نظام المحور الخطي سيرفو

تختلف أنظمة AC المؤازرة اليوم عن تلك التي تم بناؤها قبل 10 سنوات. تتيح المعالجات الأسرع وعمليات الترميز ذات الدقة العالية للمصنعين تنفيذ تطورات مذهلة في تقنية ضبط. النماذج التنبؤية وقمع الاهتزاز هي اثنين من هذه التطورات التي يمكن تطبيقها بنجاح حتى في أنظمة المؤازرة المعقدة.

ضبط المؤازرة من حيث يتعلق أنظمة AC المؤازرة هو تعديل استجابة نظام التحكم الكهربائي لنظام ميكانيكي متصل. يتكون نظام التحكم الكهربائي من PLC أو وحدة تحكم الحركة ، والذي يرسل إشارات إلى مضخم الصمام ، مما يتسبب في تحرك النظام الميكانيكي.

يعمل Servomotor - جهاز كهروميكانيكي - كمكون حاسم يوحد النظامين. يمكن القيام بالكثير داخل نظام التحكم الكهربائي للتنبؤ بسلوك النظام الميكانيكي.

في هذه المقالة ، سنستكشف تقنيتين لتكنولوجيا ضبط المؤازرة الحديثة-التحكم التنبئي النموذج (MPC) وقمع الاهتزاز-واعتباراتها على مستوى التطبيق.

سرعة وحدة المعالجة المركزية - أسرع من أي وقت مضى

سرعة وحدة المعالجة المركزية الأسرع في كل مكان ، ومكبرات الصوت المؤازرة ليست استثناء. اتخذت وحدات المعالجة المركزية التي كانت ذات مرة باهظة التكلفة طريقها إلى تصميم مكبر للصوت ، مما يتيح خوارزميات ضبط أكثر تعقيدًا وفعالية. قبل عشر سنوات ، كان من الشائع رؤية عرض 100 أو 200 هرتز في حلقة السرعة ، في حين أن سرعات اليوم يمكن أن تزيد عن 1000 هرتز.

إلى جانب حل حلقات التحكم ، تمكن المعالجات الأسرع من مضخمات المؤازرة من إجراء تحليل في الوقت الفعلي على متن عزم الدوران والسرعة والموضع من أجل اكتشاف خصائص الماكينة التي لم يكن من الممكن اكتشافها سابقًا. يمكن الآن تنفيذ النماذج الرياضية المعقدة بفعالية من حيث التكلفة ضمن مضخم المؤازرة للاستفادة من خوارزميات التحكم المتقدمة في ضبط الضبط التي تتجاوز بكثير ضبط PID القياسي.

والأكثر من ذلك ، يمكن للمعالج الأسرع أيضًا التعامل مع البيانات من تشفير دقة أعلى ، على الرغم من أن الدقة المحسّنة لا تمنح النظام أي أداء أفضل في تحديد المواقع. عادةً ما يكون عامل تحديد المواقع هو النظام الميكانيكي ، وليس المشفر-ولكن المشفر ذي الدقة العالية يسمح لنظام التحكم برؤية الحركات الدقيقة في النظام الميكانيكي غير قابل للكشف مع تشفير منخفض الدقة. غالبًا ما تكون هذه الحركات الصغيرة نتيجة للاهتزازات أو الرنين ، وإذا تم اكتشافها ، يمكن أن توفر بيانات مهمة لفهم سلوك النظام الميكانيكي والتنبؤ به وتعويضه.

أساسيات النموذج السيطرة التنبؤية

باختصار ، يستخدم عنصر التحكم التنبئي النموذجية الملف الشخصي المقيد في الماضي للتنبؤ عزم الدوران والسرعة في المستقبل. إذا كانت السرعة وعزم الدوران لخطوة معينة معروفة تقريبًا ، فلا داعي لإجبار ملف تعريف الحركة بشكل أعمى عبر حلقات PID ، والتي تستجيب فقط للخطأ. بدلاً من ذلك ، تتمثل الفكرة في تزويد السرعة والعزم المتوقعة بمثابة التغذية إلى حلقات التحكم المؤازرة والسماح للحلقات بالاستجابة لأي خطأ بسيط.

لكي يعمل هذا بشكل صحيح ، يجب أن يكون لمكبر الصوت نموذج رياضي صالح للجهاز ، استنادًا إلى خصائص مثل القصور الذاتي والاحتكاك والتصلب. بعد ذلك ، يمكن حقن عزم الدوران في النموذج والسرعة في حلقات المؤازرة ، لزيادة الأداء. تستخدم هذه النماذج وظائف رياضية معقدة ، ولكن بفضل المعالجات الأسرع في مضخم المؤازرة ، بدأت صناعة التحكم في الحركة في رؤية تنفيذها.

على الرغم من فوائده العديدة ، فإن التحكم التنبئي النموذجي لديه مفاضلة: إنه يعمل بشكل رائع لتحديد المواقع من نقطة إلى نقطة ، ولكن على حساب تأخير الوقت أثناء الحركة. عنصر الوقت متأصل في التحكم التنبئي النموذج لأن الحركة السابقة الأخيرة تستخدم للتنبؤ بالاستجابة المستقبلية. بسبب هذا التأخير ، قد لا يتم اتباع ملف تعريف الأمر الدقيق من وحدة التحكم ؛ بدلاً من ذلك ، يتم إنشاء ملف تعريف مشابه ينتج عنه وقت لتحديد المواقع السريعة في نهاية الحركة.

قمع الاهتزاز

أحد الجوانب الأكثر فائدة في MPC هو القدرة على تصميم وتنبؤ وقمع اهتزاز التردد المنخفض في الجهاز. يمكن أن يحدث الاهتزاز في آلة على ترددات من هرتز من رقمين إلى آلاف هرتز. يعتبر اهتزاز التردد المنخفض في 1S و 10s من HZ-غالبًا ما يكون ملحوظًا في بداية ونهاية الخطوة-مزعجًا بشكل خاص لأنه يقع داخل تردد تشغيل الماكينة.

تميل بعض تكوينات المعدات (على سبيل المثال ، آلة ذات ذراع قبالة طويلة ونحيفة) إلى إظهار هذا التردد المنخفض أكثر من غيرها. قد تكون هناك حاجة إلى هذه التصميمات المعرضة للاهتزاز للطول ، ربما لإدخال جزء من خلال فتحة. كما أن الاهتزاز هي آلات كبيرة ، والتي تميل إلى أن تكون مصنوعة من أجزاء كبيرة تتأرجح بترددات منخفضة. مع هذه الأنواع من التطبيقات ، يظهر التذبذب في وضع نهاية المحرك. تقنية قمع الاهتزاز في مضخم المؤازرة تقلل بشكل كبير من هذا التذبذب الآلي.

MPC في نظام المؤازرة المزدوجة

يعد تطبيق MPC على مشغل محور واحد واضحًا ومباشرًا ، والانحراف عن الملف الشخصي الدقيق غير مهم للحركة من نقطة إلى نقطة. ومع ذلك ، عندما يرتبط محور مؤازر ميكانيكيًا بآخر ، تؤثر ملفات تعريف الحركة الخاصة بهم على بعضها البعض. يعد مشغل كرات الكرات المزدوج المزدوج أحد هذه التكوين.

يمكن أن يكون هذا التكوين المزدوج الحركي مفيدًا في التطبيقات الأكبر التي يكون عزم الدوران المطلوب لتسريع دوار المحرك مهمًا وسيكون محركًا أكبر وأكبر غير قادر على عزم الدوران والتسارع المطلوب. من وجهة نظر التوليف ، فإن العامل الحاسم هو أن اثنين من الرؤساء المتقدمتين كبيرتين نسبيًا يضعان حمولة ثقيلة ، ويعملان في عزم الدوران والسرعة الكاملة تقريبًا. إذا أصبحت المحركات غير متزامنة ، فسيتم إهدار عزم الدوران على القتال بشكل أساسي من أجل المنصب. ومع ذلك ، إذا كانت مكاسب كلا الصمامات متساوية ، فإن تأخيرات التحكم التنبؤية النموذجية تكون متساوية أيضًا وتظل المحركات متزامنة مع بعضها البعض.

الخطوة الأولى في ضبط تطبيق مثل هذا هي إزالة أحد المحركات فعليًا وضبط النظام كالمعتاد بمحرك واحد فقط. واحد servomotor يكفي للتحكم في المحور المستقر ، ولكن لا يكفي عزم الدوران لتشغيل الملف الشخصي المطلوب. في هذه الحالة ، يتم استخدام تسلسل الضبط التلقائي للشركة المصنعة ، والذي يعين معلمة القصور الذاتي ويمكّن ميزة التحكم التنبؤية النموذجية. ملاحظة: يجب مشاركة كسب النظام الموجود بمحرك واحد في النهاية على قدم المساواة من قبل كلا المحركين. تجعل معلمة القصور الذاتي هذه الخطوة سهلة لأنها تعمل كعامل مقياس لمكاسب حلقة المؤازرة ، وبالتالي يتم ضبطها على نصف الضبط الأصلي يؤدي إلى كل مكبر للصوت. يمكن بعد ذلك نسخ ما تبقى من نتيجة ضبط من المحور إلى المحور الثاني. يتمثل التعديل النهائي في إزالة مكون التكامل من المحور الثاني - تعيين المحرك الثاني دور "مساعدة التسارع" ، وترك تصحيحات التكامل الصغيرة على المحرك وحده.

يتضمن مفهوم ضبط مثل هذا التطبيق مرحلتين. تتمثل المرحلة الأولى في ضبط كل محور بشكل فردي باستخدام ميزة النقل التلقائي المقدم للشركة المصنعة كنقطة انطلاق ، وتمكين التحكم التنبئي النموذج. يتم تطبيق قمع الاهتزاز أيضًا. في نهاية هذه المرحلة ، كل محور لديه استجابة نظيفة وسلسة مع الحد الأدنى من الاهتزاز.

في المرحلة الثانية ، يتم تشغيل المحاور معًا ، وتراقب الخطأ أثناء "التشغيل الجاف" من منظور وحدة التحكم. بدءًا من مكاسب MPC تم تعيينها على قدم المساواة ، سيحدد التجربة والخطأ أفضل الإعدادات لاكتساب MPC الذي يوازن بين خطأ في الموضع المنخفض ، وخطأ في الموضع المتساوي ، والحركة السلسة. المفهوم هو أنه إذا كان خطأ الموضع هو نفسه ، فسيتم تأخير كلا المحورين بنفس مقدار الوقت ، ويتم قطع الجزء لتصحيح الأبعاد على الرغم من أن خطأ الموضع مرتفع أثناء الحركة.