Sistema de servo linear eixo

Os sistemas de servo AC de hoje são muito diferentes dos construídos até 10 anos atrás. Processadores mais rápidos e codificadores de alta resolução estão permitindo que os fabricantes implementem incríveis avanços na tecnologia de ajuste. O controle preditivo do modelo e a supressão de vibrações são dois desses avanços que podem ser aplicados com sucesso, mesmo em sistemas de servo complexos.

O ajuste do servo no que diz respeito aos sistemas de servo CA é o ajuste da resposta do sistema de controle elétrico a um sistema mecânico conectado. Um sistema de controle elétrico consiste em um controlador de PLC ou movimento, que envia sinais ao servo amplificador, fazendo com que o servomotor faça o movimento do sistema mecânico.

O servomotor - um dispositivo eletromecânico - serve como o componente crítico que unia os dois sistemas. Muito pode ser feito dentro do sistema de controle elétrico para prever o comportamento do sistema mecânico.

Neste artigo, exploraremos duas técnicas da moderna tecnologia de ajuste de servo-controle preditivo de modelo (MPC) e supressão de vibrações-e suas considerações no nível da aplicação.

Velocidade da CPU - mais rápida do que nunca

A velocidade mais rápida da CPU está em toda parte, e os amplificadores de servo não são exceção. As CPUs que antes eram proibitivas de custo chegaram ao design do amplificador servo, permitindo algoritmos de ajuste mais complexos e eficazes. Dez anos atrás, era comum ver a largura de banda de 100 ou 200 Hz no loop de velocidade, enquanto as velocidades de hoje podem estar bem acima de 1.000 Hz.

Além da solução de loops de controle, os processadores mais rápidos permitem que os amplificadores de servo façam análise a bordo da análise em tempo real de torque, velocidade e posição para descobrir propriedades da máquina que anteriormente não podiam ser detectadas. Modelos matemáticos complexos agora podem ser implementados de maneira econômica em um amplificador de servo para aproveitar os algoritmos avançados de controle de ajuste que vão muito além do ajuste PID padrão.

Além disso, um processador mais rápido também pode lidar com os dados de um codificador de maior resolução, embora a resolução aprimorada não dê ao sistema melhor desempenho de posicionamento. O fator de posicionamento limitador é geralmente o sistema mecânico, não o codificador-mas um codificador de alta resolução permite que o sistema de controle veja micro-movimentos no sistema mecânico indetectável com um codificador de baixa resolução. Esses pequenos movimentos geralmente são o resultado de vibrações ou ressonância e, se detectadas, podem fornecer dados importantes para entender, prever e compensar o comportamento do sistema mecânico.

O básico do controle preditivo de modelo

Em poucas palavras, o controle preditivo do modelo usa o perfil comandado passado para prever torque e velocidade futuros. Se a velocidade e o torque de um determinado movimento forem conhecidos, não há necessidade de forçar cegamente o perfil de movimentação através dos loops PID, que respondem apenas ao erro. Em vez disso, a idéia é fornecer a velocidade e o torque previstos como alimentação para os loops de controle do servo e deixar os loops responderem a qualquer erro mínimo que restasse.

Para que isso funcione corretamente, o amplificador deve ter um modelo matemático válido da máquina, com base em propriedades como inércia, atrito e rigidez. Em seguida, o perfil de torque e velocidade do modelo pode ser injetado nos loops de servo, para aumentar o desempenho. Esses modelos usam funções matemáticas complexas, mas graças a processadores mais rápidos no servo -amplificador, o setor de controle de movimento está começando a ver sua implementação.

Apesar de seus muitos benefícios, o controle preditivo do modelo tem uma troca: funciona muito bem para o posicionamento ponto a ponto, mas às custas do atraso de tempo durante a mudança. O elemento de tempo é inerente ao controle preditivo do modelo porque o movimento recente do passado é usado para prever a resposta futura. Devido a esse atraso, o perfil de comando exato do controlador não pode ser seguido; Em vez disso, é gerado um perfil semelhante que produz tempo de posicionamento rápido no final da mudança.

Supressão de vibração

Um dos aspectos mais úteis do MPC é a capacidade de modelar, prever e suprimir a vibração de baixa frequência na máquina. A vibração pode ocorrer em uma máquina em frequências de Hz de um dígito até milhares de Hz. A vibração de baixa frequência nos 1s e 10s de Hz-geralmente perceptível no início e no final de um movimento-é particularmente problemática porque está dentro da frequência operacional da máquina.

Certas configurações de equipamento (por exemplo, uma máquina com um braço de garra longo e esbelto) tendem a exibir essa frequência de baixa ressonância mais do que outras. Esses projetos propensos a vibrações podem ser necessários para o comprimento, talvez para inserir uma peça através de uma abertura. Também propenso a vibrações são máquinas grandes, que tendem a ser feitas de grandes partes que oscilam em frequências mais baixas. Com esses tipos de aplicações, a oscilação aparece na posição do motor de fim de move. A tecnologia de supressão de vibração no servo amplificador reduz significativamente essa oscilação da máquina.

MPC em um sistema servo-motor duplo

A aplicação do MPC a um atuador de eixo único é direto e o desvio do perfil comandado exato não é importante para o movimento ponto a ponto. No entanto, quando um eixo servo está mecanicamente ligado a outro, seus perfis de movimento se afetam. Um atuador de correio de motores duplos é uma dessas configurações.

Essa configuração de motores duplos pode ser vantajosa em aplicações maiores para as quais o torque necessário para acelerar o rotor do motor é significativo e um motor único e maior seria incapaz do torque e aceleração necessários. Do ponto de vista da sintonia, o fator crítico é que dois servomotores relativamente grandes estão posicionando uma carga pesada e operando com torque e velocidade quase nominal. Se os motores não se tornarem sincronizados, seus torques serão desperdiçados em lutar essencialmente para a posição. No entanto, se os ganhos de ambos os servos forem iguais, os atrasos de controle preditivo do modelo também são iguais e os motores permanecerão sincronizados entre si.

A primeira etapa para ajustar um aplicativo como esse é remover fisicamente um dos motores e ajustar o sistema como de costume com apenas um motor. Um servomotor é suficiente para o controle estável do eixo, mas sem torque suficiente para executar o perfil necessário. Nesse caso, é usada a sequência de ajuste automático do fabricante, que define um parâmetro de inércia e permite o recurso de controle preditivo do modelo. Nota: O ganho do sistema encontrado com um motor deve ser compartilhado igualmente por ambos os motores. O parâmetro de inércia facilita essa etapa porque atua como um fator de escala para os ganhos do servo loop e, portanto, está definido como metade do resultado original de ajuste em cada amplificador. O restante do resultado da ajuste pode ser copiado do eixo um para o eixo dois. O ajuste final é remover o componente de integração do eixo dois - atribuindo ao segundo motor o papel da "assistência à aceleração" e deixando as pequenas correções de integração apenas para o motor uma.

O conceito de ajuste para tal aplicação envolve duas fases. A primeira fase é ajustar cada eixo individualmente usando o recurso de ajuste automático fornecido pelo fabricante como ponto de partida e ativar o controle preditivo do modelo. A supressão de vibração também é aplicada. No final desta fase, cada eixo tem uma resposta limpa e suave com vibração mínima.

Na segunda fase, os eixos são executados juntos, monitorando o erro durante uma “corrida a seco” da perspectiva do controlador. Começando com os ganhos do MPC definidos como igual, tentativa e erro determinarão as melhores configurações para um ganho do MPC que equilibra o erro de baixa posição, o erro de posição igual e o movimento suave. O conceito é que, se o erro de posição for o mesmo, os dois eixos serão atrasados ​​pela mesma quantidade de tempo e a peça será cortada para corrigir as dimensões, mesmo que o erro de posição seja alto durante o movimento.