁石形状、ねじれ、スロット開口、空気隙間がその順序と振幅を形作ります。
安全なテストセットアップで切断またはゼロ電流にし、校正済みトルクセンサーでローターをゆっくり回転させます。ベアリング、シール、トランスミッション摩擦も測定に反映されるため、両方向と複数の速度をテストしてください。機械的な角度で繰り返し、電流除去に耐える部品はコギングと整合しますが、機械的なデテントから分離する必要があります。
トルクリップルにはいくつかの駆動効果が含まれます
電磁トルクは電流、逆起電力形状、ローター角度推定、磁気パラメータに依存します。6ステップの交換は遷移関連のリップルを生み出します。正弦波FOCは一部の高調波を減少させることができますが、電流センサー誤差、帯域幅、インバータの非線形性、空間的高調波は残ります。直流バスのリップルは電流やトルクを歪めることがあります。
テキサス・インスツルメンツの トルクリップル概要 では、整流機構とバス電圧機構を区別し、その コギング記事 ではコギングを無電流で位置依存の発生源として特定しています。これらのモーター例は機構を説明するものであって、ギア付きロボットの最終振幅を説明するものではありません。
| 出典 | 電流ゼロで存在しますか? | 参照変数 | 条件感度 |
|---|---|---|---|
| コギング | はい | 機械的ローター角 | 磁石およびスロット形状 |
| 交換リップル | いいえ | 電気的整流位相 | 速度と流れ |
| 電流ループリップル | いいえ | PWMと電気周波数 | 帯域幅とセンシング |
| バスリップル | いいえ | 供給相またはバス電圧 | 負荷と静電容量 |
| 摩擦 | 多くの場合、動きに依存します | 速度と方向 | 温度と予負荷 |
機械的角度と電気的角度は異なる順序を露出させます
繰り返し回転するための機械式ローター角度に対するトルクをプロットします。速度が変わってもコッキングは角度に合わせて調整されるべきです。電気的な角度や電流位相に対するプロット駆動効果も含まれます。電気的順序は極対に関連しており、スロットと極の組み合わせはより高い機械的次数を生み出すことがあります。
オーダートラッキングは周波数を回転速度で正規化し、速度スイープ中に角度同期成分を可視化します。固定された構造共鳴は、ローターオーダーにロックされた部品とは異なる形で現れます。エンコーダインデックスと電気ゼロを保持し、段差を比較できるようにしてください。
まずは電流のない回転テストから始める
低摩擦の治具、適切なシャフトカップリング、そして予想される波紋を解消するトルクセンサーを使いましょう。慣性トルクを避けるためにゆっくり回転しつつ、スティックのスリップを減らす速度で回転させてください。角度位置、トルク、方向、速度、温度を1つの時間基準に記録します。
角度を合わせた後のみ、何周も平均してください。異なる速度で時間サンプルを平均すると波形がぼやけてしまいます。時計回りと反時計回りのトレースを比較すると、対称的な角度ロック成分はコッディングを示唆し、方向依存のオフセットやループは摩擦やヒステリシスを示します。
駆動試験はトルク定数と電流品質を分離します
ローターを複数の角度でロックまたは準静的に保持し、トルクと電流の対電流を測定するために制限されたq軸電流を制御します。これにより、角度依存のトルク定数、センサーゼロ、飽和度が明らかになります。その後、位相電流、DQ電流、バス電圧、ローターの電気角度を記録しながら制御された速度スイープを実行します。
トルクリップルを現在の誤差と相関させ、単なる現在の指令ではなく関連付けてください。PWMサンプリング、デッドタイム、ローター角のオフセットは高調波を生み出すことがあります。これを複数の電流レベルで繰り返します。真のコギングはゼロ電流のままであり、電磁リップルは通常、電流と電圧によってスケールまたは変化します。
| テスト | 励起 | 一次観測 | 分離 |
|---|---|---|---|
| 無動力回転 | 外部スロードライブ | トルク角と機械的角度の比較 | コッキングと摩擦 |
| ロックローター | 指令電流 | トルク対角度と電流の比較 | トルク定数 |
| 定速掃走 | 駆動回転 | オーダースペクトル | 電気および機械の命令 |
| バスのバリエーション | 供給または負荷の変化 | トルクと電圧 | バス誘起リップル |
| 温度の繰り返し | 暖かいものと冷たいもの | 振幅と位相 | 熱ドリフト |
FOCは波紋を多少減らしますが、幾何学的な歯車は減りません
場指向制御は回転フレーム内でトルクを発生させる電流を調整し、6段階の整流よりも滑らかな電磁トルクを生成できます。その結果は電流検出、ローター角精度、PWM、ループ帯域幅、モーターの顕著性に依存します。スロットや磁石によって生じる無電流の磁力は除去されません。
すべての振動をコギングに帰する前に、電流ループの証拠を改善しましょう。 ジョイントゲインチューニングガイド を使って帯域幅と共鳴をチェックしましょう。攻撃的な速度ループは、小さな周期的な乱れを増幅したり、トランスミッションを励起させたりして、測定された関節の動きが単なるモータートルクよりも悪く見えることがあります。
補償マップには角度の登録が必要です
一般的なサーボ方式は、コグのトルクとローターの角度を学習し、逆のフィードフォワード波形を指令します。マップは実行時に同じ機械的な参照、補間、方向の慣習を用いなければなりません。エンコーダの交換、極の整列、または伝送装置の位相がシフトすることがあります。
振幅が大きく変化する際に、複数の温度と負荷でマップを構築します。実際の高次成分を消去せずにフィルタ測定ノイズを発生させる。補償を制限し、増やして悪いインデックスや破損したテーブルが大きなコマンドを作れないようにしましょう。トルク削減と位置トラッキングの両方を検証してください。
摩擦、バックラッシュ、共鳴はコギングを模倣することがあります
静止摩擦はブレイクアウェイを生み、クーロン摩擦は方向に符号が変わり、粘性摩擦は速度とともに増加します。バックラッシュは反転の際に動きや衝撃を失わせます。柔軟なトランスミッションモードは、特定の速度で周期的なトルクを増幅することができます。1つのローター角テーブルで確実に補正されるものはありません。
リ デューサーバックラッシュと剛性ガイド を比較し、可能な限りトランスミッション前後のテストを繰り返してください。スペクトルピークが速度で動く場合、その順序を特定します。もし一つの周波数の近くに留まるなら、構造モードやコントローラの相互作用を調べてください。
電流、負荷、速度、温度を超えて検証
無動力、低電流、公称電流のテストを複数の速度で実施してください。代表的なペイロードとジョイントポーズを加え、ベアリングとリデューサーの荷重が変化します。モーターとトランスミッションを安定状態に温めて、これを繰り返します。ギア比やコンプライアンスがオーダーを増幅または減衰した場合は、モーターシャフトとジョイント出力を別々に観察します。
ピーク・トゥ・ピークトルク、RMSトルク、オーダー振幅、速度リップル、トラッキング誤差を、正確な帯域幅とセンサーのセットアップとともに報告します。プロットされたトルクを減らす一方で音響ノイズや電流、関節の振動を増やす補償は、問題を解決するどころか移動させてしまいました。
診断は再現性を保ちます
モータージオメトリ識別子、エンコーダの解像度とゼロ、ドライブファームウェア、PWMおよび電流ループ設定、電源、器具、センサーキャリブレーション、サンプルレート、負荷、温度のアーカイブ。平均化された曲線に加えて生の角度同期レコードを保存します。
流れ、方向、速度、温度の変化時に何が変わるかを予測する原因マトリックスを用いましょう。測定値がその予測に従う場合にのみ説明を受け入れてください。これにより、視覚的に周期的な波形が無電流および角度領域テストなしにコギングとラベル付けされるのを防ぎます。
- 電流を抜いた状態でトルクを測定してください。
- 繰り返しデータを機械的および電気的な角度で整列します。
- 実際の電流とバス電圧を記録してください。
- 摩擦、伝達、構造の各モードが分離されています。
- 負荷と温度を超えた任意のマップを検証してください。
よくある質問
電流なしでコギングトルクを測定することは可能ですか？
はい。この無電流・角度依存挙動は定義の中心ですが、方位効果と伝導効果は分離しなければなりません。
トルクリップルとコギングトルクは同義語ですか？
いいえ。コッキングはトルクリップルの一因です。電流、整流、バス電圧、磁気高調波、機械的影響なども他の成分を加えることができます。
FOCはコグを排除しますか？
いいえ。FOCは電磁トルクの制御を改善しますが、電流がなければ存在するローター磁石とステータースロットの相互作用を除去しません。
低速振動がコグであることをどうやって確認できるのでしょうか？
無電流トルク試験における繰り返し可能な機械角度順序を示し、方向、電流、速度依存の効果とどのように異なるかを示します。
1つの報酬テーブルは恒久的なものですか？
必ずしもそうとは限りません。エンコーダのアライメント、組立、温度、負荷、摩耗、駆動構成は振幅や位相を変えることがあるため、変更後にマップの検証が必要です。
運動障害診断境界
トルクシグネチャはモーターの形状、駆動、センサー帯域幅、トランスミッション、負荷、温度に依存します。補償を適用する前に、制御された無電流および駆動テストで診断してください。