Что такое сервопривод?

Сервоприводы, шаговые двигатели, регуляторы скорости, частотные преобразователи
Аватара пользователя
Автоматизатор
Профессионал
Сообщения: 993
Зарегистрирован: 09 окт 2012, 05:18

Что такое сервопривод?

Сообщение Автоматизатор »

Разъясните, что такое "сервопривод"?

Вот, например, был у меня такой сервопривод KEB F5-S. На момент поставки был запрограммирован как F5-M (мульти), в процессе настройки запрограммирован на управление синхронным двигателем с постоянными магнитами и обратной связью (резольвер). Требовалось заставить его работать со скоростью выходного вала 6 об/мин. Не получилось - двигатель крутился на холостом ходу рывками. Пришлось поменять движок на асинхронный сервопривод с энкодером 4096 имп./об. Стал крутиться. Итого получилось:
- номинальная частот двигателя - 75 Гц
- номинальная скорость - 3000 об/мин
- номинальное напряжение - 400 В
- энкодер - 4096 имп./об.
- минимальная частота задания преобразователю, на которой двигатель более-менее нормально крутился - 0,125 Гц

Сервопривод KEB F5-S кроме управления скоростью поддерживает функции:
- синхронизации положения (с внешним заданием)
- синхронизации скорости (с внешним заданием)
- позиционирование
- поиск исходного положения (homing),
- абсолютное позиционирование,
- относительное позиционирование (вроде как, не помню точно)


Теперь изучаю другие сервопривода. В частности YASKAWA SIGMA-5. Это же совсем другое устройство. На порядок. Или серопривод DELTA A2, например:
- разрешение энкодера 17-20 bit - а это уже более 160 000 имп./об.
- автонастройка с учетом нагрузки

Это же разный класс!!

Михайло
Администратор
Сообщения: 4094
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Михайло »

Сервопривод - это частотник, который умеет работать с энкодером и имеет эти функции:
Автоматизатор писал(а):- синхронизации положения (с внешним заданием)
- синхронизации скорости (с внешним заданием)
- позиционирование
- поиск исходного положения (homing),
- абсолютное позиционирование,
- относительное позиционирование (вроде как, не помню точно)
Желательна поддержка синхронных двигателей и может даже линейных движков. Но необязательно.

Я так считаю.

Аватара пользователя
mr_Frodo
Профессионал
Сообщения: 588
Зарегистрирован: 22 июл 2016, 20:38

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение mr_Frodo »

Если разбить весь привод на 2 больших группы, то это будет тяговый и сервопривод. Каждую из этих групп можно разбить на более мелкие подгруппы, но всё-равно эти 2 группы основные.
Ремарка: если сделать некоторый допуск по основным рабочим характеристикам, то с натяжкой можно использовать представителей одной группы в другой роли.
И для меня главное отличие сервопривода - это точное скоростное позиционирование. Остальные характеристики присущи и в другой группе.
Вот моя подпись...

Аватара пользователя
Автоматизатор
Профессионал
Сообщения: 993
Зарегистрирован: 09 окт 2012, 05:18

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Автоматизатор »

Накидал табличку
Сравнение.jpg
mr_Frodo писал(а):для меня главное отличие сервопривода - это точное скоростное позиционирование
Что значит точное и скоростное? В цифрах?
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.

Аватара пользователя
mr_Frodo
Профессионал
Сообщения: 588
Зарегистрирован: 22 июл 2016, 20:38

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение mr_Frodo »

Точное и скоростное вам скажет техническая характеристика по устройству.
Вот моя подпись...

Михайло
Администратор
Сообщения: 4094
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Михайло »

микропроцессор должен быстро просчитывать модель для более точного (плавного) управления.

Аватара пользователя
mr_Frodo
Профессионал
Сообщения: 588
Зарегистрирован: 22 июл 2016, 20:38

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение mr_Frodo »

То, что здесь приведено в таблице - набор общепринятых параметров ни капельки не отражающих истинное предназначение: за и минимально возможное время перемещаться с позиции 1 в позицию 2 без перерегулирования.
Вот моя подпись...

Михайло
Администратор
Сообщения: 4094
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Михайло »

Полоса пропускания - это важная характеристика. Под действием нагрузки скорость может проваливаться, влиять на скорость могут биения на валу двигателя. 50 Гц - это как раз одно биение за оборот вала при 3000 об/мин.
Разрешение энкодера тоже важно, но уже на низких оборотах: плохо, когда частота импульсов низкая вроде 4 импульсов в секунду. Это нельзя назвать измерением скорости. Поэтому ставят энкодеры с большим разрешением.

Михайло
Администратор
Сообщения: 4094
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Михайло »

Представь себе, на такой привод поставить Yaskawa A1000:

Если с биениями на валу и дисбалансами на дисках выше 50 Гц этот привод не справится, то диски начнут шоркаться друг об друга. Здесь должна быть максимальная компенсация биений: сервопривод должен успевать рассчитать ту прибавку к крутящему моменту, чтобы преодолеть биение без потери скорости. Полоса пропускания должна быть выше частоты биений в несколько раз.

Можно рассмотреть твою конкретную задачу, может тут и не надо ничего наворачивать?

Аватара пользователя
Автоматизатор
Профессионал
Сообщения: 993
Зарегистрирован: 09 окт 2012, 05:18

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Автоматизатор »

Михайло писал(а):Можно рассмотреть твою конкретную задачу, может тут и не надо ничего наворачивать?
Проблема в том, что проектируется несколько видов оборудования, которое должно адаптироваться для работы с разными деталями (8 типоразмеров). В зависимости от обрабатываемой детали надо перемещать исполнительные механизмы на разные расстояния. Есть круговые и линейные оси, мощность приводов от 0,9 до 1,5 кВт.

Проблема в том, что я вынужден пытать конструкторов - разработчиков механической части проекта с помощью подручных средств, чтобы получить элементарные данные для проектирования:
- функциональное назначение,
- точность позиционирования,
- способ контроля положения,
- диапазон изменения скорости,
- циклограмму работы и пр. и пр.

Один ставит сервопривод, другой частотник, третий позиционирование хочет делать в механический упор. На один привод могут поставить и энкодер, и датчик линейных перемещений Balluff, причем еще умудряются выбрать с CAN интерфейсом.

Динамические характеристики приводов никто не считает. Моменты инерции, тормозной путь, тормозной момент - ничего. Мотивируют тем, что считать трудно, а на практике получается так, как получается.

Вот показали мне сегодня картинку: по строганной 7 метровой станине на роликах катится каретка массой под 300 кг, используется реечная передача. Есть несколько позиций. Точность позиционирования +-1 мм. На сколько достижим такой результат? Как по общему виду и объяснениях о работе "на пальцах" принимать решения?

Михайло
Администратор
Сообщения: 4094
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Михайло »

Автоматизатор писал(а):Вот показали мне сегодня картинку: по строганной 7 метровой станине на роликах катится каретка массой под 300 кг, используется реечная передача. Есть несколько позиций. Точность позиционирования +-1 мм. На сколько достижим такой результат? Как по общему виду и объяснениях о работе "на пальцах" принимать решения?
1. Большое значение имеет передаточное число/коэффициент. Передаточный коэффициент - это по сути сколько оборотов сделает двигатель, чтобы преодолеть 1 мм. Чем больше передаточный коэффициент, тем легче позиционироваться - выходной вал вращается не так быстро. Механика имеет большое значение, требуйте, чтобы механики ставили редуктор i=400. :)
2. Привод должен уметь ехать ровно без рывков на низкой скорости, это важно в конце при позиционировании в точке. Про биения и дисбалансы в механике я уже говорил. Механику можно всегда настроить, но рано или поздно она начнет сбоить. На быстроходном валу двигателя обычно крутящие моменты низкие, биения слабые, а на выходных тихоходных валах могут разбиваться подшипники, появляются люфты, тут моменты высокие. Если биения на валу двигателя имеют частоту n/60, то на выходных валах - частота ниже n/(60*i), но амплитуда обычно больше.
Я уж не говорю о неспособности асинхронного привода ровно ездить на скорости, близкой к нулевой. При частоте 0,5 Гц частотник должен выдать "синусоиду" 3,8 В на обмотки двигателя. Как это аккуратно сделать, если это напряжение формируется из импульсов амплитудой 560 В?.. У синхронного привода таких проблем нет.
3. Иногда предъявляется дополнительное требование - скорость позиционирования. Нужно, чтобы привод из точки А в точку Б перемещался за минимальное время. Тогда не прокатит релейный регулятор - это когда при приближении к точке Б, привод переходит на низкую скорость и уже непосредственно в точке Б останавливается. Тогда нужен П-регулятор положения.
4. Как мы тут недавно выяснили, следящий привод - это не одно и то же, что и привод позиционирования. У привода позиционирования точка Б фиксирована, у следящего привода точка Б постоянно перемещается, сдвигается. Поэтому в следящих системах ставят ПИ-регулятор положения.

Получилось что-то вроде тезисов, размазанные знания. Но чего точно не хватает в исходных условиях задачи тележки - это передаточный коэффициент механики.

Аватара пользователя
Автоматизатор
Профессионал
Сообщения: 993
Зарегистрирован: 09 окт 2012, 05:18

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Автоматизатор »

Михайло писал(а):Получилось что-то вроде тезисов, размазанные знания.
В том то и дело. Мне не дают исходные данные, чертежи узлов, документацию на компоненты и пр. Все это надо выбивать силой. Я еще могу такое провернуть. Но мои подчиненные нет.

Вот ты привел пример, где на видео крутится колесики. Как построена система управления? Давай посмотрим и от видео перейдем к цифрам: сформулируем требования к системе управления и подберем устройства, способные решать подобные задачи.

Михайло
Администратор
Сообщения: 4094
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Михайло »

Этот пример немного тривиальный... Тут редукторов явно нет, i=1. Обязательно энкодеры на всех валах, это как бы понятно.
Я бы сделал следящую систему: средний диск - ведущий, он может крутиться, как угодно с постоянной скоростью, рывками и т.д. Сюда можно не думая асинхронник поставить, чтобы сэкономить. Левый и правый диски следят за средним. Между зубьями дисков наверняка есть какой-то угловой зазор, это и будет требование к точности слежения.
Нужно будет решать как-то задачу - как быстро передать положение среднего диска к приводам крайних дисков. Насколько быстро?..
Животрепещущие вопросы:
1. Разрешение энкодера
2. Можно ли поставить асинхронные двигатели и стандартные частотники в качестве следящих?

Ответы:
1. Система управления должна "увидеть" как можно раньше отклонение скорости из-за оборотных биений. Если привод крутится 3000 об/мин, то биение имеют частоту 50 Гц и длительность не более 0,02 с. Допустим за эти 0,02 с обороты провалятся не более, чем на 1 об/мин. Произойдет ли столкновение зубьев? Угловой зазор между зубьями должен быть не менее 0,02 * 1 * 360/60 = 0,12 град. Отсюда: чтобы обеспечить нормальное слежение при угловом зазоре 0,1 град, требуется чувствительность измерения скорости не выше 1 об/мин, а лучше в 50 раз точнее... Сейчас не готов прикинуть формулу для подсчета разрешения энкодера, но можно прикинуть относительно углового зазора между зубьями. Допустим угловой зазор 0,5 град, тогда энкодер должен иметь разрешение в несколько раз больше, чем 360/0,5 = 720 имп/об. Ну допустим взять стандартные 4096 имп/об, хотя наверное пятикратного запаса мало.
2. Нет, они могут не побороть оборотные пульсации/биения/дисбаланс выше 50 Гц. А реально выше 25 Гц?

Итак, мое решение - сервопривод, он должен держать скорость с точностью не хуже 1 об/мин в условиях биений. С учетом того, что система состоит из трех линейных и трех поворотных, логично выбрать какую-нибудь модульную многоосевую сервосистему. У Дельты такие есть?

Аватара пользователя
Автоматизатор
Профессионал
Сообщения: 993
Зарегистрирован: 09 окт 2012, 05:18

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Автоматизатор »

Если правильно понял, новый конроллер управления перемещением у Дельты должен выйти осенью. Пока есть такая штука: ASD-M Трехосевая сервосистема для задач синхронного управления

Что такое "биение"? Это отклонение скорости?
Михайло писал(а):обороты провалятся
Биение - это несоосность. Гнутый вал.


При расчетах думаю надо отталкиваться от значений параметров:
- точность поддержания скорости,
- положения и пр.
Михайло писал(а):Между зубьями дисков наверняка есть какой-то угловой зазор, это и будет требование к точности слежения.
Согласен.
Михайло писал(а):1. Разрешение энкодера
2. Можно ли поставить асинхронные двигатели и стандартные частотники в качестве следящих?
Мне думается, что ключевым показателем должно быть быстродействие. Если привод слейва не успевает отработать изменение скорости мастера (берем динамические процессы), то будет авария. При большой динамике требуется точно измерять изменение положения вала мастера (ну и свое) за очень короткое время. Отсюда и высокое разрешение энкодера.

Аватара пользователя
mr_Frodo
Профессионал
Сообщения: 588
Зарегистрирован: 22 июл 2016, 20:38

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение mr_Frodo »

Экономия в такой системе нецелесообразна, потому что сразу на 1/3 снижает предсказуемость результата экономящего привода и может привести к полному краху в работе, а вернее этап отладки никогда не закончится, т.к. не будет достигнут требуемый результат испытаний. Вышеуказанная система по большому счету не вычисляет положение каждого из валов. Она просто их ЗНАЕТ!!! и в силу своих заложенных электромеханических характеристик просто не может показать другого результата. В этом вся суть сервопривода: совершить перемещение из точки 1 в в точку 2 с необходимой скоростью. Таким образом приложение определяет идеальную траекторию перемещения, а привод должен просто с минимальной погрешностью её повторить. Так же происходит и с синхронизацией вращения. Привод манипулирует положением, а не скоростью. Скорость в данном случае это лишь вторичная величина, отражающая время перемещения по круговой траектории.
Так я понимаю работу сервопривода
Вот моя подпись...

Аватара пользователя
mr_Frodo
Профессионал
Сообщения: 588
Зарегистрирован: 22 июл 2016, 20:38

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение mr_Frodo »

Вот если на вал исполнительного механизма, который приводится в движение "экономящим" асинхронником повесить абсолютный энкодеры и завести его в систему для отслеживания положения, тогда результат может порадовать.
Вот моя подпись...

Михайло
Администратор
Сообщения: 4094
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Михайло »

Автоматизатор писал(а):Что такое "биение"? Это отклонение скорости?
Не всегда биение приводит к отклонению скорости. При угле поворота вала 0° наблюдается свободное движение, при повороте на 180° вал подклинивает. То есть биение - это достаточно быстрое изменение нагрузки на привод. Если привод "тормознутый", то он не успевает компенсировать изменение нагрузки, скорость будет нестабильной. Если сервопривод, то биение - не проблема.
Помимо биений могут возникнуть проблемы из-за гибких элементов в механических передачах, из-за люфтов. Не говорю уже о самой нагрузке, которая может скачком нарастать.

Гибкий элемент - камертон


У меня был прецедент/инцидент, когда сервопривод крутил датчик спидометра через гибкий вал. Проблема была в том, что на валу датчика были биения и гибкий вал работал как пружина. Жесткая пружина, но все таки. В итоге как-то не очень чисто вышло с оборотами датчика... Оптимизация сервопривода не помогла, так как энкодер на валу двигателя, а болтанка была после гибкого вала. Если честно, непонятно, как эта штука с камертоном работает.

Аватара пользователя
mr_Frodo
Профессионал
Сообщения: 588
Зарегистрирован: 22 июл 2016, 20:38

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение mr_Frodo »

Сервопривод у камертона компенсирует собственную частоту колебаний на основании рассчитанной и заложенной программы движения... В первом случае задается простое перемещение а во втором дополняется компенсацией
Вот моя подпись...

Михайло
Администратор
Сообщения: 4094
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение Михайло »

Есть ли датчик положения вибрирующей части камертона?

Аватара пользователя
mr_Frodo
Профессионал
Сообщения: 588
Зарегистрирован: 22 июл 2016, 20:38

Re: Что такое сервопривод?

Сообщение mr_Frodo »

Зачем? Это математическая функция системы управления. При чём жестко заложенная, ведь в данном случае длина маятника не меняется.
Вот моя подпись...

Ответить