Tlumení kmitů na servomechanismech s poddajnými členy

Transkript

1 Tlumení kmitů na servomechanismech s poddajnými členy David Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace 212 EPO 1

2 Druhy servomechanismů Jedno-hmotové servomechanismy Veškerou zátěž (hmotné části) lze redukovat na hřídel motoru M Z = M IN M + OUT + M p load J Celk = J Více-hmotové servomechanismy M Motor = J Totω1 s + M p 3 ω1 k32 M 3 = ( ω3)( + B32 ) p s M J s + 3 = 3ω3 212 EPO 2 motor M Load + J 1 J J p 2 3 Ω L = k J 32 3 B32 1 ξ L = 2 J k 3 32

3 Negativní vlivy dalších hmot Vznik reziduálních kmitů Snížení polohové přesnosti V extrémních případech může vést až k nestabilitě systému Amplituda [db] Ω LM = p J k C 32 2 J Tot J 3 Ω L = k J 32 3 Fáze [ o ] 1-1 ε 3 (s) / M motor (s) ε 1 (s) / M motor (s) Frekvence [Hz] EPO 3 ϕ 3 [deg] Position measured on the flywheel

4 Typičtí představitelé VHS Obráběcí stroje Otočné stoly ϕ vlečné osy [ o ] ω vlečné osy [/] ε vlečné osy [/] ϕ hnací osy [ o ] 212 EPO 4

5 Potlačení reziduálních kmitů Přímé metody Input shaping Inverzní dynamika Zpětnovazební metody Maticová metoda H Metoda stavových pozorovatelů 212 EPO 5

6 Jejich nevýhody Obtížná v některých případech až nereálná implementace těchto metod do standardních řídicích jednotek servopohonu V převážné většině případů je realizace možná pouze ve formě specielně navržených ŘJ Problematický servis takovýchto strojů 212 EPO 6

7 Řídicí systém Simotion-Sinamics Nadřazená jednotka MC DRIVE-CLiQ Ovládací panel Řídicí jednotka Senzor modul Usměrňovací modul Střídací modul Motor bez DRIVE-CLiQ rozhraní 212 EPO 7

8 Výhody řídicí jednotky S12 BICO DCC a programovatelná paměť jednotky 212 EPO 8

9 Parametry mechanismu Bezvůlový reduktor 1:33 Pružná hřídel c=1 Nm/rad Setrvačník J=,1kgm EPO 9

10 Metoda s přímým odměřováním Externí odměřování aktuální rychlosti na pracovním členu servomechanismu Korekční signál zaveden zpět do řídicí struktury Jeho pomocí se záměrně vyvolají kmity v protifázi ke kmitům nežádoucím (reziduálním) 212 EPO 1

11 Postup při testování funkčnosti Vytvoření matematických modelů Servomotoru Kaskádní regulace Mechanismu Kompenzační struktury Test funkčnosti pomocí numerických simulací v prostředí Matlab Simulink Implementace metody do ŘJ servopohonu a ověření funkčnosti na reálném servomechanismu 212 EPO 11

12 Matematický model systému Synchronní motor Mechanismus ŘJ servopohonu kaskádní regulace polohy 212 EPO 12

13 numerických simulací FFcorr [RPM] Comp.ON - Correction signal t [s] 1 Position measured on the flywheel 1 Position measured on the flywheel ϕ 3 [deg] 5 ϕ 3 [deg] ω 1 [RPM] Comp. OFF - Speed of the motor shaft t [s] ω 1 [RPM] Comp.ON - Speed of the motor shaft t [s] 212 EPO 13

14 Dosažené výsledky na RS 1 Bez kompenzace Kompenzace s ext. a int. snímačem ϕ 3 [deg] 6 4 ϕ 3 [deg] n 1 [ot/min] Bez.komp. - Rychlost na hřídeli motoru t [s] n 1 [ot/min] Komp.zap. - Rychlost na hřídeli motoru t [s] 212 EPO 14

15 Tlumení vibrací 212 EPO 15

16 Funkčnost metody byla ověřena jak v simulacích, tak experimentálně na reálném servomechanismu Metoda projevila částečnou odolnost vůči změnám frekvence reziduálních kmitů Její nevýhoda spočívá v nutnosti doplnění ŘS systémem přímého snímání rychlosti pracovního členu mechanismu 212 EPO 16

17 Cíle dalšího výzkumu Nahradit externí snímač robustním estimátorem rychlosti na koncovém členu Ověřit funkčnost a robustnost metod bez přímého odměřování 212 EPO 17

18 Díky za pozornost 212 EPO 18