रैखिक अक्ष सर्वो प्रणाली

आज के एसी सर्वो सिस्टम 10 साल पहले बनाए गए सिस्टम से बहुत अलग हैं। तेज़ प्रोसेसर और उच्च रिज़ॉल्यूशन एनकोडर निर्माताओं को ट्यूनिंग तकनीक में आश्चर्यजनक प्रगति को लागू करने में सक्षम बना रहे हैं। मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोल और वाइब्रेशन सप्रेशन दो ऐसी प्रगति हैं जिन्हें जटिल सर्वो सिस्टम 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 इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टम प्रतिक्रिया का समायोजन है। एक इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टम में एक PLC या मोशन कंट्रोलर होता है, जो सर्वो एम्पलीफायर को सिग्नल भेजता है, जिससे सर्वोमोटर मैकेनिकल सिस्टम को हिलाता है।

सर्वोमोटर - एक इलेक्ट्रोमैकेनिकल डिवाइस - दो प्रणालियों को जोड़ने 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 प्रौद्योगिकी की दो तकनीकों - मॉडल पूर्वानुमान नियंत्रण (एमपीसी) और कंपन दमन - और उनके अनुप्रयोग-स्तरीय विचारों का पता लगाएंगे।

सीपीयू की गति - पहले से कहीं अधिक तेज़

तेज़ CPU स्पीड हर जगह है, और सर्वो एम्पलीफायर कोई अपवाद नहीं हैं। CPU जो कभी लागत निषेधात्मक थे, 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 कहीं ज़्यादा हो सकती है।

नियंत्रण लूप को हल करने के अलावा, तेज़ प्रोसेसर सर्वो एम्पलीफायरों को टॉर्क, गति और स्थिति का ऑनबोर्ड रियलटाइम विश्लेषण करने में सक्षम बनाते हैं ताकि मशीन के उन गुणों का पता लगाया जा सके जिन्हें पहले नहीं पहचाना जा सकता था। जटिल गणितीय मॉडल अब एक सर्वो एम्पलीफायर के भीतर लागत प्रभावी ढंग से लागू किए जा सकते हैं ताकि उन्नत ट्यूनिंग नियंत्रण एल्गोरिदम का लाभ उठाया जा सके 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 पोजिशनिंग प्रदर्शन नहीं देता है। सीमित पोजिशनिंग कारक आमतौर पर मैकेनिकल सिस्टम होता है, एनकोडर नहीं - लेकिन एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनकोडर नियंत्रण प्रणाली को कम-रिज़ॉल्यूशन एनकोडर के साथ पता न चलने वाले मैकेनिकल सिस्टम में सूक्ष्म-आंदोलनों को देखने की अनुमति देता है। ये छोटी-छोटी हरकतें अक्सर कंपन या प्रतिध्वनि का परिणाम होती हैं और अगर पता चल जाए, तो मैकेनिकल सिस्टम के व्यवहार को समझने, भविष्यवाणी करने और क्षतिपूर्ति करने के लिए महत्वपूर्ण डेटा प्रदान कर सकती हैं।

मॉडल पूर्वानुमान नियंत्रण की मूल बातें

संक्षेप में, मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोल भविष्य के टॉर्क और गति का अनुमान लगाने के लिए पिछले कमांड किए गए प्रोफ़ाइल का उपयोग करता है। यदि किसी निश्चित चाल के लिए गति और टॉर्क मोटे तौर पर ज्ञात हैं, तो PID लूप के माध्यम से मूव प्रोफ़ाइल को आँख मूंदकर लागू करने की कोई आवश्यकता नहीं है, जो केवल त्रुटि पर प्रतिक्रिया करता है। इसके बजाय, विचार यह है कि सर्वो नियंत्रण लूप को फीड-फ़ॉरवर्ड के रूप में पूर्वानुमानित गति और टॉर्क की आपूर्ति की जाए और लूप को जो भी न्यूनतम त्रुटि बची हो, उस पर प्रतिक्रिया करने दें।

इसके सही ढंग से काम करने के लिए, एम्पलीफायर में जड़त्व, घर्षण और कठोरता जैसे गुणों के आधार पर मशीन का एक वैध गणितीय मॉडल होना चाहिए। फिर मॉडल के टॉर्क और स्पीड प्रोफाइल को बेहतर प्रदर्शन के लिए 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 पोजिशनिंग के लिए बहुत बढ़िया काम करता है, लेकिन मूव के दौरान समय की देरी की कीमत पर। मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोल में समय तत्व अंतर्निहित है क्योंकि हाल ही में हुई पिछली हरकत 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 उत्पन्न होती है जो मूव के अंत में तेज़ पोजिशनिंग समय उत्पन्न करती है।

कंपन दमन

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

कुछ उपकरण विन्यास (उदाहरण के लिए, एक लंबी और पतली ग्रिपर भुजा वाली मशीन) दूसरों की तुलना में इस कम-अनुनाद आवृत्ति को अधिक प्रदर्शित करती है। इस तरह के कंपन-प्रवण डिज़ाइन लंबाई के लिए आवश्यक हो सकते हैं, शायद किसी छेद के माध्यम से एक भाग डालने के लिए। कंपन के लिए प्रवण बड़ी मशीनें भी हैं, जो आमतौर पर बड़े भागों से बनी होती हैं जो कम आवृत्तियों पर दोलन करती हैं। इस प्रकार के अनुप्रयोगों के साथ, दोलन अंत-चाल मोटर स्थिति में दिखाई देता है। सर्वो एम्पलीफायर में कंपन दमन तकनीक इस तरह की मशीन दोलन को काफी कम कर देती है।

दोहरे मोटर सर्वो प्रणाली में एम.पी.सी.

एकल-अक्षीय एक्ट्यूएटर पर एमपीसी का अनुप्रयोग सीधा है, और बिंदु-से-बिंदु गति के लिए सटीक कमांडेड प्रोफ़ाइल से विचलन महत्वहीन है। हालाँकि, जब एक सर्वो अक्ष को यांत्रिक रूप से दूसरे से जोड़ा जाता है, तो उनकी गति प्रोफ़ाइल एक-दूसरे को प्रभावित करती हैं। एक दोहरी मोटर बॉलस्क्रू एक्ट्यूएटर एक ऐसा ही विन्यास है।

यह दोहरी मोटर विन्यास बड़े अनुप्रयोगों में लाभप्रद हो सकता है जिसके लिए मोटर के रोटर को गति देने के लिए आवश्यक टॉर्क महत्वपूर्ण है और एक एकल, बड़ी मोटर आवश्यक टॉर्क और त्वरण के लिए अक्षम होगी। ट्यूनिंग के दृष्टिकोण से, महत्वपूर्ण कारक यह है कि दो अपेक्षाकृत बड़े सर्वोमोटर एक भारी लोड की स्थिति बना रहे हैं, और लगभग पूर्ण रेटेड टॉर्क और गति पर काम कर रहे हैं। यदि मोटर असंगत हो जाते हैं, तो उनके टॉर्क अनिवार्य रूप से स्थिति के लिए एक दूसरे से लड़ने में बर्बाद हो जाएंगे। हालाँकि, यदि दोनों सर्वो के लाभ समान हैं, तो मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोल देरी भी समान है और मोटर एक दूसरे के साथ सिंक में रहते हैं।

इस तरह के अनुप्रयोग को ट्यून करने में पहला कदम मोटरों में से एक को भौतिक रूप से निकालना और सिस्टम को हमेशा की तरह केवल एक मोटर के साथ 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 जड़त्व पैरामीटर सेट करता है और मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोल सुविधा को सक्षम करता है। नोट: एक मोटर के साथ पाया गया सिस्टम लाभ अंततः दोनों मोटरों द्वारा समान रूप से साझा किया जाना चाहिए। जड़त्व पैरामीटर इस चरण को आसान बनाता है क्योंकि यह सर्वो लूप लाभ के लिए एक स्केल फैक्टर के रूप में कार्य करता है, और इसलिए इसे प्रत्येक एम्पलीफायर में मूल ट्यूनिंग परिणाम के आधे पर सेट किया जाता है। ट्यूनिंग परिणाम के बाकी हिस्सों को फिर अक्ष एक से अक्ष दो में कॉपी किया जा सकता है। अंतिम समायोजन अक्ष दो से एकीकरण घटक को हटाना है - दूसरी मोटर को "त्वरण सहायक" की भूमिका सौंपना, और छोटे एकीकरण सुधारों को मोटर एक पर ही छोड़ना।

इस तरह के अनुप्रयोग के लिए ट्यूनिंग अवधारणा में दो चरण शामिल हैं। पहला चरण निर्माता द्वारा प्रदान की गई ऑटो-ट्यूनिंग सुविधा का उपयोग करके प्रत्येक अक्ष को व्यक्तिगत रूप से ट्यून करना है, और मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोल को सक्षम करना है। कंपन दमन भी लागू किया जाता है। इस चरण के अंत में, प्रत्येक अक्ष में न्यूनतम कंपन के साथ एक साफ और चिकनी प्रतिक्रिया होती है।

दूसरे चरण में, अक्षों को एक साथ चलाया जाता है, नियंत्रक के दृष्टिकोण से "ड्राई रन" के दौरान त्रुटि की निगरानी की जाती है। MPC लाभ को बराबर के रूप में सेट करने से शुरू करते हुए, परीक्षण और त्रुटि MPC लाभ के लिए सर्वोत्तम सेटिंग्स निर्धारित करेगी जो कम स्थिति त्रुटि, समान स्थिति त्रुटि और सुचारू गति को संतुलित करती है। अवधारणा यह है कि यदि स्थिति त्रुटि समान है, तो दोनों अक्षों को समान समय तक विलंबित किया जाता है, और भाग को सही आयामों में काटा जाता है, भले ही गति के दौरान स्थिति त्रुटि अधिक हो।