Önálló tanulási rendszer puha PLC-vel. Automatikus hajtásoptimalizálás; Automatizálás;
2006. május 12., 14:07 | Philipp Dördelmann és Markus Lauzi
Az itt leírt eszköz viszonylag rövid tesztidő alatt jó közelítést ér el az optimálissal, és megmutatja azokat a lehetőségeket is, amelyeket a modern vezérlőrendszerek kínálhatnak a hajtóműszerelvényekkel kapcsolatban. Az itt bemutatott automatizált meghajtó-optimalizálás kissé kézzelfoghatóbbá teszi az önállóan tanuló meghajtórendszerek jövőjét.
Az itt leírt eszköz viszonylag rövid tesztidő alatt jó közelítést ér el az optimálissal, és megmutatja azokat a lehetőségeket is, amelyeket a modern vezérlőrendszerek kínálhatnak a hajtóműszerelvényekkel kapcsolatban. Az itt bemutatott automatizált meghajtó-optimalizálás kissé kézzelfoghatóbbá teszi az önállóan tanuló meghajtórendszerek jövőjét.
A kis alkatrészek nagy számban történő automatizált összeszereléséhez szükséges gyártóüzem átalakítása a mechanikus átalakítás mellett jelentős időt igényel az újraindításkor az alapul szolgáló hajtásrendszerek újraparaméterezése és újoptimalizálása révén. Ennek oka az eltérő útvonal és mozgó tömeg, amelyek kívül esnek a hajtásvezérlés robusztus tartományán.
A vizsgálat célja tehát az volt, hogy olyan optimalizálási kritériumokat találjon, amelyek normál vezérlő architektúrában felhasználhatók gyártási körülmények között, és amelyek nagyrészt automatizálják az optimalizálási feladatokat. Az ezekből a követelményekből kifejlesztett optimalizáló program függetlenül értékeli a szervohajtások - ebben az esetben rotációs és lineáris közvetlen hajtások lágy PLC-vel (Programozható logikai vezérlő) kapcsán - a vezérlési viselkedését, és függetlenül meghatározza a vezérlő optimális paraméterkészletét a megadott optimalizálási kritériummal. Az adatcsere a Soft-PLC és a meghajtó egységek között a "Sercos Interface" zárt optikai gyűrűjén keresztül zajlik.
Rendszerkomponensekből álló rendszer
Az automatikus hajtásoptimalizálást a Bosch-Rexroth/Indramat „Ecodrive” szerelvényével együtt fejlesztették ki, de ehhez más szerelvények is használhatók. Ennek előfeltétele, hogy a Sercos interfész terepi buszán keresztül hozzáférhessünk az összes vezérlőparaméterhez, és azokat célzottan megváltoztathassuk. Ezzel a modullal a nyomatékmotort és a lineáris közvetlen meghajtást a Sercos interfészen keresztül vezérelték. Az optimalizálási algoritmust "C" -ben valósítottuk meg, és a PLC vezérléshez viszonyítva kapszuláztuk, hogy ettől független legyen, ne terhelje annak ciklusidejét, és ráadásul a "C" környezet sokszínű, főleg matematikai funkcionális hatókörét is használni tudja. A Beckhoffi TwinCAT rendszert használták magasabb szintű PLC vezérlésként egy ipari PC-n (1. ábra, [1]). A TwinCAT egy PLC kernelből áll a magasabb szintű szekvencia vezérléséhez és egy NC vezérlésből a mozgás vezérléséhez.
1. ábra. A hajtás automatikus optimalizálásának algoritmusa az ADS (Automation Device Specification) interfészen keresztül éri el a helyzetszabályozó kört és annak jellemző értékeit.
Automatizált optimalizálás
A legtöbb esetben a vezérlő paramétereinek optimalizálása manuális, empirikus optimalizálási módszerek segítségével történik. Abban az esetben, ha a méréssel meghatározott vezérlő paramétereket a hajtástechnika által reprezentálható paraméterekké lehet átalakítani, a Ziegler-Nichols beállítási szabályokat kell alkalmazni. Ha az átalakítás nem lehetséges, akkor a paramétereket a lépés válasz segítségével optimalizálják. Matematikai számítási módszereket, például az idő- vagy frekvenciatartomány optimalizálását ritkán alkalmazzák, mivel az ehhez szükséges részletes információk a vezérlőrendszer viselkedéséről általában nem állnak rendelkezésre. Az empirikus optimalizálási eljárások végrehajtásához a felhasználónak csak az irányítástechnika alapvető ismereteire van szükség, de az optimalizálási folyamatok nagyon időigényesek. Emiatt a vezérlő paramétereinek optimalizálását automatizálni kell. A magasabb szintű automatizálási rendszerrel történő adatcsere megvalósításán túl ez elsősorban az optimális kiértékelési algoritmus keresését foglalja magában.
Az optimalizálás követelménye
Az alkalmazott hajtásmodul vezérlő struktúrája kaszkádvezérlés formájában valósul meg (PI áramszabályozó, PI sebességszabályozó és P helyzetszabályzó). Ez a sorrend, amelyben a beállítást és az optimalizálást el kell végezni. Az áramszabályozó a nyomaték vagy a teret generáló áram mezőorientált értékeivel működik, és nem a csatlakoztatott gépmechanikától függ, hanem kizárólag a motor és a teljesítményszabályozó elem elektromos paramétereitől. Ezeket az értékeket a gyártó adja meg számos motor/működtető kombináció esetén. Ezzel szemben a különböző gyártók meghajtó alkatrészei általában saját optimalizálást igényelnek. Mivel a tényleges áramértékek nem olvashatók le ezzel a modullal, ez csak külső mérőberendezések (árammérő bilincsek) használatával lehetséges. A fordulatszám- és helyzetszabályzó beállításakor a gépi mechanikának (fogaskerekek, tehetetlenségi nyomaték stb.) Is van hatása, amely megköveteli a teljes mechanikai szerkezet és egy előre optimalizált áramszabályozó figyelembevételét.
A sebességszabályozást általában a "sebességszabályozás" üzemmódban, a helyzetszabályozást pedig a "helyzetszabályozás" üzemmódban optimalizálják. Mivel azonban az üzemmódot nem lehet szoftverrel átkapcsolni a használt vezérlővel, mindkét optimalizálást a helyzetszabályozás üzemmódjában hajtjuk végre (utólagos vezérlés). Ez megengedett, amennyiben a tényleges sebességértéket a hajtásban a tényleges helyzetérték differenciálásával határozzák meg, és így mindkét üzemmód ugyanazok a tényleges értékjelek alapján működik. A fordulatszám-szabályozó optimalizálása érdekében az optimalizáló eszköz kiértékeli a sebesség és a tényleges értékek időbeli előrehaladását, helyzetszabályozás esetén pedig a pozíció alapjelek és a tényleges értékek előrehaladását a korábban meghatározott minőségi kritériumok segítségével.