Témata
Reklama

Elektrické regulační pohony

Technologie vysokorychlostního obrábění vede k používání vysokých rychlostí a vysokého zrychlení pohonů posuvů. Při současném pohybu souřadnic NC stroje (interpolaci) pak vznikají odchylky mezi skutečnou a programovanou dráhou, které mohou činit až několik desetin milimetru. Závěrečná část seriálu článků informuje o způsobech kompenzace těchto chyb při řízení regulačních pohonů posuvů NC obráběcích strojů.

Prstencové motory

Nejnovějším elementem regulačních pohonů jsou prstencové motory, které se ve větší míře používají teprve poslední dva roky. Jedná se vlastně o průvlekový motor a lze jej také chápat jako lineární motor "svinutý do kruhu". Pohony s prstencovými motory jsou velmi vhodné pro otočné stoly, ramena robotů a podobné aplikace. Motory jsou dodávány s točivými momenty od 1 do 16 000 Nm s vnějším průměrem od 120 do 1260 mm. Maximální otáčky jsou od 50 min-1 pro největší motory po 600 min-1 pro nejmenší motory. Stejně jako v předchozí části článku zmíněné přímé pohony jsou i pohony s prstencovými motory vynikajícím, i když nákladným prostředkem pro přesné řízení polohy rotačních souřadnic.
Reklama
Reklama

Řízení elektrických pohonů posuvů

U řízení elektrických pohonů posuvů ustálenou strukturu- tzv. kaskádní uspořádání regulátorů, proudová smyčka urychluje reakci na povely regulátorů a je nejrychlejší částí pohonu. Proud motorem sleduje vstupní signál až do frekvence 1000 až 2000 Hz (tzv. propustné pásmo). Nadřazená rychlostní smyčka má propustné pásmo mezi 70 a 400 Hz a její hlavní funkcí je zajištění dostatečné dynamické tuhosti pohonu. Hlavní polohová smyčka pak už může být poměrně pomalá - její propustné pásmo je zpravidla mezi 3 až 15 Hz. Hlavní výhodou tohoto uspořádání je kombinace téměř aperiodického chování pohonu (přechodový děj obsahuje minimum kmitavých složek) s velmi rychlou reakcí na změnu vnějšího zatížení a/nebo řídicího signálu.
Je třeba zdůraznit, že špička polohové odchylky (cca 20 µm) a čas potřebný pro její vyregulování (asi 0,2 sekundy) závisí především na seřízení rychlostního regulátoru. Moderní regulátory jsou dnes mikroprocesorové, takže regulace nemusí přesně odpovídat popsané struktuře. Výše uvedené vlastnosti a funkce jsou však zachovány.

Dynamické odchylky od programované dráhy

Při interpolaci vysokými rychlostmi (přes 5 m.min-1, zrychlení přes 5 m.s-2) narůstají dynamické odchylky od programované dráhy a jejich velikost je třeba udržet (pokud možno) hluboko pod hodnotou 10 µm. Nejjednodušší metodou kompenzace těchto chyb je zavedení dopředných signálů rychlosti, proudu a případně zrychlení (feedforward - na schématu regulace označeno FFW, resp. FFI).
Příklad rozdílů při regulaci s použitím dopředných signálů a bez nich je na obrázku, kde jsou dynamické odchylky při lineární interpolaci (rychlost 10 m.min-1 a zrychlení 10 m.s-2). Chyby podobného charakteru vznikají při každé změně směru, resp. křivosti interpolované dráhy. Pro vysoké rychlosti je dále typické zmenšování poloměru interpolovaných kružnic (a obecně jakýchkoliv křivek), které bez dopředných signálů činí i více než 1 mm (poloměr 10 mm, rychlost 10 m.min-1).
Minimální dynamické chyby docílíme nastavením dopředných signálů FFW, resp. FFI přesně na hodnotu žádané rychlosti, resp. zrychlení. Za těchto podmínek se výrazně mění vlastnosti pohonu, který je "tvrdší". Protože signál žádané rychlosti dodává rychlostnímu regulátoru dopředný signál, je polohová odchylka xe za pohybu nulová, a to přináší nutnost řízení rychlosti při rozjezdu a zastavení podle tzv. S-křivek. Jednodušší rozjezdové funkce (rampa nebo skok rychlosti) by způsobovaly překmity při zastavení.

Kvadrantové chyby

Zvláštní druh dynamických chyb vzniká při kruhové nebo křivkové interpolaci v bodech, kde některá z interpolujících souřadnic mění smysl pohybu. Pokud na řízené souřadnice působí tření, při změně smyslu pohybu musí servopohon změnit svůj točivý moment o hodnotu odpovídající dvojnásobku třecí síly. Tato změna neproběhne okamžitě, ale trvá asi 0,02 až 0,04 sekundy a po tuto dobu souřadnice měnící smysl pohybu stojí. Druhá osa se přitom pohybuje maximální rychlostí a výsledkem je místní zvětšení poloměru kružnice - kvadrantová chyba. Kvadrantové chyby se zpravidla kompenzují přivedením pomocného signálu na vstup rychlostního regulátoru. Tento signál, který má tvar impulzu, urychlí změnu polarity výstupu regulátoru, a tak zmenší velikost chyby. Přesné nastavení je poměrně pracné, a proto je někdy řešeno neuronovou sítí.
Seřízení pak probíhá tak, že stroj opakuje program kruhové interpolace a během určité doby (desítky minut) se neuronová síť naučí kompenzovat kvadrantové chyby. Tato metoda selhává v případech, kdy kvadrantové chyby následkem proměnných třecích odporů nemají stejnou velikost. Některé pohony proto využívají rekonstrukci zatěžujících momentů (třecí odpor je z hlediska pohonu vnější zatížení), což je složitější řešení, které ale není citlivé na změny tření.

Mikroprocesorové regulátory

Mikroprocesorové regulátory dovolují vybavit pohony řadou poměrně komplikovaných funkcí, např.:
  • automatickým seřízením pohonu (off-line). Při uvádění do chodu (ne během normální práce stroje) pohon automaticky prochází různými stavy a přitom optimalizuje své seřízení. Uvádí se, že automatické seřízení je stejně kvalitní, jako když pohon seřídí průměrný pracovník ručně;
  • automatickým seřízením (on-line), které modifikuje nastavení regulátorů při změně setrvačné zátěže (např. při naložení palety s velmi hmotným obrobkem). Tato funkce udrží dynamické chyby při interpolaci na minimální hodnotě. Pokud pohony nemají toto vybavení, dynamické chyby mohou při změně setrvačné zátěže snadno vzrůst např. až na desetinásobek;
  • vícenásobnými filtry pro potlačení vlivu mechanických rezonancí na pohon. Tento doplněk je zvláště důležitý u pohonů s vysokou dynamikou, pro které je významné i chování v oblasti frekvencí 100 až 2000 Hz;
  • diagnostickými programy umožňujícími měření frekvenčních a přechodových charakteristik bez použití osciloskopu. Naměřené průběhy jsou buď zobrazovány na obrazovce řídicího systému, nebo mohou být zaznamenány a dále zpracovány osobním počítačem.

Závěrem

Současné pohony představují velmi kvalitní prvek pro řízení pohybu v polohové vazbě a tomu také odpovídá cena, která se u pohonu střední velikosti (točivý moment 20 Nm) pohybuje v rozmezí 80 až 120 tisíc Kč za jednu souřadnici. Elektrické regulační pohony procházejí dalším, poměrně bouřlivým vývojem, který umožňují výkonné mikroprocesory tvořící jádro regulačních obvodů. Zlepšují se dynamické vlastnosti, ve vývoji jsou nelineární regulátory, resp. regulátory kompenzující nelinearity, připravuje se integrace řídicí elektroniky do motoru. Cílem některých výzkumných programů je vývoj pohonu jako univerzální inteligentní periferie průmyslových řídicích systémů.
Reklama
Vydání #5
Kód článku: 20534
Datum: 16. 05. 2002
Rubrika: Inovace / Pohony
Autor:
Firmy
Související články
Tišší a lehčí ozubená kola

Provedené výzkumy ukázaly, že ozubená kola složená z kombinace ocel/pěna z epoxidové pryskyřice mají hlučnost nižší o 15 dB a jsou lehčí o 40 % než kola z ocele. Přenášený výkon se oproti ocelovým kolům sníží pouze na 80 %.

Ozubené řemeny v pohonech ekologických taxi člunů

Britská firma vyvinula hybridní pohon pro 550 vodních taxíků pro Benátky. Kombinace dieselového motoru a elektromotoru zde snižuje hluk, emise i náklady, přičemž vysoce výkonný řemen Synchrochain Carbon umožňuje použití kompaktního motoru s nízkou hmotností.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 5.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů.

Související články
Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 4.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 3.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 2.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových šroubů. Ve druhém pokračovaní se budeme zabývat konstrukcí vlastního kuličkového šroubu a matice a představíme jediného českého výrobce kuličkových šroubů a matic.

Výzkum převodových mechanismů s ozubenými koly, brzd a spojek

Výzkum převodových mechanismů, brzd a spojek je pro Ústav konstruování a částí strojů Fakulty strojní ČVUT v Praze tradiční disciplínou. Ústav disponuje výpočtářskou a experimentální kapacitou v tomto oboru. V aplikační sféře se ústav zaměřuje na transportní, zemědělskou a stavební techniku a stroje a zařízení pro těžbu a zpracování nerostných surovin.

Alternativní pohon v robotice

Na podzim roku 2012 vzešla na půdě Ústavu výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze myšlenka využít k pohonu podvozku v oblasti mobilní robotiky síly podtlaku. Snažení výzkumné skupiny pod vedením doc. Ing. Vladimíra Andrlíka, CSc., vyvrcholilo na jaře následujícího roku zápisem průmyslového užitného vzoru CZ 25115 U1.

Globoidní převodovky

O přenosu krouticího momentu z jedné hřídele na druhou můžeme číst v mnoha odborných publikacích či učebních textech pro technické vysoké školy. Vidíme v nich, jak jsou jednotlivé elementy převodovek konstruovány a jaké prvky jsou použity pro jejich celkovou stavbu i přenos otáčivého pohybu mezi rovnoběžnými, různoběžnými či mimoběžnými osami otáčení jednotlivých hřídelí.

Správně kalkulované pohony strojů bez bolesti zubů

V minulém čísle zmiňoval ve svém rozhovoru k 10. výročí založení firmy majitel TAT - pohonová technika Ing. Matthias Mayer silné komodity, které firma obzvláště v oblasti převodovek - hlavně těch přesných - zákazníkovi nabízí. Partnery jsou zde již posledně zmiňované německé firmy Atlanta Antriebssysteme, Neugart a francouzská firma Redex. Vedle přesných převodovek zajímá zákazníky i velmi široká paleta ozubených tyčí - jak kvalitou, přesností nebo rozměry.

Pohony nejen pro obráběcí stroje

Společnost TAT Technom Antriebstechnik GmbH byla založena v rakouském Linci v roce 1988 a během prvních 10-ti let se velmi úspěšně zabydlela na rakouském trhu, kdy se se svými produkty jako např. přesnými převodovkami, ozubenými tyčemi a dalšími pohonovými prvky i podle výkresů zákazníka stala vůdcem na zdejším trhu mechanické pohonové techniky.

Novinky ve světě pohonů

V tomto čísle se představí další novinky obchodních partnerů společnosti TAT - pohonová technika, německé firmy Neugart a italské firmy P.E.I. Obě firmy patří se svými produkty ke špičkovým výrobcům na světovém trhu.

Kvalitní řetězy a korečkové elevátory

Dopravníkové řetězy pewag jsou vyrobeny ze speciálních jemnozrnných nestárnoucích ušlechtilých ocelí CrNi, CrNiMo a MnCr. Optimální tepelné zpracování zajišťuje vysoký standard kvality řetězů a komponent.

Nejvyšší kvalita řetězů

Vázací řetězy značky pewag zná snad každý, kdo vázací řetězy používá. Značka řetězů pewag winner je velice oblíbená především u profesionálů. Podíl na trhu v pevnostní třídě G 10 firmě neustále stoupá a podle odhadů dosahuje úctyhodných 35 - 40 %.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit