Lineaarinen akselin servojärjestelmä

Nykypäivän AC -servojärjestelmät ovat paljon erilaisia ​​kuin jopa 10 vuotta sitten rakennetut. Nopeammat prosessorit ja korkeamman resoluution kooderit antavat valmistajille mahdollisuuden toteuttaa uskomattomia kehitystä viritystekniikassa. Mallin ennustava ohjaus ja tärinän tukahduttaminen ovat kaksi sellaista edistystä, joita voidaan käyttää onnistuneesti jopa monimutkaisissa servojärjestelmissä.

Servovirhe, sellaisena kuin se liittyy AC -servojärjestelmiin, on sähköisen ohjausjärjestelmän vasteen säätäminen kytkettyyn mekaaniseen järjestelmään. Sähköohjausjärjestelmä koostuu PLC: stä tai liikkeenohjaimesta, joka lähettää signaaleja servovahvistimeen, jolloin servomoottori saa mekaanisen järjestelmän liikkumaan.

Servomoottori - sähkömekaaninen laite - toimii kriittisenä komponenttina, joka yhdistää kaksi järjestelmää. Sähköohjausjärjestelmässä voidaan tehdä paljon mekaanisen järjestelmän käyttäytymisen ennustamiseksi.

Tässä artikkelissa tutkimme kahta nykyaikaisen servovirhetekniikan tekniikkaa-mallin ennustava ohjaus (MPC) ja tärinän tukahduttaminen-ja niiden käyttötason näkökohdat.

CPU -nopeus - nopeampi kuin koskaan

Nopeampi CPU -nopeus on kaikkialla, ja servovahvistimet eivät ole poikkeus. Aikaisemmin kustannustehokkaat prosessorit ovat kulkeneet servovahvistimen suunnitteluun, mikä mahdollistaa monimutkaisemmat ja tehokkaammat viritysalgoritmit. Kymmenen vuotta sitten oli yleistä nähdä 100 tai 200 Hz: n kaistanleveys nopeussilmukassa, kun taas nykypäivän nopeudet voivat olla selvästi yli 1000 Hz.

Ohjauspiirien ratkaisemisen lisäksi nopeammat prosessorit antavat servovahvistimien mahdollisuuden tehdä vääntömomentin, nopeuden ja aseman reaaliaikainen analyysi koneominaisuuksien löytämiseksi, joita aikaisemmin ei voitu havaita. Monimutkaiset matemaattiset mallit voidaan nyt toteuttaa tehokkaasti servovahvistimessa hyödyntääkseen edistyneitä virityshallintaalgoritmeja, jotka ylittävät paljon tavanomaisen PID -virityksen.

Lisäksi nopeampi prosessori pystyy käsittelemään myös korkeamman resoluution kooderin tietoja, vaikka parannettu resoluutio ei anna järjestelmälle parempaa paikannustehoa. Rajoittava paikannuskerroin on yleensä mekaaninen järjestelmä, ei kooderi-mutta korkeamman resoluution kooderi antaa ohjausjärjestelmälle mahdollisuuden nähdä mekaanisen järjestelmän mikroliikenteet, jotka eivät ole havaittavissa alemman resoluution kooderilla. Nämä pienet liikkeet ovat usein seurausta värähtelyistä tai resonanssista, ja jos ne havaitaan, ne voivat toimittaa tärkeitä tietoja mekaanisen järjestelmän käyttäytymisen ymmärtämiseksi, ennustamiseksi ja kompensoimiseksi.

Mallin ennustavan hallinnan perusteet

Lyhyesti sanottuna mallin ennustava ohjaus käyttää menneisyyden komentua profiilia tulevaisuuden vääntömomentin ja nopeuden ennustamiseen. Jos tietyn siirron nopeus ja vääntömomentti tunnetaan karkeasti, niin ei tarvitse pakottaa sokeasti siirtoprofiilia PID -silmukoiden läpi, jotka reagoivat vain virheen. Sen sijaan ajatuksena on toimittaa ennustettu nopeus ja vääntömomentti eteenpäin servoohjauspiiriin ja antaa silmukoiden reagoida mihin tahansa minimaaliseen virheeseen on jäljellä.

Jotta tämä toimisi oikein, vahvistimella on oltava koneen kelvollinen matemaattinen malli, joka perustuu ominaisuuksiin, kuten hitaus, kitka ja jäykkyys. Sitten mallin vääntömomentti ja nopeusprofiili voidaan injektoida servo -silmukoihin parantaakseen suorituskykyä. Nämä mallit käyttävät monimutkaisia ​​matemaattisia toimintoja, mutta Servovahvistimen nopeampien prosessorien ansiosta liikkeenhallintateollisuus on alkanut nähdä niiden toteuttamisen.

Monista eduistaan ​​huolimatta mallin ennustavalla hallinnalla on kompromissi: se toimii hyvin pisteestä pisteeseen kohdistuvaan paikannukseen, mutta ajanjakson kuluessa muutoksen aikana. Aikaelementti on luontainen mallin ennustamisohjaukseen, koska viimeaikaista menneisyyttä käytetään ennustamaan tulevaa vastausta. Tämän viiveen takia ohjaimen tarkkaa komentoprofiilia ei voida noudattaa; Sen sijaan syntyy samanlainen profiili, joka tuottaa nopean sijoittautumisajan liikkeen lopussa.

Värähtelyn tukahduttaminen

Yksi MPC: n hyödyllisimmistä näkökohdista on kyky mallintaa, ennustaa ja tukahduttaa koneessa matalan taajuuden tärinää. Tärinä voi tapahtua koneessa taajuuksilla yksinumeroisesta Hz: stä tuhansiin Hz: hen. Matalataajuinen värähtely Hz: n 1: n ja 10: n kanssa-usein havaittavissa muutoksen alussa ja lopussa-on erityisen hankala, koska se on koneen käyttötaajuudella.

Tietyillä laitteiden kokoonpanoilla (esimerkiksi koneella, jolla on pitkä ja hoikka tarttujavarsi), on taipumus osoittaa tätä matalan resonanssin taajuutta enemmän kuin toiset. Tällaisia ​​värähtelyalttiita malleja voidaan tarvita pituudelle, ehkä osan asettamiseksi aukon kautta. Värähtelylle on myös suuria koneita, jotka yleensä valmistetaan suurista osista, jotka värähtelevät alhaisemmilla taajuuksilla. Tämäntyyppisillä sovelluksilla värähtely esiintyy liikkuvan moottorin asennossa. Servovahvistimen värähtelyn tukahduttamistekniikka vähentää merkittävästi tällaista koneen värähtelyä.

MPC kaksimoottorisessa servojärjestelmässä

MPC: n soveltaminen yksiakseliseen toimilaitteeseen on suoraviivainen, ja poikkeama tarkkaan komennosta profiilista ei ole merkitystä pisteestä pisteestä. Kuitenkin, kun yksi servoakseli on mekaanisesti kytketty toiseen, niiden liikeprofiilit vaikuttavat toisiinsa. Kaksoottorinen palloruuvien toimilaite on yksi tällainen kokoonpano.

Tämä kaksimoottorinen kokoonpano voi olla edullinen suuremmissa sovelluksissa, joille moottorin roottorin kiihdyttämiseen tarvittava vääntömomentti on merkittävä ja yksi, isompi moottori ei ole kykenemätön vääntömomenttiin ja kiihtyvyyteen. Virityskulmasta kriittinen tekijä on, että kaksi suhteellisen suurta servomoottoria on sijoittamassa raskasta kuormaa ja toimivat melkein täysin nimellisellä vääntömomentilla ja nopeudella. Jos moottorit muuttuvat syventämättömäksi, heidän vääntömomentinsa hukkaantuu pääosin taistellessaan toisiaan. Kuitenkin, jos molempien servojen voitot ovat yhtä suuret, myös mallin ennustavat ohjausviiveet ovat yhtä suuret ja moottorit pysyvät synkronoituneina keskenään.

Ensimmäinen askel tämänkaltaisen sovelluksen virittämisessä on poistaa yksi moottorista fyysisesti ja virittää järjestelmä tavalliseen tapaan vain yhdellä moottorilla. Yksi servomoottori riittää stabiiliin akselin hallintaan, mutta ei tarpeeksi vääntömomenttia vaaditun profiilin suorittamiseksi. Tässä tapauksessa käytetään valmistajan automaattisen virityssekvenssin, joka asettaa hitausparametrin ja mahdollistaa mallin ennustavan ohjausominaisuuden. HUOMAUTUS: Yhden moottorin löydetyn järjestelmän voitto on lopulta jaettava yhtäläisesti molemmat moottorit. Hitausparametri tekee tästä vaiheen helpoksi, koska se toimii mittakerroksena servo -silmukan saavuttamisessa, ja siten se on asetettu puoleen alkuperäisestä viritystuloksesta jokaisessa vahvistimessa. Loput viritystuloksesta voidaan sitten kopioida akselista yhdestä kahteen akseliin. Lopullinen säätö on poistaa integraatiokomponentti akselista kahdesta - toisen moottorin määrittäminen ”kiihtyvyysavuston” rooli ja pienten integraatiokorjausten jättäminen moottorille yksin.

Tällaisen sovelluksen virityskonsepti sisältää kaksi vaihetta. Ensimmäinen vaihe on virittää jokainen akseli erikseen käyttämällä lähtökohtana valmistajan toimitettua automaattisen viritysominaisuutta ja ottaa käyttöön mallin ennustavan ohjauksen. Värähtelyn tukahduttamista käytetään myös. Tämän vaiheen lopussa jokaisella akselilla on puhdas ja sileä vaste minimaalisella tärinällä.

Toisessa vaiheessa akselit ajetaan yhdessä, tarkkailemalla virhettä ”kuiva -ajon” aikana ohjaimen näkökulmasta. Alkaen MPC -hyötyjä asetettuna yhtä suureksi, kokeilu ja virhe määrittävät MPC -vahvistuksen parhaat asetukset, jotka tasapainottavat pienen sijaintivirheen, yhtä suuren sijaintivirheen ja sileän liikkeen. Konsepti on, että jos sijaintivirhe on sama, niin molemmat akselit viivästyvät samalla ajalla ja osa leikataan mittojen korjaamiseksi, vaikka sijaintivirhe on korkea liikkeen aikana.