Centro de usinagem CNC Acessórios para máquinas-ferramentas CNC: soluções para ruído de servomotor
Ruído é geralmente definido como componentes inúteis em um sinal, e é onipresente. Em máquinas-ferramentas CNC e seu ambiente circundante, a perturbação de ruído é inevitável, incluindo desvios causados por mudanças de temperatura e vários sinais de perturbação elétrica. Vários sinais de perturbação de ruído inevitavelmente reduzirão a precisão de rastreamento de servo sistemas. No gabinete de controle de máquinas-ferramentas CNC, tecnologia de aterramento, tecnologia de blindagem e tecnologia de isolamento são geralmente usadas para eliminar a influência de sinais de perturbação de ruído.
Projetar observadores de perturbação para vários sinais de perturbação e compensá-los em sistemas de controle servo é uma maneira de reduzir o impacto de perturbações e melhorar a robustez do sistema. Muitos acadêmicos no país e no exterior conduziram pesquisas sobre métodos de controle de compensação para sinais de perturbação em controle servo. KIM et al. projetaram um observador de perturbação fuzzy para controle de rastreamento de feedback de sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas e usaram o observador de perturbação fuzzy para controle de velocidade de motores síncronos de ímã permanente
RYOO et al. projetaram um observador de perturbação robusto e conduziram experimentos sobre controle de rastreamento de trilhas em sistemas de acionamento de disco óptico; LU et al. estudaram observadores de sinais de perturbação usando a teoria de controle repetitivo de modo deslizante; Dong Mingxiao e outros combinaram o método de projeto de sensibilidade mista para projetar um controlador robusto H ∞ para servo de máquina-ferramenta CNC.
O artigo analisa o impacto da perturbação de ruído na precisão de rastreamento de servo sistemas e propõe um método de controle para observar e compensar sinais de perturbação de ruído: detectando a tensão aplicada ao servo driver e o deslocamento angular rotacional do servo motor, a perturbação de ruído é observada, e a quantidade de compensação de perturbação é adicionada à saída do controlador de posição para obter a compensação. Experimentos de simulação foram conduzidos em sinais típicos de perturbação de ruído dente de serra.
Modelo de sistema servo de controle numérico e efeitos de perturbação elétrica
Diagrama de blocos de um sistema servo de alimentação de malha semi-fechada com perturbação de ruído. O sinal de comando de posição do interpolador é definido como X (s), e o sinal de saída de deslocamento angular do servo motor é definido como Y (s). O circuito de controle de posição é definido para adotar controle proporcional, e a função de transferência é sinal de perturbação de ruído. O erro de estado estacionário gerado pelo sinal de perturbação está relacionado ao próprio sinal de perturbação, bem como à parte antes do ponto de ação de N (s) no sistema servo de alimentação.
Métodos de observação e compensação de perturbações sonoras
No sistema servo de alimentação, um link de observação e compensação de perturbação de ruído é adicionado. Conforme mostrado na Figura 2, ao detectar o sinal de tensão aplicado ao servo driver e o deslocamento angular do servo motor, o sinal de perturbação N (s) é observado, e a quantidade de compensação de perturbação é adicionada à saída do controlador de posição para obter a compensação.
Das equações (3) a (5), a função de transferência de malha fechada G(s) do sistema com a adição de perturbação de ruído e observação e compensador pode ser obtida, o que é completamente consistente com a equação (2). Isso indica que o método de observação e compensação para perturbação de ruído mostrado na Figura 2 pode compensar a influência da perturbação e melhorar a capacidade anti-interferência do sistema.
Simulação de métodos de observação e compensação de perturbações de ruído
O controlador de posição adota o controle PID, com um coeficiente proporcional de 8,1, um coeficiente integral de 0.002 e um coeficiente diferencial de 0.032. Ao conduzir a pesquisa de simulação de compensação de observação em distúrbios de ruído, defina o sinal de entrada do comando de posição como 2sin (0,4 π t); O distúrbio de ruído é um sinal de onda dente de serra com uma amplitude de 0,5 e um período de 2 segundos.
Quando os sinais de perturbação de ruído não são considerados, o erro de rastreamento do sistema de alimentação servo é mostrado na Figura 4, e o erro de rastreamento do sistema está dentro da faixa de ± 0.006 mm; Quando os sinais de perturbação de ruído são adicionados sem observação e compensação de perturbação, o erro de rastreamento é mostrado na Figura 5, e o erro de rastreamento do sistema está dentro da faixa de ± 0,02 mm; Após usar o método de observação e compensação de perturbação de ruído mencionado no artigo, o erro de rastreamento é mostrado na Figura 6, e o erro de rastreamento do sistema está dentro da faixa de ± 0,007 mm. A comparação mostra que os métodos de observação e compensação de perturbação de ruído estudados podem efetivamente melhorar a capacidade antiinterferência do sistema de alimentação servo.
Conclusão
Sinais de ruído estão por toda parte e, na interface do driver do servo sistema em máquinas-ferramentas CNC, as perturbações de ruído incluem desvios causados por mudanças de temperatura e vários sinais de perturbação elétrica. Vários sinais de perturbação de ruído inevitavelmente reduzirão a precisão de rastreamento dos servo sistemas. No artigo, um método para observar e compensar perturbações de ruído é projetado não da perspectiva do hardware, mas da perspectiva da compensação de software: ao detectar a tensão aplicada ao servo driver e o deslocamento angular rotacional do servo motor, a perturbação de ruído é observada e a quantidade de compensação de perturbação é adicionada à saída do controlador de posição para obter a compensação. A simulação de sinais típicos de perturbação de onda dente de serra mostra que o método de observação e compensação proposto pode efetivamente melhorar a precisão do rastreamento e aumentar a capacidade antiinterferência do sistema. Este método é um suplemento benéfico para a tecnologia antiinterferência de hardware.