Мгновенное переключение режимов может помочь сгладить переходы между различными режимами управления серводвигателем в сложных системах управления движением.

Чаран Бхамра
Инженер-мехатроник
Движение EZ

В системах сервоуправления с замкнутым контуром существует три основных режима управления: крутящий момент, скорость и положение. Каждым из этих параметров можно управлять индивидуально в зависимости от области применения. В то время как для некоторых приложений может быть достаточно одного режима управления, для других, более продвинутых приложений, может потребоваться несколько режимов управления в рамках одной операции перемещения.

В большинстве традиционных систем сервоуправления заданное движение должно быть завершено перед переключением между различными режимами управления. В противном случае в сигнале привода может наблюдаться скачок или значительное падение тока обмотки, что может отрицательно сказаться на характеристиках профиля движения. Это создает сложности для конструкций, требующих использования нескольких режимов управления без перерыва.

Мгновенное переключение режима
Одним из решений этой проблемы являются серводвигатели и контроллеры с мгновенным переключением режимов. Эти двигатели и контроллеры обеспечивают возможность мгновенного переключения режимов, обеспечивая плавное переключение между несколькими режимами управления во время движения двигателя. Мгновенное переключение режимов также может быть классифицировано как плавное переключение между режимами сервоуправления. В то время как бесступенчатое переключение обычно применяется для переключения режимов между ручным и автоматическим режимами при пропорциональном управлении интегральной производной (PID), оно может аналогично использоваться при управлении серводвигателем.

Обратная связь по всем управляющим сигналам постоянно отслеживается для разработки структуры управления с вложенным контуром для этих типов серводвигателей и контроллеров. Как правило, только один из трех контуров управления подключен к выходному сигналу; однако несвязанные контуры управления также могут создаваться так, как если бы они были подключены к выходному сигналу. Таким образом, при переключении между режимами управления двигатель может плавно переходить между различными контурами управления без каких-либо скачков в выходном управляющем сигнале.

Преимущества мгновенного переключения режимов
Мгновенное переключение режимов обеспечивает преимущества, которые весьма актуальны в различных областях применения, особенно в областях, связанных с промышленной автоматизацией, системами управления и производством. Поддержание непрерывной и бесперебойной работы жизненно важно для качества и согласованности продукции. Эти преимущества помогают избежать сбоев, которые могут повлиять на общую эффективность процесса, связанного с движением.

Преимущества мгновенного переключения режимов включают в себя:

Определения и показатели сравнения
Ток в обмотках двигателя обычно отвечает за создание крутящего момента и вращение. В трехфазном полевом управлении (FOC) система трехфазного двигателя упрощается и преобразуется в двухосевую систему отсчета с прямым квадратурным нулевым преобразованием (DQZ). Минимальный ток по оси D (ID) параллелен оси полюсов ротора и не отвечает за создание крутящего момента. Максимальный ток по оси Q (IQ) перпендикулярен оси полюсов ротора и отвечает за создание крутящего момента в двигателе.

FOC с тройным каскадным контуром управления является основой для плавного переключения режимов в управлении двигателем. В конфигурации с тройным каскадным контуром каждый контур отвечает за регулирование различных аспектов системы, таких как ток, скорость и положение. Выходные данные одного цикла используются в качестве заданного значения для другого цикла, создавая каскадный эффект.

Обратная связь IQ является надежным показателем производительности и стабильности системы двигателя. Таким образом, изучение и сравнение обратной связи IQ во время переключения режимов может помочь оценить эффективность плавного переключения двигателя.

При мгновенном переключении режимов двигатель запускается в режиме регулирования скорости с заданной частотой вращения 3000 об/мин и ускорением 10 000 об/сек. Через 5 секунд двигатель плавно переключается в режим регулирования положения со скоростью 1000 об/мин. После нескольких секунд работы в позиционном режиме двигатель переходит в режим регулирования крутящего момента с заданным крутящим моментом, равным 20% от номинального крутящего момента двигателя. Наконец, двигатель снова переключается в режим регулирования скорости с заданной частотой вращения 3000 об/мин.

Как показано на рисунке 2, во время переключения режимов в сигнале IQ не наблюдается скачков напряжения, и соответствующие выходные сигналы управления соответствующим образом преобразуются в опорные сигналы после переключения. Благодаря мгновенному переключению режимов двигатель физически стабилен, не наблюдается тряски или подпрыгиваний. Для сравнения, традиционные двигатели, у которых отсутствуют возможности плавного переключения режимов, трясутся или пытаются оторваться от земли во время фактического переключения режимов работы. Скачки IQ могут вызвать неисправность или защиту, что приведет к резкой остановке работы двигателя.

Некоторые примеры применения
Несколько примеров иллюстрируют, как серводвигатели и контроллеры с мгновенным переключением режимов используются в приложениях, требующих более одного режима управления.

Cobot с возможностью подачи или вставки
Для подачи и установки деталей требуется cobot для точного размещения деталей и приложения точного усилия при вставке. В таких случаях сервопривод может работать в режиме контроля положения для выравнивания детали, а затем переключаться в режим крутящего момента для приложения соответствующего механического усилия при вставке. Плавное переключение режимов позволяет cobot плавно переходить от режима положения к режиму крутящего момента, сохраняя стабильность и производительность. Например, рассмотрим установку пластикового зажима, когда зажим должен быть установлен в заданном месте и на заданную глубину, прежде чем его вдавливают в сопрягаемый узел с точным усилием вставки.

Автоматизированные центрифужные системы
Центрифужные системы используют центробежную силу для разделения жидких, газообразных и твердых веществ в зависимости от плотности. Автоматизированные системы центрифугирования взаимодействуют с установочными машинами, что требует точного регулирования скорости во время процесса центрифугирования и точного контроля положения для остановки. В процессе центрифужного разделения ротор, удерживающий образцы, вращается с заданной скоростью в течение заданного времени, затем плавно переходит в режим позиционирования. Это останавливает ротор в заданном положении одним движением. Точное положение остановки позволяет роботу-подборщику загружать или переносить образцы в назначенные места.

Системы отжимно-ополаскивающей сушки (SRD) для вафель
Сушилки с отжимом и промывкой (SRD) очищают и сушат полупроводниковые пластины в серии циклов, включающих промывку, продувку и сушку пластин. Кассета, содержащая стойку с пластинами, загружается в ротор внутри камеры SRD. Этот сбалансированный по нагрузке ротор отвечает за вращательное движение в процессе очистки вафель. Циклы промывки, продувки и сушки выполняются в режиме регулирования скорости в течение заданной продолжительности при заданных скоростях. После завершения всех циклов ротору, удерживающему пластины, требуется режим контроля положения для непрерывной остановки в вертикальном положении. Мгновенное переключение режимов может обеспечить плавный переход между режимами контроля скорости и положения для достижения процесса SRD за одно движение.

Движение EZ
ezmotion.co