Сервосистема лінійної осі

Сьогоднішні сервісні системи змінного струму значно відрізняються від побудованих навіть 10 років тому. Більш швидкі процесори та кодери з більшою роздільною здатністю дозволяють виробникам здійснювати дивовижні досягнення в технології настройки. Модель прогнозування прогнозування та придушення вібрації - це два такі досягнення, які можна успішно застосувати навіть у складних сервосистемах.

Налаштування сервоприводу, що стосується сервісних систем змінного струму, - це регулювання реакції системи електричного управління на підключену механічну систему. Система електричного управління складається з PLC або контролера руху, який надсилає сигнали на підсилювач сервоприводу, внаслідок чого сервомотор рухає механічну систему.

Сервомотор - електромеханічний пристрій - служить критичним компонентом, що об'єднує дві системи. Багато чого можна зробити в системі електричного управління для прогнозування поведінки механічної системи.

У цій статті ми вивчимо дві методи сучасної технології налаштування сервоносства-модель прогнозованого контролю (MPC) та придушення вібрації-та їх міркування на рівні додатків.

Швидкість процесора - швидше, ніж будь -коли

Швидша швидкість процесора є скрізь, а підсилювачі сервоприводу не є винятком. Процеси, які колись коштували заборонені, пробилися в дизайн підсилювача сервоприношення, що забезпечує більш складні та ефективні алгоритми налаштування. Десять років тому було звичайно бачити пропускну здатність 100 або 200 Гц у циклі швидкості, тоді як сьогоднішня швидкість може бути значно перевищує 1000 Гц.

Крім вирішення циклів управління, швидші процесори дозволяють підсилювачам сервоприводу робити на борту аналізу в реальному часі крутного моменту, швидкості та положення, щоб виявити властивості машин, які раніше не могли бути виявлені. Складні математичні моделі тепер можуть бути ефективно впровадженими в рамках підсилювача сервоприводу, щоб скористатися розширеними алгоритмами управління налаштуванням, які виходять далеко за рамки стандартної настройки PID.

Більше того, швидший процесор також може впоратися з даними кодера більш високої роздільної здатності, хоча розширена роздільна здатність не дає системі кращої ефективності позиціонування. Обмежуючий коефіцієнт позиціонування, як правило, є механічною системою, а не кодером-але кодер більш високої роздільної здатності дозволяє системі управління бачити мікро-мови в механічній системі, що не можна виявити за допомогою кодера з нижчою роздільною здатністю. Ці невеликі рухи часто є результатом вібрацій або резонансу, і, якщо його виявити, можуть надати важливі дані для розуміння, прогнозування та компенсації поведінки механічної системи.

Основи модельного прогнозного контролю

Коротше кажучи, модельний прогнозний контроль використовує минулий заповідний профіль для прогнозування майбутнього крутного моменту та швидкості. Якщо швидкість і крутний момент для певного руху грубо відомі, то немає необхідності сліпо примушувати профіль руху через петлі PID, які відповідають лише на помилку. Натомість ідея полягає в тому, щоб забезпечити прогнозовану швидкість і крутний момент як подачу вперед до петлі управління сервоприводом і дозволити петлі реагувати на будь-яку мінімальну помилку.

Щоб це правильно працювало, підсилювач повинен мати дійсну математичну модель машини, заснована на таких властивостях, як інерція, тертя та жорсткість. Тоді крутний момент і швидкість моделі можна вводити в сервоприводні петлі для підвищення продуктивності. Ці моделі використовують складні математичні функції, але завдяки швидшим процесорам у підсилювачі сервоприводу галузь управління рухом починає бачити їх реалізацію.

Незважаючи на багато переваг, модельний прогнозний контроль має компроміс: він чудово працює для позиціонування точки до точки, але за рахунок затримки часу під час переїзду. Елемент часу притаманний модельним прогнозованим контролем, оскільки недавній минулий рух використовується для прогнозування майбутньої відповіді. Через цю затримку точний профіль команд від контролера не може дотримуватися; Натомість генерується аналогічний профіль, який виробляє швидкий час позиціонування в кінці переїзду.

Придушення вібрації

Одним з найбільш корисних аспектів МПК є здатність моделювати, прогнозувати та придушити вібрацію низької частоти в машині. Вібрація може виникати в машині на частотах від одноцифрового Гц до тисяч Гц. Низькочастотна вібрація в 1S та 10s Гц-часто помітна на початку та в кінці руху-особливо клопітна, оскільки вона знаходиться в межах роботи машини.

Певні конфігурації обладнання (наприклад, машина з довгою і стрункою руковою рукою), як правило, демонструє цю низько-резонансну частоту, ніж інші. Такі конструкції, схильні до вібрації, можуть знадобитися для довжини, можливо, для вставки частини через отвір. Також схильні до вібрації великі машини, які, як правило, зроблені з великих частин, що коливаються на нижчих частотах. За допомогою цих типів застосувань коливання з'являється в руховому положенні. Технологія придушення вібрації в підсилювачі сервоприводу значно знижує такі коливання машини.

MPC у серво-системі з подвійним моторним

Застосування MPC до одноосового приводу є простим, а відхилення від точного заповідного профілю є неважливим для руху точки до точки. Однак, коли одна вісь сервоприводу механічно пов'язана з іншою, їхні профілі руху впливають один на одного. Двомоторний привід для кульок-одна з таких конфігурацій.

Ця двомоторна конфігурація може бути вигідною у більших додатках, для яких крутний момент, необхідний для прискорення ротора двигуна, є значним, а один, більший двигун може бути нездатним до необхідного крутного моменту та прискорення. З точки зору настройки, критичним фактором є те, що два відносно великих сервомоторів розміщують важке навантаження та працюють з майже повним рейтингом крутного моменту та швидкості. Якщо двигуни стануть несинхронізованими, їхні моменти будуть витрачені на по суті боротьбу між собою на позицію. Однак якщо прибутки обох сервоприводів рівні, то модель прогнозування контрольних затримок також рівні, а двигуни залишаються синхронізовані між собою.

Перший крок у настройці такої програми - фізично видалити один із двигунів і налаштувати систему, як зазвичай, лише одним двигуном. Одного сервомотора достатньо для стабільного управління осі, але недостатньо крутного моменту для запуску необхідного профілю. У цьому випадку використовується послідовність автоматичної настройки виробника, яка встановлює параметр інерції та дозволяє модель прогнозувати функцію контролю. Примітка. Системний приріст, знайдений одним двигуном, в кінцевому підсумку повинен бути поділений однаково обома двигунами. Параметр інерції полегшує цей крок, оскільки він діє як коефіцієнт масштабу до вигод сервоприводу, і тому він встановлений на половину вихідного результату настройки в кожному підсилювачі. Решту результату настройки потім можна скопіювати з осі однієї в осі дві. Кінцеве регулювання полягає у видаленні компонента інтеграції з другої осі - присвоєння другого двигуна ролі "допомоги прискорення" та залишання невеликих корекцій інтеграції лише в двигун.

Концепція настройки для такого додатка включає дві фази. Перша фаза-це налаштувати кожну вісь окремо, використовуючи функцію автоматичного налаштування виробника як вихідну точку, і ввімкнути модель прогнозування прогнозування. Також застосовується придушення вібрації. В кінці цієї фази кожна вісь має чисту і плавну реакцію з мінімальною вібрацією.

На другому етапі осей проводяться разом, відстежуючи помилку під час "сухого пробігу" з точки зору контролера. Починаючи з прибутку MPC, встановленого в якості рівного, випробування та помилка визначатимуть найкращі налаштування для посилення MPC, що врівноважує помилку низької позиції, помилку рівного положення та плавний рух. Концепція полягає в тому, що якщо помилка положення однакова, то обидві осей затягнуться на однакову кількість часу, а частина вирізана до правильних розмірів, хоча помилка позиції висока під час руху.