Bewertung und Analyse des Regelverhaltens laufzeitoptimierter Mehrachsregelsysteme

Martens, Onno

Moderne Mehrachsregelsysteme bestehen aus Servoantrieben, einem echtzeitfähigen Übertragungssystem (Feldbus) sowie einer Echtzeit-Steu-erung. Es werden Mehrgrößenregelungen zum koordinierten oder kooperativen Verfahren mehrerer Achsen in Applikationen wie z. B. Druckmaschinen, Industrierobotern oder Bearbeitungsmaschinen genutzt. In diesen Applikationen wird das Führungsverhalten oftmals durch Verwendung eines Führungsgrößengenerators optimiert. Die zugehörige Vorsteuerung kann Latenzen in den Regelkreisen berücksichtigen, die aus Feldbusübertragungen resultieren und ist somit unabhängig von diesen. Die Regelung, die folglich hauptsächlich der Störunterdrückung dient, kann diese Laufzeiten nicht kompensieren und wird daher mit entsprechend niedrigerer Bandbreite ausgeführt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein laufzeitoptimiertes Referenzsystem für hochdynamische Mehrachsregelung vorgestellt, welches imstande ist, unterschiedliche Vernetzungsstrukturen und Abtastzeiten abzubilden und ermöglicht somit eine Bewertung des Regelverhaltens bei unterschiedlichen Systemkonfigurationen. Die entwickelten FPGA-basierten Servoumrichter sind über ein eigens entwickeltes latenzarmes Echtzeit-Ethernet-Übertragungssystem an eine leistungsstarke PC-basierte Steuerung angeschlossen. Zur Bewertung und Analyse des Regelverhaltens, wurde ein anspruchsvoller Gleichlaufdemonstrator aufgebaut. Durch die Integration einer zusätzlichen Lastmaschine können explizit Störungen in das System eingebracht werden. Das Regelverhalten einzelner Antriebe sowie unterschiedlicher Strukturen und Laufzeitzusammenhänge in der verkoppelten Mehrachsregelung werden anhand der Bewertungskriterien Störunterdrückung und dynamischer Störsteifigkeit untersucht. In beiden Kriterien konnte eine Leistungssteigerung trotz herausfordernder mechanischer Mehrgrößenstrecken durch Reduktion effektiver Laufzeiten in den Regelkreisen realisiert werden.

A modern multi-axis control system consists of servo-drives, a realtime fieldbus system, and a realtime IPC-based motion controller. It uses MIMO control functions to coordinate multiple drives in cooperative applications like industrial printing machines, industry robots or automated machine tools. Fieldbus transmissions induce latencies in the control loops of the multi-axis control system. In the named applications command response is optimized by feed-forward control, which is able to compensate for fieldbus latencies. Thereby the latencies only effect control performance, especially dynamic disturbance rejection, as disturbances can not be compensated by feed-forward control. In this work a self-developed and latency-optimized multi-axis control system is used to analyse the impact of different sample-times and fieldbus-related latencies in the control structure on controller performance. In the shown reference multi-axis control system FPGA-based servo-inverters are connected via a Realtime-Ethernet communication system to a central PC-based controller. Evaluation and analysis of the control structure behaviour is evaluated in a speed-synchronized application. The system can be disturbed by a high-dynamic load drive. The evaluation of multi-axis control structures is based on criteria like dynamic stiffness and reaction to disturbances in the frequency domain. Collectively, in all criteria controller performance was improved by reducing effective latencies in the control structure, in spite of challenging mechanical transmission behaviour of the demonstrator.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Martens, Onno: Bewertung und Analyse des Regelverhaltens laufzeitoptimierter Mehrachsregelsysteme. 2017.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Details anzeigen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export