노치 필터를 통한 기계적 공진 억제
노치 필터란 무엇인가요?
노치 필터(대역 차단 필터)는 제어 신호에서 특정 주파수를 선택적으로 제거하는 좁은 대역폭 필터입니다. 서보 드라이브에서는 구동계 내 탄성 요소에 의해 발생하는 기계적 공진 주파수를 억제하기 위해 사용됩니다.
왜 이것이 중요한가요?
실제 기계 시스템은 강체(剛體)가 아닙니다. 기어, 클러치, 벨트 및 긴 축은 고유 진동수를 가진 스프링-질량 시스템을 형성합니다. 이러한 공진이 제어기에 의해 유발되면 다음과 같은 현상이 발생합니다:
- 들리는 진동과 기계적 마모
- 속도 또는 위치 신호의 진동으로 인해 제어 성능이 저하됨
- 조절기 대역폭 제한 — 불안정성을 방지하기 위해 이득을 줄여야 합니다
- 제어되지 않은 진동으로 인한 기계 및 공작물의 손상
문제점: 높은 제어기 이득은 위치 정확도와 동적 성능을 향상시키지만, 동시에 공진을 유발할 수 있습니다. 노치 필터는 이득을 높게 유지하면서 동시에 문제의 주파수를 선택적으로 억제할 수 있게 합니다.
어떻게 작동하나요?
노치 필터는 세 개의 매개변수로 정의되는 2차 IIR 필터입니다:
- 중심 주파수(Center Frequency) — 억제할 공진 주파수(30–2000 Hz)
- 대역폭(거절 대역) — 억제된 주파수 대역의 폭(3–2000 Hz)
- 심도(Depth) — 중심 주파수에서의 감쇠 정도, 데시벨(dB) 단위
좁은 대역폭(높은 Q 계수)은 공진 주파수 자체만 억제하고 나머지 제어 성능에는 거의 영향을 미치지 않습니다. 그러나 너무 좁은 대역폭은 공진 주파수가 약간만 드리프트해도 효과가 없어질 수 있습니다.
보완 저역 통과 필터: 노치 필터 외에도 SOMANET 드라이브는 속도 피드백(0x2021, 한계 주파수 5–2000 Hz) 및 위치 피드백(0x2022, 한계 주파수 5–2000 Hz)용 저역 통과 필터를 제공합니다. 이 필터들은 더 넓은 대역폭을 가지며 일반적으로 센서 노이즈를 줄여주지만, 위상 지연을 초래합니다.
공진 주파수 식별: OBLAC Drives의 시스템 식별 기능은 구동계열의 주파수 응답을 분석하고 보드 다이어그램에서 공진 위치를 표시합니다. 식별된 주파수는 노치 필터의 중심 주파수로 입력됩니다.
중요: 노치 필터는 고주파 공진에만 사용해야 합니다. 저주파 공진의 경우 위상 변위가 너무 커 제어 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
SOMANET은 이를 어떻게 구현합니까?
노치 필터는 객체 사전(0x2023)을 통해 구성되며 토크 제어기의 입력부에 위치합니다. 즉, 토크 설정값을 필터링합니다. 주파수 프리워핑은 이산화 오류를 최소화하기 위해 자동으로 적용됩니다.
구성에는 네 가지 하위 인덱스가 포함됩니다: 활성화(0x2023:1), 중심 주파수(0x2023:2, 기본값: 1000 Hz), 대역폭(0x2023:3, 기본값: 10 Hz) 및 깊이(0x2023:4).
이 기능은 모든 SOMANET 플랫폼에서 사용할 수 있으며, 일반적으로 자동 튜닝 후 시스템 식별 과정에서 기계적 공진이 발견될 때 활성화됩니다.
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