מערכת סרוו ציר לינארית

מערכות סרוו AC של ימינו שונות בהרבה מאלה שנבנו אפילו לפני 10 שנים. מעבדים מהירים יותר וקודדי רזולוציה גבוהה יותר מאפשרים ליצרנים ליישם התקדמות מדהימה בטכנולוגיית הכוונון. בקרת חיזוי מודל ודיכוי הרטט הם שתי התקדמות כזו שניתן ליישם בהצלחה אפילו במערכות סרוו מורכבות.

כוונון סרוו כפי שהוא נוגע למערכות סרוו AC הוא התאמת תגובת מערכת הבקרה החשמלית למערכת מכנית מחוברת. מערכת בקרה חשמלית מורכבת מבקר PLC או תנועה, השולחת אותות למגבר סרוו, וגורמת ל- Servomotor לגרום למערכת המכנית לזוז.

Servomotor - מכשיר אלקטרומכני - משמש כרכיב הקריטי המאחד את שתי המערכות. ניתן לעשות הרבה במערכת הבקרה החשמלית כדי לחזות את התנהגות המערכת המכנית.

במאמר זה נחקור שתי טכניקות של טכנולוגיית כוונון סרוו מודרנית-בקרת חזוי מודל (MPC) ודיכוי רטט-ושיקולים ברמת היישום שלהם.

מהירות מעבד - מהירה מתמיד

מהירות המעבד המהירה יותר נמצאת בכל מקום, ומגברי סרוו אינם יוצאים מן הכלל. מעבדים שהיו בעבר עלות אוסרים עשו את דרכם לעיצוב מגבר סרוו, מה שמאפשר אלגוריתמי כוונון מורכבים ויעילים יותר. לפני עשר שנים היה מקובל לראות רוחב פס של 100 או 200 הרץ בלולאת המהירות, ואילו המהירויות של ימינו יכולות להיות הרבה מעל 1,000 הרץ.

מעבר לפיתרון לולאות בקרה, מעבדים מהירים יותר מאפשרים למגברי סרוו לבצע ניתוח בזמן אמת של מומנט, מהירות ומיקום על מנת לגלות מאפייני מכונה שלא ניתן היה לאתר בעבר. כעת ניתן ליישם מודלים מתמטיים מורכבים באופן יעיל בתוך מגבר סרוו כדי לנצל אלגוריתמי בקרת כוונון מתקדמים החורגים הרבה מעבר לכוונון PID רגיל.

יתר על כן, מעבד מהיר יותר יכול גם להתמודד עם הנתונים מקודד רזולוציה גבוהה יותר, אם כי הרזולוציה המשופרת אינה מעניקה למערכת ביצועי מיקום טובים יותר. גורם המיקום המגביל הוא בדרך כלל המערכת המכנית, ולא המקודד-אך מקודד ברזולוציה גבוהה יותר מאפשר למערכת הבקרה לראות תנועות מיקרו במערכת המכנית שלא ניתן להבחין בהן עם מקודד ברזולוציה נמוכה יותר. תנועות קטנות אלה הן לרוב תוצאה של תנודות או תהודה, ואם יתגלו, יכולות לספק נתונים חשובים להבנה, חיזוי ופיצוי על התנהגות המערכת המכנית.

היסודות של בקרת חזוי מודל

על קצה המזלג, בקרת חיזוי מודל משתמשת בפרופיל המפקד בעבר כדי לחזות מומנט ומהירות עתידית. אם המהירות והמומנט למהלך מסוים ידועים בערך, אין צורך לכפות באופן עיוור את פרופיל המעבר דרך לולאות ה- PID, המגיבות רק לטעות. במקום זאת, הרעיון הוא לספק את המהירות והמומנט החזוי כמזון קדימה לולאות בקרת הסרוו ולתת לולאות להגיב לכל שגיאה מינימלית.

כדי שזה יעבוד נכון, על המגבר להיות בעל מודל מתמטי תקף של המכונה, על סמך תכונות כמו אינרציה, חיכוך ונוקשות. ואז ניתן להזריק את המומנט והפרופיל המהירות של הדגם לולאות הסרוו, לביצועים מוגברים. מודלים אלה משתמשים בפונקציות מתמטיות מורכבות, אך בזכות מעבדים מהירים יותר במגבר סרוו, ענף בקרת התנועה מתחיל לראות את יישומם.

למרות היתרונות הרבים שלה, לבקרת חיזוי מודל יש פיצוי: זה עובד נהדר למיצוב נקודה לנקודה, אך על חשבון עיכוב הזמן במהלך המעבר. אלמנט הזמן טמון בבקרת חיזוי מודל מכיוון שתנועת העבר האחרונה משמשת לחיזוי התגובה העתידית. בגלל עיכוב זה, לא ניתן לעקוב אחר פרופיל הפקודה המדויק של הבקר; במקום זאת, נוצר פרופיל דומה המייצר זמן מיקום מהיר בסוף המעבר.

דיכוי רטט

אחד ההיבטים השימושיים ביותר של MPC הוא היכולת לדגמן, לחזות ולדכא רטט בתדר נמוך במכונה. רטט יכול להתרחש במכונה בתדרים של Hz חד ספרתי לאלפי הרץ. רטט בתדירות נמוכה ב- 1 ו -10 של הרץ-לעתים קרובות מורגש בתחילת ובסוף של מהלך-הוא בעייתי במיוחד מכיוון שהוא נמצא בתדר ההפעלה של המכונה.

תצורות ציוד מסוימות (למשל, מכונה עם זרוע אחיזה ארוכה ורזה) נוטות להציג תדר נמוך זה יותר מאחרים. עיצובים נוטלים רטט כאלה עשויים להידרש לאורך, אולי להכנסת חלק דרך פתח. המועדים לרטט הם מכונות גדולות, הנוטות להיות עשויות מחלקים גדולים המתנדנדים בתדרים נמוכים יותר. עם יישומים מסוג זה, תנודה מופיעה במיקום מנוע סוף-מהמה. טכנולוגיית דיכוי הרטט במגבר סרוו מפחיתה באופן משמעותי תנודת מכונות כזו.

MPC במערכת סרוו כפולה-מוטורית

היישום של MPC על מפעיל ציר יחיד הוא פשוט, והסטייה מהפרופיל המדויק אינה חשובה לתנועה נקודה לנקודה. עם זאת, כאשר ציר סרוו אחד קשור באופן מכני למשנהו, פרופילי התנועה שלהם משפיעים זה על זה. מפעיל בורג כדורים כפול-מוטורי הוא תצורה אחת כזו.

תצורה מוטורית כפולה זו יכולה להועיל ביישומים גדולים יותר שעבורם המומנט הנדרש כדי להאיץ את הרוטור של המנוע הוא משמעותי ומנוע יחיד וגדול יותר לא יכול להיות מסוגל למומנט והתאוצה הנדרשת. מנקודת מבט של כוונון, הגורם הקריטי הוא ששני סרוו -מוטורים גדולים יחסית ממקמים עומס כבד, ופועלים במומנט ובמהירות כמעט מדורגים. אם המנועים יתארגנו לא מסודרים, המומנט שלהם יבוזבז על ידי נלחמים זה בזה בעיקרו לתפקיד. עם זאת, אם הרווחים של שני הסרוו שווים, אז עיכובי הבקרה של חיזוי מודל שווים גם הם והמנועים נשארים בסנכרון זה עם זה.

השלב הראשון לכוונון יישום כזה הוא להסיר פיזית את אחד המנועים ולכוונן את המערכת כרגיל עם מנוע אחד בלבד. סרוו -מוטורי אחד מספיק לבקרת ציר יציב, אך לא מספיק מומנט כדי להריץ את הפרופיל הנדרש. במקרה זה, משתמשים ברצף הכוונון האוטומטי של היצרן, שמגדיר פרמטר אינרציה ומאפשר את תכונת הבקרה החיזוי של הדגם. הערה: רווח המערכת שנמצא עם מנוע אחד חייב להיות משותף בסופו של דבר באופן שווה על ידי שני המנועים. פרמטר האינרציה מקל על הצעד הזה מכיוון שהוא משמש כגורם בקנה מידה לרווחי לולאת סרוו, ולכן הוא מוגדר למחצית מהתוצאה של הכוונון המקורי לכל מגבר. לאחר מכן ניתן להעתיק את שאר תוצאת הכוונון מציר אחד לציר שניים. ההתאמה הסופית היא להסיר את רכיב האינטגרציה מציר שני - הקצאת המנוע השני את התפקיד של "Asseleration Assist", ולהשאיר את תיקוני האינטגרציה הקטנים למנוע אחד בלבד.

קונספט הכוונון ליישום כזה כרוך בשני שלבים. השלב הראשון הוא לכוונן כל ציר באופן אינדיבידואלי באמצעות תכונת הכוונון האוטומטי של היצרן כנקודת התחלה, ולאפשר בקרת חזוי של מודל. גם דיכוי הרטט מוחל. בסוף שלב זה, לכל ציר יש תגובה נקייה וחלקה עם רטט מינימלי.

בשלב השני, הצירים מפעילים יחד, ומפקחים על השגיאה במהלך "ריצה יבשה" מנקודת המבט של הבקר. החל מרווחי ה- MPC שנקבעו כשווים, ניסוי וטעייה יקבעו את ההגדרות הטובות ביותר עבור רווח MPC המאזן את שגיאת המיקום הנמוך, שגיאת מיקום שווה ותנועה חלקה. הרעיון הוא שאם שגיאת המיקום זהה, אז שני הצירים מתעכבים באותו פרק זמן, והחלק נחתך לממדים מתקנים למרות ששגיאת המיקום גבוהה במהלך התנועה.