EPOS4位置制御ユニットの位置制御運転モード（CSP：Cyclic Synchronized Position modeやPPM：Profile Position Mode）で運転中に発生する、Following Errorに関して説明致します。

Following Errorは、指令位置（Position Demand value）に対する実際の位置（Position Actual value）の偏差が、設定したしきい値（Following Error Window）を超えた場合に発生します。いわゆる追従エラーになります。
エラーの発生原因としては、下記が考えらます；

• 動作開始のコマンドに対してモータが動いてない
• モータは動いているがトルクが足りてない
• エンコーダの故障や誤配線
• しきい値（Following Error Window）が異常に小さい値に設定されている
• 制御ゲイン値が不適切またはオートチューニング未実施 … etc

EPOS4では、初期設定時にモータパラメータの設定後、制御ゲイン値のオートチューニングを実施して頂いております。
今回は、Following errorが初期設定完了後、最初の試運転時に発生していると想定します。
オートチューニングまで問題なく完了している場合、上記原因のモータやエンコーダの故障、誤配線、オートチューニング未実施は無いものと考えられますので、発生原因として考えられる「モータは動いているがトルクが足りていない」に関して説明致します。
（以降の図はEPOS4の初期設定用ソフト EPOS Studioの「Data Recorder」というツールを使用して作成したグラフになります。クリックすると拡大します。）

図1は、位置制御モード Profile Position Modeにて、Following errorは発生せずに正常に終了した結果です。
赤線（指令位置）と青線（実際の位置）が重なって、偏差なく動作していることが分かります。

図1　指令位置+実際の位置（エラーなし） 赤線：指令位置（Position demand value） 青線：実際の位置（Position actual value） 横軸：時間［ms］、縦軸：位置［inc］

Profile Position Modeは、回転数のプロファイル（加速度、等速度、減速度）を設定して動作させます（運転モード詳細は別コラムを参照ください）。

図1にこの回転数プロファイルを追加すると、図2のようになります。
緑線（指令回転数）と紫線（実際の回転数）は重なり、きれいな台形状が確認できます。

図2　指令位置+実際の位置+指令回転数+実際の回転数（エラーなし） 赤線：指令位置（Position demand value） 青線：実際の位置（Position actual value） 緑線：指令回転数（Velocity demand value） 紫線：実際の回転数（Velocity actual value）

 

次に、加減速度を倍に増やし同じ指令位置で動作させると、Following errorが発生しました。
図3は図1と同様、指令位置と実際の位置、縦軸横軸のスケールも同じです。
動作の途中でエラーが発生し、モータが停止しています。
モータが停止（Disable：サーボOFF）のため、指令位置（赤線）が0 incになっています。

図3　指令位置+実際の位置（Following error発生） 赤線：指令位置（Position demand value） 青線：実際の位置（Position actual value）

 

この部分を拡大し、更に指令回転数と実際の回転数を追加すると、図4のようになります。
モータは指令の加速度を満たせず（青丸部）、指令位置と実際の位置の偏差が徐々に大きくなっていき、赤丸部でしきい値（Following Error Window ＝ 2000 inc ［デフォルト値］）を超えた時点でFollowing errorを検知します。EPOS4は設定された緊急停止用の減速度（Quick Stop deceleration）でモータを停止させた後、エラーを発生しDisable（サーボOFF）となります。
（なお、実際の回転数「紫線」が指令回転数「緑線」より高回転および急減速になっているのは、エラーを検知した時点から停止までの指令位置に追従しているためです。）

図4　指令位置+実際の位置+指令回転数+実際の回転数（Following error発生） 赤線：指令位置（Position demand value） 青線：実際の位置（Position actual value） 緑線：指令回転数（Velocity demand value） 紫線：実際の回転数（Velocity actual value）

 

図5にて、モータ電流値（赤線）を追加すると、電流値が制限されているのが確認できます（赤矢印部）。
これは、EPOS4は指令の加速度に必要な電流（トルク）を発生しようとしますが、設定された電流制限値（Nominal CurrentやOutput Current Limit）までしか電流を出せないため、指令の加速度が出せずに位置の偏差が大きくなってしまいます。
Output Current Limitを増やす事でも対応できない場合は、ご使用のモータではトルク不足という事になります。

図5　指令回転数+実際の回転数+モータ電流値（Following error発生） 緑線：指令回転数（Velocity demand value） 紫線：実際の回転数（Velocity actual value） 赤線：実際のモータ電流値（Current actual value averaged）

なお、Following errorのしきい値（Following Error Window ＝ 2000 inc ［デフォルト値］）は変更することが可能です。

図6は、Following error発生時と同条件で、しきい値のみ20000 incに変更したグラフです。
加速時に偏差が大きくなっていますが、20000 incには達していないためにエラーは発生せず、最終的には指令位置に到達しています（等速区間で追い付いています）。
途中の挙動は問題にならず、最終的な到達位置のみを重視する場合はこちらの方法でFollowing errorを回避することが可能です。

図6　指令位置+実際の位置+指令回転数+実際の回転数（エラーなし） 赤線：指令位置（Position demand value） 青線：実際の位置（Position actual value） 緑線：指令回転数（Velocity demand value） 紫線：実際の回転数（Velocity actual value）

 

今回は、初期設定完了後の試運転で発生したFollowing errorを想定し、「モータは動いているがトルクが足りていない」状況の説明を行いましたが、実際の運転中に発生した場合は（最初は動いていたが途中からエラーが発生するようになった等）、冒頭でお伝えした原因の可能性をご確認ください。
その際、今回の説明でも使用したEPOS Studioの「Data Recoder」ツールは有用ですのでご利用ください。

(KASA)