Centro de mecanizado CNC Accesorios para máquinas herramienta CNC: soluciones al ruido del servomotor
El ruido se define generalmente como componentes inútiles en una señal y es omnipresente. En las máquinas herramienta CNC y su entorno circundante, la perturbación por ruido es inevitable, incluida la deriva causada por cambios de temperatura y varias señales de perturbación eléctrica. Varias señales de perturbación por ruido reducirán inevitablemente la precisión de seguimiento de los sistemas servo. En el gabinete de control de las máquinas herramienta CNC, generalmente se utilizan tecnología de puesta a tierra, tecnología de blindaje y tecnología de aislamiento para eliminar la influencia de las señales de perturbación por ruido.
El diseño de observadores de perturbaciones para diversas señales de perturbación y su compensación en sistemas de servocontrol es una forma de reducir el impacto de las perturbaciones y mejorar la robustez del sistema. Muchos académicos nacionales e internacionales han llevado a cabo investigaciones sobre métodos de control de compensación para señales de perturbación en servocontrol. KIM et al. diseñaron un observador de perturbaciones difuso para el control de seguimiento de retroalimentación de sistemas de múltiples entradas y múltiples salidas, y utilizaron el observador de perturbaciones difuso para el control de velocidad de motores síncronos de imanes permanentes.
RYOO et al. diseñaron un observador de perturbaciones robusto y llevaron a cabo experimentos sobre el control de seguimiento de pistas en sistemas de unidades de discos ópticos; LU et al. estudiaron observadores de señales de perturbaciones utilizando la teoría de control repetitivo de modo deslizante; Dong Mingxiao y otros combinaron el método de diseño de sensibilidad mixta para diseñar un controlador robusto H ∞ para servomotores de máquinas herramienta CNC.
El artículo analiza el impacto de la perturbación de ruido en la precisión de seguimiento de los sistemas servo y propone un método de control para observar y compensar las señales de perturbación de ruido: al detectar el voltaje aplicado al servocontrolador y el desplazamiento angular rotacional del servomotor, se observa la perturbación de ruido y la cantidad de compensación de perturbación se agrega a la salida del controlador de posición para lograr la compensación. Se llevaron a cabo experimentos de simulación en señales de perturbación de ruido de dientes de sierra típicas.
Modelo de sistema servo de control numérico y efectos de perturbaciones eléctricas
Diagrama de bloques de un sistema servo de alimentación de bucle semicerrado con perturbación de ruido. La señal de comando de posición del interpolador se establece en X (s), y la señal de salida de desplazamiento angular del servomotor se establece en Y (s). El bucle de control de posición se establece para adoptar un control proporcional, y la función de transferencia es una señal de perturbación de ruido. El error de estado estable generado por la señal de perturbación está relacionado con la propia señal de perturbación, así como con la parte anterior al punto de acción de N (s) en el sistema servo de alimentación.
Métodos de observación y compensación de perturbaciones por ruido
En el sistema servo de alimentación, se agrega un enlace de observación y compensación de perturbaciones de ruido. Como se muestra en la Figura 2, al detectar la señal de voltaje aplicada al servocontrolador y el desplazamiento angular del servomotor, se observa la señal de perturbación N (s) y la cantidad de compensación de perturbación se agrega a la salida del controlador de posición para lograr la compensación.
A partir de las ecuaciones (3) a (5), se puede obtener la función de transferencia de bucle cerrado G (s) del sistema con la adición de perturbación de ruido y observación y compensación, lo que es completamente consistente con la ecuación (2). Esto indica que el método de observación y compensación para perturbación de ruido que se muestra en la Figura 2 puede compensar la influencia de la perturbación y mejorar la capacidad antiinterferencia del sistema.
Simulación de métodos de observación y compensación de perturbaciones sonoras
El controlador de posición adopta el control PID, con un coeficiente proporcional de 8,1, un coeficiente integral de 0.002 y un coeficiente diferencial de 0.032. Al realizar una investigación de simulación de compensación de observación sobre perturbaciones de ruido, configure la señal de entrada del comando de posición como 2sin (0,4 π t); La perturbación de ruido es una señal de onda de diente de sierra con una amplitud de 0,5 y un período de 2 segundos.
Cuando no se consideran las señales de perturbación de ruido, el error de seguimiento del sistema de alimentación servo se muestra en la Figura 4, y el error de seguimiento del sistema está dentro del rango de ± 0.006 mm; Cuando se agregan señales de perturbación de ruido sin observación y compensación de perturbaciones, el error de seguimiento se muestra en la Figura 5, y el error de seguimiento del sistema está dentro del rango de ± 0,02 mm; Después de utilizar el método de observación y compensación de perturbaciones de ruido mencionado en el artículo, el error de seguimiento se muestra en la Figura 6, y el error de seguimiento del sistema está dentro del rango de ± 0,007 mm. La comparación muestra que los métodos de observación y compensación de perturbaciones de ruido estudiados pueden mejorar eficazmente la capacidad antiinterferencia del sistema de alimentación servo.
Conclusión
Las señales de ruido están en todas partes, y en la interfaz del controlador del sistema servo en las máquinas herramienta CNC, las perturbaciones de ruido incluyen la deriva causada por los cambios de temperatura y varias señales de perturbación eléctrica. Varias señales de perturbación de ruido reducirán inevitablemente la precisión de seguimiento de los sistemas servo. En el artículo, se diseña un método para observar y compensar las perturbaciones de ruido no desde la perspectiva del hardware, sino desde la perspectiva de la compensación del software: al detectar el voltaje aplicado al controlador servo y el desplazamiento angular rotacional del servomotor, se observa la perturbación de ruido y la cantidad de compensación de la perturbación se agrega a la salida del controlador de posición para lograr la compensación. La simulación de señales de perturbación de onda de diente de sierra típicas muestra que el método de observación y compensación propuesto puede mejorar efectivamente la precisión de seguimiento y mejorar la capacidad antiinterferencias del sistema. Este método es un complemento beneficioso para la tecnología antiinterferencias de hardware.