Système de servomoteur à axe linéaire

Les systèmes AC Servo d'aujourd'hui sont très différents de ceux construits il y a 10 ans. Les processeurs plus rapides et les encodeurs à résolution plus élevée permettent aux fabricants de mettre en œuvre des progrès incroyables dans la technologie de réglage. Le contrôle prédictif du modèle et la suppression des vibrations sont deux de ces avancées qui peuvent être appliquées avec succès même dans des systèmes de servomotes complexes.

Le servomoteur en ce qui concerne les systèmes de servomotes AC est le réglage de la réponse du système de contrôle électrique à un système mécanique connecté. Un système de contrôle électrique se compose d'un PLC ou d'un contrôleur de mouvement, qui envoie des signaux à l'amplificateur servo, ce qui fait bouger le servomoteur.

Le servomoteur - un dispositif électromécanique - sert de composant critique unissant les deux systèmes. Beaucoup peut être fait dans le système de contrôle électrique pour prédire le comportement du système mécanique.

Dans cet article, nous explorerons deux techniques de technologie moderne du servomoteur - le contrôle prédictif du modèle (MPC) et la suppression des vibrations - et leurs considérations au niveau de l'application.

Vitesse du processeur - plus rapide que jamais

La vitesse du processeur plus rapide est partout et les amplificateurs de servo ne font pas exception. Les processeurs qui étaient autrefois prohibitifs ont fait leur chemin dans la conception de l'amplificateur servo, permettant des algorithmes de réglage plus complexes et efficaces. Il y a dix ans, il était courant de voir une bande passante de 100 ou 200 Hz dans la boucle de vitesse, tandis que les vitesses d'aujourd'hui peuvent être bien supérieures à 1 000 Hz.

Au-delà de la résolution de boucles de contrôle, les processeurs plus rapides permettent aux amplificateurs de servo de faire une analyse en temps réel du couple, de la vitesse et de la position afin de découvrir les propriétés de la machine qui ne pouvaient pas être détectées auparavant. Les modèles mathématiques complexes peuvent désormais être mis en œuvre de manière rentable au sein d'un amplificateur servo pour profiter des algorithmes de contrôle de réglage avancé qui vont bien au-delà du réglage du PID standard.

De plus, un processeur plus rapide peut également gérer les données d'un encodeur de résolution plus élevée, bien que la résolution améliorée ne donne pas au système de meilleures performances de positionnement. Le facteur de positionnement limitant est généralement le système mécanique, pas le codeur - mais un codeur à haute résolution permet au système de contrôle de voir des micro-mouvements dans le système mécanique indétectable avec un codeur à faible résolution. Ces petits mouvements sont souvent le résultat de vibrations ou de résonance et, si elles sont détectées, peuvent fournir des données importantes pour comprendre, prédire et compenser le comportement du système mécanique.

Les bases du contrôle prédictif du modèle

En un mot, le contrôle prédictif du modèle utilise le profil commandé passé pour prédire le couple et la vitesse futures. Si la vitesse et le couple pour un certain mouvement sont à peu près connus, il n'est pas nécessaire de forcer aveuglément le profil de mouvement à travers les boucles PID, qui ne répondent qu'à l'erreur. Au lieu de cela, l'idée est de fournir la vitesse et le couple prévus en tant qu'administration des boucles de commande de servo et de laisser les boucles répondre à toute erreur minimale.

Pour que cela fonctionne correctement, l'amplificateur doit avoir un modèle mathématique valide de la machine, basé sur des propriétés telles que l'inertie, la friction et la rigidité. Ensuite, le couple et le profil de vitesse du modèle peuvent être injectés dans les boucles de servo, pour une augmentation des performances. Ces modèles utilisent des fonctions mathématiques complexes, mais grâce à des processeurs plus rapides dans l'amplificateur Servo, l'industrie du contrôle des mouvements commence à voir leur mise en œuvre.

Malgré ses nombreux avantages, le contrôle prédictif du modèle a un compromis: il fonctionne très bien pour le positionnement point à point, mais au détriment du délai pendant le déménagement. L'élément temporel est inhérent au contrôle prédictif du modèle car le mouvement passé récent est utilisé pour prédire la réponse future. En raison de ce retard, le profil de commande exact du contrôleur peut ne pas être suivi; Au lieu de cela, un profil similaire est généré qui produit un temps de positionnement rapide à la fin du mouvement.

Suppression des vibrations

L'un des aspects les plus utiles de MPC est la capacité de modéliser, de prédire et de supprimer les vibrations basse fréquence dans la machine. Des vibrations peuvent se produire dans une machine à des fréquences de Hz à un chiffre dans les milliers de Hz. Les vibrations à basse fréquence dans les 1 et 10s de Hz - souvent perceptibles au début et à la fin d'un mouvement - est particulièrement gênante car elle se situe dans la fréquence de fonctionnement de la machine.

Certaines configurations d'équipement (par exemple, une machine avec un bras de pinceau long et mince) ont tendance à présenter cette fréquence à faible résonance plus que d'autres. De telles conceptions sujettes aux vibrations peuvent être nécessaires pour la longueur, peut-être pour insérer une pièce à travers une ouverture. Les grandes machines sont également sujets aux vibrations, qui ont tendance à être faites de grandes pièces qui oscillent à des fréquences plus basses. Avec ces types d'applications, l'oscillation apparaît en position de moteur de fin de mouvement. La technologie de suppression des vibrations dans l'amplificateur servo réduit considérablement cette oscillation machine.

MPC dans un système de servo-moteur à double moteur

L'application de MPC à un actionneur à axe unique est simple et l'écart par rapport au profil commandé exact est sans importance pour le mouvement point à point. Cependant, lorsqu'un axe servo est lié mécaniquement à un autre, leurs profils de mouvement s'affichent mutuellement. Un actionneur à double moteur à billes est une de ces configurations.

Cette configuration à double moteur peut être avantageuse dans des applications plus grandes pour lesquelles le couple nécessaire pour accélérer le rotor du moteur est significatif et un seul moteur plus grand serait incapable du couple et de l'accélération requis. Du point de vue de l'accord, le facteur critique est que deux servomoteurs relativement grands positionnent une charge lourde et fonctionnent à un couple et à la vitesse presque complets. Si les moteurs deviennent non synchronisés, leurs couples seront gaspillés en se battant essentiellement pour la position. Cependant, si les gains des deux servos sont égaux, les retards de contrôle prédictifs du modèle sont également égaux et que les moteurs restent en synchronisation les uns avec les autres.

La première étape pour régler une application comme celle-ci consiste à supprimer physiquement l'un des moteurs et à régler le système comme d'habitude avec un seul moteur. Un servomoteur est suffisant pour le contrôle de l'axe stable, mais pas assez de couple pour exécuter le profil requis. Dans ce cas, la séquence de réglage automatique du fabricant est utilisée, qui définit un paramètre d'inertie et permet la fonction de contrôle prédictive du modèle. Remarque: Le gain du système trouvé avec un moteur doit finalement être partagé également par les deux moteurs. Le paramètre d'inertie facilite cette étape car il agit comme un facteur d'échelle aux gains de boucle de servo, et il est donc fixé à la moitié du résultat de réglage d'origine dans chaque amplificateur. Le reste du résultat du réglage peut ensuite être copié de l'axe un à l'axe deux. L'ajustement final consiste à supprimer le composant d'intégration de l'axe deux - attribuer au deuxième moteur le rôle de «l'assistance d'accélération» et laissant les petites corrections d'intégration au moteur seul.

Le concept de réglage d'une telle application implique deux phases. La première phase consiste à régler chaque axe chaque axe à l'aide de la fonction de réglage automatique fournie par le fabricant comme point de départ et d'activer le contrôle prédictif du modèle. La suppression des vibrations est également appliquée. À la fin de cette phase, chaque axe a une réponse propre et fluide avec des vibrations minimales.

Dans la deuxième phase, les axes sont exécutés ensemble, surveillant l'erreur lors d'une «course sèche» du point de vue du contrôleur. En commençant par les gains MPC définis comme égaux, les essais et l'erreur détermineront les meilleurs paramètres pour un gain MPC qui équilibre une erreur de position basse, une erreur de position égale et un mouvement lisse. Le concept est que si l'erreur de position est la même, les deux axes sont retardés du même temps, et la pièce est coupée pour corriger les dimensions même si l'erreur de position est élevée pendant le mouvement.