Doğrusal Eksen Servo Sistemi

Günümüzün ac servo sistemleri, 10 yıl önce üretilenlerden bile çok farklıdır. Daha hızlı işlemciler ve daha yüksek çözünürlüklü kodlayıcılar, üreticilerin ayar teknolojisinde inanılmaz ilerlemeler gerçekleştirmesini sağlıyor. Model Tahminli Kontrol ve titreşim bastırma, karmaşık servo sistemlerinde bile başarıyla uygulanabilen bu tür iki ilerlemedir.

Servo ayarı, ac servo sistemleriyle ilgili olarak, elektrik kontrol sistemi tepkisinin bağlı bir mekanik sisteme ayarlanmasıdır. Elektrik kontrol sistemi, servo motorun mekanik sistemi hareket ettirmesine neden olan servo amplifikatöre sinyaller gönderen bir PLC veya hareket kontrolöründen oluşur.

Servomotor — elektromekanik bir cihaz — iki sistemi birleştiren kritik bileşen olarak hizmet eder. Mekanik sistemin davranışını tahmin etmek için elektrik kontrol sistemi içinde çok şey yapılabilir.

Bu makalede, modern servo ayarlama teknolojisinin iki tekniğini - model öngörülü kontrol (MPC) ve titreşim bastırma - ve bunların uygulama düzeyindeki değerlendirmelerini inceleyeceğiz.

CPU hızı — her zamankinden daha hızlı

Daha hızlı CPU hızı her yerdedir ve servo amplifikatörler de bir istisna değildir. Bir zamanlar maliyeti engelleyici olan CPU'lar servo amplifikatör tasarımına girerek daha karmaşık ve etkili ayarlama algoritmalarına olanak sağlamıştır. On yıl önce, hız döngüsünde 100 veya 200 Hz bant genişliği görmek yaygındı, oysa günümüzün hızları 1.000 Hz'nin çok üzerinde olabilir.

Kontrol döngülerini çözmenin ötesinde, daha hızlı işlemciler servo amplifikatörlerin tork, hız ve konumun yerleşik gerçek zamanlı analizini yaparak daha önce tespit edilemeyen makine özelliklerini keşfetmesini sağlar. Karmaşık matematiksel modeller artık standart PID ayarının çok ötesine geçen gelişmiş ayar kontrol algoritmalarından yararlanmak için bir servo amplifikatör içinde uygun maliyetli bir şekilde uygulanabilir.

Dahası, daha hızlı bir işlemci daha yüksek çözünürlüklü bir kodlayıcıdan gelen verileri de işleyebilir, ancak geliştirilmiş çözünürlük sisteme daha iyi bir konumlandırma performansı sağlamaz. Sınırlayıcı konumlandırma faktörü genellikle kodlayıcı değil mekanik sistemdir — ancak daha yüksek çözünürlüklü bir kodlayıcı, kontrol sisteminin daha düşük çözünürlüklü bir kodlayıcı ile tespit edilemeyen mekanik sistemdeki mikro hareketleri görmesini sağlar. Bu küçük hareketler genellikle titreşimlerin veya rezonansın sonucudur ve tespit edilirse mekanik sistemin davranışını anlamak, tahmin etmek ve telafi etmek için önemli veriler sağlayabilir.

Model öngörücü kontrolün temelleri

Özetle, Model Tahmini Kontrol, gelecekteki torku ve hızı tahmin etmek için geçmişte komut verilen profili kullanır. Belirli bir hareket için hız ve tork kabaca biliniyorsa, hareket profilini yalnızca hataya yanıt veren PID döngüleri aracılığıyla körü körüne zorlamaya gerek yoktur. Bunun yerine, fikir, öngörülen hızı ve torku servo kontrol döngülerine ileri besleme olarak sağlamak ve döngülerin kalan en az hataya yanıt vermesine izin vermektir.

Bunun doğru çalışması için, amplifikatörün atalet, sürtünme ve sertlik gibi özelliklere dayalı olarak makinenin geçerli bir matematiksel modeline sahip olması gerekir. Daha sonra modelin torku ve hız profili, performansı artırmak için servo döngülerine enjekte edilebilir. Bu modeller karmaşık matematiksel işlevler kullanır, ancak servo amplifikatördeki daha hızlı işlemciler sayesinde hareket kontrol endüstrisi bunların uygulanmasını görmeye başlıyor.

Birçok faydasına rağmen, Model Tahminli Kontrol'ün bir dezavantajı vardır: Noktadan noktaya konumlandırma için harika çalışır, ancak hareket sırasında zaman gecikmesi pahasına. Zaman öğesi Model Tahminli Kontrol'de içseldir çünkü yakın geçmişteki hareket gelecekteki yanıtı tahmin etmek için kullanılır. Bu gecikme nedeniyle, denetleyiciden gelen tam komut profili takip edilmeyebilir; bunun yerine, hareketin sonunda hızlı konumlandırma süresi üreten benzer bir profil oluşturulur.

Titreşim bastırma

MPC'nin en kullanışlı yönlerinden biri, makinedeki düşük frekanslı titreşimi modelleme, tahmin etme ve bastırma yeteneğidir. Titreşim, bir makinede tek haneli Hz'den binlerce Hz'e kadar frekanslarda meydana gelebilir. 1'ler ve 10'lar Hz'deki düşük frekanslı titreşim — genellikle bir hareketin başında ve sonunda fark edilir — makinenin çalışma frekansı içinde olduğu için özellikle sorunludur.

Belirli ekipman yapılandırmaları (örneğin, uzun ve ince bir tutucu kolu olan bir makine) bu düşük rezonans frekansını diğerlerinden daha fazla sergileme eğilimindedir. Bu tür titreşime yatkın tasarımlar, belki bir parçayı bir açıklıktan sokmak için uzunluk için gerekli olabilir. Ayrıca titreşime yatkın olanlar, daha düşük frekanslarda salınan büyük parçalardan yapılma eğiliminde olan büyük makinelerdir. Bu tür uygulamalarda, salınım hareket sonu motor pozisyonunda ortaya çıkar. Servo amplifikatördeki titreşim bastırma teknolojisi, bu tür makine salınımını önemli ölçüde azaltır.

Çift motorlu servo sisteminde MPC

MPC'nin tek eksenli bir aktüatöre uygulanması basittir ve tam olarak komut edilen profilden sapma, noktadan noktaya hareket için önemsizdir. Ancak, bir servo ekseni diğerine mekanik olarak bağlandığında, hareket profilleri birbirini etkiler. Çift motorlu bilyalı vidalı aktüatör bu tür bir yapılandırmadır.

Bu çift motor konfigürasyonu, motorun rotorunu hızlandırmak için gereken torkun önemli olduğu ve tek, daha büyük bir motorun gereken tork ve ivmeyi sağlayamayacağı daha büyük uygulamalarda avantajlı olabilir. Ayarlama açısından, kritik faktör, iki nispeten büyük servomotorun ağır bir yükü konumlandırması ve neredeyse tam nominal tork ve hızda çalışmasıdır. Motorlar senkronize olmazsa, torkları esasen konum için birbirleriyle savaşmak için boşa harcanacaktır. Ancak, her iki servonun kazanımları eşitse, Model Tahmini Kontrol gecikmeleri de eşittir ve motorlar birbirleriyle senkronize kalır.

Bu tür bir uygulamayı ayarlamanın ilk adımı, motorlardan birini fiziksel olarak çıkarmak ve sistemi her zamanki gibi sadece bir motorla ayarlamak. Bir servo motor, kararlı eksen kontrolü için yeterlidir, ancak gerekli profili çalıştırmak için yeterli tork yoktur. Bu durumda, üreticinin bir atalet parametresi ayarlayan ve Model Tahmini Kontrol özelliğini etkinleştiren otomatik ayarlama dizisi kullanılır. Not: Bir motorla bulunan sistem kazancı nihayetinde her iki motor tarafından eşit olarak paylaşılmalıdır. Atalet parametresi bu adımı kolaylaştırır çünkü servo döngü kazançlarına bir ölçek faktörü gibi davranır ve bu nedenle her amplifikatörde orijinal ayarlama sonucunun yarısına ayarlanır. Ayarlama sonucunun geri kalanı daha sonra eksen bir'den eksen iki'ye kopyalanabilir. Son ayarlama, entegrasyon bileşenini eksen iki'den çıkarmaktır - ikinci motora "ivmelenme yardımı" rolünü atar ve küçük entegrasyon düzeltmelerini yalnızca motor bir'e bırakır.

Böyle bir uygulama için ayarlama konsepti iki aşamayı içerir. İlk aşama, üreticinin sağladığı otomatik ayarlama özelliğini başlangıç ​​noktası olarak kullanarak her ekseni ayrı ayrı ayarlamak ve Model Tahmini Kontrolünü etkinleştirmektir. Titreşim bastırma da uygulanır. Bu aşamanın sonunda, her eksen minimum titreşimle temiz ve pürüzsüz bir tepkiye sahip olur.

İkinci aşamada, eksenler birlikte çalıştırılır ve denetleyicinin bakış açısından bir "deneme çalışması" sırasında hata izlenir. MPC kazanımları eşit olarak ayarlanarak, deneme yanılma düşük konum hatası, eşit konum hatası ve akıcı hareket arasında denge kuran bir MPC kazanımı için en iyi ayarları belirleyecektir. Kavram, konum hatası aynıysa, her iki eksenin de aynı miktarda zaman geciktirilmesi ve hareket sırasında konum hatası yüksek olsa bile parçanın doğru boyutlara kesilmesidir.