Doğrusal Eksen Servo Sistemi

Bugünün AC Servo sistemleri 10 yıl önce bile inşa edilenlerden çok farklı. Daha hızlı işlemciler ve daha yüksek çözünürlüklü kodlayıcılar, üreticilerin ayar teknolojisinde şaşırtıcı ilerlemeler uygulamalarını sağlıyor. Model öngörücü kontrol ve titreşim baskılanması, karmaşık servo sistemlerinde bile başarılı bir şekilde uygulanabilecek iki gelişmedir.

AC servo sistemleriyle ilgili olarak servo ayarlama, bağlı bir mekanik sisteme elektrik kontrol sistemi tepkisinin ayarlanmasıdır. Bir elektrik kontrol sistemi, servo amplifikatörüne sinyaller gönderen ve servomotorun mekanik sistemi hareket ettirmesine neden olan bir PLC veya hareket kontrolöründen oluşur.

Servomotor - elektromekanik bir cihaz - iki sistemi birleştiren kritik bileşen görevi görür. Mekanik sistemin davranışını tahmin etmek için elektrik kontrol sistemi içinde çok şey yapılabilir.

Bu makalede, modern servo ayar teknolojisinin iki tekniğini-model öngörücü kontrol (MPC) ve titreşim baskılanması-ve bunların uygulama düzeyinde hususları araştıracağız.

CPU hızı - her zamankinden daha hızlı

Daha hızlı CPU hızı her yerdedir ve servo amplifikatörler bir istisna değildir. Bir zamanlar maliyet engelleyici olan CPU'lar, daha karmaşık ve etkili ayar algoritmalarına izin vererek servo amplifikatör tasarımına girmiştir. On yıl önce, hız döngüsünde 100 veya 200-Hz bant genişliğini görmek yaygındı, oysa bugünün hızları 1.000 Hz'nin çok üzerinde olabilir.

Kontrol döngülerini çözmenin ötesinde, daha hızlı işlemciler, daha önce tespit edilemeyen makine özelliklerini keşfetmek için servo amplifikatörlerinin tork, hız ve konumun gerçek zamanlı analizini yapmasını sağlar. Karmaşık matematiksel modeller artık standart PID ayarlamasının çok ötesine geçen gelişmiş ayar kontrol algoritmalarından yararlanmak için bir servo amplifikatör içinde maliyet etkili bir şekilde uygulanabilir.

Dahası, daha hızlı bir işlemci, daha yüksek çözünürlüklü bir kodlayıcıdan gelen verileri de işleyebilir, ancak geliştirilmiş çözünürlük sisteme daha iyi konumlandırma performansı vermez. Sınırlayıcı konumlandırma faktörü genellikle kodlayıcı değil, mekanik sistemdir-ancak daha yüksek çözünürlüklü bir kodlayıcı, kontrol sisteminin mekanik sistemdeki mikro hareketlerin daha düşük çözünürlüklü bir kodlayıcı ile tespit edilemediğini görmesine izin verir. 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 prediktif kontrol, geçmiş komuta profili gelecekteki tork ve hızı tahmin etmek için kullanır. Belli bir hareket için hız ve tork kabaca biliniyorsa, hareket profilini PID döngülerinden körü körüne zorlamaya gerek yoktur, bu da sadece hataya yanıt verir. Bunun yerine, fikir tahmini hızı ve torku servo kontrol döngülerine besleme olarak sağlamak ve döngülerin bırakılan herhangi bir hataya yanıt vermesine izin vermektir.

Bunun doğru çalışması için, amplifikatörün atalet, sürtünme ve sertlik gibi özelliklere dayanan geçerli bir matematiksel modeline sahip olması gerekir. Artan modelin torku ve hız profili, artan performans için servo döngülerine enjekte edilebilir. Bu modeller karmaşık matematiksel işlevler kullanır, ancak Servo amplifikatöründeki daha hızlı işlemciler sayesinde hareket kontrol endüstrisi uygulamalarını görmeye başlar.

Birçok faydasına rağmen, Model Tahmin Kontrolü bir dengeye sahiptir: Noktadan noktaya konumlandırma için harika çalışır, ancak hareket sırasında zaman gecikmesi pahasına. Zaman elemanı model öngörücü kontrolün doğasında vardır, çünkü yakın geçmiş hareket gelecekteki yanıtı tahmin etmek için kullanılır. Bu gecikme nedeniyle, kontrolörden tam komut profiline uyulmayabilir; Bunun yerine, hareketin sonunda hızlı konumlandırma süresi üreten benzer bir profil oluşturulur.

Titreşim

MPC'nin en kullanışlı yönlerinden biri, makinede düşük frekanslı titreşimi modelleme, tahmin etme ve baskılama yeteneğidir. Titreşim, tek haneli Hz'den binlerce Hz'ye kadar olan frekanslarda bir makinede meydana gelebilir. 1S ve 10s Hz'deki düşük frekanslı titreşim-genellikle bir hareketin başlangıcında ve sonunda fark edilir-makinenin çalışma frekansı içinde olduğu için özellikle zahmetlidir.

Bazı ekipman konfigürasyonları (örneğin, uzun ve ince tutucu kolu olan bir makine) bu düşük rezonanslı frekansı diğerlerinden daha fazla sergileme eğilimindedir. Bu tür titreşime eğilimli tasarımlar, belki de bir açıklıktan bir parça eklemek için uzunluk için gerekli olabilir. Ayrıca titreşime eğilimli, daha düşük frekanslarda salınan büyük parçalardan yapılmış olan büyük makinelerdir. Bu tür uygulamalarda salınım hareketin son motor pozisyonunda görünür. Servo amplifikatöründeki 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 komuta profilinden sapma noktadan noktaya hareket için önemsizdir. Bununla birlikte, bir servo ekseni mekanik olarak diğerine bağlandığında, hareket profilleri birbirini etkiler. Çift motorlu bir top vidalı aktüatör böyle bir konfigürasyondur.

Bu çift motorlu konfigürasyon, motorun rotorunu hızlandırmak için gereken torkun önemli olduğu ve tek, daha büyük bir motorun gerekli tork ve ivmeden aciz olacağı daha büyük uygulamalarda avantajlı olabilir. Ayarlama açısından bakıldığında, kritik faktör, iki nispeten büyük servootörün ağır bir yük konumlandırması ve neredeyse tam dereceli tork ve hızda çalışmasıdır. Motorlar senkronize edilmezse, torkları esasen konum için birbirleriyle savaşmak için boşa harcanacaktır. Bununla birlikte, her iki servisin kazanımları eşitse, model öngörücü kontrol gecikmeleri de eşittir ve motorlar birbiriyle senkronize kalır.

Bunun gibi bir uygulamayı ayarlamanın ilk adımı, motorlardan birini fiziksel olarak kaldırmak ve sistemi her zamanki gibi sadece bir motorla ayarlamaktır. Bir servootor kararlı eksen kontrolü için yeterlidir, ancak gerekli profili çalıştırmak için yeterli tork değildir. Bu durumda, bir atalet parametresi ayarlayan ve model öngörücü kontrol özelliğini sağlayan üreticinin otomatik ayarlama sırası kullanılır. Not: Bir motorla bulunan sistem kazancı nihayetinde her iki motor tarafından da eşit olarak paylaşılmalıdır. Atalet parametresi bu adımı kolaylaştırır, çünkü servo döngü kazanımları için bir ölçek faktörü olarak işlev görür ve bu nedenle her amplifikatördeki orijinal ayar sonucunun yarısına ayarlanır. Ayarlama sonucunun geri kalanı daha sonra eksenden bir eksenden iki eksene kopyalanabilir. Son ayarlama, entegrasyon bileşenini iki eksenden çıkarmak - ikinci motora “ivme yardımı” rolünü atamak ve küçük entegrasyon düzeltmelerini tek başına motora bırakmaktır.

Böyle bir uygulama için ayar konsepti iki aşama içerir. İlk aşama, üreticinin sağlanan otomatik ayarlama özelliğini bir başlangıç ​​noktası olarak kullanarak ayrı ayrı ayarlamak ve model öngörücü kontrolü etkinleştirmektir. Titreşim bastırma da uygulanır. Bu fazın sonunda, her eksen minimal titreşim ile temiz ve pürüzsüz bir yanıtı vardır.

İkinci aşamada, eksenler birlikte çalıştırılır ve “kuru çalışma” sırasında hatayı kontrolörün bakış açısından izler. Eşit olarak ayarlanan MPC kazanımlarından başlayarak, deneme yanılma, düşük konum hatasını, eşit pozisyon hatasını ve yumuşak hareketi dengeleyen bir MPC kazancı için en iyi ayarları belirleyecektir. Kavram, konum hatası aynı ise, her iki eksen de aynı zamanla ertelenir ve hareket sırasında konum hatası yüksek olsa bile parçanın boyutları düzeltmek için kesilir.