रैखिक अक्ष सर्वो प्रणाली

आज के एसी सर्वो सिस्टम 10 साल पहले बने एसी सर्वो सिस्टम से बहुत अलग हैं। तेज़ प्रोसेसर और उच्च रिज़ॉल्यूशन एनकोडर निर्माताओं को ट्यूनिंग तकनीक में आश्चर्यजनक प्रगति लागू करने में सक्षम बना रहे हैं। मॉडल पूर्वानुमान नियंत्रण और कंपन दमन दो ऐसी प्रगति हैं जिन्हें जटिल सर्वो प्रणालियों में भी सफलतापूर्वक लागू किया जा सकता है।

सर्वो ट्यूनिंग, जैसा कि यह एसी सर्वो सिस्टम से संबंधित है, एक कनेक्टेड मैकेनिकल सिस्टम के लिए विद्युत नियंत्रण प्रणाली प्रतिक्रिया का समायोजन है। एक विद्युत नियंत्रण प्रणाली में एक पीएलसी या गति नियंत्रक होता है, जो सर्वो एम्पलीफायर को सिग्नल भेजता है, जिससे सर्वोमोटर यांत्रिक प्रणाली को गति प्रदान करता है।

सर्वोमोटर - एक इलेक्ट्रोमैकेनिकल उपकरण - दो प्रणालियों को एकजुट करने वाले महत्वपूर्ण घटक के रूप में कार्य करता है। यांत्रिक प्रणाली के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए विद्युत नियंत्रण प्रणाली के भीतर बहुत कुछ किया जा सकता है।

इस लेख में, हम आधुनिक सर्वो ट्यूनिंग तकनीक की दो तकनीकों - मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोल (एमपीसी) और कंपन दमन - और उनके अनुप्रयोग-स्तर के विचारों का पता लगाएंगे।

सीपीयू की गति - पहले से कहीं अधिक तेज

तेज़ सीपीयू गति हर जगह है, और सर्वो एम्पलीफायर कोई अपवाद नहीं हैं। जिन सीपीयू की लागत एक समय बहुत अधिक थी, उन्होंने सर्वो एम्पलीफायर डिज़ाइन में अपना रास्ता बना लिया है, जिससे अधिक जटिल और प्रभावी ट्यूनिंग एल्गोरिदम की अनुमति मिलती है। दस साल पहले, स्पीड लूप में 100 या 200-हर्ट्ज बैंडविड्थ देखना आम बात थी, जबकि आज की गति 1,000 हर्ट्ज से भी ऊपर हो सकती है।

नियंत्रण लूप को हल करने के अलावा, तेज़ प्रोसेसर सर्वो एम्पलीफायरों को मशीन के गुणों की खोज करने के लिए टॉर्क, गति और स्थिति का ऑनबोर्ड वास्तविक समय विश्लेषण करने में सक्षम बनाते हैं जिन्हें पहले पता नहीं लगाया जा सका था। जटिल गणितीय मॉडल को अब उन्नत ट्यूनिंग नियंत्रण एल्गोरिदम का लाभ उठाने के लिए सर्वो एम्पलीफायर के भीतर लागत प्रभावी ढंग से लागू किया जा सकता है जो मानक पीआईडी ​​ट्यूनिंग से कहीं आगे जाते हैं।

इसके अलावा, एक तेज़ प्रोसेसर उच्च रिज़ॉल्यूशन एनकोडर से डेटा को भी संभाल सकता है, हालांकि बढ़ा हुआ रिज़ॉल्यूशन सिस्टम को कोई बेहतर स्थिति प्रदर्शन नहीं देता है। सीमित स्थिति कारक आमतौर पर यांत्रिक प्रणाली है, एनकोडर नहीं - लेकिन एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनकोडर नियंत्रण प्रणाली को यांत्रिक प्रणाली में सूक्ष्म-आंदोलनों को कम-रिज़ॉल्यूशन एनकोडर के साथ देखने की अनुमति देता है। ये छोटी हलचलें अक्सर कंपन या प्रतिध्वनि का परिणाम होती हैं और यदि पता लगाया जाए, तो यांत्रिक प्रणाली के व्यवहार को समझने, भविष्यवाणी करने और क्षतिपूर्ति करने के लिए महत्वपूर्ण डेटा प्रदान कर सकती हैं।

मॉडल पूर्वानुमानित नियंत्रण की मूल बातें

संक्षेप में, मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोल भविष्य के टॉर्क और गति की भविष्यवाणी करने के लिए पिछले कमांड किए गए प्रोफ़ाइल का उपयोग करता है। यदि एक निश्चित चाल के लिए गति और टॉर्क मोटे तौर पर ज्ञात है, तो पीआईडी ​​लूप के माध्यम से चाल प्रोफ़ाइल को आँख बंद करके मजबूर करने की कोई आवश्यकता नहीं है, जो केवल त्रुटि पर प्रतिक्रिया करता है। इसके बजाय, विचार यह है कि सर्वो नियंत्रण लूपों को फीड-फॉरवर्ड के रूप में अनुमानित गति और टॉर्क की आपूर्ति की जाए और लूप्स को जो भी न्यूनतम त्रुटि बची हो, उस पर प्रतिक्रिया करने दें।

इसके सही ढंग से काम करने के लिए, एम्पलीफायर के पास जड़ता, घर्षण और कठोरता जैसे गुणों के आधार पर मशीन का एक वैध गणितीय मॉडल होना चाहिए। फिर बेहतर प्रदर्शन के लिए मॉडल के टॉर्क और स्पीड प्रोफाइल को सर्वो लूप में इंजेक्ट किया जा सकता है। ये मॉडल जटिल गणितीय कार्यों का उपयोग करते हैं, लेकिन सर्वो एम्पलीफायर में तेज़ प्रोसेसर के लिए धन्यवाद, गति नियंत्रण उद्योग उनके कार्यान्वयन को देखना शुरू कर रहा है।

इसके कई लाभों के बावजूद, मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोल में एक समझौता है: यह पॉइंट-टू-पॉइंट पोजीशनिंग के लिए बहुत अच्छा काम करता है, लेकिन चाल के दौरान समय की देरी की कीमत पर। समय तत्व मॉडल पूर्वानुमान नियंत्रण में अंतर्निहित है क्योंकि हाल के अतीत की गतिविधि का उपयोग भविष्य की प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है। इस देरी के कारण, नियंत्रक से सटीक कमांड प्रोफ़ाइल का पालन नहीं किया जा सकता है; इसके बजाय, एक समान प्रोफ़ाइल तैयार की जाती है जो चाल के अंत में तेज़ स्थिति निर्धारण समय उत्पन्न करती है।

कंपन दमन

एमपीसी के सबसे उपयोगी पहलुओं में से एक मशीन में कम आवृत्ति कंपन को मॉडल करने, भविष्यवाणी करने और दबाने की क्षमता है। किसी मशीन में एकल-अंक हर्ट्ज से लेकर हजारों हर्ट्ज तक की आवृत्तियों पर कंपन हो सकता है। हर्ट्ज के 1 और 10 एस में कम आवृत्ति कंपन - अक्सर एक चाल की शुरुआत और अंत में ध्यान देने योग्य - विशेष रूप से परेशानी भरा होता है क्योंकि यह मशीन की ऑपरेटिंग आवृत्ति के भीतर होता है।

कुछ उपकरण विन्यास (उदाहरण के लिए, लंबी और पतली ग्रिपर भुजा वाली मशीन) इस कम-गुंजयमान आवृत्ति को दूसरों की तुलना में अधिक प्रदर्शित करते हैं। लंबाई के लिए ऐसे कंपन-प्रवण डिज़ाइन की आवश्यकता हो सकती है, शायद किसी उद्घाटन के माध्यम से एक भाग डालने के लिए। बड़ी मशीनें भी कंपन के प्रति संवेदनशील होती हैं, जो बड़े हिस्सों से बनी होती हैं जो कम आवृत्तियों पर दोलन करती हैं। इस प्रकार के अनुप्रयोगों के साथ, एंड-ऑफ-मूव मोटर स्थिति में दोलन दिखाई देता है। सर्वो एम्पलीफायर में कंपन दमन तकनीक ऐसे मशीन दोलन को काफी कम कर देती है।

दोहरी मोटर सर्वो प्रणाली में एमपीसी

एकल-अक्ष एक्चुएटर पर एमपीसी का अनुप्रयोग सीधा है, और सटीक कमांड प्रोफ़ाइल से विचलन बिंदु-से-बिंदु गति के लिए महत्वहीन है। हालाँकि, जब एक सर्वो अक्ष यांत्रिक रूप से दूसरे से जुड़ा होता है, तो उनकी गति प्रोफ़ाइल एक दूसरे को प्रभावित करती है। एक डुअल-मोटर बॉलस्क्रू एक्चुएटर ऐसा ही एक कॉन्फ़िगरेशन है।

यह डुअल-मोटर कॉन्फ़िगरेशन बड़े अनुप्रयोगों में फायदेमंद हो सकता है, जिसके लिए मोटर के रोटर को तेज करने के लिए आवश्यक टॉर्क महत्वपूर्ण है और एक एकल, बड़ी मोटर आवश्यक टॉर्क और त्वरण में असमर्थ होगी। ट्यूनिंग के दृष्टिकोण से, महत्वपूर्ण कारक यह है कि दो अपेक्षाकृत बड़े सर्वोमोटर्स भारी भार की स्थिति में हैं, और लगभग पूर्ण रेटेड टॉर्क और गति पर काम कर रहे हैं। यदि मोटरें असिंक्रनाइज़ हो जाती हैं, तो उनके टॉर्क अनिवार्य रूप से स्थिति के लिए एक-दूसरे से लड़ने में बर्बाद हो जाएंगे। हालाँकि, यदि दोनों सर्वो का लाभ समान है, तो मॉडल पूर्वानुमान नियंत्रण विलंब भी समान है और मोटर एक दूसरे के साथ समन्वयित रहते हैं।

इस तरह के एप्लिकेशन को ट्यून करने में पहला कदम एक मोटर को भौतिक रूप से हटाना और सिस्टम को केवल एक मोटर के साथ सामान्य रूप से ट्यून करना है। स्थिर अक्ष नियंत्रण के लिए एक सर्वोमोटर पर्याप्त है, लेकिन आवश्यक प्रोफ़ाइल को चलाने के लिए पर्याप्त टॉर्क नहीं है। इस मामले में, निर्माता के ऑटो-ट्यूनिंग अनुक्रम का उपयोग किया जाता है, जो एक जड़ता पैरामीटर सेट करता है और मॉडल पूर्वानुमान नियंत्रण सुविधा को सक्षम करता है। ध्यान दें: एक मोटर से मिलने वाला सिस्टम लाभ अंततः दोनों मोटरों द्वारा समान रूप से साझा किया जाना चाहिए। जड़ता पैरामीटर इस चरण को आसान बनाता है क्योंकि यह सर्वो लूप लाभ के लिए स्केल कारक के रूप में कार्य करता है, और इसलिए यह प्रत्येक एम्पलीफायर में मूल ट्यूनिंग परिणाम के आधे पर सेट होता है। शेष ट्यूनिंग परिणाम को अक्ष एक से अक्ष दो पर कॉपी किया जा सकता है। अंतिम समायोजन धुरी दो से एकीकरण घटक को हटाना है - दूसरी मोटर को "त्वरण सहायता" की भूमिका सौंपना और छोटे एकीकरण सुधारों को केवल मोटर एक पर छोड़ना है।

ऐसे एप्लिकेशन के लिए ट्यूनिंग अवधारणा में दो चरण शामिल हैं। पहला चरण प्रारंभिक बिंदु के रूप में निर्माता द्वारा प्रदान की गई ऑटो-ट्यूनिंग सुविधा का उपयोग करके प्रत्येक अक्ष को व्यक्तिगत रूप से ट्यून करना है, और मॉडल पूर्वानुमान नियंत्रण को सक्षम करना है। कंपन दमन भी लागू किया जाता है. इस चरण के अंत में, प्रत्येक अक्ष पर न्यूनतम कंपन के साथ एक स्वच्छ और सुचारू प्रतिक्रिया होती है।

दूसरे चरण में, नियंत्रक के दृष्टिकोण से "ड्राई रन" के दौरान त्रुटि की निगरानी करते हुए, अक्षों को एक साथ चलाया जाता है। एमपीसी लाभ को बराबर के रूप में सेट करने से शुरू करके, परीक्षण और त्रुटि एमपीसी लाभ के लिए सर्वोत्तम सेटिंग्स निर्धारित करेगी जो कम स्थिति त्रुटि, समान स्थिति त्रुटि और चिकनी गति को संतुलित करती है। अवधारणा यह है कि यदि स्थिति त्रुटि समान है, तो दोनों अक्षों में समान समय की देरी होती है, और गति के दौरान स्थिति त्रुटि अधिक होने पर भी भाग को सही आयामों में काटा जाता है।